JP3914964B2 - 電解イオン水を混合した水溶性クーラント液及び製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製品の切削加工や研削加工等に使用する水溶性クーラント液の腐敗防止、加工性向上、砥石の目詰まり防止のために、電解イオン水を使用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属部品やセラミックス部品に限らず、一般に素材を除去加工（切削、研磨等）する装置では、除去加工を行う工具と加工ワークの間に発生する莫大な摩擦熱を冷却し、また、工具とワークの間の潤滑性を確保して、工具寿命の延長や加工精度の向上するための冷却液（クーラント液）が用いられる。
【０００３】
クーラント液には水に溶解しない油を主成分とした油性（不水溶性）と、油分が水に溶解あるいはエマルジョン化するように界面活性剤等を配合した水溶性がある。現在では、水溶性クーラントの方がワークや装置を汚さない、オイルミストがない、発火・発煙がない等の利点が多いため、特殊な加工以外は水溶性クーラント液を用いることが多くなっている。
【０００４】
しかし、水溶性クーラント液は長期間使用すると細菌が発生し、腐敗するという問題がある。水溶性クーラント液が腐敗すると、悪臭の発生、油分の分離、ｐＨの変化、粘度の低下、スラッジの発生等が生じ、結果的に切削性能・研磨性能の低下や作業環境の悪化につながる。
【０００５】
特に、クーラント液が流動しない状態が継続して、酸素が不足した状態になると、デサルフォヴィブリオ・デサルフエリカンス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓ）等の嫌気性細菌が繁殖する。このような細菌は硫酸イオンを還元して硫化水素を発生するため強烈な悪臭の原因になる。
これらの問題を解決するために、現状では各種の抗菌物質の添加が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−１０９８６５号では、水溶性切削油にヨード酢酸エステル類及びアミノ配糖体類のある種の薬剤を添加することにより水溶性切削油の腐敗を防止する方法が開示されている。
しかし、薬剤を投入する方法は、薬剤濃度が高い初期段階では、腐敗の進行を遅らせることは可能であるが、経時変化等により薬剤濃度が低下するため腐敗を効果的に防止することは困難である。また、殺菌力の強い薬剤を使用することは、作業者や廃水処理装置内の有用微生物、更には周囲の環境や生態系へ悪影響を与える恐れがある。
【０００７】
また、水溶性クーラント液を希釈するために使用する水としては、地下水、水道水、工業用水等が用いられるため、混合時の希釈水には既に腐敗細菌が存在しているという問題がある。
【０００８】
さらに、切削性を向上させるため、クーラント液内に乳化剤を添加し、水との乳化を促進する必要があるが、水自体に乳化する働きがなく完全なエマルジョン化が行われなかったり、使用中に分離してしまうため工具寿命が低下する問題があった。
【０００９】
また、研削加工の場合、水溶性クーラント液の中にある金属元素イオンが水と反応すると、水酸化合物が生成されるが、このなかには、酸化されて不水溶性のゲル状物質を生成して砥粒の間に付着し、砥石の目詰まりの原因となることがある。
【００１０】
また、使用後の水溶性クーラント液を特殊な好気性細菌を用いて分解して廃棄処理する方法が開発され、２次廃棄物の出ない安全な方法として注目されている。しかし、加工に使用したクーラント液には加工機の潤滑油や加工ワークに付着した不水溶性油分が混入し、浮上油として表面に膜を作り、好気性細菌が必要とする酸素を遮断してしまうため、これに分解用細菌を投入しても十分に活動せず分解できないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は目的を達成するために、電気分解によって得られる水のｐＨ値が８．０以上１３．０以下、酸化還元電位が−１００ｍＶから−１０００ｍＶ、溶存水素濃度が０．０１ｍｇ／ｄｍ ３ 以上１．２ｍｇ／ｄｍ ３ 以下、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ ３ 以下である電解イオン水により水溶性クーラント原液を希釈して得られる金属製品加工用水溶性クーラント液である。
【００１３】
また、原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、攪拌する混合器９を有し、上記記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置、又は、
原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、貯水する混合タンク３と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を攪拌する攪拌機６と、混合タンクの液量によって電解イオン水生成機及び定量ポンプを制御するための液面センサー７と、混合タンクの水溶性クーラント液を加工機に送る送りポンプ８を有し、上記記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置において、
水溶性クーラント液を使用する加工機のクーラント液タンクの液量がタンク全体の１０〜５０％減少したらクーラント液補給信号を発信する補給開始液量センサー１０と、加工機のクーラント液タンクが満水になったときに発信する満水液量センサー１１と、補給開始液量センサーの信号で水溶性クーラント液の補給を開始し、満水液量センサーの信号で補給を停止する制御回路１２を有し、ほぼ周期的に新しい水溶性クーラント液を補給することを特徴とする金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置である。
【００１４】
さらに、原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、攪拌する混合器９を有し、上記記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置、又は、
原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、貯水する混合タンク３と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を攪拌する攪拌機６と、混合タンクの液量によって電解イオン水生成機及び定量ポンプを制御するための液面センサー７と、混合タンクの水溶性クーラント液を加工機に送る送りポンプ８を有し、上記記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置において、
水溶性クーラント液を使用する加工機のタンク容量の１０〜５０％の水溶性クーラント液が１日から１５日の期間に補給又は交換するための周期タイマー回路１４を有し、この周期タイマー回路の制御によってｐＨ値が８．０以上１３．０以下、酸化還元電位が−１００ｍＶから−１０００ｍＶ、溶存水素濃度が０．０１ｍｇ／ｄｍ ３ 以上１．２ｍｇ／ｄｍ ３ 以下、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ ３ 以下である電解イオン水を補給することを特徴とする金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置である。
【００１５】
