ミスト加工用潤滑剤及びミスト加工方法
【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工を行う際に用いることができ、環境負荷が小さく、工具刃先への溶着を抑制することができるミスト加工用潤滑剤、及び該ミスト加工用潤滑剤を用いたミスト加工方法を提供する。
【解決手段】水酸基を有する水溶性液状化合物、又は当該水溶性液状化合物の水溶液を含み、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点にミスト状にして供給する、ミスト加工用潤滑剤、及び該ミスト加工用潤滑剤を用いたミスト加工方法とする。
【解決手段】水酸基を有する水溶性液状化合物、又は当該水溶性液状化合物の水溶液を含み、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点にミスト状にして供給する、ミスト加工用潤滑剤、及び該ミスト加工用潤滑剤を用いたミスト加工方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト加工用潤滑剤、及び該ミスト加工用潤滑剤を用いたアルミニウム又はアルミニウム合金のミスト加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車や航空機や種々の機械産業の工場で実施されているアルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工においては、超硬合金やハイス鋼からなる工具加工点に多量の切削油剤を供給していた。このような従来の汎用技術では、切削油剤を循環・供給するために大型のポンプを常時稼動させる必要がある上、劣化した多量の切削油剤を処理する必要があった。また、従来の切削油剤には、切削性能を向上させるために環境負荷の高いＳ系、Ｐ系、Ｃｌ系の添加剤が含まれており、これらの添加剤の改良が要求されていた。従って、これらの切削油剤の供給量の減少や低環境負荷潤滑剤への変更は、石油資源消費量の削減のみならず工場現場での環境改善にも大きく貢献できる。
【０００３】
切削油剤の供給量削減技術としては、例えば、非特許文献１にＭＱＬ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）技術が開示されている。当該ＭＱＬ技術は、切削油剤をミスト状にして工具加工点に供給することによって、使用する切削油剤の量を減らすことができる技術である。また、特許文献１には、ダイヤモンドライクカーボン（「ＤＬＣ」と表記することがある。）でコーティングされた工具とエステル含有潤滑油を組み合わせた切削加工にかかわる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−００８８５１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】トライボロジスト第５３巻第１号（２００８）ｐ４解説記事「環境対応型切削技術におけるトライボロジーの役割」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１に開示されている技術、及び特許文献１に開示されている技術はともに環境に配慮されてはいるものの、油性の潤滑剤を用いているため、工具や被切削材の冷却効果が不十分であった。そのため、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工で最も問題となっている溶着物の発生を十分に抑制することが困難であった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工を行う際に用いることができ、環境負荷が小さく、工具刃先への溶着を抑制することができるミスト加工用潤滑剤、及び該ミスト加工用潤滑剤を用いたミスト加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時に用いるミスト加工用潤滑剤、及びアルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工方法について鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時に、高密度ＤＬＣでコーティングされた工具と低環境負荷水溶性ミスト加工用潤滑剤とを組合せることによって、被切削材（アルミニウム又はアルミニウム合金）と切削工具との間の摩擦係数を低減し、被切削材が切削工具の刃先に溶着することを抑制できることを見出した。すなわち、高密度ＤＬＣでコーティングされた工具及び低環境負荷水溶性ミスト加工用潤滑剤を組合せることによって、従来の工具及び切削油剤の組合せと同等の切削性能を得ながら、切削点の仕事量や切削廃油量の削減、なおかつ工具寿命を大幅に増大させることができ、地球環境負荷を大幅に軽減できることを見出した。本発明は、こうした知見に基づいてなされたものである。以下、本発明について説明する。
【０００９】
第１の本発明は、水酸基を有する水溶性液状化合物、又は当該水溶性液状化合物の水溶液を含み、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点にミスト状にして供給するミスト加工用潤滑剤を提供することにより、前記課題を解決する。
【００１０】
上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤において、水溶性液状化合物が、炭素数１〜４の水溶性アルコール、水溶性糖類、及び糖アルコールから選ばれる１種又は２種以上の混合物であることが好ましい。炭素数の少ない化合物は揮発性が高く、冷却効果が高いため、工具刃先への溶着を抑制し易い。また、水酸基が多い糖類などは、切削によって生じるアルミニウム摩耗粉の表面に水酸基が物理吸着し易いため、該摩耗粉の活性を低下させ、工具刃先への溶着を抑制し易い。
【００１１】
また、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤は、動粘度が３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下であることが好ましい。ミスト加工用潤滑剤の動粘度を上記範囲とすることによって、ミスト加工用潤滑剤をミスト化することが容易になるからである。
【００１２】
また、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤は、旋削バイト、ドリル、エンドミル、タップ、リーマ、又はカッターによる切削加工において好適に用いることができる。
【００１３】
また、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤は、密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）から成るダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具による切削加工において好適に用いることができる。高密度のｔａ−Ｃを用いることによって、工具の表面に硬度が高くて耐熱性も高い膜を形成することができるため、工具の耐摩耗性向上効果が得られ、その結果、工具の耐用寿命を長くし、切削性を良好に保つことができる。また、水酸基等の極性基を有する潤滑剤供給下での顕著な摩擦低減が得られる。
【００１４】
また、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤は、粒径が５μｍ以下のミスト状にして供給することが好ましい。ミスト加工用潤滑剤を粒径が５μｍ以下のミスト状にすることによって、ミスト加工用潤滑剤が工具と被切削材との間（切削面）に供給され易くなり、またミスト加工用潤滑剤が揮発し易くもなるため、潤滑効果ならびに冷却効果の向上を図れるからである。
【００１５】
第２の本発明は、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点に、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤を供給しながら、アルミニウム又はアルミニウム合金を切削する、ミスト加工方法を提供することにより、前記課題を解決する。
【００１６】
