JP3286569B2

JP3286569B2 - 冷風加工方法及びその装置

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Publication number: JP3286569B2
Application number: JP21007497A
Authority: JP
Inventors: 和彦横川; 宗彦横川; 泰博平尾
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 2002-05-27
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: JPH1086036A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研削砥石若しくは
切削刃具（以下加工治具という）を研削点若しくは切削
点（以下加工点という）に接触させて砥石研削若しくは
刃具切削を行なう加工方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、従来一般に使用されている砥石
研削加工においては、研削油剤が研削位置に供給されな
がら研削加工を行なう湿式研削加工と大気雰囲気下で加
工を行なう乾式研削加工とが存在する。上記乾式研削加
工においては、研削液を使用しないため、加工面に研削
熱の影響を直接受けて研削焼け、研削割れを生じやすい
問題がある。一方湿式研削方法においては、研削油剤を
用い潤滑効果、冷却効果、洗浄効果を得ているが、特に
その潤滑効果の向上のため、研削油剤には硫黄（Ｓ）、
燐（Ｐ）、塩素（Ｃｌ）等の高圧添加剤が含ませてある
ため、加工作業中にこれらの添加物を含んだミストが噴
霧状に飛び散り作業環境の悪化や公害発生の要因となる
のみならず、使用した油剤の廃油処理に当たっても膨大
な費用が掛かり、特に塩素を含んだ研削油剤の廃棄はダ
イオキシンを発生させないように炉を傷めるほどの高温
処理を必要としている。そのため、研削油剤を用いずに
研削加工を行なう事の出来る好適な研削手段の開発が期
待されている。

【０００３】研削加工における上記問題点を解決するた
め、冷却効果、非酸化効果、低加工抵抗効果を可能とす
る乾式研削加工に関する提案Ａとして特開平７−６０６
２１号公報が開示されている。また、プライドルロー
ラ、コーティングローラ、搬送ローラ等のゴムライニン
グローラの表面を砥石で研削する提案Ｂとして特開昭６
１−１６４７７９号公報が開示されている。

【０００４】上記提案Ａは、加工雰囲気として不活性気
体を用いることにより、乾式研削法における非酸化、冷
却、低加工抵抗の実現を目的とするもので、そのシステ
ム構成は図１３に示すように、砥石研削加工部Ｇを覆っ
た気密室１００と、該気密室１００内に不活性ガス体に
よる加工雰囲気を形成する不活性ガス体を充填した気体
タンク１０１と、循環濾過装置１０２とより構成してあ
る。上記循環濾過装置１０２は濾過器１０２ａと冷却器
１０２ｂと送風機１０２ｃとよりなり、気密室１００内
の雰囲気ガスを循環させ気密室１００内の雰囲気ガスを
清浄冷却状態に維持するようにしてある。

【０００５】従って本提案Ａは、砥石研削の研削点にお
いて発生する加工発熱である第１次発生熱自体の抑圧を
目的とするものでなく、切り屑の酸化燃焼反応による第
２次発熱を不活性ガス体により抑圧することを主体に置
いたものである。

【０００６】また、提案Ｂは、ゴムライニング部材に使
用されるウレタンゴムは切削性、研削性が悪く且つ表面
粗さ、真円度、真直度、円筒度が得難く、また耐水性、
耐湿性が悪く冷却水の使用もままならぬという研削加工
上の問題に対処すべく、被研削部材表面に冷風を噴出し
ながら砥石研削をするようにしたものであるが、本提案
Ｂは単に研削熱によりゴムロール表面が軟化しない程度
に冷風を吹き付けようとするもので、明細書本文中に
「上記冷風温度は低温過ぎるとゴムロールが硬化し過ぎ
て研削加工表面の表面粗さが悪くなるという結果を招
く。而してゴムロールの研削域表面の温度は、研削加工
時の研削熱によるゴムロール表面の温度上昇を防止する
のみで可能であり、積極的に常温以下に低下させる必要
はない」と記載されているように、特にウレタンゴムを
使用した特異の部材の研削加工に対処すべくなされたも
のであり、本発明のように−１℃以下の冷風を用いる事
も又冷風と植物油等の無公害の微粒子状油とを組合わせ
ようとする技術は開示も示唆もされていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記種々の
改善努力にも係わらず、現在多用されている湿式研削方
式の場合、それに使用する研削油剤から発生するミスト
による環境衛生の問題及び研削油剤特に塩素を含んだ切
り屑の処理にからむ公害問題は、未だ未解決の状態に置
かれている。このため前記提案Ａにおいては、従来の研
削油剤を使用しない点では解決の緒を形成するが、前記
したように研削点における発熱自体の抑圧を目的として
いないため、被研削部材の硬度の軟化や圧縮残留応力の
低下が懸念され、この点十分な検討がなされていない。
即ち提案Ａにおいては切り屑の酸化燃焼反応を防ぐとと
もに、被研削部材の研削焼け、研削割れ防止の一手段に
過ぎない。

