JP2016168640A - 研削クーラント供給装置・研削設備・研削方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 研削時に出る熱を効果的に除去することができて、砥石の切れ味の向上、加工時間の短縮、砥石寿命の延長、および加工精度の向上を図ることが可能な研削クーラント供給装置・研削設備・研削方法を提供する。【解決手段】 軸受などの転動体を有する機械部品の要素を研削する研削盤１へ研削クーラントを供給する装置である。混合手段２、クーラント原液供給手段３、第１の改質水供給手段４、および第２の改質水供給手段５を備える。第１の改質水供給手段４は、水道水等から水粒子の平均粒子径が８０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である第１の改質水を得る。第２の改質水供給手段５は、第１の改質水からさらに粒子径を小さく改質した第２の改質水を得る。【選択図】 図１
Description
この発明は、転がり軸受、等速ジョイント、ボールねじ、転がり直動軸受等の転動体を有する機械部品の要素を研削加工するに際して、改質水を用いた研削クーラントを生成して供給する研削クーラント供給装置、並びにその研削設備および研削方法に関する。
研削加工では、加工物と砥石の接触により高温が発生し、加工物、砥石に熱ダメージを与えるため、通常、クーラントによる放熱を行う。クーラントに求められる能力として、研削抵抗を減らして熱の発生を抑えるための潤滑性、加工物及び砥石から熱を奪う冷却性が求められる。クーラントには大別して３つあり、ソリューブル系（水溶性）、オイルベース系及びその中間的なエマルジョン系がある。
ソリューブル系は冷却性には優れるものの、潤滑性に劣る。また、オイルベース系は潤滑性に優れるものの、冷却性に劣る。エマルジョン系は、中間的な性能を有する。熱影響の大きい加工物や品質精度を要求される加工物にはソリューブル系を選択し、加工時間の短さを求められる加工物にはオイルベース系を選択する。現状では、潤滑性と冷却性の両方を高度に有するクーラントは存在しない。
なお、研削用ではないが、切削を行うクーラントとしては、改質水で希釈する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
従来の研削クーラントは、いずれも、研削時に出る熱を効果的に除去することが、いま一つできず、砥石の切れ味の向上、加工時間の短縮、砥石寿命の延長、および加工精度の向上を図ることが難しい。
切削のクーラントとしては、油性クーラントではあるが、改質水を用いて生成する方法が特許文献１等に提案されている。しかし、切削と研削とでは、クーラントに求められる性状が異なり、通常では、切削クーラントをそのまま研削に使うことができない。
すなわち、切削では単一の刃物が常に加工物と接触しており、加工時の潤滑性とクーラント切れを起こさない粘度が必要になる。よって、切削クーラントに求められる重要特性は、潤滑性である。
切削のクーラントとしては、油性クーラントではあるが、改質水を用いて生成する方法が特許文献１等に提案されている。しかし、切削と研削とでは、クーラントに求められる性状が異なり、通常では、切削クーラントをそのまま研削に使うことができない。
すなわち、切削では単一の刃物が常に加工物と接触しており、加工時の潤滑性とクーラント切れを起こさない粘度が必要になる。よって、切削クーラントに求められる重要特性は、潤滑性である。
これに対し、研削加工では、砥粒による無数の刃先でかつ自生作用により常に新しい刃物で砥石を回転させて加工するため、潤滑性と粘度はそれほど要求されない。その一方、加工面に求められる表面粗さ精度が切削加工に求められるＲａ０．５μｍ以上に対し、研削加工では、転動体を用いる機械部品では、Ｒａ０．４μｍ以下と精度が要求されるが、研削加工では切削加工以上に発熱を伴う為、熱膨張を抑えないと加工精度を満足することができない。そのため、研削クーラントに求められる重要特性は冷却性となる。切削と研削とでは、上記のように夫々に求められる性能が違う為、切削クーラントをそのまま研削クーラントに使用することができない。
特許文献１のクーラントでは、研削に用いた場合、冷却性が不十分となる。
特許文献１のクーラントでは、研削に用いた場合、冷却性が不十分となる。
この発明の目的は、研削時に出る熱を効果的に除去することができて、砥石の切れ味の向上、加工時間の短縮、砥石寿命の延長、および加工精度の向上を図ることが可能な研削クーラント供給装置・研削設備・研削方法を提供することである。
