JP2904205B1 - 雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工法及びその装置 - Google Patents
雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工法及びその装置Info
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Abstract
【要約】
【課題】乾式研削・切削加工法における気体冷却効果及
び気体潤滑効果を実現し、発生加工熱を低減し、焼け、
割れ等の課題を解決する。 【解決手段】乾式研削加工装置１に具備した雰囲気ガス
用装置６により、雰囲気ガスとして不活性気体と酸素又
は空気との混合気体を製造し、かつその雰囲気ガスの酸
素濃度を被加工物３の酸化性能に応じて一定に制御して
（炭素鋼には１２％程度）研削加工部Ｇに供給し、加工
熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和させ、発
生加工熱を最適状態に低減させて乾式研削加工を行う。
なお、３は被加工物、４は研削砥石、５は気密室、６ａ
は酸素濃度センサ、６ｂは濃度制御部、７は不活性気体
タンク、８は送風機、９は清浄排気装置である。
び気体潤滑効果を実現し、発生加工熱を低減し、焼け、
割れ等の課題を解決する。 【解決手段】乾式研削加工装置１に具備した雰囲気ガス
用装置６により、雰囲気ガスとして不活性気体と酸素又
は空気との混合気体を製造し、かつその雰囲気ガスの酸
素濃度を被加工物３の酸化性能に応じて一定に制御して
（炭素鋼には１２％程度）研削加工部Ｇに供給し、加工
熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和させ、発
生加工熱を最適状態に低減させて乾式研削加工を行う。
なお、３は被加工物、４は研削砥石、５は気密室、６ａ
は酸素濃度センサ、６ｂは濃度制御部、７は不活性気体
タンク、８は送風機、９は清浄排気装置である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、常温の不活性気体
と酸素の混合気体を雰囲気ガスとして使用し、その雰囲
気ガス濃度を制御して、乾式加工における気体冷却効果
及び気体潤滑効果を実現する乾式研削・切削加工法及び
その装置の技術分野に属する。
と酸素の混合気体を雰囲気ガスとして使用し、その雰囲
気ガス濃度を制御して、乾式加工における気体冷却効果
及び気体潤滑効果を実現する乾式研削・切削加工法及び
その装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来、乾式研削加工法や乾式切削加工法
は油剤や水溶液を用いないため、加工面に加工熱の影響
を直接受けて焼け、割れを生じやすい。また、湿式研削
加工法や湿式切削加工法は油剤又は水溶液を用い、潤滑
効果、冷却効果を得ているが、製品の洗浄工程を必要と
したりまた、微小機械構造部品加工には必ずしも満足な
方法ではない。特に、昨今のように機械構造部品の微小
化が進むと研削液の液圧だけで加工物が損傷することが
生じている。また、油剤や水溶液の使用は、ミストの飛
散等作業環境の汚染も生じるが、これに代わる方法がな
いのが現状である。
は油剤や水溶液を用いないため、加工面に加工熱の影響
を直接受けて焼け、割れを生じやすい。また、湿式研削
加工法や湿式切削加工法は油剤又は水溶液を用い、潤滑
効果、冷却効果を得ているが、製品の洗浄工程を必要と
したりまた、微小機械構造部品加工には必ずしも満足な
方法ではない。特に、昨今のように機械構造部品の微小
化が進むと研削液の液圧だけで加工物が損傷することが
生じている。また、油剤や水溶液の使用は、ミストの飛
散等作業環境の汚染も生じるが、これに代わる方法がな
いのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる状況に
鑑みてなされたもので、その目的とする所は、乾式研削
・切削加工法で雰囲気ガスを使用し、気体冷却効果、気
体潤滑効果を有効に実現しようとするものである。
鑑みてなされたもので、その目的とする所は、乾式研削
・切削加工法で雰囲気ガスを使用し、気体冷却効果、気
体潤滑効果を有効に実現しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は、常温又は低
温の不活性気体と空気あるいは酸素の混合気体を雰囲気
ガスとして使用し、かつその雰囲気ガスの酸素濃度を制
御して加工部に供給し、気体冷却、気体潤滑により乾式
加工することで解決される。すなわち、その解決手段は
以下の通りである。 （１）被加工物の乾式研削・切削加工法において、雰囲
気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等
の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつその雰囲
気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定に
制御して加工部に供給し、加工熱の発生量と酸化生成物
の固体潤滑作用を調和させながら乾式加工を行うごとく
した、気体冷却効果を特徴とする雰囲気ガス濃度を制御
した乾式研削・切削加工法。 （２）被加工物の乾式研削、研削加工法において、雰囲