【０００８】本発明は従来の研削（切削）油剤を使用し
ない無公害で且つ高精度の加工方法とその装置の提供を
目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
点につき種々研究を重ね、例えば、−１℃以下の冷風を
使用して冷風研削を使用し植物油等の無公害の微粒子状
油を僅かに供給するだけで研削点を十分冷却すれば研削
温度の上昇は低く抑えることが可能であることを解明し
た。また、研削性能を左右する研削点への潤滑作用とし
て、固形の潤滑剤で処理した砥石と不処理の砥石を使用
して同一冷風温度、同一風圧、同一風量で研削した結果
を比較すると、不処理の場合の表面温度上昇１５℃に対
し処理した場合は８℃と低くなり、研削性能に冷却作用
と潤滑作用が大いに貢献していることが解明された。

【００１０】また、植物油等の無公害の微粒子状油を僅
かに供給した−１℃以下の冷風研削とエマルジョン型研
削油剤を使用して研削した場合につき比較すると、被研
削部材の表面温度は研削油剤を使用した場合に比較し２
℃程高いが、冷風研削の場合は一定温度の冷風を研削点
（切削点）へ供給して研削するので前記部材の表面温度
は常に一定であるが、研削油剤使用の場合は該油剤の温
度は時間の経過につれ温度が上がり、部材も熱膨張を起
こし常に寸法補正の必要があることも理解された。ま
た、前記冷風研削と従来の研削油剤で常温研削した場合
に、被研削部材の圧縮残留応力につき比較した。その結
果は、図６に示すように、部材の表面における圧縮残留
応力は研削油剤を使用した方が少し大きいが、冷風研削
の方が表面より内部にわたっての圧縮残留応力の面積が
２倍〜３倍と大きく、このことは冷風研削方法の優位性
を示す証拠に他ならないと考えられる。なお、冷風温度
に対する圧縮残留応力の大きさに付き比較すると、被研
削部材の研削表面の圧縮残留応力は−３２℃が最大で、
少なくともこの点からは冷風温度をあまり下げる必要が
ないことが理解できた。

【００１１】然し、上記冷風加工において研削点（切削
点）への冷風吹き付けを図１４（Ａ）に示すように、冷
風の吹出しの為に氷点以下の特に−１℃以下の冷風５０
ａをノズル２４より吹出した場合、作業時間の経過とと
もに、前記ノズル２４の周囲の外気の水分がノズル吹き
出し口２４ａに着霜６０ａを起こし、それが成長し研削
ないし切削作業に支障をきたし、連続運転が困難になる
という課題がある。また、図１４（Ｂ）に示すように、
微粒子状植物性油供給ノズル５２と冷風吹き出しノズル
２４とを隣接させた場合、前記供給ノズル５２よりの微
粒子油がミスト化し、ミスト化した油と同時に吹き出す
冷風の水分により供給ノズル５２についても着霜６２ａ
の発生の可能性があり、前記供給ノズル５２内及び冷風
吹き出し口２４ａにも着霜６０ｂし、その結果着霜によ
る供給ノズルの閉塞、隣接する冷風吹き出しノズルの吹
き出し部にトラブル発生がある。従って上記着霜の問題
も本発明の重要な課題である。

【００１２】しかも、上記微粒子油の供給は、微粒子油
を砥石に噴霧するが、現在の直接的な微粒子油供給装置
では完全な霧化及び給油量の制御が困難であるため、砥
石表面に均一に油を塗布することは難しい状況にある。

【００１３】また、上記着霜の程度は加工雰囲気の状況
に左右されることも考えられ、この点から乾き空気雰囲
気を形成するとともに一定温度雰囲気を形成維持する必
要があると考えられる。

【００１４】そこで、本発明は、研削砥石若しくは切削
刃具（以下加工治具という）を研削点若しくは切削点
（以下加工点という）に接触させて砥石研削若しくは刃
具切削を行なう加工方法において、−１℃以下の乾燥空
気の冷風を前記加工点へ供給するとともに、植物油等の
無公害の微粒子状油を僅かに、前記加工点に直接若しく
は加工治具を介して該加工点に間接的に、供給しながら
砥石研削若しくは刃具切削を行ない、更に、前記加工点
若しくは加工治具への吹出し冷風周囲に該冷風より温度
の高い乾き空気流が位置することことを特徴とする冷風
加工方法を提案する。

【００１５】かかる発明によれば、上記無公害油の僅か
な吹き付けとと組合わせながら、加工点への所定温度の
冷風吹き付けにより、加工熱の発生を一定温度以下に抑
え、加工熱の累積による部材の温度膨張による加工精度
のバラツキ防止と加工精度維持のための寸法補正を不用
とすることが可能である。

【００１６】また、請求項２記載の発明は、前記加工方
法において、−１℃以下の乾燥空気からなる冷風を前記
加工点へ供給するとともに、固定潤滑処理した加工治具
を使用して砥石研削若しくは刃具切削を行ない、更に、
前記加工点若しくは加工治具への吹出し冷風周囲に該冷
風より温度の高い乾き空気流が位置することを特徴とす
るものである。

