(57)【要約】【課題】研削液等の加工液を工具の加工点に確実に供給する。【解決手段】砥石１の潤滑、冷却等を目的とする加工液は、工具周辺の空気を巻き込み、加工点２に到達させるのが難しい。そこで、加工液分断装置８において加工液を微細に分断し、空気を含有させてノズル３に導入し、振動子４によって加工液の流動方向に振動を与えて加工点２に吐出させる。加工液の分断による表面張力の低下と、気泡が破裂するエネルギーと、流動方向に作用する１ＭＨｚ以上の振動によって加工液を加工点２へ浸透させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工する工具に加工液を供給する加工液供給装置において、供給源から供給された加工液を分断して気泡を含有させる加工液分断装置と、気泡を含有する加工液に流動方向の振動を与えて前記工具の加工点に吐出する吐出手段と、を有することを特徴とする加工液供給装置。
【請求項２】
被加工物を加工する工具に加工液を供給する加工液供給装置において、供給源から供給された加工液を分断して気泡を含有させる加工液分断装置と、気泡を含有する加工液を前記工具の第１の部位に吐出する第１の吐出手段と、気泡を含有する加工液に流動方向の振動を与えて前記工具の第２の部位に吐出する第２の吐出手段と、を有することを特徴とする加工液供給装置。
【請求項３】
加工液に与える振動の周波数が１ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の加工液供給装置。
【請求項４】
工具が研削用の砥石であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の加工液供給装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか１項記載の加工液供給装置を備えたことを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削盤等の加工装置の工具に、潤滑や冷却、洗浄等を目的とした加工液を供給する加工液供給装置および加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、特許文献１に開示された従来の加工液供給装置を示すもので、研削加工機において、タンクに貯められている加工液がポンプにより汲み上げられ、ノズル１０３を介して、高速で回転する工具１０１が被加工物Ｗに接する加工点１０２に供給される。供給された加工液は図示しないオイルパンで受け、チューブなどを介して再度タンクに戻るサイクルを繰り返す。
【０００３】
また、特許文献２に開示されたように、砥石のドレッシングのための研削液に超音波振動を印加する技術も知られている。
【特許文献１】特開平０６−００８１４３号公報
【特許文献２】特開平０５−１６２０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高速で回転する工具は工具周辺の空気を巻き込み、工具表面に空気層が生成される。そのため加工点に加工液を供給しようとしても、加工液が加工点に到達する前に進路が空気層により曲げられてしまい、加工点に加工液を確実に供給することが難しい。加工液が加工点および工具表層に到達しないと、潤滑効果、洗浄効果が発現しにくく、工具表層に削りカスなどが付着して目詰まりが発生する。その結果、研削抵抗が増大して、急激な砥粒の脱落作用が発生し、さらに新しい切れ刃が発刃しても再び目詰まりしてしまうため、加工面の品質を低下させる。
【０００５】
また、加工液の冷却効果が作用しないため、熱に弱いボンドの主成分である樹脂が加工中に発生する熱のために軟化しやすくなり、工具の磨耗を促進する結果となる。
【０００６】
そこで、加工点に加工液を到達させるために、加工液の水圧を上げて空気層に屈せずに加工点に加工液を到達させることが考えられるが、そのためには大量の加工液を高速に加工点に供給しなければならず、精密な研削加工にはむかない。
【０００７】
特許文献１に開示された方法では、整流板を加工点付近に設け、空気層の流れを変化させて加工液が加工点に流れ込みやすいようにして、整流板付近からノズルにより加工液を工具の回転に連れ沿わせて加工点へ誘導させる。しかしこの手法では加工液が工具と共に加工点に連れ沿うことを期待するのみであるため、確実に加工点へ加工液を供給することができずまた、目詰まり等を防ぐこともできない。
【０００８】
特許文献２に開示された方法は、工具（砥石）の加工点と反対側に加工液溜りを作り、工具と対向する位置に超音波発信器を設置し、超音波振動によるキャビテーション衝撃によって目詰まりを解消するものであるが、キャビテーション現象が発生するＫＨｚ域の振動周波数ではエネルギーが小さいため、加工点における潤滑効果や冷却効果を向上させるには至らない。
【０００９】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、砥石等工具の加工点や工具表層に、潤滑、冷却、洗浄等を目的とした加工液を確実に安定して供給できる加工液供給装置および加工装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の加工液供給装置は、被加工物を加工する工具に加工液を供給する加工液供給装置において、供給源から供給された加工液を分断して気泡を含有させる加工液分断装置と、気泡を含有する加工液に流動方向の振動を与えて前記工具の加工点に吐出する吐出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
