JP2015211991A - 切削方法、切削装置及びチャック - Google Patents

Abstract

【課題】薄く又は細く切削される被削材を好適に保持できる切削方法を提供する。
【解決手段】切削方法は、被削材１０１及び被削材１０１が浸される液状の切削剤１０３を容器３に収容する収容工程（ステップＳＴ２及びＳＴ３）と、容器３内の切削剤１０３を凍結させる凍結工程（ステップＳＴ４及びＳＴ５）と、凍結した切削剤１０３によって容器３内に保持されている被削材１０１を切削剤１０３とともに切削する切削工程（ステップＳＴ６〜ＳＴ８）とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、切削方法、切削装置及びチャックに関する。

特許文献１及び２では、氷をワークの保持に利用する技術が開示されている。

具体的には、特許文献１の技術では、まず、被加工物の一部が水面から露出するように被加工物を容器内の水に浸す。次に、容器内の水を凍結させることにより、氷によってワークを保持する。被加工物は、容器内の氷によって保持された状態で、氷上に露出した部分が加工される。

また、特許文献２の技術では、まず、ワーク及びチャックベースを型枠内の水に浸す。次に、型枠を冷凍庫に搬送し、型枠内の水を凍結させる。これにより、ワークを氷によって覆うとともにチャックベース上に固定する。その後、氷によって覆われたワークをチャックベースとともに型枠から取り出し、冷却された不凍液に浸す。ワークは、不凍液内において氷とともに加工される。

特開２０００−２８８８０６号公報 特開２０１４−８５８７号公報

特許文献１及び２の技術では、一部又は全部が比較的薄く又は細く切削される被削材の保持が困難である。

例えば、特許文献１の技術では、被削材のうち氷上に露出する部分のみを加工することから、加工される部位が限られており、被削材全体を薄く又は細くすることができない。換言すれば、全体乃至は大部分が薄く又は細くされる被削材を保持することが困難である。また、例えば、氷上に露出する部分を薄く又は細く切削していくと、切削工具から加えられる力によって氷上に露出している部分が曲がったり、折れたりしてしまう。

また、例えば、特許文献２の技術では、氷とともに被削材を切削すると、切削された溝乃至は穴に不凍液が流れ込む。従って、切削が進むと、被削材は、氷によって覆われず、不凍液に浸された状態となる。その結果、特許文献１と同様に、被削材を薄く又は細く切削していくと、切削工具から加えられる力によって被削材が曲がったり、折れたりしてしまう。

従って、少なくとも一部が薄く又は細く切削される被削材を好適に保持できる切削方法、切削装置及びチャックが提供されることが望まれる。

本発明の一態様に係る切削方法は、被削材及び前記被削材が浸される液状の凝固剤を容器に収容する収容工程と、前記容器内の前記凝固剤を凍結させる凍結工程と、凍結した前記凝固剤によって前記容器内に保持されている前記被削材を前記凝固剤とともに切削する切削工程と、を有している。

好適には、前記凝固剤は、切削剤である。

好適には、前記切削工程では、前記被削材に厚さ１ｍｍ未満の部分を形成する。

本発明の一態様に係る切削装置は、被削材を収容可能な容器と、前記容器に液状の前記凝固剤を供給可能な供給装置と、前記容器内の前記凝固剤を冷却可能な冷却装置と、切削工具を駆動可能な装置本体と、前記容器内にて前記被削材が前記凝固剤に浸される量で前記凝固剤を供給し、前記容器内の前記凝固剤が凍結する温度まで前記凝固剤を冷却し、凍結した前記凝固剤によって前記容器内に保持されている前記被削材が前記凝固剤とともに切削される位置で前記切削工具が駆動されるように前記供給装置、前記冷却装置及び前記装置本体を制御する制御装置と、を有している。

好適には、前記冷却装置は、前記容器に設けられた流路に、冷却された流体を供給可能なチラーを含む。

好適には、前記チラーは、−１３０℃の空気、フロンガス、液体窒素又はアルゴンガスを供給可能である。

好適には、前記チラーは、蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張弁を順に循環する冷媒と前記蒸発器において熱交換した空気を前記流体として前記容器の流路に供給する。

好適には、前記チラーは、前記容器の流路、圧縮機、凝縮器及び膨張弁を順に循環する冷媒を前記流体として前記容器の流路に供給する。

好適には、前記流路を通過した前記流体を前記切削位置に向けて噴射可能なノズルを更に有している。

好適には、前記装置本体は、前記切削工具と前記容器との相対移動の経路を規定した、所定の原点を基準とした座標データを保持しており、前記被削材の所定部位の切削が完了したときの前記切削工具と前記容器との相対位置に基づいて前記原点と前記切削工具と前記容器との相対位置とを対応付け、その対応付け及び前記座標データに基づいて前記切削工具と前記容器とを相対移動させて切削を行う。

本発明の一態様に係るチャックは、被削材を収容可能な容器と、前記容器に液状の前記凝固剤を供給可能な供給装置と、前記容器内の前記凝固剤を冷却可能な冷却装置と、前記容器内にて前記被削材が前記凝固剤に浸される量で前記凝固剤を供給し、前記容器内の前記凝固剤が凍結する温度まで前記凝固剤を冷却するように前記供給装置及び前記冷却装置を制御する制御装置と、を有している。

