切削・研削油剤及び切削・研削方法
【課題】微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、さらに廃棄処理のコストを削減できる切削・研削油剤及び切削・研削方法を提供すること。
【解決手段】工具２による金属製の被加工物３の切削加工又は研削加工時に、加工部位に供給される切削・研削油剤１である。切削・研削油剤は、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルからなる。飽和脂肪酸は、カプリン酸であることが好ましい。
【解決手段】工具２による金属製の被加工物３の切削加工又は研削加工時に、加工部位に供給される切削・研削油剤１である。切削・研削油剤は、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルからなる。飽和脂肪酸は、カプリン酸であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の被加工物を切削加工又は研削加工する際に用いられる切削・研削油剤及びこれを用いた被加工物の切削・研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属等の切削加工及び研削加工においては、ドリル、タップ、リーマ、エンドミル、バイト、砥石等の工具寿命の延長、被加工物の表面粗さの向上、及び寸法精度の向上を目的として、切削・研削油剤が用いられてきた。
一般に、切削・研削油剤は、水溶性と不水溶性に分類される。水溶性の切削・研削油剤は、鉱物油および合成油に界面活性剤、極圧添加剤を添加し、これを水に希釈して使用する油剤である。一方、不水溶性の切削・研削油剤は、鉱物油に極圧添加剤を添加して使用する油剤である。
【０００３】
上記切削・研削油剤には、一般に、潤滑作用、冷却作用、及び切粉の排出作用がある。
水溶性の切削・研削油剤は、不水溶性の切削・研削油剤に比べて特に冷却性能が優れる。そのため、一般に、水溶性の切削・研削油剤は、加工時に加工部位が例えば温度６００℃を越えて高温状態になる高速の切削加工及び研削加工に使用されている。一方、不水溶性の切削・研削油剤は、特に潤滑性能に優れる。但し燃焼し易いという性質がある。そのため、上記不溶性の切削・研削油剤は、加工時に加工部位が例えば温度６００℃以下という低温状態となる低速の切削加工及び研削加工に使用される。
【０００４】
従来、切削・研削油剤においては、油剤性能の劣化及び廃棄時の環境への影響が問題となっていた。
即ち、水溶性の切削・研削油剤の場合には、長時間の使用により油剤中に微生物が発生し、性状が不安定となり、油剤成分が分離してしまうおそれがあった。その結果、油剤の冷却性能及び潤滑性能が低下したり、悪臭が発生したりするという問題があった。また、かかる油剤により工作機械の腐食が促進してしまうという問題を生じていた。
また、不水溶性の切削・研削油剤の場合には、長時間の使用で酸化が進行して酸性成分が発生し、かかる酸性成分が金属被削材および工作機械を腐食させてしまうおそれがあった。また、不溶性の切削・研削油剤は、使用するにつれて大気中の湿気を吸収して水分を含みやすい。その結果、粘度が変化し、潤滑性が低下するという問題があった。
【０００５】
上述のごとく長期間の使用により劣化した切削・研削油剤は定期的に廃棄される。切削・研削油剤の使用時には、１分間当たり数十リットルという大量の切削・研削油剤を加工部位に注入する必要があったため、使用後には大量の切削・研削油剤が廃棄物として生じていた。
廃棄物となった油剤は、破棄する前に、環境に悪影響を及ぼさないように所定の廃棄処理が施される。
例えば加工能率の向上を目的に、塩素系極圧添加剤が添加された切削・研削油剤は、焼却させるとダイオキシンが発生する。そのため、ダイオキシンを発生させないための廃棄処理が必要である。
【０００６】
図１に、一般的な排水処理法を列記する。塩素系極圧添加剤を含有する切削・研削油剤の廃棄時には、同図に示す物理化学的処理が採用される。かかる処理は、コストが高く、大量に発生する切削・研削油剤の廃棄費用が問題となっている。
また、図２に、水溶性の切削油剤の一般的な廃液処理法を示す。同図に示すごとく、廃液処理においては、１次処理、２次処理、及び３次処理という段階的処理が必要であり、処理にかかる時間が長く、コストも高くなる。
【０００７】
環境への負荷を低減させる加工法としては、例えば乾式切削・研削加工法が知られている。かかる加工方法においては、生産性を向上させるために冷風により切削・研削温度を低下させ、さらに窒素ガスを吹付けて被切削・研削物の酸化を防止することができる。しかし、冷風及び窒素ガスの発生に高額な費用がかかり、さらに冷風の発生装置には騒音対策が必要になり、装置の大型化や設備費用の増大という問題を生じていた。
【０００８】
そこで、微量の供給量で切削加工及び研削加工を行うことができる切削・研削油剤の開発が進められている。
具体的には、所定量の酸素を含有する圧縮流体を供給する極微量油剤供給式切削・研削加工方法が開発されている（特許文献１）。また、特定のヨウ素価、臭素価、及び水酸基価を有するエステルを含有する極微量油剤供給式切削・研削加工用油剤組成物が開発されている（特許文献２）。これらの加工方法及び油剤組成物によれば、切削・研削加工における油剤の使用量を減らすことができ、廃棄物量を減らすことが可能になる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−６２３６１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９２６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の極微量油剤供給加工方法は、アルミニウム合金等の非鉄金属には適しているものの、鉄合金の切削・研削加工には不向きであるという問題があった。また上述の極微量油剤供給式切削・研削加工用油剤組成物においては、高価格の合成エステル油を用いるため、コストが増大するという問題があった。
さらに、従来の加工方法及び油剤組成物においては、微量とはいえども廃棄物が発生し、上述の段階的な廃棄処理が必要になる。そのため、より廃棄処理のコストを低減できる油剤の開発が求められていた。
【００１１】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、さらに廃棄処理のコストを削減できる切削・研削油剤及び切削・研削方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、工具による金属製の被加工物の切削加工又は研削加工時に、加工部位に供給される切削・研削油剤であって、
トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルからなることを特徴とする切削・研削油剤にある（請求項１）。
【００１３】
上記切削・研削油剤は、金属製の被加工物の切削加工又は研削加工時に上記加工部位に供給して用いられ、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルからなる。上記切削・研削油剤において、トリエステルを構成する３つの脂肪酸はすべて炭素数１０の飽和脂肪酸からなる。そのため、上記切削・研削油剤は、例えば１０ｍｌ／ｈ以下という極めて微量の供給量でも充分に優れた潤滑性能を発揮でき、上記工具による切削加工又は研削加工の長寿命化を図ることができる。また、所望の寸法精度で上記被加工物を正確に加工することができる。そして、上記切削・研削油剤は、ステンレス等の合金鋼からなる上記被加工物に対しても適用でき、この場合においても上述のごとく例えば１０ｍｌ／ｈ以下という極めて微量の供給量で充分に優れた潤滑性能を発揮できる。
【００１４】
また、上記切削・研削油剤は、上述のごとく微量でも優れた潤滑性能を示すことができ、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルという生分解可能な成分からなる。そのため、上記切削・研削油剤の廃棄時には、特別な回収工程を必要とせず、上記切削・研削油剤を切屑と一緒に回収できる。また、上記切削・研削油剤は、約２０日間で完全に生分解させることができるため、廃液処理を必要としない。そのため、廃棄処理のコストを大幅に削減することができる。
【００１５】
