工具洗浄機構及び工具洗浄方法
【課題】主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄すること。
【解決手段】工具交換機構により工具が搬送されると、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０のノズル孔４３から噴射されるクーラント液によって工具ホルダ６０が洗浄される工作機械において、工具ホルダ６０が主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する際に、クーラント液がシャンク部６０ａのみならずプルスタッド上端面６０ｄにも供給されるようにクーラント液の噴射角度を設定した。これにより、工具ホルダ６０に付着した切粉等を洗浄した状態で、工具ホルダ６０が主軸９のホルダ取付穴３３に挿入及び嵌着される。
【解決手段】工具交換機構により工具が搬送されると、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０のノズル孔４３から噴射されるクーラント液によって工具ホルダ６０が洗浄される工作機械において、工具ホルダ６０が主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する際に、クーラント液がシャンク部６０ａのみならずプルスタッド上端面６０ｄにも供給されるようにクーラント液の噴射角度を設定した。これにより、工具ホルダ６０に付着した切粉等を洗浄した状態で、工具ホルダ６０が主軸９のホルダ取付穴３３に挿入及び嵌着される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等を洗浄する工具洗浄機構及び工具洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主軸に取り付けられた工具によって被加工物（ワーク）に機械加工（例えば、「中ぐり」、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施す工作機械では、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具交換に影響を与える箇所（例えば、工具ホルダのテーパ部やシャンクなど）に切粉等が付着していると、工具交換に支障が生じたり、加工精度の低下を招くおそれがある。そこで、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、この切粉等を洗浄することが行われている。
【０００３】
例えば、主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換機構を備え、クーラントポンプから供給されるクーラント液を切削用ノズルから工具による切削箇所に噴射する工作機械用洗浄装置であって、切粉が付着すると工具交換に影響を与える箇所に清浄なクーラント液を噴射する洗浄ノズルを設ける。そして、この洗浄ノズルには、下方に開口したノズル孔を備え、ノズル孔の延長上に工具方向に向かって傾斜した傾斜壁を設ける。これにより、工具交換に影響を及ぼす切粉等を洗浄することができるようにした工作機械用洗浄装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−５２１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の従来技術では、工具交換機構が交換用の工具を取り付けた工具ホルダを主軸の内部に向けて搬送する際、洗浄ノズルがその工具ホルダの側面に向けてクーラント液を噴射することで、工具交換に影響を与える箇所の洗浄を行っている。しかし、工具ホルダの上端部はクーラント液の噴射方向と略平行をなすためにクーラント液が吹き付けられにくく、この工具ホルダの上端部に付着した切粉等は洗浄されにくい。そして、この工具ホルダの上端部に切粉等が残存していると、工具交換に支障を生じさせたり、加工精度の低下を招くという問題があった。特に、より素早い工具交換を実現するために、工具交換機構が工具ホルダを高速で搬送する場合は、工具ホルダの洗浄時間が短くなるため、さらに工具ホルダの上端部に付着した切粉等の洗浄が困難となる。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる工具洗浄機構及び工具洗浄方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の工具洗浄機構は、主軸に取り付けられる工具を交換する工具交換機構により、該工具が取り付けられた工具ホルダが該主軸の内部に向けて搬送されると、該工具ホルダが通過する主軸先端側に設けられた洗浄ノズルから該主軸の外部に向けてクーラント液が噴射されて、該工具ホルダが該主軸先端側の近傍で洗浄される工具洗浄機構であって、前記工具交換機構により搬送される前記工具ホルダが前記主軸先端側の近傍を通過する際に、前記洗浄ノズルから噴射される前記クーラント液が該工具ホルダの上端部に供給されるように、該洗浄ノズルにおける該クーラント液の噴射角度が設定されたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の工具洗浄機構は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記工具ホルダは、前記主軸に設けられたテーパ状の内周面に密接して嵌まるためのテーパ部と、該テーパ部の縮径する上部に配置されたプルスタッド部を有し、前記工具ホルダの上端部は、前記プルスタッド部の上端から前記テーパ部の上端の範囲であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の工具洗浄機構は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側の近傍を通過する前記工具ホルダのテーパ部と、該テーパ部に対して供給される前記クーラント液とのなす角度が、前記主軸からみて９０度以下となるように該クーラント液を噴射することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の工具洗浄機構は、請求項１乃至３のいずれか記載の発明の構成に加え、前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側の近傍を通過する前記工具ホルダに対して供給される前記クーラント液の流速が、３０ｍ／ｓ以上となるように前記クーラント液を噴射することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明の工具洗浄機構は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側に複数設けられており、前記複数の洗浄ノズルは、前記主軸の軸線方向に向けて前記クーラント液を各々噴射することを特徴とする
【００１１】
また、請求項６に係る発明の工具洗浄機構は、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記主軸先端側には、該主軸と同軸をなす環状のホルダが設けられており、前記複数の洗浄ノズルは、前記環状のホルダにおいて、前記主軸の軸線方向に対して周方向に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明の工具洗浄機構は、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記環状のホルダは、前記主軸先端側に着脱可能に構成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明の工具洗浄方法は、主軸に取り付けられる工具を交換する工具交換機構により、該工具が取り付けられた工具ホルダが該主軸の内部に向けて搬送される工具搬送工程と、該工具ホルダが通過する主軸先端側に設けられた洗浄ノズルから該主軸の外部に向けてクーラント液が噴射されて、該工具ホルダが該主軸先端側の近傍で洗浄される工具洗浄工程とからなる工具洗浄方法であって、前記工具搬送工程は、前記主軸先端側に搬送する工程と、前記主軸の内部に搬送する工程を含み、該主軸先端側に搬送する工程において、前記工具ホルダの上端部にクーラント液が供給され、該主軸内部に搬送する工程において、前記工具ホルダの上端部からテーパ部へクーラント液が供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明の工具交換機構では、工具交換機構により工具が取り付けられた工具ホルダが搬送されると、洗浄ノズルから噴射されるクーラント液によって工具ホルダが洗浄されるものであって、工具ホルダが主軸先端側の近傍を通過する際にクーラント液が工具ホルダの上端部に供給されるように、洗浄ノズルにおけるクーラント液の噴射角度が設定された。よって、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明の工具交換機構では、請求項１に記載の発明の効果に加え、工具ホルダは、主軸内周面に密接して嵌まるためのテーパ部と、その上部に配置されたプルスタッド部を有し、工具ホルダの上端部はプルスタッド部の上端からテーパ部の上端の範囲である。よって、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、プルスタッドの上端からテーパ部の上端の範囲に切粉等が残らないように洗浄することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明の工具交換機構では、請求項２に記載の発明の効果に加え、主軸先端側の近傍を通過する工具ホルダのテーパ部と、テーパ部に対して供給されるクーラント液とのなす角度が主軸からみて９０度以下となるように、洗浄ノズルがクーラント液を噴射する。よって、洗浄ノズルによるクーラント液の接触角度を適切に調整することで、工具ホルダの上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００１７】
また、請求項４に係る発明の工具交換機構では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、主軸先端側の近傍を通過する工具ホルダに対して供給されるクーラント液の流速が３０ｍ／ｓ以上となるように、洗浄ノズルがクーラント液を噴射する。よって、洗浄ノズルによるクーラント液の吐出流速を適切に調整することで、工具ホルダの上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００１８】
また、請求項５に係る発明の工具交換機構では、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、洗浄ノズルは主軸先端側に複数設けられており、各洗浄ノズルが主軸の軸線方向に向けてクーラント液を各々噴射する。よって、主軸先端側の近傍を通過する工具ホルダに対して複数の方向からクーラント液を噴射して、工具ホルダの上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明の工具交換機構では、請求項５に記載の発明の効果に加え、主軸先端側には主軸と同軸をなす環状ホルダが設けられており、複数の洗浄ノズルは、環状ホルダにおいて主軸の軸線方向に対して周方向に配置された。よって、主軸先端側の近傍を通過する工具ホルダに対して、その周方向から満遍なくクーラント液を噴射することができる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明の工具洗浄機構では、請求項６に記載の発明の効果に加え、環状ホルダは主軸先端側に着脱可能に構成された。よって、主軸先端側に取り付けられた環状ホルダを容易に交換することができる。
【００２１】
