(57)【要約】  本出願は、液体ＣＯ2の源を備えたスルーポート付き切削工具を冷却するための方法および装置を提案し、圧縮空気吸気口と複数のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを有する圧縮空気ラインを備え、これらキャピラリーセグメントは同じ液体ＣＯ2の源に相互接続されるとともに高圧バルブおよびスロットルを有してよく、スロットルは異なるサイズを有し、第１のキャピラリーは切削工具付近で終端し、第２のキャピラリーは圧縮空気吸気口付近で終端する。バルブを、キャピラリーへの液体ＣＯ2に対して開閉する特定のシーケンスを用いて、圧縮空気との混合が残存ＣＯ2を提供して再生し、本発明は、特定温度範囲内での切削工具の均一且つ制御された冷却を提供する。
2021506600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スルーポート穴径を有するスルーポート付き切削工具を冷却するための装置であって、液体ＣＯ2の源を備え、液体ＣＯ2の源が、
圧縮空気吸気口を有し切削工具への圧縮空気の流れを確立する圧縮空気ラインを備え、前記圧縮空気ラインは第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを有し、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは、同じ液体ＣＯ2の源に相互接続され、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１の高圧バルブを有し、前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２の高圧バルブを有し、前記液体ＣＯ2の源は第３の高圧バルブを有し、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１のスロットルを有し、前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２のスロットルを有し、
前記第１のスロットルは前記第２のスロットルより小さく、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは前記切削工具付近で終端し、
前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは前記圧縮空気吸気口付近で終端し、
それにより、前記第３のバルブおよび前記第１のバルブが開き、前記切削工具のスルーポートの穴径に対応する所定量の液体ＣＯ2が、所定充填圧力で前記第１のＣＯ2注入キャピラリーチューブセグメントを液体ＣＯ2で充填し、
前記第３のバルブが閉じ、前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の液体ＣＯ2が前記切削工具付近で前記圧縮空気内に所定期間にわたり且つ所定再生圧力で混合されて第１の冷却液を形成し、
前記第２のバルブが開き、前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の残存ＣＯ2が前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを通って前記圧縮空気へと圧縮空気吸気口付近に流れて第２の冷却液を形成し、前記第１および前記第２の冷却液を前記切削工具を通して流し、
前記切削工具は所定の温度範囲内に維持される、装置。
【請求項２】
前記圧縮空気圧力は３０ｐｓｉから５００ｐｓｉの間である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記圧縮空気は、０．５から２０ｓｃｆｍの間で流れる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記液体ＣＯ2は、前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントに、９００から５０００ｐｓｉの間の充填圧力から、４００から７５０ｐｓｉの間の再生圧力へと注入される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記液体ＣＯ2は、０．１ｌｂｓ．／時から２０ｌｂｓ．／時の流量で前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントに注入される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記液体ＣＯ2は、５００から７５０ｐｓｉの間の圧力から、圧縮空気圧力に等しい圧力へと前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントに注入される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
少量の液体潤滑剤が前記第２の冷却液へと注入される請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記液体潤滑剤は、合成油、半合成油、鉱物油、バイオベースの油、ポリアルキレングリコール、ポリエステルまたはアルコールを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記液体潤滑剤が、１０ｍｌ／時から２５０ｍｌ／時の間の流量で前記第２の冷却液に注入されている請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記液体潤滑剤は揮発性キャリア溶媒の微量溶質であって希釈液体潤滑剤流体を形成する請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記揮発性キャリア溶媒は環状揮発性メチルシロキサン、アルコール、ケトンまたはアルケンを含む請求項１０に記載に装置。
【請求項１２】
前記液体潤滑剤は、伸縮式ランスを用いて前記第２の冷却液と同時注入されて混合される請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
ＰＬＣ、デジタルタイマーまたは圧力スイッチを用いて自動的に制御され、切削力データを用いて制御され、第２のスロットルは調節可能である請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
スルーポート穴径を有するスルーポート付き切削工具を冷却するための装置であって、液体ＣＯ2の源を備え、液体ＣＯ2の源が、
圧縮空気吸気口を有し切削工具への圧縮空気の流れを確立する圧縮空気ラインを備え、前記圧縮空気ラインは第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを有し、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは、同じ液体ＣＯ2の源に相互接続され、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１の高圧バルブを有し、前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２の高圧バルブを有し、前記液体ＣＯ2の源は第３の高圧バルブを有し、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１のスロットルを有し、
前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２のスロットルを有し、
前記第１のスロットルは前記第２のスロットルより小さく、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは前記切削工具付近で終端し、
前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは前記圧縮空気吸気口付近で終端し、
それにより、前記第３のバルブおよび前記第１のバルブが開き、前記切削工具のスルーポートの穴径に対応する所定量の液体ＣＯ2が、前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを所定充填圧力で液体ＣＯ2で充填し、
前記第３のバルブが閉じ、前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の液体ＣＯ2が前記切削工具付近で所定期間にわたって所定再生圧力に前記圧縮空気内に混合されて第１の冷却液を形成し、
前記第２のバルブが開き、前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の残存ＣＯ2が前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを通って前記圧縮空気へと前記圧縮空気吸気口付近に流れて第２の冷却液を形成し、前記第１、前記第２および前記第３のバルブはデジタルタイマーを用いて制御され、
前記第２のスロットルは調節可能であり、
前記第１および第２の冷却液を前記切削工具を通して流し、
前記切削工具は所定の温度範囲内に維持される、装置。
【請求項１５】
液体ＣＯ2の源を備えたスルーポート穴径を有するスルーポート付き切削工具を冷却するための装置であって、
圧縮空気吸気口を有し切削工具への圧縮空気の流れを確立する圧縮空気ラインを備え、前記圧縮空気ラインは第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを有し、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは、同じ液体ＣＯ2の源に相互接続され、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１の高圧バルブを有し、前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２の高圧バルブを有し、前記液体ＣＯ2の源は第３の高圧バルブを有し、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１のスロットルを有し、前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２のスロットルを有し、
前記第１のスロットルは前記第２のスロットルより小さく、
前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは前記切削工具付近で終端し、
前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは前記圧縮空気吸気口付近で終端し、
それにより、前記第３のバルブおよび前記第１のバルブが開き、所定量の液体ＣＯ2が、前記第１のキャピラリーセグメントを充填し、
前記第３のバルブが閉じ、前記第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の液体ＣＯ2が前記切削工具付近で前記圧縮空気内に混合されて第１の冷却液を形成し、
前記第２のバルブが開き、前記第１のキャピラリーセグメント内の残存ＣＯ2が前記第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを通って前記圧縮空気へと前記圧縮空気吸気口付近に流れて第２の冷却液を形成し、
前記第１および第２の冷却液を前記切削工具を通して流し、
前記切削工具は所定の温度範囲内に維持される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年１２月１２日に出願された米国仮特許出願第６２５９７５２６号の利益を主張するものであり、これは参照によりその全体が組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
機械加工プロセス中に冷却潤滑スプレーを供給するための従来の方法は、典型的には水性油エマルジョンである浸漬クーラントを、低圧から高圧で、ポート付きスピンドルと切削工具によって施用することを含む。殆どの商用ＣＮＣ機械加工システムは、浸漬および工具を介した冷却潤滑向けに特別に設計されている。しかしながら、これらのシステムは、本発明の、環境配慮型最小量潤滑（ＭＱＬ）スキームおよびより新規の最小量冷却潤滑（ＭＱＣＬ）スキームに適応させることに関して技術的課題をもたらす。課題は、供給経路内での通過中の油滴の貯留および、空気などのキャリア流体によって提供される冷却の不十分さを含む。内部ＭＱＣＬスプレージェットを機械加工システム内に適応させることも、例えば、様々な工具変更または部品変更オペレーションの後でＭＱＣＬスプレーを厳密に切削ゾーンに指向させて維持することができないため非常に困難である。
【０００３】
ポータブルおよび開放空気での機械加工工具、例えば、ポータブル穿孔工具およびニーミルは典型的には浸漬クーラント−潤滑剤スキームを利用せず、油−空気ミスト、コールドエアガンおよび近−極低温スプレー等のＭＱＬおよびＭＱＣＬ法に大きく頼っている。これらのプラットフォームにＭＱＣＬ技術を適応させるのはより容易であるが、生産性とパフォーマンスを改善するためにより良いＭＱＣＬ技術に対するニーズがある。さらに、スルーポート付きスピンドルおよびジェットスプレークーラント−潤滑剤スキームに、より新型のＣＯ2ベースのＭＱＣＬスキーム（本明細書では冷媒７４４（Ｒ７４４ＭＱＣＬ）と呼ぶ）を適応させることは依然として困難である。明確にするため、本発明は、「オープンシステム」という用語を用いて、周囲大気条件下でのＲ７４４ＭＱＣＬスプレー・アット・ツールスキームを記述し、「クローズドシステム」という用語を用いて、内部空気圧力上昇条件下でのＲ７４４ＭＱＣＬスプレー・スルー・スピンドル・アンド・ツールスキームを記述する。
【０００４】
バイオベースの機械加工油およびブレンド、例えば、ボーイング社（Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって開発されたオレイルおよびセチルアルコールの独占的ブレンドであるＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４は、チタンおよび炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）、およびそのサンドイッチ複合体などの加工が難しい材料を機械加工するために卓越した潤滑を提供する。しかしながら、これらの潤滑剤は、機械加工熱を管理するための評価できる冷却を提供しない。冷却不良は、速度、供給量および切削深さ（ＤＯＣ）に関して機械加工プロセスの生産性を制約する。これを緩和するために、油、水、界面活性剤およびその他の添加物を用いて、冷却−潤滑混合物を調製し、それは切削オペレーションへの浸漬またはミストクーラント−潤滑剤として施用される。しかしながら、そのような冷却潤滑流体スプレーの使用は、従来型ＭＱＣＬプロセスで使用されるレベルであっても、非常に面倒なものとなり得、機械加工オペレーション後の表面洗浄は、特に、水ベースのＭＱＣＬが使用される場合に非常に困難であり得る。これは、航空機製造ラインでのポータブル穿孔工具を包含する機械加工アプリケーションで特に例示される。そのようなアプリケーションでは、例えば、例示的な特許文献１、特許文献２、特許文献３で筆頭発明者によって教示されるように、空気中の少量のストレートオイル、冷気、またはＲ７４４ＭＱＣＬスプレーを包含する。
【０００５】
