JP2002156373A

JP2002156373A - 溶液の性状診断装置

Info

Publication number: JP2002156373A
Application number: JP2000355161A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sugasawa; 剛一菅沢; Takashi Saeki; 隆司佐伯
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】溶液の成分の劣化や腐敗劣化の進行度合いが
定量的に判定できかつコンパクトな溶液の性状診断装置
を提供することを目的とする。【解決手段】参照電極と作用電極との対からなる、被
測定溶液の自然電位を検出するための自然電位測定電極
と、この自然電位測定電極に接続され両電極間の電位差
を測定する自然電位表示計と、被測定溶液のｐＨを検出
するための測定プローブとしてのｐＨ電極と、このｐＨ
電極により被測定溶液のｐＨを測定するｐＨ表示計と、
被測定溶液の温度を検出するための測定プローブとして
の温度計と、この温度計により被測定溶液の温度を測定
する温度表示計と、を有し、前記自然電位表示計、ｐＨ
表示計、及び温度表示計は可搬性を有する制御ボックス
に内蔵されていることを特徴とする溶液の性状診断装置
を提供した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水溶性クーラント
等の溶液の性状診断装置に関し、特に、溶液の自然電
位、ｐＨ、及び温度を同時に測定でき、かつ診断装置本
体をコンパクトに一体化した溶液の性状診断装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】切削加工や研削加工に利用される水溶性
クーラントには、潤滑作用、溶着防止作用、冷却作用、
切り屑除去作用、防錆作用といった多種多様な機能が要
求されるため、各種の有機化合物が均一混合され、これ
ら各成分のバランスが取られることにより溶液の性状と
しては安定化したものとなっている。しかし、水溶性ク
ーラントは高速切削や高速研削などの非常に過酷な条件
下で使用されることが多く、しかも水ベースの油剤であ
るため、劣化や腐敗が起こりやすいという問題点を有し
ている。このような水溶性クーラントの液性状の管理と
して、従来は、溶液の外観、臭気、ｐＨ、濃度、他油混
入量、錆止め性、生菌数など多岐にわたる項目を調査
し、判定を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の項目を調査するには、各種の試験設備と多くの時間が
必要であるばかりでなく、試験結果から水溶性クーラン
トの性状変化を正しく判定するには多くの知識と熟練が
必要である。したがって、製造現場において前記項目を
測定しクーラントの性状変化を判定することは非常に困
難であった。具体的に言うと、外観、臭気検査において
は、官能に頼る割合が高いため個人差が出やすく、また
ｐＨ、濃度検査においては、製造現場で容易に行うこと
が可能ではあるが、これらだけではクーラントの腐敗劣
化を正しく判断できず、例えば、ｐＨ検査においては、
ｐＨ調整用の成分が充分に存在し、ｐＨが所定の値に維
持されていても、その他の成分が不足する場合があった
り、さらに濃度検査においては、使用中の水溶性クーラ
ントの本来の成分が不足しているにもかかわらず、他油
の混入や有機成分の分解による副生成物により、見かけ
上、濃度が維持された状態である場合がある。さらにま
た、他油混入量、錆止め性、生菌数を測定する検査にお
いては、溶液をサンプリングしたのち試験室での作業が
必要であるとともに、前処理を含め一週間もの試験時間
を要し、その結果、対策に遅れが生じる場合がある。

【０００４】本発明は、前述のような従来技術の問題点
を解決するためになされたものであり、溶液の成分の劣
化や腐敗劣化の進行度合いが定量的に判定できかつコン
パクトな溶液の性状診断装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、溶液の成分の劣化や腐敗劣化の進行
度合いを定量的に判定する手段として、溶液の自然電
位、ｐＨ、及び温度を測定することとした。すなわち、
請求項１にかかる発明では、参照電極と作用電極との対
からなる、被測定溶液の自然電位を検出するための自然
電位測定電極と、この自然電位測定電極に接続され両電
極間の電位差を測定する自然電位表示計と、被測定溶液
のｐＨを検出するための測定プローブとしてのｐＨ電極
と、このｐＨ電極により被測定溶液のｐＨを測定するｐ
Ｈ表示計と、被測定溶液の温度を検出するための測定プ
ローブとしての温度計と、この温度計により被測定溶液
の温度を測定する温度表示計と、を有し、前記自然電位
表示計、ｐＨ表示計、及び温度表示計は可搬性を有する
制御ボックスに内蔵されていることを特徴とする溶液の
性状診断装置を提供した。

