(57)【要約】【課題】切削工具の摩耗を防止し、長寿命化が可能な切削装置を提供する。【解決手段】ワークＷを切削可能な切削工具と、ワークＷから発生する切りくず４０をアース可能なアース接点と、ワークＷを切削するチップ２６１の近傍に設けられた放電電極３０２と、アース接点と放電電極３０２との間に放電を発生させることが可能な電圧を印加可能な電源と、を備える。ワークＷの切削加工中に電圧が印加されると、切りくず４０と放電電極３０２の端部３０８との間にアーク放電４２が発生する。アーク放電４２により発生した衝撃波４２１により、切りくず４０がチップ２６１から離れる方向へと動き、切りくず４０の内壁４０１と、チップ２６１のすくい面２６３との接触面積が小さくなる。これにより、摩擦熱が減少し切削工具の温度上昇が抑制され、切削工具は摩耗しにくくなる。【選択図】図３
2019018303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク（Ｗ）を切削可能な切削工具（２６）と、
前記ワークを前記切削工具で加工することにより前記ワークから発生する切りくず（４０）が前記切削工具から離れる方向へ移動可能にする力を非接触で作用させることが可能な作用力発生部（３０、５５、６５）と、
を備える切削装置。
【請求項２】
前記作用力発生部（３０）は、
前記切削工具の近傍に設けられた第一電極（３０２）と、
前記ワークと導通可能に設けられた第二電極（３０４）と、
前記第一電極と前記切りくずとの間で、放電を発生させる電圧を印加可能な電源（３０７）と、
を有する請求項１に記載の切削装置。
【請求項３】
前記作用力発生部（５５）は、
前記切りくずを蒸発させることが可能なレーザを発振可能なレーザ発振機（５５２）と、
前記レーザ発振機から出射したレーザを誘導し前記切りくずに照射可能な光学系（５５１）と、
を有する請求項１に記載の切削装置。
【請求項４】
前記作用力発生部（６５）は、
可燃性ガスが混入した流体を供給可能な流体供給ノズル(６５１)を有する請求項１に記載の切削装置。
【請求項５】
ワーク（Ｗ）を切削可能な切削工具（２６）と、
前記ワーク及び前記切削工具を冷却可能なクーラントを供給可能なクーラントノズル（２８１）と、
前記ワーク、前記切削工具、及び、前記クーラントノズルが収容される閉塞空間（７４）を有し、前記閉塞空間で前記クーラントの圧力を５ＭＰａ以上にすることが可能なチャンバ（７２）と、
を備える切削装置。
【請求項６】
前記ワーク及び前記切削工具を冷却可能なクーラントを供給可能なクーラントノズル（２８１）と、
前記ワーク、前記切削工具、及び、前記クーラントノズルが収容される閉塞空間（７４）を有し、前記閉塞空間で前記クーラントの圧力を５ＭＰａ以上にすることが可能なチャンバ（７２）と、
を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の切削装置。
【請求項７】
ワーク（Ｗ）を切削可能な切削工具（２６）と、
前記ワーク及び前記切削工具を冷却可能であり、沸点が摂氏２５０度以上のクーラントを供給可能なクーラントノズル（２８１）と、
を備える切削装置。
【請求項８】
前記ワーク及び前記切削工具を冷却可能であり、沸点が摂氏２５０度以上のクーラントを供給可能なクーラントノズル（２８１）と、
を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具の長寿命化が可能な切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工業製品の大量生産に伴い、切削加工において大量のワークを処理することが求められている。例えば、切りくずを引っ張りながら切削加工を行う切削装置が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０８１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された切削装置では、切りくずが切削工具の先端部に形成された誘導溝に接触する。このとき、誘導溝と切りくずとの間で摩擦熱が発生していたので、切削工具の温度が上昇する。切削工具の温度が上昇すると、切削工具は摩耗しやすくなる。そのため、特許文献１に開示された切削装置では切削工具の摩耗を効果的に防止することはできなかった。
