JP2008231414A - Coolant, and apparatus for plastic processing, grinding, cutting or polishing using the same and its method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、塑性加工又は研削又は切削又は研磨を行う際に加工具と被加工物の接触部分に供給してその表層温度を低下させるためのクーラント（冷却液）に関し、より具体的には、水溶性と増粘性を有する多糖類を含有するクーラント及びそれを用いた塑性加工又は研削又は切削又は研磨装置およびその方法に関する。 The present invention relates to a coolant (cooling liquid) for lowering the surface temperature by supplying to a contact portion between a processing tool and a workpiece when performing plastic working, grinding, cutting or polishing, and more specifically, The present invention relates to a coolant containing a polysaccharide having water solubility and thickening, a plastic working or grinding or cutting or polishing apparatus using the same, and a method thereof.
従来、金属の塑性加工又は研削又は切削又は研磨を行う場合、被加工物における作用部には摩擦が生じ加工熱が生じるため、被加工物との接触部分にクーラントとして油や、油と水の混合体であるエマルジョンを供給して加工熱の発生を抑制していた。
しかしながら、このような油性又はエマルジョンからなるクーラントは、環境下において容易に生分解されないため廃棄する際には、複雑な工程を経て安全な物質に変換してから廃棄する必要があり、このような作業には手間と多大なコストがかかるという課題があった。
そこで上述のような課題に対処するため、従来の油性又はエマルジョンからなるクーラントの代替組成物に関する発明がいくつか開示されている。
Conventionally, when plastic processing, grinding, cutting, or polishing of metal is performed, friction is generated in the working portion of the workpiece and processing heat is generated. Therefore, oil or oil and water is used as a coolant in the contact portion with the workpiece. The emulsion as a mixture was supplied to suppress the generation of processing heat.
However, such an oily or emulsion coolant is not easily biodegraded in the environment. Therefore, when it is discarded, it is necessary to convert it into a safe substance through a complicated process. There is a problem that the work requires labor and a lot of cost.
In order to cope with the above-mentioned problems, several inventions relating to alternative compositions for coolants made of conventional oil or emulsion have been disclosed.
特許文献１には「水溶性クーラント」という名称で、金属の洗浄、研削 、切削、塑性加工クーラント において、窒素、燐、塩素を含有しない水溶性 クーラント 組成物に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示される「水溶性クーラント」は、金属の研削 ・切削・塑性加工において使用される水溶性クーラント組成物において、（Ａ）アルカリ金属炭酸塩、（Ｂ）ホウ素系化合物、（Ｃ）分子内にカルボキシル基を一つ以上有する炭素数６〜２２の有機化合物を含有し、窒素、燐、塩素を含有する化合物を含有しないことを特徴とするものである。
上記構成の特許文献１に記載の発明によれば、アミン添加型クーラント などと比較し、防錆性、防腐性、潤滑性、アルカリ価が同等であり、廃水処理性において優れたクーラント設計が可能であるという効果を有する。
また、この配合組成で、窒素化合物、燐化合物、塩素化合物を一切使用せず、環境への影響を低減したクーラント が設計できるという効果も有する。
さらに、特許文献１に記載の「水溶性クーラント」には、別途水溶性の添加剤を加えることができ、潤滑性、切削性、研削性といった各一次機能、及び、消泡性、他油分離性、といった二次機能を向上させることができるという効果を有する。
Patent Document 1 discloses an invention relating to a water-soluble coolant composition that does not contain nitrogen, phosphorus, or chlorine in a metal cleaning, grinding, cutting, or plastic working coolant under the name “water-soluble coolant”.
The “water-soluble coolant” disclosed in Patent Document 1 is a water-soluble coolant composition used in metal grinding / cutting / plastic processing, in which (A) an alkali metal carbonate, (B) a boron-based compound, (C ) It contains an organic compound having 6 to 22 carbon atoms having at least one carboxyl group in the molecule, and does not contain a compound containing nitrogen, phosphorus or chlorine.
According to the invention described in Patent Document 1 having the above-described configuration, compared to amine-added coolant, etc., it has the same antirust, antiseptic, lubricity, and alkali value, and can be designed with excellent coolant treatment. It has the effect of being.
In addition, this blending composition has the effect of designing a coolant that does not use any nitrogen compound, phosphorus compound, or chlorine compound, and has reduced influence on the environment.
Furthermore, a water-soluble additive can be separately added to the “water-soluble coolant” described in Patent Document 1, and each primary function such as lubricity, machinability, grindability, antifoaming property, and other oil separation The secondary function such as property can be improved.
また、特許文献２には「研削加工方法及び研削加工装置」という名称で、ドライブプレート及びシューによって回転可能に支持されたワークを、ドライブプレートの回転によって回転させながら、回転する研削砥石により研削するための研削加工方法及び研削加工装置に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示される研削加工装置は、研削砥石によるワーク研削の際に、フロントシュー接触部潤滑用ミスト供給パイプ及びリアシュー接触部潤滑用ミスト供給パイプによってワークとフロントシューとの接触部分より上流側、及びワークとリアシューとの接触部分より上流側に、各接触部潤滑用ミストを供給するよう構成されるものである。
また、ドライブプレート潤滑用ミスト供給パイプによってドライブプレートのワーク支持面に、ドライブプレート潤滑用ミストを供給するとともに、冷風供給パイプによって研削点に冷却用の冷風を供給し、研削点潤滑用ミスト供給パイプによって研削砥石の研削点より上流側に研削点潤滑用ミストを供給するよう構成されるものである。
上記構成の特許文献２に記載の発明によれば、研削砥石に研削点潤滑性のミスト及び冷却用の冷風を供給することで、クーラントを用いることなく研削することができるとともに、ワークとシューとの接触部分における焼け、シューマーク、シューの磨耗等の不具合を確実に防止することができるという効果を有する。
Further, Patent Document 2 has a name "grinding method and grinding apparatus", and a workpiece supported rotatably by a drive plate and a shoe is ground by a rotating grinding wheel while being rotated by the rotation of the drive plate. An invention relating to a grinding method and a grinding apparatus for the same is disclosed.
The grinding device disclosed in Patent Literature 2 is upstream of the contact portion between the workpiece and the front shoe by the front shoe contact portion lubrication mist supply pipe and the rear shoe contact portion lubrication mist supply pipe when the workpiece is ground by the grinding wheel. The contact portion lubricating mist is supplied to the side and upstream of the contact portion between the workpiece and the rear shoe.
The drive plate lubrication mist supply pipe supplies drive plate lubrication mist to the work support surface of the drive plate, and the cool air supply pipe supplies cooling cold air to the grinding point, and the grinding point lubrication mist supply pipe. Thus, the grinding point lubrication mist is supplied to the upstream side of the grinding point of the grinding wheel.
According to the invention described in Patent Document 2 having the above configuration, by supplying a grinding point lubricity mist and cooling cold air to the grinding wheel, it is possible to perform grinding without using coolant, It is possible to reliably prevent problems such as burning, shoe marks, shoe wear and the like at the contact portion.
しかしながら、特許文献１に開示される「水溶性クーラント」においては、少なくとも３種類の物質を含有し、加えて、加工性や潤滑性などの一時機能付与のため、脂肪酸、合成エステル、ポリアルキレングリコールなどが、界面活性剤として石油スルホネート、高級アルコールのＥＯ付加体、ノニルフェニルエーテルのＥＯ付加体が添加されたり、消泡剤、防腐防黴剤、非鉄金属防食剤、防錆剤なども添加される可能性がある。
このため、従来の油性又はエマルジョンからなるクーラントに比べると、廃棄する際の処理工程を簡易にすることができると考えられるものの、特許文献１に記載の「水溶性クーラント」を使用後、クーラント中の金属屑を除去した後、水で希釈して下水に放流できる程度にまで処理工程を簡素化することはできず、廃棄処理には依然として手間とコストがかかるという課題があった。
However, the “water-soluble coolant” disclosed in Patent Document 1 contains at least three kinds of substances, and in addition to providing temporary functions such as processability and lubricity, fatty acids, synthetic esters, and polyalkylene glycols. Oil sulfonates, higher alcohol EO adducts, nonyl phenyl ether EO adducts, antifoaming agents, antiseptic / antifungal agents, non-ferrous metal anticorrosives, rust inhibitors, etc. are added as surfactants. There is a possibility.
For this reason, although it is thought that the processing process at the time of disposal can be simplified compared with the coolant which consists of conventional oiliness or an emulsion, after using the "water-soluble coolant" of patent document 1, After removing the metal debris, the treatment process cannot be simplified to such an extent that it can be diluted with water and discharged into sewage, and there is a problem that the disposal process still takes time and cost.
また、上述の特許文献２に記載の発明は、クーラントを用いないとしているが、研削点潤滑用ミストとして植物性油を用いることが望ましい旨の記載があり、結果的には研削点潤滑用ミストがクーラントの役割を果たしているとも言える。
従って、使用済みの潤滑用ミストの処理に関する課題は、油性のクーラントの処理に関する課題と同じであると言え、依然として金属屑を含有する油性成分の処理に関する課題が未解決のままである。
Moreover, although the invention of the above-mentioned patent document 2 does not use a coolant, there is description that it is desirable to use vegetable oil as a mist for grinding point lubrication, and as a result, a mist for grinding point lubrication. Can be said to play the role of coolant.
Therefore, it can be said that the problem regarding the processing of the used lubricating mist is the same as the problem regarding the processing of the oil-based coolant, and the problem regarding the processing of the oil-based component containing the metal scrap remains unsolved.
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、従来の鉱油からなるクーラントと同程度の冷却効果を有し、かつ、廃棄処理を要しない、あるいは、使用済みのクーラントから金属屑を除去した後、水で希釈して下水に排水して廃棄することができ、生分解性を有するクーラント及びその供給設備を有する塑性加工又は研削又は切削又は研磨装置及びその方法を提供することにある。 The present invention has been made in response to such a conventional situation, and has the same cooling effect as that of a conventional coolant made of mineral oil, and does not require disposal or is used to remove metal scrap from a used coolant. It is possible to provide a plastic working or grinding or cutting or polishing apparatus and method having a biodegradable coolant and its supply equipment, which can be diluted with water, drained into sewage and discarded after being removed. is there.
請求項１に記載の発明であるクーラントは、水溶性と、増粘性とを備える多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体を主成分とすることを特徴とするものである。
上記構成の発明において、クーラントに含有される多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体は、いずれも水に溶解又は分散して粘稠性を生じる高分子物質であり、このような多糖類又は糖タンパク質を構成する高分子物質は、水に溶解又は分散して粘度液体を形成させるという作用を有する。
また、この粘度液体は加工具又は被加工物を構成する金属表面に被膜を形成して摩擦を低減するという作用を有する。
The coolant according to the first aspect of the present invention is characterized in that the main component is a polysaccharide, glycoprotein or a mixture thereof having water solubility and thickening.
In the invention having the above-described configuration, the polysaccharide or glycoprotein contained in the coolant or a mixture thereof is a high-molecular substance that dissolves or disperses in water and produces a viscosity. Such a polysaccharide or sugar The polymer substance constituting the protein has an action of dissolving or dispersing in water to form a viscous liquid.