この発明の研削クーラント供給装置は、転動体を有する機械部品の要素を研削する研削盤へ研削クーラントを供給する装置であって、
水溶性のクーラント原液、水粒子の平均粒子径が８０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である第１の改質水、および水粒子の平均粒子径が５ｎｍ以上、８０ｎｍ未満の混合水である研削クーラントを生成する研削クーラント生成装置と、この生成された研削クーラントを前記研削盤へ研削クーラント送り手段とを備える。
水溶性のクーラント原液、水粒子の平均粒子径が８０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である第１の改質水、および水粒子の平均粒子径が５ｎｍ以上、８０ｎｍ未満の混合水である研削クーラントを生成する研削クーラント生成装置と、この生成された研削クーラントを前記研削盤へ研削クーラント送り手段とを備える。
なお、改質水における上記「粒子径」とは、粒子径とは動的光錯乱法で求められる径を
言う。
上記「転動体を有する機械部品」は、転がり軸受、等速ジョイント、ボールねじ、転がり直動軸受などの転がり接触する要素である転動体を有する部品を言う。前記「機械部品の要素」は、前記機械部品を構成する軌道輪等の構成部品を言う。研削加工する部位は、例えば転動体が接触する転走面であるが、他の面であっても良い。
言う。
上記「転動体を有する機械部品」は、転がり軸受、等速ジョイント、ボールねじ、転がり直動軸受などの転がり接触する要素である転動体を有する部品を言う。前記「機械部品の要素」は、前記機械部品を構成する軌道輪等の構成部品を言う。研削加工する部位は、例えば転動体が接触する転走面であるが、他の面であっても良い。
この構成によると、第１の改質水は、平均粒子径が８０〜１５０ｎｍであるため、加工点への浸透性が高く、冷却効果を得られ易い。第２の改質水は、平均粒子径が５ｎｍ以上、８０ｎｍ未満と、第１の改質水よりもさらに粒子径が微細であるため、加工点への浸透性が高く且つ、蒸発しやすく、熱を奪う効果は第１の改質水よりも大きい。また、第１の改質水に比べて運動エネルギーが高く、ブラウン運動が激しい為、加工点への浸透性が第１の改質水よりも高い。第１の改質水は、第２の改質水よりも浸透性は低いが、研削抵抗を減らして熱の発生を抑えるための潤滑性に優れる。
このような性質の第１および第２の改質水を含む研削クーラントで冷却するため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
なお、第１の改質水と第２の改質水との中間の粒子径を持つ改質水を用いても、ある程度優れた冷却性が得られるが、潤滑性に優れる第１の改質水と、より浸透性に優れて冷却性に優れる第２の改質水とを併存させることで、冷却性および潤滑性が、共により一層優れる。
なお、第２の改質水（Ｋ３）は、第１の改質水（Ｋ１）に比べて酸化還元電位が高く、濃度が高くなると錆が発生する。逆に第１の改質水（Ｋ１）は水道水に比べて酸化還元電位が低く、錆が発生しにくくなる。よって、粒子径、ブラウン運動、発錆性などを考慮した配合比率での運用が必要になる。第１の改質水（Ｋ１）は、言えば、微細なだけであるが、浸透しやすい粒子径、クーラント原液を拡散しやすい性状を特徴として持つ。第２の改質水（Ｋ３）は、粒子径が更に微細で浸透しやすいのはもちろんであるが、微細であるがためにブラウン運動が大きく、クーラント全体への運動エネルギーを与える役目を持つ。この運動エネルギーの元が酸化還元電位である。但し、酸化還元電位が高いと錆の発生原因となるため、第１の改質水（Ｋ１）への運動エネルギーの働きかけと錆のバランスを保つ配分が必要になる。
このような性質の第１および第２の改質水を含む研削クーラントで冷却するため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
なお、第１の改質水と第２の改質水との中間の粒子径を持つ改質水を用いても、ある程度優れた冷却性が得られるが、潤滑性に優れる第１の改質水と、より浸透性に優れて冷却性に優れる第２の改質水とを併存させることで、冷却性および潤滑性が、共により一層優れる。
