切削加工装置
【課題】本発明は、切削工具と被削材との当接部の冷却を促進することが可能な切削加工装置を提供することを目的とする。
【解決手段】切削工具１により被削材２を切削加工するための切削加工装置１００であって、前記切削工具１における前記被削材２との当接部１２の近傍に電気的に接続する第１導体部２１と、前記第１導体部２１が前記切削工具１に接続する位置よりも当該当接部１２から離れた位置において前記切削工具１に電気的に接続する第２導体部２２、２３と、前記第１導体部２１から前記切削工具１を通過して前記第２導体部２２、２３に電子が移動するように、当該第１導体部２１と当該第２導体部２２、２３との間に電圧を印加する第１電圧印加手段５０Ａと、を備えている。
【解決手段】切削工具１により被削材２を切削加工するための切削加工装置１００であって、前記切削工具１における前記被削材２との当接部１２の近傍に電気的に接続する第１導体部２１と、前記第１導体部２１が前記切削工具１に接続する位置よりも当該当接部１２から離れた位置において前記切削工具１に電気的に接続する第２導体部２２、２３と、前記第１導体部２１から前記切削工具１を通過して前記第２導体部２２、２３に電子が移動するように、当該第１導体部２１と当該第２導体部２２、２３との間に電圧を印加する第１電圧印加手段５０Ａと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具により被削材を切削加工するための切削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削加工時において被削材の温度を調節しながら切削加工する切削加工装置として、特許文献１に記載の加工機械が知られている。この加工機械は、切削加工時に発生する熱を吸熱しつつ被削材を切削加工するものであり、ワークを冷却する冷却手段を備えて構成されるものである。冷却手段は、例えば、ワーク保持手段に内蔵されたペルチェ素子を含む吸熱回路によって構成されている。これにより、ペルチェ素子に直流電流を流して吸熱減少を生じさせ、ワークの冷却を可能としている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９５６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された加工機械では、ワークを周囲から冷却して、切削工具と被削材との接点において発生する熱をワークの熱伝導により冷却された周囲に向かって分散させ、吸熱することは可能であるものの、例えば、熱伝導率の低いワークを切削する場合は、接点において発生する熱が分散されにくく、局所的に温度が上昇してしまう虞がある。そのため、切削工具における被削材との当接部の温度が上昇し易く、工具寿命を著しく短くする虞がある。特に、熱伝導率が小さく化学的活性が高い材料特性を持つチタン合金等を被削材として用いる場合は、切削工具の当接部における熱の発生による影響が大きくなる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、切削工具と被削材との当接部の冷却を促進することが可能な切削加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００６】
本発明は、切削工具により被削材を切削加工するための切削加工装置に関する。そして、本発明に係る切削加工装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の切削加工装置は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る切削加工装置における第１の特徴は、切削工具により被削材を切削加工するための切削加工装置であって、前記切削工具における前記被削材との当接部の近傍に電気的に接続する第１導体部と、前記第１導体部が前記切削工具に接続する位置よりも当該当接部から離れた位置において前記切削工具に電気的に接続する第２導体部と、前記第１導体部から前記切削工具を通過して前記第２導体部に電子が移動するように、当該第１導体部と当該第２導体部との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、を備えることである。
【０００８】
この構成によると、切削の際、第１電圧印加手段により電圧を印加することで、切削工具に、被削材との当接部の側から、当該当接部から離れる方向に向かって電子が移動するように、電流を流すことができる。このように電流を流すことにより、トムソン効果により電流を流さない時と比べて、より多くの熱を当接部の側から、当該当接部から離れる方向に向かって移動させることが可能となる。これにより、切削工具と被削材との当接部で発生する熱が放熱され易くなり、当該当接部の冷却を促進することが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る切削加工装置における第２の特徴は、前記当接部の近傍における前記切削工具の温度を測定する温度測定手段と、前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御する第１電圧制御手段と、を更に備え、前記第１電圧制御手段は、前記温度測定手段の測定結果に基づいて前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御することである。
【００１０】
この構成によると、切削工具における被削材との当接部近傍の温度に基づいて、切削工具に流す電流を調整することができる。例えば、切削工具の温度が所定の温度よりも上昇した場合にのみ切削工具に電流を流して、当接部で発生する熱の放熱を促進するように制御することが可能である。これにより、切削時の切削工具の温度変化に対応してより適切な電圧制御を行うことが可能となると共に、消費電力を抑えて効率よく切削加工装置を制御することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る切削加工装置における第３の特徴は、前記被削材と電気的に接続される被削材用導体部と、第２導体部と前記被削材用導体部との間に設置される電位差測定手段と、前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を開閉可能な切換スイッチと、前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御する第１電圧制御手段と、を備え、前記第１電圧制御手段は、前記切換スイッチにより、前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路が遮断されているときの、前記電位差測定手段の測定電圧に基づいて前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御することである。
【００１２】
この構成によると、電位差測定手段により、切削工具と被削材との電位差が測定可能である。ここで、異なる二つの材料が、互いに二点で接してループ回路を形成したときに、一の接点と他の接点との間で温度差がある場合には、ゼーベック効果により当該ループ回路に熱起電力が発生することになる。切削工具と被削材とは通常異なる材料で構成されるため、上記原理により、切削工具と被削材との一の接点（切削点となる当接部）と切削工具における第２導体部との接点との間、又は、当該切削点となる当接部と被削材用導体部との接点との間、に温度差がある場合は、当該温度差に対応して熱起電力が生じ、結果として、切削工具における第２導体部との接点と、被削材用導体部との接点と、の間に電圧が生じることになる。これにより、切削工具の当接部における温度に対応した電圧データを取得することが可能となり、当該電圧データに基づいて、第１電圧印加手段により印加する電圧を調整可能となる。また、切換スイッチにより、第１電圧印加手段の電圧が切削工具に印加されないように電気回路を遮断した状態で、電位差測定手段により被削材と切削工具の間の電圧を測定することができるため、第１電圧印加手段により印加される電圧に影響されることなく、被削材及び切削工具の熱起電力のみを測定することが容易に可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る切削加工装置における第４の特徴は、前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段を更に備えることである。
【００１４】
この構成によると、切削加工時において、第２電圧印加手段により切削工具と被削材との間に電圧を印加することが可能となる。切削加工時においては切削工具と被削材とが接触しているため、切削工具と被削材との間に電圧を印加することにより、切削工具と被削材との接触点に電流を流すことが可能となる。切削工具と被削材とは通常、異なる種類の材料で形成されているため、切削工具と被削材との当接部に電流が流れることにより、当該当接部においてペルチェ効果による発熱又は吸熱が起こる。したがって、ペルチェ効果による吸熱が起こる方向に電流を流すことにより、切削工具と被削材との当接部を直接的に冷却することが可能となり、第２電圧印加手段による印加電圧を制御することにより当該当接部の温度調節を行うことが可能となる。この場合、当該当接部が直接冷却されるため、温度応答性が高くなるとともに、電圧を制御することによりペルチェ効果による吸熱量を容易に制御できるため有効である。
【００１５】
また、本発明に係る切削加工装置における第５の特徴は、前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段と、前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御する第２電圧制御手段と、を備え、前記第２電圧制御手段は、前記温度測定手段の測定値に基づいて、前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することである。
【００１６】
この構成によると、温度測定手段による切削工具の温度の測定値に基づいて第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することにより、ペルチェ効果による吸熱量を制御することができる。これにより、切削工具における当接部の温度を切削加工に適した温度に、より高精度に調整することが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る切削加工装置における第６の特徴は、前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段と、前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御する第２電圧制御手段と、を備え、前記切換スイッチは、前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を開閉可能であって、（１）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を接続するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断する第１状態と、（２）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を接続する第２状態と、（３）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断する第３状態と、
に切換可能に構成され、前記第２電圧制御手段は、前記切換スイッチが前記第３状態に切り換えられたときの前記電位差測定手段による測定値に基づいて、前記第１電圧印加手段及び前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することである。
【００１８】
