JP2012035353A - 切削液供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切削液を用いる加工機の加工性能及び洗浄性能の低下を抑え、さらに、その洗浄性能を向上させる。
【解決手段】切削液供給装置１は、切削液を貯留するタンク２と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部３と、供給された不活性ガスを用いてタンク２内の切削液中に微小気泡を発生させる第１のバブル発生器４と、タンク２と切削液を使用する加工機１１とを接続しタンク２内の切削液を加工機１１に供給するための液供給流路５ａと、加工機１１とタンク２とを接続し加工機１１からタンク２に切削液を戻すための排液流路５ｂと、液供給流路５ａの途中に設けられタンク２内の切削液を液供給流路５ａに流す循環ポンプ６と、酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部７と、供給された酸化性ガスを用いて、液供給流路５ａを流れる切削液中に微小気泡を発生させる第２のバブル発生器８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、切削液供給装置に関する。

金属材や基板等の被切削物を切削する加工機には、潤滑、冷却及び洗浄を目的として切削液が供給される。この切削液は、通常、タンクに貯留され、循環ポンプによりタンクと加工機との間で循環し、繰り返し使用される。

このため、切削液には、切粉や砥粒等の有機物が混入することが多く、これが加工性能や洗浄性能の低下を招いている。そこで、切削液に混入した混入物を除去する除去技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−９６０５３号公報

しかしながら、前述の除去技術では、切削液に混入した混入物の除去により加工性能や洗浄性能の低下を抑えているが、洗浄性能そのものが向上することはないため、洗浄性能の向上が望まれている。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、切削液を用いる加工機の加工性能及び洗浄性能の低下を抑えることができ、さらに、その洗浄性能を向上させることができる切削液供給装置を提供することである。

本発明の実施形態に係る特徴は、切削液供給装置において、切削液を貯留するタンクと、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、タンク内に設けられ、不活性ガス供給部により供給された不活性ガスを用いてタンク内の切削液中に微小気泡を発生させる第１のバブル発生器と、タンクと切削液を使用する加工機とを接続し、タンク内の切削液を加工機に供給するための液供給流路と、加工機とタンクとを接続し、加工機からタンクに切削液を戻すための排液流路と、液供給流路の途中に設けられ、タンク内の切削液を液供給流路に流すポンプと、酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部と、酸化性ガス供給部により供給された酸化性ガスを用いて、液供給流路を流れる切削液中に微小気泡を発生させる第２のバブル発生器とを備えることである。

本発明によれば、切削液を用いる加工機の加工性能及び洗浄性能の低下を抑えることができ、さらに、その洗浄性能を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る切削液供給装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る切削液供給装置が備える液供給ヘッドの概略構成を示す断面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る切削液供給装置１は、切削液を貯留するタンク２と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部３と、その不活性ガスを用いてタンク２内の切削液中に微小気泡を発生させる第１のバブル発生器４と、タンク２から加工機１１まで延びその加工機１１からタンク２まで延びる循環流路５と、その循環流路５にタンク２内の切削液を循環させる循環ポンプ６と、酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部７、その酸化性ガスを用いて循環流路５を循環する切削液中に微小気泡を発生させる第２のバブル発生器８とを備えている。

不活性ガス供給部３は、不活性ガスが流れる不活性ガス供給流路３ａによりタンク２内の第１のバブル発生器４に接続されており、その第１のバブル発生器４に不活性ガス供給流路３ａを介して不活性ガスを供給する。この不活性ガス供給部３は、開閉弁や圧力レギュレータ等を有しており、所定の圧力及び流量で不活性ガスを供給するように設定されている。この設定は例えばマイクロバブルが所望の量だけ良好に発生するようにあらかじめ行われる。なお、不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ_２）等が用いられる。

第１のバブル発生器４は、タンク２内の底部近くに設けられており、不活性ガス供給部３により供給された不活性ガスを用いてタンク２内の切削液中に微小気泡、例えばマイクロバブルを発生させる。この第１のバブル発生器４としては、例えば、フィルタ式のバブル発生器が用いられる。フィルタ式のバブル発生器は、円筒形状の第１の多孔質フィルタと、その外周面に接触させて設けられた円筒形状の第２の多孔質フィルタとを有しており、第１の多孔質フィルタの内部の中空部に不活性ガスが供給されると、第２の多孔質フィルタの外周面から微小気泡が発生する。