なお、第２の改質水（Ｋ３）は、第１の改質水（Ｋ１）に比べて酸化還元電位が高く、濃度が高くなると錆が発生する。逆に第１の改質水（Ｋ１）は水道水に比べて酸化還元電位が低く、錆が発生しにくくなる。よって、粒子径、ブラウン運動、発錆性などを考慮した配合比率での運用が必要になる。第１の改質水（Ｋ１）は、言えば、微細なだけであるが、浸透しやすい粒子径、クーラント原液を拡散しやすい性状を特徴として持つ。第２の改質水（Ｋ３）は、粒子径が更に微細で浸透しやすいのはもちろんであるが、微細であるがためにブラウン運動が大きく、クーラント全体への運動エネルギーを与える役目を持つ。この運動エネルギーの元が酸化還元電位である。但し、酸化還元電位が高いと錆の発生原因となるため、第１の改質水（Ｋ１）への運動エネルギーの働きかけと錆のバランスを保つ配分が必要になる。
この発明の他の研削クーラント供給装置は、転動体を有する機械部品の要素を研削する研削盤へ研削クーラントを供給する装置であって、
複数種の水を混合して研削クーラントとする混合手段と、水溶性のクーラント原液を前記混合手段へ供給するクーラント原液供給手段と、水粒子の粒子径が８０〜１５０ｎｍである第１の改質水を前記混合手段へ供給する第１の改質水供給手段と、前記第１の改質水をさらに粒子径を小さく改質した第２の改質水を前記混合手段へ供給する第２の改質水供給手段とを備える。
複数種の水を混合して研削クーラントとする混合手段と、水溶性のクーラント原液を前記混合手段へ供給するクーラント原液供給手段と、水粒子の粒子径が８０〜１５０ｎｍである第１の改質水を前記混合手段へ供給する第１の改質水供給手段と、前記第１の改質水をさらに粒子径を小さく改質した第２の改質水を前記混合手段へ供給する第２の改質水供給手段とを備える。
この構成の場合、上記と同様に、クーラント原液、粒子径が８０〜１５０ｎｍである第１の改質水、およびさらに粒子径を小さくした第２の改質水の混合水である研削クーラントを用いて研削することになるため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
この発明のさらに他の研削クーラント供給装置は、転動体を有する機械部品の要素を研削する研削盤へ研削クーラントを供給する装置であって、
複数種の水を混合して研削クーラントとする混合手段と、水溶性のクーラント原液を前記混合手段へ供給するクーラント原液供給手段と、第１の改質水を前記混合手段へ供給する第１の改質水供給手段と、第２の改質水を前記混合手段へ供給する第２の改質水供給手段とを備え、
前記第１の改質水供給手段は、化学成分がＳＩＯ２：７３〜７７％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜１５％、ＣａＯ：１〜２％、ＭｎＯ：０．６５〜０．７７％、その他７．３〜９％である多孔質の鉱石を充填した１次フィルタと、前記化学成分の前記多孔質の鉱石から生成したセラミックボールを充填した２次フィルタと、これら１次フィルタと２次フィルタとに順に水を通過させる水送り手段とを有し、
前記第２の改質水供給手段は、前記化学成分の前記多孔質の鉱石から生成し、ナノ銀を担持したセラミックボールを充填したフィルタと、このフィルタに水を通す水送り手段とを有する、ことを特徴とする。なお、上記化学成分の％は、重量％である。
複数種の水を混合して研削クーラントとする混合手段と、水溶性のクーラント原液を前記混合手段へ供給するクーラント原液供給手段と、第１の改質水を前記混合手段へ供給する第１の改質水供給手段と、第２の改質水を前記混合手段へ供給する第２の改質水供給手段とを備え、
前記第１の改質水供給手段は、化学成分がＳＩＯ２：７３〜７７％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜１５％、ＣａＯ：１〜２％、ＭｎＯ：０．６５〜０．７７％、その他７．３〜９％である多孔質の鉱石を充填した１次フィルタと、前記化学成分の前記多孔質の鉱石から生成したセラミックボールを充填した２次フィルタと、これら１次フィルタと２次フィルタとに順に水を通過させる水送り手段とを有し、
前記第２の改質水供給手段は、前記化学成分の前記多孔質の鉱石から生成し、ナノ銀を担持したセラミックボールを充填したフィルタと、このフィルタに水を通す水送り手段とを有する、ことを特徴とする。なお、上記化学成分の％は、重量％である。
前記鉱石は、多孔質の天然セラミックスであり、水を加圧通過させることにより、水粒子がナノレベルまで微細化されて界面張力が低下し、浸透性を向上させる。このような充填物のフィルタを用いた前記第１、第２の改質水供給手段を備える場合、上記と同様の粒子径を持つ第１の改質水および第２の改質水の混合水である研削クーラントを用いて研削することになるため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
