KR101687028B1

KR101687028B1 - 회전 절삭 장치

Info

Publication number: KR101687028B1
Application number: KR1020100092533A
Authority: KR
Inventors: 마나부 사이토; 다츠오 나카하라; 히데하루 다카하시
Original assignee: 후지 주코교 카부시키카이샤
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2030-09-20
Also published as: CN102029547B; CN102029547A; US8876442B2; EP2301697B1; US20110070042A1; EP2301697A1; JP2011067875A; KR20110033076A; JP5389584B2

Abstract

본 발명은 절삭용 액제 및 공기가 주변으로부터 공급되고, 회전 절삭 공구의 선단부로부터 절삭용 액제의 안개형상체를 분사함에 있어서, 양질의 안개형상체를 안정적으로 분사하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 회전 절삭 장치는, 절삭용 액제와 공기의 혼합기를 공급관(4), 커버(3)의 제1 공급로(b), 척 장치(2)의 제2 공급로(c, d), 척 장치의 중심부 공동[스로틀 전실(d), 스로틀(24a), 스로틀 후실(e)], 회전 절삭 공구(1)의 제3 공급로(g) 순으로 통과하여 급송한다. 제1 공급로와 제2 공급로는, 커버와 척 장치의 상대 회전에 따라 개구끼리가 대향함으로써 간헐적으로 접속하고, 제2 공급로가 유체를 스로틀을 향해 분사하며, 전실은 제2 공급로로부터 직경 확장되어 형성되고, 스로틀은 제2 공급로의 최소 직경보다 소직경으로 형성되며, 후실은 회전 절삭 공구의 후단면의 둘레 가장자리와 스로틀의 하류측 원추형 내면이 밀착되어 둘레에 접하는 것에 의해, 상기 후단면과 상기 하류측 원추형 내면에 의해 형성되고, 전실은 후실보다 대용량으로 형성되어 있다.

Description

회전 절삭 장치{ROTATION CUTTING APPARATUS}

본 발명은, 드릴 등의 회전 절삭 공구의 선단부로부터 절삭용 액제와 공기가 혼합된 안개형상체를 분사하는 회전 절삭 장치에 관한 것이다.

종래, 회전 절삭 가공에서 절삭부의 윤활·냉각 등을 위해, 절삭부(절삭날이나 피삭재)에 대하여 절삭유, 수용성 쿨런트(coolant) 등의 절삭용 액제를 공급하는 것이 행해지고 있다.

절삭부에 대한 절삭용 액제의 공급은, 회전 절삭 공구의 외부로부터 공급하는 외부 공급 방식 외에, 회전 절삭 공구에 형성된 구멍으로부터 공급하는 내부 공급 방식이 이용되고 있다(특허문헌 1-3 참조).

내부 공급 방식에서 절삭용 액제의 공급로는, 그 유로 중심이 항상 회전 중심에 배치되어 구성된 중심 공급형이 바람직하다. 중심 공급형은, 비회전부로부터 회전부로의 공급로의 접속이 비교적 용이하고, 공급로 안을 흐르는 유체에의 원심력의 영향을 경감할 수 있다.

그러나, 중심 공급형은, 회전 중심에 전체를 관통하는 관통로가 있는 기계 구성에 한정되기 때문에, 채용의 폭이 좁다. 이 때문에, 회전 주축의 공구 유지단에 있어서 회전 중심으로부터 떨어진 주변으로부터 절삭용 액제를 공급하고, 장치 내부에서 공급로를 회전 중심으로 두른 주변 공급형도 채용된다.

주변 공급형은, 회전 절삭 공구를 회전 구동하는 기계 구성에 제한을 받지 않기 때문에, 기존의 선반 등 여러 가지 회전계 공작 기계에 널리 채용할 수 있다. 그 반면, 주변 공급형이면, 비회전부로부터 회전부로의 공급로의 접속은, 회전 중심으로부터 미리 정해진 반경만큼 떨어진 부위에서 행해야 하고, 공급로를 적어도 일지점에서 구부려야 한다. 또한, 회전 중심으로부터 떨어진 공급로에서는 공급로 안을 흐르는 유체에의 원심력의 영향이 비교적 커진다는 불리한 면도 있다.

최근, 절삭용 액제와 공기가 혼합된 안개형상체를 공급하는 것에 우위성이 있다고 알려져 있다. 안개형상으로써 공급하는 것에 의해, 절삭부에 대하여 소량으로 균일하게 절삭용 액제를 공급할 수 있어, 가공 효율, 절삭 공구 수명의 향상과 함께, 절삭용 액제의 절감과 클린성이나 작업 효율의 향상을 추진 할 수 있는 것 외에, 오일의 안개형상체와 물의 안개형상체를 혼합하여 공급하는 것까지 가능해진다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2003-181743호 공보 특허문헌 2: 일본 실용 공고 평7-35699호 공보 특허문헌 3: 일본 실용 공고 평5-13476호 공보

그러나, 종래의 주변 공급형의 회전 절삭 장치에서 절삭용 액제와 공기가 혼합된 안개형상체를 공급하기에는, 다음과 같은 문제가 있다.

종래의 주변 공급형 회전 절삭 장치에 있어서는, 절삭용 액제와 공기가 혼합된 안개형상체를 회전 주축의 주변으로부터 공급하여도, 회전 절삭 공구의 선단부에 형성된 분사구로부터 안개형상체가 양호하게 분사되지 않고, 일부가 액상화되어 나오거나, 안개형상체가 분출되어도 간헐적, 맥동적으로 분출되어, 안개형상체를 안정적으로 분사하는 것은 어렵다. 또한, 그 영향으로 회전 절삭 공구 안의 공급로를 세경(細徑)화하는 것, 따라서 소직경의 회전 절삭 공구를 적용하는 것에 어려움이 있었다.

