磨削冷却液供给装置、磨削设备以及磨削方法

摘要

一种磨削冷却液供给装置，其为向磨削机(1)供给磨削冷却液的装置，该磨削机将具有滚动体的机械部件的单元进行磨削，该磨削冷却液供给装置具备生成磨削冷却液的磨削冷却液生成装置(7)、以及将该生成出的磨削冷却液向前述磨削机(1)供给的磨削冷却液运送机构(6)，所述磨削冷却液是水溶性的冷却液原液、水颗粒的平均粒径为80nm以上且150nm以下的第1改性水、以及水颗粒的平均粒径为5nm以上且不足80nm的第2改性水的混合液。

说明书

关联申请

本申请要求在日本于2015年3月12日申请的日本特愿2015-49234的优先权，以参考方式将其全体作为本申请的一部分进行引用。

技术领域

本发明涉及一种磨削冷却液供给装置、以及其磨削设备以及磨削方法，关于该磨削冷却液供给装置，在将滚动轴承、等速万向节、滚珠丝杠、滚动直动轴承等具有滚动体的机械部件的单元进行磨削加工之时，生成使用了改性水的磨削冷却液而供给。

背景技术

在磨削加工中，因加工物与砂轮接触而产生高温，对加工物、砂轮造成热损坏，因而通常使用冷却液进行散热。作为要求冷却液具有的能力，人们要求的是通过减少磨削阻抗而抑制热的产生的润滑性、从加工物以及砂轮夺去热的冷却性。在冷却液方面大致划分而存在有油基类冷却液与水溶性冷却液这两种。

油基类冷却液的润滑性优异，但是冷却性较差。另外，水溶性冷却液的冷却性优异，但是润滑性较差。进一步，水溶性冷却液分类为乳液类、可溶类、溶液类这三种。其中，在热影响大的加工物或要求品质精度的加工物方面选择溶液类冷却液，在要求加工时间短的加工物方面选择乳液类冷却液，可溶类冷却液具有中间的性能。在现状中，不存在高度地具有润滑性与冷却性这两方的冷却液。

予以说明的是，关于虽然不是磨削用途但却是进行切削的冷却液，提出了一种用改性水进行稀释的方法(例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-174064号公报

发明内容

发明想要解决的课题

关于以往的磨削冷却液，任一种磨削冷却液去除在磨削时放出的热的效果都尚不充分，都不易谋求砂轮的磨削力(切れ味)的提高、加工时间的缩短、砂轮寿命的延长、以及加工精度的提高。

作为切削的冷却液，虽然是油性冷却液，但是在专利文献1等中提出了一种使用改性水而生成的方法。然而，在切削与磨削方面，冷却液所要求的性状是不同的，通常无法将切削冷却液直接使用于磨削中。

即，在切削中单一的刀具经常与加工物接触，加工时的润滑性与不引起冷却液断开的粘度成为必需。因此，切削冷却液所要求的重要特性是润滑性。

与此相对，在磨削加工中，利用基于磨料的无数的刃锋且在自生作用下常新的刀具使砂轮进行旋转而加工，因而不是那样程度地要求润滑性与粘度。其另一方面，关于加工面所要求的表面粗糙度精度，在切削加工方面要求的是Ra0.5μm以上，在磨削加工方面，在使用滚动体的机械部件中，要求Ra0.4μm以下高的精度，但是在磨削加工方面，随着在切削加工以上地发热，因而如果不抑制热膨胀那么无法满足加工精度。因此，磨削冷却液所要求的重要特性成为冷却性。在切削与磨削中，如上述那样各自所要求的性能不同，因而无法将切削冷却液直接地使用于磨削冷却液。

专利文献1的冷却液在磨削中使用的情况下，冷却性变得不充分。

本发明的目的在于提供一种磨削冷却液供给装置、磨削设备以及磨削方法，所述磨削冷却液供给装置可有效地去除在磨削时放出的热，从而可谋求砂轮的磨削力的提高、加工时间的缩短、砂轮寿命的延长、以及加工精度的提高。

