強アルカリ水に浸漬した工作機械
【課題】熱変形を制御し、かつ切削加工時の加工熱を効果的に冷却できる工作機械を提供する。
【解決手段】旋盤１は、主軸部５と、主軸部５を支持するベッド４と、主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗを収容する収容槽３と、主軸部５に回転駆動力を供給するためのモータ６と、加工工具Ｔを支持するための刃物台１０とを備える。主軸部５は、モータ６からの回転駆動力により回転駆動される主軸５Ａと、主軸５Ａに装着されて被加工物Ｗを保持するためのチャック手段５Ｂとを備える。加工工具Ｔは、主軸５Ａと一体的に回転駆動される被加工物Ｗに作用して機械加工を施すものであり、収容槽３は、少なくとも主軸部５とベッド４と被加工物Ｗとを浸漬するように浸漬液で満たされる。
【解決手段】旋盤１は、主軸部５と、主軸部５を支持するベッド４と、主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗを収容する収容槽３と、主軸部５に回転駆動力を供給するためのモータ６と、加工工具Ｔを支持するための刃物台１０とを備える。主軸部５は、モータ６からの回転駆動力により回転駆動される主軸５Ａと、主軸５Ａに装着されて被加工物Ｗを保持するためのチャック手段５Ｂとを備える。加工工具Ｔは、主軸５Ａと一体的に回転駆動される被加工物Ｗに作用して機械加工を施すものであり、収容槽３は、少なくとも主軸部５とベッド４と被加工物Ｗとを浸漬するように浸漬液で満たされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強アルカリイオン電解水（以下、「強アルカリ水」と称する。）の気化熱冷却を利用して加工時に生じる加工熱を効率よく冷却可能な工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、切削工具を用いた切削加工では、加工中に生ずる熱や切屑などの除去や切削工具の摩耗防止を目的として工具の刃先に多量の切削油剤が供給される。しかしながら、このような切削油剤は使用後に重油を混入して焼却する等して廃液を処理する必要があり、切削油剤を用いた従来の切削加工法は環境保全に反する。
【０００３】
一方、このような切削加工方法に代えて、電解水で満たされた収容槽内に被加工物を浸漬させて固定し、回転駆動される切削工具の先端部に向けて油剤を噴霧すると共に電解水を噴射させながら切削加工する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２１３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の方法は、防錆及び切削加工時の冷却を目的として、被加工物を電解水中に浸漬した状態で切削工具を回転駆動させて被加工物に加工を施すものであるが、反対に回転駆動される被加工物に対して切削加工を行う工作機械にあっては、主軸が高速回転することで主軸部が発熱し、その熱がベッド等の構造体に伝わることで熱変形を起こすと加工点が変位し、高精度な加工ができない。
【０００６】
本発明は、被加工物を回転駆動させて切削加工を行う工作機械において、浸漬液に主軸部やベッドを浸漬することで主軸部及びベッドの熱変形を抑制し、かつ切削加工時の加工発熱を効率的に冷却できる工作機械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】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の工作機械は、被加工物に機械加工を施すものであって、主軸部と、前記主軸部を支持するベッドと、前記主軸部、前記ベッド、及び前記被加工物を収容する収容槽と、前記主軸部に回転駆動力を供給するための駆動手段と、加工工具を支持するための工具支持手段と、を備え、前記主軸部は、前記駆動手段からの回転駆動力により回転駆動される主軸と、前記主軸に装着されて前記被加工物を保持するための被加工物保持手段と、を備え、前記加工工具は、前記駆動手段からの回転駆動力により前記主軸と一体的に回転駆動される前記被加工物に作用して機械加工を施すものであり、前記収容槽は、少なくとも前記主軸部と前記ベッドと前記被加工物とを浸漬するように浸漬液で満たされることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の工作機械では、前記収容槽に満たされる浸漬液はアルカリ濃度がｐＨ１０．０以上ｐＨ１３．０以下の強アルカリ水であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の工作機械は、前記強アルカリ水のアルカリ濃度を所定濃度に維持するためのアルカリ濃度制御手段を更に備え、前記アルカリ濃度制御手段は、前記強アルカリ水のアルカリ濃度を測定する測定手段と、前記所定濃度より低濃度の第１の液体を貯蔵する第１のタンクと、前記所定濃度より高濃度の第２の液体を貯蔵する第２のタンクと、前記測定手段による測定値に基づき前記第１の液体と前記第２の液体とを選択的に前記収容槽に供給する第１の制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の工作機械は、前記浸漬液に空気を供給する空気供給手段を更に備え、前記空気供給手段は、前記浸漬液中で気泡を発生させることにより前記浸漬液に空気を供給することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の工作機械では、前記空気供給手段は、前記浸漬液中で３ｍｍ〜５ｍｍの気泡を発生させることにより前記浸漬液に空気を供給する気泡発生手段と、前記浸漬液中でマイクロバブルを発生させることにより前記浸漬液に空気を供給するマイクロバブル発生手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の工作機械では、前記駆動手段には耐水処理が施されており、前記収容槽は前記駆動手段をも浸漬するように前記浸漬液で満たされることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７に記載の工作機械は、切屑除去手段を更に備え、前記切屑除去手段は、前記機械加工により前記収容槽内で発生する切屑を前記収容槽の外部へ搬送して除去することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８に記載の工作機械は、前記浸漬液の温度を所定温度に維持するための温度制御手段を更に備え、前記温度制御手段は、冷却手段と、前記浸漬液の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された浸漬液の温度に基づき浸漬液を前記冷却手段に循環させて冷却させる第２の制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載の工作機械によれば、回転駆動される被加工物を保持する主軸部とベッド及び被加工物が浸漬液に浸漬された状態で機械加工が行われるので、被加工物を回転駆動させることによる主軸部やベッドの熱変形を抑制し、かつ切削加工時の加工発熱を効率的に冷却し高精度な機械加工を施すことができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の工作機械によれば、浸漬液はアルカリ濃度がｐＨ１０．