안개형상체의 분출이 불안정화되는 원인은, 회전 주축의 주변으로부터 공급된 안개형상체가 원심력에 의해 공급로의 내벽에 닿아 재액상화되는 것, 재액상화에 의해 공급로 안에 저장된 액체가 안개형상체의 흐름에 작용하여 분출을 간헐적, 맥동적으로 하여, 분출을 불안정하게 하는 것에 있다고 생각된다.

원심력이 가해지지 않도록 단순히 안개형상체의 공급압을 높여도, 오히려 공급로의 만곡부에서 안개형상체가 내벽에 닿아 재액상화되기 때문에, 같은 결과를 피하는 것은 어렵다.

본 발명은 이상의 종래 기술에서의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 절삭용 액제 및 공기가 회전 주축의 주변으로부터 공급되고, 상기 회전 주축에 유지된 회전 절삭 공구의 선단부로부터 절삭용 액제와 공기가 혼합된 안개형상체를 분사함에 있어서, 양질의 안개형상체를 안정적으로 분사할 수 있는 회전 절삭 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

이상의 과제를 해결하기 위한 청구항 1 기재의 발명은, 회전 절삭 공구를 파지하고 회전 주축에 고정되는 척 장치와,

상기 척 장치의 외주면의 일부를 일주에 걸쳐 밀착 슬라이딩할 수 있게 덮는 통형부를 가지며 비회전으로 유지되는 커버를 포함하고,

절삭용 액제와 공기와의 혼합기를 압송하는 공급관으로부터, 상기 혼합기를, 상기 커버에 형성된 제1 공급로, 상기 척 장치에 형성된 제2 공급로, 상기 척 장치의 회전 중심부에 형성된 중심부 공동, 상기 회전 절삭 공구에 그 후단면과 선단부와의 각 개구를 연통하도록 형성된 제3 공급로 순으로 이들 유로를 통과하여 급송하여, 상기 절삭용 액제의 안개형상체를 상기 회전 절삭 공구의 선단부의 개구로부터 분사하는 회전 절삭 장치로서,

상기 제1 공급로는, 상기 통형부의 둘레벽을 내외 방향으로 관통하여 형성되고,

상기 공급관은, 상기 제1 공급로의 외측 개구에 접속되며,

상기 제2 공급로는, 일단이 상기 외주면에 개구되고, 타단이 상기 중심부 공동에 개구되어 형성되며,

상기 제1 공급로와 상기 제2 공급로는, 상기 커버와 상기 척 장치의 상대 회전에 따라, 상기 제1 공급로의 내측 개구 중 적어도 일부와 상기 제2 공급로의 외측 개구 중 적어도 일부가 대향함으로써 접속하고, 상기 제1 공급로의 내측 개구가 상기 외주면에 의해 덮이고 상기 제2 공급로의 외측 개구가 상기 커버의 내주면에 의해 덮임으로써 절단되며,

상기 중심부 공동 안의 회전축상의 위치에 스로틀(throttle)이 구성되고, 상기 스로틀에 의해 상기 중심부 공동이 상기 스로틀의 전실과 후실로 나눠지며,

상기 제2 공급로는 상기 전실에 접속되고,

상기 제2 공급로가 상기 혼합기를 상기 스로틀을 향해 분사하도록 배치되며,

상기 전실은, 상기 제2 공급로로부터 직경 확장되어 형성되고,

상기 스로틀은, 상기 제2 공급로의 최소 직경보다 소직경으로 형성되며,

상기 후실은, 상기 제3 공급로에 접속되고,

상기 후실은, 상기 회전 절삭 공구의 후단면의 둘레 가장자리와 상기 스로틀의 하류측 원추형 내면이 둘레에 접하는 것에 의해, 상기 후단면과 상기 하류측 원추형 내면에 의해 포위되어 형성되며,

상기 전실은, 상기 후실보다 대용량으로 형성되어 있는 회전 절삭 장치이다.

청구항 2 기재의 발명은, 상기 제2 공급로의 전부 또는 내측 개구를 포함하는 일부는, 상기 공급관의 혼합기 출사구의 내경 이하의 내경으로 형성되어 있는 청구항 1에 기재한 회전 절삭 장치이다.

청구항 3 기재의 발명은, 상기 제2 공급로의 외측 개구는, 하류측에 대하여 폭을 확장하여 형성되고, 둘레 방향의 최대 내부 치수가 축방향의 최대 내부 치수보다 크게 형성되어 있는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재한 회전 절삭 장치이다.

청구항 4 기재의 발명은, 상기 제2 공급로의 외측 개구는, 둘레 방향을 따른 양단부가 중앙부를 향해 서서히 폭을 확장하도록 형성되어 있는 청구항 3에 기재한 회전 절삭 장치이다.

청구항 5 기재의 발명은, 상기 제2 공급로의 상기 외측 개구의 하류에 계속되는 유로는, 상기 외측 개구의 중심 위치보다 회전 방향 후방으로 오프셋한 위치에 형성되어 있는 청구항 3에 기재한 회전 절삭 장치이다.