【０００６】請求項１にかかる溶液の性状診断装置で
は、溶液の劣化や腐敗に起因する液性状の変化に伴う金
属腐食傾向を検出する電気化学的腐食検出手段（自然電
位測定電極、ｐＨ電極、及び温度計）と、この検出手段
の信号を受けて測定し測定結果を表示する表示手段（自
然電位表示計、ｐＨ表示計、及び温度表示計）からなる
ものである。表示手段としては、液晶パネルやブラウン
管を用いたモニタに映し出すようにしたものが適してい
るが、アナログ型の電位差計、ｐＨ計、温度計のメータ
部分をそのまま見られるようにしたものであってもよ
い。また、請求項１にかかる溶液の性状診断装置では、
溶液の物理吸着や化学吸着に伴う成分の減少や分解ある
いは微生物の代謝作用による溶液を構成する成分の腐敗
劣化による液組成の変化を、電気化学的な変化による金
属の腐食に伴う自然電位の変化とｐＨの変化とで捉える
と共に、劣化や腐敗の原因となる溶液の使用環境や測定
時の温度影響を評価するために、液温を測定することに
よって捉えるものである。

【０００７】なお、溶液の自然電位を測定するための参
照電極と作用電極としては種々の組合せが可能である。
例えば、参照電極としては飽和カロメル電極（ＳＣＥ）
があり、これと対にして銅、アルミニウム、鋼、白金、
ステンレス、チタン、その他の金属を作用電極として用
いることができる。また、参照電極として白金を用い、
これと対をなす作用電極として銅、アルミニウム、鋼、
ステンレス、チタン、その他の金属を用いることもでき
る。

【０００８】以下、請求項１にかかる発明の作用につい
て説明する。被測定溶液としての水溶性クーラントの劣
化や腐敗が進行すると、非鉄金属防食成分や防錆成分が
分解減少したり、腐食性成分が副生し、自然電位および
ｐＨの値がバージン稀釈液の値より低くなる。これらの
現象は、水溶性クーラントの成分が加工物や研削屑や研
磨粉などへの吸着することにり有効成分が減少したり、
金属の触媒作用で有効成分が分解することによって起こ
る場合と、バクテリアの増殖による水溶性クーラント成
分の分解資化活動と代謝産物の生成によって起こる場合
とがある。クーラントの劣化や腐敗は、リン酸イオンな
どのバクテリアの増殖を促進し腐敗を進行させる成分
や、塩素イオン、硫酸イオン、アンモニウムイオンなど
の金属腐食を促進する成分の増加につながり、放置する
と益々劣化や腐敗が加速され、加工不良や全更液といっ
た大きなトラブルにつながる。したがって、請求項１に
かかる溶液の性状診断装置により水溶性クーラントの自
然電位およびｐＨの値を測定するようにすれば、液性状
の変化の度合いを判定することができ、水溶性クーラン
トの劣化や腐敗に起因する前述の不具合の発生を事前に
防止することができる。

【０００９】非鉄金属防食成分としては窒素化合物、硫
黄・窒素化合物、その他がある。これらの中で、窒素化
合物としてはベンゾトリアゾール、アミダゾリンなど、
硫黄・窒素化合物としてはチオジアゾールポリスルフィ
ド、アルキルジチオベンゾイミダゾールなど、その他と
してはジアルキルリン酸亜鉛などがある。また防錆成分
としては有機系と無機系がある。有機系のなかではアル
カノールアミン（トリエタノールアミン、ジエタノール
アミン、モノエタノールアミン）、カルボン酸、カルボ
ン酸塩、石油スルホン酸塩、エステルアルコールなどが
ある。無機系のなかではリン酸塩、ホウ酸塩、モリブテ
ン酸塩、炭酸金属塩などがある。上記非鉄金属防食剤お
よび防錆剤の吸着分解、腐敗劣化などによる減少と、腐
食性の副生成物の増加による防食、防錆能力の低下を、
水溶性クーラントの自然電位を測定することにより知る
ことができる。

