JP4210308B2 - 本体をカバーで覆った工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、機械本体を覆うカバーとを有し、カバー内部の空気を吸引するミストコレクタを備えた工作機械に関する。

工作機械は生産性を向上させるために主軸の高回転、高出力化が図られている。この主軸の高回転、高出力化に伴って、切削液を工具とワークの加工領域に噴射して工具を冷却するようにしたものが一般的になっている。加工中の工作機械内では、切削液が高速に回転する工具によって弾かれ、ミスト状になって飛散する。この飛散するミストが機外にまで飛散することを防ぐため機械本体を覆うカバーを設け、切削液の機外への飛散を防止し、機械内のミスト状の切削液をミストコレクタによって機内の空気と共に吸引し、回収する構成が一般化している。

図４、図５は従来の、工作機械本体を覆うカバーを有し、該カバー内の封鎖空間から空気と共に切削液のミストを吸引して加工液を回収するミストコレクタを備えた工作機械の一例である。図４は、工作機械を上方から見た上面図であり、図５は、工作機械の側面図である。機械のベース１０上には、機械本体を覆い、機械内部（加工領域）を外部から遮断し封鎖するようにカバー１が設けられている。カバー１内には、主軸頭３、主軸４、工具５、テーブル６等が配置され、これらの部材をカバー１で覆っている。主軸頭３はＺ軸モータＭｚによって鉛直方向（Ｚ軸方向）に駆動される。主軸頭３の先端に回転自在に取り付けられた主軸４は、主軸頭３に取り付けられた主軸モータＭｓで回転駆動される。テーブル６はＸ軸モータ（図４，５では図示せず）によってＺ軸と直交するＸ軸方向に駆動されると共に、Ｙ軸モータＭｙによって、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向と直交するＹ軸方向に駆動される。なお、図４，図５において、符号１ａはカバー１の天井部を示し、符号１ｂは、工作機械の前面のカバーに設けられたドアを示し、符号９はこのドア１ｂの取っ手である。

テーブル６にワークを取り付け、主軸４の先端に工具５を取り付けて、切削液供給管１１を介して切削液を工具５とワークの加工領域に噴射させながら、主軸モータＭｓを駆動し、主軸４及び工具５を回転させ、かつ、送り軸モータであるＸ軸モータ、Ｙ軸モータＭｙ、Ｚ軸モータＭｚを駆動制御してワークに対して工具５による加工がなされる。供給された切削液は、機械下部に配置された樋１２によって機械の外に回収される。

主軸４及び工具５が高速に回転することから、供給された切削液は弾かれミスト状となって、カバー内部空間内に飛散する。この飛散した切削液は、機械上部に配置された吸入管７を通り空気と共にミストコレクタ２に吸引され回収される。外気は機械本体を覆うカバー１の隙間からカバー内部空間に流入するが、主に、機械下部の樋１２の切削液出口部分でカバー内部空間と外部との連通空間が大きいことから、カバー内部空間内に流入する外気の流入通路は図５において矢印Ａで示すように樋１２の切削液出口部分となる。

ミストコレクタ２がカバー内部空間の空気を吸入することで、空気は、主に機械下部に配置された樋１２の切削液出口部分から矢印Ａに示すように流入し、矢印Ｃ、Ｄを通ってミストコレクタ２に吸引されることになる。ミスト状となった切削液は、空気と共にミストコレクタ２に吸引され、回収されることになる。

以上のように、従来の工作機械においては、切削液がミスト状となって工作機械が配置された空間に飛散して環境を悪化させることを防止するために、機械本体をカバーで覆い、外部に切削液のミストが飛散するのを防止する。又、カバーの内部空間から空気とともにミスト状の切削液を吸引し、切削液を回収するようにしている。

一方、工作機械の機械本体をカバーで覆うと、モータの発熱によって、カバー内の温度が上昇する。温度変化は、加工精度に悪影響を及ぼすことから、カバー内の温度上昇を防止する必要がある。そのため、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、Ｚ軸モータ等の送り軸のモータをカバー外に配置して、カバー内の温度上昇を防止した発明が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−２００５３９号公報

