(57)【要約】      （修正有）【課題】不水溶性油剤を用いて安定した加工を可能にするとともに、防災面での対策も十分である加工方法を提供する。【解決手段】加工に合わせて、不水溶性切削油３または水溶性切削油を選択的に使用するようにした切削加工方法であって、使用後の不水溶性切削油および水溶性切削油を一の回収槽１に回収貯留して、比重差に基づいて不水溶性切削油と水溶性切削油とを上下２層に分離し、前記分離された２種類の切削油の各層内に挿入された別々の吸入管５，６のいずれか一方を動作させて不水溶性切削油または水溶性切削油を選択的に使用し、それぞれを再使用するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工に合わせて、不水溶性切削油または水溶性切削油を選択的に使用するようにした切削加工方法であって、
使用後の不水溶性切削油および水溶性切削油を一の回収槽に回収貯留して、比重差に基づいて不水溶性切削油と水溶性切削油とを上下２層に分離し、
前記分離された２種類の切削油の各層内に挿入された別々の吸入管のいずれか一方を動作させて不水溶性切削油または水溶性切削油を選択的に使用し、それぞれを再使用するようにしたことを特徴とする切削加工方法。
【請求項２】
回収槽内には、該回収槽の底部から離間し、かつ分離された２種類の切削油の各層の界面を含む上下方向の位置に、垂直方向に又は垂直方向から傾斜して隔壁が設けられている、請求項１記載の切削加工方法。
【請求項３】
回収槽内の底部のうち、回収される水溶性切削油の落下点に対応する位置に、垂直方向に阻止板が設けられている、請求項２記載の切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工精度に優れると共に、防災面の対策も万全である切削加工方法及びそのとき使用する切削油に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削液は、一般に、水溶性油剤と不水溶性油剤とに分類されるが、それぞれ次のような特徴を有している。先ず、水溶性油剤は、冷却性に優れるので加工精度を向上させることができ、且つ、工具の熱劣化を防止できる利点がある。また、水溶液として使用されるので、引火性がなく火災の危険性がないという利点もある。但し、１０倍〜５０倍に希釈した水溶液として使用するので、不水溶性油剤に比較すると、油膜が弱く潤滑性に劣るという欠点がある。一方、不水溶性油剤は、潤滑性に優れるので、良好な仕上げ面を得やすく、且つ工具の磨耗が少ないなど、切削油としての効果において水溶性油剤より優れている。但し、冷却性や火災予防性では、水溶性油剤に劣っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、機械加工現場では、機械の剛性が高くなり、工具の性能が向上し、機械制御性が向上したことなどに伴い、送り速度を大きくすると共に、切り込みを大きくすることが可能となった。このため、切削熱が高くなり油温が高くなり易いだけでなく、切削点の温度も高くなり、５００℃を越える着火源面積も広くなっている。そして、衝撃が強い分だけ、火花発生の可能性も高くなっており、火災の危険性が高くなっている。
また、加工機械を自動運転する場合、破損した工具が加工部に残ることがあり、この加工面に次の加工が行われると、工具が無理に押し付けられることにより、過大な発熱が生じて火災に至る恐れがあった。
そこで、一般には、防災面を重視して水溶性油剤を使用する場合が多いが、仕上げ面荒さや加工安定性を重視して、不水溶性油剤を用いることもあり、かかる場合には、火災により機械を損傷して廃棄せざるを得ない場合や、人的傷害（火傷）を被る場合が発生している。
【０００４】