このように、上記第１の発明によれば、微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、さらに廃棄処理のコストを削減できる切削・研削油剤を提供することができる。
【００１６】
次に、第２の発明は、金属製の被加工物の加工部位に油剤を供給して、工具により上記加工部位に切削加工又は研削加工を施す切削・研削方法において、
上記油剤として、上記第１の発明の切削・研削油剤を採用することを特徴とする切削・研削方法にある（請求項７）。
【００１７】
上記第２の発明においては、上記油剤として、上記第１の発明の切削・研削油剤を用いて切削加工又は研削加工を行っている。
そのため、上記第１の発明の切削・研削油剤の優れた特性を利用した切削加工又は研削加工を行うことができる。即ち、微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、さらに廃棄処理のコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
上記切削・研削油剤は、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルのみから構成することができる。
炭素数１０の飽和脂肪酸は、直鎖状のカプリン酸（デカン酸）であっても、分岐を有するものであってもよい。
【００１９】
上記切削・研削油剤は、さらに硫化脂肪酸エステルを２０体積％以下含有することが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記切削・研削油剤の潤滑性能をより向上させることができ、より一層工具の長寿命化を図ることができる。
硫化脂肪酸エステルを２０体積％を越えて添加しても、さらなる潤滑性能の向上効果はほとんど得られない。よって、硫化脂肪酸エステルの添加量は２０体積％以下が好ましく、より好ましくは１５体積％以下、さらにより好ましくは１０体積％以下がよい。
【００２０】
上記切削・研削油剤は、さらに4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤を５体積％以下含有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記切削・研削油剤の酸化を防止し、該切削・研削油剤自体の安定性を向上させることができる。その結果、上記切削・研削油剤がより長期間安定にその潤滑性能を発揮することができる。
【００２１】
上記飽和脂肪酸は、カプリン酸であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記切削・研削油剤の潤滑性能をより向上させることができ、より一層工具の長寿命化を図ることができる。
上記飽和脂肪酸がカプリン酸の場合には、上記切削・研削油剤は、トリメチロールプロパンとカプリン酸とのトリエステルからなる。その構造式を以下の化１に示す。
【化１】
【００２２】
上記切削・研削油剤は、切削加工又は研削加工に用いることができるが、特に工具に大きな負荷がかかる加工に用いると、上記切削・研削油剤が有する優れた潤滑性能をより顕著に発揮させることができる。
具体的には、高速タップ加工、及び高速リーマ加工等がある。また、インコネル、チタン合金等のように、切削加工又は研削加工が困難な上記被加工物に対しても上記切削・研削油剤を用いて研削を行うことができ、その優れた潤滑性能を発揮することができる。
【００２３】
上記被加工物は、ステンレス鋼からなることが好ましい（請求項５）。
上記切削・研削油剤は、ステンレス鋼からなる上記被加工物に対して優れた潤滑性能を発揮することができる。そのため、ステンレス鋼からなる上記被加工物の切削加工又は研削加工に上記切削・研削油剤を用いると、優れた寸法精度で正確に上記被加工物を加工することができ、また工具寿命を向上させることができる。
【００２４】
上記切削・研削油剤は、ドリルによる穴加工に用いられ、該穴加工の深さをＬ（ｍｍ）とし、ドリルの直径をＤ（ｍｍ）とすると、Ｌ／Ｄ≧２０の上記穴加工に用いられることが好ましい（請求項６）。
Ｌ／Ｄ≧２０の穴加工は、工具に対する負担が大きい加工である。かかる加工に対して上記切削・研削油剤を用いると、その優れた潤滑性能をより顕著に発揮することができ、工具寿命を延長させることができる。なお、Ｌ／Ｄの上限は、Ｌ／Ｄ≦３５であることが好ましい。Ｌ／Ｄ＞３５の場合には、工具（ドリル）にかかる負荷が大きくなりすぎて、工具が破損してしまうおそれがある。
【００２５】
次に、上記切削・研削方法においては、金属製の被加工物の加工部位に油剤を供給して、工具により上記加工部位に切削加工又は研削加工を行う。
上記切削加工又は研削加工時には、上記切削・研削油剤を１時間当たり１０ｍｌ以下の供給量で上記加工部位に供給することが好ましい（請求項８）。
この場合には、１０ｍｌ／ｈという極めて微量の供給量でも優れた潤滑性能を発揮できるという上述の作用効果をより顕著に発揮することができる。１０ｍｌ／ｈを越える場合には、上記切削・研削油剤の破棄物量が増大するおそれがある。より好ましくは、５ｍｌ／ｈ以下、さらにより好ましくは２ｍｌ／ｈ以下がよい。上記切削・研削油剤はかかる極微量の供給量でも充分に優れた潤滑性能を示すことができる。
【００２６】
上記切削・研削油剤と気体状の流体とを混合し、上記切削・研削油剤を霧状にして上記加工部位に供給することが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記切削・研削油剤の油滴が工具の切刃と被加工物との間に分布して付着することができ、上記切削・研削油剤の潤滑効果及び冷却効果をより向上させることができる。なお、油滴の大きさは、粒径１〜４μｍの範囲に調製することが好ましく、より好ましくは粒径１〜２μｍがよい。これにより、潤滑効果及び冷却効果をより一層向上させることができる。
上記流体としては、例えば圧縮空気等を採用することができる。
【実施例】
【００２７】
（実験例）
本例においては、市販の切削・研削油剤について分析を行った。
即ち、市販の切削・研削油剤として５種類の油剤（油剤Ａ〜油剤Ｅ）を準備した。これらの油剤の各種物性を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
また、図３に各種油剤の生分解率を示す。
同図より知られるごとく、植物系の切削・研削油剤及び合成系の不水溶性切削・研削油剤は、２１日目に１００％生分解することがわかる。そして表１に示す油剤Ａ〜Ｅにおいて、油剤Ａは、植物油由来の脂肪酸グリセライドを含有し、油剤Ｂ〜Ｅは、合成系の不水溶性の脂肪酸エステルを含有する。即ち、これらの油剤Ａ〜Ｅは、生分解性に優れたものである。
【００３０】
次に、上記油剤Ａ〜Ｅについて、その成分分析を行った。
具体的には、まず、各油剤（油剤Ａ〜Ｅ）について、ゲル浸透クロマトグラフ法により、分子量の測定を行い、分子量による分取を行った。ゲル浸透クロマトグラフ法の測定条件を表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】
次いで、反応熱分解ガスクロマトグラフ／質量分析及び赤外分光法（顕微透過法）により、各油剤の成分分析を行った。
反応熱分解ガスクロマトグラフ／質量分析の測定条件を表３に示し、油剤Ａ〜Ｅのエステル組成の成分分析結果を表４及び表５に示す。表５には、エステルの構造の種類を示す項目があるが、その具体的な構造式は図４に示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３５】
【表５】
【００３６】
油剤Ａは、植物油を加工して得られた油剤であり、表４及び表５より知られるごとく、グリセリン及び脂肪酸のエステルを主成分とし、副成分としてプロピレングリコールと脂肪酸のエステルを含有していた。
グリセリンと脂肪酸のエステルにおいては、脂肪酸の主成分はカプリン酸及びカプリル酸であった。また、副成分としてラウリン酸を含有するエステルも含まれていた。
プロピレングリコールと脂肪酸のエステルにおいて、脂肪酸の主成分は、カプリル酸であった。また、副成分としてカプリン酸及びカプロン酸を含有するエステルも含まれていた。
【００３７】
また、表４及び表５より知られるごとく、油剤Ｂ〜Ｅは、トリメチロールプロパンと脂肪酸のエステルを主成分とする。
