JP5598841B2

JP5598841B2 - 機械加工システム

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Publication number: JP5598841B2
Application number: JP2010037678A
Authority: JP
Inventors: 尚宏西川
Original assignee: Iwate University
Current assignee: Iwate University
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: JP2011173190A

Description

本発明は、鉱油をベースとした不水溶性切削油や水溶性切削油に代わって水を主とする加工水を用い、加工物に対して加工水を介在させて研削や切削等の機械加工を行う機械加工システムに係り、特に、電気防錆を行いながら機械加工を行うことのできる機能を備えた機械加工システムに関する。

従来、この種の機械加工システムとして、本願発明者らが先に提案し、例えば、特許文献１（特開２００４−１７２６１号公報），特許文献２（特開２００４−３２３９４０号公報）に掲載された技術が知られている。
図１２に示すように、例えば、特許文献２に掲載された機械加工システムで説明すると、これは、研削盤からなる加工装置Ｋを備えている。この加工装置Ｋは、金属製の導電性加工物Ｍを導電性の電磁チャックからなる保持具１００により保持し、砥石からなる工具１０１により研削加工するものである。保持具１００は絶縁部材１００ａを介して導電性の容器１０２内に設けられている。容器１０２及び保持具１００は絶縁層１０２ａを介して基台１０３に設けられている。この加工物Ｍの加工時には、ノズル１０４から加工物Ｍと工具１０１との間に水を主とする加工水Ｗが噴射され、容器１０２に溜められて排出される。ノズル１０４及び容器１０２は加工水Ｗに通電する陽極部Ａとして構成されている。また、加工水Ｗが接触する加工物Ｍ及び保持具１００を陰極部Ｃとして、陽極部Ａから加工水Ｗを通してこの陰極部Ｃへ電流を流す回路部１０５が設けられている。回路部１０５は、直流電源供給制御装置１０６と、直流電源供給制御装置１０６と陽極部Ａを接続する陽極線１０７と、直流電源供給制御装置１０６と陰極部Ｃを構成する保持具１００に接続される陰極線１０８とを備えて構成されている。

この加工装置Ｋにおいては、機械加工時に、陽極部Ａから加工水Ｗを通して陰極部Ｃへ電流が流れるので、加工水Ｗと加工によって活性化した加工物Ｍの表面とが接触した場合においても、加工物Ｍのイオン化が抑止され、また、加工水Ｗに晒される加工物Ｍの非加工面や保持具１００のイオン化も抑止され、そのため、錆による腐食が防止される所謂電気防錆加工が行われる。

ところで、上記従来の機械加工システムにおいて、加工装置Ｋで使用された加工水Ｗは、排水されるが、環境や省資源の観点から、浄化してから廃水にし、あるいは再利用することが考えられ、従来からある廃液の処理技術の適用が検討される。従来からある廃液の処理においては、例えば、使用された加工液を加工装置から回収して廃液貯留槽に貯留し、この廃液貯留槽で加工屑を沈殿させ、更にフィルタで除去して再び加工装置に送り、循環利用している技術がある（例えば、特開２００４−２３０５２７号公報（特許文献３）等参照）。

特開２００４−１７２６１号公報特開２００４−３２３９４０号公報特開２００４−２３０５２７号公報

しかしながら、上記従来の機械加工システムにおいて、加工装置Ｋで使用された加工水Ｗを、上記特許文献３に記載の従来の廃液処理技術を用いて単に処理しても、処理が不十分になるという問題があった。その理由は、使用された加工水Ｗには、例えば、加工屑として鉄の粉粒物が混在すると、貯留槽で加工屑を沈殿させても、沈殿した鉄が錆びてイオン化して大量に溶出し、これにより、加工水Ｗが汚染されてくるからである。特に、加工水Ｗを循環再利用しようとした場合には、加工水Ｗ中の鉄イオンが加工物Ｍや導電性の部材に付着して汚染させる等の悪影響を与えることが懸念される。

本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、加工装置で使用された加工水を、加工水中に混入する加工屑の粉粒物の錆を抑止しながら浄化処理できるようにし、廃水のみならず特に再利用を有効に行うことができるようにした機械加工システムを提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の機械加工システムは、加工物を保持具により保持して工具により加工するとともに該加工物の加工時に上記加工物及び工具間に加工水を介在させる加工装置を備え、該加工装置を、上記加工水に通電する第１陽極部と、上記加工物の加工時に上記第１陽極部と同時に上記加工水に接触する上記加工物及び工具を含む導電性部材を第１陰極部として、上記第１陽極部から加工水を通して該第１陰極部へ電流を流す第１回路部とを備えて構成した機械加工システムにおいて、
上記加工装置で使用された加工水を処理する加工水処理装置を設け、該加工水処理装置を、上記加工装置で使用された加工水を貯留する貯留槽と、該貯留槽に貯留された加工水に通電する第２陽極部と、上記加工水に含まれ上記貯留槽の底に沈殿してくる導電性の粉粒物を第２陰極部として、上記第２陽極部から加工水を通して該第２陰極部へ電流を流す第２回路部とを備えて構成している。

ここで、本発明が適用される加工装置としては、機械加工を行う工作機械、例えば、研削盤、旋盤、マシニングセンタ、グラインディングセンタ、フライス盤、ボール盤、片削り盤、平削り盤、立て削り盤、歯切り盤、ブローチ盤、ラップ盤、超仕上げ盤等のように工具を使用して機械加工する装置がある。また、加工物は、機械加工において被削材や工作物と呼ばれる機械加工の全対象物をいい、例えば錆を発生する導電性の金属が含まれる。また、加工物が非導電性の樹脂，セラミックあるいは導電性の錆の生じない金属（ステンレス，チタン等）等であっても良いが、本発明は主には加工物が水により錆びを生じる導電性の金属の場合により効果を発揮する。
更に、加工水は、Ｈ₂Ｏに多少の他の物質が含まれていても良い。典型的には水道水であるが、通常の水道水に含まれない成分を含むものであっても、本発明の効果が得られ、それが環境に対して有害とはならない量あるいは種類のものであれば、当該成分を含む水を主成分とする水溶液も加工水に含まれる。即ち、水の硬度成分でもあるカルシウムやマグネシウム等、水の導電性を増加させる物質が含まれていても良いことは勿論のこと、例えば、グラファイト等の水に不溶で水と分離可能な潤滑剤を含む水溶液でも良い。