０以上ｐＨ１３．０以下の強アルカリ水であるから、浸漬液に浸漬される被加工物や主軸部が浸漬液により腐食するのを抑制できる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の工作機械は、強アルカリ水のアルカリ濃度を所定濃度に維持するためのアルカリ濃度制御手段を備えるので、機械加工に適切な環境条件を維持できる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の工作機械によれば、浸漬液に空気を供給する空気供給手段を更に備えることから、浸漬液による水冷効果に加え、気化熱による冷却効果を促進させることができ、主軸部の熱変形をより効果的に抑制できる。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の工作機械によれば、浸漬液中で３ｍｍ〜５ｍｍの気泡とマイクロバブルとを発生させるので、浸漬液の気化熱による冷却効果を更に促進することができる。
【００２０】
本発明の請求項６に記載の工作機械によれば、駆動手段も浸漬液に浸漬されるため、当該駆動手段をも強制冷却できる。
【００２１】
本発明の請求項７に記載の工作機械は、機械加工により前記収容槽内で発生する切屑を前記収容槽の外部へ搬送して除去する除去手段を備えるので、収容槽内に切屑が堆積するのを抑制できる。
本発明の請求項８に記載の工作機械は、浸漬液の温度を所定温度に維持するための温度制御手段を更に備えるため、浸漬液の温度上昇を抑えて、より効果的に主軸部及び被加工物を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る旋盤を模式的に示す概略図。
【図２】アルカリ水中における耐食性を示す表。
【図３】図１に示す旋盤の主軸部における熱変形量を示す図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る旋盤を模式的に示す概略図。
【図５】図４に示す旋盤を示す部分平面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る旋盤を模式的に示す概略図。
【図７】図３の旋盤において実行されるフィードバック制御のブロック図。
【図８】強アルカリ水への空気供給量と熱伝達率との関係を示す図。
【図９】本発明の実施形態の変形例に係る旋盤を模式的に示す概略図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う工作機械の一例としての旋盤の実施形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態に係る旋盤１を示す概略図である。旋盤１は、工場の作業台等に設置されるベース２を備え、このベース２の上面には上面解放型の収容槽３が固定されている。収容槽３の内側底面にはベッド４が設置され、このベッド４により主軸部５及びモータ（駆動手段）６が支持されている。主軸部５は、Ｚ軸方向に水平に延びるように配設された主軸５Ａと、主軸５Ａを回転可能に支持する複数個の軸受（図示せず）と、主軸５Ａの一端側に装着されたチャック手段（被加工物保持手段）５Ｂとを備え、チャック手段５Ｂには被加工物Ｗが着脱自在に装着される。モータ６は、その出力軸６ａがＺ軸方向に延びるように主軸部５の上方位置に設置されていて、モータ６からの回転駆動力は、出力軸６ａに装着されたプーリ９ａと、主軸５Ａの他端側に装着されたプーリ９ｂと、プーリ９ａ及び９ｂに巻回されたベルト９ｃとを介して主軸５Ａへ伝達される。主軸５Ａへ伝達された回転駆動力は、主軸５Ａと共にチャック手段５Ｂ及び被加工物Ｗを一体的に所定方向へ回転させる。
【００２５】
ベース２の上面には更に刃物台（工具支持手段）１０が設置されている。この刃物台１０は加工工具ＴをＸ軸方向、Ｙ軸方向（図１の紙面に対して垂直な方向）、及びＺ軸方向の３方向に移動自在に保持するものであり、加工工具Ｔは工具先端Ｔａが下方を向くように（宙づり状態で）刃物台１０に着脱自在に装着される。刃物台１０に保持された加工工具Ｔは、回転駆動される被加工物Ｗに作用して機械加工を施す。
【００２６】
本実施形態における旋盤１は更にチップコンベア１１と、ベース２の上面に設置された回収容器１２とを備える。チップコンベア１１の一端部はベッド４の上面であってチャック手段５Ｂの下方に配設され、その他端部は収容槽３の外部まで延設されている。
機械加工によって発生した切屑Ｄは、チップコンベア１１が図１において時計回りに周回することで、その一端部側から他端部側へ収容槽３外部まで搬送され、回収容器１２により回収される。
【００２７】
被加工物Ｗに機械加工を施す際には、主軸部５及び被加工物Ｗが完全に浸漬されるよう浸漬液Ｌが収容槽３内に満たされる。このとき、主軸部５よりも上方に位置するモータ６は浸漬液Ｌに浸漬されない。浸漬液Ｌとしては種々のものが使用可能であるが、強アルカリ水であることが望ましい。そこで本実施形態では浸漬液Ｌとして強アルカリ水Ｌを用いることとする。ここで、「強アルカリ水」とは、ｐＨ１０以上のアルカリ濃度を有するアルカリイオン水のことを意味する。強アルカリ水Ｌは、被加工物Ｗに対応した適切なアルカリ濃度範囲内にあるｐＨ濃度を有している。
【００２８】
つまり、加工の際には強アルカリ水Ｌに浸漬される主軸部５等の機械部品や加工工具Ｔ、及び被加工物Ｗの全てが腐食されないように環境を整えることが重要である。そのため、例えば図２の表に示すように、被加工物Ｗや主軸部５等の耐食性（金属イオン濃度）を考慮して収容槽３内の強アルカリ水ＬのｐＨ濃度を適切な範囲（例えば、ｐＨ濃度が１０．０以上１３．０以下の範囲）に保持しておくのが好ましい。
【００２９】
例えば、被加工物Ｗがチタン合金Ｔｉ６Ａ１４Ｖ製である場合、適切なｐＨ濃度は１０以上１３以下である。ｐＨ濃度が１０未満になると、チャック手段５Ｂ等の鋼部品の腐食が発生する恐れがあるので望ましくない。一方、ｐＨ濃度が１３を超えると、被加工物Ｗであるチタン合金Ｔｉ６Ａ１４Ｖが、この合金中の金属イオンと強アルカリ水Ｌ中のＯＨ−濃度との関係から、腐食が開始するので望ましくない。
【００３０】
ここで、本実施形態では、環境への配慮及び省エネルギーの観点から収容槽３内に投入する強アルカリ水Ｌには潤滑油や洗浄液等は一切添加していない。従って、加工後は強アルカリ水Ｌの洗浄効果によって乾燥させるだけで被工作物Ｗは清浄な状態になる。このとき、強アルカリ水Ｌは、ＯＨ−の影響で旋盤１を構成する鋼部品（主軸部５等）や被加工物Ｗを腐食することはない。
【００３１】
被加工物Ｗの機械加工は、高速回転する被加工物Ｗへ工具先端Ｔａを接触させることで達成されるが、その際に被加工物Ｗと工具先端Ｔａとの間に加工熱が発生する。また、主軸５Ａが高速回転することで、これを回転可能に支持する軸受（図示せず）が発熱し、主軸部５全体が熱を帯びる。主軸部５が高温になってベッド４へ伝わることで主軸部５及びベッド４が熱変形を起こすと加工点が変位し、高精度な機械加工の妨げになる。しかしながら、本実施形態では主軸部５、被加工物Ｗ、及び工具先端Ｔａが強アルカリ水Ｌ中に浸漬された状態にあるため、強アルカリ水Ｌによってこれら主軸部５、ベッド４、被加工物Ｗ、及び工具先端Ｔａが強制冷却され、熱変形に伴う加工精度の低下を抑制できる。
