JP7317279B2 - 微細気泡によるタービンブレードの自動研削運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の研削・研磨加工、特に研削盤における新規な研削技術に係わり、マイクロバブルクーラント液（微細気泡）等を研削・研磨加工に使用した従来実施例において、更に技術革新した新技術であり、特に、微細気泡が持つ気泡の洗浄作用を適用するも、ゴム砥石を主体とする研削砥石の新規な研削面再生方法と、上記微細気泡が研削点での気泡崩壊時に発生する衝撃波・衝撃力の新規利用で、ショットピーニングによる表面改質を図る他、研削砥石内層の砥粒を研削面に露出再生成形する。更に、研削・研磨点において、被削材の加工面性状を被削材の表面研削層の生成で性状向上させる新規研削の効果を、自動研削運転方法により発揮する画期的な技術に関する。

近年、マイクロバブルクーラント液（微細気泡）を研削・研磨加工に使用する試みと、この研究成果を受けての試験例・実施例が報告されている。
例えば、２００７年度精密機械工学春季大会学術講演会講演論文集に記載の「マイクロバブルクーラントの研究一第１報：研削液への適用」においては、マイクロバブル発生機構で作られたマイクロ・ナノバブルクーラント液を、研削砥石に噴射する試験結果と実際の効果が記載されている。その効果は、・加工液の冷却作用の向上・切り屑の洗浄効果の向上・加工液の加工点への確実供給・加工液供給量の低減・工具摩耗の抑制・表面粗さの向上・加工液腐敗の抑制が測れることを確認した。とするものである（例えば、非特許文献の技術論文１参照）。

また、２０１７年度精密機械工学春季大会学術講演会講演論文集に記載の「マイクロ・ナノバブルクーラントによる除去加工の研究」においては、マイクロバブル発生装置や研削盤への適用模式図他が開示されている。そして、研削性能に及ぼすサブμｍオーダーのバブルの効果が開示されている。これによると、既存の数１０μｍのバブル径に対してサブμｍオーダーのバブル径のマイクロ・ナノバブルクーラントを一般砥石による焼入鋼の平面研削に適用すると、長期間に渡ってクーラント中に残存し続けられること、焼入鋼の平面研削に適用することが判明した。そして、上記マイクロ・ナノバブルクーラント液（微細気泡）を研削・研磨加工に使用すると、１、加工時間短縮。２、切込み量のアップ。３、工具・砥石寿命・加工精度アップ等に寄与している事が明らかであると、報告している（例えば、非特許文献の技術論文２参照）。

他方、研削性能を向上させる機能を備えたバブルクーラント液を活用した特許第５５７４２４３号の「発明の名称：泡状クーラント液による研削方法と研削装置」は、本願発明者の一人である伊藤幸男の過去の開発技術に係わり、泡状クーラント液を利用した研削方法と研削装置及び加工装置である。
特に、研削方法と研削装置は、本発明の請求項１記載の泡状クーラント液による研削方法において、不活性ガスを電着砥石の中心部から砥石内を浸透して砥石外周面に噴出させるとともに、天然石鹸系発泡剤を混入した強アルカリ性液を上記砥石両側面から外周面の加工点に噴射することで、気化器の原理により、泡立ち現象を簡便に起こさせて泡状クーラント液に出来る。これで、泡状クーラント液は電着砥石の全外周面を包囲して無酸素状態とし、研削砥石及びワークの冷却及び研削屑吸着作用が発揮される。これで、研削液の飛散が無く、冷却潤滑液が気泡化して研削点での少量潤滑ができる。また、強アルカリ性液により高い防錆・洗浄・腐敗防止効果が得られる。更に、天然石鹸系発泡剤水による高い研削屑吸着効果と、高い気液分離性により、後処理となる研削屑の分離とクーラント液の清浄度維持が期待できるものである（例えば、特許文献１参照）。

更に、上記マイクロ・ナノバブルクーラント液（微細気泡）が持つ気泡の壊滅時に生じる衝撃波による圧縮破裂（キャビテーションピーニング）作用により、金属表面を高強度化改善させた「キャビテーションピーニングによる鋼歯車の高強度化」が、砥粒加工学会誌ＶｏＬ６５ Ｎｏ２ ２０２１ ＦＥＢ．７０－７３に、特集「ピーニングによる圧縮残留応力付加技術」で、紹介されている。該論文中の図１では、キャビテーション気泡の変化の模式図を示している。その作用は、高速水噴流を噴射するノズル先端でキャビテーションが生成され、図２では、水中キャビテーション噴流と気中キャビテーション噴流を示し、図３は、キャビテーションピーニング装置による加工例を示している。（例えば、非特許文献の技術論文３参照）。