本発明の目的は、切削工具の摩耗を防止し、長寿命化が可能な切削装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一の態様の切削装置は、ワーク（Ｗ）を切削可能な切削工具（２６）と、ワークを切削工具で加工することによりワークから発生する切りくず（４０）が切削工具から離れる方向へ移動可能にする力を非接触で作用させることが可能な作用力発生部（３０、５５、６５）と、を備える。
本発明の第一の態様の切削装置によると、切りくずを切削工具から離れる方向へと移動可能にする力を非接触で作用させることが可能な作用力発生部を備える。そのため、切削工具と切りくずとの接触面積が比較的小さくなり摩擦熱の発生も少ない。さらに、切りくずと作用力発生部とが物理的に接触せず非接触であるため、切りくずの熱が作用力発生部を介して切削工具に伝わることがない。これより、切削工具の温度上昇は抑制され、切削工具が摩耗しにくくなり長寿命化する。
【０００６】
本発明の第二の態様の切削装置は、ワーク（Ｗ）を切削可能な切削工具（２６）と、ワーク及び切削工具を冷却可能なクーラントを供給可能なクーラントノズル（２８１）と、ワーク、切削工具、及び、クーラントノズルが収容される閉塞空間（７４）を有し、閉塞空間でクーラントの圧力を５ＭＰａ以上にすることが可能なチャンバ（７２）と、を備える
本発明の第二の態様の切削装置によると、クーラントの圧力５Ｍｐａ以上にし、クーラントの沸点を摂氏２６０度程度に上昇させることができる。そのため、沸点が摂氏１００度程度の水系のクーラントに比べると、摩擦熱により加熱された切削工具や切りくずに接触しても蒸発しにくくなる。したがって、切削工具の先端部にまでクーラントが到達し、効率よく切削工具を冷却できる。これより、切削工具の温度上昇は抑制され、切削工具が摩耗しにくくなり長寿命化する。
【０００７】
本発明の第三の態様の切削装置は、ワーク（Ｗ）を切削可能な切削工具（２６）と、ワーク及び切削工具を冷却可能であり、沸点が摂氏２５０度以上のクーラントを供給可能なクーラントノズル（２８１）と、を備える。
本発明の第三の態様の切削装置によると、クーラントの沸点は摂氏２５０度以上である。そのため、沸点が摂氏１００度程度の水系のクーラントに比べると、摩擦熱により加熱された切削工具や切りくずに接触しても蒸発しにくくなる。したがって、切削工具の先端部にまでクーラントが到達し、効率よく切削工具を冷却できる。これより、切削工具の温度上昇は抑制され、切削工具が摩耗しにくくなり長寿命化する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一実施形態の切削装置の模式的正面図である。
【図２】第一実施形態の切削工具の模式的正面及び平面拡大図である。
【図３】第一実施形態の切削装置でワークを切削している状態の模式的説明図である。
【図４】第二実施形態の切削装置の模式的正面図である。
【図５】第二実施形態の切削装置でワークを切削している状態の模式的説明図である。
【図６】第三実施形態の切削装置の模式的正面図である。
【図７】第三実施形態の切削装置でワークを切削している状態の模式的説明図である。
【図８】第四実施形態の切削装置の模式的正面図である。
【図９】第四実施形態の切削装置でワークを切削している状態の模式的説明図である。
【図１０】クーラントの圧力と切削工具の温度、クーラントの沸点、切削工具の摩耗幅、及び、浸入距離の特性図である。
【図１１】第五実施形態の切削装置の模式的正面図である。
【図１２】第六実施形態の切削装置の模式的正面図である。
【図１３】比較例の模式的説明図である。
【図１４】比較例の切削装置でクーラントに高圧を印加せずワークを切削している状態の模式的説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る切削装置について図面に基づいて説明する。なお、以下の複数の実施形態について同一の構成部位には同一の符号を付し説明を省略する。
（第一実施形態）
第一実施形態の切削装置について図１及び図２に基づいて説明する。切削装置１０は、基台１２、主軸台１４、主軸１６、チャック１８、送り台２０、刃物台２２、工具ホルダ２４、切削工具２６、クーラントパイプ２８、及び、「作用力発生部」としての放電部３０を備える。
切削装置１０は、タレット型の旋盤加工装置である。
基台１２は、例えばステンレス製のベッドである。
主軸台１４は、基台１２の上に固定されて設けられる。
