JP7712388B2 - Fluid ejection head and fluid ejection device - Google Patents
Fluid ejection head and fluid ejection deviceInfo
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Description
本発明は、流体噴射ヘッド及び流体噴射装置に関する。 The present invention relates to a fluid ejection head and a fluid ejection device.
近年、加工技術の向上に伴って、ワーク(被削材)に対する精密な切削加工が可能となっている。例えば、ワークの内径加工は、主軸のチャックにワークを固定し、刃物台に設置されたバイトの刃先をワークの内面に当て、主軸が回転することによって行われる。ワークの内径加工では、加工の際に発生する切粉がワークの内部に侵入してしまう。そのため、ワーク内径加工時に発生する切粉がワークの内部に侵入するのを防止したいといった要求がある。従来、このようなケースでは、図12に示すように、NC旋盤加工機の主軸11のチャック12に固定されたワーク200の内部、バイト19の刃先よりも深い位置に、ゴム板、紙材などの汎用的な部材をシール部材300として配置し、紙テープ400で仮止めしながら目止めを行う必要がある。このような目止め作業は、細かく洗練された技術が必要であるため、自動化が難しく、ワークの内径加工の完全自動化を困難にさせている一因となっている。In recent years, with the improvement of processing technology, it has become possible to perform precise cutting processing on workpieces (materials to be cut). For example, the inner diameter processing of a workpiece is performed by fixing the workpiece to the chuck of the spindle, placing the cutting edge of the bit set on the tool rest against the inner surface of the workpiece, and rotating the spindle. In the inner diameter processing of a workpiece, cutting chips generated during processing enter the inside of the workpiece. Therefore, there is a demand to prevent cutting chips generated during the inner diameter processing of the workpiece from entering the inside of the workpiece. Conventionally, in such a case, as shown in FIG. 12, a general-purpose member such as a rubber sheet or paper material must be placed as a sealing member 300 inside the workpiece 200 fixed to the chuck 12 of the spindle 11 of the NC lathe processing machine, deeper than the cutting edge of the bit 19, and the sealing must be performed while temporarily fixing it with paper tape 400. Such sealing work requires detailed and sophisticated technology, making it difficult to automate, which is one of the factors that make it difficult to fully automate the inner diameter processing of the workpiece.
内径加工が必要なワークの無人生産を実現するために、ワークの内径加工時にワーク内部に切粉が浸入するのを防ぐことが望まれている。 In order to realize unmanned production of workpieces that require internal diameter machining, it is desirable to prevent cutting chips from penetrating into the workpiece during internal diameter machining.
本開示の一態様に係る流体噴射装置は、流体噴射ヘッドを有する。流体噴射ヘッドは、ワークの内径加工時に発生する切粉を流体により排出するために、流体の流路を内部に備えた軸部と、軸部の一端に設けられ、軸部から供給される流体を、軸部の中心線に傾斜し且つ軸部の他端に向かう方向に噴射する円盤形状のヘッド部と、を具備する。A fluid injection device according to one aspect of the present disclosure has a fluid injection head. The fluid injection head includes a shaft portion having an internal fluid flow path for discharging chips generated during internal machining of a workpiece with a fluid, and a disk-shaped head portion provided at one end of the shaft portion for injecting the fluid supplied from the shaft portion in a direction inclined to the center line of the shaft portion and toward the other end of the shaft portion.
本開示の一態様によれば、ワークの内径加工時にワーク内部に切粉が浸入するのを防ぐことができ、内径加工が必要なワークの無人生産を実現することができる。According to one aspect of the present disclosure, it is possible to prevent chips from penetrating into the workpiece during internal diameter machining, thereby enabling unmanned production of workpieces that require internal diameter machining.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る流体噴射装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。Hereinafter, a fluid ejection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same functions and configurations are designated by the same reference numerals, and repeated explanations will be given only when necessary.
図1に示すように、本実施形態に係る流体噴射装置20は、ワークの内径加工時に発生する切粉を流体により排出するための流体噴射ヘッド21と、外部から供給された流体を圧縮して流体噴射ヘッド21に供給する圧縮機23と、圧縮機23から流体噴射ヘッド21に供給される流体の流量又は流速を変化させるために圧縮機23を制御する制御装置25と、を備える。典型的には、流体として空気又は切削液を使用することができる。1, the fluid injection device 20 according to this embodiment includes a fluid injection head 21 for discharging chips generated during internal diameter machining of a workpiece using a fluid, a compressor 23 for compressing a fluid supplied from the outside and supplying it to the fluid injection head 21, and a control device 25 for controlling the compressor 23 to change the flow rate or flow speed of the fluid supplied from the compressor 23 to the fluid injection head 21. Typically, air or cutting fluid can be used as the fluid.