上記第２の本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤の供給量を２０００ｃｃ／ｈ以下とすることが好ましい。環境負荷低減の観点からは潤滑剤の使用量は極力抑えることが好ましく、ミスト加工用潤滑剤の供給量を２０００ｃｃ／ｈ以下としても工具刃先への溶着を抑制することができるからである。
【００１７】
また、上記第２の本発明のミスト加工方法は、密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）から成るダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具を用いたミスト加工において好適に用いることができる。
【００１８】
また、上記第２の本発明のミスト加工方法において、粒径が５μｍ以下のミスト状にしてミスト加工用潤滑剤を供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
第１の本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工を行う際に用いることができ、環境負荷が小さく、工具刃先への溶着を抑制することができるミスト加工用潤滑剤を提供することができる。
【００２０】
第２の本発明は、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤を用いることにより、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工を行う際の環境負荷を小さくするとともに、工具刃先への溶着を抑制することができるミスト加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】旋削加工試験を実施したあとに旋削加工用チップに付着した溶着物の「溶着高さ」を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
＜ミスト加工用潤滑剤＞
本発明のミスト加工用潤滑剤は、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において、ＤＬＣでコーティングした工具の刃先加工点にミスト状にして供給するものである。また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、水酸基を有する水溶性液状化合物、又は当該水溶性液状化合物の水溶液を含んでいる。
【００２４】
水溶性液状化合物とは、例えば、炭素数４以下で水酸基の数が１以上４以下、又は炭素数５以上２０以下で水酸基の数が２以上１５以下であるアルコール、炭素数３以上６以下で水酸基の数が２以上５以下、又は炭素数６以上２０以下で水酸基の数が２以上１５以下である糖類、及び糖アルコールを挙げられる。
【００２５】
上記水溶性液状化合物としては、炭素数１〜４の水溶性アルコール、水溶性糖類、糖アルコール等が好ましい。炭素数の少ない化合物は揮発性が高く、冷却効果が高いため、工具刃先への溶着を抑制し易い。また、水酸基が多い糖類などは、切削によって生じるアルミニウム摩耗粉の表面に水酸基が物理吸着し易いため、該摩耗粉の活性を低下させ、工具刃先への溶着を抑制し易い。
【００２６】
上記水溶性液状化合物は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、これらを水溶液とする場合は、常温（２０℃±１５℃）で溶解度以下の濃度とし、かつ水溶液にしたときの動粘度が３０ｍｍ２／ｓ以下となるような濃度が望ましい。
【００２７】
上記水溶性アルコールの具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｉ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール等を挙げることができる。
【００２８】
また、上記水溶性糖類の具体例としては、エリトロース、エリトルロース、キシロース、グルコース（ブドウ糖）、フルクトース（果糖）、スクロース（蔗糖）、マルトース（麦芽糖）等を挙げることができる。
【００２９】
さらに、上記糖アルコールの具体例としては、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等を挙げることができる。
【００３０】
なお、本発明のミスト加工用潤滑剤には、必要に応じて防錆剤、防食剤などを添加することができる。防錆剤、防食剤としては、水溶性金属加工用油剤、水溶性防錆剤に使用されている公知の防錆剤を使用することが出来る。このような防錆剤、防食剤の例としては、カルボン酸アミン塩、カルボン酸アルカリ金属塩等を挙げることができる。
【００３１】
本発明に使用できるアミンとしては、（モノ、ジ、トリ）エタノールアミン、（モノ、ジ、トリ）イソプロパノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−エチルエタノールアミン、Ｎ−ブチルエタノールアミン、Ｎ−ターシャリブチルジエタノールアミン、Ｎ−ジブチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、２−アミノ，２−メチルプロパノール、２−アミノ，１−ブタノール、ジグリコールアミン等を挙げることができる。
【００３２】
本発明に使用できるアルカリ金属としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等を挙げることができる。
【００３３】
本発明に使用できるカルボン酸としては、Ｃ６〜Ｃ１２のモノカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、ウンデカン２酸、ドデカン２酸等のジカルボン酸、安息香酸、ターシャリブチル安息香酸、パラニトロ安息香酸等の芳香族カルボン酸等を挙げることができる。Ｃ６未満のカルボン酸は防錆力が乏しいので好ましくない。また、Ｃ１２を超えるものは泡立ちが激しいので好ましくない。好ましい例は、カプロン酸、カプリン酸、カプリル酸、ノナン酸、デカン酸、イソノナン酸、イソデカン酸、イソドデカン酸等である。
【００３４】
また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、公知の有機系、無機系防錆添加剤の添加を妨げるものではない。有機系防錆剤としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール等を挙げることができる。無機系防錆剤としては、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩等を挙げることができる。
【００３５】
このような本発明のミスト加工用潤滑剤の動粘度は、３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下であることが好ましい。ミスト加工用潤滑剤の動粘度を上記範囲とすることによって、ミスト加工用潤滑剤をミスト化することが容易になるからである。
【００３６】
上述したように、本発明のミスト加工用潤滑剤は、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において用いる。このとき本発明のミスト加工用潤滑剤と好適な組合せの工具としては、旋削バイト、ドリル、エンドミル、タップ、リーマ、カッター等を挙げることができる。
【００３７】
また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、ＤＬＣでコーティングした工具の刃先加工点に供給するものである。当該ＤＬＣは、密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）であることが好ましい。ｔａ−Ｃは、ダイヤモンドを構成するｓｐ３構造がリッチであり、また炭素の結合手を終端する水素が少なく、欠陥が少ない構造であり、高密度である。そのため、ｔａ−Ｃは硬度が高くて耐熱性も高い。このようなｔａ−Ｃによって工具の表面をコーティングすることによって、工具の耐摩耗性向上効果が得られ、その結果、工具の耐用寿命を長くし、切削性を良好に保つことができる。また、ｔａ−Ｃでコーティングされた工具を用いることによって、水酸基等の極性基を有する潤滑剤供給下での顕著な摩擦低減が得られる。
【００３８】
