JP6256865B2 - 切削加工補助潤滑材及び切削加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、切削加工補助潤滑材及び切削加工方法に関する。
繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)に代表される繊維強化複合材、中でも、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)は、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)やアラミド繊維強化プラスチック(AFRP)、ステンレス鋼材(SUS)と比較して、引張り強さ、引張り弾性力が大きく、密度が小さいことから、近年、航空機や車両の外板などとして多用される傾向にある。ここで、CFRPとは、炭素繊維にマトリクス樹脂を含浸させたプリプレグを1枚又は2枚以上積層して、加熱成型又は加熱加圧成型してなるプラスチックを指す。このCFRPで形成された部材は、ボルトやリベットなどの締結要素を用いて構造体に固定される。このため、航空機部品などの構造体にCFRPを固定するときには、切削加工、中でも締結要素を通すための孔をCFRPに多数あける切削加工が必要になる。
CFRPの切削加工において高品質な孔を得るために、既にいくつかの技術が提案されている。例えば工具の形状、例えばドリルのすくい面の曲率や先端角を段階的に変更するなどの方法が例示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、航空機の機体構造用材料(構造材)の主体は金属材であり、大部分はアルミニウム合金で占められている。また、機体構造の中でより高温となり得る箇所、例えば、ジェット排気箇所やアフターバーナー周辺には耐熱合金であるチタン合金やステンレス鋼などが使用されている。さらに、将来、航空機の高速化が進むと、空力加熱により従来のアルミニウム合金では強度が低下してしまう。そのため、今後は、機体構造の主体としてより硬いチタン合金やステンレス鋼が構造材として使用されることが見込まれる。これら、航空機の機体を構成する構造材は、金属材同士、あるいは金属材とCFRPなどの他の材質の構造材とをボルトで締結するために、ドリルによって孔あけ加工をする必要がある。
これら金属の孔あけ加工においては、既にいくつかの技術が提案されている。例えば、チタン合金材は難削材であるため、ドリル寿命が非常に短い。このような課題に対し、切削油剤を噴霧して加工する方法やドリルの形状を変更することでドリルへの負荷を低減し、ドリルの寿命低下を回避する方法が例示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2012−210689号公報 特開2006−150557号公報
繊維強化複合材に対する切削加工は、通常、ドリルを用いてなされる。一般的なドリルによる孔あけでは、ドリル寿命が極端に短く、加工孔数が増えていくにつれて、ドリルの刃に摩耗が生じ、加工孔の品質が低下する。具体的には加工した孔の内径が小さくなりやすく、ドリルが貫通する出口部に炭素繊維の切れ残り(繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切れ残りとして加工孔の周囲に残る現象である。)が発生しやすく、繊維強化複合材を形成するプリプレグの積層間の剥離(以下、「層間剥離」という)も発生しやすくなる。さらに、ドリルの刃の摩耗により、加工孔の内径が不均一となり、加工孔の凹凸を起点に層間剥離が生じることがある。このような現象は重大欠陥と認識されている。このように、ドリルの刃の摩耗に起因して、加工孔に品質上の問題が生じる可能性が高い。これに対し、航空機用のCFRPを用いた構造体の製造などでは、特に、高品質な切削加工が求められており、上記の繊維の切れ残りや層間剥離などの問題を解決することが極めて重要になる。
CFRPの切削加工において、切削工具の摩耗が進み、切削抵抗が大きくなるほど、加工孔の品質問題は、発生し易くなる。特に、高強度の航空機用途のCFRPなどでは、炭素繊維が高密度に存在するため、ドリルが炭素繊維を擦過する頻度が増加することになり、切削工具の摩耗がより速く進行する。対策として、孔品質維持のために工具交換を早めることになり、加工コストに占める工具費の割合が高くなっているのが現状である。
この点、特許文献1に記載のように、切削加工の難しい繊維強化複合材(例えば、CFRP)の加工性改良は、工具の面から検討されてきてはいるが、その効果は不十分である。
さらに、通常、金属に対する切削加工はドリルを用いて行われるが、金属専用のドリルを使っても、ドリル寿命は短く、一般的なドリルを用いた場合は、ドリル寿命は極端に短い。また、加工孔数が増えていくにつれて、ドリルの刃に摩耗が生じ、加工孔の品質が低下する。具体的には加工した孔の内径が小さくなりやすく、ドリルが貫通する出口部にバリも発生しやすくなる。さらに、ドリルの摩耗により、ボルト締結する金属材とCFRPなどの他の材質の構造材との間に隙間が生じ、これらの構造材間に浮きが生じたり、生じた隙間に加工屑が入ることがある。このような現象は重大欠陥と認識されている。このように、ドリルの刃の摩耗に起因して、加工孔に品質上の問題が生じる可能性が高い。このような状況において、航空機用のチタン合金材を用いた構造体の製造などでは、特に、高品質な孔あけ加工が求められており、上記したドリル寿命や金属材と異種構造材との間に生じる浮きなどの問題を解決することが極めて重要になる。
また、ドリルを用いて金属の孔あけ加工を行う場合、回転するドリルと金属間で摩擦熱が生じ、局所的に加工孔周辺の温度が上昇する。従って、加工孔数が多い場合、加工孔数が増えていくにつれて、ドリル及び被加工材料である金属に蓄熱されることになる。熱伝導率の低い金属の場合、熱放出が不十分なため、加工孔周辺の温度が上昇する。その際、金属の温度が上がると金属が軟化してしまうため、加工孔のドリルが貫通する出口部にバリが発生するようになる。また、金属の加工屑が、加工熱によってドリルに溶着してしまい、過剰な負荷がドリルにかかって加工装置が停止する場合もある。このように、孔あけ加工時の蓄熱に起因して、加工孔に品質上の問題が生じる可能性が高い。このような状況において、航空機用のチタン合金材を用いた構造体の製造などでは、特に、高品質な孔あけ加工が求められており、上記したバリに関する問題を解決することが極めて重要になる。
このような加工箇所及びドリルの蓄熱を防ぐために、従来、切削油などを使用した湿式加工が行われている。しかし、湿式加工の場合、切削加工終了時に洗浄工程が必要となる。さらに、油分が加工孔周辺や内部に残留していた場合、貫通孔で締結する際の締結具であるネジの劣化や締結部で緩みが生じる可能性があり、これらの不具合は致命的な事故に繋がる恐れがある。
この点、特許文献2に記載のように、孔あけ加工の難しい金属の加工性改良は、切削工具や切削加工方法の面から検討されているが、その効果は不十分である。
また、従来の加工方法では、孔の直径及び用いるドリルビットの径が大きくなるにしたがい、小さい孔の孔形成加工に比べて、ドリルが摩耗しやすく、ドリルが貫通する入口部又は出口部(以下、まとめて「切削部周辺」ともいう。)においてバリ、欠け、又は繊維の切れ残りが発生しやすいという問題が生じる。これは、ドリルビットの径が大きいことで、切削加工で除かれる被加工材料の体積が大きくなり、ドリルビットへの負荷が大きくなるためである。
さらに、従来の加工方法では、被加工材料の厚みが厚くなるに従い、厚みが薄い被加工材料の加工に比べて、切削工具が摩耗しやすく、切削工具が貫通する入口部又は出口部(以下、まとめて「切削部周辺」ともいう。)においてバリ、欠け、又は繊維の切れ残りが発生しやすいという問題が生じる。これは、被加工材料が厚いことで、切削加工で除かれる被加工材料の体積が大きくなり、切削工具への負荷が大きくなるためである。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被加工材料の切削加工(特に曲面を有する難削材の切削加工や、直径の大きい孔を形成する難削材の切削加工、厚い難削材の切削加工)において、切削工具への負荷を低減させることができ、切削部周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを低減させることができる切削加工補助潤滑材、及び当該切削加工補助潤滑材を用いた切削加工方法を提供することを目的とする。なお、「難削材」とは、繊維強化複合材、難削金属材、又は繊維強化複合材と難削金属材との複合材をいう。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、高分子量化合物(A)と、中分子量化合物(B)と、所定の平均粒子径を有するカーボン(C)と、を含む切削加工補助潤滑材であれば、上記課題を解決できることを見出して、本発明をするに至った。
すなわち、本発明は、以下の通りである。
〔1〕
重量平均分子量が5×10以上、1×10以下である高分子量化合物(A)と、
重量平均分子量が1×10以上、5×10未満である中分子量化合物(B)と、
平均粒子径が100μm以上であるカーボン(C)と、を含有する、
切削加工補助潤滑材。
〔2〕
前記切削加工補助潤滑材が、切削工具及び/又は被加工材料の被加工部分に切削加工補助潤滑材を接触させながら、前記切削工具により前記被加工材料を切削する切削加工工程を有する、切削加工方法に用いるものである、
〔1〕に記載の切削加工補助潤滑材。
〔3〕
前記カーボン(C)の形状が、鱗片状のものである、
〔1〕又は〔2〕に記載の切削加工補助潤滑材。
〔4〕
前記高分子量化合物(A)が、重量平均分子量5×10以上、1×10以下の熱可塑性樹脂であり、
前記中分子量化合物(B)が、重量平均分子量1×10以上、2×10以下の熱可塑性樹脂である、
〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
〔5〕
前記高分子量化合物(A)が、水溶性熱可塑性樹脂及び/又は非水溶性熱可塑性樹脂を含み、
前記水溶性熱可塑性樹脂が、ポリアルキレンオキサイド化合物、ポリアルキレングリコール化合物、ポリアルキレングリコールのエステル化合物、ポリアルキレングリコールのエーテル化合物、ポリアルキレングリコールのモノステアレート化合物、水溶性ウレタン、ポリエーテル系水溶性樹脂、水溶性ポリエステル、ポリ(メタ)アクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、糖類、及び変性ポリアミドからなる群より選ばれる1種以上であり、
前記非水溶性熱可塑性樹脂が、ウレタン系重合体、アクリル系重合体、酢酸ビニル系重合体、塩化ビニル系重合体、ポリエステル系重合体、ポリスチレン系樹脂、及びそれらの共重合体からなる群より選ばれる1種以上である、
〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
〔6〕
前記中分子量化合物(B)が、ポリアルキレングリコール化合物、ポリアルキレンオキサイドのモノエーテル化合物、ポリアルキレンオキサイドのモノステアレート化合物、ポリアルキレンオキサイド化合物からなる群より選ばれる1種以上である、
〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
〔7〕
前記高分子量化合物(A)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、20〜60質量部であり、
前記中分子量化合物(B)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、10〜75質量部であり、
前記カーボン(C)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、5〜70質量部である、
〔1〕〜〔6〕のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
〔8〕
0.1mm以上20mm以下の厚さを有するシート形状を有する、
〔1〕〜〔7〕のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
〔9〕
たわみ量が、5mm以上である、
〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
〔10〕
被加工材料と接する面に、粘着層をさらに有する、
〔1〕〜〔9〕のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
〔11〕
前記粘着層が、アクリル系重合体を含む、
〔10〕に記載の切削加工補助潤滑材。
〔12〕
切削加工後に被加工材料から前記切削加工補助潤滑材を除去した際、前記被加工材料に付着する前記切削加工補助潤滑材及び前記粘着層の成分の総量が、前記被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり1.0×10−8g以下である、
〔1〕〜〔11〕のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
〔13〕
〔1〕〜〔12〕に記載の切削加工補助潤滑材を、切削工具及び/又は被加工材料の被加工部分に接触させながら、前記切削工具により前記被加工材料を切削し、切削部を形成する切削加工工程を有し、
前記被加工材料が、繊維強化複合材、難削金属材、又は繊維強化複合材と難削金属材との複合材料を含む、
切削加工方法。
〔14〕
前記切削加工工程が、前記切削工具の出口と入口を有する切削部を形成する工程であり、
前記切削加工工程前に、前記被加工材料の前記切削工具の出口となるべき部分及び/又は入口となるべき部分に、予め前記切削加工補助潤滑材を密着させる密着工程を有する、
〔13〕に記載の切削加工方法。
〔15〕
密着工程において、前記被加工材料の前記切削工具の出口となるべき部分に、予め前記切削加工補助潤滑材を密着させる、
〔14〕に記載の切削加工方法。
〔16〕
密着工程において、前記被加工材料の前記切削工具の入口となるべき部分に、予め前記切削加工補助潤滑材を密着させる、
〔14〕又は〔15〕に記載の切削加工方法。
〔17〕
前記切削加工工程前において、
前記切削工具に前記切削加工補助潤滑材を予め接触させる接触工程を有する、
〔13〕〜〔16〕のいずれか一項に記載の切削加工方法。
〔18〕
前記切削加工工程において、前記切削工具に他の切削加工補助潤滑材を接触させた状態で、前記切削加工補助潤滑材が密着した前記被加工材料を切削し、前記切削部を形成する、
〔13〕〜〔17〕のいずれか一項に記載の切削加工方法。
〔19〕
前記被加工材料の厚さが、10mm以上である、
〔13〕〜〔18〕のいずれか一項に記載の切削加工方法。
〔20〕
前記切削加工工程において、前記切削工具としてドリルを用いてドリル孔あけ加工により孔をあける、
〔13〕〜〔19〕のいずれか一項に記載の切削加工方法。
〔21〕
前記孔の直径が、10mm以上である、
〔20〕に記載の切削加工方法。
〔22〕
前記繊維強化複合材が、炭素繊維強化プラスチックである、
〔13〕〜〔21〕のいずれか一項に記載の切削加工方法。
〔23〕
前記難削金属材が、チタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、低合金鋼、ステンレス鋼、及び耐熱合金からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、
〔13〕〜〔22〕のいずれか一項に記載の切削加工方法。
〔24〕
前記難削金属材が、Ti−6Al―4Vのチタン合金である、
〔23〕に記載の切削加工方法。
〔25〕
前記被加工材料の前記被加工部分が曲面である、
〔13〕〜〔24〕のいずれか一項に記載の切削加工方法。
本発明によれば、被加工材料の切削加工(特に曲面を有する難削材の切削加工や、直径の大きい孔を形成する難削材の切削加工、厚い難削材の切削加工)において、切削工具への負荷を低減させることができ、切削部周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを低減させることができる切削加工補助潤滑材、及び当該切削加工補助潤滑材を用いた切削加工方法を提供することができる。
本実施形態の切削加工方法の一態様を表す概略図である。 本実施形態の切削加工方法の別態様を表す概略図である。 本実施形態の切削加工方法のまた別態様を表す概略図である。 本実施形態の切削加工方法のさらに別態様を表す概略図である。 たわみ量の測定方法を示す概略図である。 ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図である。 実施例A1における、CFRP加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例A1における、CFRP加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例A13における、チタン板加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例A1における、CFRP加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例A5における、チタン板加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例A1における、CFRP加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例B8における、CFRP加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例B3における、CFRP加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例C1における、チタン合金板加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例C1における、チタン合金板加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例D6における、CFRP加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例D6における、CFRP加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例D1における、CFRP加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例D1における、CFRP加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例E2における、チタン合金加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例E2における、チタン合金加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例E1における、チタン合金加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例E1における、チタン合金加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例F9における、CFRP加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例F9における、CFRP加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例F2における、CFRP加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例F2における、CFRP加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例G2における、チタン合金加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例G2における、チタン合金加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例G1における、チタン合金加工後のドリルビット入口の切削部(加工孔)の写真である。 比較例G1における、チタン合金加工後のドリルビット出口の切削部(加工孔)の写真である。 実施例HA2の靱性試験の結果を示す写真である。 比較例HA2の靱性試験の結果を示す写真である。 実施例IA2の靱性試験の結果を示す写真である。 比較例IA1の靱性試験の結果を示す写真である。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
〔切削加工補助潤滑材〕
本実施形態の切削加工補助潤滑材は、重量平均分子量が5×10以上、1×10以下である高分子量化合物(A)と、重量平均分子量が1×10以上、5×10未満である中分子量化合物(B)と、平均粒子径が100μm以上であるカーボン(C)と、を含有する。
本実施形態の切削加工補助潤滑材は、切削工具及び/又は被加工材料の被加工部分に切削加工補助潤滑材を接触させながら、切削工具により前記被加工材料を切削する切削加工工程を有する、切削加工方法に用いることができる。切削加工補助潤滑材の形状は、後述する切削加工方法に用い得る態様であれば特に限定されないが、例えば、シート形状の切削加工補助潤滑材、丸棒の形状や角棒の形状などのブロック状態の切削加工補助潤滑材、溶融状態の切削加工補助潤滑材等が挙げられる。
図1に、本実施形態の切削加工補助潤滑材の一態様を表す概略図を示す(図2〜4も参照)。図1に示されるように、本実施形態の切削加工補助潤滑材2は、被加工材料1、特に難削材の切削加工(例えば、ドリル孔あけ加工)において用いられるものである。具体的には、図1においては、切削加工補助潤滑材2を被加工材料1の表面に配し、切削加工補助潤滑材2側から切削工具3を用いて被加工材料1を加工する。本実施形態の切削加工補助潤滑材は、被加工材料の被加工部分が平面である場合のみならず、被加工部分が曲面である場合にも平面である場合と同様に好適に用いることができる(図4)。具体的には、本実施形態の切削加工補助潤滑材は、高分子量化合物(A)と、中分子量化合物(B)とを備えることにより、たわみ性、被加工部分への追従性に優れ、曲面を有する被加工材料に密着した状態で切削加工を可能とする。特に限定されないが、本実施形態の切削加工補助潤滑材は、シート自体のたわみ性、被加工部分への追従性を妨げない構成を有することが好ましく、具体的には、厚い金属箔などを備えない態様が好ましい。これにより、曲面を有する被加工材料の切削加工性がより向上する。また、切削加工補助潤滑材が金属箔を備えない場合には、金属箔由来の切削金属屑が被切削加工物へ溶着し、被切削加工物を汚染することが抑制できる。その結果、切削加工においては、従来技術よりも品質に優れる切削部を形成することが可能となる。
なお、本実施形態の切削加工補助潤滑材は、高分子量化合物(A)と、中分子量化合物(B)と、平均粒子径が100μm以上であるカーボン(C)と、を含有する層のみを有する単層体であっても、高分子量化合物(A)と、中分子量化合物(B)と、平均粒子径が100μm以上であるカーボン(C)と、を含有する層と、他の層と、を備える積層体の態様で用いられてもよい。他の層としては、切削加工補助潤滑材と、被加工材料との密着性を向上させるための粘着層、切削加工補助潤滑材表面の擦り傷を防止するための保護層等が挙げられる。なお、本実施形態の切削加工補助潤滑材が積層体である場合や、シート形状に成形されている場合には、それらを「切削加工補助潤滑シート」と呼ぶこともできる。切削加工補助潤滑材が積層体である場合、切削加工補助潤滑シートは、切削加工補助潤滑材からなる層と他の層とを備えていてもよい。
また、本実施形態の切削加工補助潤滑材を使用することで、切削加工時において、切削工具(例えば、ドリル)への負荷を低減させ、切削工具の摩耗を抑制し、切削工具の寿命を延ばすことが可能となる。その結果、切削工具に係るコストや、切削工具の交換工程などを削減でき、生産性に優れる切削加工が可能となる。ここで、「切削加工」とは、被加工材料を切削する加工であれば、特に限定されず、例えば、孔あけ加工、溝削加工、旋削加工、切断加工等が挙げられる。この中でも、本実施形態の切削加工補助潤滑材は、ドリルを用いた孔あけ加工において好適である。
さらに、本実施形態の切削加工補助潤滑材を使用することで、繊維強化複合材の切削加工において、切削部周辺にできる欠けや繊維の切れ残りを抑制できる。その結果、従来の方法よりも高品質な切削部を得ることができる。
またさらに、本実施形態の切削加工補助潤滑材を使用することで、難削金属材の切削加工において、切削加工時に生じる切削部周辺の蓄熱を効果的に吸収させることが可能となる。これにより、蓄熱により切削部周辺にできるバリや欠けを抑制することができるため、高品質な切削加工を行うことができる。例えば、ドリル孔あけ加工においては、従来技術よりも生産性と品質に優れるドリル孔を形成することが可能となる。
なお、「切削部」とは、被加工材料のうち切削工具により除かれた空間をいう。被加工材料の「被加工部分」とは、被加工材料のうち切削工具により除かれる予定の部分をいう。「切削部周辺」とは、切削部及びその周辺を示す概念であり、切削工具が被加工材料に接した部分(切削部の内壁及び外縁)及び切削により影響のあるその周辺部分を含む概念である。例えば、ドリル孔あけ加工により、孔(切削部)を形成した場合には、切削部周辺には、孔の入口の縁及び出口の縁が含まれる。また、溝削加工により、溝を形成した場合には、切削部周辺には、溝の縁が含まれる。さらに、旋削加工により、被加工材料の表面を切削した場合には、切削工具が被加工材料に接した部分が含まれる。
以下、本実施形態の切削加工補助潤滑材の構成についてより詳細に説明する。
〔高分子量化合物(A)〕
高分子量化合物(A)は潤滑剤として機能することができ、切削加工補助潤滑材の潤滑性を向上させ、切削部周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを抑制するという効果を発揮し得る。さらに、高分子量化合物(A)は成形剤として機能することができ、切削加工補助潤滑材の成形性を向上させる。これにより、種々の形状の切削加工補助潤滑材を成形可能であり、また単層形成(支持基材を用いることなく、それ自体で層(シート)を形成することが出来ること)も可能となる。また、高分子化合物(A)は、切削加工補助潤滑材に、追従性、靭性を付与することにより、曲面の切削加工性を向上させる効果も有する。
高分子量化合物(A)としては、重量平均分子量が5×10以上、1×10以下であれば、特に限定されず、水溶性熱可塑性樹脂、非水溶性熱可塑性樹脂、水溶性熱硬化性樹脂、及び非水溶性熱硬化性樹脂が挙げられる。このなかでも、水溶性熱可塑性樹脂及び/又は非水溶性熱可塑性樹脂が好ましく、水溶性熱可塑性樹脂がより好ましい。水溶性熱可塑性樹脂及び非水溶性熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、以下で説明する水溶性樹脂及び非水溶性樹脂が挙げられる。なお、「水溶性樹脂」とは、25℃、1気圧において、水100gに対し、1g以上溶解する高分子化合物をいう。高分子量化合物(A)は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
水溶性樹脂を用いた場合、水溶性樹脂が有する潤滑性によって、切削加工時の切削屑の排出性が向上する傾向にある。また、水溶性樹脂を用いることにより、切削加工補助潤滑材の表面硬度が適度な柔らかさとなるため、切削工具への負荷をさらに低減できる傾向にある。さらに、切削加工後に切削部及びその周辺に付着した樹脂成分を容易に除去することが可能である。水溶性熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体等のポリアルキレンオキサイド化合物;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール化合物;ポリアルキレングリコールのエステル化合物;ポリアルキレングリコールのエーテル化合物;ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリプロピレングリコールモノステアレート、ポリグリセリンモノステアレート等のポリアルキレングリコールのモノステアレート化合物;水溶性ウレタン;ポリエーテル系水溶性樹脂;水溶性ポリエステル;ポリ(メタ)アクリル酸ソーダ;ポリアクリルアミド;ポリビニルピロリドン;ポリビニルアルコール;セルロース及びその誘導体等の糖類;変性ポリアミドが挙げられる。このなかでもポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリエーテル系水溶性樹脂が上記観点から好ましい。
非水溶性樹脂を用いた場合、水溶性樹脂を用いた場合と比較して、切削加工補助潤滑材の表面硬度が高くなる傾向にある。そのため、例えば、ドリル孔あけ加工時のドリルの食い付き性が向上し、設計通りの位置に孔をあけることができ、さらに、切削加工補助潤滑材の剛性が向上し、ハンドリング性が向上する。非水溶性熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ウレタン系重合体;アクリル系重合体;酢酸ビニル系重合体;塩化ビニル系重合体;ポリエステル系重合体;ポリエチレンワックス、スチレン単独重合体(GPPS)、スチレン−ブタジエン共重合体(HIPS)、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体(例えばMS樹脂)などで例示されるポリスチレン系樹脂;及びそれらの共重合体などが挙げられる。
高分子量化合物(A)の重量平均分子量は、5×10以上であり、好ましくは6×10以上であり、より好ましくは1×10以上であり、さらに好ましくは1.25×10以上である。また、高分子量化合物(A)の重量平均分子量は、1×10以下であり、好ましくは8×10以下であり、より好ましくは7×10以下であり、さらに好ましくは6×10以下である。高分子量化合物(A)の重量平均分子量が5×10以上であることにより、成形性がより向上し、切削加工補助潤滑材に追従性、靭性を付与することができ、曲面の切削加工性が向上する傾向にある。また、高分子量化合物(A)の重量平均分子量が1×10以下であることにより、潤滑性がより向上する。なお、高分子量化合物(A)を2種以上用いる場合には、それぞれの化合物が、上記重量平均分子量を満たすことが好ましい。なお、本実施形態において、重量平均分子量は、実施例に記載の方法により測定することができる(以下同様とする)。
