(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削剤を用いることなく切削する切削装置であって、
スピンドル軸から離間して該スピンドル軸を囲繞する壁と、
前記スピンドル軸と前記壁との間に画成されるとともに、液体でありかつ前記スピンドル軸を覆う冷却剤が導入される冷却室とを備え、
前記壁に配設されるとともに、通電によって高温部と低温部とを生成し、かつ、前記低温部が前記冷却剤に接し、前記高温部が外部と熱交換を行う熱−電気変換素子を有することを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項２】
請求項１記載の切削装置において、
前記高温部の表面には、放熱材が設けられていることを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の切削装置において、
前記冷却室を囲繞する第２の冷却室を有し、前記冷却室が前記冷却剤を有する一方、前記第２の冷却室の内部に液体である第２の冷却剤が流れ、
前記冷却室の壁に設置された前記熱−電気変換素子は、前記低温部が前記冷却室の壁に臨み、かつ、前記高温部が前記第２の冷却室内で前記第２の冷却剤に接することによって、該第２の冷却剤を介して前記高温部が外部と熱交換を行うことを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の切削装置において、
前記冷却剤は、水、アルコール、エーテル、ケトン、グリコール、ハイドロフルオロエーテルからなる群から選択された１種以上であることを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項５】
切削剤を用いることなく切削する切削装置であって、
スピンドル軸またはスピンドル軸連結部を囲繞する内筒部と、
前記内筒部を囲繞し、液体である冷却剤が流通される冷却室を画成する外筒部と、
前記内筒部の外壁に設置され、通電によって高温部と低温部とを生成し、前記高温部が前記冷却室に臨んで前記冷却剤に覆われ、かつ、前記低温部が前記外壁に臨む熱−電気変換素子と、
を備えることを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項６】
請求項５記載の切削装置において、
前記高温部の表面には、放熱材が設けられていることを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の切削装置において、
前記内筒部の外壁の、前記熱−電気変換素子が設けられている部位を除く部位に断熱材が設けられていることを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項８】
切削剤を用いることなく切削する切削装置であって、
前記切削装置は、
スピンドル軸と、
前記スピンドル軸に連結されるスピンドル軸連結部と、
前記スピンドル軸または前記スピンドル軸連結部に着脱自在に装着される冷却機構と、
を備え、
前記冷却機構は、前記スピンドル軸または前記スピンドル軸連結部から離間して該スピンドル軸または該スピンドル軸連結部を囲繞する壁と、
前記スピンドル軸と前記壁との間に画成されるとともに、液体でありかつ前記スピンドル軸を覆う冷却剤を有する冷却室とを備え、
さらに、前記壁に配設されるとともに、通電によって高温部と低温部とを生成し、かつ、前記低温部が前記冷却剤に接し、前記高温部が外部と熱交換を行う熱−電気変換素子を有することを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項９】
請求項８記載の切削装置において、
前記高温部の表面には、放熱材が設けられていることを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【請求項１０】
請求項８または９記載の切削装置において、
冷却機構には、熱−電気変換素子を除く部位に断熱材を設けることを特徴とする冷却機構を備えた切削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却機構を備えた切削装置に関し、一層詳細にはワークと切削刃との間、および切り粉・切り屑と切削刃との間に発生する摩擦熱を前記冷却機構を介して速やかに外部に放出するよう構成した冷却機構を備えた切削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金属、プラスチック等の切削のために切削装置が広く採用されるに至っている。
