(57)【要約】【課題】加工液のほぼ全量を加工点に的確に供給することができ、しかもこれを簡単かつ安価に実現できる加工液供給方法と装置を提供する。【解決手段】回転工具による加工のための加工液供給法であって、回転工具の表面と近接した位置に噴出口を望ませたノズルから加工液を供給して回転工具の表面に巻き付けつつ、加工液の供給位置よりも工具回転順方向において加工液流の外層を可撓性の導液部材で覆うことにより、移動する加工液流を回転工具表面に封じ込め、加工点またはこれよりも手前で導液部材開放端から排出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転工具による加工のための加工液供給法であって、回転工具の表面と近接した位置に噴出口を望ませたノズルから加工液を供給して回転工具の表面に巻き付けつつ、加工液の供給位置よりも工具回転順方向において加工液流の外層を可撓性の導液部材で覆うことにより、移動する加工液流を回転工具表面に封じ込め、加工点またはこれよりも手前で導液部材開放端から排出することを特徴とする加工液供給方法。
【請求項２】
回転工具の表面に対向したノズルの供給孔に連通した液供給管を付勢手段を介して進退可能に支持させたノズル機構を使用し、噴出口より回転工具に噴出される液圧とノズルを回転工具に押し付ける力とのバランスで加工液を回転工具の表面に巻き付ける請求項１に記載の加工液供給方法。
【請求項３】
噴出口が回転工具に対向する供給孔を貫設したノズル本体と、前記ノズル本体を支持するとともに回転工具に向け付勢された液供給管とを有するノズル機構と、回転工具表面に連れ回る加工液膜に沿って変形可能な可撓性の導液部材とを備えたことを特徴とする加工液供給装置。
【請求項４】
前記導液部材の基端側がノズル本体に支持されている請求項３に記載の加工液供給装置。
【請求項５】
可撓性の導液部材が可変長であるものを含む請求項３または４に記載の加工液供給装置。
【請求項６】
可撓性の導液部材が帯状シート、スリット付きシート、線状体、多関節構造体のいずれかである加工液供給方法および加工液供給装置。
【請求項７】
フローティングノズルの下部に配置し，フローティングノズルによって回転工具作業面上に形成された加工液膜を挟み込むように閉じ込めて加工点近傍で排出することを特徴とする可撓性の導液部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加工液供給方法および装置、とりわけ回転工具を用いた加工に好適な加工液供給方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
除去加工における課題は、高品質加工、高能率加工(高生産性)、複雑加工、難加工材加工、低コスト加工であるが、近年はこれに加えて地球環境への配慮から環境にやさしい加工技術の開発が求められている。ことに、砥石に代表される回転工具を用いた除去加工では従来多量の加工液が使用されてきたが、環境という観点から、加工能率や加工品位を落さずに加工液量を減ずることが期待されている。
具体的な例を挙げると、研削加工では砥石摩耗の抑制や仕上げ面粗さの向上を期待して研削液が供給される。しかし、高速回転する砥石に連れ回る空気流によって研削液がはじかれて加工点まで到達しない現象がみられ、研削性能が低下するなどの問題が発生する。このため研削点への液供給効率が悪く、多量の研削液を消費し、環境に好ましくなかった。
【０００３】
この問題を改善するためには、砥石の表面と微小な隙間をもたせるように接近したノズルから研削液を供給し、回転する砥石表面に連れ回る研削液膜を創成させることが効果的である。その方法のひとつとして、フローティングノズルと称されるノズルを利用した加工液供給法がある。
この方法は、研削砥石の表面曲率や形状に対応した前面形状を備えたブロック状のノズルに前後方向に伸びる供給孔を形成し、これに通じる液供給管をばねなどを介して進退可能に支持させ、この状態でノズルを砥石に対峙させ、供給孔より加工液を噴出させるもので、液の吐出反力とノズル押し付けに働くばね力などをバランスさせることにより、砥石とノズル隙間が一定に保たれるため、加工液は砥石表面に容易に巻き付き、また、本来砥石に連れ回る空気流はノズル先端上部で工具面（砥粒層表面）から剥ぎ取られる。また、ノズルと砥石の隙間が極小および一定に設定されるため、加工液量もかなり少なくてすむ。
【０００４】
しかし、こうしたフローティングノズルを実際に使用した場合、砥石に巻き付く液膜を厚くすることが難しく、図１のように加工点の手前で加工液が砥石の接線方向へ飛散することがあり、この飛散液Ｗはほとんど加工に使用されないので、液の供給効率が悪い場合もある。