また、加工装置において、加工水が接触する部分には、できるだけ加工水の影響がないような加工等の対応をとることが望ましい。例えば、プラスチック，セラミックやステンレス等の水により錆びが生じない素材で構成し、あるいは、このような素材をコーティングし、あるいは、加工水が接触しないようにシールを行う。シールには例えば気体を噴射する気体シール、摺動部・回転部などへのメカニカルシール等が含まれる。特に、加工水が連続的に介在しないが、加工水が少なからず付着するような導電性部材においては、このような加工水の影響がない対応をとることが有効である。本発明が第１陰極とするのは、このような素材変更，コーティングやシールによることができない部分であって、なお且つ加工物の加工時に第１陽極部と同時に加工水に接触する導電性の部位が対象となる。

また、加工水に通電する第１陽極部は、第１陰極部を構成する導電性部材に対しては加工水を通して通電されるよう絶縁されて別に設けられる。第１陰極部は、加工物及び工具を含む導電性部材が対象となるが、加工水が接触する加工物や工具であっても非導電性であれば第１陰極部を構成しない。第１回路にはこの第１陰極部へ通電するための陰極線が接続される。

よって、本発明によれば、加工物が導電性の金属で水により錆びが生じる材料である場合で説明すると、加工装置においては、予め、加工物が第１陰極部を構成するように、第１回路部により例えば保持具を介して陰極側に接続しておく。
先ず、加工装置により加工物の加工がおこなわれる。この際には、加工物を保持具により保持し、工具により加工を行う。この加工物の加工時には、加工物に加工水が加工物と工具との間に介在するが、所謂電気防錆加工が行われる。即ち、この加工時においては、第１陽極部から加工水を通して第１陰極部へ電流が流れるので、加工水と加工により活性化した加工物の表面とが接触した場合においても、加工物のイオン化が抑止され、また、加工液に晒される加工物の非加工面や他の第１陰極部として構成された導電性部材のイオン化も抑止され、そのため、錆による腐食が防止される。

また、この加工装置で使用された加工水は、加工水処理装置で処理される。加工水処理装置においては、加工装置で使用された加工水が貯留槽に貯留される。この貯留槽では、加工水には導電性の加工物が研削や切削などで除去された加工屑の粉粒物が混入しているので、加工屑の粉粒物が沈殿してくる。貯留槽に粉粒物が沈殿するとこの沈殿した粉粒物が第２陰極部として構成され、第２回路部によって第２陽極部から加工水を通して第２陰極部へ電流が流される。これにより、第２陰極部を構成する導電性の沈殿した粉粒物においては供給される電子のためにイオン化（鉄の場合にはＦｅ²⁺）が阻止され、錆による腐食が防止される。また、すでに溶出している陽イオンも電気泳動により陰極へ吸着回収することができる。そのため、この錆によって加工水が汚染される事態が抑止される。その結果、加工水の浄化処理が良好になり、廃水にするときのみならず、特に再利用を行う際に有効になる。

そして、必要に応じ、上記第２回路部は、上記貯留槽の底部に設けられ上記第２陰極部としての粉粒物に接触する陰極端子部材を備えた構成としている。底部に陰極端子部を設けるので、粉粒物を受け止めやすく確実に通電することができる。

また、必要に応じ、上記加工水処理装置を、上記加工装置で使用された加工水を回収して上記貯留槽に送る回収管路を備えて構成し、該回収管路の途中に、加工水に含まれた粉粒物を概ね分離して取り出すセパレータを設けた構成としている。加工水から概ね加工屑の粉粒物を分離できるので、貯留槽に大量の粉粒物が入り込む事態を防止することができる。

更に、必要に応じ、上記加工水処理装置を、上記貯留槽の上澄の加工水を取り出してろ過するろ過部を備えて構成している。上澄に残った粉粒物を更に取り除くので、より一層加工水の浄化を確実に行うことができる。
この場合、上記ろ過部として、上記貯留槽からの加工水をフィルタを通過させてろ過する一次ろ過部と、該一次ろ過部でろ過された加工水を逆浸透膜を通過させてろ過する二次ろ過部とを備えて構成したことが有効である。この場合、一次ろ過部と二次ろ過部の２つのろ過部でろ過を行うので、加工水の浄化を確実に行うことができる。特に、二次ろ過部の逆浸透膜によるろ過を行うので、加工水中のイオンも分離できることから、より一層確実に浄化を行うことができる。また、一次ろ過部でろ過するので、逆浸透膜の目詰まりを防止することができる。

更にまた、必要に応じ、上記加工水処理装置を、上記加工装置で使用された加工水を回収して上記貯留槽に送る回収管路と、上記貯留槽の後流側に設けられ加工水を貯留する加工水槽と、該加工水槽の加工水を上記加工装置に供給する供給管路とを備えて構成し、加工水を循環して使用可能にした構成にしている。加工水を循環利用できるので、省力化を図ることができる。不足した加工水は、加工水槽に補給することができる。
また、必要に応じ、上記貯留槽及び加工水槽に、夫々、槽内の加工水の水質を検出する水質センサ部を設けた構成としている。水質センサ部の検出結果に基づいて、貯留槽及び加工水槽内において、加工水を廃水にし、あるいは、水を補充する等の調整を行うことができる。

そしてまた、必要に応じ、上記加工装置を、上記保持具により保持した加工物が浸漬可能に加工水を収容する収容容器を備えて構成し、該収容容器内の加工水中で加工物に対して工具による加工を行わせるようにした構成としている。これにより、加工物全体を加工水中に浸漬した状態で機械加工を行うことができ、この場合には、加工中に加工物全体に対し安定して所定の電流を供給することができるので、より安定した電気防錆を行うことができる。また、加工物全体を加工水中に浸漬した状態で機械加工を行うことができ、そのため、ノズルにより加工水を噴射供給する場合に比較して、冷却機能や潤滑機能が向上し、その結果、従来の切削油での加工と遜色のない加工を行うことができる。その結果、工具寿命を向上させ、加工品質を向上させることができる。

