(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スルーホールを有する工具を備えた工作機械と、
強アルカリ水を収容する容器と、
前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブルを供給してマイクロバブルを混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置と、
工作物を固定する固定装置と、
前記容器中の強アルカリ水に平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルを供給してミリバブルを混入した強アルカリ水を調製するミリバブル発生調製装置と、
前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却する強制冷却装置とを
少なくとも備えたことを特徴とする機械加工装置。
【請求項２】
前記工作機械に前記容器が取り付けられており、工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定することを特徴とする請求項１記載の機械加工装置。
【請求項３】
前記工作機械に前記容器が取り付けられておらず、工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに固定装置に固定することを特徴とする請求項１記載の機械加工装置。
【請求項４】
工作物を備えた工作機械と、
強アルカリ水を収容する容器と、
前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブルを供給してマイクロバブルを混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置と、
スルーホールを有する工具を固定する固定装置と、
前記容器中の強アルカリ水に平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルを供給してミリバブルを混入した強アルカリ水を調製するミリバブル発生調製装置と、
前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却する強制冷却装置とを
少なくとも備えたことを特徴とする機械加工装置。
【請求項５】
前記工作機械に前記容器が取り付けられており、前記工具全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定することを特徴とする請求項４記載の機械加工装置。
【請求項６】
前記工作機械に前記容器が取り付けられておらず、前記工具全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに固定装置に固定することを特徴とする請求項４記載の機械加工装置。
【請求項７】
さらに、両者を混入した前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲制御して維持する手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の機械加工装置。
【請求項８】
請求項２記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、次の工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法。
（１）容器中に強アルカリ水を所定量収容する。
（２）前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルとミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルを供給して両者を混入した強アルカリ水を調製する。
（３）工作物全体を両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定する。
（４）工作機械のスルーホールを有する工具を前記工作物の加工位置にセットする。
（５）強制冷却装置を作動して、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なう。
【請求項９】
請求項３記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、次の工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法。
（１）容器中に強アルカリ水を所定量収容する。
（２）前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルとミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルを供給して両者を混入した強アルカリ水を調製する。
（３）工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに工作物を固定装置に固定する。
（４）工作機械のスルーホールを有する工具を前記工作物の加工位置にセットする。
（５）強制冷却装置を作動して、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なう。
【請求項１０】
請求項５記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、次の工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法。
（１）容器中に強アルカリ水を所定量収容する。
（２）前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルとミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルを供給して両者を混入した強アルカリ水を調製する。
（３）スルーホールを有する工具全体を、両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定する。
（４）工作機械に備えた工作物を加工位置にセットする。
（５）強制冷却装置を作動して、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なう。
【請求項１１】
請求項６記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、次の工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法。
（１）容器中に強アルカリ水を所定量収容する。
（２）前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルとミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルを供給して両者を混入した強アルカリ水を調製する。
（３）スルーホールを有する工具全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに固定装置に固定する。
（４）工作機械に備えた工作物を加工位置にセットする。
（５）強制冷却装置を作動して、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なう。
【請求項１２】
前記マイクロバブルの平均外径が６０μｍ以下であることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法。
【請求項１３】
前記強アルカリ水のｐＨが１０〜１３であることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法。
【請求項１４】
前記スルーホールを有する工具が、切削および／または研削および／または刃切りおよび／またはブローチ加工を行う工具であることを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法。
【請求項１５】
請求項７記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、
さらに、前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持する制御手段により、前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持することを特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の工作物の機械加工方法。
【請求項１６】
前記強アルカリ水として、逆浸透圧ろ過した水を使用して調製された強アルカリ水を使用することを特徴とする請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載の工作物の機械加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工装置およびそれを用いた機械加工方法に関するものであり、更に詳しくは、マイクロバブルおよびミリバブルを混入した強アルカリ水を用いたスルーホール付き工具の強制冷却手段を備えた機械加工装置およびそれを用いた工作物の機械加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、工作物に穴を加工するドリルは、加工点が工作物中にあるため、その加工熱を放熱しにくく、切削油剤をかけても、かけた切削油剤が直接工作物中の加工点にかかることがないため、ドリルは熱的に極めて厳しい条件下での加工を強いられ、工具寿命が短くなるという問題があった。
特に、航空・宇宙機器材料として、熱伝導率の小さなチタン合金材料やニッケル基合金材料が多用されており、容易かつ高精度にそれらを加工する方法が検討されている（非特許文献１〜３参照）。
しかし、この材料は熱伝導率が低く、加工の際に発生した熱が工具に集中的に熱伝導されるため、工具が高温になり、工具の硬さや機械的強度が著しく低下した状態で加工することになり、工具寿命は極めて短く、短命となり、加工精度が低下する問題があった。
【０００３】
そこで、工具刃先に、切削油や空気、窒素ガスなどの冷却媒体が刃先および切削加工点を冷却・潤滑することができるように、エンドミルの中心にセンターホールを設けて、かつエンドミルの刃先それぞれに特定のサイドホールを設けて、センターホールからサイドホールを経てクーラントを供給し、高速切削加工による工具摩耗の進行を遅くし、工具寿命や加工精度を向上させるという提案がなされている（特許文献１参照）。
【０００４】
工具本体を通してオイルなどのクーラントを供給するためにオイルホールを設け、このオイルホールを経てクーラントを供給する構成としたドリルが提案されている（特許文献２、３、４、５、６参照）。
【０００５】
また、水溶性クーラント液の腐敗防止、切削加工時の加工性の向上、加工工具の長寿命化、および研削加工時の砥石の目詰まり防止効果を得るために、電解イオン水生成装置によって得られる水のｐＨ値が８．０以上１３．０以下の電解イオン水を、水溶性クーラント原液に混合して水溶性クーラント液とする提案がなされている（特許文献７参照）。
【０００６】
また、容器中にｐＨ８〜１２のアルカリ性電解水を入れ、さらに工作物のニッケル合金を浸漬し、固定した後、ミスト用ノズルから圧縮空気によって霧状になった環境に優しい植物油をベースにした極微量の油剤をエンドミル切削工具に噴霧し、もう一つの冷給電解水用ノズルから電解水を４０〜１００ｃｃ／ｓｅｃの範囲で前記エンドミル切削工具に噴射させ、電解水中に浸漬した圧縮空気用ノズルから、切削加工を行う方向に圧縮空気量が１０リットル／ｍｉｎ、気泡の大きさが２０〜３０ｍｍの範囲で圧縮空気を送り込み、電解水中の浸漬した噴流電解水用ノズルから電解水を４０〜１００ｃｃ／ｓｅｃの範囲において、前記圧縮空気（気泡）と同時に電解水中のエンドミル切削工具に噴射させながら切り屑を除去する電解水中におけるニッケル合金のエンドミル切削加工法が提案されている（特許文献８参照）。
【０００７】
また、容器中にｐＨ８〜１２のアルカリ性電解水、ドライアイスおよび発泡性洗浄剤を入れ、さらにステンレス鋼を浸漬し、固定した後、ミスト用ノズルから圧縮空気によって霧状になった環境に優しい植物油をベースにした極微量の油剤を回転しているエンドミル切削工具に噴霧し、もう一つの冷給電解水用ノズルから電解水を４０〜１００ｃｃ／ｓｅｃの範囲で前述のエンドミル切削工具に噴射させ、電解水中に浸漬した圧縮空気用ノズルから、切削加工を行う方向に圧縮空気量が１０リットル／ｍｉｎ、気泡の大きさが２０〜３０ｍｍの範囲で圧縮空気を送り込み、電解水中の浸漬した噴流電解水用ノズルから電解水を４０〜１００ｃｃ／ｓｅｃの範囲において、圧縮空気（気泡）と同時に電解水中のエンドミル切削工具に噴射させながら切り屑を除去する電解水中におけるステンレス鋼のエンドミル切削加工法が提案されている（特許文献９参照）。