油剤Ｂは、脂肪酸の主成分がカプリン酸で副成分がカプリル酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）を主成分としていた。さらに、脂肪酸の主成分がカプリル酸で副成分がカプリン酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）を副成分としていた。
油剤Ｃは、脂肪酸の主成分がカプリン酸で副成分がカプリル酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）から構成されていた。
【００３８】
油剤Ｄは、脂肪酸の主成分がオレイン酸で、副成分がパルミトイル酸、パルミチン酸、及びミリスチン酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）を主成分としていた。また、これと構成成分は同じではあるが、オレイン酸の比率がやや小さいエステルを第１の副成分としていた。さらに、脂肪酸の主成分がオレイン酸で、副成分がパルミチン酸及びリノール酸のエステル（脂肪酸とオクチルアルコールとのエステル）を第２の副成分としていた。
【００３９】
油剤Ｅは、油剤Ｃと同様に、脂肪酸の主成分がカプリン酸で副成分がカプリル酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）から構成されていた。
【００４０】
次に、各油剤の潤滑性能の評価を行った。
具体的には、直径４ｍｍの超硬ロングドリルを用いて被加工物に対して穴加工（切削加工）を行った。
穴加工は、上述の油剤Ａ〜Ｅをそれぞれ加工部位に供給して行った。穴加工の切削条件を表６に示す。
【００４１】
【表６】
【００４２】
本例においては、図５に示す切削加工装置４を用いて穴加工を行う。
同図に示すごとく、切削加工装置４は、切削・研削油剤を貯蔵する油槽４１と、圧縮空気を貯蔵するボンベ４２と、切削・研削油剤と圧縮空気とを混合してミスト状の切削・研削油剤を作製する攪拌機４３と、被加工物３を加工する工具（ドリル）２とを備える。
油槽４１は、油量計４１０を備えており、油量計４１０により油槽４１内の切削・研削油剤１の量を計測することができる。
【００４３】
油槽４１内の切削・研削油剤１及びポンプ４２内の圧縮空気は、それぞれ輸送管４１５、４２５を通って攪拌機４３に送られる。このとき、圧縮空気は、圧力計４４で計測される所定の圧力で攪拌機４３に供給することができる。
攪拌機４３内では、圧縮空気と切削・研削油剤とが混合されてミスト状の切削・研削油剤が製造される。このミスト状の切削・研削油剤は、輸送管４３５を通って、工具（ドリル）２に送られる。攪拌機４３には、流量調整弁（図示略）が内蔵されており、工具２に所定量の切削・研削油剤を供給することができる。そして、工具（ドリル）２の先端には微小の孔（図示略）が設けられており、穴加工時に、この孔からミスト状の切削・研削油剤が工具２と被加工物３との接触部、即ち加工部位に供給される。
【００４４】
上述の切削加工装置４を用いて表６に示す条件で被加工物３に対して穴加工（穴加工数：３００個）を行った。
そして、加工後にドリル逃げ面コーナ摩耗幅（ｍｍ）を測定し、穴加工数と摩耗幅との関係を調べた。その結果を表７及び図６に示す。測定は、各油剤について、それぞれ異なる２種類のロットを用いて行った。表７に２種類のロットの全てのデータを示し、図５には、２種類のロットの平均データを示す。
【００４５】
【表７】
【００４６】
表７及び図６から知られるごとく、油剤Ａ及び油剤Ｄは、ドリルの摩耗幅が大きく潤滑性が不十分であることがわかる。油剤Ａは、グリセリンと脂肪酸とのエステルを主成分とするが、炭素数８という炭素数の小さい脂肪酸を脂肪酸成分の主成分としている（表４及び表５参照）。また、油剤Ｄは、トリメチロールプロパンと脂肪酸とのエステルを主成分とするが、炭素数１８という炭素数の大きな脂肪酸を脂肪酸の主成分とし、粘度も油剤Ａ〜Ｅの中で最大であった（表１、表４及び表５参照）。
一方、表７及び図６から知られるごとく、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅは、ドリルの摩耗を比較的長期間抑制することができる。これらの油剤は、トリメチロールプロパンと脂肪酸とのエステルを主成分とし、エステルの脂肪酸としてはカプリン酸を主成分としていた（表４及び表５参照）。潤滑性能は、油剤Ｅが最も優れており、次いで、油剤Ｂ、油剤Ｃの順で優れた潤滑性能を示した（表７及び図６参照）。
【００４７】
油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅは、上述のごとく、共通のエステルを主成分とし、比較的優れた潤滑性能を示すが、これらの潤滑性能には違いがある（図６参照）。この相違点の原因を明らかにするために、油剤Ｂ〜Ｅに含まれる上述のエステル以外の添加剤成分の同定を行った。
【００４８】
具体的には、示唆屈折計を用いて、分子のクロマトグラフを観察した。
その結果、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅには、フェノール系成分の添加剤が含まれていることがわかった。
次いで、この添加剤について、ガスクロマトグラフ質量分析法により分子量を計測し、標準試料（酸化防止剤：４，４’−Ｂｕｔｙｌｉｄｅｎｅｂｉｓ）の分子量スペクトルと比較した。その結果、両者のスペクトルが一致した（図７（ａ）及び（ｂ）参照）。よって、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅに含まれる添加剤は、4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤であることがわかった。図８に、油剤Ｅの酸化防止剤のスペクトル強度（添加量）を１としたときの他の油剤（油剤Ｂ及び油剤Ｃ）のスペクトル強度比（添加量）を示す。
【００４９】
上述のごとく、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅには、4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤の存在が確認されたが、酸化防止剤は、ドリルによる穴加工時に潤滑性能を示すものではない。
そこで、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅの潤滑性能の違いをさらに検討するために、エステルを構成する脂肪酸の炭素数に注目し、上述の反応熱分解ガスクロマトグラフ／質量分析の分析結果（表４）を整理した。その結果を図９に示す。
【００５０】
図９において、縦軸は、スペクトル強度（含有量）を示す。また、横軸は、脂肪酸の炭素数を表す。具体的には、横軸において、「−」で結ばれたＣの数はエステルを構成するアルコールの価数を示し、Ｃの右下に付した数字はエステルを構成する脂肪酸の炭素数を示す。例えば、「Ｃ8−Ｃ10−Ｃ10」は、３価アルコール（本例においてはトリメチロールプロパン）をアルコール成分とするトリエステルであって、その脂肪酸成分として、炭素数８の脂肪酸を一つと炭素数１０の脂肪酸を２つ含有していることを示す。また、例えば「Ｃ10−Ｃ10−Ｃ10」は、３価アルコール（本例においてはトリメチロールプロパン）をアルコール成分とするトリエステルであって、その脂肪酸成分として、炭素数１０の脂肪酸を３つ含有していることを示す。
【００５１】
図９より知られるごとく、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅは、いずれもトリエステルを主成分としている。また、潤滑性能に特に優れる油剤Ｅは、他の油剤Ｂ及び油剤Ｃに比べてＣ8−Ｃ10−Ｃ10及びＣ10−Ｃ10−Ｃ10が多くなっていた。特にＣ10−Ｃ10−Ｃ10については、油剤Ｅは、油剤Ｂ及び油剤Ｃに比べて約２倍以上多く含有していることから、Ｃ10−Ｃ10−Ｃ10は、潤滑性能へ大きな影響を及ぼすと考えられる。
【００５２】
（実施例１）
本例は、トリメチロールプロパンと脂肪酸とのエステルからなる切削・研削油剤を作製し、その潤滑性を評価する例である。
本例の切削・研削油剤は、トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルのみからなる。このトリエステルは、トリメチロールの３つのヒドロキシル基の全てにカプリン酸がエステル結合してなる（下記の構造式参照）。この切削・研削油剤を油剤Ｆとする。油剤Ｆのトリエステルの構造式を下記に示す。
【化２】