また、請求項８に係る発明の工具洗浄方法では、工具交換機構により工具が取り付けられた工具ホルダが搬送されると、洗浄ノズルから噴射されるクーラント液によって工具ホルダが洗浄されるものであって、主軸先端側に搬送する工程で工具ホルダの上端部にクーラント液が供給され、主軸内部に搬送する工程で工具ホルダの上端部からテーパ部へクーラント液が供給される。よって、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態では、主軸に取り付けられる工具の交換時に工具ホルダを洗浄する工具洗浄機構及び工具洗浄方法を、固定式の一体型ノズルを複数備えた環状ホルダを実装した工作機械１を例示して説明する。
【００２３】
まず、工作機械１の構成について説明する。図１は、工作機械１の全体斜視図である。図２は、主軸ヘッド７の正面図である。図３は、主軸ヘッド７のＡ―Ａ線方向における矢視方向断面図である。図４及び図５は、工具交換機構２０の動作を説明するための、工具交換機構２０を中心とした正面図である。図６は、主軸９を中心とした底面拡大図である。図７は、主軸９を中心としたＢ―Ｂ線方向における矢視方向断面図である。図８は、環状ホルダ３２及び蓋体３１の外観斜視図である。なお、工作機械１において、そのＸ軸方向とは工作機械１の左右方向を指し、そのＹ軸方向とは工作機械１の前後方向（奥行き方向）を指し、そのＺ軸方向とは工作機械１の上下方向を指すものとする。また、図２のＡ−Ａ線は、工作機械１のＺ軸方向と平行をなす主軸９の軸線方向と一致する線であり、図６のＢ−Ｂ線は、工作機械１のＹ軸方向と平行をなし、かつ主軸９の断面中心を通る線である。
【００２４】
図１に示すように、工作機械１は、機械本体３の土台となる鉄製の基台２と、該基台２の上部に設けられ、ワーク（図示外）を加工する機械本体３とから構成されている。そして、図示しないが、基台２の上部には、機械本体３を囲繞して保護するとともに、機械本体３から切粉が外部に飛散するのを防止する略直方体状のボックス型のスプラッシュカバーが固定されるようになっている。
【００２５】
基台２は、工作機械１のＹ軸方向に延設され、その下部の四隅には脚部２ａが各々設けられている。そして、これら４本の脚部２ａが工場などの床面に設置されることにより、工作機械１が所定場所に設置される。さらに、基台２上部の後方側には、略直方体状のコラム座部４が設けられている。なお、この基台２の芯部は、軽量化、高強度化及び低コスト化のため、いわゆる肉抜き成形（リブによる骨組構造）されている。
【００２６】
機械本体３は、基台２のコラム座部４の上面に載置して固定され、垂直上方に延設された略角柱状のコラム５と、該コラム５の前面に沿って昇降可能に設けられた主軸ヘッド７と、該主軸ヘッド７の下部前側から鉛直下方に突出する主軸９と、前記主軸ヘッド７の右側に設けられ、主軸９の先端に装着された後述の工具ホルダ６０を、他の工具６（図２及び図３参照）を保持する工具ホルダ６０に交換する工具交換機構（ＡＴＣ）２０と、基台２の上部に設けられ、ワークを着脱可能に保持するテーブル１０と、コラム５の背面側に設けられ、電源装置、制御装置等の各装置を内蔵する制御盤１９とを主体に構成されている。
【００２７】
ここで、図２及び図３に示すように、主軸ヘッド７は、主軸９が備えるスピンドル２９（図７参照）を回転駆動させるための主軸モータ８を上部に備え、該主軸モータ８の出力軸は、カップリング（図示外）を介してスピンドル２９に連結されている。さらに、主軸ヘッド７は、コラム５の前面側に設けられたガイドレール（図示外）にリニアガイド（図示外）を介して昇降自在にガイドされている。そして、昇降自在にガイドされる主軸ヘッド７は、モータ駆動されるボールねじ（図示外）とナットとの結合により昇降駆動されるようになっている。
【００２８】
図１に戻り、主軸ヘッド７の下部後部寄りには、コラム５の前面側に設けられた主軸ヘッド７の昇降機構を覆い隠すための正面視縦長長方形状のＺ軸カバー１８の上端部が固定されている。これにより、Ｚ軸カバー１８は、コラム５の前面を覆い隠しながら主軸ヘッド７と一体的に昇降する。また、後述するように、主軸９の先端側（下端側）には、クーラント液を工具ホルダ６０に向けて噴射して切粉を洗い流すための噴射ノズルである一体型ノズル４０を複数備えた環状ホルダ３２（図７参照）が設けられている。また、基台２の後部には、その一体型ノズル４０にクーラント液を供給するためのクーラント供給管１７が設けられている。
【００２９】
一方、基台２の上部中央には、ワークを着脱可能に保持するテーブル１０がＸ軸−Ｙ軸方向に移動可能に配置されている。このテーブル１０の移動機構は次の通りである。まず、テーブル１０の下側には、略直方体状の支持台１２が設けられている。そして、その支持台１２の上部には、Ｘ軸方向に沿って延設された一対のＸ軸送りガイド（図示外）が設けられ、そのＸ軸送りガイド上にテーブル１０が移動可能に支持されている。さらに、支持台１２は、基台２の長手方向に沿って延設された一対のＹ軸送りガイド上に移動可能に支持されている。このような状態で、テーブル１０は、基台２上に設けられたＸモータ（図示外）により、Ｘ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動し、同じく基台２上に設けられたＹモータ（図示外）により、Ｙ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動するようになっている。
【００３０】
また、Ｘ軸送りガイドには、テーブル１０を中央に挟み、テレスコピック式に収縮するテレスコピックカバー１３，１４が左右に各々覆設されている。さらに、Ｙ軸送りガイドには、支持台１２を中央に挟み、テレスコピックカバー１５とＹ軸後ろカバー（図示外）とが前後に各々覆設されている。なお、Ｙ軸後ろカバーは一枚の板金からなる断面山型に形成され、コラム５の下部に設けられたカバー収納部（図示外）に収容されるようになっている。そして、これら複数のカバーにより、テーブル１０がＸ軸方向及びＹ軸方向の何れの方向に移動した場合でも、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドは、常にテレスコピックカバー１３，１４，１５及びＹ軸後ろカバー（図示外）によって覆われている。よって、テーブル１０の周辺等から飛散する切粉や、クーラント液の飛沫等が各レール上に落下するのを防ぐことができる。
【００３１】
ここで、工具交換機構２０について説明する。図４及び図５に示すように、工具交換機構２０は、工具６が取り付けられた工具ホルダ６０を複数格納する側面視略小判型状の工具マガジン２１と、主軸９に装着されている工具ホルダ６０と他の工具ホルダ６０とを把持及び搬送するための工具交換アーム２２とを備えている。工具交換アーム２２は、回転可能および上下動可能に装着された円筒状のアーム旋回軸２２ｃの下端部に、その両端部に工具ホルダ６０を各々把持する把持部２２ａ，２２ａが設けられたアーム部２２ｂが固定されて構成されている。なお、アーム旋回軸２２ｃはＺ軸方向と平行をなし、アーム部２２ｂはアーム旋回軸２２ｃを軸として回動可能である（図４及び図５参照）。
【００３２】
そして、主軸９に装着される工具６の交換時には、工具交換アーム２２が原点に上昇されている状態において、まず、工具交換アーム２２が旋回し、工具マガジン２１側の工具ホルダ６０と主軸９に装着された工具ホルダ６０とが、把持部２２ａ，２２ａでそれぞれ把持される。次いで、工具交換アーム２２が下降して、工具抜脱動作が行われる。その後、工具交換アーム２２が旋回して主軸９側の工具ホルダ６０と工具マガジン２１側の工具ホルダ６０とが入れ替わる。このとき、工具交換アーム２２は１８０度回転することになる。その後、工具交換アーム２２が上昇し、工具交換アーム２２に把持された工具６は、工具マガジン２１側の工具ポット（図示外）あるいは主軸９に装着される。そして、工具交換アーム２２が所定角度旋回して、把持部２２ａ，２２ａから工具ホルダ６０がそれぞれ開放されて、工具交換アーム２２のアーム旋回動作の１サイクルが終了する。
【００３３】
次に、主軸９について説明する。図６及び図７に示すように、主軸９は、上下方向に長い略円筒状のハウジング２３を備えており、そのハウジング２３の内側に、スピンドル２９が回転自在に設けられている。さらに、ハウジング２３の軸線方向先端側（下端側）の内周面には、スピンドル２９を回転自在に支持するベアリング軸受け５０，５１が各々設けられている。また、スピンドル２９の先端部の中心には、テーパ状の内周面を有するホルダ取付穴３３が、スピンドル２９の軸線に沿って穿設されている。そして、このホルダ取付穴３３の内周面に対し、後述する工具ホルダ６０のシャンク部６０ａのテーパ状の外周面が密着して嵌まるようになっている。
【００３４】
さらに、このホルダ取付穴３３の縮径する上部には、このホルダ取付穴３３の内周面に連続するとともに、径がやや広くなった広径部３４が設けられている。そして、その広径部３４の上部には、複数の鋼球３８を介して工具ホルダ６０のプルスタッド部６０ｃを把持するチャック機構部３９が配置されている。また、ハウジング２３の先端部（下端部）には、スピンドル２９とベアリング軸受け５０，５１を保持するとともに、切削時の切粉等がベアリング軸受け５０，５１に侵入するのを防止する平面視略リング状のベアリング押さえである蓋体３１が設けられている。さらに、蓋体３１の下部に、平面視略リング状をなし、複数の一体型ノズル４０及びノズル孔４３が形成された環状ホルダ３２が設けられている。なお。蓋体３１及び環状ホルダ３２は、複数のボルト３７によりハウジング２３の先端部（下端部）に重ねて固定されている。
【００３５】
ところで、工具ホルダ６０は、先述の工具交換機構２０により搬送されて、主軸９内のスピンドル２９に形成されたホルダ取付穴３３に挿脱される。この工具ホルダ６０は、ホルダ取付穴３３のテーパ状の内周面に密接して嵌まるためのテーパ状（円錐台形状）のシャンク部６０ａと、シャンク部６０ａの底面にフランジ状に形成された略円柱状のフランジ部６０ｂと、フランジ部６０ｂの下面の中心部から下方に突出され、その先端部に工具６を支持する工具支持部６０ｅとを備える。また、シャンク部６０ａの縮径する上部には、その頭部が周方向に膨らんだ側面視Ｔ字型をなす取付け金具であるプルスタッド部６０ｃが設けられている。
【００３６】
そして、工具ホルダ６０の上端部において、プルスタッド部６０ｃの先端に形成された平面（すなわち、プルスタッド部６０ｃの頭部に形成された平面）が、プルスタッド上端面６０ｄである。工具交換機構２０により搬送される工具ホルダ６０は、このプルスタッド上端面６０ｄを上に向けた状態でホルダ取付穴３３に上方向に挿入され、又は下方向に抜脱される。また、フランジ部６０ｂの外周面の幅方向の工具６側には、工具交換アーム２２の把持部２２ａに把持されるために縮径する凹部６０ｆが形成されている。
【００３７】
すなわち、本実施の形態に係る工具ホルダ６０は、主軸９内に工具ホルダ６０が挿入されると、そのシャンク部６０ａがホルダ取付穴３３の内面と密着して支持及び固定される、いわゆるＢＴシャンクである。そして、ホルダ取付穴３３に挿入された工具ホルダ６０の先端では、チャック機構部３９によってプルスタッド部６０ｃが把持されるようになっている。
【００３８】
また、先述の蓋体３１及び環状ホルダ３２の間隙には環状の溝２６が形成されており、この溝２６に連通して形成された接続孔２８にはクーラントホース３０が接続されている。クーラントホース３０は、工具ホルダ６０に付着した切粉等を洗浄するクーラント液を溝２６の内部に供給するためのものであり、環状ホルダ３２の側面で接続孔２８と接続されている。なお、クーラントホース３０のクーラント液は、図示外のクーラントポンプによってクーラント供給管１７（図１参照）を介して供給される。
【００３９】
ここで、環状ホルダ３２について説明する。図８に示すように、環状ホルダ３２は、リング状金具の本体部であるリング体３２ａを有し、その背面側から蓋体３１の下部に取り付けられる。そして、リング体３２ａの正面３２ｃ側には、環状ホルダ３２をハウジング２３の先端部（下端部）に固定するためのボルト３７が挿嵌される複数のボルト穴３２ｂが、環状ホルダ３２の外周に沿って等間隔で穿設されている。さらに、環状ホルダ３２の内部には、クーラント液の流路を形成する複数の一体型ノズル４０があらかじめ設けられている（図７参照）。そして、これらの一体型ノズル４０の流路４０ａ（図９参照）の延長上に位置する微小な円形開口部であるノズル孔４３が、環状ホルダ３２の正面３２ｃに各々形成されている。なお、環状ホルダ３２が蓋体３１の下部に取り付けられると、各一体型ノズル４０は先述の溝２６に各々連通する。
