JP2011042001A - 金属材料の加工装置と加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工工具の刃先を含め加工部周辺へ加工液を的確に供給して良好な潤滑性と冷却効果が得られると共に、作業環境への悪影響も少ない金属材料の加工装置と加工方法を提供する。
【解決手段】ワークＷを加工する加工工具１２と、加工液Ｃを加工部周辺へ噴射する噴射ノズル１４と、噴射ノズル１４へ加工液Ｃを供給する加工液供給装置３０とを有し、加工液Ｃが噴射ノズル１４から圧縮エアーと共に噴射される金属材料の加工装置であって、加工液Ｃは、液滴の平均粒子径が５０〜３００μｍのシャワー状に噴射されるセミウェット加工であることを特徴とする。加工液Ｃは、冷却された状態で供給することが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属材料を切削又は研削加工する加工工具と、潤滑や冷却用等の加工液を噴射する噴射ノズルと、噴射ノズルへ加工液を供給する加工液供給装置とを有し、金属材料を加工する際に、加工液を金属材料や加工工具へ噴射する金属材料の加工装置と加工方法に関し、特に、加工液を圧縮エアーと共に噴射する金属材料の加工装置と加工方法に関する。

従来から、金属材料の切削加工や研削加工では、加工能率、品質、工具寿命等の向上のために、加工時に油性又は水溶性の加工液（切削液、研削液）を被加工物（ワーク）である金属材料や加工工具へ供給している。具体的には、ワークと加工工具との間で生じる摩擦熱によって、ワークに加工焼けや熱変形が生じる、焼鈍効果による加工面の硬度低下、加工工具の欠損や寿命低下、加工部周辺に切り屑が溶着するなど、種々の問題が生じる。そこで、ワークの加工時に潤滑性を高めながら冷却効果も得るために、加工液（クーラント）を加工部周辺に供給している。また、クーラントの供給は、切り屑除去等の作用もある。従来の切削や研削の加工工程では、一般的に循環ポンプにより大量のクーラントが液状のまま供給されるウェット加工（湿式加工）であった。

一方、加工液による環境汚染や廃棄コスト等の問題から、クーラントを全く使用しないドライ加工（乾式加工）も採用されている。ドライ加工では、クーラントを使用しない代わりに、エアーブロー等によって加工部周辺を冷却することが多い。しかし、ドライ加工では潤滑性が悪く、エアーブローでは十分にワークや加工工具を冷却できないなどの問題が生じる。そこで近年では、クーラントを圧縮エアーと共に噴射して粒子径が微細なミスト（霧）状に噴霧するセミドライ加工が注目されている。例えば下記特許文献１では、ブローチ（加工工具）をワークの孔に挿入した状態で、当該ブローチをワークに対して長手方向に相対移動させることでワークの孔の内面を切削加工するブローチ盤において、湿式加工と、ドライ加工と、セミドライ加工とを、容易に切り替え可能としている。

また、マシニングセンタ（複合工作機械）における切削加工において、セミドライ加工を適用した技術として、下記特許文献２や特許文献３も提案されている。これらのマシニングセンタでは、エアーライン（エアー配管）とクーラントライン（クーラント配管）とをそれぞれ噴射ノズルに連結し、当該噴射ノズルからクーラントが圧縮エアーと共に粒径が微細なミストとして噴霧される。具体的には、特許文献２ではクーラントの平均粒子径は１μ程度とされ、特許文献３ではクーラントの平均粒子径は３〜１０μｍ程度とされている。

特開２００２−１０３１３３号公報 特開２００２−６６８７１号公報 特開２０００−８４７９０号公報

加工液をそのまま加工部周辺へ供給するウェット加工では高い潤滑・冷却効果が期待できるが、実際には加工液の流れによって加工部周辺に均一に供給されず、加工液の多い部分と少ない部分とが生じることがある。そのため、加工工具の刃先まで加工液が届き難いという問題も生じる。ドライ加工では、潤滑性や冷却が十分でなく高温となった切り屑が周囲に飛散し易い。これでは、周囲に可燃物があれば火災の危険性があるなど、安全性に問題がある。

