(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転面よりなる被研削部を有するワークを回転自在に支承するブレードと、上記ブレードと協働してワークを支承するとともに該ワークの回転を制御する調整砥石と、回転しつつ上記ワークに接触して該ワークを研削する研削砥石とを具備しているセンターレス研削型の機械加工装置において、
前記ワークの上方に位置して該ワークに摺触するワーク押えを有していて、
かつ、上記ワーク押えに対してノズルが一体的に固定され、もしくは、ワーク押えとノズルとが一体に成形されるとともに、
上記ノズルに気体を圧送する手段、並びに、上記の気体を冷却する手段が設けられて、上記ノズルから噴出した冷却用の気体が、「前記のワークと研削砥石とが相互に接触している研削点」に向けて吹きつけられるようになっており、
かつ、前記ノズル内を流動する気流の中に潤滑油を送入する手段が設けられていて、
上記の気流中に送入された潤滑油が微小な液滴となって気流によって吹き送られて、前記の研削砥石とワークとが、前記研削点付近で空気流によって冷却されるとともに潤滑されるようになっており、
更に、前記研削砥石に接触することなく、該研削砥石の下方ないし斜下方を覆うフードが設けられるとともに、上記フード内の空気を吸入して大気中に放出する空気ポンプが設けられていて、
上記空気ポンプの吸入・放出によって生じる空気流中に含まれている「ワークの研削に由来する固形粒子」を捕捉して除去するとともに、該空気流中に含まれている「冷却気流中に送入された潤滑油に由来する液状粒子」を捕捉して除去するフィルタ手段が設けられていることを特徴とする、冷風冷却を用いた機械加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センターレス研削における研削熱発生個所付近を冷却する方法、および同装置に係り、特に、冷風によって冷却する場合の技術的課題を解消すべく創作したものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械加工は一般に、被加工物（ワーク）を支承しつつ、該ワークに対して加工具（工具）を相対的に移動させながら接触して行なわれる。そして、発熱を伴うので冷却手段が設けられる。
【０００３】
図５は従来例に係る機械加工装置の１例として示したもので、センターレス研削機、および、その付属機器であるドレッサ、および研削液送給手段、並びにワーク押えを模式的に描いた、構造および作動説明図である。
ブレード１は静止部材であって、次に説明する調整砥石車（通称・調整砥石）２と協働してワーク３を回転自在に支承する。
調整砥石２は、被研削物であるワーク３を、前記のブレード１と協働して支承するとともに、矢印ａ方向に回転せしめられる。上記ワーク３の被研削部は円柱面もしくは円錐面、または、これらに類似する何らかの回転面より成り、前記調整砥石２から摩擦伝動を受けて矢印ｂ方向に回転せしめられる。
研削砥石車（通称・研削砥石）４は矢印ｃ方向に回転しつつ、研削点ｇにおいてワーク３に接触し、これを研削する。上記の研削点ｇは、図の紙面と直角方向に長さを有しており、かつ、研削部において微小ながら幅を有しているので、言葉どおりの点ではないが、本発明においてはこの細長い研削部位を通称に従って研削点と呼ぶことにする。
【０００４】
ワーク３の矢印ｂ方向の周速よりも研削砥石４の矢印ｃ方向の周速の方が大きいので、研削中はワーク３が研削砥石４によって矢印ｂ方向により速く回されようとし、前述した調整砥石２はワーク３の回転を制動するような作用もするが、要するに調整砥石２はワーク３の回転速度を制御している。
図示の寸法Ｈは心高であって、良好なセンターレス研削を行なうためには上記心高寸法Ｈを適正に設定することが必要である。しかし乍ら、適正な心高寸法の値は各種の作業条件に影響されて微妙に変化するので、高度の知識と熟練を以てしても、最も適正な心高寸法を設定することは容易でない。
定性的に傾向を見れば、心高寸法が過小であるとセンターレス研削における造円作用が旨く働かず、研削仕上り面の真円度が低下する（いわゆる、おむすび状と呼ばれる形に歪む）。また、心高寸法が過大であると、ワークがブレード上で安定せず、研削仕上り面にビレと呼ばれる花びら状の凹凸を生じ易い。
ブレード上のワークを安定させるために、仮想線で示したワーク押え８を設けて、ワーク３の頂面付近に摺触せしめる場合も有る。