循環流路５は、タンク２と加工機１１とを接続しタンク２から加工機１１に切削液を供給するための液供給流路５ａと、加工機１１とタンク２とを接続し加工機１１からタンク２に切削液を戻すための排液流路５ｂとを有している。これらの液供給流路５ａ及び排液流路５ｂとしては、例えば、チューブやパイプ等が用いられる。なお、液供給流路５ａのタンク２側の一端はタンク２の深さのほぼ中央部（中央層）に位置付けられており、排液流路５ｂのタンク２側の一端はタンク２の側壁下方部分を貫通して前述の中央部より下方の下層部に位置付けられている。

ここで、加工機１１は、金属材や基板等の被切削物Ｔ１を切削するダイシングブレードやドリル等の切削部材１１ａと、その切削部材１１ａと被切削物Ｔ１とが接触する切削箇所に向けて切削液を供給する液供給ヘッド１１ｂとを備えている。この液供給ヘッド１１ｂは複数のノズル１１ｂ１、１１ｂ２を有しており、それらのノズル１１ｂ１、１１ｂ２からそれぞれ切削液を吐出する。なお、液供給ヘッド１１ｂには、液供給流路５ａの他端が接続されており、加工機１１の底面には、排液流路５ｂの他端が接続されている。この加工機１１は、液供給ヘッド１１ｂにより切削液を切削箇所に供給しながら、切削部材１１ａにより被切削物Ｔ１を切削する。

循環ポンプ６は、液供給流路５ａの途中に設けられており、タンク２内の切削液をタンク２から液供給流路５ａを介して加工機１１に流すための駆動源である。この循環ポンプ６は、液供給流路５ａを介してタンク２内の切削液を自身の位置まで吸い上げ、吸い上げた切削液を自身の位置から加圧して加工機１１の液供給ヘッド１１ｂに供給する。したがって、液供給流路５ａにおいて循環ポンプ６より下流側は加圧ラインとなる。なお、循環ポンプ６としては、例えば、液体用ポンプが用いられる。

酸化性ガス供給部７は、酸化性ガスが流れる酸化性ガス供給流路７ａにより第２のバブル発生器８に接続されており、その第２のバブル発生器８に酸化性ガス供給流路７ａを介して酸化性ガスを供給する。この酸化性ガス供給部７は、開閉弁や圧力レギュレータ等を有しており、所定の圧力及び流量で酸化性ガスを供給するように設定されている。この設定はマイクロナノバブルが所望の量だけ良好に発生するようにあらかじめ行われる。なお、酸化性ガスは酸素を含んでおり、酸化力を有している。この酸化性ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ_２）やオゾン（Ｏ_３）等が用いられる。

第２のバブル発生器８は、液供給流路５ａの途中に設けられており、液供給流路５ａを流れる切削液中に、酸化性ガス供給部７により供給された酸化性ガスを用いて微小気泡、例えばマイクロナノバブルを発生させる。この第２のバブル発生器８は、酸化性ガスが通過する第１のオリフィス部材８ａと、液供給流路５ａを通過する切削液中に酸化性ガスを溶解させるガス溶解部材８ｂと、その酸化性ガスが溶解した切削液が通過する第２のオリフィス部材８ｃとを備えている。

第１のオリフィス部材８ａは、複数の貫通孔８ａ１を有しており、酸化性ガス供給流路７ａの途中に設けられている。例えば、各貫通孔８ａ１は互いに平行に貫通するように形成されている。この第１のオリフィス部材８ａは、各貫通孔８ａ１により、酸化性ガス供給流路７ａを通過する酸化性ガスの気体流を複数に増加させ、切削液に対する酸化性ガスの溶解効率を向上させる。

ガス溶解部材８ｂは、液供給流路５ａの途中に循環ポンプ６より上流側に位置付けられ設けられている。このガス溶解部材８ｂには、酸化性ガス供給流路７ａが接続されている。ガス溶解部材８ｂは、その内部を通過する切削液中に、酸化性ガス供給部７により酸化性ガス供給流路７ａを介して供給された酸化性ガスを溶解（混入）させる。なお、ガス溶解部材８ｂとしては、例えば、Ｔ字管やアスピレータ等が用いられる。このアスピレータが用いられた場合には、ベンチュリ効果により切削液に対する酸化性ガスの溶解量が増加する。

第２のオリフィス部材８ｃは、複数の貫通孔８ｃ１を有しており、液供給流路５ａの途中に循環ポンプ６より下流側に位置付けられ設けられている。例えば、各貫通孔８ｃ１は互いに平行に貫通するように形成されている。この第２のオリフィス部材８ｃは、各貫通孔８ｃ１を通過する切削液中の溶存気体を減圧して開放し、その切削液中に微小気泡、例えばマイクロナノバブルを発生させる。なお、この第２のオリフィス部材８ｃに替えてバブル発生部材としてベンチュリ管が用いられても良い。

