JPH1177483A - 切削加工方法及び切削油 - Google Patents

切削加工方法及び切削油

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不水溶性油剤を用いて安定した加工を可能に
するとともに、防災面での対策も十分である加工方法を
提供する。 【解決手段】 不水溶性切削油を使用する加工時に、水
溶液を加工箇所に噴霧または噴射するようにした切削加
工方法であって、回収液を一の回収槽に回収貯留して、
比重差に基づいて不水溶性切削油とその他の水溶液とを
分離し、それぞれを再使用するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工精度に優れる
と共に、防災面の対策も万全である切削加工方法及びそ
のとき使用する切削油に関する。
【０００２】
【従来の技術】切削液は、一般に、水溶性油剤と不水溶
性油剤とに分類されるが、それぞれ次のような特徴を有
している。先ず、水溶性油剤は、冷却性に優れるので加
工精度を向上させることができ、且つ、工具の熱劣化を
防止できる利点がある。また、水溶液として使用される
ので、引火性がなく火災の危険性がないという利点もあ
る。但し、１０倍〜５０倍に希釈した水溶液として使用
するので、不水溶性油剤に比較すると、油膜が弱く潤滑
性に劣るという欠点がある。一方、不水溶性油剤は、潤
滑性に優れるので、良好な仕上げ面を得やすく、且つ工
具の磨耗が少ないなど、切削油としての効果において水
溶性油剤より優れている。但し、冷却性や火災予防性で
は、水溶性油剤に劣っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、機械加工現
場では、機械の剛性が高くなり、工具の性能が向上し、
機械制御性が向上したことなどに伴い、送り速度を大き
くすると共に、切り込みを大きくすることが可能となっ
た。このため、切削熱が高くなり油温が高くなり易いだ
けでなく、切削点の温度も高くなり、５００℃を越える
着火源面積も広くなっている。そして、衝撃が強い分だ
け、火花発生の可能性も高くなっており、火災の危険性
が高くなっている。また、加工機械を自動運転する場
合、破損した工具が加工部に残ることがあり、この加工
面に次の加工が行われると、工具が無理に押し付けられ
ることにより、過大な発熱が生じて火災に至る恐れがあ
った。そこで、一般には、防災面を重視して水溶性油剤
を使用する場合が多いが、仕上げ面荒さや加工安定性を
重視して、不水溶性油剤を用いることもあり、かかる場
合には、火災により機械を損傷して廃棄せざるを得ない
場合や、人的傷害（火傷）を被る場合が発生している。
【０００４】機械加工工場が省力化や無人化の方向にあ
る現状に鑑みれば、防災面の心配をすることなく、加工
の安定性を追求することができれば非常に好ましい。こ
こで、不水溶性切削油に乳化剤を添加して含水状態にす
ることも考えられるが、含有する水分は直ぐに消失して
引火性が復活してしまうのが実情である。例えば、旋盤
に使用した場合には、朝１０％の含水量であったものが
夕方には１％未満になっている。また、不水溶性切削油
に乳化剤を添加した場合には、乳化剤の影響で不水溶性
切削油としての潤滑性が損なわれることにもなる。この
発明は、これらの問題点に鑑みたものであり、不水溶性
油剤を用いて安定した加工を可能にするとともに、防災
面での対策も十分である加工方法及びそのときに使用す
る切削油を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明では、不水溶性切削油を使用する加
工時に、水溶液を加工箇所に噴霧または噴射するように
した切削加工方法であって、回収液を一の回収槽に回収
貯留して、比重差に基づいて不水溶性切削油とその他の
水溶液とを分離し、それぞれを再使用するようにしてい
る。この発明では、便宜上、切削加工や水溶液との文言
を使用しているが、実質的には、切削加工には、研削加