なお、上記「ナノ銀」とは、１０ｎｍ程度、例えば１〜２０ｎｍ程度の粒子径の銀を言う。また、上記「セラミックボール」には大別して素焼体と焼成体がある。素焼体とは、抗火石の粉末を７〜１０ｍｍ程度の球形形状にして、1000℃から1500℃程度の温度で焼結したものであり、焼成体とは素焼体の表面に抗火石粉末入りの釉薬を塗布し1000℃から1500℃程度の温度で焼成したものである。
なお、上記「ナノ銀」とは、１０ｎｍ程度、例えば１〜２０ｎｍ程度の粒子径の銀を言う。また、上記「セラミックボール」には大別して素焼体と焼成体がある。素焼体とは、抗火石の粉末を７〜１０ｍｍ程度の球形形状にして、1000℃から1500℃程度の温度で焼結したものであり、焼成体とは素焼体の表面に抗火石粉末入りの釉薬を塗布し1000℃から1500℃程度の温度で焼成したものである。
この発明の上記いずれかの構成の研削クーラント供給装置において、前記研削クーラントは、前記クーラント原液：２〜５％、前記第１の改質水：８５〜９３％、前記第２の改質水：５〜１０％であっても良い。なお、上記割合の％は容量％である。
クーラント原液、第１の改質水、および第２の改質水の比率が上記の割合である場合に、研削加工時に最も効果的に冷却できることが試験により確認された。
クーラント原液、第１の改質水、および第２の改質水の比率が上記の割合である場合に、研削加工時に最も効果的に冷却できることが試験により確認された。
この発明の研削設備は、この発明の前記のいずれかの構成の研削クーラント供給装置と、前記研削盤とを備える。
この構成の研削設備によると、この発明の研削クーラント供給装置を用いるため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
この構成の研削設備によると、この発明の研削クーラント供給装置を用いるため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
この発明の研削方法は、転動体を有する機械部品の要素を研削する研削方法であって、水溶性のクーラント原液と、水粒子の平均粒子径が８０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である第１の改質水と、水粒子の平均粒子径が５ｎｍ以上、８０ｎｍ未満ある第２の改質水との混合水である研削クーラントを生成し、この生成した研削クーラントを用いて研削加工する方法である。
この研削方法によると、前記範囲の粒子径を持つ第１の改質水および第２の改質水を混合した研削クーラントを用いるため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
前記第２の改質水は、第１の改質水を、さらに水粒子を小さく改質した水であっても良い。
この研削方法によると、前記範囲の粒子径を持つ第１の改質水および第２の改質水を混合した研削クーラントを用いるため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
前記第２の改質水は、第１の改質水を、さらに水粒子を小さく改質した水であっても良い。
この発明の研削クーラント供給装置・研削設備・研削方法は、前記範囲の粒子径を持つ第１の改質水および第２の改質水を混合した研削クーラントを用いるため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この研削クーラント供給装置は、研削盤１へ研削クーラントを供給する装置であって、複数種の水を混合して研削クーラントとする混合手段２と、クーラント原液供給手段３と、第１の改質水供給手段４と、第２の改質水供給手段５と、研削クーラント送り手段６とを備える。前記混合手段２、クーラント原液供給手段３、第１の改質水供給手段４、および第２の改質水供給手段４により、研削クーラント生成装置７が構成される。この研削クーラント供給装置から供給する研削クーラントの供給先となる研削盤１は、１台であっても、複数台であっても良い。
前記研削盤１は、転動体を有する機械部品の要素を研削する研削盤である。前記転動体を有する機械部品は、例えば転がり軸受、等速ジョイント、ボールねじ、転がり直動軸受等である。前記機械部品の要素は、前記機械部品を構成する構成部品を言い、例えば転がり軸受であれば、その内輪または外輪等の軌道輪である。
