(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象となる被加工材との間に第１の液体を介在させ、該第１の液体が凝固することにより上記被加工材を保持する保持部と、
この保持部を冷却して上記第１の液体を凝固させる保持部冷却手段と、
上記保持部の温度を検出する温度検出手段と、
上記被加工材と工具との摩擦抵抗を軽減するための第２の液体を、液供給量制御指令に従って上記被加工材に供給する液供給手段と、
上記第２の液体が上記被加工材に供給されることにより上昇する上記保持部の温度が、所定の温度に達するのを防止する状態に、上記温度検出手段によって検出して得た上記保持部の温度に基づいて、上記被加工材への上記第２の液体の供給量を制御する上記液供給量制御指令を生成して上記液供給手段に供給する液供給量制御手段と、
を具備する冷凍チャック。
【請求項２】
上記被加工材に供給する前の上記第２の液体を、それが凝固しない程度にまで冷却する液冷却手段を設け、この液冷却手段により冷却した後の第２の液体を上記液供給手段により上記被加工材に供給する請求項１に記載の冷凍チャック。
【請求項３】
上記第２の液体を、上記第１の液体と同じ材料により形成した請求項１に記載の冷凍チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械加工において、例えば水等の液体を凝固させることにより、加工対象となる被加工材を強固に保持する冷凍チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような冷凍チャックは、所定の液体を凝固させて被加工材を保持するという所謂凝固式チャックの一種であり、例えば、その保持対象となる被加工材が自由曲面で覆われた形状のものである場合や、或いは被加工材に対して平面研削加工を施す場合等に利用される。ところで、一般の機械加工においては、工具と被加工材とが摩擦することによる両者の温度上昇を抑制するために、これら両者の摩擦部分に、例えば水や油等の所謂潤滑液を供給し、これによって両者間の摩擦抵抗を軽減させるという所謂湿式加工が多く採用されている。しかし、従来の冷凍チャックでは、次のような理由により、この湿式加工を採用するのが困難であった。
【０００３】
例えば、今、上記被加工材が歯科用補綴物素材等に用いられるセラミックス製であり、上記所定の液体として水を使用し、この水を冷凍して凝固させる、即ち凍結させることにより、非加工材を保持するとする。この場合、冷凍チャックにより最大の保持力を得るには、水を冷凍すると共に被加工材を保持するための保持部の温度を、摂氏マイナス１０度（−１０℃）付近に維持しなければならないことが知られている。ところが、上記のように工具と被加工材との摩擦部分に潤滑液を供給することにより、これら両者の温度上昇は抑えられるものの、これとは反対に、上記潤滑液が保持部に触れると、保持部の温度が上昇して（詳しくは保持部が潤滑液により加熱されて）、保持部の保持力が低下するという不具合が生じる。このような理由から、従来の冷凍チャックでは、湿式加工を採用するのは非常に困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、本発明が解決しようとする問題点は、上記従来の冷凍チャックでは、湿式加工を採用するのが困難であり、よって、その利用分野が限定されてしまうという点である。
【０００５】
そこで、本発明は、上記湿式加工を採用可能な冷凍チャックを実現することによって、その利用分野の拡大を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、加工対象となる被加工材との間に凝固剤としての第１の液体を介在させ、該第１の液体が凝固することにより上記被加工材を保持する保持部と、
この保持部を冷却して上記第１の液体を凝固させる保持部冷却手段と、
上記保持部またはその近傍の温度を検出する温度検出手段と、
上記被加工材と工具との摩擦抵抗を軽減するための所謂潤滑液としての第２の液体を、液供給量制御指令に従って上記被加工材に供給する液供給手段と、
上記第２の液体が上記被加工材に供給されることにより上昇する上記保持部の温度が、所定の温度に達するのを防止するように、上記温度検出手段によって検出して得た上記保持部の温度に基づいて、上記被加工材への上記第２の液体の供給量を制御する上記液供給量制御指令を生成して上記液供給手段に供給する液供給量制御手段と、
を具備するものである。
