JP5947110B2 - 切削加工用の吸塵用アタッチメント、工作機械用の吸塵ダクト、工作機械用の工具ホルダ及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、切削加工用の吸塵用アタッチメント、工作機械用の吸塵ダクト、工作機械用の工具ホルダ及び工作機械に関する。

従来、エンドミル等の工具を用いた切削加工では、切屑の吸塵装置が利用されている。例えば、エンドミルを取り囲む構造を有する吸塵装置を工作機械の主軸頭に設ける技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平７−１９５２５１号公報

しかしながら、従来の切粉の吸塵装置は、吸塵効率を向上させるために工具の周囲を覆う構造を有している。このため、切削加工中にワークの加工状態を確認することができないという問題がある。特に、被削材が炭素繊維強化プラスチック(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics)等の複合材である場合には、吸塵を良好に行うために切削部周辺における圧力を十分に小さくすることが重要である。

一方、複合材は、比強度及び比剛性が鉄やアルミニウム等の金属材料に比べて優れている反面、代表的な難削材であることが知られている。このため、複合材の切削加工を行う場合には、加工状態を確認できるようにすることが望まれる。また、複合材以外の材料を加工する場合においても、加工状態を確認できるようにすれば、ユーザの作業性を向上させることが期待できる。

そこで、本発明は、被削材に対する工具の相対的な送り動作を伴う切削加工中において切粉の吸塵を良好に行いつつ加工状態を確認することが可能な切削加工用の吸塵用アタッチメント、工作機械用の吸塵ダクト、工作機械用の工具ホルダ及び工作機械を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る切削加工用の吸塵用アタッチメントは、回転機構及び工具の少なくとも一部を囲うための吸塵用囲いを備える。吸塵用囲いは、前記回転機構に固定されることによって回転自在に構成される。また、前記吸塵用囲いに加工状態の確認用の空隙を設けた。また、前記吸塵用囲いは、被加工物の上面と接触して送り動作を与えられた場合に、前記被加工物と前記吸塵用囲いとの間における摩擦力により前記回転機構とともに回転することによって前記確認用の空隙が前記工具の進行方向側に向く形状を有する。
また、本発明の実施形態に係る工作機械用の吸塵ダクトは、前記吸塵用アタッチメント及び吸塵用エアの流路を備える。吸塵用エアの流路は、前記吸塵用アタッチメントの前記回転機構と連結される。
また、本発明の実施形態に係る工作機械用の工具ホルダは、前記吸塵ダクト及び工具を保持する一方、工作機械の回転軸に取り付けるためのホルダ部を備える。ホルダ部は、前記吸塵ダクトを着脱可能に連結する。
また、本発明の実施形態に係る工作機械は、前記吸塵ダクト及び駆動機構を備える。駆動機構は、前記吸塵ダクトを連結し、工具を回転させながら前記被加工物に対して相対的に移動させる。

本発明の実施形態に係る切削加工用の吸塵用アタッチメント、工作機械用の吸塵ダクト、工作機械用の工具ホルダ及び工作機械によれば、被削材に対する工具の相対的な送り動作を伴う切削加工中において切粉の吸塵を良好に行いつつ加工状態を確認することができる。

本発明の第１の実施形態に係る切削加工用の吸塵用アタッチメント、工作機械用の吸塵ダクト及び工作機械の構成を示す正面図。 図１に示す吸塵ダクトの下面図。 図１に示す吸塵用囲いの第１の変形例を示す構造図。 図３に示す吸塵用囲いの下面図。 図１に示す吸塵用囲いの第２の変形例を示す構造図。 図５に示す吸塵用囲いの下面図。 図１に示す回転機構として用いられるベアリング及びシールド部材の第１の構造例を示す縦断面図。 図１に示す回転機構として用いられるベアリング及びシールド部材の第２の構造例を示す縦断面図。 図１に示す工作機械を用いて被加工物の上面を切削する場合における吸塵用囲いの回転位置を示す図。 図１に示す工作機械を用いて被加工物の側面を切削する場合における吸塵用囲いの回転位置を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る切削加工用の吸塵用アタッチメント及び吸塵ダクトを含む工作機械用の工具ホルダの構成図。

本発明の実施形態に係る切削加工用の吸塵用アタッチメント、工作機械用の吸塵ダクト、工作機械用の工具ホルダ及び工作機械ついて添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る切削加工用の吸塵用アタッチメント、工作機械用の吸塵ダクト及び工作機械の構成を示す正面図である。また、図２は、図１に示す吸塵ダクト３の下面図である。

