(57)【要約】      （修正有）【課題】加工精度が高く、切削工具の消耗の小さい切削液を用いた機械加工装置を提供する。【解決手段】ダイサ１は、回転駆動装置の回転軸３に取付けられたフランジ２、円盤状のブレード４、第二のフランジ２、そしてこれらのフランジ２によりブレード４を締め付け固定するためのナット５から構成されている。また、マイクロバブルを含んだ切削液８をブレード４と被加工物６にノズル９より供給する。そして、被加工物をブレードにより切断する。被加工物はワーク取付け台７にワックスを用いて固定している。ここで用いたブレード４は、約６０μｍ厚の超硬製の基板にダイヤモンドを電着したものである。また、被加工物６はガラスである。【選択図】図１
2007331088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工装置において、機械加工装置に用いられる切削工具および被加工物にマイクロバブルを含む切削液を吹き付け、切削加工を行うことを特徴とする。
【請求項２】
前記マイクロバブルの直径が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の機械加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、マイクロバブルを含む切削液を切削工具と被加工物に吹き付けて機械加工を行う機械加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  一般に、ガラス、セラミック、シリコーン、チタン、超硬金属などの硬度が高い脆性材料を切断、研削等の加工を施すことは、非常に困難であり従来から工具に超音波振動を加え加工することが行われている。このような超音波切削加工は、切削抵抗が低減するため、切削ツールの摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、切削ツールの寿命が長くなると共に、加工精度の向上につながってくる。なお超音波切削加工については非特許文献１に詳しく記載されている。
【非特許文献１】超音波便覧編集委員会、「超音波便覧」、丸善株式会社、平成１１年８月、ｐ６７９−６８４
【０００３】  例えば、特許文献１の超音波振動を用いた切断装置がある。この切断装置は切削工具であるブレードに直接、圧電素子をエポキシ樹脂を用いて接合し、この圧電素子に超音波発振回路から交流電圧を印加する。ブレードに直接超音波振動源が固着しているため、効率よく超音波振動させることができる。そして切削抵抗が低減し、切削ツールの摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、切削ツールの寿命が長くなると共に、加工精度が向上する。
【特許文献１】特開２００４−２９１６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、ブレードが薄い場合は、好ましいブレードの径方向の振動の他、ブレードの面と直交する方向の好ましくない曲げ振動してしまう。また、フランジによりブレードが保持されると、ブレードと接触するフランジ部が節となる、曲げ振動が発生する。さらに、切断される被加工物にブレードが接触すると、さらに複雑な振動が発生し、被加工物の加工精度を悪化させ、加工速度を小さくし、そして砥石の消耗を大きくする。【０００５】  本発明者は、上記の超音波振動を用いた切断装置の問題点を解決するために、様々な調査研究を行ってきた。そして、機械加工装置の切削液を、マイクロバルブを含むものにすることにより上記の問題点を解決することを案出した。マイクロバブルがブレード及び被加工物による圧力により破壊される時に、マイクロジュット流が発生する。このマイクロジェット流が持つエネルギーを利用して被加工物及びブレードに付着した切削物を除去することができる。また、マイクロバルブは、帯電しているため前記除去した切削物を吸着して外部に出すことができる。このようにすることで、ブレードは常に切断能力を維持することができる。【０００６】  本発明の目的は上述の問題点を解消する、切削液にマイクロバブルを用いた機械加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は、機械加工装置において、切削工具および被加工物にマイクロバブルを含む切削液を吹き付け、切削加工を行うものである。【０００８】  本発明はまた、前記マイクロバブルの直径が５０μｍ以下であるものとすることである。
【発明の効果】