Moreover, this viscous liquid has the effect | action which forms a film on the metal surface which comprises a processing tool or a workpiece, and reduces friction.
請求項２に記載の発明であるクーラントは、請求項１に記載のクーラントであって、クーラントは、水溶性のアルコールを含有することを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１記載のクーラントと同じ作用に加え、水溶性のアルコールを添加することで、請求項２記載のクーラント内の水と水溶性アルコールを反応させて、金属表面に優先的に吸着する脂肪酸等の極性物質を発生させるという作用を有する。
また、この極性物質は、金属表面に被膜を形成して摩擦を低減するという作用を有する。
なお、請求項２に記載のクーラントに添加する水溶性アルコールとしては、２０℃の温度条件下（常温）において水に完全に溶解するものであればよく、より具体的には、メタノール,エタノール,ブタノールが添加可能である。
A coolant according to a second aspect of the present invention is the coolant according to the first aspect, wherein the coolant contains a water-soluble alcohol.
In addition to the same action as the coolant according to claim 1, the invention having the above-described structure has a priority over the metal surface by reacting water in the coolant according to claim 2 with the water-soluble alcohol by adding water-soluble alcohol. It has the effect of generating polar substances such as fatty acids that are adsorbed on the surface.
In addition, this polar substance has a function of reducing friction by forming a film on the metal surface.
The water-soluble alcohol added to the coolant according to claim 2 may be any water-soluble alcohol that can be completely dissolved in water under a temperature condition of 20 ° C. (ordinary temperature). More specifically, methanol, ethanol, Butanol can be added.
請求項３に記載の発明であるクーラントは、請求項２に記載のクーラントであって、アルコールは、エタノールであることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項２記載の発明と同じ作用を有する。
The coolant according to claim 3 is the coolant according to claim 2, wherein the alcohol is ethanol.
The invention configured as described above has the same effect as that of the invention described in claim 2.
請求項４に記載の発明であるクーラントは、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のクーラントであって、クーラントの粘度は１０［ｍＰａ・sec.］以下であることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１乃至請求項３に記載のそれぞれの発明の作用に加え、クーラントの流動性の低下を妨げるという作用を有する。
特に、請求項４記載のクーラントを噴霧状にして供給する場合に、クーラントのミスト化を可能にするという作用を有する。
The coolant according to claim 4 is the coolant according to any one of claims 1 to 3, wherein the viscosity of the coolant is 10 [mPa · sec.] Or less. To do.
The invention having the above-described structure has an action of preventing a decrease in the fluidity of the coolant in addition to the actions of the respective inventions according to claims 1 to 3.
In particular, when the coolant according to claim 4 is supplied in the form of a spray, the coolant can be misted.
請求項５に記載の発明であるクーラントは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のクーラントであって、このクーラントは生分解性を有することを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１乃至請求項４に記載のそれぞれの発明の作用に加え、クーラントに添加される物質は微生物等の代謝機能により水や二酸化炭素等の無害な物質に自然に分解されるという作用を有する。
A coolant according to a fifth aspect of the present invention is the coolant according to any one of the first to fourth aspects, wherein the coolant is biodegradable.
In the invention of the above configuration, in addition to the actions of the inventions of claims 1 to 4, the substance added to the coolant is naturally decomposed into harmless substances such as water and carbon dioxide by the metabolic function of microorganisms and the like. Has the effect of being
請求項６に記載の発明である塑性加工又は研削又は切削又は研磨装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のクーラントを供給するためのクーラント供給設備を有することを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１乃至請求項４に記載のそれぞれの発明の作用に加え、金属加工時に被加工物の作用点において摩擦による加工熱の発生を抑制すると同時に、金属加工時に加工具、すなわち、塑性加工刃又は研削刃又は切削刃又は砥石の磨耗を妨げるという作用を有する。
A plastic working or grinding or cutting or polishing apparatus according to a sixth aspect of the invention has a coolant supply facility for supplying the coolant according to any one of the first to fifth aspects. Is.
In addition to the effects of the respective inventions according to claims 1 to 4, the invention having the above-described configuration suppresses the generation of machining heat due to friction at the work point of the workpiece during metal machining, and at the same time the machining tool during metal machining. That is, it has the effect of preventing the wear of the plastic working blade or grinding blade or cutting blade or grindstone.
請求項７に記載の発明である塑性加工又は研削又は切削又は研磨方法は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のクーラントを用いることを特徴とするものである。
上記構成の発明は請求項６記載の発明を方法の発明として捉えたものであり、請求項６に記載の発明と同じ作用を有する。
A plastic working or grinding or cutting or polishing method according to a seventh aspect of the invention uses the coolant according to any one of the first to fifth aspects.
The invention having the above-described configuration is obtained by capturing the invention described in claim 6 as a method invention, and has the same action as the invention described in claim 6.
本発明の請求項１に記載のクーラントによれば、多糖類又は糖タンパク質をクーラントに添加することで粘性液体が形成され、この粘性液体が金属表面に被膜を形成することで摩擦が低減され、表層温度を低下させるという効果を有する。
また、従来の鉱油から成るクーラントと同程度の冷却効果を有する。
さらに、請求項１に記載のクーラントは、使用後大気中に拡散させて消失させることができるという効果を有する。
また、請求項１に記載のクーラントを循環させて使用する場合、環境汚染性が極めて低いので使用済みのクーラントから金属屑を除去した後、水で希釈して下水として排水できるという効果を有する。従って、廃棄処理にかかる手間とコストを大幅に軽減できるという効果を有する。この結果、環境への影響を低減できるという効果を有する。
さらに、特に請求項１に記載のクーラントの原料を、食品又は食品添加物として認められる増粘安定剤又は糊料とした場合には、請求項１に記載のクーラントを環境や人体に対して一層安全性の高いものにすることができるという効果を有する。
According to the coolant according to claim 1 of the present invention, a viscous liquid is formed by adding a polysaccharide or glycoprotein to the coolant, and the viscous liquid forms a film on the metal surface to reduce friction, It has the effect of lowering the surface temperature.
Moreover, it has the same cooling effect as a coolant made of conventional mineral oil.
Furthermore, the coolant according to claim 1 has an effect that it can be diffused into the atmosphere after use and disappear.
Moreover, when circulating and using the coolant of Claim 1, since environmental pollution property is very low, after removing metal waste from a used coolant, it has the effect that it can be diluted with water and drained as sewage. Therefore, there is an effect that labor and cost for disposal processing can be greatly reduced. As a result, there is an effect that the influence on the environment can be reduced.
Furthermore, when the raw material of the coolant according to claim 1 is a thickening stabilizer or paste that is recognized as a food or food additive, the coolant according to claim 1 is further layered on the environment and the human body. It has the effect that it can be made highly safe.
本発明の請求項２に記載のクーラントは、請求項１記載の発明と同様の効果を有する。また、この効果に加え、水溶性のアルコールと水が反応して生成する極性物質が、金属表面に吸着して被膜を形成し、摩擦低減効果を発揮するため、請求項１記載のクーラントの冷却効果が促進される。
さらに、アルコールは水に比べて沸点が低く気化しやすいので、加工具と被加工具の接触部分において生じた摩擦熱がアルコールの気化熱として除去されることによっても、加工熱の発生が抑制されるという効果を有する。
よって、請求項２に記載のクーラントは、請求項１記載のクーラントと同等の冷却効果を発揮させるために必要な多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体の量を少なくできるという効果を有する。
この結果、請求項２に記載のクーラントの原材料費を安価にできるという効果を有する。
The coolant according to claim 2 of the present invention has the same effect as the invention according to claim 1. In addition to this effect, the polar substance produced by the reaction of water-soluble alcohol and water adsorbs to the metal surface to form a film and exhibits a friction reducing effect. The effect is promoted.
Furthermore, since alcohol has a lower boiling point than water and is easy to vaporize, the generation of processing heat is also suppressed by removing frictional heat generated at the contact portion between the processing tool and the workpiece as the vaporization heat of the alcohol. Has the effect of
Therefore, the coolant according to claim 2 has an effect of reducing the amount of polysaccharides, glycoproteins or a mixture thereof necessary for exhibiting the same cooling effect as the coolant according to claim 1.
As a result, it has the effect that the raw material cost of the coolant according to claim 2 can be reduced.
本発明の請求項３に記載のクーラントは、請求項２記載の発明と同様の効果に加え、クーラントに添加する水溶性のアルコールとして、人体に取り込まれた際に毒性を示さないエタノールを使用することで、環境や人体に対する安全性を一層高めることができるという効果を有する。 The coolant according to claim 3 of the present invention uses ethanol that is not toxic when taken into the human body as a water-soluble alcohol to be added to the coolant in addition to the same effects as the invention according to claim 2. This has the effect of further enhancing safety for the environment and the human body.
本発明の請求項４に記載のクーラントは、請求項１乃至請求項３に記載のそれぞれの発明と同様の効果に加え、クーラントの流動性の低下を防止することができるという効果を有する。
従って、請求項４記載のクーラントの粘度を１０［ｍＰａ・sec.］以下にすることで、ミスト状にして供給できるという効果を有する。
よって、使用済みのクーラントを大気中に拡散させて消滅させることができるという効果を有する
The coolant according to claim 4 of the present invention has the effect of preventing a decrease in the fluidity of the coolant in addition to the same effects as the respective inventions according to claims 1 to 3.
Therefore, when the viscosity of the coolant according to claim 4 is set to 10 [mPa · sec.] Or less, the coolant can be supplied in a mist form.
Therefore, it has the effect that the used coolant can be diffused into the atmosphere and eliminated.
本発明の請求項５に記載のクーラントは、請求項１乃至請求項４に記載のそれぞれの発明と同様の効果に加え、クーラントが生分解性を有することで、使用済みのクーラントの廃棄に係る手間を大幅に軽減できると同時に、請求項５に記載のクーラントが、万一外部環境に漏出した際の環境汚染等の被害の発生を防止することができるという効果を有する。 The coolant according to claim 5 of the present invention is related to the disposal of used coolant because the coolant is biodegradable in addition to the same effects as the inventions according to claims 1 to 4. At the same time that the labor can be greatly reduced, the coolant according to claim 5 has the effect that it is possible to prevent the occurrence of damage such as environmental pollution when leaking into the external environment.
本発明の請求項６に記載の塑性加工又は研削又は切削又は研磨装置は、金属加工時に請求項１乃至請求項５に記載のそれぞれのクーラントを供給する供給設備を備えることで、請求項１乃至請求項５に記載のそれぞれのクーラントの効果に加え、加工熱の発生を抑制しながら金属を加工することができるという効果を有する。
加えて、粘度液体が加工具又は被加工物を構成する金属表面に被膜を形成するので、金属加工時に加工具である、塑性加工刃又は研削刃又は切削刃又は砥石が摩擦により磨耗するのを遅らせるという効果を有する。
また、摩擦による発熱で、加工具や被加工物が破損するのを防止するという効果を有する。
従って、請求項６に記載の塑性加工又は研削又は切削又は研磨装置の耐久性を向上させることができるという効果を有する。
The plastic working or grinding or cutting or polishing apparatus according to claim 6 of the present invention comprises a supply facility for supplying the respective coolant according to claims 1 to 5 at the time of metal processing. In addition to the effects of the respective coolants according to claim 5, the metal can be processed while suppressing the generation of processing heat.
