環境対応研削加工技術に関する研究 −近接総型ノズル(P ノズル) の開発指針− 東江真一＊1，平岡尚文＊1，太田惠三＊2 Study on Grinding Processing Technology for Working Environment −Development and Guiding Principle in Proximity Formed Nozzle (P Nozzle) − Shin-ichi TOOE，Naofumi HIRAOKA and Kizo Ohta Key words: P nozzle, F nozzle, environment, coolant, MQL, dry grinding, semi dry grinding, cold air grinding ２．P ノズルとは１．はじめに研削加工では，砥石はある幅を持ち，且つ高速度で回転す Pノズルは，図１に示すように，ノズル先端は研削容易な材るために，研削液に関わるトラブルが多い．例えば，均一に供料からなり，使用前はノズル先端が塞がっている．使用するに給できないとか，連れ回る空気流のために研削点に到達しづ当たっては，該研削砥石に押しつけて注水口を開講し，砥石らいとか，供給のためや処理のためのコストが多大であるとか形状に倣わせて使用する．そして，砥石/ノズル間の僅かな隙である．それにもまして重要なことは，切削に比べても，高速間から，クーリング流体を流出させ，流体を砥石に付着させて回転するが故に飛沫となって飛散し，作業環境を悪くしている研削点に供給する．ことである．切削加工では，環境を考慮した MQL などの方法が採用されているが，研削加工では，冷風研削など，各種環境対応の研削方法が提案されてはいるが，未だ実施している例は少ない．環境を考慮した研削加工技術の遅れは，「研削加工は，熱との戦い」と言われるように，研削熱の発生による研削性能の劣化と熱膨張による寸法精度のくるいを抑制するために多量の研削液が必要という本質的な問題とともに，ドライ研削およ図１熱溶融積層 ABS 樹脂材からなる P ノズル先端と断面びセミドライ研削を実現するための仕組みが提案されていな図は，３DCADによって生成したデータを三次元プリンターにいことによる．筆者らはかって，砥石に連れ回る空気流を遮断して，研削よって作成したノズル先端である．これを使用するには，図液を確実に研削点に到達させることができ，しかも従来よりも 2(a)に示す送り位置決め機構を組み込んで使用する方法と，少ない流量で済むフローティングノズル（F ノズル）を提案した．図2(b)に示すフレシキブルホースとスタンドを使用する方法な F ノズルの原理は，研削容易な材料で構成される研削液ノズどが考えられる．ル先端をスプリングなどで押しつけて砥石外周形状に倣わせ，ホバークラフトのようにノズルを液圧によって浮かせて使用するものである．したがって，砥石−ノズル間の隙間は自動的に位置決めされ，ノズル先端は砥石形状に沿った形状になるという優れた特徴をもつ．さらに作業環境に対応させるには，微量の研削液でも供給でき，しかもミストおよびガスをも含むあらゆる流体が使用でき，かつ連れ回る空気流を遮断することができる研削液注水機構を新たに開発する必要がある．そこで，研削加工容易な材料からなる注水口を砥石に押しつけて固定して使用する「近接 (a) 送り機構付きタイプ（ｂ）フレシキブルホースタンドタイプ図２ P ノズルの使用例総形ノズル（P ノズル：Proximity Formed Nozzle）」を開発した． P ノズルは，上記の問題点を解決する有力な装置であると思３．研削液付着現象 P ノズルは，砥石に近接したノズル先端によって連れ回る空われるので報告する．気流を遮断し，接触した研削流体を砥石上に付着させること *1 ものつくり大学技能工芸学部：〒361-0038 行田市前谷333 ができる．液体の場合の付着状態は，表面張力と遠心力の釣 *2 オオタ(株) : 〒701-0145 り合い式から，理論的に解析した結果と一致する．したがって，岡山市今保 82 砥石回転速度によって，研削液の付着の状況は異なる．