主軸１６は、回転可能に主軸台１４に設けられる。主軸１６は、図示しないサーボモータ等により、回転する。
チャック１８は、主軸１６の一方の端部に取り付けられワークＷを固定可能である。
本実施形態において用いるワークＷは、円柱状部材である。ワークＷは、主軸１６の回転と同期して回転する。２点鎖線Ｒｗにより、ワークＷの回転方向を示す。
送り台２０は、図１の左方向及び右方向に移動可能なように基台１２の上に設けられる。送り台２０は、送りねじ２０１と螺合しており、モータ２０２が送りねじ２０１を回転させると、送り台２０は送りねじ２０１の回転方向に応じた方向に移動する。
【００１０】
刃物台２２は、手前及び奥行き方向に沿って移動可能に送り台２０に設けられている。したがって、刃物台２２は、図１の左方向及び右方向と、手前及び奥行き方向とに移動可能である。刃物台２２は、外壁に６つの面２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６を持つタレット式の刃物ホルダであり、タレット軸２５を介して回転可能である。刃物台２２の６つの面２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６のそれぞれに後述する工具ホルダ２４を設けることが可能であるが、本実施形態においては、面２２１にのみ工具ホルダ２４が設けられている。
工具ホルダ２４は、一方の端が刃物台２２の外壁の面２２１に固定される。
【００１１】
切削工具２６について、図２（ａ）に正面拡大図を、図２（ｂ）に平面拡大図を示す。
切削工具２６は、工具ホルダ２４の他方の端に固定される。切削工具２６は、いわゆるスローアウェイ方式のバイトであり、刃先であるチップ２６１、及び、ボデー２６２を有する。
チップ２６１は、略くさび状であり、図示しないねじ等によりワークＷに対してチップ２６１が接触可能なようにボデー２６２の一端部に固定される。チップ２６１は、ボデー２６２と接触する面の反対の面であるすくい面２６３を有する。チップ２６１は、端部にワークＷを加工する刃である第一切れ刃２６４を有する。本実施形態では、ワークＷは第一切れ刃２６４により加工される。チップ２６１は例えばステンレスに窒化物、酸化物、炭化物、またはこれらの混合物などがコーティングされている。そのため、チップ２６１の表面は絶縁性である。本実施形態のチップ２６１には、一般的に市場で流通している市販品が用いられる。
第一切れ刃２６４が摩耗したときは、チップ２６１はボデー２６２から外される。その後、新たなチップ２６１を取り付ける。
ボデー２６２の他方の端部は、工具ホルダ２４に固定される。ボデー２６２の材質は例えばステンレスである。
【００１２】
クーラントパイプ２８の一方の端部は、図示しないクーラントタンクに接続する。他方の端部は、クーラントが供給されるクーラント供給ノズル２８１を有する。クーラントパイプ２８は、クーラント供給ノズル２８１がワークＷの近傍に位置するように設けられる。クーラント供給ノズル２８１から供給されるクーラントは、切削加工中の切削工具２６及びワークＷを冷却する。本実施形態においてクーラントは、沸点は摂氏１００度程度の水系クーラントである。以下、温度について単位の記載がないときは、すべて摂氏であらわすものとする。
【００１３】
点線で囲む放電部３０は、絶縁体３０１、「第一電極」としての放電電極３０２、アース電線３０３、「第二電極」としてのアース接点３０４、電圧印加線３０５、電圧接点３０６、及び、電源３０７を有する。
絶縁体３０１は、例えば樹脂やガラス製の薄板であり、チップ２６１及びボデー２６２の近傍に設けられる。
放電電極３０２は、ボデー２６２と導通しないように、絶縁体３０１の上に設けられる。放電電極３０２は、チップ２６１の第一切れ刃２６４の近傍にある。
アース電線３０３は、一方の端部が、例えば主軸台１４とアース接点３０４を介して接続し、他方の端部が、後述する電源３０７のアース端子と接続する。これにより、主軸台１４に固定されたワークＷをアースすることが可能である。
電圧印加線３０５は、一方の端部が、放電電極３０２と電圧接点３０６を介して接続し、他方の端部が、電源３０７の電圧端子と接続する。
電源３０７は、アース端子と電圧端子との間に高電圧を発生することが可能である。本実施形態では、電源３０７は、例えばアーク放電を発生可能な電圧を印加可能な高電圧電源である。
【００１４】
本実施形態の切削装置１０を使用してワークＷを加工する方法について説明する。