上記の手順又は構成によれば、少なくとも一部が薄く又は細く切削される被削材を好適に保持できる。

本発明の第１の実施形態に係る切削装置の要部の構成を模式的に示す図。 図１の切削装置の容器及びその周囲の部材の一例を示す斜視図。 図１の切削装置を用いた切削方法の手順の一例を示すフローチャート。 図１の切削装置の作用を説明する模式的な断面図。 本発明の第２の実施形態に係る切削装置の要部の構成を模式的に示す図。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は容器及びその周辺の部材の変形例を示す模式図。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る切削装置１の要部の構成を模式的に示す図である。

切削装置１は、凍結した切削剤１０３によって被削材１０１を保持し、切削工具１０５によって被削材１０１を切削する装置として構成されている。具体的には、以下のとおりである。

切削装置１は、被削材１０１及び切削剤１０３を収容可能な容器３と、容器３に液状の切削剤１０３を供給可能な供給装置５と、容器３内の切削剤１０３を冷却可能な冷却装置７と、切削工具１０５を駆動して被削材１０１を切削可能な装置本体９と、空気を切削位置に向けて噴射可能なノズル１１と、切削装置１の各部の動作を制御する制御装置１３とを有している。

容器３は、液状の切削剤１０３及び切削剤１０３に浸された被削材１０１を収容可能である限り、適宜な形状及び大きさで、適宜な材料により構成されてよい。例えば、本実施形態では、容器３は、上方が開放された概ね直方体状とされている。容器３の内面は、切削剤１０３を凍結したまま取り出せる形状であってもよいし、取り出せない形状であってもよい。容器３は、２層構造（後述する図６（ｂ）参照）とされたりしてもよい。容器３の材料は、伝熱性が高い材料であってもよいし、断熱性が高い材料であってもよい。容器３の内側と外側とで伝熱性が異なる材料が用いられてもよい。

供給装置５は、例えば、通常の工作機械において用いられている切削剤を供給する装置と同様であってもよいし、異なっていてもよい。すなわち、供給装置５は、本実施形態とは異なる通常の切削装置において、加工点の冷却及び潤滑、並びに、切り屑の洗い流し等の目的で油性又は水溶性の切削油を供給する装置と同様であってもよいし、異なっていてもよい。供給装置５は、例えば、貯留送出部５ａと、ノズル５ｂとを有している。貯留送出部５ａは、特に図示しないが、例えば、液状の切削剤１０３を貯留するタンクと、タンク内の切削剤１０３を送出するコンプレッサーと、コンプレッサーを駆動するモータとを有している。コンプレッサーによって送出された液状の切削剤１０３は、ノズル５ｂから容器３内へ供給される。供給装置５は、例えば、コンプレッサーの駆動及び停止、又は、弁の開閉によって切削剤１０３の供給開始及び停止を制御可能である。

冷却装置７は、空気を送出するコンプレッサー１５と、コンプレッサー１５により送出された空気を冷却するチラー１７と、容器３に設けられ、チラー１７により冷却された空気が流れる流路１９と、流路１９に供給される空気の温度を検出する温度センサ２１とを有している。なお、チラー１７に加えてコンプレッサー１５、流路１９及び／又は温度センサ２１を含む適宜な範囲がチラー乃至はチラーシステムと呼称されてもよい。

コンプレッサー１５は、不図示の電動機によって回転駆動され、例えば、切削装置１周囲の大気を吸引して送出する。コンプレッサー１５の構成は公知の構成と同様とされてよい。

チラー１７は、冷媒（例えばフロン）が循環する流路２３を有している。流路２３には各種装置が配置されている。例えば、流路２３を流れる媒体とコンプレッサー１５から送出された空気との間で熱交換を行うための蒸発器２５と、蒸発器２５にて温度が上昇した冷媒を圧縮する圧縮機２７と、圧縮された冷媒を冷却して凝縮する凝縮器２９と、凝縮され、蒸発器２５へ流れる冷媒を低圧にする膨張弁３１とを有している。なお、図１では、凝縮器２９において、空冷用のファンを図示しているが、凝縮器２９は水冷式であってもよい。

チラー１７は、例えば、供給された空気を−１０℃以下に冷却可能である。好ましくは、チラー１７は、供給された空気を−１００℃以下（例えば−１２０℃程度）に冷却可能である。なお、種々の事情に応じて、空気を−２０℃以下、又は、−５０℃以下の温度に冷却可能なチラーが選択されてもよい。

なお、供給された空気を−１００℃以下に冷却可能なチラーとしては、例えば、株式会社エイディーディー製の「超低温チラー コールドウェーブ」を用いることができる。この超低温チラーは、多段蒸発器及び混合冷媒を用いることによって、空気を−１３０℃程度の温度まで冷却することが可能である。また、このチラーは、空気の他に、フロンガス、液体窒素、アルゴンガス等も−１３０℃程度の温度まで冷却可能である。フッ素系のガスであれば、−１３５℃程度まで冷却することも可能である。

