WO2023171601A1 - 工作機械システム及び工作機械用の作動液及び加工液 - Google Patents

工作機械システム及び工作機械用の作動液及び加工液 Download PDF

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WO2023171601A1
WO2023171601A1 PCT/JP2023/008254 JP2023008254W WO2023171601A1 WO 2023171601 A1 WO2023171601 A1 WO 2023171601A1 JP 2023008254 W JP2023008254 W JP 2023008254W WO 2023171601 A1 WO2023171601 A1 WO 2023171601A1
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machine tool
machining
oil
hydraulic
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PCT/JP2023/008254
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秀和 稲垣
貢治 蜂須賀
信幸 清水
光司 佐藤
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株式会社Srt
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/12—Arrangements for cooling or lubricating parts of the machine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M173/00—Lubricating compositions containing more than 10% water
    • C10M173/02—Lubricating compositions containing more than 10% water not containing mineral or fatty oils
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool system that uses and recycles a machine tool lubricating fluid that does not contain oil-soluble materials derived from mineral oil, and a working fluid and machining fluid for the machine tool.
  • lubricating oils are used as hydraulic fluids in the moving parts of machine tools used to process metal materials.
  • oil-soluble lubricants based on mineral oil, fatty acid ester, or the like have been used as such lubricating oils from the viewpoint of lubricity.
  • additives containing chlorine, sulfur, phosphorus, etc. are often added to improve the lubricating performance.
  • the lubricating oil and additives used as the above-mentioned hydraulic oil are consumed as the machine tool operates, and most of them are machining oil such as cutting oil used for tools and workpieces during metal processing. It gets mixed into the (processing fluid) recovery tank.
  • the hydraulic oil in the recovery tank mixed with the cutting oil etc. has various adverse effects such as deteriorating the performance of the cutting oil etc. (details will be described later).
  • the present invention was created in view of the above problems, and solves the various problems mentioned above by making the lubricating fluid used as the working fluid of machine tools water-soluble, while also improving the processing of the working fluid, cutting fluid, etc. It is an object of the present invention to provide a machine tool system that can be circulated within a machine tool while maintaining its lubricity as a liquid, and a lubricant used in this machine tool system.
  • the present invention is a machine tool system that operates a machine tool that operates in an environment where working fluid (mainly spindle hydraulic fluid, sliding surface lubricating fluid) is mixed, Both the machining fluid (cutting fluid, grinding fluid, polishing fluid, plastic working fluid, etc. (including oil-based and water-soluble)) used to process the workpiece by the machine tool are minerals.
  • working fluid mainly spindle hydraulic fluid, sliding surface lubricating fluid
  • machining fluid cutting fluid, grinding fluid, polishing fluid, plastic working fluid, etc. (including oil-based and water-soluble) used to process the workpiece by the machine tool are minerals.
  • the working fluid do not contain oil-soluble materials derived from mineral oil, and both use a common water-soluble lubricating fluid.
  • the working fluid and machining fluid are collected and stored in a discharge container (for example, a storage tank), and the stored lubricating fluid is circulated as is to the supply side again. Therefore, by using water-soluble materials instead of oil-soluble materials in the flow paths (liquid paths) of machine tools, the working fluid and machining fluid will be completely dissolved, mixed, and dissolved during recovery.
  • the hydraulic fluid containing oil-soluble materials as described in (i) to (vi) above can be used for cutting. No problems occur when it gets mixed into machining fluids such as liquids.
  • oil-soluble material that can serve as a nutrient source, which reduces the growth of bacteria, and since it is a water-soluble material, the oil-soluble material separates and floats to the surface or emulsifies and floats to coat the liquid surface. This can also reduce the occurrence of anaerobic conditions (anaerobic bacteria). As a result, spoilage and bad odors can be reduced. Also, since it does not contain oil-soluble materials, it can prevent your hands from getting rough.
  • the supply flow path through which the circulation means returns the working fluid and machining fluid from inside the discharge container is a machining fluid supply flow path, and communication with the working fluid supply flow path may be cut off. preferable.
  • the working fluid and machining fluid recovered by the circulation means are returned only to the machining fluid (cutting fluid, etc.) supply channel and used as machining fluid again.
  • the hydraulic fluid does not return to normal, and forms a flow path through which new hydraulic fluid is constantly supplied.
  • water-soluble materials for the working fluid moisture evaporates during use on sliding surfaces, and performance requirements such as viscosity as a lubricating fluid are strict, so it is necessary to adjust the composition of the recovered fluid and reuse it. Become.
  • machining fluids such as cutting fluids contain fine particles.Sludge (chips, etc.) is fine particles and cannot be completely filtered to avoid contamination.