【０００８】
また、冷却効果、工具摩耗の防止、切屑の除去および廃棄した場合の環境汚染の防止等が容易に実現できる利点を保持しながら、冷却液中に水溶性加工油が添加混合された場合は、その成分の腐敗や変質が生じないので繰り返し使用が可能になるという利点がある、貝殻類、天然ゼオライト、ガラス質材、鹿沼土、赤玉土、その他の粉状の鉱物質材の二以上のものを混合して焼成発泡した処理材で処理したｐＨが９．０以上ＯＲＰが０．０ｍＶ以下である水又は水溶液である機械加工用冷却液が提案されている（特許文献１０参照）。
【０００９】
一方、本発明者らは先に工作機械に取り付けた容器内にｐＨ１０．０以上の強アルカリ水だけを充填し、工作物をその容器内にドブヅケ状態にして、バイト、エンドミル、正面フライスなどの切削工具で切削加工をし、その水の気化熱現象を利用して、工具の強制冷却をする方法と装置を提案した（特許文献１１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０６-１９０６２５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１４０７号公報
【特許文献３】特開２０１１−７３１２９号公報
【特許文献４】特開平０８−１５５７３６号公報
【特許文献５】特開２００１−２７７０２３号公報
【特許文献６】特開２００９−０００８０６号公報
【特許文献７】特開２００２−１６７５９４号公報
【特許文献８】特開２００８−２２１３９７号公報
【特許文献９】特開２０１０−０２３１５４号公報
【特許文献１０】特開２０１０−１３２７１４号公報
【特許文献１１】特願２０１０−２４０５５９号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】NARUTAKIN and YAMANE Y.  High-speed machining of Inconel 718 with ceramic tools, Annuals CIRP, 42(1), 1993, pp.103-106
【非特許文献２】臼杵年、佐藤公紀、古谷諭、「コーテッド超高工具によるチタン合金の高速ドライエンドミル加工」、精密工学会誌論文集、Vol.71,No.4,(2005),pp.142-148
【非特許文献３】KITAGAWA T., KUBO A., and MAEKAWA, Temperature and wear of cutting tools in high-speed machining of Inconel 718 and Ti-6Al-6V-2Sn, Wear 202, Elsevier Science,1997, pp.142-148
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記先行技術によれば、いずれも工作物や加工点をある程度冷却して放熱できるが、未だ十分でなく、冷却が不十分であるので、工具寿命や加工精度を満足するレベルまで向上させることができないという問題があり、改良の余地があった。
本発明の第１の目的は、従来の問題を解決し、工作物が、例え、熱伝導率の小さなチタン合金材料やニッケル基合金材料であっても、加工点を効率よく冷却して放熱できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、高速切削加工による工具摩耗の進行を遅くし、工具寿命や加工精度を向上させることがでる機械加工装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、本発明の機械加工装置を用いて容易に工作物の加工を行うことができる機械加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは鋭意研究の結果、例えば、工作物全体を、平均外径が６０μｍ以下のマイクロバブルを混入した強アルカリ水中に浸漬して、スルーホールを設けた工具を用いて切削、研削、刃切り、ブローチ加工などの機械加工を行う際に、前記マイクロバブルを混入した強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却することにより、効率よく放熱させて冷却できるので、いわゆる潤滑油などを使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができる上、前記強アルカリ水は、安全性が高く、また高い抗菌・防腐効果および高い防錆効果があり、腐敗せず、前記工作物などに対する界面浸透性、剥離分離能力、乳化・分離能力が大きいため、効率よく放熱させて冷却でき、洗浄力がきわめて大きく、かつ環境に優しいことを見いだして、本発明を成すに至った。
本発明者らは、さらに、例えば、工作物全体を、平均外径が６０μｍ以下のマイクロバブルおよび平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルの両者を混入した強アルカリ水中に浸漬して、スルーホールを設けた工具を用いて前記機械加工を行う際に、
前記マイクロバブルおよびミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記加工点を強制冷却することにより、より効率よく放熱させて冷却できることを見いだして、本発明を成すに至った。
【００１４】
前記課題を解決するための本発明の請求項１は、
スルーホールを有する工具を備えた工作機械と、
強アルカリ水を収容する容器と、
前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブルを供給してマイクロバブルを混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置と、
工作物を固定する固定装置と、
前記容器中の強アルカリ水に平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルを供給してミリバブルを混入した強アルカリ水を調製するミリバブル発生調製装置と、
前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却する強制冷却装置とを
少なくとも備えたことを特徴とする機械加工装置である。
【００１５】
本発明の請求項２は、請求項１記載の機械加工装置において、
前記工作機械に前記容器が取り付けられており、工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３は、請求項１記載の機械加工装置において、
前記工作機械に前記容器が取り付けられておらず、工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに固定装置に固定することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項４は、
工作物を備えた工作機械と、
強アルカリ水を収容する容器と、
前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブルを供給してマイクロバブルを混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置と、
スルーホールを有する工具を固定する固定装置と、
前記容器中の強アルカリ水に平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルを供給してミリバブルを混入した強アルカリ水を調製するミリバブル発生調製装置と、
前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却する強制冷却装置とを
少なくとも備えたことを特徴とする機械加工装置である。
【００１８】
本発明の請求項５は、請求項４記載の機械加工装置において、
前記工作機械に前記容器が取り付けられており、前記工具全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項６は、請求項４記載の機械加工装置において、
前記工作機械に前記容器が取り付けられておらず、前記工具全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに固定装置に固定することを特徴とする。
【００２０】
（削除）
【００２１】
本発明の請求項７は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の機械加工装置において、
さらに、両者を混入した前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲制御して維持する手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項８は、請求項２記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、次の工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法である。
（１）容器中に強アルカリ水を所定量収容する。
（２）前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルとミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルを供給して両者を混入した強アルカリ水を調製する。
（３）工作物全体を両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定する。
（４）工作機械のスルーホールを有する工具を前記工作物の加工位置にセットする。
（５）強制冷却装置を作動して、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なう。
【００２３】
本発明の請求項９は、請求項３記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、次の工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法である。
（１）容器中に強アルカリ水を所定量収容する。
（２）前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルとミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルを供給して両者を混入した強アルカリ水を調製する。
（３）工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに工作物を固定装置に固定する。
（４）工作機械のスルーホールを有する工具を前記工作物の加工位置にセットする。
（５）強制冷却装置を作動して、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なう。
【００２４】
本発明の請求項１０は、請求項５記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、次の工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法である。
（１）容器中に強アルカリ水を所定量収容する。
（２）前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルとミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルを供給して両者を混入した強アルカリ水を調製する。
（３）スルーホールを有する工具全体を、両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定する。
（４）工作機械に備えた工作物を加工位置にセットする。
（５）強制冷却装置を作動して、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なう。
【００２５】
本発明の請求項１１は、請求項６記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、次の工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法である。
（１）容器中に強アルカリ水を所定量収容する。
（２）前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルとミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルを供給して両者を混入した強アルカリ水を調製する。
（３）スルーホールを有する工具全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに固定装置に固定する。