この構成によると、切換スイッチが、第１状態に切り換えられているときには、第１電圧印加手段により、切削工具に電流を流して、トムソン効果により当接部の熱の放熱を促進させることが可能である。また、切換スイッチが、第２状態に切り換えられているときには、第２電圧印加手段により、切削工具と被削材との間に電流を流して、ペルチェ効果により当接部の冷却が可能となる。また、切換スイッチが、第３状態に切り換えられているときには、第１電圧印加手段及び第２電圧印加手段の電圧が切削工具及び被削材に印加されないように電気回路を遮断した状態で、電位差測定手段により被削材と切削工具の間の電圧を測定することができるため、第１電圧印加手段及び第２電圧印加手段により印加される電圧に影響されることなく、被削材及び切削工具の熱起電力のみを測定することが容易に可能となる。これにより、切削工具の当接部における温度に対応した電圧データを取得することが可能となり、当該電圧データに基づいて、第１電圧印加手段及び第２電圧印加手段により印加する電圧を調整可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る切削加工装置１００の全体概略図である。この切削加工装置１００は、微細加工を行うために用いられる装置であり、例えば微小部品の切削加工、金属等の表面仕上げ加工、表面に微細なパターンを形成する加工等の用途に用いることができる。本実施形態においては、被削材２としてチタン合金を切削加工する場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
切削加工装置１００は、被削材２に当接させて切削するための超硬合金工具であるチップ１（切削工具）と、当該チップ１を保持するための保持部材であるチップホルダー３と、被削材２を保持するとともに回転動作させるための被削材保持部４と、チップ１に電圧を印加するための第１電源装置５０Ａ及びコンピュータ５３等を含むコントローラ部５（図７参照）と、を備えている。
【００２２】
被削材保持部４は、装置本体に対して回転可能に支持されており、駆動装置（図示せず）により回転される主軸４１と、当該主軸４１の端部に固定されたチャック部４２と、を備えている。チャック部４２は、主軸４１の端部に固定されるベース部材４２ａと、当該ベース部材４２ａに対してスライド可能に設けられ互いの間隔を調整可能な複数のチャック爪４２ｂ・４２ｂと、を備えて構成される。被削材２は、例えばセラミック等の絶縁部材４３と、例えば銅等の導電性の金属により形成された導座４４と、を介して複数のチャック爪４２ｂ・４２ｂの間に挟持された状態で、被削材保持部４に保持される。
【００２３】
被削材保持部４には、回転軸方向におけるチャック爪４２ｂ側の一端から他端に向かって、棒状の電導ロッド６が貫設されており、被削材保持部４の回転に伴って当該電導ロッド６も回転するように構成されている。当該電導ロッド６は、銅等の導電体により形成されてチャック部４２側の一端から他端まで延びる棒状の導電部６１と、当該導電部６１が主軸４１及びチャック部４２と電気的に接触することがないように当該導電部６１の周囲を覆うゴム又はプラスチック等の絶縁体で形成された絶縁部６２と、を備えている。
【００２４】
電導ロッド６の導電部６１におけるチャック部４２側に位置する一端は、導線６３を介して導座４４に対して電気的に接続されている。また、導電部６１の他端は、回転接続用のコネクタ部７に接続されており、主軸４１の回転に伴って導電部６１が回転している状態においても、コネクタ部７における電気的な接続が遮断されることはない。当該回転接続用のコネクタ部７は、例えば、導電部６１の端部において導電部６１の軸方向と垂直な面をなすように形成された円板の一部を、水銀槽内の水銀に浸した状態とすることにより、回転時においても電気的な接続を保つように構成されたものを用いることができる。また、当該回転接続用のコネクタ部７には導線７１が接続されており、導線７１を介してコントローラ部５が電気的に接続されている。
【００２５】
このように、コントローラ部５から被削材２までが、導線７１、回転接続用のコネクタ部７、電導ロッド６の導電部６１、導線６３、及び導座４４からなる被削材用導体部２０（図７参照）を介して電気的に接続されている。
【００２６】
図２は、チップ１のチップホルダー３への取り付け状態を説明するための概略図である。また、図３は、チップ１を拡大して示す平面図であり、図４は、図３におけるＳ１−Ｓ１断面矢視図であり、チップ１に導線を電気的に接続したとき状態を示す図である。
【００２７】
図２及び図３に示すように、チップ１は、例えば正三角形の板状に形成されており、三角形の頂点となる３つの角部の近傍において、３つの貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃが形成されている。図３及び図４に示すように貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃは、正三角形の中心に対して対称に形成され、それぞれチップ１の正三角形の頂点近傍に一端を開口させ、当該一端の開口よりも正三角形の中心に近づく位置に他端を開口させて形成されている。また、貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃは、チップ１の頂点近傍の開口側において、縮径した縮径部１ｓを有するように形成されている。本実施形態においては、貫通孔１ａが隣接するチップ１の角部を被削材２に当接させて切削を行う場合について説明する。尚、チップ１の形状が対称的に形成されているため、貫通孔１ｂ、１ｃに隣接する角部を用いても同様に切削を行うことが可能である。
【００２８】
図４に貫通孔１ａについて示すように、チップ１に接続する銅等により形成された導線２１（第１導体部）は、端部を縮径部１ｓと逆側の開口から当該縮径部１ｓまで挿入され、縮径部１ｓにおいて例えば銀ろう９０等によりろう付け接続される。そして、ろう付け接続の後、チップ１と同じ材質の栓９１を開口から嵌挿して縮径部を塞ぎ、縮径部１ｓから貫通孔１ａの外側に突出した栓９１の部分が切削、研磨等により除去される。また、導線２１がろう付け部以外でチップ１と接触しないように、貫通孔１ａ内において導線２１の周囲には絶縁スリーブ９２が挿入される。チップ１に形成された他の貫通孔１ｂ、１ｃについても同様にして、それぞれ導線２２、２３（第２導体部）が接続される。
【００２９】
図２に示すように、チップホルダー３の長手方向における端部近傍には、チップ１を設置するための略Ｖ字状のチップ保持溝３１が形成されている。チップ保持溝３１は、チップホルダー３の上面と略平行な面として形成された底面３１ａと、当該底面３１ａと垂直面をなす側面３１ｂ及び側面３１ｃと、からなる。また、チップホルダー３におけるチップ保持溝３１に近接した位置に、前記底面３１ａと垂直な方向に向かって当該チップホルダー３を貫通するねじ穴３２が形成されている。
【００３０】
図５は、図２におけるチップ１を取り付けた状態の、ねじ穴３２及びチップホルダー３の貫通穴３３を通る断面を示す図である。図５に示すように、チップホルダー３には、チップ保持溝３１の底面３１ａからねじ穴３２に貫通するように屈曲して形成された貫通穴３３が形成されている。ねじ穴３２には、ロックスクリュー３４が所定の深さに位置するように螺挿されている。当該ロックスクリュー３４は、軸方向における一部にねじ頂部に比べて径が小さい凹部３４ａが形成されており、当該凹部３４ａが貫通穴３３におけるねじ穴３２への開口部に位置するように配置されている。
【００３１】
また、チップ保持溝３１の貫通穴３３には、セラミックロッド３５が挿入される。当該セラミックロッド３５は、例えばジルコニア等を用いて、略Ｌ字状に形成され、一端３５ａ側は板状に延び、他端３５ｂ側は略円筒状の軸として形成されている。当該セラミックロッド３５は、板状に形成された一端３５ａが、底面３１ａ側から貫通穴３３を通過してねじ穴３２に設置されているロックスクリュー３４の凹部３４ａに挿入されるように設置される。尚、セラミックロッド３５がチップ保持溝３１の貫通穴３３に挿入された状態においては、セラミックロッド３５の他端３５ｂ側の軸が底面３１ａの貫通穴３３から突出するように配置される。
【００３２】
絶縁板３６及びチップ１は、それぞれ中央部に貫通穴３６ｄ及び貫通穴１ｄが形成されており、セラミックロッド３５をチップホルダー３の貫通穴３３に挿入した後、絶縁板３６の貫通穴３６ｄ及びチップ１の貫通穴１ｄにセラミックロッド３５の端部３５ｂを挿入させて、チップ保持溝３１の底面３１ａ上に積層される（図２参照）。絶縁板３６は、三角形状の板部材として形成され、チップホルダー３の側面３１ｂ、３１ｃに対向する２辺において、積層方向に立設する壁面が形成されている。当該絶縁板３６が、チップ１とチップホルダー３との間に配置されることで、チップ１とチップホルダー３との間が電気的に絶縁される。
【００３３】
また、図６にチップホルダー３に設置された状態のチップ１の斜視図を模式的に示すように、絶縁板３６には、貫通孔３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、が形成されており、また、チップホルダー３には、貫通孔３ａ、３ｂ、３ｃが形成されている。そして、チップ１の貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃと連通する位置に、それぞれ貫通孔３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、及び、貫通孔３ａ、３ｂ、３ｃが位置し、チップ１の底面から延出する導線２１、２２、２３は、これらの貫通孔３６ａ〜３６ｃ、３ａ〜３ｃを通ってチップホルダー３の下方に延出する。
【００３４】
図５に示すように、底面３１ａからねじ穴３２まで貫通する貫通穴３３には、セラミックロッド３５の屈曲部３５ｃに当接して支持可能な段状部３３ａが形成されている。セラミックロッド３５は、チップ１等の積層方向において当該段状部に屈曲部３５ｃを支持された状態で、端部３５ａをチップ１側とは逆側に向かってロックスクリュー３４に付勢されることにより、屈曲部３５ｃを支点として回転力を受け、他端３５ｂがねじ穴３２の軸線方向に近づくように移動する。これにより、チップ１はセラミックロッド３５の端部３５ｂによりチップ保持溝３１における側面３１ｂと側面３１ｃとで形成される角部に向かって付勢され、チップ保持溝３１の側面３１ｂ、３１ｃとの間に絶縁板３６を挟みこんだ状態で固定される。また、チップ１は、セラミックロッド３５の端部３５ｂから底面３１ａ側に向かって力を受けて保持されることになる。
【００３５】
このように、コントローラ部５からチップ１までが、導線２１、２２、２３を介して電気的に接続されている。
【００３６】
次に、コントローラ部５の構成について説明する。図７は、本実施形態に係る切削加工装置１００の制御回路を模式的に示す図である。図７に示すように、チップ１における被削材２との当接部１２から離れた位置で接続されている導線２２及び２３は、接点２４ａにおいて、コントローラ部５から延びる導線２４から分岐するように構成されている。コントローラ部５は、チップ１の当接部１２の近傍に接続されている導線２１と、チップ１における当接部１２から離れた位置で接続されている導線２２及び２３に接続する導線２４と、を介してチップ１に所定の電圧を印加可能な第１電源装置５０Ａ（第１電圧印加手段）と、導線２４（導線２２、２３）及び被削材用導体部２０を介して被削材２とチップ１との間の電圧を測定可能な電圧計５２（電位差測定手段）と、電圧計５２により測定された電圧測定値に基づいて第１電源装置５０Ａが発生する電圧を制御することが可能なコンピュータ５３（第１電圧制御手段）と、第１電源装置５０Ａと導線２４とを電気的に接続する回路を遮断可能な切換スイッチ５４と、を備えている。
【００３７】
切換スイッチ５４は、第１電源装置５０Ａと導線２４とをつなぐ電気回路を接続するとともに電圧計５２と導線２４とをつなぐ電気回路を遮断した電源接続状態（図７におけるａ１に接続した状態）と、第１電源装置５０Ａと導線２４とをつなぐ電気回路を遮断して電圧計５２と導線２４とをつなぐ電気回路を接続した電圧計接続状態（図７におけるａ２に接続した状態）と、に切換可能に設置されている。これより、切換スイッチ５４が電源接続状態にあるときは、第１電源装置５０Ａから所定の電圧をチップ１に印加し、チップ１内に電流を通電させることが可能である。一方、切換スイッチ５４が電圧計接続状態にあるときは、第１電源装置５０Ａによりチップ１に電圧が印加されていない状態の、チップ１と被削材２との間の電圧（熱起電力）を測定することができる。尚、当該切換スイッチ５４の切換制御は、コンピュータ５３により行われる。
【００３８】
次に、切削加工時における切削加工装置１００の制御動作について説明する。
【００３９】
切削加工は、被削材保持部４が所定の速度で回転した状態で、当該被削材保持部４のチャック部４２に固定された被削材２にチップ１を当接させることにより行われる（図１参照）。切削加工が行われている際には、切換スイッチ５４は所定の時間間隔で電源接続状態と電圧計接続状態とに切り換えられる。具体的には、例えば、電源接続状態を５秒間維持し、その後、電圧計接続状態を０．５秒間維持する動作を繰り返すように切換スイッチ５４を制御する。コンピュータ５３は、予め当該制御を行う設定がなされている。尚、電圧計接続状態においては、電圧計接続状態は短時間であることが望ましく、例えば電圧計５２のサンプリング周期の１倍〜５倍程度の時間であることが望ましい。これにより、第１電源装置５０Ａによりチップ１に電圧を印加できなくなる時間を少なくすることが可能となる。