従来型空気−油ＭＱＣＬエアロゾルスプレーに関連する主要な欠点は、大気の過度の曇り（エアロゾル形成）および空気の限度ある冷却能力を含む。現行の空気−油ＭＱＣＬスキームは、毎時２０〜１５０ｍｌまたはそれ以上のクーラント−潤滑剤を用いるが、それは、単一点での切削および穿孔アプリケーションには大量の機械加工流体である。これは、面倒な機械加工と、広範囲の機械加工後表面洗浄オペレーションをもたらす。筆頭発明者によって開発された従来技術に関して、ＣＯ2−油ＭＱＣＬエアロゾルジェットスプレーは、複合ジェットスプレーとして施用されると非常に有効であることが実証された。
【０００６】
しかしながら、従来型Ｒ７４４ＭＱＣＬスキームは、クローズドシステム（すなわち、スルーポート付きスピンドルおよび工具構成）に適応するのには非常に困難であり、また、特に、機械加工プロセス中に異なる切削工具（異なるサイズのクーラントポートを有する）および切削条件が発生する（変化する冷却潤滑需要を経験する）機械加工オペレーション中に一貫した（および適応型の）冷却潤滑を提供するのには非常に困難であることが実証されている。
【０００７】
この取り組みを説明するために、スルーポート付き機械加工スピンドルおよび切削工具システムは、内部に可変圧力および温度、流体および流量が存在する動的圧力反応器として概念化され得る。工具クーラントポート穴径が、システム（スピンドルおよび工具）の内部に導入される機械加工流体雰囲気のための変更可能スロットルとして挙動して、システムの流量（所与の圧力での）を決定する。可変量のＣＯ2、油および空気を注入し混合することは、複数の工具ポート穴径および機械加工条件があり、そのため少しの変化でもシステムのダイナミクスを、特に、ＣＯ2相転移および流体混合挙動を変えてしまうため、非常に問題があると実証された。
【０００８】
例えば、最適なポータブル穿孔条件は、スタックアップと呼ばれる、サンドイッチ複合繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）およびチタン（Ｔｉ）の最適な表面仕上げおよび工具寿命を得るために必要であり、異なる材料では穿孔速度および／または供給量における変更を要する。この能力は、南カリフォルニア、レキシントンのＡｐｅｘ  Ｔｏｏｌ  Ｇｒｏｕｐによって「適応型穿孔（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）」の名称の技術によって提供され、特許文献４および特許文献５に記載されている。しかしながら、最適な機械加工条件は最適な穿孔雰囲気−特に、冷却および潤滑化学、温度および圧力条件も要する。今日まで、オープンまたはクローズド機械加工システム内で、Ｒ７４４ＭＱＣＬ雰囲気を動的または適応式で監視、変更および安定化するための有効且つ確実な解決策はない。
【０００９】
スルーポート付きスピンドルおよび切削工具システムを用いるポータブル穿孔機に関して、従来型Ｒ７４４ＭＱＣＬスキームでは数多くの技術的制約が経験された。それは以下を含む：
１．内部スピンドルまたは工具ポートおよびキャビティ内でのドライアイスの累積−液体ＣＯ2注入中に混合および内部圧力および温度を厳密に制御することが難しい
２．工具ポートに入る前に潤滑剤が凍結し凝集して大きな塊になる−閉塞、湿潤不良、スパッタリングおよび流れの停止
３．スタック型複合機械加工特有の、特に可変機械加工条件中の、一貫せず可変な冷却−潤滑効果
４．臨界切削界面および表面それぞれへの、凍結した潤滑剤塊の分散不良および湿潤
５．過剰量のＣＯ2−油混合物の高速拡散（蒸発、昇華およびガス膨張プロセス）によって生成された、切削ゾーンから放出される過剰な空気媒介油エアロゾル
６．高い表面張力および、複雑な表面形状での厚膜エントラップメントにより、複雑な機械加工面から油性残渣を除去することが難しい。
【００１０】
本発明の発明者らは、実験を通じて、これらの問題は、ＣＯ2液体からＣＯ2固体、ＣＯ2固体からＣＯ2蒸気および油液体から油固体（すなわち固化）の内部相転移中の散発性の熱および質量転移不安定性によって引き起こされることを突き止めた。特に、ＣＯ2粒子および油ゲルとして形成された場合のドライアイス粒子の累積は、スピンドルキャビティおよび／または切削工具クーラントポート内にひとたび形成されてしまうと制御が困難である。この状態は、低内部スピンドル工具キャビティ圧力および温度条件下で悪化する。一度形成された微小凍結油／ドライアイス粒子は熱伝導が欠如し、それは、急速な溶解（および昇華）と内部通路内の効率良い流れを妨げる。より大きな凝集での凍結と、油およびＣＯ2粒子の取り込みは状況を悪化させる。そのため、内部相転移と、その結果生じる圧力、温度および流れの不安定性を従来型手段を用いて厳密に制御することは非常に困難であり、特に、従来型スピンドル−工具Ｒ７４４ＭＱＣＬスキームで通常使用される低内部動作空気圧力では困難である。システムフロースロットルとして挙動している工具クーラントポート穴径の動的変更と、可変切削条件（すなわち熱負荷）が、このように説明した問題を悪化させる。
【００１１】
これらの問題を解決するために、より高圧の冷却および潤滑スキームが開発された。例えば、筆頭発明者は、スルーポート付きスピンドルおよび切削工具中でのＣＯ2ガス雰囲気を用い、その中に種々の量の固体ＣＯ2と油が注入され混合される内部過圧力スキーム（すなわち、１００ｐｓｉ以上）を開発した。この手法は、実際にパフォーマンスを改善するが、油ゲル化の問題を完全に解決はしない。その上、高圧条件は、機械工具、特にポータブル穿孔装置のオペレータにとって問題があり危険である可能性がある。さらに、より高い内部圧力は、バルキーな高圧ラインを要し、早すぎるロータリーシール磨耗および不具合を引き起こす。より高い内部圧力は、流体（すなわち、空気とＣＯ2）をかなり多く使用する。さらに、機械加工チップやデブリがより高速で切削ゾーンから放出され、それによって付加的な安全策が必要となる。
【００１２】
従来技術における関連する手法では、高圧液体および超臨界ＣＯ2スプレースルースピンドルおよび工具構成が開発され、Ｆｕｓｉｏｎ  Ｃｏｏｌａｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓから入手可能であり、特許文献６および特許文献７に記載されている。しかしながら、これらの代替的高圧ＣＯ2冷却−潤滑スキームは、実装と使用が高費用であり、高圧危険を作業者に課し、クーラント通路システム、スピンドルおよび工具チェンジャーの大規模な再設計なしで、スルーポート付き機械加工システムに容易に適応されない。
【００１３】
従来型の空気（および冷気）内油ＭＱＬスキームの他に、他の従来型ＭＱＣＬ解決策は、冷却と潤滑の両方の作用を提供するために、高揮発性溶媒と潤滑油の蒸発性混合物（蒸発の高潜熱を伴って）の適用を包含する。そのような一例は、特許文献８であり、それは、ｎ−プロピルブロマイド−油混合物の使用を教示している。特許文献８の手法の主要な欠点は、ｎ−プロピルブロマイドは人に対する毒性があり、摂氏２２度の非常に低い引火点を有し、よって、クーラント−潤滑剤スプレーが最終的に周囲大気に入る全損失システムに適していない。多くの機械加工オペレーションに共通の摩擦加熱および火花の発生は、出火危険も引き起こす。別の例では、Ｖｅｒｔｒｅｌ（登録商標）ＸＦは、ＤｕＰｏｎｔ社から提供されるフルオロカーボン溶媒であり、潤滑油とブレンドして蒸発性冷却および潤滑混合物を提供できる。非毒性かつ不燃性であるが、Ｖｅｒｔｒｅｌ（登録商標）プロセスは全損失ＭＱＣＬ機械加工アプリケーションで使用するには高費用過ぎる。その上、これらの従来型揮発性溶媒−油冷却−潤滑剤スキームの多くを製造機械加工アプリケーションで使用することは、従業員の暴露と環境品質の懸念が結合して、製造者によって許可されていない。
【００１４】
最後に、所謂、環境に優しい（グリーン）溶媒は、それらの低融点、高沸点、高溶媒力、人間の安全性、生態系への優しさおよび更新性によって多くの産業プロセスにとって魅力的である。しかしながら、それらの大部分は、限度ある油溶解性、高沸点および／または材料互換性の問題から、潤滑剤のキャリアとして適切でない。例えば、炭酸プロピレン（ＰＣ）は、化学的、物理的および材料互換性の制約により、機械加工プロセス内で蒸発性潤滑剤キャリア溶媒として使用するには適切でない。ＰＣは吸湿性であり、最小のバイオベースの油溶解性で、２７ＭＰａ1/2の高極性の凝集パラメータを保持している。さらに、ＰＣは、４１ダイン／ｃｍの非常に高い表面張力を保持しており、それは、湿潤性を減少させ、例えば、約５８ダイン／ｃｍの表面エネルギーの低表面エネルギーおよび無極性炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）を包含する機械加工アプリケーション向けに流体表面張力を低下させるために界面活性剤の添加を必要とする。より重要なことに、また、本発明に関連して、ＰＣは非常に低い、＜０．００５の蒸発率（酢酸ブチル＝１）を有するため、薄膜油成膜に適していない。ＰＣは非揮発性であって、例えば、ＣＦＲＰ、チタンおよびアルミニウムのサンドイッチパネルを含む航空機胴体および翼のスタックアップを包含する複雑な機械加工アプリケーションにおいてエントラップメントの問題を提起する。最後に、多くの環境に優しい溶媒は或る種の基板と適応せず、火災危険を提示する。例えば、アセトンやメチルエチルケトン（ＭＥＫ）などの非毒性および一般的環境配慮型溶媒は、塗料、接着剤および封止剤と不相容であり、高い可燃性を呈する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第５，７２５，１５４号明細書
【特許文献２】米国特許第７，４５１，９４１号明細書
【特許文献３】米国特許第８，９２６，８５８号明細書
【特許文献４】米国特許第８，２７７，１５４号明細書
【特許文献５】米国特許第８，３１７，４３７号明細書
【特許文献６】米国特許第７，４１４，０１５号明細書
【特許文献７】米国特許第８，１６７，０９２号明細書
【特許文献８】米国特許第６，３２６，３３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そのため、このように説明した制約がない厳密な低温冷却潤滑プロセスを提供する改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムを提供する現行のニーズがある。さらに、機械加工後の表面洗浄オペレーションを極減する改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムが必要とされる。最後に、従来型の手法よりもパフォーマンスが良い、改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステム、すなわち種々の機械加工システムおよび工具に適応可能なシステム、特に、ポータブル穿孔機にあるようなクローズドシステム、および、従来型ＭＱＣＬスキームで使用されるよりも格段に少量での１００％安全且つ再生可能な冷却潤滑化学を使用するシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
スルーポート穴径を有するスルーポート付き切削工具を冷却するための装置は、液体ＣＯ2の源を備え、液体ＣＯ2の源は、圧縮空気吸気口を有し切削工具への圧縮空気の流れを確立する圧縮空気ラインを備え、圧縮空気ラインは第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを有し、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは、同じ液体ＣＯ2の源に相互接続され、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１の高圧バルブを有し、第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２の高圧バルブを有し、液体ＣＯ2の源は第３の高圧バルブを有し、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１のスロットルを有し、第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２のスロットルを有し、第１のスロットルは第２のスロットルより小さく、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは切削工具付近で終端し、第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは圧縮空気吸気口付近で終端し、それにより、第３のバルブおよび第１のバルブが開き、所定量の液体ＣＯ2が第１のキャピラリーセグメントに充填され、第３のバルブが閉じ、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の液体ＣＯ2が圧縮空気内に切削工具付近で混合されて第１の冷却液を形成し、第２のバルブが開き、第１のキャピラリーセグメント内の残存ＣＯ2が第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを通って圧縮空気へと圧縮空気吸気口付近に流れて第２の冷却液を形成し、前記第１および第２の冷却液を前記切削工具を通して流し、切削工具は所定の温度範囲内に維持される。
【００１８】
本発明は、スルーポート付き切削工具を冷却するための装置としての１つの好ましい実施形態を提供し、スルーポート付き切削工具はスルーポート穴径を有し、液体ＣＯ2の源を備え、液体ＣＯ2の源は、圧縮空気吸気口を有し切削工具への圧縮空気の流れを確立する圧縮空気ラインを備え、圧縮空気ラインは第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを有し、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは、同じ液体ＣＯ2の源にアクセス、接続または相互接続することができ、各ＣＯ2注入キャピラリーセグメントは高圧バルブまたはレギュレータおよびスロットルを有してよく、液体ＣＯ2の源は第３の高圧バルブまたはレギュレータを有してよく、第１のスロットルは第２のスロットルより小さくてもよく、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは切削工具付近で終端、終了または解放し、第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは圧縮空気吸気口付近で終端、終了または解放し、それにより、第３のバルブおよび第１のバルブが開き、切削工具のスルーポートの穴径に対応する所定量の液体ＣＯ2が、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを液体ＣＯ2で所定充填圧力で充填し、次に第３のバルブが閉じ、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の液体ＣＯ2が切削工具付近で所定期間にわたって所定再生圧力へと圧縮空気内に混合されて第１の冷却液を形成し、第２のバルブが開き、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の残存ＣＯ2が第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを通って圧縮空気内に圧縮空気吸気口付近に流れて第２の冷却液を形成し、前記第１および第２の冷却液を前記切削工具を通して流し、切削工具は所定の温度範囲内に維持される。
【００１９】
圧縮空気圧力は３０〜５００ｐｓｉであってよい、または圧縮空気は、０．５〜２０ｓｃｆｍの間で流れてよく、液体ＣＯ2は、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントに、９００〜５０００ｐｓｉの充填圧力から、４００〜７５０ｐｓｉの再生圧力へと注入され得る。別の実施形態では、液体ＣＯ2は、０．１〜２０ｌｂｓ．／時の流量で第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントに注入され得る。