（４）工作機械に備えた工作物を加工位置にセットする。
（５）強制冷却装置を作動して、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なう。
【００２６】
本発明の請求項１２は、請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法において、前記マイクロバブルの平均外径が６０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項１３は、請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法において、前記強アルカリ水のｐＨが１０〜１３であることを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項１４は、請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法において、
前記スルーホールを有する工具が、切削および／または研削および／または刃切りおよび／またはブローチ加工を行う工具であることを特徴とする。
【００２９】
（削除）
【００３０】
本発明の請求項１５は、請求項７記載の機械加工装置を用いた請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の工作物の機械加工方法であって、
さらに、前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持する制御手段により、前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持することを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項１６は、請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載の工作物の機械加工方法であって、前記強アルカリ水として、逆浸透圧ろ過した水を使用して調製された強アルカリ水を使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の請求項１は、スルーホールを有する工具を備えた工作機械と、強アルカリ水を収容する容器と、前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブルを供給してマイクロバブルを混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置と、工作物を固定する固定装置と、前記容器中の強アルカリ水に平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルを供給してミリバブルを混入した強アルカリ水を調製するミリバブル発生調製装置と、前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却する強制冷却装置とを少なくとも備えたことを特徴とする機械加工装置であり、
スルーホールを設けた工具を用いて切削、研削、刃切り、ブローチ加工などの機械加工を行う際に、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記加工点を強制冷却することにより、効率よく放熱させて冷却でき、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができるという顕著な効果を奏する。
前記強アルカリ水は、安全性が高く、また高い抗菌・防腐効果および高い防錆効果があり、腐敗せず、前記工作物などに対する界面浸透性、剥離分離能力、乳化・分離能力が大きいため洗浄力がきわめて大きいので、より効率よく放熱させて冷却でき、しかも環境に優しいという顕著な効果を奏する。
前記両者を混入した強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記加工点を強制冷却するように構成したことにより、より効率よく放熱させて冷却できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３３】
本発明の請求項２は、請求項１記載の機械加工装置において、前記工作機械に前記容器が取り付けられており、工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定することを特徴とするものであり、
工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定して機械加工を行うので、より効率よく放熱させて冷却でき、前記工作機械に前記容器が取り付けられているので機械加工装置全体を小型化でき、作業性や取扱性などに優れるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３４】
本発明の請求項３は、請求項１記載の機械加工装置において、
前記工作機械に前記容器が取り付けられておらず、工作物全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに固定装置に固定することを特徴とするものであり、前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記加工点を強制冷却することにより、効率よく放熱させて冷却できるとともに、前記工作機械に前記容器が取り付けられていないので、それぞれ別々に取扱うことができ、前記マイクロバブル発生調製装置と前記ミリバブル発生調製装置と前記容器が、前記工作機械から離れた位置にあっても機械加工を行えるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３５】
本発明の請求項４は、工作物を備えた工作機械と、強アルカリ水を収容する容器と、前記容器中の強アルカリ水にマイクロバブルを供給してマイクロバブルを混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置と、スルーホールを有する工具を固定する固定装置と、前記容器中の強アルカリ水に平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルを供給してミリバブルを混入した強アルカリ水を調製するミリバブル発生調製装置と、前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却する強制冷却装置とを少なくとも備えたことを特徴とする機械加工装置であり、
スルーホールを設けた工具を用いて切削、研削、刃切り、ブローチ加工などの機械加工を行う際に、両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記加工点を強制冷却することにより、効率よく放熱させて冷却でき、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができるという顕著な効果を奏する。
前記強アルカリ水は、安全性が高く、また高い抗菌・防腐効果および高い防錆効果があり、腐敗せず、前記工作物などに対する界面浸透性、剥離分離能力、乳化・分離能力が大きいため洗浄力がきわめて大きいので、より効率よく放熱させて冷却でき、しかも環境に優しいという顕著な効果を奏する。
前記両者を混入した強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記加工点を強制冷却するように構成したことにより、より効率よく放熱させて冷却できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３６】
本発明の請求項５は、請求項４記載の機械加工装置において、
前記工作機械に前記容器が取り付けられており、前記工具全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定装置に固定することを特徴とするものであり、
工具全体を前記容器中の両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して固定して、前記強アルカリ水中で前記工作物の機械加工を行うので、より効率よく放熱させて冷却でき、作業性や取扱性などに優れるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３７】
本発明の請求項６は、請求項４記載の機械加工装置において、
前記工作機械に前記容器が取り付けられておらず、前記工具全体を前記容器中の両者を混入した前記アルカリ水中に浸漬せずに固定装置に固定することを特徴とするものであり、
両者を混入した前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記加工点を強制冷却することにより、効率よく放熱させて冷却できるとともに、前記工作機械に前記容器が取り付けられていないので、それぞれ別々に取扱うことができ、前記マイクロバブル発生調製装置と前記ミリバブル発生調製装置と前記容器が、前記工作機械から離れた位置にあっても機械加工を行えるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３８】
（削除）
【００３９】
本発明の請求項７は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の機械加工装置において、
さらに、両者を混入した前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持する制御手段を備えたことを特徴とするものであり、
前記手段を用いて前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持することにより、機械加工装置、工具、工作物が腐食しない環境を維持でき、また加工精度をより向上させることができるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４０】
本発明の請求項８は、請求項２記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、前記工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法であり、
本発明の機械加工装置を用いて、工作物を固定装置に固定して、工作物全体を、両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して、スルーホールを設けた工具を用いて切削、研削、刃切り、ブローチ加工などの機械加工を行う際に、前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却することにより、より効率よく放熱させて冷却できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができる上、前記強アルカリ水は、安全性が高く、また高い抗菌・防腐効果および高い防錆効果があり、腐敗せず、前記工作物などに対する界面浸透性、剥離分離能力、乳化・分離能力が大きいため洗浄力がきわめて大きいので、より効率よく放熱させて冷却でき、しかも環境に優しいという顕著な効果を奏する。
前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なうように構成したので、より効率よく放熱させて冷却できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４１】
本発明の請求項９は、請求項３記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、前記工程（１）〜（５）を含むことを特徴とする機械加工方法であり、
本発明の機械加工装置を用いて、工作物全体を、両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに、工作物を固定装置に固定して、スルーホールを設けた工具を用いて切削、研削、刃切り、ブローチ加工などの機械加工を行う際に、前記強アルカリ水を前記工具および工作物に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却することにより、効率よく放熱させて冷却できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができる上、前記強アルカリ水は、安全性が高く、また高い抗菌・防腐効果および高い防錆効果があり、腐敗せず、前記工作物などに対する界面浸透性、剥離分離能力、乳化・分離能力が大きいため洗浄力がきわめて大きいので、より効率よく放熱させて冷却でき、しかも環境に優しいという顕著な効果を奏する。