In addition, since the viscous liquid forms a film on the metal surface constituting the processing tool or workpiece, the plastic processing blade, grinding blade, cutting blade or grindstone, which is the processing tool during metal processing, is worn by friction. Has the effect of delaying.
Moreover, it has the effect of preventing the work tool and workpiece from being damaged by heat generated by friction.
Therefore, the durability of the plastic working or grinding or cutting or polishing apparatus according to claim 6 can be improved.
本発明の請求項７に記載の塑性加工又は研削又は切削又は研磨方法は、請求項６記載の発明を方法の発明として捉えたものであり、請求項６に記載の発明と同じ効果を有する。 The plastic working or grinding or cutting or polishing method according to claim 7 of the present invention is obtained by capturing the invention according to claim 6 as the invention of the method, and has the same effect as the invention according to claim 6.
一般に、金属を塑性加工又は研削又は切削又は研磨加工する際に発生する加工熱の主な熱源は、加工具、すなわち、塑性加工刃又は研削刃又は切削刃又は砥石と、被加工物の接触による摩擦であり、加工時の摩擦係数を低減できれば加工具と被加工物の接触部分において発生する熱量を低減することができるといえる。
そして、加工時の摩擦係数を低減するには、加工具と被加工物の接触部分の潤滑が有効である。
また、潤滑物質による潤滑状態は概ね次のように分類されており、それぞれは、物体の表面に吸着した物質により被膜が形成されて摩擦を低減する境界潤滑、液体により相対運動する物体が完全に隔てられて摩擦が低減される流体潤滑、境界潤滑と流体潤滑の中間段階である混合潤滑である。
特に境界潤滑から混合潤滑においては、物質の表面に被膜を形成する物質の選択が重要であり、流体潤滑においては粘度の調整が潤滑状態を左右することが知られている。
In general, the main heat source of processing heat generated when plastic working or grinding or cutting or polishing a metal is due to contact between a work tool, that is, a plastic working blade or a grinding blade or a cutting blade or a grindstone, and a workpiece. If it is a friction and the friction coefficient at the time of processing can be reduced, it can be said that the amount of heat generated at the contact portion between the processing tool and the workpiece can be reduced.
In order to reduce the coefficient of friction during processing, it is effective to lubricate the contact portion between the processing tool and the workpiece.
In addition, the lubrication state by the lubricating substance is roughly classified as follows, each of which forms a film by the substance adsorbed on the surface of the object, boundary lubrication that reduces friction, and the object that moves relative to the liquid is completely Fluid lubrication that is separated to reduce friction, mixed lubrication, which is an intermediate stage between boundary lubrication and fluid lubrication.
In particular, in boundary lubrication to mixed lubrication, selection of a substance that forms a film on the surface of the substance is important, and in fluid lubrication, it is known that adjustment of viscosity affects the lubrication state.
本発明の場合のような塑性加工,研削加工,切削加工,研磨加工はいずれも、金属表面に被膜が形成されて摩擦が低減される境界潤滑である。
従来、境界潤滑では、金属表面に被膜を形成させる物質の特性として油性が重要であるとされており、クーラントとしては油や、水と油の混合物であるエマルジョンが使用されてきた。また、特許文献１に係る「水溶性のクーラント」も脂肪酸を含有している。
しかしながら、従来のクーラントに含有される油性の有機化合物は、自然界において容易に分解できない場合が多く、また、焼却処分すると環境汚染性の高い物質が発生する可能性が高かった。
このため、実際に廃棄する際には複雑な処理工程を経ることで安全な物質に変換した上で廃棄する必要があり、このような有機化合物の廃棄作業は極めて煩雑な上、その処理にはコストもかかるという課題があった。
The plastic processing, grinding processing, cutting processing, and polishing processing as in the present invention are all boundary lubrication in which a coating is formed on the metal surface and friction is reduced.
Conventionally, in boundary lubrication, oiliness is considered to be important as a characteristic of a substance that forms a film on a metal surface, and oil or an emulsion that is a mixture of water and oil has been used as a coolant. The “water-soluble coolant” according to Patent Document 1 also contains a fatty acid.
However, oily organic compounds contained in conventional coolants often cannot be easily decomposed in nature, and when incinerated, there is a high possibility that substances with high environmental pollution will be generated.
For this reason, when actually disposing it, it is necessary to dispose of it after converting it to a safe substance through a complicated treatment process. There was a problem of cost.
その一方で従来、境界潤滑においては、従来金属表面近傍に形成される被膜の重要な特性として油性が挙げられてきたが、近年この重要な特性は「金属の表面分子引力の作用する領域で高められた粘性」に置き換えることが可能である旨の示唆があった。
そこで、発明者は鋭意研究の結果、極めて薄い厚さの粘度液体や、極めて薄い濃度の粘度液体が、境界潤滑における油性と同様の効果を有することを見出し、さらに、極めて薄い濃度の粘度液体を形成すると同時に摩擦面における冷却効果を発揮する物質として多糖類や糖タンパク質が有効であることを見出した。
On the other hand, conventionally, in boundary lubrication, oiliness has been mentioned as an important characteristic of the coating formed near the metal surface. However, in recent years, this important characteristic has been improved in the region where the surface molecular attractive force of the metal acts. There was a suggestion that it could be replaced by “viscous viscosity”.
Therefore, as a result of intensive studies, the inventors have found that a very thin viscosity liquid or a very thin viscosity liquid has the same effect as oiliness in boundary lubrication. It was found that polysaccharides and glycoproteins are effective as substances that simultaneously form and exert a cooling effect on the friction surface.
まず、実施例１に係るクーラントについて説明する。
実施例１に係るクーラントは、水に溶解又は分散して粘稠性を生じる高分子物質の水溶液であり、より具体的には、水溶性と増粘性を有する多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体を水に溶解又は分散させた水溶液であることを特徴とするものである。
そして、実施例１に係るクーラントにおいて、粘度液体を形成する物質としては、水に溶解又は分散させた際に粘度液体を形成する多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体であればよい。
実施例１に係るクーラントに添加される多糖類としては、単糖一種類の重合体であるホモ多糖類（単純多糖）や、単糖２種類以上の重合体であるヘテロ多糖類（複合多糖）や、ヘテロ多糖類の中でも特に動物の結合組織や体液中に存在しアミノ酸を含有し、生体内でタンパク質と結合しているムコ多糖類が使用可能である。
より具体的には、ホモ多糖類では、デンプン、グリコーゲン、セルロース、イヌリン、マンナン等が、また、ヘテロ多糖類では、グルコマンナン、寒天等が、さらに、ヘテロ多糖類の中でも動物の結合組織や体液中に存在してアミノ酸を含有し、生体内ではタンパク質と結合しているムコ多糖類としては、ムコ多糖―タンパク質複合体である、ヒアルロン酸、コンドロイチン、コンドロイチン−４−硫酸（コンドロイチン硫酸Ａ）、コンドロイチン−６−硫酸（コンドロイチン硫酸Ｃ）、デルマタン硫酸（コンドロイチン硫酸Ｂ）、ケラト硫酸（ケラタン硫酸）、ヘパリン、水溶性キチンがある。さらに、上記以外の多糖類ではアルギン酸ナトリウム、フコイダン、ペクチン、カラギナン、水溶性キトサン（グルコサミン）がある。
なお、これらの多糖類は水に溶解又は分散させた後、加熱することで粘度液体を形成するものであってもよい。
また、実施例１に係るクーラントに添加される粘度液体化物質は、タンパク質を構成するアミノ酸に糖鎖が結合した糖タンパク質でもよく、より具体的には、動物の上皮細胞や植物、あるいは一部の菌類から分泌される粘液物質として知られる、ムチン、ムコプロテインでもよい。
First, the coolant according to the first embodiment will be described.
The coolant according to Example 1 is an aqueous solution of a polymer substance that is dissolved or dispersed in water to produce a viscosity, and more specifically, a polysaccharide or glycoprotein having water solubility and thickening, or a mixture thereof. It is an aqueous solution in which a body is dissolved or dispersed in water.
And in the coolant which concerns on Example 1, as a substance which forms a viscous liquid, what is necessary is just the polysaccharide, glycoprotein, or these mixture which forms a viscous liquid when it melt | dissolves or disperse | distributes to water.
Examples of the polysaccharide added to the coolant according to Example 1 include a homopolysaccharide (simple polysaccharide) that is one kind of monosaccharide polymer, and a heteropolysaccharide (complex polysaccharide) that is a polymer of two or more kinds of monosaccharides. Of the heteropolysaccharides, mucopolysaccharides that are present in connective tissues and body fluids of animals and contain amino acids and are bound to proteins in vivo can be used.
More specifically, homopolysaccharides include starch, glycogen, cellulose, inulin, mannan and the like, heteropolysaccharides include glucomannan and agar, and among heteropolysaccharides, animal connective tissues and body fluids. Mucopolysaccharides that are present in and contain amino acids and are bound to proteins in vivo include mucopolysaccharide-protein complexes, hyaluronic acid, chondroitin, chondroitin-4-sulfate (chondroitin sulfate A), There are chondroitin-6-sulfate (chondroitin sulfate C), dermatan sulfate (chondroitin sulfate B), kerato sulfate (keratan sulfate), heparin, and water-soluble chitin. Furthermore, polysaccharides other than the above include sodium alginate, fucoidan, pectin, carrageenan, and water-soluble chitosan (glucosamine).
In addition, after dissolving or disperse | distributing these polysaccharides in water, you may form a viscous liquid by heating.
Further, the viscosity-liquefied substance added to the coolant according to Example 1 may be a glycoprotein in which a sugar chain is bound to an amino acid constituting the protein, and more specifically, an animal epithelial cell or plant, or a part thereof Mucin and mucoprotein, which are known as mucus substances secreted from fungi, may be used.