工作機械１は、駆動機構２に吸塵ダクト３を連結して構成される。また、工作機械１は、複合材や金属等の被加工物（ワーク）Ｗをセットするためのテーブル４を備えている。駆動機構２は、工具Ｔを回転させながら、被加工物Ｗに対して送り方向Ｆに相対的に移動させるための装置である。そのために、駆動機構２は、工具ホルダ５を介して工具Ｔを回転させるための主軸２Ａを備えている。尚、工具Ｔを移動させる代わりに、或いは工具Ｔの移動に加えて、被加工物Ｗをセットするためのテーブル４を移動させるようにしてもよい。

従って、主軸２Ａ及びテーブル４の一方又は双方が移動するマシニングセンタやフライス盤等の工作機械のみならず、テーブル４を工具軸に対して相対的に移動させることが可能なボール盤や中ぐり盤等の工作機械の駆動機構に吸塵ダクト３を連結することができる。

吸塵ダクト３は、吸塵用アタッチメント６を吸塵用エアの流路７に連結して構成される。吸塵ダクト３は、吸引系８において発生させた吸塵用エアにより切粉を吸塵するためのダクトである。このため、流路７の出口は、吸引系８と接続される。

吸塵用アタッチメント６は、回転機構９及び吸塵用囲い１０を有する。回転機構９は、工具Ｔの回転方向に回転する可動部及び回転しない非可動部を有する。そして、吸塵用アタッチメント６の回転機構９の非回転側（固定側）が吸塵用エアの流路７に固定される。

尚、被加工物Ｗと工具Ｔとの相対的な位置関係に応じて回転機構９の可動部の回転方向を工具Ｔの回転方向と異なる方向にしてもよい。但し、被加工物Ｗの表面に沿う工具Ｔの送り方向Ｆに概ね平行な平面上において可動部が回転するように回転機構９を構成することが望ましい。

一方、吸塵用囲い１０は、回転機構９の可動部に固定される。従って、吸塵用囲い１０は、回転機構９の可動部と一体となって回転自在に構成される。このため、回転機構９には、ベアリングを用いることができる。但し、吸塵用囲い１０全体を回転させることが可能な機構であれば、円状のレールに沿って転動する転動体を備えた機構のように、任意の機構を回転機構９として用いることができる。

吸塵用囲い１０は、工具Ｔを囲うことによって吸塵用のエアの圧力を確保するための囲いである。但し、吸塵用囲い１０には、内部における加工状態の確認用の空隙が設けられる。従って、吸塵用囲い１０によって工具Ｔの少なくとも一部が囲まれることとなる。

更に、吸塵用囲い１０の形状は、望ましくは、被加工物Ｗと接触して送り動作を与えられた場合に、被加工物Ｗに対する相対的な移動方向に応じた方向に回転機構９とともに回転する形状とされる。従って、吸塵用囲い１０の形状は、円筒形状の一部の形状とすることができる。

より具体的な例として、吸塵用囲い１０の形状を、筒状の構造の側面の一部を切断した形状や高さが一定でない筒状の形状にすることができる。図１は、吸塵用囲い１０の形状を、円筒形状を円筒の軸方向に平行な平面で切断した形状とした例を示す。図１に示すように円筒形状を、円筒の軸を通る平面で半分に切断した形状とすれば、開放された側を加工状態の確認用の空隙とすることができる。

吸塵用囲い１０の材料は、被加工物Ｗに接触した場合に撓む程度の可撓性を有する材料とされる。従って、吸塵用囲い１０は、ゴムや樹脂材料等の任意の材料で構成することができる。特に、図１に示すように吸塵用囲い１０を樹脂等のブラシ状の素材によって構成することができる。この場合、吸塵用囲い１０が被加工物Ｗに接触した場合における被加工物Ｗへの損傷を十分に回避することができる。

更に、吸塵用囲い１０は、回転機構９側の第１の部分１０Ａと、被加工物Ｗ側となる第２の部分１０Ｂとによって構成することができる。第１の部分１０Ａは、第１の強度を有する。また、第２の部分１０Ｂは、第２の強度を有する。そして、第２の強度は、第１の強度よりも小さい強度とされる。

すなわち、回転機構９側における強度を相対的に大きくする一方、被加工物Ｗ側における強度を相対的に小さくすることができる。尚、３つ以上の互いに強度が異なる複数の部分によって吸塵用囲い１０を構成してもよい。