前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なうように構成したので、より効率よく放熱させて冷却できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４２】
本発明の請求項１０は、請求項５記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、前記工程（１）〜（５）を含むことを特徴とするものであり、
本発明の機械加工装置を用いて、スルーホールを設けた工具を固定装置に固定して両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬し、工作物全体を、両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬して、前記工具を用いて切削、研削、刃切り、ブローチ加工などの機械加工を行う際に、前記強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却することにより、より効率よく放熱させて冷却できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができる上、前記強アルカリ水は、安全性が高く、また高い抗菌・防腐効果および高い防錆効果があり、腐敗せず、前記工作物などに対する界面浸透性、剥離分離能力、乳化・分離能力が大きいため洗浄力がきわめて大きいので、より効率よく放熱させて冷却でき、しかも環境に優しいという顕著な効果を奏する。
前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なうように構成したので、より効率よく放熱させて冷却できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４３】
本発明の請求項１１は、請求項６記載の機械加工装置を用いた工作物の機械加工方法であって、前記工程（１）〜（５）を含むことを特徴とするものであり、
本発明の機械加工装置を用いて、固定装置に固定したスルーホールを設けた工具を、両者を混入した前記強アルカリ水中に浸漬せずに、前記工具を用いて切削、研削、刃切り、ブローチ加工などの機械加工を行う際に、前記強アルカリ水を前記工具および工作物に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却することにより、効率よく放熱させて冷却できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができる上、前記強アルカリ水は、安全性が高く、また高い抗菌・防腐効果および高い防錆効果があり、腐敗せず、前記工作物などに対する界面浸透性、剥離分離能力、乳化・分離能力が大きいため洗浄力がきわめて大きいので、より効率よく放熱させて冷却でき、しかも環境に優しいという顕著な効果を奏する。
前記マイクロバブル発生調製装置で発生したマイクロバブルと前記ミリバブル発生調製装置で発生したミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した強アルカリ水を前記工具に供給して、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却しつつ加工を行なうように構成したので、より効率よく放熱させて冷却できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４４】
本発明の請求項１２は、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の工作物の機械加工方法であって、前記マイクロバブルの平均外径が６０μｍ以下であることを特徴とするものであり、
前記マイクロバブルの平均外径が６０μｍ以下であると、前記強アルカリ水の気化熱を利用して前記加工点をさらにより強制冷却することができ、より効率よく放熱させて冷却できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４５】
本発明の請求項１３は、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の工作物の機械加工方法であって、前記強アルカリ水のｐＨが１０〜１３であることを特徴とするものであり、
前記強アルカリ水のｐＨが１０〜１３であると、工作機械を構成する鋼部品や工作物が鋼、銅、黄銅の場合も腐食をより抑制できるとともに熱伝導率の小さなチタン合金材料やニッケル基合金材料などの腐食をより抑制できる、というさらなる顕著な効果を奏する。
【００４６】
本発明の請求項１４は、請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法であって、前記スルーホールを有する工具が、切削および／または研削および／または刃切りおよび／またはブローチ加工を行う工具であることを特徴とするものであり、
各種の機械加工を容易に行うことができる、というさらなる顕著な効果を奏する。
【００４７】
（削除）
【００４８】
本発明の請求項１５は、請求項７記載の機械加工装置を用いた請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の工作物の機械加工方法であって、
さらに、前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持する制御手段により、前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持することを特徴とするものであり、
前記手段を用いて前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持することにより、工作物、工具、固定装置（バイスなど）、工作機械などが腐食しないように維持しつつ、工作物の加工精度をより向上させることができる、というさらなる顕著な効果を奏する。
【００４９】
本発明の請求項１６は、請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載の工作物の機械加工方法であって、前記強アルカリ水として、逆浸透圧ろ過した水を使用して調製された強アルカリ水を使用することを特徴とするものであり、
逆浸透圧ろ過した水には有害な不純物が含まれていないので、調製された強アルカリ水にも有害な不純物が含まれておらず、前記強アルカリ水が接触する工具、容器、工作物、固定装置などの表面に不純物が沈着したり、沈澱したり、あるいはこれらの不純物層が剥離したりして機械加工の連続運転を妨げることがなく、安定した機械加工を行うことができ、特に加工点に前記不純物が介在すると加工精度を低下させるが、不純物が含まれていない高品質の強アルカリ水を使用することにより加工精度を一層向上することができる、というさらなる顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、マイクロバブル発生調製装置と図示しないミリバブル発生調製装置を備えた本発明の機械加工装置の一例を模式的に説明する図である。
【図２】図２（１）〜（５）は、図１に示した本発明の機械加工装置を用いる本発明の参考用の機械加工方法の一例を説明する説明図である。
【図３】図３は、マイクロバブル発生調製装置と図示しないミリバブル発生調製装置を備えた本発明の機械加工装置の他の例を模式的に説明する図である。
【図４】図４（１）〜（５）は、図３に示した本発明の機械加工装置を用いる本発明の参考用の機械加工方法の他の例を説明する説明図である。
【図５】図５は、ドリルに設けたスルーホールの他の例を説明する説明図である。
【図６】図６は、エンドミルに設けたスルーホールの１例を説明する説明図である。
【図７】図７は、バイトのチップに設けたスルーホールの１例を説明する説明図である。
【図８】図８は、エンドミルのスロアチップに設けたスルーホールの１例を説明する説明図である。
【図９】図９（ａ）は、マイクロバブルやミリバブルの気化熱冷却効果を知るための、実験装置の正面断面説明図であり、（ｂ）は同実験装置の側面断面説明図である。
【図１０】図１０は、図９に示した実験装置で得られた結果（参考例１、実施例１、比較例１〜３）をミリバブル供給量（横軸）と熱伝達率（縦軸）で示したグラフである。
【図１１】図１１は、工具先端の最大温度と工具寿命、表面粗さを求めるための実験装置（本発明の機械加工装置の他の例）の正面断面説明図である。
【図１２】図１２は、図１１に示した実験装置で得られた結果（実施例２、比較例４、５、６、７の工具先端の最大温度）を示すグラフである。
【図１３】図１３は、図１１に示した実験装置で得られた結果（実施例２、参考例２、比較例７、８）を逃げ面摩耗量（縦軸）と切削量（横軸）との関係を示したグラフである。
【図１４】図１４は、図１１に示した実験装置を用いて得られた表面粗さ（縦軸）の結果（実施例２、比較例４、７、８）を示したグラフである。
【図１５】図１５は、図１１に示した本発明の他の機械加工装置を用いる本発明の機械加工方法の他の例を説明する説明図である。
【図１６】図１６は、図１１に示した本発明の他の機械加工装置を用いて、工作物の加工を行ない、工具の加工点の応力（ＧＰａ）（ｂ）とスルーホールの周囲の応力（ＧＰａ）（ａ）（縦軸）を測定し、距離（Ｌｘ）（横軸）、距離Ｘ、スルーホールの内径Ｄとの関係で示したグラフである。
【図１７】図１７は、図１１に示した本発明の他の機械加工装置を用いて、工作物の加工を行ない、スルーホールの内径Ｄ（横軸）と工具の先端部の最高温度の関係を示したグラフである。
【図１８】図１８は、図１に示した本発明の機械加工装置とほぼ同様に構成された、強アルカリ水７の温度およびｐＨを適正範囲に制御して維持する制御手段を備えた本発明の他の機械加工装置の例を説明する説明図である。
【図１９】図１９は、強アルカリ水７の温度（℃）を横軸に、ｐＨメータにより検出されたｐＨと、容器中の強アルカリ水７の実際のｐＨを縦軸にして示したグラフである。
【図２０】図２０は、図１８に示した本発明の機械加工装置に、さらに温度コントローラを備えた本発明の他の機械加工装置の例を説明する説明図である。
【図２１】図２１は、図２０に示した本発明の機械加工装置のコントローラとして、工作物、工具、固定装置（バイスなど）、工作機械などが腐食しないｐＨの領域を予め入力しておき、実際に使用する、工作物、工具、固定装置（バイスなど）、工作機械の組み合わせの場合に用いられる適切なｐＨの範囲を計算できるように設定してあるコントローラを用いた本発明の他の機械加工装置の例を説明する説明図である。
【図２２】図２２は、強アルカリ水製造装置のフローを説明するフローシート図である。
【図２３】図２３は、強アルカリ水製造装置の電解槽の陽極および陰極における電極反応および中和反応を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明は、強アルカリ水を用いたスルーホール付き工具を強制冷却するための強制冷却手段を備えた機械加工装置およびそれを用いた工作物の機械加工方法に関するものである。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
以下の説明において、ミリバブル発生調製装置を用いて発生させたミリバブルおよびマイクロバブル発生調製装置を用いて発生させたマイクロバブルは、平均外径は異なるが、いずれも空気のバブルである。
【００５２】
図１は、マイクロバブル発生調製装置と図示しないミリバブル発生調製装置を備えた本発明の機械加工装置の一例を模式的に説明する図である。
本発明の機械加工装置１Ａは、スルーホール２を有する工具３（ドリル）を主軸４に装着して備えた工作機械５（マシニングセンター）と、
工作機械５（マシニングセンター）のテーブル６の上に設置した強アルカリ水７を収容した容器８と、
容器８内の強アルカリ水７中に加工部分を浸漬した工作物１０（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ製）を固定（クランプ）する固定装置９（バイス）と、
容器８中の強アルカリ水７にマイクロバブル１３を、経路１６を経て供給してマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置１１と、
容器８中のマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水をポンプ１４を作動して経路１５を経て取り込んで、工具３（ドリル）のスルーホール２に経路１５を経て供給して、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却する強制冷却装置１７と、
を少なくとも備えている。
図１に示した本発明の機械加工装置１Ａは、工作機械５（マシニングセンター）に容器８が取り付けられている例である。
【００５３】
図２（１）〜（５）は、図１に示した本発明の機械加工装置１Ａを用いて機械加工する参考用の方法の一例を説明する説明図である。