【００３２】
より具体的に、以上のような浸漬状態により、主軸部５、ベッド４、被加工物Ｗ、工具先端Ｔａ、及び切屑Ｄの大半が１００Ｗ／（ｍ２Ｋ）以上の非常に高い熱伝達率で冷却されることになる。しかも、強アルカリ水Ｌは１００℃を越えることがないため、主軸部５、ベッド４、被加工物Ｗ、工具先端Ｔａ、及び切屑Ｄを常に１００℃以下の周囲環境温度下にしつつ１００Ｗ／（ｍ２Ｋ）以上の非常に高い熱伝達率でこれらを冷却することが可能になる。
【００３３】
さらに、強アルカリ水は普通の水道水よりも浸透性が高いため、被加工物Ｗと加工工具Ｔとの界面、及び加工工具Ｔと切屑Ｄとの界面に浸透する特性があるため、この浸透特性によって更に冷却特性を向上することが可能となる。
【００３４】
図３に、旋盤１の主軸部５を強アルカリ水Ｌに浸漬させた状態で実際に主軸５Ａを高速回転させた際の主軸部５の熱変形量の実測値を示す。熱変形量は、チャック手段５Ｂの先端に測定部材（図示せず）を取り付け、収容槽３内の所定位置から当該測定部材の特定位置までの距離を計測することで測定した。また、主軸部５を強アルカリ水Ｌに浸漬させない状態で主軸５Ａを高速回転させた際の熱変形量も測定した。
【００３５】
図３から明らかなように、主軸部５を強アルカリ水Ｌに浸漬させた場合には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても熱変形量が１μｍ程度に抑制されていて、強アルカリ水Ｌに浸漬させない場合と比較して熱変形量を大幅に低減できた。
【００３６】
このように、主軸部５を強アルカリ水Ｌに浸漬した状態で機械加工を行うことにより、主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗを強制冷却して、これら主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗの熱変形を抑制することができ、従って加工点の変位を抑制できるので、高精度な機械加工が可能となる。
〔第２の実施形態〕
【００３７】
図４に本発明の第２の実施形態に係る旋盤１Ａを示す。旋盤１Ａは、上記第１の実施形態に係る旋盤１の構成に加えて空気供給手段３０を備える。なお、図４では、図面簡略化のため、チップコンベア１１や回収容器１２等の構成要素は省略する。空気供給機構３０は、収容槽３に収容された浸漬液Ｌに空気を供給することにより気化熱による冷却効果を促進させるものである。
【００３８】
具体的に、空気供給手段３０は、マイクロバブル発生装置３１と気泡発生装置３２とを備える。マイクロバブル発生装置３１は、収容槽３内部に設置された一対のバブル発生ノズル３１ａ（図５）を備え、被加工物Ｗに向かって浸漬液Ｌ中でマイクロバブルを発生させることで、浸漬液Ｌに空気を供給するものである。気泡発生装置３２は、収容槽４内部に設置された一対の気泡発生プレート（多孔質プレート）３２ａ（図５）と、これら気泡発生プレート３２ａへ圧縮空気を送り出すためのコンプレッサ（図示せず）とを備え、浸漬液Ｌ中で例えば直径３〜５ｍｍ程度の気泡を発生させることで浸漬液Ｌに空気を供給するものである。図５に示すように一対のバブル発生ノズル３１ａは、Ｘ軸方向におけるチップコンベア１１の両側位置において、マイクロバブルを収容槽３のＺ軸方向内側に向けて発生させるように配置されている。一方、一対の気泡発生プレート３２ａは、ベッド４の上面であってＸ軸方向におけるワークＷの両側に配置されている。なお、マイクロバブル発生装置３１及び気泡発生装置３２の構成は周知であるので詳細な説明は省略する。
【００３９】
本実施形態では、主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗを浸漬液Ｌに浸漬させるため、これら主軸部５及び被加工物Ｗ近傍をくまなく冷却領域としているが、この段階では主軸部５及び被加工物Ｗに接している浸漬液Ｌ中には空気量が少なく、水冷効果はあるものの、気化熱による冷却効果には乏しい状況にある。しかしながら、上述したように空気供給機構３０により収容槽３に収容された浸漬液Ｌに空気を供給することにより、水冷効果に加え、気化熱による冷却効果を促進させることができ、主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗをより効果的に冷却できる。
〔第３の実施形態〕
【００４０】
図６に本発明の第３の実施形態に係る旋盤１Ｂを示す。本実施形態では、浸漬液Ｌとして強アルカリ水Ｌを用いる。この旋盤１Ｂは、第１の実施形態の旋盤１の構成に加え、浸漬液Ｌとしての強アルカリ水Ｌを所定の温度に維持するための温度制御手段４０と、強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度（ｐＨ値）を所定値に維持するためのアルカリ濃度制御手段５０とを備える。なお、図６では、図面簡略化のため、収容槽３、温度制御手段４０、及びアルカリ濃度制御手段５０以外の構成部材は省略する。
【００４１】
温度制御手段４０は、冷却手段４１と、この冷却手段４１に収容槽３内の強アルカリ水Ｌを循環させる管路４２ａ、４２ｂと、収容槽３内の強アルカリ水Ｌの温度を検出する温度計４３と、温度計４３による検出値が入力される制御装置４４とを備える。旋盤１Ｂにより機械加工が行われると加工熱により収容槽３内の強アルカリ水Ｌの温度が上昇するが、温度計４３からの出力値に基づき強アルカリ水Ｌの温度上昇が検出されると、制御装置４４は管路４２ａ及び４２ｂを介して強アルカリ水Ｌを冷却手段４１に循環させてこれを冷却し、強アルカリ水Ｌの温度を所定温度に維持する。
【００４２】
アルカリ濃度制御手段５０は、強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度を検出するｐＨメータ５１と、低いアルカリ濃度を有する水（水道水等）を貯蔵するための水タンク５２と、高いアルカリ濃度（例えば、ｐＨ１３）を有する強アルカリ水を貯蔵するための強アルカリ水タンク５３と、水路５２ａ上に設けられた調整弁５２ｂと、アルカリ水路５３ａ上に設けられた調整弁５３ｂと、制御装置５４とを備える。ｐＨメータ５１は、収容槽３内の強アルカリ水ＬのｐＨ値を検出して、これを制御装置５４へ出力するものである。
【００４３】
制御装置５４は強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度についてフィードバック制御を行うものである。具体的には、制御装置５４には加工に最適な強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度範囲（アルカリ濃度の上限値及び下限値）が設定され、制御装置５４は設定されたアルカリ濃度範囲とｐＨメータ５１からの実測値と比較することで、強アルカリ水Ｌが所定のアルカリ濃度範囲内にあるか否かを判断する。所定のアルカリ濃度範囲を逸脱した場合には、調整弁５２ｂ及び５３ｂを制御して、水タンク５２に収容された水及び強アルカリ水タンク５３に収容された強アルカリ水を選択的に収容槽３へ供給することで、強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度を所定値に維持する。強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度は、アルカリ濃度の自然低下や強アルカリ水Ｌの蒸発によって変動するが、アルカリ濃度制御手段５０を用いることでアルカリ濃度の変動を抑制できる。なお、制御装置５４により実行されるフィードバック制御のブロック図の一例を図７に示す。