【００４０】
この主軸９と同軸をなすリング状金具である環状ホルダ３２が、複数のボルト３７で取り付けられると、環状ホルダ３２が有する断面中央の貫通孔はホルダ取付穴３３と連通し、その開口中心が主軸９の軸線上に位置する。そのため、工作機械１の主軸ヘッド７を下方向からみると（図６参照）、環状ホルダ３２の貫通孔からホルダ取付穴３３に工具ホルダ６０を着脱可能となっている。
【００４１】
先述のように、この環状ホルダ３２には、その内部の溝２６と連通する複数の一体型ノズル４０がリング状に等間隔で取り付けられており、その流路４０ａ（図９参照）の延長上に形成されたノズル孔４３が、環状ホルダ３２における主軸９の軸線方向（すなわち、環状ホルダ３２の断面中心）に向けられている。本実施の形態では、環状ホルダ３２に１２個の一体型ノズル４０（ノズル孔４３）が、その内周に沿ってリング状に等間隔で設けられている。
【００４２】
このような構成のもと、主軸９に取り付けられる工具６の交換時には、クーラントホース３０から溝２６に供給されたクーラント液が、環状ホルダ３２に形成された各ノズル孔４３から主軸９の回転中心に向かって噴射される。すなわち、主軸９の軸線方向における主軸９の外部（すなわち、ホルダ取付穴３３の直下）に向けて、各ノズル孔４３からクーラント液が噴射される。そして、本発明では、工具交換の際に工具交換アーム２２に把持された工具ホルダ６０の上端部（プルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲）にもクーラント液が吹き付けられるように、クーラント液の噴射角度及び吐出流速が調整されているが、詳細は後述する。
【００４３】
ここで、本実施形態の工作機械１における、工具交換時の工具洗浄について具体的に説明する。図９は、工具交換時における、主軸９のホルダ取付穴３３を中心とした側面断面拡大図である。図１０は、工具交換時における、環状ホルダ３２を中心とした底面拡大図である。以下では、工具交換機構２０により、新たな工具６が取付けられた工具ホルダ６０が、プルスタッド上端面６０ｄを上に向けてホルダ取付穴３３に挿入される場合を例示する。
【００４４】
図９に示すように、工具ホルダ６０は工具交換機構２０によりホルダ取付穴３３に向けて上方向に搬送されつつ（工具搬送工程）、環状ホルダ３２の各ノズル孔４３からクーラント液が噴射される（工具洗浄工程）。すなわち、工具洗浄工程において、クーラント液が主軸９の軸線方向における主軸９の外部（ホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下）に向けて一定角度で噴射されるため、工具搬送工程では、工具ホルダ６０がホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する際に、その側面に周方向からクーラント液から吹き付けられる。
【００４５】
より詳細には、工具搬送工程は、主軸９の先端側（開口部３３ａ）に搬送する工程と、主軸９の内部（ホルダ取付穴３３）に搬送する工程とで構成される。そして、主軸９の先端側に搬送する工程において、工具ホルダ６０が開口部３３ａの直下を通過する際に、工具ホルダ６０の上端部（プルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲）にクーラント液が供給される。さらに、主軸９の内部に搬送する工程において、工具ホルダ６０が上方向に移動されるのに応じて、工具ホルダ６０の上端部からシャンク部６０ａへクーラント液が供給される。その後、工具ホルダ６０に付着した切粉等が洗浄された状態で、工具ホルダ６０が開口部３３ａを経由してホルダ取付穴３３に挿入及び嵌着される。
【００４６】
ここで、図１０に示すように、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０は放射状に配置されており、各ノズル孔４３から噴射されるクーラント液が環状ホルダ３２の断面中心（すなわち、主軸９の軸線方向）に集中するようになっている。そのため、主軸９の軸線方向に沿って搬送される工具ホルダ６０の側面部（シャンク部６０ａ）には、クーラント液が効果的にかつ満遍なく吹き付けられるため、確実に切粉等が洗浄される。
【００４７】
そして、図９に示すように、各ノズル孔４３は、ホルダ取付穴３３の開口部３３ａからみて所定角度下方に向けてそれぞれクーラント液を噴射するため、各ノズル孔４３が噴射したクーラント液はホルダ取付穴３３の直下に集中するようになっている。そのため、ホルダ取付穴３３の直下を通過する工具ホルダ６０の側面部（シャンク部６０ａ）には、クーラント液が効果的にかつ満遍なく吹き付けられるため、確実に切粉等が洗浄される。
【００４８】
ここで、本実施の形態では、さらに以下の工夫を加えることで、工具ホルダ６０の上端部（プルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲）にも確実にクーラント液が吹き付けられるようにして、この工具ホルダ６０の上端部に切粉等が残存しないようにしている。そして、工具交換を高速に行うために、工具交換機構２０による工具ホルダ６０の搬送速度を速くしてクーラント液による洗浄時間を短くしても、確実に工具ホルダ６０の上端部を洗浄できるようにしている。
【００４９】
まず、各ノズル孔４３からのクーラント液の噴射角度に工夫を施している。すなわち、主軸９のホルダ取付穴３３の直下を通過する工具ホルダ６０のシャンク部６０ａと、このシャンク部６０ａに対して供給されるクーラント液とのなす角度βが主軸９からみて９０度以下となるように、ホルダ取付穴３３の開口部３３ａからみた各ノズル孔４３がクーラント液を噴射する角度αを設定している（図９参照）。言い換えれば、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるように、クーラント液の噴射角度αを最適な値であらかじめ設定している。
【００５０】
ここで、クーラント液の接触角度βが９０度よりも大きいと、各ノズル孔４３から噴射されたクーラント液と、工具ホルダ６０の上端部（特に、プルスタッド上端面６０ｄ）とのなす角度が小さくなり（すなわち、平行に近くなり）、工具ホルダ６０の上端部にクーラント液が吹き付けられにくい。また、工具ホルダ６０のシャンク部６０ａに吹き付けられたクーラント液が上方に飛散したり舞い上がったりしてしまい、工具ホルダ６０から洗浄された切粉等がホルダ取付穴３３に侵入するおそれがある。かかる事態は、工具ホルダ６０の取付け時に切粉等を噛んでしまい、工具交換の支障や加工精度の低下をまねく。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるようにすることで、各ノズル孔４３から噴射されたクーラント液が、工具ホルダ６０の上端部にも確実に吹き付けられるようにしている。そして、工具ホルダ６０の上端部に吹き付けられたクーラント液が、シャンク部６０ａのテーパ状に沿って下方に流れるようにして、洗浄された切粉等がホルダ取付穴３３に侵入することを防止している。さらに、工具ホルダ６０のプルスタッド部６０ｃ及びシャンク部６０ａの側面に沿って下方に流れるクーラント液が、工具ホルダ６０の全体（プルスタッド部６０ｃ，シャンク部６０ａ，フランジ部６０ｂ，凹部６０ｆ）を順に満遍なく洗浄する効果もある。
【００５２】
なお、クーラント液の接触角度βを９０度以下とするためには、クーラント液の噴射角度αを以下のように調整する必要がある。すなわち、クーラント液の噴射角度αは一体型ノズル４０の流路４０ａの形成方向（ノズル孔４３の形成角度）によって決定されるため、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるように、一体型ノズル４０の流路４０ａ（ノズル孔４３）を最適なクーラント液の噴射角度αであらかじめ形成しておく。一例として、本実施の形態では、クーラント液の接触角度βを６８度とするために、クーラント液の噴射角度αが３０度となるように一体型ノズル４０の流路４０ａ（ノズル孔４３）を形成している。
【００５３】
一方で、工具ホルダ６０のシャンク部６０ａやプルスタッド部６０ｃなどの形状や、工具交換時に工具交換機構２０によって振り込まれる工具ホルダ６０の高さによって、クーラント液の接触角度βを９０度以下とするためのクーラント液の噴射角度αは異なる。そのため、これらの要素を考慮したうえで、クーラント液の接触角度βを９０度以下とするクーラント液の噴射角度αをあらかじめ算出しておき、その噴射角度αとなるように一体型ノズル４０の流路４０ａ（ノズル孔４３）をあらかじめ形成しておく。
【００５４】
ところで、本実施の形態では、主軸９の先端部（下端部）に着脱可能な環状ホルダ３２を用いているため、工具ホルダ６０のシャンク部６０ａの形状などの条件に応じて、環状ホルダ３２を上記条件を満たす最適なものに取り替えることも容易である。
【００５５】
次に、各ノズル孔４３からのクーラント液の吐出流速に工夫を施している。すなわち、従来の工作機械では、ノズル孔に供給するクーラント液の供給圧が低圧（１ＭＰａ以下）であった。一方、本実施の形態では、図示外のクーラントポンプによるクーラント液の供給圧を高圧（１ＭＰａ以上）とし、また各ノズル孔４３の径の大きさをより小さいものとすることで、各ノズル孔４３からのクーラント液の吐出流速をより高速化している。
【００５６】
ここで、発明者の実験と経験により、クーラント液の供給圧及び各ノズル孔４３のノズル径を調整することで、クーラント液の吐出流速を少なくとも３０ｍ／ｓ以上となるようにすれば、工具ホルダ６０の上端部（特に、プルスタッド上端面６０ｄ）を確実に洗浄できることが明らかとなった。一例として、本実施の形態では、クーラント液の吐出流速が５５ｍ／ｓとなるように、クーラント液の供給圧と各ノズル孔４３のノズル径を調整している。
【００５７】
以上、第１の実施の形態に係る工作機械１によれば、工具交換機構２０により工具ホルダ６０が搬送されると、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０から噴射されるクーラント液によって工具ホルダ６０が洗浄されるものであって、工具ホルダ６０が主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する際に、工具ホルダ６０の上端部（プルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲）に供給されるようにクーラント液の噴射角度αを設定した。そして、工具ホルダ６０のプルスタッド部６０ｃからシャンク部６０ａへと、工具ホルダ６０の移動に従って順にクーラント液が供給されるようにした。よって、主軸９に取り付けられる工具６を交換する際に、工具ホルダ６０に付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる。
【００５８】
また、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０は、主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する工具ホルダ６０のシャンク部６０ａと、シャンク部６０ａに対して供給されるクーラント液の接触角度βが、主軸９からみて９０度以下となるようにした。よって、クーラント液の接触角度βを適切に調整することで、工具ホルダ６０の上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００５９】
また、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０は、主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する工具ホルダ６０に対して供給されるクーラント液の流速が３０ｍ／ｓ以上となるようにした。よって、クーラント液の吐出流速を適切に調整することで、工具ホルダ６０の上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００６０】