最後に、公開特許の一つに「研削液供給装置、研削加工システム、研削加工方法及びそれに用いるキャビテーション処理モジュール」がある。
この技術内容は、砥石研削による金属製品の加工において、砥石の目詰まりが簡便な液処理により劇的に改善され、砥石切込量を従来よりも大幅に増加させても連続的な加工継続が可能となり、ひいては研削加工の効率改善に大きく貢献する研削液供給装置である。
具体的な解決手段は、水系研削液ＣＬを処理媒体粒子の集合体に流通させることにより、水系研削液ＣＬは処理媒体粒子の表面に接触してキャビテーション処理されたのち、研削加工装置１００に供給される。処理媒体粒子をなす絶縁性セラミックは気孔率が１０％以上６０％以下の多孔質であり、また見かけ比重が１．０以上のものが採用されることで、ケーシング内で浮遊することなく安定した流速にて水系研削液ＣＬと接触する。これにより、処理媒体粒子表面では水系研削液ＣＬ中の溶存空気が減圧析出するキャビテーションが生じ、水系研削液ＣＬの回転砥石１０１表面への浸透性が改善されるものである（例えば、特許文献２参照）。

非特許文献の技術論文１

２００７年度精密機械工学春季大会学術講演会講演論文集

非特許文献の技術論文２

２０１７年度精密機械工学春季大会学術講演会講演論文集

非特許文献の技術論文３

砥粒加工学会誌ＶｏＬ６５ Ｎｏ２ ２０２１ ＦＥＢ．７０－７３

特許文献１

特許第５５７４２４３号公報
特開２０２０－２０３３３２号公報

上記非特許文献の技術論文１である２００７年度精密機械工学春季大会学術講演会講演論文集に記載の「マイクロバブルクーラントの研究一第１報：研削液への適用」は、マイクロバブル発生機構で作られたマイクロ・ナノバブルクーラント液を、研削砥石に噴射させることで、「・加工液の冷却作用の向上・切り屑の洗浄効果の向上・加工液の加工点への確実供給・加工液供給量の低減・工具摩耗の抑制・表面粗さの向上・加工液腐敗の抑制が測れる」ことができる。
しかしながら、被削材の研削表面の粗さが改善出来ても、研削面の寸法精度や表面硬度等の加工面性状は向上していない。即ち、鏡面状に仕上げられた、との限定的なマイク・ナノバルブクーラント液の作用・効果に留まっている。

上記非特許文献の技術論文２である２０１７年度精密機械工学春季大会学術講演会講演論文集に記載の「マイクロ・ナノバブルクーラントによる除去加工の研究」は、上記マイクロ・ナノバブルクーラント液（微細気泡）を研削・研磨加工に使用すると、１、加工時間短縮。２、切り込み量のアップ。３、工具・砥石寿命・加工精度アップ等に寄与するものの、特に、ゴム砥石における砥石外周面に露出する砥粒を埋没させてしまう接着剤の排除や、研削面の寸法精度や表面硬度等の加工面性状の向上には余り寄与していない。

上記非特許文献の技術論文３である砥粒加工学会誌ＶｏＬ６５ Ｎｏ２ ２０２１ ＦＥＢ．７０－７３「キャビテーションピーニングによる鋼歯車の高強度化」は、マイクロ・ナノバブルクーラント液（微細気泡）のキャビテーションピーニング作用による破裂壊食作用により、金属材料の表面に衝撃力（圧縮残留応力の付与）により、製品の表面改質（加工硬化）を図る。例えば、鋼歯車の高強度化（疲労強度向上）が測れるものの、表面粗さ増大による加工精度の低下弊害を招いている。

また、特許第５５７４２４３号公報の「泡状クーラント液による研削方法と研削装置」は、高い研削屑吸着効果と、高い気液分離性により、後処理となる研削屑の分離とクーラント液の清浄度維持が期待できるものの、ワークに対する研磨加工時に、研削面の表面硬度等の加工面性状は向上できない。

最後の特開２０２０－２０３３３２号公報である「研削液供給装置、研削加工システム、研削加工方法及びそれに用いるキャビテーション処理モジュール」においても、ワークに対する研磨加工時に、研削面の表面硬度は増強されても加工面性状は逆に低下する。