【００１７】上記固定潤滑処理した砥石の使用により、
加工点への潤滑性の安定維持と無公害の研削（切削）を
可能とし、加工点への所定温度の冷風吹き付けにより、
加工熱の発生を一定温度以下に抑え、加工熱の累積によ
る部材の温度膨張による加工精度のバラツキ防止と寸法
補正を不用とすることが可能である。

【００１８】この場合、好ましくは前記冷風温度は略−
３０℃〜−１２０℃、供風圧力は少なくとも１ＭＰａ以
下、より具体的には、０．１〜１ＭＰａに設定するのが
よい。また、前記無公害油の供給が単位ワーク長さ当り
７０ｍｌ／ｈ・ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｌ／ｈ・
ｍｍ以下で行なうようにするのがよい。

【００１９】請求項３記載の発明は、かかる発明を具体
化する装置に関する発明で、研削砥石若しくは切削刃具
（以下加工治具という）を研削点若しくは切削点（以下
加工点という）に接触させて、砥石研削若しくは刃具切
削を行なう加工装置において、除塵した圧縮乾燥空気の
温度を−１℃以下に低減させる冷却手段と、該冷却手段
により冷却された乾き空気を加工点に供給する冷風吹き
付け部と、微粒子状の植物油等の無公害油を加工点に直
接若しくは加工治具を介して加工点に間接的に供給する
手段とを設けたことを特徴とする。尚、好適には前記冷
風を循環させる空気循環回路は設けるのがよいが、解放
サイクルにしてもよい。

【００２０】更に、本発明においては、前記したよう
に、前記加工点若しくは加工治具への吹出し冷風周囲
に、該冷風より乾燥させかつ温度の高い乾き空気流が位
置するのがよい。かかる発明は冷風吹き出し部周辺に伴
流乾燥空気の使用による低湿度空気の雰囲気を形成さ
せ、冷風吹き出し部における着霜防止を可能とするもの
である。この場合前記冷風空気吹出し口と伴流乾燥空気
吹出し口との間のノズル隔壁は、低熱伝導部材により構
成することにより、冷風吹き出しノズル内を流れる冷風
の熱損失を低く抑えることができる。又前記伴流乾燥空
気は、常温近傍に温度帯域を持ち伴流する冷風吹き出し
温度以下の露点まで除湿した、冷風より低速低圧の乾き
空気であるのがよい。これにより冷風の外気の巻き込み
を防ぎながら着霜阻止が可能となる。

【００２１】又、前記伴流乾燥空気は、前記冷却手段の
上流側の冷風生成の為の乾燥空気通路を分岐して除湿器
を通して得られた乾き空気であるのがよい。上記構成に
より、極低露点温度から常温までの広範囲の温湿度の冷
風乾き空気により冷風を形成できるようにして、着霜防
止に貢献できる。又、伴流乾燥空気には常温空気を使用
して冷風吹き出し温度以下の露点まで除湿した乾き空気
により構成してもよく、この場合出来るだけ低速に抑え
てあるため冷風側への熱伝導を低く抑えることができ
る。なお、冷風の大きな吹き出し速度により誘因される
伴流乾燥空気の引き出しを防止すべく、伴流乾燥空気ノ
ズル内のヘッダ圧は低く設定する。

【００２２】又、上記微粒子状油を供給する手段には例
えば、ベンチュリー吸引部を備えた冷風吹き付け部と、
該ベンチュリー吸引部に設けた給油用油の高周波振動霧
化装置とより構成される。上記構成により、高周波振動
霧化装置で予め完全霧化したのち、霧化した油のミスト
を冷風吹き付けノズルのベンチュリー吸引部に吸引さ
せ、冷気に混入加工部に吹き付けるようにしたもので、
完全微粒子状で冷風に混入でき、且つ油混入濃度が制御
可能となるばかりでなく、冷風量の制御により必要給油
量を適宜確保できる。また、霧化した油も冷風により吸
引吹き出す構成にしてあるため、霧化油自身の温度も低
温となるため、給油点の潤滑ばかりでなく冷却もでき
る。

【００２３】又、本発明は、微粒子状油の給油ノズルと
冷風吹き出しノズルとを隣接させて配置するとともに、
これらのノズル外側に特に冷風吹き出しノズルと外側に
乾き空気供給用吹き出しノズルを囲繞するごとく配設す
るのがよい。かかる発明によれば、微小粒子状植物性油
の微小給油ノズルに冷風吹き出しノズルを隣接させた場
合、圧縮乾き空気による雰囲気を微小給油ノズル周辺に
形成させ、着霜による微小給油ノズルの閉塞を防止する
ことが出来る。

【００２４】特に、前記冷風吹き出しノズル周辺空域に
前記伴流乾燥空気による乾き空気の壁体を形成させるよ
うにしたため、冷風吹き出し部における着霜を防止で
き、冷風加工装置の連続運転を可能にすることができ
る。又、微小給油ノズル及び冷風吹き出しノズルの吹き
出し部周辺雰囲気は、冷風吹き出し温度で除湿された圧
縮乾き空気により囲繞充満されるため、微粒子油吹出し
部及び冷風吹き出し部における着霜問題を解決できる。
なお、冷風吹き出し速度が大きい場合に誘因される伴流
乾燥空気の引き出しを防止すべく、伴流乾燥空気ノズル
内のヘッダ圧は低く設定する。

