NACHITECHNICALREPORT
Machining

17A1

Vol.

October/2008■ 寄稿・論文・報文・解説
近未来技術展望「エコマシニングの現状と未来予測」
マシニング事業

Perspectives on Near-future Technologies"Current Status and Future Projection
on Eco-machining"〈キーワード〉環境対応加工・エコマシニング・エコロジー・
エコノミー・極微量潤滑・切りくず吸引

名古屋工業大学大学院教授

産業戦略工学専攻

中村 隆

Prof. Takashi Nakamura
Master Course of Techno-Business Administration,
Graduate School of Engineering Nagoya Institute of Technology近未来技術展望「エコマシニングの現状と未来予測」

要 旨
生産加工では環境負荷の低減を目的とした技術

多分に誇張された映像とは分かっていても、動物開発が行なわれている。とくに切削加工ではエコマ好きの著者にとってはホッキョクグマが行き場を失っシニングと呼ばれ、加工液の削減、機器の省エネルている姿は心が痛む。2010年10月には名古屋にてしかし、生産現ギー、工具の改良がすすんでいる。

COP10（ 生物多様性条約第10回締約国会議）が場での環境対応の進展は十分とはいえない。

開催されることもあり、当地域でも環境問題に対する自動車産業における環境規制と企業競争力を例関心が大いに高まりつつある。

として、生産加工における環境対応の必要性を説一方、当地域はわが国におけるものづくり産業のそれに必要な技術開発を展望する。
明するとともに、集積地であり、生産工程での環境対応は喫緊の課切削・研削加工において加工液の削減を実現す題となってきた。
もはや環境負荷低減を心がけているには切りくず、研削くずの処理技術の発展が必須ない事業所は社会責任を果たしていないとみなされ、である。

これまでは環境問題とは無縁と思われた下請け小Abstract
Environmentally-friendly technologies havebeen developed for manufacturing processes toreduce burden to the environment. Especially inmachining, the measures called "Eco-machining"
is under progress; these are reduction of cutting
fluid usage, use of energy-saving devices and improvement on tools. However, the progress ofenvironmental measures made for production
areas has not been sufficient. Improvement must
be made on handling of grinding swarf and cutting chips in order to reduce cutting fluid in machining.
With the examples of environmental regulations for automobile industry and the impact on
corporate competitiveness, necessity of environmental measures for manufacturing processes isexplained here and further more the required
technological development is surveyed.

1

1. エコマニア？

企業にも親会社から対応を強要されるようになってきた。
しかしながら技術者がエコマニアになってはいけない（なお、Ecomaniaは医学用語で「家庭嫌忌症」として使われていて、具体的には「隣のご主人は〜・・」と発言する症状で、極一般的なのに、あなたは・な病気。よって「環境問題大好き人間」の意味で使うことはできません）。
環境問題に対し辛辣な発言で有名な武田邦彦
も、科学的に根拠のある行動を教授（現中部大学）訴えているのであり、技術者は明確な説明ができる環境活動を心がける必要がある。

2. エコマシニングとは何か
エコマシニングとは、Ecological Machining から

この分野の研究はわが国が世界の中心になりつつくられた和製英語である。記憶は定かではないが、（Eco-machining）」つあることから「エコマシニング

環境対応加工をすすめている日本の多くの研究者を世界に広めてよいと思われる。マシニングが示すが使い出し、現愛知工科大学の松原十三生先生をとおり、切削・研削加工などの除去加工が中心であ主査として香川大学の若林利明先生や著者たちがるが、本稿で示すとおり様々な手段があり、製造技

1999年に精密工学会に「高精度、高能率エコマシ術の他の分野に応用が可能である。

ニング研究会」を立ち上げたのが表立って使いだしたはじまりのようである。

3. 自動車産業に見る環境規制と競争力（環境規制と競争力の歴史）

歴史とは皮肉なものであり2003年以降の原油高はここでは自動車産業における環境規制と競争力地道に環境技術開発を続けた日本車に追い風となった。の変遷を概観し、生産加工分野での環境対応の参環境問題と企業の競争力との関係については、考とする。1970年代、世界で最も厳しく達成不可能「ポーター仮説」、(1)環境規制が企業競争力を高めるな排ガス規制と思われた米国マスキー法に対し、本(2)環境規制が企業にとって経費増加要因となる説、田技研工業は総力を注入して画期的なエンジン

