(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に取り付け可能な切削工具と、上部が開口しかつ工作物を収容可能な容器と、を備えた切削加工装置であって、
前記容器は、前記工作物と、前記切削工具の少なくとも先端部分と、を浸漬するようにアルカリ濃度の下限がｐＨ１０である強アルカリ水で満たされ、
前記アルカリ濃度の上限が、前記工作物と、前記切削工具と、前記強アルカリ水に浸漬される前記切削加工装置の一部と、の全てが腐食しないように定められており、かつ、
前記切削工具の前記先端部分には、前記強アルカリ水を流通可能な貫通穴及び流路の少なくとも一方が設けられており、かつ、
前記切削工具は、エンドミル又はドリルを含み、
前記先端部分に設けられた前記貫通穴は、前記切削工具の外周面の一箇所と他箇所とに開口部がそれぞれ設けられ、前記開口部間に延び、
前記先端部分に設けられた前記流路は、前記先端部分の下端に開口部を備え、前記開口部から前記切削工具の中心軸に沿って内側上方に延び、前記貫通穴に連結することを特徴とする切削加工装置。
【請求項２】
主軸に取り付け可能な切削工具と、上部が開口しかつ工作物を収容可能な容器と、を備えた切削加工装置であって、
前記容器は、前記工作物と、前記切削工具の少なくとも先端部分と、を浸漬するようにアルカリ濃度の下限がｐＨ１０である強アルカリ水で満たされ、
前記アルカリ濃度の上限が、前記工作物と、前記切削工具と、前記強アルカリ水に浸漬される前記切削加工装置の一部と、の全てが腐食しないように定められており、かつ、
前記切削工具の前記先端部分には、前記強アルカリ水を流通可能な貫通穴及び流路の少なくとも一方が設けられており、かつ、
前記アルカリ濃度を計測する計測器と、
前記アルカリ濃度の上限値と下限値とが設定可能な制御装置と、
前記下限値より低濃度の液体を蓄積する希釈タンクと、
前記上限値より高濃度の液体を蓄積する濃縮タンクと、
前記希釈タンクを開閉可能にし、前記容器に前記低濃度の液体を供給可能な弁機構と、
前記濃縮タンクを開閉可能にし、前記容器に前記高濃度の液体を供給可能な弁機構と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記計測器から前記アルカリ濃度を取得し、前記取得した前記アルカリ濃度値が前記上限値と前記下限値とで画定される濃度範囲外から逸脱した場合には、前記弁機構の少なくとも一方を開閉させるように指示可能であることを特徴とする切削加工装置。
【請求項３】
前記切削工具は、バイト工具又は正面フライス工具を含み、
前記貫通穴は、前記貫通穴を設置しない場合に比して前記先端部分の切れ刃強度を大幅に低下させないように、前記貫通穴の直径と前記先端部分の加工点からの設置距離とが、決定されていることを特徴とする請求項２に記載の切削加工装置。
【請求項４】
前記切削工具は、エンドミル又はドリルを含み、
前記先端部分に設けられた前記貫通穴は、前記切削工具の外周面の一箇所と他箇所とに開口部がそれぞれ設けられ、前記開口部間に延び、
前記先端部分に設けられた前記流路は、前記先端部分の下端に開口部を備え、前記開口部から前記切削工具の中心軸に沿って内側上方に延び、前記貫通穴に連結することを特徴とする請求項２に記載の切削加工装置。
【請求項５】
前記容器内の前記強アルカリ水の温度を測定可能な温度計がさらに設けられ、
前記制御装置には、予め取得された前記温度の変化と前記アルカリ濃度との関係式が記憶され、
前記制御装置は、前記温度計で測定された前記温度と前記関係式とから前記強アルカリ水の前記アルカリ濃度を補正するよう前記弁機構の少なくとも一方を開閉させるように指示可能であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の切削加工装置。
【請求項６】
前記温度計に接続可能な温度制御部と、冷凍機と、をさらに備え、
前記温度制御部は、前記温度計で取得された温度に基づいて、前記冷凍機を作動又は停止し、前記容器内の前記強アルカリ水を前記冷凍機に循環させるよう指示可能であることを特徴とする請求項５に記載の切削加工装置。
【請求項７】
少なくとも前記工作物又は前記切削工具の候補になる材質と前記材質が腐食しないアルカリ濃度範囲とを有したデータベースと、
実際に使用する工作物と切削工具の材質についての情報を入力可能な情報入力装置と、を備え、
前記制御装置は、前記情報入力装置から取得した前記情報に基づいて前記アルカリ濃度の前記上限値と前記下限値を設定することを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の切削加工装置。