用于解决问题的方案

本发明的技术方案所涉及的磨削冷却液供给装置是一种向磨削机(研削盤)供给磨削冷却液的装置，该磨削机将具有滚动体的机械部件的单元进行磨削，所述装置具备生成磨削冷却液的磨削冷却液生成装置、以及将该生成出的磨削冷却液向前述磨削机供给的磨削冷却液运送机构，所述磨削冷却液是水溶性的冷却液原液、水颗粒的平均粒径为80nm以上且150nm以下的第1改性水、以及水颗粒的平均粒径为5nm以上且不足80nm的第2改性水的混合液。

予以说明的是，改性水中的上述“粒径”是指利用动态光散射法而求出的直径。

上述“具有滚动体的机械部件”是指滚动轴承、等速万向节、滚珠丝杠、滚动直动轴承等滚动接触的单元，即、具有滚动体的部件。前述“机械部件的单元”是指构成前述机械部件的轨道轮等的构成部件。磨削加工的部位是例如滚动体接触的滚动面，但是也可以是其它的面。

根据此技术方案，第1改性水的平均粒径为80～150nm，因而向加工点的渗透性高，容易获得冷却效果。第2改性水的平均粒径为5nm以上且不足80nm时，则相比于第1改性水而言粒径更微细，因而向加工点的渗透性高，且容易蒸发，夺去热的效果大于第1改性水。另外，与第1改性水相比运动能量高，布朗运动激烈，因而向加工点的渗透性高于第1改性水。关于第1改性水，相比于第2改性水而言渗透性低，但是通过减少磨削阻抗而抑制热的产生的润滑性优异。

由于利用包含这样的性质的第1以及第2改性水的磨削冷却液进行冷却，因而可有效地去除在磨削时产出的热。由此可使得砂轮的磨削力提高，可谋求加工时间的缩短、砂轮寿命的延长以及加工精度提高。

予以说明的是，即使使用具有第1改性水与第2改性水的中间的粒径的改性水，也获得某种程度优异的冷却性，但是通过并存润滑性优异的第1改性水与渗透性更优异而且冷却性更优异的第2改性水，使得冷却性以及润滑性均为更加优异。

予以说明的是，第2改性水与第1改性水相比氧化还原电位高，浓度变高时则产生锈。相反，第1改性水与自来水相比氧化还原电位低，不易产生锈。因此，必须以通过考虑粒径、布朗运动、生锈性等而设定的配混比率进行运用。关于第1改性水，换言之，仅仅是微细的，但是具有容易渗透的粒径、容易使冷却液原液扩散的性状作为特征。关于第2改性水，粒径更微细因而容易渗透是理所当然的，但由于是微细的，因而布朗运动大，具有向冷却液全体施加运动能量的作用。该运动能量的根源是氧化还原电位。但是，氧化还原电位高时则引起锈的产生，因而必须按照将向第1改性水施加运动能量的作用与锈之间的平衡进行保持的方式进行分配。

在上述的技术方案、以及下述中记载的技术方案中，第1改性水的平均粒径优选为80～120nm，更优选为90～110nm。第2改性水的平均粒径优选为5～60nm，更优选为9～11nm。

前述的磨削冷却液供给装置也可以具备有如下的机构：将多种水进行混合而制成磨削冷却液的混合机构，将水溶性的冷却液原液向前述混合机构供给的冷却液原液供给机构，将水颗粒的粒径为80～150nm的第1改性水向前述混合机构供给的第1改性水供给机构，将通过进一步将前述第1改性水的粒径改性为小而得到的第2改性水向前述混合机构供给的第2改性水供给机构。

在该技术方案的情况下，与上述同样地，由于使用冷却液原液、粒径为80～150nm的第1改性水、以及进一步减小了粒径的第2改性水的混合水、即、磨削冷却液进行磨削，因而可有效地去除在磨削时放出的热。由此可使得砂轮的磨削力提高，可谋求加工时间的缩短、砂轮寿命的延长以及加工精度提高。

前述任一种技术方案的磨削冷却液供给装置是这样一种装置，其特征在于，其具备如下的机构：

将多种液体进行混合而制成磨削冷却液的混合机构，

将水溶性的冷却液原液向前述混合机构供给的冷却液原液供给机构，

将第1改性水向前述混合机构供给的第1改性水供给机构，以及

将第2改性水向前述混合机构供给的第2改性水供给机构；

前述第1改性水供给机构具有：填充了化学成分为SiO₂：73～77％、Al₂O₃：13～15％、CaO：1～2％、MgO：0.65～0.77％、其它7.3～9％的多孔质的矿石的一次过滤器、填充了由前述化学成分的前述多孔质的矿石生成出的陶瓷球的二次过滤器、以及使水顺次地通过于这些一次过滤器与二次过滤器的水运送机构，