および(3)企業の自主的な環境問題へのとり組みCVCCを完成した。副燃焼室を巧みに利用した希がある。

※1

薄燃焼方式であり、その技術力に世界が驚いた。
（社）
日本機械学会では、「この技術が契機となり（環境規制が企業競争力を高める「ポーター仮説」）日本の排出ガス低減技術を世界のトップレベルに引ハーバード・ビジネススクールのマイケル・ポーター「機械遺産」のき上げた歴史的な機械である」とし、とは、「適教授が1991年に唱えた(1)の「ポーター仮説」1つに指定している。

切に設計された環境規制は、費用低減、品質向上

日本企業は排出ガス中の有害物質を削減するだ

その結果国内企業につながる技術革新を刺激し、けで無く、燃料消費自体の削減に努力し続けた。そは国際市場において競争上の優位を獲得し、他方れではその後日本の自動車産業は米国市場で隆で産業の生産性も向上する可能性がある」という仮否である。これに刺激を受けた米国ビッ盛を極めたか、説である。

グ3の合理化、1973年の第1次石油危機、1979年の前述の日本車成功を説明する説として経済学者

第2次石油危機の後2002年までの原油安価安定にがしばしば使うが、実証的検証の結果は否定的なもビッグ3は復活した。
より、のが多い。規制を凌駕する技術革新が可能でない

一方、日本の自動車企業は70年代の1ドル290円場合は、競争上の優位を獲得することも生産性のから100円を割り込むまでの円高により、米国市場か向上も期待できないからである。確かにポーターは「適これも否である。アメリカ市民、とくにら撤退したか、切に設計された環境規制」を前提にしている。

知識層はたとえ安いとはいえガソリン消費の少ない京都議定書以降の混乱を見れば分かるように、日本車を選び、米国社会における信頼を確保したの利害を隠すことのできない議論から「適切な設計」である。

は望めず、神様にしかつくれないのかもしれない。

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2近未来技術展望「エコマシニングの現状と未来予測」（環境規制の経費増加要因）（企業の自主的なとり組み）

日本の企業経営者は（2）の経費増加要因を実（3）の企業の自主的な環境問題へのとり組みは、感しているようである。欧州における家電製品などの企業の社会責任、CSR活動として定着し、廃棄物RoHS指令や自動車に対するELV指令がその一例の分別、リサイクルは企業のイメージ戦略ともなりつである。ELV指令は欧州連合EUが2000年に施行しつある。
しかし、本業の製品生産では、生産手法のた自動車のリサイクル指令であり、EU市場で登録さ変更に極めて慎重である。大学教員として感ずると

6+

とくに意識の高い学生は環
ころは、今の若い世代、の使用量を1,000ppm以下、Cdを100ppm以下に削境問題に敏感なことである。これは大学にとっては減するものである。

優秀な高校生に対する強いアピールになることから、※2※3

トラックについて、Pb、Hg、Crれる乗用車やバス、Pbは摩擦・摩耗を低減する安価な素材として軸大学経営の1つの戦略となる。企業にとっても優秀受などに多用されてきた。また、鉄鋼材料では工具な社員を確保するだけでなく、グリーン購入などで商の摩耗を低減し、加工能率を向上する快削鋼として、品戦略にも繋がる。

鉛が添加されてきた。鉛を添加していない鉄鋼材料

米国市場における日本車の例は、環境規制をきっを従来どおりの能率で加工するには、強力な加工液かけとしたとはいえ、企業の地道な自主的とり組みを利用したいところであるが、その加工液にも有害添の成果であると断言できる。
生産加工の分野においても、「適切に設計された加物の削減、さらに加工液自体の削減が求められ自主的な規制」が期待できない以上これを待たず、ている。
なお、バッテリーでの鉛の使用は現在のところ認とり組みで企業競争力に繋げる技術を獲得するのめられている。これは、回収率が高いこともあるが、が得策といえる。
「きっかけ」は経営者の決断である。