図５は、研削盤１の一例を示す。この研削盤１は、機械部品の要素である加工物Ｗが転がり軸受の外輪であって、その内径面を研削する装置であり、研削ワークである加工物Ｗをシュー２１で支持し、バッキングプレート２２を介してワーク駆動用モータ２３により加工物Ｗをその中心Ｏ回りに回転させる。この加工物Ｗの軌道面となる内径面を、加工物Ｗを回転させながら回転砥石２４で研削する。回転砥石２４は、砥石駆動用モータ２５で回転させる。砥石駆動用モータ２５は、砥石移動機構２６により、水平な直交２軸方向に移動させる。ワーク駆動用モータ２３は基台２８に設置されている。回転砥石２４における加工物Ｗとの接触面付近に、クーラントノズル２７から研削クーラントを吐出させる。研削クーラントは、図１の研削クーラント供給装置から供給される。
図１において、混合手段２は、クーラントタンク２ａにより構成される。クーラントタンク２ａ内またはクーラントタンク２ａの前段に、攪拌装置（図示せず）が設けられていても良い。
前記研削クーラント送り手段６は、水道水等のクーラントタンク２ａ内の研削クーラントを研削盤１へ送る配管６ａおよびポンプ６ｂにより構成される。
クーラント原液供給手段３は、水道水等のクーラント原液を溜めるタンク３ａと、このタンク３ａ内のクーラント原液を前記クーラントタンク２ａへ送る配管３ｂおよびポンプ３ｃにより構成される。
前記研削クーラント送り手段６は、水道水等のクーラントタンク２ａ内の研削クーラントを研削盤１へ送る配管６ａおよびポンプ６ｂにより構成される。
クーラント原液供給手段３は、水道水等のクーラント原液を溜めるタンク３ａと、このタンク３ａ内のクーラント原液を前記クーラントタンク２ａへ送る配管３ｂおよびポンプ３ｃにより構成される。
第１の改質水供給手段４は、第１の改質水を生成する第１の造水器４ａと、その造水された第１の改質水を前記クーラントタンク２ａへ送る配管４ｂおよびポンプ４ｃにより構成される。第１の造水器４ａへの原料となる水は、水道８から供給される。
第２の改質水供給手段４は、第２の改質水を生成する第２の造水器４ａと、その造水された第２の改質水を前記クーラントタンク２ａへ送る配管４ｂおよびポンプ４ｃにより構成される。第２の造水器４ａへの原料となる水は、第１の改質水供給手段４から供給される。
第２の改質水供給手段４は、第２の改質水を生成する第２の造水器４ａと、その造水された第２の改質水を前記クーラントタンク２ａへ送る配管４ｂおよびポンプ４ｃにより構成される。第２の造水器４ａへの原料となる水は、第１の改質水供給手段４から供給される。
前記第１の改質水は、Ｋ１改質水と呼ばれることがあり、図では「Ｋ１水」と略称している。前記第２の改質水は、Ｋ３改質水と呼ばれることがあり、図では「Ｋ３水」と略称している。Ｋ１改質水およびＫ３改質水は、特定の規格によって称される名称である。その規格では、改質水は次の表１のように、成分・構成によってＫ１，Ｋ２，Ｋ３の３種類に分類されているが、この実施形態の研削クーラント供給装置ではＫ２改質水は用いず、Ｋ３改質水を第２の改質水として用いる。なお、第１、第２の改質水は、表１のＫ１，Ｋ３改質水と粒子径が異なっていても良い。
図２に概念構成を示すように、第１の改質水供給手段４における第１の造水器４ａは、金属製の容器１０Ａ，１０Ｂ内にそれぞれ充填した１次フィルタ１１と２次フィルタ１２とを、配管等の中間経路１０Ｃを介して直列に配置し、これらのフィルタ１１，１２内に改質前の水をポンプ１３で加圧通過させる構造である。前記１次フィルタ１１は、所定の化学成分の多孔質の鉱石の原石を充填したフィルタである。前記２次フィルタは、前記鉱石から生成したセラミックボールを充填したフィルタである。上記「セラミックボール」には大別して素焼体と焼成体がある。素焼体とは、抗火石の粉末を７〜１０ｍｍ程度の球形形状にして、1000℃から1500℃程度の温度で焼結したものであり、焼成体とは素焼体の表面に抗火石粉末入りの釉薬を塗布し1000℃から1500℃程度の温度で焼成したものである。
図３に概念構成を示すように、第２の改質水供給手段５における第２造水器５ａは、金属製の容器１４内にフィルタ１５を配置し、その中に改質前の水をポンプ１６で加圧通過させる構造である。フィルタ１５は、前記所定の化学成分の多孔質の鉱石から生成し、ナノ銀を担持したセラミックボールを充填したものである。セラミックボールは、ナノ銀を担持していることの他は、第１の改質水供給手段４に用いたセラミックボールと同様である。前記の「ナノ銀」は、１０ｎｍ程度、例えば１〜２０ｎｍ程度の粒子径の銀を言う。