【請求項８】
少なくとも先端部分に貫通穴及び流路の少なくとも一方が設置された切削工具を用意する工程と、
強アルカリ水に工作物を浸漬する工程と、
前記切削工具の少なくとも前記先端部分を前記強アルカリ水に浸漬しながら前記工作物を加工する工程と、
前記強アルカリ水のアルカリ濃度の下限値をｐＨ１０とし、かつ、少なくとも前記工作物及び前記切削工具が腐食しない範囲内で前記濃度の上限値を設定する工程と、
加工中に前記下限値と前記上限値との間に入るように前記強アルカリ水の前記アルカリ濃度を制御する工程と、
前記貫通穴又は前記流路に前記強アルカリ水を流通させて、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記切削工具を強制冷却する工程と、
加工前に前記強アルカリ水の温度と前記アルカリ濃度との関係式を取得する工程と、
前記強アルカリ水の温度を測定する工程と、
取得された前記温度と前記関係式とを利用して、前記強アルカリ水の前記アルカリ濃度を補正する工程と、を含むことを特徴とする切削加工方法。
【請求項９】
取得された前記温度に基づいて前記強アルカリ水を熱交換させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の切削加工方法。
【請求項１０】
少なくとも前記工作物又は前記切削工具の候補になる材質と前記材質が腐食しないアルカリ濃度範囲とを有したデータベースを用意する工程と、
実際に使用する前記工作物と前記切削工具の材質についての情報を入力する工程と、
前記強アルカリ水の前記上限値を設定する工程は、前記情報に基づいて前記上限値を設定することを特徴とする請求項８又は９に記載の切削加工方法。
【請求項１１】
少なくとも先端部分に貫通穴及び流路の少なくとも一方が設置された切削工具を用意する工程と、
強アルカリ水に工作物を浸漬する工程と、
前記切削工具の少なくとも前記先端部分を前記強アルカリ水に浸漬しながら前記工作物を加工する工程と、
前記強アルカリ水のアルカリ濃度の下限値をｐＨ１０とし、かつ、少なくとも前記工作物及び前記切削工具が腐食しない範囲内で前記濃度の上限値を設定する工程と、
加工中に前記下限値と前記上限値との間に入るように前記強アルカリ水の前記アルカリ濃度を制御する工程と、
前記貫通穴又は前記流路に前記強アルカリ水を流通させて、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記切削工具を強制冷却する工程と、を含み、かつ、
少なくとも前記工作物又は前記切削工具の候補になる材質と前記材質が腐食しないアルカリ濃度範囲とを有したデータベースを用意する工程と、
実際に使用する前記工作物と前記切削工具の材質についての情報を入力する工程と、
前記強アルカリ水の前記上限値を設定する工程は、前記情報に基づいて前記上限値を設定することを特徴とする切削加工方法。
【請求項１２】
前記切削工具を用意する工程は、前記貫通穴を設置しない場合に比して前記先端部分の切れ刃強度を大幅に低下させないように、前記貫通穴の直径と前記先端部分の加工点からの設置距離とを決定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強アルカリイオン電界水（以下、「強アルカリ水」と呼ぶ。）中に浸漬させた工作物の切削加工装置及び切削加工方法に関し、より具体的には、強アルカリ水の気化熱冷却を利用して工作物の切削時に生じる発熱を効率良く強制冷却しながら工作物を切削可能な切削加工装置及び切削加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、切削工具を用いた切削加工では、加工中に生ずる熱や切屑などの除去や切削工具の摩耗防止を目的として工具の刃先に多量の切削油剤が供給される。
【０００３】
しかしながら、このような切削油剤は、使用後に重油を混入して焼却させる等して廃液を処理する必要があり、切削油剤を用いた従来の切削加工法は自然環境に多大な負荷を掛けるものであった。
【０００４】
そこで、このような環境問題への配慮から、例えば特許文献１及び２に示すような高い還元力を備えた強アルカリ水を使用した切削加工技術が既に提案されている。
【０００５】
特許文献１に開示の方法は、電解水で満たされた容器内に工作物を浸漬して固定した後、切削工具の先端部を電解水中で回転させながら工作物に接触させて加工するものであるが、工具と工作物との冷却や工具寿命（耐摩耗性）が十分でないことから、極微量の植物油を霧状に噴霧するためのミストノズルや、電解水中で切削加工方向に向けて所定の大きさの気泡を有した圧縮空気を送り込むための圧縮空気用噴射ノズルを設ける必要がある。従って、種々のノズルや流体が必要となるため装置が複雑化・高価になってしまう。また、特許文献１に開示の技術は、そもそも切削油剤の排除を目的としていたにも拘わらず、微量ではあるが切削油剤を使用しなければならないためその目的を十分達成していない。