また、先行技術では、高研削能率を達成するために加工液の液量を多くした場合、砥石接線方向への飛散量が多くなるため、これまた加工液の有効活用率(加工点への到達流量／ノズルからの供給量)が低下する問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、加工液供給量のほぼ全量を加工点に的確に供給することができ、しかもこれを簡単かつ安価に実現できる加工液供給方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明の加工液供給法は、二物体間を流体が流れるときに両物体に吸引力が作用する現象に着眼し、しかも静止側物体の可撓性を利用し、移動体である回転工具の表面に巻き付いて高速移動中の加工液を内周と外周からぴったりと挟み込むことで、加工液の半径方向や接線方向への飛散を抑制し、静止側物体である外周側の覆いの自由端で加工液の拘束を解放して噴出させるようにしたものである。
すなわち、本発明は、回転工具により加工を行う際の加工液供給法において、回転工具の表面と近接した位置に噴出口を望ませたノズルから加工液を供給して回転工具の表面に巻き付けつつ、加工液の供給位置よりも工具回転順方向において加工液流の外層を可撓性の導液部材で覆うことにより、移動する加工液流を回転工具表面に封じ込め、加工点またはこれよりも手前で導液部材開放端から排出することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の加工液供給装置は、噴出口が回転工具に対向する供給孔を貫設したノズル本体と、前記ノズル本体を支持するとともに回転工具に向け付勢された液供給管とを有するノズル機構と、前記ノズル本体ないし、その近傍に基端側が位置し、回転工具表面に連れ回る加工液膜に沿って変形可能な可撓性の導液部材とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の加工液供給法によるときには、導液部材の可撓性を利用し、回転工具の外表面に沿って流れる加工液中に生ずる負圧(液流と直角方向の吸引力)を利用して導液部材を回転工具の外周輪郭形状(作業面)に自動的に倣わせるので、加工液の外部への飛散を完全に近く防止でき、巻き付き量（効率）を向上することができる。それと同時に，加工液の多寡にかかわらずほぼ全量を加工点に直接供給することができるので、加工液の有効活用を図ることができる。
【０００９】
また、加工液供給位置と加工点が離れていても加工点に加工液を供給できるので、導液部材の配置位置の自由度が高く、しかも導液部材が可撓性を有するため回転工具の曲率の変化に自在に対応することができ、また、導液部材は単純形状であるため、経済的に実施できるなどのすぐれた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
好ましくは、回転工具の表面に対向したノズルの供給孔に連通した液供給管を付勢手段を介して進退可能に支持させたノズル機構を使用し、噴出口より回転工具に噴出される液圧とノズルを回転工具に押し付ける力とのバランスで加工液を回転工具の表面に巻き付ける。
これによれば、回転工具の表面との隙間調整を自動的に行え、加工液量を必要最小限に留めつつ、加工液の回転工具に対する巻き付けを確実に行えるので、可撓性の導液部材との相乗作用で前記した作用効果を十全に発揮させることができる。
【００１１】
好ましくは、ノズル本体に導液部材の基端側が支持される。これによれば、ノズルが前後移動できるため可撓性の導液部材の回転工具への接近・離間を容易に行なえる利点がある。
また、可撓性の導液部材は可変長のものを含んでいる。これによれば、回転工具の径が変わっても対応できるとともに、移動する加工液流を回転工具表面に封じ込める周方向の範囲を調整できるので、加工点ないしはその近傍あるいはそれよりも手前などの加工に最適な位置で加工液を噴出させることが可能になる。
可撓性の導液部材は帯状シート、スリット付きシート、線状体，多関節構造体などから選択されたものである。これによれば、回転工具の種類に応じた適切な巻き付けガイドを行なえる。
【実施例１】
【００１２】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２ないし図４は本発明による加工液供給装置と方法の第１態様を示している。