流体噴射装置20は、ワークの内径加工を行うことができる、例えばNC旋盤加工機1に装備される。具体的には、図1に示すように、ワークを固定するチャック12を備えるNC旋盤加工機1の主軸11に対峙する位置に所定の間隔を隔ててZ方向に移動可能なステージ16が設けられ、このステージ16に流体噴射ヘッド21が設置される。流体噴射ヘッド21は、先端に外向きフランジを備える円管体のような外観を有し、その円管の中心線がZ軸と平行になるようにステージ16に固定される。NC旋盤加工機1には、ワークを切削するための複数のバイト19が刃物台14,15に収容されている。刃物台14,15はX方向及びZ方向の直交2軸もしくは直交3軸に沿って移動可能である。The fluid injection device 20 is equipped, for example, to an NC lathe machine 1 capable of machining the inner diameter of a workpiece. Specifically, as shown in FIG. 1, a stage 16 movable in the Z direction is provided at a predetermined interval in a position facing the spindle 11 of the NC lathe machine 1 equipped with a chuck 12 for fixing the workpiece, and a fluid injection head 21 is installed on the stage 16. The fluid injection head 21 has an appearance like a circular tube with an outward flange at the tip, and is fixed to the stage 16 so that the center line of the circular tube is parallel to the Z axis. In the NC lathe machine 1, a plurality of cutting tools 19 for cutting the workpiece are accommodated in the tool rests 14 and 15. The tool rests 14 and 15 are movable along two or three orthogonal axes in the X and Z directions.
図2、図3に示すように、流体噴射ヘッド21は、流体の流路を内部に備える軸部30と、軸部30の一端(先端)に設けられ、軸部30から供給される流体を、外周縁から軸部30の中心線CLに傾斜し且つ軸部30の他端(後端)に向かう方向に噴射する円盤形状のヘッド部40とを備える。本実施形態では、軸部30の一端側(先端側)に向かう方向を前方、軸部30の他端側(後端側)に向かう方向を後方として適宜用いる。2 and 3, the fluid ejection head 21 includes a shaft portion 30 having an internal fluid flow path, and a disk-shaped head portion 40 that is provided at one end (tip) of the shaft portion 30 and ejects the fluid supplied from the shaft portion 30 in a direction that is inclined from the outer periphery toward the center line CL of the shaft portion 30 and toward the other end (rear end) of the shaft portion 30. In this embodiment, the direction toward one end side (tip side) of the shaft portion 30 is appropriately referred to as the front, and the direction toward the other end side (rear end) of the shaft portion 30 is appropriately referred to as the rear.
図4に示すように、典型的には、軸部30は円筒形状の軸本体31を有する。軸本体31の内部中空は軸部30における流体の流路に対応する。軸本体31の後端には、流体を内部に導入する導入口33が設けられる。As shown in Figure 4, the shaft portion 30 typically has a cylindrical shaft body 31. The hollow interior of the shaft body 31 corresponds to a fluid flow path in the shaft portion 30. An inlet 33 for introducing a fluid into the shaft body 31 is provided at the rear end of the shaft body 31.
ヘッド部40は、円盤形状を有する底板50と、円盤形状を有する拡散板60と、拡散板60を覆う円皿形状のカバー90と、を有する。底板50、拡散板60、カバー90は後方から順に、それらの中心位置が軸部30の中心線CLに一致するように配置される。底板50は、軸本体31の先端に一体的に形成されている。拡散板60は、底板50に対して所定の間隔を隔てて配置される。それにより生じた拡散板60と底板50との間の隙間はヘッド部40における流体の流路に対応する。拡散板60は、底板50よりも若干大きくなるように構成されている。それにより生じた拡散板60の外周縁と底板50の外周縁との間の円環状の隙間はヘッド部40に設けられた吐出口45を構成する。吐出口45は、後方に向かって開口されている。実際には、後述するように、拡散板60の表面には外周縁まで到達する複数の仕切板61が放射状に配置されているため、円環状の吐出口45は仕切り板61により放射状に仕切られている。The head portion 40 has a bottom plate 50 having a disk shape, a diffusion plate 60 having a disk shape, and a cover 90 having a disk shape that covers the diffusion plate 60. The bottom plate 50, the diffusion plate 60, and the cover 90 are arranged from the rear so that their central positions coincide with the center line CL of the shaft portion 30. The bottom plate 50 is integrally formed at the tip of the shaft body 31. The diffusion plate 60 is arranged at a predetermined distance from the bottom plate 50. The resulting gap between the diffusion plate 60 and the bottom plate 50 corresponds to the flow path of the fluid in the head portion 40. The diffusion plate 60 is configured to be slightly larger than the bottom plate 50. The resulting annular gap between the outer periphery of the diffusion plate 60 and the outer periphery of the bottom plate 50 constitutes the discharge port 45 provided in the head portion 40. The discharge port 45 is open toward the rear. In reality, as described below, a plurality of partition plates 61 reaching the outer periphery are arranged radially on the surface of the diffusion plate 60, so that the annular outlet port 45 is radially partitioned by the partition plates 61.