また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、ミスト状にして供給するものである。当該ミストの粒径は、５μｍ以下にすることが好ましい。ミスト加工用潤滑剤を粒径が５μｍ以下のミスト状にすることによって、ミスト加工用潤滑剤が工具と被切削材との間（切削面）に供給され易くなり、またミスト加工用潤滑剤が揮発し易くもなるため、潤滑効果ならびに冷却効果の向上を図れるからである。
【００３９】
本発明のミスト加工用潤滑剤は、アルミニウム又はアルミニウム合金切削用のＤＬＣコーティング工具に適した、油分を含まない環境負荷の低い液体からなる潤滑剤とすることができる。油分を含まないことによって、ミスト加工時に工具や被切削材（アルミニウム又はアルミニウム合金）を十分に冷却することが可能であり、溶着物の発生を抑制することができる。また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、ミスト状にして極少量を工具加工点に供給することにより、従来の潤滑剤と同等の切削性能を得ることができるので、供給ポンプの小型化や廃油削減により、地球環境負荷を大幅に軽減することができる。さらに、極少量供給することで切削加工できるので、地球環境負荷低減だけではなく、工場の作業環境改善が期待できる上に、加工部材の油分による汚染を嫌う食品、医療、ＩＴ分野の部品の加工への応用も期待できる。
【００４０】
＜ミスト加工方法＞
次に、本発明のミスト加工方法について説明する。本発明のミスト加工方法は、ＤＬＣでコーティングした工具の刃先加工点に、上記本発明のミスト加工用潤滑剤を供給しながら、アルミニウム又はアルミニウム合金を切削する方法である。
【００４１】
本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤を工具の刃先加工点に供給するミスト供給装置（ミスト噴霧装置）としては、ＭＱＬ、セミドライ加工、ミスト潤滑等に適用されるミスト供給装置を特に限定されることなく利用することができる。このようなミスト供給装置として市販されているものの代表例には、クールテックＭシリーズ（クール・テック株式会社製）、エコセーバーＫＥＰ３（黒田精工株式会社製）、セミドライＣＰＬ霧化装置ＭＣＡシリーズ（ＴＡＣＯ株式会社製）、セミドライＣＰＬ霧化装置ＭＱ４シリーズ（ＴＡＣＯ株式会社製）、エコレグシステムＤＭＳ−１Ａ／ＭＲＣ２１−２２Ｂ（日本スピードショア株式会社製）、エコブースタＥＢ７（フジＢＣ技研株式会社製）のほか、株式会社ジェーイーや株式会社荏原エコミストから市販されているミスト供給装置等がある。
【００４２】
環境負荷低減の観点からは潤滑剤の使用量は極力抑えることが好ましく、本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤の供給量の上限は２０００ｃｃ／ｈであることが好ましく、２００ｃｃ／ｈであることがより好ましい。一方、潤滑剤の使用量が少なすぎれば切削性能や冷却性能が不十分になる虞があるため、本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤の供給量の下限は１ｃｃ／ｈであることが好ましく、１０ｃｃ／ｈであることがより好ましい。上記観点から、本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤の最も好ましい供給量は、５０ｃｃ／ｈ以上２００ｃｃ／ｈ以下程度である。
【００４３】
本発明のミスト加工方法は、上記本発明のミスト加工用潤滑剤を用いることにより、地球環境負荷を大幅に軽減することができるとともに、工場の作業環境改善が期待できる上、加工部材の油分による汚染を嫌う食品、医療、ＩＴ分野の部品の加工への応用も期待できる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし本発明は実施例に限定されるものではない。
【００４５】
［単体摩擦試験］
ピンオンディスク摩擦試験を行った。ピンオンディスク摩擦試験は、摩擦試験ディスク上に、該ディスクの面と軸が水平になるように平行ピンを配置し、該平行ピンの位置を固定するとともに垂直方向に荷重を加え、摩擦試験ディスクを水平方向に往復運動させることによって、摩擦試験ディスク上で平行ピンを摺動させる試験である。
【００４６】
平行ピンには、被削材料に相当するアルミニウム鋳造材ＡＣ２Ａを用い、直径φ９ｍｍ、長さ９ｍｍに加工した。摩擦試験ディスクとしては軸受け鋼ＳＵＪ２を選び、直径φ３３ｍｍ、厚さ３ｍｍに加工した。
【００４７】
表面をＤＬＣでコーティングした摩擦試験ディスク又は未コートの摩擦試験ディスクを、ピンオンディスク摩擦試験機にセットし、以下の試験条件で摩擦係数の測定を行った。
（試験条件）
・最大すべり速度：０．０５ｍ／ｓ
・雰囲気：大気中
・温度：室温
・負荷荷重：２０Ｎ
・試験時間：９００秒
【００４８】
（実施例１）
表面にＦＡＤ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ａｒｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、試験直前にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液（濃度５０％、水：ＩＰＡ＝１：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。なお、水溶液の濃度は質量パーセント濃度であり、水（溶媒）と溶質との比は質量比を意味する（以下同じ。）。
【００４９】
（実施例２）
表面にＦＡＤ法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、試験直前にエチルアルコール水溶液（濃度５０％、水：エチルアルコール＝１：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５０】
（実施例３）
表面にＦＡＤ法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、試験直前に多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液（濃度２５％、水：多糖類＝３：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５１】
（比較例１）
未コートの摩擦試験ディスクを用いて、潤滑剤を使用せずにピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５２】
（比較例２）
表面にＦＡＤ法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、潤滑剤は使用せずにピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５３】
（比較例３）
未コートの摩擦試験ディスクを用いて、試験直前にＩＰＡ水溶液（濃度５０％、水：ＩＰＡ＝１：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５４】
（比較例４）
未コートの摩擦試験ディスクを用いて、試験直前に多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液（濃度２５％、水：多糖類＝３：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５５】
（比較例５）
表面にＦＡＤ法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、試験直前にオレイルアルコールを平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５６】
［旋削加工試験］
旋盤の主軸に被削材（ＡＣ２Ａ材）を取り付け、刃物台に取り付けたバイトにより、以下の試験条件で外周旋削加工を行い、試験後の工具チップすくい面の溶着状態を検証した。
（試験条件）
・切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
・切込み量：２ｍｍ
・切削距離：１６．７ｍ
【００５７】