工その他の類似の加工も含み、水溶液には、水も含むも
のとする（以下、同じ）。本発明では、切削や研削など
の加工時に、水溶液を加工箇所に噴霧または噴射するの
で、冷却効果が高く、不水溶性切削油を用いても火災の
恐れがない。また、冷却効果が高いので加工精度を向上
させることができる。なお、水溶液を噴霧するとは、水
溶液をシャワー状やミスト状に注ぐことも含む概念であ
る。
【０００６】不水溶性切削油とは、一般には、鉱油と動
植物油または鉱油とエステル油からなる１種切削油剤
（１号〜６号）や、１種切削油剤に添加剤を加えた２種
切削油剤（１号〜６号、１１号〜１７号）を意味する
が、水溶液との分離性を考慮すると、酸価が低く、鹸化
物の含有率が低いものが好ましく、使用する添加剤の酸
価は、１KOH mg/g 以下のものが良い。具体的には、高
度精製鉱物油、塩素化パラフィン、ポリサルファイドを
適宜に組合せて構成したものである。組合せとしては、
鉱物油のみでも良く、鉱物油と塩素化パラフィン、鉱物
油とポリサルファイド、鉱物油と塩素化パラフィン及び
ポリサルファイドの混合液でも良い。もし、油性効果が
必要な場合には、酸価が１KOH mg/g 以下の油脂を少量
添加すれば良い。
【０００７】また、本発明の水溶液は、一般には、水溶
性切削剤の水溶液や、防錆剤を含む水溶液や、洗浄剤水
溶液が該当し、アルカリ性の液体であれば、防錆力に多
少の差があっても使用可能であるが、不水溶性切削油と
の分離性が良く、中間層ができにくいものが好適であ
る。具体的には、トリエタノールアミンの０．１〜２
％水溶液や、トリエタノールアミン２５〜３０％程度
と、中鎖脂肪酸８〜１５％程度と、水４０〜６０％程度
とを主成分とした水溶性切削油の３０倍希釈の水溶液、
親油基の炭素数が１２以上の界面活性剤（石鹸を含む
陰イオン、陽イオン、両性イオン、非イオン界面活性
剤）が０．５％以下の水溶液が該当する。
【０００８】不水溶性油剤と水溶液とは、分散混合状態
で一の回収槽に回収され、比重差に基づいて分離され
る。不水溶性油剤は、水分含有量に応じて粘度が上昇す
ると共に、塊状水分によって工具が欠ける恐れがあるの
で、本来の特性を維持するため、少なくとも５０％以
下、好ましくは５％以下の水分含有率にする必要があ
る。そのため、回収槽は、回収された液体の滞留時間が
５分以上になるような容積とするのが好ましい。本発明
の動作環境として、切り屑などが少ない場合には、回収
槽で分離した不水溶性油剤と水溶液を、直接、加工機械
に供給しても良い。但し、一般的には、分離した不水溶
性油剤と水溶液を、別々の貯留槽に蓄えた後、加工機械
に供給するのが好ましい。
【０００９】請求項２の発明は、加工に合わせて、不水
溶性切削油または水溶性切削油を選択的に使用するよう
にした切削加工方法であって、回収液を一の回収槽に回
収貯留して、比重差に基づいて不水溶性切削油と水溶性
切削油とを分離し、それぞれを再使用するようにしてい
る。本発明では、加工対象や加工状態などに合わせた最
適な切削や研削を行うことができるので、例えば、潤滑
性を重視すべき加工時には不水溶性切削油を使用すれば
良い。この場合には、潤滑性に優れるので、好ましい切
削加工を得ることができるが、この効果に加えて、錆が
出にくい、腐敗による悪臭が生じないなどの効果が生じ
る。なお、火災の危険性を皆無にするため、前記請求項
１の方法を併用しても良い。一方、冷却性を重視すべき
場合や、加工後の油の粘着性が好ましくない場合などに
は水溶性切削油を使用すれば良い。この場合には、火災
の危険がなく、加工物がベトつかない、機械が油汚れし
ない、冷却性が良いなど、水溶性切削油の利点が生かさ
れる。使用する不水溶性切削油や水溶性切削油として
は、段落番号０００６、段落番号０００７で説明したも
のが好ましい。
【００１０】請求項３の発明では、乳化剤を用いること
なく、不水溶性切削油を含水状態で使用する切削加工方
法であって、前記不水溶性切削油は、鉱物油であるか、
または、塩素化パラフィン若しくはポリサルファイドと
