JP3368892B2 - 水溶性切削液 - Google Patents

水溶性切削液

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、水溶性切削液に関し、より詳しくは、金属
およびガラスやセラミック等の非金属の切削加工の際
に、切削油剤の代わりとして用いられ得る水溶性切削液
に関する。
背景技術 鉄、アルミニウム、各種合金をはじめとする金属、お
よびガラス、セラミック、特殊陶器、強化プラスチック
等の切削加工は、切削工具によって工作物からその不要
部分を除去する加工作業の一つであって、工作物に所望
の形状、寸法、あるいは表面を与える為に広く行われて
いる。
切削加工のいずれの場合にも、工作物と工具との間の
接触面に大きな摩擦が起こり、その為に発生する熱によ
って、工具が焼けたり、工作物の仕上げ面が雑になった
り、熱膨張による工作物および工具双方の形状、寸法の
精度が低下するという問題が生じる。この問題に対処す
る為に、切削加工作業の際には、切削液あるいは潤滑剤
が用いられている。
金属の加工に用いられる切削液あるいは潤滑剤とし
て、水不溶性切削油および水溶性切削油が、広く一般的
に用いられている。水不溶性切削油として代表的なもの
は、鉱物油を基にして、イオウや塩素などを添加した油
剤がある。しかし、切削中に温度が上昇すると、発煙や
発火の危険があり、切削温度の低い作業にしか用いるこ
とができないという欠点がある。一方、水溶性切削油
は、鉱油などの油に、乳化剤として石鹸や硫酸エステ
ル、結合剤として高級アルコールや脂肪酸エステルなど
を加えたものがある。通常、原液を水で希釈して切削加
工に用いるが、潤滑性に優れた切削油は冷却性が劣る問
題点があった。
さらに、水溶性切削油は、繰り返して作業に用いるこ
とができるが、長期間経つと細菌が発生し、そして細菌
自体あるいはそれが発生するガスで切削油が悪臭を放つ
ようになる。このような古い液を廃液として流すと、液
中に含まれる鉱物油成分や乳化剤等により、環境に対す
る悪影響が懸念され、その処理が問題となる。
腐敗や悪臭の防止の為に、水溶性切削油成分に防腐、
防かび剤を加えたり、アミン、アミド、アミノ酸などの
抗菌性のある物質を利用する試みがなされている。しか
し、これらの物質の添加により、油剤性能の低下などの
問題が生じる。
本発明の目的は、金属および非金属の切削加工の際に
用いられ、潤滑性および冷却性に優れ、工具の磨耗を防
ぎ、工具寿命を延長し得る水溶性切削液を提供すること
にある。
本発明の別の目的は、複数回の使用に耐え、微生物の
発生等の不安が少なく、かつ環境に悪影響を及ぼす物質
を含まない水溶性切削液を提供することにある。
発明の開示 そこで、本発明者等は、環境に悪影響を与えず、潤滑
性および冷却性に優れた水溶性切削液を開発するために
鋭意検討を重ねた結果、本発明に至った。すなわち、腐
敗を促進する有機物を全くあるいはほとんど含まず、油
分を基剤としない切削液を得ることに成功し、水溶性切
削液を得ることに成功した。
本発明の水溶性切削液は、臭化物イオン、炭酸イオ
ン、および炭酸水素イオンとを含み、ｐＨ７．０〜ｐＨ
１１．５である。
本発明の水溶性切削液は、さらにナトリウムイオン、
カリウムイオン等の陽イオンを含み得る。
上記水溶性切削液は、炭酸ナトリウムおよび臭化ナト
リウムを溶解させて得られる水溶液であり得るが、これ
に限定されない。従って、ナトリウムの代わりにカリウ
ム等の他の陽イオンを含み得る。
本発明の水溶性切削液は、上記臭化物イオン、炭酸イ
オン、および炭酸水素イオンに加え、さらに、フッ化物
イオンを含み得る。
本発明の水溶性切削液は、炭酸ナトリウム、炭酸水素
ナトリウム、臭化ナトリウム、およびフッ化ナトリウム
を含む水溶液であり得るが、これに限定されない。
特に好ましくは、本発明の水溶性切削液は、炭酸ナト
リウム０．１〜１０ｗｔ％および臭化ナトリウム０．０
０５〜１ｗｔ％の組成を有し得る。このような水溶性切
削液は、研削加工、ホーニング、ラッピング等の砥粒加