【０００６】
特許文献２に開示の方法も、特許文献１に開示の方法に更に改善を加えたものであるが、上記複雑な装置構成に、ドライアイスや発泡性洗浄剤をさらに電解水中に投入したものである。これにより、工具と工作物との冷却や工具摩耗寿命を多少改善させることが可能となったが、装置構成はさらに複雑となってしまうとともに切削油剤の完全排除についての上記問題は解決されていない。
【０００７】
ところで、特許文献１や２に開示している加工装置では、ある工作物（特許文献１ではニッケル合金、特許文献２ではステンレス鋼）に対する強アルカリ水中の切削加工が可能であったことは理解できるが、様々な材質の工作物に対しても一つの切削加工装置で対処可能であるか又は条件設定が必要であるか等は記載・示唆されておらず、汎用性の高いものであるかどうかは定かではない。なお、昨今の深刻な経済事情から一つの機械加工装置が種々の工作物に対して万能で多才な加工ができること、つまり高い汎用性、が求められていることは言うまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２１３９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２３１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の事情に鑑み、本発明の目的は、強アルカリ水中で工作物の切削加工を行う装置及び方法をより安価かつ簡素な構成で提供することである。
【００１０】
さらに、本発明のもう一つの目的は、切削加工に際し切削油剤の供給を完全に排除しつつ切削工具の冷却性能及び工具寿命を向上できる装置及び方法を提供することである。
【００１１】
さらに、本発明のもう一つの目的は、種々の材質の工作物に対して、適切な環境条件を設定しながら切削加工を行える汎用性の高い装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、（１）上記特許文献等の装置で利用されていた多数の噴射ノズル系統を採用せずとも、強アルカリ水を積極的に導引・循環可能な機構を切削工具自体に設ければ、気化熱冷却を利用した高効率な冷却が可能であること、（２）各工作物の防錆に対する強アルカリ水の適切な濃度範囲を予め収集しておくとともに強アルカリ水の濃度を調整可能な制御機構を切削加工装置のシステムに組み込めば、工作物をどの材質にしようとも強アルカリ水をその工作物に適切な濃度に調整した上で切削加工を行うことができること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
例えば、本発明の一実施態様は以下に示すものである。
主軸に取り付け可能な切削工具と、上部が開口しかつ工作物を収容可能な容器と、を備えた切削加工装置であって、
前記容器は、前記工作物と、前記切削工具の少なくとも先端部分と、を浸漬するようにアルカリ濃度の下限がｐＨ１０である強アルカリ水で満たされ、
前記アルカリ濃度の上限が、前記工作物と、前記切削工具と、前記強アルカリ水に浸漬される前記切削加工装置の一部と、の全てが腐食しないように定められており、かつ、
前記切削工具の前記先端部分には、前記強アルカリ水を流通可能な貫通穴及び流路の少なくとも一方が設けられており、かつ、
前記切削工具は、エンドミル又はドリルを含み、
前記先端部分に設けられた前記貫通穴は、前記切削工具の外周面の一箇所と他箇所とに開口部がそれぞれ設けられ、前記開口部間に延び、
前記先端部分に設けられた前記流路は、前記先端部分の下端に開口部を備え、前記開口部から前記切削工具の中心軸に沿って内側上方に延び、前記貫通穴に連結することを特徴とする切削加工装置。
【発明の効果】
【００１４】
以上の構成の本発明によれば、工具先端や工具中心に貫通穴や冷却流路が設けられるために、これらの流路設置位置周辺に強アルカリ水を積極的に導引・循環できる。そうすると、強アルカリ水が工具の熱を奪って気化するため効果的に工具を強制冷却させることが可能になる。
【００１５】
以上の構成の本発明によれば、切削油剤や洗浄剤、及び、これらの液体を供給・案内する装置系統が不要となるので、環境に調和しながら、より簡素かつ安価に切削加工装置を提供できる。
【００１６】