チャック１８に固定されたワークＷは、主軸１６を介して、図示しないモータにより高速回転する。回転しているワークＷに刃物台２２により固定された切削工具２６のチップ２６１が接触し、ワークＷの旋盤加工を行う。ワークＷとチップ２６１とはクーラントにより冷却される。電源３０７をオンにし、ワークＷと放電電極３０２との間に高電圧を印加する。
【００１５】
本実施形態の切削装置１０を使用してワークＷを切削加工している状態について図３に基づいて説明する。図３は、ワークＷの回転軸に対して垂直な面で切断した断面拡大図である。
チップ２６１の第一切れ刃２６４がワークＷを切削し、切りくず４０が排出されている。ワークＷはアースされているので、切りくず４０もアースされている。切りくず４０のチップ２６１側を切りくず内壁４０１とし、その反対側を切りくず外壁４０２とする。切り込み角度θ１は、ワークＷ表面の点線で示す延長線４１１と、第一切れ刃２６４とワークＷとの接触点２６５と切りくず外壁４０２がワークＷから剥がれる点４１２とを結ぶ点線４１３と、とのなす角度とする。
アースされている切りくず内壁４０１と電圧が印加されている放電電極３０２の端部３０８との間で点線にて示すアーク放電４２が発生する。放電により発生した点線で示す衝撃波４２１は、切りくず内壁４０１に対して、チップ２６１から離れる方向の力を加える。
切りくずの内壁４０１側の排出速度Ｖ１を二点鎖線の矢印で表し、切りくずの外壁４０２側の排出速度Ｖ２を二点鎖線の矢印で表す。切りくず内壁４０１と、すくい面２６３とは接触面積が小さく摩擦力が小さいため、Ｖ１はＶ２よりも非常に大きくなる。そのため、排出される切りくず４０は、チップ２６１から離れる方向へとカールする。
【００１６】
次に、放電部３０を有さない以外は切削装置１０と同一の装置にてワークＷを切削加工している状態を図１３に基づいて説明する。
切り込み角度をθ２、切りくず内壁４０１側の排出速度Ｖ３を二点鎖線の矢印で表す。このとき、放電部３０を有さないので切りくず４０をチップ２６１から引き剥がす方向の力がない。そのため、すくい面２６３と切りくず内壁４０１との接触面積が大きい。また、θ１＞θ２の関係にある。
放電部３０を有さない切削装置で切削を行っているときは、以下のような問題点がある。
【００１７】
すくい面２６３と切りくず内壁４０１との接触面が大きいので摩擦力が大きくなる。そのため、発生する摩擦熱が大きくなる上、切削抵抗も大きい。また、切りくず４０の熱がすくい面２６３を介してチップ２６１に伝わりやすい。さらに、すくい面２６３と切りくず内壁４０１との間の隙間が狭いのでクーラントが入り込みにくい。また、摩擦力が大きいため切りくず内壁４０１側の排出速度Ｖ３は切りくず外壁４０２側の排出速度Ｖ２よりもやや大きい程度である。そのため、切りくず４０は、チップ２６１から離れる方向に動きにくく、チップ２６１に絡んでしまい、切りくず４０の処理が困難になる。
【００１８】
一方、本実施形態の切削装置１０を使用してワークＷの切削加工を行うと以下のような効果が得られる。
（ａ）切りくず４０は、すくい面２６３から離れる方向の力が加えられる。切りくず内壁４０１とすくい面２６３との接触面積が比較的小さくなるため、切りくず内壁４０１とすくい面２６３との間の摩擦力が小さくなり発生する摩擦熱も少なくなる。さらに、接触面積が小さいため切りくず４０の熱がチップ２６１に伝わりにくくなる。摩擦力が小さいため、切削抵抗が小さくなる。これにより、チップ２６１の温度上昇は抑制され、かつ、切削抵抗も小さいのでチップ２６１が摩耗しにくくなる。
（ｂ）切りくず内壁４０１とすくい面２６３との間の隙間が大きくなるので、クーラントがその隙間に入り込みやすく、クーラントによる冷却効果が大きい。チップ２６１の温度上昇は抑制され、チップ２６１が摩耗しにくくなる。
（ｃ）切りくず４０と放電電極３０２とが非接触であるため、切りくず４０の熱が放電電極３０２を介してチップ２６１に伝わることがない。そのためチップ２６１に伝わる熱をより小さくできる。チップ２６１の温度上昇は抑制され、チップ２６１が摩耗しにくくなる。
（ｄ）切りくず内壁４０１側の排出速度Ｖ１の大きさが、切りくず外壁４０２側の排出速度よりも非常に大きく、切りくず４０はチップ２６１から離れる方向にカールする。そのため、切りくず４０がチップ２６１に絡みつきにくくなるので、切りくず４０を処理しやすくなる。