【００２５】更に本発明は、冷風及び微粒子状植物油吹
出し部と加工点周囲をエアカーテンにより外気より隔離
するようにするのがよい。上記構成により、加工部全体
及びワーク部は外部より遮断された雰囲気に囲繞される
ため、該雰囲気は雰囲気温度を始め乾き度を定常状態に
保持されるためノズル周辺に形成される着霜の防止が出
来、また加工屑や給油ミストの外部飛散防止が出来、環
境汚染を防止できる。併せて、単なる空気遮断であるた
めに、ワークの交換作業の簡素化を図ることが出来る。
又上記加工部全体とワーク部にエアカーテンを設けたた
め、外気より気密的に遮断した加工雰囲気を形成するこ
とができ、加工部を外界温度より遮断して冷風加工時に
その影響を受けることがない。

【００２６】又、前記エアカーテンは内外２重構造と
し、内側カーテンの空気速度を外側カーテンの空気速度
より大に設定し、より具体的には、内側カーテンは大な
るカーテン形成速度と粗成の荒い空気膜により構成さ
れ、外側カーテンは小なるカーテン形成速度と組成の密
な空気膜により構成するのがよい。上記２重カーテン構
造としたため、加工屑及び給油ミストの外部飛散を確実
に防止回収できる。また、内側カーテンと外側カーテン
の組成に粗密の差を設け、カーテン形成速度の差により
効率的カーテン形成ができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の形態を、
図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。図１
は本発明の実施形態である冷風研削装置の概略の構成を
示す系統図で、図２は単位時間当たりの研削代断面積別
の圧縮残留応力の変化を示すグラフ図、図３は被研削部
材の硬さの変化を示すグラフ図で、図４は本発明をＣＢ
Ｎ砥石で実施した場合の連続冷風研削性能を示すグラフ
図で、図５は本発明をＣＢＮ砥石で実施した場合の鏡面
研削の研削面粗さの状況を示すグラフ図である。

【００２８】図１に示すように、コンプレッサ１２によ
り圧縮された圧縮空気をリリーフ弁１３により調圧した
後、メインフィルタ１４により徐塵し、次にオートドレ
ーンバルブ１６を有するエアドライヤ１５により乾燥さ
せ、更にミストセパレータ１７とエアドライヤ１８とに
より二次徐塵と二次乾燥を行なった後、不図示の冷凍サ
イクルと熱交換する熱交換器１９により冷却して流量計
２０により流量調整した冷風を冷風吹き付け部２４より
研削点２１に供給する。そして前記冷風吹き付け部２４
より吹出される冷風温度は−１℃以下好ましくは−３０
℃〜−１２０℃に設定され、その冷風圧力は１ＭＰａ以
下好ましくは０．３９ＭＰａで、研削点に上方よりの一
方向ないし上及び左右の三方向より吹き付けを行うよう
に構成している。

【００２９】又、被研削部材１０と砥石１１とよりなる
冷風研削部３１には、前記冷風とともに図１２に示す微
粒子油供給手段７１より、該砥石１１に無公害の微粒子
状植物性油（例えばＡｃｃｕ−Ｌｕｂｅ）を単位ワーク
長さ当り７０ｍｌ／ｈ・ｍｍ好ましくは１．５ｍｌ／ｈ
・ｍｍ、微粒子状に供給するように構成されている。砥
石１１には粒度の大きい耐破砕力のある在来砥石及び超
砥粒砥石を使用する。なお、上記研削砥石には固定潤
滑処理した砥石を使用してもよく、この場合は上記微粒
子状植物性油の微量供給は不用となり、管理面では冷風
供給制御だけに絞ることができる。勿論両者を併用して
もよい。

【００３０】そして前記研削点２１通過後の冷風はフィ
ルタ２２を介して真空ポンプ２３により吸引され、冷風
帰還回路２５によりコンプレッサ１２に吸引される空気
冷却循環系３０を具える。この場合開放サイクルの場合
は研削点の下部より真空ポンプ２３で研削屑を含んだ状
態の冷風を吸引する構成とし、一方閉サイクルを構成す
る場合は、研削屑を除いた冷風だけを冷風帰還回路２５
を介してコンプレッサ１２に帰還させ循環系３０を形成
するようにしてある。

【００３１】なお、上記植物性油の微量微粒子状供給手
段７１には、必要に応じて供給遮断バルブ７９を設け、
冷風供給と固定潤滑処理した砥石とにより行なう冷風研
削を行なう場合は、植物油の微量供給を遮断するように
してある。

【００３２】かかる冷風研削方法による実施テストの結
果につき、図２〜図５を参照して下記に説明する。図２
には、砥石１１の表面に無公害の微粒子状植物性油を単
位ワーク長さ当り１．５ｍｌ／ｈ・ｍｍの割合で微粒子
状に供給し、潤滑作用をさせ、研削点２１の上方より冷
風を与え、単位時間当たり研削代断面積を３６０、５４
０、９００ｍｍ² ／ｍｉｎと変化させて、被研削部材１
０としてＳＣＭ４３５を研削した場合の研削表面からの
深さに対する圧縮残留応力の変動を示したもので、従来
の研削油剤を使用した湿式研削方法に比較し大きな圧縮
残留応力を持つ優れた結果が得られている。