【００４４】
また、本実施形態では温度制御手段４０を用いることで強アルカリ水Ｌの温度を一定に保つため、強アルカリ水Ｌの温度上昇に起因したｐＨメータ５１の検出誤差を抑制できる。
〔実施例〕
【００４５】
浸漬液Ｌへの空気供給による気化熱効果を確認するため、浸漬液ＬとしてｐＨ１２．５の強アルカリ水Ｌを用い、次のような実験を行った。ラバーヒータ（１００×１００×２ｍｍ）を２枚の鋼（ＳＰＣＣ、１００×１００×１ｍｍ）で両側から挟み、それをｐＨ１２．５の強アルカリ水Ｌの入っている収容槽（３５０×３５０×２００ｍｍ）の中央に宙づり状態で配置し、ラバーヒータに電源を入れ（５０Ｗ）、鋼の表面に張った熱電対の温度が所定状態になった段階で、鋼の表面温度と収容槽の平均水温から見かけ上の熱伝達率を測定した。実験は、実施例１としてアルカリ水Ｌの入った収容槽３内を自然対流状態にした場合、実施例２として気泡発生装置３２を用いて直径１〜２ｍｍ程度の気泡を下方から供給した場合、実施例３として気泡発生装置３２を用いて直径３〜５ｍｍ程度の気泡を下方から供給した場合、実施例４としてマイクロバブル発生装置３１を用いてマイクロバブルを１０ｌ／ｍｉｎで供給すると共に気泡発生装置３２を用いて直径３〜５ｍｍ程度の気泡を下方から供給した場合、の４種類で行った。
【００４６】
図８に見かけ上の熱伝達率の測定結果を示す。図８の測定結果から分かるように、実施例１に比べ、実施例３において直径３〜５ｍｍ程度の気泡を５２ｌ／ｍｉｎで供給した場合には、熱伝達率が６０倍向上した。また、実施例４においてマイクロバブルを１０ｌ／ｍｉｎで供給しながら直径３〜５ｍｍ程度の気泡を３２ｌ／ｍｉｎで供給した場合には、熱伝達率が実施例１の８０倍に向上した。この結果より、直径３〜５ｍｍ程度の気泡を含む強アルカリ水Ｌを対流させることで大きな冷却効果が得られ、直径３〜５ｍｍ程度の気泡とマイクロバブルとを併用することで更に大きな冷却効果が得られることがわかった。このことから、気泡発生装置３２を使用し、又はこれとマイクロバブル発生装置３１とを併用することで、強アルカリ水Ｌの熱伝達率を１００００／（ｍ２Ｋ）以上とすることができ、大きな熱伝達率で主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗを冷却できることが確認できた。
【００４７】
以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、モータ６等の電気部品は浸漬液Ｌに浸漬させないように構成しているが、これら電気部品に耐水処理を施して浸漬液Ｌに浸漬させて駆動させる構成としても良い。また、上記実施形態では、刃物台１０を収容槽３の外部に設置したが、刃物台１０を収容槽３の内部に設置する構成としても良い。例えば、図９に示す旋盤１Ｃのように、モータ６等の電気部品と刃物台１０の双方も浸漬液Ｌに浸漬させる構成とすることもできる。なお、図９では図面簡略化のため、チップコンベア１１や回収容器１２等の構成要素は省略するが、このように刃物台１０を収容槽３内部に設ける場合には、チップコンベア１１や回収容器１２等の構成部材の配置は適宜調整される。
【００４９】
上記実施形態では、刃物台１０は加工工具Ｔを下向きに保持するものであったが、横向き或いは上向きに保持するものあっても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 旋盤
２ ベース
３ 収容槽
４ ベッド
５ 主軸部
５Ａ 主軸
５Ｂ チャック手段
６ モータ
９ａ、９ｂ プーリ
９ｃ ベルト
１１ チップコンベア
１２ 回収容器
３０ 空気供給手段
３１ マイクロバブル発生装置
３２ 気泡発生装置
４０ 温度制御手段
５０ アルカリ濃度制御手段
５１ ｐＨメータ
５２ 水タンク
５３ 強アルカリ水タンク
Ｌ 浸漬液（強アルカリ水）
Ｔ 加工工具
Ｗ 被加工物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強アルカリイオン電解水（以下、「強アルカリ水」と称する。）の気化熱冷却を利用して加工時に生じる加工熱を効率よく冷却可能な工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、切削工具を用いた切削加工では、加工中に生ずる熱や切屑などの除去や切削工具の摩耗防止を目的として工具の刃先に多量の切削油剤が供給される。しかしながら、このような切削油剤は使用後に重油を混入して焼却する等して廃液を処理する必要があり、切削油剤を用いた従来の切削加工法は環境保全に反する。
【０００３】
一方、このような切削加工方法に代えて、電解水で満たされた収容槽内に被加工物を浸漬させて固定し、回転駆動される切削工具の先端部に向けて油剤を噴霧すると共に電解水を噴射させながら切削加工する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２１３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の方法は、防錆及び切削加工時の冷却を目的として、被加工物を電解水中に浸漬した状態で切削工具を回転駆動させて被加工物に加工を施すものであるが、反対に回転駆動される被加工物に対して切削加工を行う工作機械にあっては、主軸が高速回転することで主軸部が発熱し、その熱がベッド等の構造体に伝わることで熱変形を起こすと加工点が変位し、高精度な加工ができない。
【０００６】
本発明は、被加工物を回転駆動させて切削加工を行う工作機械において、浸漬液に主軸部やベッドを浸漬することで主軸部及びベッドの熱変形を抑制し、かつ切削加工時の加工発熱を効率的に冷却できる工作機械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】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の工作機械は、被加工物に機械加工を施すものであって、主軸部と、前記主軸部を支持するベッドと、前記主軸部、前記ベッド、及び前記被加工物を収容する収容槽と、前記主軸部に回転駆動力を供給するための駆動手段と、加工工具を支持するための工具支持手段と、を備え、前記主軸部は、前記駆動手段からの回転駆動力により回転駆動される主軸と、前記主軸に装着されて前記被加工物を保持するための被加工物保持手段と、を備え、前記加工工具は、前記駆動手段からの回転駆動力により前記主軸と一体的に回転駆動される前記被加工物に作用して機械加工を施すものであり、前記収容槽は、少なくとも前記主軸部と前記ベッドと前記被加工物とを浸漬するように浸漬液で満たされることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の工作機械では、前記収容槽に満たされる浸漬液はアルカリ濃度がｐＨ１０．０以上ｐＨ１３．