いまだに安価な代替品が無いことが大きい理由であ手法は様々であるとしてもエネルギー消費を削減するらしく、軸受けのレッドフリー化で苦労した企業研ること、環境汚染物質を出さないことが良いことは世究者を知るだけに、自己膠着的な対応といわざるを界の共通認識となっている。よってこの方向での技得ない。

術開発は必ず企業競争力を高めるものになると確※4

環境規制ではないが、別の例をあげよう。図1は信する。

1,2）

国別の切削工作機械出荷金額の変遷であり 、額が急増しているのに対し、日本の出荷金額はのび悩んでいる。著者が知るメーカーはここ数年フル生産に近い状況が続き、増産する余力が無いのが実※5際であろうが、社員からは安全保障貿易管理のリスト規制に対する不満をしばしば聞く。
「手続きが煩雑で、高性能機械を輸出する気になれない」との意
見からの推定では、利益の少ない低中性能機械を日本が中国に輸出し、高性能機械はドイツが図1の結果を招いたとも思われる。

314,000
12,000

出荷金額（＄-Millions）

2007年度の中国の急増に沿うようにドイツの出荷金10,0008,000

日本
ドイツ
中国
韓国
アメリカ

6,000
4,000
2,000
091 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07
年度

図1

切削工作機械の主要国別出荷金額推移

4. エコマシニングの現状
1）外的要因による環境対応

際には温度分布もあり、高精度な機械は室温変動

エコマシニング技術の多くは、Ecology=Econo-が厳しく抑制された恒温室に置かれている。±0.5℃しかmyの成立を前提として開発がすすめられた。

を保障する恒温室は100％の冷房運転と高速応答

し経営者の決断の必要も無く、生産加工の分野での暖房制御を組みあわせるため、一般の温調よりも環境対応を行なった例がある。

1桁多い電力を消費する。

1998年10月、新聞の3面記事で大学助手が加工オークマでは、工作機械の熱変形解析による構造液の付いたウエースを焼却するとダイオキシンが発生

改良と多点での温度測定による補正により、室温変すると発表して以来、JIS規格から塩素系添加剤を化に対し、加工誤差の少ないマシニングセンターを開含む加工液が削除されるに至った。ダイオキシン騒発した 。±2℃に制御された部屋に置かれた従来動の功罪は別として、健康に良くない物質を無節操±5℃の一般空調室でも同等以上の加工機と比べ、に使うことにブレーキをかける「きっかけ」にはなった。

精度を維持し、電力費用、設備費用を大幅に削減で生産を維持するためにはらった生産技術者の努力は、その後の油剤開発、工具材料の発展により報われ、従来以上の生産能率を達成している。そ※6の他の外的要因の例はPRTR法による規制で、加工液削減の要因として後述する。

2）生産機器のエコロジー
国内の工作機械メーカーは、工作機械自体の消3）きることを示している。

3）
ドライ・ニアドライ（ＭＱＬ）加工
加工液利用を削減する方向性は3つの要因があった。第1は前述の消費電力削減の効果である。生産工場では加工液を常に循環させているためポンプなどで消費する電力は少なくない。

費電力削減の努力を続けている。その方法は多岐（加工液の廃液処理コスト）にわたり、油圧ポンプを必要なときだけ作動させる工第2の要因は加工液の廃液処理に膨大なコスト

夫、油圧を廃止して電動駆動とする、高効率な電源を必要とするようになったことである。大学での例で回路利用など、待機電力の削減が最も効果的であ一般的ではないかも知れないが、エマルション原液る（多くの場合、実加工主軸消費電力の割合は僅の購入価格よりも体積が増えた分以上に廃液処理かである）。待機電力の削減にはサイクルタイムの短には経費がかかる。

縮も効果的であり、リニアモーターによるテーブル送りの高速化が貢献している。

第3は1999年に制定されたPRTR法（特定化学物質の環境への排出量の把握などおよび管理の改善の促進に関する法律）である。規制の狙いは（熱変形抑制によるエコロジー）