一方、セミドライ加工では、クーラントミストにより加工部の潤滑性がある程度確保される。しかし、クーラントミストの粒径は数μｍ程度と微細なため質量が小さく、冷却効果に課題がある。しかも、粒径が微細なクーラントミストは加工中に周囲へ飛散し易く、当該飛散したクーラントミストによって、工場内の悪臭や汚れなど作業環境悪化の原因ともなる。また、飛散したクーラントミストが加工装置の壁面に付着することでべたつき、切り屑等が貼りつくなどの問題も生じる。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、その目的は、加工工具の刃先を含め加工部周辺へ加工液を的確に供給して良好な潤滑性と冷却効果が得られると共に、作業環境への悪影響も少ない金属材料の加工装置と加工方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は次の手段を採る。具体的には、金属材料を切削又は研削加工する加工工具と、加工液を加工部周辺、すなわち前記金属材料及び／又は前記加工工具へ噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルへ加工液を供給する加工液供給装置とを有し、前記加工液が、前記噴射ノズルから圧縮エアーと共に噴射される金属材料の加工装置であって、前記加工液は、液滴の平均粒子径が５０〜３００μｍの状態で噴射されることを特徴とする。すなわち、本発明は、加工液がミスト（霧）状ではなく、これより液滴粒径が大きなシャワー状に噴射される「セミウェット加工」である点が、最も大きな特徴として注目される。

このとき、前記加工液供給装置に冷却手段を設けたうえで、前記加工液を、前記冷却手段によって冷却された状態で噴射することが好ましい。さらには、前記加工液供給装置にサブタンクを設けて、金属材料の非加工時には、前記冷却手段によって冷却された加工液を前記サブタンクに貯留し、金属材料の加工時は前記サブタンクから加工液が供給されるようにすることが好ましい。この場合、前記加工液供給装置には、前記サブタンクから加工液を汲み上げる汲上ポンプを設けておく。そして、汲上ポンプをエアー駆動式のポンプとして、前記サブタンクに貯留された加工液を、当該エアー駆動式の汲上ポンプによって供給することが好ましい。

また、金属材料の切削又は研削加工時に、加工液供給装置から噴射ノズルを介して加工液を圧縮エアーと共に金属材料及び／又は加工工具へ噴射する、金属材料の加工方法であって、前記加工液を、液滴の平均粒子径が５０〜３００μｍの状態で噴射することを特徴とする、金属材料の加工方法も提案される。

本発明の加工装置及び加工方法によれば、加工液が平均粒子径５０〜３００μｍの所謂シャワー状に噴射されるセミウェット加工なので、加工液ぶっかけ方式のウェット加工、加工液を使用しないドライ加工、及び加工液をミスト状に噴霧するセミドライ加工のいずれの加工方式よりも優れた効果を奏する。具体的には、ウェット加工のように加工液の供給むらが生じ難く、加工工具の刃先を含めた加工部周辺へ的確に加工液を供給することができる。ウェット加工に比べて加工液の使用量を低減できるという利点も有する。また、ドライ加工のように潤滑性や冷却不足の問題は無い。さらに、セミドライ加工のように加工液が周囲へ飛散することも少なく、作業環境への悪影響も低減できる。しかも、セミドライ加工よりも液滴が大きいので、冷却効果も的確に確保できる。

加工液が冷却手段によって冷却された状態で噴射されれば、冷却効果が向上する。特に、夏場等の環境温度が比較的高い場合は、当該環境温度によって加工液も温められているので冷却効率が劣るが、冷却手段によって冷却された状態で噴射されれば、このような冷却効率の低下を避けられる。

金属材料の非加工時は冷却された加工液をサブタンクに貯留しておき、金属材料の加工時にサブタンクから加工液を供給すれば、加工液の液温調整を行うことができるとともに、確実に冷却された加工液が供給されるので、冷却効果を確実に高めることができる。

汲上ポンプとして電動式のポンプを使用すると、当該電動ポンプの駆動熱によって加工液が加熱されるおそれがある。これに対し、汲上ポンプとしてエアー駆動式のポンプを使用していればこれの駆動熱は低く、加工液が加熱されることが避けられるので、加工液を効率良く冷却することができる。

加工装置の要部構造を示す縦断面図である。 加工装置の要部拡大縦断面図である。 ノズルホルダーの平面図である。 非加工時の加工液供給装置の模式図である。 加工時の加工液供給装置の模式図である。