０以下の強アルカリ水であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の工作機械は、前記強アルカリ水のアルカリ濃度を所定濃度に維持するためのアルカリ濃度制御手段を更に備え、前記アルカリ濃度制御手段は、前記強アルカリ水のアルカリ濃度を測定する測定手段と、前記所定濃度より低濃度の第１の液体を貯蔵する第１のタンクと、前記所定濃度より高濃度の第２の液体を貯蔵する第２のタンクと、前記測定手段による測定値に基づき前記第１の液体と前記第２の液体とを選択的に前記収容槽に供給する第１の制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の工作機械は、前記浸漬液に空気を供給する空気供給手段を更に備え、前記空気供給手段は、前記浸漬液中で気泡を発生させることにより前記浸漬液に空気を供給することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の工作機械では、前記空気供給手段は、前記浸漬液中で３ｍｍ〜５ｍｍの気泡を発生させることにより前記浸漬液に空気を供給する気泡発生手段と、前記浸漬液中でマイクロバブルを発生させることにより前記浸漬液に空気を供給するマイクロバブル発生手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の工作機械では、前記駆動手段には耐水処理が施されており、前記収容槽は前記駆動手段をも浸漬するように前記浸漬液で満たされることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７に記載の工作機械は、切屑除去手段を更に備え、前記切屑除去手段は、前記機械加工により前記収容槽内で発生する切屑を前記収容槽の外部へ搬送して除去することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８に記載の工作機械は、前記浸漬液の温度を所定温度に維持するための温度制御手段を更に備え、前記温度制御手段は、冷却手段と、前記浸漬液の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された浸漬液の温度に基づき浸漬液を前記冷却手段に循環させて冷却させる第２の制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載の工作機械によれば、回転駆動される被加工物を保持する主軸部とベッド及び被加工物が浸漬液に浸漬された状態で機械加工が行われるので、被加工物を回転駆動させることによる主軸部やベッドの熱変形を抑制し、かつ切削加工時の加工発熱を効率的に冷却し高精度な機械加工を施すことができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の工作機械によれば、浸漬液はアルカリ濃度がｐＨ１０．０以上ｐＨ１３．０以下の強アルカリ水であるから、浸漬液に浸漬される被加工物や主軸部が浸漬液により腐食するのを抑制できる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の工作機械は、強アルカリ水のアルカリ濃度を所定濃度に維持するためのアルカリ濃度制御手段を備えるので、機械加工に適切な環境条件を維持できる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の工作機械によれば、浸漬液に空気を供給する空気供給手段を更に備えることから、浸漬液による水冷効果に加え、気化熱による冷却効果を促進させることができ、主軸部の熱変形をより効果的に抑制できる。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の工作機械によれば、浸漬液中で３ｍｍ〜５ｍｍの気泡とマイクロバブルとを発生させるので、浸漬液の気化熱による冷却効果を更に促進することができる。
【００２０】
本発明の請求項６に記載の工作機械によれば、駆動手段も浸漬液に浸漬されるため、当該駆動手段をも強制冷却できる。
【００２１】
本発明の請求項７に記載の工作機械は、機械加工により前記収容槽内で発生する切屑を前記収容槽の外部へ搬送して除去する除去手段を備えるので、収容槽内に切屑が堆積するのを抑制できる。
本発明の請求項８に記載の工作機械は、浸漬液の温度を所定温度に維持するための温度制御手段を更に備えるため、浸漬液の温度上昇を抑えて、より効果的に主軸部及び被加工物を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る旋盤を模式的に示す概略図。
【図２】アルカリ水中における耐食性を示す表。
【図３】図１に示す旋盤の主軸部における熱変形量を示す図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る旋盤を模式的に示す概略図。
【図５】図４に示す旋盤を示す部分平面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る旋盤を模式的に示す概略図。
【図７】図３の旋盤において実行されるフィードバック制御のブロック図。
【図８】強アルカリ水への空気供給量と熱伝達率との関係を示す図。
【図９】本発明の実施形態の変形例に係る旋盤を模式的に示す概略図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う工作機械の一例としての旋盤の実施形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態に係る旋盤１を示す概略図である。旋盤１は、工場の作業台等に設置されるベース２を備え、このベース２の上面には上面解放型の収容槽３が固定されている。収容槽３の内側底面にはベッド４が設置され、このベッド４により主軸部５及びモータ（駆動手段）６が支持されている。主軸部５は、Ｚ軸方向に水平に延びるように配設された主軸５Ａと、主軸５Ａを回転可能に支持する複数個の軸受（図示せず）と、主軸５Ａの一端側に装着されたチャック手段（被加工物保持手段）５Ｂとを備え、チャック手段５Ｂには被加工物Ｗが着脱自在に装着される。モータ６は、その出力軸６ａがＺ軸方向に延びるように主軸部５の上方位置に設置されていて、モータ６からの回転駆動力は、出力軸６ａに装着されたプーリ９ａと、主軸５Ａの他端側に装着されたプーリ９ｂと、プーリ９ａ及び９ｂに巻回されたベルト９ｃとを介して主軸５Ａへ伝達される。主軸５Ａへ伝達された回転駆動力は、主軸５Ａと共にチャック手段５Ｂ及び被加工物Ｗを一体的に所定方向へ回転させる。
【００２５】
ベース２の上面には更に刃物台（工具支持手段）１０が設置されている。この刃物台１０は加工工具ＴをＸ軸方向、Ｙ軸方向（図１の紙面に対して垂直な方向）、及びＺ軸方向の３方向に移動自在に保持するものであり、加工工具Ｔは工具先端Ｔａが下方を向くように（宙づり状態で）刃物台１０に着脱自在に装着される。刃物台１０に保持された加工工具Ｔは、回転駆動される被加工物Ｗに作用して機械加工を施す。
【００２６】
本実施形態における旋盤１は更にチップコンベア１１と、ベース２の上面に設置された回収容器１２とを備える。チップコンベア１１の一端部はベッド４の上面であってチャック手段５Ｂの下方に配設され、その他端部は収容槽３の外部まで延設されている。