【０００５】
研削点ｇ付近では研削熱が発生する。これを放置すると研削仕上り面にいわゆる研摩焼けや研摩割れを生じたり、熱膨脹差によって研削精度が下がるなどの悪影響を生じるので、前記研削点ｇの上方に研削液ノズル７を設け、研削液タンク５内の研削液を研削液ポンプ６で吸入・吐出して、前記研削液ノズル７に供給し、研削点ｇ付近に注ぎかける。
上記研削液はクーラントとも呼ばれているが、その役目は冷却のみでなく、潤滑，洗浄の役目も兼ねている。潤滑が不足すると研削仕上り面の面あらさが低下するので、潤滑もなおざりには出来ない。また、研削に伴ってワークの微小粒子や、研削砥石に由来する微細粒状の異物が発生するので、良好な研削状態を保つためには研削液による洗浄効果を無視することは出来ない。
【０００６】
研削を行なうに先立って、研削砥石４を所定の形状に整えるツルーイングを行なう必要が有る。また、ツルーイングでマクロ形状を整えた研削砥石４に対してそのミクロな表面状態を整えて研削砥石の切れ味を良くするドレッシングを行なうことも必要である。このドレッシングは、研削作業の途中においても、砥粒の目詰まり等を生じたときには行なわれる。なお、ツルーイングとドレッシングとを厳密に区別せずに一つの操作として施工させる場合も有る。
上記のドレッシングやツルーイングはドレッサ９を用いて行なわれる。本図５においてはロータリ形のドレッサ９を描いてあるが、この他にバイト形のドレッサも用いられる。いずれの形式のドレッサにおいても、普段は矢印ｅのように後退させて待避しておき、必要に応じて矢印ｆ方向に前進して研削砥石４に接触する。このドレッシング個所やツルーイング個所においても発熱するので、先に述べた研削液ポンプ６の吐出液の流路を研削液操作弁１０で切り替えて、研削液ノズル１１を介して注ぎかける。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５を参照して以上に説明した従来例のセンターレス研削機によると、粗仕上されたワークの回転面よりなる被加工部が、高能率で高精度に研削仕上げされる。
しかし、前述のごとく、回転しているワークや研削砥石に研削液を注ぎかけるには、研削液の圧送循環設備、および廃液の処理設備を設けて運転，管理しなければならないので、相応の手数を要し、コストもかかる。
【０００８】
さらに、研削液は消耗性の資材であるから、その補給には、経済的な負担が伴う。
【０００９】
上述の事情に鑑みて、研削液に代えて冷風によって研削部を冷却しようという研究が為され、公の場で発表されている（例えば１９９７年度砥粒加工学会学術講演論文集）。これらの研究は、冷風冷却に関する学術的な理論に指向され、
（ａ）  風温・風量と冷却能力との関係、
（ｂ）  研削点温度と研摩焼け・研摩割れとの関係（本項は材料学との関連が深い）、
（ｃ）  砥石の材質と発熱量・昇温状態との関係、
などが次第に解明されてきている。
学術的理論は上述のように進歩しているが、センターレス研削機製造産業における具体的な風冷装置の構造や、実用面における風冷の手法に関する技術的創作は、理論学者ではなく実務技術者によって開発させなければならないのが現在の実情である。本発明は以上に説明した事情に鑑みて為されたものであって、シミュレーション実験設備ではなく現実のセンターレス研削機の実体を適用の対象として、冷風冷却を用いた実用的な機械加工装置装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために創作した本発明装置の構成は
回転面よりなる被研削部を有するワークを回転自在に支承するブレードと、上記ブレードと協働してワークを支承するとともに該ワークの回転を制御する調整砥石と、回転しつつ上記ワークに接触して該ワークを研削する研削砥石とを具備しているセンターレス研削型の機械加工装置において、
前記ワークの上方に位置して該ワークに摺触するワーク押えを有しており、
かつ、上記ワーク押えに対してノズルが一体的に固定され、もしくは、ワーク押えとノズルとが一体に成形されるとともに、
上記ノズルに気体を圧送する手段、並びに、上記の気体を冷却する手段が設けられて、上記ノズルから噴出した冷却用の気体が、「前記のワークと研削砥石とが相互に接触している研削点」に向けて吹きつけられるようになっていて、