工作機械において、熱の発生源は、主に、工具とワークの加工部、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸等の送り軸を駆動する各送り軸モータ、主軸を回転駆動する主軸モータである。
上述した特許文献１に記載された発明では、送り軸モータであるＸ、Ｙ、Ｚ軸モータを、カバーで覆う空間の外に配置し、カバー内部空間の温度上昇を防止している。しかし、主軸モータについては、工具が取り付けられる主軸を駆動することから、主軸頭に取り付けられている。そのため、該主軸モータはカバー内部空間内に配置されている。しかも、主軸モータは、主軸及び工具を高速に回転させるものであることから、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸等の送り軸モータよりもその発熱量が大きい。さらに、主軸モータの後部には該主軸モータを冷却するための内蔵ファンが備えられており、主軸モータの先端側から主軸モータの外周に設けられた空孔を通して空気を吸入し、後部側に排気を放出する構造となっている。その結果、主軸モータがカバー内部空間に配置されていると、カバー内部空間の空気をファンで吸い込み、主軸モータを該吸い込んだ空気で冷却し、暖かくなった空気をカバー内部空間内に排出することになり、カバー内部空間の温度を上昇させることになる。さらに、温度上昇したカバー内部空間の空気を吸い込んで主軸モータを冷却することとなるから、主軸モータの冷却効果が低減する。

さらに、主軸モータの内蔵ファンは、機内のミストを含んだ空気を吸入するため、内蔵ファンに加工によって生じたスラッジ等を含んだミストが付着して内蔵ファンが固着する等の信頼性を低下させる原因となる。
そこで、本発明の目的は、上述した問題を解決し、カバー内部空間の温度上昇を低減し、主軸モータを保護することにある。

本発明は、鉛直軸回りに回転する主軸を保持し鉛直軸方向に移動する主軸頭と、前記主軸を駆動するファン内蔵の主軸モータを有し、機械本体を覆うカバーとを備えた工作機械において、前記カバーは、前記主軸モータの上部位置に開口部が設けられ、該開口部から、主軸モータにおける機械本体の外側向き側方を除いた側方に沿って所定間隙をもって垂下する垂下部を備え、前記主軸モータに内蔵されたファンの排気量を上回る風量を持ち、ワークを加工する際に発生するミスト及びダストをカバー内部の空気と共に吸引するミストコレクタを有することを特徴とするものである。
前記垂下部と主軸モータの側部との間隙で形成される空気の流路の流路抵抗が、前記カバー内に流入する空気が通る他の空気通路の流路抵抗よりも小さくなるように、前記間隙を形成することにより、外気が前記垂下部と主軸モータの側部との間隙を主に通るようにして、主軸モータを冷却する空気を外気として冷却効果をよくし、切削液のミストが含まない空気とする。又、前記ミストコレクタが吸引する風量を、主軸頭の水平面への投影面積と該主軸頭の鉛直軸方向への最大移動速度を乗じた容積を上回る風量とすることにより、主軸頭が下降したときカバー内の空気が、垂下部と主軸モータの側部との間隙を通って外部に流出することを防止する。

主軸モータの上部が開放されているため、主軸モータの内蔵ファンは効率的に機外に排気することが可能となり、機内温度はカバーの天井部がない場合と同等とすることができる。又、ミストコレクタによって吸引される外気が主軸モータの周囲を流れるため、主軸モータの内蔵ファンが吸入する空気は常に新鮮な外気となり、冷却能力の低下を防ぎ、主軸モータの温度を効果的に抑えることが可能となる。
主軸モータの周囲は常に外気で満たされている為、主軸モータの内蔵ファンがミストを含んだ空気を吸入することはなくなり、カバー内部空間のミスト状切削液を機械外へ排出することもなく、ミスト状切削液の影響による信頼性の低下を抑制できる。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の工作機械を上方から見た上面図、図２はカバーの側面を取り外して工作機械の側方から見た側面図、図３は、カバーの前面等を取り外して工作機械の正面から見た取った正面図である。
この実施形態は、図４、図５に示した従来の工作機械とカバーの構造において相違するものであり、他は、従来と同様である。本発明は、このカバーの構造に特徴を有するものである。図１〜図３において、図４、図５に示した従来例と同じ要素は同一の符号を付している。