鉱物油とを主成分とする混合液であり、使用後の前記不
水溶性切削油を回収して、４％〜２０％程度の含水状態
に維持するようにしている。本発明者の検討によると、
４％以上の含水量であると、引火性を防止することがで
き、２０％以下の含水量であると、不水溶性切削油とし
ての特性が損なわれないことが確認されている。不水溶
性切削油を含水状態で使用するには、例えば、不水溶性
切削油と水などを混合した後、分離状態になった不水溶
性切削油を使用すれば良い。但し、本発明では、不水溶
性切削油として、鉱物油、または、塩素化パラフィン若
しくはポリサルファイドと鉱物油の混合液を用いるの
で、良好な水分離性のために４％以下の含水量となるこ
ともある。そこで、かかる場合には、貯留槽の中をゆっ
くり攪拌するか、或いは、若干の界面活性剤を使用して
４％以上の含水量を維持すれば良い。なお、切削加工時
に加工部周辺に水をかけることにより対処することもで
きる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、実施例に基づいて、この発
明を更に詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発
明を実施する場合に使用する回収槽１について、その構
造を図示したものである。加工機械の側からは、回収パ
イプ２を通して、不水溶性切削油３と水溶液（または
水）４とが回収されるが、回収槽１では、両者の比重に
応じて、不水溶性切削油３が上部に分離される。なお、
水溶液４は、防錆剤を含む水溶液や水溶性切削剤の水溶
液を意味するが、水も含めて水溶液と表現している。回
収槽１には、２つの吸入部５，６が設けられていて、吸
入部５は、上部に分離された不水溶性切削油３を吸入し
て加工機械に供給する。一方、吸入部６は、下部に分離
された水溶液４を吸入して、加工箇所の周囲に供給す
る。この動作によって加工箇所が冷却されるので、加工
機械における加工精度を向上させることができる。な
お、水溶液４の供給は、噴霧または噴射によって行われ
るが、シャワー状の噴射によって加工箇所の回りを覆え
ば、確実に火災の発生を防止することができる。
【００１２】図１（ｂ）は、回収槽１のほぼ中央部に垂
直方向の隔壁７を設け、内部の液体３，４を静止させた
実施例を図示したものである。なお、回収槽１の中の液
体３，４は、図示の通り、水平方向には連絡されてい
る。隔壁７は、図示のように、垂直に設けても良いが、
本発明者の実験によると、図示の想像線で示すように傾
斜させるのが好ましい。なお、傾斜角度は、切削油の粘
度に応じて適宜に設定される。図１（ｃ）は、回収液の
落下点に対応して、阻止板８を設けた実施例を図示した
ものである。この実施例の場合には、阻止板８が水溶液
４の流動を阻害するので、より確実に、回収槽内部の液
体３，４を静止させることができる。なお、図１（ａ）
〜（ｃ）には図示していないが、不水溶性切削油３と水
溶液４の各液面３ａ，４ａを管理して、減少した液体を
補充するようにしている。なお、水溶液４の液面４ａ
は、不水溶性切削油３より重いが水溶液４より軽いフロ
ートなどによって検出される。以上、請求項１に係る発
明の実施形態について説明したが、水溶液４として水溶
性切削油の水溶液を用いれば、図１（ａ）〜（ｃ）の回
収槽１で、不水溶性切削油３と水溶性切削油４とを分離
させることができる。したがって、加工対象に合わせ
て、２つの吸入部５，６のいずれか一方を動作させ、不
水溶性切削油か水溶性切削油かを選択的に供給すれば、
請求項２に係る発明を実施することが可能となる。
【００１３】図２は、本発明の別の実施例を図示したも
のであり、図１の回収槽１に加えて、油貯留槽９と水貯
留槽１０とを設けたものである。回収槽１の上部に分離
された不水溶性切削油３は、第１油管１１を通して油貯
留槽９に供給され、回収槽１の下部に分離された水溶液
４は、第１水管１２を通して水貯留槽１０に供給され
る。第１油管１１から油貯留槽９に供給される不水溶性