図３液は，エマルジョン，ソリューブルおよびソリューションの３種類は，回転速度と変えて，ストロボを使って写真撮影した研削液で，濃度を変えたときの法線研削抵抗をキスラー動力計を使付着状態である．ノズル上部の作業面は，1 回転して戻ってきって測定した．た時の状態で，1 回転しても研削液が付着していることが分かる．P ノズル先端は，実験用に□3mm に開口して，砥石表面に表１ P ノズルを使用したプランジ平面研削条件近接させている．砥石の回転速度が 1,000rpm の時は，その幅研削液流量 2.4 drop/ｓの中で滴状の 2 筋の付着液体が観察される．2,000rpm の時にｃＢＮホイール B140N100 B は 4 筋になっており，3,000rpm の時には，5 筋の連続した付着ホイール周速度 31.4 m/s 液体が観察される．付着液体の高さは，1,000rpm の時には約工作物 KH５７ 0.5mm 程度，2000rpm の時には，0.25mm 程度，3000rpm の時切込み深さ 2 μm/pass には，0.15mｍの高さとして観察される．ただし，ダイヤモンドホ総切込み深さ 0.06 mm 送り速度 0.2 m/s イールは，SD800 のメタルボンドのホイールで外径は 200mm である．研削液はソリューションタイプで，表面張力 0.047N/m，使用ホイールに対する研削液の接触角は 31°である．ドレッシングは，等速条件を使った SF ドレッシング法である．実験結果を図４に示す．図から分かるように，全般的に，潤滑性の高いエマルジョンタイプよりも，冷却効果が高いソリューションタイプの方が法線研削抵抗は小さくなっている．また，濃度の影響について，どの種類の研削液についても濃度が低い方が法線研削抵抗は小さくなっている．微流量の領域では，潤滑性より，冷却性の方が重要であると思われ，低粘度の研削液の方がより効果を発揮するようである． 200 エマルジョン 1000rpm 2000rpm 3000rpm 図３メタルボンドダイヤモンドホイール表面の研削液の付着状法線研削抵抗Ｎ 160 ソリューブル 120 ソリューション 80 40 図から分かるように，P ノズルを使えば，微量の研削液でも，確実に，安定的に研削点に供給できることが分かる．研削液 0 0 20 を使用しているのでウェット研削ではあるが，流量を最小化し 40 60 濃度％ 80 100 法線研削抵抗に及ぼす研削液の種類と濃度の関係て使用した場合にはむしろ，セミドライ研削の範疇に入ると言える．P ノズルは，砥石−ノズル隙間を大きくして大流量で使う図４研削液流量 2.4 滴/秒における研削性能ことも可能で，高帯域までの流量調整が可能な万能型の注水ノズルで，ウェット研削，セミドライ研削，各種気体を使用したド研削現象は，切削と比べて複雑で，目詰まり，目つぶれ，自ライ研削での使用が可能で，泡，ゲルなども可能なあらゆる研生作用と相互に作用し合い，確率的時系列的に変化している削液に関わる実験を行うことができる．ため，今後，通常研削，ドライ研削などと比較して，総合的にしかしながら，ドライ研削およびセミドライ研削条件での研削比較検討することが必要である．挙動やクーリング流体の役割や最適化などは，Pノズルのように，各種の流体が使用でき，流量制御が可能で且つ研削点まで供給出来る装置が無かったためにほとんど分かっていない．５．おわりに P ノズルは，微流量から大流量までをもカバーする装置で， P ノズルに関わる研究が進むに連れて，研削加工における高能率化，研削液供給状態の安定化，電気的ドレッシング方法４．Pノズルにける研削液実験 Pノズルにおいて，流量を極少なくした場合の研削液の種類との複合化，無公害化，省エネルギー化などに効果を発揮するようになると思われる．と濃度の影響について検討した．砥石はレジンボンドのｃBNホイールで，工作物はSKH57で，プランジ研削実験を行った．〈謝辞〉研削液を提供していただいた(株)ネオス，並びにｃ流量は2.4滴/秒と同一にした．実験条件を表１に示す．研削 BN ホイールを提供していただいたシオンダイヤモンド工業 (株)に深く御礼申し上げます．