先ず、工程（１）において、容器８中に強アルカリ水７を所定量収容する。
そして、工程（２）において、容器８中の強アルカリ水７にマイクロバブル発生調製装置１１で発生したマイクロバブル１３を、経路１６を経て供給してマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を調製する。
そして、工程（３）において、工作物１０全体を、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水中に浸漬して固定装置９に固定する。
そして、工程（４）において、工作機械５に装着したスルーホール２を有する工具３を工作物１０の加工位置にセットする。
そして、工程（５）において、強制冷却装置１７のポンプ１４を作動して、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を、経路１５を経て工具３のスルーホール２に供給して、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ加工を行なう。
【００５４】
図１に示した本発明の機械加工装置１Ａは、さらに、前記容器８中の強アルカリ水７に平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルを供給してミリバブルを混入した強アルカリ水を調製する図示しないミリバブル発生調製装置を備えることができ、前記マイクロバブル発生調製装置１１で発生したマイクロバブル１３と図示しないミリバブル発生調製装置で発生した図示しないミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した強アルカリ水を前記強制冷却装置１７のポンプ１４を作動して、マイクロバブル１３と図示しないミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を、経路１５を経て工具３のスルーホール２に供給して、マイクロバブル１３と図示しないミリバブルの両者を混入した強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ加工を行なうことができる。
【００５５】
図３は、マイクロバブル発生調製装置と図示しないミリバブル発生調製装置を備えた本発明の機械加工装置の他の例を模式的に説明する図である。
本発明の機械加工装置１Ｂは、工作機械５（マシニングセンター）に容器８が取り付けられていない例である。
工作機械５（マシニングセンター）のテーブル６の上に工作物１０（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ製）を固定（クランプ）する固定装置９（バイス）が設置されている。
スルーホール２を有する工具３（ドリル）は工作機械５（マシニングセンター）の主軸４に装着して備えられている。
【００５６】
容器８中には所定量の強アルカリ水７が収容されている。
工作機械５（マシニングセンター）の外部に設置された容器８中の強アルカリ水に、マイクロバブル１３を、経路１６を経て供給して、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置１１が設けられている。
【００５７】
容器８中のマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を、強制冷却装置１７のポンプ１４を作動して経路１５を経て取り込んで、工具３（ドリル）のスルーホール２に経路１５を経て供給し、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却するように構成されている。
以上のように、工作物１０（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ製）は固定装置９（バイス）によって固定（クランプ）されているが、容器８内の強アルカリ水７中に浸漬されていない。
【００５８】
図４（１）〜（５）は、図３に示した本発明の機械加工装置１Ｂを用いて機械加工する参考用の方法の一例を説明する説明図である。
先ず、工程（１）において、容器８中に強アルカリ水７を所定量収容する。
ついで、工程（２）において、容器８中の強アルカリ水７に、マイクロバブル発生調製装置１１で発生したマイクロバブル１３を、経路１６を経て供給してマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を調製する。
ついで、工程（３）において、工作物１０を固定装置９にクランプして固定する。
ついで、工程（４）において、工作機械５に装着したスルーホール２を有する工具３を工作物１０の加工位置にセットする。
そして、工程（５）において、強制冷却装置１７のポンプ１４を作動して、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を、経路１５を経て工具３のスルーホール２に供給して、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ加工を行なう。
【００５９】
マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を、経路１５を経て工具３のスルーホール２に供給する際の前記強アルカリ水の供給量を大きくして、工作物１０全体の表面に前記強アルカリ水が供給されるようにすることも可能である。
工作物１０全体の表面に前記強アルカリ水が供給されると工作物１０自体や切り屑なども冷却される。前記強アルカリ水を図示しないリサイクルラインを経て容器８にリサイクルすることも可能である。
【００６０】
図３に示した本発明の機械加工装置１Ｂは、さらに、前記容器８中の強アルカリ水７に平均外径が１〜８ｍｍのミリバブルを供給してミリバブルを混入した強アルカリ水を調製する図示しないミリバブル発生調製装置を備えることができ、前記マイクロバブル発生調製装置１１で発生したマイクロバブル１３と図示しないミリバブル発生調製装置で発生した図示しないミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を調製し、両者を混入した強アルカリ水を前記強制冷却装置１７のポンプ１４を作動して、マイクロバブル１３と図示しないミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を、経路１５を経て工具３のスルーホール２に供給して、マイクロバブル１３と図示しないミリバブルの両者を混入した強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ加工を行なうことができる。
【００６１】
本発明においては、本発明の機械加工装置1Ａ、1Ｂを用いて機械加工する場合、容器８中に調製したマイクロバブルとミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を工具３に供給して、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ機械加工を行なうが、潤滑油やミスト、圧縮空気、洗浄剤などを添加しない。
【００６２】
本発明においては、環境汚染への配慮および省エネルギーの観点から潤滑油やミスト、圧縮空気、洗浄剤などを使用しないで機械加工を行なうので、加工後は、強アルカリ水の洗浄効果によって、乾燥するだけで清浄になるという効果がある。
【００６３】
また、強アルカリ水は工作機械を構成する鋼部品や工作物であるＴｉ６Ａｌ４Ｖ、Ｔｉ、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、チタン合金、ニッケル合金、鋼、銅、黄銅などを腐食することがない。アルミニウムは腐食されるので注意を要する。
【００６４】
マイクロバブルを混入した強アルカリ水の気化熱による冷却効果によって、マイクロバブルを混入した強アルカリ水に接触する部分が極めて効果的に自然冷却される。
マイクロバブルとミリバブルの両者を混入した強アルカリ水の気化熱による冷却効果によって、マイクロバブルとミリバブルの両者を混入した強アルカリ水に接触する部分がさらに極めて効果的に自然冷却される。
【００６５】
図１に示したように、固定装置９に固定した工作物１０全体を、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水中に浸漬して、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を、経路１５を経て工具３に供給して、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ加工を行なうと、工作物１０、工具３および切り屑のほとんどが、後述する図１０（ミリバブル供給量と熱伝達率との関係を示すグラフ）の参考例１（マイクロバブルのみを混入した強アルカリ水を使用した場合の例）に示されるように、５，０００（Ｗ／ｍ２Ｋ）の大きな熱伝達率で冷却される。
【００６６】
マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水の温度は、例えば、当初は常温から使用開始しても、機械加工によって発生する熱を吸収して上昇する。従って、使用する前記強アルカリ水の温度は、当初はなるべく低い方が好ましい。あまり低いと凍結するので、前記強アルカリ水の氷点を超える温度から常温までの温度がさらに好ましい。
しかし、前記強アルカリ水の最高温度は１００℃であるため、工作物１０、工具３および切り屑は常に１００℃以下の外部環境にあり、大きな熱伝達率での冷却が可能となる。
しかも冷却に電気ネルギーをほとんど使用しないために環境にやさしく、しかも省エネルギーの機械加工となる。
【００６７】
しかし、例えば１００ｍｍの長さの鋼の温度が１℃上昇すると、約１μｍ膨張するので、工作物を精度良く加工して仕上げるためには、例えば工作物の種類に応じて要求される精度を得るために、加工する際の温度を、工業製品の場合は２０℃に、電気製品の場合は２３〜２４℃に制御することが好ましい。
また、前記強アルカリ水のｐＨについても工作物の種類に応じて要求されるｐＨを、制御して所定の値を維持できるようにすることが好ましい。
【００６８】
また、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水は、普通の水道水よりも浸透性が高く、工作物と工具、工具と切削の界面に浸透する特性があるので、前記界面の熱伝達率が向上し、その結果、冷却特性をさらに向上させることが可能となる。
【００６９】
図３に示したように、固定装置９に固定した工作物１０全体を、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水中に浸漬することなく、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を、経路１５を経て工具３のスルーホール２に供給して、工作物１０全体の表面にマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水が流れるようにして、工作物１０全体を冷却するとともに、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ加工を行なうことによっても、工作物１０、工具３および切り屑のほとんどが、後述する図１０（ミリバブル供給量と熱伝達率との関係を示すグラフ）の参考例１（マイクロバブルのみを混入した強アルカリ水を使用した場合の例）に示されるように、５，０００（Ｗ／ｍ２Ｋ）の大きな熱伝達率で冷却される。
この場合も、潤滑油やミスト、圧縮空気、洗浄剤などを使用しないで機械加工を行なうので、加工後は、強アルカリ水の洗浄効果によって、乾燥するだけで清浄になるという効果があり、また、前記のように強アルカリ水は工作機械を構成する鋼部品や工作物であるＴｉ６Ａｌ４Ｖなどを腐食することがない。
この場合も、冷却に電気ネルギーをほとんど使用しないために環境にやさしく、しかも省エネルギーの機械加工となる。
【００７０】
図５は、ドリルに設けたスルーホールの他の例を説明する説明図である。
マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を加工点１２付近に効果的に供給するためにデザインされた他の例を示す。
工具３Ａ（ドリル）の場合は、工具３Ａの上部の２方向からマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を工具３Ａのスルーホール２に供給し、そして工具３Ａの先端部近傍においてスルーホール２を２−１、２−２の２方向に分岐させ、分岐させた２−１、２−２からマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を加工点１２付近に効果的に供給するように構成されている。
【００７１】