説明を補足すると、第１の発明においては、クーラント液に、酸化還元電位−１００ｍＶから−１０００ｍＶの還元力が強い電解イオン水を混合することで、多量の水酸化イオン（ＯＨ−）を発生し、マイナス電荷が卓越してバクテリアと混在する構造タンパクを包みこみ、静電気力によって同一符号電荷部分に相互の反発力が生じ、構造タンパクがはがされ、内部の核物質（ＤＮＡ）も流出し、バクテリアを消滅させて液の腐敗を防止することを特徴する水溶性クーラント液である。
また、酸化還元電位が低い状態で、バクテリアの生存が不可能であることは良く知られているが、このような低い酸化還元電位の状態は、電機分解を行うことによって実現でき、薬剤を使用する必要がないため、作業者や環境への影響を大きく低減できる。
【００１６】
また、電解イオン水はその生成過程で水中の細菌を死滅させるため、滅菌された水でクーラント液を希釈することができ、混合後初期の細菌の増加を抑制できる。
【００１７】
また、水を電気分解することにより、水に電解現象が発生し、水素結合を破壊し、分子中の原子間距離とＨ−Ｏ−Ｈの角度に何らかの変化を生じさせ、陰イオン界面活性物質のような形をしたヒドロキシルイオンを生じさせ、該イオンの界面活性作用のため乳化しやすく、電解イオン水を使用することで、より乳化が進み加工性を向上させ、工具寿命をのばすことを特徴とする水溶性クーラント液である。
【００１８】
また、研削加工の場合、クーラント液中に発生する水酸化合物の酸化が、還元性の高い電解イオン水を使用することで抑制され、そのため目詰まりの原因となる不水溶性のゲル状物質の生成を抑制し、砥石の目詰まりを防止することを特徴とする水溶性クーラント液である。
【００１９】
更に、溶存水素の存在によりクーラント液の還元性が強化され、制菌効果が向上する。また、溶存水素は溶存酸素濃度を低下させる効果がある。
【００２０】
また、好気性細菌は通常、溶存酸素濃度が１０〜１１ｍｇ／ｄｍ３ で最も速く増殖し、酸素濃度が低下するにつれて増殖速度は低下する。また、逆に偏性嫌気性細菌は溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／ｄｍ３ 以下になると活発に増殖をはじめることが知られている。第１の発明においては溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ３ 以下であるため、通常の水道水の溶存酸素濃度（９〜１１ｍｇ／ｄｍ３ ）より低く好気性細菌の繁殖が抑制できる。また、０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上であるため、偏性嫌気性細菌の増殖も抑制できる。
【００２１】
第２、第３の発明においては、市販のクーラント原液を、自動で生成した電解イオン水で所定の濃度に混合・希釈することができる。
【００２２】
また、電解イオン水で希釈した水溶性クーラント液の酸化還元電位は、希釈直後は−１０００ｍＶ〜−３００ｍＶを示すが、１日から２日経過すると−３００から０ｍＶに上昇する。このままの状態で使用すると、細菌が繁殖しやすい状態になっていくが、第５、第６、第７の発明にあるように周期的に新しい電解イオン水や電解イオン水で希釈した水溶性クーラント液を補充すると、酸化還元電位は−５００〜−３００ｍＶに回復し、これによってクーラント液に繁殖を始めた細菌が殺菌される。
このため、水溶性クーラント液を長期間使用しても、細菌の増殖は抑制できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。
ここで用いた電解イオン水は、原水に水道水（滋賀県東浅井郡びわ町の水道水）を用い、これを軟水機２（日本練水（株）製ＭＥ−５Ｓ型、使用イオン交換樹脂：スチレン系強酸性イオン交換樹脂（ナトリウム形））に通水してカルシウムイオン濃度、及びマグネシウムイオン濃度を０．００５ｍｍｏｌ／ｄｍ３以下とした。
図示していないが、原水を真空脱気、あるいは、アルゴン等の不活性気体や窒素でばっ気を行うことは、溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ３ 以下である電解イオン水を得るために有効である。
【００２４】
この軟水を電解イオン水生成装置１で電気分解しアルカリ水とした。電解支持物質として電解イオン水生成装置の内部で、軟水に炭酸ナトリウムを添加して炭酸ナトリウム濃度を２．０ｍｍｏｌ／ｄｍ３とした。電気分解には有隔膜電解槽を用いたが、無隔膜法でも規定のアルカリ性水が得られれば使用可能である。電気分解の条件は印加電圧ＤＣ６０Ｖ、電流密度１．０Ａ／ｄｍ２、生成量１Ｌ／分である。
【００２５】
水溶性クーラント原液タンク５内のクーラント液としては、ＪＩＳ Ｋ ２２４１で定められたＷ１種の乳化型（ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）とＷ２種の透明乳化型（ｓｏｌｕｂｌｅ ｔｙｐｅ）をそれぞれ水溶性クーラント原液Ａ、Ｂとする。
【００２６】
電解イオン水生成装置１から液面センサー７にて液面管理されて混合タンク３内へ上記電解イオン水を送水し、液面センサー７が適量を感知したところで、電解イオン水の送水を止め、上記クーラント液を水溶性クーラント原液タンク５より定量ポンプ４で送り込み、攪拌機６で攪拌しながら混合して製造する。このときの濃度は５％とした。
【００２７】
上記製造装置にて、製造された水溶性切削液を、切削液を必要とする旋盤加工機、マシニングセンター等の加工機へ送りポンプ８にて送り込む。
【００２８】
【実施例２】
次に、発明の第２の実施形態ついて図２を参照して説明する。
この発明は、電解イオン水を生成するところまでは上記実施例１と同様であるが、水溶性クーラント原液との混合を行う混合タンクの代わりに、混合器９を用いる。水溶性クーラント原液タンク５より定量ポンプ４で送り込まれたクーラント原液は混合器の中で、電解イオン水と混合される。
【００２９】
混合器は、電解イオン水が通水する内径１０ｍｍのステンレス製主管に対して、内径４ｍｍのクーラント添加パイプを９０度の角度で挿入し、パイプの先端が主管の中心になるように配置した。
【００３０】
混合器で混合した水溶性クーラント液を加工機に直接供給する。あるいは、クーラント液タンクに貯水することもできる。
この方法は、混合タンクや攪拌機を使用しないため、装置が簡易で、小型化が可能であるという利点がある。
【００３１】
【実施例３】
次に、発明の第３の実施形態ついて図３を参照して説明する。
これは、実施例２の装置を、加工機のクーラント液量によって自動制御するものである。
【００３２】
実施例２の装置に加えて、加工機のクーラント液タンクの液不足を検知する補給開始液量センサー１０と、満水を検知する満水液量センサー１１をそれぞれ加工機のクーラント液タンクに設ける。このセンサーはフロート式、電気式、光式、超音波式等が使用可能である。また、構造的には一体になっていても上限と下限が検知できれば同じ機能が得られる。
【００３３】
このセンサーからの信号は制御回路１２に入力し、クーラント液量が不足すると、電解イオン水生成装置と定量ポンプを稼動して、水溶性クーラント液を補給する。満水を検知すると、装置を停止して補給を止める。
【００３４】
また、図示していない切換えスイッチ等で電解イオン水だけの補給も選択できる。この場合は、定量ポンプが駆動せず、電解イオン水だけを加工機のクーラント液タンクに補給する。
【００３５】
【実施例４】
次に、発明の第４の実施形態ついて図４を参照して説明する。