高分子量化合物(A)は、重量平均分子量が3×10以上、1×10以下である高分子量化合物(A−1)及び/又は重量平均分子量が5×10以上、3×10未満である高分子量化合物(A−2)を含んでもよく、高分子量化合物(A−1)及び高分子量化合物(A−2)を共に含むことが好ましい。高分子量化合物(A−1)及び高分子量化合物(A−2)を併用することにより、成形性ならびに潤滑性がより向上する傾向にある。
高分子量化合物(A−1)の重量平均分子量は、3×10以上であり、好ましくは4×10以上であり、より好ましくは4.5×10以上であり、さらに好ましくは5×10以上である。また、高分子量化合物(A−1)の重量平均分子量は、1×10以下であり、好ましくは8×10以下であり、より好ましくは7×10以下であり、さらに好ましくは6×10以下である。
切削加工補助潤滑材中の高分子量化合物(A−1)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは5質量部以上であり、より好ましくは10質量部以上であり、さらに好ましくは15質量部以上である。また、切削加工補助潤滑材中の高分子量化合物(A−1)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは35質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下であり、さらに好ましくは25質量部以下である。高分子量化合物(A−2)の含有量が5質量部以上であることにより、成形性がより向上する傾向にある。また、切削加工補助潤滑材の追従性、靭性が向上し、曲面の切削加工性が向上する傾向にある。また、高分子量化合物(A−1)の含有量が35質量部以下であることにより、潤滑性がより向上する傾向にある。
高分子量化合物(A−2)の重量平均分子量は、5×10以上であり、好ましくは6×10以上であり、より好ましくは1×10以上であり、さらに好ましくは1.25×10以上である。また、高分子量化合物(A−2)の重量平均分子量は、3×10未満であり、好ましくは2.5×10以下であり、より好ましくは2×10以下である。
切削加工補助潤滑材中の高分子量化合物(A−2)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは5質量部以上であり、より好ましくは10質量部以上であり、さらに好ましくは15質量部以上である。また、切削加工補助潤滑材中の高分子量化合物(A−2)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは35質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下であり、さらに好ましくは25質量部以下である。高分子量化合物(A−2)の含有量が5質量部以上であることにより、潤滑性がより向上する傾向にある。また、高分子量化合物(A−2)の含有量が35質量部以下であることにより、成形性がより向上する傾向にある。
切削加工補助潤滑材中の高分子量化合物(A)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは10質量部以上であり、より好ましくは20質量部以上であり、さらに好ましくは25質量部以上であり、よりさらに好ましくは30質量部以上である。また、切削加工補助潤滑材中の高分子量化合物(A)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは60質量部以下であり、より好ましくは55質量部以下であり、さらに好ましくは50質量部以下である。高分子量化合物(A)の含有量が10質量部以上であることにより、潤滑性がより向上する傾向にある。また、高分子量化合物(A)の含有量が10質量部以上であることにより、追従性、靭性が向上し、曲面の切削加工性が向上する傾向にある。また、高分子量化合物(A)の含有量が65質量部以下であることにより、成形性がより向上する傾向にある。
〔中分子量化合物(B)〕
中分子量化合物(B)は潤滑剤として機能することができ、切削加工補助潤滑材の潤滑性を向上させ、切削部周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを低減できるという効果を発揮し得る。
中分子量化合物(B)としては、重量平均分子量が1×10以上、5×10未満であれば、特に限定されないが、例えば、水溶性熱可塑性樹脂、非水溶性熱可塑性樹脂、水溶性熱硬化性樹脂、及び非水溶性熱硬化性樹脂が挙げられる。このなかでも、水溶性熱可塑性樹脂又は非水溶性熱可塑性樹脂が好ましく、水溶性熱可塑性樹脂がより好ましい。なお、水溶性熱可塑性樹脂又は非水溶性熱可塑性樹脂としては、上述の水溶性樹脂及び非水溶性樹脂と同じ種類の樹脂で、重量平均分子量が1×10以上、5×10未満の樹脂を使用することができる。中分子量化合物(B)は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
中分子量化合物(B)としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリアルキレングリコール化合物;ポリエチレンオキサイドオレイルエーテル、ポリエチレンオキサイドセチルエーテル、ポリエチレンオキサイドステアリルエーテル、ポリエチレンオキサイドラウリルエーテル、ポリエチレンオキサイドノニルフェニルエーテル、ポリエチレンオキサイドオクチルフェニルエーテル等のポリアルキレンオキサイドのモノエーテル化合物;ポリエチレンオキサイドモノステアレート、ポリエチレンオキサイドソルビタンモノステアレート、ポリグリセリンモノステアレート等のポリアルキレンオキサイドのモノステアレート化合物;ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体等のポリアルキレンオキサイド化合物が挙げられる。この中でも、ポリエチレンオキサイドモノステアレートが好ましい。このような中分子量化合物(B)を用いることにより、潤滑性がより向上する傾向にある。
中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、1×10以上であり、好ましくは1.25×10以上であり、より好ましくは1.5×10以上であり、さらに好ましくは2×10以上であり、よりさらに好ましくは2.5×10以上であり、特に好ましくは3×10以上である。また、中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、5×10未満であり、好ましくは2.5×10以下であり、より好ましくは2×10以下であり、さらに好ましくは1×10以下であり、よりさらに好ましくは7.5×10以下であり、特に好ましくは5×10以下である。中分子量化合物(B)の重量平均分子量が1×10以上であることにより、成形性がより向上する。また、中分子量化合物(B)の重量平均分子量が5×10未満であることにより、潤滑性がより向上する。
切削加工補助潤滑材中の中分子量化合物(B)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは10質量部以上であり、より好ましくは20質量部以上であり、さらに好ましくは30質量部以上である。また、切削加工補助潤滑材中の中分子量化合物(B)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは75質量部以下であり、より好ましくは60質量部以下であり、さらに好ましくは45質量部以下であり、よりさらに好ましくは40質量部以下である。中分子量化合物(B)の含有量が10質量部以上であることにより、潤滑性がより向上する傾向にある。また、中分子量化合物(B)の含有量が75質量部以下であることにより、成形性がより向上する傾向にある。
分子量の異なる高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)は、各々、溶融粘度及び融点も相違し得る。このような高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)を併用することにより、例えば、高分子量化合物(A)のみを用いることにより、切削加工補助潤滑材が著しく高粘度化したり、融点が著しく高くなったりすることに起因して、切削加工補助潤滑材の成型性や潤滑性が低下することが抑制でき、また、中分子量化合物(B)のみを用いることにより、切削加工補助潤滑材が著しく低粘度化したり、融点が著しく低くなったりすることに起因して、切削加工補助潤滑材の成型性や潤滑性が低下することが抑制できる。
上記のなかでも、重量平均分子量5×10以上、1×10以下の熱可塑性樹脂である高分子量化合物(A)と、重量平均分子量1×10以上、2×10以下の熱可塑性樹脂である中分子量化合物(B)との組み合わせが好ましい。
〔カーボン(C)〕
カーボン(C)は固体潤滑剤として機能することができ、切削加工補助潤滑材の潤滑性を向上させ、切削工具の寿命を延ばす効果を発揮し得る。さらに、カーボン(C)は切削加工時の温度において、体積を有する固体状で存在するため、切削加工時の潤滑性を維持できる。カーボン(C)としては、平均粒子径が100μm以上であれば、特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、活性炭、アセチレンブラック、カーボンブラック、コロイド黒鉛、熱分解黒鉛、膨張化黒鉛、鱗片状黒鉛が挙げられる。この中でも、鱗片状の形状を有するカーボン(C)が好ましい。カーボン(C)が鱗片状の形状を有することにより、摩耗低減性能がより向上する傾向にある。カーボン(C)は1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いた切削加工、特に、連続切削加工において、カーボン(C)は、切削工具の表面や溝、及び被加工材料の切削部(例えば、加工孔)の側面に付着することで潤滑性を示す。その際、カーボン(C)は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)に比べて、温度変化に伴う、体積及び硬度の変化が小さいため、切削加工を行う場合、切削工具や加工している箇所の温度が上昇しても、一定の体積及び硬度を保つことができる。即ち、カーボン(C)は、切削加工を行う場合、切削工具と被加工材料との間に常在して潤滑性を高め、ベアリングのような効果を示すことができるので、切削工具の磨耗を抑制する効果がある。カーボン(C)は他の固体潤滑剤と比較して適度に高い硬度を有するため、上記ベアリング効果に優れ、潤滑性に優れる。そのため、切削加工を行う場合、切削工具先端の摩耗促進や切削工具先端の欠けなどの問題が抑制される。
カーボン(C)の平均粒子径は、100μm以上であり、好ましくは125μm以上であり、より好ましくは150μm以上であり、さらに好ましくは175μm以上であり、よりさらに好ましくは200μm以上であり、さらにより好ましくは225μm以上である。また、カーボン(C)の平均粒子径は、好ましくは1000μm以下であり、より好ましくは750μm以下であり、さらに好ましくは500μm以下であり、特に好ましくは300μm以下である。カーボン(C)の平均粒子径が100μm以上であることにより、潤滑性ならびに成形性がより向上する。また、カーボン(C)の平均粒子径が100μm以上であることにより、追従性、靭性がより向上し、曲面の切削加工性が向上する傾向にある。また、カーボン(C)の平均粒子径が1000μm以下であることにより、切削工具の摩耗がより向上する傾向にある。なお、カーボン(C)を2種以上含む場合には、それぞれの平均粒子径が上記範囲を満たせばよい。
本実施形態においてカーボン(C)の平均粒子径とは、メディアン径を指す。メディアン径とは、粒子径の累積分布曲線(個数基準)から得られる、その曲線で50%の高さとなる粒子直径(D50値)をいうものであり、実施例に記載の方法により測定することができる。
切削加工補助潤滑材中のカーボン(C)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは5質量部以上であり、より好ましくは15質量部以上であり、さらに好ましくは20質量部以上であり、よりさらに好ましくは25質量部以上であり、特に好ましくは30質量部以上である。また、切削加工補助潤滑材中のカーボン(C)の含有量は、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して、好ましくは70質量部以下であり、より好ましくは65質量部以下であり、さらに好ましくは60質量部以下である。カーボン(C)の含有量が5質量部以上であることにより、潤滑性がより向上する傾向にある。また、カーボン(C)の含有量が70質量部以下であることにより、成形性がより向上する傾向にある。特に、カーボン(C)の含有量が5質量部以上、70質量部以下であることにより、切削加工補助潤滑材の追従性、靭性が向上し、曲面の切削加工性が向上する傾向にある。また、カーボン(C)の含有量が上記範囲内であることにより、切削工具への負荷がより低減し、切削部周辺にできるバリ又は欠けがより抑制される傾向にある。
〔その他の成分〕
本実施形態の切削加工補助潤滑材は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、潤滑性向上成分、シート形成性向上成分、可塑剤、柔軟剤、表面調整剤、レベリング剤、帯電防止剤、乳化剤、消泡剤、ワックス添加剤、カップリング剤、レオロジーコントロール剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、光安定剤、核剤、有機フィラー、無機フィラー、固体潤滑剤、熱安定化剤、着色剤などが挙げられる。
潤滑性向上成分としては、特に限定されないが、例えば、エチレンビスステアロアミド、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、メチレンビスステアルアミドなどで例示されるアマイド系化合物;ラウリン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸などで例示される脂肪酸系化合物;ステアリン酸ブチル、オレイン酸ブチル、ラウリン酸グリコールなどで例示される脂肪酸エステル系化合物;流動パラフィン、などで例示される脂肪族炭化水素系化合物;オレイルアルコールなどで例示される高級脂肪族アルコールが挙げられ、これらのうち少なくとも1種を選択することができる。
シート形成性向上成分としては、特に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、熱硬化性ポリイミド が挙げられ、これらのうち少なくとも1種を選択することができる。
可塑剤、柔軟剤を含むことにより、被加工材料曲面に切削加工補助潤滑材を配置した際に、例えば、切削加工補助潤滑材への応力や歪みが軽減されることで、切削加工補助潤滑材の割れを抑制することができ、曲面追従性がより向上する傾向にある。可塑剤、柔軟剤としては、特に限定されないが、例えば、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメット酸エステル、ポリエステル、リン酸エステル、クエン酸エステル、エポキシ化植物油、セバシン酸エステルなどが挙げられる。
カーボン(C)以外の固体潤滑剤としては、特に限定されないが、例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、モリブデン化合物、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどが挙げられる。
本実施形態の切削加工補助潤滑材のたわみ量は、好ましくは5mm以上であり、より好ましくは10mm以上であり、さらに好ましくは15mm以上である。たわみ量の上限は、特に限定されないが、好ましくは100mm以下であり、より好ましくは50mm以下であり、さらに好ましくは25mm以下である。たわみ量が5mm以上であることにより、追従性及び靱性がより向上する傾向にある。たわみ量は、高分子量化合物(A)の含有量を多くすること、重量平均分子量が大きな高分子量化合物(A)を用いること、カーボン(C)の含有量を多くすること、平均粒子径の大きなカーボン(C)を用いることにより、より増加するよう制御することが可能である。具体的には、高分子量化合物(A)の含有量が高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して10質量部以上であること、または高分子量化合物(A)の重量平均分子量(Mw)が5×10以上であること、またはカーボン(C)の含有量が、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)の合計100質量部に対して5質量部以上であること、またはカーボン(C)の平均粒子径が100μm以上であることが、切削加工補助潤滑材のたわみ量を増加させるのに好ましい。また、たわみ量は、切削加工補助潤滑材の厚さによっても制御することができる。
たわみ量は、実施例に記載の方法により測定することができる。具体的には、図5に示すように、幅30mm、長さ150mmの切削加工補助潤滑材Xを、100mm突き出した状態で押さえ治具に固定する。その後、切削加工用補助潤滑材Xの端部に25gの荷重Zを掛ける。荷重Zを掛けていない切削加工補助潤滑材Xの位置からの変移量Yを切削加工補助潤滑材のたわみ量と定義する。また、押さえ治具で固定した支点から、切削加工用補助潤滑材が切断した場合は、たわみ量は測定できない。
本実施形態の切削加工補助潤滑材は、上記構成を有することにより、被加工材料、特に曲面を有する難削材への追従性及び靱性に優れるものとなる。そのため、様々な表面形状を有する被加工材料に好適に用いることができる。例えば、切削加工補助潤滑材は、被加工材料の被加工部分が平面である場合のみならず、被加工部分が曲面である場合にも平面である場合と同様に好適に用いることができる。
具体的には、切削加工補助潤滑材は、被加工部分への追従性に優れるため、曲面を有する被加工材料に切削加工補助潤滑材が密着した状態で切削加工が可能となる。また、切削加工補助潤滑材は、靱性に優れ、多様な曲面に対して、ひび割れなどを生じさせずに、被加工材料の被加工部分に隙間なく密着することができる。切削加工補助潤滑材は潤滑剤として作用するので、切削加工補助潤滑材が被加工材料の被加工部分に隙間なく密着することより、切削加工の際に切削工具へかかる負荷を低減させることができる。その結果、切削部周辺にできるバリ、欠け、又は繊維の切れ残りを抑制することができるという効果を、より効果的に発揮させることができ、生産性に優れる切削加工が可能となる。なお、本実施形態において、「追従性」とは、切削加工補助潤滑材が被加工材料の表面形状に合せて密着する性質をいう。また、「靱性」とは、切削加工補助潤滑材の応力に対する粘り強さ(強度と延伸性)をいう。
なお、本実施形態の切削加工補助潤滑材は、金属箔を有しないものが好ましい。これにより、金属箔由来の切削金属屑が、被加工材料の切削部へ溶着して被加工材料の切削部を汚染することが抑制できる。その結果、切削部の品質が優れた切削加工物を得ることができる。
〔粘着層〕
本実施形態の切削加工補助潤滑材は、切削加工補助潤滑材の被加工材料と接する面に、粘着層を有していてもよい。粘着層を有することにより、切削加工補助潤滑材と被加工材料の密着性がより向上する傾向にある。
粘着層の構成成分は、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂及び/又は熱硬化性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ウレタン系重合体、アクリル系重合体、酢酸ビニル系重合体、塩化ビニル系重合体、ポリエステル系重合体及びそれらの共重合体が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、シアネート樹脂などの樹脂が挙げられる。このなかでも、被加工材料への糊残りがなく、常温にて容易に粘着できる特性が要求されることから、アクリル系重合体が好ましく、溶剤型アクリル粘着剤及びアクリルエマルジョン型粘着剤(水系)がより好ましい。
粘着層は、その他必要に応じて、粘着層の成分に酸化防止剤等の劣化防止剤、炭酸カルシウム、タルク、シリカ等の無機フィラーを含んでもよい。
切削加工後に被加工材料から切削加工補助潤滑材を除去した際、被加工材料に付着する切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の総量は、被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触面積及び切削部の面積1mm当たり、好ましくは1.0×10−8g以下であり、より好ましくは5.0×10−9g以下である。被加工材料に付着する切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の総量の下限は、特に限定されないが、0が好ましい。ここでいう「切削部の面積」とは、例えば、孔あけ加工の場合、加工孔(切削部)の内部を指す。
〔厚さ〕
粘着層を除く切削加工補助潤滑材の厚さは、被加工材料の切削加工の際の切削方法、切断方法、加工する部分の面積や体積、切削工具の種類、被加工材料の構成、厚さなどによって適宜選択されるので、特に限定されない。このなかでも、切削加工補助潤滑材の厚さは、好ましくは0.1mm以上であり、より好ましくは0.2mm以上であり、さらに好ましくは0.5mm以上である。また、切削加工補助潤滑材の厚さは、好ましくは20mm以下であり、より好ましくは10mm以下であり、さらに好ましくは5mm以下である。切削加工補助潤滑材の厚さが0.1mm以上であることにより、十分な切削応力低減が得られ、切削工具への負荷が小さくなり、ドリル折損等をより抑制できる傾向にある。また、切削加工補助潤滑材の厚さが20mm以下であることにより、切削工具への切削加工補助潤滑材の巻き付きが減少し、切削加工補助潤滑材における亀裂発生をより抑制できる傾向にある。
また、切削加工補助潤滑材に含まれる樹脂が切削粉のバインダーとなることを抑制でき、切削粉が切削部内にとどまることを抑制できる傾向にある。これにより、切削部内部の凹凸が拡大することを抑制できる傾向にある。つまり、切削加工補助潤滑材の組成と厚さとを適正化することで、潤滑性を向上させることができ、例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、ドリル溝を通じた切削粉の排出を最適化できる。また、本発明の効果をより一層得るためには、切削加工補助潤滑材の総厚さを上述した範囲内で適宜制御することが好ましく、薄い切削加工補助潤滑材を複数枚重ねて使用することも可能である。
粘着層の厚さは特に限定されるものではなく、好ましくは0.01mm以上であり、より好ましくは0.05mm以上である。また、粘着層の厚さは、好ましくは5mm以下であり、より好ましくは2.5mm以下である。
本実施形態の切削加工補助潤滑材を構成する各層の厚さは、次のようにして測定する。まず、クロスセクションポリッシャー(日本電子データム株式会社製 CROSS-SECTION POLISHER SM-09010)、又はウルトラミクロトーム(Leica社製 EM UC7)を用いて切削加工補助潤滑材を厚さ方向に切断する。次に、SEM(走査型電子顕微鏡、Scanning Electron Microscope、KEYENCE社製 VE−7800)を用いて、切断面に対して垂直方向から切断面を観察し、切削加工補助潤滑材を構成する各層の厚さを測定する。その際、1視野に対して、5箇所の厚さを測定し、その平均値を各層の厚さとする。
〔切削加工補助潤滑材の製造方法〕
本実施形態の切削加工補助潤滑材の製造方法としては、特に制限されるものではなく、高分子材料などの樹脂と充填材(例えば、無機充填材)とを含む樹脂組成物を、シートや、丸棒の形状や角棒の形状などのブロック状態に成形する従来公知の方法を広く利用することができる。例えば、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)を、溶媒の存在下又は溶媒の非存在下で混合し、支持体に塗布、冷却、固化させてシートを形成し、その後、支持体を除去、剥離して切削加工補助潤滑材を得る方法;高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)を、溶媒の存在下又は溶媒の非存在下で混合し、シートの形状に押出成形して、必要に応じて延伸することにより切削加工補助潤滑材を得る方法などが挙げられる。
切削加工補助潤滑材が前述した積層体(例えば、粘着層や保護層を有する切削加工補助潤滑シート)である場合、当該積層体を製造する方法としては、特に限定されないが、例えば、予め作製した層の少なくとも片面にもう一つの層を直接形成する方法や、予め作製した層ともう一つの層を、接着樹脂や熱によるラミネート法などで貼り合わせる方法などが挙げられる。
また、粘着層を切削加工補助潤滑材の表面に形成する方法としては、工業的に使用される公知の方法であれば、特に限定されない。具体的には、ロール法やカーテンコート法、スプレー噴出法などで粘着層を形成する方法や、ロールやT−ダイ押出機等を使用し、予め所望の厚さの粘着層を形成する方法などが例示される。該粘着層の厚さは、特に限定されるものではなく、被加工材料の曲率や切削加工補助潤滑材の構成により最適な厚さを、適宜、選択できる。
また、溶融状態の切削加工補助潤滑材を製造する場合には、樹脂と充填材とを混合して得られる樹脂組成物を切削加工補助潤滑材として用いるか、樹脂と充填材と溶媒とを混合して得られる樹脂組成物を切削加工補助潤滑材として用いる方法が挙げられる。
〔切削加工方法〕
本実施形態の切削加工方法は、切削加工補助潤滑材を、切削工具及び/又は被加工材料の被加工部分に接触させながら、前記切削工具により前記被加工材料を切削し、切削部を形成する切削加工工程を有し、前記被加工材料が、繊維強化複合材、難削金属材、又は繊維強化複合材と難削金属材との複合材料を含む。
ここで、「接触させながら」とは、特に限定されないが、例えば、切削加工をする前に、上記切削加工補助潤滑材を、切削工具に付着させる接触工程を経た後、切削加工補助潤滑材が付着した切削工具により切削加工工程を実施する場合と、切削加工補助潤滑材を被加工材料の被加工部分に密着させる密着工程を経た後、切削加工補助潤滑材側から被加工材料の被加工部分を切削する場合と、又はこれらの両方を併用する場合とが挙げられる。
また、「切削加工」とは、被加工材料を切削する加工であれば、特に限定されず、例えば、孔あけ加工、溝削加工、旋削加工、切断加工等が挙げられる。中でもドリルを用いた孔あけ加工(以下、「ドリル孔あけ加工」ともいう)において好適である。
本実施形態の切削加工方法は、特に限定されないが、例えば、以下の態様が含まれる。以下、これら態様について個別に説明をする。
(態様1) 切削加工工程が、切削工具の出口と入口を有する切削部(例えば、加工孔)を形成する工程であるとき、切削加工工程前に、被加工材料の切削工具の出口となるべき部分及び/又は入口となるべき部分に、予め切削加工補助潤滑材を密着させる密着工程を有する態様(図1及び2)
(態様1−1) 態様1の密着工程において、前記被加工材料の前記切削工具の入口となるべき部分に、予め前記切削加工補助潤滑材を密着させる態様
(態様1−2) 態様1の密着工程において、前記被加工材料の前記切削工具の出口となるべき部分に、予め前記切削加工補助潤滑材を密着させる態様
(態様2) 切削加工工程前において、切削工具に切削加工補助潤滑材を予め接触させる接触工程を有する態様
(態様3) 切削加工工程において、切削工具に他の切削加工補助潤滑材を接触させた状態で、切削加工補助潤滑材が密着した被加工材料を切削し、切削部を形成する態様(図3)
〔態様1〕
態様1の切削加工方法は、切削加工工程が、切削工具の出口と入口を有する切削部(例えば、加工孔)を形成する工程であるとき、切削加工工程前に、被加工材料の切削工具の出口となるべき部分及び/又は入口となるべき部分に、予め切削加工補助潤滑材を密着させる密着工程を有する。ここで、「出口となるべき部分」とは、当該部分が面である場合には、出口となるべき面とも言い換えることができる。これに対応して、「入口となるべき部分」とは、入口となるべき面とも言い換えることができる。
なお、孔あけ加工においては、得られる孔(切削部)の縁周辺が「入口となるべき部分」と「出口となるべき部分」に相当する。また、溝削加工においては、得られる溝(切削部)の縁周辺が切削工具の「入口となるべき部分」に相当する。旋削加工においては、削られる被加工材料の表面周辺が切削工具の「入口となるべき部分」に相当する。また、切断加工においては、得られる切断面の縁周辺が「入口となるべき部分」と「出口となるべき部分」に相当する。
図1及び2に、本実施形態の切削加工方法の一態様を表す概略図を示す。図1及び2に示されるように、切削加工補助潤滑材2は、被加工材料1、特に難削材の切削加工において用いられるものである。
〔態様1−1〕
態様1−1においては、被加工材料1の切削工具3の入口となるべき部分に、予め切削加工補助潤滑材2を密着させ、切削工具3を用いて被加工材料1を加工する(図1)。この場合、切削加工補助潤滑材2は、被加工材料1よりも前に切削工具3と接する。