【０００３】
この切削装置における切削機構を観察すると、切削個所では加工されるワークの金属結合等の結合力に抗してこれを破断する作用が断続的に営まれ、また、刃具とワークとの間に摩擦を生じることから、大量の熱が発生する事実が確認されている。このような切削加工では、適当な方法により前記熱の放出を行わないと、ワークや刃具の温度が上昇し、該ワークの変形、表面荒れ、加工精度の低下を生じ、あるいは、刃具の寿命が低下するという不具合を来すことになる。このため、一般的には、前記刃具自体あるいはワークの切削個所に切削剤を供給することにより、潤滑効果により摩擦熱の発生を抑制し、また、発生した熱を冷却除去している。なお、切削剤の供給は、摩擦による発熱源の１つである切り粉や切り屑を取り除く作用も営む。この種の切削剤としては、水性切削剤や油性切削剤が用いられている。
【０００４】
従来から、切削加工技術においては、この種の切削剤の性能をいかに向上させ、また切削時における切削剤の前記作用をいかに効果的に発揮させるかが課題とされ、高熱伝導率かつ高比熱を有する切削剤の開発等が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような切削加工において、例えば、切削油を使用する場合、膨大な量の切削油の管理を適正化し、また、環境対策から廃油の処理方法を考慮する必要がある。すなわち、昨今使用される切削油の中には水分を含有するものも多いことから、その廃油の処理が煩雑となり、また、廃油を焼却処理することは大量のＣＯ2 を発生することから環境上好ましくないという不具合がある。さらに、切削油を使用した場合は、切削後にワークを代替フロン等により洗浄する工程が必要であるが、これも環境上好ましいものではない。また、切り粉や切り屑をリサイクルするためには煩雑な油切り工程が必要である。
【０００６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、切削時に生ずる前記熱を速やかに外部に放出することが可能であり、切削加工の際に切削剤の使用を不要とし、切削後の洗浄等の後処理を簡略化せしめ、切削剤の管理や使用後の切削剤の処理を不要とし、かつこのための付帯機器を設ける必要がなく、したがって装置自体をコンパクト化せしめるとともに、切削性能が向上し、さらにまた切削装置の刃具の寿命を延長せしめることが可能な冷却機構を備えた切削装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明に係る切削装置は、切削剤を用いることなく切削する切削装置であって、
スピンドル軸から離間して該スピンドル軸を囲繞する壁と、
前記スピンドル軸と前記壁との間に画成されるとともに、液体でありかつ前記スピンドル軸を覆う冷却剤が導入される冷却室とを備え、
前記壁に配設されるとともに、通電によって高温部と低温部とを生成し、かつ、前記低温部が前記冷却剤に接し、前記高温部が外部と熱交換を行う熱−電気変換素子を有することを特徴とする。
【０００８】
これにより、切削剤を用いることなく切削加工時の発熱を除去することができることから、切削後の洗浄等の後処理が簡略化され、切削油の管理や廃油の処理が不要であり、従ってこの処理のための付帯機器を設ける必要がなく、その結果、切削装置がコンパクト化されるとともに、切削性能が向上し、また切削装置の刃具の寿命を延長せしめることができる。
【０００９】
前記切削装置には好ましくは、前記高温部の表面に放熱材が設けられている。
【００１０】
これにより、前記高温部に伝達された熱を、効率的に前記第２の冷却剤へと伝達せしめることができ、切削時に生じる熱に対する冷却効率が向上する。
【００１１】
さらに好ましくは、本発明に係る切削装置では前記冷却室とは別の第２の冷却室を有し、前記冷却室は前記スピンドル軸を囲繞すると共にその内部に前記冷却剤を導入し、前記第２の冷却室は前記第１の冷却室を囲繞し、その内部に第２の冷却剤が流れる。
【００１２】