以下に、適宜図面を参照しながら本発明に係る金属材料の加工装置及び加工方法の代表的な実施例について説明するが、これに限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。本発明は、金属材料を切削又は研削加工する加工工具と、加工液を加工部周辺へ噴射する噴射ノズルと、噴射ノズルへ加工液を供給する加工液供給装置とを有し、加工液が噴射ノズルから圧縮エアーと共に噴射される構成のものであれば特に限定されず、種々の加工装置に適用することができるが、以下には被加工物である金属材料（以下、ワークと称する）の孔にブローチ挿入して、ワークの孔の内面を切削加工する立型ブローチ盤に適用した例を挙げて説明する。

図１及び図２に示すように、加工装置であるブローチ盤１は、本体１１と、加工工具であるブローチ１２と、治具となる基準金具１３と、加工液（以下、クーラントと称する）を噴射する噴射ノズル１４と、噴射ノズル１４を固定するノズルホルダー１５と、クーラントを供給するクーラント供給装置３０などを備えている。ブローチ１２は棒状の切削工具であり、その外周面にワークＷを切削する刃部１２ａが形成されている。ブローチ１２は本体１１に上下方向に起立した状態で挿通され、その下端部がプルヘッド１８にて固定される。本体１１は上下に昇降可能であり、これに設置されたワークＷをブローチ１２に対して上下方向に相対移動させることができる。

基準金具１３は本体１１上に設置され、これの径方向中央にブローチ１２が挿通される。また、基準金具１３の径方向中央部の上面には、ワーク設置凹部１３ａが凹み形成されており、当該ワーク設置凹部１３ａにワークＷが設置される。ワークＷには予め加工孔Ｗａが厚み方向に貫通して穿設されており、当該加工孔Ｗａ内をブローチ１２が上下に相対移動することで、加工孔Ｗａの内周面が切削加工される。

図１〜３に示すように、ノズルホルダー１５は円環状を呈し、これの径方向中央にブローチ１２が挿通される。ノズルホルダー１５はワークＷを挟んで基準金具１３の上方に設けられ、ブラケット１６に固定されている。ブラケット１６の基端は図外のシリンダに連結されており、当該シリンダによって上下方向へ昇降可能となっている。これにより、ノズルホルダー１５及びこれに固定された噴射ノズル１４は、図１の想像線（二点鎖線）で示すように、ブラケット１６を介して上下方向に昇降可能となっている。

噴射ノズル１４はノズルホルダー１５に固定され、ブローチ１２を囲むようにノズルホルダー１５の周方向に等間隔で複数箇所設けられている。本実施例では、４箇所に噴射ノズル１４を設けている。各噴射ノズル１４は、クーラントＣをワークＷの加工部へ向けて噴射するよう、所定角度で下方に傾斜している。また、各噴射ノズル１４は、図３に示すように、ブローチ１２の軸中心に対して平面方向において所定角度θずれた状態で配されている。これにより、各噴射ノズル１４から噴射されたクーラントＣのブローチ１２へまともに衝突することが避けられ、ブローチ１２の外周面を沿うように噴射されることで、刃部１２ａを含めた加工部周辺へ的確にクーラントＣを供給できる。

各噴射ノズル１４は、圧縮エアーが導入されるエアーポート１４ａと、クーラントＣが導入されるクーラントポート１４ｃと、圧縮エアー及びクーラントＣが流動していく流路１４ｂと、流路１４ｂからクーラントＣが圧縮エアーと共に噴射される噴射口１４ｄとを有する。クーラントポート１４ｃは流路１４ｂの中間部おいて圧縮エアーの流動方向に対して直交するように連通しており、流路１４ｂ内を圧縮エアーが流動する際のベンチュリー効果による負圧によってクーラントＣが吸引されるベンチュリーノズルとなっている。また、各噴射ノズル１４には、ボールねじからなるニードル１７が内外貫通状に設けられている。当該ニードル１７の先端部は、クーラントポート１４ｃと流路１４ｂとの連通部に臨んでいる。そして、ニードル１７の突出量（クーラントポート１４ｃの開口量）を調整することで、クーラントＣの導入量、延いては噴射口１４ｄから圧縮エアーと共に噴射される際の液滴粒径を調整可能となっている。なお、エアーポート１４ａには、クーラント供給装置３０から延びるエアーライン２０（エアー配管）が連結されており、クーラントポート１４ｃには、同じくクーラント供給装置３０から延びるクーラントライン２１（クーラント配管）が連結されている。