また、必要に応じ、上記第１陽極部を、上記収容容器の側壁内周に沿って設けられる主電極と、上記収容容器内であって上記保持具により保持された加工物の周囲に設けられる補助電極とを備えて構成している。これにより、第１陽極部が主電極と補助電極とからなるので、実質的に第１陽極部の加工水に対する接触面積を増大することができ、そのため、加工水中の電流密度のばらつきを低減することもできる。また、第１陰極部との距離を小さくすることにも寄与することから、それだけ消費電力も少なくすることができる。特に、第１陰極部同士間に隙間が有る場合、この隙間に介在する加工水に対しても補助電極による通電作用が安定し、隙間を形成する部材の防錆が有効に行なわれる。

この場合、上記主電極及び補助電極を網状部材で形成したことが有効である。網状部材なので、加工水との接触面積が大きくなり、加工水に効率的に電流を供給することができ、より一層、加工水中の電流密度のばらつきを低減して、電流密度を均一化することができる。

また、必要に応じ、加工後の導電性の加工物の表面処理を行う表面処理装置を備え、該表面処理装置を、水を主とする処理水が収容されるとともに該加工後の加工物が収容される処理容器と、該処理容器に収容された処理水に通電する第３陽極部と、上記処理水中の加工物を第３陰極部として、上記第３陽極部から処理水を通して該第３陰極部へ電流を流す第３回路部とを備えて構成している。

処理水とは、Ｈ₂Ｏに、加工物に皮膜を形成する物質が含まれている水溶液をいう。典型的には水道水であるが、通常の水道水に含まれない成分を含むものであっても、本発明の効果が得られ、それが環境に対して有害とはならない量あるいは種類のものであれば、当該成分を含む水を主成分とする水溶液も処理水に含まれる。水以外の成分としては、例えば、水の硬度成分でもあるカルシウムやマグネシウム等が挙げられる。

これにより、加工後の導電性の加工物を表面処理装置で処理すると、第３回路部によって第３陽極部から処理水を通して第３陰極部へ電流が流される。これにより、第３陰極部を構成する加工物の表面に処理水中のイオン（例えば、Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺等の水和物等）が結合していき、薄い被膜を形成する。通常、加工装置で加工後の加工物を加工装置から取り外した場合には、電気防錆の作用がなくなることから、そこに水が付着していたりすると錆の原因になるが、表面処理装置で表面処理することから、加工物の表面に皮膜形成でき、この皮膜により、加工後の加工物においても錆の発生を抑止することができる。

また、必要に応じ、加工後の導電性の加工物の表面処理を行う表面処理装置を備え、該表面処理装置を、水を主とする処理水が収容されるとともに該加工後の加工物が収容される処理容器と、該処理容器に収容された処理水に通電する第３陽極部と、上記処理水中の加工物を第３陰極部として、上記第３陽極部から処理水を通して該第３陰極部へ電流を流す第３回路部とを備えて構成し、
上記処理容器を上記加工装置の収容容器で構成し、上記第３陽極部を上記加工装置の第１陽極部で構成し、上記第３回路部を上記加工装置の第１回路部で構成している。
この場合、処理水として加工水をそのまま用いることができる。また、加工水そのものでは皮膜形成物質が不足の場合には、別途、水の硬度成分でもあるカルシウムやマグネシウム等の加工物に皮膜を形成する物質を補給するようにして良い。これにより、加工装置そのものが表面処理装置として構成されることから、上記と同様に、加工後の加工物に皮膜を形成することができ、加工後の加工物においても錆の発生を抑止することができる。また、表面処理のために加工装置から加工物を逐一取り外さなくても、加工装置で皮膜処理できることから、それだけ、処理効率が向上させられる。また、加工装置と表面処理装置を兼用するので、別途表面処理装置を作成しなくても良く、それだけ、コストダウンを図ることができる。

本発明によれば、加工装置で使用された加工水は、加工水処理装置で処理されるが、加工水処理装置においては、加工水を貯留槽に貯留してこれに含まれる導電性の加工屑の粉粒物を沈殿させるとともに、この沈殿した粉粒物を第２陰極部として、第２回路部によって第２陽極部から加工水を通して第２陰極部へ電流を流すので、第２陰極部を構成する導電性の沈殿した粉粒物のイオン化を阻止することができ、そのため、錆による腐食を抑止することができる。このため、粉粒物の錆によって加工水が汚染される事態を抑止することができ、加工水の浄化処理を良好にして、廃水にするときのみならず、加工水の再利用を有効に行うことができるようになる。

本発明の実施の形態に係る機械加工システムを示す図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいて加工装置の要部を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいて加工装置及び加工水処理装置の一部を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいて加工水処理装置の処理槽の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいて加工水処理装置のろ過部構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいて表面処理装置の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいてろ過部の別の構成例を示す図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいて加工装置の変形例を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいて加工装置の別の変形例を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る機械加工システムにおいて加工装置のまた別の変形例を示す断面図である。本発明の加工装置における水中加工の品質実験の結果を示すグラフ図である。従来の機械加工システムの一例を示す図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る機械加工システムについて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の実施例に係る機械加工システムＳの基本的構成は、加工装置Ｋと、加工水処理装置Ｊと、表面処理装置Ｈとからなる。尚、上記と同様のものには同一の符号を付して説明する。

加工装置Ｋは、図１乃至図３に示すように、研削盤からなり、樹脂コーティングされて絶縁された基台１と、基台１に設けられ金属製の導電性加工物Ｍを保持する導電性の電磁チャックからなる保持具２とを備え、砥石からなる工具３により研削加工するものである。保持具２の上面２ａは平面状に形成され、加工物Ｍを磁着保持する。
砥石は、砥粒を結合剤により固めたものであるが、結合剤とともに潤滑剤を含有することができる。水中での加工性が向上させられる。
加工装置Ｋは、加工物Ｍの加工時に加工物Ｍおよび工具３間に加工水Ｗを介在させる。加工水Ｗとしては、例えば、水道水が用いられる。詳しくは、加工装置Ｋは、保持具２により保持した加工物Ｍが浸漬可能に加工水Ｗを収容する収容容器４を備えて構成され、収容容器４内の加工水Ｗ中で加工物Ｍに対して工具３による加工を行わせるようにしている。