本発明の目的は、上記従来のマイクロ・ナノバブルクーラント液（微細気泡）が持つ研削精度や圧縮破裂（キャビテーションピーニング）による研削面の表面硬度は増強されても加工面性状は逆に低下すると言う問題点に鑑みて成されたものである。
即ち、マイクロ・ナノバブルクーラント液（微細気泡）が持つ気泡崩壊・圧縮破裂（キャビテーションピーニング）により、特にゴム砥石等の研削面再生方法（ドレッシング方法）とその装置及び、マイクロ・ナノバブルクーラント液（微細気泡）の気泡崩壊（キャビテーションピーニング）と、この直後の研削工程の複合作用による被削材の表面研削層の性状向上研削方法とその装置について、ゴム砥石を初めとして研削砥石の使用時にも適用したものである。

本発明で使用する用語解説。
▲１▼ 壊食（エロージョン）とは。
面近くの泡は粘性と表面張力で張り付き遠い側がくぼみ激突分裂し消滅の瞬間、中心で強い圧力波が発生し金属破損等の強い力がある。
▲２▼ 微細気泡（マイクロバブル）は、ＩＳＯ ２０４８０－１：２０１７に定める。
ファインバブルは直径１００μｍ以下の全て、マイクロバブルは直径１～１００μｍの気泡であり、マイクロ・ナノバブルは数十～数百ナノメートルの気泡を言う。
▲３▼キャビテーションピーニングとは、気泡崩壊時の圧縮破裂作用時に衝撃波・衝撃力を発生し、ショットピーニングのような表面改質法に利用される用語。

本発明の請求項１の微細気泡によるタービンブレードの自動研削運転方法は、キャビテーション発生装置で作られた微細気泡を研削装置上の研削砥石の研削面に噴射時に起きる洗浄作用による研削砥石の研削面に対する研削面再生手段によるタービンブレードの自動研削運転方法であって、上記研削砥石でタービンブレードの被研削面の研削時に、上記研削砥石の研削面にキャビテーション発生装置で作られた微細気泡を噴射させ、当該微細気泡のマイクロバブルを研削砥石とタービンブレードの研削面に挟まれて圧縮破壊させる微細気泡によるタービンブレードの自動研削運転方法において、
ＮＣ制御装置の起動「スタート」により、「被研削材の選定・・・ ゴム砥石か研削砥石か」を設定すると、次の「水圧・水量・脈動の有無・微細気泡のサイズ・の各設定」、「ゴム砥石」の「状態検出」か「研削砥石」の「状態検出」か、「被研削材」かを、各々「状態検出」し、この時、「各砥石からの反射光線で砥石表面の粗さを画像として映し出すリモートセンサにより画像検出」する機能が盛り込まれており、設定した「表面粗さが適か否か？」を判定し、ＯＫならば「総合的判定で合格品」として「エンド」とし、ＮＧ（不合格品）ならば「水圧・水量・脈動の有無・微細気泡のサイズ・の各設定」にフィードバックし、設定変更して再トライし、最終的に合格品に誘導制御されることを特徴とする。

本発明の微細気泡によるタービンブレードの自動研削運転方法によると、
・タービンブレードの翼面加工例において、表層から約１ｍｍ圧縮応力が付与される。・加工面の疲労強度が向上する。・加工面の超寿命化。・水のみ使用しショツト材（金属玉、砥粒、砂・・・）が不要。
・材料の靭性を維持し、組織を微細緻密化する。・表層に形成されるディンプルは摺動、潤滑性を向上する。・加工後の洗浄が不要。・研削焼けが抑制される。・硬化表層は剥がれない。・高額なプランジャーポンプが不要。等の多彩なメリットが得られる。

下記の［００３６］において、
［図１］～［８］と［図１１］は、本発明の基本技術となるキャビテーション他について説明する。
本発明の中枢構成は、［図９］と［図１０］において説明する。

本発明の第１実施態様で、ゴム砥石又は硬質砥石の常時研削面再生装置及び被削材の表面研削層の性状向上研削装置の全体図である。 本発明の第１実施態様で、キャビテーションノズルの模式断面図である。 本発明の実施態様で、キャビテーションノズルからゴム砥石又は研削砥石への微細気泡の噴射状態図である。 本発明の実施態様で、被被研削材の表面での微細気泡の脈動キャビテーションピーニングの作用断面図である。 本発明の実施態様で、ゴム砥石と硬質砥石（ビトリファイド砥石）の研削面再生作用図である。 本発明の実施態様で、ゴム砥石又は硬質砥石への脈動微細気泡によるドレッシング作用図である。 本発明の実施態様で、一定微細気泡と脈動微細気泡とのキャビテーション発生装置の各機能図である。 本発明の第２実施態様で、被削材と砥石間での微細気泡の圧縮ピーニングの作用断面図である。 本発明の第３実施態様で、ブレードに対するゴム砥石又は硬質砥石による研削作業図である。 本発明の各実施態様を総括的に示し、発明技術の系統図である。 本発明の第４実施態様で、ＮＣ制御装置でのプログラム作成のフローチャート図である。