流路１９は、例えば、容器３の側面部分、底面部分、及び、内部空間の適宜な位置（例えば内部空間の中央側）の少なくともいずれかに配置される。図１では、流路１９が容器３の底面部分に配置されている場合を例示している。また、流路１９は、容器３の側面部分や底面部分の内部（板厚内）に位置するなどして容器３と一体的に形成されてもよいし、容器３に隣接するパイプが設けられるなどして容器３とは別個に形成されてもよい。パイプ等による流路１９が容器３に隣接する場合、流路１９は、容器の内面に隣接してもよいし、容器の外面に隣接してもよい。また、隣接は、流路１９を構成する部材の容器３への当接を伴っていることが好ましいが、比較的小さな隙間を介していてもよい。

なお、本願において、流路が容器に設けられていると表現する場合には、上記に例示した態様のいずれの態様又はその組み合わせであってもよいものとする。例えば、流路が容器と一体的に形成されている場合だけでなく、流路が容器とは別部材により形成された場合、流路が容器に隣接する場合、及び、流路が容器の内部空間に位置する場合においても、流路が容器に設けられていると表現するものとする。容器や流路のバリエーションについては、後に図を例示する。

温度センサ２１は、例えば、コンプレッサー１５により送出される空気の温度を、蒸発器２５による冷却後、且つ、容器３に設けられた流路１９への流入前において検出する。なお、温度センサ２１に加えて又は代えて、流路１９の流出後の空気の温度を検出する温度センサが設けられたり、容器３の温度を検出する温度センサが設けられたり、切削剤１０３の温度を検出する温度センサが設けられてもよい。温度センサの構成は公知の種々の構成と同様とされてよい。

装置本体９は、公知の工作機械本体乃至は産業用ロボットと同様の構成とされてよい。例えば、装置本体９は、切削工具１０５を保持する主軸３３と、主軸３３を介して切削工具１０５を回転させる主軸モータ３５と、容器３を保持するテーブル３７と、主軸３３とテーブル３７とを３軸方向（ｘｙｚ方向）に相対移動させる送りモータ３９（図１では一つのみ例示）とを有している。

装置本体９において、容器３は、テーブル３７がワークを保持するための機構によりテーブル３７に固定されてもよいし、そのような機構とは別個に設けられた機構乃至は固定手段（ボルト等）によりテーブル３７に対して固定されてもよい。なお、テーブル３７に代えて容器３を装置本体９に設けるようにしてもよい。

ノズル１１は、流路１９の延長上に設けられている。そして、流路１９を流れて切削剤１０３を冷却した後の空気がノズル１１から噴出される。ノズル１１は、例えば、切削工具１０５と共に移動可能に装置本体９（例えば主軸頭）に取り付けられる。そして、ノズル１１の噴出口は、切削位置（切削工具１０５の周囲）に向けられる。その具体的な位置及び向き等は、例えば、通常の工作機械において切削油を吹き付けるときの位置及び向きを参考に適宜に設定されてよい。ノズル１１から加工点付近へ空気が噴出されることによって、切粉を吹き飛ばすことができる。その結果、例えば、被削材１０１の損傷が低減される。

制御装置１３は、図１においては、一つのブロックとして図示されているが、実際には、チラー１７が有する制御装置及び装置本体９が有する制御装置（ＮＣ装置）等の各装置が有する制御装置から構成されてよい。

制御装置１３は、例えば、容器３内にて被削材１０１の全部又は切削対象部位が液状の切削剤１０３に浸され、且つ、容器３から液状の切削剤１０３が溢れない量で、液状の切削剤１０３が容器３に供給されるように供給装置５を制御可能である。

具体的には、例えば、容器３には液面の高さを検出する液面センサ４１が設けられており、制御装置１３は、切削剤１０３の供給開始後、液面センサ４１の検出値が目標値になると、切削剤１０３の供給を停止するように供給装置５を制御する。この他、例えば、液面センサ４１に代えて、切削剤１０３の供給量を検出する不図示の流量センサを供給装置５に設け、流量センサの検出値が目標値になったときに切削剤１０３の供給を停止するようにしてもよい。

そして、液面又は流量等の目標値は、容器３内にて被削材１０１の全部又は切削対象部位が液状の切削剤１０３に浸され、且つ、容器３から液状の切削剤１０３が溢れないように設定されている。この目標値は、作業者が不図示の入力装置を介して設定してもよいし、被削材１０１及び／又は容器３の寸法等に基づいて制御装置１３が自動的に設定してもよい。

また、制御装置１３は、例えば、容器３内の切削剤１０３が凍結する温度まで切削剤１０３が冷却されるように、冷却装置７（そのうちのチラー１７等）を制御可能である。

具体的には、例えば、制御装置１３は、温度センサ２１の検出値に基づいて流路１９に供給する空気の温度が目標温度に維持されるようにチラー１７を制御する。そして、目標温度は、切削剤１０３を凍結させることができる温度（切削剤１０３の凝固点よりも低い温度）に設定されている。また、この他、切削剤１０３の温度を検出する不図示の温度センサを設け、その温度センサの検出温度が切削剤１０３の凝固点以下の目標温度に維持されるようにチラー１７を制御してもよい。これらの目標温度は、例えば、切削剤１０３の凝固点や被削材１０１の保持に必要な力等を考慮して、作業者が不図示の入力装置を介して設定してよい。