これにより、前記熱が前記スピンドル軸へ伝達されることを防ぐことができ、冷却効率が一層向上する。
【００１３】
ここで、前記冷却剤としては、冷却効率の高さから、水、アルコール、エーテル、ケトン、グリコール、ハイドロフルオロエーテルからなる群から選択された１種以上が好適である。
【００１４】
また、本発明に係る切削装置は、スピンドル軸またはスピンドル軸連結部を囲繞する内筒部と、
前記内筒部を囲繞し、液体である冷却剤が流通される冷却室を画成する外筒部と、
前記内筒部の外壁に設置され、通電によって高温部と低温部とを生成し、前記高温部が前記冷却室に臨んで前記冷却剤に覆われ、かつ、前記低温部が前記外壁に臨む熱−電気変換素子と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記切削装置には、好ましくは、前記高温部の表面に、冷却効率を向上せしめるために放熱材が設けられている。
【００１６】
さらに好ましくは、前記内筒部の外壁の、前記熱−電気変換素子が設けられている部位を除く部位に冷却効率を一層向上せしめるために断熱材が設置されている。
【００１７】
以上の構成によれば、切削時に発生した熱はスピンドル軸またはスピンドル軸連結部から冷却剤の入った冷却室に伝達され、さらにこの冷却室から熱−電気変換素子の低温部−高温部の経路で伝達され、最終的に外部に放出される。
【００１８】
従って、これらの発明によっても前記と同様の効果が得られることは勿論、既存のスピンドル軸またはスピンドル軸連結部に固定手段を介して前記内筒部と外筒部とを組み付けることができる。結局、従来構造のスピンドル軸またはスピンドル軸連結部にこの構成の冷却機構を装着して切削時に発生する熱を効率的に外部に放出することができる。
【００１９】
またさらに、本発明において、スピンドル軸または該スピンドル軸に連結されるスピンドル軸連結部に熱−電気変換素子を含む冷却機構を着脱自在に設けることを特徴とする。
【００２０】
これによって、既存のスピンドル軸あるいはスピンドル軸連結部であっても必要に応じて該冷却機構を装着でき、従って、既存の装置の性能を向上させ、汎用性に富む切削装置が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る冷却機構を備えた切削装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】
切削装置１０は、図１に示すように、ワークＷを切削するためのドリル（刃具）１２を保持するホルダ１４を有する。該ホルダ１４はスピンドル連結部１６に取り付けられている。該スピンドル連結部１６は、図示するように、複数本のボルト１８によって回転軸２０に取り付けられている。そして、この回転軸２０は、図示しない回転駆動源、好ましくはモータに連結されている。
【００２３】
スピンドル連結部１６は、回転軸２０から延在するスピンドル軸２２を囲繞する円柱部２４を有し、この円柱部２４は上部２４ａと下部２４ｂに大きく分かれる。
【００２４】
下部２４ｂには下方へと指向してテーパ状に拡開する孔部２６が形成されており、この孔部２６にホルダ１４のテーパ部２８が固定される。一方、上部２４ａは、その内部が室３０として画成され、従って、その周囲は円筒状に形成されている。室３０に臨むスピンドル軸２２と前記テーパ部２８とは連結部材３２によって従来技術と同様に連結されている。また、上部２４ａの周囲には、複数個の孔３４が穿設されている。
【００２５】
上記のように構成された円柱部２４は、ベアリング３６、３８を介して、後述する冷却機構により囲繞されている。したがって、この冷却機構に対して、回転軸２０、スピンドル連結部１６、ホルダ１４、ドリル１２は一体的に回転することが可能である。
【００２６】
次に前記冷却機構３９について、その構成を以下に説明する。
【００２７】
まず、円柱部２４は、円筒状の内壁４０によって液密に囲繞されている。したがって、円柱部２４と内壁４０との間には、液密な第１の空間部４２が画成される。この第１の空間部４２内には、後述する第１の冷却剤（図示せず）が封入される。なお、円柱部２４の上部２４ａには孔３４が穿設されているため、結果として前記第１の冷却剤は、上部２４ａ内部の室３０内に到達する。
【００２８】