この発明は実施例１の装置に実施例３の液面制御方法を組合せたものである。図示していない切換えスイッチ等で、加工機に水溶性クーラント液を補給することと、電解イオン水だけを補給することを選択できる。水溶性クーラント液を補給する場合は、電解イオン水補給弁１３を閉じ、送りポンプ８を稼動して、混合タンク３の水溶性クーラント液を加工機に補給する。一方、電解イオン水だけを加工機に補給する場合は、送りポンプを停止し、電解イオン水補給弁１３を開けた状態で電解イオン水生成装置１を稼動する。
【００３６】
また、混合タンク内の水溶性クーラント液が減少した場合は、クーラント希釈用弁１４を開けて、電解イオン水を混合タンクに貯水する。クーラント液の製造方法は実施例１と同じである。
【００３７】
【実施例５】
次に、発明の第５の実施形態ついて図５を参照して説明する。
これは、実施例３のシステムにおいて、加工機のクーラント液タンクにクーラント液排水弁１６を設けたものである。また、クーラント液補給を周期的に行うための周期タイマー回路１５を制御回路１２と組合せて使用している。
【００３８】
この実施例でも実施例３と同様のクーラント液の補給制御が可能である。さらに、それに加えて、周期タイマー回路１４で任意に指定した時間間隔（１日から１５日）で加工機のクーラント液タンクのクーラント液を排水する。これは周期タイマー回路がクーラント液排水弁１６を開けることで行う。排水する量はクーラント液タンク全体の１０％から５０％である。これは、バルブを開ける時間や、タンクに設けた液量センサーで制御する。
排水が完了すると、次に、実施例３と同様にクーラント液あるいは電解イオン水を補給する。これは、図示していないスイッチ等で選択するのも同じである。
【００３９】
以上のような装置で生成した水溶性クーラント液の菌の繁殖、臭い発生についての評価は、次の通りである。
【実施例６】
電解イオシ水、及び水道水で希釈した各水溶性クーラント原液Ａ，Ｂを３０ｍｌ、シャーレに移し、各シャーレの蓋を取った状態で２４時間屋外に放置した後、蓋をかぶせ、３７℃の恒温槽内で４日及び７日保持した。また、比較のため水道水で希釈したクーラント液でもテストを行った。
【００４０】
そして、上記各液について、一般細菌数（生菌数）を標準寒天平板培養法に基づき、嫌気性菌数をＧＡＭ寒天平板嫌気培養法に基づき、それぞれ測定を行ない、臭気については、容量２０Ｌのタンクに水溶性切削液を入れて放置し、臭気を測定する際、液をバブリングさせて発生するエアーの臭気を臭い計測器（（株）クリエーションシステムズ Ｃ−ＧＣ−３２９ 高感度酸化錫系、熱線型焼結半導体センサー）を用いて数値化した。
結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１に示すように、電解イオン水を水道水と比較すると、滅菌率が９９％以上であり、日数が経過したときの繁殖率も低いことがわかる。また、臭気については、７日後のクーラント原液Ａを比較した場合、水道水の臭気１８７９に対して電解イオン水の臭気２１５と１／８以下であるため臭気の発生を抑制する効果があることがわかる。
【００４３】
【実施例７】
加工性、工具寿命については、電解イオン水、及び水道水で希釈した各水溶性クーラント原液Ａ，Ｂを使用して、マシニングセンターでドリル穴あけ加工を連続的に行い、ドリルの寿命によって判定した。ドリルはφ６ｍｍを使用し、回転数は２８００ｒｐｍ、送りは０．１ｍｍ／回で行った。鋼鈑の材質はＳＳ４００で、厚さは３０ｍｍである。
結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、工具寿命の面からも、クーラント液との乳化性がよい電解イオン水の方が、水道水と比較しても２倍以上の穴加工が可能であることがわかる。
【００４６】
【実施例８】
研削性、砥石の目詰まりについては、電解イオン水、及び水道水で希釈した各水溶性クーラント原液Ａ，Ｂを使用して、横軸角テーブル平面研削盤でＡ４６Ｋ砥粒を用いて、研磨加工を連続的に行い、砥石の目詰まりによるドレッシング（目直し）回数によって判定した。砥石車直径はφ２０５ｍｍを使用し、円周速度は１５００ｍ／分、送りは０．１ｍｍ／回で２０ｍｍ研磨を行った。鋼鈑の材質はＳＳ４００で、厚さは３０ｍｍである。
結果を表３に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
表３に示すように、砥石の目詰まりの面からも、還元力の高い電解イオン水の方が、水道水と比較してドレッシング無しで研削加工が可能であることがわかる。
【００４９】
【実施例９】
生成する電解イオン水のｐＨ、酸化還元電位、溶存水素濃度、溶存酸素濃度を変化させて、実施例１、実施例２、実施例３と同じ方法でクーラント液の特性評価を行った。これら電解イオン水の特性（水質）は、電気分解を行うときの、電解電圧、電解電流、原水流量、原水中の溶存酸素濃度制御（前記した、真空脱気、あるいは不活性気体によるばっ気等）により制御可能である。また、異なる特性（水質）の電解イオン水を混合することでも調整できる。
これらの電解イオン水を用いて水溶性クーラント液を希釈・混合したときの評価結果を表４、表５、表６に示す。但し、表４の細菌数、臭気は７日後の結果で比較する。
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
【表６】
【００５３】
表４、表５、表６に示すように、クーラント液の細菌数、臭気、切削性、研削性は実施例１、実施例２、実施例３の水道水希釈クーラントと比較して改善している。
【００５４】
また、表４に示すように溶存水素濃度が０．０１ｍｇ／ｄｍ３ 以上の場合、あるいは、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ３以上７ｍｇ／ｄｍ３以下の場合で制菌効果が向上した。
【００５５】
【実施例１０】
次に、実施例６で行った一般細菌数、嫌気性細菌数、臭気の評価において、保持期間を１ヶ月とし、１週間、または２週間毎に全体のクーラント液量の１０％、３０％、５０％を電解イオン水で希釈したクーラント液で交換するのもと、水道水で希釈したクーラント液で交換するものと、交換を行わないものの比較を行った。
クーラントの希釈濃度は５％、電解イオン水のｐＨは１０．５、酸化還元電位は−８１５ｍＶであった。
液の交換を行うため、液量を１００ｍＬに増やし、ビーカーに保存して実施した。
結果を表７に示す。
【００５６】
【表７】
【００５７】
表７に示すように、電解イオン水で希釈したクーラント液で交換するほうが、水道水希釈よりも細菌数、臭気ともに少ないことがわかる。
また、交換量が多い方が細菌数、臭気ともに少なくなることがわかる。
【００５８】
【実施例１１】
基本的な方法は実施例１０と同様あるが、ビーカーに蓋をせずに、室内で、室温状態のものと、３７℃に加熱した状態の２条件で１ヶ月間保持した。このため蒸発により室温のものは１週間で約１０％の液補充を行い、３７℃のものは２５％の液補充を行った。２週間間隔で補充したものは室温で２０％、３７℃で５０％の補充量ある。
補充液は電解イオン水と水道水の２種類で比較した。電解イオン水のｐＨは１０．５、酸化還元電位は−８１５ｍＶであった。
結果を表８に示す。
【００５９】
【表８】
【００６０】
表８に示すように、電解イオン水を補充する方が、水道水を補充するよりも細菌数、臭気ともに少ないことがわかる。
また、補充量が多い方が細菌数、臭気ともに少なくなることがわかる。
【００６１】
【実施例１２】
実施例３で示したクーラント液製造装置を加工機（三菱重工業株式会社製 マシニングセンター Ｍ−Ｖ６０Ｃ）に設置し、実使用状態で１ヶ月間のクーラント液の状態を観察した。使用した希釈水はｐＨ１０．５、酸化還元電位−８１５ｍＶ、溶存水素濃度０．９５ｍｇ／ｄｍ３、溶存酸素濃度６．２ｍｇ／ｄｍ３である。