底板50の中央には、軸部30の流路とヘッド部40の流路とを連通するための複数の孔55(吹出口55)があけられている。複数の吹出口55は、円周方向に沿って等間隔に配置される。底板50の中央には、前方に向かって突出する円柱形状の仕切ブロック54が一体的に形成されている。仕切ブロック54の外周面は、吹出口55を塞がないように横断面が半円形状の溝が前後方向に沿って形成されている。仕切ブロック54の先端面の中央には仕切ブロック54よりも径が短い円柱形状のネジ穴ブロック51が一体的に形成されている。ネジ穴ブロック51の外周面には、円周方向に沿って図示しない溝が切り欠かれ、その溝にOリング52が嵌め込まれている。Oリング52により、ネジ穴ブロック51の外周面とカバー90の内周面とを密着させることができ、流体がネジ穴ブロック51の外周面とカバー90の内周面との間の隙間から漏れるのを防止することができる。ネジ穴ブロック51の先端面には、ボルト110を受けるためのネジ穴53が形成されている。ボルト110とネジ穴53とにより、拡散板60はカバー90とともに、底板50(つまりは底板50が一体的に形成された軸部30)に対して固定される。ボルト110とカバー90との間には、ワッシャ100が介在される。円盤形状を有する拡散板60の中心位置には、底板50に設けられた仕切ブロック54を通すための孔63があけられ、円皿形状のカバー90の中心位置には、ネジ穴ブロック51を挿通するための孔があけられている。拡散板60及びカバー90にあけられた孔は締結構造上必要なものであって、例えば、ヘッド部40の全体を一体的に構成するのであれば不要なものである。本実施形態において、拡散板60は円環形状に構成されるが、組み立てられた状態では仕切ブロック54とともに円盤形状をなす。 In the center of the bottom plate 50, a plurality of holes 55 (blowout ports 55) are provided to communicate the flow path of the shaft portion 30 with the flow path of the head portion 40. The plurality of blowout ports 55 are arranged at equal intervals along the circumferential direction. A cylindrical partition block 54 protruding forward is integrally formed in the center of the bottom plate 50. A groove having a semicircular cross section is formed along the front-rear direction on the outer peripheral surface of the partition block 54 so as not to block the blowout port 55. A cylindrical screw hole block 51 having a shorter diameter than the partition block 54 is integrally formed in the center of the tip surface of the partition block 54. A groove (not shown) is cut out along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the screw hole block 51, and an O-ring 52 is fitted into the groove. The O-ring 52 can bring the outer peripheral surface of the screw hole block 51 and the inner peripheral surface of the cover 90 into close contact with each other, and can prevent fluid from leaking from the gap between the outer peripheral surface of the screw hole block 51 and the inner peripheral surface of the cover 90. A screw hole 53 for receiving a bolt 110 is formed on the tip surface of the screw hole block 51. The diffusion plate 60 is fixed to the bottom plate 50 (that is, the shaft portion 30 integrally formed with the bottom plate 50) together with the cover 90 by the bolt 110 and the screw hole 53. A washer 100 is interposed between the bolt 110 and the cover 90. A hole 63 for passing the partition block 54 provided on the bottom plate 50 is formed at the center position of the disk-shaped diffusion plate 60, and a hole for inserting the screw hole block 51 is formed at the center position of the disk-shaped cover 90. The holes formed in the diffusion plate 60 and the cover 90 are necessary for the fastening structure, and are unnecessary if, for example, the entire head portion 40 is integrally formed. In this embodiment, the diffusion plate 60 is formed in an annular shape, but in the assembled state, it forms a disk shape together with the partition block 54.
拡散板60は、軸部30から供給され、底板50の吹出口55から中心線CLに沿って前方に向かって吹き出された流体を中心線CLに直交する向きに流す機能だけではなく、流体を放射状に均一に拡散する機能と、外周縁に到達した流体を後方に向かって流す機能と、を有するように構成されている。The diffusion plate 60 is configured not only to direct the fluid supplied from the shaft portion 30 and blown forward along the center line CL from the outlet 55 of the base plate 50 in a direction perpendicular to the center line CL, but also to diffuse the fluid evenly radially and to direct the fluid that has reached the outer periphery in a rearward direction.