また、本発明の好適な態様によれば、本発明に使用されかつ強アルカリ水に浸漬され得る部材のそれぞれについて耐食性を発揮するアルカリ濃度範囲を予めデータベース等にて記憶させておいたり、この濃度範囲を逸脱した場合には適正範囲内に戻るように制御装置によって制御させたりすることができる。従って、切削加工前には環境条件を適切に設定し、加工中には適正範囲内に制御しながら切削加工を行える非常に汎用性の高い装置及び方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係る切削加工装置を示した概略図である。
【図２】切削加工装置の主軸に取り付け可能な種々の切削工具を示した図である。
【図３】貫通穴の設置位置Ｌｘとその直径Ｄとが工具切れ刃の強度σｌｘに及ぼす影響を示した図である。
【図４】貫通穴の有無及び寸法と、強アルカリ水の有無と、が工具先端の温度に及ぼす影響を示した図である。
【図５】本発明の切削加工装置を用いて実際に加工した際の工具先端の温度上昇と工具寿命を示した図である。
【図６】本発明の別の実施例に係る切削加工装置を示した概略図である。
【図７】本発明にて実行されるフィードバック制御の一例を示したブロック図である。
【図８】強アルカリ水の温度とアルカリ濃度との関係を示した図である。
【図９】本発明にて実行されるフィードバック制御の一例を示したブロック図である。
【図１０】本発明の別の実施例に係る切削加工装置を示した概略図である。
【図１１】本発明の別の実施例に係る切削加工装置を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づき説明するが、本発明は、下記の具体的な実施形態に何等限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の実施例１に係る切削加工装置１を示した概略図である。実施例１の切削加工装置１として、例えば一般のマシニングセンターを利用することが可能である。図１に示すように切削加工装置のテーブル１１の上に容器１２が設置される。この容器１２内側の底面１２ｂにはバイス１３が載置され、このバイス１３によって金属製（例えば、チタン合金Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ製）の工作物１４がクランプ（固定）される。さらに、これらのバイス１３と工作物１４とが完全に浸漬されるように強アルカリ水１５が容器１２内に満たされる。なお、本発明において「強アルカリ水」とは、ｐＨ１０以上のアルカリ濃度を有する強アルカリイオン水のことを意味する。
【００２０】
一方、切削加工装置１の主軸１６には後述するように種々の切削工具２が取り付け可能であるが、図１では例示として、スローアウェイチップを備えた正面フライス工具２が取り付けられている。
【００２１】
なお、強アルカリ水１５は、加工対象の工作物１４に対応した適切なアルカリ濃度範囲内にあるｐＨ濃度を有している。例えば、工作物１４がチタン合金Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ製である場合、適切なｐＨ濃度は１０以上１３以下である。ｐＨ濃度が１０未満になると、バイス１３等の鋼部品の腐食が発生する恐れがあるので望ましくない。一方、ｐＨ濃度が１３を超えると、工作物１４であるチタン合金Ｔｉ６Ａｌ４Ｖが、この合金中の金属イオンと強アルカリ水１５中のＯＨ−濃度との関係から、腐食が開始するので望ましくない。
【００２２】
ここで、本発明においては容器１２内に強アルカリ水１５のみを投入し、前述の特許文献１及び２に開示の技術のように、液体状やミスト状の潤滑油、圧縮空気、洗浄液等は、環境への配慮及び省エネルギーの観点から一切添加していないことに留意されたい。従って、加工後は、純粋な強アルカリ水１５の洗浄効果によって乾燥させるだけで工作物１４は清浄な状態になる。このとき、強アルカリ水１５は、ＯＨ−の影響で切削加工装置１を構成する鋼部品や工作物１４を腐食することは無い。
【００２３】
工作物１４の切削加工は、所定の加工条件下で高速回転する切削工具２の先端部分２１を工作物１４に接触させることで達成されるが、この先端部分２１と工作物１４との間に熱が発生する。本発明では、先端部分２１と工作物１４との双方ともに強アルカリ水１５中に浸漬された状態（言い換えれば、ドブヅケの状態）にあるため、強アルカリ水１５が加工時の発生熱を奪って気化する気化熱冷却効果を奏するため、強アルカリ水１５に接触している工具先端２１や工作物１４の発熱部分が効率的に強制冷却されることになる。
【００２４】