【０００７】
なお、ここで言う上記凝固剤としての第１の液体は、例えば水等の所定の温度で凝固する液体（水に限らず、例えば常温付近等で凝固する性質を有する液体も含む）により構成でき、保持部は、例えばアルミニウムや銅等の金属体により構成できる。また、上記保持部冷却手段は、例えば一般に知られているペルチェ素子（電子冷却素子）やスターリング・サイクル・クーラ等の圧縮冷却機等により構成できる。そして、上記温度検出手段は、例えば熱電対やサーミスタ等の所謂接触型温度−電気量変換素子を保持部またはその近傍に設けることによって、或いは、焦電型センサ等の非接触型熱線センサにより保持部またはその近傍を観測することによって、実現できる。更に、上記液供給量制御手段は、上記温度検出手段を構成する熱電対等の出力信号を、例えば、電気回路によってハードウェア的に処理するか、或いは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等によりソフトウェア的に処理することにより実現できる。
【０００８】
本請求項１に記載の発明において、例えば、今、保持部冷却手段により保持部を冷却して第１の液体を凝固させることにより被加工材を保持している状態にあるとする。この状態で、所定の工具を用いて被加工材の加工を開始する。すると、工具と被加工材との摩擦熱により、これら両者の温度が上昇する。そこで、これら工具と被加工材との摩擦抵抗を軽減するための潤滑液としての第２の液体を、液供給手段により被加工材に供給する。これにより、工具と被加工材との摩擦抵抗が軽減されて、これら両者の摩擦熱による温度上昇が抑えられる。
【０００９】
一方、被加工材に潤滑液が供給されることにより、保持部が第２の液体によって加熱されて、保持部の温度が上昇する。この保持部の温度は、温度検出手段により検出されており、この検出して得た保持部の温度が、所定の温度、例えば保持部により被加工材を強固に保持するのに最低限必要な温度（最も高い温度）に達しないように、液供給量制御手段が、被加工材への第２の液体の供給量を制御する（厳密には、この制御を実現するための液供給量制御指令を生成して、これを液供給手段に供給する）。従って、本請求項１に記載の発明によれば、被加工材に第２の液体を供給して工具と被加工材との摩擦抵抗を軽減するという湿式加工において、上記第２の液体の供給により保持部の温度が上昇しても、その温度は、保持部により被加工材を強固に保持するのに最低限必要な上記所定の温度を超えることはない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の冷凍チャックにおいて、上記被加工材に供給する前の上記第２の液体を、それが凝固しない程度、例えば第２の液体の凝固点よりも若干高めの温度、にまで冷却する液冷却手段を設け、この液冷却手段により冷却した後の第２の液体を上記液供給手段により上記被加工材に供給するものである。
【００１１】
即ち、本請求項２に記載の発明によれば、第２の液体は、その凝固点付近にまで冷却された上で、被加工材に供給される。従って、この第２の液体が供給されることによる保持部の温度上昇の程度を抑制できると共に、工具と被加工材との摩擦熱をも抑制できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明の冷凍チャックにおいて、上記第２の液体を、上記第１の液体と同じ材料により形成したものである。
【００１３】
即ち、本請求項３に記載の発明のように、第２の液体を第１の液体と同じ材料のものとすれば、潤滑液として被加工材に供給された第２の液体（厳密には、被加工材に供給されて保持部に付着した第２の液体）は、凝固剤である第１の液体としても作用するようになる。従って、保持部による被加工材の保持状態を、より確実なものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について、図１を参照して説明する。
【００１５】
図１（ａ）は、本実施の形態の概略構成を示す図で、冷凍チャック１については、側面から見た端面図を示す。同図に示すように、本実施の形態に係る冷凍チャック１は、中央に丸孔または角孔の収容部２を有する断面がコの字状の保持部３を有している。この保持部３は、例えばアルミニウム製のもので、上記収容部２を上方に向けた状態で配置されている。
【００１６】