具体的には、図4,図5に示すように、拡散板60の表面には複数の仕切板61が設けられる。拡散板60の表面とは、底板50に対峙する面をいう。複数の仕切板61は、円周方向に沿って等間隔に配置される。つまり、複数の仕切板61は放射状に配置される。仕切板61は、拡散板60の表面から底板50の表面までの距離と同一の高さに構成される。仕切板61は、内周縁(ネジ穴ブロック51の外周面)から外周縁に到達する長さを有する。外周縁付近の仕切板61の厚みは中央部分の部分の厚みよりも薄くなるように形成される。それにより、外周縁に形成される吐出口45の円周方向の開口面積を出来るだけ確保することができ、外周縁の全周にわたって流体を均一に噴射させることができる。 Specifically, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, a plurality of partition plates 61 are provided on the surface of the diffusion plate 60. The surface of the diffusion plate 60 refers to the surface facing the bottom plate 50. The plurality of partition plates 61 are arranged at equal intervals along the circumferential direction. In other words, the plurality of partition plates 61 are arranged radially. The partition plates 61 are configured to have the same height as the distance from the surface of the diffusion plate 60 to the surface of the bottom plate 50. The partition plates 61 have a length that reaches the outer circumferential edge from the inner periphery (the outer periphery of the screw hole block 51). The thickness of the partition plate 61 near the outer periphery is formed to be thinner than the thickness of the central part. This makes it possible to secure as much circumferential opening area of the discharge port 45 formed on the outer periphery as possible, and to spray the fluid uniformly around the entire circumference of the outer periphery.
底板50の表面中央に設けた仕切ブロック54と、拡散板60の表面に放射状に設けた複数の仕切板61とにより、拡散板60と底板50との間の空間が放射状に仕切られる。つまり、複数の仕切板61と仕切ブロック54とによって、放射方向に沿ってテーパー状に広がる複数の流路を形成することができる。各流路には1つの吹出口55が設けられる。複数の吹出口55は軸部30の中心線CLを中心とした円上の等間隔に配置されるため、吹出口55から吹き出される流体の流量はほぼ同量であり、吹出口55から吹き出された流体は放射方向にのみ流れ、円周方向に沿って流れないため、拡散板60により、軸部30から供給された流体を放射状に均一に拡散することができる。The space between the diffusion plate 60 and the bottom plate 50 is radially divided by a partition block 54 provided at the center of the surface of the bottom plate 50 and a plurality of partition plates 61 provided radially on the surface of the diffusion plate 60. In other words, the plurality of partition plates 61 and the partition block 54 can form a plurality of flow paths that taper along the radial direction. One air outlet 55 is provided in each flow path. The plurality of air outlets 55 are arranged at equal intervals on a circle centered on the center line CL of the shaft portion 30, so that the flow rate of the fluid blown out from the air outlet 55 is approximately the same, and the fluid blown out from the air outlet 55 flows only in the radial direction and does not flow along the circumferential direction, so that the diffusion plate 60 can uniformly diffuse the fluid supplied from the shaft portion 30 radially.
また、図6に示すように、拡散板60は、半径方向に沿って波形に起伏する表面を有する。拡散板60の表面の起伏の山の位置と谷の位置とは、同心円状に配置される。拡散板60により放射状に拡散された流体は、拡散板60と底板50との間の隙間が狭くなる波形の山の位置において加圧され、拡散板60と底板50との間の隙間が広くなる波形の谷の位置において減圧される。このように、拡散板60の表面を放射方向(半径方向)に沿って波形に起伏させることで、拡散板60により放射状に拡散された流体は、拡散板60の表面に沿って加圧と減圧とを繰り返しながら、整流され、外周縁に到達する。拡散板60の表面の形状も流体を放射状に均一に拡散することに寄与する。 As shown in FIG. 6, the diffusion plate 60 has a surface that is wavy along the radial direction. The crests and valleys of the surface undulations of the diffusion plate 60 are arranged concentrically. The fluid diffused radially by the diffusion plate 60 is pressurized at the crests of the wave where the gap between the diffusion plate 60 and the bottom plate 50 narrows, and is depressurized at the valleys of the wave where the gap between the diffusion plate 60 and the bottom plate 50 widens. In this way, by undulating the surface of the diffusion plate 60 in a wavy manner along the radial direction (radial direction), the fluid diffused radially by the diffusion plate 60 is rectified while repeatedly pressurized and depressurized along the surface of the diffusion plate 60, and reaches the outer periphery. The shape of the surface of the diffusion plate 60 also contributes to uniformly diffusing the fluid radially.
図6に示すように、拡散板60の表面に半径方向に沿って起伏する波形は、拡散板60の外周縁において山になるように形成されている。それにより、図8に示すように、拡散板60の外周縁に到達した流体を、後方に向かって開口した吐出口45から、後方に向かって中心線に傾斜した向きに吐出させることができる。しかも、拡散板60の表面に形成された波形によって、拡散板60の外周縁付近の流路(底板50と拡散板60との間の隙間)を拡散板60の中央付近の流路(底板50と拡散板60との間の隙間)に比べて狭くすることができる。それにより、吐出口45から噴射される流体の圧力を高くすることができ、ワーク内径加工時に生じる切粉を勢いよく、排出することができる。As shown in FIG. 6, the undulating waves on the surface of the diffusion plate 60 in the radial direction are formed to form mountains at the outer periphery of the diffusion plate 60. As a result, as shown in FIG. 8, the fluid that has reached the outer periphery of the diffusion plate 60 can be discharged from the outlet 45 that opens toward the rear in a direction inclined toward the center line toward the rear. Moreover, the waves formed on the surface of the diffusion plate 60 can make the flow path near the outer periphery of the diffusion plate 60 (the gap between the bottom plate 50 and the diffusion plate 60) narrower than the flow path near the center of the diffusion plate 60 (the gap between the bottom plate 50 and the diffusion plate 60). As a result, the pressure of the fluid sprayed from the outlet 45 can be increased, and the cutting chips generated during the inner diameter machining of the workpiece can be discharged with force.