以上のような浸漬状態により、工作物１４、工具先端２１、及び図示しない切屑の大半が１００Ｗ／（ｍ２Ｋ）以上の非常に高い熱伝達率で冷却されることになる。さらに、強アルカリ水１５は水温が１００℃を超えることが無いため、工作物１４、工具先端２１、及び切屑を常に１００℃以下の周囲環境温度下にしつつ１００Ｗ／（ｍ２Ｋ）以上の非常に高い熱伝達率でこれらを冷却することが可能になる。しかも、本発明は、冷却のために追加の電気エネルギーを要しないため、環境に優しい加工法である。
【００２５】
さらに、強アルカリ水１５は普通の水道水よりも浸透性が高いため、工作物１４と工具２との界面、及び工具２と切屑との界面に浸透する特性があるため、この浸透特性によってさらに冷却特性を向上させることが可能となっている。
【００２６】
図２に、本発明の切削加工装置１の主軸１６に取り付け可能な種々の切削工具２を示す。図２（ｂ）には、先端部分２１にスローアウェイチップ２２が設けられた正面フライス工具２の詳細を示す。ここで、このスローアウェイチップ２２の先端２２ａ付近には一面から他面まで延びた貫通穴２３を設けられていることに留意されたい。これにより、強アルカリ水１５をチップ先端２２ａ付近に強制的に導引でき、上記気化熱冷却効果を飛躍的に増大させることができる。言い換えれば、発熱部分に冷却流路を配置することで非常に高い熱伝達率での冷却を実現できるため、従来技術では必須であった潤滑油、圧縮空気、洗浄液等の付与が不要となる。
【００２７】
図２（ｂ）に例示したスローアウェイチップ２２は１２ｍｍ×８ｍｍ×６ｍｍのサイズを有し、先端２２ａ（チップ下端）の加工点Ａから３ｍｍの距離に直径φ２ｍｍの貫通穴２３が穿設させたものであるが、超硬合金（例、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）から作られていることもあり、実際には切れ刃の強度を低減させることはなかった。以上のような構成を採用することにより、強アルカリ水１５が工具先端２１付近に影響を及ぼす（つまり、流通・熱伝達する）面積が増加し、その冷却効果を高めることができた。
【００２８】
以上と同様の冷却手段は、他の種類の切削工具２にも適用可能である。例えば、図２（ａ）に示すバイト工具２は、その先端２４ａの加工点Ａ付近に、チップ２４の一面から他面まで貫通するだけでなくこのチップ２４を支持する工具２本体をも貫通する貫通穴２３が穿設されている。
【００２９】
図２（ｃ）に示すエンドミル工具２には、その外周面２６の一箇所から工具２内部の中心軸（図示せず）付近を通過して他箇所まで貫通する貫通穴２３が穿設されているとともに、貫通穴２３の中央付近から上記中心軸に沿って工具先端２１にまで延びるように案内経路２８が貫通穴２３に接続されている。以上の構成の採用により、強アルカリ水１５は貫通穴２３の両方の開口部２３ａ，２３ｂから工具２内部へ導引され、案内経路２８を熱伝達しながら通過して工具先端２１からより低温の周囲環境へ排出されることになる。
【００３０】
図２（ｄ）に示すドリル工具２には、図２（ｃ）のエンドミル工具２において説明した貫通穴２３と同様の構成の貫通穴２３と案内経路２８が工具２内部に設置されている。なお、ドリル工具２は、一般に、図示のように先端部分２１が尖っているため、案内経路２８には、その途中から２つに分岐し、先端部分２１周辺の斜面に設けられた開口部２８ａ，２８ｂまで延びるような構成が採用されている。
【００３１】
図３に、切削工具２に正面フライス工具２を採用した場合に、貫通穴２３の設置位置Ｌｘ及びその直径Ｄが工具切れ刃の強度（正確には、局所的に作用する応力σｌｘ）に及ぼす影響を示す。ここで、横軸のＬｘはチップ先端２２ａの加工点Ａからｘ方向に離れた距離（ｍｍ）であり、Ｌは加工点Ａから貫通穴２３の中心Ｏまでの距離（ｍｍ）である。縦軸の応力σｌｘは下記切削条件を前提に有限要素法による数値解析で得られた計算値（ＧＰａ）である。切削条件として、具体的には、工作物１４の材質は鋼（Ｓ４５Ｃ）、切削工具２の材質はチタン合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）、チップ２２の寸法は１２ｍｍ×８ｍｍ×６ｍｍ、切削速度は１００ｍ／ｍｉｎ、切込みは１．５ｍｍ、送り速度は５００ｍｍ／ｍｉｎである。
【００３２】
図３の解析結果より、チップ先端２２ａの加工点Ａから距離Ｌ＝３ｍｍ内側に直径Ｄ＝２．０ｍｍの貫通穴２３を穿設していた場合でも貫通穴２３を設けていない場合の応力値と比較しても大差が無いことが分かる。従って、所望寸法を有しかつ所望位置に穿設された貫通穴２３は、先端２２ａに作用する応力（つまり、切れ刃強度）に影響しないことが分かる。しかしながら、同じ距離Ｌで直径φがより大きな貫通穴２３を穿設した場合（図中、Ｌ＝３、Ｄ＝３）には、切れ刃の受ける応力σｌｘが上昇してしまう為に望ましくない。また、同じ直径φの貫通穴２３を加工点Ａにより近付けて穿設した場合（図中、Ｌ＝２、Ｄ＝２）も、切れ刃の受ける応力σｌｘが上昇してしまう為に望ましくない。