前記所定の化学成分の鉱石には、例えば天城抗火石等の抗火石が用いられる。抗火石とは、伊豆半島等で産出する流紋岩の一種で、火山の噴火活動によって黒曜石が超高温で焼かれた後、急冷されて水蒸気とガスの噴出により微細孔な気泡を有する軽石上になったものである。その化学成分は、前記所定の化学成分であり、ＳＩＯ２：７３〜７７％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜１５％、ＣａＯ：１〜２％、ＭｎＯ：０．６５〜０．７７％、その他７．３〜９％である。前記天城抗火石は、抗火石のうちで、天城山で算出されるのを言う。
なお、前記各フィルタ１１，１２，１５に用いる鉱石は、抗火石に限らず、前記化学成分を備える多孔質の鉱石であれば良い。
なお、前記各フィルタ１１，１２，１５に用いる鉱石は、抗火石に限らず、前記化学成分を備える多孔質の鉱石であれば良い。
前記第１の造水器４ａにおいて、前記１次，２次のフィルタ１１，１２の充填物が水に与える影響を説明すると、抗火石から放射する赤外線（４〜１４μｍ）により、水の水素結合が遮断され、図４にそのイメージを示すように、改質前の２００ｎｍ程度の水道水（図４（Ａ））は、１００ｎｍ程度、例えば８０〜１５０以下ｎｍの水分子（微細水分子）となる（図４（Ｂ））。その水粒子は、比重が１以上となり、気体が抜けて六環結合が安定する。なお、ここで言う「水粒子」は、水の分子（Ｈ２０）が集まって粒子状となっている集団を言う。
前記第２の造水器５ａにおいて、前記フィルタ１６の充填物が水に与える影響を説明すると、第２の造水器５ａ内に第１の改質水（Ｋ１改質水）を通過させると、水粒子は１０ｎｍ程度、例えば５〜８０未満ｎｍ程度までさらに微細化されると共に、量子ふるい効果により、運動エネルギーが増加し、水のブラウン運動が活性化する（図４（Ｃ））。
このような各改質水とクーラント原液が混合されて、図４（Ｄ）のような研削クーラントとなる。
このような各改質水とクーラント原液が混合されて、図４（Ｄ）のような研削クーラントとなる。
前記各改質水について説明する。
＜第１の改質水（Ｋ１改質水）＞
・特徴
粒子径が８０〜１５０ｎｍであるため、加工点への浸透性が高く、冷却効果を得られ易い。また、６員環結合が安定しており、不純物やガスが侵入しにくい。また、クーラント原液を６員環の中に取り込むため、水とクーラント原液が分離しにくく、安定する。
第１の改質水の平均粒子径は、１００ｎｍ程度、例えば９０〜１１０ｎｍであることが好ましい。
・特定方法
比重１以上。６員環結合を顕微鏡観察。水分子の運動は少ない。
＜第２の改質水（Ｋ３改質水）＞
・特徴
粒子径が５〜８０未満ｎｍと超微粒子であるため、加工点への浸透性が高く且つ、蒸発しや易く熱を奪う効果は第１の改質水より大きい。また、第１の改質水に比べて運動エネルギーが高く、ブラウン運動が激しい為、加工点への浸透性が第１の改質水よりも高い。
・特定方法
比重１以上。６員環結合を顕微鏡観察。水分子の運動が非常に多い。
なお、第２の改質水の平均粒子径は、１０ｎｍ程度、例えば９〜１１ｎｍであることが好ましい。
また、第１の改質水と第２の改質水とは、互いにゼータ電位が異なる改質水を用いても良い。
＜第１の改質水（Ｋ１改質水）＞
・特徴
粒子径が８０〜１５０ｎｍであるため、加工点への浸透性が高く、冷却効果を得られ易い。また、６員環結合が安定しており、不純物やガスが侵入しにくい。また、クーラント原液を６員環の中に取り込むため、水とクーラント原液が分離しにくく、安定する。
第１の改質水の平均粒子径は、１００ｎｍ程度、例えば９０〜１１０ｎｍであることが好ましい。
・特定方法
比重１以上。６員環結合を顕微鏡観察。水分子の運動は少ない。
＜第２の改質水（Ｋ３改質水）＞
・特徴
粒子径が５〜８０未満ｎｍと超微粒子であるため、加工点への浸透性が高く且つ、蒸発しや易く熱を奪う効果は第１の改質水より大きい。また、第１の改質水に比べて運動エネルギーが高く、ブラウン運動が激しい為、加工点への浸透性が第１の改質水よりも高い。
・特定方法
比重１以上。６員環結合を顕微鏡観察。水分子の運動が非常に多い。
なお、第２の改質水の平均粒子径は、１０ｎｍ程度、例えば９〜１１ｎｍであることが好ましい。
また、第１の改質水と第２の改質水とは、互いにゼータ電位が異なる改質水を用いても良い。