【００６２】
結果は、水道水で希釈した場合に比較して、悪臭の発生がきわめて少なく、作業環境が改善した。また、水道水希釈のクーラント液ではクーラント液の表面に多くの浮上油が浮いていたが、イオン水希釈の場合はこれらの油分が、イオン水の乳化作用でクーラント液中に溶解し、浮上油のないクーラント液となった。このため、タンク内部が嫌気状態になることが防止できるため、嫌気性菌の発生を抑制できるという効果も確認した。さらに、加工機に付着した加工油が電解イオン水で溶解し、装置が美しくなるという効果も見られた。加えて、加工機の作業テーブル等の鉄素材部品の錆が発生しにくくなり、装置の精度低下防止やメンテナンス回数の削減等に寄与するとうい効果もあった。
【００６３】
また、油分分解細菌を用いてこのクーラント液の廃液処理を行った。この菌は液中の溶存酸素で油分を反応してエネルギーを得て、二酸化炭素と水に分解するものである。
【００６４】
水道水希釈のクーラント液の場合は、表面の浮上油が５ｍｍ程度の層で覆っていて、酸素の供給を遮断してしまうため細菌の活動が活発にならず、１週間経過しても、廃液のＢＯＤ、ＣＯＤは２３％しか低下しなかった。一方、電解イオン水希釈のクーラント液は浮上油が部分的に浮いている程度であり、酸素供給には支障がなかった。そのため、細菌投入１週間後の廃液はＢＯＤ、ＣＯＤを９２％低下することができた。
【００６５】
【発明の効果】
この発明の効果としては、請求項１記載の金属製品加工用水溶性クーラント液では、希釈液として、電解イオン水を使用することで、細菌の繁殖に伴う異臭の発生を無くすことができ、また、人体や環境に悪影響を与える防腐剤の添加が不必要になるため、人と環境にやさしい職場作りが可能となる。
【００６６】
しかも、加工面においては、水溶性クーラント液中の乳化剤が消滅しても、電解イオン水が持つ乳化性が持続するために、加工性の低下がなく工具寿命も延ばすことができ、より自動制御加工機に対応した水溶性クーラント液となる。
【００６７】
また、砥石と被加工物との間に発生する酸化が、還元性の高い電解イオン水を使用することで抑制され、目詰まりの原因となる水酸化物の酸化によるゲル状物質の生成を抑制し、砥石の目詰まりを防止する。また、陰イオン界面活性物質のような形をしたヒドロキシルイオンを生じさせるため、表面張力が小さく、浸透性に優れるため高い切り屑除去効果を得ることができる。
【００６８】
さらに、使用後の水溶性クーラント液を特殊な好気性細菌を用いて分解して廃棄処理する方法において、電解イオン水を希釈液とした水溶性クーラント液をしようすると、クーラント表面に浮上油が少なくなり、油分解細菌の活動を低下させないという利点がある。
また、加工機に付着した加工油が電解イオン水で溶解し、装置が美しくなるという効果や、加工機の作業テーブル等の鉄素材部品の錆が発生しにくくなり、装置の精度低下防止やメンテナンス回数の削減等に寄与するとうい利点がある。
【００６９】
加えて、溶存水素の存在によりクーラント液の還元性が強化され、制菌効果が向上する。また、溶存水素は溶存酸素濃度を低下させる効果がある。また、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ３ 以下であるため、好気性細菌の繁殖も偏性嫌気性細菌の増殖も抑制できる。
【００７０】
請求項２又は請求項３記載の金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置では、市販のクーラント原液を、自動で生成した電解イオン水で所定の濃度に混合・希釈することができると共に、混合した水溶性クーラント液を攪拌した状態で貯水できるため、水溶性クーラント液の乳化、溶解状態を均一に維持できる。
【００７１】
更に、周期的に新しい電解イオン水や電解イオン水で希釈した水溶性クーラント液を補充することで、酸化還元電位が−５００〜−３００ｍＶに回復し、これによってクーラント液に繁殖を始めた細菌が殺菌されるため、水溶性クーラント液を長期間使用しても、細菌の増殖は抑制できる。
【００７２】
加えて、請求項３記載の金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置では、クーラント液の蒸発量が多く、使用しているクーラント液の希釈濃度が上昇する傾向になる加工装置において、電解イオン水のみを補給することで水溶性クーラント液の希釈濃度を適正に維持する事ができる。
【００７３】
加えて、クーラント液の蒸発量や持ち出し量が少なくて、自然補給では十分に液交換ができない場合でも、強制的にクーラント液を交換するため、細菌の増殖抑制効果が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例１の工程の説明図である。
【図２】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例２の工程の説明図である。
【図３】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例３の工程の説明図である。
【図４】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例４の工程の説明図である。
【図５】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例５の工程の説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 電解イオン水生成装置
２ 軟水機
３ 混合タンク
４ 定量ポンプ
５ 水溶性クーラント原液タンク
６ 攪拌機
７ 液面センサー
８ 送りポンプ
９ 混合器
１０ 補給開始液量センサー
１１ 満水液量センサー
１２ 制御回路
１３ 電解イオン水補給弁
１４ クーラント希釈用弁
１５ 周期タイマー回路
１６ クーラント液排水弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製品の切削加工や研削加工等に使用する水溶性クーラント液の腐敗防止、加工性向上、砥石の目詰まり防止のために、電解イオン水を使用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属部品やセラミックス部品に限らず、一般に素材を除去加工（切削、研磨等）する装置では、除去加工を行う工具と加工ワークの間に発生する莫大な摩擦熱を冷却し、また、工具とワークの間の潤滑性を確保して、工具寿命の延長や加工精度の向上するための冷却液（クーラント液）が用いられる。
【０００３】
クーラント液には水に溶解しない油を主成分とした油性（不水溶性）と、油分が水に溶解あるいはエマルジョン化するように界面活性剤等を配合した水溶性がある。現在では、水溶性クーラントの方がワークや装置を汚さない、オイルミストがない、発火・発煙がない等の利点が多いため、特殊な加工以外は水溶性クーラント液を用いることが多くなっている。
【０００４】
しかし、水溶性クーラント液は長期間使用すると細菌が発生し、腐敗するという問題がある。水溶性クーラント液が腐敗すると、悪臭の発生、油分の分離、ｐＨの変化、粘度の低下、スラッジの発生等が生じ、結果的に切削性能・研磨性能の低下や作業環境の悪化につながる。
【０００５】
特に、クーラント液が流動しない状態が継続して、酸素が不足した状態になると、デサルフォヴィブリオ・デサルフエリカンス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓ）等の嫌気性細菌が繁殖する。このような細菌は硫酸イオンを還元して硫化水素を発生するため強烈な悪臭の原因になる。