収容容器４は、図２及び図３に示すように、保持具２の上面２ａを底面５とし、この底面５に矩形枠状の側壁６を立設して形成されている。側壁６は、非導電性の樹脂板，樹脂コーティングやセラミック溶射などで絶縁性処理された金属板，セラミック材等の非導電性の部材（実施の形態では非導電性の樹脂板）で形成されている。また、収容容器４には、その一端側から後述の供給管路４１により加工水Ｗが供給される。尚、収容容器４の側壁６には、収容容器４内に溜まった加工屑を排出する等掃除をする際に使用するドレン（図示せず）が設けられている。
また、図１に示すように、保持具２の周囲には収容容器４から溢れ出た加工水Ｗ、工具３によって飛散した加工水Ｗを受けて流す受け部７があり、この受け部７の下流端には加工水Ｗの排水口８が形成されている。排水口８は、後述の回収管路２６に接続されており、自然落下により、後述の貯留槽２０に排出される。尚、回収管路２６にポンプを介装して加工水Ｗを強制排出させるようにしても良い。
更に、加工装置Ｋは、加工時に、工具３，その駆動部（図示せず），保持具２及び受け部を覆って加工水Ｗの飛散を抑えて受け部７に落とし込む開閉可能なカバー９を備えている。

また、加工装置Ｋは、加工水Ｗに通電する第１陽極部Ａ１と、加工物Ｍの加工時に第１陽極部Ａ１と同時に加工水Ｗに接触する上記の加工物Ｍ及び工具３を含む導電性部材を第１陰極部Ｃ１として、第１陽極部Ａ１から加工水Ｗを通して第１陰極部Ｃ１へ電流を流す第１回路部１０とを備えて構成されている。
第１陽極部Ａ１は、図２及び図３に示すように、収容容器４の側壁６の内周に沿って設けられる主電極１１と、収容容器４内であって保持具２により保持された加工物Ｍの周囲に設けられる補助電極１２とを備えて構成されている。主電極１１は、ステンレス製の網状部材で形成され、収容容器４の側壁６内周に付設されている。補助電極１２は、ステンレス製の網状部材で形成され、支持部材１３に支持されている。支持部材１３は、保持具２の上面２ａに磁着される金属製の土台１４と、土台１４に取り付けられ補助電極１２の網状部材が付設される例えばアクリルなどの樹脂製の付設板１５とを備えて構成されている。網状部材は付設板１５の一側縁部の表裏面に亘って付設されている。実施の形態では、支持部材１３は４台設けられ、夫々、網状部材が加工物Ｍに対峙して加工物Ｍを囲繞するように、土台１４を保持具２に磁着させて配置される。尚、実施の形態では、支持部材１３は４台設けられているが、必ずしもこれに限定されず、１〜３台、あるいは５台以上設置するようにして良い。

第１陰極部Ｃ１は、加工水Ｗが接触する加工物Ｍ及び工具３を含む導電性部材で構成されるが、工具３は、砥石であり、加工水Ｗに浸漬するものの非導電性部材なので第１陰極部Ｃ１としては構成されない。実施の形態においては、第１陰極部Ｃ１として構成されるのは、加工物Ｍ及び加工物Ｍを磁着保持する保持具２である。
第１回路部１０は、図１に示すように、直流電源供給制御装置１６と、直流電源供給制御装置１６と第１陽極部Ａ１を接続する第１陽極線１７と、直流電源供給制御装置と第１陰極部Ｃ１を構成する保持具２に接続される第１陰極線１８とを備えて構成されている。第１陰極部Ｃ１を構成する加工物Ｍには保持具２を通して通電される。図１中符号１９は計測用の無抵抗電流計であり、防錆状態を把握したり、皮膜厚さの状態を把握するため等に利用することができる。尚、現場で使用する際は普通の電流計であってよい。また、予め設定時の電流を図っておけば電流計自体使用しなくても良い。また、直流電源は、例えば補助電極１２ごとに複数備えても良い。更に、電流計も複数あっても良い。

加工水処理装置Ｊは、図１及び図４に示すように、加工装置Ｋで使用された加工水Ｗを処理するもので、加工装置Ｋで使用された加工水Ｗを貯留する非導電性の樹脂製の貯留槽２０と、貯留槽２０に貯留された加工水Ｗに通電する第２陽極部Ａ２と、加工水Ｗに含まれ貯留槽２０の底に沈殿してくる導電性の粉粒物Ｇを第２陰極部Ｃ２として、第２陽極部Ａ２から加工水Ｗを通して第２陰極部Ｃ２へ電流を流す第２回路部２１とを備えて構成されている。第２陽極部Ａ２は、例えば、ステンレス，炭素（グラファイト），セラミック（ニッケルフェライト等），チタン（またはチタンに白金属酸化物等コーティングした所謂ＤＳＥ電極）等の水難溶性材質の材料により形成することができる。尚、第２陽極部Ａ２としては、アルミニウム，亜鉛，鉄，錫等の材質のもので形成しても良いが、水難溶性材質で形成することが望ましい。

第２回路部２１は、貯留槽２０の底部に付設され第２陰極部Ｃ２としての粉粒物Ｇに接触する板状の陰極端子部材２２を備えている。陰極端子部材２２は、上記第２陽極部Ａ２と同様に、例えば、ステンレス，炭素（グラファイト），セラミック（ニッケルフェライト等），チタン（またはチタンに白金属酸化物等コーティングした所謂ＤＳＥ電極）等の水難溶性材質の材料により形成することができる。尚、陰極端子部材２２としては、電気防錆と電気泳動による陽イオン捕縛があるので、アルミニウム，亜鉛，鉄，錫等の材質のもので形成しても良いが、水難溶性材質で形成することが望ましい。
そして、第２回路部２１は、図１に示すように、直流電源供給制御装置２３と、直流電源供給制御装置２３と第２陽極部Ａ２を接続する第２陽極線２４と、直流電源供給制御装置と陰極端子部材２２に接続される第２陰極線２５とを備えて構成されている。直流電源供給制御装置２３は、上記の第１回路部１０の直流電源供給制御装置１６と共用してよいが、夫々、供給電圧及び電流が異なるので、共用する場合には、配線を２系統にすることが望ましい。