以下、［図１］～［図８］と［図１０］は、本発明が適用するキャビテーション発生装置他について説明する。本発明の微細気泡によるタービンブレードの自動研削運転方法となる中枢構成は、［図９］と［図１１］において説明する。

先ず、図１は、キャビテーション発生装１００置及びゴム砥石１１（ＧＴ）による被削材Ｙの表面研削層の性状向上のシステム全体図を示している。
先ず、キャビテーション発生装置１００は、公知装置と略同じ構成部材からなる。クーラント液１を貯めるタンク２には、吸引ポンプＰを備えており、該ポンプＰを駆動するモーターＭにより、クーラント液１を汲み上げる時の濾過フィルタ３とレギュレータ４とプランジャー弁５とそのドレン６と、更に圧縮されたクーラント液１のバイパス弁７と、脈動するクーラント液１を平滑化するアキュームレーター８とを備えており、配管９を経由して外部の研削盤１０の回転軸に取付けたゴム砥石１１の上部空間に気泡噴射ノズルＮを備えている。上記気泡噴射ノズルＮは、図１（ｂ）に見るように、ゴム砥石１１の上部のノズルＮ１と、研削砥石１１の回転方向で被削材Ｙに食い込む部分に向けたノズルＮ２の２箇所に配置されている。尚、上記キャビテーション発生装置１００は、ＮＣ制御装置５０によって運転制御されている。（詳細機能は、後記する）。

更に、図１（ｂ）（ｃ）において、ゴム砥石１１（ＧＴ）と被削材Ｙに食い込む部分の細部を図示する。即ち、ノズルＮ２からの微細気泡１ａは、ゴム砥石１１（ＧＴ）が被削材Ｙに食い込む部分の研削面Ｙ１に向け、噴射した微細気泡１ａは研削面Ｙ１に対するゴム砥石１１（ＧＴ）の切削力により気泡崩壊、即ち、気泡崩壊Ｋされる（詳細は後記する）。また、砥石１１（ＧＴ）の表面１１ａにも、ノズルＮ１から微細気泡１ａを噴射して洗浄作用し、ゴム砥石表面が梨地化されて、内層の砥粒Ｇを研削面１１ａに露出生成する。

上記微細気泡１ａを噴射する気泡噴射ノズルＮの構成は、図２の如く公知構成と略同一である。上記気泡噴射ノズルＮは、内外の二重筒体Ｐ１，Ｐ２からなる。上記中心側筒Ｐ２内には、キャビテーション発生装置１００の吸引ポンプＰから吐出する超高圧水Ｗ１を供給し、外周側環状筒Ｐ１の環状空間内には低圧水Ｗ２を供給する。これで、上記気泡噴射ノズルＮから噴射する噴射水である微細気泡１ａは、図３の如く、ゴム砥石１１（ＧＴ）の研削面１１ａに対して、その中心部は超高圧水柱Ｗ１を呈し、該水Ｗ１の外周辺は環状の微細気泡１ａを呈し、該微細気泡の外周辺は環状の低圧水Ｗ２からなる三重環状の噴射水となる。

上記キャビテーション発生装置１００の吸引ポンプＰから吐出する超高圧水Ｗ１は、図７に示す様に、キャビテーション発生装置１００内のアキュームレーター８を介在時は連続する均一圧力Ｐ０で気泡噴射ノズルＮから吐出し、アキュームレーター８を介在しない時は脈動噴射圧力ＰＢとなる。上記脈動する微細気泡１ａは、図３に示すように、砥石１１の外周面１１ａに対応した任意な噴射方法が選択できる。しかして、ゴム砥石１１の研削面１１ａの目詰まり状況に対応した研削屑の排除作用を大幅に促進でき、被削材Ｙの研削面Ｙ１に対する更なる加工効率と加工面性状を高精度に向上できる（詳細は後記する）。