これらの問題を解決するために、現状では各種の抗菌物質の添加が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−１０９８６５号では、水溶性切削油にヨード酢酸エステル類及びアミノ配糖体類のある種の薬剤を添加することにより水溶性切削油の腐敗を防止する方法が開示されている。
しかし、薬剤を投入する方法は、薬剤濃度が高い初期段階では、腐敗の進行を遅らせることは可能であるが、経時変化等により薬剤濃度が低下するため腐敗を効果的に防止することは困難である。また、殺菌力の強い薬剤を使用することは、作業者や廃水処理装置内の有用微生物、更には周囲の環境や生態系へ悪影響を与える恐れがある。
【０００７】
また、水溶性クーラント液を希釈するために使用する水としては、地下水、水道水、工業用水等が用いられるため、混合時の希釈水には既に腐敗細菌が存在しているという問題がある。
【０００８】
さらに、切削性を向上させるため、クーラント液内に乳化剤を添加し、水との乳化を促進する必要があるが、水自体に乳化する働きがなく完全なエマルジョン化が行われなかったり、使用中に分離してしまうため工具寿命が低下する問題があった。
【０００９】
また、研削加工の場合、水溶性クーラント液の中にある金属元素イオンが水と反応すると、水酸化合物が生成されるが、このなかには、酸化されて不水溶性のゲル状物質を生成して砥粒の間に付着し、砥石の目詰まりの原因となることがある。
【００１０】
また、使用後の水溶性クーラント液を特殊な好気性細菌を用いて分解して廃棄処理する方法が開発され、２次廃棄物の出ない安全な方法として注目されている。しかし、加工に使用したクーラント液には加工機の潤滑油や加工ワークに付着した不水溶性油分が混入し、浮上油として表面に膜を作り、好気性細菌が必要とする酸素を遮断してしまうため、これに分解用細菌を投入しても十分に活動せず分解できないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は目的を達成するために、電気分解によって得られる水のｐＨ値が８．０以上１３．０以下、酸化還元電位が−１００ｍＶから−１０００ｍＶ、溶存水素濃度が０．０１ｍｇ／ｄｍ ３ 以上１．２ｍｇ／ｄｍ ３ 以下、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ ３ 以下である電解イオン水により水溶性クーラント原液を希釈して得られる金属製品加工用水溶性クーラント液である。
【００１３】
また、原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、攪拌する混合器９を有し、上記記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置、又は、
原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、貯水する混合タンク３と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を攪拌する攪拌機６と、混合タンクの液量によって電解イオン水生成機及び定量ポンプを制御するための液面センサー７と、混合タンクの水溶性クーラント液を加工機に送る送りポンプ８を有し、上記記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置において、
水溶性クーラント液を使用する加工機のクーラント液タンクの液量がタンク全体の１０〜５０％減少したらクーラント液補給信号を発信する補給開始液量センサー１０と、加工機のクーラント液タンクが満水になったときに発信する満水液量センサー１１と、補給開始液量センサーの信号で水溶性クーラント液の補給を開始し、満水液量センサーの信号で補給を停止する制御回路１２を有し、ほぼ周期的に新しい水溶性クーラント液を補給することを特徴とする金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置である。
【００１４】
さらに、原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、攪拌する混合器９を有し、上記記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置、又は、
原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、貯水する混合タンク３と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を攪拌する攪拌機６と、混合タンクの液量によって電解イオン水生成機及び定量ポンプを制御するための液面センサー７と、混合タンクの水溶性クーラント液を加工機に送る送りポンプ８を有し、上記記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置において、
水溶性クーラント液を使用する加工機のタンク容量の１０〜５０％の水溶性クーラント液が１日から１５日の期間に補給又は交換するための周期タイマー回路１４を有し、この周期タイマー回路の制御によってｐＨ値が８．０以上１３．０以下、酸化還元電位が−１００ｍＶから−１０００ｍＶ、溶存水素濃度が０．０１ｍｇ／ｄｍ ３ 以上１．２ｍｇ／ｄｍ ３ 以下、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ ３ 以下である電解イオン水を補給することを特徴とする金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置である。
【００１５】
説明を補足すると、第１の発明においては、クーラント液に、酸化還元電位−１００ｍＶから−１０００ｍＶの還元力が強い電解イオン水を混合することで、多量の水酸化イオン（ＯＨ−）を発生し、マイナス電荷が卓越してバクテリアと混在する構造タンパクを包みこみ、静電気力によって同一符号電荷部分に相互の反発力が生じ、構造タンパクがはがされ、内部の核物質（ＤＮＡ）も流出し、バクテリアを消滅させて液の腐敗を防止することを特徴する水溶性クーラント液である。
また、酸化還元電位が低い状態で、バクテリアの生存が不可能であることは良く知られているが、このような低い酸化還元電位の状態は、電機分解を行うことによって実現でき、薬剤を使用する必要がないため、作業者や環境への影響を大きく低減できる。
【００１６】
また、電解イオン水はその生成過程で水中の細菌を死滅させるため、滅菌された水でクーラント液を希釈することができ、混合後初期の細菌の増加を抑制できる。
【００１７】
また、水を電気分解することにより、水に電解現象が発生し、水素結合を破壊し、分子中の原子間距離とＨ−Ｏ−Ｈの角度に何らかの変化を生じさせ、陰イオン界面活性物質のような形をしたヒドロキシルイオンを生じさせ、該イオンの界面活性作用のため乳化しやすく、電解イオン水を使用することで、より乳化が進み加工性を向上させ、工具寿命をのばすことを特徴とする水溶性クーラント液である。
【００１８】
また、研削加工の場合、クーラント液中に発生する水酸化合物の酸化が、還元性の高い電解イオン水を使用することで抑制され、そのため目詰まりの原因となる不水溶性のゲル状物質の生成を抑制し、砥石の目詰まりを防止することを特徴とする水溶性クーラント液である。
【００１９】
更に、溶存水素の存在によりクーラント液の還元性が強化され、制菌効果が向上する。また、溶存水素は溶存酸素濃度を低下させる効果がある。
【００２０】