  • machining fluids If used as a material, it may cause damage to the sliding surface, which is especially a problem for machine tools that perform high-precision machining.
  • the issue with machining fluids is to secure the amount of operational fluid, and even if they are water-soluble, their performance requirements are not as strict as with hydraulic fluids, so we do not distinguish between used machining fluids and similar hydraulic fluids, and collect them as they are. It has been found that reuse can be achieved by simply carrying out uniform water addition to replenish the water equivalent to evaporation. Therefore, in this preferred machine tool system, even when water-soluble materials are used for both the working fluid and the machining fluid, composition control during operation is simplified, and after use, in order to reduce costs and expand the market. Actively allows the working fluid to enter the flow path on the machining fluid side, forming a circulation flow path as it is, while preventing used machining fluid and working fluid from entering the flow path on the hydraulic fluid side.
  • the structure is designed to avoid backflow.
  • this machine tool system can be applied to a machine tool that has all functions for processing workpieces, such as lathe function, milling function, grinding function, drilling function, or saw cutting function. .
  • the working fluid and processing fluid for machine tools that contain water-soluble materials and do not contain oil-soluble materials used in the machine tool system do not contain preservatives and are formulated with pH buffers.
  • the working fluids and machining fluids used as lubricating fluids in the machine tool systems mentioned above are based on mineral oil-based base oils, preservatives such as chlorine, sulfur, phosphorus, etc. It does not contain additives (for the purpose of reducing proliferation), but contains an alkaline agent that promotes the preservative effect by maintaining the pH of water-soluble materials. Therefore, by adopting this hydraulic fluid and machining fluid, it is possible to (i) not only reduce bad odors caused by bacterial growth, but also (ii) reduce workers' odors caused by chlorine, sulfur, phosphorus, etc. contained in the preservatives of conventional lubricating fluids for oil-soluble materials. It is also useful for preventing rough hands.
  • the hydraulic fluid of the machine tool does not contain oil-soluble materials derived from mineral oil, and both the hydraulic fluid and the machining fluid are water-soluble.
  • the machining fluid can be circulated within the machine tool without separating the oil and water.
  • FIG. 1 is a perspective view of an NC lathe device as an example of a machine tool that employs the machine tool system of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a flow path configuration for hydraulic fluid and machining fluid in a conventional machine tool system.
  • 3 is a block diagram showing a configuration example of the conventional machine tool system shown in FIG. 2.
  • FIG. It is a schematic diagram showing an example of flow path composition of working fluid and machining fluid in a machine tool system of the present invention.
  • 5 is a block diagram showing a configuration example of the machine tool system of the present invention shown in FIG. 4.
  • FIG. 1 shows an NC lathe device as an example of a machine tool that employs the present machine tool system, and in particular, an example of the NC lathe device is a horizontal NC lathe in which the main axis (rotation axis of the workpiece) is oriented horizontally.
  • FIG. 2 and 4 show schematic diagrams of a vertical NC lathe device generally used for large lathe processing as another example of the NC lathe device shown in FIG. 1, and in addition, FIG. 2 shows the vertical NC lathe device Figure 4 shows an example of the configuration of a conventional machine tool system using the same vertical NC lathe.
  • a general-purpose horizontal NC lathe device 10 has two main shafts (C1 axis 14, C2 axis 14, The shafts 16) are spaced apart. Both the C1 shaft 14 and the C2 shaft are rotated with a workpiece 18 attached thereto as shown by arrows A and B. Further, a lower bed 22 is mounted on the gantry 12, and an upper bed 24 that slides in the Z-axis direction with respect to the lower bed 22 is mounted on the lower bed 22. A headstock 26 is mounted on the upper bed 24 and slides in the Y-axis direction with respect to the upper bed 24.
  • a tool spindle 20 that moves up and down in the X-axis direction with respect to the headstock 26 is mounted on the headstock 26, and a tool is chucked at the tip of the tool spindle 20 (not shown).
  • the cutting edge of the tool approaches and separates from a desired position of the axially rotating workpiece 18, thereby cutting the workpiece 18.
  • FIG. 2 shows a configuration example of a conventional machine tool system using the vertical NC lathe device 100
  • FIG. 3 shows the configuration of the present machine tool system using the same vertical NC lathe device 100 as shown in FIG. An example is shown.
  • members in FIGS. 2 to 3 whose last two digits are the same as those in FIG. 1 refer to members of the same type.
  • the vertical NC lathe device 100 is a type of lathe device that performs turning by setting a workpiece on a rotary table with a rotation axis in the vertical direction, such as a potter's wheel, and is suitable for machining large workpieces (diameters). There is.
  • the rotary table 130 carrying the workpiece 118 rotates around the axis O-O
  • the tool spindle 120 of the headstock 126 approaches and separates from the rotating workpiece 118
  • the tool 132 gripped at the tip of the rotating table 130 rotates around the axis O-O.