図１は、旋削加工試験を実施したあとに旋削加工用チップに付着した溶着物の「溶着高さ」を説明する図である。図１に示したｘを溶着高さとした。なお、図１は旋削加工用チップの断面を示しており、符号１は旋削加工用チップ、符号２はチップ１の逃げ面、符号３はチップ１のすくい面、符号４はすくい面３に溶着した溶着物をそれぞれ示している。
【００５８】
（実施例４）
前記実施例１と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、実施例１と同じＩＰＡ水溶液を、チップすくい面に向かって一時間当り８ｃｃの量でミスト状にして供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００５９】
（実施例５）
ＩＰＡ水溶液の供給量を一時間当り６０ｃｃとした以外は実施例４と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６０】
（実施例６）
ＩＰＡ水溶液の供給量を一時間当り１５０ｃｃとした以外は実施例４と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６１】
（実施例７）
前記実施例２と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、実施例２と同じエチルアルコール水溶液を、チップすくい面に向かって一時間当り８ｃｃの量でミスト状にして供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００６２】
（実施例８）
エチルアルコール水溶液の供給量を一時間当り６０ｃｃとした以外は実施例７と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６３】
（実施例９）
エチルアルコール水溶液の供給量を一時間当り１５０ｃｃとした以外は実施例７と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６４】
（実施例１０）
前記実施例３と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、実施例３と同じ多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液を、チップすくい面に向かって一時間当り８ｃｃの量でミスト供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００６５】
（実施例１１）
多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液の供給量を一時間当り６０ｃｃとした以外は実施例１０と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６６】
（実施例１２）
多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液の供給量を一時間当り１５０ｃｃとした以外は実施例１０と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６７】
（比較例６）
未コートの旋削加工用チップを用い、潤滑剤を供給しない状態で旋削加工試験を実施した。
【００６８】
（比較例７）
前記比較例２と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、潤滑剤を供給しない状態で旋削加工試験を実施した。
【００６９】
（比較例８）
未コートの旋削加工用チップを用い、比較例３と同じＩＰＡ水溶液をチップすくい面に向かって一時間当り６０ｃｃの量でミスト供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００７０】
（比較例９）
未コートのチップを用い、比較例４と同じ多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液をチップすくい面に向かって一時間当り６０ｃｃの量でミスト供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００７１】
（比較例１０）
前記比較例５と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、比較例５と同じオレイルアルコールをチップすくい面に向かって一時間当り６０ｃｃの量でミスト供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１から、ＤＬＣコーティングされた工具と環境負荷の低いＩＰＡ水溶液、エチルアルコール水溶液、多糖類水溶液との組合せで、ピンオンディスク摩擦試験の摩擦係数が０．１以下と低く、さらに、旋削加工試験後のアルミニウム溶着高さが２００μｍ以下となり、加工時の優れた耐溶着性が得られることがわかった。特に、潤滑材の供給量が１０ｃｃ／ｈ以上では、アルミニウム溶着高さが１０μｍ以下となり、一層優れた耐溶着性が得られた。
【００７４】
比較例１、２、６、７の結果から、潤滑剤を用いない場合は摩擦係数が高く、旋削加工試験後のアルミニウム溶着高さも高くなっており、アルミニウム耐溶着のためには潤滑剤が必要なことがわかった。
【００７５】
比較例３、４、８、９の結果から、環境負荷の低い潤滑剤を供給しても、未コート材との組合せでは摩擦係数が高く、アルミニウム溶着高さも高くなっており、ＤＬＣコーティングされた工具との組合せが必要であることがわかった。
【００７６】
比較例５、１０の結果から、オレイルアルコールでも摩擦係数はある程度低くなったが、オレイルアルコールは揮発性が低いために冷却効果が不十分であり、アルミニウム溶着高さが高くなった。なお、多糖類水溶液を用いた場合は、単体摩擦試験において一定時間経過後に摩擦係数が低減していることから、揮発性が高くなくとも摩擦係数を低減させる効果が大きい。
【００７７】
以上、現時点において最も実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うミスト加工用潤滑剤及びミスト加工方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト加工用潤滑剤、及び該ミスト加工用潤滑剤を用いたアルミニウム又はアルミニウム合金のミスト加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車や航空機や種々の機械産業の工場で実施されているアルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工においては、超硬合金やハイス鋼からなる工具加工点に多量の切削油剤を供給していた。このような従来の汎用技術では、切削油剤を循環・供給するために大型のポンプを常時稼動させる必要がある上、劣化した多量の切削油剤を処理する必要があった。また、従来の切削油剤には、切削性能を向上させるために環境負荷の高いＳ系、Ｐ系、Ｃｌ系の添加剤が含まれており、これらの添加剤の改良が要求されていた。従って、これらの切削油剤の供給量の減少や低環境負荷潤滑剤への変更は、石油資源消費量の削減のみならず工場現場での環境改善にも大きく貢献できる。
【０００３】
