(57)【要約】高エネルギー条件下での工作物の機械加工、例えば高速機械加工、ハード旋削、難加工材料の切削、及びそれらの組み合わせ等、に当てられる切削工具の遠隔冷却のための装置と方法において、低温流体の噴射を使用する。この装置と方法は、パルスサイクル時間が約１０秒未満かそれに等しい安定化した自由膨張する低温流体の噴射を使用する。この装置と方法は、加工された部品と切り屑の清浄度を増大させ、通常の冷却流体では冷却すべきでない工具を含め、それらには限定されない、硬いが脆い工具の加工生産性を上昇させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具を冷却するための方法であって、
低温流体を供給する工程、及び
当該低温流体の自由膨張する安定化した噴射を当該切削工具に送給する工程、
を含む切削工具冷却方法。
【請求項２】
前記切削工具が切れ刃を有し、且つ、前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射を当該切削工具に送給するための手段が当該切れ刃から約０．１インチより大きいか又はそれに等しくて約３．０インチ未満の距離だけ間隔をあけた少なくとも１つの放出箇所を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部が約摂氏マイナス１５０度（−１５０℃）未満の温度を有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記低温流体の少なくとも一部が、前記少なくとも一つの放出箇所からの放出の間又はその直前に約２５ｐｓｉｇよりも大きいかそれに等しく且つ約２５０ｐｓｉｇよりも小さいかそれに等しい圧力を有する、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部が、約０．５ポンド／分よりも大きいかそれに等しく且つ約５．０ポンド／分よりも小さいかそれに等しい実質的に均一な質量流量を有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部が、約１０秒未満かそれに等しい流動パルスサイクル時間を有する実質的に均一な質量流量を有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記切削工具がすくい面を有し、且つ、前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部がこのすくい面の少なくとも一部に突き当たる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記低温流体の少なくとも一部を、液体窒素、気体窒素、液体アルゴン、気体アルゴン及びそれらの混合物からなる群より選ぶ、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記切削工具の少なくとも一部が約３０００ＭＰａ未満のトラバース破壊強度（ＴＲＳ）値を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記切削工具を高エネルギーの切り屑形成及び工作物切削作業に当てる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
請求項１記載の切削工具冷却方法を使用して切削工具で工作物を機械加工する方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法で機械加工された工作物であり、表面が改善されていることを特徴とする工作物。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法の副産物として得られた切り屑であり、純度が向上していることを特徴とするリサイクル可能な切り屑。
【請求項１４】
工作物を冷却するための方法であって、
低温流体を供給する工程、及び
当該低温流体の自由膨張する安定化した噴射を当該工作物に送給する工程、
を含む工作物冷却方法。
【請求項１５】
切削作業中の切削工具の冷却を制御するための方法であって、
低温流体を供給する工程、
当該低温流体の流れを当該切削工具へ送給する工程、及び
当該切削工具への当該低温流体の流れを実質的に均一な質量流量に調節し、それにより約３０％〜約７５％の範囲の周囲相対湿度と約１０℃〜約２５℃の範囲の周囲温度の雰囲気中での実質的に全ての切削作業の間において当該切削工具の少なくとも一部分にフロストコーティングを保持する工程、
を含む、切削作業中の切削工具の冷却制御方法。
【請求項１６】
前記切削工具を高エネルギーの切り屑形成及び工作物切削作業に当てる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の切削工具の冷却制御方法を使用して切削工具で工作物を機械加工する方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法で機械加工された工作物であり、表面が改善されていることを特徴とする工作物。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法の副産物として得られた切り屑であり、純度が向上していることを特徴とするリサイクル可能な切り屑。
【請求項２０】
切れ刃を有する切削工具を冷却するための方法であって、
低温流体を供給する工程、
当該低温流体の噴射を放出するのに適合したノズルであって、約０．１インチより大きいかそれに等しくて約３．０インチより小さい距離だけ当該切れ刃との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有するノズルを設ける工程、及び
当該放出箇所から当該切削工具へ当該低温流体の自由膨張する安定化した噴射を送給し、その際に当該低温流体の温度は当該放出箇所において約摂氏マイナス１５０度（−１５０℃）である工程、
を含む、切れ刃を有する切削工具の冷却方法。
【請求項２１】
切削作業中の切削工具の冷却を制御するための方法であって、
低温流体を供給する工程、
当該低温流体の流れを放出するのに適合したノズルであって、当該切削工具との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有するノズルを設ける工程、
当該放出箇所から当該切削工具へ当該低温流体の流れを送給する工程、及び
当該切削工具への当該低温流体の流れを、約０．５ポンド／分よりも大きいかそれに等しく且つ約５．０ポンド／分よりも小さいかそれに等しく、約１０秒未満かそれに等しい流動パルスサイクル時間を有する実質的に均一な質量流量に調節し、それにより約３０％〜約７５％の範囲の周囲相対湿度と約１０℃〜約２５℃の範囲の周囲温度の雰囲気中での実質的に全ての切削作業の間において当該切削工具の少なくとも一部分にフロストコーティングを保持する工程、
を含む、切削作業中の切削工具の冷却制御方法。
【請求項２２】
切削工具を冷却するための装置であって、
低温流体の供給手段、及び
当該低温流体の自由膨張する安定化した噴射を当該切削工具へ送給するための手段、
を含む切削工具冷却装置。
【請求項２３】
前記切削工具が切れ刃を有し、且つ、前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射を当該切削工具に送給するための手段が当該切れ刃から約０．１インチより大きいか又はそれに等しくて約３．０インチ未満の距離だけ間隔をあけた少なくとも１つの放出箇所を有する、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部が約摂氏マイナス１５０度（−１５０℃）未満の温度を有する、請求項２２記載の装置。
【請求項２５】
前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部が、前記少なくとも一つの放出箇所からの放出の間又はその直前に約２５ｐｓｉｇよりも大きいかそれに等しく且つ約２５０ｐｓｉｇよりも小さいかそれに等しい圧力を有する、請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部が、約０．５ポンド／分よりも大きいかそれに等しく且つ約５．０ポンド／分よりも小さいかそれに等しい実質的に均一な質量流量を有する、請求項２２記載の装置。
【請求項２７】
前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部が、約１０秒未満かそれに等しい流動パルスサイクル時間を有する実質的に均一な質量流量を有する、請求項２２記載の装置。
【請求項２８】
前記切削工具がすくい面を有し、且つ、前記低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部がこのすくい面の少なくとも一部に突き当たる、請求項２２記載の装置。
【請求項２９】
前記低温流体の少なくとも一部を、液体窒素、気体窒素、液体アルゴン、気体アルゴン及びそれらの混合物からなる群より選ぶ、請求項２２記載の装置。
【請求項３０】
前記切削工具の少なくとも一部が約３０００ＭＰａ未満のトラバース破壊強度（ＴＲＳ）値を有する、請求項２２記載の装置。
【請求項３１】
前記切削工具を高エネルギーの切り屑形成及び工作物切削作業に当てる、請求項２２記載の装置。
【請求項３２】
請求項２２記載の切削工具冷却装置を使用して切削工具で工作物を機械加工するための装置。
【請求項３３】
請求項３２記載の装置で機械加工された工作物であり、表面が改善されていることを特徴とする工作物。
【請求項３４】
請求項３２記載の装置により工作物から除去された切り屑であり、純度が向上していることを特徴とするリサイクル可能な切り屑。
【請求項３５】
工作物を冷却するための装置であって、
低温流体の供給手段、及び
当該低温流体の自由膨張する安定化した噴射を当該工作物に送給するための手段、
を含む工作物冷却装置。
【請求項３６】
切削作業中の切削工具の冷却を制御するための装置であって、
低温流体の供給手段、
当該低温流体の流れを当該切削工具へ送給するための手段、及び
当該切削工具への当該低温流体の流れを実質的に均一な質量流量に調節し、それにより約３０％〜約７５％の範囲の周囲相対湿度と約１０℃〜約２５℃の範囲の周囲温度の雰囲気中での実質的に全ての切削作業の間において当該切削工具の少なくとも一部分にフロストコーティングを保持するための手段、
を含む、切削作業中の切削工具の冷却制御装置。
【請求項３７】
前記切削工具を高エネルギーの切り屑形成及び工作物切削作業に当てる、請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
請求項３６記載の切削工具の冷却制御方法を使用して切削工具で工作物を機械加工するための装置。
【請求項３９】
請求項３８記載の装置で機械加工された工作物であり、表面が改善されていることを特徴とする工作物。
【請求項４０】
請求項３８記載の装置により工作物から除去された切り屑であり、純度が向上していることを特徴とするリサイクル可能な切り屑。
【請求項４１】
切れ刃を持つ切削工具を冷却するための装置であって、
低温流体の供給手段、
当該低温流体の噴射を放出するのに適合したノズルであって、約０．１インチより大きいかそれに等しくて約３．０インチより小さい距離だけ当該切れ刃との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有するノズル、及び
当該放出箇所から当該切削工具へ当該低温流体の自由膨張する安定化した噴射を送給するための手段であって、当該低温流体の温度は当該放出箇所において約摂氏マイナス１５０度（−１５０℃）である手段、
を含む、切れ刃を持つ切削工具の冷却装置。
【請求項４２】
切削作業中の切削工具の冷却を制御するための装置であって、
低温流体の供給手段、
当該低温流体の流れを放出するのに適合したノズルであって、当該切削工具との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有するノズル、
当該放出箇所から当該切削工具へ当該低温流体の流れを送給するための手段、及び