工、研磨に適している。本発明の水溶性切削液の別の好
ましい例は、炭酸ナトリウム０．１〜１０ｗｔ％、炭酸
水素ナトリウム０．１〜１０ｗｔ％、臭化ナトリウム
０．００５〜１ｗｔ％、およびフッ化ナトリウム０．０
１〜１ｗｔ％の組成を有する溶液である。このような水
溶性切削液は、金属の切断、穴あけ等に適している。
本発明の水溶性切削液は、さらに、添加物を含み得
る。
上記添加物は、アルコール系溶媒、防錆剤、防腐剤、
および光沢剤からなる群より選択される１種以上であり
得るがこれに限定されない。
本発明の用語「切削」とは、金属および非金属の切削
加工のことであり、刃物を用いる切断、旋削、穴あけ、
平削り、あるいはフライス削りと、砥粒を用いる研削、
ホーニング、ラッピング、半導体ウェーハなどの研磨を
含む広い概念である。あるいは、必ずしも金属、ガラ
ス、プラスチック等の切削加工に限らず、例えばシール
ド工法を用いる削岩なども含む。
発明を実施するための最良の形態 本発明の臭化物イオン、炭酸イオン、および炭酸水素
イオンを含み、ｐＨ７．０〜ｐＨ１１．５である水溶性
切削液は、融点約０℃、沸点約１００℃で、４℃におけ
る密度が、約１．００ｇ／ｃｍ3 の脱イオン水または蒸
留水等の通常の水に、臭化物イオン、炭酸イオン、およ
び炭酸水素イオンとを溶解させて得られ得る。
本発明の臭化物イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオ
ン、およびフッ化物イオンを含み、ｐＨ７．０〜ｐＨ１
１．５である水溶性切削液は、融点約０℃、沸点約１０
０℃で、４℃における密度が、約１．００ｇ／ｃｍ3 の
脱イオン水または蒸留水等の通常の水に、臭化物イオ
ン、炭酸イオン、炭酸水素イオン、およびフッ化物イオ
ンとを溶解させて得られ得る。
あるいは、本発明の水溶性切削液は、水道水等を電気
分解してアルカリ性成分を取り出し、それに臭化物イオ
ン、炭酸イオン、および炭酸水素イオン、必要に応じて
フッ化物イオンとを溶解させた水であり得る。
水に臭化物イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオン、お
よび必要に応じてフッ化物イオンとを溶解させる方法は
特に限定されず、当業者に公知のいずれの方法でも用い
得る。直接的で容易な方法として、臭化物、フッ化物、
炭酸水素、あるいは炭酸を含有する化合物を、適切な量
取り、水に溶解させる方法がある。このとき、臭化物、
炭酸水素、炭酸、あるいはフッ化物のいずれか１つ以上
を含む化合物であって、当業者に公知のいずれの化合物
をも用いることができる。
これらの化合物は特に限定されないが、例として、臭
化カリウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム二水和物、
臭化水素カリウム、臭化アンモニウム、臭化水素アンモ
ニウム、臭化水素ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化
カリウム二水和物、フッ化水素カリウム、フッ化アンモ
ニウム、フッ化水素アンモニウム、フッ化ナトリウム、
フッ化水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナト
リウム、炭酸ナトリウム一水和物、炭酸水素カリウム、
炭酸水素アンモニウム、およびこれらの類似する化合物
等が挙げられる。炭酸水素イオンを水に溶解させる手段
として、気体の二酸化炭素物を水に直接吹き込む方法も
ある。
臭化物イオン、炭酸水素イオン、および炭酸イオン、
必要に応じてフッ化物イオンとを高濃度に含む溶液を調
製しておき、通常の水で適宜希釈して、イオン濃度を任
意に調整して本発明の水溶性切削液を得ることもでき
る。この時に用いる希釈用水のｐＨは特に限定されな
い。
本発明の水溶性切削液に含まれる臭化物イオン、炭酸
イオン、および炭酸水素イオン、および必要に応じて加
えられるフッ化物イオンの濃度は特に限定されない。し
かし、これらの物質の濃度があまりに低い水準であれ
ば、切削作用を顕現することができない。一方、通常、