図２において、１は回転工具(この例では研削砥石)であり、外周に工具面としての砥粒層１ａを有している。２はフローティングノズル機構であり、ノズル本体３と、これに連結した加工液供給導管４と、該加工液供給導管４の前後移動を許容するように支持するホルダー５とを備えており、かつ、前記ノズル３は可撓性の導液部材６の基端側を下部に支持している。
【００１３】
ノズル本体３はグラファイトなどのブロック状の快削性材からなり、図３のように、回転工具１の外周形状に対応する曲率状の前端面３０を有し、前端面３０の幅方向両側には、前方に適度に突出して回転工具１の側面に対峙可能な側壁３１、３１が形成されている。
前記ノズル本体３は、また前後方向に加工液供給通路３２を穿設しており、加工液供給通路３２の先端の噴出口３２０は前記前端面３０に開孔している。
【００１４】
加工液供給導管４は、先端が前記加工液供給通路３２の後端部にねじ込まれるなどして連結されることでノズル本体３を支持しており、後端には加工液供給源からのホースが継手を介して連結されている。後半部には座板４ａが直交状に固定されている。
ホルダー５は、加工液供給導管４を貫通させる筒状本体５ａを有し、ブラケットなどの部材５ｃにより回転工具の周辺にある任意の静止部体たとえばホイールカバーなどに固定されるか、あるいは、アクチュエータなどに搭載されて全体が回転工具に接近・離間できるようになっている。
【００１５】
前記筒状本体５ａの内部には加工液供給導管４と摺接するリニアベアリング５０を内蔵させており、後端部にはブラケットを介しまたは介さないで付勢手段としての複数本のばね５ｂの一端が取り付けられている。
前記ばね５ｂの他端は前記加工液供給導管４の座板４ａに取り付けられており、これにより、常態において加工液供給導管４とこれに保持されたノズル本体３は、回転工具１の表面１００に向って付勢されている。
【００１６】
この実施例では、前記導液部材６は、ノズル本体３の下側に基端部６０が取り付けられている。導液部材６は自由に曲率を変化できる性質を有しており、材質的には、硬質または軟質のプラスチック、金属、ゴム、無機質など任意であり、性状としては、この例では薄板、箔などから選ばれるシートが用いられている。
導液部材６は、回転工具１の工具面１００の幅と同等以上の幅を有し、かつ、一般的には、図２のような巻き付け状態になったときに、加工点にまでは達しない範囲内でなるべく長い寸法を有していることが好ましい。
【００１７】
次に、本発明の加工液供給法を説明する。
研削加工にあたっては、回転工具１を回転させ、それとともに加工液供給導管４からノズル本体３に加工液たとえば研削液を供給しつつ、加工点に位置させた被加工材を加工(研削)する。
ノズル本体３は加工液供給導管４がばね５ｂで付勢されているため、回転工具１の外周工具面１００に接触せんとするが、加工液が法線方向にあるノズル本体３の噴出口３２０から外周工具面に直角状に噴出されるため、この液圧による反力とばね力とのバランスで微小な隙間Ｓをもって対峙する。この状態が図４(a)である。
【００１８】
このように隙間が一定化された条件で加工液が供給されるため、外周工具面の表面に極めて薄い液流膜Ｍが形成され、その液流膜Ｍは外周工具面に巻き付き、この状態で加工点へと導かれるが、一部は図４(ａ)のように接線方向に飛散する。実線の矢印は巻き付き流を、一点鎖線の矢印は接線方向飛散（符号Ｗは飛散液）を、二点鎖線の矢印は下部への落下流を示している。
【００１９】
本発明では、ノズル３本体の下側すなわち回転工具１の回転方向と順方向の位置に可撓性の導液部材６が垂下しているので、導液部材６を図４(ｂ)の矢印のように、エアあるいは棒などで回転工具１に接近させる。
こうすれば、外周工具面１００に巻き付くように高速で流れている液流膜中に発生する負圧により導液部材６が吸い寄せられ、同時に液の粘性が働くため、導液部材６は液流膜に巻き付けされ始まる。導液部材６は可撓性を有しているため、液の粘性と液流の負圧とにより残部もほぼ瞬時に図４(ｃ)のように巻き付き、図４(ｄ)のように回転工具１の外周工具面形状に合致する曲率に自動的に変化し、液流膜Ｍの外層を覆うように巻き付く。そして、導液部材６の先端から先は液流膜Ｍの外層を覆っていないので、液流は図２のように導液部材６の先端から勢いよく噴出する。
【００２０】
図４(ｅ)は、導液部材６の巻き付き状態を示しており、回転する工具表面１００に連れ回る加工液膜により発生する液流と直角方向の吸引力と液の粘性力とによって導液部材６は液上に吸着され、可撓性によって工具表面形状に自動的に倣い、この状態で外部からの大気圧が作用するので剥離しない。したがって、加工液膜は工具表面に沿うように閉じ込められる。