このように互いに異なる強度を有する複数の部分で吸塵用囲い１０を構成すると、回転機構９側の強度が大きい部分は、主として回転機構９に回転力を良好に伝達する部位として機能する。逆に、被加工物Ｗ側における強度が小さい部分は、主として被加工物Ｗ側と良好に密着し、吸塵用囲い１０の内部における圧力上昇を抑制する部分として機能する。このため、吸塵用囲い１０を回転させるための十分な回転力を発生しつつ吸塵用の吸引力を向上させることができる。

尚、吸塵用囲い１０を構成する複数の部分を、互いに異なる強度を有する複数の材料で構成することができるが、共通の材料で構成することもできる。例えば、ケイ素樹脂（シリコーン）でブラシ状の吸塵用囲い１０の回転機構９側を固めることによって、簡易に第１の部分１０Ａを形成することができる。

吸塵用囲い１０の形状は、図１に例示される形状の他、様々な形状とすることができる。例えば、筒状の構造の側面の一部を切断し、かつ高さが一定でない形状にすることもできる。具体的には、吸塵用囲い１０の形状を、両端が他の部分よりも短い形状や中央が他の部分よりも長い形状にすることができる。この場合、図１に示すように高さを一定とする形状に比べて、吸塵用囲い１０が被加工物Ｗと接触して送り動作を与えられた場合に、より良好に回転力を得ることができる。

また、吸塵用囲い１０の構造についても、ブラシ状の構造に限らず、様々な構造を採用することができる。

図３は、図１に示す吸塵用囲い１０の第１の変形例を示す構造図であり、図４は図３に示す吸塵用囲い１０の下面図である。

図３及び図４に示すように、ゴム等の弾性材料や樹脂等の柔らかい材料によって切れ目のない一体型の吸塵用囲い１０を構成することもできる。図３及び図４に示す例では、吸塵用囲い１０の形状が、高さが一定でない非円筒形状となっている。

図５は、図１に示す吸塵用囲い１０の第２の変形例を示す構造図であり、図６は図５に示す吸塵用囲い１０の下面図である。

図５及び図６に示すように、ゴム等の弾性材料や樹脂等の柔らかい材料に切込みを入れることによって短冊型の吸塵用囲い１０を構成することもできる。図５及び図６に示す例では、吸塵用囲い１０の形状が、高さが一定でない円筒形状となっている。

このような形状及び構造を有する吸塵用囲い１０を構成要素とする吸塵ダクト３の出口は、吸引系８と接続される。従って、吸塵ダクト３の吸塵用囲い１０側は、被加工物Ｗの切削加工によって生じる切粉の吸引口となる。そして、吸塵用囲い１０を備えた吸塵ダクト３及び吸引系８によって、切粉の吸塵システムが形成される。

尚、回転機構９としてベアリング等の隙間を有する部品を使用する場合には、回転機構９の隙間に切粉が進入することが望ましくない場合がある。そこで、回転機構９の間隙への切粉の混入を防止するシールド部材を設けることができる。

図７は、図１に示す回転機構９として用いられるベアリング及びシールド部材の第１の構造例を示す縦断面図である。

図７は、回転機構９としてボールベアリング２０を用いた例を示す。ボールベアリング２０は、外輪２１と内輪２２との間に球状の複数の転動体２３を挟んで構成される。回転機構９としてボールベアリング２０を用いる場合には、図７に示すようにボールベアリング２０の外輪２１側を吸塵用エアの流路７に固定する一方、ボールベアリング２０の内輪２２側に吸塵用囲い１０を固定することができる。

この場合、外輪２１と内輪２２との間に形成される隙間やネジ穴等の隙間をカバーするシールド部材２４を設けることができる。このシールド部材２４によって、ボールベアリング２０の隙間への切粉の進入を防止することができる。そして、円滑な吸塵用囲い１０の回転を維持することができる。

図７には、内輪２２と吸塵用囲い１０との間に、リング状かつ縦断面がＬ字状のシールド部材２４を設けた例が示されている。この場合、吸塵用囲い１０は、シールド部材２４を介してボールベアリング２０の内輪２２と間接的に連結されることとなる。

図８は、図１に示す回転機構９として用いられるベアリング及びシールド部材の第２の構造例を示す図である。

図８は、ボールベアリング２０の内輪２２側を吸塵用エアの流路７に固定する一方、ボールベアリング２０の外輪２１側に吸塵用囲い１０を固定した例を示す。この場合、リング状かつ縦断面がコ字状のシールド部材２４をボールベアリング２０と吸塵用囲い１０との間に設けることができる。