これらの濃度を高めれば切削効率も上昇するが、一定の
濃度に達すれば、切削効率は変化がなくなるため、必要
以上に高濃度にすることはコストをいたずらに高くし、
水溶性切削液の調製を困難にするため好ましくない。水
溶性切削液中に含まれる各イオン濃度の最適値は、加工
される工作物の金属の種類によっても変わり得る。すな
わち、鉄を主材料とする工作物の場合は、低い濃度でも
十分に加工することが可能であるが、非鉄金属の加工に
は、高い濃度が必要とされる。
本発明の水溶性切削液は、従来の切削油の代替として
用いることができる。このような水溶性切削液は、例え
ば、炭酸ナトリウムおよび臭化ナトリウムを溶解させて
調製し得る。さらにこれに必要に応じて、炭酸水素ナト
リウム、およびフッ化ナトリウムを溶解させて調製し得
るが、勿論この例に限定されない。従って、特にナトリ
ウムの代わりにカリウム、カルシウム等の陽イオンを含
む塩を溶解させて調製させ得る。水溶性切削液は、例え
ば、炭酸ナトリウム０．１〜１０ｗｔ％、臭化ナトリウ
ム０．００５〜１ｗｔ％の組成であり得る。このような
組成の液にさらに必要に応じて、炭酸水素ナトリウム
０．１〜１０ｗｔ％、およびフッ化ナトリウム０．０１
〜１ｗｔ％が加えられる。
さらに本発明の水溶性切削液には、各種の添加物が含
まれていてもよい。本発明の水溶性切削液に加え得る添
加物は、例えば、工具あるいは工作物に錆が発生するの
を防ぐ防錆剤、繰り返しの使用によっても腐敗などを起
こさないようにする防腐剤、工具あるいは工作物の冷却
を促す等の作用を有するアルコール系溶媒をはじめとす
る揮発性成分、特に研削、研磨加工に用いられる際に、
工作物表面に光沢を付与し得る光沢剤、および澱粉等の
潤滑性を増強させる物質であり得る。本発明に用いられ
得る防錆剤は、市販のいずれの防錆剤でもよい。例え
ば、イオンコート系の防錆剤、あるいは、パラフィンワ
ックスやカルナバロウ等を含む防錆剤などがあり、より
具体的には、昭和シェル石油社製のラストコートシリー
ズの溶剤希釈型防錆剤、ＳＯＦＴ９９コーポレーション
社製のラジエータープロテクター、石原薬品株式会社製
のカルナバワックス等、千代田ケミカル社製のチオライ
ト５００等が挙げられる。
防腐剤としては、デヒドロ酢酸塩、クレゾール、エチ
レンジアミン等の公知の防腐剤、殺菌剤が用いられ得
る。
アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノー
ル、イソプロパノール等をはじめとする公知の溶媒が挙
げられる。
光沢剤としては、例えば、ベンゾチアゾリン等が挙げ
られる。
澱粉としては、コーンスターチ、片栗粉などが挙げら
れるがこれに限定されない。
さらに、これらの添加物以外にも、必要に応じて各種
の油脂、界面活性剤、グリセリン等、エチレングリコー
ルを加えて、水溶性切削液を調製してもよい。これらの
添加物の種類および割合は、工作物の金属の種類によっ
ても変わり得る。
防錆剤の含有割合は、特に限定されないが、切削液全
量に対して、０．１重量％〜２重量％が好ましく、より
好ましくは、０．５重量％〜２重量％である。
アルコール系溶媒の含有割合は、特に限定されない
が、切削液全量に対して、０．１重量％〜１０重量％が
好ましい。
本発明の水溶性切削液は、金属および非金属の切削の
際に切削油の代わりとして用いられ得る。
本発明の金属および非金属の切削に用いられる切削工
具には、バイトのような単一切刃工具、あるいはドリ
ル、リーマ、フライス、ブローチ、鋸刃、シャンクのよ
うな多切刃工具、砥石、砥粒のような研削用工具が含ま
れる。また、製品の特定の輪郭線を切刃の形状とした総
形工具も含まれ得る。切削工具の材料には、例えば、炭
素工具鋼、高速度鋼、鋳造非鉄合金、焼結炭化物、焼結
酸化物、ダイヤモンドおよび人工砥粒などが挙げられ
る。
本発明の切削に供される工作物は、例えば、一般的に
丸鋼、角鋼、あるいは六角鋼と呼ばれる棒鋼、または鋼
板等などの金属製工作物が含まれる。この中には、一般
構造用圧延鋼材、炭素鋼およびモリブデン鋼鋼板、リペ