【００３３】図３には、前記微粒子状植物性油を単位ワ
ーク長さ当り１．５ｍｌ／ｈ・ｍｍの割合で微量供給す
る冷風研削で、単位時間当たりの研削代断面積９００ｍ
ｍ²／ｍｉｎで研削した被研削部材１０（ＳＣＭ４３
５）の研削表面から深さ方向のマイクロビッカース硬度
を示したもので、研削熱により軟化することもなく、表
面から内部にわたって一様な硬さを示しており、本冷風
研削方法による場合、耐磨耗性にも優れた工作物を得る
ことができることを示している。

【００３４】図４には、ＣＢＮ砥石使用、−３０℃〜−
３５℃の冷風を使用し、微粒子状植物性油を単位ワーク
長さ当り１．５ｍｌ／ｈ・ｍｍの割合で微量供給する冷
風研削で、単位時間当たりの研削代断面積Ｓ＝９０ｍｍ
² ／ｍｉｎで研削した結果を示したものである。即ち、
砥石の単位円周長さ当たり研削代断面積（Ｓ／ｌ）を１
５２ｍｍ²／ｍｉｎまで研削して接縁研削抵抗は１．５
Ｎ／ｍｍ、研削面粗さ３μｍＲｚの研削結果を得、研削
比は７１８００で研削油剤を使用した従来の湿式研削方
法に比較して、研削性能は２倍の優れた値を示してい
る。

【００３５】図５には、砥粒が破砕しにくいＣＢＮ砥石
を使用して行なった鏡面研削の結果を示したもので、ス
クラッチのない高度の鏡面研削が得られた。

【００３６】なお、図６には、図１の装置を用いて単位
時間当たり研削代断面積９０ｍｍ²／ｍｉｎにおいて、
前記した冷風研削で上方のみより冷風吹き付けを行なっ
た場合、左右三方向より冷風吹き付けを行なった研削
と、エマルジョン形の研削剤使用による場合、即ち本発
明の冷風研削と従来の湿式研削方法による場合の工作物
ＳＣＭ４３５の残留応力の比較図が示してあるが、図に
見るように、工作物表面における圧縮残留応力は研削油
剤を用いた方が僅か大きいが、三方向及び上方向からの
冷風研削は表面より内部にわたっての圧縮残留応力の面
積が２〜３倍の値を示していることがわかる。

【００３７】次に、図７〜図９により、冷風吹き出しに
伴う着霜に対する問題点を解決した概要及びその吹き出
し用ノズルの形状を説明する。図７は、図１に示す冷風
研削装置の着霜防止対策をした冷風加工システムの概略
の構成を示す系統部分図で、図８、図９に示す冷風吹き
出しノズル周辺に施した着霜防止対策と相俟って、着霜
による運転停止等を防止したものである。図７に見るよ
うに、本発明の着霜防止対策用の減湿冷風加工システム
は、冷風を得るための冷却手段を形成する熱交換器１９
の前段に吸着式除湿器３３を介在させることにより圧縮
乾き空気３３ａを形成した後、前記熱交換器１９に出力
させるか、若しくは前記圧縮乾き空気３３ａを分岐させ
て乾き空気５３ａ、５４ａを得るようにして、前記圧縮
乾き空気３３ａは下流の熱交換器１９を介して所要の冷
却をさせ、極低露点温度（例えば−７０℃）の圧縮低温
低湿度空気３６ａを冷風吹出し部２４より研削点２１へ
供給するようにし、一方分岐させた乾き空気５３ａ、５
４ａは図８及び図９に示すノズルの所定通路に供給する
ようにして冷風の周囲より吹出し可能に構成させたもの
である。

【００３８】なお、上記吸着式除湿器３３は、吸水性吸
着剤に処理空気を接触させ、空気中の水分を除去する機
能を持たせたもので、吸着剤にはシリカゲル、活性アル
ミナ、合成ゼオライト、活性炭があり、これら吸着剤を
介して処理空気に接触させ高効率の減湿を可能にさせて
いる。

【００３９】図８は、研削点２１に冷風５０ａを吹き出
す冷風吹き出しノズル５０が微粒子状植物性油５２ａを
供給する微小給油ノズル５２の近傍に配置されたノズル
群の構成を示し、この場合は、中心に前記冷風吹き出し
ノズル５０をその外周側に伴流乾燥空気ノズル５３を囲
繞した２重ノズル構造として冷風吹き出し部２４を形成
し、冷風吹き出しノズル５０より吹き出した冷風５０ａ
は伴流乾燥空気ノズル５３より吹き出される常温の乾き
空気５３ａによりその周囲を囲繞される構成にしてあ
る。この場合上記乾き空気５３ａ（以下伴流空気とい
う）は吸着式除湿器３３により、冷風の吹き出し温度以
下の露点まで除湿した乾き空気より構成してある。