この場合、吸塵用囲い１０は、シールド部材２４を介してボールベアリング２０の外輪２１と間接的に連結されることとなる。従って、シールド部材２４と内輪２２との間には、隙間が設けられる。また、シールド部材２４は、ボールベアリング２０への吸塵用囲い１０の連結部品としての役割も担うこととなる。

次に、吸塵用アタッチメント６の機能について説明する。

吸塵用囲い１０は、ベアリング等の回転機構９によって360度方向に回転自在に構成されている。従って、吸塵用囲い１０の先端を被加工物Ｗに接触させない状態で工作機械１の駆動機構２によって工具Ｔを送り方向Ｆに移動させる場合には、吸塵用囲い１０を予め所望の回転位置にすることができる。このため、加工状態の確認用の空隙を介して所望の方向から内部の加工状態を視認することが可能である。

一方、吸塵用囲い１０の先端を被加工物Ｗに接触させた状態で工作機械１の駆動機構２によって工具Ｔを送り方向Ｆに移動させると、被加工物Ｗと吸塵用囲い１０との間における摩擦力等の相互作用によって吸塵用囲い１０が回転する。そして、吸塵用囲い１０の重心位置が、送り方向Ｆの逆側となる。すなわち、図１に示すように、吸塵用囲い１０の中心部が、切削方向に対して後方となる。この結果、工具Ｔの進行方向側に向いた吸塵用囲い１０の開口部分から被加工物Ｗの加工状態を視認することが可能となる。

また、吸塵用囲い１０によって切削部付近における圧力が十分に低くなる。このため、切削によって生じた切粉を、吸引系８の動作による吸引力によって吸塵ダクト３を介して良好に吸塵することができる。

図９は、図１に示す工作機械１を用いて被加工物Ｗの上面を切削する場合における吸塵用囲い１０の回転位置を示す図である。

筋彫加工のように被加工物Ｗの上面を切削する場合には、吸塵用囲い１０の柔らかい先端部分を被加工物Ｗの上面に摺接させることができる。これにより吸塵用囲い１０が回転機構９の可動部とともに回転する。そして、吸塵用囲い１０は、工具Ｔの進行方向に対して常に後方側となる。このため、工具Ｔの進行方向側に向いた吸塵用囲い１０の空隙から被加工物Ｗの加工状態を視認することが可能となる。一方、被加工物Ｗの切削によって生じた切粉は、工具Ｔの後方において特に良好に吸塵される。

図１０は、図１に示す工作機械１を用いて被加工物Ｗの側面を切削する場合における吸塵用囲い１０の回転位置を示す図である。

トリム加工のように被加工物Ｗの側面を切削する場合には、吸塵用囲い１０の柔らかい先端部分を被加工物Ｗの端部に摺接させることができる。これにより吸塵用囲い１０が回転機構９の可動部とともに回転する。そして、吸塵用囲い１０は、被加工物Ｗの加工面に対して常に反対側となる。このため、加工面側に向いた吸塵用囲い１０の空隙から被加工物Ｗの加工状態を視認することが可能となる。一方、被加工物Ｗの切削によって生じた切粉は、加工面の反対側において特に良好に吸塵される。

つまり以上のような吸塵用アタッチメント６は、加工状態の確認用の空隙を設けた吸塵用囲い１０に回転機構９を取り付けたものである。このため、加工状態の視認性を確保しつつ切粉の吸塵効率を向上させることができる。特に、CFRP等の複合材のトリム加工によって生じる切粉は、吸塵用のダクトのみでは十分に吸塵することが困難であったが、吸塵用囲い１０を設けることによって十分な吸塵が可能となる。また、様々な材料に対する様々な切削加工においても、加工状態の視認性確保と吸塵効率の確保を両立させることができる。

更に、吸塵用囲い１０の形状を工夫することによって、吸塵用囲い１０の向きを工具Ｔの進行方向に追従させることができる。すなわち、加工状態の確認用の空隙を、切削加工中において常に工具Ｔの送り方向Ｆの前方側に向けることができる。