【００２０】
液体ＣＯ2は、第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内に５００〜７５０ｐｓｉの圧力から、圧縮空気圧力に等しい圧力へと注入され得るものであり、少量の液体潤滑剤が第２の冷却液へと添加、導入または注入されてよく、液体潤滑剤は、合成油、半合成油、鉱物油、バイオベースの油、ポリアルキレングリコール、ポリエステルまたはアルコールを含んでよく、液体潤滑剤が、１０〜２５０ｍｌ／時の流量で第２の冷却液に添加、導入または注入されてよく、液体潤滑剤は揮発性キャリア溶媒の微量溶質であって希釈液体潤滑剤流体を形成してよく、揮発性キャリア溶媒は環状揮発性メチルシロキサン、アルコール、ケトンまたはアルケンを含んでよく、液体潤滑剤は伸縮式ランスを用いて第２の冷却液と同時注入されて混合されてよい。
【００２１】
この装置は、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）、デジタルタイマーまたは圧力スイッチを用いて自動制御されてよく、装置は、切削力データを用いて制御されてよく、第１のスロットルまたは第２のスロットルは調節可能であり得る。
【００２２】
スルーポート穴径を有するスルーポート付き切削工具を冷却するための装置は、液体ＣＯ2の源を備え、液体ＣＯ2の源は、圧縮空気吸気口を有し切削工具への圧縮空気の流れを確立する圧縮空気ラインを備え、圧縮空気ラインは第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを有し、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントと第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは、同じ液体ＣＯ2の源に相互接続され、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１の高圧バルブを有し、第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２の高圧バルブを有し、液体ＣＯ2の源は第３の高圧バルブを有し、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第１のスロットルを有し、第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは第２のスロットルを有し、第１のスロットルは第２のスロットルより小さく、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは切削工具付近で終端し、第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントは圧縮空気吸気口付近で終端し、それにより、第３のバルブおよび第１のバルブが開き、切削工具のスルーポートの穴径に対応する所定量の液体ＣＯ2が、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを液体ＣＯ2で所定圧力で充填し、第３のバルブが閉じ、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の液体ＣＯ2が切削工具付近で所定期間にわたって所定再生圧力へと圧縮空気内に混合されて第１の冷却液を形成し、第２のバルブが開き、第１のＣＯ2注入キャピラリーセグメント内の残存ＣＯ2が第２のＣＯ2注入キャピラリーセグメントを通って圧縮空気へと圧縮空気吸気口付近に流れて第２の冷却液を形成し、第１、第２および第３のバルブはデジタルタイマーを用いて制御され、第２のスロットルは調節可能であり、前記第１および第２の冷却液を前記切削工具を通して流し、切削工具は所定の温度範囲内に維持される。
【００２３】
本発明は、Ｒ７４４‐空気‐油、空気／冷気‐油および溶媒‐油エアロゾルスプレーを含む従来型ＭＱＣＬスキームの多数の制約に対処する。本発明は、任意の種々のスルーポート付きスピンドル工具システムならびに大気中ジェットスプレーアプリケーション向けのウルトラリーンな冷却、洗浄および潤滑雰囲気を生成する適応型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムである。本発明は以下の例示実施形態および態様を含む。
【００２４】
本発明の第１の実施形態は、駆動モータ手段を備えたスルーポート付きスピンドルに固定されるスルーポート付き切削工具に厳密な冷却潤滑液を提供するためのプロセスおよび装置−新規のＲ７４４冷凍装置およびプロセスである。この第１の実施形態の例示的態様は以下を含む。
・圧縮空気と混合された微粒ＣＯ2粒子および流体（液体およびガス状ＣＯ2）を用いたオープンサイクル混合流体Ｒ７４４冷凍装置およびプロセス
・デュアルスロットル制御−圧縮空気の一部分を一次冷却して、低温ＣＯ2−空気プリミックス流体を形成する固定スロットル、および、二次予冷却および二次予冷却のための圧縮空気供給のＣＯ2濃縮のための機械的調節を備えた可変スロットル
・微粒過飽和ＣＯ2注入−同時係属出願：米国特許第９，２２１，０６７号、「ＣＯ2  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｓｐｒａｙ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ、Ｊａｃｋｓｏｎ  Ｄ．他（認可通知２０１５年８月２０日）から部分的に採用
・多数の冷凍サイクル可能性および広範なＲ７４４冷却能力
・切削オペレーション中にスピンドル運動に後続する、内部スピンドル表面から一次冷却プロセスを分離する任意選択的な同軸伸縮式（拡張）プリミックスチャンバ設計。
【００２５】
本発明の第１の実施形態は、新規のＲ７４４冷凍装置を利用して、機械加工アプリケーション向けに、低温状態から非常に低温状態の冷却潤滑液を調節可能に生成する。本明細書に記載の例示的Ｒ７４４冷凍機は、スルーポート付き回転継手を用いてスルーポート付きスピンドルに結合された同軸冷凍チューブを備えている。乾燥圧縮空気が同時に（且つ等圧で）流入して、内側同軸冷凍プリミックスチューブを通り、外側スピンドルキャビティを通って流れて３軸クーラント−潤滑剤注入混合アセンブリを形成する。過飽和ＣＯ2は、過飽和ＣＯ2を収容したマイクロキャピラリースロットルを用いて冷凍プリミックスチューブに選択的に注入されて微粒流体スプレーを生成し、微粒流体スプレーは説明したようにシステムを通って流れる圧縮空気の一部分と混合する。圧縮空気はさらに（任意選択的に）、本明細書の第２の実施形態で説明される新規の低温組成物を含む１つ以上の微量の潤滑剤添加剤も含む。説明したように、２つの等圧混合流体流ストリームが生成されてスピンドル内で維持される−（１）外側の高温の流体ストリーム（空気‐添加剤）は、内側同軸冷凍プリミックスチューブ内で流れる内側の低温流体ストリーム（空気‐ＣＯ2）の周りに同軸に流れる。過飽和ＣＯ2は、その出口から所定距離で内側同軸冷凍プリミックスチューブに選択的に注入され、それで、微粒流体が内部を流れる圧縮空気の一部分と効率よく混合して非常に低温の空気‐ＣＯ2プリミックス流体ストリームを形成することを可能にする。注入距離が、ＣＯ2‐空気流ストリームプリミックス期間を決定する。このプロセス中に、内側同軸冷凍チューブの外側表面との直接熱交換を介して、外部圧縮空気‐添加剤流体流ストリームから少量の熱も除去される。熱交換を軽減するために、同軸冷凍プリミックスチューブは、断熱ポリマーで構築されてよく、外側金属面は、適切なポリマースリーブ（すなわち、収縮チューブ）を用いて、または、空気力もしくは適切なスプリングテンショナーを用いてスピンドルの運動に相対して移動する二次スライド伸縮式スリーブを用いて絶縁され得る。これらの任意選択的態様は工具クーラントポートへの下流の注入のためのプリミックス流体熱能力を保全して、スピンドル本体との直接熱交換を軽減し−それらは全て切削工具および切削ゾーンの利用可能な冷却能力を増加させる。最後に、同軸冷凍チューブプリミックス流体およびスピンドル空気‐添加剤流体は、切削工具ポート直前の領域内で乱流混合され、そこでＲ７４４ＭＱＣＬ流体混合物は、切削工具から放出されると、対流冷却および放射冷却両方によって切削工具および切削ゾーンと熱（および活性化学物質）を交換する（ＣＯ2濃縮が改良されたＩＲ熱吸収を提供する）。
【００２６】
例示的Ｒ７４４冷凍装置は、新規のデュアルスロットル、以下に説明するような３つの段階‐段階１‐充填、段階２‐注入および段階３‐放出‐再生、を含む混合流体およびオープンサイクルＲ７４４冷凍プロセスを利用する。段階１中に、過飽和ＣＯ2が１０００〜５０００ｐｓｉまたはそれ以上の所定充填圧力（ＣＰ）へと、数秒またはそれ以上の所定充填時間（ＣＴ）にわたり（周波数ベースの冷却サイクル）、また、全機械加工オペレーション（連続サイクル）で注入されて、必要な一次冷凍を提供する。段階２中に、充填された流体は、２５ミクロン〜０．０１５インチの内穴径と、６〜３６インチの長さを有する一次固定式マイクロスロットルを介して注入され（ある頻度で、または連続的に）、その間、微粒ＣＯ2流体と粒子は、等圧圧縮空気条件下で内部推進体気流の隔離された同軸部分と厳密に混合されてサブクールされたプリミックスを形成し、プリミックスは次に圧縮空気と潤滑剤添加剤の別の部分と乱流混合される。プリミックス流体の温度は、摂氏２０度から、使用される固定スロットルサイズ、充填圧力および充填‐注入頻度に従って摂氏−３０度まで減少する。最後に、段階３は、第２の可変調節スロットルを介して、残存高圧ＣＯ2ガスクーラントを上流圧縮空気に急速に再生することによって一次冷凍サイクルを終了する。例示的Ｒ７４４冷凍機の冷却能力の大部分は、第１のマイクロスロットルを用いた蒸発および昇華の熱を介して供給される。一次冷凍サイクルの終盤にかけて、残存高圧ＣＯ2ガスは、注入スロットルと内部スピンドル流体圧力の間の比較的大きい圧力勾配によって、追加のジュールトムソン（ＪＴ）膨張冷却能力を提供できる。残存高圧ＣＯ2ガスは有用なクーラント（対流および放射冷却）であり、非常に大きいＪＴ係数（圧縮空気よりも５倍大きい）と、切削ゾーン冷却（すなわち、チタン機械加工）に関する優れた赤外（ＩＲ）熱吸収（放射冷却）能力を保有する。対照的に、低温の圧縮空気は高温の表面から熱を対流式に除去するが、新たに切削された表面から発せられるＩＲ熱を大きく吸収することはない。しかしながら、注入サイクル中にクーラント圧力が７５０ｐｓｉ（すなわち、蒸気相）より下に降下すると、それは、第１のマイクロスロットル（すなわち、一次冷却スロットル）を用いた注入時間に関連するため、冷却効率のかなりの損失がある。現冷凍サイクル内のこのポイントを、本明細書では放出‐再生圧力（ＲＰ）と呼ぶ。所定のＲＰに基づいて、例示的Ｒ７４４冷凍機は、この高圧ガス状クーラント（本明細書では使用済みクーラントと呼ぶ）を、急速に推進体空気に（すなわち、再生）に、または第２のより大型の調節可能もしくはマクロスロットルを介して周囲大気（すなわち、放出）に、放出または好ましくは再生し、その後、サイクル間ドエルタイム（ＤＴ）がある。ＣＯ2ガスを再生すると、流入圧縮空気を予冷却し、その放射冷却特性（相対（ｖｉｓ‐a‐ｖｉｓ）ＣＯ2濃縮）を増加させる。ＲＰは４００〜８００ｐｓｉの範囲であり、ＤＴは０秒（即時再生）〜３００秒またはそれ以上（遅延再生／放出、または周囲圧力への放出）の範囲である。最後に、このように説明された冷凍サイクルは、一度の機械加工オペレーション中に１���上のサイクルで繰り返される。種々の冷凍サイクル（および冷却能力）が特定の機械加工オペレーション向けに冷却（および潤滑）を最適化するために実施され得る。例示的冷凍サイクルは以下を含む。
１．低頻度サイクル
２．中間頻度サイクル
３．高頻度サイクル
４．連続サイクル。
【００２７】
切削工具ポート穴径と最適な冷凍サイクルの間に一般的関係性が存在する。より低頻度の冷凍サイクルは、クーラントポート穴径が小さい小型切削工具にうまく作用する。より高頻度の冷凍サイクルは、より大型の切削工具およびクーラントポート穴径にうまく作用する。例えば、連続注入サイクル（すなわち、最大冷却力）は、過剰な冷却をもたらす可能性があり、氷結（ＣＯ2／水氷形成）、添加剤ゲル化および／またはスピンドル過圧力条件（内部スピンドル工具キャビティ圧力が、流入推進体空気圧力より上に上昇する）を招くため、小さい切削工具ポート穴径には一般に有用でない。
【００２８】
本発明の第２の実施形態は、低適用温度での使用向けの新規の超微小量超展着潤滑組成物である。この第２の実施形態の例示的態様は以下を含む：
・低温Ｒ７４４ＭＱＣＬ向けの新規の超展着潤滑剤組成
・異なる潤滑性レベルを有する複数のＭＱＣＬ処方
・毎時２ｍｌの潤滑剤という超低量の潤滑使用量
・超展着薄膜形成‐８〜２０倍高い潤滑表面積
・油およびＣＯ2冷却および潤滑効率の増加
・より容易な残渣物洗浄
・組成物は、酸素化した添加剤に対して非常に高溶解性を有し、同時係属中の米国特許出願第１３／７３３，８８０号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎｄ Ａｐｐｌｙｉｎｇ  ａｎ  Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ  Ｆｌｕｉｄ」、Ｊａｃｋｓｏｎ  Ｄ．に記載の酸素化プロセスの媒質として働く。
・組成物は１００％生分解性であり、再生可能な資源を使用する。
・組成物は非毒性、非腐食性および不燃性である。
・組成物は全ての一般的基板−金属、ＣＦＲＰ、塗装面および封止剤と適応する。
【００２９】
低温潤滑剤組成物を開発するなかで、本発明者らは、揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）溶媒および、好ましくは、極性バイオベースの潤滑剤（溶質）を微量包含するデカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５）と呼ばれる環状ＶＭＳ、例えばＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４が、独自且つ新規の主要なパフォーマンス特性−超展着挙動をもたらすということを発見した。それぞれ９５：５（ｖ：ｖ）〜５０：５０（ｖ：ｖ）の範囲のＤ５およびＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）潤滑剤の種々の組成物が開発され試験された。全ての組成物は、金属およびポリマー表面の両方に超展着し、Ｄ５キャリア溶媒の蒸発後に、Ｄ５キャリア溶媒内のＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）溶質の濃度が増加した状態で、Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）潤滑膜が増加した厚さで成膜された。超展着挙動は、本発明の例示的混合物に関して、極性アルミニウム表面および無極性炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）表面両方に観察された。本発明のＲ７４４ＭＱＣＬ組成物は、施用中に適応可能な冷却−潤滑での非常に低温の使用が可能である。
【００３０】