【００１０】また、水溶性クーラントには上記成分の
他、基油および油性剤として鉱油（マシン油など）、合
成油（ポリオレフィン油、ジエステル類、）、油脂類
（植物系油脂、動物系油脂）、エステル類（植物系油脂
のエステルなど）、界面活性剤としてアニオン系（脂肪
酸石鹸、ナフテン酸石鹸などの脂肪酸誘導体）、非イオ
ン系（ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、
ポリオキシエチレンモノ脂肪酸エステルなどのポリオキ
シエチレン系、ソルビタンモノ脂肪酸エステルなどの多
価アルコール系、脂肪酸ジエタノールアミドなどのアル
キロールアミド系）、極圧添加剤として（塩素化パラフ
ィン、塩素化脂肪酸、塩素化脂肪酸エステルなどの塩素
系極圧剤、硫化鉱油、硫化油脂、硫・塩化油脂、スルフ
ィド類などの硫黄系極圧剤、ホスフェート類、ホスファ
イト類などのりん系極圧剤、チオりん酸塩、モリブテン
化合物などの有機金属化合物）、カップリング剤（イソ
プロピルアルコール、多価アルコールなどのアルコール
類）、防腐剤（o −フェニルフェノール、テトラフェニ
ルフェノール、ｐ−クロロ−ｍ−キシレノールなどのフ
ェノール系、ヘキサハイドロトリアジンなどのホルムア
ルデヒド供与体）、その他（シリコンのエマルション、
高級アルコールなどの消泡剤、ＥＤＴＡ・Ｎａ塩などの
金属イオン封鎖剤）が含まれている。これらの成分の吸
着分解、腐敗劣化についても自然電位とｐＨを測定する
ことにより知ることができる。

【００１１】請求項１にかかる溶液の性状診断装置によ
れば、上記のように多種多様な成分を含む水溶性クーラ
ントの性状変化をトータルで判定できる。また本発明の
診断装置は、液容量が百トン以上の集中タンクから５Ｌ
程度のサンプル容器まで広い範囲で水溶性クーラントを
現場で診断できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面及び表を参照して説明する。図１は、本発明の
一実施形態における、水溶性クーラントの診断装置の構
成図である。図１において、１は参照電極と作用電極と
の対からなる被測定溶液の自然電位を測定するための電
極としての自然電位測定電極、２は被測定溶液のｐＨを
検出するためのｐＨ電極、３は被測定溶液の温度を検出
するための測温抵抗体（温度計）である。なお、ｐＨ電
極２と測温抵抗体３は、測定プローブとして一体化され
ている。そして、これらの測定プローブからの信号を受
け測定値をデジタル表示するための装置として、自然電
位測定電極１に接続された自然電位表示計４、ｐＨ電極
２に接続されたｐＨ表示計５、測温抵抗体３に接続され
た温度表示計６があり、これら自然電位表示計４、ｐＨ
表示計５、及び温度表示計６は、可搬性を有する測定制
御ボックス７に内蔵されている。なお、可搬性を向上さ
せるために、測定制御ボックス７には可搬用持ち手８が
装備されている。

【００１３】ここで、前述の各装置の機能等について詳
述する。自然電位測定電極１において、参照電極と作用
電極とは先端のホルダーキャップ９を取りはずことによ
り容易に脱着可能にされているので、メンテナンスが容
易である。自然電位測定電極１のうち参照電極は自然電
位を測定する際の基準電極として用いる。自然電位測定
電極１、ｐＨ電極２、及び測温抵抗体３の各測定プロー
ブは、持ち運びを容易にするため測定制御ボックス７と
は脱着可能にされており、製造現場への搬入測定が容易
なようにされている。