ット用丸鋼、チェーン用丸鋼、溶接構造用圧延鋼材、熱
間圧延軟鋼板および鋼帯、冷間圧延鋼板および鋼帯、一
般構造用炭素鋼鋼管、機械構造用炭素鋼鋼管、配管用炭
素鋼鋼管、圧力配管用炭素鋼鋼管、高圧配管用炭素鋼鋼
管、高温配管用炭素鋼鋼管、配管用合金鋼鋼管、軟鋼線
材、硬鋼線材、機械構造用炭素鋼鋼材、ニッケル クロ
ム鋼鋼材、アルミニウム クロム モリブデン鋼鋼材、
ステンレス鋼、溶接構造用圧延鋼材等種々の鋼材、無酸
素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、丹銅、黄銅、マグネ
シウム合金ダイカスト、ホワイトメタル、チタン、チタ
ン合金等があるが、これに限定されない。本発明の水溶
性切削液は、非金属、例えばガラス、セラミック、特殊
陶器、強化プラスチック等の切削に用いることもでき
る。さらに、本発明の水溶性切削液は、シールド工法を
用いた削岩等にも用い得る。
本発明の水溶性切削液は、切削工具の温度損傷、切刃
破壊、切刃の漸増磨耗のいずれの損傷をも防ぐことがで
きる。
本発明の水溶性切削液を、例えば、通常の丸鋸切削
機、卓上ボール盤、旋盤、削岩機等の切削油用ポンプに
供給し、丸鋼の切断、穴あけ、フランジ面の製作等を行
い得る。
本発明の水溶性切削液は、主に無機イオンからなるた
め、従来の鉱油を基剤とする従来の切削油に比べ粘性が
低く、液流れが良好で、ポンプの循環性能がよく、機械
の目づまりもない。しかも、水酸イオンによる適度な粘
性、およびフッ化物イオンによる水分子の擬似的高分子
状態により、本発明の水溶性切削液は、工作物と工具と
の摩擦熱を防止するための冷却性、潤滑性に優れ、工具
寿命も延長される。
以下に本発明の水溶性切削液を用いた実施例を示す
が、本発明は、以下の実施例に限定されるものではな
い。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の
知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で
実施し得るものである。
実施例 （水溶性切削液Ｉの調製） 蒸留水１に、片栗粉５ｇを入れ、１分間沸騰させた
後、常温まで冷却する。冷却した溶液に、炭酸ナトリウ
ム５０ｇ、炭酸水素ナトリウム３０ｇ、臭化ナトリウム
１ｇ、フッ化ナトリウム５ｇ、およびエタノール２ｃ
ｃ、デヒドロ酢酸塩０．５ｇ、クレゾール石鹸液（日興
製薬（株）社製）およびチオライト５００（千代田ケミ
カル社製）１０ｃｃを加えて、本発明の水溶性切削液の
濃縮液を調製した。この液のｐＨは、２５℃にて１１．
５であった。この液を１０倍希釈した後、以下の実施例
１〜１０の実験を行った。
（実施例１〜５） 本発明の水溶性切削液を、マシニングセンターに供給
し、工具の種類、加工方法、回転数などの切削条件を様
々に変化させて、アルミ、ステンレス、鉄、および銅の
切削を行った。比較として、従来の塩素系切削液（ユシ
ロ＃８３０）をマシニングセンターに供給して、同様の
実験を行った。
その詳細な条件と切削による工具寿命（工作物の切削
個数）の結果を表１に示す。
（実施例６〜１０） 本発明の水溶性切削液を、ＮＣ旋盤に供給し、工具の
種類、加工方法、切削速度などの切削条件を様々に変化
させて、アルミ、ステンレス、鉄、および銅の切削を行
った。比較として、従来の塩素系切削液（ユシロ＃８３
０）を同様にＮＣ旋盤に供給して、同様の実験を行っ
た。
その詳細な条件と切削による工具寿命（工作物の切削
個数）切削結果を表２に示す。
（水溶性切削液IIの調製） まず、１，２ベンゾイソチアゾリン３オン１０重量
％、２−ピリジンチオールナトリウムオキシド４重量
％、エチレンジアミン９．６重量％、および蒸留水７
６．４重量％を混合して、全体を１００％としたＩ液を
調製した。
次に、蒸留水１に、炭酸ナトリウム５０ｇ、臭化ナ
トリウム３ｇ、チオライト５００（千代田ケミカル社
製）３００ｃｃを加えて、II液を調製した。Ｉ液１００
ｃｃとII液１３００ｃｃを混合して、本発明の水溶性切