機械加工によって発生した切屑Ｄは、チップコンベア１１が図１において時計回りに周回することで、その一端部側から他端部側へ収容槽３外部まで搬送され、回収容器１２により回収される。
【００２７】
被加工物Ｗに機械加工を施す際には、主軸部５及び被加工物Ｗが完全に浸漬されるよう浸漬液Ｌが収容槽３内に満たされる。このとき、主軸部５よりも上方に位置するモータ６は浸漬液Ｌに浸漬されない。浸漬液Ｌとしては種々のものが使用可能であるが、強アルカリ水であることが望ましい。そこで本実施形態では浸漬液Ｌとして強アルカリ水Ｌを用いることとする。ここで、「強アルカリ水」とは、ｐＨ１０以上のアルカリ濃度を有するアルカリイオン水のことを意味する。強アルカリ水Ｌは、被加工物Ｗに対応した適切なアルカリ濃度範囲内にあるｐＨ濃度を有している。
【００２８】
つまり、加工の際には強アルカリ水Ｌに浸漬される主軸部５等の機械部品や加工工具Ｔ、及び被加工物Ｗの全てが腐食されないように環境を整えることが重要である。そのため、例えば図２の表に示すように、被加工物Ｗや主軸部５等の耐食性（金属イオン濃度）を考慮して収容槽３内の強アルカリ水ＬのｐＨ濃度を適切な範囲（例えば、ｐＨ濃度が１０．０以上１３．０以下の範囲）に保持しておくのが好ましい。
【００２９】
例えば、被加工物Ｗがチタン合金Ｔｉ６Ａ１４Ｖ製である場合、適切なｐＨ濃度は１０以上１３以下である。ｐＨ濃度が１０未満になると、チャック手段５Ｂ等の鋼部品の腐食が発生する恐れがあるので望ましくない。一方、ｐＨ濃度が１３を超えると、被加工物Ｗであるチタン合金Ｔｉ６Ａ１４Ｖが、この合金中の金属イオンと強アルカリ水Ｌ中のＯＨ−濃度との関係から、腐食が開始するので望ましくない。
【００３０】
ここで、本実施形態では、環境への配慮及び省エネルギーの観点から収容槽３内に投入する強アルカリ水Ｌには潤滑油や洗浄液等は一切添加していない。従って、加工後は強アルカリ水Ｌの洗浄効果によって乾燥させるだけで被工作物Ｗは清浄な状態になる。このとき、強アルカリ水Ｌは、ＯＨ−の影響で旋盤１を構成する鋼部品（主軸部５等）や被加工物Ｗを腐食することはない。
【００３１】
被加工物Ｗの機械加工は、高速回転する被加工物Ｗへ工具先端Ｔａを接触させることで達成されるが、その際に被加工物Ｗと工具先端Ｔａとの間に加工熱が発生する。また、主軸５Ａが高速回転することで、これを回転可能に支持する軸受（図示せず）が発熱し、主軸部５全体が熱を帯びる。主軸部５が高温になってベッド４へ伝わることで主軸部５及びベッド４が熱変形を起こすと加工点が変位し、高精度な機械加工の妨げになる。しかしながら、本実施形態では主軸部５、被加工物Ｗ、及び工具先端Ｔａが強アルカリ水Ｌ中に浸漬された状態にあるため、強アルカリ水Ｌによってこれら主軸部５、ベッド４、被加工物Ｗ、及び工具先端Ｔａが強制冷却され、熱変形に伴う加工精度の低下を抑制できる。
【００３２】
より具体的に、以上のような浸漬状態により、主軸部５、ベッド４、被加工物Ｗ、工具先端Ｔａ、及び切屑Ｄの大半が１００Ｗ／（ｍ２Ｋ）以上の非常に高い熱伝達率で冷却されることになる。しかも、強アルカリ水Ｌは１００℃を越えることがないため、主軸部５、ベッド４、被加工物Ｗ、工具先端Ｔａ、及び切屑Ｄを常に１００℃以下の周囲環境温度下にしつつ１００Ｗ／（ｍ２Ｋ）以上の非常に高い熱伝達率でこれらを冷却することが可能になる。
【００３３】
さらに、強アルカリ水は普通の水道水よりも浸透性が高いため、被加工物Ｗと加工工具Ｔとの界面、及び加工工具Ｔと切屑Ｄとの界面に浸透する特性があるため、この浸透特性によって更に冷却特性を向上することが可能となる。
【００３４】
図３に、旋盤１の主軸部５を強アルカリ水Ｌに浸漬させた状態で実際に主軸５Ａを高速回転させた際の主軸部５の熱変形量の実測値を示す。熱変形量は、チャック手段５Ｂの先端に測定部材（図示せず）を取り付け、収容槽３内の所定位置から当該測定部材の特定位置までの距離を計測することで測定した。また、主軸部５を強アルカリ水Ｌに浸漬させない状態で主軸５Ａを高速回転させた際の熱変形量も測定した。
【００３５】
図３から明らかなように、主軸部５を強アルカリ水Ｌに浸漬させた場合には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても熱変形量が１μｍ程度に抑制されていて、強アルカリ水Ｌに浸漬させない場合と比較して熱変形量を大幅に低減できた。
【００３６】
このように、主軸部５を強アルカリ水Ｌに浸漬した状態で機械加工を行うことにより、主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗを強制冷却して、これら主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗの熱変形を抑制することができ、従って加工点の変位を抑制できるので、高精度な機械加工が可能となる。
〔第２の実施形態〕
【００３７】
図４に本発明の第２の実施形態に係る旋盤１Ａを示す。旋盤１Ａは、上記第１の実施形態に係る旋盤１の構成に加えて空気供給手段３０を備える。なお、図４では、図面簡略化のため、チップコンベア１１や回収容器１２等の構成要素は省略する。空気供給機構３０は、収容槽３に収容された浸漬液Ｌに空気を供給することにより気化熱による冷却効果を促進させるものである。
【００３８】
具体的に、空気供給手段３０は、マイクロバブル発生装置３１と気泡発生装置３２とを備える。マイクロバブル発生装置３１は、収容槽３内部に設置された一対のバブル発生ノズル３１ａ（図５）を備え、被加工物Ｗに向かって浸漬液Ｌ中でマイクロバブルを発生させることで、浸漬液Ｌに空気を供給するものである。気泡発生装置３２は、収容槽４内部に設置された一対の気泡発生プレート（多孔質プレート）３２ａ（図５）と、これら気泡発生プレート３２ａへ圧縮空気を送り出すためのコンプレッサ（図示せず）とを備え、浸漬液Ｌ中で例えば直径３〜５ｍｍ程度の気泡を発生させることで浸漬液Ｌに空気を供給するものである。図５に示すように一対のバブル発生ノズル３１ａは、Ｘ軸方向におけるチップコンベア１１の両側位置において、マイクロバブルを収容槽３のＺ軸方向内側に向けて発生させるように配置されている。一方、一対の気泡発生プレート３２ａは、ベッド４の上面であってＸ軸方向におけるワークＷの両側に配置されている。なお、マイクロバブル発生装置３１及び気泡発生装置３２の構成は周知であるので詳細な説明は省略する。
【００３９】
本実施形態では、主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗを浸漬液Ｌに浸漬させるため、これら主軸部５及び被加工物Ｗ近傍をくまなく冷却領域としているが、この段階では主軸部５及び被加工物Ｗに接している浸漬液Ｌ中には空気量が少なく、水冷効果はあるものの、気化熱による冷却効果には乏しい状況にある。しかしながら、上述したように空気供給機構３０により収容槽３に収容された浸漬液Ｌに空気を供給することにより、水冷効果に加え、気化熱による冷却効果を促進させることができ、主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗをより効果的に冷却できる。
〔第３の実施形態〕
【００４０】