【００１４】以上のような構成の診断装置を用いた被測
定溶液の診断方法は、大まかに言うと、自然電位測定電
極１、ｐＨ電極２、及び測温抵抗体３の各測定プローブ
を、図示しない水溶性クーラントタンクあるいはサンプ
ル液の入った容器へ浸漬し、測定を開始する。測定開始
後５〜１０分で各測定値が安定し、自然電位、ｐＨ、及
び温度が制御ボックス７の前面のパネルに表示され、そ
の場で水溶性クーラントの性状の判定を行うことができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、上述の診断装置を用いた被測定溶液の
診断方法について、２つの実施例を挙げて説明する。な
お、２つの実施例とも、測定制御ボックス７は、その大
きさが４３０^W×１５０^H×３５０^Dｍｍ（幅×高さ×
奥行き）で、その重量が約１０ｋｇである。自然電位測
定電極１は、その大きさがφ７０×３５０^Lｍｍ（直径
×長さ）で、その重量が１．２ｋｇ、ｐＨ電極２は、そ
の大きさがφ３０×３５０^Lｍｍで、その重量が０．５
ｋｇ、測温抵抗体３は、その大きさがφ５×３５０
^Lで、その重量が約０．１ｋｇとなっており、これら各
測定プローブのいずれも小形軽量化されており、製造現
場へ可搬し測定する作業が容易なものとなっている。ま
た、２つの実施例とも、水溶性クーラントは、ＪＩＳＷ
２種相当の含油ソリュブルタイプのものであり、合成潤
滑油、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、
防腐剤、消泡剤、アルカノールアミン、非鉄金属防食剤
およびベースとなる水が含まれている。また、測定時間
は１０分とし、測定間隔は１分毎とした。さらに、参照
電極としては飽和カロメル電極（ＳＣＥ）を、作用電極
としては銅をそれぞれ使用した。

【００１６】（実施例１）図１に示した、自然電位測定
電極１、ｐＨ電極２、及び測温抵抗体３の各測定プロー
ブを、表１に示す５つの水溶性クーラントのサンプル液
に浸漬し、自然電位、ｐＨ、及び温度を測定した。

【００１７】

【表１】

【００１８】なお、表１に示した５つの水溶性クーラン
トのサンプル液は、実際に工場で稼働中の同一の集中タ
ンクから採取したものである。各サンプル液は集中タン
クの定期清掃による更液時をスタートとし、約３ヶ月の
間に５回採取し、測定したものである。測定結果として
の各サンプル液のｐＨと温度について、表２に示した。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２によれば、ｐＨについては、その値が
いずれのサンプル液でも管理基準である８．８０をクリ
アしているので問題はないと言える。また、温度につい
ては、特に管理基準は設定されていないが、自然電位の
測定値に影響を及ぼさない範囲の温度差であったので問
題はないと言える。

【００２１】図２は、自然電位の測定結果を示したグラ
フで、横軸と縦軸はそれぞれ時間（ｍｉｎ）と自然電位
（Ｖ）であり、各サンプル液について１分毎に自然電位
をプロットしてある。この図２から分かるように、いず
れのサンプル液においても、自然電位は５〜１０分でほ
ぼ一定の値になった。したがって、測定時間は１０分も
あれば十分であると言える。

【００２２】図３は、測定開始１０分後の各サンプル液
の自然電位の値をプロットしたグラフで、横軸と縦軸は
それぞれ日数（ｄａｙ）と自然電位（Ｖ）である。この
図３から分かるように、水溶性クーラントの自然電位
は、更液直後は−９５ｍＶであったものが使用時間の経
過と共に減少し（○→△→□→●→▲）、９８日後には
−２９０ｍＶに達した。自然電位が卑（−）な方向へ変
化することは作用電極の表面が腐食傾向にあることを示
し、さらに、この現象は水溶性クーラントの劣化を示唆
するものでもある。

【００２３】また、これとは別にＪＩＳＨ３１００に
示される銅板耐食性試験をサンプル液１および５に対し
て実施した。その結果を表３に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】表３によれば、更液直後のサンプル液１で
は銅板表面の変色は見られないが、更液後９８日間使用
したサンプル液５では、サンプル液に浸漬した銅板表面
の変色と気液界面の腐食が見られ、液の劣化が観察され
た。この結果から、本実施形態における診断装置によ
り、非鉄金属防食成分の劣化減少および腐敗劣化による
金属腐食成分の増加に起因してクーラント液の性状が変
化することは、自然電位の減少として捉えることができ
ることがわかる。したがって、各油剤に対して自然電位
の管理限界値を設けることにより、水溶性クーラントの
性状管理を行うことができると言える。