危険化学物質の不適切なとり扱いや処理により、異なる手法のエコロジーとして、熱変形抑制の事とり扱い事業環境に流出することを防ぐことにあり、例を挙げる。工作機械の加工精度を維持するには、所ごとに指定化学物質の総量管理を求めた。とくに工作機械を設置している部屋、あるいは工場全体の加工液を問題としたわけではなく、現在では油剤メー温度調整が必要である。長さ100mmの鋼材は1℃カーが第一種指定化学物質を含まない加工液を開の温度上昇で約1μm熱膨張する。工作物や機械発し、多くの問題は解決したが、制定当時のインパク全体が相似的に熱膨張すれば影響は少ないが、実トは大きかった。

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近未来技術展望「エコマシニングの現状と未来予測」（加工液の削減）
工液の削減が行なわれている。経費の削減はエネルギー消費の削減、CO 2 排出の削減、地球温暖化の抑制に繋がる、といわれている、というのは、著者
しかし自身はCO 2 地球温暖化論に懐疑的である。
無駄なエネルギーは使うべきでなく、資源の無い日
ドラ本の営みでは創意工夫の原点といえる。そこで、
イ・ニアドライ加工である。
鉄鋼材料はその酸化膜が潤滑性を持つため、広油膜付き水滴加工液の概念図

Refined rape oil only
（10mL／h）
Water only（1,000mL／h）
Oil on Water

このように現在では生産経費の削減を目的に加図2

Mineral base oil
Edible flying oilSynthetic ester＋2%TCP
Refined rape oil
Emulsion flood coolant0

図350

100 150 200 250 300
Cutting force,F（N）
H

各種加工液でのアルミニウム合金重エンドミル加工
における加工力測定結果

い条件で油剤を使わないドライ加工が成立する。後ドライ加工の適用範囲は述の工具材料改良により、広がるものと思われる。

（MQL加工の発展）
ニアドライ
（極微量潤
ドライが成立しない条件では、
滑MQL：Minimal Quantity Lubrication）加工が適

図4

MQL旋削工具（フジBC技研提供）用されてきた。
MQL加工はNASAを出発点として環境意識のを使った場合は加工力が大きく焼付が発生した。鉱著者はアー高いドイツで発展した技術である。1995年、

油では図2の構造にならないためである。水を使わヘン工科大学に滞在し研究現場に立ち会うことが逆に水だけを使っず同量の植物油だけを使った場合、できた。そこではすでにMQL加工の適用限界を確た場合も加工力が大きく焼付いた。加工液の潤滑かめていて、冷風併用MQLもアルミニウム合金の重性と冷却性が必要なことが分かる。

切削加工は無理との結論であった。Prof.F.Klocke「重切削では少しでも水を使う必要があるのでには、（MQL加工の実用性向上）「水は使えない」の一言。その後は?」と進言したが、MQL加工は国内の油剤メーカーが精力的に性能

ドイツでは加工液の管理徹底や、揮発成分の少な向上をすすめ、切りくずを流すフラッシュクーラントとのい生分解性油剤のフラッド給油の方向にすすんだ。

共存性、酸化劣化によるベタツキの防止など、実用性（水滴加工液の提案）
環境対応加工での新たな技術開発の必要性をが高められた。OoW用の生分解性油も、国内の工場用水に適合（界面張力の調整）したものを製品化している。

認識して帰国した著者は、試行錯誤および偶然の

図4は旋削工具の先端にMQL供給ノズルを2箇所結果、図2に示す油膜付き水滴加工液（OoW:Oil設けた例（イメージ図）
で、従来からいわれているように、4）on Water）を提案した 。Prof.F.Klockeに否定さ逃げ面側からの油剤供給が効果的である。MQLをれた水（ドイツの水道水は硬水で、通常の植物油で適用することで、工場の環境を劇的に改善した例もはこのような構造にならない）を使うことで冷却性が多いが、まだその普及率は低い（10%以下と推察する）。