청구항 6 기재의 발명은, 상기 척 장치는,

체결에 의해 직경 축소함으로써 상기 회전 절삭 공구를 파지하는 파지 피스와,

상기 스로틀을 구성하는 스로틀 피스와,

상기 파지 피스 및 상기 스로틀 피스를 전단측으로부터 받아 들여 내측에 유지하고, 후단이 상기 회전 주축에 체결되는 통형의 홀더와,

상기 파지 피스에 결합하고, 상기 홀더에 나사 결합하여, 상기 파지 피스의 외측 테이퍼를 상기 홀더의 내측 테이퍼에 밀어 붙혀 상기 체결을 실현하는 너트와,

상기 스로틀 피스와 상기 홀더의 내주면 사이를 밀봉하는 O-링을 포함하며,

상기 홀더에는, 상기 커버와 밀착 슬라이딩하는 상기 외주면이 구성되고, 상기 제2 공급로가 형성되며, 또한 상기 홀더의 내주면에 후단측이 좁아져 상기 O-링을 거는 단차부가 주위에 형성되고,

상기 스로틀 피스에는, 상기 스로틀을 향해 직경 축소하는 원추형 내면이 상기 스로틀 양측에 형성되며, 그 상류측 원추형 내면 주위에 후단면이 설치되고,

상기 홀더의 후단측 개구는, 상기 홀더가 상기 회전 주축에 체결되는 것에 의해 막히며,

상기 너트의 나사 결합 회전에 의해 상기 체결이 실시되고, 상기 회전 절삭 공구의 후단을 상기 스로틀 피스의 하류측 원추형 내면에 밀어 붙혀 상기 스로틀 피스를 후방으로 압박하며, 상기 0-링을 상기 스로틀 피스의 상기 후단면과 상기 홀더의 상기 단차부에서 협압(挾壓, compressing) 유지하는 것에 의해 상기 전실 및 상기 후실이 완성되고,

상기 제2 공급로는 상기 O-링보다 후단측에서 상기 전실에 개구되는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 기재된 회전 절삭 장치이다.

본 발명에 의하면, 공급관으로부터 압송된 절삭용 액제와 공기와의 혼합기는, 제1 공급로와 제2 공급로의 간헐적인 접속에 의해 내압을 내리지 않고 한정된 접속 기간에 집중되어 제2 공급로에 압송되고, 원심력이 가해지지 않아 스로틀로부터 떨어진 내벽에 충돌하지도 않고 그대로 스로틀을 향해 분사되어, 재액상화가 억제되면서 원활, 신속히 회전축상에 배치된 스로틀에 도달한다.

스로틀의 전실에서 절삭용 액제의 안개형상화가 불충분한 경우에도, 이 스로틀의 작용에 의해 절삭용 액제를 충분히 안개형상화하고, 그 후, 회전축상 또는 그 근방에 집중 배치된 스로틀 후실 및 제3 공급로를 통과하여 급송하는 것에 의해 원심력에 의한 절삭용 액제의 재액상화를 억제하면서 절삭용 액제의 안개형상체를 회전 절삭 공구의 선단부로부터 분사할 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 스로틀 전실은 제2 공급로보다 직경 확장되어 형성되고, 스로틀은 제2 공급로의 최소 직경보다 소직경으로 형성되며, 스로틀 전실은 스로틀 후실보다 대용량으로 형성되어 있다.

따라서, 제1 공급로와 제2 공급로와의 접속 기간에서, 스로틀 전실에 절삭용 액제와 공기의 가압체가 축적되어, 스로틀 전실은 최고압에 도달한다. 스로틀 전실에 축적된 절삭용 액제와 공기의 가압체는 스로틀에 의해 서서히 송출되기 때문에, 제1 공급로와 제2 공급로의 절단 기간에서도 스로틀 전실의 내압은, 급강하가 억제되어 비교적 천천히 저하된다. 그리고 내압의 저하가 현저해지기 전에, 다음의 제1 공급로와 제2 공급로의 접속 기간을 맞아, 비교적 작은 상승으로 스로틀 전실은 최고압에 복귀한다. 그 결과, 회전 절삭 공구의 선단부로부터의 분사의 맥동을 억제하여 안정적으로 절삭용 액제의 안개형상체를 회전 절삭 공구의 선단부로부터 분사할 수 있는 효과가 있다. 즉, 스로틀을 설치하고, 상대적으로 대면적·대용량의 스로틀 전실을 형성하는 것에 의해, 맥동 변화를 완화시키는 효과가 있다.

제2 공급로의 전부 또는 내측 개구를 포함하는 일부는, 공급관의 혼합기 출사구의 내경 이하의 내경으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 제2 공급로의 외측 개구는, 하류측에 대하여 폭을 확장하여 형성되고, 둘레 방향의 최대 내부 치수가 축방향의 최대 내부 치수보다 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 제2 공급로의 외측 개구는, 둘레 방향을 따른 양단부가 중앙부를 향해 서서히 폭을 확장하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 제2 공급로의 외측 개구의 하류에 계속되는 유로는, 상기 외측 개구의 중심 위치보다 둘레 방향으로 오프셋한 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하는 것에 의해, 제1 공급로와 제2 공급로의 접속 기간을 적절히 확보하고, 공급관으로부터 압송되는 혼합기를 제2 공급로에 원활히 도입하여, 내압을 내리지 않고 재액상화를 억제하면서 스로틀을 향해 강력히 분사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 절삭 장치의 주요부를 단면으로 도시한 주요부 측시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 공급관의 접속 부분의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 콜릿 홀더의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 콜릿 홀더의 부분 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 척 장치에 구성된 제2 공급로 개폐 기구를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 척 장치에 구성된 제2 공급로 개폐 기구의 개방 각도를 계산하기 위한 보충도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 척 장치에 구성된 스로틀 전실의 압력의 시간 변화를 도시하는 그래프(실선)이다. 파선 그래프는 비교예에 관한 것이다.

이하에 본 발명의 일 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 이하는 본 발명의 일 실시형태로서 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

도 1, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 절삭 장치는, 회전 절삭 공구로서의 드릴(1)과, 척 장치(2)와, 커버(3)와, 공급관(4)과, 커넥터(5)를 구비한다.

척 장치(2)는, 콜릿 척이며, 콜릿(21)과, 콜릿 홀더(22)와, 콜릿 너트(23)와, 스로틀 피스(24)와, O-링(25)을 구비한다.