本体１１の内部には、クーラント流路１１ａが穿設されており、当該クーラント流路１１ａの基端に、クーラント供給装置３０から延びる第２クーラントライン２２が連結されている。クーラント流路１１ａの先端には、ブローチ１２を囲むように円環状に形成された円環流路１１ｂが連結されている。そして、円環流路１１ｂの側壁全体に亘って、複数の噴射口１１ｃが穿設されている。各噴射口１１ｃも、下方へ向けて所定角度傾斜している。

クーラント供給装置３０には、図４、５に示すように、エアー導入ポート３１と、クーラント導入ポート３２とが連結されている。なお、図４は、ブローチ盤１の不使用時、すなわち非加工時の状態を示しており、図５は、ワークＷ加工時の状態を示している。エアー導入ポート３１からは、図外のポンプによって圧縮エアーが圧送されてくる。クーラント導入ポート３２からは、図外のクーラントタンクからクーラントが導入される。

潤滑及び冷却用の加工液であるクーラントとしては、油性切削油でも良いし水溶性切削油でも良いが、水溶性切削油が好ましい。油性切削油は潤滑性が高いが、粘性が高いためワークへの付着量が多く消費量及びコストが高くなると共に、対環境性も悪くなる問題が生じるからである。水溶性切削油であれば、これらの問題が低減する。また、潤滑性は劣るが、加工液であるクーラントとして水を使用することもできる。

そのうえで、クーラント供給装置３０には、導入されたクーラントＣを貯留するサブタンク３５と、サブタンク３５に貯留されたクーラントＣを汲み上げる汲上ポンプ３６と、クーラントＣを冷却する冷却装置３７とを有する。クーラント導入ポート３２とサブタンク３５との間には、クーラント導入ライン２３が配されている。サブタンク３５と冷却装置３７とは、汲上ライン２４によって連通され、当該汲上ライン２４上に汲上ポンプ３６が設けられている。汲上ライン２４は、クーラントライン２１とリバースライン２５とへ択一的に連通可能となっている。クーラントライン２１は、途中で４方向に分岐しており、それぞれの先端が各噴射ノズル１４に連結されている。リバースライン２５の先端は、サブタンク３５に連通している。

クーラント導入ライン２３上には、クーラント導入ポート３２側からバルブ４０、電磁弁４１、フィルター４２が、これの順で設けられている。バルブ４０は、手動で開閉状態を切り替えるバルブである。電磁弁４１は、図示ししていない制御装置によって開閉制御される。また、バルブ４０と電磁弁４１との間には、第２クーラントライン２２が連結されている。当該第２クーラントライン２２上にも、制御装置によって開閉制御される電磁弁４３が設けられている。

サブタンク３５には、当該サブタンク３５内に貯留されるクーラントＣの液量検知手段としての液面レベルスイッチ４４と、クーラントＣの温度検知手段としての温度センサ４５とが設けられている。液面レベルスイッチ４４と温度センサ４５は、図外の制御装置へ連結されている。符号４６は、フィルターである。汲上ポンプ３６はエアー駆動式のポンプであり、当該汲上ポンプ３６には、エアー導入ポート３１の上流から分岐したポンプ駆動ライン２６が連結されている。当該ポンプ駆動ライン２６上にも、制御装置によって開閉制御される電磁弁４７が設けられている。冷却装置３７は、クーラントＣを冷却可能なものであれば特に限定されないが、例えばペルチェ素子を利用したものなどを例示できる。

エアー導入ポート３１には、エアーライン２０が連結されている。当該エアーライン２０は途中で４方向に分岐しており、それぞれの先端が各噴射ノズル１４に連結されている。また、エアーライン２０上には、エアー導入ポート３１側からバルブ５４と電磁弁５５とが、これの順で設けられている。バルブ５４は、手動で開閉状態を切り替えるバルブであり、電磁弁５５は、図示していない制御装置によって開閉制御される。