当該切削工具への当該低温流体の流れを、約０．５ポンド／分よりも大きいかそれに等しく且つ約５．０ポンド／分よりも小さいかそれに等しく、約１０秒未満かそれに等しい流動パルスサイクル時間を有する実質的に均一な質量流量に調節するための手段であって、それにより約３０％〜約７５％の範囲の周囲相対湿度と約１０℃〜約２５℃の範囲の周囲温度の雰囲気中での実質的に全ての切削作業の間において当該切削工具の少なくとも一部分にフロストコーティングを保持する手段、
を含む、切削作業中の切削工具の冷却制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削（例えば、過剰な材料を切り屑の形で除去することによる部品類の形削り）による材料の機械加工の分野、より詳しく言えば低温冷却した切削工具での切削による材料の機械加工の分野に関する。
【０００２】
この出願を通し、発明の詳細な説明の後に見られる文末の注を含めて、多数の参考文献を引用している。それらの参考文献のおのおのは、それらの参考文献のここで引用している関連部分に関して、参照によりここに組み入れられる。
【０００３】
ここで使用する「切削」という用語は、以下の作業、すなわち、旋削、中ぐり、切断、溝削り、正面削り、平削り、転削、穴あけ、及び連続の切り屑又は断片化もしくは分割された切り屑を生じさせるその他の作業、を包含するが、それらの限定されるわけではない。切削という用語は、研削、放電加工、超音波研削、あるいは高圧ジェットエロージョン切削、すなわち形状が十分定まらない非常に細かな切り屑、例えば微粉（ｄｕｓｔ）又は粉末、を生じさせる作業、は含まない。
【背景技術】
【０００４】
硬質の又は機械加工するのが困難な材料を切削するのも、亜鉛又はポリマーを含めた低融点の群を除く全ての群からの材料を高速切削するのも、結果として非常に高レベルのエネルギーが切削工具で失われることになる。下記の表１は、機械加工するのが容易な及び困難な鉄類及び非鉄金属類の例を、組成及び熱−機械的条件の両方により規定されるそれらの加工応答性とともに提示している。１ｈｐ／ｉｎ3／ｍｉｎの単位動力（Ｐc）、２．７Ｊ／ｍｍ3より大きな単位エネルギー（Ｅc）、及び／又は３０ＨＲＣより大きな硬度を特徴とする材料は、機械加工が困難と考えられる。鋼及び１４００℃より高いところで溶融するその他の金属の場合、硬度のレベルが２５ＨＲＣに過ぎないとしても、高速機械加工の困難なことが分かる。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
注）
１．単位動力  −  １ｉｎ3／ｍｉｎの速度で被削材を除去するのに必要な切削工具の動力。
２．単位エネルギー  −  １ｍｍ3の材料を除去する切削工具により消費される全エネルギー。１．０ｈｐ／ｉｎ3／ｍｉｎ＝２．７３Ｊ／ｍｍ3。
３．表に示した、旋削に要する単位動力の平均値は、０．００５〜０．０２０インチ／回転の送り速度の範囲内での鋭い高速度鋼（ＨＳＳ）及び炭化物（ＷＣ−Ｃｏ）の切削について有効なものであり、スピンドル効率因子は除外する。転削に要する単位動力の平均値は±１０％変動しよう。
４．単位動力の値は、鈍った工具又はネガティブレーキの幾何学形状により特徴づけられる工具で切削する場合には約１．２５の係数をかけるべきである。
５．表に示した計算値の切り屑温度の公称上昇値は、（１）全温度範囲にわたり被削材の比熱が一定であること、（２）被削材及び工具へのエネルギー損失がないこと、そして（３）いわゆる二次剪断領域内での切り屑／工具接触界面を含めて切り屑の厚さを横切る温度分布が均一なこと、を仮定する推定値である。
【０００７】
表１は、単位動力及びエネルギーが切削工具と接触したままである加工切り屑の高温にどの程度変わるかも示している。高エネルギーの材料及び切削条件は、最高温度において硬度を保持する工具グレード、すなわち硬質であるが脆いグレードの超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）、そして理想的には、低い破断強度及び破壊強度という代償を払って最高レベルの硬度を提供する先進的な非金属工具材料、を必要とすることが明らかである。
【０００８】
下記の表２は、主要な群の工具材料のトラバース破断強度（ＴＲＳ）及び破壊靱性（Ｋ1c）の代表的な値をまとめて示している。
【０００９】
【表２】
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【００１０】
従来の高速度鋼（ＨＳＳ）、及びより多くのコバルト結合剤を含有しているもっと強靱なグレードの超硬合金と比べると、上述の先進的な非金属工具材料は有意に脆く、すなわち応力負荷の不ぞろい、熱負荷の不ぞろい又は冷却及び熱応力の衝撃に対して敏感である。ＴＲＳ値が３ＧＰａ（３０００ＭＰａ）でＫ1c値が１０ＭＰａ・ｍ1/2未満の工具は、脆くて高エネルギー切削条件下では急速に破壊しやすいと考えられる。従って、機械加工の業界はこれらの脆い工具材料で機械加工するときには従来の切削液の使用を避けるか、あるいは所定の切削作業において可能であり且つ実用的であるならば、工具、切り屑及び接触領域を完全且つ均一に液に浸らせることにより細心の注意を払って、その脆い工具材料を使用することの必要を認識している。
【００１１】
例えば、多数の刊行物や工具製造業者の勧告が、従来の切削液と接触するとセラミック工具の寿命が低下する問題に機械加工作業員の注意を促している。固有の欠点、例えば工作物の過熱、寸法精度の低下、あるいは切り屑の発火の危険にもかかわらず、硬質であるが脆い工具を使用する場合には乾式の機械加工が推奨される。ＫｅｎｎａｍｅｔａｌのＰ．Ｋ．Ｍｅｈｒｏｔｒａは“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓ”，  Ｋｅｙ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｖｏｌ．１３８−１４０（１９９８），  Ｃｈａｐｔｅｒ  １，  ｐｐ１−２４において、「これらの工具を使用して鋼を加工する場合にはそれらの耐熱衝撃性が低いため研削液の使用が推奨される」と教示している。Ｒ．Ｃ．Ｄｅｗｅｓ及びＤ．Ｋ．Ａｓｐｉｎｗａｌｌ（“Ｔｈｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｈａｒｄｅｎｅｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｄｉｅｓ”，  Ｔｒａｎｓ．  ｏｆ  ＮＡＭＲＩ／ＳＭＥ，  Ｖｏｌ．ＸＸＩＶ，  １９９６，  ｐｐ２１−２６）は、７１％Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ、７５％Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣw、５０％ＣＢＮ−ＡｌＢ2−ＡｌＮ、５０％−ＴｉＣ−ＷＣ−ＡｌＮ−ＡｌＢ2、８０％ＣＢＮ−ＴｉＣ−ＷＣ、そしてまた９５％ＣＢＮ−Ｎｉ／Ｃｏを含めて、一定範囲の酸化物及び窒化物の工具を試験した。彼らは、あふれさせ又は吹き付けることにより適用される通常の冷却液を使用すると工具の寿命は、約８８％寿命が短縮したホイスカー強化アルミナを除いて、９５％以上短縮することを見いだした。冷却液と接触すると脆い欠けにより劇的な工具破壊を示す同様の試験結果が、ＭＭＳオンライン（ｗｗｗ．ｍｍｓｏｎｌｉｎｅ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ）のＧＥ  ＳｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓのＴ．Ｊ．Ｂｒｏｓｋｅａらにより、及びそのほかの別の人たちにより、ＰＣＢＮ切削インサートについて公表されている。
【００１２】
下記の表３は、加工材料及び工具材料の範囲について従来技術で推奨される代表的な機械加工条件を提示する。切込み深さ（ＤＯＣ）、送り速度（Ｆ）、切削速度（Ｖｃ）、及び単位動力（Ｐｃ）の様々な条件から全動力レベル（Ｐ）は高くなりあるいは低くなるとは言え、高エネルギー切削の特性を示し且つ工具寿命にとって重要なのは、Ｐを変形していない切り屑の断面積（ＤＯＣとＦの積）で割って計算される動力フラックス（Ｐf）である。
【００１３】
【表３】
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【００１４】
注）
切削動力、動力フラックス、及び速度指数は表１のデータから推定。
機械加工条件の参考文献：  表１に示したＩＡＭＳ及びＡＳＭ
動力フラックス＝全動力／ＤＯＣ／Ｆ
１ｈｐ／ｉｎ2＝１．１５Ｗ／ｍｍ2
【００１５】
表３の代表例は、完全なリストであることを意図するものではない。当業者は、同様の傾向になるであろうこのほかの多数の条件が可能であることを認めよう。
【００１６】
動力フラックスの値が大きいことは、熱機械的な工具の差込みにおける潜在的な不調又は工具冷却の不ぞろいの大きいことを指示している。ＨＳＳ工具と特定の超硬合金工具のみが、これらの処理上の不ぞろいを無視できる切削条件の範囲で機能する。切削速度と単位動力の積であるので、動力フラックスは所定の組の機械加工条件が高エネルギー切削の状態に至るかどうかを指示する。所定の工具、切込み深さ、そして送り速度について、工具製造業者により推奨される切削速度より大きな切削速度を選択する場合、及び／又は工作物材料が１ｈｐ／ｉｎ3／ｍｉｎを超える単位切削動力を必要とする場合には、得られる動力フラックスの値は通常の動力フラックスの値を超え、そして作業は高エネルギー切削として分類することができよう。
【００１７】
機械加工の業界は高エネルギーの範囲内の切削作業を向上させるのに強い経済的な誘因を抱いてはいるが、それは工具の過熱、大きな動力フラックスの値、及び急速な破損を防ぐのに必要とされる均一な様式で工具から切削エネルギーを取り除くことができないことにより制限される。ＨＳＳ、超硬合金、及び耐熱性セラミックを含め、全ての工具材料には、一つの共通事項があり、Ｅ．Ｍ．Ｔｒｅｎｔ及びＰ．Ｐ．Ｗｒｉｇｈｔにより“Ｍｅｔａｌ  Ｃｕｔｔｉｎｇ”第４版，Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ，  Ｂｏｓｔｏｎ，  Ｏｘｆｏｒｄ，  ２０００、及び「機械加工、セラミック材料（Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ，  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」についてのＡＳＭハンドブックに記載されるように、工具材料の温度が上昇するにつれ、工具材料は柔らかくなり、そして局部的な内部応力を生じさせることがある（殊に制限された伝導率をあわせもつ場合、熱膨張のために）。これは、加工物の硬度、切削速度、及び機械加工中の動力フラックスに制限を課す。通常の機械加工法にあっては、当該業界は、先に列挙したほかの必要性を満足しながら冷却の問題に対処することができない。機械加工の業界が直面しているこのほかの問題には、現在業界で使用される通常の切削液及び冷却液につきまとう有意の環境及び健康関連の問題が含まれる。例えば、普通に使用される工業用冷却液である二酸化炭素（ＣＯ2）は温室効果ガスの発生源である。また、ＣＯ2は空気よりも密度が高いので、それは潜在的な窒息の心配を提起する。その上、ＣＯ2は、水に溶けるので酸による腐食の原因になる可能性もある。このほかの普通に使用される冷却液であるフレオン類及びフレオン代用品類は、温室効果を生じさせ且つオゾンを枯渇させる。これらの物質はまた、赤熱した固体と接触して過熱されると爆発性及び／又は有毒になる。爆発することがあるその他の冷却液には、炭化水素ガスと液化アンモニアが含まれる。酸素を含有する低温／液化空気等の冷却液は、切り屑の火災を招きかねない。
【００１８】
国際公開第９９／６００７９号パンフレット（Ｈｏｎｇ）と、米国特許第５７６１９７４号明細書（Ｗａｎｇら）、同第５９０１６２３号明細書（Ｈｏｎｇ）、同第３９７１１１４号明細書（Ｄｕｄｌｅｙ）、同第５１０３７０１号明細書（Ｌｕｎｄｉｎら）、同第６２００１９８号明細書（Ｕｋａｉら）、同第５５０９３３５号明細書（Ｅｍｅｒｓｏｎ）及び同第４８２９８５９号明細書明細書（Ｙａｎｋｏｆｆ）を含めて、工具の低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）冷却に関する従来技術の刊行物の比較的大きな一群が存在している。とは言え、これらの刊行物もここで検討するこのほかの従来技術の参考文献も、先に検討した問題を解決せず、あるいは下記に述べる必要を満たさない。