図６は、エンドミルに設けたスルーホールの１例を説明する説明図である。
マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を加工点１２付近に効果的に供給するための他のデザインの例である。
工具３Ｂ（エンドミル）の場合は、工具３Ｂの上部の２方向からマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を工具３Ｂのスルーホール２に供給し、そして工具３Ｂの先端部のスルーホール２からマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を加工点１２付近に効果的に供給するように構成されている。
【００７２】
図７は、バイトに設けたスルーホールの１例を説明する説明図である。
マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を加工点１２付近に効果的に供給するための他のデザインの例である。
工具３Ｃ（バイト）の場合は、ホルダー１８の先に先端部１９が備えられ、先端部１９にチップ２０が固定されており、チップ２０の一端が加工点１２となっている。
そして、図７に示したように、チップ２０の一端の加工点１２の近傍に、垂直方向に、スルーホール２（平均内径約２ｍｍ程度）がチップ２０と対応する先端部１９を貫通して設けられている。
【００７３】
工具３Ｃ（バイト）を用いて図示しない工作物を機械加工する際には、図７に破線矢印で示した方向から、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を供給すると、図示しない工作物全体の表面にマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水が供給されて工作物全体を冷却するとともに、図７に破線示した方向からマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水がスルーホール２に供給されて加工点１２およびその付近を効果的に冷却するように構成されている。
【００７４】
図８は、エンドミルのスロアチップに設けたスルーホールの１例を説明する説明図である。
マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を加工点１２付近に効果的に供給するための他のデザインの例である。
工具３Ｄ（スロアチップのエンドミル）の場合は、ホルダー１８の先に先端部１９が備えられ、先端部１９にスロアチップ２１が固定されており、スロアチップ２１の一端が加工点１２となっている。
【００７５】
そして、図８に示したように、スロアチップ２１の一端の加工点１２の近傍に、スロアチップ２１の厚さ方向に対して直角方向に、スルーホール２（平均内径約２ｍｍ程度）が貫通して設けられている。
【００７６】
工具３Ｄ（スロアチップのエンドミル）を用いて図示しない工作物を機械加工する際には、図８に破線矢印で示した方向から、マイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を供給すると、工作物全体の表面にマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水が供給されて工作物全体を冷却するとともに、図８に破線示した方向からマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水がスルーホール２に供給されて加工点１２およびその付近を効果的に冷却するように構成されている。
【００７７】
図５〜図８に示した工具３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは、図１および図３に示した本発明の機械加工装置１Ａ、１Ｂと組み合わせて使用することができ、５，０００（Ｗ／ｍ２Ｋ）以上の大きな熱伝達率での加工点の冷却が可能となる。
【００７８】
図９（ａ）は、マイクロバブルの気化熱冷却効果を測定するための実験装置１Ｃ（機械加工装置）の正面断面説明図であり、（ｂ）は、実験装置１Ｃ（機械加工装置）の側面断面説明図である。図９中の数字の単位はｍｍである。
図９に示したように、ラバーヒーター３０（１００ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ）を２枚の鋼板３１（ＳＰＣＣ１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍ）でサンドイッチして積層し、それを強アルカリ水７（２０リットル、ｐＨ１２．５）の入っている水槽３２中に宙吊り状態に配置してある。ラバーヒーター３０に電源３３（９６．７Ｖ、５０Ｗ）を入れ、鋼板３１の表面に貼った熱電対３４の温度が定常状態になった状態で、鋼板３１の表面温度と水槽３２内の平均水温から見かけの熱伝達率を計算した。
【００７９】
３５はミリバブル発生装置であり、１１はマイクロバブル発生装置である。
実験は次のようにして行なった。
（参考例１）マイクロバブル発生装置１１から平均外径１０μｍ（気泡分布５〜１５μｍ）のマイクロバブルを発生させて水槽３２の下方からマイクロバブルを上方の鋼板２１の表面へ供給（１０リットル／分）した。
（実施例１）マイクロバブル発生装置１１から平均外径１μｍのマイクロバブルを発生させる（１０リットル／分）とともに、ミリバブル発生装置３５から平均外径３〜５ｍｍのミリバブルを発生させて（０〜７０リットル／分）、水槽３２の下方から両者を上方の鋼板２１の表面へ供給した。
（比較例１）ミリバブル発生装置３５から平均外径１〜２ｍｍのミリバブルを発生させて水槽３２の下方からミリバブルを上方の鋼板３１の表面へ供給（０〜７０リットル／分）した。
（比較例２）ミリバブル発生装置３５から平均外径３〜５ｍｍのミリバブルを発生させて水槽３２の下方からミリバブルを上方の鋼板３１の表面へ供給（０〜７０リットル／分）した。
（比較例３）いずれのバブルも発生させず、水槽３２内を自然対流状態に保った。
【００８０】
実験の結果を、図１０に、縦軸に熱伝達率（Ｗ／ｍ２Ｋ）、横軸にミリバブル供給量（リットル／分）をとり示す。
図１０から判るように、バブルを発生させず、水槽３２内を自然対流状態に保った（比較例３）の場合は熱伝達率が非常に低い。
しかし、マイクロバブル発生装置１１から平均外径１μｍのマイクロバブルを発生させて水槽３２の下方からマイクロバブルを上方の鋼板２１の表面へ供した場合（参考例１）は熱伝達率が約５、０００と、自然対流した比較例３の場合の約５０倍高かった。
マイクロバブル発生装置１１から平均外径１μｍのマイクロバブルを発生させる（１０リットル／分）とともに、ミリバブル発生装置３５から平均外径３〜５ｍｍのミリバブルを発生させて（０〜７０リットル／分）、水槽３２の下方から両者を上方の鋼板２１の表面へ供給した場合（実施例１）は、供給するミリバブル量が増加すると見かけの熱伝達率が向上し、ミリバブル量が適量となると最高値が得られ、この最高値は自然対流した比較例３の場合の約３５７倍であった。最高値を超えるミリバブルを供給すると、強アルカリ水７が鋼板３１の表面へ供給されるのが妨げられるために、見かけの熱伝達率が低下した。
比較例１、２の場合は参考例１および実施例１の場合より見かけの熱伝達率が低かった。
【００８１】
図１１は、エンドミル加工における工具先端の最大温度を測定し、工具寿命を判定するための実験装置１Ｄ（実験装置１Ｄは本発明の機械加工装置の他の例である）の正面断面説明図である。
図１１に示すように実験装置１Ｄは、容器８の中に強アルカリ水７（ｐＨ１２．５）が収容されている。
強アルカリ水７中にバイス３６に固定された、スルーホール２（図１１に示すように工具先端の位置に内径２ｍｍのスルーホール２を設けてある）を有する切削工具３（超硬工具。カーバイド被覆。Rake 角５°）が浸漬されている。３８は放射型温度計である。１２は加工点である。
一方、加工位置の上方にはスピンドル３７の主軸４に工作物１０（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ製）が装着されており、加工時には矢印のよう下方の加工位置に移動させ、工作物１０を回転させてエンドミル加工を行うようになっている。
マイクロバブル発生装置１１から平均外径１０μｍ（気泡分布５〜１５μｍ）のマイクロバブルを発生させて容器８の下方からマイクロバブルを、そしてミリバブル発生装置３５から平均外径３〜５ｍｍのミリバブルを発生させて、容器８の下方から両者を上方へ供給する。
【００８２】
図１１に示した実験装置１Ｄを用いて本発明の機械加工方法により、工作物の機械加工を行うには、例えば、図１５に示したように次の工程（１）〜（５）により行なう方法を例示できる。
先ず、工程（１）において、容器８中に強アルカリ水を所定量収容する。
次に、工程（２）において、容器８中の強アルカリ水にマイクロバブル発生調製装置１１で発生したマイクロバブルを供給し、ミリバブル発生装置３５からミリバブルを発生させて供給し、両者を混入した強アルカリ水を調製する。
そして工程（３）において、スルーホール２を有する工具３全体を、両者を混入した強アルカリ水中に浸漬して固定装置３６に固定する。
そして工程（４）において、工作機械３７（スピンドル）に備えた工作物１０を加工位置にセットする。
そして工程（５）において、図示しない強制冷却装置を作動して、工作物１０を強アルカリ水中に浸漬して、マイクロバブルとミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を工具３に供給して、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ加工を行なう。
【００８３】
切削工具３の先端には図１１に拡大して示したように放射型温度計３８を設置して工具３の先端の最大温度を測定し、ＦＥＭ解析によって工具３の先端の温度を外挿する。
切削速度８０ｍ／分、供給速度０．２５ｍｍ／回転、切り込み量０．４ｍｍ、切削力３１７８Ｎ／ｍｍ２の条件で行なった。
【００８４】
図１１に示した実験装置１Ｄを用いての実験は次のようにして行なった。
（実施例２）スルーホール２を有する工具３を用い、マイクロバブル発生装置１１から平均外径１０μｍのマイクロバブルを発生させて容器８の下方からマイクロバブルを上方へ供給（１０リットル／分）するとともに、ミリバブル発生装置３５から平均外径３〜５ｍｍのミリバブルを発生させて（３０リットル／分）、容器８の下方から両者を上方へ供給した強アルカリ水中でテストした。
【００８５】
（比較例４）スルーホール２のない工具３を用いた以外は、実施例２と同様にしてテストした。
【００８６】
（比較例５）スルーホール２のない工具３を用いるが、マイクロバブルとミリバブルの両者を容器８の下方から上方へ供給しない強アルカリ水中で行なった以外は、実施例２と同様にしてテストした。
【００８７】
（比較例６）スルーホール２のある工具３を用い、マイクロバブルとミリバブルの両者を容器８の下方から上方へ供給しない強アルカリ水中で行なった以外は、実施例２と同様にしてテストした。
【００８８】
（比較例７）スルーホール２のない工具３を用い、空気中で行なった以外は、実施例２と同様にしてテストした。
【００８９】
（参考例２）スルーホール２を有する工具３を用い、マイクロバブル発生装置１１から平均外径１０μｍのマイクロバブルを発生させて容器８の下方からマイクロバブルを上方へ供給（１０リットル／分）した強アルカリ水中でテストした。
【００９０】
（比較例８）従来行なわれている湿式切削を行なった以外は、実施例２と同様にしてテストした。
【００９１】
図１２に、工具先端の最大温度上昇（縦軸）を測定した実験（実施例２、および比較例４、５、６、７）の結果を示す。
【００９２】
図１２から、実施例２の場合が工具先端の最大温度上昇が最も低く、比較例７と比較すると約６４％も工具先端の最大温度が低下したことが判る。
実施例２と比較例４のスルーホール２のない工具３を用いた場合を対比すると、スルーホール２を備えた工具３を用いた実施例２の方が約８％最大温度が低下したことが判る。
【００９３】
図１３に、切削速度８０ｍ／分、供給速度０．２５ｍｍ／回転、切り込み量０．４ｍｍ、切削力３１７８Ｎ／ｍｍ２の条件で工具寿命試験を寿命限界（フランクウエアＲｚ０．３ｍｍ）までそれぞれ試験した際の実施例２、参考例２、および比較例７、８の逃げ面摩耗量Ｒｚ（ｍｍ）と切削量（ｃｍ３）の関係を示す。
工具寿命試験では逃げ面摩耗量が０．３ｍｍになったときに寿命と判定した。
【００９４】
図１３から、スルーホール２を有する工具３を用い、マイクロバブル発生装置１１から平均外径１０μｍのマイクロバブルを発生させて容器８の下方からマイクロバブルを上方へ供給（１０リットル／分）するとともに、ミリバブル発生装置３５から平均外径３〜５ｍｍのミリバブルを発生させて（３０リットル／分）、容器８の下方から両者を上方へ供給した強アルカリ水中でテストした実施例２の場合は、難削材切削時に発生する熱を効率良く除去できるので、スルーホール２のない工具３を用い、空気中で行なった以外は、実施例２と同様にしてテストした比較例７の場合に比較して、３．５倍寿命が伸びていることが判る。