【００４０】
コンピュータ５３は、電圧計接続状態における電圧計５２の電圧測定値に基づいて、当該電圧測定値が所定の電圧値よりも大きくなった場合、即ち、被削材２とチップ１との当接部１２の温度が所定の温度を超えて上昇することにより被削材２とチップ１とに発生する熱起電力が所定の値よりも大きくなった場合は、第１電源装置５０Ａを制御して導線２１及び導線２４に電圧を印加する。このとき、第１電源装置５０Ａの印加電圧は、チップ１において導線２１との接点から導線２２、２３との接点に向かって電子が移動するように、即ち、導線２１よりも導線２４の電位が高くなるように制御される。これにより、チップ１内において、被削材２との当接部１２の近傍から、当該当接部１２から離れる向きに電子が移動するため、トムソン効果により当該当接部１２から離れる向きへの熱の伝達を促進することができる。したがって、切削時において当接部１２で発生する熱の放熱が促進される。
【００４１】
以上、説明したように、本実施形態に係る切削加工装置１００は、チップ１により被削材２を切削加工するものであって、チップ１における被削材２との当接部１２の近傍に電気的に接続する導線２１と、導線２１がチップ１に接続する位置よりも当接部１２から離れた位置においてチップ１に電気的に接続する導線２２、２３と、導線２１からチップ１を通過して導線２２、２３に電子が移動するように、導線２１と導線２２、２３との間に電圧を印加する第１電源装置５０Ａと、を備えている。
【００４２】
この構成によると、切削の際、第１電源装置５０Ａにより電圧を印加することで、チップ１に、被削材２との当接部１２の側から、当該当接部１２から離れる方向に向かって電子が移動するように、電流を流すことができる。このように電流を流すことでトムソン効果により、電流を流さない時と比べて、より多くの熱を当接部１２の側から、当該当接部１２から離れる方向に向かって移動させることが可能となる。これにより、チップ１と被削材２との当接部１２で発生する熱が放熱され易くなり、当該当接部１２の冷却を促進することが可能となる。
【００４３】
また、被削材２と電気的に接続される被削材用導体部２０と、導線２２、２３につながる導線２４と被削材用導体部２０との間に設置される電圧計５２と、導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を開閉可能な切換スイッチ５４と、を更に備えている。そして、コンピュータ５３は、切換スイッチ５４により、導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路が遮断されているときの、電圧計５２の測定電圧に基づいて第１電源装置５０Ａから印加される電圧を制御する。
【００４４】
この構成によると、電圧計５２により、チップ１と被削材２との電位差が測定可能である。ここで、異なる二つの材料が、互いに二点で接してループ回路を形成したときに、一の接点と他の接点との間で温度差がある場合には、ゼーベック効果により当該ループ回路に熱起電力が発生することになる。チップ１と被削材２とは通常異なる材料で構成されるため、上記原理により、チップ１と被削材２との一の接点（切削点となる当接部１２）とチップ１における導線２２、２３との接点との間、又は、当該切削点となる当接部１２と被削材２における被削材用導体部２０との接点との間、に温度差がある場合は、当該温度差に対応して熱起電力が生じ、結果として、チップ１における導線２２、２３との接点と、被削材２における被削材用導体部２０との接点と、の間に電圧が生じることになる。これにより、チップ１の当接部１２における温度に対応した電圧データを取得することが可能となり、当該電圧データに基づいて、第１電源装置５０Ａにより印加する電圧を調整可能となる。また、切換スイッチ５４により、第１電源装置５０Ａの電圧がチップ１に印加されないように電気回路を遮断した状態で、電圧計５２により被削材２とチップ１の間の電圧を測定することができるため、第１電源装置５０Ａにより印加される電圧に影響されることなく、被削材２及びチップ１の熱起電力のみを測定することが容易に可能となる。
【００４５】
また、切削加工装置１００には、装置本体に対して回転可能に設けられ前記被削材２を挟みこんで固定可能なチャック部４２が備えられ、前記被削材２を当該チャック部４２により挟みこんで回転させた状態で、前記チップ１を当該被削材２に対して当接させることにより、当該被削材２の切削加工を行うことができる。そして、前記被削材用導体部２０は、前記チャック部４２と前記被削材２との間に介装される導座４４と、当該導座４４に導線６３を介して電気的に接続される電導ロッド６の導電部６１と、回転接続用のコネクタ部７と、を有している。当該コネクタ部７は、前記導電部６１に対して、前記チャック部４２の回転方向と同方向に相対回転可能に設置され、前記コネクタ部７と前記第１電源装置５０Ａを備えるコントローラ部５とが導線７１を介して電気的に接続されている。
【００４６】
この構成によると、チャック部４２により被削材２を固定すると同時に被削材用導体部２０と被削材２とを電気的に接続することができるため、被削材２の設置が容易に可能となる。したがって、切削加工を行うための被削材２の設置及び電圧計５２との接続が手間を掛けることなく容易に可能となる。また、導座４４等とコネクタ部７とは、電気的な接続状態を維持しつつ相対回転可能に設置されているため、被削材２とともに導座４４等が回転している間も電圧計５２によりチップ１と被削材２との間の電圧を測定することが可能となる。
【００４７】
尚、本実施形態で示したように、チップ１と被削材２とに発生する熱起電力を測定する場合に限らず、チップ１における当接部１２近傍部の温度を例えば赤外線放射温度計等の非接触温度計（温度測定手段）を用いて測定する構成とすることもできる。即ち、当接部１２の近傍におけるチップ１の温度を測定する温度測定手段を設け、コンピュータ５３により、温度測定手段の測定結果に基づいて第１電源装置５０Ａから印加される電圧を制御させてもよい。第１電源装置５０Ａの印加電圧の制御方法としては、例えば、温度測定手段により検出される当接部１２近傍部の温度が所定の温度よりも高い場合は、電圧を印加してチップ１に電流を流し、所定の温度以下の場合は、電圧の印加を停止するように制御することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
図８に、第２実施形態に係る切削加工装置の制御回路を示す。第２実施形態に係る切削加工装置においては、第２電源装置５０Ｂ（第２電圧印加手段）を更に備え、切換スイッチ５６の構成が異なる点で、第１実施形態に係る切削加工装置と異なる。尚、第１実施形態と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【００４９】
第２電源装置５０Ｂは、被削材用導体部２０と導線２４との間に配置され、チップ１と被削材２との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する電源装置である。当該第２電源装置５０Ｂはコンピュータ５３（第１電圧制御手段、第２電圧制御手段）に接続されており、印加電圧を当該コンピュータ５３により自動的に制御される。
【００５０】
切換スイッチ５６は、（１）導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を接続するとともに、当該導線２４と、前記第２電源装置５０Ｂ及び電圧計５２と、をつなぐ電気回路を遮断する第１電源接続状態（第１状態、図８におけるｂ１に接続された状態）と、（２）導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を接続するとともに、導線２４と、第１電源装置５０Ａ及び電圧計５２と、をつなぐ電気回路を遮断する第２電源接続状態（第２状態、図８におけるｂ２に接続された状態）と、（３）導線２４と電圧計５２とをつなぐ電気回路を接続するとともに、導線２４と、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂと、をつなぐ電気回路を遮断する電圧計接続状態（第３状態、図８におけるｂ３に接続された状態）と、に切換可能なスイッチである。
【００５１】
切削加工が行われている際には、切換スイッチ５６は所定の時間間隔で電圧計接続状態になるようにコンピュータ５３により自動的に切り換えられる。具体的には、例えば、第１電源接続状態又は第２電源接続状態を５秒間維持し、その後、電圧計接続状態を０．５秒間維持する動作を繰り返すように制御される。
【００５２】
コンピュータ５３は、電圧計接続状態における電圧計５２の電圧測定値に基づいて、当該電圧測定値が所定の第１電圧値よりも大きくなった場合、即ち、チップ１における当接部１２の温度が所定の第１温度よりも高くなった場合は、切換スイッチ５６を第１電源接続状態に切り換えるように制御する。このとき、第１電源装置５０Ａの印加電圧は、チップ１において導線２１との接点から導線２２、２３との接点に向かって電子が移動するように、即ち、導線２１よりも導線２４の電位が高くなるように制御される。これにより、チップ１内において、被削材２との当接部１２の近傍から、当該当接部１２から離れる向きに電子が移動するため、トムソン効果により当該当接部１２から離れる向きへの熱の伝達を促進することができる。したがって、当接部１２において発生する熱を効率よく放熱することが可能となる。
【００５３】
また、コンピューター５３は、電圧計５２により測定される電圧測定値が所定の第１電圧値よりも大きい所定の第２電圧値以上になった場合は、切換スイッチ５６を第２電源接続状態に切り換えるように制御する。この場合、被削材２とチップ１との当接部１２に電流が通電される。尚、当接部１２に流れる電流の向きは、ペルチェ効果により吸熱が発生する向きになるように制御される。これにより、当接部１２において、ペルチェ効果による吸熱作用が生じるため、当該当接部１２を直接冷却することが可能となる。これにより、例えば、被削材２を高速回転させて切削加工を行う場合等、チップ１と被削材２との当接部１２における発熱量が大きい場合においても、当接部１２の温度が過度に上昇することを抑制可能となる。
【００５４】
以上、説明したように、第２実施形態に係る切削加工装置は、被削材用導体部２０と導体２４との間に配置され、被削材用導体部２０及び導線２４を介してチップ１と被削材２との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電源装置５０Ｂを備えている。
【００５５】
この構成によると、切削加工時において、第２電源装置５０Ｂによりチップ１と被削材２との間に電圧を印加することが可能となる。切削加工時においてはチップ１と被削材２とが接触しているため、チップ１と被削材２との間に電圧を印加することにより、チップ１と被削材２との当接部１２に電流を流すことが可能となる。チップ１と被削材２とは通常、異なる種類の材料で形成されているため、チップ１と被削材２との当接部１２に電流が流れることにより、当該当接部１２においてペルチェ効果による発熱又は吸熱が起こる。したがって、ペルチェ効果による吸熱が起こる方向に電流を流すことにより、チップ１と被削材２との当接部１２を直接的に冷却することが可能となり、第２電源装置５０Ｂによる印加電圧を制御することにより当該当接部１２の温度調節を行うことが可能となる。この場合、当該当接部１２が直接冷却されるため、温度応答性が高くなるとともに、電圧を制御することによりペルチェ効果による吸熱量を容易に制御できるため有効である。
【００５６】
また、切換スイッチ５６は、導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を開閉可能であって、（１）導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を接続するとともに導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を遮断する第１電源接続状態と、（２）導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を遮断するとともに導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を接続する第２電源接続状態と、（３）導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を遮断するとともに導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を遮断する電圧計接続状態と、に切換可能に構成されている。そして、コンピュータ５３は、切換スイッチ５６が前記電圧計接続状態に切り換えられたときの電圧計５２による測定値に基づいて、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂにより印加される電圧を制御する。