（ｅ）特許文献１に記載の発明では、バイトに用いられるチップに切りくずを誘導するための誘導溝が形成されている。このような品は一般的に市場には流通せず、特注しなければならない。一方、本実施形態において、チップ２６１は一般的な市場流通品を用いることができる。
【００１９】
（第二実施形態）
第二実施形態に係る切削装置５０について図４に基づいて説明する。
切削装置５０は、第一実施形態における放電部３０に変えて、「作用力発生部」としてのレーザ照射部５５を備える。
レーザ照射部５５は、「光学系」としての光ファイバ５５１、及び、レーザ発振機５５２を有する。
光ファイバ５５１は、一方の端部５５３がチップ２６１の近傍に固定され、他方の端部がレーザ発振機５５２と接続する。光ファイバ５５１は、レーザ発振機５５２から発生したレーザを導いて、端部５５３から照射可能である。
レーザ発振機５５２は、レーザを発生することが可能であり、本実施形態では例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマ光のパルスレーザである。
【００２０】
本実施形態の切削装置５０を使用してワークＷを加工する方法について説明する。
チャック１８に固定されたワークＷは、主軸１６を介して、図示しないモータにより高速回転する。回転しているワークＷに刃物台２２により固定された切削工具２６が接触し、ワークＷの旋盤加工を行う。ワークＷとチップ２６１とはクーラントにより冷却される。レーザ発振機５５２は、レーザを発生する。発生したレーザは、光ファイバ５５１を介してワークＷに照射される。
【００２１】
本実施形態の切削装置５０を使用してワークＷを切削加工している状態について図５に基づいて説明する。図５の断面の切断方向は図３と同一である。
点線で示すレーザ５５４が切りくず内壁４０１に照射される。短パルスレーザのため、切りくず内壁４０１のレーザ５５４が照射された部分は瞬間的に温度が上昇し蒸発する。蒸発力の反作用は、切りくず内壁４０１に対して、チップ２６１から離れる方向の力を加える。
【００２２】
本実施形態の切削装置５０を使用してワークＷの切削加工を行うと第一実施形態と同様の効果が得られる。
【００２３】
（第三実施形態）
第三実施形態に係る切削装置６０について図６に基づいて説明する。
切削装置６０は、「作用力発生部」としての水素混入流体供給部６５を備える。
点線で示す水素混入流体供給部６５は、流体供給ノズル６５１、配管６５２、流体タンク６５３、としての水素タンク６５４を有する。本実施形態において、例えば流体としてクーラントを使用している。
流体供給ノズル６５１は、チップ２６１の近傍に設けられる。
配管６５２は、流体タンク６５３と水素タンク６５４とに接続し、流体と「可燃性ガス」としての水素とを配管内部で混合することが可能である。水素が混合した流体は、配管６５２の出口部である流体供給ノズル６５１から供給される。
【００２４】
本実施形態の切削装置６０を使用してワークＷを加工する方法について説明する。
チャック１８に固定されたワークＷは、主軸１６を介して、図示しないモータにより高速回転する。回転しているワークＷに刃物台２２により固定された切削工具２６が接触し、ワークＷの旋盤加工を行う。加工開始後、水素が混入された流体が、流体供給ノズル６５１から供給される。
【００２５】
本実施形態の切削装置６０を使用してワークＷを切削加工している状態について図７に基づいて説明する。断面の切断方向は図３と同一である。
流体が切りくず４０とチップ２６１との間に供給される。流体に混入した水素６５５を二点鎖線で示す。大気中に含まれる酸素６５６を二点鎖線で示す。切りくず４０とチップ２６１との間にある水素６５５と酸素６５６とが、爆発６５７する。爆発６５７を二点鎖線で示す。爆発６５７を発生させるのは、切りくず４０とチップ２６１との摩擦発熱や加工火花などである。爆発６５７の衝撃波は、切りくず内壁４０１に対して、チップ２６１から離れる方向の力を加える。
【００２６】
本実施形態の切削装置６０を使用してワークＷの切削加工を行うと第一、第二実施形態と同様の効果が得られる。
【００２７】
（第四実施形態）
第四実施形態に係る切削装置７０について図８に基づいて説明する。
切削装置７０は、チャンバ７２を備える。
チャンバ７２は、基台１２に設けられ、閉塞空間７４を内部に有する。