切削油剤の供給量削減技術としては、例えば、非特許文献１にＭＱＬ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）技術が開示されている。当該ＭＱＬ技術は、切削油剤をミスト状にして工具加工点に供給することによって、使用する切削油剤の量を減らすことができる技術である。また、特許文献１には、ダイヤモンドライクカーボン（「ＤＬＣ」と表記することがある。）でコーティングされた工具とエステル含有潤滑油を組み合わせた切削加工にかかわる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−００８８５１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】トライボロジスト第５３巻第１号（２００８）ｐ４解説記事「環境対応型切削技術におけるトライボロジーの役割」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１に開示されている技術、及び特許文献１に開示されている技術はともに環境に配慮されてはいるものの、油性の潤滑剤を用いているため、工具や被切削材の冷却効果が不十分であった。そのため、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工で最も問題となっている溶着物の発生を十分に抑制することが困難であった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工を行う際に用いることができ、環境負荷が小さく、工具刃先への溶着を抑制することができるミスト加工用潤滑剤、及び該ミスト加工用潤滑剤を用いたミスト加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時に用いるミスト加工用潤滑剤、及びアルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工方法について鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時に、高密度ＤＬＣでコーティングされた工具と低環境負荷水溶性ミスト加工用潤滑剤とを組合せることによって、被切削材（アルミニウム又はアルミニウム合金）と切削工具との間の摩擦係数を低減し、被切削材が切削工具の刃先に溶着することを抑制できることを見出した。すなわち、高密度ＤＬＣでコーティングされた工具及び低環境負荷水溶性ミスト加工用潤滑剤を組合せることによって、従来の工具及び切削油剤の組合せと同等の切削性能を得ながら、切削点の仕事量や切削廃油量の削減、なおかつ工具寿命を大幅に増大させることができ、地球環境負荷を大幅に軽減できることを見出した。本発明は、こうした知見に基づいてなされたものである。以下、本発明について説明する。
【０００９】
第１の本発明は、水酸基を有する水溶性液状化合物、又は当該水溶性液状化合物の水溶液を含み、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点にミスト状にして供給するミスト加工用潤滑剤を提供することにより、前記課題を解決する。
【００１０】
上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤において、水溶性液状化合物が、炭素数１〜４の水溶性アルコール、水溶性糖類、及び糖アルコールから選ばれる１種又は２種以上の混合物であることが好ましい。炭素数の少ない化合物は揮発性が高く、冷却効果が高いため、工具刃先への溶着を抑制し易い。また、水酸基が多い糖類などは、切削によって生じるアルミニウム摩耗粉の表面に水酸基が物理吸着し易いため、該摩耗粉の活性を低下させ、工具刃先への溶着を抑制し易い。
【００１１】
また、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤は、動粘度が３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下であることが好ましい。ミスト加工用潤滑剤の動粘度を上記範囲とすることによって、ミスト加工用潤滑剤をミスト化することが容易になるからである。
【００１２】
また、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤は、旋削バイト、ドリル、エンドミル、タップ、リーマ、又はカッターによる切削加工において好適に用いることができる。
【００１３】
また、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤は、密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）から成るダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具による切削加工において好適に用いることができる。高密度のｔａ−Ｃを用いることによって、工具の表面に硬度が高くて耐熱性も高い膜を形成することができるため、工具の耐摩耗性向上効果が得られ、その結果、工具の耐用寿命を長くし、切削性を良好に保つことができる。また、水酸基等の極性基を有する潤滑剤供給下での顕著な摩擦低減が得られる。
【００１４】
また、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤は、粒径が５μｍ以下のミスト状にして供給することが好ましい。ミスト加工用潤滑剤を粒径が５μｍ以下のミスト状にすることによって、ミスト加工用潤滑剤が工具と被切削材との間（切削面）に供給され易くなり、またミスト加工用潤滑剤が揮発し易くもなるため、潤滑効果ならびに冷却効果の向上を図れるからである。
【００１５】
第２の本発明は、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点に、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤を供給しながら、アルミニウム又はアルミニウム合金を切削する、ミスト加工方法を提供することにより、前記課題を解決する。
【００１６】
上記第２の本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤の供給量を２０００ｃｃ／ｈ以下とすることが好ましい。環境負荷低減の観点からは潤滑剤の使用量は極力抑えることが好ましく、ミスト加工用潤滑剤の供給量を２０００ｃｃ／ｈ以下としても工具刃先への溶着を抑制することができるからである。
【００１７】
また、上記第２の本発明のミスト加工方法は、密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）から成るダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具を用いたミスト加工において好適に用いることができる。
【００１８】
また、上記第２の本発明のミスト加工方法において、粒径が５μｍ以下のミスト状にしてミスト加工用潤滑剤を供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
第１の本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工を行う際に用いることができ、環境負荷が小さく、工具刃先への溶着を抑制することができるミスト加工用潤滑剤を提供することができる。
【００２０】
第２の本発明は、上記第１の本発明のミスト加工用潤滑剤を用いることにより、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工を行う際の環境負荷を小さくするとともに、工具刃先への溶着を抑制することができるミスト加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】旋削加工試験を実施したあとに旋削加工用チップに付着した溶着物の「溶着高さ」を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
＜ミスト加工用潤滑剤＞
本発明のミスト加工用潤滑剤は、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において、ＤＬＣでコーティングした工具の刃先加工点にミスト状にして供給するものである。また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、水酸基を有する水溶性液状化合物、又は当該水溶性液状化合物の水溶液を含んでいる。
【００２４】
水溶性液状化合物とは、例えば、炭素数４以下で水酸基の数が１以上４以下、又は炭素数５以上２０以下で水酸基の数が２以上１５以下であるアルコール、炭素数３以上６以下で水酸基の数が２以上５以下、又は炭素数６以上２０以下で水酸基の数が２以上１５以下である糖類、及び糖アルコールを挙げられる。
【００２５】
上記水溶性液状化合物としては、炭素数１〜４の水溶性アルコール、水溶性糖類、糖アルコール等が好ましい。炭素数の少ない化合物は揮発性が高く、冷却効果が高いため、工具刃先への溶着を抑制し易い。また、水酸基が多い糖類などは、切削によって生じるアルミニウム摩耗粉の表面に水酸基が物理吸着し易いため、該摩耗粉の活性を低下させ、工具刃先への溶着を抑制し易い。
【００２６】
上記水溶性液状化合物は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、これらを水溶液とする場合は、常温（２０℃±１５℃）で溶解度以下の濃度とし、かつ水溶液にしたときの動粘度が３０ｍｍ２／ｓ以下となるような濃度が望ましい。