さらに、内壁４０は、この内壁４０と同軸的に一体形成された外壁４４によって液密に囲繞されている。したがって、内壁４０と外壁４４との間には、液密な第２の空間部４６が画成される。そして、後述する第２の冷却剤（図示せず）が前記第２の空間部４６内で流通することを可能とするために、前記外壁４４には、前記第２の冷却剤の入口４８および出口５０が設けられている。
【００２９】
すなわち、第１の空間部４２は、第１の冷却剤が封入される第１の冷却室であり、第２の空間部４６は、第２の冷却剤が流通される第２の冷却室であると言い換えることができる。
【００３０】
ここで、第１の冷却剤としては、冷却効率の高さから、水、アルコール、エーテル、ケトン、グリコール、ハイドロフルオロエーテルからなる群から選択された１種以上が好適である。この第１の冷却剤には、さらに防錆剤が含有されていてもよい。また、第２の冷却剤としては、コスト的に有利であることや、処理が簡便であること等の理由から水が好適である。
【００３１】
内壁４０の一部には、これを切り欠いて熱−電気変換素子６０が設けられている。なお、該熱−電気変換素子６０は、前記スピンドル連結部１６の周囲に等間隔に複数個配設される（図２参照）。
【００３２】
そして、この熱−電気変換素子６０は、低温部が前記第１の空間部４２に臨み、かつ、高温部が前記第２の空間部４６に臨んで配置されている。すなわち、前記低温部が前記第１の冷却剤に接し、前記高温部が前記第２の冷却剤に接する。
【００３３】
この熱−電気変換素子６０は、Ｂｉ2 Ｔｅ3 から構成されている。さらに詳細には、この熱−電気変換素子６０は、Ｂｉ2 Ｔｅ3 にＳｅが過剰にドープされたｎ型領域と、Ｓｂが過剰にドープされたｐ型領域とを複数組み合わせた１つのモジュールとして構成されている。このようにモジュール化することにより、冷却機構が簡素化されかつ小型化される。
【００３４】
熱−電気変換素子６０には、図示しない電力供給用リード線を介して図示しない直流電源が接続されており、前記直流電源から電力を供給することによって、該熱−電気変換素子６０に通電せしめることができる。この際、前記ｎ型領域が低温となり、同時に、前記ｐ型領域が高温となることによって、該熱−電気変換素子６０には低温部、高温部がそれぞれ生成される。例えば、通電することによって、前記低温部の温度は、冷却が開始されて３０秒以内に約−２０℃程度となる。
【００３５】
冷却機構３９は、上記した第１および第２の空間部４２、４６と熱−電気変換素子６０とによって構成されており、後述するように、ワークＷに対して切削加工を行う際に前記熱−電気変換素子６０に通電し、かつ前記第２の空間部４６内に第２の冷却剤を流通せしめることによって、切削時に発生する摩擦熱を外部へと除去せしめることができる。
【００３６】
さらに、前記熱−電気変換素子６０の高温部の表面には、必要に応じて放熱材６２を接合してもよい。このように、放熱材６２を冷却機構３９に組み込むことにより、後述するように、前記熱の外部への除去が一層効率的に営まれる。また、前記円柱部２４と前記スピンドル軸２２から延在する回転軸２０との間には、断熱材６４が介在されている（図１参照）。
【００３７】
放熱材６２の構成材料としては、熱伝導度の高い材料、例えばアルミニウム、銅等が好適である。また、断熱材６４の構成材料としては、熱伝導度の低い材料、例えばポリテトラフルオロエチレン等が好適である。
【００３８】
なお、以上のような構成において、円柱部２４の下部２４ｂにセンサ６６を予め装着しておき、該センサ６６にドリル１２から伝達される温度を検知せしめ、該温度に応じて熱−電気変換素子６０に流す電流の制御を行うようにすれば、摩擦熱の発生熱量に応じた冷却を行うことが可能となり、一層好適である。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る切削装置１０の作用について説明する。
【００４０】
まず、ワークＷを、クランプあるいはチャック等のワーク保持装置（図示せず）に保持固定せしめる。
【００４１】