このように、拡散板60に様々な機能を持たせることで、ヘッド部40を底板50,拡散板60及びカバー90の大きく3つの板状の部品によって構成することができ、ヘッド部40を薄型化することができる。それにより、ワークの内径加工時において、ヘッド部40がバイトの刃先に干渉するのを防ぎ、様々なワークの内径加工に使用することができる。In this way, by giving various functions to the diffusion plate 60, the head unit 40 can be composed of three major plate-shaped parts, the base plate 50, the diffusion plate 60, and the cover 90, and the head unit 40 can be made thinner. This prevents the head unit 40 from interfering with the cutting edge of the bit when machining the internal diameter of a workpiece, and allows it to be used for machining the internal diameter of a variety of workpieces.
以上説明した流体噴射ヘッド21によれば、流体を以下の様に噴射することができる。すなわち、図7に示すように、軸部30に導入された流体は、軸部30の内部を前方に流れ、底板50にあけられた吹出口55から中心線CLに沿って前方に吹き出される。底板50の吹出口55から中心線CLに沿って前方に吹き出された流体は、拡散板60により中心線CLに直交する向きに放射状に拡散される。拡散板60により拡散された流体は、拡散板60と底板50との間の隙間を通ってヘッド部40の外周縁に後方に向かって開口した吐出口45から、後方に向かって中心線CLに傾斜した向きに吐出させることができる。すなわち、軸部30の後方から内部に導入された流体は、軸部30の内部を前方に向かって流れ、ヘッド部40において折り返され、ヘッド部40の外周縁から後方に噴射される。According to the fluid ejection head 21 described above, the fluid can be ejected as follows. That is, as shown in FIG. 7, the fluid introduced into the shaft portion 30 flows forward inside the shaft portion 30 and is ejected forward along the center line CL from the outlet 55 opened in the bottom plate 50. The fluid ejected forward along the center line CL from the outlet 55 of the bottom plate 50 is diffused radially by the diffusion plate 60 in a direction perpendicular to the center line CL. The fluid diffused by the diffusion plate 60 can be ejected backward from the outlet 45 opening toward the rear on the outer periphery of the head portion 40 through the gap between the diffusion plate 60 and the bottom plate 50 in a direction inclined toward the center line CL. That is, the fluid introduced into the inside from the rear of the shaft portion 30 flows forward inside the shaft portion 30, is turned back at the head portion 40, and is ejected backward from the outer periphery of the head portion 40.
流体噴射ヘッド21は、棒状の軸部30の先端に円盤形状のヘッド部40を設けた形状に構成することで、工具等の移動を阻害することなく、ワーク200の穴に対して簡単に流体噴射ヘッド21を挿し込むことができる。図8に示すように、ワーク200の内径加工時には、流体噴射ヘッド21は、その先端の円盤形のヘッド部40がワーク200の中空に挿し込まれ、さらに内径加工用のバイト19の刃先よりも深い位置に配置されるように、ステージ16によって移動される。そして、ワーク200の内径加工の開始にあわせて、流体噴射ヘッド21への圧縮された流体の供給が開始され、圧縮された流体は流体噴射ヘッド21の先端のヘッド部40の外周縁から後方に向かって、中心線CLに傾斜する向きに噴射される。それにより、ワーク200の内径加工時に発生する切粉201を流体により後方に向かって、ワーク200の内部から外側に排出することができる。このように、本実施形態に係る流体噴射装置20は、エアシール装置として機能し、ワーク200の内径加工時に生じる切粉201がワーク200の内部に浸入するのを防ぐことができる。また、流体噴射装置は、圧縮された流体を吹き出す非接触装置であるため、人手による目止め作業や官能検査が不要となり、内径加工が必要なワークの無人生産を実現することができる。The fluid injection head 21 is configured to have a disk-shaped head portion 40 at the tip of the rod-shaped shaft portion 30, so that the fluid injection head 21 can be easily inserted into the hole of the workpiece 200 without impeding the movement of tools, etc. As shown in FIG. 8, when machining the inner diameter of the workpiece 200, the fluid injection head 21 is moved by the stage 16 so that the disk-shaped head portion 40 at the tip is inserted into the hollow of the workpiece 200 and is positioned deeper than the cutting edge of the bit 19 for machining the inner diameter. Then, in conjunction with the start of machining the inner diameter of the workpiece 200, the supply of compressed fluid to the fluid injection head 21 is started, and the compressed fluid is injected from the outer periphery of the head portion 40 at the tip of the fluid injection head 21 toward the rear in a direction inclined toward the center line CL. As a result, the chips 201 generated during machining the inner diameter of the workpiece 200 can be discharged from the inside of the workpiece 200 to the outside toward the rear by the fluid. In this way, the fluid ejection device 20 according to this embodiment functions as an air seal device and can prevent chips 201 generated during the internal diameter machining of the workpiece 200 from penetrating into the workpiece 200. In addition, since the fluid ejection device is a non-contact device that ejects compressed fluid, manual sealing work and sensory inspection are not required, and unmanned production of workpieces requiring internal diameter machining can be realized.