機械加工工場が省力化や無人化の方向にある現状に鑑みれば、防災面の心配をすることなく、加工の安定性を追求することができれば非常に好ましい。ここで、不水溶性切削油に乳化剤を添加して含水状態にすることも考えられるが、含有する水分は直ぐに消失して引火性が復活してしまうのが実情である。例えば、旋盤に使用した場合には、朝１０％の含水量であったものが夕方には１％未満になっている。また、不水溶性切削油に乳化剤を添加した場合には、乳化剤の影響で不水溶性切削油としての潤滑性が損なわれることにもなる。この発明は、これらの問題点に鑑みたものであり、不水溶性油剤を用いて安定した加工を可能にするとともに、防災面での対策も十分である加工方法及びそのときに使用する切削油を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、加工に合わせて、不水溶性切削油または水溶性切削油を選択的に使用するようにした切削加工方法であって、
使用後の不水溶性切削油および水溶性切削油を一の回収槽に回収貯留して、比重差に基づいて不水溶性切削油と水溶性切削油とを上下２層に分離し、
前記分離された２種類の切削油の各層内に挿入された別々の吸入管のいずれか一方を動作させて不水溶性切削油または水溶性切削油を選択的に使用し、それぞれを再使用するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
不水溶性切削油とは、一般には、鉱油と動植物油または鉱油とエステル油からなる１種切削油剤（１号〜６号）や、１種切削油剤に添加剤を加えた２種切削油剤（１号〜６号、１１号〜１７号）を意味するが、水溶液との分離性を考慮すると、酸価が低く、鹸化物の含有率が低いものが好ましく、使用する添加剤の酸価は、１KOHmg/g以下のものが良い。
具体的には、高度精製鉱物油、塩素化パラフィン、ポリサルファイドを適宜に組合せて構成したものである。組合せとしては、鉱物油のみでも良く、鉱物油と塩素化パラフィン、鉱物油とポリサルファイド、鉱物油と塩素化パラフィン及びポリサルファイドの混合液でも良い。もし、油性効果が必要な場合には、酸価が１KOHmg/g以下の油脂を少量添加すれば良い。
【０００７】
また、本発明の水溶液は、一般には、水溶性切削剤の水溶液や、防錆剤を含む水溶液や、洗浄剤水溶液が該当し、アルカリ性の液体であれば、防錆力に多少の差があっても使用可能であるが、不水溶性切削油との分離性が良く、中間層ができにくいものが好適である。具体的には、(1)トリエタノールアミンの０．１〜２％水溶液や、(2)トリエタノールアミン２５〜３０％程度と、中鎖脂肪酸８〜１５％程度と、水４０〜６０％程度とを主成分とした水溶性切削油の３０倍希釈の水溶液、(3)親油基の炭素数が１２以上の界面活性剤（石鹸を含む陰イオン、陽イオン、両性イオン、非イオン界面活性剤）が０．５％以下の水溶液が該当する。
【０００８】
不水溶性油剤と水溶液とは、分散混合状態で一の回収槽に回収され、比重差に基づいて分離される。不水溶性油剤は、水分含有量に応じて粘度が上昇すると共に、塊状水分によって工具が欠ける恐れがあるので、本来の特性を維持するため、少なくとも５０％以下、好ましくは５％以下の水分含有率にする必要がある。そのため、回収槽は、回収された液体の滞留時間が５分以上になるような容積とするのが好ましい。
本発明の動作環境として、切り屑などが少ない場合には、回収槽で分離した不水溶性油剤と水溶液を、直接、加工機械に供給しても良い。但し、一般的には、分離した不水溶性油剤と水溶液を、別々の貯留槽に蓄えた後、加工機械に供給するのが好ましい。
【０００９】
また、本発明の切削加工方法では、回収槽内には、該回収槽の底部から離間し、かつ分離された２種類の切削油の各層の界面を含む上下方向の位置に、垂直方向に又は垂直方向から傾斜して隔壁が設けられていることが好ましい。
本発明では、加工対象や加工状態などに合わせた最適な切削や研削を行うことができるので、例えば、潤滑性を重視すべき加工時には不水溶性切削油を使用すれば良い。この場合には、潤滑性に優れるので、好ましい切削加工を得ることができるが、この効果に加えて、錆が出にくい、腐敗による悪臭が生じないなどの効果が生じる。
一方、冷却性を重視すべき場合や、加工後の油の粘着性が好ましくない場合などには水溶性切削油を使用すれば良い。この場合には、火災の危険がなく、加工物がベトつかない、機械が油汚れしない、冷却性が良いなど、水溶性切削油の利点が生かされる。
