(57)【要約】【課題】ワークが脆性材料である場合にも、チャックの固定を強固にするとともに、ワークの加工部位にチッピングを生じさせないようにする。【解決手段】冷凍チャックベース上に、氷で凍結されて、固定されたワークと、このチャックベース上のワークを納める容器と、この容器内に充たされた不凍液と、冷却手段とを備え、前記ワークの加工部位は氷に覆われた状態で不凍液に浸漬されていることを特徴とする冷凍チャック装置。【選択図】  図１
2014008587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍チャック装置であって、
冷凍チャックベース上に、氷で凍結されて、固定されたワークと、
このチャックベース上のワークを納める容器と、
この容器内に充たされた不凍液と、
所定位置に備えられた冷却手段とを備え、
前記ワークの加工部位は氷に覆われた状態で不凍液に浸漬されていること
を特徴とする冷凍チャック装置。
【請求項２】
前記ワークは脆性材料である請求項1の冷凍チャック装置。
【請求項３】
前記冷却手段は前記不凍液中に備えられた請求項1の冷凍チャック装置。
【請求項４】
冷凍チャックを用いた機械加工方法であって、
容器内に充たされた不凍液を冷却するステップと、
冷凍チャックベース上にワーク全体を氷で凍結し固定するステップと、
この冷凍チャックベースごとワークを不凍液中に浸漬するステップと、
この不凍液中でワークを加工するステップと、
を特徴とする冷凍チャックを用いた機械加工方法。
【請求項５】
請求項4の冷凍チャックを用いた機械加工方法において、
前記ワークを不凍液中に浸漬するステップの後に、さらに、
前記不凍液を冷却し続けるステップを実行すること
を特徴とする冷凍チャックを用いた機械加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象であるワークを固定する冷凍チャック装置及び冷凍チャックを用いた機械加工方法にかかり、特にワークが脆性材料である装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来冷凍チャック方法は、チャック面にワークを配置して、冷凍チャックの冷却をして、氷が凍結したらワークの加工をする技術が知られている。工作機械などで加工をおこなうときに被加工物（ワーク）をチャックする方法としての冷凍チャックは、ワークを氷で覆い固定する方法でメカ的な固定が難しい小物部品や薄物に効果的である。
【０００３】
加工する際に発生する熱（刃具とワークの摩擦熱など）によって氷が溶解してチャック部分が外れる懸念がある。これに対して、特許文献1のように不凍液を０℃よりも低い温度に冷却して加工部位に加工液として用いる発明が提案されている。しかし、この方法の場合、低温の不凍液を循環またはかけ流しするためのポンプや配管経路を必要とする。
【０００４】
また、特許文献２の発明では、ワークを保持するために不凍液を介して冷却して、チャック部分を熱交換により氷の状態を維持しようとしている。しかし、この方法でも、加工中に刃具とワーク間の摩擦熱（加工熱）によって加工部位（刃具がワークに接触している狭い範囲）の氷が解ける恐れがある。ワークが脆性材料の場合、加工部位（刃具接触部）の氷が溶けてホールドできない部分が生ずるとチッピング（欠け、割れ、クラック）が発生する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−１０８３３０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７６７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ワークが脆性材料である場合にも、チャック部分の固定を強固にするとともに、ワークの加工部位にチッピングを生じさせないようにすることを課題とする。
【０００７】
特に、氷の凝固点よりも低い温度に冷却された不凍液が常時加工部位に接液して加工熱を抑制して局部の氷の溶解を防いでチッピングを発生させないようにする必要がある。      
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、冷凍チャック装置であって、冷凍チャックベース上に、氷で凍結されて、固定されたワークと、このチャックベース上のワークを納める容器と、
この容器内に充たされた不凍液と、所定位置に備えられた冷却手段とを備え、
前記ワークの加工部位は氷に覆われた状態で不凍液に浸漬されていることを特徴とする冷凍チャック装置である。
特に、前記ワークは脆性材料である冷凍チャック装置である。
また、前記冷却手段は前記不凍液中に備えられたことを特徴とすることでもある。
【０００９】
また、本発明は、冷凍チャックを用いた機械加工方法であって、
容器内に充たされた不凍液を冷却するステップと、冷凍チャックベース上にワーク全体を氷で凍結し固定するステップと、この冷凍チャックベースごとワークを不凍液中に浸漬するステップと、この不凍液中でワークを加工するステップと、
を特徴とする冷凍チャックを用いた機械加工方法である。