かつ、前記ノズル内を流動する気流の中に潤滑油を送入する手段が設けられ、気流中に送入された潤滑油が微小な液滴となって気流によって吹き送られて、前記の研削砥石とワークとが、前記研削点付近で、空気流によって冷却されるとともに潤滑されるようになっており、
更に、前記研削砥石に接触することなく、該研削砥石の下方ないし斜下方を覆うフードが設けられるとともに、上記フード内の空気を吸入して大気中に放出する空気ポンプが設けられていて、
上記空気ポンプの吸入・放出によって生じる空気流中に含まれている「ワークの研削に由来する固形粒子」を捕捉して除去するとともに、該空気流中に含まれている「冷却気流中に送入された潤滑油に由来する液状粒子」を捕捉して除去するフィルタ手段が設けられていることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明に係るセンターレス研削型の冷風冷却を用いた機械加工装置の１実施形態を示し、模式的に描いたセンターレス研削機の研削点付近の正面図に、冷却用の空気を供給する空気系統を付記した図である。
ブレード１、調整砥石２、ワーク３、および研削砥石４は、従来例を示した前掲の図５におけると同様ないし類似の構成部材である。
符号１２を付して示したものは、コンプレッサ形の空気ポンプであって、大気を吸入して圧送する。圧送される空気はリリーフ形調圧弁１３によって所定の圧力に自動調整され、空気フィルタ１４および空気ドライヤ１５を経て清浄な乾燥空気になって空気冷却器１７の熱交換器１７ａを流通する。１６は、前記空気ドライヤ１５に付属するオートドレーンである。上記空気冷却器１７は冷凍サイクル１７ｂによって冷媒（図示省略）を強冷し、熱交換器を通過する空気流を冷却する。本実施形態においては−３０℃に冷却したが、本発明を実施する際、この空気流の冷却温度は作業条件に応じて適宜に設定することができる。
以上のようにして形成された極低温の清浄な乾燥空気は、矢印ｉのように、冷風供給ノズル兼ワーク押え１８を介して研削点ｇに供給される。１９は空気圧力計、２０は空気流量計である。前記の冷風供給ノズル兼ワーク押えの詳細については図１を参照して後述する。
【００２６】
本図２に示した実施形態においては、以上に説明にして清浄な低温空気流（矢印ｉ）を発生させたが、本発明を実施する場合は必ずしも空気流に限らず、また、必ずしも冷凍サイクルを備えた冷却器によって冷却することに限らず、例えば液体酸素を気化させることによって清浄で低温の気体流を発生させても良い。なお、この場合の気体は還元性ガスでなく酸化性ガスであることが望ましい。
前記研削砥石４に接触しないように、該研削砥石４の下方ないし斜め下方を覆うフード２１を設け、該フード２１内の空気を空気フィルタ２２を介して排気ポンプ（本質的には空気ポンプである）２３によって吸引し、大気中に放出する。これにより、センターレス研削によって生じた固形粒子（ワーク３に由来する金属粉や金属酸化物微粒子、および研削砥石に由来する砥粒やバインダの粉末）を捕捉，除去することができるので作業環境の低下を防止し、排気処置が容易になる。
なお、後に述べるようにして研削点ｇに潤滑油を注ぎかけたり噴霧したりした場合は潤滑油のミストが発生するが、前記のフード２１，空気フィルタ２２、および排気ポンプ２３の作用によって潤滑油ミストが捕捉，除去される。
【００２７】
図１は、本発明に係るセンターレス研削用冷却装置の１実施形態における冷風供給ノズル兼ワーク押えおよびワーク付近を、該ワークに直交する垂直面で切断して描いた断面図である。
符号１８で示した部材は、前掲の図５に示したワーク押え８に対応する部材であるが、単なるワーク押えではなく、ワーク押え面１８と冷却風道１８ｂとが形成されている。上記の冷却風道１８ｂに、先に説明した低温で清浄な冷却風（矢印ｉ）を供給して噴射せしめることにより、研削点ｇに対して適確に冷却用気体（本実施形態においては冷却用空気）を吹きつけることができる。
【００２８】
本実施形態（図１）において技術的に有利な点は、
（ａ）  構成部品点数が少なく、
（ｂ）  構成部材を狭隘な空間に配置し易く
（ｃ）  冷風供給ノズルとして作用する部材の位置決めが容易で、
（ｄ）  上記冷風供給ノズルの先端を研削点ｇに接近せしめ易いこと、である。
本実施形態においては、ワーク押え部材に冷却風道を穿って冷風供給ノズルとして作用させている。本発明を実施する際、冷却気体用ノズルをワーク押えと別体に構成して相互に一体的に固着しても良い。いずれにしても、ワーク押えと冷風供給ノズルとが、結果的に一体的に連設されていることが必要である。