導液部材６は自由端が加工点近傍に達しているので、液流膜Ｍは接線方向や半径方向に飛散することなく、ほぼ全量が加工点に確実に誘導供給され、加工点近傍で加工点に向けて一気に噴出ないし排出される。したがって、加工液の有効活用率を非常に高くすることができる。
【００２１】
加工が終わり、ノズル本体３への加工液の供給を止めれば、負圧が喪失するため、導液部材６は回転工具１から離間し、図４(ａ)のように垂下した待機状態に復帰する。
なお、導液部材６の基端位置がノズル本体３の加工液供給口に近い場合や、導液部材６が薄く軽量である場合には、液流膜Ｍの負圧により自動的に液流膜Ｍに張り付くことも可能である。
【００２２】
本発明は種々の態様を採用できる。
１）本発明は研削加工時の加工液供給に好適であるが、これに限定されず、回転工具を使用する他の加工たとえば切削、研磨などにおける加工液供給にも適用され得る。したがって、「加工液」は研削液に限らず、クーラント液、潤滑液など各種を含む。「回転工具」は砥石の場合、一般焼結砥石、ｃＢＮ砥石，ダイヤモンド砥石など、限定はない。
２）研削加工に限ってみると、平面研削、円筒研削、カム研削、センタレス研削など任意であり、砥石形状も、平面研削砥石に限らず、エッジ加工用砥石、溝加工用砥石、凹Ｒ砥石、凸Ｒ砥石、マルチスリット砥石、カップ砥石、総形砥石、薄刃砥石、内周刃砥石など任意である。
【００２３】
３）導液部材６は、こうした回転工具に対応し得る性状、形状のものが用いられる。図５は導液部材６の例を示しており、(ａ)は帯状ないし短冊状のシートとしたもの、(ｂ)は先端に達するスリット６２を設けて、分断型としたもの、(ｃ)は複数の条体（紐）６３を間隔をあけて並べて、暖簾状にしたもの、（ｄ）は単一の条体（紐）としたものである。図示しないが多関節状としてもよい。
なお、図５(ａ)のタイプにおいて、導液部材６は幅方向両側に左右方向飛散防止壁を屈曲形成していてもよい。
また、導液部材６の先端形状は、直線状、凹形状、凸形状、ぎざ状など任意であり、先端部分を薄くしあるいは厚くしてもよい。これらは先端部を揺動ないし振動させて噴出の促進と拡散に効果がある。
【００２４】
図１０は適用例を示しており、(ａ)は図５(ａ)の導液部材６を溝加工用砥石に適用した例であり、(ｂ)は図５(ｄ)の導液部材６をエッジ加工用砥石に適用した例である。
図１１も適用例であり、(ａ)は図５(ｄ)の導液部材６を凹Ｒ砥石に適用した場合、（ｂ）は図５(ａ)の導液部材６を凸Ｒ砥石に適用した場合、（ｃ）は図５(ａ)の導液部材６をマルチスリット砥石に適用した場合、（ｄ）は図５(ｃ)の導液部材６を総形砥石に適用した場合をそれぞれ示している。(ｅ)は図５(ａ)の導液部材６をカム研削に適用した例を示している。
【００２５】
４）導液部材６のノズル本体３への取り付け方なども任意である。
図６(ａ)は、導液部材６の基端部６０を当て板とビス類７でノズル３の下面に固定している。これに代えて、接着でもよいし、ノズルが磁性材料である場合には磁石で固定させてもよい。
また、図６(ｂ)のように、導液部材６の基端部６０を吊具８により角度可変に吊持させてもよい。
【００２６】
さらには、導液部材６は図７のように長さ可変としてもよい。
図７(ａ)はその例を示しており、ノズル本体１に棒状のガイド９をブラケット９ａにより支架し、導液部材６をガイド９に沿って繰り出し可能としたものであり、導液部材６の基端部６０の任意位置にストッパー片６ａを取り付けることによりこれとガイド９あるいはブラケット９ａとの当接を限度として導液部材６が繰り出される。これにより、図８(ａ)のように導液部材６の先端位置をある範囲Ｌで変更可能となり、一種類のものでも回転工具の径や加工点の変更に対応できる。
【００２７】
また、図７(ｂ)（ｃ)のように導液部材６の基端部から所望の範囲にわたって長窓孔状の開口部６４を形成し、これをノズル本体３の外側に交差状に沿わせ、ガイド９，９によって案内させるようにしてもよい。この場合には図８(ｂ)のように、開口部６４の上下範囲で導液部材６の先端位置をある範囲Ｌで変更可能となり、一種類のものでも回転工具の径や加工点の変更に対応できる。
【００２８】
さらに、図７（ｄ)のように、導液部材６をボビン部材９’にコイル状に巻いて繰り出す形態としてもよい。この場合には導液部材６の基端部６０はボビン部材９’に固定され、この状態で巻収される。ボビン部材９’は両端がブラケット９ａに回転自由に支架され、ブラケット９ａはビスなどによりノズル本体３に固定される。ボビン部材９’は繰り出された導液部材６を再び巻収するための回転レバーを有している。