【００５７】
この構成によると、切換スイッチ５６が、第１電源接続状態に切り換えられているときには、第１電源装置５０Ａにより、チップ１に電流を流して、トムソン効果により当接部１２の熱の放熱を促進させることが可能である。また、切換スイッチ５６が、第２電源接続状態に切り換えられているときには、第２電源装置５０Ｂにより、チップ１と被削材２との間に電流を流して、ペルチェ効果により当接部１２の冷却が可能となる。また、切換スイッチ５６が、電圧計接続状態に切り換えられているときには、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂの電圧がチップ１及び被削材２に印加されないように電気回路を遮断した状態で、電圧計５２により被削材２とチップ１の間の電圧を測定することができるため、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂにより印加される電圧に影響されることなく、被削材２及びチップ１の熱起電力のみを測定することが容易に可能となる。これにより、チップ１の当接部１２における温度に対応した電圧データを取得することが可能となり、当該電圧データに基づいて、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂにより印加する電圧を調整可能となる。
【００５８】
尚、チップ１における当接部１２近傍部の温度を非接触温度計等の温度測定手段を用いて測定する構成とすることもできる。即ち、コンピュータ５３により、当該温度測定手段の測定結果に基づいて第２電源装置５０Ｂから印加される電圧を制御させてもよい。
【００５９】
（第３実施形態）
図９に、第３実施形態に係る切削加工装置の制御回路を示す。第３実施形態に係る切削加工装置は、チップ１と導線２２との接点８０Ａに例えばコンスタンタンからなる導線８０の一端を電気的に接続している。また、当該導線８０の他端８０Ｂと、導線２２と、の間の電圧を測定できるように電圧計８２が設置されている。
【００６０】
また、被削材２と第２電源装置５０Ｂとの間の被削材用導体部２０には、電流計５５が介設されており、被削材２とチップ１との当接部１２を流れる電流値を測定することが可能となっている。電圧計８２及び電流計５５の測定データは、コンピュータ５３に送信され、コンピュータ５３は、当該データに基づいて第２電源装置５０Ｂの印加電圧を制御する。尚、その他の部分は、第２実施形態に係る切削加工装置と同様であり、同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【００６１】
このように、コンスタンタンからなる導線８０と銅からなる導線２２とが接続されて構成されるため、導線８０及び導線２２を、チップ１との接点８０Ａにおける温度を測定する熱電対として用いることができる。即ち、電圧計８２により、導線８０における接点８０Ａとは逆側の端部８０Ｂと、導線２２と、の間の電圧を測定することで、導線８０と導線２２との接点８０Ａの温度θａを測定することが可能となる。
【００６２】
具体的には、導線８０の端部８０Ｂの温度θｂを、例えば室温に保つことにより一定温度としたときに、導線８０及び導線２２に生じる熱起電力を測定することにより、コンスタンタン（導線８０）及び銅（導線２２）の物性値（ゼーベック係数）に基づいて、導線８０と導線２２との接点８０Ａの温度を算出することができる。尚、導線８０の端部８０Ｂを氷水等に浸すことにより、当該端部の温度を一定（略０度）に保つことも可能である。
【００６３】
上記のようにして算出された接点８０Ａの温度θａを基準温度として、チップ１で発生する熱起電力から、チップ１と被削材２との当接部１２の温度を算出することが可能となる。コンピュータ５３は、算出される当接部１２の温度に基づいて、第１電源装置５０Ａまたは第２電源装置５０Ｂにより印加される電圧を制御する。
【００６４】
また、第２電源装置５０Ｂから被削材２及びチップ１に対して電圧が印加されている際には、被削材２とチップ１とに流れる電流値が一定になるように印加電圧がコンピュータ５３により制御される。具体的には、電流計５５の測定電流値に基づいて、電流計５５による電流測定値が所定の電流値よりも小さくなった場合は、第２電源装置５０Ｂにより印加する電圧を増加させるように制御される。また、電流計５５による電流測定値が所定の電流値よりも大きくなった場合は、第２電源装置５０Ｂにより印加する電圧を減少させるように制御される。
【００６５】
以上説明したように、第３実施形態に係る切削加工装置においては、前記チップ１と前記被削材２との当接部１２を流れる電流を測定可能な電流計５５を更に備え、前記コンピュータ５３は、切削加工時において前記電流計５５によって測定される電流値に基づいて前記第２電源装置５０Ｂにより印加される電圧を制御する。
【００６６】
この構成によると、切削加工時においてチップ１と被削材２との当接部１２に流れる電流に基づいて、コンピュータ５３により第２電源装置５０Ｂから印加される電圧が制御される。ここで、ペルチェ効果による吸熱量は、当接部１２を流れる電流に対応した熱量となる。一方、チップ１と被削材２との間に一定の電圧を印加している場合でも、温度変化による熱起電力及び抵抗値の変化等の影響で、流れる電流値が変動する虞がある。この場合、電流値の変化に伴って、ペルチェ効果による吸熱量も変化してしまう。そのため、直接電流値を測定して、当該電流値が所定の値になるようにコンピュータ５３により第２電源装置５０Ｂから印加される電圧を制御することで、温度変化等による影響を受けずに、ペルチェ効果による所定の吸熱又は発熱を利用して確実に温度調節を行うことが可能となる。
【００６７】
また、第３実施形態においては、コンスタンタンからなる導線８０により構成される熱電対により、接点８０Ａの温度を測定し、当該温度を基準としてチップ１の熱起電力から当接部１２の温度を算出したが、この構成に限定されない。例えば、熱電対によりチップ１と導線２１との接点の温度を測定し、測定された温度に基づいて第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂの印加電圧を制御することも可能である。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【００６９】
（１）図１０に示すように、チップ１の貫通孔１ａと導線２１との間を絶縁樹脂９３等で封止し、貫通孔１ａから導線２１が所定の剛性を有しつつ下方に延出するように構成するとともに、チップホルダー３の貫通孔３ａには、先端に導線２１の延出端部に嵌合するコネクタ部２５ａが形成され周囲を絶縁スリーブ２６で覆われた導線２５を設置し、チップ１をチップホルダー３に対して取り付けるときにチップ１に接続された導線２１の端部がコネクタ部２５ａに嵌合されて導線２５と電気的に接続するように構成してもよい。この場合、チップ１に予め接続する導線２１のチップ１からの延出長さを短くすることができるため、チップ１の取り扱いが容易となる。また、予め導線２５をコントローラ部５に接続しておけば、チップ１の電気的な接続が容易に可能となる。
【００７０】
（２）被削材を回転させて切削を行う場合に限らず、切削工具を回転、スライドさせることにより切削する場合においても適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る切削加工装置を示す全体概略図である。
【図２】図１における、チップの取り付け状態を説明するための概略図である。
【図３】図２におけるチップ１を拡大して示す平面図である。
【図４】図３におけるＳ１−Ｓ１断面矢視図であり、チップ１に導線を電気的に接続したとき状態を示す図である。
【図５】図２における、ねじ穴３２及びチップホルダーの貫通穴３３を通る断面図である。
【図６】チップホルダー３に設置されたチップ１の斜視図である。
【図７】本実施形態に係る切削加工装置１００の制御回路を模式的に示す図である。
【図８】第２実施形態に係る切削加工装置の制御回路を模式的に示す図である。
【図９】第３実施形態に係る切削加工装置の制御回路を模式的に示す図である。
【図１０】本実施形態における切削加工装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ チップ（切削工具）
２ 被削材
２０ 被削材用導体部
２１ 導線（第１導体部）
２２、２３ 導線（第２導体部）
５０Ａ 第１電源装置（第１電圧印加手段）
５０Ｂ 第２電源装置（第２電圧印加手段）
５２ 電圧計（電位差測定手段）
５３ コンピュータ（第１電圧制御手段、第２電圧制御手段）
５４、５６ 切換スイッチ
１００ 切削加工装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具により被削材を切削加工するための切削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削加工時において被削材の温度を調節しながら切削加工する切削加工装置として、特許文献１に記載の加工機械が知られている。この加工機械は、切削加工時に発生する熱を吸熱しつつ被削材を切削加工するものであり、ワークを冷却する冷却手段を備えて構成されるものである。冷却手段は、例えば、ワーク保持手段に内蔵されたペルチェ素子を含む吸熱回路によって構成されている。これにより、ペルチェ素子に直流電流を流して吸熱減少を生じさせ、ワークの冷却を可能としている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９５６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された加工機械では、ワークを周囲から冷却して、切削工具と被削材との接点において発生する熱をワークの熱伝導により冷却された周囲に向かって分散させ、吸熱することは可能であるものの、例えば、熱伝導率の低いワークを切削する場合は、接点において発生する熱が分散されにくく、局所的に温度が上昇してしまう虞がある。そのため、切削工具における被削材との当接部の温度が上昇し易く、工具寿命を著しく短くする虞がある。特に、熱伝導率が小さく化学的活性が高い材料特性を持つチタン合金等を被削材として用いる場合は、切削工具の当接部における熱の発生による影響が大きくなる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、切削工具と被削材との当接部の冷却を促進することが可能な切削加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００６】
本発明は、切削工具により被削材を切削加工するための切削加工装置に関する。そして、本発明に係る切削加工装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の切削加工装置は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る切削加工装置における第１の特徴は、切削工具により被削材を切削加工するための切削加工装置であって、前記切削工具における前記被削材との当接部の近傍に電気的に接続する第１導体部と、前記第１導体部が前記切削工具に接続する位置よりも当該当接部から離れた位置において前記切削工具に電気的に接続する第２導体部と、前記第１導体部から前記切削工具を通過して前記第２導体部に電子が移動するように、当該第１導体部と当該第２導体部との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、を備えることである。
【０００８】
この構成によると、切削の際、第１電圧印加手段により電圧を印加することで、切削工具に、被削材との当接部の側から、当該当接部から離れる方向に向かって電子が移動するように、電流を流すことができる。このように電流を流すことにより、トムソン効果により電流を流さない時と比べて、より多くの熱を当接部の側から、当該当接部から離れる方向に向かって移動させることが可能となる。これにより、切削工具と被削材との当接部で発生する熱が放熱され易くなり、当該当接部の冷却を促進することが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る切削加工装置における第２の特徴は、前記当接部の近傍における前記切削工具の温度を測定する温度測定手段と、前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御する第１電圧制御手段と、を更に備え、前記第１電圧制御手段は、前記温度測定手段の測定結果に基づいて前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御することである。