また、蓋体３１の下部には、主軸９と同軸をなす環状ホルダ３２が設けられており、環状ホルダ３２において周方向に配置された各一体型ノズル４０は、主軸９の軸線方向に向けてクーラント液を各々噴射するようにした。よって、主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する工具ホルダ６０に対して、周方向から満遍なくクーラント液を噴射して切粉等を洗浄することができる。また、環状ホルダ３２を主軸９の先端部（下端部）に設けることで本発明を実現することができ、環状ホルダ３２を最適なものに交換することも容易である。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、主軸に取り付けられる工具の交換時に工具ホルダを洗浄する工具洗浄機構及び工具洗浄方法を、着脱式の別体型ノズルを複数備えた環状ホルダを実装した工作機械１を例示して説明する。
【００６２】
本実施の形態に係る工作機械１は、基本的に第１の実施の形態と同様であるが、環状ホルダ３２の構成が異なる。以下では、第１の実施の形態と異なる点のみを説明し、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を用いるものとする。図１１は、環状ホルダ３２´及び蓋体３１の外観斜視図である。図１２は、別体型ノズル５０の拡大斜視図である。図１３は、工具交換時における、環状ホルダ３２´を中心とした底面拡大図である。
【００６３】
図１１に示すように、環状ホルダ３２´は、第１の実施の形態（図８に示す環状ホルダ３２）と同様に、リング状金具の本体部であるリング体３２´ａを有し、リング体３２´ａの正面３２´ｃには、後述の別体型ノズル５０をリング体３２´ａに取り付けるための複数のノズル取付穴３２´ｄが内周に沿って等間隔で穿設されている。環状ホルダ３２´は、蓋体３１の下端に接着剤によって固定されている。なお、環状ホルダ３２´が蓋体３１の下部に取り付けられると、各ノズル取付穴３２´ｄは先述の溝２６に各々連通する。
【００６４】
図１２に示すように、別体型ノズル５０は、環状ホルダ３２´のノズル取付穴３２´ｄに嵌合される円柱状の胴部５１と、リング体３２´ａの表面から突出する頭部５２とで構成される。胴部５１の内部には溝２６と連通する流路５１ａが形成されており、また、頭部５２の内部には流路５１ａと連通する流路５２ａが形成されており、流路５２ａの先端側に微小な円形開口部であるノズル孔５３が形成されている。すなわち、溝２６に供給されるクーラント液は、各別体型ノズル５０の流路５１ａ，５２ａを経由してノズル孔５３から各々噴射される。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、環状ホルダ３２´に１２個の別体型ノズル５０（ノズル孔５３）が、その内周に沿ってリング状に等間隔で設けられている。
【００６５】
このような構成のもと、主軸９に取り付けられる工具６の交換時には、クーラントホース３０から溝２６に供給されたクーラント液が、環状ホルダ３２´に形成された各ノズル孔５３から主軸９の回転中心に向かって噴射される。すなわち、主軸９の軸線方向における主軸９の外部（すなわち、ホルダ取付穴３３の直下）に向けて、各ノズル孔５３からクーラント液が噴射される。
【００６６】
ここで、本実施形態の工作機械１における工具交換時の工具洗浄は、第１の実施の形態と同様である。すなわち、図１３に示すように、環状ホルダ３２´の各別体型ノズル５０は放射状に配置されており、各ノズル孔５３が噴射するクーラント液が環状ホルダ３２´の断面中心（すなわち、主軸９の軸線方向）に集中するようになっている。また、各ノズル孔５３は、ホルダ取付穴３３の開口部３３ａからみて所定角度下方に向けて各々クーラント液を噴射するため、各ノズル孔５３が噴射するクーラント液が、このホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下に集中するようになっている（図９参照）。
【００６７】
そして、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるように、各ノズル孔５３からのクーラント液の噴射角度αが設定されている（図９参照）。さらに、クーラント液の吐出流速が少なくとも３０ｍ／ｓとなるように、クーラント液の供給圧及び各ノズル孔５３のノズル径が調整されている。本実施の形態では、クーラント液の接触角度βを６８度（すなわち、クーラント液の噴射角度αを３０度）に設定しており、また、クーラント液の吐出流速を５５ｍ／ｓに調整している。
【００６８】
以上、第２の実施の形態に係る工作機械１によれば、着脱可能な別体型ノズル５０が取付けられた環状ホルダ３２´を実装した構成であっても、第１の実施の形態と同様に、主軸９に取り付けられる工具６を交換する際に、工具ホルダ６０に付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる。
【００６９】
ところで、上記第１及び第２の実施の形態において、工具ホルダ６０のシャンク部６０ａが、本発明の「工具ホルダのテーパ部」に相当する。一体型ノズル４０及び別体型ノズル５０が、本発明の「洗浄ノズル」に相当する。工具ホルダ６０におけるプルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲が、本発明の「工具ホルダの上端部」に相当する。環状ホルダ３２，３２´が、本発明の「環状のホルダ」に相当する。
【００７０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
【００７１】
例えば、クーラント液の接触角度βを６８度とするために、一体型ノズル４０及び別体型ノズル５０をクーラント液の噴射角度αが３０度となるように形成している。しかし、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるのであれば、任意のクーラント液の噴射角度αとすることができる。
【００７２】
また、クーラント液の吐出流速が５５ｍ／ｓとなるように、クーラント液の供給圧と各ノズル孔４３，５３のノズル径を調整している。しかし、クーラント液の吐出流速が少なくとも３０ｍ／ｓ以上となるのであれば、任意のクーラント液の供給圧及び各ノズル孔４３，５３のノズル径とすることができる。
【００７３】
また、上記実施の形態では、工具ホルダ６０の上端部がプルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲となっているが、工具ホルダ６０の形状は主軸９の形状や工具６の種類などに応じて異なる。しかし、本発明によれば、工具ホルダ６０の形状を問わずに、工具ホルダ６０の側面部のみならず上端部も確実にクーラント液で洗浄することができる。
【００７４】
なお、本発明の趣旨の範囲内であれば、環状ホルダ３２，３２´の形態や、一体型ノズル４０及び別体型ノズル５０の位置、形状，大きさ，数量なども任意である。また、工具ホルダ６０に取り付けられる工具６はドリルに限定されずに、各種カッターやエンドミルなどの各種工具を用いることができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の工具洗浄機構及び工具洗浄方法は、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等を洗浄する工作機械に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】工作機械１の全体斜視図である。
【図２】主軸ヘッド７の正面図である。
【図３】主軸ヘッド７のＡ―Ａ線方向における矢視方向断面図である。
【図４】工具交換機構２０の動作を説明するための、工具交換機構２０を中心とした正面図である。
【図５】工具交換機構２０の動作を説明するための、工具交換機構２０を中心とした正面図である。
【図６】主軸９を中心とした底面拡大図である。
【図７】主軸９を中心としたＢ―Ｂ線方向における矢視方向断面図である。
【図８】環状ホルダ３２及び蓋体３１の外観斜視図である。
【図９】工具交換時における、主軸９のホルダ取付穴３３を中心とした側面断面拡大図である。
【図１０】工具交換時における、環状ホルダ３２を中心とした底面拡大図である。
【図１１】環状ホルダ３２´及び蓋体３１の外観斜視図である。
【図１２】別体型ノズル５０の拡大斜視図である。
【図１３】工具交換時における、環状ホルダ３２´を中心とした底面拡大図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 工作機械
６ 工具
７ 主軸ヘッド
９ 主軸
１０ テーブル
２０ 工具交換機構
２１ 工具マガジン
２２ 工具交換アーム
２３ ハウジング
２６ 溝
２８ 接続孔
２９ スピンドル
３０ クーラントホース
３１ 蓋体
３２，３２´ 環状ホルダ
３３ ホルダ取付穴
３７ ボルト
４０ 一体型ノズル
４３ ノズル孔
５０ 別体型ノズル
５３ ノズル孔
６０ 工具ホルダ
６０ａ シャンク部
６０ｂ フランジ部
６０ｃ プルスタッド部
６０ｄ プルスタッド上端面
６０ｅ 工具支持部
６０ｆ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等を洗浄する工具洗浄機構及び工具洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主軸に取り付けられた工具によって被加工物（ワーク）に機械加工（例えば、「中ぐり」、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施す工作機械では、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具交換に影響を与える箇所（例えば、工具ホルダのテーパ部やシャンクなど）に切粉等が付着していると、工具交換に支障が生じたり、加工精度の低下を招くおそれがある。そこで、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、この切粉等を洗浄することが行われている。
【０００３】