ここで、液供給流路５ａにおいて循環ポンプ６より下流側は加圧ラインとなるため、循環ポンプ６より上流側にガス溶解部材８ｂが設けられ、循環ポンプ６より下流側に第２のオリフィス部材８ｃが設けられている。これは、加圧前の切削液に対して酸化性ガスを供給した方が、その酸化性ガスが切削液に溶け込みやすいためである。なお、切削液に対する酸化性ガスの溶解量は減少するが、ガス溶解部材８ｂと循環ポンプ６の順番は逆であっても良い。

このような構成の切削液供給装置１では、装置起動後、不活性ガスが所定の圧力及び流量で不活性ガス供給部３から不活性ガス供給流路３ａを介してタンク２内の第１のバブル発生器４に供給される。これにより、第１のバブル発生器４からマイクロバブル等の微小気泡がタンク２内の切削液中に発生する。

また、循環ポンプ６も駆動しており、タンク２内の切削液は循環流路５を循環する。このとき、酸化性ガスが所定の圧力及び流量で酸化性ガス供給部７から酸化性ガス供給流路７ａを介してガス溶解部材８ｂに供給される。この酸化性ガス供給流路７ａを通過する酸化性ガスの気体流は途中の第１のオリフィス部材８ａにより複数に増加し、ガス溶解部材８ｂ内に流入する。その流入した酸化性ガスは、ガス溶解部材８ｂによりその内部を通過する切削液中に溶解される。

その後、液供給流路５ａを流れる切削液中の溶存気体が第２のオリフィス部材８ｃにより減圧されて開放され、切削液中にマイクロナノバブル等の微小気泡が生成される。この微小気泡を含む切削液が液供給流路５ａを介して加工機１１に供給され、その加工機１１の液供給ヘッド１１ｂから切削部材１１ａと被切削物Ｔ１とが接触する切削箇所に向けて吐出される。

その後、切削液の排液は、例えば加工機１１とタンク２との高低差により加工機１１の底面につながる排液流路５ｂを介してタンク２内に戻される。なお、図１の模式図においては、タンク２内の液面高さより排液流路５ｂの他端の方が低い位置になっているが、高低差を利用して切削液をタンク２内に戻す場合には、排液流路５ｂの他端の方が高い位置に設定される。

ここで、タンク２内の切削液中には、マイクロバブル等の微小気泡が発生しており、この微小気泡は液面に向かって浮上する。この微小気泡はタンク２内の切削液中の有機物に付着し、その有機物を液面に浮上させる。これにより、タンク２内の切削液中に存在する有機物が液面に移動するので、タンク２内の切削液中の有機物が液供給流路５ａを介して加工機１１に到達することが抑止され、その結果、加工機１１の加工性能及び洗浄性能の低下が抑えられる。

また、第２のバブル発生器８では、ガス溶解部材８ｂにより酸化性ガスが切削液に溶解されるので、切削液の溶存酸素量（ＤＯ値）が高められ、切削部材１１ａや被切削物Ｔ１に付着した有機物に対する酸化分解率が向上する。したがって、その切削液を使用する加工機１１の洗浄性能が向上する。さらに、第２のオリフィス部材８ｃにより溶存気体が減圧されて開放され、切削液中にマイクロナノバブル等の微小気泡が生成される。この微小気泡を含む切削液が加工機１１に供給されるので、切削部材１１ａや被切削物Ｔ１に付着した有機物を除去する除去能力が向上する。したがって、その切削液を使用する加工機１１の洗浄性能が向上する。

なお、前述のように有機物除去の向上のため、切削液の溶存酸素量を高めて、酸化効果による洗浄時の有機物の除去を行っているが、切削液の溶存酸素量を高めると、切削液が酸化しやすくなるため、切削液の腐食進行が早くなり、切削液の寿命が短くなってしまう。したがって、有機物除去の向上と切削液の寿命延長とを両立することは困難である。