次いで、前記熱−電気変換素子６０に通電する。これにより、前記熱−電気変換素子６０には低温部と高温部が生成される。具体的には、第１の空間部４２に臨む面が低温部となり、一方、第２の空間部４６に臨む面が高温部となる。なお、前記室３０内および前記第１の空間部４２内には、水、アルコール、エーテル、ケトン、グリコール、ハイドロフルオロエーテルからなる群から選択された１種以上からなる第１の冷却剤と、必要であればさらに防錆剤とを予め封入しておく。また、第２の空間部４６には、例えば、冷却水等の第２の冷却剤を予め流通せしめておく。
【００４２】
この状態で、回転軸２０を回転付勢した後、ドリル１２を前記ワークＷの切削しようとする位置まで下降させ、該ドリル１２により該ワークＷを切削加工する。
【００４３】
切削加工の進行につれて、ドリル１２とワークＷとの間およびドリル１２と切り粉・切り屑との間には、摩擦により熱が発生する。この熱は、熱伝導により円柱部２４の下部２４ｂを介して上部２４ａに至る。
【００４４】
ここで、上部２４ａ内部の室３０および円柱部２４を囲繞する第１の空間部４２には、上記したように、第１の冷却剤が封入されている。したがって、前記熱は、前記上部２４ａとこの第１の冷却剤とが熱交換を行うことによって、該第１の冷却剤へと伝達される。
【００４５】
前記熱は、次いで、第１の冷却剤と、これに接する前記熱−電気変換素子６０の低温部とが熱交換することによって該熱−電気変換素子６０に伝達され、さらにこの素子６０の高温部から放熱材６２へと伝達される。放熱材６２に伝達された前記熱は、最後に、該放熱材６２と第２の空間部４６を流通する第２の冷却剤とが熱交換されることによって前記第２の冷却剤へと伝達される。この第２の冷却剤が出口５０から速やかに排出されることによって、前記熱は切削装置１０の外部へ速やかに除去される。
【００４６】
このとき、前記円柱部２４と前記回転軸２０との間には、断熱材６４が介在されているので、前記熱は回転軸２０へは伝達されない。したがって、前記熱が回転駆動部に伝達される不都合を生じることがなく、かつ冷却効率を向上せしめることができる。
【００４７】
以上説明したように、冷却機構が設けられた切削装置１０により、切削油を用いることなく、しかも切削個所に熱が蓄積されて高温化することによる不具合、すなわち、ワークの変形、表面荒れ、加工精度の低下等がなく、また、ドリル１２の寿命も延長される。
【００４８】
さらに、切削油を用いることがないので、切削油の管理や廃油の処理が不要となる。また、切削油のための付帯機器を設ける必要がなく、したがって、切削装置１０のコンパクト化が可能となる。また、切削後のワークＷの洗浄等、後処理を簡略化せしめることができる。
【００４９】
なお、切削加工を行う際には、さらに、ワークＷの切削加工しようとする個所にエアを吹き付けて行うと好適である。エアを吹き付けることによって発生する切り粉・切り屑が適宜除去されるので、ドリル１２との間に摩擦が生じることがない。したがって、これらの間には摩擦熱が発生しない。また、切削油を使用していないため、除去された切り粉・切り屑の処理を簡便に行うことができるからである。さらに、切削加工個所はエアにより直接冷却されるので、冷却作用が一層効果的に営まれる。
【００５０】
次に、本発明に係る冷却機構を備えた切削装置の他の実施の形態について、図３および図４を参照しながら説明する。なお、図１、図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５１】
この冷却機構７０は、既に市販されている切削装置に対して装着されるものである。
【００５２】
すなわち、図３に示すように、スピンドル軸またはスピンドル軸に連結するスピンドル連結部７２（以下、スピンドル軸という）を囲繞する内筒部７４を有し、この内筒部７４は断面が屈曲した形状の外筒部７６によって囲繞される。前記外筒部７６と内筒部７４との間に冷却剤が流通される冷却室７８が画成され、この冷却室に冷却剤を導入する入口８０と、熱交換された冷却剤を外部に導出するための出口８２が形成される。前記内筒部７４の外壁に、前記冷却室７８に臨むように複数の熱−電気変換素子８４が設けられる。
【００５３】
より具体的には、熱−電気変換素子８４は、スピンドル軸７２に嵌合する内筒部７４の外壁に等角度に離間して設置されている（図４参照）。そして、該熱−電気変換素子８４には、電力供給用リード線８６を介して図示しない直流電源が接続されている。したがって、通電により低温部、高温部がそれぞれ生成される熱−電気変換素子８４は、この高温部が前記冷却室７８に対面するように設置されている。