例えば、主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換機構を備え、クーラントポンプから供給されるクーラント液を切削用ノズルから工具による切削箇所に噴射する工作機械用洗浄装置であって、切粉が付着すると工具交換に影響を与える箇所に清浄なクーラント液を噴射する洗浄ノズルを設ける。そして、この洗浄ノズルには、下方に開口したノズル孔を備え、ノズル孔の延長上に工具方向に向かって傾斜した傾斜壁を設ける。これにより、工具交換に影響を及ぼす切粉等を洗浄することができるようにした工作機械用洗浄装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−５２１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の従来技術では、工具交換機構が交換用の工具を取り付けた工具ホルダを主軸の内部に向けて搬送する際、洗浄ノズルがその工具ホルダの側面に向けてクーラント液を噴射することで、工具交換に影響を与える箇所の洗浄を行っている。しかし、工具ホルダの上端部はクーラント液の噴射方向と略平行をなすためにクーラント液が吹き付けられにくく、この工具ホルダの上端部に付着した切粉等は洗浄されにくい。そして、この工具ホルダの上端部に切粉等が残存していると、工具交換に支障を生じさせたり、加工精度の低下を招くという問題があった。特に、より素早い工具交換を実現するために、工具交換機構が工具ホルダを高速で搬送する場合は、工具ホルダの洗浄時間が短くなるため、さらに工具ホルダの上端部に付着した切粉等の洗浄が困難となる。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる工具洗浄機構及び工具洗浄方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の工具洗浄機構は、主軸に取り付けられる工具を交換する工具交換機構により、該工具が取り付けられた工具ホルダが該主軸の内部に向けて搬送されると、該工具ホルダが通過する主軸先端側に設けられた洗浄ノズルから該主軸の外部に向けてクーラント液が噴射されて、該工具ホルダが該主軸先端側の近傍で洗浄される工具洗浄機構であって、前記工具交換機構により搬送される前記工具ホルダが前記主軸先端側の近傍を通過する際に、前記洗浄ノズルから噴射される前記クーラント液が該工具ホルダの上端部に供給されるように、該洗浄ノズルにおける該クーラント液の噴射角度が設定されたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の工具洗浄機構は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記工具ホルダは、前記主軸に設けられたテーパ状の内周面に密接して嵌まるためのテーパ部と、該テーパ部の縮径する上部に配置されたプルスタッド部を有し、前記工具ホルダの上端部は、前記プルスタッド部の上端から前記テーパ部の上端の範囲であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の工具洗浄機構は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側の近傍を通過する前記工具ホルダのテーパ部と、該テーパ部に対して供給される前記クーラント液とのなす角度が、前記主軸からみて９０度以下となるように該クーラント液を噴射することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の工具洗浄機構は、請求項１乃至３のいずれか記載の発明の構成に加え、前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側の近傍を通過する前記工具ホルダに対して供給される前記クーラント液の流速が、３０ｍ／ｓ以上となるように前記クーラント液を噴射することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明の工具洗浄機構は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側に複数設けられており、前記複数の洗浄ノズルは、前記主軸の軸線方向に向けて前記クーラント液を各々噴射することを特徴とする
【００１１】
また、請求項６に係る発明の工具洗浄機構は、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記主軸先端側には、該主軸と同軸をなす環状のホルダが設けられており、前記複数の洗浄ノズルは、前記環状のホルダにおいて、前記主軸の軸線方向に対して周方向に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明の工具洗浄機構は、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記環状のホルダは、前記主軸先端側に着脱可能に構成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明の工具洗浄方法は、主軸に取り付けられる工具を交換する工具交換機構により、該工具が取り付けられた工具ホルダが該主軸の内部に向けて搬送される工具搬送工程と、該工具ホルダが通過する主軸先端側に設けられた洗浄ノズルから該主軸の外部に向けてクーラント液が噴射されて、該工具ホルダが該主軸先端側の近傍で洗浄される工具洗浄工程とからなる工具洗浄方法であって、前記工具搬送工程は、前記主軸先端側に搬送する工程と、前記主軸の内部に搬送する工程を含み、該主軸先端側に搬送する工程において、前記工具ホルダの上端部にクーラント液が供給され、該主軸内部に搬送する工程において、前記工具ホルダの上端部からテーパ部へクーラント液が供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明の工具交換機構では、工具交換機構により工具が取り付けられた工具ホルダが搬送されると、洗浄ノズルから噴射されるクーラント液によって工具ホルダが洗浄されるものであって、工具ホルダが主軸先端側の近傍を通過する際にクーラント液が工具ホルダの上端部に供給されるように、洗浄ノズルにおけるクーラント液の噴射角度が設定された。よって、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明の工具交換機構では、請求項１に記載の発明の効果に加え、工具ホルダは、主軸内周面に密接して嵌まるためのテーパ部と、その上部に配置されたプルスタッド部を有し、工具ホルダの上端部はプルスタッド部の上端からテーパ部の上端の範囲である。よって、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、プルスタッドの上端からテーパ部の上端の範囲に切粉等が残らないように洗浄することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明の工具交換機構では、請求項２に記載の発明の効果に加え、主軸先端側の近傍を通過する工具ホルダのテーパ部と、テーパ部に対して供給されるクーラント液とのなす角度が主軸からみて９０度以下となるように、洗浄ノズルがクーラント液を噴射する。よって、洗浄ノズルによるクーラント液の接触角度を適切に調整することで、工具ホルダの上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００１７】
また、請求項４に係る発明の工具交換機構では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、主軸先端側の近傍を通過する工具ホルダに対して供給されるクーラント液の流速が３０ｍ／ｓ以上となるように、洗浄ノズルがクーラント液を噴射する。よって、洗浄ノズルによるクーラント液の吐出流速を適切に調整することで、工具ホルダの上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００１８】
また、請求項５に係る発明の工具交換機構では、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、洗浄ノズルは主軸先端側に複数設けられており、各洗浄ノズルが主軸の軸線方向に向けてクーラント液を各々噴射する。よって、主軸先端側の近傍を通過する工具ホルダに対して複数の方向からクーラント液を噴射して、工具ホルダの上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明の工具交換機構では、請求項５に記載の発明の効果に加え、主軸先端側には主軸と同軸をなす環状ホルダが設けられており、複数の洗浄ノズルは、環状ホルダにおいて主軸の軸線方向に対して周方向に配置された。よって、主軸先端側の近傍を通過する工具ホルダに対して、その周方向から満遍なくクーラント液を噴射することができる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明の工具洗浄機構では、請求項６に記載の発明の効果に加え、環状ホルダは主軸先端側に着脱可能に構成された。よって、主軸先端側に取り付けられた環状ホルダを容易に交換することができる。
【００２１】
また、請求項８に係る発明の工具洗浄方法では、工具交換機構により工具が取り付けられた工具ホルダが搬送されると、洗浄ノズルから噴射されるクーラント液によって工具ホルダが洗浄されるものであって、主軸先端側に搬送する工程で工具ホルダの上端部にクーラント液が供給され、主軸内部に搬送する工程で工具ホルダの上端部からテーパ部へクーラント液が供給される。よって、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態では、主軸に取り付けられる工具の交換時に工具ホルダを洗浄する工具洗浄機構及び工具洗浄方法を、固定式の一体型ノズルを複数備えた環状ホルダを実装した工作機械１を例示して説明する。
【００２３】
まず、工作機械１の構成について説明する。図１は、工作機械１の全体斜視図である。図２は、主軸ヘッド７の正面図である。図３は、主軸ヘッド７のＡ―Ａ線方向における矢視方向断面図である。図４及び図５は、工具交換機構２０の動作を説明するための、工具交換機構２０を中心とした正面図である。図６は、主軸９を中心とした底面拡大図である。図７は、主軸９を中心としたＢ―Ｂ線方向における矢視方向断面図である。図８は、環状ホルダ３２及び蓋体３１の外観斜視図である。なお、工作機械１において、そのＸ軸方向とは工作機械１の左右方向を指し、そのＹ軸方向とは工作機械１の前後方向（奥行き方向）を指し、そのＺ軸方向とは工作機械１の上下方向を指すものとする。また、図２のＡ−Ａ線は、工作機械１のＺ軸方向と平行をなす主軸９の軸線方向と一致する線であり、図６のＢ−Ｂ線は、工作機械１のＹ軸方向と平行をなし、かつ主軸９の断面中心を通る線である。
【００２４】
図１に示すように、工作機械１は、機械本体３の土台となる鉄製の基台２と、該基台２の上部に設けられ、ワーク（図示外）を加工する機械本体３とから構成されている。そして、図示しないが、基台２の上部には、機械本体３を囲繞して保護するとともに、機械本体３から切粉が外部に飛散するのを防止する略直方体状のボックス型のスプラッシュカバーが固定されるようになっている。
【００２５】
基台２は、工作機械１のＹ軸方向に延設され、その下部の四隅には脚部２ａが各々設けられている。そして、これら４本の脚部２ａが工場などの床面に設置されることにより、工作機械１が所定場所に設置される。さらに、基台２上部の後方側には、略直方体状のコラム座部４が設けられている。なお、この基台２の芯部は、軽量化、高強度化及び低コスト化のため、いわゆる肉抜き成形（リブによる骨組構造）されている。
【００２６】
機械本体３は、基台２のコラム座部４の上面に載置して固定され、垂直上方に延設された略角柱状のコラム５と、該コラム５の前面に沿って昇降可能に設けられた主軸ヘッド７と、該主軸ヘッド７の下部前側から鉛直下方に突出する主軸９と、前記主軸ヘッド７の右側に設けられ、主軸９の先端に装着された後述の工具ホルダ６０を、他の工具６（図２及び図３参照）を保持する工具ホルダ６０に交換する工具交換機構（ＡＴＣ）２０と、基台２の上部に設けられ、ワークを着脱可能に保持するテーブル１０と、コラム５の背面側に設けられ、電源装置、制御装置等の各装置を内蔵する制御盤１９とを主体に構成されている。
【００２７】
ここで、図２及び図３に示すように、主軸ヘッド７は、主軸９が備えるスピンドル２９（図７参照）を回転駆動させるための主軸モータ８を上部に備え、該主軸モータ８の出力軸は、カップリング（図示外）を介してスピンドル２９に連結されている。さらに、主軸ヘッド７は、コラム５の前面側に設けられたガイドレール（図示外）にリニアガイド（図示外）を介して昇降自在にガイドされている。そして、昇降自在にガイドされる主軸ヘッド７は、モータ駆動されるボールねじ（図示外）とナットとの結合により昇降駆動されるようになっている。
【００２８】
図１に戻り、主軸ヘッド７の下部後部寄りには、コラム５の前面側に設けられた主軸ヘッド７の昇降機構を覆い隠すための正面視縦長長方形状のＺ軸カバー１８の上端部が固定されている。これにより、Ｚ軸カバー１８は、コラム５の前面を覆い隠しながら主軸ヘッド７と一体的に昇降する。また、後述するように、主軸９の先端側（下端側）には、クーラント液を工具ホルダ６０に向けて噴射して切粉を洗い流すための噴射ノズルである一体型ノズル４０を複数備えた環状ホルダ３２（図７参照）が設けられている。また、基台２の後部には、その一体型ノズル４０にクーラント液を供給するためのクーラント供給管１７が設けられている。
【００２９】