【００１９】
米国特許第５７６１９７４号明細書（Ｗａｎｇら）には、この明細書に添付の図１Ａ（Ｗａｎｇらの図１に相当）に示したように、切削工具の上部に配置される低温冷却されるカップ状の液溜めが開示されている。Ｗａｎｇらの方法と装置は、均一で安定な冷却を提供するが、但し切削作業中に切込み深さ及び／又は送り速度を変更する場合には液溜めが専用の工具設備と再配置を必要とする。そのような要件と制限は費用が法外であり、工業的な機械加工環境では受け入れられない。
【００２０】
米国特許第５９０１６２３号明細書（Ｈｏｎｇ）には、切り屑を工作物から切り取り後にすくい面から切り屑を取り除くためすくい面に隣接して配置する低温流体をスプレーするチップブレーカが開示されている。この明細書に添付の図１Ｂと１Ｃ（Ｈｏｎｇの図３と７Ｂに相当）参照。Ｈｏｎｇの方法は、高エネルギー切削作業で用いられる硬いが脆い工具の場合に所望される切削工具全体の均一な冷却を提供しない。更に、Ｈｏｎｇのチップブレーカノズルは、切削作業の間に切込み深さ及び／又は送り速度を変更する場合には専用の工具設備と再配置を必要とする。そのような要件と制限は費用が法外であり、工業的な機械加工環境では受け入れられない。
【００２１】
米国特許第３９７１１１４号明細書（Ｄｕｄｌｅｙ）には、工具内部に通路を作り、この内部通路を断熱し、そして研削液流を工具エッジと工作物との界面において工作物からの切り屑の切り取りがこの流れを妨げないように正確な角度で噴射する、低温研削液の工作装置と方法が開示されている。この明細書に添付の図１Ｄと１Ｅ（Ｄｕｄｌｅｙの図２と３Ａに相当）参照。この方法も、高エネルギー切削作業で用いられる硬いが脆い切削工具の所望の均一な冷却を提供しない。更に、それは複雑な専用の工具設備を必要とする。この要件は費用が法外であり、工業的な機械加工環境では受け入れられない。
【００２２】
米国特許第５１０３７０１号明細書（Ｌｕｎｄｉｎら）には、切削工具と工作物の両方を低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に冷やす、ダイヤモンド切削工具と有害に反応する材料をダイヤモンド機械加工するための方法と装置が開示されている。この方法と装置は、機械加工工具及び工作物取り扱いの全体の基本的な改変を必要とし、費用がひどくかかり、工業的な機械加工環境では受け入れられない。
【００２３】
米国特許第６２００１９８号明細書（Ｕｋａｉら）には、窒素ガスと酸素ガスの、又は窒素ガスと空気の軽く冷やした混合物を工具と工作材料との接触領域に吹き付ける、不燃性ガス雰囲気中において金属及び非金属材料を切削する方法が開示されている。この方法の高エネルギー切削作業での有効性は、使用されるガスが低温でないという事実から見て疑わしい。ガスの噴射（ｊｅｔ）は環境から温かい空気を急速に吸引することが知られており、これは工具表面での噴射温度が環境空気の温度とほぼ同じであることを意味する。
【００２４】
米国特許第５５０９３３５号明細書（Ｅｍｅｒｓｏｎ）には、加工工具全体と材料管理機構を囲いそして低温粒体を工作物ホルダにより保持された工作物の方へ導く密封雰囲気チャンバを含む低温機械加工装置が開示されている。高エネルギー切削作業におけるこの方法の有効性は、寒冷剤が工作物材料を冷却してそれが工作物を切削するのを一層難しくするので疑わしい。この方法は、機械加工工具及び工作物取り扱いの全体の基本的な改変なしに実施することができず、それは費用がひどくかかり、工業的な機械加工環境では受け入れられない。
【００２５】
米国特許第４８２９８５９号明細書（Ｙａｎｋｏｆｆ）には、通常の流体と低温のＣＯ2をパルス混合して工具、工作物及び切り屑に噴射する、非常に高圧の装置が開示されている。長い切り屑を破断するのに非常に有効ではあるが、この装置は環境上及び健康上の理由から受け入れることができない有毒流体のミストを発生させる。この高圧装置の資本費と運転費はひどく高く、機械加工産業では受け入れられなかろう。固体粒子が混じっていることがよくある、その非常に高圧の噴射パルスは、高エネルギー切削様式で作業する硬いが脆い工具の寿命に影響を及ぼすことがある。
【００２６】
国際公開第９９／６００７９Ａ２号パンフレット（Ｈｏｎｇ）には、切れ刃に接して配置され工作物から生じる邪魔な切り屑に連続してさらされる回転移動チューブとノズルを含む低温フライスが開示されている。この装置の寿命と維持費に関する問題は別として、機械加工産業におけるその応用は、既存のマシニングセンタの費用のかかる改造を必要とし、生産環境においては所望されず、受け入れられない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
硬いが脆い工具を含めて、切削工具を冷却するための装置と方法であって、工具製造業者、工具供給会社、及び機械加工産業で認められている技術当局により通常の機械加工プロセスについて推奨される一般的な値を超える動力フラックス値により特徴づけられる切削作業において工具寿命を向上させる装置と方法を手に入れることが求められている。
【００２８】
切削工具、インサート、及びチップの寿命（及び経費）により両方とも制限される、加工物材料の切削速度及び／又は生産性を増大させる、そのような工具を冷却するための装置と方法を手に入れることが更に求められている。
【００２９】
切削工具を冷却するのに低温の研削液を使用して通常の乳化した切削流体及び／又はオイルミストをなくすことにより作業場の安全性と環境条件を向上させる、工作物を機械加工するための装置と方法を手に入れることがなお更に求められている。
【００３０】
環境上受け入れることができ、安全な、無毒性で清浄な切削工具冷却方法を使用する一方で切り屑の火災、燃焼及び／又は切り屑の蒸気の放出を最小限にすることにより作業場の安全性と環境条件を向上させる、工作物を機械加工するための装置と方法を手に入れることがなお更に求められている。
【００３１】
通常の乳化した切削流体及び／又はオイルミストにより必要になる工作物、作業場及び／又は工作機械のクリーニングをなくすことにより製造費を低減する、機械加工のための装置と方法を手に入れることがなお更に求められている。
【００３２】
通常の乳化された切削流体及び／又はオイルミストを容認することができない工作物材料、例えば医療品あるいは開放気孔により特徴づけられる粉末冶金部品などの切削を有効にする、機械加工のための装置と方法を手に入れることがなお更に求められている。
【００３３】
従来技術の問題と不都合を克服してより良好でより有利な結果をもたらす、切削工具を冷却するための装置と方法、切削作業中の切削工具の冷却を制御するための装置と方法、及び工作物を機械加工するための装置と方法を手に入れることがなお更に求められている。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、切削工具を冷却するための装置と方法、切削作業中の切削工具の冷却を制御するための装置と方法、及び工作物を冷却するための装置と方法である。本発明のもう一つの側面は、切削工具を冷却するための当該装置と方法及び／又は切削工具の冷却を制御するための当該装置と方法を使用して工作物を切削工具で機械加工するための装置と方法である。そのほかの側面は、機械加工するための当該装置と方法により加工された工作物と、機械加工するための当該装置と方法の副産物として工作物から除去されたリサイクル可能な切り屑である。
【００３５】
切削工具を冷却するための方法の第一の態様は複数の工程を含む。第一の工程は低温流体を供給することである。第二の工程は低温流体の自由膨張する安定化した噴射を切削工具に送給することである。（「自由膨張する安定化した噴射」は下記の発明を実施するための最良の形態において定義され、検討される。）
【００３６】
冷却方法の第一の態様にはいくつかの変形がある。一つの変形では、切削工具は高エネルギーの切り屑形成及び工作物切削作業に当てられる。好ましくは、低温流体のうちの少なくとも一部は液体窒素、気体窒素、液体アルゴン、気体アルゴン及びそれらの混合物からなる群より選ばれる。もう一つの変形では、低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部は温度が約摂氏マイナス１５０度（−１５０℃）未満である。別の変形では、低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部は、約０．５ポンド／分よりも大きいかそれに等しく且つ約５．０ポンド／分よりも小さいかそれに等しい実質的に均一な質量流量を有する。別の変形では、低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部は、約１０秒未満かそれに等しい流動パルスサイクル時間を有する実質的に均一な質量流量を有する。別の変形では、切削工具にはすくい面があり、そして低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部はこのすくい面の少なくとも一部に突き当たる。別の変形では、切削工具の少なくとも一部は約３０００ＭＰａ未満のトラバース破壊強度（ｔｒａｖｅｒｓｅ  ｒｕｐｔｕｒｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ（ＴＲＳ））値を有する。別の変形では、切削工具は切れ刃を持ち、そして低温流体の自由膨張する安定化した噴射を切削工具に送給するための手段は約０．１インチより大きいかそれに等しくて約３．０インチより小さい距離だけ切れ刃との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有する。この変形の変形において、低温流体の少なくとも一部は、当該少なくとも一つの放出箇所からの放出の間又はその直前に約２５ｐｓｉｇよりも大きいかそれに等しく且つ約２５０ｐｓｉｇよりも小さいかそれに等しい圧力を有する。
【００３７】
切削工具が切れ刃を持つ、切削工具を冷却するための方法のもう一つの態様には、複数の工程がある。第一の工程は低温流体を供給することである。第二の工程は低温流体の噴射を放出するのに適合したノズルを設けることである。このノズルは、約０．１インチより大きいかそれに等しくて約３．０インチより小さい距離だけ切れ刃との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有する。第三の工程は、この放出箇所から切削工具へ低温流体の自由膨張する安定化した噴射を送給することであり、その際に低温流体の温度は当該放出箇所において約摂氏マイナス１５０度（−１５０℃）である。
【００３８】
本発明のもう一つの側面は、上記冷却方法の第一の態様におけるように切削工具を冷却するための方法を使用して切削工具で工作物を機械加工するための方法である。このほかの側面は、そのような機械加工のための方法により加工された、改善された表面を特徴とする工作物と、工作物を機械加工するための当該方法の副産物として工作物から除去されたリサイクル可能な切り屑であり、このリサイクル可能な切り屑は向上した純度を特徴とする。
【００３９】
工作物を冷却するための方法は複数の工程を含む。第一の工程は低温流体を供給することである。第二の工程は低温流体の自由膨張する安定化した噴射を工作物へ送給することである。
【００４０】
切削作業中の切削工具の冷却を制御するための方法の第一の態様は複数の工程を含む。第一の工程は低温流体を供給することである。第二の工程は低温流体の流れを切削工具へ送給することである。第三の工程は切削工具への低温流体の流れを実質的に均一な質量流量に調節し、それにより約３０％〜約７５％の範囲の周囲相対湿度と約１０℃〜約２５℃の範囲の周囲温度の雰囲気中での実質的に全ての切削作業の間において切削工具の少なくとも一部分にフロストコーティングを保持することである。この態様の一つの変形では、切削工具は高エネルギーの切り屑形成及び工作物切削作業に当てられる。
【００４１】