そこで、不活性ガス供給部３による第１のバブル発生器４に対する不活性ガスの供給量は、酸化性ガス供給部７による第２のバブル発生器８に対する酸化性ガスの供給量より多くなるように設定されている。これにより、タンク２内の切削液中の酸素が不活性ガスにより切削液中から確実に追い出され、タンク２内の切削液が酸化することが抑えられるので、切削液の寿命が延びる。このように、不活性ガスの供給量を酸化性ガスの供給量より多くすることで、タンク２内の切削液の溶存酸素量が高くなっても、切削液の寿命減少が抑止されるので、有機物除去の向上と切削液の寿命延長とを両立することが可能となる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、不活性ガスを用いてタンク２内の切削液中に微小気泡を発生させる第１のバブル発生器４を設けることによって、タンク２内の切削液中にマイクロバブル等の微小気泡が発生し、その微小気泡がタンク２内の切削液中の有機物に付着してその有機物を液面に浮上させる。これにより、タンク２内の切削液中に存在する有機物は液面に移動し、タンク２内の切削液中の有機物が液供給流路５ａを介して加工機１１に到達することが抑止されるので、加工機１１の加工性能及び切削液の洗浄性能の低下を抑えることができる。

さらに、酸化性ガスを用いて液供給流路５ａを流れる切削液中に微小気泡を発生させる第２のバブル発生器８を設けることによって、酸化性ガスが切削液に溶解されて切削液の溶存酸素量が高められ、有機物に対する酸化分解率が向上するので、その切削液を用いる加工機１１の洗浄性能を向上させることができる。加えて、切削液中の溶存気体が減圧されて開放され、切削液中にマイクロナノバブル等の微小気泡が生成される。この微小気泡を含む切削液が加工機１１に供給されるため、切削部材１１ａや被切削物Ｔ１に付着した有機物を除去する除去能力が向上するので、その切削液を用いる加工機１１の洗浄性能を向上させることができる。

また、不活性ガス供給部３は、第１のバブル発生器４に対する不活性ガスの供給量を第２のバブル発生器８に対する酸化性ガスの供給量より多くする。これにより、タンク２内の切削液中の酸素が不活性ガスにより切削液中から確実に追い出され、タンク２内の切削液が酸化することが抑えられるので、切削液の寿命を延ばすことができる。

また、第２のバブル発生器８は、酸化性ガスが通過する複数の貫通孔８ａ１を有する第１のオリフィス部材８ａを具備している。この第１のオリフィス部材８ａの各貫通孔８ａ１により、酸化性ガス供給流路７ａを通過する酸化性ガスの気体流が複数に増加するので、切削液に対する酸化性ガスの溶解効率を向上させることができる。

また、第２のバブル発生器８は、液供給流路５ａを流れる切削液中に酸化性ガスを溶解させるガス溶解部材８ｂと、酸化性ガスが溶解した切削液が通過する複数の貫通孔８ｃ１を有する第２のオリフィス部材８ｃとを具備している。これにより、簡単な構成で確実に切削液中に酸化性ガスを含む微小気泡を生成することができる。

また、ガス溶解部材８ｂは、液供給流路５ａにおいて循環ポンプ６より上流側に設けられており、第２のオリフィス部材８ｃは、液供給流路５ａにおいて循環ポンプ６の下流側に設けられている。これにより、加圧前の切削液に対して酸化性ガスが供給されるので、その酸化性ガスは切削液に溶け込みやすく、切削液に対する酸化性ガスの溶解量を増加させることができる。したがって、この酸化性ガスの溶解量増加に加え、第２のオリフィス部材８ｃに対する加圧により微小気泡を大量にそして確実に発生させることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図２を参照して説明する。

本発明の第２の実施形態は基本的に第１の実施形態と同様である。第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点について説明し、第１の実施形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明も省略する。

図２に示すように、本発明の第２の実施形態に係る切削液供給装置においては、第２のオリフィス部材８ｃが加工機１１の液供給ヘッド１１ｂが備えるノズル１１ｂ１及びノズル１１ｂ２に個別に設けられている。

第２のオリフィス部材８ｃはノズル１１ｂ１、１１ｂ２の先端付近に設けられており、その第２のオリフィス部材８ｃの一端は切削液に接触した状態であり、その他端は大気に開放されている状態である。この第２のオリフィス部材８ｃは、各貫通孔８ｃ１を通過する切削液中の溶存気体を減圧して大気開放し、その切削液中にマイクロナノバブル等の微小気泡を発生させ、同時に、その微小気泡を含む切削液を各貫通孔８ｃ１から吐出する。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２のオリフィス部材８ｃを液供給ヘッド１１ｂのノズル１１ｂ１、１１ｂ２に設けることによって、微小気泡が液供給流路５ａの途中ではなくノズル１１ｂ１、１１ｂ２部分で生成されるため、液供給流路５ａ中に微小気泡が大量に発生することが無くなる。これにより、大量の微小気泡が液供給流路５ａに存在することに起因する圧力損失が防止されるので、切削液を所望の圧力で吐出することが可能となり、加工機１１の洗浄性能の低下を抑えることができる。