本実施形態の例示的組成は、従来型ＭＱＬエアロゾルで典型的に使用される潤滑油を微量のみ使用し、典型的に５０〜１５０ｍｌの油／時である従来型ＭＱＬ使用量レベルと比べて格段に低量の、１〜２５ｍｌの油／時の潤滑剤使用量レベルを可能にする。本実施形態で使用する好ましい高沸点および不揮発性極性潤滑剤は、例えば、例示的標準潤滑剤Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４で使用されるようなオレイン酸およびセチルアルコールなどの高沸点および高分子量アルコールならびにオレイン酸等の不飽和バイオエステルを含む。しかしながら、合成油、半合成油および鉱物油等の他の潤滑溶質も本発明で使用されてよい。さらに、環状ＶＭＳキャリア溶媒は潤滑添加剤の表面張力と粘度を大きく低減し、ゲル化点を下げて低温条件下でのＩＲ流れ特性を改善する。成膜中にＶＭＳ溶媒キャリアが潤滑剤添加剤から分離（蒸発）するにつれ、潤滑剤添加剤の表面張力および粘度が、切削オペレーションのより高い温度および摩擦低減性能に適応する元のＩＲレベルに戻り、機械加工プロセスに動的に適応する。最後に、潤滑性レベル（および薄膜の厚さ）の範囲は、特定の機械加工アプリケーションに合わせて適宜調整され得る。
【００３１】
本実施形態の好ましい環状ＶＭＳキャリア溶媒の別の有益な特性は、高酸素溶解性とオゾン酸化への耐性である。そのため、本発明の好ましいＶＭＳキャリア溶媒は、本発明と協働して使用され得る、筆頭発明者による同時係属中の、米国特許出願第１３／７３３，８８０号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｙｉｎｇ  ａｎ  Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ  Ｆｌｕｉｄ」に記載の酸素化プロセスのための有用な希釈剤および媒質である。
【００３２】
この第２の実施形態は特に、Ｒ７４４または冷気を用いての、非常に低温でのスルーポート付きスピンドル工具システムに関する氷結および閉塞の問題を解決することを対象とする。しかしながら、本実施形態は、オープンシステムジェットスプレーでのウルトラリーンＭＱＣＬ剤としても使用され得る。さらに、ＶＭＳ（Ｄ５）は、液体二酸化炭素に直接注入されて膨張して、低温ＣＯ2‐Ｄ５流体組成物を形成し、それが次に、油添加剤を担持する圧縮空気と混合されて、超展着ＭＱＣＬ冷却潤滑流体を形成してもよい。
【００３３】
種々の環状ＶＭＳ化学、例えばドデカメチルシクロヘキサシロキサン（Ｄ６）およびＤ５とＤ６のブレンドが本発明で使用されてよいが、Ｄ５が、その環境、健康、作業者安全性、入手可能性、コストおよび、非常に低い融点、より高い揮発性および不燃性などの物理的特性の独自の組み合わせにより特に有利であり好ましい。さらに、Ｄ５は再生可能であり、環境的に安全で、精密洗浄に適した作業者に安全な化合物であり、それらは全て、機械加工アプリケーションにおいて非常に重要な側面である。さらに、Ｄ５は、ＥＰＡのＳＮＡＰ承認溶媒代替品であり、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）とは見なされず、それは、本発明の混合物を、面倒な規制上の制約から免除する。
【００３４】
スルースピンドルおよびスルーツール機械加工プロセス向けの適応型ＣＯ2ベースの（冷媒Ｒ７４４）最小量冷却潤滑（ＭＱＣＬ）システムである。本発明は、デュアルスロットル、混合流体およびオープンサイクル冷却プロセスおよび装置を用いる。さらに、本発明ならびに従来型最小量潤滑（ＭＱＬ）プロセスで使用する超展着潤滑剤組成が開示される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の他の態様および利点は、本発明の種々の実施例および好ましい実施形態の以下のさらなる説明から、また以下の図を参照することによって当業者に明らかとなろう。
【００３６】
【図１ａ】例示的従来型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムの模式説明図である。
【図１ｂ】図１ａの従来型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムに関連するオペレーション上の制約を説明するグラフである。
【図１ｃ】本発明の改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムの例示的態様の模式説明図である。
【図１ｄ】図１ｃの改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬ装置のオペレーション特性のグラフと説明図である。
【図２】本発明で使用されるＲ７４４ＭＱＣＬ冷凍サイクルの種々の態様を示す図である。
【図３】本発明で使用されるＲ７４４ＭＱＣＬ冷凍サイクルのデュアルスロットリング態様を示す図である。
【図４ａ】０．００８インチ固定スロットルを用いる１５００ｐｓｉ注入に関する経時的充填および注入（キャピラリー）圧力における例示的変化を示すグラフである。
【図４ｂ】図４ａのＲ７４４冷凍サイクルに関するプリミックスチューブ内のプリミックス（ＣＯ2−空気）温度における変化を示すグラフである。
【図４ｃ】ＣＯ2の三重点圧力の上または下である空気圧力での本発明で使用されるＲ７４４ＭＱＣＬ冷凍サイクルによって提供される異なる冷却メカニズムを示すグラフである。
【図５】本発明で使用される異なるＲ７４４ＭＱＣＬ冷凍サイクルを示すグラフである。
【図６ａ】例示的低頻度Ｒ７４４冷凍サイクルを用いて提供される冷却能力を示すグラフである。
【図６ｂ】例示的高頻度Ｒ７４４冷凍サイクルを用いて提供される冷却能力を示すグラフである。
【図７ａ】１６インチ長さ固定注入スロットルによる、０．００８インチ穴径を用いて可能な冷却能力の例示的範囲を示すグラフである。
【図７ｂ】１２インチ長さ固定注入スロットルによって０．０１５インチ穴径を用いて可能な冷却能力の例示的範囲を示すグラフである。
【図８ａ】ポータブル穿孔機に適応された、例示的Ｒ７４４凍結冷却潤滑システムの主要サブシステムの摸式説明図である。
【図８ｂ】図８ａで説明されたポータブル穿孔機に適応された例示的Ｒ７４４凍結冷却潤滑システムの種々の構成要素の模式説明図である。
【図９】機械加工スピンドルキャビティ内に配置され動作する例示的冷凍システム構成要素−充填器、注入器、プリミックスチューブおよびオプションの伸縮式プリミックスチューブスリーブを示す模式図である。
【図１０ａ】例示的穴空きプリミックスチューブを通る流体流および図９で説明したオプションの伸縮式プリミックスチューブスリーブアセンブリの逐次運動を示す模式図である。
【図１０ｂ】例示的穴開きプリミックスチューブを通る流体流および図９で説明したオプションの伸縮式プリミックスチューブスリーブアセンブリの逐次運動を示す模式図である。
【図１０ｃ】例示的穴開きプリミックスチューブを通る流体流および図９で説明したオプションの伸縮式プリミックスチューブスリーブアセンブリの逐次運動を示す模式図である。
【図１１】例示的クーラントおよび潤滑剤流体生成供給システムの模式図である。
【図１２ａ】従来型（純）潤滑剤の低流体温度、粘度増加および表面張力増加と、ゲル化点との関係を示すグラフである。
【図１２ｂ】より低いゲル化点温度のための、より低温での、より低い見掛け粘度および表面張力への要件を示すグラフである。
【図１２ｃ】ＶＭＳ（Ｄ５）およびＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４組成物の範囲に関する表面張力および粘度計算値を示すグラフである。
【図１３】ＣＦＲＰ基板上でのＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４、ＶＭＳ（Ｄ５）、およびＤ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の５０：５０（ｖ：ｖ）混合物の展着領域を示す写真である。
【図１４】図１３で示したＤ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の５０：５０（ｖ：ｖ）混合物の拡大状態での球状展着を示す写真である。
【図１５】アルミニウム基板上でのＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４、およびＤ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の５０：５０（ｖ：ｖ）混合物の展着領域を示す写真である。
【図１６】ＣＦＲＰ基板上でのＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４、およびＤ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の９０：１０（ｖ：ｖ）混合物の展着領域を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１ａは、例示的従来型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムの模式図である。図１ａを参照すると、本発明の筆頭発明者によって開発された例示的な従来技術の冷却潤滑システムは、米国特許第５，７２５，１５４号、第７，４５１，９４１号および第８，９２６，８５８号に記載されている。その基本実装において、３０〜１５０ｐｓｉの圧力、摂氏１０〜２５度の温度に圧力調整され温度調整された圧縮空気（２）が、自動バルブ（４）を通って同軸供給ラインセグメント（６）へと流され、同軸供給ラインセグメント（６）は、ＣＯ2流体供給のための、中央に配置されたポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）キャピラリーチューブ（８）を含み、このように説明された同軸チューブインチューブセグメントは、６インチ〜２０フィート、またはそれ以上の長さであってよい。キャピラリーチューブセグメント（８）は典型的に、０．０２０〜０．０８０インチの範囲の内穴径を使用しても、または、段状（１０）になって、同軸セグメント（６）を横断するにつれて内穴径が増加して、ＣＯ2粒子の成長を補助してもよい。それぞれ７００〜８５０ｐｓｉおよび摂氏１０〜２５度の圧力および温度範囲の飽和液体ＣＯ2（１２）の供給が、自動バルブ（１６）と機械式スロットルバルブ（１８）を介してキャピラリーチューブ（１４）内へと通って流され、空気推進体ガスを伴う低温ガス−粒子エアロゾルもキャピラリーチューブの周りで同軸に流れ（２０）ながら、キャピラリーチューブを通って流れる。前記機械式スロットルバルブ（１８）は典型的には、自動式でＣＯ2流体注入（クーラント）流量を変動させ得る精密１８ターンニードルバルブである。このように説明された同軸ＣＯ2−空気供給ラインはスルースピンドル／工具システム（２２）と一体化され、その中にＣＯ2が注入されて、同軸推進体空気と混合されて低温冷却ガス流（２４）を形成し、それは次にスルーポート付き工具（図示せず）に進入する。さらに、例示的従来技術システムは、スルーポート付きスピンドル（２２）内の低温ＣＯ2−空気混合物（２４）に潤滑剤液滴（２８）を注入するために補助同軸添加剤キャピラリーチューブ（２６）を用いてもよい。最後に、種々の量のＣＯ2、圧縮空気および潤滑剤添加剤が機械加工スピンドル（２２）内で混合されて、種々の冷却能力を有する冷却潤滑流体組成をもたらす。従来技術では、調節可能スロットルは、混合点（スピンドルキャビティ）から上流に大きく離れたところで使用され、それは、均一なＲ７４４ＭＱＣＬ組成物を厳密に供給することを非常に難しくする。液体ＣＯ2は、スロットル（１８）を通して沸騰し、可変流量で（入力流体圧力および温度に依存して）キャピラリーチューブ（８）に入って、それぞれ種々のサイズおよび量のＣＯ2ドライアイス粒子および低温ＣＯ2ガスを形成する。クーラント混合物（１４）は、空気‐添加剤がスピンドル（２２）の内部スルーポート付きキャビティ内で混合（２４）する前に比較的大きい距離を横断し、次に最終的にポート付き切削工具（図示せず）に入る。ＣＯ2クーラントフォームファクタ制御の課題の他に、以下に説明するスピンドルへの供給プロセス中に、冷却能力損失が経験される。
【００３８】
スルーポート付き機械加工スピンドルおよび切削工具向けに適応されてきた本発明の筆頭発明者によって開発された従来技術システムをこのように説明してきたが、図１ｂは、図１ａの従来型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムに関連するオペレーション上の制約を説明するグラフである。ここで図１ｂを参照すると、従来技術システムのオペレーション中にいくつかの問題が生じる。パルス式オン／オフバルブ操作オペレーション（３０）を使用するＣＯ2流体の注入中に、ＣＯ2キャピラリー圧力（３２）内の大きな変動が経験される。これは、従来技術を用いて注入されるＣＯ2粒子の比較的大きい質量によるものであり、それは、より長い混合時間（および昇華時間）を要し、圧縮空気流体流は、クローズドスピンドル−工具システムを介した高流量内で比較的低い混合量によって制約される。内部圧力は粒子昇華および流体膨張（すなわち、固体‐液体‐ガス）の結果として上昇し、それは、内部流体量を８００倍まで増加させ得る。この比較的大量の低温ＣＯ2流体は、比較的小さい内部スルーポート容積および切削工具への進入ポートによって絞られた高流量をもって、典型的に６０〜１００ｐｓｉの比較的低い内部スピンドル空気圧力でスピンドルキャビティ（図１ａ（２４））に進入する。これは、機械加工サイクル中の、軽度から重度の圧縮空気圧力および流量変動をもたらす。内部圧力変動を抑制するための、筆頭発明者によって開発された方法は、スピンドルへの圧縮空気圧力を１００ｐｓｉまたはそれ以上まで増加させて、過圧力状態（３６）を生じさせることであり、それは、流入ＣＯ2流体圧力変動を抑制する。しかしながら、より高いスピンドル空気圧力は回転継手や封止部への磨耗率を増加させ、処理流体（空気／ＣＯ2）をより多く消費し、機械加工チップおよび粒子速度などの圧力関連の危険を増加させる。ＣＯ2−空気混合圧力変動に関する別の問題は、混合温度変動である。流体混合圧力変動性は混合温度変動性（３８）をもたらす。
【００３９】
温度および圧力変動で経験される問題は、一貫しないＭＱＣＬ組成、流れ変動、氷結、ポート閉塞およびスパッタリングおよび潤滑剤ゲル化を含み、それらは全て、可変な切削温度、切削機寿命、表面仕上げをもたらす。さらに、例えば、複数の、且つ異なるタイプの切削工具（異なるサイズのクーラントポートを備えた）、切削プロセス（異なる冷却潤滑剤要件を備えた）、および／または複数の且つ異なるワークピース（異なる機械加工速度／供給量および冷却潤滑剤需要を備えた）を包含する複雑な機械加工アプリケーションに関しては、従来技術は、新たな冷却潤滑剤流れ、化学、熱需要量に、このように説明してきた大きなプロセス制御および変動性の制約なしで合わせるように、Ｒ７４４ＭＱＣＬをその場で容易に適応させることができない。例えば、キャピラリー供給セグメント（図１ａ（８））は、新たな機械加工プロセス条件に適応するために変更される必要があり得る（すなわち、より小さいまたはより大きい内穴径を提供するために）。最後に、従来型Ｒ７４４ＭＱＣＬプロセスにとって特に困難なアプリケーションは、小型穴径のスルーポート付き炭化タングステンドリルを用いてアルミニウム、チタンおよびＣＦＲＰの厚いサンドイッチ複合体にスルーホール穴開けを施すことを包含する。これは、本明細書に記載の本発明の実験的適用の主題である。
【００４０】
このように従来技術について説明したが、スルーポート付きスピンドルおよび切削工具を備えたクローズド機械加工システムを通した精密冷却潤滑の生成、施用および供給を提供する改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬ冷凍装置およびプロセスに対する現行のニーズがあることが理解される。
【００４１】