さらに、本実施例に係るクーラントにおいては、上記多糖類のうちの複数種類を、又は、上記糖タンパク質のうちの複数種類を、又は、上記多糖類と上記糖タンパク質を少なくとも１種類ずつをそれぞれ混合してなる混合体を水に溶解又は分散させて粘度液体を形成してもよい。
つまり、境界潤滑では金属表面に極めて薄い厚さの粘度液体から成る被膜が形成されることで摩擦が低減されるため、実施例１に係るクーラントにおいては、クーラントが粘度液体を形成するような物質を含有している必要がある。
よって、実施例１に係るクーラントにおいては、多糖類や糖タンパク質を複数種類混合した場合に、凝固したり、粘性がなくなる等の不具合を生じなければ、その組み合わせは自由に設定されてよい。
通常クーラントの冷却効果は、そのクーラントを使用した場合の動摩擦係数あるいは摩擦係数で示されることが知られており、動摩擦係数あるいは摩擦係数の値が小さい方が冷却効果が高いといえる。
特に本願明細書において冷却効果を有すると記載する場合は、金属からなる加工具と被加工物の作用点に水のみを供給した場合に測定される動摩擦係数（＝０.３）よりも、実施例に係るクーラントを用いた場合の動摩擦係数が小さいことを意味しており、測定される動摩擦係数又は摩擦係数が０.１程度の場合には、従来の油やエマルジョンからなるクーラントと同程度の冷却効果を有するといえる。
従って、上述のような実施例１に係るクーラントによれば、金属加工時に粘度液体による被膜が金属表面上に形成されることで摩擦が低減され、この結果、加工熱の発生を抑制することができるという効果を有する。
つまり、加工具と被加工物の摩擦面における冷却効果を有するのである。
Furthermore, in the coolant according to this example, a plurality of types of the polysaccharides, a plurality of types of the glycoproteins, or at least one type of the polysaccharide and the glycoprotein are mixed. The resulting mixture may be dissolved or dispersed in water to form a viscous liquid.
That is, in boundary lubrication, since a coating made of a viscous liquid having a very thin thickness is formed on the metal surface, friction is reduced. Therefore, in the coolant according to the first embodiment, a substance that forms a viscous liquid. It is necessary to contain.
Therefore, in the coolant according to the first embodiment, when a plurality of types of polysaccharides and glycoproteins are mixed, the combination thereof may be freely set as long as no trouble such as coagulation or loss of viscosity occurs.
It is known that the cooling effect of a normal coolant is indicated by a dynamic friction coefficient or a friction coefficient when the coolant is used, and it can be said that the smaller the value of the dynamic friction coefficient or the friction coefficient, the higher the cooling effect.
In particular, when it is described in the present specification that it has a cooling effect, it is more effective than the coefficient of dynamic friction (= 0.3) measured when only water is supplied to the working point of the metal work tool and the workpiece. This means that the coefficient of dynamic friction when the coolant according to the example is used is small, and when the measured dynamic friction coefficient or coefficient of friction is about 0.1, it is about the same as a conventional coolant made of oil or emulsion. It can be said that it has a cooling effect.
Therefore, according to the coolant according to Example 1 as described above, friction is reduced by forming a coating film of a viscous liquid on the metal surface during metal processing, and as a result, the generation of processing heat can be suppressed. It has the effect of being able to.
That is, it has a cooling effect on the friction surface between the processing tool and the workpiece.
また、実施例１に係るクーラントにおいては、上述のような多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体を溶解又は分散させた水溶液の粘度が、３[ｍＰａ・sec.]以上であることが望ましい。
これは、実施例１に係るクーラントの粘度が３[ｍＰａ・sec.]よりも小さい場合には、金属表面上に粘度液体から成る被膜が良好に形成されず、十分な摩擦低減効果が発揮されないためである。
さらに、特に実施例１に係るクーラントの粘度を、３〜１０[ｍＰａ・sec.]の範囲内に設定した場合には、ミスト化した状態で実施例１に係るクーラントを供給対象に供給することができるという効果を有する。
これは、実施例１に係るクーラントの粘度が１０[ｍＰａ・sec.]よりも大きい場合には、超音波を利用する等しても容易にミスト化できなくなるためである。
そして、実施例１にかかるクーラントをミスト化して供給対象に供給した場合、実施例１に係るクーラントは使用後、大気中に拡散して消失するので、使用済みのクーラントを回収して廃棄処理する手間とコストを省くことができるという効果を有する。
この結果、取扱いが容易でかつ廃棄する際に環境への負荷が極めて小さいクーラントを提供できるという効果を有する。
Moreover, in the coolant which concerns on Example 1, it is desirable that the viscosity of the aqueous solution which melt | dissolved or disperse | distributed the above polysaccharides, glycoproteins, or these mixtures is 3 [mPa * sec.] Or more.
This is because, when the viscosity of the coolant according to Example 1 is smaller than 3 [mPa · sec.], A coating film made of a viscous liquid is not well formed on the metal surface, and a sufficient friction reducing effect is not exhibited. Because.
Furthermore, especially when the viscosity of the coolant according to the first embodiment is set within a range of 3 to 10 [mPa · sec.], The coolant according to the first embodiment is supplied to the supply target in a mist state. Has the effect of being able to.
This is because, when the viscosity of the coolant according to the first embodiment is larger than 10 [mPa · sec.], It cannot be easily misted even by using ultrasonic waves.
When the coolant according to the first embodiment is made into a mist and supplied to the supply target, the coolant according to the first embodiment diffuses into the atmosphere and disappears after use, so that the used coolant is recovered and disposed of. There is an effect that labor and cost can be saved.
As a result, there is an effect that it is possible to provide a coolant that is easy to handle and has an extremely low environmental load when discarded.
特に、実施例１に係るクーラントに粘性を付与する物質として、通常食品に増粘安定剤として添加され、天然由来成分の多糖類、すなわち、澱粉や果実、藻類などから直接もしくは発酵により得られる多糖類である、アルギン酸ナトリウム、フコイダン、ペクチン、カラギーナン（カラギナン）、グアーガム（グァーガム）、キサンタンガム、タマリンドガムや、あるいは、デンプンやセルロースを試薬により処理して得られる多糖類である、カルボキシメチルセルロース、難消化性デキストリン、ポリデキストロース等のようないわゆる水溶性食物繊維を用いた場合、これらの多糖類は食品としての安全性が認められていることから、先に述べたような摩擦部分の冷却効果に加え、万一使用済みのクーラントが大気中に拡散した場合でも環境汚染等の原因になり難く、環境や使用者にとって極めて安全性の高いクーラントを提供することができるという効果を有する。
さらに、粘度液体化物質である多糖類や糖タンパク質自体が金属表面に吸着することによっても被膜が形成されて摩擦の低減効果が発揮される。
よって、粘度液体化物質自体が金属表面への高い吸着性を有することがより望ましい。
なお、実施例１に係るクーラントにおいて粘度液体化物質が、カルボキシル基を有する酸性多糖類又は酸性糖タンパク質である場合には、それ自体が金属表面に優先的に吸着して被膜が形成され、さらに、酸性多糖類又は酸性糖タンパク質を含有する水溶液が粘度液体であることによっても金属表面に被膜が形成されて冷却効果が発揮されるため、実施例１に係るクーラントの冷却効果をいっそう促進することができる。
In particular, as a substance that imparts viscosity to the coolant according to Example 1, it is usually added to food as a thickening stabilizer, and is a polysaccharide derived from nature, that is, a polysaccharide obtained directly or by fermentation from starch, fruit, algae, etc. Saccharide, sodium alginate, fucoidan, pectin, carrageenan (carrageenan), guar gum (guar gum), xanthan gum, tamarind gum, or polysaccharide obtained by treating starch or cellulose with a reagent, carboxymethylcellulose, resistant to digestion When so-called water-soluble dietary fibers such as water-soluble dextrin and polydextrose are used, these polysaccharides are recognized as safe for food. Even if used coolant diffuses into the atmosphere, Hardly cause pollution, it has the effect that it is possible to provide a highly safe coolant for the environment and the user.
Furthermore, a film is formed also when the polysaccharide or glycoprotein itself, which is a viscosity-liquefied substance, is adsorbed on the metal surface, and the effect of reducing friction is exhibited.
Therefore, it is more desirable that the viscosity liquefied substance itself has high adsorptivity to the metal surface.
In addition, in the coolant according to Example 1, when the viscosity liquefied substance is an acidic polysaccharide or acidic glycoprotein having a carboxyl group, the film itself is preferentially adsorbed on the metal surface, and further, Further, since the coating solution is formed on the metal surface and the cooling effect is exhibited even when the aqueous solution containing acidic polysaccharide or acidic glycoprotein is a viscous liquid, the cooling effect of the coolant according to Example 1 is further promoted. Can do.
また、実施例１にかかるクーラントに含有される多糖類又は糖タンパク質は、通常生物にとっての栄養源であったり、生体内において保湿等の機能を有するものであるため、極めて生分解されやすい。
従って、特に実施例１に係るクーラントを循環させて繰り返し利用する場合、使用済みのクーラントから金属屑を取り除いた後に、水で十分に希釈して下水に排水して処理することができるという効果を有する。
よって、従来の油性又はエマルジョンからなるクーラントを使用する場合に比べて、実施例１に係るクーラントは、廃棄にかかる手間やコストを大幅に削減することができるという効果を有する。
なお、実施例１に係るクーラントを循環して利用する場合、クーラント内において雑菌が繁殖してクーラントの品質が低下したり、微生物の代謝物による悪臭が発生するのを防止する目的で、実施例１に係るクーラントを一時的に収容する容器に紫外線照射設備等を設けるか、あるいは、実施例１に係るクーラントに環境汚染性の低い抗菌剤を添加しておくことが望ましい。
さらに、実施例１に係るクーラントを繰り返し利用する場合、クーラントの粘度は必ずしも３〜１０[ｍＰａ・sec.]の範囲内である必要はなく、金属表面上に被膜を形成するのに必要な粘度を有していればよい。
このため、クーラントを循環させて使用する場合、実施例１に係るクーラントの粘度は少なくとも３[ｍＰａ・sec.]以上であればよく、粘度の上限はクーラントの循環利用に差し支えなければ自由に設定されてよい。
Moreover, since the polysaccharide or glycoprotein contained in the coolant according to Example 1 is a nutrient source for a normal organism or has a function such as moisturizing in a living body, it is extremely easily biodegraded.
Therefore, in particular, when the coolant according to Example 1 is circulated and repeatedly used, after removing the metal scrap from the used coolant, the effect of being sufficiently diluted with water and drained into sewage can be processed. Have.
Therefore, compared with the case where the coolant which consists of conventional oiliness or an emulsion is used, the coolant which concerns on Example 1 has the effect that the effort and cost concerning disposal can be reduced significantly.
When the coolant according to Example 1 is circulated and used, for the purpose of preventing germs from breeding in the coolant and reducing the quality of the coolant, or the generation of malodor due to microbial metabolites, Example It is desirable to provide an ultraviolet irradiation facility or the like in a container that temporarily stores the coolant according to No. 1, or to add an antibacterial agent having low environmental pollution to the coolant according to the first embodiment.
Furthermore, when the coolant according to Example 1 is repeatedly used, the viscosity of the coolant is not necessarily in the range of 3 to 10 [mPa · sec.], And the viscosity necessary for forming a film on the metal surface. As long as it has.
For this reason, when the coolant is circulated and used, the viscosity of the coolant according to the first embodiment may be at least 3 [mPa · sec.] Or more, and the upper limit of the viscosity is freely set as long as it does not interfere with the circulation of the coolant. May be.