この構成の研削クーラント供給装置によると、第１の改質水は、粒子径が１０〜１５０ｎｍであるため、加工点への浸透性が高く、冷却効果を得られ易い。第２の改質水は、粒子径が５〜８０ 未満 ｎｍと、第１の改質水よもさらに粒子径が微細であるため、加工点への浸透性が高く且つ、蒸発しやすく、熱を奪う効果は第１の改質水よりも大きい。また、第１の改質水に比べて運動エネルギーが高く、ブラウン運動が激しい為、加工点への浸透性が第１の改質水よりも高い。第１の改質水は、第２の改質水よりも浸透性は低いが、研削抵抗を減らして熱の発生を抑えるための潤滑性に優れる。
このような性質の第１および第２の改質水を含む研削クーラントで冷却するため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
なお、第１の改質水と第２の改質水との中間の粒子径を持つ改質水を用いても、ある程度優れた冷却性が得られるが、潤滑性に優れる第１の改質水とより浸透性に優れて冷却性に優れる第２の改質水とを併存させることで、冷却性および潤滑性が、共により一層優れる。
また、前述のように、第2の改質水（Ｋ３）は、第1の改質水（Ｋ１）に比べて酸化還元電位が高く、濃度が高くなると錆が発生する。逆に第1の改質水（Ｋ１）は水道水に比べて酸化還元電位が低く、錆が発生しにくくなる。よって、粒子径、ブラウン運動、発錆性などを考慮した配合比率での運用が必要になる。
このような性質の第１および第２の改質水を含む研削クーラントで冷却するため、研削時に出る熱を効果的に除去することができる。それにより砥石の切れ味が向上し、加工時間の短縮、砥石寿命の延長及び加工精度向上を図ることが可能となる。
なお、第１の改質水と第２の改質水との中間の粒子径を持つ改質水を用いても、ある程度優れた冷却性が得られるが、潤滑性に優れる第１の改質水とより浸透性に優れて冷却性に優れる第２の改質水とを併存させることで、冷却性および潤滑性が、共により一層優れる。
また、前述のように、第2の改質水（Ｋ３）は、第1の改質水（Ｋ１）に比べて酸化還元電位が高く、濃度が高くなると錆が発生する。逆に第1の改質水（Ｋ１）は水道水に比べて酸化還元電位が低く、錆が発生しにくくなる。よって、粒子径、ブラウン運動、発錆性などを考慮した配合比率での運用が必要になる。
図７に、水溶性クーラント、水道水、油性クーラント、およびこの実施形態の研削クーラント供給装置で得た改質水である研削クーラントを用いてそれぞれ２００個ずつノンドレスで研削架構した場合の、寸法変化の推移を示す。
同図に示すように、この実施形態の研削クーラント供給装置による改質水を用いた研削クーラントによると、加工数が増加しても、水溶性クーラント、水道水、油性クーラントのいずれを用いた場合よりも、寸法の変化が少ないことが分かる。これより、この上記改質水による研削クーラントを用いると、砥石の脱落も少なく、切れ味が続いていると考えられる。
同図に示すように、この実施形態の研削クーラント供給装置による改質水を用いた研削クーラントによると、加工数が増加しても、水溶性クーラント、水道水、油性クーラントのいずれを用いた場合よりも、寸法の変化が少ないことが分かる。これより、この上記改質水による研削クーラントを用いると、砥石の脱落も少なく、切れ味が続いていると考えられる。
図７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、上記第１の実施形態において、回収手段９および改質水再生手段１０を追加して構成される。回収手段９は、研削機１で研削加工に使用された研削クーラントを回収して前記混合手段２のクーラントタンク２ａに戻す手段であり、配管およびポンプ（図示せず）で構成される。改質水再生手段１０は、前記混合手段２のクーラントタンク２ａ内の研削クーラントを循環させて再生する手段であり、改質水再生器１０ａと、この改質水再生器１０ａとクーラントタンク２ａとの間で研削クーラントを循環させる配管１０ｂと、ポンプ１０ｃとで構成される。
改質水再生器１０ａは、回収した研削クーラントを含むクーラントタンク２ａ内の研削クーラントを、前記第２の造水器５ａで生成した状態の研削クーラントと同様な状態に戻す手段であり、例えば第１の造水器５ａにおける２次フィルタ１２（図２参照）と第２の造水器５ａ（図３参照）におけるフィルタ１４とを並列に配置し、これらのフィルタに、クーラントタンク２ａ（図６）から得た研削クーラントを分岐させて、ポンプ（図示せず）で圧送して通す構成とされる。