削液の濃縮液を調製した。この液のｐＨは、２５℃にて
１１．８３であった。この液を３０倍希釈した後、以下
の実施例１１の実験を行った。
（実施例１１） 水溶性切削液IIを用いて、研削テストを行った。研削
には、岡本ＩＧＭ型研削機を用い、砥石の目番は＃６
０、内径は１０Φおよび外径１５０Φであった。研削鋼
材は、ＳＣＭ４３５およびＳＣＭ４１２の軸であり、研
削条件は、シャフト（軸）を３０Φ〜５０Φとし、研削
速度１２０ｒｐｍ、送り速度５００ｍｍ／秒（荒加
工）、８００ｍｍ／秒（仕上げ加工）とした。比較例と
して、従来の研削液ネオクール（エマルジョン：ユシロ
社製）の４０倍希釈液とＵＫ−４６５（ユシロ）３０倍
希釈液とを用いて同様の研削を行った。その結果、水溶
性研削液IIを用いた場合の研削効果は、研削液ネオクー
ルを用いたときの研削効果と同等の効果であり、砥石の
目づまりを有効に防止できた。ＵＫ−４６５との比較に
おいては、本発明の水溶性切削液IIの方が砥石の目詰ま
りが少なく、約２０％以上効果が高かった。すなわち、
同じ個数のシャフトを処理した後の砥石の研磨回数が本
発明の水溶性切削液IIを使用した場合、ＵＫ−４６５を
使用した場合と比べて、２０％減少した。
産業上の利用可能性 本発明によれば、金属をはじめとする材料の切削の際
に通常用いられている切削油あるいは塩素系切削液の代
わりの水溶性切削液が得られる。この水溶性切削液は、
粘度が低く、機械のポンプにおける液流れが良好で、金
属工作物あるいは工具に対する潤滑性および冷却性に優
れている。従って、鉄だけでなく、非鉄金属、あるいは
非金属のガラスなどの切削を行った場合、工具寿命が延
長し、作業効率が向上する。しかも、近年特に問題視さ
れているダイオキシン発生の原因となる塩素やその他の
有害物質を全く含まず、工作後の廃液は、環境に悪影響
を及ぼすことがない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｎ 40:22 Ｃ１０Ｎ 40:22 (72)発明者 鈴木 俊二 日本国三重県四日市市堀木１丁目２―25 コープ野村311号 (56)参考文献 特開 昭62−290137（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−290136（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C10M 173/00 - 173/02 C10M 125/10 C10M 125/18 C10N 30:06 C10N 40:22

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】臭化物イオン、炭酸イオン、および炭酸水
    素イオンとを含み、ｐＨ７．０〜ｐＨ１１．５である、
    水溶性切削液。
  2. 【請求項２】炭酸ナトリウムおよび臭化ナトリウムとの
    水溶液を主に含む、請求項１に記載の水溶性切削液。
  3. 【請求項３】臭化物イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオ
    ン、およびフッ化物イオンとを含み、ｐＨ７．０〜ｐＨ
    １１．５である、請求項１に記載の水溶性切削液。
  4. 【請求項４】炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、臭
    化ナトリウム、およびフッ化ナトリウムとの水溶液を主
    に含む、請求項１に記載の水溶性切削液。
  5. 【請求項５】請求項１〜４までのいずれかに記載の水溶
    性切削液であって、さらに添加物を含む、水溶性切削
    液。
  6. 【請求項６】請求項１〜５までのいずれかに記載の水溶
    性切削液であって、前記添加物が、アルコール系溶媒、
    防錆剤、光沢剤および防腐剤からなる群より選択される
    １種以上である、水溶性切削液。
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