上記キャビテーション発生装置１００で作られる微細気泡１ａの水圧、水量、脈動噴射のオン・オフ、微細気泡１ａのサイズ設定は、ＮＣ制御装置５０からの指令信号（図示なし）により、キャビテーション発生装置１００の機能設定を司る自動運転（コンピュータ運転制御技術ＡＩ）により支配されている。即ち、ＮＣ制御装置５０が持つコンピュータ運転制御技術ＡＩの機能により、図１１の如く自動プログラムされ、自動運転される（詳細は後記する）。

続いて、上記ＮＣ制御装置５０により自動運転するためのプロラム設定と自動運転の概要を説明する。
初めに、自動研削運転方法となる研削作業の手順構成から説明する。研削制御を司るＮＣ制御装置５０に対して、被研削材Ｙに対する砥石選定と、微細気泡１ａの選定と、研削作業中の研削面Ｙ１及び被研削材Ｙの表面状態検出と、研削後の砥石面や被研削材Ｙの表面形状の画像検出と、研削後の砥石面１１ａや被研削材Ｙの表面形Ｙ１の総合判定と、不良品の被研削材を砥石選定工程にフィードバックして再度の研削作業を繰り返えされる。

その詳細は、図１及び図１１において、ＮＣ制御装置５０の起動「スタート」Ｓ１により、「被研削材の選定・・・ ゴム砥石か研削砥石か」Ｓ２を設定すると、次の「水圧・水量・脈動の有無・微細気泡のサイズ・の各設定」Ｓ３、「ゴム砥石ＧＴ」Ｓ４の「状態検出」Ｓ６か「研削砥石ＢＴ」Ｓ５の「状態検出」Ｓ７か、「被研削材Ｙ」Ｓ６かを、各々「状態検出」Ｓ８する。この時、「各砥石からの反射光線で砥石表面の粗さを・画像として映し出すリモートセンサ（図示なし）により画像検出」Ｓ８する機能が盛り込まれているから、設定した「表面粗さが適か否か？」Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１を判定し、ＯＫならば「総合的判定で合格品」Ｓ１２として「エンド」Ｓ１３。ＮＧ（不合格品）ならば「水圧・水量・脈動の有無・微細気泡のサイズ・の各設定」Ｓ３にフィードバックし、設定変更して再トライする。最終的に合格品に誘導制御される。

しかして、上記被研削材Ｙに対するゴム砥石ＧＴ（１１）、又は硬質砥石ＢＴの自動選定と、微細気泡１ａの水圧他の各選定と、この後の自動研削運転により、被研削材Ｙに対する品質が均一に保たれ、且つ保証される。

続いて、図３～図５により、キャビテーション発生装置１００で作られた微細気泡１ａを砥石１１（ＧＴ）の研削面１１ａに噴射時に起きる洗浄作用や崩壊作用（キャビテーション・ピーニング）による砥石面に対する研削面再生方法と被削材Ｙの研削作用について、以下に説明する。
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、脈動又は定圧した微細気泡１ａによる砥石面に対する研削面の再生と同時に作用する被削材Ｙの表面Ｙ１の崩壊食作用（脈動キャビテーション・ピーニング）の各工程を示している。先ず、微細気泡１ａを研削面Ｙ１に向けて噴射（ａ）すると、微細気泡１ａは衝撃力で被削材Ｙの表面Ｙ１に噴射・衝突（ｂ）し、表面層Ｙ１を崩壊食させる。この時、ゴム砥石１１（ＧＴ）の表面も破壊するとともに、この表面層の接着層を気泡崩壊（ｃ）させる。これで、ゴム砥石１１の研削面１１ａにも、微細気泡１ａによる壊食作用が働き、研削面１１ａにこびり付いた接合剤Ｓや研削屑を吹き飛ばし、砥粒Ｇを研削面に露出再生する研削砥石の常時研削面再生方法が実行される。
しかして、上記噴射による気泡の崩壊時において、被削材Ｙの表面層Ｙ１には圧縮応力が作用し、研削面を補強する。これにより、砥石面の研削時の砥粒Ｇの無駄な脱落を防止できるから、被削材Ｙに対する研削効率を高めるとともに、ゴム砥石１１ＧＴの常時研削面再生方法が確実に実行できる。勿論、硬質砥石ＢＴにおいても、同様である。