척 장치(2)는 드릴(1)을 파지한다.

콜릿 홀더(22)는, 양단에 각각 테이퍼면을 구비한 통형으로, 콜릿 홀더(22)의 후단이 회전 주축(6)에 끼워져, 접시머리 볼트(7)에 의해 콜릿 홀더(22)와 회전 주축(6)이 체결 고정된다. 이것에 의해 콜릿 홀더(22)의 후단 개구는 막힌다.

더 조립하기 위해서는, 접시머리 볼트(7)에 의해 체결한 후, 콜릿 홀더(22)의 전단 개구로부터 O-링(25)을 삽입한다. 콜릿 홀더(22)의 내주면에, 전단측에 대하여 후단측이 좁게 형성된 단차부(22a)가 주위에 형성되어 있다. O-링(25)은 단차부(22a)에 걸려, 그 이상 후단측으로 이동하지 않도록 규제된다.

그 후, 콜릿 홀더(22)의 전단 개구로부터 스로틀 피스(24)를 삽입한다. 스로틀 피스(24)에는, 스로틀(24a)을 향해 직경 축소되는 원추형 내면(24b, 24c)이 스로틀(24a)의 양측에 형성되고, 그 상류측 원추형 내면(24b) 주위에 후단면(24d)이 설치되어 있다. 콜릿 홀더(22)의 후단면(24d)이 O-링(25)의 전단에 부딪혀 멈춘다.

상류측 원추형 내면(24b)과, 하류측 원추형 내면(24c)은, 각각 스로틀(24a)에 대략 정점을 배치하는 원추형이다. 또한 양자는 대략 동일 경사각이다. 따라서, 콜릿 홀더(22)의 전측 절반과 후측 절반을 대칭으로 구성하고, 표리 없이 사용할 수 있게 하여도 좋다.

그 후, 콜릿 홀더(22)의 전단 개구에 콜릿(21)의 후단부를 삽입하고, 콜릿(21) 후단부의 외측 테이퍼면을 콜릿 홀더(22) 전단부의 내측 테이퍼에 맞춘다. 또한 드릴(1)을 콜릿(21)에 삽입한다.

콜릿 홀더(22)의 전단부 외주에는 숫나사(22b)가 설치되어 있고, 콜릿 너트(23)를 콜릿 홀더(22)의 숫나사(22b)에 결합시켜, 콜릿 너트(23)를 체결한다. 늦어도 본 체결의 시작시에는, 드릴(1)의 후단을 스로틀 피스(24)의 하류측 원추형 내면(24c)에 접촉시킨다.

콜릿 너트(23)는 콜릿(21)의 전단부에 결합하여 콜릿(21)의 전단 방향의 이동을 규제한다. 따라서, 콜릿 너트(23)를 체결하면, 콜릿(21)의 외측 테이퍼가 콜릿 홀더(22)의 내측 테이퍼에 밀려 붙힌다.

그렇게 하면, 콜릿(21)은 체결에 의해 직경 축소되는 것에 의해 드릴(1)을 파지 한다. 이와 동시에, 드릴(1)의 후단은 스로틀 피스(24)의 하류측 원추형 내면(24c)에 세게 눌려 스로틀 피스(24)를 후방으로 압박하고, O-링(25)을 스로틀 피스(24)의 후단면(24d)과 콜릿 홀더(22)의 단차부(22a)에서 협압 유지한다. O-링(25)은 스로틀 피스(24)와 콜릿 홀더(22)의 내주면 사이를 밀봉한다.

이것에 의해 스로틀 전실(e) 및 스로틀 후실(f)이 완성된다. 이 때, O-링(25)의 단면이 협압 방향(회전축 방향)으로 압축 변형함으로써, 그 밀봉성이 높아지고, 콜릿 너트(23)의 체결에 수반하는 드릴(1)의 후퇴가 허용되어 콜릿(21)에 의한 드릴(1)의 파지를 끝낼 수 있다.

척 장치(2)의 회전 중심부에 형성된 중심부 공동은, 스로틀(24a)에 의해 스로틀 전실(e)과 스로틀 후실(f)로 나눠지고, 회전축(M)상에 스로틀(24a)이 구성된다.

스로틀 후실(f)은, 드릴(1)의 후단면의 둘레 가장자리와 스로틀(24a)의 하류측 원추형 내면(24c)이 밀착되어 둘레에 접하는 것에 의해, 드릴(1)의 후단면과 상기 하류측 원추형 내면(24c)에 의해 포위되어 형성된다. 스로틀 전실(e)은, 스로틀 후실(f)보다 대용량으로 형성된다.

한편, 회전 주축(6)은 베어링(8)을 통해 외통 프레임(9)에 지지되어 있다.

커버(3)는 통형체로, 후단이 외통 프레임(9)에 끼워져 비회전으로 고정된다. 이 때, 커버(3) 전단측의 통형부(3a)는, 콜릿 홀더(22)의 외주면(22c)을 일주에 걸쳐 밀착 슬라이딩할 수 있게 덮는다. 통형부(3a)에는, 그 둘레벽을 내외 방향으로 관통하는 제1 공급로(b)가 형성되어 있다.

절삭용 액제와 공기와의 혼합기를 압송하는 공급관(4)은, 제1 공급로(b)의 외측 개구에 커넥터(5)를 통해 접속된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 공급관(4)은 이중관 구조를 갖고 있고, 내관(4a)에 의해 절삭용 액제가 미리 정해진 압력으로 화살표 방향으로 압송되며, 외관(4b)에 의해 공기가 미리 정해진 압력으로 화살표 방향으로 압송된다. 공급관(4)의 선단에는 노즐(4c)이 부설된다. 이 노즐(4c)에서 절삭용 액제가 안개형상화되어 절삭용 액제와 공기가 혼합된 혼합기가 되어, 제1 공급로(b)에 송출된다.