なお、切削剤１０３の凝固点は、その種類によって異なるが、約−数℃以下であり、凝固点が低いものでは、−数十℃である。従って、温度センサ２１の検出値の目標温度は、例えば、−１０℃以下、又は、−１００℃以下の範囲で適宜に設定されることが好ましい。例えば、高い保持力を得る観点からは、目標温度は−１２０℃程度である。ただし、種々の事情に応じて、目標温度は、−２０℃や−５０℃とされてもよい。チラー１７の制御方法は、公知の方法と同様とされてよい。

また、制御装置１３は、凍結した切削剤１０３によって容器３内に保持されている被削材１０１が切削剤１０３とともに切削される位置で切削工具１０５を駆動するように装置本体９を制御可能である。ただし、被削材１０１が切削剤１０３とともに切削されるか否かは、切削位置と、切削剤１０３の供給量との相対的な関係により決定されるから、装置本体９の制御自体は、通常の工作機械等の制御と同様で構わない。

具体的には、例えば、制御装置１３は、切削時における主軸３３（切削工具１０５）とテーブル３７（容器３）とのｘｙｚ方向における相対移動の経路、並びに、主軸３３の回転数等を規定した座標データ（例えばＮＣデータ）を保持しており、この座標データに従って、装置本体９を制御する。なお、ＮＣデータによる指令は、アブソリュート指令であってもよいし、インクレメンタル指令であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。

なお、切削装置１の動作は、切削前の被削材１０１の容器３への配置から切削後の被削材１０１の容器３からの搬出まで、制御装置１３によって全自動で行われることが好ましいが、一部が作業者による操作によってなされてもよい。例えば、液状の切削剤１０３を適宜な高さまで容器３に溜めるときにおいて、作業者が切削剤１０３の液面を目視して、その目視結果に基づいて作業者が供給装置５を停止させる操作を行ってもよい。

なお、容器３、供給装置５、冷却装置７及び制御装置１３は、切削装置１において切削剤１０３を凍結させることによって被削材１０１を保持するためのチャック４を構成している。

被削材１０１は、どのような材料からなるものであってもよい。例えば、被削材１０１の材料は、金属、セラミック、樹脂、木材又はこれらのいずれか２つ以上を含む複合材料である。金属は、例えば、ステンレス、チタン、鉄である。

なお、切削装置１は、銅やアルミニウム等の比較的曲がりやすい金属の加工に有効である。これについては、図４を参照して後述する。また、切削装置１は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の切削にも有効である。ＦＲＰを切削すると、切削された面から繊維が露出して、いわゆるケバが生じる。しかし、切削剤１０３を凍結させた状態でＦＲＰからなる切削剤１０１を切削すると、繊維が折れることによって、ケバの発生が低減される。

また、被削材１０１は、どのような形状に切削されるものであってもよい。ただし、切削装置１は、一部又は全部が比較的薄い又は細い形状を形成することに有効である。このような薄い又は細い形状を有する部材としては、例えば、ヒートシンク（複数のフィン又は複数の針を有するもの）及びリチウムイオン電池のケースやカバーが挙げられる。

被削材１０１は、その全体が液状の切削剤１０３に浸されることが好ましい。別の観点では、容器３の容積は、切削前又は切削後の被削材１０１の各方向の最大寸法からなる直方体の仮想体積よりも大きいことが好ましい。ただし、切削前又は切削後の被削材１０１は、一部が容器３の外部へはみだす形状及び大きさであってもよい。

切削剤１０３（切削油）は、通常の切削加工において、加工点の冷却及び潤滑、並びに、切り屑の洗い流しに利用されているものでよい。切削剤１０３は、油性切削油であってもよいし、水溶性切削油であってもよい。油性の切削油としてシリコーンオイルが用いられてもよい。また、切削剤１０３は、通常の切削剤を水により希釈したものであってもよい。凍結の容易性の観点からは、切削剤１０３は、凝固点が−１０℃以上のものであることが好ましい。

切削工具１０５は、被削材１０１を削ることができるものであればよく、例えば、エンドミルやドリルである。

図２は、容器３及びその周囲の部材の一例を示す斜視図である。

容器３は、例えば、既に述べたように、上方が開放された概ね直方体状とされている。流路１９は、容器３の内部に配置されたパイプ２０によって構成されている。パイプ２０は、例えば、容器３の底面に配置されており、容器３の底面に沿ってジグザグに屈曲しつつ延びている。パイプ２０の外周面の下方側は、例えば、容器３の底面に当接している。

パイプ２０のジグザグに屈曲する各部の間には、被削材１０１を支持するために複数の支持部４３が設けられている。支持部４３の容器３の底面からの高さは、パイプ２０の容器３の底面からの高さよりも高くなっている。従って、被削材１０１は、パイプ２０に接することなく、支持部４３に支持される。

このような構成により、切削剤１０３を直接的にパイプ２０に触れさせて切削剤１０３を冷却できる。また、被削材１０１の下面に対して、できるだけ切削剤１０３を触れさせることができる。