切削加工補助潤滑材を切削工具の入口となるべき部分に配置して使用することにより、加工する直前に、工具の先端に切削加工補助潤滑材の潤滑成分が移行する。そのため、切削加工補助潤滑材の潤滑効果がより効果的に発揮される。また、入口となるべき部分に配置された切削加工補助潤滑材は、切削工具が被加工材料に進入する際の緩衝材としても作用し、切削部周辺の欠けを抑制できる。これにより、切削工具への負荷をより低減させ、切削工具の摩耗を抑制し、切削工具の寿命を延ばすことが可能となる。その結果、切削工具に係るコストや、切削工具の交換工程などを削減でき、生産性に優れる切削加工が可能となる。特に、連続して切削加工をする場合においては、切削工具の入口となるべき部分に配された切削加工補助潤滑材に切削工具が一度接することにより、当該切削工具に切削加工補助潤滑材が付着するので、続く加工において切削工具への負荷低減、摩耗抑制、及び寿命延長効果を得ることができる。また、この連続して切削加工する場合においては、切削工具の入口となるべき部分に配された切削加工補助潤滑材に切削工具が一度接することにより、当該切削工具に切削加工補助潤滑材が付着するので、切削工具の入口となるべき部分の他、切削工具の入口となるべき部分においても、切削加工補助潤滑材の作用が発揮される。その結果として、切削部周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを抑制させることができる。
切削加工補助潤滑材を被加工材料の切削工具の入口となるべき部分に配置して使用することで、繊維強化複合材の切削加工において、切削部の入口の欠けや繊維の切れ残りを抑制できる。これは、切削工具の入口となるべき部分に切削加工補助潤滑材を密着させることにより、加工する直前に、工具の先端に切削加工補助潤滑材の潤滑成分が移行するためである。これにより、切削工具への負荷をより低減させることができ、よりスムーズに切削加工を行うことができる。
切削加工補助潤滑材を被加工材料の切削工具の入口となるべき部分に配置して使用することで、難削金属材の切削加工において、切削部周辺の欠けやバリを抑制できる。これは、切削工具の入口となるべき部分に切削加工補助潤滑材を密着させることにより、加工する直前に、工具の先端に切削加工補助潤滑材の潤滑成分が移行するためである。これにより、切削工具への負荷をより低減させることができ、切削工具が被加工材料に進入する際に発生する熱を効率的に吸収することができる。これにより、蓄熱により切削部周辺にできる金属のバリや欠けを抑制することができるため、高品質な切削加工を行うことができる。また、入口となるべき部分に配置された切削加工補助潤滑材は、切削工具が被加工材料に進入する際の緩衝材としても作用し、切削部周辺の欠けを抑制できる。
また、切削加工補助潤滑材を被加工材料の切削工具の入口となるべき部分に配置して使用することで、繊維強化複合材と難削金属材の複合材料の切削加工においても、切削部周辺の欠け、バリ、繊維の切れ残りを抑制できる。なお、被加工材料が、繊維強化複合材と難削金属材の複合材料である場合には、切削工具が被加工材料を貫孔する順としては、難削金属材を切削した後に、繊維強化複合材を切削する場合と、繊維強化複合材を切削した後に、難削金属材を切削する場合が考えられる。例えば、難削金属材を先に切削する場合には、繊維強化複合材を切削する前に既に切削工具の摩耗が進行し得る。この場合、摩耗が進行した切削工具で加工する場合、繊維を押し切る状態で切削することになるため、積層されたプリプレグ間の層間剥離が発生しやすくなり、結果として切削工具が貫通する出口部に繊維の切れ残りがさらに発生しやすくなる欠点がある。しかし、切削加工補助潤滑材を用いることで、難削金属材の孔形成加工時の切削工具の摩耗が抑制され、切削工具の摩耗によって加工孔の品質に影響が出やすい繊維強化複合材の孔形成加工の制約を大きく緩和できる。
(密着工程)
態様1−1の切削加工方法は、被加工材料の切削工具の入口となるべき部分に、予め切削加工補助潤滑材を密着させる密着工程を有する。当該密着工程は、被加工材料の切削工具の入口となるべき部分に、予め切削加工補助潤滑材を密着させる工程である。被加工材料上の切削加工補助潤滑材の密着箇所は、予め、切削工具の入口となるべき部分とする。これにより、加工する直前に、工具の先端に切削加工補助潤滑材の潤滑成分が移行する。そのため、切削加工補助潤滑材の潤滑効果が十分に発揮される。これにより、切削工具への負荷をより低減させることができ、切削工具の入口周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを抑制することができる傾向にある。
被加工材料と切削加工補助潤滑材とを密着させる方法としては、特に限定されないが、例えば、切削加工補助潤滑材と被加工材料とを、クリップや治具で物理的に固定する方法;被加工材料と接する切削加工補助潤滑材表面又は金属箔表面に粘着性を有する化合物の層(粘着層)を形成した切削加工補助潤滑材を用いる方法が挙げられる。このなかでも、粘着層を形成した切削加工補助潤滑材を用いる方法が、治具などによる固定の必要がないので好ましい。なお、本明細書では、被加工材料と切削加工補助潤滑材とを固定するために用いる粘着性を有する化合物の層を粘着層と定義する。
〔態様1−2〕
態様1−2においては、被加工材料1の切削工具3の出口となるべき部分に、予め切削加工補助潤滑材2を密着させ、切削工具3を用いて被加工材料1を加工する(図2)。この場合、切削加工補助潤滑材2は、被加工材料1を貫通してきた切削工具3と接する。
切削加工補助潤滑材を切削工具の出口となるべき部分に配置して使用することにより、切削加工補助潤滑材が潤滑剤として作用し、切削加工時において、切削工具への負荷を低減させ、切削工具の摩耗を抑制し、切削工具の寿命を延ばすことが可能となる。その結果、切削工具に係るコストや、切削工具の交換工程などを削減でき、生産性に優れる切削加工が可能となる。特に、連続して切削加工をする場合においては、切削工具の出口となるべき部分に配された切削加工補助潤滑材に切削工具が一度接することにより、当該切削工具に切削加工補助潤滑材が付着するので、続く加工において切削工具への負荷低減、摩耗抑制、及び寿命延長効果を得ることができる。また、この連続して切削加工する場合においては、切削工具の出口となるべき部分に配された切削加工補助潤滑材に切削工具が一度接することにより、当該切削工具に切削加工補助潤滑材が付着するので、切削工具の出口となるべき部分の他、切削工具の入口となるべき部分においても、切削加工補助潤滑材の作用が発揮され、その結果として、切削部周辺の欠け、バリ、繊維の切れ残りを抑制することも可能となる。
さらに、切削加工補助潤滑材を被加工材料の切削工具の出口となるべき部分に配置して使用することで、繊維強化複合材の切削加工において、切削工具が貫通する出口部の欠けや繊維の切れ残りを抑制できる。これは、切削加工補助潤滑材が蓋のように作用するためである。繊維強化複合材の切削加工において、切削工具が貫通する出口部の欠けや繊維の切れ残りが発生するメカニズムは、以下の通りである。繊維強化複合材の最下層を工具先端が貫通し始める時に、被加工材料は繊維と平行方向に裂け始める。徐々に工具が下降すると被加工材料の繊維が孔の中央付近で切断され、繊維と垂直方向に切断される。その後、さらに工具が下降するに従い、孔は大きく押し広げられるが、この時、孔の縁を支点として片持ち状態になった繊維は、工具の回転方向に倒れるだけで、切断されない。この時、切削加工補助潤滑材を被加工材料の切削工具の出口となるべき部分に配置して加工することで、被加工材料の繊維が孔の縁を支点として片持ち状態になることを防ぎ、被加工材料の繊維を孔の縁に沿って、きれいに切断することができる。その結果、従来の方法よりも欠けや繊維の切れ残りの発生を抑制でき、高品質な加工孔を得ることができる。特に、ドリル孔あけ加工においては、従来技術よりも生産性と品質に優れるドリル孔あけ加工が可能となる。
さらに、切削加工補助潤滑材を被加工材料の切削工具の出口となるべき部分に配置して使用することで、難削金属材の切削加工において、切削工具が貫通する出口部の欠けやバリを抑制できる。これは、切削加工補助潤滑材を使用することで、難削金属材の切削加工において、切削加工時に生じる切削部周辺の蓄熱を効果的に吸収させることが可能となるためである。具体的には、被加工材料の切削工具の出口となるべき部分に切削加工補助潤滑材を配置することで、切削工具が被加工材料から抜ける際に発生する熱を効率的に吸収することができる。これにより、蓄熱により切削部周辺にできる金属のバリを抑制することができる。また、切削加工時において、切削加工補助潤滑材が蓋のように作用し、切削部周辺の欠けを抑制できる。その結果、従来の方法よりも高品質な切削加工孔を得ることができる。特に、ドリル孔あけ加工においては、従来技術よりも生産性と品質に優れるドリル孔あけ加工が可能となる。
さらに、切削加工補助潤滑材を使用することで、繊維強化複合材と難削金属材の複合材料の切削加工において、切削加工時に生じる切削部周辺の蓄熱を効果的に吸収させることが可能となり、また、切削加工補助潤滑材が蓋のように作用し、繊維強化複合材の切削部周辺にできる欠け及び繊維の切れ残りを低減することができる。
(密着工程)
態様1−2の切削加工方法は、被加工材料の切削工具の出口となるべき部分に、予め切削加工補助潤滑材を密着させる密着工程を有する。当該密着工程は、被加工材料の切削工具の出口となるべき部分に、予め切削加工補助潤滑材を密着させる工程である。被加工材料上の切削加工補助潤滑材の密着箇所は、予め、切削工具の出口となるべき部分とする。これにより、上述したように切削工具への負荷を低減させることができ、切削工具の出口周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを低減させることができる。
被加工材料と切削加工補助潤滑材とを密着させる方法としては、特に限定されないが、例えば、切削加工補助潤滑材と被加工材料とを、クリップや治具で物理的に固定する方法;被加工材料と接する切削加工補助潤滑材の表面又は金属箔表面に粘着性を有する化合物の層(粘着層)を形成した切削加工補助潤滑材を用いる方法が挙げられる。このなかでも、粘着層を形成した切削加工補助潤滑材を用いる方法が、治具などによる固定の必要がないので、好ましい。なお、本明細書では、被加工材料と切削加工補助潤滑材とを固定するために用いる粘着性を有する化合物の層を粘着層と定義する。
また、被加工材料の切削工具の入口となるべき部分と、被加工材料の切削工具の出口となるべき部分において、予め切削加工補助潤滑材を密着させるのが特に好ましい。
〔態様2〕
態様2の切削加工方法は、切削加工工程前において、切削工具に切削加工補助潤滑材を予め接触させる接触工程を有する。切削工具に切削加工補助潤滑材を予め接触させることにより、切削工具の入口となるべき部分に切削加工補助潤滑材を密着させる場合と同等の効果を得ることができる。接触方法は特に限定されないが、例えば、予め、切削加工補助潤滑材に切削工具に塗布することで、切削加工補助潤滑材を切削工具に付着させることができる。また、切削加工をする前に、切削工具で切削加工補助潤滑材を切断、孔あけすることで、切削加工補助潤滑材を切削工具に付着させることができる。
なお、切削加工補助潤滑材を切削工具の入口となるべき部分に配置することで、切削加工をする前に、切削加工補助潤滑材を切削工具に付着させることができるが、この場合は上記態様1−1に該当する。
〔態様3〕
態様3の切削加工方法は、切削加工工程において切削工具に他の切削加工補助潤滑材を接触させた状態で、切削加工補助潤滑材が密着した被加工材料を切削し、切削部を形成する。切削加工工程において、切削工具に他の切削加工補助潤滑材を接触させ、付着させることにより、切削工具の入口となるべき部分に切削加工補助潤滑材を密着させる場合と同等の効果を得ることができる。本実施形態の切削加工方法においては、切削工具の入口となるべき部分及び出口となるべき部分の両方に切削加工補助潤滑材が密着した被加工材料を切削する場合においても、切削加工工程前に切削工具へ切削加工補助潤滑材を予め接触させる接触工程を有してもよく、切削加工工程において切削工具に他の切削加工補助潤滑材を付着させて切削部を形成してもよい。
図3に、切削加工工程において切削工具に他の切削加工補助潤滑材を接触させ、付着させた状態の概略図を示す。図3のように、他の切削加工補助潤滑材2を切削工具3に接触させながら切削加工をすることにより、常に切削加工補助潤滑材2が切削工具に供給されることとなり、効率よく加工を行うことができる。また、切削加工補助潤滑材2を密着させて用いる場合には、切削加工補助潤滑材2の厚み×ドリル径(切削工具が接触する部分の面積)から算出される量の切削加工補助潤滑材2が切削工具に供給されるが、他の切削加工補助潤滑材2を用いることにより、十分な量の切削加工補助潤滑材2を切削工具に供給することができる。
なお、他の切削加工補助潤滑材のみを切削工具に接触させてもよい。切削加工補助潤滑材を切削工具に接触させながら切削加工をすることで、切削加工補助潤滑材を切削工具に付着させることができる。この場合は、特に限定されないが、例えば、図3においてブロック状の切削加工補助潤滑材2のみを使用する場合が該当する。このような態様とすることにより、切削加工をしている部分に対して切削工具を経由して切削加工補助潤滑材を供給し続けることが可能となる。
〔被加工材料の厚さ〕
被加工材料が厚い場合であっても、本実施形態の切削加工方法であれば、上記の効果が得られる。そのため、被加工材料の厚みを厚くすることが可能となる。被加工材料の厚さは、好ましくは3mm以上であり、より好ましくは5mm以上であり、さらに好ましくは10mm以上であり、よりさらに好ましくは15mmであり、さらにより好ましくは17.5mm以上である。また、被加工材料の厚さの上限は、特に限定されないが、40mm以下が好ましい。
特に、厚みが10mm以上の被加工材料の加工は、厚みが厚いため、厚みが薄い被加工材料の加工に比べて、切削工具が摩耗しやすく、切削部周辺においてバリ、欠け、又は繊維の切れ残りが発生しやすい。これは、被加工材料が厚いことで、切削加工で除かれる被加工材料の体積が大きくなり、切削工具への負荷が大きくなるためである。この点、切削加工補助潤滑材を使用することで、厚みが10mm以上の被加工材料の切削加工において、切削加工補助潤滑材が潤滑剤として作用し、切削工具への負荷を低減させ、切削工具の摩耗を抑制し、切削工具の寿命を延ばすことが可能となる。その結果、切削工具に係るコストや、切削工具の交換工程などを削減でき、生産性に優れる切削加工が可能となる。また、切削加工補助潤滑材を使用することで、厚みが10mm以上の被加工材料の切削加工において、切削加工補助潤滑材が潤滑剤として作用し、切削部周辺におけるバリ、欠け、又は繊維の切れ残りを抑制できる。その結果、切削加工補助潤滑材を使用しない場合に比べて、高品質な切削部を得ることができる。
〔曲面を有する被加工材料〕
さらに、切削加工補助潤滑材は、被加工材料の被加工部分が平面である場合のみならず、被加工部分が曲面である場合にも平面である場合と同様に好適に用いることができる。具体的には、切削加工補助潤滑材は、たわみ性、被加工部分への追従性に優れ、曲面を有する被加工材料に密着した状態で切削加工が可能となる。また、特に限定されないが、切削加工補助潤滑材は、切削加工補助潤滑材自体のたわみ性、被加工部分への追従性を妨げない構成を有することが好ましく、具体的には、厚い金属箔などを備えない態様が好ましい。これにより、曲面を有する被加工材料の切削加工性がより向上する。また、切削加工補助潤滑材が金属箔を備えない場合には、金属箔由来の切削金属屑が被加工材料の切削部へ溶着し、被加工材料の切削部を汚染することが抑制できる。その結果、従来技術よりも品質に優れる切削加工が可能となる。
〔切削加工工程〕
切削加工工程においては、被加工材料を、切削加工補助潤滑材が付着した切削工具により、切削加工するか、切削加工補助潤滑材と被加工材料の密着体を、切削工具により切削加工する。このように切削加工補助潤滑材を用いることで、切削加工、特に、連続して加工を行う場合、切削工具の刃を含む切削工具表面と切削部内壁表面との間の潤滑性が高まり、切削工具の刃が切削する繊維や難削金属中の難削粒子の排出を容易化して、切削工具の刃との擦過頻度と度合いを軽減するため、切削工具の刃の摩耗が低減されると考えられる。この作用原理は、切削工具全般に通じる。
より具体的には、被加工材料が、繊維が密に存在する繊維強化複合材である場合には、繊維の切削量が多く、切削工具の刃が摩耗しやすい傾向にあるが、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いることで、切削工具の刃の摩耗を低減させることができる。また、繊維強化複合材を、摩耗が進行した切削工具で加工する場合、繊維を押し切る状態で切削することになるため、積層されたプリプレグ間の層間剥離が発生しやすくなり、結果として切削工具が貫通する出口部に繊維の切れ残りがさらに発生しやすくなる欠点がある。しかし、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いることで、繊維の切れ残りをより抑制できる。
さらに、被加工材料が、UD材である場合には、切削工具の刃が繊維の束に食い込み抉る角度で進入させるときに、切削部の内壁に繊維座屈部が発生しやすい。この点、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いることで、繊維座屈を抑制し、さらに、摩擦熱による温度上昇をも抑制するので、マトリクス樹脂がガラス転移点(温度)あるいは軟化点に到達しにくくなり、繊維の堅く束ねた状態を維持することができ、繊維座屈を抑制することができる。なお、「UD材」とは、繊維強化複合材に於いて、一方向のみに繊維を引き揃えたクロス材を使用した材料である。
また、被加工材料が、難削金属材である場合には、難削金属の結晶粒子と切削工具の刃とが擦過すると、アブレシブ摩耗がおき、切削工具の刃の摩耗が進行する。また、強度の高い金属ほど、切削加工時の摩擦熱による温度上昇の程度が大きいため、バリの発生量が多くなりやすい。この点、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いることで、ドリルの溝表面を含めた切削工具表面と切削部内表面との潤滑性がいずれも高まり、切削工具の刃が切削する難削金属中の難削金属の結晶粒子の排出が容易化され、切削工具の刃との擦過頻度と度合いが軽減できるため、結果として切削工具の刃の摩耗が低減され、摩擦に由来する温度上昇も抑制できるため、バリの発生量が低減できる。
さらに、被加工材料が、繊維強化複合材と難削金属材との複合材料である場合には、切削工具が被加工材料を貫通する順としては、難削金属材を切削加工し、繊維強化複合材を切削加工することになるか、又は、逆に繊維強化複合材を切削加工し、難削金属材を切削加工することが考えられる。例えば、難削金属材を先に切削加工する場合には、繊維強化複合材を切削加工する前に既に切削工具の摩耗が進行し得る。この場合、摩耗が進行した切削工具で加工する場合、繊維を押し切る状態で切削することになるため、積層されたプリプレグ間の層間剥離が発生しやすくなり、結果として切削工具が貫通する出口部に繊維の切れ残りがさらに発生しやすくなる欠点がある。しかし、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いることで、難削金属材の切削加工時における切削工具の摩耗が抑制され、切削工具の摩耗によって切削部の品質に影響が出やすい繊維強化複合材の切削加工の制約を大きく緩和できる。
用いる切削工具は、一般的に使用されるものであれば、特に限定されない。例えば、切削工具としてドリルを用いる場合には、ドリルの径、材質、形状及び表面被膜の有無について、特に限定されるものではない。ドリルの径は、用途により適宜選択することができ、一般的には1mmφ以上30mmφ以下であることが好ましい。なかでも、航空機用基材の孔あけ加工用途としては、2mmφ以上7mmφ以下であることが好ましい。また、より大きな加工孔を形成する観点からは、ドリルの径は、好ましくは10mmφ以上であり、より好ましくは12.5mmφ以上であり、さらに好ましくは15mmφ以上である。さらに、ドリルの材質としては、硬質の金属炭化物の粉末を焼結して作られる超硬合金であることが好ましい。このような超硬合金としては、特に限定されないが、例えば、炭化タングステンと結合剤であるコバルトとを混合して焼結した金属が挙げられる。このような超硬合金には、使用目的に応じて材料特性をさらに向上させるため、炭化チタンや炭化タンタルなどが添加されることもある。一方、ドリルの形状は、孔あけ加工の条件や被加工材料の種類や形状などにより、適宜選択できる。ドリルの形状としては、特に限定されないが、例えば、ドリルの先端角、溝のねじれ角、切れ刃の数などが挙げられる。ドリルの表面被膜は、孔あけ加工の条件や被加工材料の種類や形状などにより、適宜選択することができる。好ましい表面被膜の種類としては、ダイヤモンドコート、ダイヤモンドライクコート、セラミックスコートなどが挙げられる。
切削加工工程においては、切削工具としてドリルを用い、ドリル孔あけ加工により孔をあけることが好ましい。切削部が大きい場合、例えば、ドリルビットの径が大きい孔あけ加工においても、本実施形態の切削加工方法であれば、上記の効果が得られるため、切削部の大きさ、例えば、ドリル孔あけ加工によって形成される孔の径を大きくすることが可能となる。この場合、形成される孔の直径は、好ましくは3mm以上であり、より好ましくは5mm以上であり、さらに好ましくは6mm以上であり、よりさらに好ましくは10mm超過であり、さらにより好ましくは12.5mm以上であり、特に好ましくは15mm以上である。孔の直径が3mm以上である場合、切削体積が増えることで、ドリルビットへの負荷が大きくなり、ドリルが摩耗しやすく、切削部周辺においてバリ、欠け、又は繊維の切れ残りが発生しやすい上、加工時の蓄熱により被加工材料の切削部の品質の低下という問題が発生し得る。これに対し、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いることにより、ドリルへの負荷を低減させることができ、加工孔周辺にできるバリ、欠け、又は繊維の切れ残りを低減させることができ、被加工材料の切削部の品質の向上が期待できる。なお、「孔の直径」は、用いるドリルの径により調整することができる。
特に、孔の直径が10mmを超える被加工材料の加工は、ドリルビットの径が大きいので、小さい孔の孔形成加工に比べて、ドリルが摩耗しやすく、切削部周辺においてバリ、欠け、又は繊維の切れ残りが発生しやすい。これは、ドリルビットの径が大きいことで、切削加工で除かれる被加工材料の体積が大きくなり、ドリルへの負荷が大きくなるためである。
この点、本実施形態の切削加工補助潤滑材を使用することで、孔径が10mmを超える被加工材料の孔形成加工において、切削加工補助潤滑材が潤滑剤として作用し、ドリルへの負荷を低減させ、ドリルの摩耗を抑制し、ドリルの寿命を延ばすことが可能となる。その結果、ドリルに係るコストや、ドリルの交換工程などを削減でき、生産性に優れる孔形成加工が可能となる。
また、切削加工補助潤滑材を使用することで、孔径が10mmを超える被加工材料の孔形成加工において、切削加工補助潤滑材が潤滑剤として作用し、切削部周辺におけるバリ、欠け、又は繊維の切れ残りを抑制できる。その結果、切削加工補助潤滑材を使用しない場合に比べて、高品質な加工孔を得ることができる。
切削加工工程においては、一般的な切削加工における技術を用いることができる。例えば、切削加工を行う際、ガスや液体を用いて切削加工している箇所及び/又は切削工具を冷却しながら切削加工すること等が挙げられる。ガスを用いて切削加工している箇所及び/又は切削工具を冷却する方法としては、例えば、圧縮したガスを切削加工している箇所及び/又は切削工具に供給する方法、切削加工している箇所/又は切削工具付近のガスを吸引することによって、周囲からガスを切削加工箇所及び/又は切削工具に供給する方法が挙げられる。
その他、孔形成以外の加工も上記と同様に行うことができる。切削加工する工具及び方法については、特に限定されるものではない。具体的には、ドリルの他、ルータ、フライス、エンドミル、サイドカッターなどで貫通孔、非貫通孔を形成する孔あけ加工や、ルータ、パイプカッター、エンドミル、メタルソーなどで、被加工材料を切断する加工などが挙げられる。また、切削工具の刃先に、硬度を高めて摩耗を抑制するために、チタンやダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボンなどのコーティング膜を形成していてもよい。本実施形態の切削加工補助潤滑材は、これらコーティング膜を形成した特殊な切削工具を用いた加工のいずれの加工においても、切削工具の寿命を延長させることができる。
〔被加工材料〕
本実施形態の切削加工補助潤滑材が対象とする被加工材料としては、特に限定されないが、例えば、繊維強化複合材、難削金属材、又は繊維強化複合材と難削金属材との複合材料が挙げられる。
繊維強化複合材としては、マトリックス樹脂と強化繊維により構成される複合材であれば特に限定されない。マトリックス樹脂としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂;ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)樹脂、PA(ポリアミド)樹脂、PP(ポリプロピレン)樹脂、PC(ポリカーボネート)樹脂、メチルメタアクリレート樹脂、ポリエチレン、アクリル、ポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。強化繊維としては、特に限定されないが、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維が挙げられる。また、強化繊維の形態としては、特に限定されないが、例えば、フィラメント、トウ、クロス、ブレード、チョップ、ミルドファイバー、フェルトマット、ペーパー、プリプレグ等が挙げられる。このような繊維強化複合材の具体例としては、特に限定されないが、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)、アラミド繊維強化プラスチック(AFRP)等の繊維強化プラスチック(FRP)が挙げられる。このなかでも、比較的に、引張り強さ、引張り弾性力が大きく、密度が小さい炭素繊維強化プラスチック(CFRP)が好ましい。繊維強化複合材は、その他必要に応じて、無機フィラーや有機フィラー等を含んでいてもよい。なお、繊維強化プラスチック(FRP)は、強化繊維と、熱硬化性樹脂及び/又は熱可塑性樹脂と、を含む概念であり、このなかでも、強化繊維と、熱可塑性樹脂と、を含む繊維強化複合材は、FRTP(Fiber Reinforced Thermo Plastics)ともいう。例えば、炭素繊維と、熱可塑性樹脂と、を含む繊維強化複合材は、CFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics)という。
また、難削金属材としては、一般的に構造材として用いられている金属であれば特に限定されないが、例えば、チタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、低合金鋼、ステンレス鋼、耐熱合金が挙げられる。このなかでも、チタン合金が好ましく、さらに、チタン合金の中でも、チタン、アルミニウム及びバナジウムからなるより強度の高いTi−6Al―4Vが特に好ましい。チタン合金は、アルミニウム合金に比べて引っ張り強さは2倍も強く、耐食、耐熱性も優れた材料であるが、硬度が高い難削材のため、従来技術では、切削加工条件や切削工具の形状を特殊なものとする必要がある。しかし、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いることで、切削加工条件や切削工具の形状を特殊なものとしなくてもよく、切削工具の寿命もより長くできる。用途面からは、航空機の機体構造用材料等に用いられる金属材料が好ましい。強度の高い金属ほど、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いたことによる切削工具の寿命延長効果が顕著となる。難削金属材は、1種単独で用いても、2種以上を積層体として用いてもよい。
さらに、繊維強化複合材と難削金属材との複合材料としては、特に限定されないが、例えば、上記繊維強化複合材と難削金属材が積層などにより複合化された材料が挙げられる。繊維強化複合材と難削金属材の最適な切削条件は、通常大きく異なり、繊維強化複合材においては、高速回転で低速送り量が適しており、難削金属材においては、低速回転で高速送り量が適している。これは、難削金属材では、例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、ドリルの温度上昇を抑え、ドリルの刃の摩耗を抑制するためである。特に、熱に弱いダイヤモンドコートドリルにおいて、このような孔あけ条件が必要になる。このように、相反する孔あけ条件に対して、実際の加工現場では、CFRPとチタン合金との境で孔あけ条件を変えたり、中庸をとった同一条件で孔あけ加工している。あるいは、例えば、ドリル孔あけ加工を行う場合、ドリルの温度上昇を防ぐため、航空機用途のチタン合金の孔あけ加工時に、切削油を注入したり、冷風を吹きつけながら、同時に集塵機で集塵する取り組みも行われている。しかしながら、本実施形態の切削加工補助潤滑材を用いることで、摩擦熱で発熱しやすい難削金属材の孔あけ条件の制約を大きく緩和できる副次効果がある。
被加工材料の厚さは、好ましくは3mm以上であり、より好ましくは5mm以上であり、さらに好ましくは6mm以上であり、よりさらに好ましくは9mm以上であり、さらにより好ましくは10mm以上であり、特に好ましくは15mm以上である。また、被加工材料の厚さの上限は、特に限定されないが、例えば、40mm以下が好ましい。これは、被加工材料の厚さが3mm以上であったとしても、切削工具の摩耗、切削部(例えば、ドリル孔あけ加工孔)の品質がより良好となる傾向にあるからである。
以下、実施例及び比較例を用いて、本発明を具体的に説明する。なお、下記の実施例は本発明の実施形態の一例を示したに過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔実施例A〕
表1に実施例A及び比較例Aにおいて使用した被加工材料(孔あけ加工した材料)、切削加工補助潤滑材の製造に用いた各成分、粘着層、ドリル孔あけ加工(孔あけ加工)に用いたドリルビット、孔あけ加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。なお、以下実施例において、本実施形態の切削加工補助潤滑材をシート状に成形したものを切削加工補助潤滑シートといい、ブロック状に成形したものを切削加工補助潤滑ブロックという。