  • a workpiece 118 is being cut.
  • FIG. 2 shows a configuration example of a conventional machine tool system using the NC lathe apparatus 100
  • FIG. 3 shows a block diagram showing an overview of the conventional machine tool system shown in FIG.
  • the base of the cutting fluid used when machining the workpiece 118 with the tool 132 among the lubricating fluids is made of a water-soluble material, which prevents the sliding of the tool spindle 120 and the rotation of the rotary table 130.
  • the base of the working fluid used to lubricate the sliding surface of the rotating shaft is an oil material derived from mineral oil.
  • the arrows shown in FIG. 3 indicate the flow of the machining fluid or the working fluid, and the thickness of the arrow represents the magnitude of the flow rate.
  • the NC lathe apparatus 100 is equipped with a storage tank 134, which is configured with a first storage tank (discharge container) 134a and a second storage tank 134b, either externally or internally provided.
  • a predetermined amount of new processing fluid 136 is injected into the first storage tank (discharge container) 134a and stored in the initial state before operation (first storage tank 134a and second storage tank 134b).
  • the machining fluid 136 stored in the first storage tank 134a is pumped up by a pump (not shown), conveyed to the machine tool body side through the suction channel 138, and then from the discharge port 138a.
  • the discharged machining fluid 136 lubricates and cools the machining location, it falls from the workpiece 118, rotary table 130, and other surrounding parts where it has splattered, and is placed in a collection container (recovery means) that receives all of the discharged machining fluid. For example, it is collected in a so-called oil pan)) 140.
  • the used machining fluid collected in the collection container 140 is discharged from the discharge port 142a into the first storage tank 134a via the discharge flow path 142 disposed downstream thereof.
  • the machining fluid in the recovery container 140 is conveyed to the first storage tank 134a via the discharge flow path 142, but the machining fluid in the recovery container 140 is discharged to the first storage tank 134a and integrated into the first storage tank 134a.
  • Any other flow path configuration may be used as long as it functions as a recovery/storage container (see FIG. 3).
  • the recovery container 140 and the first storage tank 134a are directly connected, or if the processing liquid is once assembled from the recovery container 140, It may also be carried to the inside of the first storage tank 134a.
  • the machining fluid in the recovery container 140 contains sludge (sediment such as chips) 144 generated during machining, and the sludge 144 is at the bottom of the used machining fluid stored in the first storage tank 134a. Precipitate.
  • the machining fluid stored in the first storage tank 134a is pumped up into the suction channel 138 from the suction port 138b located at a predetermined height without pumping up the sludge 144 that settles at the bottom, and is reused as machining fluid.
  • the second storage tank 134b and the like will be described later. With this circulation flow path, the "processing fluid" can be reused many times after being injected into the first storage tank 134a in the initial state as shown in FIG. , there is no need for waste liquid treatment of unnecessary "processing fluid".
  • hydraulic fluid used in conventional machine tool systems is mainly composed of oil-soluble materials, regardless of the composition of the machining fluid, and in the initial state, new hydraulic fluid 152 is in the hydraulic fluid filling tank.
  • the hydraulic fluid 152 in the hydraulic fluid filling tank 150 is generally divided into a first hydraulic fluid supply path 154 on the tool spindle 120 side and a second hydraulic fluid supply path 154 on the rotary table 130 side, and is divided into a first hydraulic fluid supply path 154 on the tool spindle 120 side and a second hydraulic fluid supply path 154 on the rotary table 130 side, respectively. It is supplied to the sliding portion 151 (see FIG. 3) of the table 130.
  • This hydraulic fluid is supplied for the purpose of lubricating the sliding part 151, and although it is not released in large quantities like the aforementioned hydraulic fluid, a very small amount is supplied to the sliding surfaces of the tool spindle 120 and rotary table 130. leaked outside.
  • the leaked hydraulic fluid 152 falls downward from the tool spindle 126, the tool 132, the tool spindle 126, the tool 132, the rotary table 130, etc., and most of it reaches the collection container 140 provided for collecting the machining fluid 136.
  • FIG. 3 shows the recovery container 140 and the first storage tank 134a so as to reach the entire recovery/storage means).
  • the liquid in the recovery container 140 becomes a state in which the working fluid 152, which is an oil-soluble component, is mixed into the machining fluid 136, which is a water-soluble component, and reaches the first storage tank 134a via the discharge channel 142.
  • the first storage tank 134a is intended to store and reuse the machining fluid 136, but in reality, the machining fluid 136 mixed with the working fluid 152 is stored therein.