【００２６】（実施例２）本実施例では、上述の実施例
１と同一の集中タンクより採取したクーラント液を２ヶ
月間室温放置した後、本実施形態にかかる診断装置によ
り液の自然電位、ｐＨ、及び温度をそれぞれ測定した。
なお、比較例のため、バージン希釈液についても同様の
測定を行った。測定結果として、ｐＨと温度について、
表４に示した。

【００２７】

【表４】

【００２８】表４によれば、２ヶ月間室温放置したクー
ラント液のｐＨは、バージン希釈液のｐＨに比して著し
く低く、管理基準である８．８０を大きく下回っている
ことが分かる。また、図４は、自然電位の測定結果を示
したグラフで、横軸と縦軸はそれぞれ時間（ｍｉｎ）と
自然電位（Ｖ）であり、２ヶ月間室温放置したクーラン
ト液とバージン希釈液について１分毎に自然電位をプロ
ットしてある。図４から分かるように、２ヶ月間室温放
置したクーラント液の自然電位は−２３５ｍｖまで低下
しており、液性状の劣化がかなり進んでいると言える。
また、表５は、液中の細菌数の測定結果を示したもので
あり、２ヶ月間室温放置したクーラント液とバージン希
釈液のそれぞれについて示している。

【００２９】

【表５】

【００３０】表５によれば、２ヶ月間室温放置したクー
ラント液の細菌数は管理基準である１０⁵個／ｍｌより
高くなっており、ｐＨ低下の原因となるバクテリアが増
殖していることが分かる。これらの測定結果から、本実
施形態にかかる診断装置を使用すれば、バクテリア増殖
に伴うｐＨ低下やクーラントの劣化に伴う自然電位の減
少を検知することができると言える。

【００３１】以上の実施例で示したように、本実施形態
にかかる診断装置を使用すれば、自然電位及びｐＨを測
定することにより、非常に簡便に水溶性クーラントの性
状変化を把握できると共に、水溶性クーラントの診断が
容易に実施できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、水溶性クーラント等の
溶液の診断装置において、自然電位測定とｐＨ測定を併
用したので、溶液の腐敗劣化の進行度合が定量化でき、
トラブル発生前に対策がとれると共に、溶液の原液の無
駄な追加もなくなり、著しく溶液原液の使用量を削減で
きるという効果がある。また、従来、外観、臭気、ｐ
Ｈ、濃度、他油混入量、さび止め性、生菌数などの多項
目にわたる測定を、およそ一週間もの時間をかけて調べ
ていたが、本発明により、一時間以内に簡易に溶液の診
断ができ、測定時間の短縮とともに費用の低減を達成で
きるという効果がある。さらに、診断装置はコンパクト
な可搬タイプであるため、製造現場での測定が容易に可
能になり、溶液がクーラントである場合は、製造現場内
に点在する集中タンク内の水溶性クーラントの管理を容
易に達成できるものとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における、溶液の性状診断
装置の構成図である。

【図２】本発明の実施例１における、自然電位の測定結
果を示したグラフである。

【図３】本発明の実施例１における、測定開始１０分後
の各サンプルの自然電位の値をプロットしたグラフであ
る。

【図４】本発明の実施例２における、自然電位の測定結
果を示したグラフである。

【符号の説明】

１自然電位測定電極２ｐＨ電極３測温抵抗体（温度計）４自然電位表示計５ｐＨ表示計６温度表示計７測定制御ボックス８可搬用持ち手９ホルダーキャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】参照電極と作用電極との対からなる、被測
定溶液の自然電位を検出するための自然電位測定電極
と、該自然電位測定電極に接続され両電極間の電位差を測定
する自然電位表示計と、被測定溶液のｐＨを検出するための測定プローブとして
のｐＨ電極と、該ｐＨ電極により被測定溶液のｐＨを測定するｐＨ表示
計と、被測定溶液の温度を検出するための測定プローブとして
の温度計と、該温度計により被測定溶液の温度を測定する温度表示計
と、を有し、前記自然電位表示計、前記ｐＨ表示計、及び前記温度表
示計は可搬性を有する制御ボックスに内蔵されているこ
とを特徴とする溶液の性状診断装置。