本発明は、従来型Ｒ７４４ＭＱＣＬスキームに関連する既知の制約を、以下の２つの実施形態を包含する包括的手法を用いて独自に解決する：（１）改良型Ｒ７４４冷凍システム‐装置とプロセスの両方を含む、（２）改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬ潤滑剤添加剤組成‐低温混合および施用条件下で大幅に改善された物理化学的パフォーマンスを提供する。両実施形態およびそれらに関連する態様を以下の節で詳述する。
【００４２】
図１ｃは、本発明の改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムの例示的態様を説明する模式図である。図１ｃを参照すると、本発明は（部分的に）、筆頭発明者によって開発された、最近特許を許諾されたＣＯ2微粒子化プロセスを利用しており、それは、Ｊａｃｋｓｏｎ  Ｄ．ほかの米国特許第９，２２１，０６７号、米国特許第‘０６７号、「ＣＯ2  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｓｐｒａｙ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」に詳述されている。
【００４３】
図４ａの過飽和ＣＯ2注入装置およびプロセスである米国特許第‘０６７号は、本発明のクローズドシステムＲ７４４ＭＱＣＬ装置およびプロセス向けに、本発明で使用するように修正され適応されている。この改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬ冷凍システムの主要且つ新規の態様は、デュアルスロットルの使用である。（一次または第１の）固定微小キャピラリースロットル（４０）が、過飽和ＣＯ2供給キャピラリー（４４）の下流且つ終端側（４２）に配置されて、スルーポート付きスピンドル（４８）内に配置された同軸圧縮空気混合チューブ（４６）内に中心に固定されている。固定スロットルキャピラリー（４０）は好ましくは、ステンレス鋼またはＰＥＥＫポリマーのセグメントで構築され、２５ミクロン〜０．０１５インチの範囲の内穴径で６〜３６インチの長さである。過飽和ＣＯ2供給キャピラリー（４４）は好ましくは、過飽和ＣＯ2圧力を１０００〜５０００ｐｓｉに維持することが可能な高圧可撓性ＰＥＥＫポリマーで構築され、高圧供給バルブ（図１ｃに図示せず）を備えた上流および例示的‘０６７ＣＯ2生成供給システムを、Ｒ７４４適応型機械加工システム（同様に図示せず）に相互接続するために必要な長さを有し、前記流体過飽和圧力と、固定スロットル（４０）のための流量を維持するのに十分な内穴径を有し、それは、１０００〜５０００ｐｓｉの動作圧力に関して内穴径が０．０２０〜０．０８０インチの範囲であり、また、０．１〜２０ｌｂｓ．ＣＯ2／時の流量を適用可能にする。
【００４４】
従来技術の図１ａで説明した従来型機械式スロットル手段とは非常に異なり、図１ｃの固定スロットル（４０）のクーラント流量（およびクーラント能力）は、上述の例示的‘０６７ＣＯ2生成供給システム（これらは全て図１ｃには図示せず）の上流の過飽和ＣＯ2クーラント供給流体（５０）の圧力を高圧供給バルブで変えることによって調節され、高圧バルブ（５２）を用いて供給キャピラリー（４４）に計量供給される。過飽和液体ＣＯ2（５０）は、供給キャピラリー（５４）の内部に、１０００〜５０００ｐｓｉの好ましい流体圧力範囲および摂氏１０〜２５度の好ましい流体温度で注入されて内部を流れる。米国特許第‘０６７号に記載のように、スロットルキャピラリー過飽和圧力を変えると、クーラント注入率を０．１〜２０ｌｂｓ．ＣＯ2／時に厳密に調節し、それは、スロットルキャピラリーの設計、穴径、構成および長さ、ならびに本明細書に記載の、使用されるＲ７４４冷凍サイクルのタイプに依存している。
【００４５】
図１ｃを再び参照すると、３０〜１５０ｐｓｉの供給圧力、０．５〜１０ｓｃｆｍの流量および摂氏１０〜２５度の温度での圧力調整し温度調整した圧縮空気（５６）が、自動三方バルブ（５８）を通り、中心に配置された過飽和ＣＯ2供給キャピラリー（４４）を含む同軸圧縮空気供給ライン（６０）へと流れる。このように説明した同軸チューブインチューブセグメントは、Ｒ７４４ＭＱＣＬ流体生成供給システム（図示せず）をＲ７４４適応型機械加工システム（図示せず）に接続するのに必要な任意の長さであってよい。圧縮空気は、プリミックス導管またはチューブ（４６）を通ってスピンドル（４８）に進入し、プリミックス導管またはチューブ（４６）は、入口部分に空気流出口穴（６２）を有し、それによって圧縮空気が、プリミックスチューブ（４６）の内部を流下することを可能にするとともに、スピンドルの内面とプリミックスチューブ（４６）の外面の間の外部領域（６４）の外に、またそこを流下することを可能にする。排出口に配置された空気流入口穴（６８）を備えたオプションの伸縮式絶縁導管またはチューブ（６６）も示されている。このように説明した特徴は、中央の低温ＣＯ2−空気プリミックス流体ストリームと、外部のより高温の絶縁空気ストリームの２つの流体ストリームを提供する。
【００４６】
既述のように、図１ｃの主要態様は、以下に説明するように、過飽和ＣＯ2供給キャピラリーに接続された二次調節可能スロットルの使用である。Ｒ７４４冷凍プロセスの段階２中に、放出‐再生圧力（ＲＰ）と呼ばれる所定注入圧力範囲に達したときに、第１のマイクロスロットル（４０）を介した所定量の過飽和および飽和液体（すなわち、濃縮相）ＣＯ2の注入および導入後の、過飽和ＣＯ2供給キャピラリー（４４）内の残存高圧ＣＯ2ガス（すなわち、消費されたクーラント）が、再生またはリターンキャピラリーチューブ（７１）、二方バルブ（７２）および調節可能マイクロ計量バルブ（７４）を経由して上流に逆流（７０）され、上流の圧縮空気（７８）に注入（７６）され混合されて、空気ストリーム（７８）の二次予冷およびＣＯ2ガス濃縮を提供する。二次機械式スロットルバルブ（７４）は好ましくは、自動式でＣＯ2流体再生（または放出）流量を変えることができる精密１８ターンニードルバルブである。最後に、機械加工オペレーションが完了すると、ＣＯ2供給（５４）と空気の流れ（７４）の両方が止められ、ＣＯ2供給キャピラリー（４４）および圧縮空気チューブ（６０）セグメント内に収容されていた全ての残存気体が、それぞれ再生チューブ（７１）、二方バルブ（７２）を通り、調節可能スロットル（７４）、同軸圧縮空気供給チューブ（６０）を通り、常開三方バルブ（５８）から周囲大気（８０）に放出されて、Ｒ７４４ＭＱＣＬシステムを安全に消勢する。
【００４７】
最後に、図１ｃには、潤滑剤注入ポンプ（図示せず）から最小量の潤滑剤添加剤を供給するために圧縮空気供給チューブ（６０）内に収容された潤滑剤注入チューブ（８２）も示されている。潤滑剤チューブの排出端は、空気流出口穴（６２）直前のプリミックスチューブ（４６）内に配置されている。
【００４８】
本発明の第１の実施形態の主要態様をこのように説明してきたが、図１ｄは、本発明の新規且つ改良された動作特性を説明するグラフを示す。
【００４９】
図１ｄは、図１ｃで説明された改良型Ｒ７４４ＭＱＣＬ装置の主要動作特性を描写するグラフである。予冷済みＣＯ2濃縮圧縮空気および油を注入した空気と混合された低温プリミックス流体は、ポート付き切削工具の中に流される。新規の冷凍サイクルを用いて、Ｒ７４４冷凍プロセスはシーケンスで行われて、所謂濃縮相ＣＯ2または濃縮流体（過飽和および飽和液体）および高圧ガスの異なるＣＯ2流体状態を用いて、最適なＣＯ2使用、流体混合および冷却能力を提供する。ここで図１ｄを参照すると、本発明は、３つの別個の冷凍段階−（段階１）ＣＯ2充填（８４）、（段階２）ＣＯ2注入（８６）および（段階３）ＣＯ2放出／再生（８８）を有する冷凍サイクルを用いる。この逐次冷凍サイクル中に、内部スピンドル圧力（９０）は、圧力調整済み圧縮空気を用いて所定圧力および流量に維持される。冷凍サイクルはドエル期間（９２）を含んでよく、それに続いて付加的な冷凍サイクル（９６）を適宜設けて機械加工プロセスのための所定冷却−潤滑条件を維持してもよい。このように説明した改良型Ｒ７４４冷凍プロセスは、従来技術と比較して経時的に格段に低い内部圧力および温度変動（９８）を示す。
【００５０】
本発明の第１の実施形態の主要な態様ならびに本発明の新規且つ改良された動作特性をこのように説明してきたが、以下ではＲ７４４冷凍サイクルの主要な態様を詳述する。
【００５１】
図２を参照し、また、図１ｃも参照すると、本発明は、以下に説明するように、３つの段階‐段階１：充填（１００）、段階２：注入（１０２）および段階３：放出（１０４）または再生（１０６）を備えた新規のデュアルスロットル、混合流体およびオープンサイクルＲ７４４冷凍サイクルを利用する。段階１（１００）中に、飽和および過飽和（濃縮相）ＣＯ2が、所定充填時間（ＣＴ）（１１０）にわたって１０００〜５０００ｐｓｉの所定充填圧力（ＣＰ）（１０８）にＣＯ2供給キャピラリー（図１ｃ（４４））に注入されて、冷凍システムに所定量のＲ７４４冷媒を充填し、それが内部冷凍プロセスを開始する。段階２（１０２）中に、充填流体（図１ｃ（５４））は、固定スロットル（図１ｃ（４０））を通して圧力勾配下でプリミックスチューブ（図１ｃ（４６））に注入され、その間に、濃縮相ＣＯ2（過飽和ＣＯ2から飽和ＣＯ2、蒸気ＣＯ2へと経時遷移する）は、微小ＣＯ2粒子／ガスへと微粒子化されて、等圧圧縮空気条件下で内部推進体気流の一部分に乱流混合されて、サブクール状態のプリミックス流体（ＣＯ2‐空気（油））を形成し、それは圧縮空気（および潤滑剤添加剤）の第２の部分と乱流混合される。最後に、段階３中に、ＣＯ2供給キャピラリー（図１ｃ（４４））内に残っている残存高圧ＣＯ2ガスが、再生キャピラリー（図１ｃ（７１）、二方再生バルブ（図１ｃ（７２））および調節可能スロットル（図１ｃ（７４））を介して上流圧縮空気ストリーム（図１ｃ（７８））に再生（１０６）される。Ｒ７４４冷凍機の冷凍能力の大部分は、第１の固定マイクロスロットル（図１ｃ（４０））を用いて蒸発および昇華の熱によって供給される。しかしながら、冷凍サイクルの段階２（１０２）の終了時には、残存高圧ＣＯ2ガスは付加的なジュールトムソン（ＪＴ）膨張冷却およびＩＲ吸収冷却能力を提供する。残存高圧ＣＯ2ガスは、圧縮空気のための有用なクーラントであり、大きいＪＴ係数（圧縮空気の５倍大きい）および放射冷却能力で上流圧縮空気を濃縮する（圧縮空気はＩＲ熱を吸収しない）。注入サイクル（１０２）中にＣＯ2供給キャピラリー（図１ｃ（４４））内の内部クーラント圧力が７５０ｐｓｉ未満に低下するにつれ、冷却効率は、第１の固定マイクロスロットル（図１ｃ（４０））を用いた注入時間に関連するため、冷却効率にかなりの損失がある。そのため、ＣＯ2クーラント注入中に注入時間（１１２）は最適化されて、注入圧力は初期充填圧力（１０８）から放出再生圧力（ＲＰ）（１１４）に減少する。所定ＲＰ（１１４）に基づいて、消費されたクーラントは、４００〜７５０ｐｓｉのＲＰ圧力から、３０〜１５０ｐｓｉの圧縮空気圧力（ＡＰ）に、上流圧縮空気供給ストリーム（図１ｃ（７６））へと再生（１０６）され、下流の改良された放射冷却のためのＪＴ膨張予冷およびＣＯ2ガス濃縮を提供する。Ｒ７４４冷凍プロセスが終了（すなわち、機械加工オペレーションが完了）すると、残存ＣＯ2クーラントおよび圧縮空気は、図１ｃで説明した三方再生バルブ（図１ｃ（７２））を介して雰囲気（図１ｃ（８０））に放出（１０４）される。
【００５２】
段階１（１００）、段階２（１０２）および段階３（１０６）を含む完全Ｒ７４４冷凍サイクル（ＲＣ）が完了すると、サイクル間ドエルタイム（ＤＴ）（１１６）がある。ＤＴ（１１６）は、０秒（すなわち、段階１の即時再生と再開）〜６０秒以上（すなわち、即時再生と遅延再開、または遅延再生と再開）の範囲である。最後に、一度の機械加工オペレーション中にＲＣが１つ以上のサイクル（１１８）で繰り返されてよい。特定の機械加工オペレーションのための冷却能力を最適化するために種々の冷凍サイクルが実施され得る。
【００５３】
ここで図３を参照すると、図２で説明された改良型Ｒ７４４冷凍プロセスの主要動作態様は、２つのスロットルの使用であり、空気圧式に調節可能であってスピンドル内の空気流れの部分に濃縮相ＣＯ2（過飽和および飽和ＣＯ2）の厳密な注入を提供するように空気圧式に調節可能なマイクロキャピラリーを備えた第１の空気圧調節式スロットル（１２０）と、それに続く、消費済みクーラント（高圧ＣＯ2ガス）の、例示的Ｒ７４４冷凍機への（または放出中の雰囲気への）上流圧縮空気供給への比較的高速の再生（または放出）を提供する、第２の機械調節式スロットル（１２２）がある。
【００５４】
本発明における２つのスロットルを使用することの基本は、１つの長い単一冷凍サイクルにわたるキャピラリー圧力とプリミックス流体温度の変化を観察することによって最もよく説明され、それはそれぞれ図４ａおよび図４ｂで説明される。ここで図４ａを参照すると、０．００８インチ×１６インチＰＥＥＫマイクロキャピラリーと、１０ターン（０．０３０インチオリフィス）に設定された１８ターンマイクロ計量バルブ（Ｍｉ１１ｉ‐Ｍｉｔｅ  １３００シリーズ、０．０４７インチオリフィス、０．００３インチ／ターン）を備えた空気圧動作式注入スロットルが、７５ｐｓｉの内部圧縮空気圧力および約１ｓｃｆｍの流量で動作しているスピンドルプリミックスチューブ（図１ｃ（４６））に、スルーポート付き０．３７５インチ炭化物穿孔工具を介して濃縮相ＣＯ2を充填、注入および再生するために使用される。冷凍パラメータは、１５００ｐｓｉの充填圧力（ＣＰ）、２３０秒の注入時間（ＩＴ）および５００ｐｓｉの再生圧力（ＲＰ）を含む。
【００５５】
段階１の、供給キャピラリーの１５００ｐｓｉのＣＰへの充填（１３０）に続いて、過飽和ＣＯ2がプリミックスチューブ（図１ｃ（４６））に注入されて（１３２）、２３０秒のＩＴにわたり進入圧縮空気の一部分と混合される。約３０秒で、過飽和ＣＯ2の注入が、約８５０ｐｓｉの飽和ＣＯ2注入に変わり（１３４）、それは、約６０秒にわたって蒸気−液体飽和ラインに沿って続き、それに続いて、飽和ＣＯ2は、約７５０ｐｓｉでの高圧ＣＯ2蒸気に変わり（１３６）、それにより、キャピラリー圧力は、残存注入時間にわたり漸次減少する（１３８）。約２３０秒で、供給キャピラリーチューブに収容されていた残存ＣＯ2ガス（１４０）は、５００ｐｓｉの開始圧力から７５ｐｓｉの圧縮空気圧力へと、上流圧縮空気供給に急速に再生される。
【００５６】
図４ａで説明した冷凍サイクルのプリミックス流体温度プロファイルが図４ｂに示されている。ここで図４ｂを参照すると、図４ａの冷凍サイクルを用いる冷凍能力の大部分は、過飽和ＣＯ2の最初の３０秒の注入中にもたらされ、それに続いて、飽和ＣＯ2を用いて９０秒の印（１４４）まで冷却能力が減少し、さらにその後はＣＯ2ガス膨張冷却が低くなる（１４６）。見て取れるように、充填に続いて冷凍能力の大部分は最初の３０秒から９０秒の間に提供される。この特定の単一冷凍サイクルおよび動作パラメータに関して、この時点以降に冷凍プロセスを繰り返しても非効率的である。より効率的な冷凍サイクルは、消費済みＣＯ2クーラントの、濃縮相ＣＯ2注入圧力の終盤付近での上流圧縮空気への急速再生を包含し、それに続く、ドエルタイム有りまたは無しでの冷凍サイクルの再開を含む。より短くより頻繁な注入サイクルは、機械加工オペレーション中に最も効率良く厳密な温度制御を提供する。
【００５７】