この実施形態も図４、図５に示した従来例と同じように、機械本体を覆うカバー１を備え、該カバー内部空間から、空気と共に切削液のミストを吸引し、切削液を回収するミストコレクタ２を備えるものである。工作機械本体の構成は従来例と同じであり、カバー１の構造が従来と相違するだけである。カバー１の天井部１ａが従来例では機械上部を全面覆うものであったが、この実施形態では、天井部１ａに主軸モータＭｓの上部に対応する箇所に開口部１５（図３参照）が設けられている。このカバー１は開口部１５の辺から主軸モータＭｓの側方に垂下する垂下部１ｃを備える。このカバー１に設けられた垂下部１ｃは、工作機械の後部（主軸モータの機械本体の外側向きの部分）を除いた、主軸モータＭｓのハウジングの前側と両側を主軸モータＭｓのハウジングと所定間隔をもって覆うように設けられている。なお、図３では、前側の垂下部１ｃを取り除いた状態を示している。
その結果、カバー１内の空間と外部空間は、この主軸モータＭｓのハウジングと垂下部１ｃの間隙空間１３を介して、機械の上部及び機械の後部と連通するものとなっている。

主軸４に工具５を取り付け、テーブル６にワークを取り付け、主軸モータＭｓを駆動し主軸４及び工具５を回転させ、切削液供給管１１を介して、工具５とワークの加工領域に切削液を噴射し、送り軸のＸ軸モータＭｘ、Ｙ軸モータＭｙを駆動してテーブル６を移動させながら、かつ、Ｚ軸モータＭｚを駆動して主軸４等をＺ軸方向に移動させて工具５によりワークを加工する。加工領域に供給された切削液は、機械下部の樋１２を介して機械の外部に回収される。

又、供給された切削液は、工具５及び主軸４の高速回転によって弾かれ、その一部がミスト状になりカバー１の内部空間に飛散する。この飛散したミスト状切削液は、ミストコレクタ２によって空気と共に吸引され、回収される。
ミストコレクタ２が稼動し、カバー内部空間内の空気を吸引したとき、前述したように、外部からカバー内部空間内部へ、外気が機械下部に配置された樋１２の切削液出口部分から矢印Ａに示すように流入する。さらに、本実施形態では、矢印Ｂに示すように、主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３を通ってカバー内部空間内に外気が流入する。そしてカバー内部空間に流入した空気は矢印Ｃ、Ｄを通ってミストコレクタ２に吸引され、空気と混ざり合ったミスト状の切削液はミストコレクタ２で回収されることになる。

本実施形態では、カバー内部空間への外部からの空気の流入は、上述したように、主に樋１２の切削液出口部分からと、主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３からである。そこで、主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３からなる流路の流路抵抗（空気流入抵抗）を、樋１２の切削液出口部分の流路における流路抵抗（空気流入抵抗）よりも小さくなるように、主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙及び樋１２の切削液出口部分の開口面積を調整して設計する。この調整は間隙の大きさと開口面積の大きさの調整であるから容易である。すなわち、カバー内部空間内部に流入する空気の流路の流路抵抗を主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３からなる流路が一番小さくなるように設計する。

カバー内部空間に流入する空気の流入抵抗（流路抵抗通路の流路抵抗）が、主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３の通路が一番小さいから、カバー内部空間に流入する空気は、もっぱらこの主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３を通って流入することになる。

一方、図３に示すように、主軸モータＭｓは、その後部には該主軸モータＭｓを冷却するための内蔵ファン８を備え、主軸モータＭｓの外周にはその先端部から後端部に連通する空孔１４が設けられている。内蔵ファン８を回転させることによって、空孔１４内に外部より空気を取り入れ、外部に排出することによって、主軸モータＭｓを冷却している。