図３は、切削装置１を用いた切削方法の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳＴ１では、前準備として、制御装置１３は、切削時における主軸３３（切削工具１０５）とテーブル３７（容器３）とのｘｙｚ方向における相対移動の経路、並びに、主軸３３の回転数等を規定した座標データ（例えばＮＣデータ）を取得する。

ステップＳＴ２では、制御装置１３は、不図示の搬送装置を制御して、被削材１０１を容器３内に配置する。なお、搬送装置としては、例えば、把持又は吸着等により被削材１０１を保持可能な多関節型産業用ロボット等を使用してよい。

ステップＳＴ３では、制御装置１３は、液状の切削剤１０３を所定の液面になるまで容器３に供給するように供給装置５を制御する。これにより、被削材１０１が切削剤１０３に浸される。なお、ステップＳＴ３は、ステップＳＴ２の前に行うことも可能である。

ステップＳＴ４では、切削装置１は、切削剤１０３の冷却を開始する。すなわち、制御装置１３は、流路１９への冷却した空気の供給を開始するようにコンプレッサー１５及びチラー１７を制御する。なお、冷却は、ステップＳＴ３又はＳＴ２の前に開始されてもよい。

ステップＳＴ５では、制御装置１３は、容器３内の切削剤１０３が凍結したか否か判定し、凍結したと判定するまで待機する。この判定は、適宜に行われてよい。例えば、冷却開始からの経過時間が所定の閾値を超えたときに凍結したと判定してもよいし、容器３内の切削剤１０３の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出温度が切削剤１０３の凝固点以下の所定の閾値に達したときに凍結したと判定してもよいし、これらの複数の条件が満たされたときに凍結したと判定してもよい。そして、制御装置１３は、凍結したと判定すると、次のステップへ進む。

ステップＳＴ６では、制御装置１３は、初期切削を行うように装置本体９を制御する。この切削は、例えば、ステップＳＴ１で取得したデータに基づいて行われてもよいし、それ以前に取得されたデータに基づいて行われてもよい。このデータの原点は、例えば、ステップＳＴ１以前に設定された、又は、ステップＳＴ１で取得したデータに含まれる、主軸３３とテーブル３７との所定の相対位置とされる。この切削では、被削材１０１から形成される部材の適宜な部位が形成されてよいが、例えば、端部の上面（ｚ軸に直交する面）及び交差する２側面（ｘ軸に直交する面及びｙ軸に直交する面）が形成される。

ステップＳＴ７では、制御装置１３は、初期切削によって形成された面に切削工具が当接するときの主軸３３とテーブル３７との相対位置をステップＳＴ１で取得したデータの原点として設定する。より具体的には、例えば、ｘ軸に直交する面に当接するときの位置をｘ座標とし、ｙ軸に直交する面に当接するときの位置を原点のｙ座標とし、ｚ軸に直交する面に当接するときの位置を原点のｚ座標とする。

ステップＳＴ８では、制御装置１３は、ステップＳＴ１で取得したデータに基づいて、被削材１０１の切削（本切削）を行う。原点は、ステップＳＴ７において、初期切削が完了した部位を基準として再設定されているから、ステップＳＴ２において被削材１０１が容器３に対して高精度に位置合わせされていなくても、ステップＳＴ８の切削は、高精度になされることになる。

被削材１０１は、例えば、全体（支持部４３との当接面を除く）が切削剤１０３に覆われているから、ステップＳＴ６及びＳＴ８の切削では、被削材１０１は、凍結した切削剤１０３とともに切削される。なお、被削材１０１の一部が凍結した切削剤１０３上に露出している場合においては、ステップＳＴ６では、被削材１０１のみを切削してもよい。加工精度を高くする観点からは、被削材１０１に対する全ての切削が凍結した切削剤１０３の切削とともに行われることが好ましい。

ステップＳＴ８の本切削が終了すると、制御装置１３は、冷却装置７による切削剤１０３の冷却を終了する。その後、被削材１０１は、容器３から取り出されて搬送される。

なお、ステップＳＴ２〜ＳＴ９は、１回のステップＳＴ１に対して１回のみ行われてもよいし、繰り返し行われてもよい。すなわち、切削装置１は、試作品等の１つのみ製作されるものを製造することに利用されてもよいし、互いに同一の製品を大量生産することに利用されてもよい。

以上のとおり、本実施形態の切削方法は、被削材１０１及び被削材１０１が浸される液状の切削剤１０３を容器３に収容する収容工程（ステップＳＴ２及びＳＴ３）と、容器３内の切削剤１０３を凍結させる凍結工程（ステップＳＴ４及びＳＴ５）と、凍結した切削剤１０３によって容器３内に保持されている被削材１０１を切削剤１０３とともに切削する切削工程（ステップＳＴ６〜ＳＴ８）とを有している。

別の観点では、切削装置１は、被削材１０１を収容可能な容器３と、容器３に液状の切削剤１０３を供給可能な供給装置５と、容器３内の切削剤１０３を冷却可能な冷却装置７と、切削工具１０５を駆動可能な装置本体９と、制御装置１３とを有している。制御装置１３は、容器３内にて被削材１０１が切削剤１０３に浸される量で切削剤１０３を供給し、容器３内の切削剤１０３が凍結する温度まで切削剤１０３を冷却し、凍結した切削剤１０３によって容器３内に保持されている被削材１０１が切削剤１０３とともに切削される位置で切削工具１０５を駆動するように供給装置５、冷却装置７及び装置本体９を制御する。