本図１に表されているように、ワーク１の上方空間は狭隘であって、その中にワーク押えを配設した場合、残り空間の中に冷却気体用ノズルを配置することは設計的にも難しく、組立技術的にも難しい。本実施形態のようにワーク押えと冷却空気用ノズルとを一体化することによって上記の技術的困難を解消することができる。
【００２９】
ワーク押えは、ワーク３に対して所定の圧力で接触せしめれば良いので、その位置決めは比較的容易である。そして本実施例（図１）においては、冷却用気体ノズル（冷却風道１８ｂ）を上記ワーク押えと一体に構成してあるので、該冷却用気体ノズルの位置決めに格別の困難を伴わない。
前述のように、冷却用気体ノズルの配置および位置決めが容易であるから、該冷却用気体ノズルの先端を研削点ｇに接近させることも比較的容易である。そこで、本発明を実施する際、ノズル先端と研削点ｇとの間の距離Ｌの適正な寸法範囲について試験研究の結果に基づいて得られた値として、Ｌ≦Ｒという構成要件が得られた。
【００３０】
前記の距離Ｌについて、Ｒ≧Ｌとした。
同一型式（同一仕様）のセンターレス研削機であっても、ワークが変わればワークに応じた厚さ寸法ｔのブレード１が用いられ、心高寸法Ｈ（図５参照）もワークに応じて設定され、研削状態における調整砥石２と研削砥石４との関係位置もワークに応じて変わってくる。こうした技術的背景を考慮に入れて、本実施例においては前記の距離Ｌを、ワークに応じて、その直径寸法以下に設定する。これにより、該距離Ｌの範囲の上限値が定まり、冷却気体用ノズルは研削点ｇから至近距離（Ｒ以内）に保持される。これにより、冷却気体は研削点ｇまでの間に著しく拡散することなく、高圧，高密度の整流状態で吹きつけられ、高能率で冷却作用を果たす。
冷却能率のみについて前記の距離Ｌの適正範囲を考察すると、理論的には、いくら短くても差支え無く、その下限値は別段の制約を受けない。しかし、実用技術の面からは、各構成部材の寸法精度、および取付精度、並びに各構成部材の熱歪および機械的振動を考慮して、冷却用気体ノズルと研削砥石とが相互に干渉する虞れの無いように、前記の距離Ｌの下限値を設定しなければならない。
【００３１】
なお、従来例を示す図５について先に述べたように、ワーク押えは必要に応じて設けられる部材であって、センターレス研削に欠くことのできない構成部材ではない。図１に示した実施形態と異なる実施形態として、ワーク押えを省略することも可能である。図示を省略するが、図１の実施形態の変形例として冷風供給ノズル兼ワーク押え１８を省略した場合は、単独の冷却気体用ノズルを設ければ良く、この場合、該冷却気体用ノズルの先端と研削点ｇとの間の距離は、ワーク３の直径寸法Ｒ以内に設定する。
一般に、センターレス研削機は汎用性を持たせるため、各構成部材の位置を調節し得るように構成される。従って、本発明装置における研削点ｇと冷却用気体ノズルとの距離Ｌは、センターレス研削機のみを見ても計測できない。また、センターレス研削機のみを見てもワークの直径寸法Ｒを特定できない。以上の考察に基づいて、本発明装置における前記の距離Ｌに関する技術的範囲は次のとおりである。
ある型式のセンターレス研削機について、そのセンターレス研削機でセンターレス研削し得るワークの被研削部の直径寸法の最大値をＲとし、
上記最大直径のワークに対応する研削点ｇが存在し得る区域ｇ′を求め、
冷却用気体ノズルを上記の区域ｇ′に対して最も接近せしめて位置調節したときの、冷却用気体ノズルと区域ｇ′との距離Ｌを計測して、Ｒ≧Ｌであることが望ましい。
【００３２】
図３は、前掲の図１と異なる実施形態を示し、図１の実施形態を改良した２例を一つの図に纏めて模式的に描いた垂直断面図であって、潤滑油ノズル２６と霧吹形ノズル２７とは何れか片方が設けられていれば足りる。
本図３に示した冷風供給ノズル兼ワーク押え１８′は、前掲の図１における冷風供給ノズル兼ワーク押え１８に対応する類似の構成部材であって、その冷却風道１８ｂの一部が狭くなってスロットル１８ｃが形成されている。
一方、油ポンプ２４は潤滑油タンク２５内の植物性潤滑油を吸入，吐出して、前記スロットル１８ｃ内に突出している霧吹形ノズル２７から噴出させる。噴出した潤滑油は微細な液滴となって冷却用気体の中に混入し、研削点ｇに吹き送られ、ワーク３および研削砥石４の表面に付着して油膜を形成する。本発明において微細な液滴とは、噴射圧力ほとんど零でノズル先端から滴り落ちる液滴よりも大きくない液滴をいう。