更に、細かく説明すれば、図５（ａ）に示す上記ゴム砥石ＧＴ（１１）時には、該ゴム砥石の外周面にキャビテーション噴射ノズルＮから噴射された微細気泡１ａは、高圧力で表面円滑なゴム砥石面の結合剤Ｓである熱硬化性樹脂又はゴムを微細気泡１ａの衝突で脱落・分離させて梨地化される。この衝突で壊食作用が起き、多数の砥粒Ｇを砥石面に露出することで、窪み面を形成したゴム砥石に再生させる。しかして、研削性能と研削屑微粉の排出性能を促進維持する微細気泡１ａの作用によるゴム砥石ＧＴ（１１）の常時研削面再生方法が確実に実行できる。この作用は、図５（ｂ）の硬質砥石（ビトリファイド砥石）ＢＴにおいても、同様な作用効果が得られる。図示のみ示し、説明は省略する。

しかして、上記ゴム砥石ＧＴの特徴は、・気孔が無い。・切り屑ポケットの機能が無い。・表面は滑らか（ツルツル）。・弾性（除荷されると完全に復元する）。・被削材Ｙとの接触は面接触（面加工）。・砥粒Ｇは結合剤Ｓから突出していない。・冷却液となる微細気泡１ａの砥石内部への供給が極めて困難。・研削も可能だが研磨が得意分野。・冷却液砥石内供給は流路設計が必要である。であるが、これにも関わらず、ゴム砥石ＧＴの研削性能を維持できる。また、硬質砥石ＢＴは、図５（ｂ）中にその特性を説明しているも、砥粒が研削屑等で埋没すれば、微細気泡１ａを砥石面に噴射することで、ゴム砥石と同様の表面洗浄の作用が高効率に行われる。

再度、上記ゴム砥石ＧＴの常時研削面再生方法を、図６で簡潔に説明する。即ち、（脈動ウオータージェット・ピーニング）による微細気泡１ａ（ＰＢ）を、図７の（不連続、不等吐出）とし、このキャビテーション発生装置１００による運転で説明する。先ず、図６（ａ）において、・砥粒Ｇは、砥石ＧＴ（１１）の表面から見えなく埋没している。そして、・砥石の表面Ｓはツルツルに滑らかである。そこで、図６（ｂ）の様に、・脈動ウオータージェットＰＢの微細気泡１ａを砥石表面に噴射する。そうすると、図６（ｂ）に示すように、噴射した微細気泡１ａは、表面円滑なゴム砥石ＧＴ（１１）面の結合剤Ｓである熱硬化性樹脂又はゴムを崩壊機能の付与で飛散させて、多数の砥粒Ｇを砥石面に露出する。この結果として、・結合剤（ゴム）Ｓが飛散されて削り取られる。そして、・ゴムに埋没していた砥粒Ｇがゴム砥石ＧＴ（１１）の表層に突出する。これで、・滑らかな結合剤Ｓであるゴムは、削られて飛散し梨地状に荒れた面にドレッシング処理される。

上記の如く、常時研削面再生方法によりゴム砥石ＧＴ（１１）は、その表面が梨地状に荒れた面になり、・クーラント冷却液（微細気泡）１ａは、荒れた面に巻き込まれて加工点に供給される。しかして、・切り屑を荒れた面が捕えて排出する。・梨地状の結合材は加工に伴い磨耗して滑らかになるも、・砥粒Ｇは脱落して新しい砥粒が供給される。更に、・加工点から加工点の任意間で脈動ウオータージェトである微細気泡１ａが、摩耗した砥粒Ｇを突出再生させる。この時、・ＮＣ制御装置で、脈動サイクル、吐出圧、吐出量を適時適切に制御する。・此れらを総合的に連携し一体化して行うシステムが常時研削面再生方法である。この作用は、・ビトリファイド砥石ＢＴでも、従来にない気孔の高効率洗浄が可能になる。勿論、均一圧力Ｐ０の微細気泡１ａにおいても、略同一の作用効果が得られる。

続いて、上記研削砥石であるビトリファイド砥石ＢＴの常時研削面再生方法について、図５（ｂ）により、その機能・作用を詳細に説明する。図５（ｂ）の硬質砥石であるビトリファイド砥石ＢＴは、砥粒Ｇと気泡Ｅと結合剤Ｓからなる。このビトリファイド砥石ＢＴの特性は、・気孔が有る。・気孔が切り屑ポケットの機能を果たす。・砥石表面はザラザラ（梨地）。砥石は・硬質（硬い）。・被削材Ｙとの接触は線（線加工）となる。・砥粒Ｇは結合剤Ｓから突出している。・クーラント冷却液となる微細気泡１ａは、気孔Ｅに貯められ、ここから供給される。・研削（微細な切削とも言われる）。・微細気泡１ａがくぼみに貯められ、砥石内供給が可能である。等々の作用効果が得られる。
更に言えば、上記微細気泡１ａは、冷却液を加工点に供給した後に、切屑を包み込み吸着して外部へ効率良く排出する。これにより、従来は気泡を持たないゴム砥石において、「冷却性」「切屑排出性」を発揮して「研削焼け」を抑止し、研削面の「加工性状を向上する効果が得られる。