【００３３】
また、図４に、貫通穴２３の有無及び寸法と、強アルカリ水１５の有無と、が工具２の先端部分２１の温度に及ぼす影響を示す。工具２の先端部分２１の温度は、上述の切削条件での加工を前提にして有限要素法による数値解析した工具２の加工点Ａにおける温度（計算値）である。ここで、図４中で示すＬ及びＤは図３にて定義した貫通穴２３の直径と距離と同一である。
【００３４】
図４に示すように、上記貫通穴２３の無い切削工具２を用いて通常のドライ状態での乾式切削加工を行うことを前提とすると、工具先端温度は約６００℃の予測値となった。一方、強アルカリ水１５に切削工具２と工作物１４をドブヅケ状態にして上記貫通穴２３付き切削工具２を用いて加工を行うことを前提とすると、直径がＤ＝０．５ｍｍと極めて小さい場合でも予測された先端温度は３００〜４００℃にまで低下すること、及び、直径をＤ＝３ｍｍとより大きくした場合には３００℃未満（最低値は２００℃未満）にまで低下すること、が分かった。従って、周囲環境を強アルカリ水１５で満たすとともにチップ先端２２ａに貫通穴２３を設けることで、工具発熱部が効果的に強制冷却できることが分かった。
【００３５】
このように本発明は、チップ先端２２ａの所定の位置に貫通穴２３を設けている点で、特許文献１や２に開示の加工装置と異なり、このような貫通穴２３の配設により、チップ先端２２ａの一方の面に存在していた強アルカリ水１５は、高温のチップ２２内を流通し、高い熱伝達率で熱交換しながら他方の面に速やかに排出されることなる。つまり、強アルカリ水１５の一部は、チップ２２の一方の面に滞留せず、最も冷却したい部分に直接案内され、より複雑かつ広範に攪拌されることになる。これにより、チップ先端２２ａから発生した大量の熱をより広範かつ効果的に拡散させることが可能になる。
【００３６】
図５に、本発明の切削加工装置１を用いて実際に加工した際の工具先端２１の温度上昇と工具寿命の実測値を示す。ここで、切削条件として、工作物１４はチタン合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）製とし、切削工具２は超硬合金製のスローアウェイチップ２２を有し、切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、切込量１．０ｍｍ、送り５００ｍｍ／ｍｉｎに設定して切削加工を行った。上記切削工具２は、そのチップ先端２２ａの加工点Ａから３ｍｍの距離に直径が２ｍｍの貫通穴２３（Ｌ＝３ｍｍ、Ｄ＝２ｍｍ）が穿設されたものを使用した。
【００３７】
なお、比較例として、冷却手段による冷却が付与されていない状態で通常の乾式切削を行った。また、上記貫通穴２３が設けられていない切削工具２を使用しても強アルカリ水１５中での切削を行い、加工状況を比較した。
【００３８】
図５（ａ）に切削加工時における工具先端２１の温度の最大値を示す。これらの温度は放射型温度計で測定されたものである。この図から明らかなように、冷却手段の無い乾式切削では工具先端の温度が最大約１１００℃まで上昇するのに対し、強アルカリ水１５に工具先端２１と工作物１４とをドブヅケ状態にして加工するとその最大温度が約４００℃にまで抑えられ、さらに上記貫通穴２３を工具先端２１の所望位置に設けるとさらに最大温度が約１００℃にまで抑えられることが分かる。
【００３９】
図５（ｂ）に切削工具２の工具寿命を示す。ここで、横軸は加工除去量（ｍｍ３）を示し、縦軸は逃げ面の摩耗幅（ｍｍ）を示す。そして、本試験では、工具寿命を判定するための値を０．３ｍｍに設定したところ、乾式切削の場合は横軸の加工除去量が約５００ｍｍ３付近に至ると縦軸の摩耗幅が寿命判定値に到達した。一方、本発明の切削方法（強アルカリ水１５中の切削及び貫通穴２３付き切削工具２）では、同一の寿命判定値に到達するまでに、約１４０００ｍｍ３と極めて大量に加工除去できることが分かる。
【００４０】
以上の図５（ａ）及び（ｂ）の結果より、従来の乾式加工に比して、工具先端２１の温度上昇（最大値基準）は約１０分の１まで抑制できるとともに、工具寿命は約２０倍程度向上することができることが判明し、極めて大きな工業的な効果があることが分かった。
【００４１】
なお、加工の際には強アルカリ水１５に浸漬される切削工具２、工作物１４、及び工作機械部品の全て（例えば、バイス１３）が腐食されないように環境を整えることが重要である。そのため、例えば、表１に示すように、工作物１４や切削工具２の耐食性（金属イオン濃度）を考慮して容器１２内の強アルカリ水１５のｐＨ濃度を適切な範囲（例えば、ｐＨ濃度が１０以上１３以下の範囲）に保持しておくことが好ましい。