そして、上述のような実施例１に係るクーラントを供給するための供給設備を備える塑性加工又は研削又は切削又は研磨装置によれば、実施例１に係るクーラントが供給対象へと供給されることで、金属加工時の加工熱の発生を抑制できると同時に、その際に使用するクーラントの廃棄にかかる手間とコストを大幅に削減できるという効果を有する。
また、実施例１に係るクーラントを用いた塑性加工又は研削又は切削又は研磨方法においても、同様の効果を有する。
And according to the plastic working or grinding or cutting or polishing apparatus provided with the supply equipment for supplying the coolant according to the first embodiment as described above, the coolant according to the first embodiment is supplied to the supply target. In addition, it is possible to suppress the generation of processing heat during metal processing, and at the same time, it is possible to significantly reduce the labor and cost for discarding the coolant used at that time.
Further, the same effect can be obtained in the plastic working or grinding or cutting or polishing method using the coolant according to the first embodiment.
次に、実施例２に係るクーラントについて説明する。
なお、実施例１に係るクーラントと同一構成部分についての詳細な説明については省略し、実施例１に係るクーラントと比較した際の相違点に重点をおいて説明する。
実施例２に係るクーラントは、実施例１に係るクーラントに水溶性のアルコールを添加したことを特徴とするものである。
境界潤滑では、アルコール等の石油系溶媒を極性溶剤（水等）に少量添加すると、−ＲＯＨ（アルコール）と水が反応して、−ＲＯＯＨ（脂肪酸）等の極性物質が発生して、優先的に金属表面に吸着することが知られている。
このため、実施例２に係るクーラントが水溶性のアルコールを含有することで、実施例２に係るクーラント中に、水とアルコールが反応して成る極性物質が発生し、この極性分子が金属表面に吸着して被膜を形成することによっても摩擦の低減効果が発揮される。
また、水溶性のアルコールは、水よりも沸点が低く気化しやすい。このため、実施例２に係るクーラントに水溶性のアルコールを添加した場合、加工具と被加工物の接触部分において生じる熱が、アルコールの気化熱として奪われることで加工熱の発生が一層抑制されるという効果も有する。
すなわち、実施例２に係るクーラントは、水溶性のアルコールを含有することで、実施例１に係るクーラントと同等の冷却効果を発揮させるために必要な多糖類又は糖タンパク質又はこれらの複合体の量を少なくすることができるという効果を有する。
この結果、実施例２に係るクーラントを製造するのに必要な多糖類又は糖タンパク質又はこれらの複合体の量を少なくできるため、実施例２に係るクーラントを安価に提供できるという効果を有する。
Next, the coolant which concerns on Example 2 is demonstrated.
Note that a detailed description of the same components as the coolant according to the first embodiment will be omitted, and description will be made with an emphasis on the difference when compared with the coolant according to the first embodiment.
The coolant according to the second embodiment is characterized in that a water-soluble alcohol is added to the coolant according to the first embodiment.
In boundary lubrication, when a small amount of petroleum solvent such as alcohol is added to polar solvent (water etc.), -ROH (alcohol) and water react to generate polar substances such as -ROOH (fatty acid). It is known to adsorb on metal surfaces.
For this reason, when the coolant according to Example 2 contains water-soluble alcohol, a polar substance formed by the reaction of water and alcohol is generated in the coolant according to Example 2, and this polar molecule is formed on the metal surface. The effect of reducing friction is also exhibited by forming a film by adsorption.
In addition, water-soluble alcohol has a lower boiling point than water and is easily vaporized. For this reason, when water-soluble alcohol is added to the coolant according to the second embodiment, the heat generated at the contact portion between the processing tool and the workpiece is taken away as the heat of vaporization of the alcohol, so that the generation of processing heat is further suppressed. It also has the effect of
That is, the amount of polysaccharides or glycoproteins or a complex thereof necessary for the coolant according to Example 2 to contain the water-soluble alcohol so that the cooling effect equivalent to that of the coolant according to Example 1 is exhibited. This has the effect that it can be reduced.
As a result, since the amount of polysaccharides or glycoproteins required to produce the coolant according to Example 2 or a complex thereof can be reduced, the coolant according to Example 2 can be provided at low cost.
なお、実施例２に係るクーラントに添加可能な水溶性アルコールとしては、メタノール、エタノール、ブタノールが挙げられるが、特にエタノールを用いた場合には、実施例２に係るクーラントが使用後大気中に拡散された場合でも、外部環境や人体に対する悪影響を最小限度にすることができるので、特に安全性の高いクーラントを提供できるという効果を有する。
これは、水溶性エタノールにおいてエタノールのみが人体において安全に生分解されるためである。
また、実施例２に係るクーラントに添加可能な水溶性アルコールはいずれも生分解性を有する、すなわち、微生物等により環境に無害な物質に分解されるため、実施例２に係るクーラントも実施例１に係るクーラントと同様に、金属屑を除去してから水で十分に希釈して下水に排水して処理できるという効果を有する。
さらに、実施例２に係るクーラントをミスト化して供給対象に供給する場合の最適な粘度は、実施例１に係るクーラントの場合と同じであり、この場合、実施例１に係るクーラントと同様の効果を有する。
よって、実施例２に係るクーラント供給設備を備える塑性加工又は研削又は切削又は研磨装置および、実施例２に係るクーラントを用いた塑性加工又は研削又は切削又は研磨方法はいずれも、上述の実施例２に係るクーラントの効果に加え実施例１に記載の装置又は方法と同様の効果を有する。
The water-soluble alcohol that can be added to the coolant according to Example 2 includes methanol, ethanol, and butanol. In particular, when ethanol is used, the coolant according to Example 2 diffuses into the atmosphere after use. Even in such a case, adverse effects on the external environment and the human body can be minimized, so that it is possible to provide a particularly safe coolant.
This is because only ethanol in water-soluble ethanol is safely biodegraded in the human body.
Moreover, since all the water-soluble alcohols that can be added to the coolant according to the second embodiment are biodegradable, that is, decomposed into substances that are harmless to the environment by microorganisms or the like, the coolant according to the second embodiment is also the first embodiment. Similar to the coolant according to the present invention, it has an effect that it can be treated by diluting with sewage after sufficiently diluting with metal after removing metal scraps.
Furthermore, the optimal viscosity when the coolant according to the second embodiment is misted and supplied to the supply target is the same as that of the coolant according to the first embodiment. In this case, the same effect as the coolant according to the first embodiment is obtained. Have
Therefore, the plastic working, grinding, cutting, or polishing apparatus provided with the coolant supply facility according to the second embodiment and the plastic working, grinding, cutting, or polishing method using the coolant according to the second embodiment are both the above-described second embodiment. In addition to the effect of the coolant according to the above, the apparatus or method described in the first embodiment has the same effect.
続いて、本発明の実施例１及び実施例２に係るクーラントの冷却効果を実証する第１の試験結果について説明する。 Then, the 1st test result which demonstrates the cooling effect of the coolant which concerns on Example 1 and Example 2 of this invention is demonstrated.
本願発明は、水に溶解あるいは分散させた際に粘度液体化させる物質として、多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体を添加したことを特徴とするものであり、本試験においては、水に溶解あるいは分散させた際に粘度液体化させる物質の一例としてアルギン酸ナトリウムを、また、水溶性アルコールの一例としてエタノールを用いた。 The present invention is characterized in that a polysaccharide, glycoprotein or a mixture thereof is added as a substance to be converted into a viscosity liquid when dissolved or dispersed in water. In this test, the substance is dissolved in water. Alternatively, sodium alginate was used as an example of a substance that becomes a viscosity liquid when dispersed, and ethanol was used as an example of a water-soluble alcohol.
１）粘度の測定
まず、オストワルド粘度計で、アルギン酸ナトリウム水溶液及びエタノール水溶液の濃度を変化させながら、それぞれの水ミストの粘度を測定した。
本測定において粘度とは、基準となる水と被測定物の相対計測であり、上記のそれぞれの水ミストがオストワルド粘度計内を流下する時間を測定して、以下に示す数式１により算出したものである。
なお、測定条件は、気温２５℃、基準となる水の粘度は機械学会,伝熱工学資料（１９９９）の記載から、０.８９９５［ｍＰａ・sec.］とした。
1) Measurement of viscosity First, the viscosity of each water mist was measured with an Ostwald viscometer while changing the concentrations of the aqueous sodium alginate solution and the aqueous ethanol solution.
In this measurement, the viscosity is a relative measurement of the reference water and the object to be measured, and the time taken for each of the above water mists to flow down the Ostwald viscometer was calculated by the following formula 1. It is.
Note that the measurement conditions were an air temperature of 25 ° C. and a reference water viscosity of 0.8955 [mPa · sec.] From the description of the Japan Society of Mechanical Engineers, Heat Transfer Engineering Data (1999).
なお、上記数式１にいてη［Ｐａ・sec.］は被測定物の粘度を、ηwater ［Ｐａ・sec.］は水の粘度を、ρ［kg/m3］は被測定物の密度を、ρwater ［kg/m3］は水の密度を、ｔ［sec.］は被測定物の流下時間を、ｔwater［sec.］は水の流下時間を示している。 In Equation 1, η [Pa · sec.] Is the viscosity of the object to be measured, η water [Pa · sec.] Is the viscosity of water, and ρ [kg / m 3 ] is the density of the object to be measured. , Ρ water [kg / m 3 ] represents the density of water, t [sec.] Represents the flow time of the measured object, and t water [sec.] Represents the flow time of the water.
図１は、アルギン酸ナトリウム水溶液及びエタノール水溶液の濃度と粘性の関係を示すグラフである。
図１に示すように、エタノール水溶液では、濃度を変化させた場合でも粘性はほとんど変化しなかったが、アルギン酸ナトリウム水溶液では、アルギン酸ナトリウムを微量添加するだけで著しい粘度の変化が生じた。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the concentration and viscosity of an aqueous sodium alginate solution and an aqueous ethanol solution.
As shown in FIG. 1, in the ethanol aqueous solution, the viscosity hardly changed even when the concentration was changed, but in the sodium alginate aqueous solution, a significant change in the viscosity occurred only by adding a small amount of sodium alginate.
２）動摩擦係数の測定
次に、摩擦磨耗試験機ＥＦＭ-III-Ｆ（エー・アンド・デイ社製）を用いて水のみ、実施例１に係るクーラント（アルギン酸ナトリウム水溶液）、実施例２に係るクーラント（アルギン酸ナトリウム水溶液にエタノールを３.３重量％（以下ｗ％と表記する。）添加したもの）をそれぞれミスト化して供給した場合の動摩擦係数の測定を行った。
なお、比較対象として乾燥状態（クーラントの供給を行わない状態）の動摩擦係数の測定も行った。
本試験はボールオンディスク式で行い、使用下ボールはＳＵＪ-２で、ボール直径φ１０ｍｍのものを用いた。また、回転半径１０ｍｍ、荷重２ｋｇｆ、回転速度４０ｒｐｍ、ディスク材料ＳＳ４００、ディスク表面を粒度Ｇ＝♯５００（５００番）で研磨仕上げの設定で試験を行った。なお、一般に研磨工程で用いられる砥石の目の粗さは、砥粒の大きさの大小を示す粒度により表示される。また、この粒度は、砥粒をふるい分ける場合の、長さ２５.４ｍｍ当たりの間にあるふるい目の数で示されることから、粒度を表わす番号（Ｇ）と砥粒の平均粒径［ｍｍ］は対応しており、番号（Ｇ）が大きくなるほど砥粒は小さくなる。
また、動摩擦係数は以下に示す数式２により算出されることが知られている。なお、以下の数式２において、μは動摩擦係数、Ｆ［Ｎ］は摩擦力の平均値、Ｐ［Ｎ］は荷重をそれぞれ示している。
2) Measurement of dynamic friction coefficient Next, using a friction wear tester EFM-III-F (manufactured by A & D), only water, coolant (sodium alginate aqueous solution) according to Example 1, and according to Example 2 The coefficient of dynamic friction was measured when each of the coolants (a sodium alginate aqueous solution added with 3.3% by weight of ethanol (hereinafter referred to as w%)) was supplied as a mist.