【００４０】かかる構成によれば、冷風吹き出しノズル
５０の吹き出し口周辺部位２４ａは伴流乾燥空気５３ａ
に囲繞されているため、前記吹き出し口周辺部２４ａの
着霜は完全に防止でき、着霜の成長による冷風吹き出し
の支障事故の発生、運転停止等の問題点を解決できる。

【００４１】上記伴流乾燥空気５３ａは、常温乾き空気
を使用しても良く、この場合はそれが囲繞する冷風への
熱伝導を低く抑え熱損失を小さくするため、伴流空気５
３ａの吹き出し速度はなるべく低速に抑え、また吹き出
し速度に遥かに大なる吹出し速度を有する冷風に起因す
る引き込み現象を抑えるため伴流空気５３ａは低圧に構
成するのがよい。

【００４２】また、本実施例においては前記伴流空気５
３ａは、図７に示す吸着式除湿器３３を介して必要露点
まで除湿させた圧縮乾き空気３３ａの一部を、前記熱交
換器１９の手前で分岐して供給するようにしているが、
かかる構成を取る事なく独立した乾燥空気を用いてもよ
い。また、前記ノズル５０をセラミック等で形成し、前
記冷風空気ノズル５０と伴流空気ノズル５３との間の隔
壁が低熱伝導率部材で構成されるようにして冷風の熱損
失を低く抑える構成にするのがよい。

【００４３】図９は、研削点２１に冷風５０ａを吹き出
す冷風吹き出しノズル５０が微粒子状植物性油５２ａを
供給する微小給油ノズル５２に隣接させた場合の、着霜
防止対策を示す図で、冷風吹き出しノズル５０と該ノズ
ル５０に隣接する微小給油ノズル５２とを中心側に配設
して、外側に圧縮乾き空気５４ａを供給するノズル５４
を配設する構成にしてある。この場合の圧縮乾き空気５
４ａは、前記図７に示す吸着式除湿器３３を介して必要
温度まで除湿させた圧縮乾き空気３３ａの一部を、前記
熱交換器１９の手前で分岐供給するように構成する。上
記構成により従来の除湿なしの圧縮空気の使用に対し、
完全な着霜防止ができる。

【００４４】次に、図１０〜図１１により、図１の冷風
研削装置における外気遮断構成を説明する。図１０は、
図１の冷風加工装置に用いるエアカーテン装置の概略構
成を示す図で、図１１は図１０のエアカーテンを示す部
分断面図である。図１０に見るように外気遮断加工雰囲
気形成用エアカーテンは、研削点２１と砥石１１及びワ
ーク（被研削部材）１０とを周囲をテーパ状に囲繞す
る、内側エアカーテン６８及び外側エアカーテン６７
と、該エアカーテンを形成するための上部送気ヘッダ６
６及び下部吸気ヘッダ６５と、外側エア循環回路６９及
び内側エア循環回路７０とより構成する。

【００４５】また、外側循環回路６９には外側循環ポン
プ６９ａを設け、内側循環回路７０には内側循環ポンプ
７０ａとフィルタ７０ｂを設け、加工部より飛散する研
削屑ないし油ミストを回収して前記フィルタ７０ｂによ
り除去するようにしてある。また、図１１に示すよう
に、上部送気ヘッダ６６には二重エアカーテンを可能に
するために外側送気口６６ａ及び内側送気口６６ｂを、
下部吸気ヘッダ６５には外側吸気口６５ａ及び内側吸気
口６５ｂを夫々設け、夫々独立した流速の外側及び内側
エアカーテン６７、６８を形成する構成にしてある。本
実施例においては、上記内側エアカーテン６８より外側
エアカーテン６７の送気速度は遅くし、外気の巻き込み
を防止している。

【００４６】かかる構成によればエアカーテンによる遮
断構成であるので、ワーク１０の交換が簡単にでき、飛
散する加工屑や油ミストを内側カーテン６８で把持吸収
しフィルタ７０ｂで除去でき、外部飛散を防止し環境汚
染を抑えることが出来る。また、二重カーテンにより完
全に外気と遮断できるため、加工雰囲気を外気温度と乾
き度と隔絶した定常状態に維持することができ、研削点
（切削点）の温度は外気温度に左右される事無く、冷風
温度で決まる一定温度と低乾き度に維持でき、加工部位
の温度膨張を一定に抑え、加工寸法精度が向上する。

【００４７】図１２は、微粒子油給油装置の概略の構成
を示す図である。図に見るように本微粒子油給油装置
は、先端に冷気油ノズル７４を持ち、ベンチュリー部位
に吸引部７２を持つベンチュリー状給油管７５と、前記
吸引部７２にバルブ７３ｄを介して接続する電磁霧化装
置７３とより構成する。即ち、前記ベンチュリー状給油
管７５の基部より吹き込んだ冷気７１ａにより、前記吸
引部７２でバルブ７３ｄを介してミスト油７３ｂを吸引
して混入させ、冷気油ノズル７４の先端より前記冷気７
１ａとともに冷気油７４ｂとしてを加工部に噴射するよ
うにしたものである。