気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等
の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつその雰囲
気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定に
制御して加工部に供給し、加工熱の発生量と酸化生成物
の固体潤滑作用を調和させながら乾式加工を行うごとく
した、気体潤滑効果を特徴とする雰囲気ガス濃度を制御
した乾式研削・切削加工法。 （３）被加工物が鋼材であり、加工部に供給される雰囲
気ガスの酸素濃度が９〜１５％に制御されたものである
ことを特徴とする前記（１）項又は（２）項記載の雰囲
気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工法。 （４）加工部に供給される雰囲気ガスが室温以下の低温
ガスであることを特徴とする（１）項〜（３）項のいず
れか１項に記載の雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・
切削加工法。 （５）被加工物の乾式研削・切削加工装置において、雰
囲気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス
等の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつその雰
囲気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定
に制御して加工部に供給し、乾式加工において気体冷
却、気体潤滑を行う雰囲気ガス用装置を具備してなるこ
とを特徴とする雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切
削加工装置。 （６）被加工物が鋼材であり、加工部に供給される雰囲
気ガスの酸素濃度が９〜１５％に制御されたものである
ことを特徴とする（５）項記載の雰囲気ガス濃度を制御
した乾式研削・切削加工装置。 （７）加工部に供給される雰囲気ガスが室温以下の低温
ガスであることを特徴とする（５）項又は（６）項に記
載の雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工装
置。
温の不活性気体と空気あるいは酸素の混合気体を雰囲気
ガスとして使用し、かつその雰囲気ガスの酸素濃度を制
御して加工部に供給し、気体冷却、気体潤滑により乾式
加工することで解決される。すなわち、その解決手段は
以下の通りである。 （１）被加工物の乾式研削・切削加工法において、雰囲
気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等
の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつその雰囲
気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定に
制御して加工部に供給し、加工熱の発生量と酸化生成物
の固体潤滑作用を調和させながら乾式加工を行うごとく
した、気体冷却効果を特徴とする雰囲気ガス濃度を制御
した乾式研削・切削加工法。 （２）被加工物の乾式研削、研削加工法において、雰囲
気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等
の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつその雰囲
気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定に
制御して加工部に供給し、加工熱の発生量と酸化生成物
の固体潤滑作用を調和させながら乾式加工を行うごとく
した、気体潤滑効果を特徴とする雰囲気ガス濃度を制御
した乾式研削・切削加工法。 （３）被加工物が鋼材であり、加工部に供給される雰囲
気ガスの酸素濃度が９〜１５％に制御されたものである
ことを特徴とする前記（１）項又は（２）項記載の雰囲
気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工法。 （４）加工部に供給される雰囲気ガスが室温以下の低温
ガスであることを特徴とする（１）項〜（３）項のいず
れか１項に記載の雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・
切削加工法。 （５）被加工物の乾式研削・切削加工装置において、雰
囲気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス
等の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつその雰
囲気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定
に制御して加工部に供給し、乾式加工において気体冷
却、気体潤滑を行う雰囲気ガス用装置を具備してなるこ
とを特徴とする雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切
削加工装置。 （６）被加工物が鋼材であり、加工部に供給される雰囲