図４ｃは、ＣＯ2の三重点圧力の上または下である空気圧力で、本発明で使用されるＲ７４４ＭＱＣＬ冷凍サイクルによって提供される異なる冷却メカニズムを示すグラフである。ＣＯ2の三重点圧力（７５ｐｓｉ、５．１ａｔｍ）の上の圧縮空気圧力はドライアイス粒子の形成を抑止する傾向があるのに対し、この点より低い圧縮空気圧力はドライアイス粒子の形成を助長する傾向にある。ここで図４ｃを参照すると、過飽和ＣＯ2（１５２）に圧縮された飽和ＣＯ2（１５０）は、空気圧式にスロットル制御され（１５４）、圧縮空気の一部分に注入（１５６）されて、１００ｐｓｉの空気圧力の低温プリミックス流体を形成する（１５８）。これらの条件下では、濃縮相ＣＯ2は注入中に沸騰して圧縮空気の蒸発性冷却を提供する。対照的に、過飽和ＣＯ2（１５２）が、三重点圧力より下である５０ｐｓｉの圧力（１６２）で圧縮空気に注入された（１６０）場合、蒸発と昇華冷却の両方がもたらされる。これらの差異の実用的側面は、より低い圧縮空気圧力（および流量）はより低いプリミックス流体温度をもたらす傾向があるということである。いずれの場合にも、ＪＴガス膨張冷却（１６４）がもたらされる。最後に、本発明の混合冷却液組成物は、機械加工オペレーションのために対流および放射冷却（１６６）の両方を提供する。
【００５８】
本発明を用いて、異なる冷凍サイクルを用いる異なる冷却能力が生成され得る。図５は、異なるタイプの冷凍サイクルを示す図である。図５を参照すると、例示的冷凍サイクルは以下を含む。
１．低頻度サイクル（１７０）
２．中間頻度サイクル（１７２）
３．高頻度サイクル（１７４）
４．連続サイクル（１７６）
【００５９】
所与の機械加工オペレーション（１７８）について、切削工具ポート穴径（１８０）と最適な冷凍サイクルの間に一般的関係性が存在する。より低頻度の冷凍サイクルは、小型クーラントポートを備えた小型切削工具にうまく作用し、より高頻度または連続冷凍サイクルは、より大きい切削工具およびクーラントポートにうまく作用する。例えば、連続注入サイクル（すなわち、最大冷却力）は一般的に小型切削工具ポート穴径には有用でないが、それは、これが過剰な冷却能力をもたらす可能性があり、その結果、氷結（ＣＯ2／水氷形成）、添加剤ゲル化、および／またはスピンドル過圧力状態（内部スピンドル工具キャビティ圧力が進入推進体空気圧力より上に上昇する）の可能性を招き得るからである。しかしながら、より小型の固定スロットル、およびより低い充填圧力を使用することで、これらの問題を軽減できる。
【００６０】
例示的冷凍サイクルが、例示的冷凍サイクル（ＲＣ）に関して提供される計算された冷却能力とともに図６ａおよび６ｂに示されている。図６ａは低頻度冷凍サイクルを示し、０．００８インチ穴径×１６インチ長さスロットルを用い、１５００ｐｓｉの充填圧力（ＣＰ）（１９０）、６０秒の注入時間（ＩＴ）（１９２）、６０秒のドエルタイム（ＤＴ）（１９４）で動作して、約３００ＢＴＵ／時の冷却能力を提供している。図６ｂは高頻度冷凍サイクルを示し、０．００８インチ穴径×１６インチ長さスロットルを用い、１５００ｐｓｉのＣＰ（１９６）、３０秒のＩＴ（１９８）、ドエルタイム（ＤＴ）なし（２００）で動作して、約１４００ＢＴＵ／時の冷却能力を提供している。
【００６１】
ドエルタイム（ＤＴ）、注入スロットル穴径（および長さ）および充填圧力（ＣＰ）は、本発明のＲ７４４冷凍システムの冷却能力に著しい影響を及ぼす。ドエルタイムは、一期間中の冷却の、また一期間中の非冷却のデューティサイクルに関して最も良く理解される。デューティサイクルは本明細書では、機械加工プロセス中の時間冷却のパーセンテージとして定義される。図７ａおよび図７ｂは、それぞれ、０．００８インチ×１６インチ長さおよび０．０１５インチ×１２インチ長さキャピラリースロットルに関する、充填圧力（ＣＰ）と、６％（パルスサイクル）〜１００%（連続サイクル）の範囲のデューティサイクルに関して可能な冷却能力の範囲を示す。
【００６２】
図７ａを参照すると、０．００８インチスロットルは、それぞれ、１１００ｐｓｉ（２２４）〜１７００ｐｓｉ（２２６）の充填圧力および６％（２２８）〜１００%（２３０）のデューティサイクルに関して１５０ＢＴＵ／時（２２０）〜１５００ＢＴＵ／時（２２２）のＲ７４４冷凍能力をもたらす。図７ｂを参照すると、０．０１５インチスロットルは、それぞれ、１１００ｐｓｉ（２３６）〜１７００ｐｓｉ（２３８）の充填圧力および６％（２４０）〜１００％（２４２）のデューティサイクルに関して２００ＢＴＵ／時（２３２）〜３０００ＢＴＵ／時（２３４）のＲ７４４冷凍能力をもたらす。
【００６３】
最適な冷凍サイクルは実験的に決定され、以下を含む、いくつかの主要且つ相関した機械加工プロセス変数の組み合わせに依存している。
１．ワークピースのタイプ（複数可）（すなわち、Ｔｉ、ＣＦＲＰ、Ａｌおよび積み重ね構成）
２．スピンドル‐工具ポート穴径（システムフロースルー能力）
３．機械加工速度、供給量および切削深さ
４．切削工具幾何形状およびコーティング（すなわち、コーティング無しＷＣ、ＰＣＤ、ＴｉＮおよびＴｉＡｌＮ）
５．機械加工プロセス（すなわち、穿孔、ミリング、回転）
６．機械加工時間
７．雰囲気（すなわち、ドライ、ニアドライ、酸素化のレベル）。
【００６４】
これらの因子は、必要な冷却能力、最適な冷凍プロファイルおよび冷却潤滑組成に影響し、これら全ては、関連するスピンドル−工具フロースルー能力、ワークピース（複数可）のタイプおよび可変熱負荷によって拘束される。
【００６５】
本発明の第１の実施形態の主要な態様をこのように説明してきたが、以下は、例示的設計の例示的Ｒ７４４冷凍プロセスの使用法、およびその機械加工アプリケーションの詳細な説明である。
【００６６】
図８ａは、ポータブル穿孔機に適応された本発明の例示的Ｒ７４４冷凍冷却潤滑システムの主要サブシステムの模式図である。図８ａを参照すると、本発明の例示的使用法はポータブル穿孔機にあり、Ｒ７４４ＭＱＣＬ適応型システムは、Ｒ７４４冷凍流体生成器および制御システム（２５０）と、Ｒ７４４冷凍機‐アプリケータシステム（２５２）と、ドリルモータスピンドル‐工具システム（２５４）を備えている。本発明で使用するのに適した例示的ポータブル穿孔機（すなわち、Ｑｕａｃｋｅｎｂｕｓｈ  ａｎｄ  Ｒｅｃｏｕｌｅｓ  ｓｙｓｔｅｍｓ）は、南カリフォルニア州レキシントンのＡＰＥＸ  Ｔｏｏｌ  Ｇｒｏｕｐから入手可能である。
【００６７】
図８ｂは、図８ａのＲ７４４ＭＱＣＬ適応型機械加工システムの付加的な例示的態様を提供する。図８ｂを参照すると、例示的Ｒ７４４冷凍流体生成器および制御システム（図８ａ（２５０））は、ＣＯ2供給チューブ（２６２）を介して供給される過飽和ＣＯ2（２６０）の供給と、圧縮空気の供給（２６４）と、潤滑剤添加剤の供給（２６６）を含む。例示的Ｒ７４４冷凍流体生成器および制御システムはさらに、機械調節式スロットル（２７０）およびＣＯ2‐空気流体放出配管回路（２７２）が装備されたＣＯ2流体再生配管回路（２６８）を備えている。例示的Ｒ７４４冷凍機‐アプリケータシステム（図８ａ（２５２））は、前記ＣＯ2キャピラリー供給チューブ（２６２）、潤滑剤添加剤チューブ（２６６）および圧縮空気を収容する圧縮空気チューブ（２６４）を受容するための回転継手（２７４）を備えている。スピンドルアダプタ（２７６）は、回転継手（２７４）、穴開きプリミックスチューブ（２７８）、固定スロットル（２８０）およびオプションの伸縮式（可動）プリミックスチューブ導管（２８２）を例示的ドリルモータスピンドル‐工具システム（図８ａ、（２５４））に一体化する。最後に、例示的ドリルモータスピンドル‐工具システム（図８ａ、（２５４））は、スルーポート付きスピンドル（２８４）と切削工具（２８６）を備えている。図８ｂには、スピンドル（２８４）に取り付けられる駆動モータは図示していない。
【００６８】
図９は、例示的Ｒ７４４冷凍機‐アプリケータシステム（図８ａ（２５２））、および特に、注入器、プリミックスチューブおよびオプションの伸縮式プリミックスチューブスリーブを示す模式図であり、これらは全て例示的ドリルモータスピンドル‐工具システム（図８ａ、（２５４））内に配置されている。ここで図９を参照すると、Ｒ７４４冷凍機‐アプリケータシステムの例示的態様は、中心に配置され穴開きプリミックスチューブまたは導管（２９２）に固定されたマイクロキャピラリースロットル（２９０）を備え、これらは両方ともスピンドルアダプタ（２９５）を用いて回転継手（２９４）に固定されており、その組み合わせを本明細書ではＲ７４４冷凍機‐アプリケータと呼ぶ。回転継手（２９４）は、スピンドルアダプタ（図示せず）を用いて機械加工スピンドル（２９６）に固定されている。スルーポート付き切削工具（３００）は機械加工スピンドル（２９６）に固定されている。オプションで伸縮式導管（３０２）があり、それは穴開きプリミックスチューブ（２９２）の上で移動可能であり、穿孔オペレーション中にスピンドルが切削工具とともに移動するにつれてプリミックス導管（２９２）の体積を拡張し伸張させる。
【００６９】
例示的Ｒ７４４冷凍機‐アプリケータの例示的主要態様を説明してきたが、以下は、混合流体の導入、流れおよび混合パターンの説明である。
【００７０】
再び図９を参照すると、ＣＯ2供給キャピラリーチューブ（３０６）を収容する圧縮空気供給チューブ（３０４）が回転継手（２９４）およびマイクロキャピラリースロットル（２９０）に固定されて、圧縮空気（３０８）と過飽和ＣＯ2（３１０）それぞれをＲ７４４冷凍‐アプリケータに供給する。圧縮空気は、プリミックス導管（２９２）の内部（３１２）を流下するとともに、穴（３１４）からプレミックス導管を出て、スピンドルの内面とプリミックス導管（２９２）の外面の間の空間（３１６）を流下する。圧縮空気（３１２）と濃縮相ＣＯ2（３１８）はプリミックス導管（２９２）内で混合して低温プリミックス流体ストリーム（３２０）を形成する。プリミックス導管（２９２）の外部に沿って流れた（３２２）圧縮空気は、伸縮式導管（３０２）上の穴（３２４）から進入して、低温プリミックス流体（３２０）と混合して、切削工具（３００）への進入および通過の前に冷却液を形成し、次に、切削ゾーン（３２６）に進入する。潤滑剤注入チューブ（３２８）は、プリミックスチューブ穴（３１４）の前のプリミックス導管（２９２）への入口に配置されている。潤滑された圧縮空気は、無潤滑圧縮空気流れに関して説明したように二軸で流れる。内部流ストリーム（３１２）と外部流ストリーム（３１６）に相対する、圧縮空気（または潤滑された圧縮空気）の２つの別個の部分の移動は、高圧濃縮相ＣＯ2（３１８）の、より低圧の圧縮空気（３０８）への注入中に内部混合気体圧力を均衡させて、スピンドル（２９６）の内部表面を、低温プリミックス流体（３２０）から熱的に絶縁する。
【００７１】
図１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、例示的穴開きプリミックスチューブを通る圧縮空気の流れと、図９で説明したオプションの伸縮式プリミックスチューブスリーブアセンブリの運動を示す模式図である。その排出端部に沿って複数の穴を含む伸縮式スリーブは、好ましくは、テフロンなどのポリマーチューブで構築されて、プリミックスチューブ（３３２）およびスピンドル（３３９）表面に対する低摩擦と、良好な熱絶縁特性を提供する。図１０ａを参照すると、圧縮空気（３３０）はプリミックス導管（３３２）に入って内部（３３３）および穴（３３４）を通って流れる。外部領域（３３６）に沿って流れる圧縮空気は、スピンドル（３３９）に相対して移動する伸縮式導管（３３９）に力を及ぼす。図１０ｂおよび１０ｃを参照すると、伸縮式導管またはスリーブ（３３７）は、一定の圧縮空気アシスト（３３８）でスピンドル（３３９）とともに前方に移動する。スピンドルが後方に移動するにつれ、伸縮式スリーブは、その元位置へと後方に押し戻される。代替的に、スプリングテンショナー（図示せず）を用いて、スピンドル（３３９）の運動中に伸縮式導管（３３７）に機械的力（および抵抗）を提供してもよい。
【００７２】
図１１は、例示的Ｒ７４４冷凍流体生成器および制御システム（図８ａ（２５０））の模式図である。図１１を参照すると、過飽和ＣＯ2（４００）、圧力調整済み圧縮空気（４０２）および液体潤滑剤（４０４）を含む混合流体は個々に計量され、混合されて、以下に説明するように例示的Ｒ７４４冷凍‐アプリケータ（４０６）（図９）を用いて切削オペレーションに適用される。
【００７３】
過飽和ＣＯ2（４００）は、０．９ｇ／ｍｌ（約８５０ｐｓｉ／華氏７０度）未満から、０．９ｇ／ｍｌを超える（華氏７０度で約１０００ｐｓｉまたはそれ以上）の密度までの液体密度を有する飽和液体ＣＯ2（４０８）を、ポンプ空気バルブ（４１２）を通じて、また、デジタル制御または手動制御ポンプ空気圧力レギュレータ（４１４）によって供給された圧縮空気を用いて制御される空気圧コンプレッサ（４１０）を用いて圧縮することによって生成され、過飽和ＣＯ2格納容器（４１６）に格納される。圧力リリーフバルブ（４１８）は、例えば、５０００ｐｓｉの最大プリセットリリーフ圧に達すると、過飽和ＣＯ2を供給源（図示せず）に戻して再生する。過飽和ＣＯ2充填システム（４２０）ならびに図９（２９０）で説明されたマイクロキャピラリースロットルデバイスは、筆頭発明者によって開発された、図４ａの米国特許第‘０６７号から本発明での使用に適応されている。過飽和ＣＯ2は高圧二方ＣＯ2バルブ（４２２）を介して空気圧的に計量供給されて、例示的Ｒ７４４冷凍‐アプリケータ（４０６）に包囲されたマイクロキャピラリースロットル（図９（２９０））に流体的に接続された高圧ＣＯ2キャピラリー供給チューブ（４２４）に空気圧的に計量供給される。濃縮相ＣＯ2でのキャピラリー供給チューブ（４２４）の、所定ＣＰまでの、且つ所定ＣＴにわたる充填の後で、二方ＣＯ2供給バルブ（４２２）が閉じられて、前記マイクロキャピラリースロットルを通した所定ＲＰまでの所定量の濃縮相ＣＯ2の引き続いた注入を可能にし、それに引き続いて残存高圧ＣＯ2ガスが、二方再生バルブ（４２８）を介して、および調節可能な１８ターンスロットルバルブ（４３０）を介して上流の圧縮空気の供給へと再生される（４２６）。
【００７４】
圧力調整済み圧縮空気（４０２）は、ＣＯ2キャピラリー供給チューブ（４２４）および潤滑剤供給チューブ（４３６）の両方を同軸に収容する圧縮空気供給チューブ（４３４）を介してＲ７４４冷凍‐アプリケータ（４０６）に流体接続された三方圧縮空気（および放出）バルブ（４３２）に計量供給される。空気圧力リリーフバルブ（４３８）は、前記圧縮空気供給チューブ（４３４）に流体接続され、Ｒ７４４冷凍‐アプリケータ（４０６）内の任意の予期せぬ内部過圧力条件中での、予め設定された過圧力制限排出空気（およびＣＯ2ガス圧力）に基づいている。
【００７５】
最後に、液体潤滑剤添加剤（４４０）は、前記Ｒ７４４冷凍‐アプリケータ（４０６）に流体接続された前記液体潤滑剤供給チューブ（４３６）に流体接続されたマイクロ計量ポンプ（４４２）を用いて計量供給される。
【００７６】
図１１の装置は好ましくは、本明細書に記載の１つ以上の冷凍プロセスを実行するのに必要なプログラミングとアナログ／デジタル入／出力を提供するプロセスロジックコントローラ（ＰＬＣ）を使用して制御される。例えば、ＰＬＣ（４４４）および充填圧力スイッチ／センサ（４４６）が、電子制御回路（４４８）を介して二方ＣＯ2供給バルブ（４２２）を動作させることによって、また電子制御回路（４５０）を介してＣＯ2再生バルブ（４２８）を動作させることによって過飽和ＣＯ2の注入を操作するために使用される。その上、ＰＬＣ（４４４）は、デジタル制御式ポンプ空気圧力レギュレータ（４１４）を制御することによって、過飽和ＣＯ2充填システム（４２０）および要求されるＣＰを直接制御してもよい。さらに、ＰＬＣ（４４４）および空気圧力スイッチ／センサ（４５２）は、電子回路（４５８）を介して三方圧縮空気供給（および放出）バルブ（４３２）を動作させることによって圧縮空気流れ（４５４）およびＣＯ2−空気流体放出（４５６）を制御するために使用されてよい。最後に、電子回路（４６０）によって潤滑剤マイクロ計量ポンプ（４４２）を直接制御するためにＰＬＣ（４４４）が使用される。
【００７７】