※Ti−6Al−4Vのビッカース硬度は320であった。
なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)は、カーボンをヘキサメタりん酸溶液とトリトン数滴からなる溶液に分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて、投影したカーボンの粒子それぞれの最大長さを測定する。そして、粒子径の累積分布曲線(個数基準)を算出する。その累積分布曲線(個数基準)において50%の高さとなる粒子直径を平均粒子径とした。
また、高分子量化合物(A)及び中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、高分子量化合物(A)及び中分子量化合物(B)を0.05%の食塩水に溶解、分散させ、GPC(Gel Permeation Chromatography)カラムを備えた液体クロマトグラフィーを用いて、ポリエチレングリコールを標準物質として測定し、相対平均分子量として算出した。
〔実施例A1〕
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD−100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して十分に混合し、温度140℃で押出成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。このシートの片面に、粘着層となる厚み0.12mmのアクリル系両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面側をシート側と接するように貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。
作製した切削加工補助潤滑シートaの粘着層を形成した面を、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口となるべき部分(入口部)に貼り付け、切削加工補助潤滑シートaと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる切削加工(孔あけ加工)は、表3に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における切削部(加工孔)周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表3に示した。
〔実施例A2〜A25〕
実施例A1と同様にして、表2に示す、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートb〜lを作製した。
作製した切削加工補助潤滑シートb〜lを、実施例A1と同様にして、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口となるべき部分(入口部)に治具を用いて固定した。超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表3に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における切削部周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表3に示した。
なお、実施例A1〜A12においては、被加工材料としてCFRPを用い、実施例A13〜A20においては、被加工材料としてTiを用い、実施例A21〜A25においては、被加工材料としてCFRPとTiの複合体を用いた。なおCFRPとTiの複合体を用いた際には、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Tiとなるように積層し、切削加工補助潤滑シート側から孔あけ加工を行った。
〔比較例A1〜A6〕
実施例A1と同様にして、表2に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートm〜rを作製した。
作製した切削加工補助潤滑シートm〜rを、実施例A1と同様にして、被加工材料料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口となるべき部分(入口部)に治具を用いて固定した。超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表3に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における切削部周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表3に示した。なお、比較例A6においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Tiとなるように積層し、切削加工補助潤滑シート側から孔あけ加工を行った。
〔評価:欠け、バリ、繊維切れ残り〕
実施例A及び比較例Aにおいて、ドリルビット入口側及びドリルビット出口側における切削部周辺のバリ、欠け、及び繊維切れ残りが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、バリ、欠け、及び繊維切れ残りの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
バリ:切削工具がドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。摩擦により切削部周辺の温度が上昇し、切削部周辺の金属が軟化することにより大きなバリが発生しやすい。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして切削部の周囲に残る現象。
なお、図7に、実施例A1における、CFRP加工後のドリルビット入口の写真を示し、図8に、実施例A1における、CFRP加工後のドリルビット出口の写真を示す。図7〜8に示されるように、実施例A1においては、ドリルビット入口及び出口において、良好な切削部が形成されたことがわかる。
また、図9に、実施例A13における、チタン板加工後のドリルビット出口の写真を示す。図9に示されるように、実施例A13においては、ドリルビット出口において、良好な切削部が形成されたことがわかる。また、ドリルビット入口においても同様に良好な切削部が形成された。
さらに、図10に、比較例A1における、CFRP加工後のドリルビット入口の写真を示し、図12に、比較例A1における、CFRP加工後のドリルビット出口の写真を示す。図10に示されるように、比較例A1においては、ドリルビット入口の切削部の縁に欠けが生じていることがわかる。また、図12に示されるように、比較例A1においては、ドリルビット出口の切削部の縁に繊維切れ残りが生じていることがわかる。
さらに、図11に、比較例A5における、チタン板加工後のドリルビット出口の写真を示す。図11に示されるように、比較例A5においては、ドリルビット出口の切削部の縁でバリが生じていることがわかる。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例A及び比較例Aにおいて、表3の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー(株))の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工補助潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工補助潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Aにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。