このように改質水再生手段１０を設けた場合、研削機１で研削加工に使用された研削クーラントを回収して再利用する場合にも、研削機１へ供給する研削クーラントを元の粒子径を持つ状態に維持することができる。
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１…研削盤
２…混合手段
２ａ…クーラントタンク
３…クーラント原液供給手段
４…第１の改質水供給手段
４ａ…第１の造水器
５…第２の改質水供給手段
５ａ…第２の造水器
６…研削クーラント送り手段
７…研削クーラント生成装置
１０…改質水再生手段
１０ａ…改質水再生器
１１…１次フィルタ
１２…２次フィルタ
１５…フィルタ
２…混合手段
２ａ…クーラントタンク
３…クーラント原液供給手段
４…第１の改質水供給手段
４ａ…第１の造水器
５…第２の改質水供給手段
５ａ…第２の造水器
６…研削クーラント送り手段
７…研削クーラント生成装置
１０…改質水再生手段
１０ａ…改質水再生器
１１…１次フィルタ
１２…２次フィルタ
１５…フィルタ
Claims (6)
- 転動体を有する機械部品の要素を研削する研削盤へ研削クーラントを供給する装置であって、
水溶性のクーラント原液、水粒子の平均粒子径が８０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である第１の改質水、および水粒子の平均粒子径が５ｎｍ以上、８０ｎｍ未満である第２の改質水の混合水である研削クーラントを生成する研削クーラント生成装置と、この生成された研削クーラントを前記研削盤へ研削クーラント送り手段とを備える研削クーラント供給装置。 - 転動体を有する機械部品の要素を研削する研削盤へ研削クーラントを供給する装置であって、
複数種の水を混合して研削クーラントとする混合手段と、水溶性のクーラント原液を前記混合手段へ供給するクーラント原液供給手段と、水粒子の平均粒子径が８０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である第１の改質水を前記混合手段へ供給する第１の改質水供給手段と、前記第１の改質水をさらに粒子径を小さく改質した第２の改質水を前記混合手段へ供給する第２の改質水供給手段とを備える研削クーラント供給装置。 - 転動体を有する機械部品の要素を研削する研削盤へ研削クーラントを供給する装置であって、
複数種の水を混合して研削クーラントとする混合手段と、水溶性のクーラント原液を前記混合手段へ供給するクーラント原液供給手段と、第１の改質水を前記混合手段へ供給する第１の改質水供給手段と、第２の改質水を前記混合手段へ供給する第２の改質水供給手段とを備え、
前記第１の改質水供給手段は、化学成分がＳＩＯ２：７３〜７７％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜１５％、ＣａＯ：１〜２％、ＭｎＯ：０．６５〜０．７７％、その他７．３〜９％である多孔質の鉱石を充填した１次フィルタと、前記化学成分の前記多孔質の鉱石から生成したセラミックボールを充填した２次フィルタと、これら１次フィルタと２次フィルタとに順に水を通過させる水送り手段とを有し、
前記第２の改質水供給手段は、前記化学成分の前記多孔質の鉱石から生成し、ナノ銀を担持したセラミックボールを充填したフィルタと、このフィルタに水を通す水送り手段とを有する、
ことを特徴とする研削クーラント供給装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか１項の研削クーラント供給装置において、前記研削クーラントは、前記クーラント原液：２〜５％、前記第１の改質水：８５〜９３％、前記第２の改質水：５〜１０％である研削クーラント供給装置。
- 請求項１ないし請求項４のいずれか１項の研削クーラント供給装置と、前記研削盤とを備えた研削設備。
- 転動体を有する機械部品の要素を研削する研削方法であって、
水溶性のクーラント原液と、水粒子の平均粒子径が８０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である第１の改質水と、平均粒子径が５ｎｍ以上、８０ｎｍ未満である第２の改質水との混合水である研削クーラントを生成し、この生成した研削クーラントを用いて研削加工する機械部品の研削方法。
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