図６に本発明の第３の実施形態に係る旋盤１Ｂを示す。本実施形態では、浸漬液Ｌとして強アルカリ水Ｌを用いる。この旋盤１Ｂは、第１の実施形態の旋盤１の構成に加え、浸漬液Ｌとしての強アルカリ水Ｌを所定の温度に維持するための温度制御手段４０と、強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度（ｐＨ値）を所定値に維持するためのアルカリ濃度制御手段５０とを備える。なお、図６では、図面簡略化のため、収容槽３、温度制御手段４０、及びアルカリ濃度制御手段５０以外の構成部材は省略する。
【００４１】
温度制御手段４０は、冷却手段４１と、この冷却手段４１に収容槽３内の強アルカリ水Ｌを循環させる管路４２ａ、４２ｂと、収容槽３内の強アルカリ水Ｌの温度を検出する温度計４３と、温度計４３による検出値が入力される制御装置４４とを備える。旋盤１Ｂにより機械加工が行われると加工熱により収容槽３内の強アルカリ水Ｌの温度が上昇するが、温度計４３からの出力値に基づき強アルカリ水Ｌの温度上昇が検出されると、制御装置４４は管路４２ａ及び４２ｂを介して強アルカリ水Ｌを冷却手段４１に循環させてこれを冷却し、強アルカリ水Ｌの温度を所定温度に維持する。
【００４２】
アルカリ濃度制御手段５０は、強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度を検出するｐＨメータ５１と、低いアルカリ濃度を有する水（水道水等）を貯蔵するための水タンク５２と、高いアルカリ濃度（例えば、ｐＨ１３）を有する強アルカリ水を貯蔵するための強アルカリ水タンク５３と、水路５２ａ上に設けられた調整弁５２ｂと、アルカリ水路５３ａ上に設けられた調整弁５３ｂと、制御装置５４とを備える。ｐＨメータ５１は、収容槽３内の強アルカリ水ＬのｐＨ値を検出して、これを制御装置５４へ出力するものである。
【００４３】
制御装置５４は強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度についてフィードバック制御を行うものである。具体的には、制御装置５４には加工に最適な強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度範囲（アルカリ濃度の上限値及び下限値）が設定され、制御装置５４は設定されたアルカリ濃度範囲とｐＨメータ５１からの実測値と比較することで、強アルカリ水Ｌが所定のアルカリ濃度範囲内にあるか否かを判断する。所定のアルカリ濃度範囲を逸脱した場合には、調整弁５２ｂ及び５３ｂを制御して、水タンク５２に収容された水及び強アルカリ水タンク５３に収容された強アルカリ水を選択的に収容槽３へ供給することで、強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度を所定値に維持する。強アルカリ水Ｌのアルカリ濃度は、アルカリ濃度の自然低下や強アルカリ水Ｌの蒸発によって変動するが、アルカリ濃度制御手段５０を用いることでアルカリ濃度の変動を抑制できる。なお、制御装置５４により実行されるフィードバック制御のブロック図の一例を図７に示す。
【００４４】
また、本実施形態では温度制御手段４０を用いることで強アルカリ水Ｌの温度を一定に保つため、強アルカリ水Ｌの温度上昇に起因したｐＨメータ５１の検出誤差を抑制できる。
〔実施例〕
【００４５】
浸漬液Ｌへの空気供給による気化熱効果を確認するため、浸漬液ＬとしてｐＨ１２．５の強アルカリ水Ｌを用い、次のような実験を行った。ラバーヒータ（１００×１００×２ｍｍ）を２枚の鋼（ＳＰＣＣ、１００×１００×１ｍｍ）で両側から挟み、それをｐＨ１２．５の強アルカリ水Ｌの入っている収容槽（３５０×３５０×２００ｍｍ）の中央に宙づり状態で配置し、ラバーヒータに電源を入れ（５０Ｗ）、鋼の表面に張った熱電対の温度が所定状態になった段階で、鋼の表面温度と収容槽の平均水温から見かけ上の熱伝達率を測定した。実験は、実施例１としてアルカリ水Ｌの入った収容槽３内を自然対流状態にした場合、実施例２として気泡発生装置３２を用いて直径１〜２ｍｍ程度の気泡を下方から供給した場合、実施例３として気泡発生装置３２を用いて直径３〜５ｍｍ程度の気泡を下方から供給した場合、実施例４としてマイクロバブル発生装置３１を用いてマイクロバブルを１０ｌ／ｍｉｎで供給すると共に気泡発生装置３２を用いて直径３〜５ｍｍ程度の気泡を下方から供給した場合、の４種類で行った。
【００４６】
図８に見かけ上の熱伝達率の測定結果を示す。図８の測定結果から分かるように、実施例１に比べ、実施例３において直径３〜５ｍｍ程度の気泡を５２ｌ／ｍｉｎで供給した場合には、熱伝達率が６０倍向上した。また、実施例４においてマイクロバブルを１０ｌ／ｍｉｎで供給しながら直径３〜５ｍｍ程度の気泡を３２ｌ／ｍｉｎで供給した場合には、熱伝達率が実施例１の８０倍に向上した。この結果より、直径３〜５ｍｍ程度の気泡を含む強アルカリ水Ｌを対流させることで大きな冷却効果が得られ、直径３〜５ｍｍ程度の気泡とマイクロバブルとを併用することで更に大きな冷却効果が得られることがわかった。このことから、気泡発生装置３２を使用し、又はこれとマイクロバブル発生装置３１とを併用することで、強アルカリ水Ｌの熱伝達率を１００００／（ｍ２Ｋ）以上とすることができ、大きな熱伝達率で主軸部５、ベッド４、及び被加工物Ｗを冷却できることが確認できた。
【００４７】
以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、モータ６等の電気部品は浸漬液Ｌに浸漬させないように構成しているが、これら電気部品に耐水処理を施して浸漬液Ｌに浸漬させて駆動させる構成としても良い。また、上記実施形態では、刃物台１０を収容槽３の外部に設置したが、刃物台１０を収容槽３の内部に設置する構成としても良い。例えば、図９に示す旋盤１Ｃのように、モータ６等の電気部品と刃物台１０の双方も浸漬液Ｌに浸漬させる構成とすることもできる。なお、図９では図面簡略化のため、チップコンベア１１や回収容器１２等の構成要素は省略するが、このように刃物台１０を収容槽３内部に設ける場合には、チップコンベア１１や回収容器１２等の構成部材の配置は適宜調整される。
【００４９】
上記実施形態では、刃物台１０は加工工具Ｔを下向きに保持するものであったが、横向き或いは上向きに保持するものあっても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 旋盤
２ ベース
３ 収容槽
４ ベッド
５ 主軸部
５Ａ 主軸
５Ｂ チャック手段
６ モータ
９ａ、９ｂ プーリ
９ｃ ベルト
１１ チップコンベア
１２ 回収容器
３０ 空気供給手段
３１ マイクロバブル発生装置
３２ 気泡発生装置
４０ 温度制御手段
５０ アルカリ濃度制御手段
５１ ｐＨメータ
５２ 水タンク
５３ 強アルカリ水タンク
Ｌ 浸漬液（強アルカリ水）
Ｔ 加工工具
Ｗ 被加工物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に機械加工を施す工作機械であって、
主軸部と、
前記主軸部を支持するベッドと、
前記主軸部、前記ベッド、及び前記被加工物を収容する収容槽と、
前記主軸部に回転駆動力を供給するための駆動手段と、
加工工具を支持するための工具支持手段と、を備え、
前記主軸部は、前記駆動手段からの回転駆動力により回転駆動される主軸と、前記主軸に装着されて前記被加工物を保持するための被加工物保持手段と、を備え、