本実施形態では、図5に示すように、拡散板60の表面を半径方向に沿って起伏する波形に形成し、さらに拡散板60の表面に放射状に複数の仕切板61を設けた。それにより、図11(a)に示すように、ヘッド部40の外周縁から噴射される流体の流量を全周にわたって均一に、且つ特定の角度位置における流量の時間変化を小さくすることができ、ワークの内径加工時に発生する切粉をワークの内径の全周にわたって安定的に排出することができる。In this embodiment, as shown in Fig. 5, the surface of the diffusion plate 60 is formed into a corrugated shape that rises and falls along the radial direction, and further, a plurality of partition plates 61 are provided radially on the surface of the diffusion plate 60. As a result, as shown in Fig. 11(a), the flow rate of the fluid injected from the outer periphery of the head portion 40 can be made uniform over the entire circumference, and the change over time of the flow rate at a specific angular position can be made small, so that chips generated during machining of the inner diameter of the workpiece can be stably discharged over the entire circumference of the inner diameter of the workpiece.
しかしながら、拡散板60の構成は本実施形態に限定されない。例えば、図9に示すように、拡散板70の表面に放射状に設けられた複数の仕切板71は拡散板70の外周縁まで設けられていなくてもよい。図9に示す拡散板70を使用した場合、例えば、図11(b)に示すように、ヘッド部40の外周縁から噴射される流体の流量の位置変化が、図5に示す拡散板60を使用した場合に比べて大きく、外周縁の特定の角度位置における流体の流量の時間変化も大きくなる。しかしながら、このような拡散板70の使用は完全に否定されない。同様に、図10に示すように、拡散板80は仕切板を有さなくてもよい。図10に示す拡散板80を使用した場合、例えば、図11(c)に示すように、ヘッド部40の外周縁から噴射される流体の流量の位置変化と、外周縁の特定の角度位置における流体の流量の時間変化とが、図5及び図10に示す拡散板60、70を使用した場合に比べて大きく、ランダムである。しかしながら、このような拡散板80の使用は完全に否定されない。特に、図10に示す拡散板80は形状が単純であるため、ヘッド部40を薄型にするという観点や製造コストという観点においては、図5に示す拡散板60よりも優位かもしれない。However, the configuration of the diffuser plate 60 is not limited to this embodiment. For example, as shown in FIG. 9, the multiple partition plates 71 radially provided on the surface of the diffuser plate 70 may not be provided to the outer periphery of the diffuser plate 70. When the diffuser plate 70 shown in FIG. 9 is used, for example, as shown in FIG. 11(b), the position change of the flow rate of the fluid ejected from the outer periphery of the head unit 40 is larger than when the diffuser plate 60 shown in FIG. 5 is used, and the time change of the flow rate of the fluid at a specific angular position of the outer periphery is also larger. However, the use of such a diffuser plate 70 is not completely denied. Similarly, as shown in FIG. 10, the diffuser plate 80 may not have a partition plate. When the diffuser plate 80 shown in FIG. 10 is used, for example, as shown in FIG. 11(c), the position change of the flow rate of the fluid ejected from the outer periphery of the head unit 40 and the time change of the flow rate of the fluid at a specific angular position of the outer periphery are larger and more random than when the diffusers 60 and 70 shown in FIG. 5 and FIG. 10 are used. However, the use of such a diffuser plate 80 is not completely denied. In particular, the diffusion plate 80 shown in FIG. 10 has a simple shape and may therefore be superior to the diffusion plate 60 shown in FIG. 5 in terms of making the head portion 40 thinner and in terms of manufacturing costs.
底板50にあけられた吹出口55から中心線CLに沿って前方に吹き出された流体を中心線に直交する向きに拡散するという観点だけであれば、拡散板60は、その表面に波形が施されていない、仕切板61を有さない、単純な円板であってもよい。If the only consideration is to diffuse the fluid blown forward along the center line CL from the outlet 55 opened in the bottom plate 50 in a direction perpendicular to the center line, the diffusion plate 60 may be a simple circular plate without a corrugated surface and without a partition plate 61.