【０００９】  本発明の機械加工装置および加工法は、切削液にマイクロバブルを含ませることにより、被加工物の加工精度と加工速度の向上および工具の消耗を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  本発明の第１の実施の形態を図１の側面図、そして図２の概略図により示す。図１に示すダイサ１は、図示しない回転駆動装置の回転軸３に取付けられたフランジ２、円盤状のブレード４、図示しない第二のフランジ２、そしてこれらのフランジ２によりブレード４を締め付け固定するためのナット５から構成されている。また、切削液８をブレード４と被加工物６にノズル９より供給する。ここで、切削液８は水である。また、被加工物はワーク取付け台７にワックスを用いて固定している。ここで用いたブレード４は、約６０μｍ厚の超硬製の基板にダイヤモンドを電着したものである。また、被加工物６はガラスである。【００１１】  図２の概略図によりマイクロバブルの発生方法について説明する。切削液供給源１０の内部には、切削液８中にマイクロバブルを生成するマイクロバブル生成器１１が収納されている。マイクロバブル生成器１１には気体供給源１２が配管１３ａにより接続されている。また、ここで用いた気体は空気である。【００１２】  マイクロバブル生成器の具体的構成としては次のようなものが挙げられる。【００１３】  （１）二流体ノズル
二流体ノズルは、混合室内で開口する液体導入孔に隣接する気体導入孔とを有している。液体導入孔からは加圧された液体が混合室内に勢いよく噴射され、噴射された液体の持つ流体エネルギーから生じる負圧により気体導入孔から気体が吸入される。そして、液体の流れに気体が混合されてマイクロバブルを含んだ気液混合流が形成される。【００１４】  （２）多孔体を用いた気体分散器
エアストーンなどの多孔体は、互いに連通する多数の細孔を有しており、それらの細孔の一部は多孔体の表面で開口している。多孔体を液体に浸漬させた状態で多孔体の内部に気体を導入すると、気体は細孔を通って多孔体の表面から微細な気泡となって液体中に放出される。したがって、細孔の径を小さくすれば、所望の直径を有するマイクロバブルを生成することができる。なお、多孔体として膜状の気体分散材を用いてもよい。【００１５】  （３）気液攪拌器
気液攪拌器は、液体中に配置されたスクリューなどの攪拌部材を備え、液体中に気体を供給しながら攪拌部材を高速で回転させ、液体中に気泡として存在する気体を攪拌する。これにより、液体中の気泡を微細化させてマイクロバブルを生成する。【００１６】  マイクロバブルを形成する気体としては、空気、オゾン、２酸化炭素および酸素などがある。【００１７】  次にダイサ１の運転方法について説明する。まず、マイクロバブル生成器１１を運転して切削液８中にマイクロバブルを生成する。そして配管１３ｂを通してマイクロバブルを含んだ切削液８をノズル９よりブレード４と被加工物６に向けて放射する。次にダイサ１のモータのスイッチを入れ、ブレード４を回転させる。そして被加工物６をブレード４により切断する。【００１８】  切削液の役割は、ブレード４と被加工物６との間に生じる摩擦熱を冷却することである。ブレード４を高速回転させ、被加工物６を切削加工するとブレード４と被加工物６との開に生じる摩擦熱が、ブレードの磨耗や破損を早めたり、また被加工物６の加工面上のチッピングや異常切断の原因となる。【００１９】  マイクロバブルを含んだ切削液の作用についての考察をする。被加工物６とブレード４の間にマイクロバブルを含んだ切削液８が入り込み、被加工物６とブレード４の相対的な運動などによりマイクロバブルが破壊する。マイクロバブルが破壊されると、マイクロジュット流が発生する。このマイクロジェット流が持つエネルギーを利用して被加工物６及びブレード４に付着した切削物を除去する。また、除去された切削物は、マイクロバルブの吸着力により外部に出すことができる。マイクロバブルは、被加工物６とブレード４の間に入り込みためにはブレード４の厚さ６０μｍより小さいことが必要であり、５０μｍ以下の直径であることが望ましい。【００２０】  マイクロバブルを含んだ切削液８よる被加工物６とブレード４からの切削物の除去は、ブレード４と被加工物６との間に生じる摩擦力を小さくするので、被加工物６の加工精度を向上させ、ブレード４の磨耗を小さくする。【００２１】  マイクロバブルを含んだ切削液は、通常の切削液に比較してブレードの磨耗は約半分に、被加工物のチッピングの数は半分以下になった。【００２２】  本発明の第２の実施の形態について図３の研磨装置１４の側面図を用いて説明する。