※1:樹脂組成物の粘度が低すぎるためシート成形不能
※2:樹脂組成物の粘度が高すぎるためシート成形不能
※3:シートにコシがなく脆いため実用に耐えるシートの成形不能

〔実施例B〕
表4に実施例B及び比較例Bにおいて使用した被加工材料(孔あけ加工した材料)、切削加工補助潤滑材の製造に用いた各成分、粘着層、ドリル孔あけ加工(孔あけ加工)に用いたドリルビット、孔あけ加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。


※Ti−6Al−4Vのビッカース硬度は320であった。
なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)及び高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、実施例Aと同様に測定した。
〔実施例B1〕
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD−100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して十分に混合し、温度140℃で押出成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。このシートの片面に、粘着層となる厚み0.12mmのアクリル系両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)を、強粘着面側がシート側と接するように貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。
作製した切削加工補助潤滑シートaの粘着層を形成した面を、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の出口となるべき部分(出口部)に貼り付け、切削加工補助潤滑シートaと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる切削加工(孔あけ加工)は、表6に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表6に示した。
〔実施例B2〜10〕
実施例B1と同様に、表5に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用してシートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートbを作製した。
実施例B2、B3においては、作製した切削加工補助潤滑シートa、bを、実施例B1と同様に、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の出口となるべき部分(出口部)に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
また、実施例B4、B5、B7、B8においては、作製した切削加工補助潤滑シートa、bを、切削加工補助潤滑シート/CFRP/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、ドリルビットの入口となるべき部分(入口部)とドリルビットの出口となるべき部分(出口部)の両面に切削加工補助潤滑シートを貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
さらに、実施例B6、B9においては、作製した切削加工補助潤滑シートbを、切削加工補助潤滑シート/CFRP/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、ドリルビットの入口となるべき部分(入口部)とドリルビットの出口となるべき部分(出口部)の両面に切削加工補助潤滑シートを貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。さらに、図3のように、他の切削加工補助潤滑材として、切削加工補助潤滑ブロックを切削工具に接触させた。この状態で切削加工を行った。なお、実施例B6、B9において用いた切削加工補助潤滑ブロックは、切削加工補助潤滑シートbと同組成とした。
さらに、実施例B10〜B12においては、被加工材料としてCFRPとTiの複合体(CFRP/Ti)を用いた。実施例B10、B11においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Ti/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、CFRP側から孔あけ加工を行った。また、実施例B12においては、切削加工補助潤滑シート/Ti/CFRP/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、Ti側から孔あけ加工を行った。
超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表6に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表6に示した。
〔比較例B1〜B6〕
比較例B1〜B3においては、作製した切削加工補助潤滑シートa、bを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口部に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
また、比較例B4〜B6においては、被加工材料としてCFRPとTiの複合体を用いた。比較例B4、B5においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Tiの順に積層し、切削加工補助潤滑シート側から孔あけ加工を行った。また、比較例B6においては、切削加工補助潤滑シート/Ti/CFRPの順に積層し、切削加工補助潤滑シート側から孔あけ加工を行った。
超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表6に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表6に示した。
〔評価:欠け、バリ、繊維切れ残り〕
実施例B及び比較例Bにおいて、ドリルビット入口側、ドリルビット出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、及び繊維切れ残りが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、欠け、バリ、及び繊維切れ残りの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
バリ:切削工具がドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。摩擦により加工孔周辺の温度が上昇し、加工孔周辺の金属が軟化することにより大きなバリが発生しやすい。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして加工孔の周囲に残る現象。
なお、図13に、実施例B8における、CFRP加工後のドリルビット出口を現す写真を示す。図13に示されるように、実施例B8においては、ドリルビット出口において、良好な加工孔が形成されたことがわかる。また、図14に、比較例B3における、CFRP加工後のドリルビット出口を現す写真を示す。図14に示されるように、比較例B3においては、ドリルビット入口の加工孔縁に欠け及び繊維切れ残りが生じていることがわかる。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例B及び比較例Bにおいて、表6の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー(株))の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工補助潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工補助潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Bにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。