本実施形態において、ヘッド部40の外周縁から噴射される流体が全周にわたって均一であり、時間変化がないことを設計思想として、拡散板60等を構成していた。しかしながら、ヘッド部40の外周縁から噴射される流体の流量を時間変化させることで、流体の噴射強度に強弱ができ、それによりワークの内径加工時に発生する切粉を効果的にワークの内部から外側に排出できる可能性がある。流体の流量の時間変化は、制御装置25による圧縮機23の制御により実現可能である。In this embodiment, the diffuser plate 60 and the like are constructed based on the design concept that the fluid sprayed from the outer periphery of the head portion 40 is uniform over the entire circumference and does not change over time. However, by varying the flow rate of the fluid sprayed from the outer periphery of the head portion 40 over time, it is possible to vary the strength of the fluid spray, which may make it possible to effectively discharge chips generated during the internal machining of the workpiece from the inside to the outside. The change in the fluid flow rate over time can be achieved by controlling the compressor 23 by the control device 25.
ヘッド部40の外周縁から噴射される流体の流量を外周縁の各位置において変化させることで、ヘッド部40の全体として渦状等に流体を噴射させることができ、ワークの内径加工時に発生する切粉を効果的にワークの内部から外側に排出できる可能性がある。このような場合では、図9,図10に示すような、ヘッド部40の外周縁の位置によって流体の流量が変化する拡散板70,80を使用することも効果的である。By changing the flow rate of the fluid sprayed from the outer periphery of the head portion 40 at each position on the outer periphery, the fluid can be sprayed in a vortex shape from the entire head portion 40, which may effectively expel chips generated during the internal machining of the workpiece from the inside to the outside. In such a case, it is also effective to use a diffuser plate 70, 80, as shown in Figures 9 and 10, in which the flow rate of the fluid changes depending on the position on the outer periphery of the head portion 40.
本実施形態では、ヘッド部40はワークに対して回転しないが、ワークに対してヘッド部40が回転するように構成してもよい。例えば、ヘッド部40を軸部30に対してベアリング等で回転自在に設け、軸部30またはヘッド部40に内蔵されたモータによりヘッド部40の回転を駆動することで、ヘッド部40を軸部30に対して回転させることができる。もちろん、NC旋盤加工機1において流体噴射ヘッド21が設置されるステージ16又はステージ16の一部が軸部30の中心線CL(図1におけるZ軸)周りに回転できるように構成してもよい。このようにヘッド部40を回転させることで、図9、図10に示すような、ヘッド部40の外周縁の角度位置によって流体の流量が変化する拡散板70,80を使用しても、その流体の流量が全周にわたって不均一であることのデメリットを解消することができる。また、あえて外周縁の角度位置によって流体の流量が異なる拡散板70,80を使用することで、前述したようにヘッド部40の全体として渦状等に流体を噴射できるようになり、また、流体の噴射の強度(速度)に緩急をつけることができるため、ワークの内径加工時に発生する切粉を効果的にワークの内部から外側に排出できる可能性がある。In this embodiment, the head unit 40 does not rotate relative to the workpiece, but may be configured to rotate relative to the workpiece. For example, the head unit 40 is provided rotatably relative to the shaft unit 30 by a bearing or the like, and the rotation of the head unit 40 is driven by a motor built into the shaft unit 30 or the head unit 40, so that the head unit 40 can rotate relative to the shaft unit 30. Of course, the stage 16 on which the fluid ejection head 21 is installed in the NC lathe processing machine 1 or a part of the stage 16 may be configured to rotate around the center line CL (Z axis in FIG. 1) of the shaft unit 30. By rotating the head unit 40 in this way, even if a diffusion plate 70, 80 in which the flow rate of the fluid changes depending on the angular position of the outer periphery of the head unit 40 as shown in FIG. 9 and FIG. 10 is used, the disadvantage of the flow rate of the fluid being uneven over the entire circumference can be eliminated. In addition, by deliberately using diffusers 70, 80 in which the fluid flow rate varies depending on the angular position of the outer peripheral edge, it becomes possible to spray the fluid in a vortex shape or the like from the entire head portion 40, as described above, and since the strength (speed) of the fluid spray can be varied, it is possible to effectively expel chips generated during internal machining of the workpiece from the inside to the outside.
本実施形態では、ワークの中空の断面形状に整合するように、ヘッド部40を円盤形状に構成したが、ヘッド部40の形状は円盤形状に限定されない。例えば、ワークの中空の断面形状が四角形状であれば、ヘッド部40を四角形状としてもよい。この場合は、例えば、ヘッド部40又は流体噴射ヘッド21は、ワークの回転に同期して回転できるように構成される。In this embodiment, the head unit 40 is configured to be disk-shaped so as to match the hollow cross-sectional shape of the workpiece, but the shape of the head unit 40 is not limited to a disk shape. For example, if the hollow cross-sectional shape of the workpiece is rectangular, the head unit 40 may be rectangular. In this case, for example, the head unit 40 or the fluid ejection head 21 is configured to rotate in synchronization with the rotation of the workpiece.