切削作業中の切削工具の冷却を制御するための方法のもう一つの態様は複数の工程を含む。第一の工程は低温流体を供給することである。第二の工程は低温流体の流れを放出するのに適合したノズルを設けることであり、このノズルは切削工具との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有する。第三の工程はこの放出箇所から切削工具へ低温流体の流れを送給することである。第四の工程は切削工具への低温流体の流れを、約０．５ポンド／分よりも大きいかそれに等しく且つ約５．０ポンド／分よりも小さいかそれに等しく、約１０秒未満かそれに等しい流動パルスサイクル時間を有する実質的に均一な質量流量に調節し、それにより約３０％〜約７５％の範囲の周囲相対湿度と約１０℃〜約２５℃の範囲の周囲温度の雰囲気中での実質的に全ての切削作業の間において切削工具の少なくとも一部分にフロストコーティングを保持することである。
【００４２】
本発明のもう一つの側面は、冷却を制御するための方法の第一の態様におけるように、切削工具の冷却を制御するための方法を使用して切削工具で工作物を機械加工するための方法である。そのほかの側面は、機械加工のためのこの方法により加工された、改善された表面を特徴とする工作物と、機械加工のためのこの方法の副産物として工作物から除去されたリサイクル可能な切り屑であり、これらの切り屑は向上した純度を特徴とする。
【００４３】
切削工具を冷却するための装置の第一の態様は、低温流体の供給手段、及び低温流体の自由膨張する安定化した噴射を切削工具へ送給するための手段を含む。
【００４４】
冷却のための装置の第一の態様にはいくつかの変形がある。一つの変形では、切削工具は高エネルギーの切り屑形成及び工作物切削作業に当てられる。好ましくは、低温流体のうちの少なくとも一部は液体窒素、気体窒素、液体アルゴン、気体アルゴン及びそれらの混合物からなる群より選ばれる。もう一つの変形では、低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部は温度が約摂氏マイナス１５０度（−１５０℃）未満である。別の変形では、低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部は、約０．５ポンド／分よりも大きいかそれに等しく且つ約５．０ポンド／分よりも小さいかそれに等しい実質的に均一な質量流量を有する。別の変形では、低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部は、約１０秒未満かそれに等しい流動パルスサイクル時間を有する実質的に均一な質量流量を有する。別の変形では、切削工具にはすくい面があり、そして低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部はこのすくい面の少なくとも一部に突き当たる。別の変形では、切削工具の少なくとも一部は約３０００ＭＰａ未満のトラバース破壊強度（ＴＲＳ）値を有する。別の変形では、切削工具は切れ刃を持ち、そして低温流体の自由膨張する安定化した噴射を切削工具に送給するための手段は約０．１インチより大きいかそれに等しくて約３．０インチより小さい距離だけ切れ刃との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有する。この変形の変形において、低温流体の自由膨張する安定化した噴射の少なくとも一部は、当該少なくとも一つの放出箇所からの放出の間又はその直前に約２５ｐｓｉｇよりも大きいかそれに等しく且つ約２５０ｐｓｉｇよりも小さいかそれに等しい圧力を有する。
【００４５】
切削工具が切れ刃を持つ、切削工具を冷却するための装置のもう一つの態様には、いくつかの構成要素がある。第一の構成要素は低温流体の供給手段である。第二の構成要素は低温流体の噴射を放出するのに適合したノズルである。このノズルは、約０．１インチより大きいかそれに等しくて約３．０インチより小さい距離だけ切れ刃との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有する。第三の構成要素は、この放出箇所から切削工具へ低温流体の自由膨張する安定化した噴射を送給するための手段であり、この低温流体の温度は当該放出箇所において約摂氏マイナス１５０度（−１５０℃）である。
【００４６】
本発明のもう一つの側面は、上記装置の第一の態様におけるように切削工具を冷却するための装置を使用して切削工具で工作物を機械加工するための装置である。このほかの側面は、機械加工のための装置により加工された、改善された表面を特徴とする工作物と、副産物として工作物から除去されたリサイクル可能な切り屑であり、このリサイクル可能な切り屑は向上した純度を特徴とする。
【００４７】
工作物を冷却するための装置は、低温流体の供給手段と、低温流体の自由膨張する安定化した噴射を工作物に送給するための手段を含む。
【００４８】
切削作業中の切削工具の冷却を制御するための装置の第一の態様はいくつかの構成要素を含む。第一の構成要素は低温流体の供給手段である。第二の構成要素は低温流体の流れを切削工具へ送給するための手段である。第三の構成要素は切削工具への低温流体の流れを実質的に均一な質量流量に調節し、それにより約３０％〜約７５％の範囲の周囲相対湿度と約１０℃〜約２５℃の範囲の周囲温度の雰囲気中での実質的に全ての切削作業の間において切削工具の少なくとも一部分にフロストコーティングを保持することである。この態様の一つの変形では、切削工具は高エネルギーの切り屑形成及び工作物切削作業に当てられる。
【００４９】
切削作業中の切削工具の冷却を制御するための装置のもう一つの態様はいくつかの構成要素を含む。第一の構成要素は低温流体の供給手段である。第二の構成要素は低温流体の流れを放出するのに適合したノズルである。このノズルは切削工具との間隔をあけた少なくとも一つの放出箇所を有する。第三の構成要素はこの放出箇所から切削工具へ低温流体の流れを送給するための手段である。第四の構成要素は切削工具への低温流体の流れを、約０．５ポンド／分よりも大きいかそれに等しく且つ約５．０ポンド／分よりも小さいかそれに等しく、約１０秒未満かそれに等しい流動パルスサイクル時間を有する実質的に均一な質量流量に調節するための手段であり、それにより約３０％〜約７５％の範囲の周囲相対湿度と約１０℃〜約２５℃の範囲の周囲温度の雰囲気中での実質的に全ての切削作業の間において切削工具の少なくとも一部分にフロストコーティングを保持する。
【００５０】
本発明のもう一つの側面は、冷却を制御するための装置の第一の態様におけるように、切削工具の冷却を制御するための方法を使用して切削工具で工作物を機械加工するための装置である。そのほかの側面は、機械加工のためのこの装置により加工された、改善された表面を特徴とする工作物と、副産物として工作物から除去されたリサイクル可能な切り屑であり、これらの切り屑は向上した純度を特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
一例として添付の図面を参照して本発明を説明する。
【００５２】
本発明は、機械加工産業の基本的な未解決の必要性に対処して、より清浄な部品をより速く且つより少ない費用で製造し、そして製造作業における環境上及び健康上の条件を改善するものである。製造費を低下させる上で重要な因子は、部品を機械加工するのが困難な時間のかかる研削作業の代わりにより原価効率的な切削作業を用いることである。機械加工産業では、ハード旋削（ｈａｒｄ−ｔｕｒｎｉｎｇ）のための改良方法が必要とされている。もう一つの重要であるがしばしば見過ごされる因子は、工作機械設備及び通常のプロセスの改造費用である。機械加工産業では、既存の設備とプロセスに必要とされる改造の程度も最小限にする機械加工プロセスの改良を必要としている。
【００５３】
本発明は、低温流体（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  ｆｌｕｉｄ）の自由膨張する（ｆｒｅｅ−ｅｘｐａｎｄｉｎｇ）（拘束を受けない）安定化した噴射を使用することにより、いずれも静止したものでも移動する（例えば、工作物に関して回転する）ものでもよい、切削工具、インサート、チップ、エッジ、ブレード、又はビットを冷却するための装置と方法である。単一相のガス、単一相の液、又は２相の組み合わせでよい低温流体の噴射は、好ましくは液体窒素、気体窒素、液体アルゴン、気体アルゴン、及び／又はそれらの混合物である。とは言え、当業者は、液、ガス及び固体粒子のその他の低温混合物を低温流体として使用できることを認識しよう。
【００５４】
自由膨張する又は拘束を受けない噴射は、高圧からノズルを通り自由な環境又は空間へと自由膨張した低温流体の流れである。速度、密度、及び温度の違いのために、その結果として得られる剪断力と混合の渦は、周囲のガス、例えば周囲空気など、の吸引を誘発する。平面、例えばすくい面など、に位置しあるいはそれより上方に位置するノズルから自由膨張する噴射は、自由膨張するが、２つ以上の固定平面の間で自由膨張する噴射は、境界膜の付着効果が有意に増強して周囲のガス雰囲気の吸引が有意に減少するので、自由膨張しない。（すくい面は切り屑の流れを工作物から導き出す切れ刃に隣接した切削工具表面である。図２Ａに示した態様では、すくい面は切り屑８６の流れを導く切れ刃に隣接した切削工具表面である。すくい面は、完全に平らでも、面取りされていてもよく、あるいは切り屑の流れ及び／又は切り屑の破断の制御を強化するため成形により又はプレートの追加により作られるより複雑な三次元の表面形状であってもよい。）
【００５５】
自由膨張する噴射を発生させるためのノズルは、すくい面の背後、上方、又はすくい面で終えるチューブで製作することができる。あるいはまた、ノズルは、図２Ａに示したように工具ホルダ８２のバックエンドに切削工具を保持するインサート保持クランプ８０に穴をあけた流路の形で製作してもよい。ノズルは、すくい面の所望の間隔をあけたところからすくい面の切れ刃に向かって低温流体を放出するための穴をあけた流路を有するインサート保持クランプ又は工具ホルダに取り付けた固定の又は調節可能な機械的構成要素の任意の組み合わせにより形成してもよい。図２Ｂは、工具ホルダに取り付けた角度調節可能なノズルの例を図示している。ノズル出口は、垂直方向又は水平方向に丸く又は平らでもよく、集束しても、真っ直ぐでも、あるいは放射状に広がってもよい。ノズルが切り屑から離れた位置にある一方で所望の方向に所望の距離のところから工具に低温流体の自由膨張する噴射を噴出する限りは、ノズルについて特別な制限はない。
【００５６】
図２Ａは、低温流体７２の自由膨張する噴射を切削工具のチップ７４の表面へ導く、本発明により教示される装置７０の好ましい態様を図示している。低温流体は、送給チューブ７６を通り抜け、そしてノズルを形成するためクランプ８０の全体にわたってあけた穴７８を通り抜ける。クランプは締結機構（図示せず）により工具ホルダに取り付けられる。低温流体の噴射はノズルから切削インサート８４のチップ７４へ向かって自由膨張する。最も好ましい作業の様式では、自由膨張する噴射は切削インサートのチップの表面で終える。あるいは、自由膨張する噴射は、工作物から生じる切り屑８６にも切り屑の周囲の工作物の表面及び工具／工作物接触領域にも達するよう更に遠くへ自由膨張させてもよい。
【００５７】
図２Ａに示した態様は、本発明を実施するのに標準的な機械加工工作設備について必要とされる改造の程度を最小限にする。低温流体噴射ノズルは、脆い材料で製作されることのある切削インサート８４を工作位置に保持するのに普通に使用される金属クランプ８０に取り入れられる。ノズルの出口とクランプの前方部分は、切削中に工作物８８から生じる切り屑８６から離れた位置にあり、切り屑と決して連続的に接触せず且つ切り屑の破断操作に関与しない。
【００５８】
図２Ａの実例には、工作物８８の回転（ＲＰＭで測定される）の方向９０、切り込み深さ（ＤＯＣ）９２、送り速度（Ｆ＝切取り厚さ）９４、及び切削動力９６が示されている。
【００５９】