加工テーブル１９を回転させる加工テーブル回転軸がある。そして、加工テーブル回転軸は、モータ１５ａに接続されている。加工テーブル１９上には鋼製の円板状のワーク取付け台７に、被加工物６であるリチウムナイオベイト基板を、ホットメルトワックスを用い接着する。【００２３】  一方、砥石１８を接合した円環状の弾性体は、弾性体を回転させるための回転円板に図示しないボルトにより接続されている。砥石１８はビトリファイド砥石と呼ばれるものでダイヤモンド砥粒の平均粒度は１０００番であり、μｍで表現するとその平均粒度は１８〜１４．５μｍである。平均粒度を小さくすると砥石１８と被加工物６との摩擦力が大きくなる。このため、マイクロバブルを含む切削液が有効である。【００２４】  また、加工テーブル１９の上方位置にマイクロバブルを含む切削液８が噴出するように配置されて���る。また砥石１８にも砥石回転軸の中心部を通り、マイクロバブルを含む切削液８が吹き付けられている。【００２５】  また砥石１８と弾性体を接合した構成は、カップ砥石またはグラインディングホイールなどの名称で呼ばれている。【００２６】  この研磨装置１４の運転方法について図３を用いて説明する。まず、加工テーブル１９にリチウムナイオベイト基板を接着した鋼製の円板状のワーク取付け台７を電磁力により吸着する。そして砥石１８の位置を適正な位置になるようにモータ１５ｂを作動させる。次にモータ１５ａを起動して加工テーブル１９を回転させる。これと同時にノズル９ｂからマイクロバブルを含む切削液を噴出させる。またノズル９ａから砥石回転軸の中心部を通りマイクロバブルを含む切削液８を砥石１８に当てる。次にモータ１５ｃの電源を入れて砥石１８を回転させ、リチウムナイオベイト基板を研磨する。ここで用いた切削液は水である。【００２７】  砥石１８と被加工物６との間にマイクロバブルを含む切削液８が入り砥石１８と被加工物６の間の相対的な運動あるいは圧力により、マイクロバブルが破壊される。マイクロバブルが破壊されると、マイクロジュット流が発生する。このマイクロジェット流が持つエネルギーを利用して被加工物６及び砥石１８に付着した切削物を除去する。また、除去された切削物は、マイクロバルブの吸着力により外部に出すことができる。マイクロバブルは、被加工物６と砥石１８の間に入り込みためには５０μｍ以下の直径であることが望ましい。さらにダイヤモンド砥粒の平均粒度より小さいことが望ましく本例では、１５μｍ以下が望ましい。【００２８】  マイクロバブルを含んだ切削液よる被加工物と砥石からの切削物の除去は、砥石と被加工物との間に生じる摩擦力を小さくするので、被加工物の加工精度を向上させ、砥石の磨耗を小さくする。また、加工速度を向上させることができる。【００２９】  マイクロバブルを含んだ切削液は、通常の切削液に比較して砥石の磨耗は約半分に、被加工物のチッピングの数は半分以下になった。【００３０】  なお、本例で用いたマイクロバブル発生方法は図２で示したものと同様であるので省略した。【００３１】  本発明の第３の実施の形態を図４の平面図を用いて説明する。バイトを旋盤２０の刃物台２２に取り付け、例えば金属材料やプラスチック材料等からなる被加工物６の切削加工に行う。旋盤２０の刃物台２２に切削チップ２３を備えたバイトホルダー２１を取付ける。被加工物６を旋盤主軸先端のチャック装置２４に取り付ける。被加工物６を回転させると同時に刃物台２２に送りを与え、そしてノズル型のマイクロバルブ発生装置よりマイクロバルブを含んだ切削液８を切削チップ２３と被加工物６に吹き付ける。これにより被加工物６を所定の寸法に加工する。なお、ノズル型のマイクロバルブ発生装置は、たとえば特許文献２の詳しく記述してある。
【特許文献２】特開２００１−５８１４２号公報
【００３２】  切削液８の従来からの役割は、切削チップ２３と被加工物６との間に生じる摩擦熱を冷却することである。被加工物６を高速回転させ、被加工物６を切削加工すると切削チップ２３と被加工物６との間に生じる摩擦熱が、切削チップ２３の磨耗や破損を早めたり、また被加工物６の仕上面の劣化そして仕上寸法の不安定と原因となる。【００３３】  マイクロバブルを含んだ切削液８の作用についての考察をする。被加工物６と切削チップ２３の間にマイクロバブルを含んだ切削液８が入り込み、被加工物６と切削チップ２３の相対的な運動などによりマイクロバブルが破壊する。マイクロバブルが破壊されると、マイクロジュット流が発生する。このマイクロジェット流が持つエネルギーを利用して被加工物６及び切削チップ２３に付着した切削物を除去する。