【００５３】
次に、油剤Ｆを用いて、上記実験例と同様にして穴加工（穴加工数：３００個）を行い、ドリル逃げ面コーナ摩耗幅（ｍｍ）を測定した。その結果を図１０に示す。
なお、図１０には、比較用として、上記実験例で測定した油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅの結果を併記する。
【００５４】
図１０より知られるごとく、トリメチロールプロパンとカプリン酸とのトリエステルからなる油剤Ｆは、他の油剤に比べて最も優れた潤滑性能を示し、ドリルの摩耗を長期間抑制することができた。同図より知られるごとく、油剤Ｆは、上記実験例において最も優れた潤滑性能を示した油剤Ｅよりもさらに優れた潤滑性能を発揮することができる。
また、本例においては、１．２ｍｌ／ｈという極めて微量の切削・研削油剤を用いて加工を行った。このように微量な油剤量にもかかわらず、油剤Ｆは優れた潤滑性能を示した。
【００５５】
また、本例においては、合金鋼（0.05wt%Ｓ含有硫黄快削鋼）に対するドリル加工において油剤Ｆを用いたが、この場合においても油剤Ｆは、上述のごとく優れた潤滑性能を示した。
また、油剤Ｆは、上述のごとく微量でも充分な潤滑性能を発揮できるため、使用後に油剤Ｆの廃液を回収して廃棄する際に、特別な回収工程を必要とせず、切屑と一緒に回収することができる。そして、トリエステルからなる上記油剤Ｆは、生分解が可能であり、約２０日間でこれを完全に生分解させることができる。そのため、廃棄処理のコストを大幅に削減することができる。
【００５６】
このように、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸（カプリン酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤（油剤Ｆ）は、微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、優れた潤滑性能を発揮することができる。また、本例の切削・研削油剤（油剤Ｆ）は、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、また、廃棄処理のコストを削減することができる。
【００５７】
（実施例２）
本例は、トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤（実施例１の油剤Ｆ）に対して、硫化脂肪酸エステルを添加し、その潤滑性能を評価する例である。
【００５８】
硫化脂肪酸エステルとしては、大日本インク化学工業（株）製のＧＳ２３０を用いた。本例において用いた硫化脂肪酸エステルの物性を表８に示す。
【００５９】
【表８】
【００６０】
トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤に対して、添加量を変えて硫化脂肪酸エステルを添加し、上記実験例と同様にして穴加工（穴加工数３００個）を行い、ドリル逃げ面コーナ摩耗幅（ｍｍ）を測定した。その結果を図１１に示す。
【００６１】
図１１より知られるごとく、硫化脂肪酸エステルを添加することにより、切削・研削油剤の潤滑性能をより向上できることがわかる。
また、硫化脂肪酸エステルを１５体積％以下で添加した場合には、その添加量に応じて潤滑性能を向上できることがわかる。一方、硫化脂肪酸エステルを１５体積％添加した場合と２０体積％添加した場合とを比較すると、両者に潤滑性能の違いがほとんんどなかったことから、硫酸脂肪酸エステルの添加量は、２０体積％以下、より好ましくは１５体積％以下とすることができる。
【００６２】
このように、本例によれば、トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤に対して、硫化脂肪酸エステルを添加することにより、潤滑性能をより一層向上できることがわかる。
【００６３】
また、トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤に対して、実験例の油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅと同様に、4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤を添加することができる。この場合には、切削・研削油剤の酸化を防止し、その安定性を向上させることができる。その結果、切削・研削油剤がより長期間安定にその潤滑性能を発揮することができる
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】切削・研削油剤の排水処理法の種類を示す説明図。
【図２】水溶性切削油剤廃液の処理方法を示す説明図。
【図３】実験例にかかる、切削・研削油剤の生分解率を示す説明図。
【図４】実験例にかかる、切削・研削油剤（油剤Ａ〜Ｅ）に含まれるエステルの構造式を示す説明図。
【図５】実験例にかかる、切削加工装置の構成を示す説明図。
【図６】実験例にかかる、各切削・研削油剤（油剤Ａ〜Ｅ）を用いて穴加工を行ったときの穴加工数とドリル逃げ面コーナ摩耗幅との関係を示す説明図。
【図７】実験例にかかる、切削・研削油剤（油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅ）に含まれる添加剤のＭＳスペクトルを示す説明図（ａ）、標準試料（酸化防止剤）のＭＳスペクトルを示す説明図（ｂ）。
【図８】実験例にかかる、油剤Ｅに含まれる酸化防止剤のスペクトル強度（ピーク面積）を１としたときの他の油剤（油剤Ｂ及び油剤Ｃ）に含まれる酸化防止剤のスペクトル強度（ピーク面積）を示す説明図。
【図９】実験例にかかる、切削・研削油剤（油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅ）に含まれるエステルの脂肪酸の炭素数と、ガスクロマトグラフ質量分析スペクトルの強度（脂肪酸量）との関係を示す説明図。
【図１０】実施例１にかかる、各切削・研削油剤（油剤Ｂ、油剤Ｃ、油剤Ｅ、油剤Ｆ）を用いて３００回穴加工を行ったときのドリル逃げ面コーナ摩耗幅を示す説明図。
【図１１】実施例２にかかる、切削・研削油剤（油剤Ｆ）に対する硫化脂肪酸エステルの添加量とドリル逃げ面コーナ摩耗幅との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００６５】
１ 切削・研削油剤
２ 工具
３ 被加工物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の被加工物を切削加工又は研削加工する際に用いられる切削・研削油剤及びこれを用いた被加工物の切削・研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属等の切削加工及び研削加工においては、ドリル、タップ、リーマ、エンドミル、バイト、砥石等の工具寿命の延長、被加工物の表面粗さの向上、及び寸法精度の向上を目的として、切削・研削油剤が用いられてきた。
一般に、切削・研削油剤は、水溶性と不水溶性に分類される。水溶性の切削・研削油剤は、鉱物油および合成油に界面活性剤、極圧添加剤を添加し、これを水に希釈して使用する油剤である。一方、不水溶性の切削・研削油剤は、鉱物油に極圧添加剤を添加して使用する油剤である。
【０００３】
上記切削・研削油剤には、一般に、潤滑作用、冷却作用、及び切粉の排出作用がある。
水溶性の切削・研削油剤は、不水溶性の切削・研削油剤に比べて特に冷却性能が優れる。そのため、一般に、水溶性の切削・研削油剤は、加工時に加工部位が例えば温度６００℃を越えて高温状態になる高速の切削加工及び研削加工に使用されている。一方、不水溶性の切削・研削油剤は、特に潤滑性能に優れる。但し燃焼し易いという性質がある。そのため、上記不溶性の切削・研削油剤は、加工時に加工部位が例えば温度６００℃以下という低温状態となる低速の切削加工及び研削加工に使用される。
【０００４】
従来、切削・研削油剤においては、油剤性能の劣化及び廃棄時の環境への影響が問題となっていた。
即ち、水溶性の切削・研削油剤の場合には、長時間の使用により油剤中に微生物が発生し、性状が不安定となり、油剤成分が分離してしまうおそれがあった。その結果、油剤の冷却性能及び潤滑性能が低下したり、悪臭が発生したりするという問題があった。また、かかる油剤により工作機械の腐食が促進してしまうという問題を生じていた。