次の本発明は、キャビテーション発生装置１００で作られた微細気泡１ａを、特にゴム砥石ＧＴ若しくは研削砥石（ビトリファイド砥石）ＢＴにおいて、この砥石で研削・研磨される被研削材Ｙの研削面Ｙ１に噴射し、被研削材の表面研削層Ｙ１、即ち、研削面Ｙ１を性状向上（疲労強度、耐食性、面粗さ、強度強化の向上）する研削装置に特定したものである。図１～図３と図５（ａ）、図７、図８、図９に記載の実施例を基に説明する。

図１において、本発明は、前記キャビテーション発生装置１００で造られた細気泡１ａを噴射するキャビテーション噴射ノズルＮ２からの微細気泡１ａは、研削砥石１１が被削材Ｙに食い込む部分の研削面Ｙ１に向けて噴射し、加工点（研削点）を崩壊・壊食させるものである。

図８において、上記微細気泡１ａをＰＢ又はＰ０とし、これをゴム砥石ＧＰ又は硬質砥石ＢＴと、被研削材Ｙに接する研削面Ｙ１に向けて噴射する。この時に、被研削材の表面研削層に対して高速噴射させる微細気泡１ａは、キャビテーションピーニングで崩壊食（圧縮崩壊）Ｋする。即ち、砥石ＧＰ又ＢＴの研削点は、圧搾研削力Ｆにより、研削砥石内層の砥粒Ｇを露出再生されるとともに被削材Ｙの加工面性状を高精度・高硬度に研削・研磨する。即ち、冷間加工の一種で、加工面表層の硬さ向上と残留応力を付与する慣性ピーニング効果が、砥石と被研削材Ｙに微細気泡１ａが挟まれ圧縮されて気泡崩壊時の衝撃波・衝撃力が発生する。これにより、「疲労強度」「耐食性」「面粗さ」等の向上と強度が図られる。

即ち、上記作用を再度説明すれば、微細気泡１ａを、図１（ｃ）及び図８（ｂ）の如く、ゴム砥石ＧＰ又は研削砥石ＢＴと研削面Ｙ１に向け噴射する。これで、微細気泡１ａは、砥石の表面及び研削面Ｙ１との間に侵入して圧縮破壊Ｋ・Ｆを発生させ、研削面の表面層、即ち、研削面を図８（ｃ）の如く、強・圧縮応力が働いて機械強度を高め補強するものである。

上記被削材の表面研削層を性状向上する研削・研磨する研削装置の作用を、更に、具体的なワークである図９のブレードＢＬの翼面加工例で、再度詳細に説明する。図面では、回転軸ＳＰの砥石ＧＴ，ＢＴがブレードＢＬの曲面となる研削面Ｙ１を高精度・高精密に研削・研磨加工研磨するに際して、・砥石は衝突面を荒くする冷却液を巻き込みながら加工点へ供給する。・特に表面が滑らかなゴム砥石ＧＴの時は、回転に伴う外周の空気層と、相まって冷却液を弾き飛ばすことから加工点の研削焼けが長く宿命となっていた。然し乍ら、本発明によると、・荒くなった砥石ＧＴ，ＢＴの面は砥粒Ｇの脱落と共に磨耗で元の滑らかさに戻るが、常にドレッシングとツルーイングを微細気泡１ａの噴射により、ウオータージェットとマイクロバブル１ａを維持する。・この時、微細気泡１ａのマイクロバブルは砥石ＧＴ，ＢＴと被削材ＢＬに挟まれ圧縮されて微細気泡１ａが崩壊する。しかして、効率良く、研削面Ｙ１を高精度・高精密に研削・研磨加工研磨するのみならず、ブレードＢＬの表面は「疲労強度」「耐食性」「面粗さ」等の向上と強度が図られる。