For comparison, the dynamic friction coefficient in a dry state (a state in which no coolant is supplied) was also measured.
This test was performed by a ball-on-disk type, and the ball used was SUJ-2 and the ball diameter was 10 mm. In addition, the test was performed with a setting of a grinding radius of 10 mm, a load of 2 kgf, a rotational speed of 40 rpm, a disk material SS400, and a disk surface with a grain size G = # 500 (# 500). Note that the coarseness of the grindstone generally used in the polishing process is represented by the particle size indicating the size of the abrasive grains. In addition, this particle size is indicated by the number of sieve meshes per length of 25.4 mm in the case of sieving the abrasive particles. Therefore, the number (G) indicating the particle size and the average particle size [mm of the abrasive particles] ] Corresponds, and the larger the number (G), the smaller the abrasive grains.
Further, it is known that the dynamic friction coefficient is calculated by the following formula 2. In Equation 2 below, μ represents a dynamic friction coefficient, F [N] represents an average value of friction force, and P [N] represents a load.
以下の表１に、実施例１に係るクーラントの一例であるアルギン酸ナトリウム水溶液の粘度を変化させた場合の動摩擦係数を示す。また、図２は表１をグラフに示したものである。 Table 1 below shows the dynamic friction coefficient when the viscosity of a sodium alginate aqueous solution that is an example of the coolant according to Example 1 is changed. FIG. 2 is a graph of Table 1.
上記表１及び図２に示すように、実施例１に係るクーラントを用いた場合、アルギン酸ナトリウム水溶液の粘度の上昇に伴って、動摩擦係数が低減する傾向が認められた。また、実施例１に係るクーラントの粘度を３［ｍＰａ・sec.］以上とした場合には、動摩擦係数の低減が緩やかになる傾向が認められた。
また、日本規格協会編,田中久一郎著,「摩擦のはなし」によれば、鋼−硬鋼間にクーラントとして鉱油を用いた場合の静摩擦係数（動摩擦係数とほぼ同値となる）が０.１６である旨の記載がある。
よって、実施例１に係るクーラントの粘度を３［ｍＰａ・sec.］以上に調整した場合には、従来の鉱油と同程度の冷却効果を有すると言える。
As shown in Table 1 and FIG. 2, when the coolant according to Example 1 was used, the dynamic friction coefficient tended to decrease as the viscosity of the sodium alginate aqueous solution increased. Further, when the viscosity of the coolant according to Example 1 was set to 3 [mPa · sec.] Or more, a tendency that the reduction of the dynamic friction coefficient tended to be gradual was recognized.
In addition, according to the Japanese Standards Association, written by Kuichiro Tanaka, “Friction Story”, the coefficient of static friction when using mineral oil as the coolant between steel and hard steel (approximately the same value as the coefficient of dynamic friction) is 0.16. There is a statement to that effect.
Therefore, when the viscosity of the coolant according to Example 1 is adjusted to 3 [mPa · sec.] Or more, it can be said that the cooling effect is comparable to that of the conventional mineral oil.
続いて、水のみ、実施例１に係るクーラント（アルギン酸ナトリウム水溶液）、実施例２に係るクーラント（アルギン酸ナトリウム水溶液にエタノールを３.３ｗ％添加したもの）の濃度を変化させながら、それぞれをミスト化して供給した場合の動摩擦係数の測定を行った。また、比較対象として、乾燥させた状態での動摩擦係数についても測定した。
以下の表２に、実施例１及び実施例２に係るクーラントにおいて、アルギン酸ナトリウムの濃度を変化させた場合の動摩擦係数の測定結果を示した。また、図３は以下の表２をグラフに示したものである。
Subsequently, water was changed to mist while changing the concentrations of the coolant (sodium alginate aqueous solution) according to Example 1 and the coolant according to Example 2 (sodium alginate aqueous solution with ethanol added to 3.3 w%). The coefficient of dynamic friction was measured. Further, as a comparison object, the dynamic friction coefficient in a dried state was also measured.
Table 2 below shows the measurement results of the coefficient of dynamic friction when the concentration of sodium alginate was changed in the coolants according to Example 1 and Example 2. FIG. 3 is a graph showing Table 2 below.
図３（ａ）は粘度液体化物質の濃度と動摩擦係数の関係を示すグラフであり、（ｂ）は粘度液体化物質の濃度が特に０から０.２ｗ％である場合の動摩擦係数との関係を示すグラフである。
表２及び図３（ａ）中の参考例１で示すように、乾燥状態における動摩擦係数は約０.７であった。
また、図３（ａ）中の参考例２で示すように、エタノールのみを供給した場合、濃度約４ｗ％から８ｗ％付近において動摩擦係数の極小値が存在していると考えられる。
さらに、図３には示さなかったが、参考例３のように水のみを供給した場合の動摩擦係数は約０.３であった。
また、表２及び図３（ｂ）に示すように、実施例１に係るクーラントにおいて、粘度液体化物質（アルギン酸ナトリウム）の濃度を増加させた場合、濃度０.０４ｗ％から動摩擦係数が０.１に漸近しており、実施例１に係るクーラントの濃度を０.０４ｗ％以上とした場合に、従来の鉱油からなるクーラントと同程度の冷却効果を有すると言える。
さらに、３.３ｗ％のエタノールを含有する実施例２にかかるクーラントでは、動摩擦係数の極小値は０.１程度であり、実施例１に係るクーラントを供給した場合と比較して動摩擦係数の大幅な低減は認められなかったものの、実施例１に係るクーラントに比べて、動摩擦係数の極小値が粘度液体化物質の濃度の低い側へシフトする傾向が認められた。
すなわち、粘度液体化物質が溶解又は分散した水溶液にアルコールを添加した場合、粘度液体化物質の濃度がより低い水溶液で冷却効果を最大にできると言える。
FIG. 3A is a graph showing the relationship between the concentration of the viscosity liquefied substance and the dynamic friction coefficient, and FIG. 3B is the relationship with the dynamic friction coefficient when the concentration of the viscosity liquefied substance is particularly 0 to 0.2 w%. It is a graph which shows.
As shown in Table 2 and Reference Example 1 in FIG. 3A, the dynamic friction coefficient in the dry state was about 0.7.
Further, as shown in Reference Example 2 in FIG. 3A, when only ethanol is supplied, it is considered that there is a minimum value of the dynamic friction coefficient in the vicinity of a concentration of about 4 w% to 8 w%.
Furthermore, although not shown in FIG. 3, the coefficient of dynamic friction when only water was supplied as in Reference Example 3 was about 0.3.
Further, as shown in Table 2 and FIG. 3B, in the coolant according to Example 1, when the concentration of the viscosity liquefied substance (sodium alginate) was increased, the dynamic friction coefficient was reduced from 0.04 w% to 0.0. Asymptotically, it can be said that when the concentration of the coolant according to Example 1 is set to 0.04 w% or more, it has a cooling effect comparable to that of a coolant made of conventional mineral oil.
Furthermore, in the coolant according to Example 2 containing 3.3 w% ethanol, the minimum value of the dynamic friction coefficient is about 0.1, and the dynamic friction coefficient is significantly larger than when the coolant according to Example 1 is supplied. Although no significant reduction was observed, compared to the coolant according to Example 1, there was a tendency for the minimum value of the dynamic friction coefficient to shift to a lower concentration side of the viscosity liquefied substance.
That is, when alcohol is added to an aqueous solution in which a viscous liquidified material is dissolved or dispersed, it can be said that the cooling effect can be maximized with an aqueous solution having a lower concentration of the viscous liquidified material.
３）被加工物内温度測定試験
第１の試験に係る被加工物内の温度測定試験は、図４に示すような被加工物内温度測定試験装置を用いて行なった。
図４（ａ）は、被加工物内温度測定試験に使用した装置の側面図であり、（ｂ）はその砥石の正面図である。また、図５は被加工物内温度測定試験に使用した試験加工物の構造を示す概念図である。
図４（ａ）に示すように、本試験に使用した被加工物内温度測定試験装置１は主に、試験加工物４を固定するための構成と、この試験加工物４を研削する砥石２により構成されるものである。
より具体的には、載置台７上にスライド可能に設置された力量計５の上面側に万力６が固設され、この万力６により熱電対が配された試験加工物４が固定されたものである。
また、図４（ａ）,（ｂ）に示すように、被加工物４の上方には回転運動する円盤状の砥石２が設置され、この砥石２の両側面側には、砥石２を両側面側から挟むようにミスト状のクーラントを供給するためのクーラント供給ノズル３が設けられている。
さらに、図５（ａ）,（ｂ）に示すように本試験に用いた試験加工物４は、Ｓ４５Ｃ材の上部部品９と下部部品１０の間にＫ型熱電対８が挟持されたものであり、より具体的には、下部部品１０の上端面にφ２５μｍのＫ型熱電対８が配線され、このＫ型熱電対８には、研削時の接触抵抗を低減する目的で銀ペーストが塗布されている。
そして、このＫ型熱電対８の上面側から上部部品９でＫ型熱電対８を挟み込んだ状態で合わせボルト１１,１１により締め付け固定されるものである。
3) In-workpiece temperature measurement test The in-workpiece temperature measurement test according to the first test was performed using an in-workpiece temperature measurement test apparatus as shown in FIG.
Fig.4 (a) is a side view of the apparatus used for the workpiece internal temperature measurement test, (b) is a front view of the grindstone. FIG. 5 is a conceptual diagram showing the structure of the test workpiece used in the workpiece temperature measurement test.
As shown in FIG. 4A, the in-workpiece temperature measurement test apparatus 1 used in this test mainly includes a configuration for fixing the test work 4 and a grindstone 2 for grinding the test work 4. It is comprised by.
More specifically, a vise 6 is fixed on the upper surface side of the dynamometer 5 slidably installed on the mounting table 7, and the test workpiece 4 on which a thermocouple is arranged is fixed by the vise 6. It is a thing.
Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, a disk-shaped grindstone 2 that rotates is disposed above the workpiece 4, and the grindstone 2 is disposed on both sides of the grindstone 2 on both sides. A coolant supply nozzle 3 for supplying mist-like coolant is provided so as to be sandwiched from the surface side.