ここで、前述の第１及び第２の実施形態においては、微小気泡は、マイクロバブル（ＭＢ）やマイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）等の概念を含む微細気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。

なお、本発明に係る前述の実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。前述の実施形態は種々変更可能であり、例えば、前述の実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても良く、さらに、異なる実施形態に係る構成要素が適宜組み合わされても良い。

例えば、酸化性ガス供給部７が切削液供給装置１の制御部（図示せず）により制御され、酸化性ガスの供給量が被切削物Ｔ１の種類（例えば硬度）等に応じて増減されるようにしても良い。さらに、この場合には、その酸化性ガスの供給量増加に応じて不活性ガス供給部３が前述の制御部により制御され、不活性ガスの供給量が増やされるようにしても良い。逆に、酸化性ガスの供給量が減らされた場合には、それに応じて不活性ガスの供給量も減らされるようにする。なお、不活性ガスの供給量は酸化性ガスの供給量より多くなるように制御部の制御により維持される。このようにして、被切削物Ｔ１の種類に対応した洗浄性能を得ることが可能であり、加えて、酸化性ガスの供給量増加によるタンク２内の切削液の酸化を確実に抑えることができる。

また、切削液中の酸素量を測定する測定器（図示せず）がタンク２内に設けられ、その酸素量が所定量以上になった場合には、不活性ガス供給部３が制御部により制御され、不活性ガスの供給量が増やされるようにしても良い。これにより、タンク２内の切削液中の酸素量が所定量以上になると、不活性ガスによるタンク２内の微小気泡が増加するので、タンク２内の切削液中の酸素を確実に切削液中から追い出すことが可能となり、タンク２内の切削液の酸化を抑えて切削液の寿命を確実に延ばすことができる。

１ 切削液供給装置
２ タンク
３ 不活性ガス供給部
４ 第１のバブル発生器
５ 循環流路
６ 循環ポンプ（ポンプ）
７ 酸化性ガス供給部
８ 第２のバブル発生器
８ａ 第１のオリフィス部材
８ａ１ 貫通孔
８ｂ ガス溶解部材
８ｃ 第２のオリフィス部材
８ｃ１ 貫通孔
１１ 加工機
１１ｂ１ ノズル
１１ｂ２ ノズル

Claims (6)

1. 切削液を貯留するタンクと、
   不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
   前記タンク内に設けられ、前記不活性ガス供給部により供給された前記不活性ガスを用いて前記タンク内の切削液中に微小気泡を発生させる第１のバブル発生器と、
   前記タンクと前記切削液を使用する加工機とを接続し、前記タンク内の切削液を前記加工機に供給するための液供給流路と、
   前記加工機と前記タンクとを接続し、前記加工機から前記タンクに前記切削液を戻すための排液流路と、
   前記液供給流路の途中に設けられ、前記タンク内の切削液を前記液供給流路に流すポンプと、
   酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部と、
   前記酸化性ガス供給部により供給された前記酸化性ガスを用いて、前記液供給流路を流れる切削液中に微小気泡を発生させる第２のバブル発生器と、
   を備えることを特徴とする切削液供給装置。
2. 前記不活性ガス供給部は、前記第１のバブル発生器に対する前記不活性ガスの供給量を前記第２のバブル発生器に対する前記酸化性ガスの供給量より多くすることを特徴とする請求項１記載の切削液供給装置。
3. 前記第２のバブル発生器は、前記酸化性ガスが通過する複数の貫通孔を有する第１のオリフィス部材を具備していることを特徴とする請求項１又は２記載の切削液供給装置。
4. 前記第２のバブル発生器は、
   前記液供給流路を流れる切削液中に前記酸化性ガスを溶解させるガス溶解部材と、
   前記酸化性ガスが溶解した前記切削液が通過する複数の貫通孔を有する第２のオリフィス部材と、
   を具備していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の切削液供給装置。
5. 前記第２のオリフィス部材は、前記加工機が前記切削液を吐出するノズル内に設けられていることを特徴とする請求項４記載の切削液供給装置。
6. 前記ガス溶解部材は、前記液供給流路において前記ポンプより上流側に設けられており、
   前記第２のオリフィス部材は、前記液供給流路において前記ポンプの下流側に設けられていることを特徴とする請求項４又は５記載の切削液供給装置。

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