【００１０】
また、本発明の切削加工方法では、回収槽内の底部のうち、回収される水溶性切削油の落下点に対応する位置に、垂直方向に阻止板が設けられていることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、実施例に基づいて、この発明を更に詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明を実施する場合に使用する回収槽１について、その構造を図示したものである。
加工機械の側からは、回収パイプ２を通して、不水溶性切削油３と水溶液（または水）４とが回収されるが、回収槽１では、両者の比重に応じて、不水溶性切削油３が上部に分離される。なお、水溶液４は、防錆剤を含む水溶液や水溶性切削剤の水溶液を意味するが、水も含めて水溶液と表現している。
回収槽１には、２つの吸入部５，６が設けられていて、吸入部５は、上部に分離された不水溶性切削油３を吸入して加工機械に供給する。一方、吸入部６は、下部に分離された水溶液４を吸入して、加工箇所の周囲に供給する。この動作によって加工箇所が冷却されるので、加工機械における加工精度を向上させることができる。なお、水溶液４の供給は、噴霧または噴射によって行われるが、シャワー状の噴射によって加工箇所の回りを覆えば、確実に火災の発生を防止することができる。
【００１２】
図１（ｂ）は、回収槽１のほぼ中央部に垂直方向の隔壁７を設け、内部の液体３，４を静止させた実施例を図示したものである。なお、回収槽１の中の液体３，４は、図示の通り、水平方向には連絡されている。隔壁７は、図示のように、垂直に設けても良いが、本発明者の実験によると、図示の想像線で示すように傾斜させるのが好ましい。なお、傾斜角度は、切削油の粘度に応じて適宜に設定される。
図１（ｃ）は、回収液の落下点に対応して、阻止板８を設けた実施例を図示したものである。この実施例の場合には、阻止板８が水溶液４の流動を阻害するので、より確実に、回収槽内部の液体３，４を静止させることができる。
なお、図１（ａ）〜（ｃ）には図示していないが、不水溶性切削油３と水溶液４の各液面３ａ，４ａを管理して、減少した液体を補充するようにしている。なお、水溶液４の液面４ａは、不水溶性切削油３より重いが水溶液４より軽いフロートなどによって検出される。
水溶液４として水溶性切削油の水溶液を用いれば、図１（ａ）〜（ｃ）の回収槽１で、不水溶性切削油３と水溶性切削油４とを分離させることができる。したがって、加工対象に合わせて、２つの吸入部５，６のいずれか一方を動作させ、不水溶性切削油か水溶性切削油かを選択的に供給すれば、本発明を実施することが可能となる。
【００１３】
図２は、本発明の別の実施例を図示したものであり、図１の回収槽１に加えて、油貯留槽９と水貯留槽１０とを設けたものである。
回収槽１の上部に分離された不水溶性切削油３は、第１油管１１を通して油貯留槽９に供給され、回収槽１の下部に分離された水溶液４は、第１水管１２を通して水貯留槽１０に供給される。
第１油管１１から油貯留槽９に供給される不水溶性切削油３には、若干の水分が混入しているが、混入している水分は、油貯留槽９において時間をかけて沈殿されるので、油貯留槽９の上部には不水溶性切削油３のみが貯留されることになる。そして、分離された不水溶性切削油３は、第２油管１３を通して加工機械に供給され、下部に沈殿した水溶液４は、第２水管１４を通して、水貯留槽１０か回収槽１に供給される。なお、油貯留槽９のほぼ中央部には、垂直方向の隔壁７が設けられ、内部の液体の静止化を実現している。
【００１４】
第１水管１２から水貯留槽１０に供給される水溶液４には、若干の油分が混入している。しかし、混入している油分は、水貯留槽１０において時間をかけて分離されるので、水貯留槽１０には、最上部を除いて水溶液４のみが貯留されることになる。そして、水貯留槽１０の水溶液４は、第３水管１５を通して加工機械に供給される。なお、水貯留槽１０の上部には、仕切板１６による油分離室が形成されていると共に、オイルスキーマー(oilskimmer)１７が設けられているので、余分な油分は確実にすくい取られ、回収槽１か油貯留槽９に戻される。