また、加工水処理装置Ｊは、図１及び図３に示すように、加工装置Ｋで使用された加工水Ｗを回収して貯留槽２０に送る回収管路２６を備えて構成されている。また、回収管路２６の途中には、加工水Ｗに含まれた粉粒物Ｇを概ね分離して取り出すセパレータ２７が設けられている。セパレータ２７としては、例えば、図３に示すように、マグネットローラ２７ａで粉粒物Ｇを磁着して分離する周知のマグネットセパレータが用いられる。また、セパレータ２７としては、図示しないが、例えば、ポンプで加圧して加工水を供給して用いる周知のサイクロン型セパレータ、あるいは、網部材で加工水Ｗの加工屑の粉粒物Ｇを濾しとる簡易な構造のもの等、適宜のものを用いて良い。

更に、加工水処理装置Ｊは、図１及び図５に示すように、貯留槽２０の上澄の加工水Ｗを取り出してろ過するろ過部を備えて構成されている。ろ過部としては、貯留槽２０からの加工水Ｗをフィルタ３１を通過させてろ過する一次ろ過部３０と、一次ろ過部３０でろ過された加工水Ｗを逆浸透膜３３を通過させてろ過する二次ろ過部３２とが備えられている。一次ろ過部３０及び二次ろ過部３２にはポンプ３４により貯留槽２０から汲み上げられた加工水Ｗが加圧されて供給される。

一次ろ過部３０は、図５に示すように、ろ過器３０Ａを備えている。このろ過器３０Ａは、原理的に示すと、筒状の本体３５に多数の孔３６ａの開いたパイプ３６を挿通し、本体３５とパイプ３６との間にフィルタ３１としての交換可能なろ過材を収納し、本体３５とパイプ３６との間に貯留槽２０からの加工水Ｗを注入し、フィルタ３１に加工水Ｗを通して、パイプ３６の孔３６ａからパイプ３６を通過させて、パイプ３６の出口３６ｂからろ過された加工水Ｗを排出するものである。

二次ろ過部３２は、図５に示すように、ろ過器３２Ａを備えている。このろ過器３２Ａは、原理的に示すと、筒状の本体３７に多数の孔３８ａの開いたパイプ３８を挿通し、本体３７とパイプ３８との間に逆浸透膜３３を設け、本体３７とパイプ３８との間に一次ろ過部３０からの加工水Ｗを注入し、逆浸透膜３３を通過させ、パイプ３８の孔３８ａからパイプ３８を通して、パイプ３８の出口３８ａからろ過された加工水Ｗを排出するものである。逆浸透膜３３を透過しなかったイオン濃縮水は、本体３７の出口３７ａから排出して、例えば、上記の貯留槽２０に戻す。あるいは、廃水にする。この場合、必要に応じ、環境基準以下になるように水で希釈して廃水する。

更にまた、加工水処理装置Ｊは、図１に示すように、貯留槽２０の後流側であって二次ろ過部３２から排出された加工水Ｗを貯留する加工水槽４０と、加工水槽４０の加工水Ｗを加工装置Ｋに供給する供給管路４１とを備えて構成されている。供給管路４１の終端には上記の収容容器４に加工水を送出するノズル４２が設けられている。供給管路４１には加工水Ｗを送給する送給ポンプ４３が介装されている。これにより、加工水処理装置Ｊは、加工水Ｗを循環して使用可能にしている。また、加工水槽４０には、不足した加工水Ｗが補充される。

また、図１に示すように、貯留槽２０及び加工水槽４０には、夫々、槽内の加工水の水質（例えば、鉄イオン濃度，導電率，ｐＨ，濁度等）を検出する各種センサからなる水質センサ部４５，４６が設けられている。水質センサ部４５，４６の検出結果に基づいて、貯留槽２０及び加工水槽４０内において、加工水Ｗを廃水にし、あるいは、水を補充する等の調整を行うことができる。尚、水質センサ部４５，４６はあってもなくてもよく、例えば、上記の無抵抗電流計のようにあらかじめ加工開始から加工水Ｗが汚染して廃水を要するまでの時間を水質センサ部４５，４６で計っておき，その後、水質センサ部４５，４６を外して時間だけを見て廃水にする使い方もある。

表面処理装置Ｈは、図１及び図６に示すように、加工後の導電性の加工物Ｍの表面処理を行うもので、水を主とする処理水Ｗａが収容されるとともに加工後の加工物Ｍが収容される処理容器５０と、処理容器５０に収容された処理水Ｗａに通電する第３陽極部Ａ３と、処理水Ｗａ中の加工物Ｍを第３陰極部Ｃ３として、第３陽極部Ａ３から処理水Ｗａを通して第３陰極部Ｃ３へ電流を流す第３回路部５１とを備えて構成されている。実施の形態では、処理容器５０は、加工装置Ｋの収容容器４で構成され、第３陽極部Ａ３は、加工装置Ｋの第１陽極部Ａ１で構成され、第３回路部５１は、加工装置Ｋの第１回路部１０で構成されている。処理水Ｗａとしては、加工水Ｗと同様に、例えば、水道水が用いられる。

従って、この実施の形態に係る機械加工システムＳを用いて、加工物Ｍを加工するときは以下のようになる。ここでは、加工物Ｍが導電性の金属で水により錆びが生じる鉄材料である場合で説明する。加工装置Ｋにおいて、先ず、この加工物Ｍを電磁チャックである保持具２に磁着して保持する。この場合、加工物Ｍがこれを囲繞する補助電極１２に接触しないようにする。そして、送給ポンプ４３を駆動して、加工水槽４０から加工水Ｗを収容容器４に供給する。加工水Ｗは収容容器４を満たすと、排出口８から排出されて自然落下し、貯留槽２０に貯留される。また、ポンプ３４の駆動により、加工水Ｗは貯留槽２０から加工水槽４０へ送られ、加工水Ｗは循環させられる。