更に別の観点では、チャック４は、被削材１０１を収容可能な容器３と、容器３に液状の切削剤１０３を供給可能な供給装置５と、容器３内の切削剤１０３を冷却可能な冷却装置７と、制御装置１３とを有している。制御装置１３は、容器３内にて被削材１０１が切削剤１０３に浸される量で切削剤１０３を供給し、容器３内の切削剤１０３が凍結する温度まで切削剤１０３を冷却するように供給装置５及び冷却装置７を制御する。

従って、少なくとも一部が薄く又は細く切削される被削材１０１の保持が容易化される。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、この作用を説明するための模式的な断面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、被削材１０１の一方側（図面の左側）が切削されたとする。既に述べたように、被削材１０１は、凍結した切削剤１０３に覆われており、凍結した切削剤１０３は、被削材１０１とともに切削される。従って、被削材１０１には溝１０３ａが形成されることになる。

図４（ｂ）に示すように、溝１０３ａには、切削時の熱によって液体に戻った切削剤１０３が流れ込む。なお、供給装置５により適宜に液状の切削剤１０３を溝１０３ａに補給してもよい。

その後、図４（ｃ）に示すように、溝１０３ａに流れ込んだ液状の切削剤１０３は凍結する。なお、溝１０３ａ内の切削剤１０３は、直接的には、その周囲の凍結した切削剤１０３によって熱を奪われる。従って、必ずしも冷却装置７による冷却が継続されていなくてもよい。溝１０３ａに流れ込んだ切削剤１０３が凍結すると、被削材１０１は、溝１０３ａが形成される前と同様に、凍結した切削剤１０３により図面左側が覆われる（支持される）。

次に、同じく図４（ｃ）に示すように、切削剤１０３の図面右側を切削する。なお、必要ならば、溝１０３ａに流れ込んだ液状の切削剤１０３が凍結するまで適宜な時間で待ってから、切削剤１０３の図面右側の切削を開始してよい。

溝１０３ａに切削剤１０３が流れ込んで凍結していることから、切削剤１０３の図面右側を切削しても、被削材１０１が図面左側に曲がったり、折れたりすることが抑制される。また、切削剤１０３の図面右側を図面下方まで切削したとしても、切削剤１０３が倒れることが抑制される。

換言すれば、熟練の作業者によらずに、一般的な工作機械等を用いて、薄い又は細い形状への切削が可能となる。例えば、一般的な工作機械等を用いて、１ｍｍ未満の薄さ（細さ）の形状を実現することも可能となる。

なお、発明者等は、一般的な工作機械を装置本体９として含む、切削装置１と同様の構成の装置を用い、被削材１０１を切削する実験を行った。被削材１０１の材料は、アルミ合金（ＪＩＳ Ａ６０６３−Ｔ５）とした。切削剤１０３は水溶性の切削油を希釈したもの（凝固点は推定で−１０℃以上０℃未満）とした。切削工具は、直径１０ｍｍ、捩れ角３０°の超鋼ノンコートスクエアエンドミルとし、側面加工を行った。切削速度は１００ｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送り量は０．１ｍｍとした。その結果、高さ１５ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍのフィンを形成することができた。

また、本実施形態では、凍結工程（ステップＳＴ４及びＳＴ５）及び切削工程（ステップＳＴ６〜ＳＴ８）において、容器３に設けられた流路１９に−１０℃以下の気体を供給して切削剤１０３を冷却する。また、別の観点では、冷却装置７は、容器３に設けられた流路１９に−１０℃以下の気体を供給可能なチラー１７を含む。

従って、流路１９を適宜に配置することによって比較的低コストで効率的に切削剤１０３を冷却することができる。

特に、チラー１７が−１００℃以下（例えば１２０℃程度）の気体を供給可能である場合においては、凍結した切削剤１０３による被削材１０１の保持力が飛躍的に向上する。その理由としては、例えば、切削時の熱により被削材１０１が融けにくいこと、図４に示した溝１０３ａに流れ込んだ液状の切削剤１０３を早期に凍結させることができることが挙げられる。なお、このような効果（早期凍結の効果）をより効果的に得る観点からは、切削剤１０３の凝固点は、−１０℃以上０℃未満程度であることが好ましい。

また、本実施形態では、被削材１０１が浸される凝固剤は、切削剤である。

従って、容器３、被削材１０１又は切削工具１０５等が錆びることが抑制される。また、切削時の熱によってミクロ的に融けた切削剤１０３によって潤滑がなされることも期待される。

また、本実施形態では、切削装置１は、流路１９を通過した空気を被削材１０１に向けて噴射可能なノズル１１を更に有している。

すなわち、切削剤１０３の冷却のための空気を、切り屑を吹き飛ばすことに利用できる。従って、切削装置１のコストを削減しつつ、加工精度を向上させることができる。また、ノズル１１から噴射される空気は、切削剤１０３と熱交換したとはいえ、冷却されたものであることから、被削材１０１を直接的に冷却することにも寄与すると期待される。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る切削装置２０１の要部の構成を模式的に示す図である。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態の構成と同様又は類似する構成については、第１の実施形態の符号と同一の符号を付し、また、説明を省略することがある。