加工液を細かく分断することで表面張力を低下させるとともに、気泡を含ませた水流の進行方向に振動する重畳波により、加工点や工具表層に加工液を強制的に浸透させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に示すように、ワークＷと工具である砥石１との間の加工点２に、細かく分断して表面張力を低下させた加工液を吐出手段であるノズル３から供給する。加工液の分断により、加工点２および砥石１の表層への浸透をしやすくする。また、加工液中の空気の含有量を多くすることで、気泡が破裂するエネルギーを利用して、加工液を加工点２に入り込ませることができる。さらに、ノズル３に振動子４および振動子アンプ５を組み合わせて、吐出される加工液の水流の進行方向（流動方向）に１ＭＨｚ以上の振動を与えることにより、加工液を加工点２に強制的に送り込むことで、加工液を確実に供給することができる。
【００１３】
また、このように気泡を含有し、しかも重畳波を有する加工液を、工具が被加工物と接触する加工点以外の、工具表層に供給すれば、効率的に目詰まりの解消を行うこともできる。
【００１４】
このように、加工点や工具表層に加工液を確実に到達させることで、加工液の潤滑効果、冷却効果、洗浄効果等を効率よく発現させ、工具の目詰まりや工具磨耗を低減させるとともに、安定した高品質な加工が可能となる。
【実施例１】
【００１５】
図１および図２は実施例１を示す。被加工物Ｗの材質はアルミ、銅、鉄系などの金属類や石英ガラス、ＢＫ７、蛍石などの光学ガラス材料などであり、形状は球面、軸対称非球面、自由曲面などあらゆる形状を対象とする。
【００１６】
工具である砥石１は、台金と砥石部からなり、台金はアルミやステンレスで作られており、砥石部はボンドと砥粒とフィラーと空隙部によって構成される。ボンドはレジノイド樹脂、レジノイド樹脂は耐熱性、耐磨耗性に優れたポリイミド等を用いる。砥粒の材料はダイヤモンドやＣＢＮであり、粒径が３μｍから５０μｍである。粒径が小さく、目詰まりがしやすい砥粒の方が本発明の効果が得やすい。また、耐磨耗性および耐熱性を付与するために砥粒の表層にニッケルやコバルトなどの金属メッキ処理を行う場合がある。砥粒の砥石部に占める体積比は２５〜５０％である。フィラーはセラミックや銅などの微小な金属紛であり、フィラーの砥石部に占める体積比は０〜４０％である。空隙部は砥石表層において、削りカスの溜まるポケットとなることや、加工液が空隙部に保持されて加工点２に運ばれ、冷却効果、潤滑効果を効率良く発現させる役割を持つ。空隙部の直径は砥粒径の１／５以下で、砥石部に占める体積比は５％以下である。
【００１７】
被加工物Ｗと砥石１は、加工装置上の異なるステージに配置され、２軸以上のステージ移動による被加工物Ｗと砥石１の相対移動の軌跡を加工面に転写して加工する。加工装置のステージの制御分解能は１０ｎｍであり、フルスケールフィードバック制御により高精度な位置決めが可能である。各軸のステージの真直度はピッチ方向、ヨーイング方向ともに１００ｍｍ当たり１００ｎｍ以下である。各軸のステージの最高移動速度は１０００ｍｍ／ｍｉｎ程度である。
【００１８】
加工速度は２０００ｍ／ｍｉｎ以上であり、例えば工具径が直径１５０ｍｍであれば、回転数は６０００／ｍｉｎである。砥石１は図示しないエアベアリングなどを有する高精度なスピンドルに取り付けられる。
【００１９】
加工液は主にエマルションタイプを使用し、供給源である加工液タンク６に蓄えられる。例えば、加工液タンク６には２００Ｌの加工液が蓄えられる。加工液タンク６には温調機構があり、設定温度に対して±０．１℃内で制御が可能である。加工液タンク６はポンプ７を有し、ポンプ７によって加工液が加工点２へ輸送される。ポンプ７は１０Ｌ／ｍｉｎ以上の加工液供給能力を持つ。
【００２０】
ポンプ７から送られた加工液は加工液分断装置８に入る。図２に示すように、加工液分断装置８は、筒状容器８ａの内部に水流を妨げる板８ｂを羅列し、キャビテーション現象を起こすことで加工液Ｌを分断し、かつ、空気を混入する。加工液分断装置８内の抵抗により流量が低下するため、加工点２で４Ｌ／ｍｉｎの加工液流量が必要な場合、ポンプ７は１０Ｌ／ｍｉｎ以上の供給能力が必要である。また、加工液分断装置８から流出する加工液の流量がポンプ供給量の１／３以下とならないような加工液分断装置８内の抵抗を選定する。
【００２１】
加工液分断装置８から流出した加工液は、パイプを通してノズル３に入る。加工液分断装置８からノズル３までのパイプ長さは２ｍ以内が好ましい。ノズル３は加工液の流入口に振動子４を有する。ノズル３の吐出口径はφ２〜７である。ノズル３の吐出口と振動子４は対向するように配置され、振動子４は１〜４ＭＨｚで振動し、振動方向はノズル３の吐出口から吐出する加工液の水流の進行方向（流動方向）である。振動出力は１０〜１００Ｗであり、加工液をノズル３の流入口から流入させ、ノズル３内を加工液で満たした上で振動子アンプ５をオンにして振動子４を振動させる。