공급관(4)의 도시하지 않는 근원 방향에는, 에어 밸브 및 절삭용 액제의 밸브가 설치되어, 에어 밸브에 의해 공기의 공급량이 조정되고, 절삭용 액제의 밸브에 의해 절삭용 액제의 공급량이 조정되며, 그 결과, 절삭용 액제와 공기의 혼합비가 조정된다.

커넥터(5)는, 제1 공급로(b)의 내주에 설치된 암나사에 결합 고정되는 중공 볼트(5a)와, 중공 볼트(5a)의 외단 개구에 끼워 넣어진 니플(5b)로 구성된다.

니플(5b)에 공급관(4) 선단부의 노즐(4c)이 끼워 넣어져, 공급관(4)이 장착된다.

콜릿 홀더(22)에는 제2 공급로가 형성되어 있다. 제2 공급로(c+d)는, 하류측의 세경부(d)와, 이 세경부(d)에 대하여 폭을 확장하여 형성되고 외측 개구(c1)를 최대면적으로 하는 폭 확장부(c)로 구성되어 있다. 세경부(d)는, 공급관(4)의 혼합기 출사구(a)의 내경 이하의 내경으로 형성되어 있다.

제2 공급로는, 일단이 외주면(22c)에 개구되고, 타단이 스로틀 전실(e)에 개구한다. 따라서 제2 공급로의 세경부(d)와 스로틀 전실(e)이 접속되어 있다. 제2 공급로의 세경부(d)는 O-링(25)보다 후단측에서 스로틀 전실(e)에 개구된다.

제2 공급로의 외측 개구(c1)(도 3 참조)는, 콜릿 홀더(22)의 회전에 수반하여 제1 공급로(b)와 제2 공급로의 폭 확장부(c)를 연통시키도록 배치된다.

제2 공급로는, 그 외측 개구(c1)로부터 내측 개구(d1)에 다다랐을 때 전방으로 천이하도록 회전축(M)에 대하여 경사진 직선형으로 형성되어 있다. 제2 공급로의 유로 중심축과 회전축(M)과의 교점과 대략 같은 위치에, 스로틀(24a)이 배치된다. 이러한 배치로 하는 것에 의해, 제2 공급로의 세경부(d)로부터 분사되는 유체가 스로틀(24a)을 향해 분사되게 된다.

원활한 급송을 위해, 제2 공급로를 접시머리 볼트(7)측에 볼록한 곡선형으로 형성하는 편이 좋지만, 직선형이 가공은 용이하다. 곡선형으로 형성하는 경우에도 최종적으로 제2 공급로로부터 분사되는 유체가 스로틀(24a)을 향해 분사되도록 제2 공급로를 배치한다.

커버(3)의 통형부(3a)의 내주면과 콜릿 홀더(22)의 외주면(22c) 사이에는, 공급로로부터의 누출을 방지하는 X-링(10, 10)이 전후로 유지되어 있다.

드릴(1)에 제3 공급로(g, g)가 형성되어 있다. 제3 공급로(g, g)는, 일단이 드릴(1)의 선단부에 개구되고, 타단이 드릴(1)의 후단면에 개구된다. 드릴(1)의 선단부의 개구는, 절삭용 액제의 안개형상체의 분사구가 된다. 이 분사구는 드릴(1)의 선단에 형성되는 절삭날의 여유면에 배치되어 전방을 향해 개구된다. 또한, 다른 분사구로서 드릴(1)의 선단부의 측부에 제3 공급로(g, g)의 개구를 형성하여도 좋다.

스로틀 전실(e)은, 제2 공급로의 세경부(d)로부터 직경 확장되어 형성되어 있다. 스로틀(24a)은, 제2 공급로의 최소 직경[세경부(d)의 직경]보다 소직경으로 형성되어 있다. 스로틀 후실(f)은, 제3 공급로(g, g)에 접속되어 있다.

이상의 구조에 의해 본 회전 절삭 장치는, 절삭용 액제와 공기와의 혼합기를, 공급관(4), 제1 공급로(b), 제2 공급로(c+d), 중심부 공동[스로틀 전실(e)→스로틀(24a)→스로틀 후실(f)], 제3 공급로(g, g)의 순으로 이들 유로를 통과하여 급송하여, 절삭용 액제의 안개형상체를 드릴(1)의 선단부로부터 분사한다.

다음에, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 제2 공급로 및 그 개폐 기구에 대해 설명한다.

도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이 제2 공급로의 외측 개구(c1)는, 둘레 방향의 최대 내부 치수(c2)가 축방향의 최대 내부 치수(c3)보다 크게 형성되어 있다.

본 실시형태에 상관없이 제2 공급로에 폭 확장부(c)를 형성하지 않고, 제2 공급로 전체를 공급관의 혼합기 출사구의 내경 이하의 세경부(d)로 하여도 좋다. 그러나, 본 실시형태와 같이 제2 공급로의 도입부에 상기 형상의 외측 개구(c1)를 갖는 폭 확장부(c)를 형성하는 것에 의해, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c)의 접속 기간을 적절히 확보하면서, 공급관(4)으로부터 압송되는 혼합기를 제2 공급로(c+d)에 원활히 도입할 수 있다.

또한 도 4에 도시하는 바와 같이 제2 공급로의 외측 개구(c1)는, 둘레 방향을 따른 양단부가 중앙부를 향해 서서히 폭을 확장하도록 형성되어 있다.

또한 도 4에 도시하는 바와 같이 제2 공급로의 외측 개구(c1)의 하류에 계속되는 세경부(d)는, 외측 개구(c1)의 중심 위치보다 둘레 방향으로 오프셋한 위치에 형성되어 있다.