前記の冷風供給ノズル兼ワーク押えと別体に潤滑油ノズル２６を構成して、研削点ｇに対向せしめて設置するとともに、油ポンプ２４から圧送される潤滑油を該潤滑油ノズル２６から噴出させても良い。
ワーク押えを用いないでワーク３をセンターレス研削する際は、単独の構成部材としての前記潤滑油ノズル２６を設けることになる。
以上のようにして研削点ｇに潤滑油を供給すると、冷却用気体では果たされない潤滑性を補って、研摩焼けや研摩割れの発生を防止し、美麗な鏡面状の研削仕上面が得られる。
【００３３】
図４は、前掲の図１および図２に示した実施形態と異なる実施形態を示し、ドレッサを備えたセンターレス研削機の模式的な垂直断面図に、冷却用気体の系統図を付記してある。
ブレード１、調整砥石２、ワーク３、研削砥石４、冷風供給ノズル兼ワーク押え１８′、および潤滑油ノズル２６は前掲の図３に示した実施形態におけると同様ないし類似の構成部分であり、フード２１は図２の実施形態について説明した構成部材である。
ドレッサ９は図５の従来例について説明した機器であって、矢印ｆ，ｅ方向に前後進して研削砥石４をドレッシングおよび／またはツルーイングしたり退避したりするようになっている。該ドレッサ９が矢印ｆ方向に前進したとき研削砥石４に接触する箇所に向けて冷風ノズル２９が設けられている。
本図４に示した矢印ｉは、前掲の図２に示した矢印ｉに対応し、清浄で低温の乾燥空気流を表している。この矢印ｉは、さらに広義に冷却用気体の流れと解することができる旨は先に述べた。この冷風ｉを、空気操作弁２８で切り替えて、前記の冷風ノズル２９に供給し、ドレッシングおよび／またはツルーイングにおける発生熱を除去して冷却する。これにより、ドレッサを含めたセンターレス研削設備の全体について、研削液を使用する必要が無くなり、研削液に因る不便や困難が一切解消される。
【００３４】
【発明の効果】
以上に本発明の実施形態を挙げてその構成・機能を明らかならしめたように、本発明装置によると、冷却された気体が研削点に吹きつけられるので、研削点で発生する熱が低温の気流により奪い去られる。従って、研削液を注ぎかけなくても過熱による不具合を発生しない。
しかも、ワーク押えを位置決めすることによって冷却気体用ノズルが自動的に位置決めされ、狭隘な空間にワーク押えと冷却気体用ノズルとの両方を配置する技術的困難が軽減され、冷却気体用ノズルが研削砥石に干渉するといった不具合を生じる虞れも無い。
研削点付近に潤滑油を供給することによって、研摩焼けや研摩割れの発生を防止して美麗な研削仕上面を得ることができる。
さらに、研削に伴って発生する微小粒子が捕捉される。すなわち、ワークに由来する金属粉や金属酸化物微粒子、および研削砥石に由来する遊離砥粒やバインダ物質の粉末、並びに、潤滑油の微細な液滴は、フードによって集められる空気流に乗せられて空気ポンプに吸い寄せられる。
そして前記のフードは研削砥石の下方ないし斜め下方を覆う構造であるからワークのローディング，アンローディングに支障を及ぼさず、かつ、研削状態の目視を妨げない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るセンターレス研削型の冷風冷却を用いた機械加工装置の１実施形態における冷風供給ノズル兼ワーク押えおよびワーク付近を、該ワークに直交する垂直面で切断して描いた断面図である。
【図２】  本発明に係るセンターレス研削型の冷風冷却を用いた機械加工装置の１実施形態を示し、模式的に描いたセンターレス研削機の正面図に、冷却用の空気を供給する空気系統を付記した図である。
【図３】  前掲の図１に示した実施形態における潤滑油供給機構の詳細を描いた模式的な垂直断面図である。
【図４】  前掲の図１および図２に示した実施形態と異なる実施形態を示し、ドレッサを備えたセンターレス研削機の模式的な垂直断面図に、冷却用気体の系統図を付記した図である。
【図５】  従来例に係るセンターレス研削機、および、その付属機器であるドレッサ、および研削液送給手段、並びにワーク押えを模式的に描いた、構造および作動説明図である。
【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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