また、不水溶性の切削・研削油剤の場合には、長時間の使用で酸化が進行して酸性成分が発生し、かかる酸性成分が金属被削材および工作機械を腐食させてしまうおそれがあった。また、不溶性の切削・研削油剤は、使用するにつれて大気中の湿気を吸収して水分を含みやすい。その結果、粘度が変化し、潤滑性が低下するという問題があった。
【０００５】
上述のごとく長期間の使用により劣化した切削・研削油剤は定期的に廃棄される。切削・研削油剤の使用時には、１分間当たり数十リットルという大量の切削・研削油剤を加工部位に注入する必要があったため、使用後には大量の切削・研削油剤が廃棄物として生じていた。
廃棄物となった油剤は、破棄する前に、環境に悪影響を及ぼさないように所定の廃棄処理が施される。
例えば加工能率の向上を目的に、塩素系極圧添加剤が添加された切削・研削油剤は、焼却させるとダイオキシンが発生する。そのため、ダイオキシンを発生させないための廃棄処理が必要である。
【０００６】
図１に、一般的な排水処理法を列記する。塩素系極圧添加剤を含有する切削・研削油剤の廃棄時には、同図に示す物理化学的処理が採用される。かかる処理は、コストが高く、大量に発生する切削・研削油剤の廃棄費用が問題となっている。
また、図２に、水溶性の切削油剤の一般的な廃液処理法を示す。同図に示すごとく、廃液処理においては、１次処理、２次処理、及び３次処理という段階的処理が必要であり、処理にかかる時間が長く、コストも高くなる。
【０００７】
環境への負荷を低減させる加工法としては、例えば乾式切削・研削加工法が知られている。かかる加工方法においては、生産性を向上させるために冷風により切削・研削温度を低下させ、さらに窒素ガスを吹付けて被切削・研削物の酸化を防止することができる。しかし、冷風及び窒素ガスの発生に高額な費用がかかり、さらに冷風の発生装置には騒音対策が必要になり、装置の大型化や設備費用の増大という問題を生じていた。
【０００８】
そこで、微量の供給量で切削加工及び研削加工を行うことができる切削・研削油剤の開発が進められている。
具体的には、所定量の酸素を含有する圧縮流体を供給する極微量油剤供給式切削・研削加工方法が開発されている（特許文献１）。また、特定のヨウ素価、臭素価、及び水酸基価を有するエステルを含有する極微量油剤供給式切削・研削加工用油剤組成物が開発されている（特許文献２）。これらの加工方法及び油剤組成物によれば、切削・研削加工における油剤の使用量を減らすことができ、廃棄物量を減らすことが可能になる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−６２３６１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９２６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の極微量油剤供給加工方法は、アルミニウム合金等の非鉄金属には適しているものの、鉄合金の切削・研削加工には不向きであるという問題があった。また上述の極微量油剤供給式切削・研削加工用油剤組成物においては、高価格の合成エステル油を用いるため、コストが増大するという問題があった。
さらに、従来の加工方法及び油剤組成物においては、微量とはいえども廃棄物が発生し、上述の段階的な廃棄処理が必要になる。そのため、より廃棄処理のコストを低減できる油剤の開発が求められていた。
【００１１】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、さらに廃棄処理のコストを削減できる切削・研削油剤及び切削・研削方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、工具による金属製の被加工物の切削加工又は研削加工時に、加工部位に供給される切削・研削油剤であって、
トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルからなることを特徴とする切削・研削油剤にある（請求項１）。
【００１３】
上記切削・研削油剤は、金属製の被加工物の切削加工又は研削加工時に上記加工部位に供給して用いられ、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルからなる。上記切削・研削油剤において、トリエステルを構成する３つの脂肪酸はすべて炭素数１０の飽和脂肪酸からなる。そのため、上記切削・研削油剤は、例えば１０ｍｌ／ｈ以下という極めて微量の供給量でも充分に優れた潤滑性能を発揮でき、上記工具による切削加工又は研削加工の長寿命化を図ることができる。また、所望の寸法精度で上記被加工物を正確に加工することができる。そして、上記切削・研削油剤は、ステンレス等の合金鋼からなる上記被加工物に対しても適用でき、この場合においても上述のごとく例えば１０ｍｌ／ｈ以下という極めて微量の供給量で充分に優れた潤滑性能を発揮できる。
【００１４】
また、上記切削・研削油剤は、上述のごとく微量でも優れた潤滑性能を示すことができ、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルという生分解可能な成分からなる。そのため、上記切削・研削油剤の廃棄時には、特別な回収工程を必要とせず、上記切削・研削油剤を切屑と一緒に回収できる。また、上記切削・研削油剤は、約２０日間で完全に生分解させることができるため、廃液処理を必要としない。そのため、廃棄処理のコストを大幅に削減することができる。
【００１５】
このように、上記第１の発明によれば、微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、さらに廃棄処理のコストを削減できる切削・研削油剤を提供することができる。
【００１６】
次に、第２の発明は、金属製の被加工物の加工部位に油剤を供給して、工具により上記加工部位に切削加工又は研削加工を施す切削・研削方法において、
上記油剤として、上記第１の発明の切削・研削油剤を採用することを特徴とする切削・研削方法にある（請求項７）。
【００１７】
上記第２の発明においては、上記油剤として、上記第１の発明の切削・研削油剤を用いて切削加工又は研削加工を行っている。
そのため、上記第１の発明の切削・研削油剤の優れた特性を利用した切削加工又は研削加工を行うことができる。即ち、微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、さらに廃棄処理のコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
上記切削・研削油剤は、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルのみから構成することができる。
炭素数１０の飽和脂肪酸は、直鎖状のカプリン酸（デカン酸）であっても、分岐を有するものであってもよい。
【００１９】
上記切削・研削油剤は、さらに硫化脂肪酸エステルを２０体積％以下含有することが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記切削・研削油剤の潤滑性能をより向上させることができ、より一層工具の長寿命化を図ることができる。
硫化脂肪酸エステルを２０体積％を越えて添加しても、さらなる潤滑性能の向上効果はほとんど得られない。よって、硫化脂肪酸エステルの添加量は２０体積％以下が好ましく、より好ましくは１５体積％以下、さらにより好ましくは１０体積％以下がよい。
【００２０】
上記切削・研削油剤は、さらに4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤を５体積％以下含有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記切削・研削油剤の酸化を防止し、該切削・研削油剤自体の安定性を向上させることができる。その結果、上記切削・研削油剤がより長期間安定にその潤滑性能を発揮することができる。
【００２１】
上記飽和脂肪酸は、カプリン酸であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記切削・研削油剤の潤滑性能をより向上させることができ、より一層工具の長寿命化を図ることができる。
上記飽和脂肪酸がカプリン酸の場合には、上記切削・研削油剤は、トリメチロールプロパンとカプリン酸とのトリエステルからなる。その構造式を以下の化１に示す。