この状態で、砥石である工具３を駆動し、加工物Ｍの研削を行う。研削の加工中においては、加工物Ｍは容器内で加工水Ｗ中に浸漬されており、図３に示すように、加工水Ｗ中で研削が行われる。この加工物Ｍの加工時には、加工物Ｍに加工水Ｗが加工物Ｍと工具３との間に介在するが、所謂電気防錆加工が行われる。即ち、この加工時においては、第１陽極部Ａ１から加工水Ｗを通して第１陰極部Ｃ１へ電流が流れるので、加工水Ｗと活性化した加工物Ｍの表面とが接触した場合においても、加工物Ｍのイオン化が抑止され、また、加工水Ｗに晒される加工物Ｍの非加工面や他の第１陰極部Ｃ１として構成された導電性部材のイオン化も抑止され、そのため、錆による腐食が防止される。

また、加工においては、加工物Ｍ全体を加工水Ｗ中に浸漬した状態で機械加工を行うことができるので、水槽を用いずにノズルのみにより加工水Ｗを噴射供給する場合に比較して、冷却機能や潤滑機能が向上し、その結果、従来の切削油での加工と遜色のない加工を行うことができる。その結果、工具３の寿命を向上させ、加工品質を向上させることができる。
更に、加工物Ｍ全体が加工水Ｗ中に浸漬した状態なので、加工物Ｍ全体に対し安定して所定の電流を供給することができる。そのため、より安定した電気防錆を行うことができる。特に、第１陽極部Ａ１は主電極１１と補助電極１２とからなるので、実質的に第１陽極部Ａ１の加工水Ｗに対する接触面積を増大することができ、そのため、加工水Ｗ中の電流密度のばらつきを低減することもできる。また、第１陰極部Ｃ１との距離を小さくすることにも寄与することから、それだけ消費電力も少なくすることができる。特に、図３に示すように、加工物Ｍの裏面と保持具２の上面２ａとの隙間Ｅ１に介在する加工水Ｗに対しても補助電極１２による通電作用が安定し、加工物Ｍの裏面及びこれが接触する保持具２の上面２ａの防錆も有効に行わせることができるようになる。また、図３に示すように、加工物Ｍを複数連接して加工する場合もあるが、この場合、加工物Ｍと加工物Ｍとの連接の隙間Ｅ２（図３中点線で表示）に介在する加工水Ｗに対しても補助電極１２による通電作用が安定し、加工物Ｍの連設面の防錆も有効に行わせることができるようになる。
更にまた、主電極１１及び補助電極１２は網状部材で形成されているので、加工水Ｗとの接触面積が大きくなり、加工水Ｗに効率的に電流を供給することができ、より一層、加工水Ｗ中の電流密度のばらつきを低減して、電流密度を均一化することができる。

また、加工装置Ｋで使用された加工水Ｗは、加工水処理装置Ｊで処理される。加工水処理装置Ｊにおいては、加工水Ｗが加工装置Ｋの排水口８から回収管路２６を流下して貯留槽２０に至る。この場合、回収管路２６には、セパレータ２７が介装されているので、このセパレータ２７において加工水Ｗに含まれた加工屑の粉粒物Ｇが概ね分離して取り出される。そのため、貯留槽２０に大量の粉粒物Ｇが入り込む事態が防止される。

貯留槽２０においては、図４に示すように、加工水Ｗには導電性の加工物Ｍが研削や切削などで除去された加工屑の粉粒物Ｇが混入しているので、加工屑の粉粒物Ｇが沈殿してくる。貯留槽２０に粉粒物Ｇが沈殿すると、この沈殿した粉粒物Ｇが第２陰極部Ｃ２として構成され、第２回路部２１によって第２陽極部Ａ２から加工水Ｗを通して第２陰極部Ｃ２へ電流が流される。この場合、第２回路部２１は、貯留槽２０の底部に設けられ第２陰極部Ｃ２としての粉粒物Ｇに接触する板状の陰極端子部材２２を備えているので、粉粒物Ｇを受け止めやすく確実に通電することができる。
これにより、第２陰極部Ｃ２を構成する導電性の沈殿した粉粒物Ｇにおいては供給される電子のためにイオン化（鉄の場合にはＦｅ²⁺）が阻止され、錆による腐食が防止される。また、すでに溶出している陽イオンも電気泳動により陰極へ吸着回収することができる。そのため、この錆によって加工水が汚染される事態が抑止される。その結果、加工水Ｗの浄化処理が良好になる。

また、貯留槽２０の上澄の加工水Ｗは、ポンプ３４により取り出されて一次ろ過部３０を通して二次ろ過部３２に強制的に送られ、加工水槽４０に貯留される。この場合、図５に示すように、一次ろ過部３０と二次ろ過部３２の２つのろ過部でろ過を行うので、加工水Ｗの浄化を確実に行うことができる。特に二次ろ過部３２のろ過器３２Ａの逆浸透膜３３によるろ過を行うので、加工水Ｗ中のイオンも分離できることから、より一層確実に浄化を行うことができる。また、一次ろ過部３０でろ過するので、逆浸透膜３３の目詰まりを防止することができる。

そして、二次ろ過部３２を通った加工水Ｗは加工水槽４０に貯留され、送給ポンプ４３により再び加工装置Ｋに供給される。不足した加工水Ｗはこの加工水槽４０に補充されて供給される。この場合、加工水Ｗを循環利用できるので、省力化を図ることができる。また、もし循環利用せずに廃水にする場合にも、加工水Ｗは浄化されているので、環境に悪影響を与える事態が防止される。尚、二次ろ過部３２において逆浸透膜３３を透過しなかったイオン濃縮水を廃水にすることができる。この場合、必要に応じ、環境基準以下になるよう水で希釈して廃水する。

