(57)【要約】      （修正有）【課題】ワークおよび切削刃を効率良く冷却および潤滑でき、切削時に火花が発生せず、しかも加工面性状の良好な切削加工方法、並びにそのための装置を提供する。【解決手段】ワークＡをチャンバ１内に設置すると共に、前記チャンバ１内を脱気して真空もしくは減圧雰囲気下で前記ワークＡを切削する切削加工方法において、前記チャンバ１内へ水ミストを導入し、かつ前記チャンバ１内の前記ワークＡの加工点近傍に油ミストを導入し、そして切削により生じた切削屑は前記チャンバ外へと吸引除去することを特徴とする切削加工方法、並びにそのための装置。【選択図】  図１
2004306222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉じられたチャンバ内でワークを切削加工する方法であって、前記チャンバ内を脱気して真空もしくは減圧雰囲気を形成し、次いで該雰囲気下で前記ワークの切削加工を為し、その際、前記チャンバ内を水ミストで満たすと共に油ミストを前記ワークの加工点近傍に供給し、同時に切削により生じた切削屑を吸引して前記チャンバ外に除去することを特徴とする切削加工方法。
【請求項２】
前記ワークの切削加工の際、さらに不活性ガスを前記加工点に向けて吹き付けることを特徴とする、請求項１記載の切削加工方法。
【請求項３】
ワークを収容し得る開閉可能なチャンバと、
前記チャンバ内を脱気して真空もしくは減圧雰囲気を形成し得る脱気手段と、
前記ワークを切削加工し得る切削刃およびその他の切削加工機と、
前記チャンバ内を水ミストで満たす水噴霧手段と、
前記ワークの加工点近傍に油ミストを供給する油噴霧手段と、
切削屑を吸引し前記チャンバ外に除去する吸引手段
とを備えてなることを特徴とする切削加工装置。
【請求項４】
さらに、前記加工点近傍に不活性ガスを吹き付け得るガス吹出し手段を備えてなることを特徴とする、請求項３記載の切削加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、切削液を用いずにワークを切削する技術であって、ワークおよび切削刃を効率良く冷却および潤滑でき、切削時に火花が発生せず、しかも加工面性状の良好な切削技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばエンドミルのような切削刃を用いてワークを切削する加工は古くから行われている。この切削加工時には、ワークと切削刃との摩擦により熱が生じるために冷却する必要があり、多量の切削液を用いて冷却を行う湿式切削加工が知られていた。現在では、切削液に様々な添加剤、界面活性剤、油性剤等を添加することにより、高品質、高効率かつ低コストでの湿式切削加工が達成されている。このような湿式切削加工は例えば、毎分１００〜２００Ｌ程度の切削液を最高７５気圧程度の高圧供給装置を用いてワークの加工点に掛けて行われる。切削液の使用は、ワークおよび切削刃の冷却だけでなく、切削により生じる切削屑を切削液と共に容易に除去することを可能にする。
【０００３】
ところで、従来の切削液には塩素やリンを含有するものがあり、また場合によってはダイオキシン等の有害な物質を含有することもあった。このような切削液の使用は工場労働者の作業環境を悪化させ、また廃棄の際に環境へ深刻な影響を及ぼす。従って現在では、塩素、リン等を含む切削液の製造および販売は日本国において法律により規制されている。さらに、湿式切削加工において切削屑は切削液と混合した状態で回収されるので、切削屑をリサイクルする場合には切削屑と切削液とを分離する必要があり、リサイクル費用を高騰させる一因となっていた。
【０００４】
環境に対する上記の問題を解決した切削加工技術として、切削液を用いずにワークおよび切削刃の冷却を行う乾式切削加工があり、例えば、空気冷却装置を用いて得られる−３５℃以下程度の冷風を加工点に吹き付けて行う冷風加工が知られている。この加工方法は、切削刃磨耗の低減および加工面性状の改良に効果が有るが、大型の空気冷却装置を要し、ランニングコストおよびメンテナンスコストを含めた加工コストが高く、さらには結露および騒音の問題もある。
【０００５】
また、必要最小限の量の極性潤滑油を使用することにより、大量の切削液を用いる湿式切削加工と同じ潤滑効果を達成するＭＱＬ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｑｕａｎｔｉｔｙ  Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）加工も知られている（例えば、非特許文献１参照。）。この加工技術における潤滑作用は、湿式切削加工と異なり、極性を有する潤滑油がワークや切削刃、また加工されたばかりのワーク処女面に物理的に吸着して境界潤滑作用を奏することにより奏される。ＭＱＬ加工においては、主として植物油が使用されている。そしてＭＱＬ加工において用いられる潤滑油の量は例えば１時間当り数十ｍＬ程度であって、湿式切削加工と比較して遥かに少ない。