また、汲上ライン２４とクーラントライン２１及びリバースライン２５との連結部にも電磁弁４８が設けられており、エアーライン２０には、電磁弁４８に至る切替ライン２７が連結されている。電磁弁４８は、切替ライン２７を通して供給されるエアー圧力によって連通状態が切り替えられる。当該電磁弁４８がエアー圧力によって切り替えられることで、汲上ライン２４とクーラントライン２１又はリバースライン２５との連通状態が選択的に切り替えられる。また、クーラントライン２１上には、温度センサ５０、流量センサ５１、及び流量調整バルブ５２が設けられている。温度センサ５０及び流量センサ５１は、図外の制御装置に連結されている。流量調整バルブ５２は、いわゆる絞りである。

次に、ワークＷの加工手順（方法）とその作用について説明する。まず、図１の想像線で示すように、ノズルホルダー１５及び噴射ノズル１４を上方に退避させた状態で、基準金具１３上に被加工物であるワークＷを設置する。ワークＷを設置したら、図１の実線で示すように、ノズルホルダー１５がワークＷに当接ないし近接する程度に噴射ノズル１４を加工部周辺まで降ろして、加工状態にセットする。なお、ブローチ盤１の停止時（ワークＷの非加時）では、図２に示すように、各噴射ノズル１４はブローチ１２の刃部１２ａに臨んでいる。そして、ブローチ盤１の電源を入れ、クーラント供給装置３０から圧縮エアーと共にクーラントＣを加工部周辺へ供給しながら、ブローチ１２によってワークＷの加工孔Ｗａを切削加工することになる。そこで、クーラント供給装置３０について詳しく説明する。

ブローチ盤１の停止時（ワークＷの非加工時）では、クーラント導入ライン２３上のバルブ４０及びエアーライン２０上のバルブ５４は閉弁されている。また、図４に示すように、クーラント導入ライン２３上の電磁弁４１、第２クーラントライン２２上の電磁弁４３、ポンプ駆動ライン２６上の電磁弁４７、及びエアーライン２０上の電磁弁５５も、それぞれ閉弁されている。これにより、仮にクーラント導入ライン２３上のバルブ４０やエアーライン２０上のバルブ５４が閉め忘れ等により開弁されていても、クーラント供給装置３０内にクーラントや圧縮エアーが不用意に導入されることはない。クーラント導入ライン２３上のバルブ４０やエアーライン２０上のバルブ５４は、元栓としての要素である。また、ブローチ盤１の停止時（ワークＷの非加工時）では、汲上ライン２４とリバースライン２５とが電磁弁４８を介して連通されており、汲上ライン２４とクーラントライン２１とは電磁弁４８によって非連通状態となっている。

当該図４に示す状態から、バルブ４０及びバルブ５４を手動で開き、ブローチ盤１の電源を入れる。すると、図５に示すように、第２クーラントライン２２上の電磁弁４３が開弁され、クーラント導入ポート３２から導入されたクーラントが、第２クーラントライン２２を通して本体１１のクーラント流路１１ａに導入される。また、エアーライン２０上の電磁弁５５も同時に開弁される。これにより、エアー導入ポート３１から導入された圧縮エアーが、エアーライン２０を通して各噴射ノズル１４へ導入されると共に、切替ライン２７を通して電磁弁４８へも供給される。すると、当該切替ライン２７を通して供給される圧縮エアーの圧力によって電磁弁４８が作動し、汲上ライン２４とクーラントライン２１とが連通状態となる。一方、汲上ライン２４とリバースライン２５とは、非連通状態となる。また、ポンプ駆動ライン２６上の電磁弁４７も同時に開弁され、ポンプ駆動ライン２６を通して圧縮エアーが汲上ポンプ３６へ供給される。すると、当該ポンプ駆動ライン２６を通して供給された圧縮エアーによって汲上ポンプ３６が駆動し、サブタンク３５に予め貯留されていたクーラントＣが、汲上ライン２４を通して汲み上げられる。なお、サブタンク３５に貯留されているクーラントＣは予め所定温度に冷却されている（詳しくは後述する）ので、ブローチ盤１の電源を入れた直後は、冷却装置３７は作動していない。また、ブローチ盤１の電源を入れた直後は、クーラント導入ライン２３上の電磁弁４１は閉弁されたままである。