도 5(a) 또는 도 6에서 화살표로 도시하는 바와 같이 콜릿 홀더(22)는 회전한다. 따라서, 세경부(d)는 외측 개구(c1)의 중심 위치보다 회전 방향 후방으로 오프셋한 위치에 형성되어 있다.

이상의 구성에 의해, 공급관(4)으로부터 압송되는 혼합기를 제2 공급로의 폭 확장부(c)로 유도하여, 제2 공급로의 세경부(d)에 원활히 도입할 수 있다.

본 실시형태에서 폭 확장부(c)는 엔드밀에 의해 가공된 것이다. 세경부(d) 의 중심축 방향과 평행하게 엔드밀을 배치하여 콜릿 홀더(22)의 외주부를 절삭하는 것에 의해, 도시와 같은 형상을 얻을 수 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)는, 커버(3)와 콜릿 홀더(22)의 상대 회전에 따라, 제1 공급로(b)의 내측 개구 중 적어도 일부와 제2 공급로의 외측 개구(c1) 중 적어도 일부가 대향함으로써 접속하고, 제1 공급로(b)의 내측 개구가 콜릿 홀더(22)의 외주면(22c)에 의해 덮이며 제2 공급로의 외측 개구(c1)가 커버(3)의 내주면에 의해 덮임으로써 절단된다.

따라서, 도 5 (a)→(b)→(c)의 변화 기간이, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)의 접속 기간이 되고, 도 5 (c)→(a)의 변화 기간이, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)의 절단 기간이 된다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 공급로(b)의 내경을 φA로 한다. 본 실시형태에서 제1 공급로(b)의 내경 φA는, 제2 공급로의 외측 개구(c1)의 둘레 방향의 최대 내부 치수(c2)와 같게 형성된다. 즉, φA=c2이다.

콜릿 홀더(22)의 외경과 커버(3)의 통형부(3a)의 내경은 실질적으로 동등하게, φB로 한다.

이상의 조건에 의하면, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)의 접속 기간에 진행하는 상대각은 도시한 각(θ)의 4배, 즉, 4θ가 된다. 이것을 제2 공급로 개폐기구의 개방 각도로 칭하는 것으로 한다. φB=22 ㎜의 경우, φA=c2=10 ㎜로 하는 것에 의해 양호하게 안개형상체를 분사할 수 있었다. 이 경우, 제2 공급로 개폐 기구의 개방 각도(4θ)는, 도 6에 도시하는 기하학적 관계로부터 114˚로 계산된다. φB가 22 ㎜와 상이한 경우라도, 개방 각도(4θ)가 114˚ 정도가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 다시 본 회전 절삭 장치의 동작에 대해 설명한다.

본 회전 절삭 장치를 사용하기 위해서는, 우선 회전 주축(6)을 구동하는 모터를 기동하여 회전 주축(6)을 회전시킨다. 그렇게 하면, 회전 주축(6), 척 장치(2), 드릴(1)은 일체 회전한다.

다음에, 공급관(4)의 에어 밸브를 원하는 개방도로 개방하고, 계속해서 절삭용 액제의 밸브를 원하는 개방도로 개방한다.

그렇게 하면, 전술한 바와 같이 공급관(4)의 내관(4a)으로부터 분사되는 절삭용 액제가 안개형상이 되어 외관(4b)으로부터 분사되는 공기와 혼합되고, 노즐(4c)에서 절삭용 액제와 공기의 혼합기가 생성되어, 커넥터(5)를 통해 제1 공급로(b)에 송출된다.

노즐(4c)로부터 분사된 혼합기는, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)의 절단기간에서는, 외주면(22c)으로 막히지만, 그 만큼 내압은 높아져, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)의 접속 기간에 있어서 제2 공급로의 폭 확장부(c)에 집중적으로 압입된다. 폭 확장부(c)에 진입한 혼합기는, 폭 확장부(c)의 고안된 형상에 의해 제2 공급로의 세경부(d)로 유도된다.

세경부(d)에 진입한 혼합기는, 내측 개구(d1)로부터 출사되어 스로틀 전실(e) 안의 공간을 비상하여, 스로틀(24a)에 분사된다.

그리고, 스로틀(24a)에 의해 재안개형상화가 행해져, 스로틀 후실(f), 드릴(1) 안의 제3 공급로(g, g)를 통과하여, 절삭용 액제의 안개형상체가 드릴(1)의 선단부로부터 분사된다.

이상과 같이, 공급관(4)으로부터 압송된 절삭용 액제와 공기의 혼합기는, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)의 간헐적인 접속에 의해 내압을 내리지 않고 한정된 접속 기간에 집중되어 제2 공급로(c+d)에 압송되고, 원심력이 가해지지 않아 스로틀(24a)로부터 떨어진 내벽에 충돌하지도 않고 그대로 스로틀(24a)을 향해 분사되어, 재액상화가 억제되면서 원활, 신속히 회전축상에 배치된 스로틀(24a)에 도달한다.

그리고, 스로틀 전실(e)의 전단측의 대략 전체면이 상류측 원추형 내면(24b)에 의해 형성되어 있고, 스로틀 전실(e)의 측부는 상류측 원추형 내면(24b)의 최대 직경부에 내경이 대략 일치한 O-링(25)에 의해 밀봉되며, 스로틀 전실(e)의 후단측도 제2 공급로의 내측 개구(d1)보다 후방에 공간을 만들지 않고 밀폐되어 있기 때문에, 액체를 저장하기 쉬운 공간은 없다. 절삭용 액제의 일부가 재액상화되어도, 그 대부분이 상류측 원추형 내면(24b)에 취해져 스로틀(24a)에 의해 재안개형상화된다.