閉塞空間７４は、外部空間と気密になるように遮断されており、その内部でクーラントの圧力を高圧にすることが可能である。閉塞空間７４の内部に第一実施形態に係る切削装置１０から放電部３０を除いた装置が収容されている。
【００２８】
本実施形態の切削装置７０を使用してワークＷを加工する方法について説明する。
チャック１８に固定されたワークＷは、主軸１６を介して、図示しないモータにより高速回転する。回転しているワークＷに刃物台２２により固定された切削工具２６が接触し、ワークＷの旋盤加工を行う。ワークＷとチップ２６１とはクーラントにより冷却される。閉塞空間７４は気密であるため、閉塞空間７４の中に溜まったクーラントの圧力は徐々に高まる。本実施形態では、クーラントの圧力は例えば５ＭＰａである。
【００２９】
本実施形態の切削装置７０を使用してワークＷを切削加工している状態について図９に基づいて説明する。図９の断面の切断方向は図３と同一である。クーラント７５の圧力が５ＭＰａと高いため、沸点が２６０度程度に上昇している。以下、圧力の高いクーラントを高圧クーラント７５とする。
第一切れ刃２６４がワークＷを切削している近傍まで高圧クーラント７５が浸入している。ワークＷとチップ２６１との間で高圧クーラント７５がない空間をＳ１、チップ２６１と、切りくず４０との間で高圧クーラント７５がない空間をＳ２とする。空間Ｓ１及び空間Ｓ２は、高圧クーラント７５が沸騰した蒸気で満たされている。第一切れ刃２６４の先端部から高圧クーラント７５が第一切れ刃２６４と接触しているところまでの距離を、浸入距離Ｌ１とする。本実施形態においてＬ１は、およそ１．０ｍｍである。
【００３０】
本実施形態の切削装置７０を使用してワークＷの切削加工を行うと以下の効果が得られる。
まず、図１４に基づいてクーラントを高圧にしない場合について説明する。
常圧クーラント７６（沸点１００度程度）は第一切れ刃２６４がワークＷを切削している近傍までは到達していない。ワークＷとチップ２６１との間で常圧クーラント７６がない空間をＳ３、チップ２６１と、切りくず４０との間で常圧クーラント７６がない空間をＳ４とする。空間Ｓ３及び空間Ｓ４は、常圧クーラント７６が沸騰した蒸気で満たされている。空間Ｓ３は空間Ｓ１よりも大きく、空間Ｓ４は空間Ｓ２よりも大きいので、クーラントによる冷却効果は常圧クーラント７６を使用する方が、高圧クーラント７５を使用した場合に比べて劣る。第一切れ刃２６４の先端部から常圧クーラント７６が第一切れ刃２６４と接触しているところまでの距離を、浸入距離Ｌ２とする。Ｌ２はおよそ３．７ｍｍである。
ワークＷをチップ２６１で切削するときは、摩擦力などによりワークＷもチップ２６１も高温になる。このとき、第一切れ刃２６４の先端部の温度は５００度近くになることもある。そのため、常圧クーラント７６は、沸点が低くすぐに沸騰して蒸発してしまい、５００度程度の温度を有する第一切れ刃２６４の先端部まで到達しない。第一切れ刃２６４は冷却されず温度が高いままなので、摩耗が激しい。
【００３１】
（ｆ）一方、加圧された高圧クーラント７５は、沸点が２６０度と高いため、常圧クーラント７６よりも第一切れ刃２６４の先端部近傍まで浸入可能である。チップ２６１は冷却され温度が下がるため、摩耗しにくくなる。また、浸入したクーラントにより摩擦抵抗も低下するため、チップ２６１は摩耗しにくくなる。
【００３２】
図１０にクーラントの圧力を変化させたときの、第一切れ刃２６４の先端部の温度と、クーラントの沸点温度と、第一切れ刃２６４の摩耗幅と、浸入距離との関係を示す。クーラントの圧力と第一切れ刃２６４の先端部の温度との関係を実線１０１で表す。クーラントの圧力とクーラントの沸点温度との関係を実線１０２で表す。クーラントの圧力と第一切れ刃摩耗幅との関係を実線１０３で表す。クーラントの圧力と浸入距離との関係を実線１０４で表す。
第一切れ刃２６４の先端部の温度は、高速度サーモグラフィーカメラにて、切削加工中の温度を実測した。第一切れ刃２６４の摩耗幅は、一定数のワークを処理した後、顕微鏡で第一切れ刃２６４がどの程度摩耗したかを実測した。クーラントの浸入距離は、高速度カメラにて実測した。クーラント沸点温度とクーラント圧力との関係は、下記のアントワンの式から圧力値を元に計算により求めた。
【００３３】
【数１】
2019018303.tif 000003
ここで、クーラントは水系であるので、代入する定数Ａ、Ｂ、Ｃは全て水の場合によるものとした。
Ｐ：蒸気圧（クーラント圧力）ｍｍＨｇ、  Ｔ：クーラント沸点温度