また、除去された切削物は、マイクロバルブの吸着力により外部に出すことができる。ここで、被加工物６と切削チップ２３の間にマイクロバブルを含んだ切削液８が入り込ませるためには、マイクロバブルは、５０μｍ以下の直径であることが望ましい。ここで用いた切削液は市販の水溶性切削液である。【００３４】  マイクロバブルを含んだ切削液よる被加工物と切削チップからの切削物の除去は、切削チップと被加工物との間に生じる摩擦力を小さくするので、被加工物の加工精度を向上させ、切削チップの磨耗を小さくする。【００３５】  マイクロバブルを含んだ切削液は、通常の切削液に比較して切削チップの磨耗は約半分に、被加工物の加工面粗さは約半分になった。【００３６】  図５は、第４の実施の形態を示す基本的な構成を示すボール盤２５の正面図である。ステンレス製の回転軸３を回転させるためのモータ１５が備えられている。回転軸３を回転自在に支持するための軸受１６があり、さらにこの軸受１６を固定するための図示しないステンレスのケースがある。そして、ドリルチャック２７によりドリル２６を固定する。【００３７】  次にこのボール盤の運転方法を説明する。まずモータ１５の電源をいれ回転軸３を回転させる。次に図２に示すマイクロバブル生成器を運転して切削液８中にマイクロバブルを含ませる。そして図示しない配管を通してマイクロバブルを含んだ切削液８をノズル９よりドリル２６と被加工物６に向けて放射する。次にドリル２６を下方に移動させ、被加工物６をドリル２６により穴をあける。ここで用いた切削液は市販の水溶性切削液である。【００３８】  ドリル２６と被加工物６との間にマイクロバブルを含む切削液８が入りドリル２６と被加工物６の間の相対的な運動あるいは圧力により、マイクロバブルが破壊される。マイクロバブルが破壊されると、マイクロジュット流が発生する。このマイクロジェット流が持つエネルギーを利用して被加工物６及びドリル２６に付着した切削物を除去する。また、除去された切削物は、マイクロバルブの吸着力により外部に出すことができる。マイクロバブルは、被加工物６とドリル２６の間に入り込みためには５０μｍ以下の直径であることが望ましい。【００３９】  マイクロバブルを含んだ切削液よる被加工物とドリル２６からの切削物の除去は、ドリル２６と被加工物６との間に生じる摩擦力を小さくするので、被加工物の加工精度を向���させ、ドリルの磨耗を小さくする。また、加工速度を向上させることができる。【００４０】  マイクロバブルを含んだ切削液は、通常の切削液に比較してドリル２６の磨耗は約半分になった。【００４１】  上記は、機械加工の際に切削液にマイクロバブルを用いて加工性能を向上させたが、さらにマイクロバブルの特徴を引き出すため、切削工具に超音波振動を与え、マイクロバブルが切削工具に接触したときにマイクロバブルを超音波エネルギーで破壊して、より効率的にマイクロジェット流を発生させることもできる。例えば、切削工具に超音波振動を与える方法として、先に述べた特許文献１に記載した方法がある。
【産業上の利用可能性】
【００４２】  本発明の機械加工装置および加工法は、切削液を用いる機械加工に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】  本発明の第一の構成を示す側面図である。
【図２】  マイクロバブル発生装置の概略図。である。
【図３】  本発明の第二の構成を示す側面図である。
【図４】  本発明の第三の構成を示す平面図である。
【図５】  本発明の第四の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４４】１    ダイサ
２    フランジ
３    回転軸
４    ブレード
５    ナット
６    被加工物
７    ワーク取付け台
８    切削液
９    ノズル
１０  処理液供給源
１１  マイクロバブル生成器
１２  気体供給源
１３  配管
１４  研磨装置
１５  モータ
１６  軸受
１７  モータ
１８  砥石
１９  加工テーブル
２０  旋盤
２１  バイトホルダー
２２  刃物台
２３  切削チップ
２４  チャック装置
２５  ボール盤
２６  ドリル
２７  ドリルチャック
【図１】
2007331088.tif 000003
【図２】
2007331088.tif 000004
【図３】
2007331088.tif 000005
【図４】
2007331088.tif 000006
【図５】
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