また、好気性細菌は通常、溶存酸素濃度が１０〜１１ｍｇ／ｄｍ３ で最も速く増殖し、酸素濃度が低下するにつれて増殖速度は低下する。また、逆に偏性嫌気性細菌は溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／ｄｍ３ 以下になると活発に増殖をはじめることが知られている。第１の発明においては溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ３ 以下であるため、通常の水道水の溶存酸素濃度（９〜１１ｍｇ／ｄｍ３ ）より低く好気性細菌の繁殖が抑制できる。また、０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上であるため、偏性嫌気性細菌の増殖も抑制できる。
【００２１】
第２、第３の発明においては、市販のクーラント原液を、自動で生成した電解イオン水で所定の濃度に混合・希釈することができる。
【００２２】
また、電解イオン水で希釈した水溶性クーラント液の酸化還元電位は、希釈直後は−１０００ｍＶ〜−３００ｍＶを示すが、１日から２日経過すると−３００から０ｍＶに上昇する。このままの状態で使用すると、細菌が繁殖しやすい状態になっていくが、第５、第６、第７の発明にあるように周期的に新しい電解イオン水や電解イオン水で希釈した水溶性クーラント液を補充すると、酸化還元電位は−５００〜−３００ｍＶに回復し、これによってクーラント液に繁殖を始めた細菌が殺菌される。
このため、水溶性クーラント液を長期間使用しても、細菌の増殖は抑制できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。
ここで用いた電解イオン水は、原水に水道水（滋賀県東浅井郡びわ町の水道水）を用い、これを軟水機２（日本練水（株）製ＭＥ−５Ｓ型、使用イオン交換樹脂：スチレン系強酸性イオン交換樹脂（ナトリウム形））に通水してカルシウムイオン濃度、及びマグネシウムイオン濃度を０．００５ｍｍｏｌ／ｄｍ３以下とした。
図示していないが、原水を真空脱気、あるいは、アルゴン等の不活性気体や窒素でばっ気を行うことは、溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ３ 以下である電解イオン水を得るために有効である。
【００２４】
この軟水を電解イオン水生成装置１で電気分解しアルカリ水とした。電解支持物質として電解イオン水生成装置の内部で、軟水に炭酸ナトリウムを添加して炭酸ナトリウム濃度を２．０ｍｍｏｌ／ｄｍ３とした。電気分解には有隔膜電解槽を用いたが、無隔膜法でも規定のアルカリ性水が得られれば使用可能である。電気分解の条件は印加電圧ＤＣ６０Ｖ、電流密度１．０Ａ／ｄｍ２、生成量１Ｌ／分である。
【００２５】
水溶性クーラント原液タンク５内のクーラント液としては、ＪＩＳ Ｋ ２２４１で定められたＷ１種の乳化型（ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）とＷ２種の透明乳化型（ｓｏｌｕｂｌｅ ｔｙｐｅ）をそれぞれ水溶性クーラント原液Ａ、Ｂとする。
【００２６】
電解イオン水生成装置１から液面センサー７にて液面管理されて混合タンク３内へ上記電解イオン水を送水し、液面センサー７が適量を感知したところで、電解イオン水の送水を止め、上記クーラント液を水溶性クーラント原液タンク５より定量ポンプ４で送り込み、攪拌機６で攪拌しながら混合して製造する。このときの濃度は５％とした。
【００２７】
上記製造装置にて、製造された水溶性切削液を、切削液を必要とする旋盤加工機、マシニングセンター等の加工機へ送りポンプ８にて送り込む。
【００２８】
【実施例２】
次に、発明の第２の実施形態ついて図２を参照して説明する。
この発明は、電解イオン水を生成するところまでは上記実施例１と同様であるが、水溶性クーラント原液との混合を行う混合タンクの代わりに、混合器９を用いる。水溶性クーラント原液タンク５より定量ポンプ４で送り込まれたクーラント原液は混合器の中で、電解イオン水と混合される。
【００２９】
混合器は、電解イオン水が通水する内径１０ｍｍのステンレス製主管に対して、内径４ｍｍのクーラント添加パイプを９０度の角度で挿入し、パイプの先端が主管の中心になるように配置した。
【００３０】
混合器で混合した水溶性クーラント液を加工機に直接供給する。あるいは、クーラント液タンクに貯水することもできる。
この方法は、混合タンクや攪拌機を使用しないため、装置が簡易で、小型化が可能であるという利点がある。
【００３１】
【実施例３】
次に、発明の第３の実施形態ついて図３を参照して説明する。
これは、実施例２の装置を、加工機のクーラント液量によって自動制御するものである。
【００３２】
実施例２の装置に加えて、加工機のクーラント液タンクの液不足を検知する補給開始液量センサー１０と、満水を検知する満水液量センサー１１をそれぞれ加工機のクーラント液タンクに設ける。このセンサーはフロート式、電気式、光式、超音波式等が使用可能である。また、構造的には一体になっていても上限と下限が検知できれば同じ機能が得られる。
【００３３】
このセンサーからの信号は制御回路１２に入力し、クーラント液量が不足すると、電解イオン水生成装置と定量ポンプを稼動して、水溶性クーラント液を補給する。満水を検知すると、装置を停止して補給を止める。
【００３４】
また、図示していない切換えスイッチ等で電解イオン水だけの補給も選択できる。この場合は、定量ポンプが駆動せず、電解イオン水だけを加工機のクーラント液タンクに補給する。
【００３５】
【実施例４】
次に、発明の第４の実施形態ついて図４を参照して説明する。
この発明は実施例１の装置に実施例３の液面制御方法を組合せたものである。図示していない切換えスイッチ等で、加工機に水溶性クーラント液を補給することと、電解イオン水だけを補給することを選択できる。水溶性クーラント液を補給する場合は、電解イオン水補給弁１３を閉じ、送りポンプ８を稼動して、混合タンク３の水溶性クーラント液を加工機に補給する。一方、電解イオン水だけを加工機に補給する場合は、送りポンプを停止し、電解イオン水補給弁１３を開けた状態で電解イオン水生成装置１を稼動する。
【００３６】
また、混合タンク内の水溶性クーラント液が減少した場合は、クーラント希釈用弁１４を開けて、電解イオン水を混合タンクに貯水する。クーラント液の製造方法は実施例１と同じである。
【００３７】
【実施例５】
次に、発明の第５の実施形態ついて図５を参照して説明する。
これは、実施例３のシステムにおいて、加工機のクーラント液タンクにクーラント液排水弁１６を設けたものである。また、クーラント液補給を周期的に行うための周期タイマー回路１５を制御回路１２と組合せて使用している。
【００３８】
この実施例でも実施例３と同様のクーラント液の補給制御が可能である。さらに、それに加えて、周期タイマー回路１４で任意に指定した時間間隔（１日から１５日）で加工機のクーラント液タンクのクーラント液を排水する。これは周期タイマー回路がクーラント液排水弁１６を開けることで行う。排水する量はクーラント液タンク全体の１０％から５０％である。これは、バルブを開ける時間や、タンクに設けた液量センサーで制御する。
排水が完了すると、次に、実施例３と同様にクーラント液あるいは電解イオン水を補給する。これは、図示していないスイッチ等で選択するのも同じである。
【００３９】
以上のような装置で生成した水溶性クーラント液の菌の繁殖、臭い発生についての評価は、次の通りである。
【実施例６】
電解イオシ水、及び水道水で希釈した各水溶性クーラント原液Ａ，Ｂを３０ｍｌ、シャーレに移し、各シャーレの蓋を取った状態で２４時間屋外に放置した後、蓋をかぶせ、３７℃の恒温槽内で４日及び７日保持した。また、比較のため水道水で希釈したクーラント液でもテストを行った。