最後に、本発明の他の重要な態様は、Ｒ７４４ＭＱＣＬプロセスが異なる機械加工プロセスおよび基板に適応するということである。このように説明したＰＬＣスキームを使用することは、例えば切削力または切削速度変更等の機械加工条件における変化に関する機械加工工具／システムからのリアルタイム入力を提供する。例えば、米国特許第８，２７７，１５４号および第８，３１７，４３７号に記載の適応型機械加工技術は、切削速度、供給量および機械加工される基板のタイプに関する切削力測定（すなわち、トルク）データを提供する。そのようなデータは、機械加工工具条件に行われる変更と同時に、Ｒ７４４ＭＱＣＬ条件をより最適な所定の冷却‐潤滑条件に変更するために使用され得る。
【００７８】
本発明の例示的Ｒ７４４ＭＱＣＬ装置、プロセスおよびオペレーションについて説明してきたが、以下は、本発明の第２の実施形態で使用する超展着潤滑剤組成を含む本発明の第２の実施形態の態様を説明する。
【００７９】
図１２ａは、粘度および表面張力の増加を伴うシステム流体温度と、従来型（非希釈または純）潤滑剤のゲル化点との関係を示すグラフである。図１２ａを参照すると、従来技術を用いた潤滑剤添加剤閉塞の問題は、Ｒ７４４ＭＱＣＬ内部システム温度が、純潤滑剤または潤滑剤組成の固化点またはゲル化点まで降下することによって引き起こされる。Ｒ７４４冷却プロセス中に、内部混合流体ＣＯ2‐空気‐油雰囲気の温度（５００）は突然低下して、潤滑構成要素の表面張力（５０２）および粘度（５０４）の両方を、ゲル化点（５０６）に達するまで増加させ、そこで、内部スピンドル表面上またはクーラントポート通路内で固化する。
【００８０】
この問題を解決するための１つの手法は、格段に低いゲル化点の潤滑剤を使用することである。しかしながら、これらのタイプの潤滑剤は合成、半合成またはシリコーンベースの油であることが多く、それは、パフォーマンス、環境、製造およびコスト考慮の組み合わせにより、ＭＱＬまたはＭＱＣＬアプリケーションでの使用に必ずしも適切または容認されていない。バイオベースの潤滑剤はそれらの卓越した環境、安全性および潤滑特性によって、特に金属切削アプリケーションにおいて、また、最小量で使用された場合に非常に魅力的である。しかしながら、Ｒ７４４ＭＱＣＬアプリケーションにバイオベースの潤滑剤を使用することの主な欠点は、特に、本発明を使用した場合に達成可能な非常に低温での、それらの非常に高いゲル化点である。
【００８１】
Ｒ７４４ＭＱＣＬのパフォーマンスを改善するために本発明人らによって選択された技術的解決策は、２つの相補性構成要素を含む。本明細書で既に詳述したように、第１の構成要素（第１の実施形態）は、ドライアイス形成と、ＣＯ2を帯びた油凝集の形成を軽減するための改良型Ｒ７４４冷凍プロセスおよび装置である。使用される好ましいバイオベースの潤滑剤添加剤の見掛けゲル化点の低下を包含する相補的解決策（第２の実施形態）が開発され、以下の節で説明される。
【００８２】
図１２ｂは、低ゲル化点潤滑剤の必要条件を示すグラフである。図１２ｂを参照すると、Ｒ７４４冷却プロセス中に、内部混合流体ＣＯ2‐空気−油雰囲気の温度（５００）は周囲圧縮空気温度から、摂氏−３０度の低さまで突然減少する。適切なキャリア溶媒で溶媒和された潤滑剤は、両方とも低く両方ともより低い見掛け表面張力（５０８）および粘度（５１０）を保有し、その結果、そのゲル化点（５１２）は顕著に低くなり、それがより低い動作温度での固化を防止する。この手法を用いて、好ましくはバイオベースである潤滑剤または潤滑剤組成物は、非常に低融点を有するキャリア溶媒に微量溶質として溶解され、好ましくは、高揮発性および不燃性などのいくつかの他の重要な性能特性を有する環境配慮型溶媒に溶解される。
【００８３】
本発明で使用する適切な潤滑剤キャリア溶媒は好ましくは、表１に列挙された性能特性を全て保有する。
【００８４】
【表１】
2021506600.tif 000003
【００８５】
いくつかの環境適応型溶媒が、１０％（ｖ：ｖ）油添加剤レベルでの、Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４と呼ばれる業界標準バイオベースの潤滑剤（オレイルおよびセチルアルコールブレンド）のための潜在的低温潤滑剤キャリア溶媒として評価された。一連の試験の融点および溶解性パラメータが表２に示されている。表２に示すように、調査された溶媒は、イソプロピルアルコール、アセトン、炭酸プロピレンおよびｄ‐リモネンを含んだ。本発明を用いた流体注入、混合および表面成膜評価中に、全ての溶媒候補は良好な低温作用能力（すなわち、軽減されたＣＯ2氷結の問題）を提示したが、各溶媒は、種々の度合いの油溶解性と他の望ましくない性能特性を提示した。炭酸プロピレン、不燃性溶媒およびイソプロピルアルコール、可燃性溶媒は、劣った油溶解性を提示した。さらに、炭酸プロピレンは室温での表面成膜では揮発せず、イソプロピルアルコールはスプレー試験中に強力且つ特徴的なアルコール臭を生じさせた。可燃性溶媒、リモネンは、類似した溶解性パラメータに基づいて予測されたようにすべての比率において試験油を非常に良く可溶化したが、顕著に柑橘様臭を発し、表面成膜しても素早く蒸発することはなかった。高可燃性溶媒、アセトンは、試験グループにおいて最高の総合パフォーマンスを提示したが、強烈且つ特徴的なケトン臭も生じさせた。要約すると、表２で試験された溶媒は、表１に列挙された好ましい性能特性のうちいくつかを提示したが全ては提示しなかった。
【００８６】
【表２】
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【００８７】
シリコンベースの溶媒でのさらなる調査および実験中に、揮発性メチルシロキサン（ＶＭＳ）および特にデカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５）と呼ばれる環状ＶＭＳが、表１の好ましい性能特性の全てを独自に提供することが発見された。最も重要且つ予期せぬことに、極性バイオベースの潤滑剤（溶質）、例えばＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４を微量含有する無極性Ｄ５（溶媒）が、本発明に非常に有益である独自且つ新規の主要性能特性−超展着挙動をもたらすことが発見された。それぞれ９５：５（ｖ：ｖ）〜５０：５０（ｖ：ｖ）の範囲の種々の組成のＤ５およびＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）潤滑剤が試験された。被検組成の全ては金属およびポリマー表面の両方に超展着し、それぞれ、Ｄ５キャリア溶媒内にＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）溶質の濃度が増加すると、Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）潤滑膜の膜厚が増加して成膜された。表面上へのこの急速な質量転移現象は、顕著な溶媒‐溶質表面張力勾配、所謂溶質キャピラリー（ｓｏｌｕｔｏｃａｐｉｌｌａｒｙ）またはマランゴニ効果の存在によるものと推定される。超展着挙動は、極性アルミニウムおよび無極性炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）表面両方で、本発明の例示的組成について観察されている。本実施形態は、施用中に有意に増加した（また調節可能な）潤滑表面積を伴う非常に低温の作用が可能なＲ７４４ＭＱＣＬ組成物を提供する。例えば、より希薄なＤ５‐Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）処方で、より大きな表面積が発生することが観察されている。
【００８８】
例示的超展着組成が付随する本発明の例示的Ｒ７４４冷凍システムとＩＲ加熱ランプを用いて実験を実施し、例示的製造表面への混合、施用、展着および蒸発性効果をシミュレートした。Ｄ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）５０：５０（ｖ：ｖ）を含むＲ７４４ＭＱＣＬ組成物が、加熱および非加熱ＣＦＲＰ表面およびアルミニウム表面にスプレーされた。Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）溶質を含有するＤ５キャリア溶媒は、Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）溶質の相分離または目に見えるゲル化なしで低温ＣＯ2流体混合および施用プロセス中に保持された。混合物は、試験表面への施用後直ちに展着し始める。Ｄ５は、超展着がＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）潤滑剤の薄膜を残した後で混合物から蒸発する。超展着（およびＤ５蒸発）率はＩＲ加熱とともに増加し、切削ゾーンに存在する状態をシミュレートしている。
【００８９】
図１２ｃは、ＶＭＳ（Ｄ５）およびＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４組成物の範囲の表面張力および粘度計算値を示すグラフである。図１２ｃを参照すると、ｌ００％Ｄ５（Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）溶質なし）から１００％Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）（Ｄ５溶媒なし）の範囲のＤ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４組成物に関する表面張力（センチポイズ、ｃｐｓ）および粘度（ダイン／ｃｍ）計算値が表にされて（５１４）プロットされた。図１２ｃに示すように、９５：５（ｖ：ｖ）Ｄ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）組成（５１６）では、非希釈Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）の粘度（５１８）は２８ｃｐｓから５ｃｐｓの見掛け粘度に減少、または、８２％減少した（５２０）。同様に、非希釈Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）の表面張力（５２２）は、３５ダイン／ｃｍから１８ダイン／ｃｍの見掛け表面張力に減少、または４６％減少した（５２４）。
【００９０】
本発明の例示的処方は、典型的に従来型ＭＱＬエアロゾルに使用される潤滑油を微量のみ用いており、５０〜１５０ｍｌ油／時の従来型ＭＱＬ使用量レベルと比べて、１〜２５ｍｌ油／時の間の格段に低い潤滑剤使用量レベルを可能にする。好ましい高沸点および不揮発性極性潤滑剤は、例えば例示的標準流体Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４で使用されるオレイルおよびセチルアルコールなどのアルコールならびにオレイン酸などのバイオエステルを含む。しかしながら、合成油および鉱物油、またそれらのブレンドなどの他の潤滑溶質も本発明で使用されてよい。
【００９１】
重要なことに、新規の組成（およびＲ７４４流体システム内でのその混合方法）は、低温防氷（凍結防止）混合物として挙動し、それが本明細書に記載のＣＯ2粒子および流体膨張冷却および混合プロセス中にＣＯ2粒子累積および潤滑剤ゲル化を軽減する。さらに、環状ＶＭＳキャリア溶媒は潤滑添加剤の表面張力と粘度を有意に低減し、それが、低温条件下でのそれらの流れ特性を改善する。成膜中にＶＭＳ溶媒キャリアが潤滑剤添加剤から分離（蒸発）するにつれ、潤滑剤添加剤の表面張力と粘度が増加してそれらの元のレベルに戻り、それは切削オペレーションの、より高温度および摩擦低減性能要求に組成物を適応させる。さらに、本発明の好ましい環状ＶＭＳキャリア溶媒は、非常に低い蒸発潜熱を保持し、それが、切削ゾーンへの移送中の組成物からの蒸発時の潤滑剤（複数可）の過剰な冷却とゲル化を防止する。最後に、潤滑性レベル（および薄膜厚さ）の範囲は、特定の機械加工アプリケーションの必要に応じて調整され得る。
【００９２】
本発明で使用されるＣＯ2（クーラントガス）、ＶＭＳ（Ｄ５‐キャリア溶媒）および潤滑剤（Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４潤滑剤溶質）を含む例示的化合物および混合物の高相溶性は、表３に示される、それらの顕著に類似した溶解性パラメータによるものである。
【００９３】
【表３】
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【００９４】
参考文献：
Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ａｎｄ  ｏｔｈｅｒ  Ｃｏｈｅｓｉｏｎ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，Ｆｉｒｓｔ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ａ．Ｆ．Ｂａｒｔｏｎ
Ｈａｎｓｅｎ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ：Ａ  Ｕｓｅｒ’ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｃ．Ｍ．Ｈａｎｓｅｎ
【００９５】
環状ＶＭＳキャリア溶媒の別の有益な特性は、その高酸素溶解性およびオゾン酸化に対する耐性である。それ故、本発明のＶＭＳキャリア溶媒は、筆頭発明者による同時係属中の発明、米国特許出願第１３／７３３，８８０号、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｙｉｎｇ  ａｎ  Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ  Ｆｌｕｉｄ」に記載の酸素化プロセスのための有用な希釈剤および媒質である。この同時係属中の発明は、本発明と協同して用いられ得る。
【００９６】
この第２の実施形態は、スルーポート付きスピンドル工具システムに関連する氷結および閉塞の問題を解決することを特に目指しているが、本実施形態は、ウルトラリーンＭＱＣＬスプレージェットとしても使用されてもよい。さらに、環状ＶＭＳ（Ｄ５）は、液体二酸化炭素に直接注入され膨張されて低温ＣＯ2‐Ｄ５プリミックス流体組成物を形成してもよく、それは次に、好ましいバイオベースの油添加剤を担持する圧縮空気と混合されて、超展着ＭＱＣＬ流体を形成する。要約すると、本発明の第２の実施形態は、表４に要約されるＲ７４４ＭＱＣＬプロセスパフォーマンス改善の非常に独自の組み合わせを提供する。
【００９７】
【表４】
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【００９８】
最後に、環状ＶＭＳ溶媒を高沸点シリコーン油潤滑剤から差別化することが非常に重要である。本発明で使用するのに適した環状ＶＭＳ溶媒化学、および特にＤ５は、本発明で使用される注入、混合およびスプレーアプリケーション後に比較的急速に蒸発する非油性、低粘度および低分子量（３７１ｇ／ｍｏ１ｅ）溶媒である。無極性であり、低分子量を有するため、環状ＶＭＳ化合物は、金属機械加工アプリケーションのための有効な境界層潤滑剤として機能しない。しかしながら、我々の作業は、それらが極性バイオベースの潤滑流体（その上微量で）の卓越したキャリアであることを示した。さらに、残存ＶＭＳおよび微量の極性潤滑膜を組み込んだ薄膜は、基板表面からより容易に洗浄される。対照的に、シリコーン油は、有機側鎖を備えた不揮発性長鎖高分子化シロキサンユニットであり、例えば、環状ＶＭＳ溶媒より１００倍高い分子量の３７〜６５ｋＤａ（３７，０００〜６５，０００ｇ／ｍｏｌｅ）の範囲のポリジメチルシロキサンである。シリコーン油は、高熱安定性、非常に低い揮発性を保有し、低温機械的潤滑などのアプリケーションにおいて潤滑特性を提供する。さらに、シリコーン油は、製造オペレーションの中でもとりわけ、表面洗浄、塗装および封止などの二次製造オペレーションを大幅に複雑化する長期持続する表面膜を成膜するため、不評であり、多くの製造オペレーションでは禁じられている。