【００２９】
この態様の場合には、常態において導液部材６がひらひらと垂れ下がらないので、回転工具のチェックや被加工物の搬出入等が容易である。
そして、使用時には、ボビン部材９’から予め適度に繰り出されている先端部分６１がノズル本体３の加工液供給口からの加工液に触れ、あるいは負圧で吸い寄せられて液流膜Ｍに付着すると、その瞬間、液流膜Ｍの移動に伴って導液部材６が液流膜Ｍに沿って所定長さまで自動的に繰り出される。
【００３０】
５）また、ノズル本体３の加工液の供給位置は限定がない。図９(ａ)(ｂ)（ｃ）のように、回転工具１の上部位置に配置してもよい。導液部材６はこの場合、使用に先立って水平状に保持され、使用時に保持を解除すれば、主として自重により回転工具１の形状に倣い、負圧と粘性により保持される。(ｃ)は前記図７の可変長の導液部材６を適用した状態を示している。
【００３１】
６）なお、本発明のノズル機構は図２のようなフローティング方式が好適であるが、工具表面に微小な間隙を置いて加工液を供給し加工液を巻き付き得る形態であるならば、フローティング方式でなくてもよい。
また、導液部材６はノズル本体に付属させるのが好適ではあるが、場合によっては独立したものとし、ノズル本体の近傍に位置するように例えばスタンド類の頂部に取り付けてもよい。
【００３２】
本発明者らは、本発明のほか、剛性板を液流制御板として使用し、これをノズルの下部から斜め下方に３０度、４５度、および６０度で下して飛散液の砥石への再巻き付けを行ってみた(比較例１)。また、厚さ０．８ｍｍ程度の板ばねの先に快削性樹脂を取り付け、ばね押し付け力を８０ｇ、６０ｇにして、巻き付き誘導実験を行なってみた(比較例２)。
本発明の導液部材６は、材質：透明塩化ビニールで厚さ０．３ｍｍ、幅４２ｍｍのシートを使用した。あわせて図２のノズルだけの場合(従来例＝Ｆノズル)も実験した。
【００３３】
研削液を供給して、巻き付き量を調査した実験条件は次のとおりである。
砥石：平面研削砥石（ＷＡ６０Ｖ：φ３０５×３２ｍｍ）
砥石回転数：１８００ｒｐｍ
砥石周速：２８．７ｍ/ｓ
研削液供給量Ｑ：２リットル/ｍｉｎ
ノズルと砥石表面の隙間：０．１ｍｍ
ノズル位置：９０度
液回収位置：研削点奥６０度
【００３４】
この結果を図１２に示す。この図１２から、本発明によれば、飛躍的に液巻き付き効率がよくなり、供給量のほぼ全量を加工点に供給でき、液の有効活用率をほぼ１００％にできることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来のフローティングノズルによる加工液供給状態を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明による加工液供給方法と装置の一例を示す側面図である。
【図３】本発明による加工液供給装置の斜視図である。
【図４】(ａ)〜(ｄ)は本発明の導液部材の動作を段階的に示す説明図、(ｅ)は巻着状態の説明図である。
【図５】(ａ)〜(ｄ)は本発明の導液部材の例を示す斜視図である。
【図６】(ａ)(ｂ)は導液部材のノズルへの取り付け例を示す側面図である。
【図７】(ａ)〜(ｄ)は導液部材の可変長タイプの例を示す説明図である。
【図８】(ａ)(ｂ)は図７の導液部材の適用例を示す側面図である。
【図９】(ａ)〜(ｄ)は本発明における加工液供給位置の他の例を示す側面図である。
【図１０】(ａ)(ｂ)は各種回転工具への導液部材の適用例を示す斜視図である。
【図１１】(ａ)〜(ｄ)は各種回転工具への導液部材の適用例を示す正面図、(ｅ)は側面図である。
【図１２】本発明と比較例と従来ノズルとの液巻き付き実験結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  回転工具
２  ノズル機構
３  ノズル本体
４  液供給管
５ｂ  ばね
６  導液部材
【図１】
2005313305.tif 000003
【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】
2005313305.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005313305.tif 000011
【図１０】
2005313305.tif 000012
【図１１】
2005313305.tif 000013
【図１２】
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