  • the working fluid 152 with an oil-soluble component floats near the liquid surface due to the difference in specific gravity, and the machining fluid 136 with a water-soluble component floats below it. It is in a stagnant state.
  • the machining fluid 136 and the working fluid 152 are separated so that only the machining fluid 136 can be pumped up from the suction channel 138 and circulated for reuse. It has a structure.
  • the machining fluid 136 mixed with the oil-soluble component hydraulic fluid 152 that has reached the first storage tank 134a first enters and accumulates in the area marked by circle 1, and then is removed from the area marked by circle 1 by the partition 134c that is open at the bottom. It invades the area marked by circle 2 (see arrow ⁇ ). At this time, sludge 144 is precipitated at the bottom, oil-soluble working fluid 152 forms a separated or emulsified floating layer near the upper liquid level in the area marked with circle 1, and below that, oil-soluble working fluid 15 is formed. Processing fluid 136 whose content has been significantly reduced is stored.
  • the liquid that enters and accumulates in the area indicated by the circle mark 2 consists mostly of the hydraulic fluid 136 that does not contain the oil-soluble hydraulic fluid 15.
  • the oil-soluble working fluid 152 separated and floated or emulsified near the upper liquid surface in the region of circle 1 is transferred from the waste flow path 142 whose suction side end is disposed near the liquid surface to the second storage tank 134b. and disposed of outside. This achieves the first stage of two-liquid separation in which the machining fluid 136 is generally separated from the liquid mixture of the working fluid 152 and the machining fluid 136 (including the sludge 144).
  • the machining liquid 136 in the area marked by circle 1 enters the area marked by circle 3 by passing through partition 134d whose upper end is lower than partition 134c (see arrow ⁇ ), and enters partition 134e whose upper end is higher than partition 134d and whose lower part is open. It invades the area marked by circle 4 (see arrow ⁇ ). As a result, even if the oil-soluble working fluid 152 remains near the upper liquid level in the region marked by circle 2, most of it is removed from the machining fluid 136 that enters into the region marked by circle 4.
  • a circulation flow path is formed in which the machining fluid 135 in the area indicated by circle mark 4 is pumped into the suction flow path 138 from the suction port 138b disposed at a position below near the liquid level and higher than the bottom to be reused as machining fluid.
  • FIG. 4 shows a configuration example of a conventional machine tool system using the NC lathe device 200
  • FIG. 5 shows a block diagram showing an overview of the machine tool system of the present invention.
  • the basic configuration is the same as the NC lathe device 100 shown in FIGS. 2 and 3 in FIGS.
  • An NC lathe device 200 is used, and here, a description will be given of the lubricant supply flow path in this machine tool system, particularly the configuration that is different from the configuration shown in FIGS. 2 and 3. 4 to 5 whose last two digits and symbols are the same as the reference numbers and symbols in FIGS. 2 to 3 have the same members and functions as those in FIGS. 2 to 3. Further, the arrows shown in FIG. 5 indicate the flow of the machining fluid or the working fluid, and the thickness of the arrow represents the magnitude of the flow rate, similar to FIG. 3.
  • the base of the machining fluid used in the NC lathe device 200 when machining the workpiece 218 with the tool 232 is a water-soluble material as before, but in this machine tool system, the tool spindle
  • the same water-soluble material as the working fluid (details will be described later) is used as the base of the working fluid used to lubricate the sliding surface of the rotating shaft of the rotary table 220 and the rotating shaft of the rotary table 230.
  • the NC lathe device 200 does not have a second storage tank 134b, unlike the first storage tank 234a.
  • machining fluid 236 in the initial state, a predetermined amount of new machining fluid 236 is injected into the first storage tank 234a and stored therein, as in the previous example shown in FIGS. 2 and 3.
  • the machining fluid 236 in the first storage tank 234a is pumped up and released from the discharge port 238a through the suction channel 238 to the machining section near the workpiece 218 and the tool 232 (see FIG. 5).
  • the discharged machining fluid 236 lubricates and cools the machining section, it falls from the workpiece 218, rotary table 230, etc., and is all received and collected in a collection container (recovery means) 240.
  • the recovered machining liquid is returned to the first storage tank 234a from the discharge port 242a via the discharge channel 242 downstream of the recovery container 240, and is kept at a predetermined height so as not to pump up the sludge 244 that settles at the bottom.
  • the machining fluid is pumped up again into the suction flow path 28 from the suction port 238b located at this point, forming a process of reusing and circulating the machining fluid. Note that this process of reusing and circulating the machining fluid (and the working fluid described below) can be done with other flow path configurations as long as there is a collection and storage means (see Figure 5) downstream of the processing section for the used fluid.
  • the hydraulic fluid mainly contains an oil-soluble material, and since the hydraulic fluid is generally filled in a closed space, the new hydraulic fluid 252 is in the initial state.