付加されたMQLである。
アルミニウム合金のエンドミル重切削で加工力を
5）

5

※7

生産方法を決定するのは現場の生産技術者であり、従来の加工液をMQLに切り替えるには相当の勇気測定した例を図3に示す 。従来のエマルションと比べ、が必要である。その理由の1つに第5章で解説する切OoWは同等の加工力となっているが、油剤に鉱油りくず問題がある。

潤滑油ミストノズル（植物油）
冷却水ノズル（塩素・硫黄・鉱油フリー）

砥石4）工具材質、被覆技術

工作物
切りくず

工具被覆は著しく進歩した。母材との密着性向上
従来は研削加工を行なっと、硬質被膜の緻密化により、

図5

MQL研削加工システム〔ジェイテクト提供〕

たプレハードン鋼も切削加工が可能となってきた。ダイ
鉄合金では切りくずの溶着を防ぐ効果が認められ、ニアドライ加工の適用範囲拡大に貢献している。
母材の工具材質については、焼結粒子の微細化や焼結助剤の改良により、靭性を高めている。
しかし、

砥石周速度の影響−25
硬度低下率 m（%）

とくに非ヤモンド被覆も十分実用に耐えるようになり、炭素鋼から高速度鋼、超硬合金への革新的な能率

Vw＝0.4m／s

025V＝ 80m／s
V＝120m／s
V＝160m／s

5075

向上に匹敵する次の材料はいまだに現れていない。

0※8

加工では一段高性能な工具材料を必要としている。

※9

イオン注入で改質した単結晶が有望である。

5）研削加工におけるエコマシニング
研削加工でも加工液を削減する試みが行なわれている。図5は極微量の油剤を砥石に、少量のクー6）ラントを工作物に供給するジェイテクトの例である 。

15

工作物周速度の影響−25
硬度低下率 m（%）

航空機材料の耐熱合金やTi合金、C-FRPの切削

510
研削能率 Z mm3／（mm・s）

V＝120m／s

025Vw＝0.4m／s
Vw＝1.2m／s
Vw＝2.4m／s

50750

図61020
研削能率 Z mm3／（mm・s）

30

研削性能試験結果〔ジェイテクト提供〕

研削加工では赤熱した加工くずからも分かるように加工点の発熱が大きく、冷却は不可欠である。
この手法により円筒研削したときの、研削能率増加に対する加工面の硬さ測定結果を図6に示す。

3

研削能率が7mm ／(mm･s)までは加工面の硬さに変化は見られず、砥石周速、工作物周速の増加によりその限界研削能率は増大している。

5. エコマシニングの未来予測
上記のようにエコマシニングの技術は様々な方（切りくずのコントロール）法で進展している。これを生産現場に広く展開する第2は切りくずのコントロールである。加工液削減はエコマシニングの中心的技術であるが、加工液のには2つの障壁がある。

役割の１つに切りくずの処理がある。加工液は切り（エコマシニングの世界標準）くずの飛散を抑え、コンベアまで洗い流すが、これを1つは世界標準である。国内ではエコマシニング

テーブルの上に切りくずが堆積削減すると工作物、の認識は高まりつつあるが、世界的には遅れている。

することになる。加工手法を決定するのは現場であり、世界のものづくりは中国やインドにシフトし、そこでは切りくず堆積は現場には受け入れられない。工具

まだ環境意識は低い。エコマシニングを世界に広めの周りにフードを設置し吸引する工夫、工作物を逆るのは環境対応加工を研究する我々の責務であり、さづりにして切りくずを落下させる工夫も行なわれ優れた成果を世界に発信していく必要がある。ているが、加工対象が限定される。

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17 A16（切りくず吸引システム）
7）

そこで著者らは図7に示すシステムを開発中である 。
切りくず

工具、工作機械の構造を全面的に変更し、工具自体が切りくずを吸引して速やかに処理する。切りくず吸※10

エンドミル、タップなどを
引はBTAドリルに見られたが、切りくず回収・圧縮装置

主軸
吸引用
ツールホルダー

油膜付き水滴汎用機械で使うときも切りくずを吸引し、工作物上に切りくずを残さないのが目標である。
OoWやMQLを外掛けで供給した場合も加工点に加工液が集まり、効果的な工具すくい面潤滑が可能
デーブル