一方、基台２の上部中央には、ワークを着脱可能に保持するテーブル１０がＸ軸−Ｙ軸方向に移動可能に配置されている。このテーブル１０の移動機構は次の通りである。まず、テーブル１０の下側には、略直方体状の支持台１２が設けられている。そして、その支持台１２の上部には、Ｘ軸方向に沿って延設された一対のＸ軸送りガイド（図示外）が設けられ、そのＸ軸送りガイド上にテーブル１０が移動可能に支持されている。さらに、支持台１２は、基台２の長手方向に沿って延設された一対のＹ軸送りガイド上に移動可能に支持されている。このような状態で、テーブル１０は、基台２上に設けられたＸモータ（図示外）により、Ｘ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動し、同じく基台２上に設けられたＹモータ（図示外）により、Ｙ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動するようになっている。
【００３０】
また、Ｘ軸送りガイドには、テーブル１０を中央に挟み、テレスコピック式に収縮するテレスコピックカバー１３，１４が左右に各々覆設されている。さらに、Ｙ軸送りガイドには、支持台１２を中央に挟み、テレスコピックカバー１５とＹ軸後ろカバー（図示外）とが前後に各々覆設されている。なお、Ｙ軸後ろカバーは一枚の板金からなる断面山型に形成され、コラム５の下部に設けられたカバー収納部（図示外）に収容されるようになっている。そして、これら複数のカバーにより、テーブル１０がＸ軸方向及びＹ軸方向の何れの方向に移動した場合でも、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドは、常にテレスコピックカバー１３，１４，１５及びＹ軸後ろカバー（図示外）によって覆われている。よって、テーブル１０の周辺等から飛散する切粉や、クーラント液の飛沫等が各レール上に落下するのを防ぐことができる。
【００３１】
ここで、工具交換機構２０について説明する。図４及び図５に示すように、工具交換機構２０は、工具６が取り付けられた工具ホルダ６０を複数格納する側面視略小判型状の工具マガジン２１と、主軸９に装着されている工具ホルダ６０と他の工具ホルダ６０とを把持及び搬送するための工具交換アーム２２とを備えている。工具交換アーム２２は、回転可能および上下動可能に装着された円筒状のアーム旋回軸２２ｃの下端部に、その両端部に工具ホルダ６０を各々把持する把持部２２ａ，２２ａが設けられたアーム部２２ｂが固定されて構成されている。なお、アーム旋回軸２２ｃはＺ軸方向と平行をなし、アーム部２２ｂはアーム旋回軸２２ｃを軸として回動可能である（図４及び図５参照）。
【００３２】
そして、主軸９に装着される工具６の交換時には、工具交換アーム２２が原点に上昇されている状態において、まず、工具交換アーム２２が旋回し、工具マガジン２１側の工具ホルダ６０と主軸９に装着された工具ホルダ６０とが、把持部２２ａ，２２ａでそれぞれ把持される。次いで、工具交換アーム２２が下降して、工具抜脱動作が行われる。その後、工具交換アーム２２が旋回して主軸９側の工具ホルダ６０と工具マガジン２１側の工具ホルダ６０とが入れ替わる。このとき、工具交換アーム２２は１８０度回転することになる。その後、工具交換アーム２２が上昇し、工具交換アーム２２に把持された工具６は、工具マガジン２１側の工具ポット（図示外）あるいは主軸９に装着される。そして、工具交換アーム２２が所定角度旋回して、把持部２２ａ，２２ａから工具ホルダ６０がそれぞれ開放されて、工具交換アーム２２のアーム旋回動作の１サイクルが終了する。
【００３３】
次に、主軸９について説明する。図６及び図７に示すように、主軸９は、上下方向に長い略円筒状のハウジング２３を備えており、そのハウジング２３の内側に、スピンドル２９が回転自在に設けられている。さらに、ハウジング２３の軸線方向先端側（下端側）の内周面には、スピンドル２９を回転自在に支持するベアリング軸受け５０，５１が各々設けられている。また、スピンドル２９の先端部の中心には、テーパ状の内周面を有するホルダ取付穴３３が、スピンドル２９の軸線に沿って穿設されている。そして、このホルダ取付穴３３の内周面に対し、後述する工具ホルダ６０のシャンク部６０ａのテーパ状の外周面が密着して嵌まるようになっている。
【００３４】
さらに、このホルダ取付穴３３の縮径する上部には、このホルダ取付穴３３の内周面に連続するとともに、径がやや広くなった広径部３４が設けられている。そして、その広径部３４の上部には、複数の鋼球３８を介して工具ホルダ６０のプルスタッド部６０ｃを把持するチャック機構部３９が配置されている。また、ハウジング２３の先端部（下端部）には、スピンドル２９とベアリング軸受け５０，５１を保持するとともに、切削時の切粉等がベアリング軸受け５０，５１に侵入するのを防止する平面視略リング状のベアリング押さえである蓋体３１が設けられている。さらに、蓋体３１の下部に、平面視略リング状をなし、複数の一体型ノズル４０及びノズル孔４３が形成された環状ホルダ３２が設けられている。なお。蓋体３１及び環状ホルダ３２は、複数のボルト３７によりハウジング２３の先端部（下端部）に重ねて固定されている。
【００３５】
ところで、工具ホルダ６０は、先述の工具交換機構２０により搬送されて、主軸９内のスピンドル２９に形成されたホルダ取付穴３３に挿脱される。この工具ホルダ６０は、ホルダ取付穴３３のテーパ状の内周面に密接して嵌まるためのテーパ状（円錐台形状）のシャンク部６０ａと、シャンク部６０ａの底面にフランジ状に形成された略円柱状のフランジ部６０ｂと、フランジ部６０ｂの下面の中心部から下方に突出され、その先端部に工具６を支持する工具支持部６０ｅとを備える。また、シャンク部６０ａの縮径する上部には、その頭部が周方向に膨らんだ側面視Ｔ字型をなす取付け金具であるプルスタッド部６０ｃが設けられている。
【００３６】
そして、工具ホルダ６０の上端部において、プルスタッド部６０ｃの先端に形成された平面（すなわち、プルスタッド部６０ｃの頭部に形成された平面）が、プルスタッド上端面６０ｄである。工具交換機構２０により搬送される工具ホルダ６０は、このプルスタッド上端面６０ｄを上に向けた状態でホルダ取付穴３３に上方向に挿入され、又は下方向に抜脱される。また、フランジ部６０ｂの外周面の幅方向の工具６側には、工具交換アーム２２の把持部２２ａに把持されるために縮径する凹部６０ｆが形成されている。
【００３７】
すなわち、本実施の形態に係る工具ホルダ６０は、主軸９内に工具ホルダ６０が挿入されると、そのシャンク部６０ａがホルダ取付穴３３の内面と密着して支持及び固定される、いわゆるＢＴシャンクである。そして、ホルダ取付穴３３に挿入された工具ホルダ６０の先端では、チャック機構部３９によってプルスタッド部６０ｃが把持されるようになっている。
【００３８】
また、先述の蓋体３１及び環状ホルダ３２の間隙には環状の溝２６が形成されており、この溝２６に連通して形成された接続孔２８にはクーラントホース３０が接続されている。クーラントホース３０は、工具ホルダ６０に付着した切粉等を洗浄するクーラント液を溝２６の内部に供給するためのものであり、環状ホルダ３２の側面で接続孔２８と接続されている。なお、クーラントホース３０のクーラント液は、図示外のクーラントポンプによってクーラント供給管１７（図１参照）を介して供給される。
【００３９】
ここで、環状ホルダ３２について説明する。図８に示すように、環状ホルダ３２は、リング状金具の本体部であるリング体３２ａを有し、その背面側から蓋体３１の下部に取り付けられる。そして、リング体３２ａの正面３２ｃ側には、環状ホルダ３２をハウジング２３の先端部（下端部）に固定するためのボルト３７が挿嵌される複数のボルト穴３２ｂが、環状ホルダ３２の外周に沿って等間隔で穿設されている。さらに、環状ホルダ３２の内部には、クーラント液の流路を形成する複数の一体型ノズル４０があらかじめ設けられている（図７参照）。そして、これらの一体型ノズル４０の流路４０ａ（図９参照）の延長上に位置する微小な円形開口部であるノズル孔４３が、環状ホルダ３２の正面３２ｃに各々形成されている。なお、環状ホルダ３２が蓋体３１の下部に取り付けられると、各一体型ノズル４０は先述の溝２６に各々連通する。
【００４０】
この主軸９と同軸をなすリング状金具である環状ホルダ３２が、複数のボルト３７で取り付けられると、環状ホルダ３２が有する断面中央の貫通孔はホルダ取付穴３３と連通し、その開口中心が主軸９の軸線上に位置する。そのため、工作機械１の主軸ヘッド７を下方向からみると（図６参照）、環状ホルダ３２の貫通孔からホルダ取付穴３３に工具ホルダ６０を着脱可能となっている。
【００４１】
先述のように、この環状ホルダ３２には、その内部の溝２６と連通する複数の一体型ノズル４０がリング状に等間隔で取り付けられており、その流路４０ａ（図９参照）の延長上に形成されたノズル孔４３が、環状ホルダ３２における主軸９の軸線方向（すなわち、環状ホルダ３２の断面中心）に向けられている。本実施の形態では、環状ホルダ３２に１２個の一体型ノズル４０（ノズル孔４３）が、その内周に沿ってリング状に等間隔で設けられている。
【００４２】
このような構成のもと、主軸９に取り付けられる工具６の交換時には、クーラントホース３０から溝２６に供給されたクーラント液が、環状ホルダ３２に形成された各ノズル孔４３から主軸９の回転中心に向かって噴射される。すなわち、主軸９の軸線方向における主軸９の外部（すなわち、ホルダ取付穴３３の直下）に向けて、各ノズル孔４３からクーラント液が噴射される。そして、本発明では、工具交換の際に工具交換アーム２２に把持された工具ホルダ６０の上端部（プルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲）にもクーラント液が吹き付けられるように、クーラント液の噴射角度及び吐出流速が調整されているが、詳細は後述する。
【００４３】
ここで、本実施形態の工作機械１における、工具交換時の工具洗浄について具体的に説明する。図９は、工具交換時における、主軸９のホルダ取付穴３３を中心とした側面断面拡大図である。図１０は、工具交換時における、環状ホルダ３２を中心とした底面拡大図である。以下では、工具交換機構２０により、新たな工具６が取付けられた工具ホルダ６０が、プルスタッド上端面６０ｄを上に向けてホルダ取付穴３３に挿入される場合を例示する。
【００４４】
図９に示すように、工具ホルダ６０は工具交換機構２０によりホルダ取付穴３３に向けて上方向に搬送されつつ（工具搬送工程）、環状ホルダ３２の各ノズル孔４３からクーラント液が噴射される（工具洗浄工程）。すなわち、工具洗浄工程において、クーラント液が主軸９の軸線方向における主軸９の外部（ホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下）に向けて一定角度で噴射されるため、工具搬送工程では、工具ホルダ６０がホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する際に、その側面に周方向からクーラント液から吹き付けられる。
【００４５】
より詳細には、工具搬送工程は、主軸９の先端側（開口部３３ａ）に搬送する工程と、主軸９の内部（ホルダ取付穴３３）に搬送する工程とで構成される。そして、主軸９の先端側に搬送する工程において、工具ホルダ６０が開口部３３ａの直下を通過する際に、工具ホルダ６０の上端部（プルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲）にクーラント液が供給される。さらに、主軸９の内部に搬送する工程において、工具ホルダ６０が上方向に移動されるのに応じて、工具ホルダ６０の上端部からシャンク部６０ａへクーラント液が供給される。その後、工具ホルダ６０に付着した切粉等が洗浄された状態で、工具ホルダ６０が開口部３３ａを経由してホルダ取付穴３３に挿入及び嵌着される。
【００４６】
ここで、図１０に示すように、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０は放射状に配置されており、各ノズル孔４３から噴射されるクーラント液が環状ホルダ３２の断面中心（すなわち、主軸９の軸線方向）に集中するようになっている。そのため、主軸９の軸線方向に沿って搬送される工具ホルダ６０の側面部（シャンク部６０ａ）には、クーラント液が効果的にかつ満遍なく吹き付けられるため、確実に切粉等が洗浄される。