  • the hydraulic fluid 252 in the hydraulic fluid filling tank 250 is generally divided into a first hydraulic fluid supply path 254 on the tool spindle 120 side and a second hydraulic fluid supply path 254 on the rotary table 230 side, and is divided into a first hydraulic fluid supply path 254 on the tool spindle 120 side and a second hydraulic fluid supply path 254 on the rotary table 230 side, respectively. It is supplied to the sliding portion of the table 230 (see FIG. 5).
  • This hydraulic fluid is supplied for the purpose of lubricating the sliding parts, and as mentioned above, it is not released in large quantities like hydraulic oil, but a small amount leaks out of the sliding parts.
  • the leaked hydraulic fluid 252 falls downward from the tool spindle 226, the tool 232, the rotary table 230, etc., and most of it reaches the collection container 240 disposed for collecting the machining fluid 236, and the inside of the collection container 240.
  • the liquid is in a state where the working fluid 152 is mixed into the machining fluid 236.
  • both the hydraulic fluid 152 and the machining fluid 236 contain the same water-soluble material, so the mixed fluid of the hydraulic fluid and machining fluid collected in the collection container 240 is The liquid reaches the first storage tank 234a via the discharge channel 242 as a liquid containing no soluble components. Therefore, except for the concentration, the working fluid 152 and the machining fluid 236 stored in the first storage tank 234a are of the same quality as the machining fluid initially filled.
  • the recovered and stored working fluid 152 and machining fluid 236 are circulated as they are to the machining section. and reuse.
  • this is beneficial in various ways.
  • the precipitated sludge 244 remains in the first storage tank 234a, so the working fluid 152 and machining fluid 236 stored in the first storage tank 234a are mixed.
  • the liquid is not reused or circulated as a working fluid (see arrow in Figure 5).
  • composition of machining fluid and hydraulic fluid The compositions and blending ratios of the working fluid 152 and machining fluid 236 that have been verified to be effectively operated in the machine tool systems shown in FIGS. 3 and 4 are shown below.
  • the alkaline agent is, for example, an amine, and is contained for the purpose of maintaining a high pH in order to prevent acidification of the liquid.
  • the pH adjustment will be mentioned in the explanation of (iv) alkaline electrolyzed water below.
  • Fatty acids are added to ensure lubricity.
  • Fatty acids generally correspond to fatty acids having 8 to 18 carbon atoms, but the machine tool of the present invention allows the user to visually and tactilely recognize that they are water-soluble, thereby contributing to the promotion of a decarbonized society.
  • fatty acids with 9 to 10 carbon atoms such as linear saturated fatty acids such as nonanoic acid and decanoic acid, linear unsaturated fatty acids such as undecylenic acid, isononanoic acid, versatic acid, etc.
  • Dibasic acids such as branched saturated fatty acids and sebacic acid are preferred.
  • a salt is formed with (i) an alkaline agent and (ii) a higher fatty acid in order to make the higher fatty acid water-soluble.
  • the polymer is blended for the purpose of ensuring the viscosity of the working fluid.
  • examples include polymers of ethylene oxide, propylene oxide, or butylene oxide, and polyalkylene glycols that are copolymers of ethylene oxide and propylene oxide. It will be done.
  • the average molecular weight of this polyalkylene glycol is preferably in the range of 400 to 4,500, one type of which includes an N atom in its structure, and the other type of which includes butylene glycol.
  • the average molecular weight of butylene glycol is preferably 400-500.
  • Alkaline electrolyzed water is, for example, alkaline water containing potassium hydroxide that can be obtained using potassium carbonate as an electrolyte, and the working fluid is a strong alkaline undiluted solution with a pH of 10.0 to 12.5 that is added as is to ensure lubricity.
  • the processing fluid is further diluted with (iv) weakly alkaline electrolyzed water to about 3 to 20 times, more preferably about 5 to 10 times, and then added.
  • Metal parts such as stainless steel that make up machine tools are surface-finished to form a passive film to prevent rust, etc., and if the machining fluid released in large quantities becomes acidic, the passive film can dissolve.
  • the machining fluid becomes too strongly alkaline, if the workpiece 218 is made of a non-ferrous metal such as Al, it may dissolve, which will limit the material of the workpiece that can be machined, so adjust the pH to ⁇ 10.5. It is preferable to do so.
  • the anticorrosive agent one suitable for nonferrous metals such as copper, zinc, and aluminum is used, and (vi) as the antifoaming agent, a silicone-based antifoaming agent is used. Both are added as desired depending on the constituent materials of the machine tool and the formulations of (i) to (iv) above.