【００２７】
上記水溶性アルコールの具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｉ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール等を挙げることができる。
【００２８】
また、上記水溶性糖類の具体例としては、エリトロース、エリトルロース、キシロース、グルコース（ブドウ糖）、フルクトース（果糖）、スクロース（蔗糖）、マルトース（麦芽糖）等を挙げることができる。
【００２９】
さらに、上記糖アルコールの具体例としては、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等を挙げることができる。
【００３０】
なお、本発明のミスト加工用潤滑剤には、必要に応じて防錆剤、防食剤などを添加することができる。防錆剤、防食剤としては、水溶性金属加工用油剤、水溶性防錆剤に使用されている公知の防錆剤を使用することが出来る。このような防錆剤、防食剤の例としては、カルボン酸アミン塩、カルボン酸アルカリ金属塩等を挙げることができる。
【００３１】
本発明に使用できるアミンとしては、（モノ、ジ、トリ）エタノールアミン、（モノ、ジ、トリ）イソプロパノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−エチルエタノールアミン、Ｎ−ブチルエタノールアミン、Ｎ−ターシャリブチルジエタノールアミン、Ｎ−ジブチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、２−アミノ，２−メチルプロパノール、２−アミノ，１−ブタノール、ジグリコールアミン等を挙げることができる。
【００３２】
本発明に使用できるアルカリ金属としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等を挙げることができる。
【００３３】
本発明に使用できるカルボン酸としては、Ｃ６〜Ｃ１２のモノカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、ウンデカン２酸、ドデカン２酸等のジカルボン酸、安息香酸、ターシャリブチル安息香酸、パラニトロ安息香酸等の芳香族カルボン酸等を挙げることができる。Ｃ６未満のカルボン酸は防錆力が乏しいので好ましくない。また、Ｃ１２を超えるものは泡立ちが激しいので好ましくない。好ましい例は、カプロン酸、カプリン酸、カプリル酸、ノナン酸、デカン酸、イソノナン酸、イソデカン酸、イソドデカン酸等である。
【００３４】
また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、公知の有機系、無機系防錆添加剤の添加を妨げるものではない。有機系防錆剤としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール等を挙げることができる。無機系防錆剤としては、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩等を挙げることができる。
【００３５】
このような本発明のミスト加工用潤滑剤の動粘度は、３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下であることが好ましい。ミスト加工用潤滑剤の動粘度を上記範囲とすることによって、ミスト加工用潤滑剤をミスト化することが容易になるからである。
【００３６】
上述したように、本発明のミスト加工用潤滑剤は、アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において用いる。このとき本発明のミスト加工用潤滑剤と好適な組合せの工具としては、旋削バイト、ドリル、エンドミル、タップ、リーマ、カッター等を挙げることができる。
【００３７】
また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、ＤＬＣでコーティングした工具の刃先加工点に供給するものである。当該ＤＬＣは、密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）であることが好ましい。ｔａ−Ｃは、ダイヤモンドを構成するｓｐ３構造がリッチであり、また炭素の結合手を終端する水素が少なく、欠陥が少ない構造であり、高密度である。そのため、ｔａ−Ｃは硬度が高くて耐熱性も高い。このようなｔａ−Ｃによって工具の表面をコーティングすることによって、工具の耐摩耗性向上効果が得られ、その結果、工具の耐用寿命を長くし、切削性を良好に保つことができる。また、ｔａ−Ｃでコーティングされた工具を用いることによって、水酸基等の極性基を有する潤滑剤供給下での顕著な摩擦低減が得られる。
【００３８】
また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、ミスト状にして供給するものである。当該ミストの粒径は、５μｍ以下にすることが好ましい。ミスト加工用潤滑剤を粒径が５μｍ以下のミスト状にすることによって、ミスト加工用潤滑剤が工具と被切削材との間（切削面）に供給され易くなり、またミスト加工用潤滑剤が揮発し易くもなるため、潤滑効果ならびに冷却効果の向上を図れるからである。
【００３９】
本発明のミスト加工用潤滑剤は、アルミニウム又はアルミニウム合金切削用のＤＬＣコーティング工具に適した、油分を含まない環境負荷の低い液体からなる潤滑剤とすることができる。油分を含まないことによって、ミスト加工時に工具や被切削材（アルミニウム又はアルミニウム合金）を十分に冷却することが可能であり、溶着物の発生を抑制することができる。また、本発明のミスト加工用潤滑剤は、ミスト状にして極少量を工具加工点に供給することにより、従来の潤滑剤と同等の切削性能を得ることができるので、供給ポンプの小型化や廃油削減により、地球環境負荷を大幅に軽減することができる。さらに、極少量供給することで切削加工できるので、地球環境負荷低減だけではなく、工場の作業環境改善が期待できる上に、加工部材の油分による汚染を嫌う食品、医療、ＩＴ分野の部品の加工への応用も期待できる。
【００４０】
＜ミスト加工方法＞
次に、本発明のミスト加工方法について説明する。本発明のミスト加工方法は、ＤＬＣでコーティングした工具の刃先加工点に、上記本発明のミスト加工用潤滑剤を供給しながら、アルミニウム又はアルミニウム合金を切削する方法である。
【００４１】
本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤を工具の刃先加工点に供給するミスト供給装置（ミスト噴霧装置）としては、ＭＱＬ、セミドライ加工、ミスト潤滑等に適用されるミスト供給装置を特に限定されることなく利用することができる。このようなミスト供給装置として市販されているものの代表例には、クールテックＭシリーズ（クール・テック株式会社製）、エコセーバーＫＥＰ３（黒田精工株式会社製）、セミドライＣＰＬ霧化装置ＭＣＡシリーズ（ＴＡＣＯ株式会社製）、セミドライＣＰＬ霧化装置ＭＱ４シリーズ（ＴＡＣＯ株式会社製）、エコレグシステムＤＭＳ−１Ａ／ＭＲＣ２１−２２Ｂ（日本スピードショア株式会社製）、エコブースタＥＢ７（フジＢＣ技研株式会社製）のほか、株式会社ジェーイーや株式会社荏原エコミストから市販されているミスト供給装置等がある。
【００４２】
環境負荷低減の観点からは潤滑剤の使用量は極力抑えることが好ましく、本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤の供給量の上限は２０００ｃｃ／ｈであることが好ましく、２００ｃｃ／ｈであることがより好ましい。一方、潤滑剤の使用量が少なすぎれば切削性能や冷却性能が不十分になる虞があるため、本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤の供給量の下限は１ｃｃ／ｈであることが好ましく、１０ｃｃ／ｈであることがより好ましい。上記観点から、本発明のミスト加工方法において、ミスト加工用潤滑剤の最も好ましい供給量は、５０ｃｃ／ｈ以上２００ｃｃ／ｈ以下程度である。
【００４３】