Ａ：８．０７５４、  Ｂ：１７３０．６３、  Ｃ：２３３．４３
【００３４】
これより、下記の式にてクーラントの圧力（ｍｍＨｇ）と、クーラント沸点温度Ｔとの関係が求められる。ただし、図に表す際、クーラントの圧力はｍｍＨｇからＭＰａに変換されている。
【数２】
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【００３５】
大気圧に近い０．１ＭＰａのとき、水系クーラントの沸点はほぼ１００度である。このとき、第一切れ刃先端部の温度は５００度を超えている。そのため、第一切れ刃２６４の摩耗幅も１００μｍを超える。このときのクーラント浸入距離は、３．５ｍｍ程度である。
クーラントが５ＭＰａ（おおよそ５０気圧）に加圧されたとき、水系クーラントの沸点は２５０から２６０度程度である。このとき、沸点上昇により、図１０に示したように冷却効果が高まり、第一切れ刃２６４の先端部の温度は４２０度程度になる。これにより、第一切れ刃２６４の摩耗幅は２０μｍ程度に減少する。クーラント浸入距離は、１．０ｍｍ程度にまで減少している。
クーラントが１０ＭＰａまで加圧された場合、クーラントの沸点は３００度程度にまで上昇し、第一切れ刃２６４の摩耗幅はさらに減少し、１０μｍ程度になる。
以上、沸点が１００度のクーラントを使用したとき、摩耗幅は１００μｍ以上である。しかし、圧力上昇により、クーラントの沸点を２５０から２６０度程度にすると、摩耗幅を２０μｍ程度にすることができる。さらに圧力を上昇させてクーラントの沸点を３００度程度にすると、摩耗幅を１０μｍ程度にすることができる。
【００３６】
（第五実施形態）
第五実施形態に係る切削装置８０について図１１に基づいて説明する。
切削装置８０は第一実施形態に係る切削装置１０から、放電部３０を除いた装置である。
切削装置８０においては、沸点の高いクーラントが使用される。例えば、本実施形態では、沸点が２５０から３００度の高沸点のフッ素系クーラントを使用する。他にも、油系の高沸点クーラントを使用してもよい。
【００３７】
本実施形態の切削装置８０は、沸点の高いクーラントを使用するため、第四実施形態と同様にクーラントは第一切れ刃２６４の先端部近くまで浸入可能である。従って、第四実施形態と同様にチップ２６１の冷却効率を上昇させる効果が得られるうえ、以下の効果も得られる。
（ｇ）第四実施形態においては、加圧により沸点の低い水系クーラントを加圧し、沸点を上昇させた。本実施形態では、沸点が高いクーラントを使用しており、加圧するためのチャンバ７２等を必要としないため、部品費を削減できる。
【００３８】
（第六実施形態）
第六実施形態に係る切削装置９０について図１２に基づいて説明する。
切削装置９０は、閉塞空間７４の内部に第一実施形態に係る切削装置１０が収容されている。このとき、閉塞空間７４の内部には放電部３０のうち、電源３０７は収容されず、チャンバ７２の外部にある。本実施形態において、クーラントは沸点１００度程度の水系のクーラントである。
【００３９】
本実施形態の切削装置９０を使用してワークＷを加工する方法について説明する。
チャック１８に固定されたワークＷは、主軸１６を介して、図示しないモータにより高速回転する。回転しているワークＷに刃物台２２により固定された切削工具２６が接触し、ワークＷの旋盤加工を行う。ワークＷとチップ２６１とはクーラントにより冷却される。電源３０７をオンにし、ワークＷと放電電極３０２との間に高電圧を印加する。放電により発生した力により、切りくずはチップ２６１から離れる方向に移動する。
閉塞空間７４は気密であるため、閉塞空間７４の中に溜まったクーラントの圧力は徐々に高まる。本実施形態では、クーラントの圧力は例えば５ＭＰａである。このとき、第四実施形態と同様に、クーラントの沸点は２５０から２６０度程度になる。
【００４０】
本実施形態の切削装置９０を使用してワークＷの切削加工を行うと、第一実施形態、及び、第四実施形態の効果を同時に得ることができる。
【００４１】
（他の実施形態）
（ａ）第一実施形態では、ワークＷがアースされ、切削工具２６側に放電電極３０２が設けられた。これに代えてワークＷに放電電極を設け、切削工具２６側がアースされてもよい。この場合も、第一実施形態と同様の効果が得られる。
また、放電電極３０２の上にさらに絶縁体を設けてもよい。この場合、クーラントに対して放電電極３０２が接触する面積が小さくなるため、クーラントを介して電流が逃げることがなくなり、より低い電圧で放電させることができる。