汲上ポンプ３６によって汲み上げられたクーラントＣは汲上ライン２４からクーラントライン２１へ至り、流量調整バルブ５２を介して流量が調整されながら、各噴射ノズル１４へ導入される。このとき、汲上ポンプ３６及び電磁弁４８が共にエアー駆動式なので、クーラントＣが電動熱によって加熱されることが避けられる。また、クーラントライン２１上に設けられた温度センサ５０によって、クーラントライン２１を流動していくクーラントＣの温度が検知されている。そして、当該温度センサ５０によってクーラントＣの温度が所定温度以上であることが検知されると、冷却装置３７が作動するよう制御されている。したがって、サブタンク３５内のクーラントＣの温度が充分に冷却されていなくても、クーラントＣが冷却装置３７によって冷却されながら各噴射ノズル１４へ供給されるので、冷却効果の低減が避けられる。また、クーラントライン２１上に設けられた流量センサ５１によって、クーラントライン２１を流動していくクーラントＣの流量も検知されている。そして、クーラントＣを冷却し過ぎて流動性が低下したり、サブタンク３５内のクーラントＣ量が極端に低下するなどして、クーラントライン２１中を流動するクーラントＣの流量が所定値以下であることが検知されると、ポンプ駆動ライン２６上の電磁弁４７を閉弁されて、汲上ポンプ３６が停止するように制御されている。このように、温度センサ５０及び流量センサ５１は、クーラントＣの供給状態確認用として設けられている。

各噴射ノズル１４に供給された圧縮エアーは、図２に示すように、エアーポート１４ａから流路１４ｂを通って噴射口１４ｄから噴射される。なお、本実施例では、圧縮エアーが０．２〜０．５ＭＰａ（２〜５Ｋｇ／ｃｍ²）程度で噴射されるように設定されている。同時に、流路１４ｂを圧縮エアーが流動することでクーラントポート１４ｃに負圧が生じ、クーラントポート１４ｃからクーラントＣが吸引される。そして、吸引されたクーラントＣは流路１４ｂにおいて圧縮エアーと混合され、噴射口１４ｄから圧縮エアーと共に噴射される。

このとき、圧縮エアーのエアー圧力も考慮しながらニードル１７の突出量（クーラントポート１４ｃの開口量）を調整することで、クーラントＣの液滴平均粒子径が５０〜３００μｍ程度で噴射されるように設定しておく。これにより、クーラントＣがシャワー状に噴射されるセミウェット加工となる。噴射されるクーラントＣの平均粒子径が５０μｍ未満であれば、セミドライ加工に近い状態となり、ワークＷ等の冷却効果低減や作業環境の悪化等の問題が生じる可能性が高くなる。一方、噴射されるクーラントＣの平均粒子径が３００μｍを超えると、ウェット加工に近い状態となり、加工部周辺へ均一に供給できなかったり、使用量の増加につながる。クーラントＣの液滴平均粒子径は、好ましくは５０〜２５０μｍ程度であり、より好ましくは８０〜２００μｍ程度である。

各噴射ノズル１４からシャワー状に噴射されたクーラントＣは、ワークＷの加工部周辺、すなわちワークＷの上面及びブローチ１２に向けて供給される。このとき、各噴射ノズル１４は下方へ向けて傾斜していると共に、ブローチ１２の軸中心に対して平面方向に所定角度θ傾斜しており、且つクーラントＣがシャワー状に噴射されるので、ブローチ１２の外周に供給されたクーラントＣに流れが生じ難く、加工部周辺へ均一に供給される。したがって、ワークＷの加工中にブローチ１２の刃部１２ａがワークＷの加工孔Ｗａに臨んでいる状態でも、ブローチ１２の刃部１２ａにまでクーラントＣが的確に供給される。

一方、第２クーラントライン２２中を流動してくるクーラントＣは、本体１１に穿設されたクーラント流路１１ａから円環流路１１ｂへ至り、各噴射口１１ｃから液状のままブローチ１２へ向けて供給される。これにより、ブローチ１２によってワークＷを切削した切り屑が洗い流される。

クーラントＣの消費によってサブタンク３５内のクーラント貯留量が減少し、クーラントＣの液面が液面レベルスイッチ４４より低くなると、クーラント導入ライン２３上の電磁弁４１が開弁され、フィルター４２を介して新たなクーラントＣがサブタンク３５内へ補充されるよう制御されている。サブタンク３５内のクーラント液面が液面レベルスイッチ４４より高くなると、電磁弁４１は閉弁される。ワークＷの加工中は、電磁弁４１の開閉が繰り返される。