【００５４】
前記高温部の表面には、放熱材８８が積層されることが好ましい。この場合、前記放熱材８８の内部には空間９０が設けられ、この空間９０には冷却媒体を封入しておく。さらに、前記内筒部７４の外壁の、前記熱−電気変換素子８４が設置された個所以外には、断熱材９２を設けておくとよい。
【００５５】
この実施の形態の冷却機構７０には上下に複数個の螺孔９４、９６が設けられており、それぞれの螺孔９４、９６は、前記断熱材９２、内筒部７４を貫通してスピンドル連結部７２の外周面に到達している。したがって、前記螺孔９４、９６に挿入されたボルト（図示せず）を螺着することにより、冷却機構７０はスピンドル軸７２に装着される。
【００５６】
以上の構成から明らかな通り、内筒部７４、外筒部７６、熱−電気変換素子８４等を予めユニット化しておき、既存のスピンドル軸７２に前記螺孔９４、９６を介してこのユニットを着脱自在に装着することができる。
【００５７】
次に、この実施の形態に係る切削装置と冷却機構の作用について説明する。
【００５８】
まず、図示しないワークを、クランプあるいはチャック等のワーク保持装置（図示せず）に保持固定せしめる。
【００５９】
次いで、前記熱−電気変換素子８４に通電する。これにより、前記熱−電気変換素子８４には低温部と高温部が生成される。具体的には、該熱−電気変換素子８４の内筒部７４に接する面が低温部となり、一方、冷却室７８に臨む面が高温部となる。なお、冷却室７８内には、例えば、冷却水等の冷却剤を予め流通せしめておく。
【００６０】
この状態でドリル１２によってワークの切削加工を行えば、切削加工の進行につれて、上記したようにドリル１２とワークとの間およびドリル１２と切り粉・切り屑との間に、摩擦熱が発生する。この熱は、先ず、熱伝導によりホルダ１４からスピンドル軸７２へ伝達される。
【００６１】
前記熱は、次いで、スピンドル軸７２と内筒部７４とが熱交換することによって該内筒部７４へと伝達される。以後、内筒部７４に接する熱−電気変換素子８４の低温部、この素子８４の高温部、前記高温部の表面に接合された放熱材８８の順に伝達され、最後には、冷却室７８内を流通する冷却剤へと伝達される。そして、冷却剤が出口８２から速やかに排出されることによって、前記熱が切削個所から切削装置の外部へ放出されることになる。
【００６２】
このとき、前記内筒部７４の外壁の、前記熱−電気変換素子８４が設置された個所以外には、断熱材９２が設けられているので、冷却剤に伝達された熱は他の個所へは伝達されない。したがって、冷却効率を向上することができる。
【００６３】
この実施の形態では、従来用いられている切削装置のスピンドル軸７２に冷却機構７０を着脱自在に装着することができる。従って、既存の切削装置であっても、本実施の形態に係る冷却機構７０を組み込んで、ワークの変形、表面荒れを防ぎ、加工精度を高めることが可能となる。
【００６４】
なお、該冷却機構７０を装着したスピンドル軸７２を使用して切削加工を行う場合においても、ワークの切削加工しようとする個所にエアを吹き付けた状態で行うと好適である。
【００６５】
次に、前記２つの実施の形態で示された冷却機構を装着した切削装置と通常の切削装置（以下、比較例という）とを用いて、切削試験を行った結果について説明する。なお、ワークとしては、寸法が２００ｍｍ×２００ｍｍ×５０ｍｍの直方体形状のＡｌＡＣ８Ｂ相当材を用いた。また、ドリルとしては、直径８ｍｍ、長さ１００ｍｍの超微粒子分散強化型超硬ドリルを用いた。切削条件は、切削速度を３００ｍｍ／分、穿孔深さを４０ｍｍとした。
【００６６】
切削加工は、前記２つの実施の形態では、上記した冷却機構（冷却水を使用）を活用した状態で、切削個所へ圧力約２ｋｇｆ／ｃｍ2 のエアを吹き付けて切り粉・切り屑を排出しながら行い、比較例では、切削個所へ切削油を供給しながら行った。
【００６７】
図５に、前記２つの実施の形態および比較例の加工穴数（単位：穴）とドリルのＶＢ摩耗量との関係を示す。図５から諒解されるように、比較例の場合は、約２５０００の穴を加工した際のＶＢ摩耗量が約０．２ｍｍであるのに対し、第１の実施の形態では約３００００穴を経過しても約０．１３ｍｍに止まっており、第２の実施の形態では同じ時点で約０．１５ｍｍに止まっていることが分かる。すなわち、本発明に係る２つの実施の形態においては、比較例よりもＶＢ摩耗量が著しく低減されている。