【００１０】
この構成によると、切削工具における被削材との当接部近傍の温度に基づいて、切削工具に流す電流を調整することができる。例えば、切削工具の温度が所定の温度よりも上昇した場合にのみ切削工具に電流を流して、当接部で発生する熱の放熱を促進するように制御することが可能である。これにより、切削時の切削工具の温度変化に対応してより適切な電圧制御を行うことが可能となると共に、消費電力を抑えて効率よく切削加工装置を制御することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る切削加工装置における第３の特徴は、前記被削材と電気的に接続される被削材用導体部と、第２導体部と前記被削材用導体部との間に設置される電位差測定手段と、前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を開閉可能な切換スイッチと、前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御する第１電圧制御手段と、を備え、前記第１電圧制御手段は、前記切換スイッチにより、前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路が遮断されているときの、前記電位差測定手段の測定電圧に基づいて前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御することである。
【００１２】
この構成によると、電位差測定手段により、切削工具と被削材との電位差が測定可能である。ここで、異なる二つの材料が、互いに二点で接してループ回路を形成したときに、一の接点と他の接点との間で温度差がある場合には、ゼーベック効果により当該ループ回路に熱起電力が発生することになる。切削工具と被削材とは通常異なる材料で構成されるため、上記原理により、切削工具と被削材との一の接点（切削点となる当接部）と切削工具における第２導体部との接点との間、又は、当該切削点となる当接部と被削材用導体部との接点との間、に温度差がある場合は、当該温度差に対応して熱起電力が生じ、結果として、切削工具における第２導体部との接点と、被削材用導体部との接点と、の間に電圧が生じることになる。これにより、切削工具の当接部における温度に対応した電圧データを取得することが可能となり、当該電圧データに基づいて、第１電圧印加手段により印加する電圧を調整可能となる。また、切換スイッチにより、第１電圧印加手段の電圧が切削工具に印加されないように電気回路を遮断した状態で、電位差測定手段により被削材と切削工具の間の電圧を測定することができるため、第１電圧印加手段により印加される電圧に影響されることなく、被削材及び切削工具の熱起電力のみを測定することが容易に可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る切削加工装置における第４の特徴は、前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段を更に備えることである。
【００１４】
この構成によると、切削加工時において、第２電圧印加手段により切削工具と被削材との間に電圧を印加することが可能となる。切削加工時においては切削工具と被削材とが接触しているため、切削工具と被削材との間に電圧を印加することにより、切削工具と被削材との接触点に電流を流すことが可能となる。切削工具と被削材とは通常、異なる種類の材料で形成されているため、切削工具と被削材との当接部に電流が流れることにより、当該当接部においてペルチェ効果による発熱又は吸熱が起こる。したがって、ペルチェ効果による吸熱が起こる方向に電流を流すことにより、切削工具と被削材との当接部を直接的に冷却することが可能となり、第２電圧印加手段による印加電圧を制御することにより当該当接部の温度調節を行うことが可能となる。この場合、当該当接部が直接冷却されるため、温度応答性が高くなるとともに、電圧を制御することによりペルチェ効果による吸熱量を容易に制御できるため有効である。
【００１５】
また、本発明に係る切削加工装置における第５の特徴は、前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段と、前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御する第２電圧制御手段と、を備え、前記第２電圧制御手段は、前記温度測定手段の測定値に基づいて、前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することである。
【００１６】
この構成によると、温度測定手段による切削工具の温度の測定値に基づいて第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することにより、ペルチェ効果による吸熱量を制御することができる。これにより、切削工具における当接部の温度を切削加工に適した温度に、より高精度に調整することが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る切削加工装置における第６の特徴は、前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段と、前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御する第２電圧制御手段と、を備え、前記切換スイッチは、前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を開閉可能であって、（１）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を接続するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断する第１状態と、（２）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を接続する第２状態と、（３）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断する第３状態と、
に切換可能に構成され、前記第２電圧制御手段は、前記切換スイッチが前記第３状態に切り換えられたときの前記電位差測定手段による測定値に基づいて、前記第１電圧印加手段及び前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することである。
【００１８】
この構成によると、切換スイッチが、第１状態に切り換えられているときには、第１電圧印加手段により、切削工具に電流を流して、トムソン効果により当接部の熱の放熱を促進させることが可能である。また、切換スイッチが、第２状態に切り換えられているときには、第２電圧印加手段により、切削工具と被削材との間に電流を流して、ペルチェ効果により当接部の冷却が可能となる。また、切換スイッチが、第３状態に切り換えられているときには、第１電圧印加手段及び第２電圧印加手段の電圧が切削工具及び被削材に印加されないように電気回路を遮断した状態で、電位差測定手段により被削材と切削工具の間の電圧を測定することができるため、第１電圧印加手段及び第２電圧印加手段により印加される電圧に影響されることなく、被削材及び切削工具の熱起電力のみを測定することが容易に可能となる。これにより、切削工具の当接部における温度に対応した電圧データを取得することが可能となり、当該電圧データに基づいて、第１電圧印加手段及び第２電圧印加手段により印加する電圧を調整可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る切削加工装置１００の全体概略図である。この切削加工装置１００は、微細加工を行うために用いられる装置であり、例えば微小部品の切削加工、金属等の表面仕上げ加工、表面に微細なパターンを形成する加工等の用途に用いることができる。本実施形態においては、被削材２としてチタン合金を切削加工する場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
切削加工装置１００は、被削材２に当接させて切削するための超硬合金工具であるチップ１（切削工具）と、当該チップ１を保持するための保持部材であるチップホルダー３と、被削材２を保持するとともに回転動作させるための被削材保持部４と、チップ１に電圧を印加するための第１電源装置５０Ａ及びコンピュータ５３等を含むコントローラ部５（図７参照）と、を備えている。
【００２２】
被削材保持部４は、装置本体に対して回転可能に支持されており、駆動装置（図示せず）により回転される主軸４１と、当該主軸４１の端部に固定されたチャック部４２と、を備えている。チャック部４２は、主軸４１の端部に固定されるベース部材４２ａと、当該ベース部材４２ａに対してスライド可能に設けられ互いの間隔を調整可能な複数のチャック爪４２ｂ・４２ｂと、を備えて構成される。被削材２は、例えばセラミック等の絶縁部材４３と、例えば銅等の導電性の金属により形成された導座４４と、を介して複数のチャック爪４２ｂ・４２ｂの間に挟持された状態で、被削材保持部４に保持される。
【００２３】
被削材保持部４には、回転軸方向におけるチャック爪４２ｂ側の一端から他端に向かって、棒状の電導ロッド６が貫設されており、被削材保持部４の回転に伴って当該電導ロッド６も回転するように構成されている。当該電導ロッド６は、銅等の導電体により形成されてチャック部４２側の一端から他端まで延びる棒状の導電部６１と、当該導電部６１が主軸４１及びチャック部４２と電気的に接触することがないように当該導電部６１の周囲を覆うゴム又はプラスチック等の絶縁体で形成された絶縁部６２と、を備えている。
【００２４】
電導ロッド６の導電部６１におけるチャック部４２側に位置する一端は、導線６３を介して導座４４に対して電気的に接続されている。また、導電部６１の他端は、回転接続用のコネクタ部７に接続されており、主軸４１の回転に伴って導電部６１が回転している状態においても、コネクタ部７における電気的な接続が遮断されることはない。当該回転接続用のコネクタ部７は、例えば、導電部６１の端部において導電部６１の軸方向と垂直な面をなすように形成された円板の一部を、水銀槽内の水銀に浸した状態とすることにより、回転時においても電気的な接続を保つように構成されたものを用いることができる。また、当該回転接続用のコネクタ部７には導線７１が接続されており、導線７１を介してコントローラ部５が電気的に接続されている。
【００２５】
このように、コントローラ部５から被削材２までが、導線７１、回転接続用のコネクタ部７、電導ロッド６の導電部６１、導線６３、及び導座４４からなる被削材用導体部２０（図７参照）を介して電気的に接続されている。
【００２６】
図２は、チップ１のチップホルダー３への取り付け状態を説明するための概略図である。また、図３は、チップ１を拡大して示す平面図であり、図４は、図３におけるＳ１−Ｓ１断面矢視図であり、チップ１に導線を電気的に接続したとき状態を示す図である。
【００２７】
図２及び図３に示すように、チップ１は、例えば正三角形の板状に形成されており、三角形の頂点となる３つの角部の近傍において、３つの貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃが形成されている。図３及び図４に示すように貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃは、正三角形の中心に対して対称に形成され、それぞれチップ１の正三角形の頂点近傍に一端を開口させ、当該一端の開口よりも正三角形の中心に近づく位置に他端を開口させて形成されている。また、貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃは、チップ１の頂点近傍の開口側において、縮径した縮径部１ｓを有するように形成されている。本実施形態においては、貫通孔１ａが隣接するチップ１の角部を被削材２に当接させて切削を行う場合について説明する。尚、チップ１の形状が対称的に形成されているため、貫通孔１ｂ、１ｃに隣接する角部を用いても同様に切削を行うことが可能である。
【００２８】