前述第2改性水供给机构具有：填充了由前述化学成分的前述多孔质的矿石生成并且担载了纳米银的陶瓷球的过滤器、以及使得水通过于该过滤器的水运送机构。

前述矿石是多孔质的天然陶瓷，通过使水加压通过，从而将水颗粒微细化至纳米水平而降低表面张力，提高渗透性。具备使用了这样的填充物的过滤器的前述第1、第2改性水供给机构的情况下，由于使用具有与上述同样的粒径的第1改性水以及第2改性水的混合水即磨削冷却液进行磨削，因而可有效地去除在磨削时放出的热。由此可使得砂轮的磨削力提高，可谋求加工时间的缩短、砂轮寿命的延长以及加工精度提高。作为前述矿石，可使用具有流纹岩组成的多孔质的矿石，例如，称为抗火石的多孔质流纹岩。

予以说明的是，上述“纳米银”是指10nm左右、例如1～20nm左右的粒径的银。另外，在上述“陶瓷球”方面大致划分而存在有素烧体与焙烧体。素烧体是指，将前述矿石、例如抗火石的粉末制成7～10mm左右的球形形状，在1000℃至1500℃左右的温度烧结而得到的物体；焙烧体是指在素烧体的表面涂布加入前述矿石例如抗火石粉末的釉料并且在1000℃至1500℃左右的温度焙烧而得到的物体。

本发明的上述任一种技术方案的磨削冷却液供给装置中，前述磨削冷却液都可以是，前述冷却液原液：2～5％、前述第1改性水：85～93％、前述第2改性水：5～10％。予以说明的是，上述比例的％是容量％。

冷却液原液、第1改性水、以及第2改性水的比率为上述的比例的情况下，在磨削加工时可最有效地冷却，这根据试验进行了确认。

本发明的磨削设备具备：本发明的前述中的任一种技术方案的磨削冷却液供给装置、以及前述磨削机。

根据该技术方案的磨削设备，由于使用本发明的磨削冷却液供给装置，因而可有效地去除在磨削时放出的热。由此可使得砂轮的磨削力提高，可谋求加工时间的缩短、砂轮寿命的延长以及加工精度提高。

本发明的磨削方法是一种将具有滚动体的机械部件的单元进行磨削的磨削方法，所述方法中，生成磨削冷却液，使用这样生成的磨削冷却液而磨削加工，所述磨削冷却液是水溶性的冷却液原液、水颗粒的平均粒径为80nm以上且150nm以下的第1改性水、以及水颗粒的平均粒径为5nm以上且不足80nm的第2改性水的混合液。

根据此磨削方法，由于使用将具有前述范围的粒径的第1改性水以及第2改性水进行混合而得到的磨削冷却液，因而可有效地去除在磨削时放出的热。由此可使得砂轮的磨削力提高，可谋求加工时间的缩短、砂轮寿命的延长以及加工精度提高。

前述第2改性水也可以是通过将第1改性水中的水颗粒进一步改性为更小而得到的水。

予以说明的是，权利要求书及/或说明书中公开的至少两个构成要素的任何的组合都包含于本发明中。特别是，权利要求书中记载的权利要求的两个以上的任何的组合都包含于本发明。

发明的效果

关于本发明的磨削冷却液供给装置、磨削设备、磨削方法，由于使用通过将具有前述范围的粒径的第1改性水以及第2改性水进行混合而得到的磨削冷却液，因而可有效地去除在磨削时放出的热。由此可使得砂轮的磨削力提高，可谋求加工时间的缩短、砂轮寿命的延长以及加工精度提高。