本発明の各実施態様となる発明技術の総括的系統について、図１０により、簡潔に説明する。先ず、キャビテーション系のノズル形状の開発は、（Ａ）案、（Ｂ）案、（Ｃ）案からなる。バブルの開発は、上記各ノズル形状により、（Ａ）案、（Ｂ）案の微細気泡１ａが得られる。次に、キャビテーション・バブルの開発の一つとなるゴム砥石ＧＴにおいては、ノズルＮからの微細気泡１ａの噴射で、（Ａ）案～（Ｄ）案が得られる。更に、キャビテーション・バブル・ピーニングによると、研削砥石１１（ＧＴ）において、各種被削材Ｙ（ＳＵＳ材試験・実ブレード試験・実機試験のブレード）の（Ａ）案～（Ｄ）案が実施できる。上記総括的な技術が、本発明の要旨を包括している。

上記ブレードＢＬの翼面加工例による作用・効果は、・表層から約１ｍｍ圧縮応力が付与される。・加工面の疲労強度が向上する。・加工面の超寿命化。・水のみ使用しショット材（金属玉、砥粒、砂・・・）が不要。・材料の靱性を維持し組織を微細緻密化する。・表層に形成されるディンプルは摺動、潤滑性を向上する。・加工後の洗浄が不要。・研削焼けが抑止される。・硬化表層は剥がれない。・高額なプランジャーポンプが不要。等々の多彩なメリットが得られる。

以上のように、本発明は、工作機械の研削・研磨加工、特に研削盤における研削技術に係わり、例えばマイクロバブルクーラント液（微細気泡）を研削・研磨加工に使用した実施例における革新的な技術であり、特に、微細気泡が持つ崩壊食作用（キャビテーションピーニング作用）により、全く新規な微細気泡の噴射作用によるゴム砥石又は研削砥石の常時研削面再生方法とその装置、被削材の表面研削層を性状向上する研削・研磨する研削装置、研削砥石用のキャビテーション噴射ノズル、自動研削運転方法の画期的な新技術を提供できる。

本発明は、上記実施態様に限定されず、その他の多種多様な研削や磨き技術にも、更に、多様な他の用途にも展開できる新技術である。

１ クーラント液
１ａ 微細気泡
２ タンク
３ 濾過フィルタ
４ レギュレータ
５ プランジャー弁
６ ドレン
８ アキュームレーター
９ 配管
１０ 研削盤
１１ 研削砥石
１１ａ 研削面
５０ ＮＣ制御装置
１００ キャビテーション発生装置
ＢＬ ブレード
ＧＴ，ＢＴ ゴム砥石と硬質砥石
Ｇ 砥粒
Ｓ 結合剤
ＳＰ 回転軸
Ｅ 気孔
Ｆ 圧搾研削力
Ｋ 気泡崩壊
Ｎ キャビテーションノズル
ｎ１，ｎ２ ノズル
Ｐ 吸引ポンプ
Ｍ モーター
Ｙ 被削材
Ｙ１ 表面
Ｗ１ 超高圧水
Ｗ２ 低圧水

Claims (1)

1. キャビテーション発生装置で作られた微細気泡を研削装置上の研削砥石の研削面に噴射時に起きる洗浄作用による研削砥石の研削面に対する研削面再生手段によるタービンブレードの自動研削運転方法であって、上記研削砥石でタービンブレードの被研削面の研削時に、上記研削砥石の研削面にキャビテーション発生装置で作られた微細気泡を噴射させ、当該微細気泡のマイクロバブルを研削砥石とタービンブレードの研削面に挟まれて圧縮破壊させる微細気泡によるタービンブレードの自動研削運転方法において、
   ＮＣ制御装置５０の起動「スタート」Ｓ１により、「被研削材の選定・・・ゴム砥石か研削砥石か」Ｓ２を設定すると、次の「水圧・水量・脈動の有無・微細気泡のサイズ・の各設定」Ｓ３、「ゴム砥石ＧＴ」Ｓ４の「状態検出」Ｓ６か「研削砥石ＢＴ」Ｓ５の「状態検出」Ｓ７か、「被研削材Ｙ」Ｓ６かを、各々「状態検出」Ｓ８し、この時、「各砥石からの反射光線で砥石表面の粗さを画像として映し出すリモートセンサにより画像検出」Ｓ８する機能が盛り込まれており、設定した「表面粗さが適か否か？」Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１を判定し、ＯＫならば「総合的判定で合格品」Ｓ１２として「エンド」Ｓ１３とし、ＮＧ（不合格品）ならば「水圧・水量・脈動の有無・微細気泡のサイズ・の各設定」Ｓ３にフィードバックし、設定変更して再トライし、最終的に合格品に誘導制御されることを特徴とする微細気泡によるタービンブレードの自動研削運転方法。