〔実施例C〕
表7に実施例C及び比較例Cにおいて使用した被加工材料(孔あけ加工した材料)、切削加工補助潤滑材の製造に用いた各成分、粘着層、ドリル孔あけ加工(孔あけ加工)に用いたドリルビット、孔あけ加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。


※Ti−6Al−4Vのビッカース硬度は320であった。
なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)及び高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、実施例Aと同様に測定した。
〔実施例C1〕
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD−100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して十分に混合し、温度140℃で押出成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。このシートの片面に、粘着層となる厚み0.12mmのアクリル系両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)を、強粘着面側がシート側と接するように貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。
作製した切削加工補助潤滑シートaの粘着層を形成した面を、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の出口となるべき部分(出口部)に貼り付け、切削加工補助潤滑シートaと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる切削加工(孔あけ加工)は、表9に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表9に示した。
〔実施例C2〜C8〕
実施例C1と同様に、表8に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用してシートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートbを作製した。
実施例C2においては、作製した切削加工補助潤滑シートbを、実施例C1と同様にして、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の出口となるべき部分(出口部)に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
また、実施例C3〜C4においては、作製した切削加工補助潤滑シートa、bを、切削加工補助潤滑シート/Ti/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、ドリルビットの入口となるべき部分(入口部)と出口となるべき部分(出口部)の両面に切削加工補助潤滑シートを貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて固定した。
さらに、実施例C5においては、作製した切削加工補助潤滑シートbを、実施例C1と同様にして、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の出口となるべき部分(出口部)に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。さらに、図3のように、他の切削加工補助潤滑材として、切削加工補助潤滑ブロックを切削工具に接触させた。この状態で切削加工を行った。なお、実施例C5において用いた切削加工補助潤滑ブロックは、切削加工補助潤滑シートbと同組成とした。
さらに、実施例C6〜C8においては、被加工材料としてCFRPとTiの複合体(CFRP/Ti)を用いた。実施例C6〜C7においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Ti/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、CFRP側から孔あけ加工を行った。また、実施例C8においては、切削加工補助潤滑シート/Ti/CFRP/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、Ti側から孔あけ加工を行った。
超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表9に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表9に示した。
〔比較例C1〜C5〕
比較例C1〜C2においては、作製した切削加工補助潤滑シートa、bを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口部に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
また、比較例C3〜C5においては、被加工材料としてCFRPとTiの複合体を用いた。比較例C3、C4においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Tiの順に積層し、切削加工補助潤滑シート側から孔あけ加工を行った。また、比較例C5においては、切削加工補助潤滑シート/Ti/CFRPの順に積層し、切削加工補助潤滑シート側から孔あけ加工を行った。
超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表9に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表9に示した。
〔評価:欠け、バリ、繊維切れ残り〕
実施例C及び比較例Cにおいて、ドリルビット入口側、ドリルビット出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、及び繊維切れ残りが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、欠け、バリ、及び繊維切れ残りの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
バリ:切削工具がドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。摩擦により加工孔周辺の温度が上昇し、加工孔周辺の金属が軟化することにより大きなバリが発生しやすい。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして加工孔の周囲に残る現象。
なお、図15に、実施例C1における、チタン合金板加工後のドリルビット出口を現す写真を示す。図15に示されるように、実施例C1においては、ドリルビット出口において、良好な加工孔が形成されたことがわかる。
また、図16に、比較例C1における、チタン合金板加工後のドリルビット出口を現す写真を示す。図16に示されるように、比較例C1においては、ドリルビット入口の加工孔縁に欠け及びバリが生じていることがわかる。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例C及び比較例Cにおいて、表9の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー(株))の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工補助潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工補助潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工補助潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Cにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。


〔実施例D〕
表10に実施例D及び比較例Dにおいて使用した被加工材料(孔形成加工した材料)、切削加工補助潤滑材の製造に用いた各成分、粘着層、ドリル孔あけ加工(孔あけ加工)に用いたドリルビット、孔形成加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。

なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)及び高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、実施例Aと同様に測定した。
〔実施例D1〕
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。
作製した切削加工補助潤滑シートaを、被加工材料の超硬合金ドリルの入り口となるべき部分(入口部)に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる孔形成加工は、表12に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表12に示す。
〔実施例D2〜D7〕
実施例D1と同様にして、表11に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成、及び厚みにて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートb〜eを作製した。
実施例D2〜D5では、作製した切削加工補助潤滑シートb〜eを、実施例D1と同様にして、被加工材料の超硬合金ドリルの入口部に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
実施例D6、D7では、作製した切削加工補助潤滑シートb、dを、被加工材料の超硬合金ドリルの入口部及び出口部に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
超硬合金ドリルによる孔形成加工は、表12に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表12に示す。
〔比較例D1〕
切削加工補助潤滑シートを用いなかったこと以外は実施例D1と同様にして、超硬合金ドリルによる孔形成加工を、表12に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表12に示す。
〔評価:欠け、バリ、繊維切れ残り〕
実施例D及び比較例Dにおいて、ドリルビット入口及び出口における加工孔周辺のバリ、欠け、及び繊維切れ残りが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、バリ、欠け、及び繊維切れ残りの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
バリ:ドリルがドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。ドリルビットが摩耗し、切れ味が低下することでより大きなバリが発生しやすい。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして加工孔の周囲に残る現象。
なお、図17に、実施例D6における、CFRP加工後のドリルビット入口の写真を示し、図18に、実施例D6における、CFRP加工後のドリルビット出口の写真を示す。図17〜18に示されるように、実施例D6においては、ドリルビット入口及び出口において、良好な加工孔が形成されたことがわかる。
さらに、図19に、比較例D1における、CFRP加工後のドリルビット入口の写真を示し、図20に、比較例D1における、CFRP加工後のドリルビット出口の写真を示す。図19〜20に示されるように、比較例D1においては、ドリルビット入口の加工孔縁に欠けが生じ、ドリルビット出口の加工孔縁に繊維切れ残りが生じていることがわかる。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例D及び比較例Dにおいて、表12の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー株式会社製)の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工用潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工用潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Dにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。


〔実施例E〕
表13に実施例E及び比較例Eにおいて使用した被加工材料(孔形成加工した材料)、切削加工補助潤滑材の製造に用いた各成分、粘着層、ドリル孔あけ加工(孔あけ加工)に用いたドリルビット、孔形成加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。

※Ti−6Al−4Vのビッカース硬度は320であった。
なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)及び高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、実施例Aと同様に測定した。
〔実施例E1〕
高分子量化合物(A)として、ポリエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD−100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。
作製した切削加工補助潤滑シートaの粘着層を形成した面を、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口となるべき部分(入口部)に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる孔形成加工は、表15に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表15に示した。
〔実施例E2〜E9〕
実施例E1と同様にして、表14に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成、及び厚みにて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートb〜eを作製した。
実施例E2〜E5では、作製した切削加工補助潤滑シートb〜eを、実施例E1と同様にして、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口部に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
実施例E6、E7では、作製した切削加工補助潤滑シートb、b、もしくはd、bを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口部及び出口部に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
さらに、実施例E8〜E9においては、被加工材料としてCFRPとTiの複合体(CFRP/Ti)を用い、切削加工補助潤滑シートc、dを用いた。実施例E8〜E9においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Ti/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、CFRP側から孔あけ加工を行った。
超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表15に示す条件で行った。切削加工が可能であった加工孔数(加工孔数)、並びに切削加工した加工孔数におけるドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表15に示した。
〔比較例E1〜E2〕
比較例E1においては、切削加工補助潤滑シートを用いなかったこと以外は実施例E1と同様にして、超硬合金ドリルによる孔あけ加工を、表15に示す条件で行った。
さらに、比較例E2においては、切削加工補助潤滑シートを用いなかったこと以外は実施例E8と同様にして、超硬合金ドリルによる孔あけ加工を、表15に示す条件で行った。
切削加工が可能であった加工孔数、並びに切削加工した加工孔数におけるドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表15に示した。
〔評価:加工可能孔数、欠け、バリ〕
実施例E及び比較例Eにおいて、ドリルビット入口及び出口における加工孔周辺のバリ、欠けが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、加工可能孔数、バリ、欠けの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
加工可能孔数:切削加工している際に、ドリルビットの折損、異音、或いは発火が生じた場合は、切削加工を終了し、それまでに加工した孔数を加工可能孔数とした。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
バリ:切削工具がドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。摩擦により加工孔周辺の温度が上昇し、加工孔周辺の金属が軟化することにより大きなバリが発生しやすい。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして加工孔の周囲に残る現象。
なお、図21に、実施例E2における、チタン合金加工後のドリルビット入口の写真を示し、図22に、実施例E2における、チタン合金加工後のドリルビット出口の写真を示す。図21〜22に示されるように、実施例E2においては、ドリルビット入口及び出口において、良好な加工孔が形成されたことがわかる。
さらに、図23に、比較例E1における、チタン合金加工後のドリルビット入口の写真を示し、図24に、比較例E1における、チタン合金加工後のドリルビット出口の写真を示す。図23〜24に示されるように、比較例E1においては、ドリルビット入口の加工孔縁にバリ、及び欠けが生じ、ドリルビット出口の加工孔縁に欠けが生じていることがわかる。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例E及び比較例Eにおいて、表15の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー株式会社製)の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工用潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工用潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Eにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。


〔実施例F〕
表16に実施例F及び比較例Fにおいて使用した被加工材料(切削加工した材料)、切削加工補助潤滑材の製造に用いた各成分、粘着層、ドリル孔あけ加工(孔あけ加工)に用いたドリルビット、切削加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。

なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)及び高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、実施例Aと同様に測定した。
〔切削加工補助潤滑シート作製手順〕
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。また、表17に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成、及び厚みにて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートb〜eを作製した。
〔実施例F1〜F3〕
実施例F1では、作製した切削加工補助潤滑シートaを、被加工材料における切削工具(超硬合金ドリル)の入り口となるべき部分(入口部)に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表18に示す条件で行った。なお、被加工材料としては厚み10mmのCFRPを用い、ドリルビットの直径は6mmとし、ドリルビット1本あたりの加工孔数が100孔の条件で孔あけ加工を行った。
また、実施例F2及びF3では、切削加工補助潤滑シートaの代わりに切削加工補助潤滑シートb、eを用いたこと以外は実施例F1と同様にして、孔あけ加工を行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表18に示す。
〔比較例F1〕
切削加工補助潤滑シートを用いず、被加工材料のみを、治具を用いて孔あけ加工機器に固定したこと以外は実施例1と同様にして、孔あけ加工を行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表18に示す。
〔実施例F4〜F10〕
実施例F4〜F8では、作製した切削加工補助潤滑シートa〜eを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口部に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表19に示す条件で行った。なお、被加工材料として厚み20mmのCFRPを用い、ドリルビットの直径は17.78mmとし、ドリルビット1本あたりの加工孔数が40孔の条件で孔あけ加工を行った。
また、実施例F9及びF10では、切削加工補助潤滑シートa〜eに代えて、切削加工補助潤滑シートb、dを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口部に、切削加工補助潤滑シートbを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の出口部に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定したこと以外は実施例F4〜F8と同様にして、孔あけ加工を行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表19に示す。
〔比較例F2〕
切削加工補助潤滑シートを用いず、被加工材料のみを、治具を用いて孔あけ加工機器に固定したこと以外は実施例F4と同様にして、孔あけ加工を行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表19に示す。
〔評価:欠け、バリ、繊維切れ残り〕
実施例F及び比較例Fにおいて、ドリルビット入口及び出口における加工孔周辺のバリ、欠け、及び繊維切れ残りが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、バリ、欠け、及び繊維切れ残りの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
バリ:切削工具がドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。ドリルビットが摩耗し、切れ味が低下することで大きなバリが発生しやすい。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして加工孔の周囲に残る現象。
なお、図25に、実施例F9における、CFRP加工後のドリルビット入口の写真を示し、図26に、実施例F9における、CFRP加工後のドリルビット出口の写真を示す。図25〜26に示されるように、実施例F9においては、ドリルビット入口及び出口において、良好な加工孔が形成されたことがわかる。さらに、図27に、比較例F2における、CFRP加工後のドリルビット入口の写真を示し、図28に、比較例F2における、CFRP加工後のドリルビット出口の写真を示す。図27〜28に示されるように、比較例F2においては、ドリルビット入口の加工孔縁に欠けが生じ、ドリルビット出口の加工孔縁に繊維切れ残りが生じていることがわかる。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例F及び比較例Fにおいて、表18及び19の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー株式会社製)の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工用潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工用潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Fにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。


〔実施例G〕
表20に実施例G及び比較例Gにおいて使用した被加工材料(切削加工した材料)、切削加工補助潤滑シートの製造に用いた各成分、粘着層、ドリル孔あけ加工(孔あけ加工)に用いたドリルビット、孔あけ加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。

※Ti−6Al−4Vのビッカース硬度は320であった。
なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)及び高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、実施例Aと同様に測定した。
〔実施例G1〕
高分子量化合物(A)として、ポリエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD−100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。
作製した切削加工補助潤滑シートaの粘着層を形成した面を、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口となるべき部分(入口部)に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる切削加工は、表22に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表22に示した。
〔実施例G2〜G7〕
実施例G1と同様にして、表21に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成、及び厚みにて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートb〜eを作製した。
実施例G2〜G5では、作製した切削加工補助潤滑シートb〜eを、実施例G1と同様にして、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口となるべき部分(入口部)に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
実施例G6、G7では、作製した切削加工補助潤滑シートb、b、もしくはd、bを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口となるべき部分(入口部)及び出口となるべき部分(出口部)に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて固定した。
さらに、実施例G8〜G9においては、被加工材料としてCFRPとTiの複合体(CFRP/Ti)を用い、切削加工補助潤滑シートc、dを用いた。実施例G8〜G9においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Ti/切削加工補助潤滑シートの順に積層し、CFRP側から孔あけ加工を行った。
超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表22に示す条件で行った。切削加工が可能であった加工孔数(加工可能孔数)、並びに切削加工した加工孔数におけるドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表22に示した。
〔比較例G1〕
比較例G1においては、切削加工補助潤滑シートを用いなかったこと以外は実施例G1と同様にして、超硬合金ドリルによる孔あけ加工を、表22に示す条件で行った。
さらに、比較例G2においては、切削加工補助潤滑シートを用いなかったこと以外は実施例G8と同様にして、超硬合金ドリルによる孔あけ加工を、表22に示す条件で行った。
切削加工が可能であった加工孔数(加工可能孔数)、並びに切削加工した加工孔数におけるドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表22に示した。
〔評価:加工可能孔数、欠け、バリ〕
実施例G及び比較例Gにおいて、ドリルビット入口及び出口における加工孔周辺のバリ、欠けが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、加工可能孔数、バリ、欠けの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
加工可能孔数:切削加工している際に、ドリルビットの折損、異音、或いは発火が生じた場合は、切削加工を終了し、それまでに加工した孔数を加工可能孔数とした。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
バリ:切削工具がドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。摩擦により加工孔周辺の温度が上昇し、加工孔周辺の金属が軟化するおとにより大きなバリが発生しやすい。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして加工孔の周囲に残る現象。
なお、図29に、実施例G2における、チタン合金加工後のドリルビット入口の写真を示し、図30に、実施例G2における、チタン合金加工後のドリルビット出口の写真を示す。図29〜30に示されるように、実施例G2においては、ドリルビット入口及び出口において、良好な加工孔が形成されたことがわかる。
さらに、図31に、比較例G1における、チタン合金加工後のドリルビット入口の写真を示し、図32に、比較例G1における、チタン合金加工後のドリルビット出口の写真を示す。図31〜32に示されるように、比較例G1においては、ドリルビット入口の加工孔縁にバリ、及び欠けが生じ、ドリルビット出口の加工孔縁に欠けが生じていることがわかる。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例G及び比較例Gにおいて、表22の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー株式会社製)の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工用潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工用潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Eにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。


〔実施例H〕
表23に実施例H及び比較例Hにおいて使用した被加工材料(切削加工した材料)、切削加工補助潤滑シートの製造に用いた各成分、粘着層、ドリル孔あけ加工(孔あけ加工)に用いたドリルビット、切削加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。

なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)及び高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、実施例Aと同様に測定した。
〔実施例HA1〕
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD−100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。表24に切削加工補助潤滑シートaのたわみ量、追従性、靱性を示した。
〔実施例HA2〜HA8〕
実施例HA1と同様にして、表24に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工用潤滑シートb〜hを作製した。表24に切削加工補助潤滑シートb〜hのたわみ量、追従性、靱性を示した。
〔比較例HA1〜HA5〕
実施例HA1と同様にして、表24に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートi〜mを作製した。表24に切削加工補助潤滑シートi〜mのたわみ量、追従性、靱性を示した。
〔比較例HA6〕
厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔(接着層付きアルミニウム箔)と、切削加工補助潤滑シートiを、接着層付きアルミニウム箔/切削加工補助潤滑シートi/接着層付きアルミニウム箔のように、切削加工補助潤滑シートiを接着層付きアルミニウム箔で挟持する形態で積層した。このとき、アルミニウム箔表面の接着層が切削加工補助潤滑シートと接するように配置し、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、切削加工補助潤滑シートnを作製した。
〔比較例HA7〜HA9〕
実施例HA1と同様にして、表24に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートo〜qを作製した。
〔実施例HB1〜HB14〕
作製した切削加工補助潤滑シートa〜hを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)入口となるべき部分(入口部)に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表25に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表25に示した。
なお、実施例HB9〜HB12においては、被加工材料としてCFRPとTiの複合体を用いた。この際には、切削加工用潤滑シート/CFRP/Tiとなるように積層し、切削加工用潤滑シート側から孔あけ加工を行った。
また、実施例HB13〜HB14では、作製した切削加工補助潤滑シートbを、曲面を有するCFRTPの切削工具(超硬合金ドリル)の入口となるべき部分(入口部)及び出口となるべき部分(出口部)に貼り付けて、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。上記切削加工補助潤滑シートは、追従性及び靱性に優れるため被加工材料に密着することができた。
〔比較例HB1〜HB7〕
比較例HB1〜HB5においては、作製した切削加工補助潤滑シートi〜mを、実施例HB1と同様にして、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口部に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。
また、比較例HB6〜HB7においては、切削加工補助潤滑シートを用いなかったこと以外は、実施例HB13と同様とした。
超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表25に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表25に示した。なお、比較例HB5においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Tiとなるように積層し、切削加工補助潤滑シート側から孔あけ加工を行った。
〔評価:たわみ量〕
図5に示すように、幅30mm、長さ150mmの切削加工補助潤滑シートXを、100mm突き出した状態で押さえ治具に固定した。その後、切削加工用補助潤滑シートXの端部に25gの荷重Zを掛けた。荷重Zを掛けていない切削加工補助潤滑シートXの位置からの変移量Yを切削加工補助潤滑シートのたわみ量とした。また、押さえ治具で固定した支点から、切削加工用補助潤滑シートが切断した場合は、たわみ量を測定不可とした。
〔追従性〕
切削加工補助潤滑シートを、直径90mmの円柱に巻きつけた際に、切削加工補助潤滑シートと円柱との隙間を目視にて観察した。そして、下記評価基準により、追従性を評価した。なお、図33及び34に、実施例HA2及び比較例HA2の追従性及び靱性試験の結果を示す写真を示す。
優 :切削加工補助潤滑シートと円柱との隙間が1mm未満
良 :切削加工補助潤滑シートと円柱との隙間が1mm以上5mm未満
不良:切削加工補助潤滑シートと円柱との隙間が5mm以上又は巻き付け不可
〔靱性〕
切削加工補助潤滑シートを、直径90mmの円柱に巻きつけ、24時間後の切削加工補助潤滑シートの状態を目視にて観察した。そして、下記評価基準により、靱性を評価した。なお、図33及び34に、実施例HA2及び比較例HA2の追従性及び靱性試験の結果を示す写真を示す。
優 :切削加工補助潤滑シート表面上にワレが生じない場合
良 :切削加工補助潤滑シート表面上に1mm未満の割れが発生した場合
不良:切削加工補助潤滑シートが破断若しくは折れた場合、又は切削加工補助潤滑シート表面上に1mm以上のワレが生じた場合
〔評価:欠け、バリ、繊維切れ残り〕
実施例H及び比較例Hにおいて、ドリルビット入口及び出口における加工孔周辺のバリ、欠け、及び繊維切れ残りが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、バリ、欠け、及び繊維切れ残りの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
バリ:切削工具がドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。ドリルビットが摩耗し、切れ味が低下することでより大きなバリが発生しやすい。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして加工孔の周囲に残る現象。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例H及び比較例Hにおいて、表25の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー(株))の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工用潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工用潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Hにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。