（第２の実施形態）
図１１は本発明の第２の実施形態に係る切削加工用の吸塵用アタッチメント及び吸塵ダクトを含む工作機械用の工具ホルダの構成図である。

図１１に示された吸塵用アタッチメント６Ａを含む吸塵ダクト３Ａは、工作機械１ではなく工具ホルダ５に着脱可能に取り付けることができるようにした点が図１に示す吸塵用アタッチメント６及び吸塵ダクト３と相違する。他の構成および作用については図１に示す吸塵用アタッチメント６及び吸塵ダクト３と実質的に異ならないため工具ホルダ５のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

工具ホルダ５は、ホルダ部３０に吸塵ダクト３Ａを着脱可能に連結して構成される。ホルダ部３０は、工具Ｔを保持する一方、工作機械１の回転軸に着脱可能に取り付けることが可能な構造を有している。このため、ホルダ部３０を工作機械１の回転軸に取付けることによって、吸塵ダクト３Ａを間接的に工作機械１に取付けることができる。

尚、吸塵ダクト３Ａからの切粉の排出用の吸塵口となる排出口３１を、切粉の排出方向が工具Ｔの中心軸に対して垂直な向きとなるように設けることができる。この場合、吸塵ダクト３Ａからの排出口３１の向きが、工具Ｔの回転方向の接線方向となる。このため、吸引系に向かう排出口３１を工具Ｔの近傍に設けることによって、切粉の吸塵効率を向上させることができる。すなわち、工具Ｔの回転に伴うエアの流れを吸塵用に利用することができる。

このような第２の実施形態における工具ホルダ５によれば、吸塵ダクト３Ａのサイズをコンパクトにすることができる。このため、吸塵対象となるエリアを狭くして、吸塵効率を一層向上させることができる。

尚、第２の実施形態において吸塵ダクト３Ａを工具ホルダ５に着脱不可能に一体化してもよい。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１ 工作機械
２ 駆動機構
２Ａ 主軸
３、３Ａ 吸塵ダクト
４ テーブル
５ 工具ホルダ
６、６Ａ 吸塵用アタッチメント
７ 流路
８ 吸引系
９ 回転機構
１０ 吸塵用囲い
１０Ａ 第１の部分
１０Ｂ 第２の部分
２０ ボールベアリング
２１ 外輪
２２ 内輪
２３ 転動体
２４ シールド部材
３０ ホルダ部
３１ 排出口
Ｗ 被加工物
Ｔ 工具
Ｆ 送り方向

Claims (9)

1. 回転機構と、
   前記回転機構に固定されることによって回転自在に構成され、工具の少なくとも一部を囲うための吸塵用囲いであって加工状態の確認用の空隙を設けた前記吸塵用囲いとを備え、
   前記吸塵用囲いは、被加工物の上面と接触して送り動作を与えられた場合に、前記被加工物と前記吸塵用囲いとの間における摩擦力により前記回転機構とともに回転することによって前記確認用の空隙が前記工具の進行方向側に向く形状を有する切削加工用の吸塵用アタッチメント。
2. 前記吸塵用囲いは、
   前記回転機構側の第１の強度を有する第１の部分と、
   前記第１の強度よりも小さい第２の強度を有し、前記被加工物側となる第２の部分と、
   を有する請求項１記載の切削加工用の吸塵用アタッチメント。
3. 前記回転機構として用いられるベアリングの間隙への切粉の混入を防止するシールド部材を設けた請求項１又は２記載の切削加工用の吸塵用アタッチメント。
4. 前記吸塵用囲いは、筒状の構造の側面の一部を切断した形状又は高さが一定でない筒状の形状を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の切削加工用の吸塵用アタッチメント。
5. 前記吸塵用囲いは、ブラシ状の素材によって構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の切削加工用の吸塵用アタッチメント。
6. 請求項１記載の吸塵用アタッチメントと、
   前記吸塵用アタッチメントの前記回転機構と連結される吸塵用エアの流路と、
   を備える工作機械用の吸塵ダクト。
7. 請求項６記載の吸塵ダクトと、
   前記吸塵ダクトを着脱可能に連結し、工具を保持する一方、工作機械の回転軸に取り付けるためのホルダ部と、
   を備える工作機械用の工具ホルダ。
8. 前記吸塵ダクトの切粉の排出用の吸塵口を、前記切粉の排出方向が前記工具の中心軸に対して垂直な向きとなるように設けた請求項７記載の工作機械用の工具ホルダ。
9. 請求項６記載の吸塵ダクトと、
   前記吸塵ダクトを連結し、工具を回転させながら前記被加工物に対して相対的に移動させる駆動機構と、
   を備える工作機械。

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