図２Ｂと２Ｃは、旋削及び転削作業における噴射の応用の好ましい様式を例示するものである。低温流体７２の噴射は対象工具に直接突き当たる。旋削用途（図２Ｂ）の場合には、低温流体は送給チューブ７６に入り、そして角度調節可能なノズルであるノズルアセンブリ９８から放出される。低温流体の自由膨張する安定化した噴射がこのノズルアセンブリから切削工具インサート８４の工具コーナまで送られる。ノズル出口から工具コーナまでの噴射の軸線方向長さ１００は、ここで検討されるように、本発明の重要な特徴である。矢印１０２は噴射による周囲空気の巻き込みを示している。
【００６０】
図２Ｃに示した転削作業では、低温流体７２の自由膨張する安定化した噴射を送給チューブ７６の末端部のノズルから送り出す。ノズルと工具１０４との間隔は３インチ未満でなければならない。矢印１０２は巻き込まれる周囲空気を示している。工具は、工作物８８が矢印１０８により示される方向に移動しているときに矢印１０６により示される方向に回転する。この図には、切り込み深さ９２、切削幅１１０、及び転削プロセスで形成される切り屑８６’が示されている。
【００６１】
低温窒素及び／又はアルゴン流体（液相又は気相の）が好ましい。と言うのは、これらの流体は不活性、無毒性、非腐食性で、環境上受け入れることができ、そして少し離れたところから対象物に噴射した場合にノズルの出口で十分に冷たくして離れた対象物、例えば切削工具を冷却することができるからである。１気圧の環境へ自由膨張させると、液体窒素、液体アルゴン、及びその他のいくつかの低温流体の沸点はそれらの送給圧力に対応して下記の最低値に達する。
液体Ｎ2-         ＝  −１９６℃＝−３２０°Ｆ
液体Ａｒ        ＝  −１８６℃＝−３０２°Ｆ
液体ＣＯ2-       ＝  −７９℃＝−１１０°Ｆ（昇華点）
クロロフルオロカーボンフレオン−１２  ＣＣｌ2Ｆ2＝−３０℃＝−２２°Ｆ
【００６２】
自由膨張する噴射は、一般的な機械加工作業において多量の周囲ガス、例えば室温の空気などを巻き込む傾向がある。室温の空気を巻き込むと、ノズル出口から比較的短距離内の低温噴射の冷却容量が猛烈に減少する。米国特許第５７３８２８１号明細書（Ｚｕｒｅｃｋｉら）には、等温の又は予熱したガス噴射の場合のこの巻き込みを最小限にする方法が開示されている。とは言え、その米国特許明細書は、より温かい周囲環境と混合しつつ放射状に且つ軸線方向に自由膨張する傾向のある自由膨張する低温噴射について教示してはいない。
【００６３】
発明者らは、低温流体を対象物の工具表面から０．１〜３．０インチの距離より噴射すると、ノズル出口での初期温度はマイナス１５０℃（−１５０℃）未満、流量は少なくとも０．５ポンド／分になり、このとき工具表面に到達する低温流体の噴射は十分に冷たくなって、高エネルギー切削条件下での工具の寿命を潜在的に長くすることができる、ということを発見した。発明者らはまた、低温流体の噴射の流量が５．０ポンド／分（３７．８ｇ／ｓｅｃ）を超えると、切削領域内での低温流体の噴射が過度に膨張する結果、工作物材料が不利に予冷され、切れ刃の直ぐ上流の工作物を一時的に固くさせる影響が生じ、工具寿命の低下を招く、ということも発見した。発明者らは、有効な工具冷却に必要とされる最低放出圧力は２５ｐｓｉｇ（１．７ａｔｍ）であることも確定した。最高圧力（２５０ｐｓｉｇ）は、低温窒素とアルゴンの貯蔵及び取扱いの大規模な経済的考察により設定され、これらの冷却剤を保持する最も普通の費用効率の高い大きなタンクは２３０ｐｓｉｇまでの定格であり、冷却剤圧力が２５０ｐｓｉｇ（１７ａｔｍ）を超えると熱的に圧縮された自由膨張する冷却剤を素早く放出する。発明者らは、機械加工産業の経済的な必要性を満たすためには、高エネルギー切削作業に当てられる工具の低温冷却を、それ自身の低温蒸気圧下にある大きな「大容量」タンクを供給源とする低温流体流を使って行うべきである、ということを認知した。こうして、発明者らは、２５０ｐｓｉｇ以下という最高放出圧力についての工具冷却手順を最適化した。放出圧力は、低温流体噴射ノズルの入口側で測定される圧力である。
【００６４】
低温流体の自由膨張噴射は、冷却効果を最大限にするため、切削工具のすくい面、コーナ、及び切れ刃に向かわせるべきである。所定の切削作業において工作物材料又は工具の幾何学形状を考慮して複数の低温噴射が所望される場合、一番大きな流量であることを特徴とする主低温噴射をすくい面、コーナ、及び切れ刃に向かわせるべきである。発明者らは、低温流体の噴射が高エネルギー切削作業において好ましい硬いが脆い工具材料の割れ、欠け、又は剥離を誘発しないようにしてすくい面に突き当たることは驚くべき且つ予想外のことであるのを見いだした。発明者らの方法により冷却した先進的な非金属工具も、その他の硬いが脆い工具（３ＧＰａ未満のトラバース破壊強度又は１０ＭＰａ・ｍ0.5未満の破壊靱性を特徴とする）も、高エネルギー切削条件下で乾式の作業に供される同じタイプの工具よりも長く持ちこたえた。この所見は従来技術の教示に反する。
【００６５】
上記の驚くべき且つ予想外の結果（それらは従来技術を凌ぐ実質的な進歩をもたらす）の正確な理由ははっきりしないが、これらの結果は複数の要因の組み合わせによるものと思われる。いずれの特定の理論に束縛されることも望まないが、発明者らは、これらの要因には、（１）切削工具材料全体の低温での硬化、（２）工具全体の熱膨張に誘発される応力の減少、及び（３）境界膜効果とライデンフロスト現象による工具表面の熱勾配の低下が、それらに限定されることなく、含まれるものと考える。境界膜は、噴出条件により制御される、半停滞の、一時的な膜であって、低温冷却効果を「和らげ」、そして突き当たることで冷却される表面の熱プロファイルを「なだらか」にする。ライデンフロスト現象は、液の沸点より熱い対象物表面にスプレーされる全ての液で大なり小なり起こる。液滴は高温の表面上で沸騰し、従ってその高温の表面は蒸気の層により覆われる。低温液の場合、とりわけ−１５０℃より冷たい場合には、全ての工具表面は温かく、それは代表的な低温液の噴射は工具を直接濡らすことなくその蒸気の境界膜の上を滑走することを意味する。これは、突き当たることで冷却される工具表面の熱プロファイルをよりなだらかにし、そして発明者らの自由膨張する低温液の噴射が脆い工具の寿命を延ばすのになぜ有効であるのかを説明することができる。油又は水を基にした切削液の場合、その沸点が室温より有意に高くなると、工具表面の切り屑接触領域の周辺から非常に近い距離のところでのみ沸騰が起こる。切り屑が切削中に方向を変え、又は切削工具が突然の切削中断にみまわれると、そのような通常の液は、突然露出された一番熱い工具表面領域上に広がり、そこで爆発的に沸騰して、蒸気と微小滴と圧力波を放出する。境界膜の厚さ、ライデンフロスト現象、噴射された液と対象物表面との温度差の変化を伴う沸騰挙動の突然の変化（流体力学的な不安定性）も、ノズル方位と流動条件の重要性も、多くの参考文献に教示されている(3)。発明者らは、低温流体噴射条件の上述の範囲内で実施される発明者らの方法は、所望される薄い境界膜及び／又はライデンフロスト効果を促進し、次にはこれが冷却しながらの脆い工具の割れを防止し且つ高エネルギー切削作業の際の工具寿命を延ばすものと考える。
【００６６】
図２Ｂと２Ｃに示したように、発明者らの方法及び自由膨張噴射冷却のための条件は、低温機械加工に関連する従来技術の根本的な欠点を克服する。発明者らのノズルは切り屑の生じる領域及び工作物と工具との接触帯域の十分後方に位置するので、送り速度、切込み深さ、及びそのほかの機械加工条件を、ノズルの配置を再調整する必要又はノズルの損傷の危険なしに所定の作業中に容易に変更することができる。こうして、機械加工産業は、最小限の経費で、混乱なしに、ノズルが切削インサートに取り付けられずあるいは任意の特定のインサートの幾何学形状に依存しないという事実に起因する作業上の柔軟性を享受しながら、本発明を実施することができる。自由膨張する噴射での効果的な工具の冷却にとって重要なのは、離れたノズルの出口からすくい面までその冷却容量を送給するため低温流体の流量を０．５〜５．０ポンド／分の範囲内及び供給圧力を２５〜２５０ｐｓｉｇの範囲内に調整することである。
【００６７】
発明者らは、時間平均の低温流体流量は、かなりの量の切削エネルギー、すなわち熱が、高温の切り屑接触領域を通り抜けて工具に入り込むという事実にかかわらず工具の壁が切削作業中ずっと凍結（フロスト（ｆｒｏｓｔ））される場合にのみ十分になる、ということを見いだした。切れ刃と、側壁及びすくい面の接触帯域の近くで工具の他端の方へ移動する凍結ラインが切削中に生じると、低温冷却の効果は低減し、時間平均の流量及び／又は低温流体の圧力の増加が必要であることが示される。好ましい条件下では、低温流体、すなわちＮ2／又はＡｒの水分なしの製品が直接突き当たる箇所の内側でフロストコーティングが生じることは予測されない、ということに注目されたい。こうして、すくい面及び／又は側壁面の部分は、素早く自由膨張し水分のない低温流体による連続の洗浄のため、フロストコーティングなしになることができる。
【００６８】
切削作業を非常に低湿度の条件下で、例えば、フロストコーティングを生じさせることなく本発明の利点を得ることができる管理された雰囲気のチャンバ内で又は真空中で行う場合には、工具フロストコーティング規準の例外が生じる。工具の凍結（フロスト）の制御のための標準的な雰囲気条件は、相対湿度（ＲＨ）５５％±２０％、温度２０℃±５℃である。凍結の制御のための最低湿分含有量は、少なくとも１０℃の温度において３０％相対湿度である。
【００６９】
発明者らはまた、本発明に従って実施され高エネルギー切削作業を管理するための、そして工具が摩耗しあるいは切削条件が変更されると任意の特定の作業中に変化することがある工具−工作物界面での動的作用の観察を伴う、診断技術を開発した。第一に、切れ刃の直ぐ下の切り屑又は工作物表面が鮮やかな赤色である、あるいは融けたように又は焼けたように見える場合は、低温流体の流量及び／又は圧力を増加させるべきである。第二に、工具のコーナ、又はすくい面の切り屑接触領域周辺がサクランボ赤色である場合は、工具のフロストコーティングが縮小し始めない限り、低温流体の流量及び／又は圧力を増加させる必要はない。第三に、工具のコーナ、又はすくい面の切り屑接触領域周辺が強烈に鮮やかな赤色である場合は、工具表面のフロストコーティングの状態に関わりなく、低温流体の流量及び／又は圧力を増加させるべきである。工作物／工具接触領域での時折の局部的な温度上昇は、工作物材料の幾何学的な又は組成上の不均質性を示していることがあり、低温流体の流量を０．５〜５．０ポンド／分という上記の規定範囲内で、工具表面ばかりでなく接触領域全体が低温流体の直接突き当たる様式でもって冷却される点まで増加させることにより容易に冷やすことができる。
【００７０】
上記の指針に従って実施される切削工具低温冷却の作業は、改善された成果をもたらす。発明者らの低温流体冷却法の結果、切削中の脆い切削工具の破損抵抗が向上し、高エネルギー切削に当てられる工具の寿命が向上し、加工される工作物材料の表面が改善され、鏡のようにきれいな切り屑となり、そして切削中のフロストコーティングと工具コーナの目視を基にした費用のかからない実用的なプロセス管理方法が得られるということは、発明者らにとって驚くべき且つ予想外のことであった。これらの改善された成果は、発明者らにとって驚くべき且つ予想外のことであったし、他の当業者にとって驚くべき且つ予想外のことであろう。
【００７１】
圧縮した低温流体の移送及び低温流体の自由膨張噴射の放出に関連する基本的な技術的問題の一つは、とりわけ流量が発明者らの方法により必要とされる流量の下方の範囲と重なる１．１ポンド／分未満に低下した場合に、パルスの沸騰する流れが不安定になりやすいことである。パルス流動の問題は低温流体の工業的な応用を有意に制限するので、平衡蒸気の温度未満に低温過冷却することと移送管路で生じる蒸気を放出することとの組み合わせを含め、多かれ少なかれ有効な多数の流動安定化システムが開発されている。
【００７２】