保持部３の収容部２内には、所定の温度で凝固する凝固剤４が注入されており、この凝固剤４の注入された収容部２の略中央に、加工工具５による加工対象となる被加工材６が、その加工対象部分（同図において上面の部分）を外方に露出させた状態で収容されている。なお、本実施の形態では、上記加工工具５として、例えば、スピンドルを使用し、その回転軸５１を中心に円盤型の砥石５２を回転させることにより、被加工材６を研削加工する。また、本実施の形態では、上記凝固剤４として、例えば水を使用する。
【００１７】
保持部３の底部の略中央には、保持部３自体の温度Ｔを検出するための温度検出器７が内蔵されている。なお、本実施の形態では、この温度検出器７として、熱電対を使用する。
【００１８】
更に、保持部３の底面には、この保持部３を冷却して上記凝固剤４としての水を凝固させる、即ち凍結させるための冷却器８が設けられている。この冷却器８は、例えば一般に知られているペルチェ素子構成のもので、図示しない外部電源から直流電圧が供給されることにより、上記保持部３を、室温において例えば−２０℃付近にまで冷却する能力を有している。このように保持部３を低温冷却して上記水４を凍結させることによって、その吸着作用により被加工材６を強固に保持する。なお、被加工材６が、例えば歯科用補綴物素材等のようなセラミックス製のものである場合には、上記保持部３の温度Ｔを−１０℃付近としたときに、この保持部３による被加工材６の保持力が略最大となることが知られている。また、本実施の形態では、冷却器８による保持部３の冷却効率を向上させるために、冷却器８を含む保持部３の周囲を、その上面部分を除いて、例えばプラスチック等の熱絶縁材料で形成した筐体９により覆っている。
【００１９】
ところで、上記スピンドル５に設けられた砥石５２により被加工材６を研削加工すると、これら砥石５２と被加工材６との接触部分に摩擦熱が発生する。そこで、これら両者間の摩擦抵抗を軽減するために、その摩擦部分に、潤滑液１０を供給、例えば滴下するための潤滑液供給装置１１を設ける。なお、本実施の形態では、潤滑液１０として、例えば水を使用する。そして、この潤滑液供給装置１１による水１０の供給量を、上述した温度検出器７の出力に応じて、例えば図１（ｂ）に示すように制御する制御部１２を設ける。
【００２０】
即ち、例えば、今、上記被加工材６を十分な保持力で保持し得る程度に、保持部３を冷却器８で冷却しているとする。そして、この状態で、上記砥石５２と被加工材６との摩擦部分に潤滑液としての水１０を供給しながら、砥石５２による被加工材６の研削加工を実施している状態にあるとする。このように上記砥石５２と被加工材６との摩擦部分に水１０が供給されることによって、これら両者間の摩擦抵抗が軽減されて、これら両者の摩擦熱による温度上昇が抑制される。
【００２１】
ところが、上記とは反対に、上記潤滑液としての水１０が保持部３（詳しくは収容部２に収容されている凍結した水、即ち氷４）に触れることによって、保持部３が潤滑液としての水１０により加熱されて、図１（ｂ）に示すように、保持部３自体の温度Ｔが徐々に上昇する。その結果、上記収容部２内の氷４が溶けて、保持部３による被加工材６の保持力が低下する。そこで、制御部１２は、上記温度検出器７で検出して得た保持部３の温度Ｔが、所定の温度、例えば保持部３により被加工材６を強固に保持するのに最低限必要な温度Ｔ0 よりも若干低めの温度ＴS （ＴS ＝Ｔ0 −ΔＴ）に達した時点で、上記潤滑液としての水１０の供給を一時停止するように、潤滑液供給装置１１を制御する。なお、このとき、必要に応じて、砥石５２による被加工材６の加工を一時停止してもよい。これにより、保持部３の温度Ｔが、徐々に低下して、保持部３による被加工材６の保持力が回復する。そして、保持部３が、ある程度の温度ＴL にまで冷却された時点で、上記潤滑液としての水１０の供給を再開するよう、潤滑液供給装置１１を制御すると共に、上記砥石５２による被加工材６の加工を停止していた場合には、その加工を再開する。
【００２２】
なお、上記制御部１２は、ハードウェア的な電気回路によって構成してもよいし、ＣＰＵを用いて上記温度検出器７の出力をソフトウェア的に処理することによって構成してもよい。この制御部１２が、特許請求の範囲に記載の液供給量制御手段に対応し、この制御部１２により潤滑液供給装置１１を制御するために制御部１２から潤滑液供給装置１１に送られる指令が、特許請求の範囲に記載の液供給量制御指令に対応する。
【００２３】