切削油３には、若干の水分が混入しているが、混入して
いる水分は、油貯留槽９において時間をかけて沈殿され
るので、油貯留槽９の上部には不水溶性切削油３のみが
貯留されることになる。そして、分離された不水溶性切
削油３は、第２油管１３を通して加工機械に供給され、
下部に沈殿した水溶液４は、第２水管１４を通して、水
貯留槽１０か回収槽１に供給される。なお、油貯留槽９
のほぼ中央部には、垂直方向の隔壁７が設けられ、内部
の液体の静止化を実現している。
【００１４】第１水管１２から水貯留槽１０に供給され
る水溶液４には、若干の油分が混入している。しかし、
混入している油分は、水貯留槽１０において時間をかけ
て分離されるので、水貯留槽１０には、最上部を除いて
水溶液４のみが貯留されることになる。そして、水貯留
槽１０の水溶液４は、第３水管１５を通して加工機械に
供給される。なお、水貯留槽１０の上部には、仕切板１
６による油分離室が形成されていると共に、オイルスキ
ーマー(oil skimmer) １７が設けられているので、余分
な油分は確実にすくい取られ、回収槽１か油貯留槽９に
戻される。図２の実施形態では、油貯留槽９と水貯留槽
１０を、回収槽１とは別に設けたので、不水溶性切削油
３と水溶液５の純度を高めることができる。そして、不
水溶性切削油３を使用する加工時に、水貯留槽１０から
の水溶液４を加工箇所に噴射か噴霧すれば、請求項１に
係る発明が実現される。また、加工対象に合わせて、第
２油管１３か第３水管１５のいずれか一方を連通させれ
ば、請求項２に係る発明を実施することが可能となる。
さらに、第２水管１４を動作させることなく、油貯留槽
９の内部を攪拌するか、若干の界面活性剤を添加すれ
ば、請求項３に係る発明を実現することができる。
【００１５】図３は、回収槽１と水貯留槽１０の下端部
を連結管１８で連通させると共に、回収槽１から油貯留
槽９に向けて自然流によって不水溶性切削油３を供給す
るようにした実施形態である。なお、回収槽１０の最深
部には、フィルターが設けられている。図２と対比する
と明らかなように、回収槽１から水貯留槽１０への液流
と、回収槽１から油貯留槽９への液流にポンプを使用し
ないので、油貯留槽９と水貯留槽１０の液体の流動がな
く、分離作用が円滑に行われる。なお、油管１３、水管
１４、水管１５、オイルスキーマー１７の作用について
は、図２の場合と同様である。
【００１６】図４は、回収槽１と水貯留槽１０との間、
および、回収槽１と油貯留槽９との間に、遠心分離機１
９，２０を設けた実施例である。水管１２から吸入され
た水溶液４は、遠心分離機１９によって重比重の水溶液
４と軽比重の切削油３とに分離され、水溶液４は水貯留
槽１０に供給される一方、切削油３は回収槽１に戻され
る。同様に、油管１１から吸入された切削油３は、遠心
分離機２０によって重比重の水溶液４と軽比重の切削油
３とに分離され、切削油３は油貯留槽９に供給される一
方、水溶液４は回収槽１０に戻される。この実施例の場
合には、遠心分離機１９，２０を用いるので、水溶液４
と不水溶性切削油３の分離が確実に行われる。なお、油
管１３、水管１５の作用については、図３の場合と同様
である。図４の構成によれば、純度の高い不水溶性切削
油３が得られるので、油貯留槽９に所定量の水を添加す
ることで、請求項３の発明を確実に実現することができ
る。なお、図４では、２台の遠心分離機１９，２０を用
いたが、１台の遠心分離機を用い、重比重の水溶液４を
水貯留槽１０に供給し、軽比重の切削油３を油貯留槽９
に供給するようにしても良い。
【００１７】
【実施例】
（ａ）油水分離試験 試料１〜試料８（水溶性切削油） 水または水溶性切削液につき、表１に示した試料１〜試
料８を用意する。なお、水溶性切削液の希釈倍率は、表
１の右欄に示す通りである。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１において、非イオン界面活性剤Ａと
は、ポリエトキシノニルフェノール、ポリエトキシアル