  • the working fluid and machining fluid containing the above-mentioned water-soluble materials were used in the machine tool system example of the present invention (FIGS. 4 and 5) for the horizontal NC lathe device 10 in FIG. 1 and the vertical NC lathe device 200 in FIG. 3. In this case, it was verified that it is appropriate to continue its operation.
  • the working fluid and the machining fluid for the machine tool are both water-soluble materials that do not contain oil-soluble materials derived from mineral oil, and the machining fluid is reused without separating the two liquids. - Those skilled in the art will understand that it can be recycled. It should be noted that the embodiments shown in this specification and the drawings are merely examples of the present invention, and it is obvious to those skilled in the art that there are various other improvements and modifications based on the concept and teachings of the claims.
  • Horizontal NC lathe device 100 200 Vertical NC lathe device 12 Frame 14 Main shaft (C1 axis) 16 Main axis (C2 axis) 18, 118, 218 Work 20, 120, 220 Tool spindle 22 Lower bed 24 Upper bed 26, 126 Headstock 130, 230 Rotary table 123, 232 Tool 134 Storage tank 134a, 234a First storage tank (discharge container) 134b Second storage tank 136, 236 Processing liquid 138, 238 Suction channel 138a, 238a Discharge port 138b, 238b Suction port 140, 240 Recovery container (recovery means) 142 Discharge channel 142a Discharge port 143 Waste channel 144, 244 Sludge 146 Waste channel 150, 250 Hydraulic fluid filling tank 151, 251 Sliding portion 152, 252 Hydraulic fluid 154, 254 First hydraulic fluid supply channel 156, 256 Dual working fluid supply path

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Abstract

【課題】本発明は、鉱物油由来の油溶性材料を含まない工作機械の潤滑液を用いて循環利用する工作機械システム及び工作機械用の作動液及び加工液を提供することを目的とする。 【解決手段】　本工作機械システムは、作動液と工作機械による被加工部材の加工に用いられる加工液とが混合する環境下で稼働する工作機械を運用する工作機械システムであって、作動液と加工液との両者は、鉱物由来の油溶性材料を含まない水溶性材料が用いられ、潤滑作用終了後の作動液及び加工液を混合回収する工作機械の潤滑流路下流に配設された回収手段と、回収手段と連通して作動液及び加工液を貯留させる排出用容器と、排出用容器内には底部から離間した位置に配設した流入口から油水分離なく該排出用容器内の作動液及び加工液をそのまま吸引して加工油及び／又は作動油の供給油路に戻す循環手段と、を備える。

Description

工作機械システム及び工作機械用の作動液及び加工液
　本発明は、鉱物油由来の油溶性材料を含まない工作機械の潤滑液を用いて循環利用する工作機械システム及び工作機械用の作動液及び加工液に関する。
　金属材料を加工することに用いる工作機械の可動部には多種多様の作動油としての潤滑油が使用されている。従来より、このような作動油としての潤滑油には、潤滑性の観点より鉱物油や脂肪酸エステル等を基油とする油溶性潤滑剤が使用されてきた。また、その潤滑性能を向上させる目的で塩素、硫黄、燐などを含む添加剤も配合される場合が多い。