【００４７】
そして、図９に示すように、各ノズル孔４３は、ホルダ取付穴３３の開口部３３ａからみて所定角度下方に向けてそれぞれクーラント液を噴射するため、各ノズル孔４３が噴射したクーラント液はホルダ取付穴３３の直下に集中するようになっている。そのため、ホルダ取付穴３３の直下を通過する工具ホルダ６０の側面部（シャンク部６０ａ）には、クーラント液が効果的にかつ満遍なく吹き付けられるため、確実に切粉等が洗浄される。
【００４８】
ここで、本実施の形態では、さらに以下の工夫を加えることで、工具ホルダ６０の上端部（プルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲）にも確実にクーラント液が吹き付けられるようにして、この工具ホルダ６０の上端部に切粉等が残存しないようにしている。そして、工具交換を高速に行うために、工具交換機構２０による工具ホルダ６０の搬送速度を速くしてクーラント液による洗浄時間を短くしても、確実に工具ホルダ６０の上端部を洗浄できるようにしている。
【００４９】
まず、各ノズル孔４３からのクーラント液の噴射角度に工夫を施している。すなわち、主軸９のホルダ取付穴３３の直下を通過する工具ホルダ６０のシャンク部６０ａと、このシャンク部６０ａに対して供給されるクーラント液とのなす角度βが主軸９からみて９０度以下となるように、ホルダ取付穴３３の開口部３３ａからみた各ノズル孔４３がクーラント液を噴射する角度αを設定している（図９参照）。言い換えれば、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるように、クーラント液の噴射角度αを最適な値であらかじめ設定している。
【００５０】
ここで、クーラント液の接触角度βが９０度よりも大きいと、各ノズル孔４３から噴射されたクーラント液と、工具ホルダ６０の上端部（特に、プルスタッド上端面６０ｄ）とのなす角度が小さくなり（すなわち、平行に近くなり）、工具ホルダ６０の上端部にクーラント液が吹き付けられにくい。また、工具ホルダ６０のシャンク部６０ａに吹き付けられたクーラント液が上方に飛散したり舞い上がったりしてしまい、工具ホルダ６０から洗浄された切粉等がホルダ取付穴３３に侵入するおそれがある。かかる事態は、工具ホルダ６０の取付け時に切粉等を噛んでしまい、工具交換の支障や加工精度の低下をまねく。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるようにすることで、各ノズル孔４３から噴射されたクーラント液が、工具ホルダ６０の上端部にも確実に吹き付けられるようにしている。そして、工具ホルダ６０の上端部に吹き付けられたクーラント液が、シャンク部６０ａのテーパ状に沿って下方に流れるようにして、洗浄された切粉等がホルダ取付穴３３に侵入することを防止している。さらに、工具ホルダ６０のプルスタッド部６０ｃ及びシャンク部６０ａの側面に沿って下方に流れるクーラント液が、工具ホルダ６０の全体（プルスタッド部６０ｃ，シャンク部６０ａ，フランジ部６０ｂ，凹部６０ｆ）を順に満遍なく洗浄する効果もある。
【００５２】
なお、クーラント液の接触角度βを９０度以下とするためには、クーラント液の噴射角度αを以下のように調整する必要がある。すなわち、クーラント液の噴射角度αは一体型ノズル４０の流路４０ａの形成方向（ノズル孔４３の形成角度）によって決定されるため、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるように、一体型ノズル４０の流路４０ａ（ノズル孔４３）を最適なクーラント液の噴射角度αであらかじめ形成しておく。一例として、本実施の形態では、クーラント液の接触角度βを６８度とするために、クーラント液の噴射角度αが３０度となるように一体型ノズル４０の流路４０ａ（ノズル孔４３）を形成している。
【００５３】
一方で、工具ホルダ６０のシャンク部６０ａやプルスタッド部６０ｃなどの形状や、工具交換時に工具交換機構２０によって振り込まれる工具ホルダ６０の高さによって、クーラント液の接触角度βを９０度以下とするためのクーラント液の噴射角度αは異なる。そのため、これらの要素を考慮したうえで、クーラント液の接触角度βを９０度以下とするクーラント液の噴射角度αをあらかじめ算出しておき、その噴射角度αとなるように一体型ノズル４０の流路４０ａ（ノズル孔４３）をあらかじめ形成しておく。
【００５４】
ところで、本実施の形態では、主軸９の先端部（下端部）に着脱可能な環状ホルダ３２を用いているため、工具ホルダ６０のシャンク部６０ａの形状などの条件に応じて、環状ホルダ３２を上記条件を満たす最適なものに取り替えることも容易である。
【００５５】
次に、各ノズル孔４３からのクーラント液の吐出流速に工夫を施している。すなわち、従来の工作機械では、ノズル孔に供給するクーラント液の供給圧が低圧（１ＭＰａ以下）であった。一方、本実施の形態では、図示外のクーラントポンプによるクーラント液の供給圧を高圧（１ＭＰａ以上）とし、また各ノズル孔４３の径の大きさをより小さいものとすることで、各ノズル孔４３からのクーラント液の吐出流速をより高速化している。
【００５６】
ここで、発明者の実験と経験により、クーラント液の供給圧及び各ノズル孔４３のノズル径を調整することで、クーラント液の吐出流速を少なくとも３０ｍ／ｓ以上となるようにすれば、工具ホルダ６０の上端部（特に、プルスタッド上端面６０ｄ）を確実に洗浄できることが明らかとなった。一例として、本実施の形態では、クーラント液の吐出流速が５５ｍ／ｓとなるように、クーラント液の供給圧と各ノズル孔４３のノズル径を調整している。
【００５７】
以上、第１の実施の形態に係る工作機械１によれば、工具交換機構２０により工具ホルダ６０が搬送されると、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０から噴射されるクーラント液によって工具ホルダ６０が洗浄されるものであって、工具ホルダ６０が主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する際に、工具ホルダ６０の上端部（プルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲）に供給されるようにクーラント液の噴射角度αを設定した。そして、工具ホルダ６０のプルスタッド部６０ｃからシャンク部６０ａへと、工具ホルダ６０の移動に従って順にクーラント液が供給されるようにした。よって、主軸９に取り付けられる工具６を交換する際に、工具ホルダ６０に付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる。
【００５８】
また、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０は、主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する工具ホルダ６０のシャンク部６０ａと、シャンク部６０ａに対して供給されるクーラント液の接触角度βが、主軸９からみて９０度以下となるようにした。よって、クーラント液の接触角度βを適切に調整することで、工具ホルダ６０の上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００５９】
また、環状ホルダ３２の各一体型ノズル４０は、主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する工具ホルダ６０に対して供給されるクーラント液の流速が３０ｍ／ｓ以上となるようにした。よって、クーラント液の吐出流速を適切に調整することで、工具ホルダ６０の上端部に付着した切粉等を確実に洗浄することができる。
【００６０】
また、蓋体３１の下部には、主軸９と同軸をなす環状ホルダ３２が設けられており、環状ホルダ３２において周方向に配置された各一体型ノズル４０は、主軸９の軸線方向に向けてクーラント液を各々噴射するようにした。よって、主軸９に形成されたホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下を通過する工具ホルダ６０に対して、周方向から満遍なくクーラント液を噴射して切粉等を洗浄することができる。また、環状ホルダ３２を主軸９の先端部（下端部）に設けることで本発明を実現することができ、環状ホルダ３２を最適なものに交換することも容易である。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、主軸に取り付けられる工具の交換時に工具ホルダを洗浄する工具洗浄機構及び工具洗浄方法を、着脱式の別体型ノズルを複数備えた環状ホルダを実装した工作機械１を例示して説明する。
【００６２】
本実施の形態に係る工作機械１は、基本的に第１の実施の形態と同様であるが、環状ホルダ３２の構成が異なる。以下では、第１の実施の形態と異なる点のみを説明し、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を用いるものとする。図１１は、環状ホルダ３２´及び蓋体３１の外観斜視図である。図１２は、別体型ノズル５０の拡大斜視図である。図１３は、工具交換時における、環状ホルダ３２´を中心とした底面拡大図である。
【００６３】
図１１に示すように、環状ホルダ３２´は、第１の実施の形態（図８に示す環状ホルダ３２）と同様に、リング状金具の本体部であるリング体３２´ａを有し、リング体３２´ａの正面３２´ｃには、後述の別体型ノズル５０をリング体３２´ａに取り付けるための複数のノズル取付穴３２´ｄが内周に沿って等間隔で穿設されている。環状ホルダ３２´は、蓋体３１の下端に接着剤によって固定されている。なお、環状ホルダ３２´が蓋体３１の下部に取り付けられると、各ノズル取付穴３２´ｄは先述の溝２６に各々連通する。
【００６４】
図１２に示すように、別体型ノズル５０は、環状ホルダ３２´のノズル取付穴３２´ｄに嵌合される円柱状の胴部５１と、リング体３２´ａの表面から突出する頭部５２とで構成される。胴部５１の内部には溝２６と連通する流路５１ａが形成されており、また、頭部５２の内部には流路５１ａと連通する流路５２ａが形成されており、流路５２ａの先端側に微小な円形開口部であるノズル孔５３が形成されている。すなわち、溝２６に供給されるクーラント液は、各別体型ノズル５０の流路５１ａ，５２ａを経由してノズル孔５３から各々噴射される。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、環状ホルダ３２´に１２個の別体型ノズル５０（ノズル孔５３）が、その内周に沿ってリング状に等間隔で設けられている。
【００６５】
このような構成のもと、主軸９に取り付けられる工具６の交換時には、クーラントホース３０から溝２６に供給されたクーラント液が、環状ホルダ３２´に形成された各ノズル孔５３から主軸９の回転中心に向かって噴射される。すなわち、主軸９の軸線方向における主軸９の外部（すなわち、ホルダ取付穴３３の直下）に向けて、各ノズル孔５３からクーラント液が噴射される。
【００６６】
ここで、本実施形態の工作機械１における工具交換時の工具洗浄は、第１の実施の形態と同様である。すなわち、図１３に示すように、環状ホルダ３２´の各別体型ノズル５０は放射状に配置されており、各ノズル孔５３が噴射するクーラント液が環状ホルダ３２´の断面中心（すなわち、主軸９の軸線方向）に集中するようになっている。また、各ノズル孔５３は、ホルダ取付穴３３の開口部３３ａからみて所定角度下方に向けて各々クーラント液を噴射するため、各ノズル孔５３が噴射するクーラント液が、このホルダ取付穴３３の開口部３３ａの直下に集中するようになっている（図９参照）。
【００６７】