そのような流動安定化システムのいくつかのより最近の例は、米国特許第５３９２６０８号明細書（Ｌｅｅ）、同第５１２３２５０号明細書（Ｍａｒｉｃ）、同第４７１６７３８号明細書（Ｔａｔｇｅ）、同第４５１０７６０号明細書（Ｗｉｅｌａｎｄ）、及び同第４２９６６１０号明細書（Ｄａｖｉｓ）に開示されている。工業的な機械加工及び切削用途において低流量の低温流体の流動を安定化させる方法は、Ｚｕｒｅｃｋｉ  ａｎｄ  Ｈａｒｒｉｏｔｔ，  “Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｓｔ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ  Ｆｒｉｅｎｄｌｙ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｃｏｏｌａｎｔ”，  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｊｕｎｅ  ２−４，  １９９８，  Ｌｏｎｇ  Ｂｅａｃｈ，  ＣＡ，  Ｓｅｓｓｉｏｎ  ＭＰ５Ｃ，  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  −  Ｃｏｏｌａｎｔｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓａｆｅｔｙ，  Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．  ９８１，８６５、及びＺｕｒｅｃｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｒｙ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｗｉｔｈ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ”，  ｔｈｅ  ３rd  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ＆  Ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ’９９  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ４−７，  Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，  Ｏｈｉｏ，  １９９９により提示された。これらに記載されたシステムは経費と複雑さの点で異なり、高エネルギー切削作業における所定の低温流体流動安定化システムの有効性を決定する主要な特性を特定することが重要である。
【００７３】
発明者らは、パルス流動のサイクル時間が低温流体の効果的な自由膨張と高エネルギー条件下での効果的な工具の冷却にとって重要であることを発見した。
【００７４】
図３Ａは、冷却なし、すなわち乾式での、通常のエマルジョンフラッド冷却での、及び本発明に従って適用された液体窒素冷却での、ステンレス鋼（グレード４４０Ｃ）を高エネルギー旋削中の硬質ＷＣ−Ｃｏ切削インサートの温度変化を示している。この高エネルギー旋削は、ＣＮＭＧ−４３２，  ＰＶＤ  ｃｏａｔｅｄ，  ＩＳＯ：Ｍ０１−Ｍ２０（Ｋ０１−Ｋ２０），  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｃｏｄｅ：Ｃ−３、と記載された超硬合金インサート工具を使用し、切込み深さが０．０２５インチで送り速度が０．０１０ｉｎ／ｒｅｖであった。切削工具が切削を始める前に、すなわち工作物と接触して切り屑を生じさせ始める前に、低温流体の噴射を数秒放出させる。このような「冷却」時間は、最も代表的な工具又はインサートを本発明を実施するのに必要とされる低温まで予冷するのに十分なものである。この試験で使用した低温流は、わずかな過冷却を利用して安定化させ、その結果得られた噴射は安定していて、認知できる脈動間隔あるいは流量変化がなかった。
【００７５】
高エネルギー切削作業での切削工具の低温流体冷却についての実験によれば、時間平均の流量の２５％より多くの噴射の脈動は、容易に検出することもでき、冷却の成果にとって重要でもある。その時間平均の流量の２５％未満の噴射パルスは、全ての実用目的にとって安定であると考えることができる。図３Ａに示した温度は、切れ刃の後方１．４１ｍｍ、且つ切れ刃の隣のインサートコーナ内のすくい面の下方１．４１ｍｍに位置する微小熱電対の先端で記録された。図３Ａに示した三つの機械加工作業の全てにおいて、切削の開始とエッジから拡散して熱電対の先端に達する熱の波との時間の遅れは１〜２秒であった。この遅れの後に、温度は、工具の冷却の有効性を反映するそれ自身の特性レベルで安定化し、液体窒素の噴射での冷却の場合マイナス２００°Ｆ（−２００°Ｆ＝−１２９℃）、通常のフラッド冷却の場合プラス１５０°Ｆ（＋１５０°Ｆ＝＋６５℃）であり、乾式切削の場合プラス３００°Ｆ（＋３００°Ｆ＝＋１４９℃）より高かった。乾式研削の場合の温度の連続的な上昇は、累進的な熱の蓄積と、切削工具の摩耗が工具に入り込む切削動力の上昇を招くことを反映するものであった。
【００７６】
図３Ｂは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩの高エネルギー旋削の際のインサートの前方端のコーナ（切れ刃に隣接する）の温度とインサートの後方コーナの温度の時間変化を示している。図３Ｂで使用したインサートの種類は図３Ａにおけるのと同じであるが、切削条件ははるかに厳しく、冷却のために適用する液体窒素の流量は発明者らの方法で必要とされるのよりも少ない。この場合（図３Ｂ）の高エネルギー旋削は、切込み深さ０．１２０インチ、送り速度０．０１０ｉｎ／ｒｅｖ、切削速度２３０フィート／分であった。切削開始から数秒後に、インサートのフロストコーティングが縮小し、その壁から完全に消え始める一方、前方端のコーナは赤い光を放つ点まで熱くなる。この不完全な冷却と熱的不均衡の結果、このインサートは急速に摩耗する。
【００７７】
図３Ｃは、図３Ａからの温度プロットの初期の非定常状態の部分を拡大したものを示している。より具体的に言うと、図３Ｃは、ステンレス鋼（グレード４４０Ｃ）の高エネルギー旋削での低温流体パルスサイクルと工具のコーナ温度との相関関係を示している。このグラフでは二つの異なるパルス流動プロファイルが重ね合わされて、周波数と位相のシフトが切削の最初の少しの間にインサートの冷却に及ぼす効果を示している。低温流体のパルスサイクル時間が前方端のコーナの加熱の１〜２秒の遅れと比べて短い場合、インサート材料は脈動を「感知できず」、あたかもインサート材料が時間平均の流量で工具に突き当たる一様の噴射により冷却されるかのように挙動する。低温流体のパルスサイクル時間が上記の１〜２秒の時間遅れと比べて長い場合には、インサート材料は噴射の振幅と始動遅れ間隔との位相シフトに応じて、一時的に過冷却又は過剰冷却されることがある。先の結果は、前方端のコーナの温度の危険なオーバーシュートに至って、図３Ｂに示したように急勾配の温度偏位を招き、且つ急速な工具の摩耗を招く。噴射パルスの位相を遅れ間隔と同期するのは工業的な切削条件下では非現実的で困難であるから、最良の実用的な解決策は、少しも脈動せず、あるいは所定の工具の始動遅れよりも短いサイクル時間で脈動するのに十分安定化されている低温流体の噴射を用いることである。
【００７８】
下記の表４は、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃにプロットされた試験の際に使用した高エネルギー切削条件の詳細を示している。
【００７９】
【表４】
2005501752.tif 000006
【００８０】
【表５】
2005501752.tif 000007
【００８１】
図３Ｄは、図３Ｂに示したフライスカッタのような回転工具の場合のパルス噴射冷却の効果を示している。より具体的に言うと、図３Ｄは、カッタのＲＰＭが次に示す条件下で切削インサートに到達するパルス低温流体の突き当たる流量に及ぼす効果を示しており、その条件というのは、低温流体噴射サイクル時間８．０秒、カッタ６０ＲＰＭ、噴射とカッタとの位相シフト＝０．４ラジアン、平均噴射流量３．０ポンド／分、噴射流量偏差＝±５０％、及び平均突き当たり流量＝１．５ポンド／分、である。工業的なフライスカッタは回転周波数が一般に１〜７００Ｈｚの範囲の高回転速度（ｒｐｍ）で運転するので、約８秒（０．１２５Ｈｚ）のパルス噴射流動サイクル時間をスライスして、回転する切削エッジには「見えない」短い部分にする。実際のところ、工具は、本来の「低」周波数で脈動し、パルス噴射のより低い時間平均流量に重なるｒｐｍの作用により低下した流量で工具に突き当たる低温流体噴射により冷却されたかのように挙動する。低温流体の突き当たる流量のこの低下は、ノズルにおける噴射の平均放出流量を増加させることにより補償することができる。この例の実用上の重要性は、流量の調節が過度に長い噴射パルスサイクル時間を補償することができないことである。利用可能なデータを基に、発明者らは、噴射サイクル時間（又は周波数）についての制限値が存在し、そしてその制限値よりゆっくり脈動する非定常の低温流体噴射は時間平均流量にかかわらず高エネルギー切削作業にとって効果のない研削液になるものと考える。
【００８２】
図３Ａと３Ｂに示したように、硬質のＷＣ−６Ｃｏ超硬合金インサートの前方切削部分内で定常状態に到達するのに要する１〜２秒の時間間隔は、Ｊ．Ｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｉｎ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ”，  Ｔｒａｎｓ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ＡＳＭＥ，  Ｖｏｌ．１１４，  Ｊｕｌｙ  １９９２，  ｐｐ２８９−２９６の実験及び数値測定と一致する。その値は、高エネルギー切削作業に当てられる、特により硬質の超硬合金工具の、効果的な低温流体冷却に必要とされる制限パルスサイクル時間の値である。その値は工具材料の熱拡散係数に対応するので、発明者らはそれを、高エネルギー切削作業において好ましい硬いが脆い工具の範囲について評価した。下記の表５を参照されたい。
【００８３】
【表６】
2005501752.tif 000008
【００８４】
超硬合金工具と比べて相対的に小さい拡散係数のために、Ａｌ2Ｏ3を基にした工具と低含有量ＰＣＢＮ工具は切れ刃から約２．５〜５倍ゆっくり熱を移動させることが分かった。こうして、図３Ａに記録されている１〜２秒の長さの時間遅れに対し、Ａｌ2Ｏ3の時間遅れは約５〜１０秒の範囲になる。これは、セラミックインサートについてのＡ．Ｋａｂａｌａの数値的推定、“Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｉｎｓｅｒｔｓ”，  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ２００１，  ｔｈｅ  ３９th  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆ．，  Ｊｕｎｅ  ４−６，  ２００１，  Ｔａｂｏｒ，  Ｃｚｅｃｈ  Ｒｅｐｕｂｌｉｃ、と一致し、最大パルスサイクル時間について１０秒の制限値を設定する。表３と表４に示したように、高エネルギー切削作業では接触帯域を通って切削工具に入り込む動力フラックス（Ｐf）が非常に大きいために、１０秒の制限パルスサイクル時間を超える工具冷却の変動は早い工具損傷を招くことになる。従って、高エネルギー切削で使用する自由膨張低温流体噴射は、パルスの振幅が時間平均流量の２５％を超えるときは常に、供給源タンクからノズルまでの移送中に１０秒未満のサイクル時間で脈動するのに十分安定化させるべきである。
【実施例】
【００８５】
図４は、硬質グレードのＷＣ−ＣｏインサートでＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを高エネルギー仕上げ旋削試験する際のインサート温度と逃げ面摩耗の進行を示している。切込み深さは、図４Ａで使用したのと同じタイプのインサートを使用して、７５０ｆｔ／ｍｉｎの切削速度及び０．００８ｉｎ／ｒｅｖの送り速度で０．０３０インチであった。本発明により適用した低温窒素噴射で冷却した工具の寿命は、通常の（乳化した）フラッド研削液を使用して冷却した工具の寿命より４倍以上長かった。
【００８６】