【化１】
【００２２】
上記切削・研削油剤は、切削加工又は研削加工に用いることができるが、特に工具に大きな負荷がかかる加工に用いると、上記切削・研削油剤が有する優れた潤滑性能をより顕著に発揮させることができる。
具体的には、高速タップ加工、及び高速リーマ加工等がある。また、インコネル、チタン合金等のように、切削加工又は研削加工が困難な上記被加工物に対しても上記切削・研削油剤を用いて研削を行うことができ、その優れた潤滑性能を発揮することができる。
【００２３】
上記被加工物は、ステンレス鋼からなることが好ましい（請求項５）。
上記切削・研削油剤は、ステンレス鋼からなる上記被加工物に対して優れた潤滑性能を発揮することができる。そのため、ステンレス鋼からなる上記被加工物の切削加工又は研削加工に上記切削・研削油剤を用いると、優れた寸法精度で正確に上記被加工物を加工することができ、また工具寿命を向上させることができる。
【００２４】
上記切削・研削油剤は、ドリルによる穴加工に用いられ、該穴加工の深さをＬ（ｍｍ）とし、ドリルの直径をＤ（ｍｍ）とすると、Ｌ／Ｄ≧２０の上記穴加工に用いられることが好ましい（請求項６）。
Ｌ／Ｄ≧２０の穴加工は、工具に対する負担が大きい加工である。かかる加工に対して上記切削・研削油剤を用いると、その優れた潤滑性能をより顕著に発揮することができ、工具寿命を延長させることができる。なお、Ｌ／Ｄの上限は、Ｌ／Ｄ≦３５であることが好ましい。Ｌ／Ｄ＞３５の場合には、工具（ドリル）にかかる負荷が大きくなりすぎて、工具が破損してしまうおそれがある。
【００２５】
次に、上記切削・研削方法においては、金属製の被加工物の加工部位に油剤を供給して、工具により上記加工部位に切削加工又は研削加工を行う。
上記切削加工又は研削加工時には、上記切削・研削油剤を１時間当たり１０ｍｌ以下の供給量で上記加工部位に供給することが好ましい（請求項８）。
この場合には、１０ｍｌ／ｈという極めて微量の供給量でも優れた潤滑性能を発揮できるという上述の作用効果をより顕著に発揮することができる。１０ｍｌ／ｈを越える場合には、上記切削・研削油剤の破棄物量が増大するおそれがある。より好ましくは、５ｍｌ／ｈ以下、さらにより好ましくは２ｍｌ／ｈ以下がよい。上記切削・研削油剤はかかる極微量の供給量でも充分に優れた潤滑性能を示すことができる。
【００２６】
上記切削・研削油剤と気体状の流体とを混合し、上記切削・研削油剤を霧状にして上記加工部位に供給することが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記切削・研削油剤の油滴が工具の切刃と被加工物との間に分布して付着することができ、上記切削・研削油剤の潤滑効果及び冷却効果をより向上させることができる。なお、油滴の大きさは、粒径１〜４μｍの範囲に調製することが好ましく、より好ましくは粒径１〜２μｍがよい。これにより、潤滑効果及び冷却効果をより一層向上させることができる。
上記流体としては、例えば圧縮空気等を採用することができる。
【実施例】
【００２７】
（実験例）
本例においては、市販の切削・研削油剤について分析を行った。
即ち、市販の切削・研削油剤として５種類の油剤（油剤Ａ〜油剤Ｅ）を準備した。これらの油剤の各種物性を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
また、図３に各種油剤の生分解率を示す。
同図より知られるごとく、植物系の切削・研削油剤及び合成系の不水溶性切削・研削油剤は、２１日目に１００％生分解することがわかる。そして表１に示す油剤Ａ〜Ｅにおいて、油剤Ａは、植物油由来の脂肪酸グリセライドを含有し、油剤Ｂ〜Ｅは、合成系の不水溶性の脂肪酸エステルを含有する。即ち、これらの油剤Ａ〜Ｅは、生分解性に優れたものである。
【００３０】
次に、上記油剤Ａ〜Ｅについて、その成分分析を行った。
具体的には、まず、各油剤（油剤Ａ〜Ｅ）について、ゲル浸透クロマトグラフ法により、分子量の測定を行い、分子量による分取を行った。ゲル浸透クロマトグラフ法の測定条件を表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】
次いで、反応熱分解ガスクロマトグラフ／質量分析及び赤外分光法（顕微透過法）により、各油剤の成分分析を行った。
反応熱分解ガスクロマトグラフ／質量分析の測定条件を表３に示し、油剤Ａ〜Ｅのエステル組成の成分分析結果を表４及び表５に示す。表５には、エステルの構造の種類を示す項目があるが、その具体的な構造式は図４に示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３５】
【表５】
【００３６】
油剤Ａは、植物油を加工して得られた油剤であり、表４及び表５より知られるごとく、グリセリン及び脂肪酸のエステルを主成分とし、副成分としてプロピレングリコールと脂肪酸のエステルを含有していた。
グリセリンと脂肪酸のエステルにおいては、脂肪酸の主成分はカプリン酸及びカプリル酸であった。また、副成分としてラウリン酸を含有するエステルも含まれていた。
プロピレングリコールと脂肪酸のエステルにおいて、脂肪酸の主成分は、カプリル酸であった。また、副成分としてカプリン酸及びカプロン酸を含有するエステルも含まれていた。
【００３７】
また、表４及び表５より知られるごとく、油剤Ｂ〜Ｅは、トリメチロールプロパンと脂肪酸のエステルを主成分とする。
油剤Ｂは、脂肪酸の主成分がカプリン酸で副成分がカプリル酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）を主成分としていた。さらに、脂肪酸の主成分がカプリル酸で副成分がカプリン酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）を副成分としていた。
油剤Ｃは、脂肪酸の主成分がカプリン酸で副成分がカプリル酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）から構成されていた。
【００３８】
油剤Ｄは、脂肪酸の主成分がオレイン酸で、副成分がパルミトイル酸、パルミチン酸、及びミリスチン酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）を主成分としていた。また、これと構成成分は同じではあるが、オレイン酸の比率がやや小さいエステルを第１の副成分としていた。さらに、脂肪酸の主成分がオレイン酸で、副成分がパルミチン酸及びリノール酸のエステル（脂肪酸とオクチルアルコールとのエステル）を第２の副成分としていた。
【００３９】
油剤Ｅは、油剤Ｃと同様に、脂肪酸の主成分がカプリン酸で副成分がカプリル酸のエステル（脂肪酸とトリメチロールプロパンとのエステル）から構成されていた。
【００４０】
次に、各油剤の潤滑性能の評価を行った。
具体的には、直径４ｍｍの超硬ロングドリルを用いて被加工物に対して穴加工（切削加工）を行った。
穴加工は、上述の油剤Ａ〜Ｅをそれぞれ加工部位に供給して行った。穴加工の切削条件を表６に示す。
【００４１】
【表６】
【００４２】
本例においては、図５に示す切削加工装置４を用いて穴加工を行う。
同図に示すごとく、切削加工装置４は、切削・研削油剤を貯蔵する油槽４１と、圧縮空気を貯蔵するボンベ４２と、切削・研削油剤と圧縮空気とを混合してミスト状の切削・研削油剤を作製する攪拌機４３と、被加工物３を加工する工具（ドリル）２とを備える。
油槽４１は、油量計４１０を備えており、油量計４１０により油槽４１内の切削・研削油剤１の量を計測することができる。
【００４３】
油槽４１内の切削・研削油剤１及びポンプ４２内の圧縮空気は、それぞれ輸送管４１５、４２５を通って攪拌機４３に送られる。このとき、圧縮空気は、圧力計４４で計測される所定の圧力で攪拌機４３に供給することができる。
攪拌機４３内では、圧縮空気と切削・研削油剤とが混合されてミスト状の切削・研削油剤が製造される。このミスト状の切削・研削油剤は、輸送管４３５を通って、工具（ドリル）２に送られる。攪拌機４３には、流量調整弁（図示略）が内蔵されており、工具２に所定量の切削・研削油剤を供給することができる。そして、工具（ドリル）２の先端には微小の孔（図示略）が設けられており、穴加工時に、この孔からミスト状の切削・研削油剤が工具２と被加工物３との接触部、即ち加工部位に供給される。
【００４４】
上述の切削加工装置４を用いて表６に示す条件で被加工物３に対して穴加工（穴加工数：３００個）を行った。