【０００６】
直径１００〜２００μｍの水ミストの表面に油膜を形成してなる油膜付き水ミストを用いて、ワークおよび切削刃を潤滑しつつ冷却する加工技術も知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。このような油膜付き水ミストが加工点に吹き付けられると、油がワークおよび切削刃に付着して境界潤滑作用を奏し、一方、水が切削時の摩擦熱により蒸発してその気化潜熱によりワークおよび切削刃を冷却する。しかしながら、油膜付き水ミストを効率良く多量に生成させるためには、特殊な構造の噴霧器（例えば、特許文献３参照。）を採用する必要があり、油膜付き水ミストとならなかった水および油の処理等についても問題がある。
【０００７】
さらには、不活性ガス雰囲気下で切削を行う技術も知られている。例えばマグネシウムのように燃焼性の高い金属からなるワークを切削加工する場合、窒素雰囲気のような不活性ガス雰囲気下で切削を行うことにより、切削の際に火花が発生することを抑制し、火災の危険を防止することができる。また不活性ガス雰囲気下であるので切削刃が酸化することはなく、切削刃の寿命を延長することもできる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−８６３５９公報
【特許文献２】
特開２００１−１５０２９４公報
【特許文献３】
特開２００１−２３９４３７公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、乾式切削加工は、高速切削加工時、穴加工時、研削加工時および難削材加工時における切削刃の磨耗、温度上昇、加工面性状、加工効率等について、湿式切削加工と比較したとき、依然として改良すべき点を有するものであった。特に、乾式切削加工においては、切削により生じる摩擦熱の冷却が十分でなく、切削刃の寿命が短かった。また、切削屑が除去されずに加工点近傍に残留し、該切削屑によるワーク処女面のスクラッチが起こって加工面性状が悪化するという問題もあった。従って、上記の課題を解決し、簡単な構成でかつ加工費用も低い新規な切削技術の開発が望まれていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本願発明者等は鋭意研究を行った結果、真空もしくは減圧雰囲気下で切削加工を行う際、雰囲気中に水ミストを噴霧することにより水の気化潜熱を利用して加工雰囲気全体を冷却できること、加工点に油ミストを供給することにより境界潤滑作用を奏し得ること、切削屑の除去を吸引により容易に行い得ること、および切削時の雰囲気を真空もしくは減圧下とし、あるいは不活性ガスの供給により、切削の際の火花の発生を抑制し得ることを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
従って、本発明は、閉じられたチャンバ内でワークを切削加工する方法であって、前記チャンバ内を脱気して真空もしくは減圧雰囲気を形成し、次いで該雰囲気下で前記ワークの切削加工を為し、その際、前記チャンバ内を水ミストで満たすと共に油ミストを前記ワークの加工点近傍に供給し、同時に切削により生じた切削屑を吸引して前記チャンバ外に除去することを特徴とする切削加工方法に関する。
また本発明は、ワークを収容し得る開閉可能なチャンバと、
前記チャンバ内を脱気して真空もしくは減圧雰囲気を形成し得る脱気手段と、
前記ワークを切削加工し得る切削刃およびその他の切削加工機と、
前記チャンバ内を水ミストで満たす水噴霧手段と、
前記ワークの加工点近傍に油ミストを供給する油噴霧手段と、
切削屑を吸引し前記チャンバ外に除去する吸引手段
とを備えてなることを特徴とする切削加工装置にも関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の切削加工方法の概要を図示する流れ図である。
本発明の方法では、先ず、切削すべきワークをチャンバ中に収容し、切削によりワークが移動しないよう十分に固定した後、チャンバ内を脱気して真空もしくは減圧雰囲気を形成する。該雰囲気の蒸気圧は、雰囲気中に水ミストが導入されたとき気化し得る程度とする。このような真空もしくは減圧雰囲気は通常用いられている真空ポンプにより形成することができるが、後述するように、本発明ではチャンバ内に水ミストおよび油ミストが導入され、また不活性ガスが導入される場合があるので、チャンバ内は切削の間、常に真空もしくは減圧雰囲気に維持するには、真空ポンプを連続運転して脱気するか、または運転を一時中断する場合であっても、雰囲気の真空度が低下したとき直ちに脱気を行うことができるよう、真空ポンプを待機させておく必要がある。