図２の実施形態では、油貯留槽９と水貯留槽１０を、回収槽１とは別に設けたので、不水溶性切削油３と水溶液５の純度を高めることができる。そして、不水溶性切削油３を使用する加工時に、水貯留槽１０からの水溶液４を加工箇所に噴射か噴霧すれば、本発明が実現される。また、加工対象に合わせて、第２油管１３か第３水管１５のいずれか一方を連通させれば、本発明を実施することが可能となる。
【００１５】
図３は、回収槽１と水貯留槽１０の下端部を連結管１８で連通させると共に、回収槽１から油貯留槽９に向けて自然流によって不水溶性切削油３を供給するようにした実施形態である。なお、回収槽１０の最深部には、フィルターが設けられている。
図２と対比すると明らかなように、回収槽１から水貯留槽１０への液流と、回収槽１から油貯留槽９への液流にポンプを使用しないので、油貯留槽９と水貯留槽１０の液体の流動がなく、分離作用が円滑に行われる。なお、油管１３、水管１４、水管１５、オイルスキーマー１７の作用については、図２の場合と同様である。
【００１６】
図４は、回収槽１と水貯留槽１０との間、および、回収槽１と油貯留槽９との間に、遠心分離機１９，２０を設けた実施例である。
水管１２から吸入された水溶液４は、遠心分離機１９によって重比重の水溶液４と軽比重の切削油３とに分離され、水溶液４は水貯留槽１０に供給される一方、切削油３は回収槽１に戻される。同様に、油管１１から吸入された切削油３は、遠心分離機２０によって重比重の水溶液４と軽比重の切削油３とに分離され、切削油３は油貯留槽９に供給される一方、水溶液４は回収槽１０に戻される。
この実施例の場合には、遠心分離機１９，２０を用いるので、水溶液４と不水溶性切削油３の分離が確実に行われる。なお、油管１３、水管１５の作用については、図３の場合と同様である。
なお、図４では、２台の遠心分離機１９，２０を用いたが、１台の遠心分離機を用い、重比重の水溶液４を水貯留槽１０に供給し、軽比重の切削油３を油貯留槽９に供給するようにしても良い。
【実施例】
【００１７】
（ａ）油水分離試験
(1)試料１〜試料８（水溶性切削油）
水または水溶性切削液につき、表１に示した試料１〜試料８を用意する。なお、水溶性切削液の希釈倍率は、表１の右欄に示す通りである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１において、非イオン界面活性剤Ａとは、ポリエトキシノニルフェノール、ポリエトキシアルキルエーテル、ソルビタンモノオレエートなど、乳化作用を持つ界面活性剤を意味する。
非イオン界面活性剤Ｂとは、HO(CH2CH2O)n(CH3CH2CH2O)m(CH2CH2O)xHで示される化合物であり、ｍ，ｎ，ｘは、０を超える任意の値である。非イオン界面活性剤Ｃとは、HO(CH3CH2CH2O)n(CH2CH2O)m(CH3CH2CH2O)xHで示される化合物であり、ｍ，ｎ，ｘは、０を超える任意の値である。
中鎖脂肪酸とは、炭素数６〜１１の一塩基酸または二塩基酸のアルキルカルボン酸を示し、高級脂肪酸とは、炭素数１２〜２４の一塩基酸または二塩基酸のアルキル又はアリルカルボン酸である。
ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）は、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダム結合品であり、分子末端のＯＨ基の数によりモノ、ディ、トリ、ヘキサオールなどがある。
【００２０】
(2)試料Ａ〜試料Ｋ（不水溶性切削油）
不水溶性切削液につき、表２に組成を示した試料Ａ〜試料Ｋを用意する。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
(3)試験方法
活栓付き１００ccのメスシリンダーに、水または水溶性切削液（表１）５０ccと、不水溶性切削油（表２）５０ccとを入れる。次に、このメスシリンダーに栓をして激しく上下に５０回振り混ぜて静置し、５分後に分離状態を検査した。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