さらに、ワークを不凍液中に浸漬するステップの後に、
前記不凍液を冷却し続け凍結させるステップを実行することを特徴とする冷凍チャックを用いた機械加工方法でもある。
【発明の効果】
【００１０】
このように、本発明によれば、刃具によって氷も切断（または穴あけなどの加工など）されるので隙間から不凍液が入り込み「加工熱を抑制する」、「接触部の氷が溶けにくくホールド性が維持しやすい」の効果がある。このことからチッピングの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の冷凍チャック装置  断面図
【図２】本発明にかかる機械加工方法の処理フロー
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（１）本発明の実施の形態に係る冷凍チャック装置は図１に示す。各構成要素について説明をしていく。
【００１３】
まず、冷凍チャック装置１は槽状の形態をした容器２に主要部材を格納する。
【００１４】
この容器２内において、冷凍チャックベース３、その上に加工対象であるワーク４、そしてそれらをチャックする凍結用水としての氷５で固められている。容器に入れる前に、ワーク全体を氷で凍結固定するように、ワークと冷凍チャックベースを水をいれた型枠に浸して別途冷凍庫で凍らせた後に型枠から取り外すことが想定される。これで冷凍チャックベース上に氷で覆われたワークができあがる。
その後、容器に蓄えられている不凍液６に浸漬させられる。
【００１５】
その不凍液６とは、凝固点が氷より低い液体なら何でも良い。例えば、オイル、エチレングリコール、グリセリンその他で、融点が氷よりも低い温度の液体なら何でも良い。
ただし、冷却状態において発火の可能性が無いことが望ましい。残渣洗浄の必要がないクリーンな切断加工ができるように、フッ素系洗浄剤でもよい。
【００１６】
加工機械として刃具８の工作箇所は、容器２内の不凍液６に沈めた状態で動作する。これは切断、切削、穴あけ、研磨などに資する工具である。
また、図１の例では、冷却手段７は容器内に示されるものだが、この配置に限定することではなく、台座９自体に冷却機能を備えるようにしてもよい。機能的には冷却機能を果たすものであれば何でも良い。ペルチェ冷却器その他の冷却器である。
【００１７】
ここで、前述のように用意した冷凍チャックしたワーク４を上記の冷却手段７により、    ー１０℃程度に冷却した不凍液６を満たした容器２中に設置してから、回転する刃具８を所定方向に移動させてワークを切断する。加工中、冷凍チャック全体がー１０℃に冷却されている不凍液６に浸されているため、加工する際に発生する熱によって氷が溶解されることがなく、安定したチャックが実現される。すなわち、ワークの加工部位にも不凍液６が接液して加工熱を抑制して局部の氷の溶解を防いでチッピングを発生させない。氷結ワーク４の剛性が増すことで、切断ストレスに対して強くなり、チッピングが発生することが少ないのである。      
【００１８】
特に、ワーク４が、ガラス管、セラミック、またはシリコン部材などの脆性材料である場合に、本発明の効果は大きい。
【００１９】
また、冷却手段７を前記不凍液６中に備えた場合には、容器の外部に設けた場合よりも冷却効率が高い。特に、容器全体を断熱材で覆うことが可能であり、エネルギー消費の観点、及び不凍液の冷却効率上から有効である。
【００２０】
（２）次に、本発明にかかる、冷凍チャックを用いた機械加工方法について、そのプロセスを示すことで説明する。
【００２１】
まず、冷却手段７を稼動させて、容器２に充たされた不凍液６を冷却する（図２中に示すステップＳ１）。
【００２２】
続けて、または並行して、冷凍チャックベース３上にワーク４の全体を氷５で凍結し固定する作業（Ｓ２）を行なう。別途冷凍庫で凍らせることで行なわれる。
【００２３】
そして、この冷凍チャックベース３ごとワーク４を不凍液６に浸漬する（Ｓ３）。水の凝固点より下の温度にある不凍液中に沈められるので、氷体の維持がされる。
【００２４】
ここで、不凍液６の冷却は停止してもよいが、不凍液６をさらに冷却し続けることで冷却効果を維持する（Ｓ４）。通常、冷却された不凍液６の状態は液体のままである。
そして、不凍液６中でワークを加工する処理に入る（Ｓ５）。
このステップの後、ワーク４を容器２から取り出して、解凍するのはいうまでもない。また次の新しいワークを容器に入れて加工することが可能である。
【００２５】
上のステップＳ４について注釈すると、不凍液６を冷却し続けて、その凝固点（例えばー４０℃）より低い温度まで冷却をさらに強化して、不凍液６までも凍結させることでもよい。こうすることで、ワーク加工部位の氷結がより高まり、本発明のチャック効果を一段と高めることができる。
もちろん、そのときは、後工程でワークを取り出すのに、不凍液を液化させなければならない。
【符号の説明】
【００２６】
１  冷凍チャック装置
２  容器
３  冷凍チャックベース
４  ワーク
５  氷
６  不凍液
７  冷却手段
８  刃具
９  台座
【図１】
2014008587.tif 000003
【図２】
2014008587.tif 000004