切削装置２０１は、冷却装置の構成が第１の実施形態の切削装置１と異なり、また、ノズル１１が設けられていない。その他の構成については、切削装置２０１は、第１の実施形態の切削装置１と同様である。

切削装置２０１（チャック２０４）の冷却装置２０７は、チラー２１７の冷媒が直接的に容器３に設けられた流路１９に供給されるように構成されている。すなわち、チラー２１７の流路２２３と流路１９とは接続されており、冷媒はこれら流路を循環している。このような構成においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、冷媒としては、第１の実施形態と同様に、適宜なものが選択されてよい。例えば、冷媒は、フロン、アルゴン、液体窒素、又は、フッ素系溶剤である。

（容器等の変形例）
図６（ａ）〜８は、容器の変形例を示している。

図６（ａ）の変形例においては、パイプ２０（流路１９）が容器３の外側に配置されている。より具体的には、例えば、パイプ２０は、容器３の外周面（側面）に１周以上巻かれている。なお、パイプ２０は、外周面外側に加えて又は代えて、容器３の底面外側に配置されていてもよい。容器３及びパイプ２０は、溶接又はねじ等により互いに固定されていてもよいし、容器３をパイプ２０に対して搬入及び搬出可能に近接配置されているだけでもよい。

このような構成によれば、例えば、図２に示した態様に比較して、容器３の形状を簡素化できる。また、例えば、容器３内にて凍結された切削剤１０３は、パイプ２０に引っ掛からないから、切削後の被削材１０１を、凍結したままの切削剤１０３とともに容器３から取り出すことも比較的容易である。また、例えば、容器３とパイプ２０とが固定されていない場合においては、切削が完了したときに容器３をパイプ２０から搬出して切削剤１０３が融けるのを待ちつつ、次に切削される被削材１０１を保持する別の容器３をパイプ２０に配置することにより、生産性を向上させることができる。

図６（ｂ）の変形例においては、容器３０１（容器３に相当）は、２重構造となっている。すなわち、容器３０１は、外側容器３０３と、外側容器３０３に収容される内側容器３０５とを有している。

外側容器３０３は、例えば、断熱性が比較的高い材料（例えばセラミック）により構成され、内側容器３０５は、例えば、伝熱性が比較的高い材料（例えば金属）により構成されている。切削剤１０３を冷却するための流路１９は、図示しないが、例えば、内側容器３０５の内部、又は、内側容器３０５と外側容器３０３との間に配置されている。外側容器３０３及び内側容器３０５は、互いに固定されていてもよいし、互いに簡単に取り外し可能であってもよい。

このような構成によれば、例えば、容器３０１内の切削剤１０３を効率的に冷却することができる。また、例えば、流路１９が外側容器３０３に対して固定されており、内側容器３０５を外側容器３０３に対して搬入及び搬出可能である場合においては、切削が完了したときに内側容器３０５を外側容器３０３から搬出して切削剤１０３が融けるのを待ちつつ、次に切削される被削材１０１を保持する別の内側容器３０５を外側容器３０３に搬入することにより、生産性を向上させることができる。また、例えば、流路１９が内側容器３０５に対して固定されている場合においては、既設の内側容器３０５（容器３）の断熱性を簡便に向上させることができる。

図６（ｃ）の変形例においては、容器３０７（容器３に相当）は、複数のフィン３０７ａを有している。複数のフィン３０７ａの配置位置、数及び寸法は適宜に設定されてよい。図６（ｃ）では、外周面の略全体に複数のフィン３０７ａが形成されている場合を例示している。この他、複数のフィン３０７ａは、容器３０７の上端に設けられてもよいし、容器３０７が脚部材等によって支持される場合においては、容器３０７の底面に設けられてもよい。

このような構成によれば、例えば、冷却された気体（例えば空気）を直接的に容器３０７の外周に送ることによって、効率的に容器３０７の放熱を行い、ひいては、効率的に切削剤１０３を凍結させることができる。なお、２点鎖線で示すように、複数のフィン３０７ａを覆う部材を設けることによって、気体又は液体からなる冷媒を複数のフィン３０７ａに触れさせつつ流れさせる流路３０９が構成されてもよい。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

実施形態では、本発明の切削方法の全体が装置によって自動的に実行される場合を例示したが、切削方法の一部又は全部は、手作業又は半自動でなされてもよい。例えば、被削材の容器への配置は、作業者が直接に被削材を持つことにより行われてもよいし、クレーン等を作業者が操作することにより行われてもよい。また、例えば、容器への凝固剤（切削剤）の供給は、作業者が柄杓や手動ポンプを用いることにより行われてもよいし、コンプレッサーを駆動する電動機の始動及び停止を作業者が操作することにより行われてもよい。また、例えば、切削は、工作機械の主軸とテーブルとの相対移動を作業者が操作することにより行われてもよい。