Further, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the test workpiece 4 used in this test is a K-type thermocouple 8 sandwiched between an upper part 9 and a lower part 10 of S45C material. More specifically, a K-type thermocouple 8 having a diameter of 25 μm is wired on the upper end surface of the lower part 10, and silver paste is applied to the K-type thermocouple 8 for the purpose of reducing contact resistance during grinding. ing.
Then, the K-type thermocouple 8 is clamped and fixed by the matching bolts 11 and 11 in a state where the K-type thermocouple 8 is sandwiched by the upper part 9 from the upper surface side of the K-type thermocouple 8.
本試験は、上述のような被加工物内温度測定試験装置１を用い試験加工物４を実際に研削する形式で実施した。
より具体的には、水ミスト研削を、すなわちクーラント供給ノズル３から水のみを、又は、実施例１に係るクーラントを、又は、エタノール水溶液をそれぞれ供給しながら１パスによる下向き削りを試験加工物４に対して実施した。また、比較対象としてクーラント供給ノズル３から何も供給しない乾燥状態でも研削試験を実施した。
なお、上記試験における加工条件は、砥石２周速度Ｖｇ＝１５００［m/min］、試験加工物４の送り速度Ｖｗ＝１５［m/min］、切り込み量を２０［μｍ］とし、クーラント等の水ミストの供給量は一律２３０［g/h］とした。
さらに、本試験では、試験加工物４内に配されるＫ型熱電対８の素線が研削表面に現れるまで研削繰り返すのであるが、１パス加工毎に十分な冷却時間をとり、深さをそれぞれ変更しながら各深さにおける温度測定を行った。
また、図４（ａ）にも示すように、クーラント供給ノズル３は、砥石２の中心から試験加工物４の研削面上に引いた垂線から３０°位置ずれした位置に配置されており、砥石２の回転時、砥石２の気孔部は負圧となるので、試験加工物４の研削面に水ミスト又は実施例１に係るクーラントをスムースに供給することができた。
This test was carried out in such a manner that the test workpiece 4 was actually ground using the in-workpiece temperature measuring test apparatus 1 as described above.
More specifically, water mist grinding, i.e., downward cutting by one pass while supplying only water from the coolant supply nozzle 3, the coolant according to the first embodiment, or the aqueous ethanol solution, is performed on the test workpiece 4. Carried out against. Further, as a comparison object, the grinding test was performed even in a dry state where nothing was supplied from the coolant supply nozzle 3.
The processing conditions in the above test were as follows: grinding wheel 2 circumferential speed V g = 1500 [m / min], test workpiece 4 feed speed V w = 15 [m / min], cutting depth 20 [μm]. The supply amount of water mist such as was uniformly 230 [g / h].
Further, in this test, grinding is repeated until the strands of the K-type thermocouple 8 arranged in the test workpiece 4 appear on the grinding surface. However, sufficient cooling time is taken for each pass, and the depth is increased. The temperature at each depth was measured while changing each.
Further, as shown in FIG. 4A, the coolant supply nozzle 3 is disposed at a position shifted by 30 ° from the perpendicular drawn on the grinding surface of the test workpiece 4 from the center of the grindstone 2. During the rotation of 2, the pores of the grindstone 2 became negative pressure, so that the water mist or the coolant according to Example 1 could be smoothly supplied to the ground surface of the test workpiece 4.
図６（ａ）,（ｂ）はいずれも被加工物内温度測定試験における研削面表層温度を示すグラフであり、（ｃ）は雰囲気ガス濃度を制御した状態で水のみを供給した場合の被加工物内温度測定試験における研削面表層温度の測定結果を示すグラフである。
なお、図６（ａ）において、乾燥状態で研削を行った場合の研削面表層温度の変化を白抜き記号で、水のみを供給して研削を行った場合の研削面表層温度の変化を黒く塗りつぶした記号で示した。
図６（ａ）のグラフにも示すように、上述の被加工物内温度測定試験装置１において乾燥状態のまま研削を行った場合の研削面表層温度は約３５０℃、水ミストのみを供給した場合の研削面表層温度は約３００℃であった。
また、図６（ｂ）において、実施例１に係るクーラントであるアルギン酸ナトリウム水溶液（０.０４ｗ％）を供給しながら研削を行った場合を黒く塗りつぶした三角記号で、また、エタノール水溶液（３.３ｗ％）を供給した場合を黒く塗りつぶした四角記号でそれぞれ示した。
図６（ｂ）のグラフに示すように、上述の被加工物内温度測定試験装置１においてエタノール水溶液を供給しながら研削を行った場合の研削面表層温度は約２７５℃、アルギン酸ナトリウム水溶液を供給した場合は約２２０℃であった。
なお、比較対象として雰囲気ガス濃度を制御した状態で水のみを供給しながら研削を行った場合の研削面表層温度は、図６（ｃ）に示すように約２４０℃であった。
他方、先の動摩擦係数の測定結果より、各条件における動摩擦係数はそれぞれ、乾燥状態では約０.７、水のみを供給した場合は約０.３、実施例１に係るクーラントであるアルギン酸ナトリウム０.０４ｗ％水溶液を供給した場合は約０.１５であった。
従って、動摩擦係数が大きいほど研削加工時の研削面表層温度が高いと言える。
よって、実施例１及び実施例２に係るクーラントは、乾燥状態で研削作業を行った場合や、水のみを供給しながら研削作業を行った場合、さらには、雰囲気ガス濃度を制御した状態で水のみを供給しながら研削を行った場合に比べ研削面表層温度の上昇を抑制する効果を有すると言える。
また、実施例１及び実施例２に係るクーラントは、従来研削作業時にクーラントとして用いられる鉱油と同程度の冷却効果を有すると言える。
6 (a) and 6 (b) are graphs showing the surface temperature of the ground surface in the workpiece temperature measurement test, and FIG. 6 (c) is a graph when only water is supplied with the atmospheric gas concentration controlled. It is a graph which shows the measurement result of the grinding surface surface temperature in the workpiece temperature measurement test.
In FIG. 6A, the change in the surface temperature of the ground surface when grinding in a dry state is indicated by a white symbol, and the change in the surface temperature of the ground surface when grinding is performed by supplying only water is blackened. Indicated by solid symbols.
As shown in the graph of FIG. 6 (a), the surface temperature of the ground surface when grinding was performed in the above-described workpiece temperature measurement test apparatus 1 in a dry state was about 350 ° C., and only water mist was supplied. In this case, the surface temperature of the ground surface was about 300 ° C.
Further, in FIG. 6B, the case where grinding is performed while supplying the sodium alginate aqueous solution (0.04 w%) that is the coolant according to Example 1 is indicated by a black triangle symbol, and the ethanol aqueous solution (3. 3 w%) is indicated by a black square symbol.
As shown in the graph of FIG. 6B, when the grinding is performed while supplying the aqueous ethanol solution in the above-described workpiece temperature measuring test apparatus 1, the surface temperature of the ground surface is about 275 ° C., and the aqueous sodium alginate solution is supplied. The temperature was about 220 ° C.
As a comparison object, the surface temperature of the ground surface when grinding was performed while supplying only water with the atmospheric gas concentration controlled, as shown in FIG.
On the other hand, from the measurement result of the previous dynamic friction coefficient, the dynamic friction coefficient in each condition is about 0.7 in the dry state, about 0.3 when only water is supplied, and sodium alginate which is the coolant according to Example 1 is 0. When a .04 w% aqueous solution was supplied, it was about 0.15.
Therefore, it can be said that the surface temperature of the ground surface during grinding is higher as the dynamic friction coefficient is larger.
Therefore, the coolant according to Example 1 and Example 2 can be used when the grinding operation is performed in a dry state, or when the grinding operation is performed while supplying only water. It can be said that it has the effect of suppressing an increase in the surface temperature of the ground surface as compared with the case where the grinding is performed while supplying only.
Moreover, it can be said that the coolant which concerns on Example 1 and Example 2 has a cooling effect comparable as the mineral oil used as a coolant at the time of conventional grinding operation.
さらに、本発明の実施例１に係るクーラントの冷却効果を実証する第２の試験結果について説明する。 Furthermore, the 2nd test result which demonstrates the cooling effect of the coolant which concerns on Example 1 of this invention is demonstrated.
本願発明は、水に溶解あるいは分散させた際に粘度液体化させる物質として、多糖類又は糖タンパク質又はこれらの混合体を添加したことを特徴とするものであり、本試験においては、水に溶解あるいは分散させた際に粘度液体化させる物質の一例として、アルギン酸ナトリウム水溶液、ペクチン水溶液、ムチン水溶液を用いた。 The present invention is characterized in that a polysaccharide, glycoprotein or a mixture thereof is added as a substance to be converted into a viscosity liquid when dissolved or dispersed in water. In this test, the substance is dissolved in water. Alternatively, sodium alginate aqueous solution, pectin aqueous solution, or mucin aqueous solution was used as an example of a substance that becomes a viscosity liquid when dispersed.
ここで、第２の試験に用いたアルギン酸ナトリウム、ペクチン、ムチンについて図７を参照しながら詳細に説明する。
図７（ａ）は第２の試験に用いたアルギン酸ナトリウム分子の推定構造式であり、（ｂ）はペクチン分子の推定構造式である。
図７（ａ）に示すように、アルギン酸ナトリウム分子は、その構造にカルボキシル基を有することで金属表面に吸着し、Ｄ−マンヌロン酸ナトリウムとＬ−グルロン酸ナトリウムから成る長鎖成分が、油性成分における炭化水素基と同様の作用を奏することで、金属表面に被膜が形成されると考えられる。本試験では、このようなアルギン酸ナトリウムを用いた水溶液を試料Ａとして供試した。
また、図７（ｂ）に示すように、ペクチン分子は、Ｄ−ガラクツロン酸がグリコシド結合した線状の高分子であり、エステル基を有することで、金属表面に吸着し、Ｄ−ガラクツロン酸から成る長鎖成分が、油性成分における炭化水素基と同様の作用を奏することで、金属表面に被膜が形成されると考えられる。本試験では、このようなペクチンを用いた水溶液を試料Ｂとして供試した。
さらに、ムチンはアポムチンと呼ばれるコアタンパクが、無数の糖鎖によって修飾されてできた巨大分子の総称である。そして、コアタンパクの主要領域の大半は、セリン又はトレオニンからなる１０〜８０残基のペプチドの繰り返し構造であり、このセリンやトレオニンはいずれも水酸基を構成している。また、糖鎖は、ムチンの分子量の５０％以上を占めており、Ｎ-アセチルガラクトサミン、Ｎ-アセチルグルコサミン、ガラクトース、フコース、シアル酸などから構成されている。このため、ムチンはコアタンパクが極性基として作用することで金属表面に吸着し、糖鎖が油性成分における炭化水素基と同様の作用を奏することで、金属表面に被膜が形成されると考えられる。本試験では、このようなムチンを用いた水溶液を試料Ｃとして供試した。
Here, the sodium alginate, pectin, and mucin used in the second test will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 7A is an estimated structural formula of the sodium alginate molecule used in the second test, and FIG. 7B is an estimated structural formula of the pectin molecule.
