2008年度総会資料から抜粋
 近年、環境負荷を量る指標としてCO2を用いることが多くなっている。
CO2排出量を評価する方法の代表としてLCA(Life Cycle Assessment)があるが、調査対象が広範囲で加工現場での適応事例は少ない。

1. CO2排出量削減のためのシミュレーション

1.1 シミュレーションの目的

 CO2削減やエネルギー消費量削減は徐々に進んでいると考えられる。
しかし、照明・空調・機械設備の観点でCO2削減を試みる場合には、相応の設備投資を行わなければならず短期間で大幅な改善は難しいと考えられる。

 そこで当研究会では、特に加工点だけに注目したシミュレーションを立案し、CO2排出量の比較を行うことで、"設備投資を必要としない""加工現場での活用がしやすい" CO2排出量の評価方法と削減の方向性を提案することを目的とした。
1.2 CO2計算式の立案
 必要なデータを現場で測定・計算できるものにするため、以下に示す式(1)のように、各因子のCO2量の和で求めることとした。

総CO2量(g) = 機械CO2量 + 工具CO2量 + 切削油剤関連CO2量 (1)

ここで、
 機械CO2量:機械を稼動させるために必要な電力をCO2量に換算したもの
 工具CO2量:工具の製造時に排出されるCO2
 切削油剤関連CO2量:切削油剤や各種ポンプ・エアなどのCO2

「機械CO2量」、「工具CO2量」、「切削油剤関連CO2量」の詳細ついては、次項以降で説明する。
1.2.1 機械CO2
 機械CO2量の計算式を式(2)に示す。機械CO2量は、加工時における機械の消費電力をCO2排出量に換算したものである。式(2)中のE0〜E4、T0〜T4は図1に示す。
(2)

ここで、
U :1kWhあたりのCO2排出量=368 (g/kWh)
E0:主電源電力(kW)T0:総加工時間(s)
E1:主軸起動電力(kW)T1:主軸起動時間(s)
E2:主軸定常電力(kW)T2:切削油剤供給時間(s)
E3:切削抵抗による電力(kW)T3:切削時間(s)
E4:主軸停止電力(kW)T4:主軸停止時間(s)

図 1 機械消費電力イメージ

切削時の抵抗による動力 (E3)を計算式より求める場合、機械や加工内容にあった式を適宜選択すると良い。今回は、穴あけ加工を想定し、下記の計算式を採用した。

ここで、
Dc:ドリル直径 (mm)fn:送り量 (mm/rev)Vc:切削速度 (m/min)
Kc:被切削抵抗 (N/mm2) Kc0.4:被切削抵抗fz 0.4mmの時 (N/mm2)

 シミュレーションでは、機械CO2の算出に必要なパラメータ(E0〜E4、T0〜T4)は、実際の機械の電力波形を測定することで求めた。モータの特性などを考慮した計算式を使用する方法も考えられるが、実際の電力波形を用いることは、最も正確で簡易な方法と考えられる。
1.2.2 工具CO2
 工具CO2量は、使用する工具の製造時に発生するCO2排出量を算出し、それを工具寿命で割った値で、工具を製造してから廃却するまでのCO2排出量とした。式(4)に示す。
(4)
ここで、
T3:切削時間 (s)G:製品重量(消耗部分)(kg)
I:工具1kgあたりのCO2排出量 (g/kg)
H:コーナ数(再研削工具の場合は再研削数+1)
Tt:寿命時間(コーナあたり)(s)

 「I :工具1kgあたりのCO2排出量」は、工具1kgが材料から製品に加工され、消耗して廃却されるまでのCO2排出量で、式(5)の様に表すことができる。


 今回は、超硬ドリル、ハイスドリルを製作している工具メーカの情報より、工具1kgあたりCO2排出量を下記の値としてシミュレーションを実施した。
@超硬ドリル
I :工具1kgあたりのCO2排出量 = 40,000(g/kg)
Aハイスドリル
I :工具1kgあたりのCO2排出量 = 28,000(g/kg)

1.2.3 切削油剤関連CO2
 切削油剤関連CO2量の計算については、下記の中から適宜選択する。
 切削油剤関連CO2量には、切削油剤消費によるCO2量とポンプやエアなどの切削油剤供給方法によるCO2量が含まれる。

ここで、
T0:加工時間 (h)T2:切削油剤等の供給時間 (h)K:タンク容量 (l)
L:交換頻度 (h)N:希釈倍率(水溶性の場合) (%) O:ミスト消費量 (ml/h)
Ep:ポンプの電力 (kW)Ec:コンプレッサーの電力 (kW)
P:油の1リットルあたりのCO2排出量 (g/l)
Q:水の1リットルあたりのCO2排出量 (g/l)
S:機械の台数

その他、CO2への換算に必要な定数は、下記を使用した。
U:1kWhあたりのCO2排出量 = 368(g/l)
P:油の1リットルあたりのCO2排出量 = 56.5(g/l)
Q:水の1リットルあたりのCO2排出量 = 0.58(g/l)