【００４２】
【表１】
0005636603.tif 000002
【実施例２】
【００４３】
図６に本発明の実施例２に係る切削加工装置を示す。本実施例では、実施例１の装置構成に加え、強アルカリ水１５のｐＨ濃度を検出するｐＨメータ３１（濃度計測器）と、水道水等の水３４を蓄積した希釈タンク３２と、高いｐＨ濃度（例えば、ｐＨ１３）を有した強アルカリ水３５を蓄積した濃縮タンク３３と、強アルカリ水１５のｐＨ濃度を調整する制御装置３６と、さらに備える。希釈タンク３２と濃縮タンク３３には、それぞれ、内部に蓄積された液体３４，３５の開閉及び排出量を制御可能な弁機構３７，３８が設けられ、各タンク３２，３３から所望量だけ各液体３４，３５を供給管３９を通して容器１２に供給することができる。なお、図６、後述する図１０及び図１１（ａ）では、主軸１６より先の切削加工装置１の他の構成要素については、説明の便宜上、図示を省略している。
【００４４】
ここで、制御装置３６は、上記表１の濃度範囲等を含む毎回の加工条件に適合するように強アルカリ水１５のｐＨ濃度範囲（上限値と下限値）を設定でき（例えば、手動で入力することができ）、ｐＨメータ３１において取得したｐＨ濃度の実測値と比較し、上記範囲から逸脱した際には、希釈タンク３２や濃縮タンク３３に接続された弁機構３７，３８の開閉制御、つまり、フィードバック制御を行うよう構成されている。これにより、ｐＨ濃度の自然低下や、加工時の発熱や周囲温度の上昇に起因した強アルカリ水１５の蒸発によるｐＨ濃度の変動に対して、工作機械部品、工作物１４、及び切削工具２の全てを腐食させない環境雰囲気（例えば、アルカリ濃度）を維持することができるようになる。なお、上記フィードバック制御を行うブロック図の一例を図７に示す。
【００４５】
また、ｐＨメータ３１は、アルカリ濃度を計測するために、通常、ガラス電極（図示せず）を備え、その電極において発生する起電力を利用する。従って、測定対象の液体の温度が変化すると、起電力も厳密には温度変化の影響を受ける。この影響を確認するために、アルカリ濃度が異なる（ｐＨ１０とｐＨ１２）強アルカリ水を２種類用意して、その温度を変化させてアルカリ濃度を実測した。図８は、強アルカリ水１５の温度変化とアルカリ濃度との関係を示す実測結果である。図８では、両者の間に直線的な関係式が得られている。
【００４６】
そこで、制御装置３６が、強アルカリ水１５の温度とアルカリ濃度との上記関係に基づいてアルカリ濃度の補正を追加的に行うものであれば、さらに望ましい。図９に追加の濃度補正が可能な制御ブロック図の一例を示す。
【実施例３】
【００４７】
また、温度変化がアルカリ濃度に及ぼす影響を抑制するために、別の実施例（実施例３）に係る切削加工装置を用意してもよい。実施例３の装置１は、先の実施例２の構成部品に加え、図１０に示すように冷凍機４１と、この冷凍機４１に容器１２内の強アルカリ水１５を循環させる管路４２ａ，４２ｂと、温度計４３と、温度制御装置４４と、をさらに備える。温度制御装置４４は、例えば、温度計４３で計測された容器１２内の強アルカリ水１５の温度を取得し、水温が所定の基準値より大きく増減した場合には強アルカリ水１５を冷凍機４１に循環させて温度の上昇・低下を抑制するものが考えられる。これにより、アルカリ濃度の温度依存性を極力回避できるとともに、工作物１４や切削工具２の周囲環境の温度も一定となるため加工精度がさらに増すことが期待できる。
【実施例４】
【００４８】
図１１（ａ）に本発明の別の実施例（実施例４）に係る切削加工装置を示す。本実施例では、実施例３において説明した装置構成に加えて、さらに、上述の表１に示すような、強アルカリ水１５に浸漬される可能性のある材料とこの材料が耐食性を発揮するアルカリ濃度範囲とが編纂されたデータベース５１を有したパーソナルコンピュータ５０を備える。このパーソナルコンピュータ５０はｐＨメータ３１に接続されており、ｐＨメータ３１で測定された強アルカリ水１５のアルカリ濃度がパーソナルコンピュータ５０に入力される。
【００４９】
また、このパーソナルコンピュータ５０は、図１１（ｂ）に示すように、情報入力部５２と情報記憶部５３と情報処理部５４と情報表示部５５とを備えることが好ましく、この情報入力部５２を利用して、加工に適用する工作物１４、切削工具２、バイス１３等の工作機械部品の材質などの加工条件の情報をパーソナルコンピュータ５０に入力し、情報記憶部５３に記憶させることが可能になる。加えて、情報処理部５４において、情報記憶部５３で蓄積された上記加工条件情報と上記データベース５１とからその加工条件において上記適用部品の全てが腐食しないアルカリ濃度の最適範囲を計算し、計算値を制御装置３６に送ったり、情報記憶部５３に蓄積させたりすることができる。