また、本実施の形態では、上記潤滑液１０の供給を停止する上での敷居値となる温度ＴS を、例えばＴS ＝−８℃乃至−５℃としている。そして、上記冷却温度Ｔの最低値ＴL を、例えばＴL ＝−１５℃程度に設定している。ただし、これらの値は、被加工材６や凝固剤４の材料等によって変わるので、上記に限定されるものではない。
【００２４】
更に、潤滑液供給装置１１は、事前に潤滑液としての水１０自体を、それが凍結しない程度、例えば０℃付近にまで冷却する潤滑液冷却装置を備えている。そして、この装置でにより冷却した後の水１０を、砥石５２と被加工材６との摩擦部分に供給する。このように、冷却した後の水を潤滑液１０として供給することにより、潤滑液１０を冷却しない場合に比べて、保持部３の温度Ｔの上昇程度を抑制できる。また、砥石５２と被加工材６との摩擦熱をも抑制できる。
【００２５】
また、本実施の形態では、上記潤滑液１０として、凝固剤（換言すれば凍結剤）４と同じ材料、即ち水を使用している。このように、潤滑液１０と凝固剤４とを、それぞれ同じ材料のものとすれば、砥石５２と被加工材６との摩擦部分に供給された潤滑液（厳密には、上記摩擦部分に供給されて保持部３に付着した潤滑液としての水）１０は、新たな凝固剤（即ち氷）４として作用するようになる。従って、保持部３による被加工材６の保持状態を、より確実なものとすることができる。
【００２６】
上記のように、本実施の形態によれば、潤滑液１０を供給することによる保持部３の温度Ｔの変化を監視して、その温度Ｔが、保持部３により被加工材６を強固に保持するのに最低限必要な温度Ｔ0 よりも若干（ΔＴだけ）低い温度ＴS に達した時点で、上記潤滑液１０の供給を一時的に停止する。そして、保持部３の温度Ｔが十分に低下した時点で、上記潤滑液１０の供給を再開する。従って、砥石５２と被加工材６との摩擦部分に上記潤滑液１０を供給するという湿式加工を採用しながらも、保持部３による被加工材６の強固な保持力を十分に維持することができる。従って、本実施の形態の冷凍チャック１の利用分野が拡大する。
【００２７】
なお、本実施の形態では、凝固剤４として、水を使用したが、これに限らない。例えば、常温付近において凝固する性質の液体を凝固剤４として使用すれば、加工時における保持部３の温度管理（制御）がより容易になる。勿論、潤滑液１０についても、水以外のものを使用してもよい。また、保持部３の温度Ｔに応じて、潤滑液１０を供給または停止するよう構成したが、この潤滑液１０の供給量を変化させるよう構成してもよい。更に、必要に応じて、砥石５２による被加工材６への切込量を変化させるように構成してもよい。
【００２８】
そして、保持部３の温度Ｔを検出する温度検出器７として、熱電対を用いたが、例えばサーミスタ等の他の温度検出素子を用いてもよい。また、焦電型センサ等の非接触型熱線センサにより保持部またはその近傍を観測することによって、上記保持部３の温度Ｔを検出するようにしてもよい。そして、冷却器８は、ペルチェ素子に限らず、スターリング・サイクル・クーラ等の圧縮冷却機等によっても構成できる。
【００２９】
本実施の形態は、飽くまでも本発明の一例を具体化したものである。従って、冷凍チャック１の構成や、加工工具５の種類等についても、上記と同様の作用及び効果を奏するのであれば、本実施の形態で説明したものに限定されない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、加工時における工具と被加工材との摩擦抵抗を軽減するために被加工材に潤滑液を供給するという湿式加工において、潤滑液を供給することによる保持部の温度変化を監視して、その温度が、所定の温度、例えば保持部により被加工材を強固に保持するのに最低限必要な温度を超えないように、上記潤滑液の供給量を制御する。従って、保持部は、常に安定した保持力により被加工材を強固に保持することができる。このように、冷凍チャックに湿式加工を採用することができるので、従来よりも広い分野で冷凍チャックを利用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示す図で、（ａ）は、冷凍チャックを側面から見た端面図、（ｂ）は、保持部の経時的な温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  冷凍チャック
３  保持部
４  凝固剤（第１の液体）
５  スピンドル（工具）
６  被加工材
７  温度検出器（温度検出手段）
８  冷却器（保持部冷却手段）
１０  潤滑液（第２の液体）
１１  潤滑液供給装置（液供給手段）
【図１】
0004231144.tif 000002