図５Ａは、３００ｆｔ／ｍｉｎの速度、０．０２０インチの切込み深さ、０．００５ｉｎ／ｒｅｖの送り速度、及び０．３６ｉｎ3／ｍｉｎの除去速度でＡ２鋼を高エネルギー切削作業する際のセラミック複合材料工具（Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣw）の寿命を示している。この工具寿命は、次の三つの基準、すなわち、最大逃げ面摩耗Ｖbmax＝０．６ｍｍ、最大逃げ面（又はＤＯＣノッチ）摩耗Ｖbmax＝０．７ｍｍ、及び要求より０．００４インチ（０．１ｍｍ）大きな部品を製作する寸法切削誤差、を使って評価した。次の四つの異なる切削法、すなわち、（１）通常のエマルションフラッド、（２）通常の乾式、（３）本発明により適用される低温ガス噴射、及び（４）やはり本発明により適用される低温液噴射、を使用した。（１）、（３）及び（４）の条件は、（１）が均一に流れ完全にフラッディングする通常の切削液、１０％濃度、（３）が７．８ａｔｍ（１１５ｐｓｉｇ）の圧力で−１５０℃のノズル放出温度にて１．８ポンド／分で流れる安定な非パルス気相低温噴射、そして（４）が８．１ａｔｍ（１２０ｐｓｉｇ）の圧力で−１７２℃のノズル放出温度にて合計流量が０．９ポンド／分の、蒸気を少量含有している安定な非パルス液相低温噴射、であった。結果は、本発明により適用された低温流体冷却では二つの通常の方法以上に工具寿命が延びたことを示す。
【００８７】
図５Ｂは、二つの切削速度３００ｆｔ／ｍｉｎ（材料除去速度０．３６ｉｎ3／ｍｉｎ）及び４００ｆｔ／ｍｉｎ（材料除去速度０．４８ｉｎ3／ｍｉｎ）での（図５Ａにおけるのと）同じタイプの試験における同じタイプの工具の寿命を示しており、この場合の分で表した寿命は、図５Ａについての上記と同じ三つの基準による寿命測定値から平均して得た混成寿命である。この場合もやはり、本発明により適用された低温流体冷却で、両方の切削速度のもとでこの過酷な旋削試験の際の工具寿命が向上した。
【００８８】
図６は、低ＰＣＢＮ含有量（ＢＮ−３００）のろう付けチップインサート工具を用いて、５００ｆｔ／ｍｉｎの速度、０．０２０インチの切込み深さ、０．００４ｉｎ／ｒｅｖの送り速度でＡ２鋼を旋削する際の逃げ面摩耗と切れ刃欠けの進行を示している。次の三つの切削条件、すなわち、（１）乾式の旋削、（２）低温流体の噴射で冷却しての旋削であり、この噴射は安定化が不十分で６秒の周波数で脈動するもの、及び（３）低温液の噴射で冷却しての旋削であり、この噴射は完全に安定化されてパルスあるいは流動の不安定さを少しも示さないもの、を比較した。（２）と（３）の場合の条件は、（２）が１０．２ａｔｍ（１５０ｐｓｉｇ）の圧力、６秒サイクルで−１６９℃のノズル放出温度にて合計流量２．０ポンド／分の、有意の容量の蒸気を含有している気相低温噴射であり、（３）が１０．２ａｔｍ（１５０ｐｓｉｇ）の圧力で−１６９℃のノズル放出温度にて合計流量２．０ポンド／分の、微々たる容量の蒸気を含有している液相低温噴射であった。この試験では、０，６ｍｍに至る最大逃げ面摩耗（Ｖbmax）のＩＳＯ工具寿命基準を採用した。最短の切れ刃寿命は通常の乾式切削の場合に記録された。パルス噴射の場合の寿命はより長かったが、一番長い工具寿命は安定した非パルス噴射の場合に記録された。
【００８９】
先に検討した表４は、図４〜６にプロットした試験の際に使用した高エネルギー切削条件を詳しく示しており、また切削速度及び動力フラックスを、試験したインサートの製造者により推奨されるそれぞれの値と比較している。
【００９０】
工具の凍結及び噴射パルスを高エネルギー切削における工具性能に関連づけるために、追加のフライス試験を行った。この試験で使用したフライスカッタは、Ｔｉ合金及びその他の難加工材料の機械加工の際の最高金属除去速度について、Ｎｉａｇａｒａ  Ｃｕｔｔｅｒ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｉａｇａｒａｃｕｔｔｅｒ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｉｎｆｏ）製で、直径３／４インチ（１９．０５ｍｍ）、ねじれ角４５°、５溝の高性能超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）エンドミルのＳ５４５タイプであった。この工具についての推奨される速度と送りは、それぞれ９０〜１６０ｆｔ／ｍｉｎ（２７．４〜４８．８ｍ／ｍｉｎ）及び０．００２インチ／すくい面（０．０５ｍｍ／すくい面）であった。乳化切削流体（「可溶性」潤滑剤を含む水）を使用したこのカッタでの通常のフライス作業について、次の加速切削条件、すなわち、切削速度１７８ｆｔ／ｍｉｎ、回転速度９０７ｒｐｍ、すくい面当たりの送り０．００３インチ、テーブル送り１３．６ｉｎ／ｍｉｎ、切削幅０．０８０インチ、軸線方向切込み深さ１．０００インチ、材料除去速度１．０９ｉｎ3／ｍｉｎ、を選んだ。これらの切削条件下で、５つの全ての切れ刃が、３６ＨＲＣの硬度を特徴とするＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの工作物の１３．１ｉｎ3を除去後に最終的に摩耗した。
【００９１】
比較試験において、時間平均流量２ポンド／分で８０ｐｓｉｇの圧力から放出された液体窒素の噴射を、図３Ａに示したように離れたノズルの出口とエンドミルの溝のコーナとの０．５インチの距離からカッタに当てた。結果として、噴射はカッタの５つの全ての溝及びすくい面に突き当たった。最初は、噴射流を不安定な状態で飽和液体窒素ボンベから断熱した管路を通して送給し、噴射パルスサイクルは約１５秒であることが分かった。このパルスサイクルの間、低流量は０．７５ポンド／分、高流量は３．２５ポンド／分と推定された。カッタは、始動後少なくとも１分間は突き当たる低温流体の噴射によって濡れていない表面に白いフロストコーティングを成長させることができず、そしてそのコーティングが一旦できると、それは不安定で、噴射パルスサイクルに従いいくらかの遅れて現れ、そして消滅することが認められた。この不安定な噴射で冷却され、先に使用した条件で試験された工具の寿命は、通常のとおり冷却された工具のそれと同等であった。
【００９２】
もう一つの比較試験では、噴射の脈動を目視で検出できないように、液体窒素の流量を上流の液体窒素過冷却装置を使用して安定化させた。次第に増加する切削速度を使って、フライス作業を繰り返した。作業全体を通し、フロストコーティングは安定であることが認められた。切削速度、テーブル送り速度、ｒｐｍ、及び材料除去速度を、通常の（乳化）フラッド冷却用切削液の場合に使用した値よりも６０％増加させた場合、１３．１ｉｎ3の同じ体積を除去後に検出できる摩耗は認められなかった。この安定化した噴射切削試験で使用した切削速度（Ｖc）は、工具の製造者により推奨される中間点の切削速度よりも２．３倍大きかった。使用した動力フラックスは、工具の製造者により推奨される中間点の切削速度と最大送り速度から計算される動力フラックスよりも１．５倍大きかった。この安定化した低温流体流の場合に得られた材料除去速度あるいは生産性は、製造者の推奨条件から予期される最大材料除去速度よりも３．４倍大きかった。
【００９３】
発明者らは、上記の例（図３〜６及び表４）で概要を説明したように、工具及び工具−工作物接触帯域に自由膨張する安定な低温流体噴射での冷却を適用すると、工作物及び切削中に生じる切り屑の表面は常に非常に清浄で且つ輝いたものになる、ということに気づいた。これらの工作物及び切り屑の表面は、通常の（エマルジョン）フラッド冷却の場合よりも清浄であり、そして全く思いがけないことに、それらの表面は通常の乾式切削の場合よりもずっと清浄に見えた。
【００９４】
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの高エネルギー切削の際に生じた金属切り屑について元素化学分析を行った。その結果を図７に示す。この高エネルギー切削についての旋削条件は、切削速度Ｖc＝２６０ｆｔ／ｍｉｎ、送り速度Ｆ＝０．０１０ｉｎ／ｒｅｖ、切込み深さＤＯＣ＝０．１００インチ、であった。乾式の旋削のほかに、エマルションフラッド研削液（Ｈａｎｇｓｔｅｒｆｅｒｓ  Ｓ−５０６ＣＦ、１３％）を使用するエマルジョンフラッド冷却の旋削と、切削インサートに２．６ポンド／分の流量で突き当たる自由膨張する安定化した噴射を使用する液体窒素で冷却の旋削についての結果を収集した。これらの結果をまとめて下記の表に示し、また図７に示す。
【００９５】
【表７】
2005501752.tif 000009
【００９６】
低温流体で冷却する旋削の際に生じた切り屑は、最小量の窒素、酸素、炭素及び水素不純物を吸収し、乾式の旋削作業が二番目で、通常の（エマルジョン）フラッドでの旋削は三番目であり、これはまた一番汚染する方法である。興味深いことに、液体窒素で冷却する旋削の事例の窒素の吸収量は乾式及び通常の（エマルジョン）フラッドの旋削の場合よりも少なく、これは工具−工作物の接触領域がはるかに冷たいという事実により説明することができる。
【００９７】
これらの結果は、低温流体を用いた切削の際に生じる切り屑は、通常の切削法の場合よりも容易にリサイクルできることを示している。これは、機械加工産業において、殊に高価で反応性のチタン、タンタル及び超合金の工作物の場合には、これらの材料の精製が極めて困難で費用がかかるので、経済的に大変有利である。もっと重要なことに、集められる切り屑の汚染がより少ないことは、それに相応して工作物材料の汚染がより少ないことを指示し、これは（１）部品応力分布、（２）耐腐食性、及び（３）後加工の加工性の観点から望ましいことである。酸素、炭素及び水素の汚染が減少したことを特徴とする金属の部品の表面は、使用中の疲労亀裂に対する耐性が高く、それほど脆くなく、且つより耐腐食性であることが知られている。従って、発明者らの自由膨張する安定化した低温流体の噴射での冷却法を使用すると、機械加工産業にとって二つの追加の経済的利益、すなわち製造される部品の特性の向上及びより有用なリサイクル可能な切り屑、という利益がもたらされる。
【００９８】
発明者らは、切削工具インサートを切削領域から離れたところに位置する遠くのノズルから放出された自由膨張する低温流体の噴射で冷却すると、そのような噴射の固有の流動の不安定さあるいは脈動が思いも寄らぬことに切削プロセスと相互作用し、作業中のインサートの冷却に影響を及ぼし、そしてその寿命を短くすることがある、ということを発見した。発明者らは、この問題を最小限にするために、低温流体の噴射流量と安定化条件とを確定し且つ最適化した。これらの発見及び創意に富んだ技術のいずれも、従来技術からは予見することができなかった。
【００９９】
先に概説した方法により安定化させた自由膨張する低温流体の噴射について、発明者らは、厳しい機械加工条件下での工具寿命を延ばすために、例えば高速度機械加工、ハード旋削、あるいは難加工材料の旋削等の高エネルギー切削作業において好ましい硬いが脆い工具の冷却のために安定化した噴射を用いることを試みた。思いも寄らぬことに、離れたところからの安定化した噴射での冷却の結果、従来の技術や機械加工の刊行物によれば脆性破壊を防止するため通常の研削液で冷却すべきでないそれらの工具の場合でさえ、工具寿命が延びた。
【０１００】
ここでは特定の具体的な態様を参照して例示し説明してはいるが、それにもかかわらず本発明はここに示した細目に限定されるものではない。それどころか、特許請求の範囲に記載されたものと均等の範囲内で、且つ本発明の精神から逸脱することなしに、それらの細目に種々の変更を行うことができる。
【０１０１】
注：