従来行なわれている湿式切削を行なった以外は、実施例２と同様にしてテストした比較例８の場合に比較して、２．４倍寿命が伸びていることが判る。
【００９５】
図１４に、前記の条件で工具寿命試験を行った際の実施例２、および比較例４、７、８の加工精度（表面粗さ）を測定した。
加工精度（表面粗さ。最大高さ）は、工具寿命試験開始直後の切削面と寿命に至った際の切削面について、切削方向に対して直角に測定した。
図１４から、実施例２の加工精度（表面粗さ）は、スルーホール２のない工具３を用い、空気中で行なった以外は、実施例２と同様にしてテストした比較例７の場合、および従来行なわれている湿式切削を行なった以外は、実施例２と同様にしてテストした比較例８の場合、に比べてそれぞれ７０％、８９％とよくなっている。
スルーホール２のない工具３を用いた以外は、実施例２と同様にしてテストした比較例４の場合と比較して、実施例２の加工精度（表面粗さ）は、表面粗さのバラツキが小さくなっている。
これは実施例２の場合はスルーホール２の冷却効果で工具温度上昇が抑制されたことにより、工具の熱変形が抑制されたのみならず、工具の硬度の低下も抑制され工具剛性も維持されたことにより、工具先端位置（加工点）の変動が抑制されたものと考えられる。
【００９６】
図１１に示した実験装置１Ｄ（本発明の機械加工装置の他の例である）を用いて、工作物１０（Ｓ４５Ｃ）を強アルカリ水中に浸漬して、マイクロバブルとミリバブルの両者を混入した強アルカリ水を工具３（超硬工具。カーバイド被覆。Ｒａｋｅ 角５°）に供給して、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却しつつ、切削速度１００ｍ／分、送り速度５００ｍｍ／分、切り込み量１．５ｍｍ、切削力３１７８Ｎ／ｍｍ２の条件で加工を行ない、工具３の先端から切れ刃上の距離（Ｌｘ：ｍｍ）を０〜６ｍｍまで変化させ、工具３の加工点１２からスルーホール２の中心までの距離Ｘを２ｍｍ、３ｍｍと変化させ、スルーホール２の内径Ｄを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍと変化させた場合の工具３の加工点１２の応力（ＧＰａ）（ｂ）とスルーホール２の周囲の応力（ＧＰａ）（ａ）および工具３の先端の最大温度（℃）を求めた。
【００９７】
工具３の応力（ＧＰａ）（縦軸）と距離（Ｌｘ）（横軸）との関係を、距離Ｌｘ、スルーホール２の内径Ｄをパラメータとして図１６に示す。
【００９８】
図１６からスルーホール２の内径Ｄ２．０ｍｍ、距離Ｌｘ３．０ｍｍとすることにより、工具３の加工点１２の応力（ＧＰａ）（ｂ）がスルーホールのない場合と同等になった。
そのときスルーホール２の周囲の最大応力（ＧＰａ）（ａ）が４．９２（ＧＰａ）と超硬工具３の許容応力内に入っていた。
なおこの条件で、工具３の先端の変形は８．３μｍであり、スルーホールのない場合の７．４μｍと同程度であった。
この結果、本発明に適する工具３は、スルーホール２の内径Ｄ２．０ｍｍ、距離Ｘ３．０ｍｍであれば、強度的にも、機能的にも優れていることが判った。
すなわち、図１６はバイト（工具）のすくい面と横逃げ面の境界にあるエッジ部の応力状態を示したものである。できるだけ冷却効果を向上させるために強アルカリ水を工具先端まで導くために、その先端付近の近傍に穴（スルーホール）を近づけて設ければ、近づけた分だけ冷却効率は上がる。しかし工具の強度は落ちる。工具の強度を落とすことなく、最大限の冷却効率を上げるための穴として、Ｌｘ＝３．０ｍｍ、Ｄ＝２．０ｍｍであれば、エッジ部の強度が穴がない場合と同様であり、しかも穴が工具先端に近い穴になり、冷却効率が高くなると考えられる結果が得られた。
【００９９】
図１７に、前記のように工具先端に穴を設けた場合、工具先端部の最高温度（縦軸）と、距離Ｌｘ、スルーホール２の内径Ｄ（横軸）との関係を示す。
工具３は、スルーホール２の内径Ｄ２．０ｍｍ、距離Ｌｘ３．０ｍｍであれば、スルーホール２のない場合と比べて、約１０％工具先端部の最高温度を抑制できることが判った。なお、図１７中の（比較例７）は、スルーホール２のない工具３を用い、空気中で行なった場合である。
【０１００】
本発明の機械加工装置において、さらに、前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持する手段を備えることが好ましい。
前記手段を用いて前記強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持することにより、加工精度をより向上させることができる。
前記のように、１００ｍｍの長さの鋼の温度が１℃上昇すると、約１μｍ膨張する。そこで、工作物を精度良く加工して仕上げるためには、例えば、工作物の種類に応じて要求される精度を得るために、加工する際の温度を、工業製品の場合は２０℃に、電気製品の場合は２３〜２４℃に制御することが好ましい。
また、前記強アルカリ水のｐＨについても工作物の種類に応じて要求される加工する際のｐＨを、制御して所定の値を維持できるようにすることが好ましい。
【０１０１】
次に、強アルカリ水の温度および／またはｐＨを適正範囲に制御して維持する制御手段を備えた本発明の機械加工装置について説明する。
図１８に示した本発明の機械加工装置１Ｅは、容器８中の強アルカリ水７にマイクロバブル１３を、図１に示した本発明の機械加工装置１Ａに、さらに強アルカリ水７の温度およびｐＨを適正範囲に制御して維持する制御手段４０を備え、そして経路１６を経て供給してマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水を調製するマイクロバブル発生調製装置１１と、容器８中のマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水をポンプ１４を作動して経路１５を経て取り込んで、工具３（ドリル）のスルーホール２に経路１５を経て供給して、強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却する強制冷却装置１７とを省略して図示しない以外は、図１に示した本発明の機械加工装置１Ａとほぼ同様に構成されている。
図１８において、図１に記載した符号と同じ符号のものは、図１に記載したものと同じものを示す。
制御手段４０は、水タンク４１、強アルカリ水（ｐＨ１３）タンク４２、開閉弁４３、４４、管路４５、４６、４７、ｐＨメータ４８、コントローラ４９などを備えている。
容器８中の強アルカリ水７が空中の炭酸ガスを吸収して、そのｐＨが低下したり、加工により発生する熱や環境温度による蒸発によりｐＨが変化する。
変化するｐＨをｐＨメータ４８により検出し、検出したデータをコントローラ４９へ送り、適切なｐＨを予め記憶したコントローラ４９から信号を開閉弁４３、４４へ送り、開閉弁４３、４４の開度を適切な開度にすることにより、水タンク４１から開閉弁４３を経て管路４５を通って適切な量の水が供給され、一方、強アルカリ水（ｐＨ１３）タンク４２から開閉弁４４を経て管路４６を通って適切な量の強アルカリ水が供給される。
そして、両者は均一に混合されて管路４７から容器８中の強アルカリ水７に供給され、容器８中で均一に混合されて予め設定された強アルカリ水のｐＨに制御され維持されるように構成されている。
図１８の下部にブロック図を示した。
【０１０２】
ガラス電極を備えたｐＨメータ４８を用いてｐＨを測定すると、容器８中の強アルカリ水７の温度によって、ｐＨメータ４８により検出されたｐＨと、容器８中の強アルカリ水７の実際のｐＨとは一致しない。
図１９に、強アルカリ水７の温度（℃）を横軸に、ｐＨメータ４８により検出されたｐＨと、容器８中の強アルカリ水７の補正後のｐＨを縦軸にして示す。
したがって、ｐＨメータ４８により検出されたｐＨを図１９に示した関係に従って補正する必要がある。
図１９に示した関係を予め入力して記憶させたコントローラ４９において補正値を計算し、補正値の信号をコントローラ４９から開閉弁４３、４４へ送り、開閉弁４３、４４の開度を適切な開度にすることにより、水タンク４１から開閉弁４３を経て管路４５を通って適切な量の水が供給され、一方、強アルカリ水（ｐＨ１３）タンク４２から開閉弁４４を経て管路４６を通って適切な量の強アルカリ水が供給される。
そして、両者は均一に混合されて管路４７から容器８中の強アルカリ水７に供給され、容器８中で均一に混合されて予め設定された強アルカリ水のｐＨに制御され維持されるように構成されている。
図１９の下部にブロック図を示した。
【０１０３】
図２０に示した本発明の機械加工装置１Ｆは、図１８に示した本発明の機械加工装置１Ｅに、さらに温度コントローラ５０を備えた以外は、図１８に示した本発明の機械加工装置１Ｅと同様に構成されている。
図２０において、図１８に記載した符号と同じ符号のものは、図１８に記載したものと同じものを示す。
温度コントローラ５０は冷凍機を主たる構成装置として備え、容器８中の強アルカリ水７を管路５１から取り入れ、温度コントローラ５０の図示しない内部の熱交換器で予め入力され記憶された適正温度範囲になるように熱交換され、適正温度範囲に制御された強アルカリ水が管路５２から容器８中の強アルカリ水７中に供給されて均一に混合され、容器８中の強アルカリ水７の温度が適正温度範囲に制御され維持されるように構成されている。
【０１０４】
図２１に示した本発明の機械加工装置１Ｇは、図２０に示した本発明の機械加工装置１Ｆのコントローラ４９として、工作物１０、工具３、固定装置（バイスなど）１０、工作機械５などが腐食しないｐＨの領域を予め入力して記憶させておき、実際に使用する、工作物１０、工具３、固定装置（バイスなど）１０、工作機械５の組み合わせの場合に用いられる適切なｐＨの範囲を計算できるように設定してあるコントローラ４９を用いた以外は、図２０に示した本発明の機械加工装置１Ｆと同様に構成されている。
実際に使用する、工作物１０、工具３、固定装置（バイスなど）１０、工作機械５の組み合わせは多岐にわたるが、本発明の機械加工装置１Ｇのコントローラ４１は、腐食しないｐＨの領域をすぐに計算できるので、適切なｐＨ領域に制御しつつ、多岐にわたる機械加工をオンデマンドで効率良く行うことができる。
【０１０５】
本発明で用いる工作機械は特に限定されるものではなく、公知の市販されている工作機械の中から選択して使用することができる。公知の工作機械としては、具体的には、例えば、マシニングセンター、ターニングセンター、ボール盤、旋盤、フライス盤、ボブ盤、ブローチ盤、研削盤などを挙げることができる。
【０１０６】
本発明で用いる工作物の材質は、特に限定されるものではなく、例えばＴｉ６Ａｌ４Ｖ、Ｔｉ、Ｉｎｃｏｎｅｌ  ７１８、チタン合金、ニッケル合金、鋼、銅、黄銅などの一種あるいは２種以上の材質の工作物を挙げることができる。
難削材のＴｉ６Ａｌ４Ｖ、Ｔｉ、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８などの工作物であっても容易に機械加工することができる。
【０１０７】
本発明で用いるスルーホールを有する工具の例として、図１、３、５、６、７、８、１１、１８などに示したものを挙げたが、これらに限定されるものではなく、切削加工、研削加工、刃切り加工、ブローチ加工などから選択される１つあるいは２つ以上の加工ができるものでればよく、具体的には、例えば、ドリル、エンドミル、バイト、スロアウエイ型エンドミルなどを挙げることができる。
工具の材質も特に限定されるものではなく、具体的には、例えば、超硬、サーメット、ハイス、セラミックス、ダイヤモンド、ＣＢＮなどを挙げることができる。
【０１０８】
工具に設置するスルーホールとは、使用する工具に１つあるいは２つ以上貫通して設けたものであり、マイクロバブルを混入した強アルカリ水がその内部を通過して熱伝導および気化熱により工具の加工点を効率良く冷却するものである。
【０１０９】
工具に設置するスルーホールの形状、内径、長さ、数、設置箇所などは、特に限定されるものではなく、機械的強度を維持しつつ、加工点を効率よく冷却して放熱できるように設計して、設置されるものである。
スルーホールの形状としては、具体的には、丸、楕円、矩形、四角や六角形などの多角形などを挙げることができる。
【０１１０】
加工性や表面積や機械的強度維持の観点から丸が好ましい。
平均内径としては、具体的には、０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜４ｍｍを挙げることができる。
スルーホールの設置箇所や個数としては、加工点になるべく近接した１つあるいは２つ以上の箇所がよいが、冷却性、加工性、加工精度や機械的強度維持を勘案して決定することが好ましい。
【０１１１】
本発明で用いる容器は、強アルカリ水に化学的に耐えるとともに機械的強度を有するものであればよく、材質も金属、セラミック、ガラス、木材あるいはこれらの２つ以上の組み合わせを挙げることができる。