本発明のミスト加工方法は、上記本発明のミスト加工用潤滑剤を用いることにより、地球環境負荷を大幅に軽減することができるとともに、工場の作業環境改善が期待できる上、加工部材の油分による汚染を嫌う食品、医療、ＩＴ分野の部品の加工への応用も期待できる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし本発明は実施例に限定されるものではない。
【００４５】
［単体摩擦試験］
ピンオンディスク摩擦試験を行った。ピンオンディスク摩擦試験は、摩擦試験ディスク上に、該ディスクの面と軸が水平になるように平行ピンを配置し、該平行ピンの位置を固定するとともに垂直方向に荷重を加え、摩擦試験ディスクを水平方向に往復運動させることによって、摩擦試験ディスク上で平行ピンを摺動させる試験である。
【００４６】
平行ピンには、被削材料に相当するアルミニウム鋳造材ＡＣ２Ａを用い、直径φ９ｍｍ、長さ９ｍｍに加工した。摩擦試験ディスクとしては軸受け鋼ＳＵＪ２を選び、直径φ３３ｍｍ、厚さ３ｍｍに加工した。
【００４７】
表面をＤＬＣでコーティングした摩擦試験ディスク又は未コートの摩擦試験ディスクを、ピンオンディスク摩擦試験機にセットし、以下の試験条件で摩擦係数の測定を行った。
（試験条件）
・最大すべり速度：０．０５ｍ／ｓ
・雰囲気：大気中
・温度：室温
・負荷荷重：２０Ｎ
・試験時間：９００秒
【００４８】
（実施例１）
表面にＦＡＤ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ａｒｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、試験直前にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液（濃度５０％、水：ＩＰＡ＝１：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。なお、水溶液の濃度は質量パーセント濃度であり、水（溶媒）と溶質との比は質量比を意味する（以下同じ。）。
【００４９】
（実施例２）
表面にＦＡＤ法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、試験直前にエチルアルコール水溶液（濃度５０％、水：エチルアルコール＝１：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５０】
（実施例３）
表面にＦＡＤ法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、試験直前に多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液（濃度２５％、水：多糖類＝３：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５１】
（比較例１）
未コートの摩擦試験ディスクを用いて、潤滑剤を使用せずにピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５２】
（比較例２）
表面にＦＡＤ法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、潤滑剤は使用せずにピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５３】
（比較例３）
未コートの摩擦試験ディスクを用いて、試験直前にＩＰＡ水溶液（濃度５０％、水：ＩＰＡ＝１：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５４】
（比較例４）
未コートの摩擦試験ディスクを用いて、試験直前に多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液（濃度２５％、水：多糖類＝３：１）を平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５５】
（比較例５）
表面にＦＡＤ法により高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを成膜した摩擦試験ディスクを用いて、試験直前にオレイルアルコールを平行ピンと摩擦試験ディスクとの間に塗布した状態で、ピンオンディスク摩擦試験を実施した。
【００５６】
［旋削加工試験］
旋盤の主軸に被削材（ＡＣ２Ａ材）を取り付け、刃物台に取り付けたバイトにより、以下の試験条件で外周旋削加工を行い、試験後の工具チップすくい面の溶着状態を検証した。
（試験条件）
・切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
・切込み量：２ｍｍ
・切削距離：１６．７ｍ
【００５７】
図１は、旋削加工試験を実施したあとに旋削加工用チップに付着した溶着物の「溶着高さ」を説明する図である。図１に示したｘを溶着高さとした。なお、図１は旋削加工用チップの断面を示しており、符号１は旋削加工用チップ、符号２はチップ１の逃げ面、符号３はチップ１のすくい面、符号４はすくい面３に溶着した溶着物をそれぞれ示している。
【００５８】
（実施例４）
前記実施例１と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、実施例１と同じＩＰＡ水溶液を、チップすくい面に向かって一時間当り８ｃｃの量でミスト状にして供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００５９】
（実施例５）
ＩＰＡ水溶液の供給量を一時間当り６０ｃｃとした以外は実施例４と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６０】
（実施例６）
ＩＰＡ水溶液の供給量を一時間当り１５０ｃｃとした以外は実施例４と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６１】
（実施例７）
前記実施例２と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、実施例２と同じエチルアルコール水溶液を、チップすくい面に向かって一時間当り８ｃｃの量でミスト状にして供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００６２】
（実施例８）
エチルアルコール水溶液の供給量を一時間当り６０ｃｃとした以外は実施例７と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６３】
（実施例９）
エチルアルコール水溶液の供給量を一時間当り１５０ｃｃとした以外は実施例７と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６４】
（実施例１０）
前記実施例３と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、実施例３と同じ多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液を、チップすくい面に向かって一時間当り８ｃｃの量でミスト供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００６５】
（実施例１１）
多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液の供給量を一時間当り６０ｃｃとした以外は実施例１０と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６６】
（実施例１２）
多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液の供給量を一時間当り１５０ｃｃとした以外は実施例１０と同様にして、旋削加工試験を実施した。
【００６７】
（比較例６）
未コートの旋削加工用チップを用い、潤滑剤を供給しない状態で旋削加工試験を実施した。
【００６８】
（比較例７）
前記比較例２と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、潤滑剤を供給しない状態で旋削加工試験を実施した。
【００６９】
（比較例８）