気ガスの酸素濃度が９〜１５％に制御されたものである
ことを特徴とする（５）項記載の雰囲気ガス濃度を制御
した乾式研削・切削加工装置。 （７）加工部に供給される雰囲気ガスが室温以下の低温
ガスであることを特徴とする（５）項又は（６）項に記
載の雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工装
置。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き以下に説明する。本発明の雰囲気ガス濃度を制御した
乾式研削・切削加工法は、従来の加工部を不活性気体で
包含して主に発生加工熱を冷却するごとくした乾式加工
法とは異なり、雰囲気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガ
ス、アルゴンガス等の不活性気体と、空気又は酸素（入
手の容易性、経済性等の点から空気が好ましい。）の混
合気体を使用し、かつその雰囲気ガスの酸素濃度を被加
工物の酸化性能に応じて一定に制御して加工部に供給
し、加工熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和
させながら乾式加工して、発生加工熱を低減することを
特徴としている。
き以下に説明する。本発明の雰囲気ガス濃度を制御した
乾式研削・切削加工法は、従来の加工部を不活性気体で
包含して主に発生加工熱を冷却するごとくした乾式加工
法とは異なり、雰囲気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガ
ス、アルゴンガス等の不活性気体と、空気又は酸素（入
手の容易性、経済性等の点から空気が好ましい。）の混
合気体を使用し、かつその雰囲気ガスの酸素濃度を被加
工物の酸化性能に応じて一定に制御して加工部に供給
し、加工熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和
させながら乾式加工して、発生加工熱を低減することを
特徴としている。
【０００６】図３は、炭素鋼を例として前記の本発明の
乾式研削加工法における冷却効果及び潤滑効果を裏付け
る、酸素濃度に対する研削表層温度の測定グラフであっ
て、その温度曲線は懸垂線に似た変化を示している。す
なわち、酸素濃度が５％のとき６００℃を越える表層温
度であったものが、酸素濃度の増加と共に降温し、濃度
１２％のところでは５００℃を割る最低温となり、濃度
１２％を越えると昇温に転じて、以後は酸素濃度の増加
と共に昇温を続けるごとくなっている。
乾式研削加工法における冷却効果及び潤滑効果を裏付け
る、酸素濃度に対する研削表層温度の測定グラフであっ
て、その温度曲線は懸垂線に似た変化を示している。す
なわち、酸素濃度が５％のとき６００℃を越える表層温
度であったものが、酸素濃度の増加と共に降温し、濃度
１２％のところでは５００℃を割る最低温となり、濃度
１２％を越えると昇温に転じて、以後は酸素濃度の増加
と共に昇温を続けるごとくなっている。
【０００７】なお前記測定において、雰囲気ガスの酸素
濃度は、乾式研削・切削加工装置の雰囲気ガス用装置６
に内装した酸素濃度センサ６ａにより検出し、混合空気
量を調整して設定している。また研削表層温度は被加工
物の研削表面の下方に穿孔した測定用細孔に光ファイバ
を挿入し、その孔底から放射される赤外線を受光して表
層温度を検知している。
濃度は、乾式研削・切削加工装置の雰囲気ガス用装置６
に内装した酸素濃度センサ６ａにより検出し、混合空気
量を調整して設定している。また研削表層温度は被加工
物の研削表面の下方に穿孔した測定用細孔に光ファイバ
を挿入し、その孔底から放射される赤外線を受光して表
層温度を検知している。
【０００８】また図３の温度曲線において、研削表層温
度の下落は発生加工熱が低減されたことを示すが、乾式
研削加工における発生加工熱の要因としては、研削抵抗
発生熱と研削屑の酸化燃焼発生熱が考えられ、発生加工
熱が低減したことは、前記の雰囲気ガスが冷却、低研削
抵抗化及び非酸化の媒体として有効に作用していること
を示すものである。しかしながら本発明に使用する雰囲
気ガスは不活性気体に酸素を混合したものであり、被加
工物の表面に酸化物が生成され、酸化燃焼を起す環境に
あるが、図示のごとく、一定の酸素濃度で発生加工熱を
低減させているのは、その酸化生成物が乾式研削加工に
おける固体潤滑材として作用し、研削抵抗発生熱を著し
く低減しているからである。
度の下落は発生加工熱が低減されたことを示すが、乾式
研削加工における発生加工熱の要因としては、研削抵抗
発生熱と研削屑の酸化燃焼発生熱が考えられ、発生加工
熱が低減したことは、前記の雰囲気ガスが冷却、低研削
抵抗化及び非酸化の媒体として有効に作用していること
を示すものである。しかしながら本発明に使用する雰囲
気ガスは不活性気体に酸素を混合したものであり、被加
工物の表面に酸化物が生成され、酸化燃焼を起す環境に
あるが、図示のごとく、一定の酸素濃度で発生加工熱を
低減させているのは、その酸化生成物が乾式研削加工に
おける固体潤滑材として作用し、研削抵抗発生熱を著し
く低減しているからである。
【０００９】しかし、酸化物の生成量と固体潤滑材の必
要量とは相関関係にあって、酸化物の生成量が固体潤滑
材の必要量に対して小であれば潤滑材不足となり、研削