또한 회전축(M)상 또는 그 근방에 집중 배치된 스로틀 후실(f) 및 제3 공급로(g, g)를 통해 급송하는 것에 의해 원심력에 의한 절삭용 액제의 재액상화를 억제하면서 절삭용 액제의 안개형상체를 드릴(1)의 선단부로부터 분사할 수 있다.

본 실시형태에서는, 스로틀 전실(e)은 제2 공급로의 세경부(d)보다 직경 확장되어 형성되고, 스로틀(24a)은 제2 공급로의 최소 직경보다 소직경으로 형성되며, 스로틀 전실(e)은 스로틀 후실(f)보다 대용량으로 형성되어 있다.

이것에 의해, 혼합기의 간헐적 도입을 채용하고 있어도, 드릴(1)의 선단부로부터 분사되는 안개형상체의 맥동 변화를 완화시키는 효과가 있다. 이것에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은, 제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)의 접속 기간을 1주기의 약 1/3, 절단 기간을 1주기의 약 2/3로 한 경우를 도시한다. 도 7에 도시하는 실선 그래프는 본 실시형태에 따른 스로틀 전실(e) 압력의 시간 변화를 도시하고, 파선 그래프는, 본 실시형태에 대하여 스로틀을 크게 한 비교예(중심부 공동 안을 전혀 좁히지 않은 경우를 포함)의 압력의 시간 변화를 도시한다. 단, 공급관(4) 안의 에어압을 약 0.5 MPa로 한다.

제1 공급로(b)와 제2 공급로(c+d)의 접속 기간 T1에서, 스로틀 전실(e)에 절삭용 액제와 공기의 가압체가 축적된다. 접속 기간 T1의 종료 시에서 스로틀 전실(e)은 최고압(약 0.5 MPa)에 도달한다.

본 실시형태에 있어서는, 스로틀 전실(e)에 축적된 절삭용 액제와 공기의 가압체는 스로틀(24a)에 의해 서서히 송출되기 때문에, 절단 기간 T2에서도 스로틀 전실(e)의 내압은, 급강하가 억제되어 비교적 천천히 저하된다. 이것에 대하여 비교예에 있어서는, 내압은 급강하하고 절단 기간 T2 후기에서는 대기압까지 저하된다.

한편, 본 실시형태에 있어서는, 내압의 저하가 현저해지기 전에, 다음 접속 기간(T3)을 맞아, 비교적 작은 상승으로 스로틀 전실(e)은 최고압(약 0.5 MPa)에 복귀한다. 그 결과, 드릴(1)의 선단부로부터의 분사의 맥동을 억제하여 안정적으로 절삭용 액제의 안개형상체를 드릴(1)의 선단부로부터 분사할 수 있다.

이것에 대하여 비교예에 있어서는, 내압은, 최고압(약 0.5 MPa)과 대기압 사이의 변화를 반복하기 때문에 분사의 맥동 변화가 현저해진다.

비교예에서 맥동 변화를 억제하기 위해서는, 접속 기간(T1, T3)의 비율을 크게 하거나, 제2 공급로의 유로 직경을 크게 해야 한다.

그러나, 접속 기간의 비율을 크게 하면, 혼합기가 도입될 때의 유속이 저하되고, 원심력이 가해져 내벽에 닿아 재액상화될 우려가 있다. 유로 직경을 크게 하면, 절삭용 액제가 저장되는 공간이 증가하여 바람직하지 않다.

이것에 대하여 본 실시형태에 의하면, 접속 기간(T1, T3)의 비율이 작고, 제2 공급로의 유로 직경이 작아도, 그 만큼, 스로틀 전실(e)에 단기 집중적으로 고압으로 혼합기를 고속 도입하여 도입시의 재액상화를 막고, 그리고 제2 공급로의 최소 직경보다 소직경의 스로틀(24a)을 더 설치하며, 상대적으로 대면적·대용량의 스로틀 전실(e)을 설치하는 것에 의해, 스로틀 전실(e)에 혼합기의 가압체를 차지하고, 차지한 혼합기의 가압체를 절단 기간 T2에 걸쳐 스로틀(24a)에 의해 좁혀 소량씩 드릴(1) 안의 제3 공급로(g, g)에 공급함으로써, 예컨대 제3 공급로(g, g)가 비교적 가는 소직경의 드릴이어도, 맥동 변화가 억제된 안정적인 안개형상체의 분사가 가능해진다.

또한, 이상의 실시형태에서는, 회전 절삭 공구를 드릴로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 리머, 엔드밀 등의 다른 회전 절삭 공구를 적용하여도 좋은 것은 물론이다.

1: 드릴, 2: 척 장치, 3: 커버, 4: 공급관, 5: 커넥터, 6: 회전 주축, 7: 접시머리 볼트, 8: 베어링, 9: 외통 프레임, 21: 콜릿(파지 피스), 22: 콜릿 홀더, 22a: 단차부, 22c: 외주면, 23: 콜릿 너트, 24: 스로틀 피스, 24a: 스로틀, 24b: 상류측 원추형 내면, 24c: 하류측 원추형 내면, 24d: 후단면, 25: O-링, a: 혼합기 출사구, b: 제1 공급로, c: 제2 공급로의 폭 확장부, c1: 제2 공급로의 외측 개구, d: 제2 공급로의 세경부, d1: 제2 공급로의 내측 개구, e: 스로틀 전실, f: 스로틀 후실, 9: 제3 공급로, M: 회전축