【００４８】なお、前記電磁霧化装置７３は、容器内に
収納した油７３ａを例えばピエゾ素子７３ｃを封入して
該素子に高周波電圧を印加することにより発生する高周
波振動により油７３ａを完全に霧化させ、ミスト油７３
ｂを生成するようにしたものである。

【００４９】上記のように、電磁霧化装置７３により霧
化された油７３ａは冷気７１ａへの混入の手前で完全霧
化を図っているため、ベンチュリー吸入部７２で混入さ
れた冷気油７４ｂ内における油の微粒子状分散は確実に
行われ、均質冷気霧化油を得ることが出来、冷風量の制
御で油供給量の制御が確実に行えるようにしてある。そ
のため、加工部へ所定量の油を完全微粒子状で微量供給
できる。

【００５０】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、従前
の研削油剤の購入が不用、研削油剤及び研削屑等の高コ
ストの廃棄処理費が不用となりコストダウンに繋がるの
みならず、研削作業時、従来の塩素、硫黄、燐等の極圧
添加剤の噴霧による公害を除去し環境衛生に大幅に貢献
し、ＩＳＯ１４００を十分満足する加工設備の提供が可
能となる。又、工作物の圧縮残留応力を高く保持でき、
高い材料の疲れ強さを確保できるのみならず、従前の研
削油剤使用の場合必要とした油温上昇による寸法補正が
不用となり高精度の加工が可能である。又研削油剤使用
の場合のように噴霧雰囲気のなかで作業する必要がなく
なり、そのため研削状態を常に監視できるので高精度、
高能率の研削が可能である。

【００５１】更に砥石は研削比が高い上、冷風用研削剤
である微粒子状植物性油は材料の再生が可能であるとと
もに、ＣＢＮ研削の超高速化に対応して、研削油剤使用
の場合に比較して大きな負荷動力は不用となる。又、冷
風の外周に乾き空気による伴流乾燥空気が位置している
為に、冷風吹き出しノズルに対する適切な着霜防止がで
き、完全連続運転が可能となる。又、微粒子油供給ノズ
ルに隣接した冷風吹き出しノズルにより惹起されるミス
ト化空気による着霜を、乾き空気の使用により前記冷風
吹き出しノズル及び微小給油ノズルに惹起される着霜ト
ラブルを排除して、連続運転が可能となる。

【００５２】更に、加工部を覆うエアカーテンによりそ
れを取り巻く外気より遮断隔絶することができ、ワーク
の着脱が容易に行える中で外気気温の影響を受ける事無
く所要の冷風加工ができる。また加工屑の外部飛散を吸
収するため、環境汚染を防止できる。又微粒子油供給装
置により完全霧化した微粒子油を冷風への完全混入が可
能となり容易に微粒子油の制御可能の給油ができる。
尚、上記実施例において、冷風研削装置について説明し
たが、本発明は切削刃具を用いる機械切削装置について
も同様な方法で適用できる事は自明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる冷風研削装置の概略
の構成を示す系統図である。

【図２】図１の装置の実施テストに基づく、単位時間当
たりの研削代断面積別の圧縮残留応力を示すグラフ図で
ある。

【図３】図１の装置の実施テストに基づく、被研削部材
の硬さの変化を示すグラフ図である。

【図４】図１の装置をＣＢＮ砥石使用のもとに、実施し
た場合の連続冷風研削性能を示すグラフ図である。

【図５】本発明の冷風研削方法をＣＢＮ砥石使用のもと
に、実施した場合の鏡面研削の研削面粗さの状況を示す
グラフ図である。

【図６】被研削部材の圧縮残留応力についての、本発明
の冷風研削方法と従来の研削油剤使用の湿式研削方法に
よる場合との比較図である。

【図７】図１の冷風研削装置の着霜防止対策をした冷風
研削装置の冷風加工システムの概略の構成を示す系統部
分図である。

【図８】着霜防止対策を示す冷風吹き出しノズル微粒子
状植物油給油ノズルとの配置構成を示すノズル構成図で
ある。

【図９】図８の他の実施形態を示すノズル構成図であ
る。

【図１０】図１の装置に用いるエアカーテン形成装置の
概略構成図である。

【図１１】図１０のエアカーテン部を示す要部断面図で
ある。

【図１２】微粒子油給油装置の概略の構成を示す図であ
る。

【図１３】従来の乾式研削装置の概要を示す模式図であ
る。

【図１４】（Ａ）は研削点への冷風吹き出しノズルを独
立配設した場合における、従来の着霜発生の状況を示す
図、（Ｂ）は微粒子油給油ノズルと冷風吹き出しノズル
とを隣接させた場合における、着霜発生の状況を示す図
である。