前記加工工具は、前記駆動手段からの回転駆動力により前記主軸と一体的に回転駆動される前記被加工物に作用して機械加工を施すものであり、
前記収容槽は、少なくとも前記主軸部と前記ベッドと前記被加工物とを浸漬するように浸漬液で満たされることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記収容槽に満たされる浸漬液はアルカリ濃度がｐＨ１０．０以上ｐＨ１３．０以下の強アルカリ水であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記強アルカリ水のアルカリ濃度を所定濃度に維持するためのアルカリ濃度制御手段を更に備え、
前記アルカリ濃度制御手段は、前記強アルカリ水のアルカリ濃度を測定する測定手段と、前記所定濃度より低濃度の第１の液体を貯蔵する第１のタンクと、前記所定濃度より高濃度の第２の液体を貯蔵する第２のタンクと、前記測定手段による測定値に基づき前記第１の液体と前記第２の液体とを選択的に前記収容槽に供給する第１の制御手段と、を備えることを特徴とする、請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記浸漬液に空気を供給する空気供給手段を更に備え、
前記空気供給手段は、前記浸漬液中で気泡を発生させることにより前記浸漬液に空気を供給することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の工作機械。
【請求項５】
前記空気供給手段は、前記浸漬液中で３ｍｍ〜５ｍｍの気泡を発生させることにより前記浸漬液に空気を供給する気泡発生手段と、前記浸漬液中でマイクロバブルを発生させることにより前記浸漬液に空気を供給するマイクロバブル発生手段と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
前記駆動手段には耐水処理が施されており、前記収容槽は前記駆動手段をも浸漬するように前記浸漬液で満たされることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の工作機械。
【請求項７】
切屑除去手段を更に備え、前記切屑除去手段は、前記機械加工により前記収容槽内で発生する切屑を前記収容槽の外部へ搬送して除去することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の工作機械。
【請求項８】
前記浸漬液の温度を所定温度に維持するための温度制御手段を更に備え、
前記温度制御手段は、冷却手段と、前記浸漬液の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された浸漬液の温度に基づきを前記冷却手段に循環させて冷却させる第２の制御手段とを備えることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の工作機械。
【請求項１】
被加工物に機械加工を施す工作機械であって、
主軸部と、
前記主軸部を支持するベッドと、
前記主軸部、前記ベッド、及び前記被加工物を収容する収容槽と、
前記主軸部に回転駆動力を供給するための駆動手段と、
加工工具を支持するための工具支持手段と、を備え、
前記主軸部は、前記駆動手段からの回転駆動力により回転駆動される主軸と、前記主軸に装着されて前記被加工物を保持するための被加工物保持手段と、を備え、
前記加工工具は、前記駆動手段からの回転駆動力により前記主軸と一体的に回転駆動される前記被加工物に作用して機械加工を施すものであり、
前記収容槽は、少なくとも前記主軸部と前記ベッドと前記被加工物とを浸漬するように浸漬液で満たされることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記収容槽に満たされる浸漬液はアルカリ濃度がｐＨ１０．０以上ｐＨ１３．０以下の強アルカリ水であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記強アルカリ水のアルカリ濃度を所定濃度に維持するためのアルカリ濃度制御手段を更に備え、
前記アルカリ濃度制御手段は、前記強アルカリ水のアルカリ濃度を測定する測定手段と、前記所定濃度より低濃度の第１の液体を貯蔵する第１のタンクと、前記所定濃度より高濃度の第２の液体を貯蔵する第２のタンクと、前記測定手段による測定値に基づき前記第１の液体と前記第２の液体とを選択的に前記収容槽に供給する第１の制御手段と、を備えることを特徴とする、請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記浸漬液に空気を供給する空気供給手段を更に備え、
前記空気供給手段は、前記浸漬液中で気泡を発生させることにより前記浸漬液に空気を供給することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の工作機械。
【請求項５】
前記空気供給手段は、前記浸漬液中で３ｍｍ〜５ｍｍの気泡を発生させることにより前記浸漬液に空気を供給する気泡発生手段と、前記浸漬液中でマイクロバブルを発生させることにより前記浸漬液に空気を供給するマイクロバブル発生手段と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
前記駆動手段には耐水処理が施されており、前記収容槽は前記駆動手段をも浸漬するように前記浸漬液で満たされることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の工作機械。
【請求項７】
切屑除去手段を更に備え、前記切屑除去手段は、前記機械加工により前記収容槽内で発生する切屑を前記収容槽の外部へ搬送して除去することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の工作機械。
【請求項８】
前記浸漬液の温度を所定温度に維持するための温度制御手段を更に備え、
前記温度制御手段は、冷却手段と、前記浸漬液の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された浸漬液の温度に基づきを前記冷却手段に循環させて冷却させる第２の制御手段とを備えることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の工作機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０３３０４（Ｐ２０１３−１０３３０４Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９３１１（Ｐ２０１１−２４９３１１）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【出願人】（５９１０１４８３５）高松機械工業株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【出願人】（５９１０１４８３５）高松機械工業株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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