また、加工物Ｍの加工が終わったならば、表面処理装置Ｈ（実施の形態では加工装置Ｋ）により、加工後の加工物Ｍの表面処理を行う。この際は、工具３の運転を停止し、第３回路部５１によって第３陽極部Ａ３から処理水Ｗａ（加工水Ｗ）を通して第３陰極部Ｃ３へ電流を流す。この場合、直流電源供給制御装置１６による電圧値及び電流値を適宜変更してよい。これにより、図４に示すように、第３陰極部Ｃ３を構成する加工物Ｍの表面に処理水Ｗａ中のイオン（例えば、Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺等の水和物等）が結合していき、薄い被膜を形成する。第３回路部５１に所定時間通電したならば、通電を停止し、保持具２の磁着を停止して加工物Ｍを取り外す。この表面処理を行わないで加工後の加工物Ｍを加工装置Ｋから取り外した場合には、電気防錆の作用がなくなることから、そこに水が付着していたりすると錆の原因になるが、表面処理装置Ｈで表面処理することから、加工物Ｍの表面に皮膜形成でき、この皮膜により、加工後の加工物Ｍにおいても錆の発生を抑止することができる。また、この場合、表面処理のために加工装置Ｋから加工物Ｍを逐一取り外さなくても、加工装置Ｋで皮膜処理できることから、それだけ、処理効率が向上させられる。また、加工装置Ｋと表面処理装置Ｈを兼用するので、別途表面処理装置Ｈを作成しなくても良く、それだけ、コストダウンを図ることができる。

図７には、ろ過部の別の例を示している。このろ過部は、上記と同様に、貯留槽２０からの加工水Ｗをフィルタ３１を通過させてろ過する一次ろ過部３０と、一次ろ過部３０でろ過された加工水Ｗを逆浸透膜３３を通過させてろ過する二次ろ過部３２とが備えられている。一次ろ過部３０は、上記のろ過器３０Ａの上流側に、このろ過器３０Ａとほぼ同じ構成で、フィルタ３１として交換可能な活性炭からなる吸着材を収納したろ過器３０Ｂを設けて構成されている。これにより、二次ろ過部３２に供給する加工水Ｗをより一層浄化させて送給することができる。

また、二次ろ過部３２は、ろ過器３２Ａを多段に備えて構成されている。ろ過器３２Ａ１本の能力が、例えば、供給水の約８０％が濃縮水（透過水には約２０％）として排出される能力である場合、濃縮水を下段のろ過器３２Ａに供給することにより、透過水の回収率を高めることができる。例えば、この場合、４段目まであわせると約８０％が透過水として回収できることになる。尚、上述もしたように、最後段から排出される濃縮水は、これを貯留槽２０にそのまま戻して再処理してよく、また、廃水にすることができる。この場合、必要に応じ、環境基準以下になるよう水で希釈して廃水する。

図８には、加工装置Ｋにおいて、補助電極１２の支持の変形例を示す。これは、補助電極１２は、ステンレス製の網状部材で形成され、支持部材６０に支持されている。支持部材６０は、補助電極１２の網状部材が付設される例えばアクリルなどの樹脂製の付設板６１と、一端に付設板６１が取り付けられ他端が収容容器４の外側に固定される支持杆６２とを備えて構成されている。支持杆６２で補助電極１２を吊り下げ支持するので、保持具２に土台１４で支持する場合に比較して短絡しにくくなる。また，これにより、保持具２（電磁チャック）による補助電極１２の吸着固定の必要がなくなり、盤上のスペースを広く使うことができ、配置自由度を増すことができる。

図９には、加工装置Ｋにおいて、収容容器４の変形例を示す。この収容容器４は、その側壁６が導電性金属で構成されており、この側壁６が保持具２の上面２ａに絶縁部材６５を介して立設されて構成されている。そして、第１陽極部Ａ１は、収容容器４の側壁６自体で構成される主電極１１と、上記の収容容器４内に設けた補助電極１２とから構成される。側壁６及び補助電極１２には第１陽極線１７が接続される。側壁６自体で主電極１１を構成するので、上記と比較して、別途網状部材を設けなくても良く、それだけ、構造が簡易になる、また、盤上のスペースを広く使うことができ、配置自由度を増すことができる。

図１０には、加工装置の別の例を示している。これは、工具３（砥石）付近にもノズル７０を設け、工具３の洗浄および加工点への円滑な水の供給を行うようにしている。更に、収容容器４内に、加工屑を流し出すような水流を生じさせるノズル７１を設けている。そして、ノズル７０及びノズル７１が導電性材料で形成されている場合には、図１０に示すように、ノズル７０及びノズル７１に第１陽極線１７を配線して接続し、このノズル７０及びノズル７１も第１陽極部Ａ１として構成することができる。これにより、実質的に第１陽極部Ａ１の加工水Ｗに対する接触面積を増大することができ、そのため、加工水Ｗ中の電流密度のばらつきを低減することができ、また、消費電力も少なくすることができる。尚、ノズル７０及びノズル７１が導電性材料で形成されていても、必ずしも第１陽極線１７の配線をしなくても良い。

また、本機械加工システムにおいては、図１２で示した加工装置Ｋを用い、これに上記加工水処理装置Ｊを組み込んで構成することもできる。

＜実験例＞
次に実験例を示す。これは、図１１に示すように、水中加工の効果についての試験であり、実施例（図１１中（ｃ））として、図１２に示す加工装置Ｋにおいて加工物Ｍ（ＳＣＭ４３５）を加工し、比較例と比較した。比較例１（図１１中（ａ））は、図１２に示す加工装置Ｋにおいて、容器１０２をなくし、ノズル１０４のみから加工水Ｗを噴射して加工物Ｍを加工した場合である。比較例２（図１１中（ｂ））は、比較例１において、加工水Ｗだけではなく、汎用の水溶性切削油も用いて、加工物Ｍを加工した場合である。実験条件は、砥石としてＷＡ６０Ｈ７Ｖを用い、砥石の回転速度をＶｓ＝３３．９ｍ／ｓ、加工物の水平方向移動速度Ｖｗ＝０．０１３ｍ／ｓとした。これらの加工物Ｍにおいて、夫々、砥石の切り込み量を変え、各切り込み量毎に加工物Ｍの表面粗さを測定してその品質を比較した。その結果、加工装置Ｋで加工水Ｗによる水中研削による実施例においては、ノズルから水溶性切削油を噴射して行う場合と比較して、遜色なく加工を行うことができることが分かった。