ワークＷの切削加工が終了し、ブローチ盤１を停止すると、エアーライン２０上の電磁弁５５、第２クーラントライン２２上の電磁弁４３が閉弁される。これにより、汲上ライン２４の連通状態切替用の電磁弁４８へのエアー供給もストップする。すると、電磁弁４８が初期状態へ切り替わり、汲上ライン２４とリバースライン２５とが連通し、汲上ライン２４とクーラントライン２１とは非連通状態となる。一方、ポンプ駆動ライン２６上の電磁弁４７は、ブローチ盤１の停止後所定時間は開弁状態で維持される。また、クーラント導入ライン２３上の電磁弁４１も、必要に応じてブローチ盤１の停止後所定時間は開弁状態で維持される。すなわち、ワークＷの加工中にクーラントＣが消費されてサブタンク３５内のクーラントＣの液面が液面レベルスイッチ４４より低い場合は、ブローチ盤１の停止後でも、サブタンク３５内のクーラントＣ液面が液面レベルスイッチ４４よりも高くなるまで、クーラント導入ライン２３上の電磁弁４１は開弁されており、新たなクーラントＣがサブタンク３５内へ補充される。サブタンク３５内のクーラントＣ液面が液面レベルスイッチ４４よりも高くなれば、クーラント導入ライン２３上の電磁弁４１は閉弁される。

このように、ワークＷの加工中逐次、及び必要に応じてブローチ盤１の停止後にも補充されるクーラントは、ブローチ盤１外のクーラントタンクから供給されてくる。したがって、サブタンク３５内に貯留されているクーラントＣの温度は、補充クーラントによって上昇する。そこで、ブローチ盤１が停止され汲上ライン２４とリバースライン２５とが連通した状態においても、ポンプ駆動ライン２６上の電磁弁４７は開弁していることで、汲上ポンプ３６は駆動し続けている。一方、冷却装置３７も、ブローチ盤１の停止後所定時間は作動し続けているか、ワークＷの加工中に作動していない場合は、ブローチ盤１の停止に伴い冷却装置３７が作動する。

そして、汲上ポンプ３６によって汲み上げられたサブタンク３５内のクーラントＣは、汲上ライン２４から冷却装置３７を介して冷却されながら、リバースライン２５を通して再びサブタンク３５へリバースされる。このように、クーラントＣが冷却装置３７を介して循環することで、サブタンク３５に貯留されているクーラントＣ全体の温度が低下し、サブタンク３５内には常に予め冷却されたクーラントＣが貯留されていることになる。サブタンク３５内のクーラントＣの温度が所定温度以下となったことが温度センサ４５によって検知されると、ポンプ駆動ライン２６上の電磁弁４７及び冷却装置３７は停止制御される。なお、ブローチ盤１を長期間使用せず、その間にサブタンク３５内のクーラントＣの温度が所定温度以上となると、再度上記循環冷却が始動するよう制御されている。

なお、サブタンク３５に設けられた温度センサ４５の設定温度、すなわちサブタンク３５内に貯留されているクーラントＣの冷却温度は、室温未満であれば特に限定されない。ワークＷやブローチ１２の冷却効率を高めるためには、できるだけ低温にしておくことが好ましい。但し、過度に冷却すると、クーラントＣの流動性が悪化したり、凝固するおそれがある。したがって、サブタンク３５に設けられた温度センサ４５の設定温度、すなわちサブタンク３５内に貯留されているクーラントＣの冷却温度の下限は、クーラントＣの流動性が低下しない程度の温度とする。例えば、３〜２０℃程度の範囲で、季節や空調等の室内環境に応じて適宜設定すればよい。

（変形例）
以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、その他種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では噴射ノズルをブローチ（加工工具）の周りに４箇所設けたが、これに限らず１箇所のみでもよいし、２〜６箇所程度とすることもできる。好ましくは、３〜５箇所である。この場合も、各噴射ノズルは、加工工具を中心として等間隔で設置することが好ましい。また、上記実施例ではワークを切削加工するブローチ盤に適用したが、マシニングセンタに適用したり、研削加工装置に適用することもできる。