※1:樹脂組成物の粘度が低すぎるためシート成形不能
※2:樹脂組成物の粘度が高すぎるためシート成形不能
※3:シートにコシがなく脆いため実用に耐えるシートの成形不能

〔実施例I〕
表26に実施例I及び比較例Iにおいて使用した被加工材料(切削加工した材料)、切削加工補助潤滑シートの製造に用いた各成分、粘着層、切削加工に用いたドリルビット、切削加工機器、評価に用いた装置等の仕様を示す。

※Ti−6Al−4Vのビッカース硬度は320であった。
なお、カーボン(C)の平均粒子径(メディアン径)及び高分子量化合物(A)と中分子量化合物(B)の重量平均分子量は、実施例Aと同様に測定した。
〔実施例IA1〕
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE−45、明成化学工業株式会社製)24質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR−150、明成化学工業株式会社製)24質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS−40、日油株式会社製)47質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD−100、伊藤黒鉛工業株式会社)5質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚さ1.0mmのシートを作製した。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートaを作製した。表27に切削加工補助潤滑シートaのたわみ量、追従性、靱性を示した。
〔実施例IA2〜IA4〕
実施例IA1と同様にして、表27に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工用潤滑シートb〜dを作製した。表27に切削加工補助潤滑シートb〜dのたわみ量、追従性、靱性を示した。
〔比較例IA1〜IA2〕
実施例IA1と同様にして、表27に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートe〜fを作製した。表27に切削加工補助潤滑シートe〜fのたわみ量、追従性、靱性を示した。
〔比較例IA3〕
厚み0.15mmのアルミニウム箔(1N30−H18、三菱アルミニウム株式会社製)の片面に、接着層として厚み0.01mmのポリエステル系樹脂層(バイロナールMD−1200、東洋紡株式会社製)を形成したものを準備した。この接着層を形成したアルミニウム箔(接着層付きアルミニウム箔)と、切削加工補助潤滑シートeを、接着層付きアルミニウム箔/切削加工補助潤滑シートe/接着層付きアルミニウム箔のように、切削加工補助潤滑シートeをアルミニウム箔で挟持するような形態で積層した。このとき、アルミニウム箔表面の接着層が切削加工補助潤滑シートと接するように配置し、ラミネート装置(OHL―2400、株式会社オー・エヌ・シー製)を用いて、150℃の温度で熱ラミネートして、積層一体化し、切削加工補助潤滑シートgを作製した。
〔比較例IA4〜IA6〕
実施例IA1と同様にして、表27に示す高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、カーボン(C)の樹脂組成にて、1軸押出機を使用して、シートを作製し、厚み0.12mmの両面テープ(No.535A、日東電工株式会社製)の強粘着面を上記シートの片面と貼り付けて、切削加工補助潤滑シートh〜jを作製した。
〔実施例IB1〜IB8〕
作製した切削加工補助潤滑シートa〜dを、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)入口となるべき部分(入口部)に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表28に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表28に示した。
なお、実施例IB5〜IB8においては、CFRPとTiの複合体を用いた。この際には、切削加工用潤滑シート/CFRP/Tiとなるように積層し、切削加工用潤滑シート側から孔あけ加工を行った。
〔比較例IB1〜IB2〕
作製した切削加工補助潤滑シートe〜fを、実施例IB1と同様にして、被加工材料の切削工具(超硬合金ドリル)の入口部に貼り付け、切削加工補助潤滑シートと被加工材料を、治具を用いて孔あけ加工機器に固定した。超硬合金ドリルによる孔あけ加工は、表28に示す条件で行った。ドリルビットの入口側、出口側における加工孔周辺の欠け、バリ、繊維切れ残り、及びドリルビット先端摩耗について評価した結果を表28に示した。なお、比較例IB2においては、切削加工補助潤滑シート/CFRP/Tiとなるように積層し、切削加工補助潤滑シート側から孔あけ加工を行った。
〔評価:たわみ量〕
図5に示すように、幅30mm、長さ150mmの切削加工補助潤滑シートXを、100mm突き出した状態で押さえ治具に固定した。その後、切削加工用補助潤滑シートXの端部に25gの荷重Zを掛けた。荷重Zを掛けていない切削加工補助潤滑シートXの位置からの変移量Yを切削加工補助潤滑シートのたわみ量とした。また、押さえ治具で固定した支点から、切削加工用補助潤滑シートが切断した場合は、たわみ量を測定不可とした。
〔追従性〕
切削加工補助潤滑シートを、直径90mmの円柱に巻きつけた際に、切削加工補助潤滑シートと円柱との隙間を目視にて観察した。そして、下記評価基準により、追従性を評価した。
優 :切削加工補助潤滑シートと円柱との隙間が1mm未満
良 :切削加工補助潤滑シートと円柱との隙間が1mm以上5mm未満
不良:切削加工補助潤滑シートと円柱との隙間が5mm以上又は巻き付け不可
〔靱性〕
切削加工補助潤滑シートを、直径90mmの円柱に巻きつけ、24時間後の切削加工補助潤滑シートの状態を目視にて観察した。そして、下記評価基準により、靱性を評価した。なお、図35及び36に、実施例IA2及び比較例IA1の追従性及び靱性試験の結果を示す写真を示す。
優 :切削加工補助潤滑シート表面上にワレが生じない場合
良 :切削加工補助潤滑シート表面上に1mm未満の割れが発生した場合
不良:切削加工補助潤滑シートが破断若しくは折れた場合、又は切削加工補助潤滑シート表面上に1mm以上のワレが生じた場合
〔評価:欠け、バリ、繊維切れ残り〕
実施例I及び比較例Iにおいて、ドリルビット入口及び出口における加工孔周辺のバリ、欠け、及び繊維切れ残りが生じた孔数を、×10ルーペを用いて、目視にて数えた。なお、バリ、欠け、及び繊維切れ残りの評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
バリ:切削工具がドリルビット入口からドリルビット出口に向かって通過するにあたり、ドリルビット出口付近に発生する突起。摩擦により加工孔周辺の温度が上昇し、加工孔周辺の金属が軟化することにより大きなバリが発生しやすい。
欠け:ドリルビット入口及びドリルビット出口に生じる凹部。
繊維切れ残り:繊維強化複合材を形成する繊維の一部が切断されずに、切り残りとして加工孔の周囲に残る現象。
〔評価:ドリルビット先端摩耗〕
実施例I及び比較例Iにおいて、表28の加工孔数の孔をあけた後のドリルビット先端の摩耗を、ドリルビット先端方向から、×10ルーペを用いて、目視にて評価した。未使用の新品のドリルビット(超硬合金ドリル、RG−GDN、オーエスジー(株))の2番面の面積(100%)に対する、使用後(摩耗後)のドリルビットの2番面の面積の比率を確認し、下記評価基準により、ドリルビット先端摩耗を評価した。なお、図6に、ドリルビット先端方向からみたドリルビットの概略図を示す。
大:2番面の面積が80%未満残っている場合
中:2番面の面積が95%未満80%以上残っている場合
小:2番面の面積が95%以上残っている場合
〔評価:被加工材料に付着する、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量〕
加工後、被加工材料から切削加工用潤滑シートを剥がし、被加工材料に付着する切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を、溶液抽出方法により確認した。具体的には、切削加工用潤滑シートを剥がした後の被加工材料を、超純水に浸漬し、その後、溶媒のみを濃縮させ、臭化水素酸分解を行い、ポリエチレンオキサイドを定量分析することで、切削加工用潤滑材及び粘着層の成分の量を確認した。その結果、実施例Iにおいて、当該付着量は被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり3×10−9〜4×10−9gであった。

※1:樹脂組成物の粘度が低すぎるためシート成形不能
※2:樹脂組成物の粘度が高すぎるためシート成形不能
※3:シートにコシがなく脆いため実用に耐えるシートの成形不能
本出願は、2015年8月6日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−156386)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、本出願は、2015年11月5日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−217797)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、本出願は、2015年11月5日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−217799)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、本出願は、2015年11月11日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−221629)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、本出願は、2015年11月11日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−221031)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、本出願は、2015年11月11日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−221630)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、本出願は、2015年11月11日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−221032)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、本出願は、2015年11月9日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−219830)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。また、本出願は、2015年11月9日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2015−219832)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明の切削加工補助潤滑材は、被加工材料、特に難削材の切削加工において、その加工品質及び加工コストを向上させるシートとして、産業上の利用可能性を有する。
1…被加工材料
2…切削加工補助潤滑材
3…切削工具
X…切削加工補助潤滑シート
Y…変位量
Z…荷重

Claims (25)

  1. 重量平均分子量が5×10以上、1×10以下である高分子量化合物(A)と、
    重量平均分子量が1×10以上、5×10未満である中分子量化合物(B)と、
    平均粒子径が100μm以上であるカーボン(C)と、を含有する、
    切削加工補助潤滑材。
  2. 前記切削加工補助潤滑材が、切削工具及び/又は被加工材料の被加工部分に切削加工補助潤滑材を接触させながら、前記切削工具により前記被加工材料を切削する切削加工工程を有する、切削加工方法に用いるものである、
    請求項1に記載の切削加工補助潤滑材。
  3. 前記カーボン(C)の形状が、鱗片状のものである、
    請求項1又は2に記載の切削加工補助潤滑材。
  4. 前記高分子量化合物(A)が、重量平均分子量5×10以上、1×10以下の熱可塑性樹脂であり、
    前記中分子量化合物(B)が、重量平均分子量1×10以上、2×10以下の熱可塑性樹脂である、
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
  5. 前記高分子量化合物(A)が、水溶性熱可塑性樹脂及び/又は非水溶性熱可塑性樹脂を含み、
    前記水溶性熱可塑性樹脂が、ポリアルキレンオキサイド化合物、ポリアルキレングリコール化合物、ポリアルキレングリコールのエステル化合物、ポリアルキレングリコールのエーテル化合物、ポリアルキレングリコールのモノステアレート化合物、水溶性ウレタン、ポリエーテル系水溶性樹脂、水溶性ポリエステル、ポリ(メタ)アクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、糖類、及び変性ポリアミドからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記非水溶性熱可塑性樹脂が、ウレタン系重合体、アクリル系重合体、酢酸ビニル系重合体、塩化ビニル系重合体、ポリエステル系重合体、ポリスチレン系樹脂、及びそれらの共重合体からなる群より選ばれる1種以上である、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
  6. 前記中分子量化合物(B)が、ポリアルキレングリコール化合物、ポリアルキレンオキサイドのモノエーテル化合物、ポリアルキレンオキサイドのモノステアレート化合物、ポリアルキレンオキサイド化合物からなる群より選ばれる1種以上である、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
  7. 前記高分子量化合物(A)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、20〜60質量部であり、
    前記中分子量化合物(B)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、10〜75質量部であり、
    前記カーボン(C)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、5〜70質量部である、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
  8. 0.1mm以上20mm以下の厚さを有するシート形状を有する、
    請求項1〜7のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
  9. たわみ量が、5mm以上である、
    請求項1〜8のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
  10. 被加工材料と接する面に、粘着層をさらに有する、
    請求項1〜9のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
  11. 前記粘着層が、アクリル系重合体を含む、
    請求項10に記載の切削加工補助潤滑材。
  12. 切削加工後に被加工材料から前記切削加工補助潤滑材を除去した際、前記被加工材料に付着する前記切削加工補助潤滑材及び前記粘着層の成分の総量が、前記被加工材料と切削加工補助潤滑材の接触部分及び切削部の面積1mm当たり1.0×10−8g以下である、
    請求項1〜11のいずれか一項に記載の切削加工補助潤滑材。
  13. 請求項1〜12に記載の切削加工補助潤滑材を、切削工具及び/又は被加工材料の被加工部分に接触させながら、前記切削工具により前記被加工材料を切削し、切削部を形成する切削加工工程を有し、
    前記被加工材料が、繊維強化複合材、難削金属材、又は繊維強化複合材と難削金属材との複合材料を含む、
    切削加工方法。
  14. 前記切削加工工程が、前記切削工具の出口と入口を有する切削部を形成する工程であり、
    前記切削加工工程前に、前記被加工材料の前記切削工具の出口となるべき部分及び/又は入口となるべき部分に、予め前記切削加工補助潤滑材を密着させる密着工程を有する、
    請求項13に記載の切削加工方法。
  15. 密着工程において、前記被加工材料の前記切削工具の出口となるべき部分に、予め前記切削加工補助潤滑材を密着させる、
    請求項14に記載の切削加工方法。
  16. 密着工程において、前記被加工材料の前記切削工具の入口となるべき部分に、予め前記切削加工補助潤滑材を密着させる、
    請求項14又は15に記載の切削加工方法。
  17. 前記切削加工工程前において、
    前記切削工具に前記切削加工補助潤滑材を予め接触させる接触工程を有する、
    請求項13〜16のいずれか一項に記載の切削加工方法。
  18. 前記切削加工工程において、前記切削工具に他の切削加工補助潤滑材を接触させた状態で、前記切削加工補助潤滑材が密着した前記被加工材料を切削し、前記切削部を形成する、
    請求項13〜17のいずれか一項に記載の切削加工方法。
  19. 前記被加工材料の厚さが、10mm以上である、
    請求項13〜18のいずれか一項に記載の切削加工方法。
  20. 前記切削加工工程において、前記切削工具としてドリルを用いてドリル孔あけ加工により孔をあける、
    請求項13〜19のいずれか一項に記載の切削加工方法。
  21. 前記孔の直径が、10mm以上である、
    請求項20に記載の切削加工方法。
  22. 前記繊維強化複合材が、炭素繊維強化プラスチックである、
    請求項13〜21のいずれか一項に記載の切削加工方法。
  23. 前記難削金属材が、チタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、低合金鋼、ステンレス鋼、及び耐熱合金からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、
    請求項13〜22のいずれか一項に記載の切削加工方法。
  24. 前記難削金属材が、Ti−6Al―4Vのチタン合金である、
    請求項23に記載の切削加工方法。
  25. 前記被加工材料の前記被加工部分が曲面である、
    請求項13〜24のいずれか一項に記載の切削加工方法。
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