キルエーテル、ソルビタンモノオレエートなど、乳化作
用を持つ界面活性剤を意味する。非イオン界面活性剤Ｂ
とは、HO (CH2CH2O)n (CH3CH2CH2O)m (CH2CH2O)x H で
示される化合物であり、ｍ，ｎ，ｘは、０を超える任意
の値である。非イオン界面活性剤Ｃとは、HO(CH3CH2CH2
O)n (CH2CH2O) m (CH3CH2CH2O) xH で示される化合物で
あり、ｍ，ｎ，ｘは、０を超える任意の値である。中鎖
脂肪酸とは、炭素数６〜１１の一塩基酸または二塩基酸
のアルキルカルボン酸を示し、高級脂肪酸とは、炭素数
１２〜２４の一塩基酸または二塩基酸のアルキル又はア
リルカルボン酸である。ＰＡＧ（ポリアルキレングリコ
ール）は、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイド
のランダム結合品であり、分子末端のＯＨ基の数により
モノ、ディ、トリ、ヘキサオールなどがある。
【００２０】試料Ａ〜試料Ｋ（不水溶性切削油） 不水溶性切削液につき、表２に組成を示した試料Ａ〜試
料Ｋを用意する。
【００２１】
【表２】
【００２２】試験方法 活栓付き１００ccのメスシリンダーに、水または水溶性
切削液（表１）５０ccと、不水溶性切削油（表２）５０
ccとを入れる。次に、このメスシリンダーに栓をして激
しく上下に５０回振り混ぜて静置し、５分後に分離状態
を検査した。
【００２３】
【表３】
【００２４】表３は、その結果を示すものであり、試料
Ａ，Ｇ，Ｊ，Ｋと、試料１，２，６，７，８との組合せ
において、好ましい分離状態が確認された。一方、試料
３と試料５では、全ての不水溶性切削油（試料Ａ〜Ｋ）
に対して分離性が悪いことが確認された。
【００２５】好ましい不水溶性切削油 以上の結果より、本発明を適用して優れた効果を発揮す
る不水溶性切削油は、試料Ａ，Ｇ，Ｊ，Ｋであり、高度
精製鉱物油、塩素化パラフィン、ポリサルファイドを組
み合わせた切削油が好ましいことが確認される。
【００２６】好ましい水溶性切削油 水溶性切削油としては、トリエタノールアミンの水溶液
（試料２）が優れていることが確認された。なお、希釈
倍率を変えて確認したところ、０．１〜２％程度の水溶
液でも同様の結果が得られた。また、試料６，７，８の
組成より、トリエタノールアミン２０〜３０％程度、中
鎖脂肪酸８〜１５％程度、水４０〜６０％程度を主成分
とする水溶性切削油の３０倍希釈の水溶液が好適である
ことが確認される。なお、トリエタノールアミン１５重
量％以上、中鎖脂肪酸５重量％以上、水３５重量％以上
であれば、同様の効果を発揮するものと考えられる。ま
た、親油基の炭素数が１２以上の界面活性剤（石鹸を含
む陰イオン、陽イオン、両性イオン、非イオン界面活性
剤）は、使用時に０．５％以下の含有率で使用可能であ
ると考えられる。その理由は、(1) 表３によると、エマ
ルジョン切削液ａ（試料３）に比べ、エマルジョン切削
液ｂ（試料４）の方が分離性が改善されていること、
(2) 表１によると、試料４は、試料３に比べて非イオン
界面活性剤Ａと高級脂肪酸の含有量が少ないこと、(3)
試料４において、石油スルホン酸ソーダと非イオン界面
活性剤Ａと高級脂肪酸の含有量の総和が１４％であり、
使用時には０．４７％であることからである。
【００２７】（ｂ）引火性試験 含水率と引火性の関係を求めるため、不水溶性切削油
（試料Ｌ）に、１〜１０％の水を添加してＪＩＳＫ２２
６５に示された試験方法によって引火性の試験した。そ
の結果、３％含水率では引火性があるが、４％以上では
火源を近づけても引火しないという結果を得た。つま
り、不水溶性切削油を４％以上の含水状態で使用する請
求項３の発明の実効性が確認された。
【００２８】
【表４】
【００２９】 試料Ｌ： 石油スルホン酸ソーダ：５％ ， 非イオン界面活性剤：７％ 高級アルコール：４％ ， 塩素化パラフィン：６％ ポリサルファイド：４％ ， 鉱物油：７４％