【００９９】
表５は、本発明で使用される例示的および好ましい環状ＶＭＳキャリア溶媒−デカメチルシクロペンタシロキサン、または略してＤ５の重要な物理的特性を提供する。
【０１００】
【表５】
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【０１０１】
図１３は、例示的ＣＦＲＰ（５３６）基板上の、純Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４（５３０）、純ＶＭＳ（Ｄ５）（５３２）、およびＤ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の５０：５０（ｖ：ｖ）混合物（５３４）に関する展着領域を示す写真である。図１３を参照すると、非加熱ＣＦＲＰ表面（５３６）上に配置され、最大穴径に分離するように数分にわたり放置された前記組成物の０．５ｍｌ滴に関して展着領域が測定され、ＶＭＳ成分が蒸発する前に撮影された。図１３に示すように、ＶＭＳ（Ｄ５）展着領域（５３２）は、純粋な非希釈Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）領域（５３０）よりも６００％大きい。Ｄ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４（５３４）の５０：５０（ｖ：ｖ）組成物は、純ＶＭＳ（Ｄ５）よりも１６７％大きく、純Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）よりも１０００％大きい。５０：５０（ｖ：ｖ）Ｄ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４液滴（５３４）の拡大写真は図１４に示されている。
【０１０２】
図１４でわかるように、超展着したＤ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）液滴（５３４）は、同じ高さでほぼ完全な真円度（５３８）と、比較的均一且つ平滑なＣＦＲＰ表面を提示する。液滴（５３４）はさらに、周縁の断裂（５４０）も提示し、それらは全て、マランゴーニ流れの特徴である。
【０１０３】
図１５は、粗面であり有孔型のアルミニウム基板（５５４）上での、Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４（５５０）、およびＤ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の５０：５０（ｖ：ｖ）混合物（５５２）の展着領域を示す写真である。図１５を参照すると、非加熱アルミニウム表面（５５４）上に配置され、最大穴径に分離するように数分にわたり放置された前記組成物の０．５ｍｌ滴に関して展着領域が測定され、ＶＭＳキャリア溶媒が組成物から蒸発する前に撮影された。Ｄ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の５０：５０（ｖ：ｖ）混合物（５５２）液滴領域は、純Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）液滴よりも８００％大きい。
【０１０４】
図１６は、ＣＦＲＰ基板（５６４）上のＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４（５６０）とＤ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の９０：１０（ｖ：ｖ）混合物（５６２）の展着領域を示す写真である。図１６を参照すると、非加熱ＣＦＲＰ表面（５６４）上に配置され、最大穴径に分離するように数分にわたり放置された前記組成物の０．５ｍｌ滴に関して展着領域が測定され、ＶＭＳキャリア溶媒が組成物から蒸発する前に撮影された。Ｄ５とＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４の５０：５０（ｖ：ｖ）混合物（５６２）液滴領域は、純Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）液滴よりも２０００％大きい。展着周縁での断裂も見える。より希薄な組成物の展着穴径は、濃縮混合物の展着穴径の二倍であるが、真円度は、図１４および１５のより高濃度のＤ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）組成物ほど顕著ではなかった。これは、展着中のＤ５キャリア溶媒の非均一、且つより高速の蒸発および薄膜成膜によるものと考えられる。図１６（５６０）と図１５（５５０）における純Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）液滴間の差も顕著である。極性Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）液滴展着領域は、極性アルミニウム表面では約２６７％大きく、ポリマー表面と比べて金属面のより良い湿潤性を示している。これも、例示的組成物に関して金属（極性）表面とＣＦＲＰ（無極性）表面で観察される展着穴径の差に寄与するものであり得る。
【０１０５】
本発明の主要な実施形態および重要な態様について説明してきたが、以下は、その実施形態と重要な態様を含む実験的装置を用いて実行された機械加工試験の説明である。本発明による９０：１０（ｖ：ｖ）（Ｄ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４）超展着潤滑剤組成を用いてＴｉ‐ＣＦＲＰおよびＴｉ‐Ａｌ‐ＣＦＲＰスタックアップへの穿孔試験が実施された。試験方法および結果を以下の節で説明する。
【０１０６】
実験
航空機胴体および翼への留め具の準備としての穴開けオペレーション中に、チタン（Ｔｉ）穿孔中には、その劣った伝熱性のためドリル温度が非常に高くなる。切削縁温度は、切削条件に依存して摂氏５００〜１０００度の範囲であり得る。Ｔｉ機械加工中の不十分な熱管理は、工具磨耗率の増加と表面仕上げ不良をもたらす。同様に、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）の穿孔中に、ドリル温度は、炭素粒子による研磨摩擦熱によって有意に増加する。ＣＦＲＰ穿孔中の不十分な熱管理は、燃焼、層間剥離、繊維引き抜きおよび開いた穴の劣った真円度を招き得る。そのため、Ｔｉ、ＣＦＲＰおよびアルミニウム（Ａｌ）（スタックアップと呼ぶ）穿孔の組み合わせは非常に困難な穿孔オペレーションを表す。重要な機械加工因子は、最適な穿孔工具およびコーティング、速度および供給量、特にＴｉにはマイクロペッキングの使用ならびに正しい冷却−潤滑の使用を含む。
【０１０７】
スタックアップの処理中に穿孔温度を低減する（および穴の品質を改善する）本発明の有効性が、ドリル出口点付近またはドリル出口点でのスタックアップの裏側に固定された熱伝対を用いて測定された。最適な冷却‐潤滑の別の指標は、開けられた穴の、表面仕上げ、真円度および出口ばり高さに関する品質である。ＳＣ、レキシントンのＡｐｅｘ  Ｔｏｏｌ  Ｇｒｏｕｐから入手可能なポータブル穿孔工具が、典型的なカッターとともに用いられ、穿孔速度と供給量は、一定且つ特定のスタックアップ試験に一般に受け入れられているパラメータ内に保持された。以下に説明する試験と結果において、本発明により、９０：１０（ｖ：ｖ）（Ｄ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４）超展着潤滑剤組成が７５ｍｌ／時に固定された注入率で、約２２ｍｌ／時（１０％のＤ５：Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）組成物注入率）のＢｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４油の実現注入率で使用された。そのため、これらの試験は、穿孔オペレーションの機械的態様を最適化する配慮はなく本質的に比較用である。
【０１０８】
試験＃１：本発明の有効性を実証するためにスルーホール穴開け試験が実施された。１枚の１．０インチ厚さＣＦＲＰパネルをサンドイッチした２枚の０．５インチ厚さチタンパネルを含むスタックアップクーポンが、０．５インチ穴径の無コーティング炭化タングステンドリルを用いて繰り返し穿孔された。この試験中の、スピンドルおよび工具によって可能な比較的大きい流量により、小型の高圧マイクロスロットルを用いた連続ＣＯ2冷却が許容された。華氏１８０度以上のドリル出口温度が、Ｂｏｅｌｕｂｅ（登録商標）７０１０４ストレートオイル（１．１ｍｌ／分）を７５ｐｓｉ空気圧力で用いた従来型ＭＱＬ穴開け中に観察された。本発明で実行された試験は、本発明の例示的最小量潤滑剤組成物−それぞれ、乾式Ｒ７４４連続低頻度冷却、およびＲ７４４ＭＱＣＬ連続低頻度冷却‐潤滑の不在または存在に従って、華氏９０〜１２０度のより低いドリル出口温度、または３０〜６０％の温度減少を実証した。最低穿孔温度（華氏１００度未満）および最高品質の穿孔（真円度と最低出口ばり高さを含む）は、以下のＲ７４４ＭＱＣＬ手順およびパラメータを用いて観察された。
１．スピンドルおよび切削工具を介した、２．２５ｓｃｆｍの連続流量での空気圧力の７５ｐｓｉまでの増加
２．１０００ｐｓｉで０．０１０インチマイクロスロットルを用いた過飽和ＣＯ2の連続充填および注入／導入で、約０．０５ｌｂｓ．ＣＯ2／分の供給
３．約１．２５ｍｌ／分での超展着型超ＭＱＬ添加剤（９０％Ｄ５および１０％Ｂｏｅ１ｕｂｅ７０１０４（ｖ：ｖ））の注入
４．穴開けオペレーション開始
５．スルーホール穴開けオペレーションの完了
６．添加剤注入の終了
７．ＣＯ2充填および注入の終了
８．穴開け完了時に残存ＣＯ2キャピラリークーラントの推進体空気への放出
９．空気圧力の周囲圧力への減圧
１０．穴空けシステムの消勢。
【０１０９】
試験＃２：１枚の０．５インチ厚さＡｌパネルをサンドイッチした２枚の０．５インチ厚さＴｉパネルを含むスタックアップへの、０．２５０インチ穴径の無コーティング炭化タングステン切削工具を用いてＲ７４４ＭＱＣＬ穿孔試験が実行された。格段に小型である穴径の穿孔工具クーラントポートにより、スピンドル−工具システムを通る許容可能な流量は有意に減少し、それが、低頻度パルス冷却サイクルの使用を必要にした。満足な穿孔温度（＜華氏１００度）および開けられた穴の品質が、以下のＲ７４４ＭＱＣＬ手順およびパラメータを用いて達成された。
１．スピンドルおよび切削工具を介した、０．７５ｓｃｆｍの連続流量での空気圧力の７５ｐｓｉまでの増加
２．約１．１ｍｌ／分での超展着型超ＭＱＬ添加剤（Ｄ５が１０でＢｏｅ１ｕｂｅ７０１０４が１（１０：１））の注入
３．充填時間（ＣＴ）５秒間で約０．０６ｌｂｓ．ＣＯ2／分を供給する０．０１０インチマイクロスロットルを用いた１２００ｐｓｉでの過飽和ＣＯ2の連続パルス充填および注入、その後、約３０秒の注入時間（ＩＴ）を経て、約７００ｐｓｉの放出−再生圧力（ＲＰ）に達し、消費ＣＯ2クーラントの、推進体空気への放出、次に充填サイクルを繰り返した
４．穴開けオペレーション開始
５．穴開けオペレーションの完了
６．添加剤注入の終了
７．ＣＯ2パルス充填および注入の終了
８．穴開け完了時に残存ＣＯ2キャピラリークーラントの推進体空気への放出
９．空気圧力の周囲圧力への減圧
１０．穴開けシステムの消勢。
【０１１０】
これらの実験的試験は両方とも、課された、また、利用され得る、穿孔パラメータ‐スタックアップの組み合わせ、速度、供給量、切削工具および工具コーティング（すなわちＰＣＤ）の多くの可能な異なる組み合わせに関する最適なＭＱＣＬパラメータを提示しなかった最適でない穿孔条件下で、穿孔温度を低減する（および最適な穴品質）ために本発明のパフォーマンスを最適化、対比および比較するために実行された。
【０１１１】
実行された両方の試験において、結論は、ＭＱＣＬおよび乾式ＣＯ2パルスクーラント穿孔方法が両方とも、熱管理に関して従来型ＭＱＬよりも優れているということであった。しかしながら、コーティング無し炭化タングステンドリルを用いたスタックアップ穿孔オペレーションに関しては、本発明の例示的処方を用いた微量の潤滑の存在が、最低の穿孔温度と最高品質の開けられた穴をもたらした。
【０１１２】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書で開示されが、開示された実施形態は、本発明の単なる例示であり、様々な形態で具体化できることを理解されたい。したがって、本明細書で開示される特定の構造および機能の詳細は、限定的なものとして解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲の基礎として、および実質的に任意の適切な詳細の構造で本発明を様々に使用するように当業者に教示するための例示的な基礎として解釈されるべきである。
【０１１３】
さらに、本書で使用されるタイトル、見出し、用語、およびフレーズは、主題または範囲を限定することを意図したものではなく、むしろ、本発明の理解を可能にする説明を提供するものである。本発明は、本発明の全機能の一部をとして独立して機能するいくつかのサブ部分から構成され、本発明の他の部分と組み合わせたときにシステムレベルの機能を発揮する。
【０１１４】
本明細書で使用される用語「ａ」または「ａｎ」は、１つまたは複数を指すものとして定義される。本明細書で使用される複数という用語は、２つまたは３つ以上として定義される。本明細書で使用される用語「別の」または「他の」は、少なくとも第２またはそれ以上として定義される。本明細書で使用される「含む」および／または「有する」という用語は、「含む」（すなわち、オープン言語）と定義される。本明細書で使用される「結合」という用語は、接続されていると定義されるが、必ずしも直接ではなく、必ずしも機械的でもない。
【０１１５】
特定の機能を実行する「手段」または特定の機能を実行する「ステップ」を明示的に記載していないクレーム内の要素は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１２、パラグラフ６で指定されている「手段」または「ステップ」と解釈されない。特に、本願の特許請求の範囲における「ステップの」の使用は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１２、パラグラフ６の規定と関連づけることを意図していない。
【０１１６】
参照による組み込み：本明細書で言及したすべての出版物、特許、および特許出願は、個々の出版物、特許、または特許出願が参照によりあたかも具体的かつ個別に組み込まれていると同じ程度に参照により本明細書に組み込まれ、それは米国特許第９２２１０６７号を含む。
【符号の説明】
【０１１７】
４０  固定微小キャピラリースロットル
４４  過飽和ＣＯ2供給キャピラリー
４６  同軸圧縮空気混合チューブ
４８  スルーポート付きスピンドル
５８  自動三方バルブ
６０  同軸圧縮空気供給ライン
６６  伸縮式絶縁導管
６８  空気流入口穴
７１  リターンキャピラリーチューブ
７２  二方バルブ
７４  マイクロ計量バルブ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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