ホなことも確かめている。この技術の実現には工具、ルダー、工作機械メーカーの連携が必要であり、エコマシニングの進展のためにご協力をお願いしたい。

切りくずの流れ図7

圧縮された切りくず
吸引用工具

切りくず吸引マシニングセンター（エコマシニングの道のり）
このようにエコマシニング進展の道のりは険しいが、自動車産業の例に見られるように、地道な技術開発と製品化が企業競争力となる。ここで、図8は著者の同僚（名古屋工業大学建築・デザイン工学科の伊藤に「環境対応工場のイメージ図を」だけ
孝紀准教授）でコンテを依頼し、即応で描いた「森の中の工場」である。このような環境であればエコマシニングにも励も図8 「森の中の工場」（伊藤孝紀氏提供）うというものである。経営者の決断に期待する。
用語解説※1 マスキー法
アメリカ民主党のマスキー上院議員が1971年1月に大気汚染防止法をその法案をマスキー法と呼ぶ。とくに窒素酸化物につい提出したので、ては、当時、世界でもっとも厳しい排気ガス規制法といわれた。
※2 RoHS指令
電子・電気機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合（EU）による指令。2003年2月に公布、2006年7月に施行。Restricion of Hazardous Substances（危険物質に関する制限）の頭文字。
※3 ELV指令
欧州連合（EU）が2000年10月に施行した自転車のリサイクル指令。
「廃自動車指令」とも呼ばれる。

※5 安全保障貿易管理のリスト規制
安全保障貿易管理の国際的枠組みとして、リスト規制対象品目リスト「輸出貿易管理令別表第一輸出許可品目のリスト（A、B、Cグループ）」に定める貨物・技術は全て経済産業省の輸出許可が必要となる。
※6 PRTR法
特定科学物質の環境への排出量の把握などおよび管理の改善の促進に関する法律。Pollutant Release and Transfer Registerの略。
※7 フラッシュクーラント
切りくずを洗い流すために供給する加工液。防錆・洗浄性を付加した水を使用し、間欠的に工作物やテーブル、工作機械内壁に多量にかける場合が多い。
※8 C−FRP
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）。Carbon Fiber Reinforced Plasticsの略。

Vol.17 A1October / 2008

※10 BTAドリル
ドイツの工具協会（Boring and Trepanning Association）が開発した深穴用工具で、ガンドリルとは逆に穴とドリルとの隙間から加工液を圧入し、工具先端の穴から工具中空内を通して切りくずを排出する。利用には専用の加工機械が必要。

関連記事※4 レッドフリー化
無鉛 lead-free（レッド・フリー）。

NACHI TECHNICAL REPORT※9 イオン注入
イオン化した原子を固体に注入し、固体の特性を変化させる技術で、半さまざまな材料、科学の研究などに適用導体や、金属の表面処理など、される。対象の物質と別の元素を注入することにより物質に構造的な変化を与え、物質の拡散性、電気特性、腐食性などを制御できる。

〈発1) 工作機械統計要覧2007年
日本工作機械工業会、P.299（2007）
2) 特集2007年工作機械国別ランキング
生産財マーケティング、Vol. 45、No.4、pp.60‐62（2008）3) 長谷部 孝男：広がるエコマシニングのテーマ
機械と工具、Vol.49、No.8、pp.72‐74（2005）
4) 中村 隆 ほか3名：環境を重視した微量油膜付水滴加工液の研究
1999年精密工学会春季大会講演論文集、p.550（1999）
5) 中村 隆：環境対応加工油剤の動向
機械と工具、Vol.49、No.8、pp.68‐71（2005）
6) 吉見隆行・森田 浩：環境対応型研削加工技術の動向
砥粒加工学会誌、Vol.51、No.11、pp.647‐650(2007）7) 中村 隆・糸魚川文広：環境対応型切削加工法の現状と今後の動向
トライボロジスト、Vol.53、No.1、pp.21‐26（2008）

行〉 2008年10月20日
株式会社 不二越 開発本部 R&D企画部
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