上述したように、カバー内部空間には、主に主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３を通って外気が流入するから、主軸モータＭｓの空孔１４に流入する空気は、この間隙空間１３を通過している新鮮な外気となり、カバー内部空間のミスト状の切削液が混ざり合ったものではなく、かつ、カバー内部空間の空気よりも温度が低い外気となることにより、主軸モータＭｓの冷却効果も向上するものである。そして、内蔵ファン８で主軸モータを冷却した空気をカバー外部に排出することから、カバー内部空間の空気の温度上昇を防止している。

なお、主軸頭３はＺ軸モータＭｚによって、Ｚ軸方向（鉛直方向）に移動する。そのため、主軸モータＭｓの空孔１４に流入する空気が確実に外気となるようにするには、垂下部１ｃの長さは、該垂下部１ｃの先端位置が、主軸頭３が最下位まで移動した状態で、主軸モータＭｓに設けられている該主軸モータＭｓを冷却するための空孔１４における空気流入口の位置を超えた位置になるような長さにすることがのぞましい。しかし、間隙空間１３を通る外気は、主軸モータＭｓのハウジング側方に沿った方向の速度を持っていることから、垂下部１ｃの長さを前述した主軸モータＭｓの空孔１４の空気流入位置よりも下側に達するまで長くしなくても十分である。

又、主軸頭３はＺ軸モータＭｚによって、Ｚ軸方向（鉛直方向）に移動することにより、主軸頭３が下降したとき、カバー内部空間内に主軸頭３が侵入することなるから、カバー内部空間の容積が小さくなる。これにより、カバー内部空間の空気が主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３を通って外部に流出する恐れがある。すなわち、逆流する恐れがある。そのため、ミストコレクタの吸引風量を、主軸頭３を水平平面に投影した投影面積に主軸頭３の最大移動速度を乗じた値（主軸頭が最大移動速度で移動したときカバー内部空間の空気を押しのける単位時間当たりの量）に対応する量以上のものとする。これによって、主軸モータＭｓのハウジングとカバー１の垂下部１ｃとの間隙空間１３を内から外へと逆流するのを防止する。

本発明の一実施形態の工作機械の上面図である。 同実施形態において、工作機械の側方のカバーを取り除いて内部を見えるようにした側面図である。 同実施形態において、工作機械の前方のカバーを取り除いて内部を見えるようにした正面図である。 従来の工作機械の上面図である。 従来の工作機械において側方のカバーを取り除いて内部を見えるようにした側面図である。

符号の説明

１ カバー
２ ミストコレクタ
３ 主軸頭
４ 主軸
５ 工具
６ テーブル
７ 吸入管
８ 内蔵ファン
１１ 切削液供給管
１２ 樋
１３ 間隙空間
１４ 空孔
１５ 開口部

Claims (3)

1. 鉛直軸回りに回転する主軸を保持し鉛直軸方向に移動する主軸頭と、前記主軸を駆動するファン内蔵の主軸モータを有し、機械本体を覆うカバーとを備えた工作機械において、前記カバーは、前記主軸モータの上部位置に開口部が設けられ、該開口部から、主軸モータにおける機械本体の外側向きの側方を除いた側方に沿って所定間隙をもって垂下する垂下部を備え、前記主軸モータに内蔵されたファンの排気量を上回る風量を持ち、ワークを加工する際に発生するミスト及びダストをカバー内部の空気と共に吸引するミストコレクタを有することを特徴とする本体をカバーで覆った工作機械。
2. 前記垂下部と主軸モータの側部との間隙で形成される空気の流路の流路抵抗が、前記カバー内に流入する空気が通る他の空気通路の流路抵抗よりも小さくなるように、前記間隙が形成されている請求項１に記載の本体をカバーで覆った工作機械。
3. 前記ミストコレクタは、主軸頭の水平面への投影面積と該主軸頭の鉛直軸方向への最大移動速度を乗じた容積を上回る風量を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の本体をカバーで覆った工作機械。

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