なお、上記の説明から理解されるように、本発明の切削方法を実現するための切削装置乃至はチャックは、供給装置が省略されたり、制御装置の一部が省略されたりしてもよい。従って、本願からは、例えば、以下の切削装置の発明を抽出可能である。

（発明１）
被削材及び被削材が浸される液状の凝固剤を収容可能な容器と、
前記容器内の前記凝固剤を冷却可能な冷却装置と、
切削工具を駆動可能な装置本体と、
前記冷却装置は、前記容器に設けられた流路に−１０℃以下の気体を供給可能なチラーを含む
切削装置。

上記の発明１に係る切削装置においても、流路を通過した気体を切削位置に向けて噴射可能なノズルが設けられる等の好ましい態様が採用されてもよい。

凝固剤は、切削剤に限定されない。例えば、凝固材は、水又は洗浄剤であってもよいし、切削剤の用途に利用されない油であってもよい。凝固剤の凝固点は、常温未満であることが好ましい。すなわち、凝固剤は、常温（室温）においては液状であり、常温未満の凝固点以下において凍結する材料であることが好ましい。なお、常温は、例えば、日本工業規格の定義では２０℃±１５℃である。

凝固剤は、凝固点が常温以上の材料であってもよい。この場合、例えば、凝固剤を加熱することによって液状にし、容器に供給してもよい。また、この場合、冷却装置を省略することが可能である。

冷却装置は、チラーを含むものに限定されない。例えば、冷却装置は、容器に設けられたペルチェ素子を有するものであってもよい。また、冷却装置がチラーを含む場合において、容器（流路１９）に循環される媒体（流体）は、気体に限定されず、液体であってもよい。容器に循環される気体は、空気に限定されず、適宜な種類のガスであってもよい。ノズルから加工点に噴射される流体も同様である。空気以外の流体は、例えば、水、フロンガス、液体窒素又はアルゴンガスである。

なお、本願に記載の装置の一部は、真空装置のマイスナーコイルやコールドトラップに使用可能である。

１…切削装置、３…容器、５…供給装置、７…冷却装置、９…装置本体、１１…制御装置、１０１…被削材、１０３…切削剤（凝固剤）、１０５…切削工具。

Claims (11)

1. 被削材及び前記被削材が浸される液状の凝固剤を容器に収容する収容工程と、
   前記容器内の前記凝固剤を凍結させる凍結工程と、
   凍結した前記凝固剤によって前記容器内に保持されている前記被削材を前記凝固剤とともに切削する切削工程と、
   を有した切削方法。
2. 前記凝固剤は、切削剤である
   請求項１に記載の切削方法。
3. 前記切削工程では、前記被削材に厚さ１ｍｍ未満の部分を形成する
   請求項１又は２に記載の切削方法。
4. 被削材を収容可能な容器と、
   前記容器に液状の前記凝固剤を供給可能な供給装置と、
   前記容器内の前記凝固剤を冷却可能な冷却装置と、
   切削工具を駆動可能な装置本体と、
   前記容器内にて前記被削材が前記凝固剤に浸される量で前記凝固剤を供給し、前記容器内の前記凝固剤が凍結する温度まで前記凝固剤を冷却し、凍結した前記凝固剤によって前記容器内に保持されている前記被削材が前記凝固剤とともに切削される位置で前記切削工具が駆動されるように前記供給装置、前記冷却装置及び前記装置本体を制御する制御装置と、
   を有した切削装置。
5. 前記冷却装置は、前記容器に設けられた流路に、冷却された流体を供給可能なチラーを含む
   請求項４に記載の切削装置。
6. 前記チラーは、−１３０℃の空気、フロンガス、液体窒素又はアルゴンガスを供給可能である
   請求項５に記載の切削装置。
7. 前記チラーは、蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張弁を順に循環する冷媒と前記蒸発器において熱交換した空気を前記流体として前記容器の流路に供給する
   請求項５又は６に記載の切削装置。
8. 前記チラーは、前記容器の流路、圧縮機、凝縮器及び膨張弁を順に循環する冷媒を前記流体として前記容器の流路に供給する
   請求項５又は６に記載の切削装置。
9. 前記流路を通過した前記流体を前記切削位置に向けて噴射可能なノズルを更に有した
   請求項５〜７のいずれか１項に記載の切削装置。
10. 前記装置本体は、前記切削工具と前記容器との相対移動の経路を規定した、所定の原点を基準とした座標データを保持しており、前記被削材の所定部位の切削が完了したときの前記切削工具と前記容器との相対位置に基づいて前記原点と前記切削工具と前記容器との相対位置とを対応付け、その対応付け及び前記座標データに基づいて前記切削工具と前記容器とを相対移動させて切削を行う
    請求項４〜９のいずれか１項に記載の切削装置。
11. 被削材を収容可能な容器と、
    前記容器に液状の前記凝固剤を供給可能な供給装置と、
    前記容器内の前記凝固剤を冷却可能な冷却装置と、
    前記容器内にて前記被削材が前記凝固剤に浸される量で前記凝固剤を供給し、前記容器内の前記凝固剤が凍結する温度まで前記凝固剤を冷却するように前記供給装置及び前記冷却装置を制御する制御装置と、
    を有したチャック。

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