図４に貫通孔１ａについて示すように、チップ１に接続する銅等により形成された導線２１（第１導体部）は、端部を縮径部１ｓと逆側の開口から当該縮径部１ｓまで挿入され、縮径部１ｓにおいて例えば銀ろう９０等によりろう付け接続される。そして、ろう付け接続の後、チップ１と同じ材質の栓９１を開口から嵌挿して縮径部を塞ぎ、縮径部１ｓから貫通孔１ａの外側に突出した栓９１の部分が切削、研磨等により除去される。また、導線２１がろう付け部以外でチップ１と接触しないように、貫通孔１ａ内において導線２１の周囲には絶縁スリーブ９２が挿入される。チップ１に形成された他の貫通孔１ｂ、１ｃについても同様にして、それぞれ導線２２、２３（第２導体部）が接続される。
【００２９】
図２に示すように、チップホルダー３の長手方向における端部近傍には、チップ１を設置するための略Ｖ字状のチップ保持溝３１が形成されている。チップ保持溝３１は、チップホルダー３の上面と略平行な面として形成された底面３１ａと、当該底面３１ａと垂直面をなす側面３１ｂ及び側面３１ｃと、からなる。また、チップホルダー３におけるチップ保持溝３１に近接した位置に、前記底面３１ａと垂直な方向に向かって当該チップホルダー３を貫通するねじ穴３２が形成されている。
【００３０】
図５は、図２におけるチップ１を取り付けた状態の、ねじ穴３２及びチップホルダー３の貫通穴３３を通る断面を示す図である。図５に示すように、チップホルダー３には、チップ保持溝３１の底面３１ａからねじ穴３２に貫通するように屈曲して形成された貫通穴３３が形成されている。ねじ穴３２には、ロックスクリュー３４が所定の深さに位置するように螺挿されている。当該ロックスクリュー３４は、軸方向における一部にねじ頂部に比べて径が小さい凹部３４ａが形成されており、当該凹部３４ａが貫通穴３３におけるねじ穴３２への開口部に位置するように配置されている。
【００３１】
また、チップ保持溝３１の貫通穴３３には、セラミックロッド３５が挿入される。当該セラミックロッド３５は、例えばジルコニア等を用いて、略Ｌ字状に形成され、一端３５ａ側は板状に延び、他端３５ｂ側は略円筒状の軸として形成されている。当該セラミックロッド３５は、板状に形成された一端３５ａが、底面３１ａ側から貫通穴３３を通過してねじ穴３２に設置されているロックスクリュー３４の凹部３４ａに挿入されるように設置される。尚、セラミックロッド３５がチップ保持溝３１の貫通穴３３に挿入された状態においては、セラミックロッド３５の他端３５ｂ側の軸が底面３１ａの貫通穴３３から突出するように配置される。
【００３２】
絶縁板３６及びチップ１は、それぞれ中央部に貫通穴３６ｄ及び貫通穴１ｄが形成されており、セラミックロッド３５をチップホルダー３の貫通穴３３に挿入した後、絶縁板３６の貫通穴３６ｄ及びチップ１の貫通穴１ｄにセラミックロッド３５の端部３５ｂを挿入させて、チップ保持溝３１の底面３１ａ上に積層される（図２参照）。絶縁板３６は、三角形状の板部材として形成され、チップホルダー３の側面３１ｂ、３１ｃに対向する２辺において、積層方向に立設する壁面が形成されている。当該絶縁板３６が、チップ１とチップホルダー３との間に配置されることで、チップ１とチップホルダー３との間が電気的に絶縁される。
【００３３】
また、図６にチップホルダー３に設置された状態のチップ１の斜視図を模式的に示すように、絶縁板３６には、貫通孔３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、が形成されており、また、チップホルダー３には、貫通孔３ａ、３ｂ、３ｃが形成されている。そして、チップ１の貫通孔１ａ、１ｂ、１ｃと連通する位置に、それぞれ貫通孔３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、及び、貫通孔３ａ、３ｂ、３ｃが位置し、チップ１の底面から延出する導線２１、２２、２３は、これらの貫通孔３６ａ〜３６ｃ、３ａ〜３ｃを通ってチップホルダー３の下方に延出する。
【００３４】
図５に示すように、底面３１ａからねじ穴３２まで貫通する貫通穴３３には、セラミックロッド３５の屈曲部３５ｃに当接して支持可能な段状部３３ａが形成されている。セラミックロッド３５は、チップ１等の積層方向において当該段状部に屈曲部３５ｃを支持された状態で、端部３５ａをチップ１側とは逆側に向かってロックスクリュー３４に付勢されることにより、屈曲部３５ｃを支点として回転力を受け、他端３５ｂがねじ穴３２の軸線方向に近づくように移動する。これにより、チップ１はセラミックロッド３５の端部３５ｂによりチップ保持溝３１における側面３１ｂと側面３１ｃとで形成される角部に向かって付勢され、チップ保持溝３１の側面３１ｂ、３１ｃとの間に絶縁板３６を挟みこんだ状態で固定される。また、チップ１は、セラミックロッド３５の端部３５ｂから底面３１ａ側に向かって力を受けて保持されることになる。
【００３５】
このように、コントローラ部５からチップ１までが、導線２１、２２、２３を介して電気的に接続されている。
【００３６】
次に、コントローラ部５の構成について説明する。図７は、本実施形態に係る切削加工装置１００の制御回路を模式的に示す図である。図７に示すように、チップ１における被削材２との当接部１２から離れた位置で接続されている導線２２及び２３は、接点２４ａにおいて、コントローラ部５から延びる導線２４から分岐するように構成されている。コントローラ部５は、チップ１の当接部１２の近傍に接続されている導線２１と、チップ１における当接部１２から離れた位置で接続されている導線２２及び２３に接続する導線２４と、を介してチップ１に所定の電圧を印加可能な第１電源装置５０Ａ（第１電圧印加手段）と、導線２４（導線２２、２３）及び被削材用導体部２０を介して被削材２とチップ１との間の電圧を測定可能な電圧計５２（電位差測定手段）と、電圧計５２により測定された電圧測定値に基づいて第１電源装置５０Ａが発生する電圧を制御することが可能なコンピュータ５３（第１電圧制御手段）と、第１電源装置５０Ａと導線２４とを電気的に接続する回路を遮断可能な切換スイッチ５４と、を備えている。
【００３７】
切換スイッチ５４は、第１電源装置５０Ａと導線２４とをつなぐ電気回路を接続するとともに電圧計５２と導線２４とをつなぐ電気回路を遮断した電源接続状態（図７におけるａ１に接続した状態）と、第１電源装置５０Ａと導線２４とをつなぐ電気回路を遮断して電圧計５２と導線２４とをつなぐ電気回路を接続した電圧計接続状態（図７におけるａ２に接続した状態）と、に切換可能に設置されている。これより、切換スイッチ５４が電源接続状態にあるときは、第１電源装置５０Ａから所定の電圧をチップ１に印加し、チップ１内に電流を通電させることが可能である。一方、切換スイッチ５４が電圧計接続状態にあるときは、第１電源装置５０Ａによりチップ１に電圧が印加されていない状態の、チップ１と被削材２との間の電圧（熱起電力）を測定することができる。尚、当該切換スイッチ５４の切換制御は、コンピュータ５３により行われる。
【００３８】
次に、切削加工時における切削加工装置１００の制御動作について説明する。
【００３９】
切削加工は、被削材保持部４が所定の速度で回転した状態で、当該被削材保持部４のチャック部４２に固定された被削材２にチップ１を当接させることにより行われる（図１参照）。切削加工が行われている際には、切換スイッチ５４は所定の時間間隔で電源接続状態と電圧計接続状態とに切り換えられる。具体的には、例えば、電源接続状態を５秒間維持し、その後、電圧計接続状態を０．５秒間維持する動作を繰り返すように切換スイッチ５４を制御する。コンピュータ５３は、予め当該制御を行う設定がなされている。尚、電圧計接続状態においては、電圧計接続状態は短時間であることが望ましく、例えば電圧計５２のサンプリング周期の１倍〜５倍程度の時間であることが望ましい。これにより、第１電源装置５０Ａによりチップ１に電圧を印加できなくなる時間を少なくすることが可能となる。
【００４０】
コンピュータ５３は、電圧計接続状態における電圧計５２の電圧測定値に基づいて、当該電圧測定値が所定の電圧値よりも大きくなった場合、即ち、被削材２とチップ１との当接部１２の温度が所定の温度を超えて上昇することにより被削材２とチップ１とに発生する熱起電力が所定の値よりも大きくなった場合は、第１電源装置５０Ａを制御して導線２１及び導線２４に電圧を印加する。このとき、第１電源装置５０Ａの印加電圧は、チップ１において導線２１との接点から導線２２、２３との接点に向かって電子が移動するように、即ち、導線２１よりも導線２４の電位が高くなるように制御される。これにより、チップ１内において、被削材２との当接部１２の近傍から、当該当接部１２から離れる向きに電子が移動するため、トムソン効果により当該当接部１２から離れる向きへの熱の伝達を促進することができる。したがって、切削時において当接部１２で発生する熱の放熱が促進される。
【００４１】
以上、説明したように、本実施形態に係る切削加工装置１００は、チップ１により被削材２を切削加工するものであって、チップ１における被削材２との当接部１２の近傍に電気的に接続する導線２１と、導線２１がチップ１に接続する位置よりも当接部１２から離れた位置においてチップ１に電気的に接続する導線２２、２３と、導線２１からチップ１を通過して導線２２、２３に電子が移動するように、導線２１と導線２２、２３との間に電圧を印加する第１電源装置５０Ａと、を備えている。
【００４２】
この構成によると、切削の際、第１電源装置５０Ａにより電圧を印加することで、チップ１に、被削材２との当接部１２の側から、当該当接部１２から離れる方向に向かって電子が移動するように、電流を流すことができる。このように電流を流すことでトムソン効果により、電流を流さない時と比べて、より多くの熱を当接部１２の側から、当該当接部１２から離れる方向に向かって移動させることが可能となる。これにより、チップ１と被削材２との当接部１２で発生する熱が放熱され易くなり、当該当接部１２の冷却を促進することが可能となる。
【００４３】
また、被削材２と電気的に接続される被削材用導体部２０と、導線２２、２３につながる導線２４と被削材用導体部２０との間に設置される電圧計５２と、導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を開閉可能な切換スイッチ５４と、を更に備えている。そして、コンピュータ５３は、切換スイッチ５４により、導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路が遮断されているときの、電圧計５２の測定電圧に基づいて第１電源装置５０Ａから印加される電圧を制御する。
【００４４】
この構成によると、電圧計５２により、チップ１と被削材２との電位差が測定可能である。ここで、異なる二つの材料が、互いに二点で接してループ回路を形成したときに、一の接点と他の接点との間で温度差がある場合には、ゼーベック効果により当該ループ回路に熱起電力が発生することになる。チップ１と被削材２とは通常異なる材料で構成されるため、上記原理により、チップ１と被削材２との一の接点（切削点となる当接部１２）とチップ１における導線２２、２３との接点との間、又は、当該切削点となる当接部１２と被削材２における被削材用導体部２０との接点との間、に温度差がある場合は、当該温度差に対応して熱起電力が生じ、結果として、チップ１における導線２２、２３との接点と、被削材２における被削材用導体部２０との接点と、の間に電圧が生じることになる。これにより、チップ１の当接部１２における温度に対応した電圧データを取得することが可能となり、当該電圧データに基づいて、第１電源装置５０Ａにより印加する電圧を調整可能となる。また、切換スイッチ５４により、第１電源装置５０Ａの電圧がチップ１に印加されないように電気回路を遮断した状態で、電圧計５２により被削材２とチップ１の間の電圧を測定することができるため、第１電源装置５０Ａにより印加される電圧に影響されることなく、被削材２及びチップ１の熱起電力のみを測定することが容易に可能となる。
【００４５】
また、切削加工装置１００には、装置本体に対して回転可能に設けられ前記被削材２を挟みこんで固定可能なチャック部４２が備えられ、前記被削材２を当該チャック部４２により挟みこんで回転させた状態で、前記チップ１を当該被削材２に対して当接させることにより、当該被削材２の切削加工を行うことができる。そして、前記被削材用導体部２０は、前記チャック部４２と前記被削材２との間に介装される導座４４と、当該導座４４に導線６３を介して電気的に接続される電導ロッド６の導電部６１と、回転接続用のコネクタ部７と、を有している。当該コネクタ部７は、前記導電部６１に対して、前記チャック部４２の回転方向と同方向に相対回転可能に設置され、前記コネクタ部７と前記第１電源装置５０Ａを備えるコントローラ部５とが導線７１を介して電気的に接続されている。
【００４６】