　しかしながら、上記作動油としての潤滑油や添加剤は、工作機械の稼働とともに消費されるものであり、その多くが金属加工時に工具や被加工部材等に対して使用される切削油等の加工油（加工液）の回収タンクに混入してしまう。切削油等に混入した回収タンク内の作動油は切削油等の性能を劣化させる等の種々の悪影響を与えている（詳細には後述）。
　一方、近年、切削油等の加工油では、廃棄時の環境負荷や火災防止、腐敗防止等（後述する作動油の問題(i)～(vi)と同様）の観点から水溶性の潤滑剤が使用されてきており、さらなる使用拡大が社会的要請にもなっている（特許文献１～４参照）。しかしながら、切削油等の加工油（加工液（以下、油溶性剤との区別をすべく「切削液」、「加工液」と称する。））に水溶性を採用したとしても油溶性剤の作動油を用いると、上記のようにその作動油（作動液（以下、油溶性剤との区別をすべく「作動液「潤滑液」とも称する。）が回収タンク内の加工液に混入するために、水溶性採用による利益が損なわれる又は別途の対策が必要となっている現状がある。
　以下、具体的に油溶性剤を基油とする作動液の問題を下記に列挙する。
《油溶性材料を含む潤滑液の問題点》
　(i)作動液は、油溶性材料をベース（基油）とする切削油等に混入することにより時間経過とともにバクテリアが増殖し、腐敗やこれに伴う悪臭が発生する。
(ii)作動液のベースとしての油溶性材料や添加剤、上記増殖したバクテリアは、その刺激により作業者の手荒れを発生させるものであり、またバクテリアの増殖の低減目的で配合する防腐剤にも塩素、硫黄、リン等の手荒れ発生の原因物質が含まれている。
《油溶性材料を含む作動液が水溶性材料の加工液に混入する際の問題点》
(iii)油溶性材料を含む作動液が加工液に混入すると、被加工物のべとつきによる後工程への影響（塗装剥離、接着不足等）が大きく、背反して該影響を回避するための被加工物の洗浄には洗浄液の劣化や洗浄液の廃棄の問題を含むこととなる。
(iv)油溶性材料を含む作動液が加工液に混入して油水の二液が分離されていない状態であると加工液自体は水溶性であっても使用後の加工液を廃棄せざるを得ず、再使用できない所謂使い捨てのものになる。とりわけ大規模工場の場合には大量の廃棄物が発生することになり、脱炭素社会を企図する社会要請に応答すべきである。一方、油水の二液を精緻に分離する装置・工程の導入する方法や、作動液の加工液への混入を防止すべく作動液の吐出量を制御し、回収タンク内に漏出する作動液を低減する方法も存在するが、二液分離する装置・工程導入のコストや少ない吐出量で潤滑効果を発揮する作動液を採用するコストが増加する。
(v)水溶性材料の加工液を採用しても、たとえ上記二液分離や吐出量制限のような対策を講じても油溶性材料を含む作動液が少量混入すると、加工液の経時的な性能劣化を免れることはできず、早期入れ替えによる廃液処理の問題が残る。
(vi)水溶性材料の加工液を採用しても、作動液が油溶性材料のままだと両者のリユース(Reuse)ができず、総じてReduce（リデュース）、Reuse（リユース）、Recycle（リサイクル）を標する社会要請に沿うことができない。
とりわけ、加工部近傍の工作機械の摺動部には、ワークや工具に大量の加工液を放出される際に摺動部に付与される作動液が混入し易く、加工液への作動液の混入の問題が大きく、特に留意すべきである。
特開２００２－１６７５９４号公報 特開２００８－２２１３９７号公報 特開２０１０－２３１５４号公報 特開２０１２－９１２６５号公報
　以上の問題に鑑みて本発明は創作されたものであり、工作機械の作動液としての潤滑液を水溶性とすることで上記種々の問題を解決しつつ、その作動液及び切削液等の加工液としての潤滑性を維持して工作機械内で循環させることが可能な工作機械システム及びこの工作機械システムに用いる潤滑液を提供することを目的とする。
本発明は、作動液（working fluid(主として主軸作動液、摺動面潤滑液)）とが混合する環境下で稼働する工作機械を運用する工作機械システムであって、
　該工作機械による被加工部材の加工に用いられる加工液（cutting fluid（切削加工液、研削加工液、研磨加工液、塑性加工液等（油性、水溶性含む）））との両者は、共に鉱物由来の油溶性材料を含まない水溶性材料の潤滑液(lubrication fluid)が用いられ、
　潤滑作用終了後の作動液及び加工液を混合回収する工作機械の潤滑流路下流に配設された回収手段と、
　該回収手段と連通して作動液及び加工液を貯留させる排出用容器と、
　該排出用容器内には底部から離間した位置に配設した流入口から二液分離なく該排出用容器内の作動液及び加工液をそのまま吸引して加工液及び／又は作動液の供給流路に戻す循環手段と、を備える工作機械システムを提供している。
　本発明の工作機械システムでは、加工液のみならず作動液も鉱物油由来の油溶性材料を含まず両者ともに共通の水溶性材料の潤滑液を用いており、使用後（潤滑作用終了後）の作動液と加工液とを回収して排出用容器（例えば貯留タンク）に貯留させ、貯留した潤滑液をそのまま再度、供給側に循環させている。したがって、そもそも工作機械の流路（液路）に油溶性材料が使用されず水溶性材料を用いることで回収時に作動液と加工液とが完全に溶解、混合、可溶することとなるので、二液分離（例えば、実施形態で後述する液面近傍を避けて貯留液を吸引する等）をしなくても上述した(i)～(vi)のような油溶性材料を含む作動液が切削液等の加工液に混入した際の問題が発生しない。