抵抗発生熱を大にするし、また大であれば酸化物過剰と
なり、酸化燃焼発生熱を大にする。かかる酸化物の生成
量と固体潤滑材の必要量との相関関係は前記酸素濃度−
研削表層温度グラフ（図３）によって確認できる。この
場合、雰囲気ガスの酸素濃度の増加と共に被加工物表面
の酸化物生成量は増大する。また被加工物の材質によっ
て酸化反応性が異なるから、酸化物生成量も異なってく
る。図３は炭素鋼の場合である。酸素濃度が初期の５％
のときは酸化生成物が小で固体潤滑材が不足し、研削抵
抗発生熱が大で表層温度は６００℃を越えている。次に
酸素濃度の増加と共に、次第に酸化物の生成量が増大
し、固体潤滑材の不足が解消されて表層温度は下降線を
たどり、酸素濃度１２％に達すると、酸化物の生成量と
固体潤滑材の必要量が合致して表層温度は５００℃を割
る最低温となる。次に酸素濃度が１２％を越えると、酸
化物の生成量が固体潤滑材の必要量を上回って過剰とな
り、酸素濃度の増加と共に酸化燃焼発生熱が増大して、
表層温度は上昇一方となり、酸素濃度２０％のときは再
び６００℃に達するごとくなる。したがって、被加工物
が鋼材である場合、加工部に供給される雰囲気ガス中の
酸素濃度は９〜１５％程度に調整制御することが望まし
い。雰囲気ガスのベースが空気の場合、含有酸素濃度は
２０．９５％（体積百分率）であるから、酸素濃度を９
〜１５％に調整制御するのに必要な他の不活性ガスの添
加量は少量で足りることとなり、容易かつ低コストで実
施できる。
要量とは相関関係にあって、酸化物の生成量が固体潤滑
材の必要量に対して小であれば潤滑材不足となり、研削
抵抗発生熱を大にするし、また大であれば酸化物過剰と
なり、酸化燃焼発生熱を大にする。かかる酸化物の生成
量と固体潤滑材の必要量との相関関係は前記酸素濃度−
研削表層温度グラフ（図３）によって確認できる。この
場合、雰囲気ガスの酸素濃度の増加と共に被加工物表面
の酸化物生成量は増大する。また被加工物の材質によっ
て酸化反応性が異なるから、酸化物生成量も異なってく
る。図３は炭素鋼の場合である。酸素濃度が初期の５％
のときは酸化生成物が小で固体潤滑材が不足し、研削抵
抗発生熱が大で表層温度は６００℃を越えている。次に
酸素濃度の増加と共に、次第に酸化物の生成量が増大
し、固体潤滑材の不足が解消されて表層温度は下降線を
たどり、酸素濃度１２％に達すると、酸化物の生成量と
固体潤滑材の必要量が合致して表層温度は５００℃を割
る最低温となる。次に酸素濃度が１２％を越えると、酸
化物の生成量が固体潤滑材の必要量を上回って過剰とな
り、酸素濃度の増加と共に酸化燃焼発生熱が増大して、
表層温度は上昇一方となり、酸素濃度２０％のときは再
び６００℃に達するごとくなる。したがって、被加工物
が鋼材である場合、加工部に供給される雰囲気ガス中の
酸素濃度は９〜１５％程度に調整制御することが望まし
い。雰囲気ガスのベースが空気の場合、含有酸素濃度は
２０．９５％（体積百分率）であるから、酸素濃度を９
〜１５％に調整制御するのに必要な他の不活性ガスの添
加量は少量で足りることとなり、容易かつ低コストで実
施できる。
【００１０】以上のごとく、酸素濃度１２％の近傍の範
囲（図注に点線で囲って示す）では、加工熱の発生量と
酸化生成物の固体潤滑作用は調和され、発生加工熱の低
減効果が得られ、かつ加工面に研削焼け、研削割れ及び
酸化物の生成が認められないで、酸化物発生量の低減効
果も得られて、乾式研削加工における加工発生熱の最適
範囲となっている。またかかる最適範囲は、雰囲気ガス
中の酸素濃度を制御して、加工熱の発生量と酸化生成物
の固体潤滑作用を調和させることにより形成されるもの
である。本発明は、不活性気体と空気を混合した雰囲気
ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定に制
御し（炭素鋼においては１２％）、加工発生熱と酸化生
成物の固体潤滑作用を調和させて最適範囲に低減し、乾
式研削加工を行うごとくすることを特徴としている。ま
た本発明は、不活性気体と空気を混合した雰囲気ガスを
使用して気体冷却効果を実現すると共に、その酸化物生
成物の固体潤滑作用を利用して気体潤滑効果を実現する
ことを特徴とするものである。
囲（図注に点線で囲って示す）では、加工熱の発生量と
酸化生成物の固体潤滑作用は調和され、発生加工熱の低
減効果が得られ、かつ加工面に研削焼け、研削割れ及び
酸化物の生成が認められないで、酸化物発生量の低減効
果も得られて、乾式研削加工における加工発生熱の最適
範囲となっている。またかかる最適範囲は、雰囲気ガス
中の酸素濃度を制御して、加工熱の発生量と酸化生成物
の固体潤滑作用を調和させることにより形成されるもの
である。本発明は、不活性気体と空気を混合した雰囲気
ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定に制
御し（炭素鋼においては１２％）、加工発生熱と酸化生
成物の固体潤滑作用を調和させて最適範囲に低減し、乾
式研削加工を行うごとくすることを特徴としている。ま
た本発明は、不活性気体と空気を混合した雰囲気ガスを
使用して気体冷却効果を実現すると共に、その酸化物生
成物の固体潤滑作用を利用して気体潤滑効果を実現する
ことを特徴とするものである。
【００１１】次に、平面研削盤Ｍに設置した、本発明の
雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削加工装置１の構成を