そして、加工後にドリル逃げ面コーナ摩耗幅（ｍｍ）を測定し、穴加工数と摩耗幅との関係を調べた。その結果を表７及び図６に示す。測定は、各油剤について、それぞれ異なる２種類のロットを用いて行った。表７に２種類のロットの全てのデータを示し、図５には、２種類のロットの平均データを示す。
【００４５】
【表７】
【００４６】
表７及び図６から知られるごとく、油剤Ａ及び油剤Ｄは、ドリルの摩耗幅が大きく潤滑性が不十分であることがわかる。油剤Ａは、グリセリンと脂肪酸とのエステルを主成分とするが、炭素数８という炭素数の小さい脂肪酸を脂肪酸成分の主成分としている（表４及び表５参照）。また、油剤Ｄは、トリメチロールプロパンと脂肪酸とのエステルを主成分とするが、炭素数１８という炭素数の大きな脂肪酸を脂肪酸の主成分とし、粘度も油剤Ａ〜Ｅの中で最大であった（表１、表４及び表５参照）。
一方、表７及び図６から知られるごとく、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅは、ドリルの摩耗を比較的長期間抑制することができる。これらの油剤は、トリメチロールプロパンと脂肪酸とのエステルを主成分とし、エステルの脂肪酸としてはカプリン酸を主成分としていた（表４及び表５参照）。潤滑性能は、油剤Ｅが最も優れており、次いで、油剤Ｂ、油剤Ｃの順で優れた潤滑性能を示した（表７及び図６参照）。
【００４７】
油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅは、上述のごとく、共通のエステルを主成分とし、比較的優れた潤滑性能を示すが、これらの潤滑性能には違いがある（図６参照）。この相違点の原因を明らかにするために、油剤Ｂ〜Ｅに含まれる上述のエステル以外の添加剤成分の同定を行った。
【００４８】
具体的には、示唆屈折計を用いて、分子のクロマトグラフを観察した。
その結果、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅには、フェノール系成分の添加剤が含まれていることがわかった。
次いで、この添加剤について、ガスクロマトグラフ質量分析法により分子量を計測し、標準試料（酸化防止剤：４，４’−Ｂｕｔｙｌｉｄｅｎｅｂｉｓ）の分子量スペクトルと比較した。その結果、両者のスペクトルが一致した（図７（ａ）及び（ｂ）参照）。よって、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅに含まれる添加剤は、4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤であることがわかった。図８に、油剤Ｅの酸化防止剤のスペクトル強度（添加量）を１としたときの他の油剤（油剤Ｂ及び油剤Ｃ）のスペクトル強度比（添加量）を示す。
【００４９】
上述のごとく、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅには、4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤の存在が確認されたが、酸化防止剤は、ドリルによる穴加工時に潤滑性能を示すものではない。
そこで、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅの潤滑性能の違いをさらに検討するために、エステルを構成する脂肪酸の炭素数に注目し、上述の反応熱分解ガスクロマトグラフ／質量分析の分析結果（表４）を整理した。その結果を図９に示す。
【００５０】
図９において、縦軸は、スペクトル強度（含有量）を示す。また、横軸は、脂肪酸の炭素数を表す。具体的には、横軸において、「−」で結ばれたＣの数はエステルを構成するアルコールの価数を示し、Ｃの右下に付した数字はエステルを構成する脂肪酸の炭素数を示す。例えば、「Ｃ8−Ｃ10−Ｃ10」は、３価アルコール（本例においてはトリメチロールプロパン）をアルコール成分とするトリエステルであって、その脂肪酸成分として、炭素数８の脂肪酸を一つと炭素数１０の脂肪酸を２つ含有していることを示す。また、例えば「Ｃ10−Ｃ10−Ｃ10」は、３価アルコール（本例においてはトリメチロールプロパン）をアルコール成分とするトリエステルであって、その脂肪酸成分として、炭素数１０の脂肪酸を３つ含有していることを示す。
【００５１】
図９より知られるごとく、油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅは、いずれもトリエステルを主成分としている。また、潤滑性能に特に優れる油剤Ｅは、他の油剤Ｂ及び油剤Ｃに比べてＣ8−Ｃ10−Ｃ10及びＣ10−Ｃ10−Ｃ10が多くなっていた。特にＣ10−Ｃ10−Ｃ10については、油剤Ｅは、油剤Ｂ及び油剤Ｃに比べて約２倍以上多く含有していることから、Ｃ10−Ｃ10−Ｃ10は、潤滑性能へ大きな影響を及ぼすと考えられる。
【００５２】
（実施例１）
本例は、トリメチロールプロパンと脂肪酸とのエステルからなる切削・研削油剤を作製し、その潤滑性を評価する例である。
本例の切削・研削油剤は、トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルのみからなる。このトリエステルは、トリメチロールの３つのヒドロキシル基の全てにカプリン酸がエステル結合してなる（下記の構造式参照）。この切削・研削油剤を油剤Ｆとする。油剤Ｆのトリエステルの構造式を下記に示す。
【化２】
【００５３】
次に、油剤Ｆを用いて、上記実験例と同様にして穴加工（穴加工数：３００個）を行い、ドリル逃げ面コーナ摩耗幅（ｍｍ）を測定した。その結果を図１０に示す。
なお、図１０には、比較用として、上記実験例で測定した油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅの結果を併記する。
【００５４】
図１０より知られるごとく、トリメチロールプロパンとカプリン酸とのトリエステルからなる油剤Ｆは、他の油剤に比べて最も優れた潤滑性能を示し、ドリルの摩耗を長期間抑制することができた。同図より知られるごとく、油剤Ｆは、上記実験例において最も優れた潤滑性能を示した油剤Ｅよりもさらに優れた潤滑性能を発揮することができる。
また、本例においては、１．２ｍｌ／ｈという極めて微量の切削・研削油剤を用いて加工を行った。このように微量な油剤量にもかかわらず、油剤Ｆは優れた潤滑性能を示した。
【００５５】
また、本例においては、合金鋼（0.05wt%Ｓ含有硫黄快削鋼）に対するドリル加工において油剤Ｆを用いたが、この場合においても油剤Ｆは、上述のごとく優れた潤滑性能を示した。
また、油剤Ｆは、上述のごとく微量でも充分な潤滑性能を発揮できるため、使用後に油剤Ｆの廃液を回収して廃棄する際に、特別な回収工程を必要とせず、切屑と一緒に回収することができる。そして、トリエステルからなる上記油剤Ｆは、生分解が可能であり、約２０日間でこれを完全に生分解させることができる。そのため、廃棄処理のコストを大幅に削減することができる。
【００５６】
このように、トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸（カプリン酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤（油剤Ｆ）は、微量の使用量でも充分に工具の加工寿命を延長でき、優れた潤滑性能を発揮することができる。また、本例の切削・研削油剤（油剤Ｆ）は、ステンレス等の鉄合金からなる被加工物に対しても適用でき、また、廃棄処理のコストを削減することができる。
【００５７】
（実施例２）
本例は、トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤（実施例１の油剤Ｆ）に対して、硫化脂肪酸エステルを添加し、その潤滑性能を評価する例である。
【００５８】
硫化脂肪酸エステルとしては、大日本インク化学工業（株）製のＧＳ２３０を用いた。本例において用いた硫化脂肪酸エステルの物性を表８に示す。
【００５９】
【表８】
【００６０】
トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤に対して、添加量を変えて硫化脂肪酸エステルを添加し、上記実験例と同様にして穴加工（穴加工数３００個）を行い、ドリル逃げ面コーナ摩耗幅（ｍｍ）を測定した。その結果を図１１に示す。