【００５０】
制御装置３６は、パーソナルコンピュータ５０から送られてきたアルカリ濃度の最適範囲に基づいて弁機構３７，３８の開閉（開閉の程度や時間）を適宜調整し、希釈タンク３２と濃縮タンク３３とから排出される液体流量を適宜調整する。従って、容器１２内の強アルカリ水１５のアルカリ濃度は上記最適範囲内に入るようになる。
【００５１】
また、このパーソナルコンピュータ５０は温度計４３に接続されてもよく、上述のデータベース５１には、図８に示すような、強アルカリ水１５の温度とアルカリ濃度との関係（例えば、近似式などの関係式）がさらに付与されていることが好ましい。これにより温度計４３で測定された強アルカリ水１５の水温をパーソナルコンピュータ５０に入力し、これらの測定値と関係式とに基づいてアルカリ濃度の補正量を決定し、制御装置３６に送ることが可能になる。制御装置３６は、この濃度補正量に基づいて弁機構３７，３８の開閉を制御することになる。
【００５２】
また、温度計４３は、先の実施例３にて示したような温度制御装置４４に接続されていることも好ましく、これにより、温度計４３で測定された水温に基づいて温度制御装置４４は冷凍機４１の起動や停止を行う。冷凍機４１は起動すると、容器１２内の強アルカリ水１５を冷凍機４１内に循環させることで強アルカリ水１５の水温を適切に増減させることができる。
【００５３】
なお、上述の実施例では、制御装置３６や温度制御装置４４は、パーソナルコンピュータ５０とは別個に存在することを前提に説明したが、必ずしもこの実施例に限定されず、これらの要素３６、４４が、例えば、制御部や温度制御部としてパーソナルコンピュータ５０内に設けられるように構成してもよい。
【００５４】
以上のように幾つかの実施例を参照しながら説明した本発明の切削加工装置１及び切削加工方法は、強アルカリ水１５を利用しているため高い洗浄効果を発揮する。また、強アルカリ水１５を利用した従来技術に比べ、その他の不純物（植物油等）を強アルカリ水１５に混入させないため、加工終了後に工作物１４を自然乾燥し、そのまま梱包することが可能である。従って、洗浄剤を用いた工作物１４の洗浄の手間が不要である。さらに、強アルカリ水１５は大気中にそのままの状態で放置するとｐＨ７．０に漸近するので、その取扱が容易で使用後の処理作業も不要である。
【００５５】
以下の表２に、環境保全の観点からの本発明の作用効果を示す。なお、従来の湿式切削の特徴を比較対象とした。表２に示すように、本発明の装置１及び方法は、加工中には切削油剤を、加工後には洗浄剤を、供給する装置や工程が不要であり、加工前には冷却油剤や冷却装置を別途、本発明の切削加工装置１に設ける必要がない。従って、本発明の装置１及び方法が、極めて環境に優しいといえる。
【００５６】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の切削加工装置１及び切削加工方法は、上述のように、簡素かつ安価な構成で冷却性能と工具寿命との向上が図れる生産性の高いものであるとともに、環境にも調和した技術でもある。従って、本発明は、産業上の利用可能性及び有用性が非常に高い。
【符号の説明】
【００５８】
１    切削加工装置
２    切削工具（バイト工具、正面フライス工具、エンドミル工具、ドリル工具）
１１    テーブル
１２    容器
１３    バイス
１４    工作物
１５    強アルカリ水
１６    主軸
２１    工具の先端部分
２２    チップ（スローアウェイチップ）
２２ａ    チップ先端
２３    貫通穴
２３ａ，２３ｂ    貫通穴の開口部
２４    チップ
２４ａ    チップ先端
２６    外周面
２８    案内経路
２８ａ，２８ｂ    案内経路の開口部
３１    ｐＨメータ
３２    希釈タンク
３３    濃縮タンク
３４    水
３５    強アルカリ水
３６    制御装置
３７，３８    弁機構
３９    供給管
４１    冷凍機
４２ａ，４２ｂ    管路
４３    温度計
４４    温度制御装置
５０    パーソナルコンピュータ
５１    データベース
５２    情報入力部
５３    情報記憶部
５４    情報処理部
５５    情報表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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