（１）“Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  Ｄａｔａ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，  ３rd  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．２，  Ｍａｃｈｉｎａｂｉｌｉｔｙ  Ｄａｔａ  Ｃｅｎｔｅｒ，  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  Ｉｎｃ．，  １９８０，  ｐ．１７−１０、ＡＳＭ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，  ９th  Ｅｄ．，  Ｖｏｌ．１６，  “Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ”，  １９９５，  ｐ．１５、“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｈｅｏｒｙ”，  Ｆ．Ｅ．Ｇｏｒｃｚｙｃａ，  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９８７、及び“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｒｅｍｏｖａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”，  Ｗ．Ｒ．ＤｅＶｒｉｅｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｔｅｘｔｓ  ｉｎ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇ．，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，  １９９２から編集し計算したデータ。
（２）“Ｃｅｒａｍｉｃｓ  ａｎｄ  Ｇｌａｓｓｅｓ，  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，  Ｖｏｌ．４，  ＡＳＭ  Ｉｎｔ．，  Ｔｈｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｏｃ．，  １９９１、ＡＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，“Ｔｏｏｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，  Ｅｄ．Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，  １９９８、“Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｈａｒｄ  Ｔｕｒｎｉｎｇ”，  Ｙ．Ｋ．Ｃｈｏｕ  ａｎｄ  Ｃ．Ｊ．Ｅｖａｎｓ，  ＭＥＤ−Ｖｏｌ．４，  Ｍｆｇ．Ｓｃｉ．ａｎｄ  Ｅｎｇｒ．，  ＡＳＭＥ  １９９６、及び“Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｗｅａｒ  ｏｆ  ｃｕｔｔｉｎｇ  ｉｎ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｃｏｎｅｌ  ７１０  ａｎｄ  Ｔｉ６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ”，  Ｔ．Ｋｉｔａｇａｗａ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｗｅａｒ  ２０２（１９９７），  Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，  ｐｐ．１４２−１４８から編集したデータ。
（３）“Ｔｈｅ  Ｌｅｉｄｅｎｆｒｏｓｔ  ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ”，  Ｆ．Ｌ．Ｃｕｒｚｏｎ，  Ａｍ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．，  ４６（８），  Ａｕｇ．１９７８，  ｐｐ．８２５−８２８、“Ａ  ｂｏｉｌｉｎｇ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐａｒａｄｏｘ”，  Ｇ．Ｇ．Ｌａｖａｌｌｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｍ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．，  ｖｏｌ．６０，  Ｎｏ．７，  Ｊｕｌｙ  １９９２，  ｐｐ．５９３−５９７、“Ｃｏｏｌｉｎｇ  ｂｙ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｉｎ  ｌｉｑｕｉｄ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ”，  Ｔ．Ｗ．Ｌｉｓｔｅｒｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｍ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．，  ５４（６），  Ｊｕｎｅ  １９８６，  ｐｐ．５５４−５５８、“Ａｎ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ  ｔｈｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｉｌｍ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  Ｇａｓ  Ａｔｏｍｉｚｅｄ  Ｓｐｒａｙｓ”，  Ｊ．Ｙａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．ｏｆ  Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ，  Ｆｅｂ．１９９６，  Ｖｏｌ．１１８，  ｐｐ．２５５−２５８、“Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｈｅａｔ  Ｆｌｕｘ  ｉｎ  Ｓｐｒａｙ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ”，  Ｉ．Ｍｕｄａｗａｒ  ａｎｄ  Ｋ．Ａ．Ｅｓｔｅｓ，  Ｊ．ｏｆ  Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ，  Ａｕｇ．１９９６，  ｖｏｌ．１１８，  ｐｐ．６７２−６７９、及び“Ｆｉｌｍ  Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｕｎｄｅｒ  ａｎ  Ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  Ｊｅｔ”，  Ｒ．Ｆ．Ｂａｒｒｏｎ  ａｎｄ  Ｒ．Ｓ．Ｓｔａｎｌｅｙ，  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ｖｏｌ．３９，  Ｅｄ．Ｐ．Ｋｉｔｔｅｌ，  Ｐｌｅｎｕｍ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９９４，  ｐｐ．１７６９−１７７７。
（４）“Ｃｅｒａｍｉｃｓ  ａｎｄ  Ｇｌａｓｓｅｓ，  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，Ｖｏｌ．４，  ＡＳＭ  Ｉｎｔ．，  Ｔｈｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｏｃ．，  １９９１、“ＣＲＣ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉ．＆  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，  ２nd  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，  １９９４，  Ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｊ．Ｆ．Ｓｈａｃｋｅｌｆｏｒｄ  ｅｔ  ａｌ．、“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｒｅｍｏｖａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ”，  Ｗ．Ｒ．ＤｅＶｒｉｅｓ，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｔｅｓｔｓ  ｉｎ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ  １９９２、“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ”，  Ｒ．Ｒ．Ｂｉｒｄ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  １９６０、“Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｈｅａｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，  Ｆ．Ｒ．Ｓ．Ｌｉｍａ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ｉｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ”，  ３rd  Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ｉｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  ｊｕｎｅ  １３−１８，  １９９９，  Ｐｏｒｔ  Ｌｕｄｌｏｗ，  ＷＡ，  ＵＳＡ、及びＫｅｎｎａｍｅｔａｌのウェブページ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ．ｃｏｍ／ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｇ／ｈｔｍｌ  ｓｐｅｃｉａｌｔｙ／ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ％２０  ｃｈａｒｔ．ｐｄｆから編集したデータ。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１Ａ−１Ｅ】切削又は機械加工作業において低温冷却のために用いられる種々の従来技術の装置を例示する図である。
【図２Ａ】本発明の一つの態様の模式図である。
【図２Ｂ】旋削作業で用いられる本発明の態様の模式図である。
【図２Ｃ】転削作業で用いられる本発明の態様の模式図である。
【図３Ａ】ステンレス鋼４４０Ｃの高エネルギー旋削の際の時間に対する工具コーナ温度を説明するグラフである。
【図３Ｂ】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩの高エネルギー旋削の際の工具コーナと工具後方コーナの時間に対する温度を説明するグラフである。
【図３Ｃ】ステンレス鋼４４０Ｃの高エネルギー旋削の際の低温流体パルスサイクルと工具コーナ温度との相関関係を説明するグラフである。
【図３Ｄ】カッタのＲＰＭが切削インサートに達するパルス低温流体の流量に及ぼす効果を説明するグラフである。
【図４】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの高エネルギー切削における工具寿命と温度を説明するグラフである。
【図５Ａ】３００ｆｔ／ｍｉｎの速度で高エネルギー切削作業に使用するセラミック複合工具の寿命を説明するグラフである。
【図５Ｂ】３００ｆｔ／ｍｉｎ及び４００ｆｔ／ｍｉｎの速度で高エネルギー切削作業に使用するセラミック複合工具の寿命を説明するグラフである。
【図６】特定の条件下でパルス低温流体の噴射が立方晶窒化ホウ素の寿命に及ぼす効果を説明するグラフである。
【図７】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ工作物材料について集められた切り屑の化学成分に及ぼす本発明の効果を説明するグラフである。
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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