この構成によると、チャック部４２により被削材２を固定すると同時に被削材用導体部２０と被削材２とを電気的に接続することができるため、被削材２の設置が容易に可能となる。したがって、切削加工を行うための被削材２の設置及び電圧計５２との接続が手間を掛けることなく容易に可能となる。また、導座４４等とコネクタ部７とは、電気的な接続状態を維持しつつ相対回転可能に設置されているため、被削材２とともに導座４４等が回転している間も電圧計５２によりチップ１と被削材２との間の電圧を測定することが可能となる。
【００４７】
尚、本実施形態で示したように、チップ１と被削材２とに発生する熱起電力を測定する場合に限らず、チップ１における当接部１２近傍部の温度を例えば赤外線放射温度計等の非接触温度計（温度測定手段）を用いて測定する構成とすることもできる。即ち、当接部１２の近傍におけるチップ１の温度を測定する温度測定手段を設け、コンピュータ５３により、温度測定手段の測定結果に基づいて第１電源装置５０Ａから印加される電圧を制御させてもよい。第１電源装置５０Ａの印加電圧の制御方法としては、例えば、温度測定手段により検出される当接部１２近傍部の温度が所定の温度よりも高い場合は、電圧を印加してチップ１に電流を流し、所定の温度以下の場合は、電圧の印加を停止するように制御することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
図８に、第２実施形態に係る切削加工装置の制御回路を示す。第２実施形態に係る切削加工装置においては、第２電源装置５０Ｂ（第２電圧印加手段）を更に備え、切換スイッチ５６の構成が異なる点で、第１実施形態に係る切削加工装置と異なる。尚、第１実施形態と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【００４９】
第２電源装置５０Ｂは、被削材用導体部２０と導線２４との間に配置され、チップ１と被削材２との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する電源装置である。当該第２電源装置５０Ｂはコンピュータ５３（第１電圧制御手段、第２電圧制御手段）に接続されており、印加電圧を当該コンピュータ５３により自動的に制御される。
【００５０】
切換スイッチ５６は、（１）導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を接続するとともに、当該導線２４と、前記第２電源装置５０Ｂ及び電圧計５２と、をつなぐ電気回路を遮断する第１電源接続状態（第１状態、図８におけるｂ１に接続された状態）と、（２）導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を接続するとともに、導線２４と、第１電源装置５０Ａ及び電圧計５２と、をつなぐ電気回路を遮断する第２電源接続状態（第２状態、図８におけるｂ２に接続された状態）と、（３）導線２４と電圧計５２とをつなぐ電気回路を接続するとともに、導線２４と、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂと、をつなぐ電気回路を遮断する電圧計接続状態（第３状態、図８におけるｂ３に接続された状態）と、に切換可能なスイッチである。
【００５１】
切削加工が行われている際には、切換スイッチ５６は所定の時間間隔で電圧計接続状態になるようにコンピュータ５３により自動的に切り換えられる。具体的には、例えば、第１電源接続状態又は第２電源接続状態を５秒間維持し、その後、電圧計接続状態を０．５秒間維持する動作を繰り返すように制御される。
【００５２】
コンピュータ５３は、電圧計接続状態における電圧計５２の電圧測定値に基づいて、当該電圧測定値が所定の第１電圧値よりも大きくなった場合、即ち、チップ１における当接部１２の温度が所定の第１温度よりも高くなった場合は、切換スイッチ５６を第１電源接続状態に切り換えるように制御する。このとき、第１電源装置５０Ａの印加電圧は、チップ１において導線２１との接点から導線２２、２３との接点に向かって電子が移動するように、即ち、導線２１よりも導線２４の電位が高くなるように制御される。これにより、チップ１内において、被削材２との当接部１２の近傍から、当該当接部１２から離れる向きに電子が移動するため、トムソン効果により当該当接部１２から離れる向きへの熱の伝達を促進することができる。したがって、当接部１２において発生する熱を効率よく放熱することが可能となる。
【００５３】
また、コンピューター５３は、電圧計５２により測定される電圧測定値が所定の第１電圧値よりも大きい所定の第２電圧値以上になった場合は、切換スイッチ５６を第２電源接続状態に切り換えるように制御する。この場合、被削材２とチップ１との当接部１２に電流が通電される。尚、当接部１２に流れる電流の向きは、ペルチェ効果により吸熱が発生する向きになるように制御される。これにより、当接部１２において、ペルチェ効果による吸熱作用が生じるため、当該当接部１２を直接冷却することが可能となる。これにより、例えば、被削材２を高速回転させて切削加工を行う場合等、チップ１と被削材２との当接部１２における発熱量が大きい場合においても、当接部１２の温度が過度に上昇することを抑制可能となる。
【００５４】
以上、説明したように、第２実施形態に係る切削加工装置は、被削材用導体部２０と導体２４との間に配置され、被削材用導体部２０及び導線２４を介してチップ１と被削材２との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電源装置５０Ｂを備えている。
【００５５】
この構成によると、切削加工時において、第２電源装置５０Ｂによりチップ１と被削材２との間に電圧を印加することが可能となる。切削加工時においてはチップ１と被削材２とが接触しているため、チップ１と被削材２との間に電圧を印加することにより、チップ１と被削材２との当接部１２に電流を流すことが可能となる。チップ１と被削材２とは通常、異なる種類の材料で形成されているため、チップ１と被削材２との当接部１２に電流が流れることにより、当該当接部１２においてペルチェ効果による発熱又は吸熱が起こる。したがって、ペルチェ効果による吸熱が起こる方向に電流を流すことにより、チップ１と被削材２との当接部１２を直接的に冷却することが可能となり、第２電源装置５０Ｂによる印加電圧を制御することにより当該当接部１２の温度調節を行うことが可能となる。この場合、当該当接部１２が直接冷却されるため、温度応答性が高くなるとともに、電圧を制御することによりペルチェ効果による吸熱量を容易に制御できるため有効である。
【００５６】
また、切換スイッチ５６は、導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を開閉可能であって、（１）導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を接続するとともに導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を遮断する第１電源接続状態と、（２）導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を遮断するとともに導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を接続する第２電源接続状態と、（３）導線２４と第１電源装置５０Ａとをつなぐ電気回路を遮断するとともに導線２４と第２電源装置５０Ｂとをつなぐ電気回路を遮断する電圧計接続状態と、に切換可能に構成されている。そして、コンピュータ５３は、切換スイッチ５６が前記電圧計接続状態に切り換えられたときの電圧計５２による測定値に基づいて、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂにより印加される電圧を制御する。
【００５７】
この構成によると、切換スイッチ５６が、第１電源接続状態に切り換えられているときには、第１電源装置５０Ａにより、チップ１に電流を流して、トムソン効果により当接部１２の熱の放熱を促進させることが可能である。また、切換スイッチ５６が、第２電源接続状態に切り換えられているときには、第２電源装置５０Ｂにより、チップ１と被削材２との間に電流を流して、ペルチェ効果により当接部１２の冷却が可能となる。また、切換スイッチ５６が、電圧計接続状態に切り換えられているときには、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂの電圧がチップ１及び被削材２に印加されないように電気回路を遮断した状態で、電圧計５２により被削材２とチップ１の間の電圧を測定することができるため、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂにより印加される電圧に影響されることなく、被削材２及びチップ１の熱起電力のみを測定することが容易に可能となる。これにより、チップ１の当接部１２における温度に対応した電圧データを取得することが可能となり、当該電圧データに基づいて、第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂにより印加する電圧を調整可能となる。
【００５８】
尚、チップ１における当接部１２近傍部の温度を非接触温度計等の温度測定手段を用いて測定する構成とすることもできる。即ち、コンピュータ５３により、当該温度測定手段の測定結果に基づいて第２電源装置５０Ｂから印加される電圧を制御させてもよい。
【００５９】
（第３実施形態）
図９に、第３実施形態に係る切削加工装置の制御回路を示す。第３実施形態に係る切削加工装置は、チップ１と導線２２との接点８０Ａに例えばコンスタンタンからなる導線８０の一端を電気的に接続している。また、当該導線８０の他端８０Ｂと、導線２２と、の間の電圧を測定できるように電圧計８２が設置されている。
【００６０】
また、被削材２と第２電源装置５０Ｂとの間の被削材用導体部２０には、電流計５５が介設されており、被削材２とチップ１との当接部１２を流れる電流値を測定することが可能となっている。電圧計８２及び電流計５５の測定データは、コンピュータ５３に送信され、コンピュータ５３は、当該データに基づいて第２電源装置５０Ｂの印加電圧を制御する。尚、その他の部分は、第２実施形態に係る切削加工装置と同様であり、同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【００６１】
このように、コンスタンタンからなる導線８０と銅からなる導線２２とが接続されて構成されるため、導線８０及び導線２２を、チップ１との接点８０Ａにおける温度を測定する熱電対として用いることができる。即ち、電圧計８２により、導線８０における接点８０Ａとは逆側の端部８０Ｂと、導線２２と、の間の電圧を測定することで、導線８０と導線２２との接点８０Ａの温度θａを測定することが可能となる。
【００６２】
具体的には、導線８０の端部８０Ｂの温度θｂを、例えば室温に保つことにより一定温度としたときに、導線８０及び導線２２に生じる熱起電力を測定することにより、コンスタンタン（導線８０）及び銅（導線２２）の物性値（ゼーベック係数）に基づいて、導線８０と導線２２との接点８０Ａの温度を算出することができる。尚、導線８０の端部８０Ｂを氷水等に浸すことにより、当該端部の温度を一定（略０度）に保つことも可能である。
【００６３】
上記のようにして算出された接点８０Ａの温度θａを基準温度として、チップ１で発生する熱起電力から、チップ１と被削材２との当接部１２の温度を算出することが可能となる。コンピュータ５３は、算出される当接部１２の温度に基づいて、第１電源装置５０Ａまたは第２電源装置５０Ｂにより印加される電圧を制御する。
【００６４】
また、第２電源装置５０Ｂから被削材２及びチップ１に対して電圧が印加されている際には、被削材２とチップ１とに流れる電流値が一定になるように印加電圧がコンピュータ５３により制御される。具体的には、電流計５５の測定電流値に基づいて、電流計５５による電流測定値が所定の電流値よりも小さくなった場合は、第２電源装置５０Ｂにより印加する電圧を増加させるように制御される。また、電流計５５による電流測定値が所定の電流値よりも大きくなった場合は、第２電源装置５０Ｂにより印加する電圧を減少させるように制御される。
【００６５】
以上説明したように、第３実施形態に係る切削加工装置においては、前記チップ１と前記被削材２との当接部１２を流れる電流を測定可能な電流計５５を更に備え、前記コンピュータ５３は、切削加工時において前記電流計５５によって測定される電流値に基づいて前記第２電源装置５０Ｂにより印加される電圧を制御する。
【００６６】