図１に基づき説明する。図中、２は平面研削盤Ｍのテー
ブルである。３はテーブル２に取り付けられた加工物で
あって、テーブル２と共に図面上の左右方向に往復移動
する。また、４は正面方向の水平な砥石軸４ａに取り付
けられたディスク状の研削砥石であって、砥石４を高速
回転させて往復移動する被加工物３の平面を研削するも
のである。また、前記の研削盤Ｍ上には、往復動するテ
ーブル２及び加工物３と、正面に向かって回転する研削
砥石４と、その研削加工部Ｇを気密に覆ってなる、箱状
の気密室５が載設されている。また６は窒素ガス等の不
活性気体と空気を混合し、かつその酸素濃度を被加工物
の酸化性能に応じて一定に制御した雰囲気ガスを製造す
る雰囲気ガス用装置であり、その混合気体の雰囲気ガス
は給気パイプ６ｃを介して給気孔５ａから気密室５内に
送給、充填され、研削加工部Ｇを包囲して加工雰囲気を
生成している。
雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削加工装置１の構成を
図１に基づき説明する。図中、２は平面研削盤Ｍのテー
ブルである。３はテーブル２に取り付けられた加工物で
あって、テーブル２と共に図面上の左右方向に往復移動
する。また、４は正面方向の水平な砥石軸４ａに取り付
けられたディスク状の研削砥石であって、砥石４を高速
回転させて往復移動する被加工物３の平面を研削するも
のである。また、前記の研削盤Ｍ上には、往復動するテ
ーブル２及び加工物３と、正面に向かって回転する研削
砥石４と、その研削加工部Ｇを気密に覆ってなる、箱状
の気密室５が載設されている。また６は窒素ガス等の不
活性気体と空気を混合し、かつその酸素濃度を被加工物
の酸化性能に応じて一定に制御した雰囲気ガスを製造す
る雰囲気ガス用装置であり、その混合気体の雰囲気ガス
は給気パイプ６ｃを介して給気孔５ａから気密室５内に
送給、充填され、研削加工部Ｇを包囲して加工雰囲気を
生成している。
【００１２】また７は雰囲気ガス用装置６に窒素ガス等
の不活性気体を供給する不活性気体タンクで、７ａはそ
の供給用の連結パイプであり、また８は同じく雰囲気ガ
ス用装置６に空気を供給する送風機で、８ａはその供給
用の連結パイプであって、供給された不活性気体と空気
は雰囲気ガス用装置６内で混合される。また６ａは雰囲
気ガス用装置６に設けられた酸素濃度センサであって、
不活性気体と空気の混合気体の酸素濃度を検出し、その
出力信号により濃度制御部６ｂを制御し、供給空気量を
調整して、該装置６で製造される雰囲気ガスの酸素濃度
を一定に設置するごとくなっている。
の不活性気体を供給する不活性気体タンクで、７ａはそ
の供給用の連結パイプであり、また８は同じく雰囲気ガ
ス用装置６に空気を供給する送風機で、８ａはその供給
用の連結パイプであって、供給された不活性気体と空気
は雰囲気ガス用装置６内で混合される。また６ａは雰囲
気ガス用装置６に設けられた酸素濃度センサであって、
不活性気体と空気の混合気体の酸素濃度を検出し、その
出力信号により濃度制御部６ｂを制御し、供給空気量を
調整して、該装置６で製造される雰囲気ガスの酸素濃度
を一定に設置するごとくなっている。
【００１３】また９は気密室５内で研削加工に使用され
た雰囲気ガスを清浄化して排気するための清浄排気装置
であって、排気パイプ９ａを介して気密室５の排気孔５
ｂと連結し、使用された雰囲気ガスを排気し、気密室５
内を新鮮な雰囲気ガスで充満するとくしている。
た雰囲気ガスを清浄化して排気するための清浄排気装置
であって、排気パイプ９ａを介して気密室５の排気孔５
ｂと連結し、使用された雰囲気ガスを排気し、気密室５
内を新鮮な雰囲気ガスで充満するとくしている。
【００１４】本発明の乾式研削加工装置１は、上記のご
とく構成されているので、その具備した雰囲気ガス用装
置６により、雰囲気ガスとして不活性気体と空気の混合
気体を製造し、かつその雰囲気ガスの酸素濃度を被加工
物３の酸化性能に応じて一定に制御し（炭素鋼は１２
％）、加工部Ｇに供給することができ、本発明の乾式研
削加工法における気体冷却、気体潤滑を行うことができ
る。
とく構成されているので、その具備した雰囲気ガス用装
置６により、雰囲気ガスとして不活性気体と空気の混合
気体を製造し、かつその雰囲気ガスの酸素濃度を被加工
物３の酸化性能に応じて一定に制御し（炭素鋼は１２
％）、加工部Ｇに供給することができ、本発明の乾式研
削加工法における気体冷却、気体潤滑を行うことができ
る。
【００１５】次に、図２は本発明の雰囲気ガス濃度を制
御した乾式切削加工方法の説明図であり、被加工物１１
の表面が高速回転するカッター１２により乾式切削さ
れ、切削加工熱が発生される。乾式切削加工においても
製品精度への悪影響から加工発生熱の低減が課題である
が、乾式切削加工の加工熱の発生要因としては、前記の
乾式研削加工の場合と同様に、切削抵抗発生熱と切削屑
の酸化燃焼発生熱が考えられ、本発明の特徴である、雰
囲気ガスとして窒素ガス等の不活性気体と空気を混合
し、その酸素濃度を、被加工物の酸化性能に応じて一定
に制御して切削加工部に供給し、切削加工熱の発生量と
酸化生成物の固体潤滑作用を調和させながら乾式切削加
工を行うごとくすれば、乾式切削加工における気体冷
却、気体潤滑効果を実現し、切削加工発生熱を最適状態
に低減できる。
御した乾式切削加工方法の説明図であり、被加工物１１