附图说明

图1所示为本发明的第1实施方式的磨削冷却液供给装置以及磨削设备的模式图。

图2是该磨削冷却液供给装置中的第1改性水供给机构的示意性结构的剖视图。

图3是该磨削冷却液供给装置中的第2改性水供给机构的示意性结构的剖视图。

图4所示为该磨削冷却液供给装置中的各过程的水的状态的说明图。

图5是磨削机的一个例子的说明图。

图6所示为本发明的其它实施方式的磨削冷却液供给装置以及磨削设备的模式图。

图7是以加工精度将由实施方式的磨削冷却液供给装置获得的磨削冷却液(改性水)与作为其它冷却液的液体的效果进行比较而得到的曲线图。

具体实施方式

与图1至图5一同地说明本发明的第1实施方式。该磨削冷却液供给装置是向磨削机1供给磨削冷却液的装置，具备将多种液体进行混合而制成磨削冷却液的混合机构2、冷却液原液供给机构3、第1改性水供给机构4、第2改性水供给机构5、以及磨削冷却液运送机构6。利用前述混合机构2、冷却液原液供给机构3、第1改性水供给机构4、以及第2改性水供给机构5，构成磨削冷却液生成装置7。从该磨削冷却液供给装置供给的磨削冷却液的供给目的地的磨削机(磨削机)1可以是一台，也可以是多台。

前述磨削机1是，将具有滚动体的机械部件的单元进行磨削的磨削机。前述具有滚动体的机械部件是例如滚动轴承、等速万向节、滚珠丝杠、滚动直动轴承等。前述机械部件的单元是指构成前述机械部件的构成部件，例如如果是滚动轴承，那么为其内轮或者外轮等轨道轮。

图5示出磨削机1的一个例子。作为机械部件的单元的加工物W是滚转轴承的外轮，该磨削机1是将其内径面进行磨削的装置，由支承物(shoe)21支撑作为磨削工件的加工物W，介由衬板22利用工件驱动用电动机23使得加工物W围绕着其中心O进行旋转。对于该加工物W的成为轨道面的内径面，一边使加工物W进行旋转一边利用旋转砂轮24进行磨削。旋转砂轮24利用砂轮驱动用电动机25进行旋转。砂轮驱动用电动机25利用砂轮移动机构26而在水平的正交双轴方向上移动。工件驱动用电动机23设置于基台28。在旋转砂轮24的与加工物W的接触面附近，从冷却液喷嘴27喷出磨削冷却液。磨削冷却液从图1的磨削冷却液供给装置供给。

在图1中，混合机构2由冷却液罐2a构成。在冷却液罐2a内或者冷却液罐2a的前段，也可设置搅拌装置(没有图示)。

关于前述磨削冷却液运送机构6，由将冷却液罐2a内的磨削冷却液向磨削机1发送的配管6a以及泵6b构成。

关于冷却液原液供给机构3，由蓄积水溶性的冷却液原液(也可以是自来水等未改性的水)的罐3a、以及将该罐3a内的冷却液原液向前述冷却液罐2a发送的配管3b以及泵3c构成。

关于第1改性水供给机构4，由生成第1改性水的第1造水器4a、将该制造出的第1改性水向前述冷却液罐2a发送的配管4b以及泵4c构成。关于成为流向第1造水器4a的原料的水，从自来水道8供给。

关于第2改性水供给机构5，由生成第2改性水的第2造水器5a、将该制造出的第2改性水向前述冷却液罐2a发送的配管5b以及泵5c构成。关于成为流向第2造水器5a的原料的水，从第1改性水供给机构4供给。

关于前述第1改性水，可使用被称作K1改性水的水，在图中将其略称为“K1水”。关于前述第2改性水，可使用被称作K3改性水的水，在图中将其略称为“K3水”。K1改性水以及K3改性水是根据特定的规格而称呼的名称。在该规格中，改性水如下面的表1那样，根据成分、构成而分类为K1、K2、K3这三种类，但是在该实施方式的磨削冷却液供给装置中不使用K2改性水，使用K3改性水作为第2改性水。予以说明的是，关于第1、第2改性水，表1的K1、K3改性水的粒径也可以不同。予以说明的是，表1中记载的粒径是平均粒径。