尚、上記実施の形態において、加工水処理装置Ｊの処理槽２０は、１段のみならず、多段に設置しても良く適宜変更して差し支えない。また、表面処理装置Ｈは、加工装置Ｋで兼用したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、別途設けるようにして良い。
また、上記実施の形態において、加工装置Ｋは、本発明を研削盤に適用したものを示したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、バイトで切削する旋盤などどのような加工装置Ｋに適用しても良いことは勿論である。この場合、第１陽極線１７及び第１陰極線１８の接続は、加工装置の条件に応じて適宜に行う。例えば、バイト，エンドミルやメタルボンド砥石などのような導電性の工具の場合、工具へ直接給電し、あるいは、工具を保持するホルダを通して行う等、適宜設定する。第１陽極線１７あるいは第１陰極線１８の接続は、ブラシ型の端子を用い、クリップ型の端子を用い、あるいは、貼り付けるタイプの端子を用いる等適宜変更して差し支えない。
更に、加工装置Ｋにおいて、第１陽極部Ａ１の材質，数，形状や大きさ等は上述したものに限定されるものではなく、適宜変更して差し支えない。例えば、第１陽極部Ａ１の主電極１１及び補助電極１２を網状部材で形成したが、板状部材で形成しても良く、適宜変更して差し支えない。また、第１陽極部材Ａ１を、例えば、陰極工作物の形状に添うようにこれに合わせた形状にし、板材・網材・線材などを組み合わせた構造にし、あるいは、上記の導電材料と樹脂などの非導電材料とを組み合わせた構造にする等、適宜変更して差し支えない。

Ｓ機械加工システム
Ｋ加工装置
Ｊ加工水処理装置
Ｈ表面処理装置
Ｗ加工水
Ｗａ処理水
Ｍ加工物
１基台
２保持具
３工具
４収容容器
５底面
６側壁
８排水口
Ａ１第１陽極部
Ｃ１第１陰極部
１０第１回路部
１１主電極
１２補助電極
１３支持部材
１６直流電源供給制御装置
１７第１陽極線
１８第１陰極線
２０貯留槽
Ｇ粉粒物
Ａ２第２陽極部
Ｃ２第２陰極部
２１第２回路部
２２陰極端子部材
２３直流電源供給制御装置
２４第２陽極線
２５第２陰極線
２６回収管路
２７セパレータ
３０一次ろ過部
３０Ａろ過器
３０Ｂろ過器
３１フィルタ
３２二次ろ過部
３２Ａろ過器
３３逆浸透膜
３４ポンプ
４０加工水槽
４１供給管路
５０処理容器
Ａ３第３陽極部
Ｃ３第３陰極部
５１第３回路部
６０支持部材
６５絶縁部材
７０ノズル
７１ノズル

Claims

加工物を保持具により保持して工具により加工するとともに該加工物の加工時に上記加工物及び工具間に加工水を介在させる加工装置を備え、該加工装置を、上記加工水に通電する第１陽極部と、上記加工物の加工時に上記第１陽極部と同時に上記加工水に接触する上記加工物及び工具を含む導電性部材を第１陰極部として、上記第１陽極部から加工水を通して該第１陰極部へ電流を流す第１回路部とを備えて構成した機械加工システムにおいて、
上記加工装置で使用された加工水を処理する加工水処理装置を設け、該加工水処理装置を、上記加工装置で使用された加工水を貯留する貯留槽と、該貯留槽に貯留された加工水に通電する第２陽極部と、上記加工水に含まれ上記貯留槽の底に沈殿してくる導電性の粉粒物を第２陰極部として、上記第２陽極部から加工水を通して該第２陰極部へ電流を流す第２回路部とを備えて構成し、
上記貯留槽を、非導電性の樹脂で形成し、
上記第２回路部は、上記貯留槽の底部に設けられ上記第２陰極部としての粉粒物に接触する陰極端子部材を備え、
上記加工水処理装置を、上記加工装置で使用された加工水を回収して上記貯留槽に送る回収管路を備えて構成し、該回収管路の途中に、加工水に含まれた粉粒物を概ね分離して取り出すセパレータを設け、
上記加工水処理装置を、上記貯留槽の上澄の加工水を取り出してろ過するろ過部を備えて構成し、
上記ろ過部として、上記貯留槽からの加工水をフィルタを通過させてろ過する一次ろ過部と、該一次ろ過部でろ過された加工水を逆浸透膜を通過させてろ過する二次ろ過部とを備えて構成したことを特徴とする機械加工システム。
上記加工水処理装置を、上記加工装置で使用された加工水を回収して上記貯留槽に送る回収管路と、上記貯留槽の後流側に設けられ加工水を貯留する加工水槽と、該加工水槽の加工水を上記加工装置に供給する供給管路とを備えて構成し、加工水を循環して使用可能にしたことを特徴とする請求項１記載の機械加工システム。
上記貯留槽及び加工水槽に、夫々、槽内の加工水の水質を検出する水質センサ部を設けたことを特徴とする請求項２記載の機械加工システム。
上記加工装置を、上記保持具により保持した加工物が浸漬可能に加工水を収容する収容容器を備えて構成し、該収容容器内の加工水中で加工物に対して工具による加工を行わせるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の機械加工システム。
上記第１陽極部を、上記収容容器の側壁内周に沿って設けられる主電極と、上記収容容器内であって上記保持具により保持された加工物の周囲に設けられる補助電極とを備えて構成したことを特徴とする請求項４記載の機械加工システム。
上記主電極及び補助電極を網状部材で形成したことを特徴とする請求項５記載の機械加工システム。
加工後の導電性の加工物の表面処理を行う表面処理装置を備え、該表面処理装置を、水を主とする処理水が収容されるとともに該加工後の加工物が収容される処理容器と、該処理容器に収容された処理水に通電する第３陽極部と、上記処理水中の加工物を第３陰極部として、上記第３陽極部から処理水を通して該第３陰極部へ電流を流す第３回路部とを備えて構成したことを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の機械加工システム。
加工後の導電性の加工物の表面処理を行う表面処理装置を備え、該表面処理装置を、水を主とする処理水が収容されるとともに該加工後の加工物が収容される処理容器と、該処理容器に収容された処理水に通電する第３陽極部と、上記処理水中の加工物を第３陰極部として、上記第３陽極部から処理水を通して該第３陰極部へ電流を流す第３回路部とを備えて構成し、
上記処理容器を上記加工装置の収容容器で構成し、上記第３陽極部を上記加工装置の第１陽極部で構成し、上記第３回路部を上記加工装置の第１回路部で構成したことを特徴とする請求項４乃至６何れかに記載の機械加工システム。