そして、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるように、各ノズル孔５３からのクーラント液の噴射角度αが設定されている（図９参照）。さらに、クーラント液の吐出流速が少なくとも３０ｍ／ｓとなるように、クーラント液の供給圧及び各ノズル孔５３のノズル径が調整されている。本実施の形態では、クーラント液の接触角度βを６８度（すなわち、クーラント液の噴射角度αを３０度）に設定しており、また、クーラント液の吐出流速を５５ｍ／ｓに調整している。
【００６８】
以上、第２の実施の形態に係る工作機械１によれば、着脱可能な別体型ノズル５０が取付けられた環状ホルダ３２´を実装した構成であっても、第１の実施の形態と同様に、主軸９に取り付けられる工具６を交換する際に、工具ホルダ６０に付着した切粉等をより簡易な構成でかつ確実に洗浄することができる。
【００６９】
ところで、上記第１及び第２の実施の形態において、工具ホルダ６０のシャンク部６０ａが、本発明の「工具ホルダのテーパ部」に相当する。一体型ノズル４０及び別体型ノズル５０が、本発明の「洗浄ノズル」に相当する。工具ホルダ６０におけるプルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲が、本発明の「工具ホルダの上端部」に相当する。環状ホルダ３２，３２´が、本発明の「環状のホルダ」に相当する。
【００７０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
【００７１】
例えば、クーラント液の接触角度βを６８度とするために、一体型ノズル４０及び別体型ノズル５０をクーラント液の噴射角度αが３０度となるように形成している。しかし、クーラント液の接触角度βが９０度以下となるのであれば、任意のクーラント液の噴射角度αとすることができる。
【００７２】
また、クーラント液の吐出流速が５５ｍ／ｓとなるように、クーラント液の供給圧と各ノズル孔４３，５３のノズル径を調整している。しかし、クーラント液の吐出流速が少なくとも３０ｍ／ｓ以上となるのであれば、任意のクーラント液の供給圧及び各ノズル孔４３，５３のノズル径とすることができる。
【００７３】
また、上記実施の形態では、工具ホルダ６０の上端部がプルスタッド部６０ｃのプルスタッド上端面６０ｄからシャンク部６０ａの上端までの範囲となっているが、工具ホルダ６０の形状は主軸９の形状や工具６の種類などに応じて異なる。しかし、本発明によれば、工具ホルダ６０の形状を問わずに、工具ホルダ６０の側面部のみならず上端部も確実にクーラント液で洗浄することができる。
【００７４】
なお、本発明の趣旨の範囲内であれば、環状ホルダ３２，３２´の形態や、一体型ノズル４０及び別体型ノズル５０の位置、形状，大きさ，数量なども任意である。また、工具ホルダ６０に取り付けられる工具６はドリルに限定されずに、各種カッターやエンドミルなどの各種工具を用いることができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の工具洗浄機構及び工具洗浄方法は、主軸に取り付けられる工具を交換する際に、工具ホルダに付着した切粉等を洗浄する工作機械に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】工作機械１の全体斜視図である。
【図２】主軸ヘッド７の正面図である。
【図３】主軸ヘッド７のＡ―Ａ線方向における矢視方向断面図である。
【図４】工具交換機構２０の動作を説明するための、工具交換機構２０を中心とした正面図である。
【図５】工具交換機構２０の動作を説明するための、工具交換機構２０を中心とした正面図である。
【図６】主軸９を中心とした底面拡大図である。
【図７】主軸９を中心としたＢ―Ｂ線方向における矢視方向断面図である。
【図８】環状ホルダ３２及び蓋体３１の外観斜視図である。
【図９】工具交換時における、主軸９のホルダ取付穴３３を中心とした側面断面拡大図である。
【図１０】工具交換時における、環状ホルダ３２を中心とした底面拡大図である。
【図１１】環状ホルダ３２´及び蓋体３１の外観斜視図である。
【図１２】別体型ノズル５０の拡大斜視図である。
【図１３】工具交換時における、環状ホルダ３２´を中心とした底面拡大図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 工作機械
６ 工具
７ 主軸ヘッド
９ 主軸
１０ テーブル
２０ 工具交換機構
２１ 工具マガジン
２２ 工具交換アーム
２３ ハウジング
２６ 溝
２８ 接続孔
２９ スピンドル
３０ クーラントホース
３１ 蓋体
３２，３２´ 環状ホルダ
３３ ホルダ取付穴
３７ ボルト
４０ 一体型ノズル
４３ ノズル孔
５０ 別体型ノズル
５３ ノズル孔
６０ 工具ホルダ
６０ａ シャンク部
６０ｂ フランジ部
６０ｃ プルスタッド部
６０ｄ プルスタッド上端面
６０ｅ 工具支持部
６０ｆ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に取り付けられる工具を交換する工具交換機構により、該工具が取り付けられた工具ホルダが該主軸の内部に向けて搬送されると、該工具ホルダが通過する主軸先端側に設けられた洗浄ノズルから該主軸の外部に向けてクーラント液が噴射されて、該工具ホルダが該主軸先端側の近傍で洗浄される工具洗浄機構であって、
前記工具交換機構により搬送される前記工具ホルダが前記主軸先端側の近傍を通過する際に、前記洗浄ノズルから噴射される前記クーラント液が該工具ホルダの上端部に供給されるように、該洗浄ノズルにおける該クーラント液の噴射角度が設定されたことを特徴とする工具洗浄機構。
【請求項２】
前記工具ホルダは、前記主軸に設けられたテーパ状の内周面に密接して嵌まるためのテーパ部と、該テーパ部の縮径する上部に配置されたプルスタッド部を有し、
前記工具ホルダの上端部は、前記プルスタッド部の上端から前記テーパ部の上端の範囲であることを特徴とする請求項１記載の工具洗浄機構。
【請求項３】
前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側の近傍を通過する前記工具ホルダのテーパ部と、該テーパ部に対して供給される前記クーラント液とのなす角度が、前記主軸からみて９０度以下となるように該クーラント液を噴射することを特徴とする請求項２に記載の工具洗浄機構。
【請求項４】
前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側の近傍を通過する前記工具ホルダに対して供給される前記クーラント液の流速が、３０ｍ／ｓ以上となるように前記クーラント液を噴射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の工具洗浄機構。
【請求項５】
前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側に複数設けられており、
前記複数の洗浄ノズルは、前記主軸の軸線方向に向けて前記クーラント液を各々噴射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の工具洗浄機構。
【請求項６】
前記主軸先端側には、該主軸と同軸をなす環状のホルダが設けられており、
前記複数の洗浄ノズルは、前記環状のホルダにおいて、前記主軸の軸線方向に対して周方向に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の工具洗浄機構。
【請求項７】
前記環状のホルダは、前記主軸先端側に着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項６に記載の工具洗浄機構。
【請求項８】
主軸に取り付けられる工具を交換する工具交換機構により、該工具が取り付けられた工具ホルダが該主軸の内部に向けて搬送される工具搬送工程と、該工具ホルダが通過する主軸先端側に設けられた洗浄ノズルから該主軸の外部に向けてクーラント液が噴射されて、該工具ホルダが該主軸先端側の近傍で洗浄される工具洗浄工程とからなる工具洗浄方法であって、
前記工具搬送工程は、前記主軸先端側に搬送する工程と、前記主軸の内部に搬送する工程を含み、該主軸先端側に搬送する工程において、前記工具ホルダの上端部にクーラント液が供給され、該主軸内部に搬送する工程において、前記工具ホルダの上端部からテーパ部へクーラント液が供給されることを特徴とする工具洗浄方法。
【請求項１】
主軸に取り付けられる工具を交換する工具交換機構により、該工具が取り付けられた工具ホルダが該主軸の内部に向けて搬送されると、該工具ホルダが通過する主軸先端側に設けられた洗浄ノズルから該主軸の外部に向けてクーラント液が噴射されて、該工具ホルダが該主軸先端側の近傍で洗浄される工具洗浄機構であって、
前記工具交換機構により搬送される前記工具ホルダが前記主軸先端側の近傍を通過する際に、前記洗浄ノズルから噴射される前記クーラント液が該工具ホルダの上端部に供給されるように、該洗浄ノズルにおける該クーラント液の噴射角度が設定されたことを特徴とする工具洗浄機構。
【請求項２】
前記工具ホルダは、前記主軸に設けられたテーパ状の内周面に密接して嵌まるためのテーパ部と、該テーパ部の縮径する上部に配置されたプルスタッド部を有し、
前記工具ホルダの上端部は、前記プルスタッド部の上端から前記テーパ部の上端の範囲であることを特徴とする請求項１記載の工具洗浄機構。
【請求項３】
前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側の近傍を通過する前記工具ホルダのテーパ部と、該テーパ部に対して供給される前記クーラント液とのなす角度が、前記主軸からみて９０度以下となるように該クーラント液を噴射することを特徴とする請求項２に記載の工具洗浄機構。
【請求項４】
前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側の近傍を通過する前記工具ホルダに対して供給される前記クーラント液の流速が、３０ｍ／ｓ以上となるように前記クーラント液を噴射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の工具洗浄機構。
【請求項５】
前記洗浄ノズルは、前記主軸先端側に複数設けられており、
前記複数の洗浄ノズルは、前記主軸の軸線方向に向けて前記クーラント液を各々噴射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の工具洗浄機構。
【請求項６】
前記主軸先端側には、該主軸と同軸をなす環状のホルダが設けられており、
前記複数の洗浄ノズルは、前記環状のホルダにおいて、前記主軸の軸線方向に対して周方向に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の工具洗浄機構。
【請求項７】
前記環状のホルダは、前記主軸先端側に着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項６に記載の工具洗浄機構。
【請求項８】
主軸に取り付けられる工具を交換する工具交換機構により、該工具が取り付けられた工具ホルダが該主軸の内部に向けて搬送される工具搬送工程と、該工具ホルダが通過する主軸先端側に設けられた洗浄ノズルから該主軸の外部に向けてクーラント液が噴射されて、該工具ホルダが該主軸先端側の近傍で洗浄される工具洗浄工程とからなる工具洗浄方法であって、
前記工具搬送工程は、前記主軸先端側に搬送する工程と、前記主軸の内部に搬送する工程を含み、該主軸先端側に搬送する工程において、前記工具ホルダの上端部にクーラント液が供給され、該主軸内部に搬送する工程において、前記工具ホルダの上端部からテーパ部へクーラント液が供給されることを特徴とする工具洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−１７５７８６（Ｐ２００７−１７５７８６Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７３５３６（Ｐ２００５−３７３５３６）
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]