表1

如图2中示出示意性结构的那样，第1改性水供给机构4中的第1造水器4a是如下的结构：分别填充在金属制的容器10A、10B内的一次过滤器11与二次过滤器12介由配管等中间路径10C而串联地配置，利用泵13使改性前的水加压通过于这些过滤器11、12内。前述一次过滤器11是填充了预定的化学成分的多孔质的矿石的原石的过滤器。前述二次过滤器是填充了由前述矿石生成出的陶瓷球的过滤器。在上述“陶瓷球”方面大致划分而存在有素烧体与焙烧体。素烧体是指，通过将抗火石的粉末制成7～10mm左右的球形形状，在从1000℃到1500℃左右的温度烧结而得到的物体；焙烧体是指在素烧体的表面涂布加入抗火石粉末的釉料并且在1000℃至1500℃左右的温度焙烧而得到的物体。

如在图3中示出概念结构的那样，第2改性水供给机构5中的第2造水器5a是如下的结构：在金属制的容器14内配置过滤器15，利用泵16使改性前的水加压通过于该过滤器15。过滤器15是，填充了由前述预定的化学成分的多孔质的矿石生成并且担载了纳米银的陶瓷球的过滤器。关于陶瓷球，担载有纳米银，除此以外，与第1改性水供给机构4中使用的陶瓷球同样。前述的“纳米银”是指10nm左右、例如1～20nm左右的粒径的银。

在前述预定的化学成分的矿石方面，使用例如天城抗火石等抗火石。抗火石是指由日本的伊豆半岛等产出的流纹岩的一种，通过火山的喷火活动而使得黑曜石在超高温燃烧，然后快速冷却，利用水蒸气与气体的喷出而变成具有微细孔的气泡的轻石(軽石)状。其化学成分是前述预定的化学成分，是SiO₂：73～77％、Al₂O₃：13～15％、CaO：1～2％、MgO：0.65～0.77％、其它7.3～9％。前述天城抗火石是指抗火石中的在伊豆半岛的天城山产出的抗火石。

予以说明的是，前述各过滤器11、12、15中使用的矿石不限于抗火石，如果是具备前述化学成分的多孔质的矿石即可。

在前述第1造水器4a方面，对前述一次、二次的过滤器11、12的填充物对水造成的影响进行说明时，则利用从抗火石辐射的红外线(4～14μm)而阻断水的氢键，在图4中如其图像表示的那样，改性前的平均粒径200nm左右的自来水(图4(A))变为平均粒径100nm左右、例如平均粒径80～150以下nm的水分子(微细水分子)(图4(B))。该水颗粒的比重变为1以上，拔出气体而使得六元环结合稳定。予以说明的是，此处所说的“水颗粒”是指通过将水的分子(H₂0)进行聚集而制成颗粒状而得到的集团。

在前述第2造水器5a中，对前述过滤器15的填充物对水造成的影响进行说明时，则使第1改性水(K1改性水)通过于第2造水器5a内时，则水颗粒进一步微细化至10nm左右、例如5nm～不足80nm左右，并且在量子筛效果的作用下，使得运动能量增加，使得水的布朗运动活化(图4(C))。

通过将这样的各改性水与冷却液原液进行混合，从而制成图4(D)那样的磨削冷却液。

对前述各改性水进行说明。

＜第1改性水＞

·特征

由于粒径为80～150nm，因而向加工点的渗透性高，容易获得冷却效果。另外，六元环结合稳定着，杂质和/或气体不易侵入。另外，将冷却液原液组入于六元环之中，因而水与冷却液原液不易分离，是稳定的。

第1改性水的平均粒径优选为80～120nm，更优选为100nm左右、90～110nm。

·特定方法

比重1以上。显微镜观察六元环结合。水分子的运动少。

＜第2改性水＞

·特征

由于是粒径为5～不足80nm这样的超微颗粒，因而向加工点的渗透性高，且蒸发和/或容易夺去热的效果大于第1改性水。另外，与第1改性水相比运动能量高，布朗运动激烈，因而向加工点的渗透性高于第1改性水。

·特定方法

比重1以上。显微镜观察6元环结合。水分子的运动非常多。

予以说明的是，第2改性水的平均粒径优选为5～60nm，更优选为9～11nm。

另外，第1改性水与第2改性水也可使用电动电位相互不同的改性水。

根据该技术方案的磨削冷却液供给装置，第1改性水的粒径为10～150nm，因而向加工点的渗透性高，容易获得冷却效果。第2改性水的粒径为5～不足80nm，相比于第1改性水而言粒径更微细，因而向加工点的渗透性高，且容易蒸发，夺去热的效果大于第1改性水。另外，与第1改性水相比运动能量高，布朗运动激烈，因而向加工点的渗透性高于第1改性水。第1改性水相比于第2改性水而言渗透性低，但是通过减少磨削阻抗而抑制热的产生的润滑性优异。