【００６８】
さらに、比較例では、約１００００の穴を加工した時点で、もとの刃先に切り屑が堆積、変質して固着する、いわゆる構成刃先の形成が認められ、また、刃先チッピングも発生していた。これに対して、本発明に係る２つの実施の形態では、構成刃先の形成やチッピングの発生は認められなかった。
【００６９】
上記の結果が得られた理由は、本発明の２つの実施の形態においては、切削加工時に発生する摩擦熱が外部へと速やかに除去されているためであると考えられる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スピンドル軸を囲繞すると共に孔が穿設された円柱部を有し、この円柱部をさらに囲繞する第１の冷却剤が封入された第１の冷却室と、前記第１の冷却室を囲繞し、第２の冷却剤が流通される第２の冷却室と、通電によって高温部と低温部とを生成し、かつ、前記低温部が前記第１の冷却剤に接し、前記高温部が前記第２の冷却剤に接する熱−電気変換素子とから構成される冷却機構を備え、切削加工の際に切削個所に発生した摩擦熱を前記熱−電気変換素子の低温側に吸収せしめ、前記熱を前記高温部から切削装置外へ放出させる。
【００７１】
このため、切削油を用いる従来技術のように、切削後に洗浄等の後処理が必要とされることがなく、切削油の管理や廃油の処理が不要であり、このための付帯機器を設ける必要もない。したがって、切削装置がコンパクト化されるとともに、切削性能が向上し、また切削装置の刃具の寿命を延長せしめることができる。
【００７２】
また、本発明によれば、前記高温部の表面には、好ましくは放熱材が接合されており、前記高温部と冷却剤との熱交換が一層効率的に営まれる。このため、前記熱の除去がより効率的となる。
【００７３】
さらに、本発明によれば、前記スピンドル軸に対して断熱材を介在させることができ、従って、前記熱が回転駆動部へ伝達されることがない。このため、前記熱のスピンドル軸への悪影響、例えば、モータの過熱等が回避可能である。
【００７４】
さらにまた、本発明によれば、前記第１の冷却剤として、冷却効率の高い水、アルコール、エーテル、ケトン、グリコール、ハイドロフルオロエーテルからなる群から選択された１種以上を使用するので、前記円柱部と前記第１の冷却剤との熱交換率が高くなる。このため、前記熱の除去がより効率的となる。
【００７５】
しかも、本発明によれば、スピンドル軸またはスピンドル軸連結部に熱−電気変換素子を含む冷却機構を着脱自在に設けることができる。それによって、既存のスピンドル軸等であっても、この冷却機構を、必要に応じて、例えば、切削対象によって選択的に設けることができ、用途が多様化すると共に切削装置自体のコンパクト化、切削性能の向上、刃具寿命の延長等の種々の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却機構を備えた切削装置の第１の実施の形態の概略縦断面図である。
【図２】図１の切削装置と冷却機構の概略横断面図である。
【図３】本発明の冷却機構を備えた切削装置の第２の実施の形態に係る冷却機構の概略縦断面図である。
【図４】図３の冷却機構の概略横断面図である。
【図５】加工穴数とＶＢ摩耗量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…切削装置                １２…ドリル（刃具）
１４…ホルダ                  １６…スピンドル連結部
２２、７２…スピンドル軸      ２４…円柱部
３９、７０…冷却機構          ４０…内壁
４２…第１の空間部            ４４…外壁
４６…第２の空間部            ６０、８４…熱−電気変換素子
６２、８８…放熱材            ６４、９２…断熱材
７４…内筒部                  ７６…外筒部
７８…冷却室                  ９４、９６…螺孔
【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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