本実施形態では、拡散板60が流体を放射状に均一に流すための構造を有していたが、底板50がその構造を有してもよい。この場合、底板50の表面が半径方向に沿って起伏する波形に形成され、底板50の表面に複数の仕切板61が放射状に設けられる。また、流体を放射状に均一に流すための構造を底板50と拡散板60とに分散させてもよい。この場合、拡散板60の表面が波形に形成され、底板50の表面に複数の仕切板61が放射状に設けられる。In this embodiment, the diffusion plate 60 has a structure for uniformly flowing the fluid radially, but the bottom plate 50 may have that structure. In this case, the surface of the bottom plate 50 is formed into a corrugated shape that rises and falls along the radial direction, and a plurality of partition plates 61 are provided radially on the surface of the bottom plate 50. The structure for uniformly flowing the fluid radially may be distributed between the bottom plate 50 and the diffusion plate 60. In this case, the surface of the diffusion plate 60 is formed into a corrugated shape, and a plurality of partition plates 61 are provided radially on the surface of the bottom plate 50.
本実施形態では、拡散板60を底板50に比べてわずかに大きくすることで、底板50の外周縁と拡散板60の外周縁との間に隙間を生じさせ、この隙間を後方に向かって開口する吐出口45とすることができた。しかしながら、拡散板60によって中心線CLに直交する向きに放射状に拡散された流体を、外周縁から後方に向かって噴射できるのであれば、吐出口45の構成は本実施形態に限定されない。例えば、底板50と拡散板60とを箱体のように一体的に形成し、底板50の外周縁に近い位置に底板50の同心円状に沿って円環状のスリットをあけ、このスリットを吐出口45としてもよい。In this embodiment, by making the diffusion plate 60 slightly larger than the bottom plate 50, a gap is generated between the outer periphery of the bottom plate 50 and the outer periphery of the diffusion plate 60, and this gap can be used as the discharge port 45 that opens toward the rear. However, as long as the fluid diffused radially in a direction perpendicular to the center line CL by the diffusion plate 60 can be sprayed toward the rear from the outer periphery, the configuration of the discharge port 45 is not limited to this embodiment. For example, the bottom plate 50 and the diffusion plate 60 may be integrally formed like a box, and a circular slit may be opened along the concentric shape of the bottom plate 50 at a position close to the outer periphery of the bottom plate 50, and this slit may be used as the discharge port 45.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.
21…流体噴射ヘッド、30…軸部、31…軸本体、33…導入口、40…ヘッド部、50…底板、60…拡散板、90…カバー、100…ワッシャ、110…ボルト。 21...fluid injection head, 30...shaft portion, 31...shaft body, 33...inlet, 40...head portion, 50...bottom plate, 60...diffusion plate, 90...cover, 100...washer, 110...bolt.
Claims (6)
前記流体の流路を内部に備えた軸部と、
前記軸部の一端に設けられ、前記軸部から供給される前記流体を、前記軸部の中心線に傾斜し且つ前記軸部の他端に向かう方向に噴射する円盤形状のヘッド部と、を具備し、
前記ヘッド部は、
前記軸部の一端に接続される円盤形状の底板と、
前記底板と対峙する位置に配置される円盤形状の拡散板と、を有し、
前記底板と前記拡散板との間に円環状の吐出口が形成され、
前記拡散板は、半径方向に沿って波形に起伏する表面を有する、
流体噴射ヘッド。 A fluid injection head for discharging chips generated during the internal machining of a workpiece using a fluid,
A shaft portion having a flow path for the fluid therein;
a disk-shaped head portion provided at one end of the shaft portion and configured to eject the fluid supplied from the shaft portion in a direction inclined to a center line of the shaft portion and toward the other end of the shaft portion ;
The head portion is
A disk-shaped bottom plate connected to one end of the shaft portion;
a disk-shaped diffusion plate disposed at a position facing the bottom plate,
a circular discharge port is formed between the bottom plate and the diffusion plate,
The diffusion plate has a surface that is wavy along a radial direction.
Fluid injection head.
前記流体を圧縮して前記流体噴射ヘッドに供給する流体供給装置と、
前記流体供給装置から前記流体噴射ヘッドに供給される前記流体の流量及び流速のうち少なくとも一方を変化させるために、前記流体供給装置を制御する制御装置と、
を具備する、流体噴射装置。
A fluid ejection head according to any one of claims 1 to 5 ,
a fluid supplying device that compresses the fluid and supplies it to the fluid ejection head;
a control device that controls the fluid supply device to change at least one of a flow rate and a flow velocity of the fluid supplied from the fluid supply device to the fluid ejection head;
A fluid ejection device comprising:
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