【００１４】
次いで、チャンバ内に水ミストおよび油ミストを噴霧する。ここで水ミストは、チャンバ内の雰囲気並びにワークおよび切削刃を冷却するためにチャンバ中に導入される。つまり、チャンバ内が真空もしくは減圧雰囲気に保たれているために噴霧された水ミストは気化し、その気化潜熱によりワークを含むチャンバ内全体が冷却される。またワークの加工点およびワークおよび切削刃に付着した水ミストは、切削時の摩擦による熱で蒸発し、この際の気化潜熱による加工点の局所的な冷却も同時に達成される。他方、チャンバ内の加工点近傍に導入された油ミストはワークと切削刃との間で境界潤滑作用を奏して摩擦を低減する。よって油ミストは、ワークの加工点近傍に噴霧するのが好ましく、界面潤滑作用を達成する観点から、植物油、合成エステル等の極性を有する油を用いることが望ましい。なお、水ミストおよび油ミストのチャンバ内への供給は、チャンバ内が真空もしくは減圧雰囲気に保たれているため、送気ポンプ等の能動手段を用いずとも行うことができる。
【００１５】
チャンバ内に水ミストおよび油ミストを供給することにより、水ミストの表面に油ミストが付着してなる油膜付き水ミストが生成した場合、この油膜付き水ミストが加工点に付着して、上記した加工点の局所的冷却およびワークと切削刃との界面潤滑作用の効果はより高いものとなる。しかしながら、本発明では、特別な手段を用いて油膜付き水ミストを生成する必要はない。そのような特別な手段無しでも、チャンバ内全体の冷却と加工点の局地的な冷却により、ワークおよび切削刃は十分に冷却され、また界面潤滑作用により潤滑も問題なく行うことができる。
【００１６】
その後、真空もしくは減圧雰囲気下でワークを切削する。水ミストの噴霧によりチャンバ内全体が冷却され、かつ加工点については局所的にも冷却されるので、切削時の発熱は殆ど抑制される。また、油ミストも供給されているので、ワークと切削刃との間はたとえ供給される油ミストが少量であっても境界潤滑作用により十分に潤滑される。
【００１７】
切削により生じた切削屑は、吸引することによりチャンバ外へと除去される。こうして除去された切削屑には、切削液を用いる湿式切削加工と異なり、少量の水分および油分しか付着していないので、切削屑の回収およびリサイクルは容易である。
【００１８】
チャンバ内が真空もしくは減圧雰囲気に保たれているため、チャンバ内から切削屑を除去するに十分な量のガスを吸引できないときには、切削屑の吸引が進行しない惧れがある。しかしながら、そのような場合であっても、適当量の不活性ガスをワークの加工点近傍に吹き付けることで、切削屑の吸引を促進することができる。チャンバ中に供給する不活性ガスの量は、真空もしくは減圧雰囲気を維持する観点から、最小限にすべきである。
【００１９】
本発明の方法では、チャンバ内が真空に保たれているため、切削時に火花が発生して火災が発生することはない。しかしながら、水ミストおよび油ミストの供給に用いるキャリアガス並びに切削屑の吸引除去を促進するために吹き入れるガスとして酸素を含むガスを用いると、火花の発生が予期される。このような火花の発生は、チャンバ内に供給するガスを、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスとすることにより防止することができる。
【００２０】
図２は、本発明の切削加工装置の一態様を図示する模式断面図である。
チャンバ１は、周囲の雰囲気から独立した気密状態でワークＡを収容するチャンバである。チャンバ１は、ワークＡを出し入れするために、扉を設ける等して開閉可能とする必要がある。また、本発明の装置ではチャンバ１内には幾つかの導管および吸気管が挿入されるが、チャンバ１内に真空もしくは減圧雰囲気を形成できるよう、導管および吸気管がチャンバ１を貫通する部位は密封されている。また図２に図示する態様では、ワークＡを切削するための回動するシャフト３２が密封チャンバ１を貫通しているが、このような場合にはシャフト３２の周囲をオイルシール１１で密封することが好ましい。
【００２１】
脱気手段２は、真空ポンプ２１と、チャンバ１を貫通する吸気管２２とからなる。真空ポンプ２１はチャンバ１内を吸気管２２を通して脱気し、チャンバ１内の空気を排気する。これによりチャンバ１内に真空もしくは減圧雰囲気を形成できる。真空ポンプ２１が切削屑Ｂを吸引すると故障の原因となるが、吸気管２２をワークＡの加工点ａから十分に離れた位置に挿入することにより、故障の原因を排除することができる。
【００２２】