【符号の説明】

１０被研削部材（ワーク）１１砥石１２コンプレッサ１３リリーフ弁１４フィルタ１５エアドライヤ１６ドレーンバルブ１７ミストセパレータ１８エアドライヤ１９熱交換器２０流量計２１研削点２２フィルタ２３真空ポンプ２４冷風吹き出し部２５冷風帰還回路３２圧縮乾燥空気形成部位３３吸着式除湿器５０冷風吹き出しノズル５０ａ冷風５２微小給油ノズル５２ａ微粒子状植物性油５３伴流空気ノズル５３ａ圧縮乾き空気５４圧縮乾き空気ノズル５４ａ圧縮乾き空気６０ａ、６０ｂ、６２ａ着霜６５下部吸気ヘッダ６６上部送気ヘッダ６７外側エアカーテン６８内側エアカーテン６９外側循環回路７０内側循環回路７２吸引部７３電磁霧化装置７４冷気油ノズル７５ベンチュリー状給油菅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特公平７−24798（ＪＰ，Ｂ２) 1995年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集Ｐ27、28「冷風ＣＢＮ研削の残留応力に及ぼす研究」 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 11/10 B23Q 11/00 B24B 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】研削砥石若しくは切削刃具（以下加工治
具という）を研削点若しくは切削点（以下加工点とい
う）に接触させて砥石研削若しくは刃具切削を行なう加
工方法において、 −１℃以下の乾燥空気の冷風を前記加工点へ供給すると
ともに、植物油等の無公害油からなる微粒子状油を、前
記加工点に直接若しくは加工治具を介して該加工点に間
接的に、供給しながら砥石研削若しくは刃具切削を行な
い、更に前記加工点若しくは加工治具への吹出し冷風周
囲に該冷風より温度の高い乾き空気流が位置することを
特徴とする冷風加工方法。
【請求項２】研削砥石若しくは切削刃具（以下加工治
具という）を研削点若しくは切削点（以下加工点とい
う）に接触させて砥石研削若しくは刃具切削を行なう加
工方法において、 −１℃以下の乾燥空気からなる冷風を前記加工点へ供給
するとともに、固定潤滑処理した加工治具を使用して砥
石研削若しくは刃具切削を行ない、更に、前記加工点若
しくは加工治具への吹出し冷風周囲に該冷風より温度の
高い乾き空気流が位置することを特徴とする冷風加工方
法。
【請求項３】研削砥石若しくは切削刃具（以下加工治
具という）を研削点若しくは切削点（以下加工点とい
う）に接触させて砥石研削若しくは刃具切削を行なう加
工装置において、除塵した圧縮乾燥空気の温度を−１℃以下に低減させる
冷却手段と、該冷却手段により冷却された乾き空気を加
工点に供給する冷風吹き付け部と、微粒子状の植物油等
の無公害油を加工点に直接若しくは加工治具を介して加
工点に間接的に供給する手段とを設け、前記冷風吹き付
け部は、内外２重構造を持つ吹き付けノズルよりなり、
中心側ノズルより冷風が吹き出し、外側ノズルより冷風
吹き出し温度以下の露点まで除湿した伴流乾燥空気が吹
出すように構成したことを特徴とする冷風加工装置。
【請求項４】前記伴流乾燥空気は、常温近傍に温度帯
域を持ち冷風吹き出し温度以下の露点まで除湿した、前
記冷風より低速低圧の乾き空気であることを特徴とする
請求項３記載の冷風加工装置。
【請求項５】前記伴流乾燥空気は、前記冷却手段の上
流側の冷風生成の為の乾燥空気通路を分岐して除湿器を
通して得られた乾き空気である請求項３記載の冷風加工
装置。
【請求項６】前記冷風吹出し口と伴流乾燥空気吹出し
口との間のノズル隔壁を低熱伝導部材により構成したこ
とを特徴とする請求項３記載の冷風加工装置。
【請求項７】微粒子状油の給油ノズルと冷風吹き出し
ノズルとを隣接させて配置するとともに、少なくとも冷
風吹出しノズル外側に乾き空気供給用吹き出しノズルを
囲繞するごとく配設したことを特徴とする請求項３記載
の冷風加工装置。
【請求項８】上記微粒子油供給手段として、ベンチュ
リー吸引部を備えた冷風吹き付け部と、該ベンチュリー
吸引部に設けた給油用油の高周波振動霧化装置とより構
成したことを特徴とする請求項３載の冷風加工装置。
【請求項９】前記冷風が加工点を冷却した後、加工屑
除去フィルタを介して循環させる冷風循環回路を設けた
ことを特徴とする請求項３記載の冷風加工装置。
【請求項１０】研削砥石若しくは切削刃具（以下加工
治具という）を研削点若しくは切削点（以下加工点とい
う）に接触させて砥石研削若しくは刃具切削を行なう加
工装置において、除塵した圧縮乾燥空気の温度を−１℃以下に低減させる
冷却手段と、該冷却手段により冷却された乾き空気を加
工点に供給する冷風吹き付け部と、微粒子状の植物油等
の無公害油を加工点に直接若しくは加工治具を介して加
工点に間接的に供給する手段とを設け、前記冷風吹き付
け部及び微粒子状植物油供給手段と加工点周囲をエアカ
ーテンにより外気より隔離するとともに、前記エアカー
テンは内外２重構造とし、内側カーテンの空気速度を外
側カーテンの空気速度より大に設定して外気の侵入を遮
断して、前記加工点周囲温度をほぼ冷風温度に維持する
ことを特徴とする冷風加工装置。