【０１１２】
本発明で用いる強アルカリ水は、好ましくはｐＨ１０以上、より好ましくはｐＨ１０〜１３の強アルカリ水であればよく、工作機械を構成する鋼部品や工作物であるＴｉ６Ａｌ４Ｖ、Ｔｉ、Ｉｎｃｏｎｅｌ  ７１８、チタン合金、ニッケル合金、鋼、銅、黄銅などなどを腐食することがない。
ｐＨ１０未満では鋼材の腐食が発生する恐れがあり、好ましくない。
ｐＨ１３を超えると製造が困難であり、安定に維持することが困難となる恐れがある。
本発明で用いる強アルカリ水には、環境汚染への配慮および省エネルギーの観点から、潤滑油やミスト、圧縮空気、洗浄剤などを添加しないので、加工後は、強アルカリ水の洗浄効果によって、工作物を乾燥するだけで清浄になるという効果がある。
【０１１３】
強アルカリ水は、普通の水道水よりも浸透性が高く、工作物と工具、工具と切削の界面に浸透する特性があるので、前記界面の熱伝達率が向上し、その結果、冷却特性をさらに向上させることが可能となる。
【０１１４】
以上のように、本発明で用いる強アルカリ水は、安全性が高く、また高い抗菌・防腐効果および高い防錆効果があり、腐敗せず、工作物などに対する界面浸透性、剥離分離能力、乳化・分離能力が大きいため洗浄力がきわめて大きいので、より効率よく放熱させて冷却でき、しかも環境に優しいという顕著な効果を奏する。
【０１１５】
本発明で用いる強アルカリ水の製法は特に限定されないが、例えば、日伸精機株式会社製強アルカリ水製造装置（ＥＷ−０１−ＲＯ２１）を用いて、下記のようにして製造された強アルカリ水は本発明において好ましく使用できる。
図２２は、強アルカリ水製造装置６０のフローを説明するフローシート図である。
図２３は、電解槽の陽極および陰極における電極反応および中和反応を説明する説明図である。
図２２に記載の記号の意味は、図２２中に記載の（表１）に記載してある。
【０１１６】
外部より、ラインＬ１へ、原水（水道水）を手動弁６１、圧力計６２、フィルタ（ポリプロピレン繊維）６３、プレッシャースイッチ（圧力が所定値以下になった時に作動する）６４、フィルタ（活性炭）６５、電動弁６６を経て、電動機ポンプ６７を駆動して、逆浸透圧膜ろ過装置（ＲＯ）６８［例えば、ＧＥ  ＯＳＭＯＮＩＣＳ社製型式ＤＥＳＡＬ（登録商標）］へ移送する。
移送した原水を逆浸透圧膜ろ過装置（ＲＯ）６８で逆浸透圧ろ過し、透過水（以下、純水と称す場合がある）をラインＬ２から、電動弁６９、手動調整弁７０、流量計７１、流量スイッチ（流量が所定値以下になった時に作動する）７２を経て、電解槽７３の陰極側へ供給する。
【０１１７】
一方、電解質槽７４へ炭酸カリウム（電解質）を投入して所定の濃度に調整された電解質水溶液を電動機ポンプ７５を駆動して、ラインＬ３を経て電解槽７３の陽極側へ供給する。陽極側の電解質水溶液はラインＬ４の流量スイッチ（流量が所定値以下になった時に作動する）７５を経て電解質槽７４へリサイクルしている。
また、異常時に電解質槽７４の上部から電解質水溶液の一部をオーバーフローさせて外部へ移送している。
なお、原水を逆浸透圧ろ過できなかった未透過水の一部はラインＬ５の手動弁７７を経て逆浸透圧膜ろ過装置（ＲＯ）６８へリサイクルしている。原水を逆浸透圧ろ過できなかった未透過水の一部はＲＯ余剰水として外部へ移送している。
また、原水を逆浸透圧膜ろ過装置（ＲＯ）６８で逆浸透圧ろ過して得られた純水の一部は、ラインＬ２から分岐して設けたラインＬ６から電動弁７８を経てＲＯ水として外部へ移送できる。
【０１１８】
図２３に示したように、電解槽７３の陽極および陰極においてそれぞれ下記の電極反応［式（１）、（３）で表される］および中和反応［式（２）、（４）で表される］が行われて、陰極側から本発明で使用する強アルカリ水（ｐＨ＝１２-１２．５）が得られる。
【０１１９】
（陽極槽での反応）
（電極反応）
２Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋＋Ｏ２↑−４ｅ−                      （１）
（中和反応）
４Ｈ＋＋Ｏ２↑−４ｅ−＋２Ｋ２ＣＯ３
→２Ｈ２ＣＯ３＋４Ｋ＋＋Ｏ２↑
→２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑＋Ｏ２↑＋４Ｋ＋              （２）
【０１２０】
（陰極槽での反応）
（電極反応）
４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−＋２Ｈ２↑ （３）
（中和反応）
４ＯＨ−＋２Ｈ２↑＋４Ｋ＋
→４ＫＯＨ＋２Ｈ２↑ （４）
【０１２１】
日伸精機株式会社製強アルカリ水製造装置ＥＷ−０１−ＲＯ２１を用いて製造された強アルカリ水は、原水を逆浸透圧膜ろ過装置（ＲＯ）６８へ移送し、移送した原水を逆浸透圧ろ過し、得られた純水を使用して製造されるので、この強アルカリ水には、電解槽７３の陽極および陰極の表面に沈着、沈澱するなどして電極反応や中和反応を妨げるようなカルシウムイオン、マグネシウムイオン、各種金属イオンなどの不純物が含有されていないので、長期にわたり安定して電極反応や中和反応を行って、前記不純物が含まれていない高品質の本発明で使用する強アルカリ水を製造することができる。
【０１２２】
そして、本発明の機械加工装置および機械加工方法を用いて、前記不純物が含まれていない高品質の強アルカリ水にマイクロバブルおよびミリバブルを混入して切削、研削、刃切り、ブローチ加工などの機械加工を行うと、前記強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を強制冷却することにより、効率よく放熱させて冷却できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度を向上させることができるとともに、機械加工中に前記強アルカリ水が接触する工具、容器、工作物、固定装置などの表面に不純物が沈着したり、沈澱したり、あるいはこれらの不純物層が剥離したりして機械加工の連続運転がを妨げられることがなく、安定した機械加工を行うことができ、特に加工点に前記不純物が介在すると加工精度を低下させるが、不純物が含まれていない高品質の強アルカリ水を使用することにより加工精度を一層向上することができるという顕著な効果がある。
【０１２３】
本発明で用いるマイクロバブル発生調製装置は、平均外径６０μｍ以下のマイクロバブルを発生して、強アルカリ水中に均一に混合できるものであればよく、公知の市販されているマイクロバブル発生調製装置の中から選択して使用することができる。公知のマイクロバブル発生調製装置としては、具体的には、例えば、関西オートメ機器株隙会社製のＭＢＬＬ０７−１０１−Ｓ、ＭＢＬＬ１１−１０２−Ｓ、ＭＢＬ１５−１０８Ｖ／２０８Ｓ、ＭＢＬ５０−２２２−Ｓ、ＭＢＬ９５−２３７−Ｓなどを挙げることができる。
本発明で用いるマイクロバブルの平均外径は、６０μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは５０μｍ以下、特に好ましくは４０μｍ以下である。
平均外径１０μｍ以下のマイクロバブルも使用可能である。
６０μｍを超えると、マイクロバブルを混入した強アルカリ水を前記工具に供給して強アルカリ水の気化熱を利用して加工点を効率良く強制冷却できない恐れがある。
【０１２４】
前記強アルカリ水中のマイクロバブルとミリバブルの混合割合は、前述のように図１０から、供給するミリバブル量が増加すると見かけの熱伝達率が向上し、そしてミリバブル量が適量となると最高値が得られ、その後減少することが判っているので、使用する工具、工作物、工作機械、容器中の強アルカリ水量および工具への強アルカリ水供給量などを含む機械加工条件において見かけの熱伝達率が最高となる混合割合を試験などによって予め知って、決めることが好ましい。
本発明で用いるミリバブル発生調製装置としては、具体的には、例えば、ＦｌｅｘＡｉｒ（登録商標）（製造元；Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｉｎｃ．代理店；株式会社ＹＹコーポレーション）を挙げることができる。
【０１２５】
通常、前記強アルカリ水中のマイクロバブルの混合割合は、３０〜６０（ｃｃ％／強アルカリ水ｇ）好ましく、さらに好ましくは４０〜５０（ｃｃ％／強アルカリ水ｇ）である。
混合割合が３０（ｃｃ％／強アルカリ水ｇ）未満では、熱伝達率が低下して良好な冷却ができない恐れがあり、６０（ｃｃ％／強アルカリ水ｇ）を超えると、やはり熱伝達率が低下して良好な冷却ができない恐れがある。
【０１２６】
本発明においては、前記マイクロバブルを混入した強アルカリ水中に、さらに平均外径１〜８ｍｍのバブルを、熱伝達率を損なわない範囲で混入することができる。
平均外径１〜８ｍｍのミリバブルをマイクロバブルにさらに混入する理由は、より効率よく放熱させて冷却するためである。工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、いわゆる潤滑油を使用しないでも、高速切削加工による工具摩耗の進行を抑制し、工具寿命や加工精度をさらに向上させることができる。
本発明で用いるミリバブルの平均外径は、1〜８ｍｍが好ましく、さらに好ましくは1〜７ｍｍ、特に好ましくは1〜５ｍｍである。
８ｍｍを超えると、ミリバブルが強アルカリ水中で壊れたり、強アルカリ水から分離したりしてマイクロバブルと協同して効率良く強制冷却できない恐れがある。
一方、１ｍｍ未満では、工具寿命や加工精度をさらに向上させることができない恐れがある。
本発明で使用する、ミリバブルやマイクロバブルを形成する気体としては、具体的には、例えば、空気、窒素、酸素、水素、アルゴンなどの不活性ガスなどを挙げることができるが、安価で安全で入手しやすい空気が好ましく使用できる。しかし、引火などの恐れがある場合は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを好ましく使用できる。
【０１２７】
本発明で用いる工作物を固定する固定装置は、公知の市販されている固定装置の中から選択して使用することができる。公知の固定装置としては、具体的には、例えば、バイス、チャック、円テーブル、角テーブルなどを挙げることができる。
【０１２８】
本発明で用いる強制冷却装置としては、図１、３に示したように、容器８中のマイクロバブル１３を混入した強アルカリ水をポンプ１４により経路１５を経て取り込んで工具３（ドリル）のスルーホール２に経路１５を経て供給して強アルカリ水の気化熱を利用して加工点１２を強制冷却する強制冷却装置１７を例示することができる。
本発明で用いる強制冷却装置は、図１、３に例示した強制冷却装置１７に限定されるものではなく、強制冷却装置１７のような作用効果を果たすことができる装置であれば、本発明で用いることができることは当然である。
【０１２９】
上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明の機械加工装置は、工作物が、例え、熱伝導率の小さなチタン合金材料やニッケル基合金材料であっても、効率よく冷却して放熱できるので、工具の硬さや機械的強度が著しく低下せず、高速切削加工による工具摩耗の進行を遅くし、工具寿命や加工精度を向上させることができるという顕著な効果を奏し、本発明の機械加工方法を用いて容易に工作物の加工を行うことができるという顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。
【符号の説明】
【０１３１】
１  １Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ  機械加工装置
２  スルーホール
３  ３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ  工具
４  主軸
５  工作機械
６  テーブル
７  強アルカリ水
８  容器
９  固定装置
１０  工作物
１１  マイクロバブル発生調製装置
１２  加工点
１３  マイクロバブル
１４  ポンプ
１５、１６  経路
１７  強制冷却装置
１８  ホルダー
１９  先端部
２０  チップ
２１  スロアチップ
３０  ラバーヒーター
３１  鋼板
３２  水槽
３３  電源
３４  熱電対
３５  ミリバブル発生装置
３６  バイス
３７  スピンドル
３８  放射型温度計
４０  制御手段
４１  水タンク
４２  強アルカリ水（ｐＨ１３）タンク
４３  ４４  開閉弁
４５、４６、４７、５１、５２  管路
４８  ｐＨメータ
４９  コントローラ
５０  温度コントローラ
６０  強アルカリ水製造装置
６８  逆浸透圧膜ろ過装置（ＲＯ）
７３  電解槽
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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