加工液供給装置には、サブタンク及び汲上ポンプを必ずしも設ける必要は無く、加工装置外の加工液タンクから供給されてくる加工液を、冷却手段を介して冷却しながらダイレクトに噴射するだけでもよい。また、手動で切り替えるバルブ４０・５４も、必ずしも設ける必要は無い。

加工液の冷却効率は落ちるが、汲上ポンプを電動ポンプとしたり、汲上ラインとクーラントライン及びリバースラインとの連通状態を切り替えるエアー切替式の電磁弁を、電動バルブとしてもよい。また、当該エアー切替式の電磁弁を、その他の電磁弁と同様に電子制御により開閉することもできる。

サブタンク３５に設ける温度センサ４５は、温度計としてもよい。この場合、サブタンク３５内に貯留されているクーラントＣの温度を目視により確認し、クーラントＣの温度が所定温度以下となったところで、手動で循環冷却を停止すればよい。

クーラントライン２１上に設けられた温度センサ５０によってクーラントＣの温度が所定温度より高いことが検知された場合、上記実施例のように冷却装置３７を作動させるほか、ポンプ駆動ライン２６上の電磁弁４７を閉弁して、汲上ポンプ３６を停止するように制御することもできる。

１ ブローチ盤（加工装置）
１１ 本体
１２ ブローチ（加工工具）
１３ 基準金具
１４ 噴射ノズル
１５ ノズルホルダー
１７ ニードル
２０ エアーライン
２１ クーラントライン
２３ クーラント導入ライン
２４ 汲上ライン
２５ リバースライン
２６ ポンプ駆動ライン
２７ 切替ライン
３０ クーラント供給装置
３５ サブタンク
３６ 汲上ポンプ
３７ 冷却装置
４１・４３・４７・５５ 電磁弁
４４ 液面レベルスイッチ
４５・５０ 温度センサ
４８ エアー切替電磁弁
５１ 流量センサ
５２ 流量調整バルブ
Ｃ クーラント
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 金属材料を切削又は研削加工する加工工具と、加工液を前記金属材料及び／又は前記加工工具へ噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルへ加工液を供給する加工液供給装置とを有し、前記加工液が、前記噴射ノズルから圧縮エアーと共に噴射される金属材料の加工装置であって、
   前記加工液は、液滴の平均粒子径が５０〜３００μｍの状態で噴射されることを特徴とする、金属材料の加工装置。
2. 前記加工液供給装置は冷却手段を備え、
   前記加工液が、前記冷却手段によって冷却された状態で噴射されることを特徴とする、請求項１に記載の金属材料の加工装置。
3. 前記加工液供給装置はサブタンクを備え、
   金属材料の非加工時に、前記冷却手段によって冷却された加工液が前記サブタンクに貯留され、金属材料の加工時は前記サブタンクから加工液が供給されることを特徴とする、請求項２に記載の金属材料の加工装置。
4. 前記加工液供給装置は前記サブタンクから加工液を汲み上げる汲上ポンプを備え、
   前記汲上ポンプはエアー駆動式のポンプであることを特徴とする、請求項３に記載の金属材料の加工装置。
5. 金属材料の切削又は研削加工時に、加工液供給装置から噴射ノズルを介して加工液を圧縮エアーと共に金属材料及び／又は加工工具へ噴射する、金属材料の加工方法であって、
   前記加工液を、液滴の平均粒子径が５０〜３００μｍの状態で噴射することを特徴とする、金属材料の加工方法。
6. 前記加工液供給装置に冷却手段を設け、
   前記加工液を、前記冷却手段によって冷却された状態で噴射することを特徴とする、請求項５に記載の金属材料の加工方法。
7. 前記加工液供給装置にサブタンクを設け、
   金属材料の非加工時には、前記冷却手段によって冷却された加工液を前記サブタンクに貯留し、金属材料の加工時は前記サブタンクから加工液を供給することを特徴とする、請求項６に記載の金属材料の加工方法。
8. 前記サブタンクに貯留された加工液を、前記加工液供給装置に設けられたエアー駆動式の汲上ポンプによって供給することを特徴とする、請求項７に記載の金属材料の加工方法。
   
   
   

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