【００２２】
このように、ノズル３の吐出口から吐出する加工液の進行方向に１ＭＨｚ以上の振動を重畳させることにより、同じ流量であっても進行方向のエネルギーが増大し、加工液の加工点２への浸透力が増す。
【００２３】
ノズル３から吐出した加工液は、砥石１の回転に連れ回る方向から加工点２に供給される。ノズル３の吐出口から加工点２までの距離は３ｃｍ以内が望ましい。
【００２４】
加工条件は、例えば、被加工物形状が軸対称φ１５０のガラスであり、正面旋削方式の研削加工であり、砥石径φ１５０、砥石材質はレジノイドボンドダイヤモンド砥粒、粒度＃２０００、集中度１２０、砥石回転数６０００／ｍｉｎ、ワーク回転数２５／ｍｉｎ、工具送り速度３ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量３μｍである。
【００２５】
本実施例では、加工液を加工点へ確実に到達させることで、加工点での発熱を抑え、砥粒およびボンド材への熱的ダメージを低減し、工具の磨耗を抑制することができる。さらに、加工液の潤滑作用のため砥粒の切れ味が良くなり、表面粗さが向上する。
【実施例２】
【００２６】
図３は実施例２を示すもので、これは、加工液分断装置８を通過した加工液を、振動しない第１の吐出手段であるノズル９と、振動する第２の吐出手段であるノズル３の２系統に分岐して、振動しないノズル９から供給される加工液を第１の部位である加工点２へ供給し、振動するノズル３から吐出される加工液を、工具作用点の回転軌跡上の加工点２に近い第２の部位である工具表層に供給する。砥石１と振動するノズル３の吐出口の間は１〜２ｃｍの間隙とし、吐出方向は工具表層に対して１０〜４５°の傾斜をもって砥石回転方向に沿う方向とする。
【００２７】
本実施例では、振動するノズル３において加工液に重畳された振動と、加工液に含まれる気泡の破裂のエネルギーにより、表面張力の低下した加工液が工具表層の奥まで到達し、削りカスなどを除去して目詰まりを解消する。その結果、目詰まりに起因する砥粒の脱落と発刃の急激な繰り返しがなくなるため加工面の品質が向上する。振動しないノズル９から加工点２へ供給される加工液は、加工液分断装置８による加工液の分断による表面張力の低下および気泡が破裂するエネルギーによって、加工点２へ確実に到達するため、充分な冷却・潤滑作用を得ることができる。
【実施例３】
【００２８】
図４は実施例３を示すもので、これは、加工液分断装置８を通過した加工液を２系統に分岐し、各系統とも、振動する吐出手段であるノズル３を用いる。一方のノズル３から吐出される加工液を砥石１の工具作用点の回転軌跡上の加工点に近い工具表層にあてる。他の１系統も振動するノズル３に流入させ、振動を重畳させた加工液を加工点２へ供給する。
【実施例４】
【００２９】
図５は実施例４を示す。これは、加工液分断装置８を通過した加工液を振動するノズル３と振動しないノズル９の２系統に分岐し、振動するノズル３の先端に、工具表層から微小距離、例えば０．５ｍｍ離れて対向するような形状となっているノズル先端ブロック１０を備える。ノズル先端ブロック１０は、砥石外周の１／１５〜１／２０の長さであり、材質は鉄、ステンレス、黄銅などの金属である。ノズル先端ブロック１０の設置位置は、工具中心を中心として、加工点２とノズル先端ブロック１０とのなす角度が４５〜９０°であることが望ましい。ノズル先端ブロック１０には、振動するノズル３から吐出した加工液が工具表層まで水流が折り曲げられることなく、工具表層に対して１０〜４５°の傾斜をもって工具回転方向に沿う方向となるような流路が設けられている。
【００３０】
本実施例では、工具表層と微小な間隙で設置したノズル先端ブロックによって、振動するノズルと工具表層の間に加工液を充填させることで振動エネルギーを確実に工具表層に与えることができる。また、ノズル先端ブロックを加工点近くに設置することで工具の回転に連れ回る空気層を断ち切り、より加工点に加工液を供給しやすくする。
【実施例５】
【００３１】
図６は実施例５を示す。これは、実施例３と同様に、加工液分断装置８を通過した加工液を２つの振動するノズル３に分岐するもので、砥石１の工具作用点の回転軌跡上の、加工点２に近い工具表層に加工液を吐出しているノズル３の先端に、実施例４と同様のノズル先端ブロック１０を設置する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１を示す模式図である。
【図２】図１の加工液分断装置を示す模式断面図である。
【図３】実施例２を示す模式図である。
【図４】実施例３を示す模式図である。
【図５】実施例４を示す模式図である。
【図６】実施例５を示す模式図である。
【図７】従来例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    砥石
３、９    ノズル
４    振動子
５    振動子アンプ
６    加工液タンク
７    ポンプ
８    加工液分断装置
１０    ノズル先端ブロック
【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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