As shown in FIG. 7 (a), the sodium alginate molecule has a carboxyl group in its structure and is adsorbed on the metal surface, and the long chain component consisting of sodium D-mannuronate and sodium L-guluronate is an oil component. It is considered that a film is formed on the metal surface by performing the same action as the hydrocarbon group in. In this test, an aqueous solution using such sodium alginate was used as sample A.
Further, as shown in FIG. 7B, the pectin molecule is a linear polymer in which D-galacturonic acid is glycosidically bonded, and has an ester group, so that it adsorbs to the metal surface, and from D-galacturonic acid. It is thought that a coating film is formed on the metal surface when the long chain component formed has the same action as the hydrocarbon group in the oil component. In this test, an aqueous solution using such pectin was used as sample B.
Furthermore, mucin is a general term for macromolecules made by modifying a core protein called apomucin with countless sugar chains. Most of the main region of the core protein is a repeating structure of a peptide having 10 to 80 residues composed of serine or threonine, and both serine and threonine constitute a hydroxyl group. The sugar chain accounts for 50% or more of the molecular weight of mucin, and is composed of N-acetylgalactosamine, N-acetylglucosamine, galactose, fucose, sialic acid, and the like. For this reason, mucin is adsorbed on the metal surface by the core protein acting as a polar group, and it is thought that a film is formed on the metal surface by the sugar chain having the same action as the hydrocarbon group in the oil component. . In this test, an aqueous solution using such mucin was used as sample C.
１）粘度の測定
まず、オストワルド粘度計で、試料Ａ（アルギン酸ナトリウム水溶液）、試料Ｂ（ペクチン水溶液）、試料Ｃ（ムチン水溶液）の濃度を変化させながら、それぞれの試料Ａ〜Ｃの水ミストの粘度を測定した。
本測定において粘度とは、基準となる水と被測定物の相対計測であり、試料Ａ〜Ｃの水ミストがオストワルド粘度計内を流下する時間を測定して、先に述べた数式１により算出したものである。
なお、測定条件は、先に述べた第１の試験に係る粘度の測定と同様にした。
1) Viscosity measurement First, with an Ostwald viscometer, while changing the concentrations of sample A (sodium alginate aqueous solution), sample B (pectin aqueous solution), and sample C (mucin aqueous solution), the water mist of each of samples A to C was measured. The viscosity was measured.
In this measurement, the viscosity is a relative measurement of the reference water and the object to be measured, and is calculated by Equation 1 described above by measuring the time during which the water mist of Samples A to C flows down the Ostwald viscometer. It is what.
The measurement conditions were the same as the viscosity measurement according to the first test described above.
図８は実施例１に係るクーラントである試料Ａ〜Ｃの濃度と粘性の関係を示すグラフである。
図８に示すように、試料Ａ〜Ｃはいずれもその重量濃度（ｗ％）が上昇するにつれて粘度が上昇する傾向が認められた。
また、増粘材の添加量の上昇に伴う、水溶液の増粘効果は、アルギン酸ナトリウム水溶液、ペクチン水溶液、ムチン水溶液の順で高かった。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the concentration and viscosity of samples A to C, which are coolants according to the first embodiment.
As shown in FIG. 8, the samples A to C all had a tendency for the viscosity to increase as the weight concentration (w%) increased.
Moreover, the thickening effect of the aqueous solution accompanying the increase in the amount of the thickener added was higher in the order of sodium alginate aqueous solution, pectin aqueous solution, and mucin aqueous solution.
２）動摩擦係数の測定
次に、摩擦磨耗試験機ＥＦＭ-III-Ｆ（エー・アンド・デイ社製）を用いて試料Ａ〜Ｃをそれぞれミスト化して供給した場合の動摩擦係数の測定を行った。
なお、本試験における動摩擦係数の測定条件等は先に述べた第１の試験と同様にした。
以下の表３に、実施例１に係るクーラントである試料Ａ〜Ｃの粘度を変化させた場合の動摩擦係数を示す。また、図９は表３をグラフに示したものである。
2) Measurement of dynamic friction coefficient Next, the dynamic friction coefficient was measured when samples A to C were supplied as mist using a friction wear tester EFM-III-F (manufactured by A & D). .
The measurement conditions of the dynamic friction coefficient in this test were the same as in the first test described above.
Table 3 below shows the dynamic friction coefficient when the viscosity of the samples A to C, which are the coolants according to Example 1, is changed. FIG. 9 is a graph showing Table 3.
上記表３及び図９に示すように、実施例１に係るクーラントである試料Ａ〜Ｃを用いた場合、試料Ａ〜Ｃの粘度の上昇に伴って動摩擦係数が低減する傾向が認められ、試料Ａでは動摩擦係数が０.１程度に、試料Ｂ,Ｃではともに動摩擦係数が０.１７程度に漸近した。
そして、先にも述べたが日本規格協会編,田中久一郎著,「摩擦のはなし」によれば、鋼−硬鋼間にクーラントとして鉱油を用いた場合の静摩擦係数（動摩擦係数とほぼ同値となる）が０.１６である旨の記載があることから、試料Ａでは重量濃度が０.０４ｗ％以上の場合に、試料Ｂでは重量濃度が概ね１ｗ％以上の場合に、試料Ｃでは重量濃度が概ね２ｗ％以上の場合に、従来の鉱油と同程度の冷却効果を有するといえる。
また、試料Ａにおいては、濃度が０.０４ｗ％より小さい場合でも従来の鉱油と同程度の冷却効果を有する可能性があるが、この度の試験では０.０４ｗ％よりも低い濃度に試料Ａを正確に調整することが困難であったため、その下限値を明確にすることができなかったが、アルギン酸ナトリウムはその添加量が微量であった場合でも高い摩擦低減効果を有するといえる。
As shown in Table 3 and FIG. 9, when samples A to C, which are coolants according to Example 1, were used, a tendency that the dynamic friction coefficient decreased with an increase in the viscosity of samples A to C was observed. In A, the dynamic friction coefficient was asymptotic to about 0.1, and in both samples B and C, the dynamic friction coefficient was asymptotic to about 0.17.
And as mentioned earlier, according to the Japanese Standards Association edited by Kuichiro Tanaka, “Friction story”, the coefficient of static friction when using mineral oil as the coolant between steel and hard steel (approximately the same value as the coefficient of dynamic friction) ) Is 0.16, sample A has a weight concentration of 0.04 w% or more, sample B has a weight concentration of approximately 1 w% or more, and sample C has a weight concentration of It can be said that when it is approximately 2 w% or more, it has the same cooling effect as conventional mineral oil.
In addition, sample A may have a cooling effect similar to that of conventional mineral oil even when the concentration is less than 0.04 w%, but in this test, sample A is used at a concentration lower than 0.04 w%. Since it was difficult to adjust accurately, the lower limit value could not be clarified, but it can be said that sodium alginate has a high friction reducing effect even when its addition amount is very small.
３）被加工物内温度測定試験
第２の試験に係る被加工物内の温度測定試験を、図４に示すような被加工物内温度測定試験装置を用いて行なった。
より具体的には、実施例１に係るクーラントである試料Ａ〜Ｃを供給しながら１パスによる下向き削りを図４に示す試験加工物４に対して実施した。また、比較対照としてクーラント供給ノズル３から何も供給しない乾燥状態でも研削試験を実施した。
なお、試験条件は、第１の試験に係る被加工物内の温度測定試験と同様にした。
3) In-workpiece temperature measurement test A in-workpiece temperature measurement test according to the second test was performed using an in-workpiece temperature measurement test apparatus as shown in FIG.
More specifically, while supplying samples A to C, which are coolants according to Example 1, downward cutting by one pass was performed on the test workpiece 4 shown in FIG. Further, as a comparative control, a grinding test was performed even in a dry state where nothing was supplied from the coolant supply nozzle 3.
The test conditions were the same as those in the temperature measurement test in the workpiece according to the first test.
図１０は第２の試験に係る被加工物内温度測定試験における研削面表層温度を示すグラフである。
なお、図１０において、試料Ａ,Ｂ,Ｃを試験加工物４に供給した際の温度変化をそれぞれ、ひし形,正方形,三角形の記号で示した、また、乾燥状態で研削を行った際の温度変化を円形の記号で示した。
図１０からも明らかなように、試料Ａ〜Ｃを供給した場合、研削面表層温度はいずれも乾燥状態よりも低くなっており、実施例１に係るクーラントとしてアルギン酸ナトリウム水溶液、ペクチン水溶液、ムチン水溶液を用いた場合、いずれも摩擦を低減する効果を有しているといえる。
通常、研削加工における潤滑は境界潤滑であり、摩擦の低減効果は金属表面に被膜を形成する物質に左右されると考えられているが、図１０を参照すると、試料Ａ〜Ｃの温度曲線の形状がほぼ一致しているので、研削加工においても流体潤滑と同様に、クーラントの粘度を制御することで摩擦制御ができると推察される。
FIG. 10 is a graph showing the surface temperature of the ground surface in the workpiece temperature measurement test according to the second test.
In FIG. 10, the temperature changes when samples A, B, and C are supplied to the test workpiece 4 are indicated by the diamond, square, and triangle symbols, respectively, and the temperatures when grinding is performed in a dry state. Changes are indicated by circular symbols.
As is clear from FIG. 10, when samples A to C were supplied, the ground surface temperature was lower than that in the dry state, and the sodium alginate aqueous solution, pectin aqueous solution, and mucin aqueous solution as the coolant according to Example 1 were used. It can be said that all have the effect of reducing friction.
Usually, the lubrication in the grinding process is boundary lubrication, and it is considered that the effect of reducing friction depends on the substance that forms a film on the metal surface. However, referring to FIG. Since the shapes are almost the same, it is presumed that the friction can be controlled by controlling the viscosity of the coolant in the grinding process as well as the fluid lubrication.
以上説明したように本発明は、粘度液体化物質として多糖類又は糖タンパク質又はこれらの複合体を含有したクーラントに関するものであり、塑性加工又は研削又は切削又は研磨の分野及び、境界潤滑の分野において利用可能である。 As described above, the present invention relates to a coolant containing a polysaccharide or glycoprotein or a complex thereof as a viscosity liquefying substance, and in the field of plastic working or grinding or cutting or polishing, and the field of boundary lubrication. Is available.
１…被加工物内温度測定試験装置 ２…砥石 ３…クーラント供給ノズル ４…試験加工物 ５…力量計 ６…万力 ７…載置台 ８…Ｋ型熱電対 ９…上部部品 １０…下部部品 １１…合わせボルト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Workpiece internal temperature measurement test apparatus 2 ... Grinding stone 3 ... Coolant supply nozzle 4 ... Test work 5 ... Force meter 6 ... Vise 7 ... Mounting table 8 ... K type thermocouple 9 ... Upper part 10 ... Lower part 11 ... Aligning bolt
Claims (7)
A plastic working or grinding or cutting or polishing method using the coolant according to any one of claims 1 to 5.
Priority Applications (1)
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