の表面が高速回転するカッター１２により乾式切削さ
れ、切削加工熱が発生される。乾式切削加工においても
製品精度への悪影響から加工発生熱の低減が課題である
が、乾式切削加工の加工熱の発生要因としては、前記の
乾式研削加工の場合と同様に、切削抵抗発生熱と切削屑
の酸化燃焼発生熱が考えられ、本発明の特徴である、雰
囲気ガスとして窒素ガス等の不活性気体と空気を混合
し、その酸素濃度を、被加工物の酸化性能に応じて一定
に制御して切削加工部に供給し、切削加工熱の発生量と
酸化生成物の固体潤滑作用を調和させながら乾式切削加
工を行うごとくすれば、乾式切削加工における気体冷
却、気体潤滑効果を実現し、切削加工発生熱を最適状態
に低減できる。
【００１６】図２の本発明の乾式切削加工法を実施する
乾式切削加工装置１０には、前記研削装置１と同様な雰
囲気ガス用装置が具備されていて（図示せず）、その酸
素濃度を被加工物１１の酸化性能に応じて一定に制御し
た雰囲気ガスを製造し、その給気パイプ１３の噴射口１
３ａから直接に切削加工部Ｃに向けて噴射供給し、該加
工部ｃを包囲して加工雰囲気を生成しているから、切削
加工熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和し、
発生加工熱を最適状態に低減して乾式切削加工を行うこ
とができるものである。なお図２の例示では、雰囲気ガ
スを直接に切削加工部Ｃに噴射して加工雰囲気を生成し
ているが、切削加工部Ｃを図１のごとく気密室５で遮へ
いすることが作業環境の保全からは望ましい。
乾式切削加工装置１０には、前記研削装置１と同様な雰
囲気ガス用装置が具備されていて（図示せず）、その酸
素濃度を被加工物１１の酸化性能に応じて一定に制御し
た雰囲気ガスを製造し、その給気パイプ１３の噴射口１
３ａから直接に切削加工部Ｃに向けて噴射供給し、該加
工部ｃを包囲して加工雰囲気を生成しているから、切削
加工熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和し、
発生加工熱を最適状態に低減して乾式切削加工を行うこ
とができるものである。なお図２の例示では、雰囲気ガ
スを直接に切削加工部Ｃに噴射して加工雰囲気を生成し
ているが、切削加工部Ｃを図１のごとく気密室５で遮へ
いすることが作業環境の保全からは望ましい。
【００１７】加工部に供給される雰囲気ガスは、常温の
ものであってよいが、被加工物の温度が一定温度を越え
ると好ましくない物性に変化するなどの問題がある場合
には、温度を低下した室温以下の低温ガスを供給するこ
とも好ましい。
ものであってよいが、被加工物の温度が一定温度を越え
ると好ましくない物性に変化するなどの問題がある場合
には、温度を低下した室温以下の低温ガスを供給するこ
とも好ましい。
【００１８】ところで、従来提案されてきた冷風加工に
おいては、−７０℃の冷風を供給する例もあり、そのよ
うな低温のガス供給による被加工物の極度な冷却は、低
温脆性（鋼においては−７０℃で１ｋｇｍ／ｃｍ２程度
の衝撃値へ低下する）や熱衝撃（加工温度との相対温度
差が大きくなり、温度勾配が大きくなる）の発生が危惧
され、製品品質への悪影響が考えられる。よって、本発
明での、加工部に供給される雰囲気ガスは室温以下の低
温ガスではあるが、上記のような弊害を生じる極度の冷
却を目指す低温ガスの供給は含まない。
おいては、−７０℃の冷風を供給する例もあり、そのよ
うな低温のガス供給による被加工物の極度な冷却は、低
温脆性（鋼においては−７０℃で１ｋｇｍ／ｃｍ２程度
の衝撃値へ低下する）や熱衝撃（加工温度との相対温度
差が大きくなり、温度勾配が大きくなる）の発生が危惧
され、製品品質への悪影響が考えられる。よって、本発
明での、加工部に供給される雰囲気ガスは室温以下の低
温ガスではあるが、上記のような弊害を生じる極度の冷
却を目指す低温ガスの供給は含まない。
【００１９】本発明においては、図１に示す例の他、図
４に示すごとき、循環型の乾式研削・切削加工装置も提
案される。すなわち、加工部の気密室５から排出された
不活性気体と空気の混合気体は、清浄化室９’に供給さ
れた後、冷却機１４、送風機８’に導入され、室温以下
に温度冷却されて加工部の気密室５へ返送される。その
間において、清浄化室９’と送風機８’の管路に分岐し
て酸素濃度制御部６ｂを付設した不活性ガスタンク７か
らの不活性ガス供給管７ａ’が設けられている。加工部
の気密室５内には酸素センサ６ａ’が配設されており、
常時それからの酸素濃度信号が濃度制御部６ｂに与えら
れ、加工部の気密室５へ供給される雰囲気ガスは、一定
量以下の酸素濃度に適正に制御される。
４に示すごとき、循環型の乾式研削・切削加工装置も提
案される。すなわち、加工部の気密室５から排出された
不活性気体と空気の混合気体は、清浄化室９’に供給さ
れた後、冷却機１４、送風機８’に導入され、室温以下
に温度冷却されて加工部の気密室５へ返送される。その
間において、清浄化室９’と送風機８’の管路に分岐し
て酸素濃度制御部６ｂを付設した不活性ガスタンク７か
らの不活性ガス供給管７ａ’が設けられている。加工部
の気密室５内には酸素センサ６ａ’が配設されており、
常時それからの酸素濃度信号が濃度制御部６ｂに与えら
れ、加工部の気密室５へ供給される雰囲気ガスは、一定
量以下の酸素濃度に適正に制御される。
【００２０】
【発明の効果】本発明の雰囲気ガス濃度を制御した乾式