切削加工機３は、シャフト３２を回動させる動力源３１と、チャンバ１の上部から貫通して挿入されたシャフト３２とからなり、またシャフト３２の先端には、ワークＡを切削する切削刃Ｃが取り付けられている。動力源３１によりシャフト３２を回動させると、シャフト３２に固定された切削刃Ｃも共に回動し、これによりワークＡが切削される。なお、図２に図示する態様の装置では、シャフト３２を上部よりチャンバ１内に挿入しているので、シャフト３２を上下させることによりワークＡを切削する深さを変更することができる。
【００２３】
水噴霧手段４は、貯水タンク４１と、チャンバ１内に挿入された導管４２と、調節弁４３からなる。本発明の装置では、チャンバ１内が常に真空もしくは減圧雰囲気で保たれているので、調節弁４３を開いて貯水タンク４１とチャンバ１とを連結すると、貯水タンク４１内の水は自然にチャンバ１へと吸引され、そして導管４２のチャンバ内側末端に設けられたノズルにより水ミストとなってチャンバ１内に噴霧される。生成する水ミストは、その大きさを１００〜２００μｍ程度とするのが好ましい。
【００２４】
油噴霧手段５は、貯油タンク５１と、チャンバ１内に挿入された導管５２と、調節弁５３からなる。油噴霧手段５の導管５２は、水噴霧手段４のものと異なり、ワークＡの加工点ａ近傍まで延設されている。これは潤滑が必要な加工点ａの近傍に油ミストを供給することにより、潤滑に必要な油ミストの量を削減するためである。水噴霧手段４と同様に、本発明の装置では、チャンバ１内が常に真空もしくは減圧雰囲気で保たれているので、調節弁５３を開いて貯油タンク５１とチャンバ１とを連結すると、貯油タンク５１内の油は自然にチャンバ１へと吸引され、そして導管５２のチャンバ内側末端に設けられたノズルにより油ミストとなってチャンバ１内に噴霧される。生成する油ミストは、その大きさを１〜５μｍ程度とするのが好ましい。
【００２５】
吸引手段６は、切削屑を吸引する吸引機６１と、密封チャンバ１内に挿入された吸引管６２と、ワークＡの加工点ａ近傍を覆う吸引フード６３とからなる。図２に図示する態様では、加工点ａ近傍を吸引フード６３で覆うことにより、高い効率の吸引を可能にする。
【００２６】
吸引機６１には真空ポンプを採用することができるが、切削屑Ｂの吸い込みによる故障の発生等の点からエジェクタを用いることが好ましい。高い負圧を発生し得るエジェクタとしては例えば、吸込口と吹出口との中間にスロート部が形成された中細ノズル内に、前記スロート部の上流側から下流側に向かうジェット流を噴射して負圧を生じさせるジェット噴射孔が形成されたエジェクタであって、前記ジェット流により生ずる負圧以上、かつ前記ジェット流の静圧以下の圧力空間と中細ノズル内を連通する圧力調整孔が、前記ジェット噴射孔の下流側に開口形成されたエジェクタが挙げられる。切削屑Ｂの吸引は通常−０．２ｋｇ／ｃｍ２程度の負圧で行うことができるが、係る構成のエジェクタは、−０．６ｋｇ／ｃｍ２程度の負圧を発生することができ、切削屑の吸引に採用するに好ましいものである。
【００２７】
ガス吹出し手段７は、チャンバ内に挿入された導管７１と、調節弁７２とからなる。単なる吸引のみではチャンバ１内の切削屑Ｂの吸引が十分行えない場合、調節弁７２を開くことによりチャンバ１内の加工点近傍に不活性ガスを吹き付ける。チャンバ１内は真空もしくは減圧雰囲気にあるので、送気ポンプ等を使用せずともガスは自然にチャンバ１内に流れ込む。
【００２８】
切削屑回収手段８は、固気分離を行う回収タンク８１と、切粉回収槽８２とからなる。吸引手段６によりチャンバ１内から吸引した切削屑Ｂは回収タンク８１により回収し、回収した切削屑Ｂを切粉回収槽８２に貯留する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明では、真空もしくは減圧雰囲気下で切削加工を行い、その際、雰囲気中に水ミストを噴霧することにより水の気化潜熱を利用して雰囲気全体を冷却でき、加工点に油ミストを供給することにより境界潤滑作用を奏することができ、切削時の火花の発生をも抑制し得る。また、切削屑を吸引することで、切削屑が加工面性状に悪影響を及ぼすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の切削加工方法の概要を図示する流れ図である。
【図２】図２は、本発明の切削加工装置の一態様を図示する模式断面図である。
【符号の説明】
１    チャンバ
２    脱気手段
３    切削加工機
４    水噴霧手段
５    油噴霧手段
６    吸引手段
７    ガス導入手段
８    切削屑回収手段
Ａ    ワーク
ａ    加工点
Ｂ    切削屑
Ｃ    切削刃
【図１】
2004306222.tif 000003
【図２】
2004306222.tif 000004