Claims

회전 절삭 장치로서,
회전 절삭 공구와,
상기 회전 절삭 공구를 파지하고 회전 주축에 고정되는 척 장치와,
상기 척 장치의 외주면의 일부를 일주(一周)에 걸쳐 밀착 슬라이딩할 수 있게 덮는 통형부를 가지며 비회전으로 유지되는 커버
를 포함하고,
상기 커버는 제1 공급로를 가지며, 상기 척 장치는 제2 공급로와 중심부 공동을 가지며, 상기 회전 절삭 공구는 그 후단면과 선단부의 각 개구를 연통하도록 형성된 제3 공급로를 가지며,
절삭용 액제와 공기와의 혼합기를 상기 제1 공급로, 상기 제2 공급로, 상기 중심부 공동, 상기 제3 공급로의 순으로 통과시켜 급송하고, 상기 절삭용 액제의 안개형상체를 상기 회전 절삭 공구의 선단부의 개구로부터 분사하며, 상기 중심부 공동 안의 회전축상의 위치에 스로틀(throttle)이 형성되고, 상기 스로틀에 의해 상기 중심부 공동이 상기 제2 공급로에 접속되는 전실과 상기 제3 공급로에 접속되는 후실로 나눠지며,
상기 제2 공급로가 상기 혼합기를 상기 스로틀을 향해 분사하도록 배치되어 있고,
상기 제2 공급로로부터 분사된 상기 혼합기가 상기 스로틀에 의해 재안개형상화가 행해져, 상기 후실 및 상기 제3 공급로를 통과하여, 상기 절삭용 액제의 상기 안개형상체가 선단부로부터 분사되는 것인 회전 절삭 장치.
제1항에 있어서, 절삭용 액제와 공기의 상기 혼합기를 압송하는 공급관이 상기 제1 공급로의 외측 개구에 접속되고,
상기 제1 공급로는, 상기 통형부의 둘레벽을 내외 방향으로 관통하여 형성되며,
상기 제2 공급로는, 일단이 상기 외주면에 개구되고, 타단이 상기 중심부 공동에 개구되어 형성되며,
상기 제1 공급로와 상기 제2 공급로는, 상기 커버와 상기 척 장치의 상대 회전에 따라, 상기 제1 공급로의 내측 개구 중 적어도 일부와 상기 제2 공급로의 외측 개구 중 적어도 일부가 대향함으로써 접속하고, 상기 제1 공급로의 내측 개구가 상기 외주면에 의해 덮이고, 상기 제2 공급로의 외측 개구가 상기 커버의 내주면에 의해 덮임으로써 절단되는 것인 회전 절삭 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스로틀은 상기 제2 공급로의 최소 직경보다 소직경으로 형성되는 것인 회전 절삭 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전실은, 상기 제2 공급로로부터 직경 확장되어 형성되고, 상기 전실은, 상기 후실보다 대용량으로 형성되는 것인 회전 절삭 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 후실은, 상기 회전 절삭 공구의 후단면의 둘레 가장자리와 상기 스로틀의 하류측 원추형 내면이 둘레에 접하는 것에 의해, 상기 후단면과 상기 하류측 원추형 내면에 의해 포위되어 형성되는 것인 회전 절삭 장치.
제2항에 있어서, 상기 제2 공급로의 전부 또는 내측 개구를 포함하는 일부는, 상기 공급관의 혼합기 출사구의 내경 이하의 내경으로 형성되어 있는 것인 회전 절삭 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 공급로의 외측 개구는, 하류측에 대하여 폭을 확장하여 형성되고, 둘레 방향의 최대 내부 치수가 축방향의 최대 내부 치수보다 크게 형성되어 있는 것인 회전 절삭 장치.
제7항에 있어서, 상기 제2 공급로의 외측 개구는, 둘레 방향을 따른 양단부(兩端部)가 중앙부를 향해 서서히 폭을 확장하도록 형성되어 있는 것인 회전 절삭 장치.
제7항에 있어서, 상기 제2 공급로의 상기 외측 개구의 하류에 계속되는 유로는, 상기 외측 개구의 중심 위치보다 회전 방향 후방으로 오프셋한 위치에 형성되어 있는 것인 회전 절삭 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 척 장치는,
체결에 의해 직경 축소함으로써 상기 회전 절삭 공구를 파지하는 파지 피스와,
상기 스로틀을 구성하는 스로틀 피스와,
상기 파지 피스 및 상기 스로틀 피스를 전단측으로부터 받아 들여 내측에 유지하고, 후단이 상기 회전 주축에 체결되는 통형의 홀더와,
상기 파지 피스에 결합하고, 상기 홀더에 나사 결합하여, 상기 파지 피스의 외측 테이퍼를 상기 홀더의 내측 테이퍼에 밀어 붙혀 상기 체결을 실현하는 너트와,
상기 스로틀 피스와 상기 홀더의 내주면 사이를 밀봉하는 O-링을 포함하며,
상기 홀더에는, 상기 커버와 밀착 슬라이딩하는 상기 외주면이 구성되고, 상기 제2 공급로가 형성되며, 또한 상기 홀더의 내주면에 후단측이 좁아져 상기 O-링을 결합하는 단차부가 주위에 형성되고,
상기 스로틀 피스에는, 상기 스로틀을 향해 직경 축소되는 원추형 내면이 상기 스로틀의 양측에 형성되며, 그 상류측 원추형 내면의 주위에 후단면이 설치되고,
상기 홀더의 후단측 개구는, 상기 홀더가 상기 회전 주축에 체결되는 것에 의해 막히며,
상기 너트의 나사 결합 회전에 의해 상기 체결이 실시되고, 상기 회전 절삭 공구의 후단을 상기 스로틀 피스의 하류측 원추형 내면에 밀어 붙혀 상기 스로틀 피스를 후방으로 압박하여, 상기 O-링을 상기 스로틀 피스의 상기 후단면과 상기 홀더의 상기 단차부에서 협압(挾壓, compressing) 유지하는 것에 의해 상기 전실 및 상기 후실이 완성되고,
상기 제2 공급로는 상기 O-링보다 후단측에서 상기 전실에 개구되는 것인 회전 절삭 장치.