未コートの旋削加工用チップを用い、比較例３と同じＩＰＡ水溶液をチップすくい面に向かって一時間当り６０ｃｃの量でミスト供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００７０】
（比較例９）
未コートのチップを用い、比較例４と同じ多糖類（構成単糖：エリトロース）水溶液をチップすくい面に向かって一時間当り６０ｃｃの量でミスト供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００７１】
（比較例１０）
前記比較例５と同じ高密度ＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）コーティングを旋削加工用チップ（超硬合金製）の刃先、すくい面および逃げ面に、ＦＡＤ法により成膜し、比較例５と同じオレイルアルコールをチップすくい面に向かって一時間当り６０ｃｃの量でミスト供給しながら旋削加工試験を実施した。
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１から、ＤＬＣコーティングされた工具と環境負荷の低いＩＰＡ水溶液、エチルアルコール水溶液、多糖類水溶液との組合せで、ピンオンディスク摩擦試験の摩擦係数が０．１以下と低く、さらに、旋削加工試験後のアルミニウム溶着高さが２００μｍ以下となり、加工時の優れた耐溶着性が得られることがわかった。特に、潤滑材の供給量が１０ｃｃ／ｈ以上では、アルミニウム溶着高さが１０μｍ以下となり、一層優れた耐溶着性が得られた。
【００７４】
比較例１、２、６、７の結果から、潤滑剤を用いない場合は摩擦係数が高く、旋削加工試験後のアルミニウム溶着高さも高くなっており、アルミニウム耐溶着のためには潤滑剤が必要なことがわかった。
【００７５】
比較例３、４、８、９の結果から、環境負荷の低い潤滑剤を供給しても、未コート材との組合せでは摩擦係数が高く、アルミニウム溶着高さも高くなっており、ＤＬＣコーティングされた工具との組合せが必要であることがわかった。
【００７６】
比較例５、１０の結果から、オレイルアルコールでも摩擦係数はある程度低くなったが、オレイルアルコールは揮発性が低いために冷却効果が不十分であり、アルミニウム溶着高さが高くなった。なお、多糖類水溶液を用いた場合は、単体摩擦試験において一定時間経過後に摩擦係数が低減していることから、揮発性が高くなくとも摩擦係数を低減させる効果が大きい。
【００７７】
以上、現時点において最も実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うミスト加工用潤滑剤及びミスト加工方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸基を有する水溶性液状化合物、又は当該水溶性液状化合物の水溶液を含み、
アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点にミスト状にして供給する、ミスト加工用潤滑剤。
【請求項２】
前記水溶性液状化合物が、炭素数１〜４の水溶性アルコール、水溶性糖類、及び糖アルコールから選ばれる１種又は２種以上の混合物である、請求項１に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項３】
動粘度が３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下である、請求項１又は２に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項４】
前記工具が旋削バイト、ドリル、エンドミル、タップ、リーマ、又はカッターのいずれかである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項５】
前記ダイヤモンドライクカーボンが、密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項６】
粒径が５μｍ以下のミスト状にして供給する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項７】
ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点に、請求項１〜６のいずれか一項に記載のミスト加工用潤滑剤を供給しながら、アルミニウム又はアルミニウム合金を切削する、ミスト加工方法。
【請求項８】
前記ミスト加工用潤滑剤の供給量を２０００ｃｃ／ｈ以下とする、請求項７に記載のミスト加工方法。
【請求項９】
前記ダイヤモンドライクカーボンが密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）である前記工具を用いる、請求項７又は８に記載のミスト加工方法。
【請求項１０】
粒径が５μｍ以下のミスト状にして前記ミスト加工用潤滑剤を供給する、請求項７〜９のいずれか一項に記載のミスト加工方法。
【請求項１】
水酸基を有する水溶性液状化合物、又は当該水溶性液状化合物の水溶液を含み、
アルミニウム又はアルミニウム合金の切削加工時において、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点にミスト状にして供給する、ミスト加工用潤滑剤。
【請求項２】
前記水溶性液状化合物が、炭素数１〜４の水溶性アルコール、水溶性糖類、及び糖アルコールから選ばれる１種又は２種以上の混合物である、請求項１に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項３】
動粘度が３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下である、請求項１又は２に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項４】
前記工具が旋削バイト、ドリル、エンドミル、タップ、リーマ、又はカッターのいずれかである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項５】
前記ダイヤモンドライクカーボンが、密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項６】
粒径が５μｍ以下のミスト状にして供給する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のミスト加工用潤滑剤。
【請求項７】
ダイヤモンドライクカーボンでコーティングした工具の刃先加工点に、請求項１〜６のいずれか一項に記載のミスト加工用潤滑剤を供給しながら、アルミニウム又はアルミニウム合金を切削する、ミスト加工方法。
【請求項８】
前記ミスト加工用潤滑剤の供給量を２０００ｃｃ／ｈ以下とする、請求項７に記載のミスト加工方法。
【請求項９】
前記ダイヤモンドライクカーボンが密度３．０ｇ/ｃｍ３以上の高密度のｔａ−Ｃ（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）である前記工具を用いる、請求項７又は８に記載のミスト加工方法。
【請求項１０】
粒径が５μｍ以下のミスト状にして前記ミスト加工用潤滑剤を供給する、請求項７〜９のいずれか一項に記載のミスト加工方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−５７０６９（Ｐ２０１２−５７０６９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２３８０（Ｐ２０１０−２０２３８０）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００１９２９０３）神奈川県 (65)
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【出願人】（０００１１５０８３）ユシロ化学工業株式会社 (69)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００１９２９０３）神奈川県 (65)
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【出願人】（０００１１５０８３）ユシロ化学工業株式会社 (69)
【Ｆターム（参考）】
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