【００４２】
（ｂ）第二実施形態では、レーザにＫｒＦパルスエキシマレーザを用いた。これに代えて、ＡｒＦや、ＸｅＣｌパルスエキシマレーザを用いても良い。また、短パルスＹＡＧレーザを用いてもよい。他、様々なレーザを用いても、第二実施形態と同様の効果が得られる。また、光ファイバを用いず、「光学系」としてのレンズ、ミラー等によりレーザを切りくずに照射してもよい。この場合も第二実施形態と同様の効果が得られる。
【００４３】
（ｃ）第三実施形態では、水素ガスが混合した「流体」としてクーラントを用いた。水素ガスに代えて、「可燃性ガス」としてのメタンやプロパンなど、酸素と混合して着火した際に爆発性を有する気体であれば、様々な気体を用いることができる。この場合も、第三実施形態と同様の効果が得られる。
他、「流体」として、不活性ガスなどを使用することも可能である。流体として不活性ガスを使用するときは、切削工具２６及びワークＷを冷却可能なクーラントを供給するクーラント供給ノズル２８１を別に備えてもよい。
【００４４】
（ｄ）第六実施形態において、チャンバ７２の中に第一実施形態の切削装置１０が収容された。これに代えて、チャンバ７２の中に第二実施形態の切削装置５０が収容されてもよい。このとき、レーザ発振機５５２はチャンバ７２の外側にある。
また、チャンバ７２の中に第三実施形態の切削装置６０が収容されてもよい。このとき、流体タンク６５３及び水素タンク６５４はチャンバ７２の外側にある。
このようにしても、第六実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
（ｅ）第一から第三実施形態において、第五実施形態のように２５０度以上の沸点を有する油系クーラントを用いてもよい。このとき切削装置１０、５０、６０は、それぞれ図１、図４、図６に示したものと同一である。
第一実施形態の切削装置１０に沸点が２５０から３００度のクーラントを使用すると、第一実施形態の効果、及び、第五実施形態の効果を同時に得られる。
第二実施形態の切削装置５０に沸点が２５０から３００度のクーラントを使用すると、第二実施形態の効果、及び、第五実施形態の効果を同時に得られる。
第三実施形態の切削装置６０に沸点が２５０から３００度のクーラントを使用すると、第三実施形態の効果、及び、第五実施形態の効果を同時に得られる。
【００４６】
（ｆ）第五実施形態において、沸点が２５０から３００度のクーラントを使用した。これに代えてもっと沸点が高いクーラントを使用しても良い。この場合、よりクーラントが刃先の近くまで浸入しやすくなり、チップの冷却効果が上がり、チップの摩耗幅を小さくすることができる。
（ｇ）第六実施形態において、高沸点のクーラントを使用してもよい。この場合、圧力上昇によりさらに沸点が高くなるため、水系クーラントを使用したときよりもさらにチップ２６１の冷却効果が向上する。
（ｈ）上記実施形態で用いる切削工具は、スローアウェイバイトに限らず、他の形式の差し込みバイトや、全体が同一の材質である完成バイトでもよい。
（ｉ）上記実施形態で用いるワークＷは円柱状部材であったが、円筒状部材、四角柱部材、あるいは不定形部材など様々な形状のワークに対して、本発明に係る切削装置は適用可能である。
（ｊ）上記実施形態の切削装置に代えて、研削装置、ボール盤など金属の加工屑が発生する様々な加工装置に対して、本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０、５０、６０、７０、８０、９０  切削装置
２６  切削工具、  ２６１  チップ、  ２６２  ボデー
２８  クーラントパイプ、  ２８１  クーラント供給ノズル
３０  放電部（作用力発生部）、  ３０２  放電電極（第一電極）
３０４  アース接点（第二電極）、  ３０７  電源
４０  切りくず、  ４０１  切りくず内壁、  ４０２  切りくず外壁
５５  レーザ照射部（作用力発生部）、  ５５１  光ファイバ（光学系）
５５２  レーザ発振機
６５  水素混入流体供給部（作用力発生部）、  ６５１  流体供給ノズル
７２  チャンバ、  ７４  閉塞空間
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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