表３は、その結果を示すものであり、試料Ａ，Ｇ，Ｊ，Ｋと、試料１，２，６，７，８との組合せにおいて、好ましい分離状態が確認された。一方、試料３と試料５では、全ての不水溶性切削油（試料Ａ〜Ｋ）に対して分離性が悪いことが確認された。
【００２５】
(4)好ましい不水溶性切削油
以上の結果より、本発明を適用して優れた効果を発揮する不水溶性切削油は、試料Ａ，Ｇ，Ｊ，Ｋであり、高度精製鉱物油、塩素化パラフィン、ポリサルファイドを組み合わせた切削油が好ましいことが確認される。
【００２６】
(5)好ましい水溶性切削油
水溶性切削油としては、トリエタノールアミンの水溶液（試料２）が優れていることが確認された。なお、希釈倍率を変えて確認したところ、０．１〜２％程度の水溶液でも同様の結果が得られた。
また、試料６，７，８の組成より、トリエタノールアミン２０〜３０％程度、中鎖脂肪酸８〜１５％程度、水４０〜６０％程度を主成分とする水溶性切削油の３０倍希釈の水溶液が好適であることが確認される。なお、トリエタノールアミン１５重量％以上、中鎖脂肪酸５重量％以上、水３５重量％以上であれば、同様の効果を発揮するものと考えられる。
また、親油基の炭素数が１２以上の界面活性剤（石鹸を含む陰イオン、陽イオン、両性イオン、非イオン界面活性剤）は、使用時に０．５％以下の含有率で使用可能であると考えられる。その理由は、(1)表３によると、エマルジョン切削液ａ（試料３）に比べ、エマルジョン切削液ｂ（試料４）の方が分離性が改善されていること、(2) 表１によると、試料４は、試料３に比べて非イオン界面活性剤Ａと高級脂肪酸の含有量が少ないこと、(3) 試料４において、石油スルホン酸ソーダと非イオン界面活性剤Ａと高級脂肪酸の含有量の総和が１４％であり、使用時には０．４７％であることからである。
【００２７】
（ｂ）引火性試験
含水率と引火性の関係を求めるため、不水溶性切削油（試料Ｌ）に、１〜１０％の水を添加してＪＩＳＫ２２６５に示された試験方法によって引火性の試験した。その結果、３％含水率では引火性があるが、４％以上では火源を近づけても引火しないという結果を得た。
【００２８】
【表４】
2008110474.tif 000006
【００２９】
試料Ｌ：
石油スルホン酸ソーダ：５％  ，  非イオン界面活性剤：７％
高級アルコール：４％        ，  塩素化パラフィン：６％
ポリサルファイド：４％      ，  鉱物油：７４％
【００３０】
（ｃ）不水溶性切削油の水分量
分離試験（ａ）において、５分後に上部油面から２５ｍｌ（全体量の上から１／４の部分）から油を採取し、ＪＩＳＫ２２７５の蒸留法に準じて、水分を測定した。
【００３１】
【表５】
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【００３２】
分離試験（ａ）においては、試料Ａ，Ｇ，Ｊ，Ｋと試料１，２，６，７，８との組み合わせにおいて所定の分離性が確認できた。
表５より、試料Ａと試料２，６，８、試料Ｇと試料７，８、試料Ｊと試料２，７，８、試料Ｋと試料２，７，８、の組合せが好適であることが確認される。
なお、試料Ａ，Ｊ，Ｋと試料１（水）、試料Ａと試料７、のような組合せの場合には、分離性が良いために水分が４％未満となるが、これらにも若干の水を含むので、加工部の周囲に( 防錆力を持つ水)をかけることにより引火の危険性を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を実施するたもの回収槽の構成を図示したものである。
【図２】回収槽と水貯留槽と油貯留槽の構成を図示したものである。
【図３】回収槽と水貯留槽と油貯留槽の構成を図示したものである。
【図４】回収槽と水貯留槽と油貯留槽の構成を図示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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