【００４０】
そして、上記各液について、一般細菌数（生菌数）を標準寒天平板培養法に基づき、嫌気性菌数をＧＡＭ寒天平板嫌気培養法に基づき、それぞれ測定を行ない、臭気については、容量２０Ｌのタンクに水溶性切削液を入れて放置し、臭気を測定する際、液をバブリングさせて発生するエアーの臭気を臭い計測器（（株）クリエーションシステムズ Ｃ−ＧＣ−３２９ 高感度酸化錫系、熱線型焼結半導体センサー）を用いて数値化した。
結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
表１に示すように、電解イオン水を水道水と比較すると、滅菌率が９９％以上であり、日数が経過したときの繁殖率も低いことがわかる。また、臭気については、７日後のクーラント原液Ａを比較した場合、水道水の臭気１８７９に対して電解イオン水の臭気２１５と１／８以下であるため臭気の発生を抑制する効果があることがわかる。
【００４３】
【実施例７】
加工性、工具寿命については、電解イオン水、及び水道水で希釈した各水溶性クーラント原液Ａ，Ｂを使用して、マシニングセンターでドリル穴あけ加工を連続的に行い、ドリルの寿命によって判定した。ドリルはφ６ｍｍを使用し、回転数は２８００ｒｐｍ、送りは０．１ｍｍ／回で行った。鋼鈑の材質はＳＳ４００で、厚さは３０ｍｍである。
結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
表２に示すように、工具寿命の面からも、クーラント液との乳化性がよい電解イオン水の方が、水道水と比較しても２倍以上の穴加工が可能であることがわかる。
【００４６】
【実施例８】
研削性、砥石の目詰まりについては、電解イオン水、及び水道水で希釈した各水溶性クーラント原液Ａ，Ｂを使用して、横軸角テーブル平面研削盤でＡ４６Ｋ砥粒を用いて、研磨加工を連続的に行い、砥石の目詰まりによるドレッシング（目直し）回数によって判定した。砥石車直径はφ２０５ｍｍを使用し、円周速度は１５００ｍ／分、送りは０．１ｍｍ／回で２０ｍｍ研磨を行った。鋼鈑の材質はＳＳ４００で、厚さは３０ｍｍである。
結果を表３に示す。
【００４７】
【表３】
表３に示すように、砥石の目詰まりの面からも、還元力の高い電解イオン水の方が、水道水と比較してドレッシング無しで研削加工が可能であることがわかる。
【００４９】
【実施例９】
生成する電解イオン水のｐＨ、酸化還元電位、溶存水素濃度、溶存酸素濃度を変化させて、実施例１、実施例２、実施例３と同じ方法でクーラント液の特性評価を行った。これら電解イオン水の特性（水質）は、電気分解を行うときの、電解電圧、電解電流、原水流量、原水中の溶存酸素濃度制御（前記した、真空脱気、あるいは不活性気体によるばっ気等）により制御可能である。また、異なる特性（水質）の電解イオン水を混合することでも調整できる。
これらの電解イオン水を用いて水溶性クーラント液を希釈・混合したときの評価結果を表４、表５、表６に示す。但し、表４の細菌数、臭気は７日後の結果で比較する。
【００５０】
【表４】
【表５】
【表６】
表４、表５、表６に示すように、クーラント液の細菌数、臭気、切削性、研削性は実施例１、実施例２、実施例３の水道水希釈クーラントと比較して改善している。
【００５４】
また、表４に示すように溶存水素濃度が０．０１ｍｇ／ｄｍ３ 以上の場合、あるいは、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ３以上７ｍｇ／ｄｍ３以下の場合で制菌効果が向上した。
【００５５】
【実施例１０】
次に、実施例６で行った一般細菌数、嫌気性細菌数、臭気の評価において、保持期間を１ヶ月とし、１週間、または２週間毎に全体のクーラント液量の１０％、３０％、５０％を電解イオン水で希釈したクーラント液で交換するのもと、水道水で希釈したクーラント液で交換するものと、交換を行わないものの比較を行った。
クーラントの希釈濃度は５％、電解イオン水のｐＨは１０．５、酸化還元電位は−８１５ｍＶであった。
液の交換を行うため、液量を１００ｍＬに増やし、ビーカーに保存して実施した。
結果を表７に示す。
【００５６】
【表７】
表７に示すように、電解イオン水で希釈したクーラント液で交換するほうが、水道水希釈よりも細菌数、臭気ともに少ないことがわかる。
また、交換量が多い方が細菌数、臭気ともに少なくなることがわかる。
【００５８】
【実施例１１】
基本的な方法は実施例１０と同様あるが、ビーカーに蓋をせずに、室内で、室温状態のものと、３７℃に加熱した状態の２条件で１ヶ月間保持した。このため蒸発により室温のものは１週間で約１０％の液補充を行い、３７℃のものは２５％の液補充を行った。２週間間隔で補充したものは室温で２０％、３７℃で５０％の補充量ある。
補充液は電解イオン水と水道水の２種類で比較した。電解イオン水のｐＨは１０．５、酸化還元電位は−８１５ｍＶであった。
結果を表８に示す。
【００５９】
【表８】
表８に示すように、電解イオン水を補充する方が、水道水を補充するよりも細菌数、臭気ともに少ないことがわかる。
また、補充量が多い方が細菌数、臭気ともに少なくなることがわかる。
【００６１】
【実施例１２】
実施例３で示したクーラント液製造装置を加工機（三菱重工業株式会社製 マシニングセンター Ｍ−Ｖ６０Ｃ）に設置し、実使用状態で１ヶ月間のクーラント液の状態を観察した。使用した希釈水はｐＨ１０．５、酸化還元電位−８１５ｍＶ、溶存水素濃度０．９５ｍｇ／ｄｍ３、溶存酸素濃度６．２ｍｇ／ｄｍ３である。
【００６２】
結果は、水道水で希釈した場合に比較して、悪臭の発生がきわめて少なく、作業環境が改善した。また、水道水希釈のクーラント液ではクーラント液の表面に多くの浮上油が浮いていたが、イオン水希釈の場合はこれらの油分が、イオン水の乳化作用でクーラント液中に溶解し、浮上油のないクーラント液となった。このため、タンク内部が嫌気状態になることが防止できるため、嫌気性菌の発生を抑制できるという効果も確認した。さらに、加工機に付着した加工油が電解イオン水で溶解し、装置が美しくなるという効果も見られた。加えて、加工機の作業テーブル等の鉄素材部品の錆が発生しにくくなり、装置の精度低下防止やメンテナンス回数の削減等に寄与するとうい効果もあった。
【００６３】
また、油分分解細菌を用いてこのクーラント液の廃液処理を行った。この菌は液中の溶存酸素で油分を反応してエネルギーを得て、二酸化炭素と水に分解するものである。
【００６４】
水道水希釈のクーラント液の場合は、表面の浮上油が５ｍｍ程度の層で覆っていて、酸素の供給を遮断してしまうため細菌の活動が活発にならず、１週間経過しても、廃液のＢＯＤ、ＣＯＤは２３％しか低下しなかった。一方、電解イオン水希釈のクーラント液は浮上油が部分的に浮いている程度であり、酸素供給には支障がなかった。そのため、細菌投入１週間後の廃液はＢＯＤ、ＣＯＤを９２％低下することができた。
【００６５】
【発明の効果】
この発明の効果としては、請求項１記載の金属製品加工用水溶性クーラント液では、希釈液として、電解イオン水を使用することで、細菌の繁殖に伴う異臭の発生を無くすことができ、また、人体や環境に悪影響を与える防腐剤の添加が不必要になるため、人と環境にやさしい職場作りが可能となる。
【００６６】
しかも、加工面においては、水溶性クーラント液中の乳化剤が消滅しても、電解イオン水が持つ乳化性が持続するために、加工性の低下がなく工具寿命も延ばすことができ、より自動制御加工機に対応した水溶性クーラント液となる。
【００６７】