由于利用包含这样的性质的第1以及第2改性水的磨削冷却液进行冷却，因而可有效地去除在磨削时放出的热。由此可使得砂轮的磨削力提高，可谋求加工时间的缩短、砂轮寿命的延长以及加工精度提高。

予以说明的是，即使使用具有第1改性水与第2改性水的中间的粒径的改性水，也获得某种程度优异的冷却性，但是通过并存润滑性优异的第1改性水与渗透性更优异而且冷却性更优异的第2改性水，从而冷却性以及润滑性均为更加优异。另外，如前述那样，第2改性水(例如K3改性水)与第1改性水(例如K1改性水)相比氧化还原电位高，浓度变高时则产生锈。相反，第1改性水与自来水相比氧化还原电位低，不易产生锈。因此，必须以通过考虑粒径、布朗运动、生锈性等而设定的配混比率进行运用。

在图7中示出：通过使用水溶性冷却液(丰国石油S270改)、包含自来水的冷却液(包含2vol％的丰国石油CE800改)、油性冷却液(丰国石油GR7)、以及由该实施方式的磨削冷却液供给装置获得的包含改性水的磨削冷却液(包含2vol％的丰国石油CE800改)，分别200个逐个地暴露地将工件进行了磨削加工的情况下的工件的轨道尺寸变化的推移。予以说明的是，作为改性水，使用了通过使用天城抗火石作为多孔质矿石而制造的改性水。

如该图中所示可知，根据使用了基于该实施方式的磨削冷却液供给装置而得到的改性水的磨削冷却液，即使加工数增加，相比较于使用了水溶性冷却液、自来水、油性冷却液中的任一者的情况而言，尺寸的变化都少。由此可认为，使用基于该上述改性水而得到的磨削冷却液时，则砂轮的脱落也少，磨削力持续。

图6示出本发明的其它实施方式。关于该实施方式，通过在上述第1实施方式中追加回收机构9以及改性水再生机构10从而构成。回收机构9是将在利用磨削机1进行磨削加工中使用的磨削冷却液回收而返回到前述混合机构2的冷却液罐2a的机构，由配管以及泵(没有图示)构成。改性水再生机构10是使前述混合机构2的冷却液罐2a内的磨削冷却液进行循环而再生的机构，由改性水再生器10a、使磨削冷却液在该改性水再生器10a与冷却液罐2a之间进行循环的配管10b、以及泵10c构成。

改性水再生器10a是，使得包含所回收的磨削冷却液的冷却液罐2a内的磨削冷却液，返回到与由前述第2造水器5a生成的状态的磨削冷却液同样的状态的机构，制成如下的结构：并列地配置例如第1造水器4a中的二次过滤器12(参照图2)与第2造水器5a(参照图3)中的过滤器15，将获自冷却液罐2a(图6)的磨削冷却液进行分支，利用泵(没有图示)进行压送而通过于这些过滤器中。

这样地设置了改性水再生机构10的情况下，即使在将在利用磨削机1进行磨削加工中使用的磨削冷却液回收而再利用的情况下，也可将供给向磨削机1的磨削冷却液维持为具有原来的粒径的状态。

以上，基于实施方式而说明了该具体实施方式，但是此次公开的实施方式在全部的方面是例示的且不是限制性的。本发明的范围不是根据上述的说明而是根据专利权利要求书而示出，意图包含在与专利权利要求书均等的意义以及范围内的全部的变更。

产业上的可利用性

根据本发明，可使用混合了第1改性水与第2改性水的冷却液，有效地去除在工件的磨削时放出的热。由此可使得砂轮的磨削力提高，可谋求加工时间的缩短、砂轮寿命的延长以及加工精度提高。

附图标记说明

1磨削机

2混合机构

2a 冷却液罐

3冷却液原液供给机构

4第1改性水供给机构

4a 第1造水器

5第2改性水供给机构

5a 第2造水器

6磨削冷却液运送机构

7磨削冷却液生成装置

10 改性水再生机构

10a 改性水再生器

11一次过滤器

12二次过滤器

15过滤器。