【００３０】（ｃ）不水溶性切削油の水分量 分離試験（ａ）において、５分後に上部油面から２５ｍ
ｌ（全体量の上から１／４の部分）から油を採取し、Ｊ
ＩＳＫ２２７５の蒸留法に準じて、水分を測定した。
【００３１】
【表５】
【００３２】分離試験（ａ）においては、試料Ａ，Ｇ，
Ｊ，Ｋと試料１，２，６，７，８との組み合わせにおい
て所定の分離性が確認できたが、４％以上の含水状態を
維持する組み合わせであれば、請求項３の発明を実現で
きる。表５より、請求項３の発明を適用する組合せとし
て、試料Ａと試料２，６，８、試料Ｇと試料７，８、試
料Ｊと試料２，７，８、試料Ｋと試料２，７，８、の組
合せが好適であることが確認される。なお、試料Ａ，
Ｊ，Ｋと試料１（水）、試料Ａと試料７、のような組合
せの場合には、分離性が良いために水分が４％未満とな
るが、これらにも若干の水を含むので、加工部の周囲に
（防錆力を持つ水）をかけることにより引火の危険性を
回避できる。
【００３３】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、引火を心配することなく、切削油としての総合性能
に勝る不水溶性油剤を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための回収槽の構成を図示し
たものである。
【図２】回収槽と水貯留槽と油貯留槽の構成を図示した
ものである。
【図３】回収槽と水貯留槽と油貯留槽の構成を図示した
ものである。
【図４】回収槽と水貯留槽と油貯留槽の構成を図示した
ものである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 不水溶性切削油を使用する加工時に、水
    溶液を加工箇所に噴霧または噴射するようにした切削加
    工方法であって、 回収液を一の回収槽に回収貯留して、比重差に基づいて
    不水溶性切削油とその他の水溶液とを分離し、それぞれ
    を再使用するようにしたことを特徴とする切削加工方
    法。
  2. 【請求項２】 加工に合わせて、不水溶性切削油または
    水溶性切削油を選択的に使用するようにした切削加工方
    法であって、 回収液を一の回収槽に回収貯留して、比重差に基づいて
    不水溶性切削油と水溶性切削油とを分離し、それぞれを
    再使用するようにしたことを特徴とする切削加工方法。
  3. 【請求項３】 乳化剤を用いることなく、不水溶性切削
    油を含水状態で使用する切削加工方法であって、 前記不水溶性切削油は、鉱物油であるか、または、塩素
    化パラフィン若しくはポリサルファイドと鉱物油とを主
    成分とする混合液であり、 使用後の前記不水溶性切削油を回収して、４％〜２０％
    程度の含水状態に維持するようにしたことを特徴とする
    切削加工方法。
  4. 【請求項４】 不水溶性切削油とその他の水溶液とを一
    の回収槽に回収し、比重差に基づいて両者を分離して、
    切削加工に再使用するようにした不水溶性切削油であっ
    て、 鉱物油であるか、または、塩素化パラフィン若しくはポ
    リサルファイドと鉱物油とを主成分とする混合液である
    ことを特徴とする不水溶性切削油。
  5. 【請求項５】 切削加工に選択的に使用する不水溶性切
    削油と水溶性切削油とを一の回収槽に回収し、比重差に
    基づいて両者を分離して、切削加工に再使用するように
    した切削油であって、 前記不水溶性切削油は、鉱物油であるか、または、塩素
    化パラフィン若しくはポリサルファイドと鉱物油とを主
    成分とする混合液であり、 前記水溶性切削油は、水１００％、トリエタノールアミ
    ンの０．１〜２％水溶液、または、トリエタノールアミ
    ンと中鎖脂肪酸とを主成分として含む水溶液であること
    を特徴とする切削油。
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