この構成によると、切削加工時においてチップ１と被削材２との当接部１２に流れる電流に基づいて、コンピュータ５３により第２電源装置５０Ｂから印加される電圧が制御される。ここで、ペルチェ効果による吸熱量は、当接部１２を流れる電流に対応した熱量となる。一方、チップ１と被削材２との間に一定の電圧を印加している場合でも、温度変化による熱起電力及び抵抗値の変化等の影響で、流れる電流値が変動する虞がある。この場合、電流値の変化に伴って、ペルチェ効果による吸熱量も変化してしまう。そのため、直接電流値を測定して、当該電流値が所定の値になるようにコンピュータ５３により第２電源装置５０Ｂから印加される電圧を制御することで、温度変化等による影響を受けずに、ペルチェ効果による所定の吸熱又は発熱を利用して確実に温度調節を行うことが可能となる。
【００６７】
また、第３実施形態においては、コンスタンタンからなる導線８０により構成される熱電対により、接点８０Ａの温度を測定し、当該温度を基準としてチップ１の熱起電力から当接部１２の温度を算出したが、この構成に限定されない。例えば、熱電対によりチップ１と導線２１との接点の温度を測定し、測定された温度に基づいて第１電源装置５０Ａ及び第２電源装置５０Ｂの印加電圧を制御することも可能である。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【００６９】
（１）図１０に示すように、チップ１の貫通孔１ａと導線２１との間を絶縁樹脂９３等で封止し、貫通孔１ａから導線２１が所定の剛性を有しつつ下方に延出するように構成するとともに、チップホルダー３の貫通孔３ａには、先端に導線２１の延出端部に嵌合するコネクタ部２５ａが形成され周囲を絶縁スリーブ２６で覆われた導線２５を設置し、チップ１をチップホルダー３に対して取り付けるときにチップ１に接続された導線２１の端部がコネクタ部２５ａに嵌合されて導線２５と電気的に接続するように構成してもよい。この場合、チップ１に予め接続する導線２１のチップ１からの延出長さを短くすることができるため、チップ１の取り扱いが容易となる。また、予め導線２５をコントローラ部５に接続しておけば、チップ１の電気的な接続が容易に可能となる。
【００７０】
（２）被削材を回転させて切削を行う場合に限らず、切削工具を回転、スライドさせることにより切削する場合においても適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る切削加工装置を示す全体概略図である。
【図２】図１における、チップの取り付け状態を説明するための概略図である。
【図３】図２におけるチップ１を拡大して示す平面図である。
【図４】図３におけるＳ１−Ｓ１断面矢視図であり、チップ１に導線を電気的に接続したとき状態を示す図である。
【図５】図２における、ねじ穴３２及びチップホルダーの貫通穴３３を通る断面図である。
【図６】チップホルダー３に設置されたチップ１の斜視図である。
【図７】本実施形態に係る切削加工装置１００の制御回路を模式的に示す図である。
【図８】第２実施形態に係る切削加工装置の制御回路を模式的に示す図である。
【図９】第３実施形態に係る切削加工装置の制御回路を模式的に示す図である。
【図１０】本実施形態における切削加工装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ チップ（切削工具）
２ 被削材
２０ 被削材用導体部
２１ 導線（第１導体部）
２２、２３ 導線（第２導体部）
５０Ａ 第１電源装置（第１電圧印加手段）
５０Ｂ 第２電源装置（第２電圧印加手段）
５２ 電圧計（電位差測定手段）
５３ コンピュータ（第１電圧制御手段、第２電圧制御手段）
５４、５６ 切換スイッチ
１００ 切削加工装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具により被削材を切削加工するための切削加工装置であって、
前記切削工具における前記被削材との当接部の近傍に電気的に接続する第１導体部と、
前記第１導体部が前記切削工具に接続する位置よりも当該当接部から離れた位置において前記切削工具に電気的に接続する第２導体部と、
前記第１導体部から前記切削工具を通過して前記第２導体部に電子が移動するように、当該第１導体部と当該第２導体部との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする切削加工装置。
【請求項２】
前記当接部の近傍における前記切削工具の温度を測定する温度測定手段と、
前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御する第１電圧制御手段と、
を更に備え、
前記第１電圧制御手段は、前記温度測定手段の測定結果に基づいて前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。
【請求項３】
前記被削材と電気的に接続される被削材用導体部と、
第２導体部と前記被削材用導体部との間に設置される電位差測定手段と、
前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を開閉可能な切換スイッチと、
前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御する第１電圧制御手段と、
を備え、
前記第１電圧制御手段は、前記切換スイッチにより、前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路が遮断されているときの、前記電位差測定手段の測定電圧に基づいて前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切削加工装置。
【請求項４】
前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の少なくともいずれか１項に記載の切削加工装置。
【請求項５】
前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段と、
前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御する第２電圧制御手段と、
を備え、
前記第２電圧制御手段は、前記温度測定手段の測定値に基づいて、前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することを特徴とする請求項２に記載の切削加工装置。
【請求項６】
前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段と、
前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御する第２電圧制御手段と、
を備え、
前記切換スイッチは、前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を開閉可能であって、
（１）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を接続するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断する第１状態と、
（２）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を接続する第２状態と、
（３）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断する第３状態と、
に切換可能に構成され、
前記第２電圧制御手段は、前記切換スイッチが前記第３状態に切り換えられたときの前記電位差測定手段による測定値に基づいて、前記第１電圧印加手段及び前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することを特徴とする請求項３に記載の切削加工装置。
【請求項１】
切削工具により被削材を切削加工するための切削加工装置であって、
前記切削工具における前記被削材との当接部の近傍に電気的に接続する第１導体部と、
前記第１導体部が前記切削工具に接続する位置よりも当該当接部から離れた位置において前記切削工具に電気的に接続する第２導体部と、
前記第１導体部から前記切削工具を通過して前記第２導体部に電子が移動するように、当該第１導体部と当該第２導体部との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする切削加工装置。
【請求項２】
前記当接部の近傍における前記切削工具の温度を測定する温度測定手段と、
前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御する第１電圧制御手段と、
を更に備え、
前記第１電圧制御手段は、前記温度測定手段の測定結果に基づいて前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。
【請求項３】
前記被削材と電気的に接続される被削材用導体部と、
第２導体部と前記被削材用導体部との間に設置される電位差測定手段と、
前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を開閉可能な切換スイッチと、
前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御する第１電圧制御手段と、
を備え、
前記第１電圧制御手段は、前記切換スイッチにより、前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路が遮断されているときの、前記電位差測定手段の測定電圧に基づいて前記第１電圧印加手段から印加される電圧を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切削加工装置。
【請求項４】
前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の少なくともいずれか１項に記載の切削加工装置。
【請求項５】
前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段と、
前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御する第２電圧制御手段と、
を備え、
前記第２電圧制御手段は、前記温度測定手段の測定値に基づいて、前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することを特徴とする請求項２に記載の切削加工装置。
【請求項６】
前記被削材用導体部と前記第２導体部との間に配置され、当該被削材用導体部及び当該第２導体部を介して前記切削工具と前記被削材との間に電位差を発生させるように所定の電圧を印加する第２電圧印加手段と、
前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御する第２電圧制御手段と、
を備え、
前記切換スイッチは、前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を開閉可能であって、
（１）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を接続するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断する第１状態と、
（２）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を接続する第２状態と、
（３）前記第２導体部と前記第１電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断するとともに前記第２導体部と前記第２電圧印加手段とをつなぐ電気回路を遮断する第３状態と、
に切換可能に構成され、
前記第２電圧制御手段は、前記切換スイッチが前記第３状態に切り換えられたときの前記電位差測定手段による測定値に基づいて、前記第１電圧印加手段及び前記第２電圧印加手段により印加される電圧を制御することを特徴とする請求項３に記載の切削加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２６４８９３（Ｐ２００８−２６４８９３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０７７２１（Ｐ２００７−１０７７２１）
【出願日】平成１９年４月１７日（２００７．４．１７）
【出願人】（５０４４１８０８４）日本メディカルマテリアル株式会社 (106)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１７日（２００７．４．１７）
【出願人】（５０４４１８０８４）日本メディカルマテリアル株式会社 (106)
【Ｆターム（参考）】
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