【００６１】
図１１より知られるごとく、硫化脂肪酸エステルを添加することにより、切削・研削油剤の潤滑性能をより向上できることがわかる。
また、硫化脂肪酸エステルを１５体積％以下で添加した場合には、その添加量に応じて潤滑性能を向上できることがわかる。一方、硫化脂肪酸エステルを１５体積％添加した場合と２０体積％添加した場合とを比較すると、両者に潤滑性能の違いがほとんんどなかったことから、硫酸脂肪酸エステルの添加量は、２０体積％以下、より好ましくは１５体積％以下とすることができる。
【００６２】
このように、本例によれば、トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤に対して、硫化脂肪酸エステルを添加することにより、潤滑性能をより一層向上できることがわかる。
【００６３】
また、トリメチロールプロパンとカプリン酸（炭素数１０の直鎖飽和脂肪酸）とのトリエステルからなる切削・研削油剤に対して、実験例の油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅと同様に、4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤を添加することができる。この場合には、切削・研削油剤の酸化を防止し、その安定性を向上させることができる。その結果、切削・研削油剤がより長期間安定にその潤滑性能を発揮することができる
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】切削・研削油剤の排水処理法の種類を示す説明図。
【図２】水溶性切削油剤廃液の処理方法を示す説明図。
【図３】実験例にかかる、切削・研削油剤の生分解率を示す説明図。
【図４】実験例にかかる、切削・研削油剤（油剤Ａ〜Ｅ）に含まれるエステルの構造式を示す説明図。
【図５】実験例にかかる、切削加工装置の構成を示す説明図。
【図６】実験例にかかる、各切削・研削油剤（油剤Ａ〜Ｅ）を用いて穴加工を行ったときの穴加工数とドリル逃げ面コーナ摩耗幅との関係を示す説明図。
【図７】実験例にかかる、切削・研削油剤（油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅ）に含まれる添加剤のＭＳスペクトルを示す説明図（ａ）、標準試料（酸化防止剤）のＭＳスペクトルを示す説明図（ｂ）。
【図８】実験例にかかる、油剤Ｅに含まれる酸化防止剤のスペクトル強度（ピーク面積）を１としたときの他の油剤（油剤Ｂ及び油剤Ｃ）に含まれる酸化防止剤のスペクトル強度（ピーク面積）を示す説明図。
【図９】実験例にかかる、切削・研削油剤（油剤Ｂ、油剤Ｃ、及び油剤Ｅ）に含まれるエステルの脂肪酸の炭素数と、ガスクロマトグラフ質量分析スペクトルの強度（脂肪酸量）との関係を示す説明図。
【図１０】実施例１にかかる、各切削・研削油剤（油剤Ｂ、油剤Ｃ、油剤Ｅ、油剤Ｆ）を用いて３００回穴加工を行ったときのドリル逃げ面コーナ摩耗幅を示す説明図。
【図１１】実施例２にかかる、切削・研削油剤（油剤Ｆ）に対する硫化脂肪酸エステルの添加量とドリル逃げ面コーナ摩耗幅との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００６５】
１ 切削・研削油剤
２ 工具
３ 被加工物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具による金属製の被加工物の切削加工又は研削加工時に、加工部位に供給される切削・研削油剤であって、
トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルからなることを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項２】
請求項１において、さらに硫化脂肪酸エステルを２０体積％以下含有することを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項３】
請求項１又は２において、さらに4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤を５体積％以下含有することを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記飽和脂肪酸は、カプリン酸であることを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記被加工物は、ステンレス鋼からなることを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記切削・研削油剤は、ドリルによる穴加工に用いられ、該穴加工の深さをＬ（ｍｍ）とし、ドリルの直径をＤ（ｍｍ）とすると、Ｌ／Ｄ≧２０の上記穴加工に用いられることを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項７】
金属製の被加工物の加工部位に油剤を供給して、工具により上記加工部位に切削加工又は研削加工を施す切削・研削方法において、
上記油剤として、請求項１〜６に記載の切削・研削油剤を採用することを特徴とする切削・研削方法。
【請求項８】
請求項７において、上記切削・研削油剤は、１時間当たり１０ｍｌ以下の供給量で上記加工部位に供給することを特徴とする切削・研削方法。
【請求項９】
請求項７又は８において、上記切削・研削油剤と気体状の流体とを混合し、上記切削・研削油剤を霧状にして上記加工部位に供給することを特徴とする切削・研削方法
【請求項１】
工具による金属製の被加工物の切削加工又は研削加工時に、加工部位に供給される切削・研削油剤であって、
トリメチロールプロパンと炭素数１０の飽和脂肪酸とのトリエステルからなることを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項２】
請求項１において、さらに硫化脂肪酸エステルを２０体積％以下含有することを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項３】
請求項１又は２において、さらに4,4’-ブチリデンビスの分子構造を有する酸化防止剤を５体積％以下含有することを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記飽和脂肪酸は、カプリン酸であることを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記被加工物は、ステンレス鋼からなることを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記切削・研削油剤は、ドリルによる穴加工に用いられ、該穴加工の深さをＬ（ｍｍ）とし、ドリルの直径をＤ（ｍｍ）とすると、Ｌ／Ｄ≧２０の上記穴加工に用いられることを特徴とする切削・研削油剤。
【請求項７】
金属製の被加工物の加工部位に油剤を供給して、工具により上記加工部位に切削加工又は研削加工を施す切削・研削方法において、
上記油剤として、請求項１〜６に記載の切削・研削油剤を採用することを特徴とする切削・研削方法。
【請求項８】
請求項７において、上記切削・研削油剤は、１時間当たり１０ｍｌ以下の供給量で上記加工部位に供給することを特徴とする切削・研削方法。
【請求項９】
請求項７又は８において、上記切削・研削油剤と気体状の流体とを混合し、上記切削・研削油剤を霧状にして上記加工部位に供給することを特徴とする切削・研削方法
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１１６４８７（Ｐ２０１０−１１６４８７Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０７４８（Ｐ２００８−２９０７４８）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００１１６６５５）愛知製鋼株式会社 (141)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００１１６６５５）愛知製鋼株式会社 (141)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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