また、砥石と被加工物との間に発生する酸化が、還元性の高い電解イオン水を使用することで抑制され、目詰まりの原因となる水酸化物の酸化によるゲル状物質の生成を抑制し、砥石の目詰まりを防止する。また、陰イオン界面活性物質のような形をしたヒドロキシルイオンを生じさせるため、表面張力が小さく、浸透性に優れるため高い切り屑除去効果を得ることができる。
【００６８】
さらに、使用後の水溶性クーラント液を特殊な好気性細菌を用いて分解して廃棄処理する方法において、電解イオン水を希釈液とした水溶性クーラント液をしようすると、クーラント表面に浮上油が少なくなり、油分解細菌の活動を低下させないという利点がある。
また、加工機に付着した加工油が電解イオン水で溶解し、装置が美しくなるという効果や、加工機の作業テーブル等の鉄素材部品の錆が発生しにくくなり、装置の精度低下防止やメンテナンス回数の削減等に寄与するとうい利点がある。
【００６９】
加えて、溶存水素の存在によりクーラント液の還元性が強化され、制菌効果が向上する。また、溶存水素は溶存酸素濃度を低下させる効果がある。また、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ３ 以下であるため、好気性細菌の繁殖も偏性嫌気性細菌の増殖も抑制できる。
【００７０】
請求項２又は請求項３記載の金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置では、市販のクーラント原液を、自動で生成した電解イオン水で所定の濃度に混合・希釈することができると共に、混合した水溶性クーラント液を攪拌した状態で貯水できるため、水溶性クーラント液の乳化、溶解状態を均一に維持できる。
【００７１】
更に、周期的に新しい電解イオン水や電解イオン水で希釈した水溶性クーラント液を補充することで、酸化還元電位が−５００〜−３００ｍＶに回復し、これによってクーラント液に繁殖を始めた細菌が殺菌されるため、水溶性クーラント液を長期間使用しても、細菌の増殖は抑制できる。
【００７２】
加えて、請求項３記載の金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置では、クーラント液の蒸発量が多く、使用しているクーラント液の希釈濃度が上昇する傾向になる加工装置において、電解イオン水のみを補給することで水溶性クーラント液の希釈濃度を適正に維持する事ができる。
【００７３】
加えて、クーラント液の蒸発量や持ち出し量が少なくて、自然補給では十分に液交換ができない場合でも、強制的にクーラント液を交換するため、細菌の増殖抑制効果が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例１の工程の説明図である。
【図２】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例２の工程の説明図である。
【図３】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例３の工程の説明図である。
【図４】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例４の工程の説明図である。
【図５】 電解イオン水と水溶性クーラント液を混合し製造する実施例５の工程の説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 電解イオン水生成装置
２ 軟水機
３ 混合タンク
４ 定量ポンプ
５ 水溶性クーラント原液タンク
６ 攪拌機
７ 液面センサー
８ 送りポンプ
９ 混合器
１０ 補給開始液量センサー
１１ 満水液量センサー
１２ 制御回路
１３ 電解イオン水補給弁
１４ クーラント希釈用弁
１５ 周期タイマー回路
１６ クーラント液排水弁
Claims (3)
- 電気分解によって得られる水のｐＨ値が８．０以上１３．０以下、酸化還元電位が−１００ｍＶから−１０００ｍＶ、溶存水素濃度が０．０１ｍｇ／ｄｍ３以上１．２ｍｇ／ｄｍ ３ 以下、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ３ 以下である電解イオン水により水溶性クーラント原液を希釈して得られる金属製品加工用水溶性クーラント液。
- 原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、攪拌する混合器９を有し、請求項１記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置、又は、
原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、貯水する混合タンク３と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を攪拌する攪拌機６と、混合タンクの液量によって電解イオン水生成機及び定量ポンプを制御するための液面センサー７と、混合タンクの水溶性クーラント液を加工機に送る送りポンプ８を有し、請求項１記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置において、
水溶性クーラント液を使用する加工機のクーラント液タンクの液量がタンク全体の１０〜５０％減少したらクーラント液補給信号を発信する補給開始液量センサー１０と、加工機のクーラント液タンクが満水になったときに発信する満水液量センサー１１と、補給開始液量センサーの信号で水溶性クーラント液の補給を開始し、満水液量センサーの信号で補給を停止する制御回路１２を有し、ほぼ周期的に新しい水溶性クーラント液を補給することを特徴とする金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置。 - 原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、攪拌する混合器９を有し、請求項１記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置、又は、
原水の硬度成分を除去する軟水機２と、これから得られた軟水を使用して電解イオン水を生成する電解イオン水生成機１と、水溶性クーラント原液を入れる水溶性クーラント原液タンク５と、所定の希釈倍率にあわせて水溶性クーラント原液を添加する定量ポンプ４と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を混合、貯水する混合タンク３と、電解イオン水と水溶性クーラント原液を攪拌する攪拌機６と、混合タンクの液量によって電解イオン水生成機及び定量ポンプを制御するための液面センサー７と、混合タンクの水溶性クーラント液を加工機に送る送りポンプ８を有し、請求項１記載の金属製品加工用水溶性クーラント液を生成する水溶性クーラント液製造装置において、
水溶性クーラント液を使用する加工機のタンク容量の１０〜５０％の水溶性クーラント液が１日から１５日の期間に補給又は交換するための周期タイマー回路１４を有し、この周期タイマー回路の制御によってｐＨ値が８．０以上１３．０以下、酸化還元電位が−１００ｍＶから−１０００ｍＶ、溶存水素濃度が０．０１ｍｇ／ｄｍ ３ 以上１．２ｍｇ／ｄｍ ３ 以下、溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／ｄｍ ３ 以上７ｍｇ／ｄｍ ３ 以下である電解イオン水を補給することを特徴とする金属製品加工用水溶性クーラント液製造装置。
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