研削・切削加工法及びその装置は、供給される雰囲気ガ
スの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定に制御
し、加工熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和
させて乾式加工するから、乾式加工における気体冷却効
果及び気体潤滑効果を実現し、発生加工熱の低減、酸化
物発生量の低減等の効果が得られ、空気中の酸素に起因
する酸化反応、表面性状の変質が改善でき、加工熱の影
響による焼け、割れの発生が低減できる。特に、酸化し
易い材質、例えば鋼、Ｍｏ合金、Ｍｇ合金、シリコン、
亜鉛、チタン等の被加工物の乾式加工に好適である。ま
た、加工液を用いないから被加工物及び作業環境をクリ
ーンにできる。そして、加工液の液圧により損傷を受け
易い微小機械構造物の乾式加工に好適であり、同分野に
多大の貢献をなすものである。さらに、クリーンルーム
での組み立てを必要とする機械部品の洗浄が簡素化でき
る。
研削・切削加工法及びその装置は、供給される雰囲気ガ
スの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じて一定に制御
し、加工熱の発生量と酸化生成物の固体潤滑作用を調和
させて乾式加工するから、乾式加工における気体冷却効
果及び気体潤滑効果を実現し、発生加工熱の低減、酸化
物発生量の低減等の効果が得られ、空気中の酸素に起因
する酸化反応、表面性状の変質が改善でき、加工熱の影
響による焼け、割れの発生が低減できる。特に、酸化し
易い材質、例えば鋼、Ｍｏ合金、Ｍｇ合金、シリコン、
亜鉛、チタン等の被加工物の乾式加工に好適である。ま
た、加工液を用いないから被加工物及び作業環境をクリ
ーンにできる。そして、加工液の液圧により損傷を受け
易い微小機械構造物の乾式加工に好適であり、同分野に
多大の貢献をなすものである。さらに、クリーンルーム
での組み立てを必要とする機械部品の洗浄が簡素化でき
る。
【図１】本発明の乾式研削加工装置の構成説明図であ
る。
る。
【図２】本発明の乾式切削加工の説明図である。
【図３】本発明の乾式研削加工における雰囲気ガスの酸
素濃度と研削表層温度の測定グラフ（炭素鋼のとき）で
ある。
素濃度と研削表層温度の測定グラフ（炭素鋼のとき）で
ある。
【図４】本発明の循環型の乾式研削切削加工装置の鋼製
説明図である。
説明図である。
１ 乾式研削加工装置 Ｍ 平面研削盤 ２ テーブル ３ 被加工物 ４ 研削砥石 ４ａ 砥石軸 ５ 気密室 ５ａ 給気孔 ５ｂ 排気孔 Ｇ 研削加工部 ６ 雰囲気ガス用装置 ６ａ 酸素濃度セン
サ ６ａ’酸素センサ ６ｂ 濃度制御部 ６ｃ 給気パイプ ７ 不活性気体タンク ７ａ 連結パイプ ７ａ’不活性ガス供給管 ８ 送風機 ８’送風機 ８ａ 連結パイプ ９ 清浄排気装置 ９’清浄化室 ９ａ 排気パイプ １０ 乾式切削加工
装置 １１ 被加工物 １２ カッター １３ 給気パイプ １３ａ 噴射口 １４ 冷却機 Ｃ 切削加工部
サ ６ａ’酸素センサ ６ｂ 濃度制御部 ６ｃ 給気パイプ ７ 不活性気体タンク ７ａ 連結パイプ ７ａ’不活性ガス供給管 ８ 送風機 ８’送風機 ８ａ 連結パイプ ９ 清浄排気装置 ９’清浄化室 ９ａ 排気パイプ １０ 乾式切削加工
装置 １１ 被加工物 １２ カッター １３ 給気パイプ １３ａ 噴射口 １４ 冷却機 Ｃ 切削加工部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−39135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−211460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−111622（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−261747（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−34382（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−62339（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23Q 11/10 B24B 1/00 B24B 55/02 - 55/03
Claims (7)
- 【請求項１】被加工物の乾式研削・切削加工法におい
て、雰囲気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴ
ンガス等の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつ
その雰囲気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じ
て一定に制御して加工部に供給し、加工熱の発生量と酸
化生成物の固体潤滑作用を調和させながら乾式加工を行
うごとくした、気体冷却効果を特徴とする雰囲気ガス濃
度を制御した乾式研削・切削加工法。 - 【請求項２】被加工物の乾式研削、研削加工法におい
て、雰囲気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴ
ンガス等の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつ
その雰囲気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じ
て一定に制御して加工部に供給し、加工熱の発生量と酸
化生成物の固体潤滑作用を調和させながら乾式加工を行
うごとくした、気体潤滑効果を特徴とする雰囲気ガス濃
度を制御した乾式研削・切削加工法。 - 【請求項３】被加工物が鋼材であり、加工部に供給され
る雰囲気ガスの酸素濃度が９〜１５％に制御されたもの
であることを特徴とする請求項１又は２記載の雰囲気ガ
ス濃度を制御した乾式研削・切削加工法。 - 【請求項４】加工部に供給される雰囲気ガスが室温以下
の低温ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項に記載の雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・
切削加工法。 - 【請求項５】被加工物の乾式研削・切削加工装置におい
て、雰囲気ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴ
ンガス等の不活性気体と空気の混合気体を製造し、かつ
その雰囲気ガスの酸素濃度を被加工物の酸化性能に応じ
て一定に制御して加工部に供給し、乾式加工において気
体冷却、気体潤滑を行う雰囲気ガス用装置を具備してな
ることを特徴とする雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削
・切削加工装置。 - 【請求項６】被加工物が鋼材であり、加工部に供給され
る雰囲気ガスの酸素濃度が９〜１５％に制御されたもの
であることを特徴とする請求項５記載の雰囲気ガス濃度
を制御した乾式研削・切削加工装置。 - 【請求項７】加工部に供給される雰囲気ガスが室温以下
の低温ガスであることを特徴とする請求項５又は６に記
載の雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007698A JP2904205B1 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007698A JP2904205B1 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2904205B1 true JP2904205B1 (ja) | 1999-06-14 |
| JPH11216636A JPH11216636A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12017019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007698A Expired - Lifetime JP2904205B1 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 雰囲気ガス濃度を制御した乾式研削・切削加工法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2904205B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103240677A (zh) * | 2013-04-16 | 2013-08-14 | 昆明烟机集团二机有限公司 | 一种防止切丝刀磨削火花引燃的方法及其设备 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7387477B2 (en) | 2003-02-25 | 2008-06-17 | Shimane University | Controlled atmosphere cutting method using oxygen enrichment and cutting tool |
| JP2008062361A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Nippon Oil Corp | 極微量油剤供給式切削・研削加工方法および極微量油剤供給式切削・研削加工用油剤組成物 |
| CN103029019A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-04-10 | 四川成发航空科技股份有限公司 | 一种对工件进行精加工的干磨法 |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP2007698A patent/JP2904205B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103240677A (zh) * | 2013-04-16 | 2013-08-14 | 昆明烟机集团二机有限公司 | 一种防止切丝刀磨削火花引燃的方法及其设备 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11216636A (ja) | 1999-08-10 |
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