　具体的には(i)(ii)栄養源となり得る油溶性材料がないためバクテリアの増殖が低減され、また水溶性材料であるため油溶性材料が分離浮上又は乳化浮上して液面を被覆することによる嫌気性状態（嫌気性菌）の発生をも低減できる。その結果、腐敗や悪臭を低減することができる。また、油溶性材料を含んでいないため手荒れも防止できる。また、(iii)油溶性材料が被加工物に付着することによる被加工物のべとつきや汚染が発生せず、加工後の洗浄工程が不要又は簡便になり、洗浄液の削減、洗浄液の劣化抑制による廃液の削減し、加工工程全体の短縮化（製造コストの抑制）を図ることができる。さらに(iv) (v) (vi)作動液の吐出量の制限や二液分離装置の設置にともなうコスト増や工作機械の大型化・構造の複雑化を防止し、作動液が少量混入することによる加工液の経時的な性能劣化や早期入れ替えを行うことがなく、加工液と作動液とを共通化することでリユース(Reuse)の要請を達成し得る。
　また、前記循環手段が、前記排出用容器内からの作動液及び加工液を戻す供給流路は、加工液の供給流路であり、作動液の供給流路への連通を遮断する、ことが好ましい。
　好適な本工作機械システムでは、循環手段で回収された作動液及び加工液を加工液（切削液等）の供給流路にのみに戻して再度、加工液として運用し、作動液の供給流路には戻さず、作動液は新しい作動液が常に供給される流路を形成している。作動液に水溶性材料を採用する場合、摺動面での使用過程で水分蒸発が生じ、潤滑液としての粘度等の性能要求が厳しいため回収液を成分調整して再使用することが必要となる。その一方、切削液等の加工液は微粒子であるスラッジ（切りくず等）は微粒子であり、完全にフィルタリングしてその混入を回避することができないものであり、このスラッジが混入したものを作動液として用いると摺動面を損傷させる原因となり、特に高精度の加工を行う工作機械では問題である。また、加工液は運用液量の確保が主題となり、水溶性であっても性能要求が作動液ほど厳しくないため使用後の加工液や同種の作動液を区別せず、そのまま回収し、もともと実行していた水分蒸発相当分の補充としての画一的加水等をそのまま実行するだけで再使用することができることがわかっている。したがって、好適な本工作機械システムでは、作動液と加工液とをともに水溶性材料で兼用する場合であっても、運用中の成分制御を単純化し、コスト低減及び市場拡大を企図すべく使用後の作動液が加工液側の流路に侵入することを積極的に許容し、そのまま循環流路を形成しつつ、作動液側の流路には使用後の加工液及び作動液が侵入させず逆流を回避する構成としている。
　また、特に本工作機械システムは、被加工部材の加工として、旋盤機能、フライス加工機能、研削機能、ドリル孔開け機能、又は鋸切断機能等の全ての機能を有する工作機械に適用することができる。
また、上記工作機械システムに用いる水溶性材料を含み、油溶性材料を含まない工作機械用の作動液及び加工液は、防腐剤を含まずｐH緩衝剤が配合される。
　上記工作機械システムに用いられる潤滑液としての作動液及び加工液は、水溶性材料をベースにすることに加えて、鉱物油由来の基油のような塩素、硫黄、リン等の防腐剤（バクテリア増殖低減目的）を添加剤として配合せず、水溶性材料のｐHを維持することで防腐効果を促進するアルカリ剤を配合している。したがって、本作動液及び加工液を採用すると　(i)バクテリア増殖による悪臭を低減できるだけでなく、(ii)従来の油溶性材料の潤滑液の防腐剤に含まれる塩素、硫黄、リン等による作業者の手荒れを防止することにも有益である。
　本発明の工作機械システム及び工作機械用の作動液及び加工液によれば、工作機械の作動液に鉱物油由来の油溶性材料を含まず、作動液及び加工液の両者ともに水溶性とすることで油水の二液を分離することなく、加工液を工作機械内で循環させることができる。
本発明の工作機械システムを採用する工作機械の一例としてNC旋盤装置の斜視図である。 従来の工作機械システムにおける作動液及び加工液の流路構成例を示す概略図である。 図２の従来の工作機械システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の工作機械システムにおける作動液及び加工液の流路構成例を示す概略図である。 図４の本発明の工作機械システムの構成例を示すブロック図である。
発明の最良の実施形態
　以下、本発明の工作機械システムの実施形態を例示する。本工作機械システムは、摺動面等に用いる作用液及びワークの加工箇所に用いる加工液を使用する切削加工装置、研削加工装置等の種々の工作機械に適用できるものである。本明細書では、図１には本工作機械システムを採用する工作機械としてNC旋盤装置が例示されており、特にNC旋盤装置の一例として主軸（ワークの回転軸）が横向きになった横型NC旋盤装置の斜視図が示されている。また、図２及び図４では図１に示すNC旋盤装置の他の例として一般に大型旋盤加工に用いる縦型NC旋盤装置の模式図を示しており、加えて図２ではその縦型NC旋盤装置を用いた従前の工作機械システムの構成例、図４では同じ縦型NC旋盤装置を用いた本工作機械システムの構成例が示されている。
　図１に示すように汎用の横型NC旋盤装置１０は、架台１２上に軸線（装置の長手方向(Z軸方向)）が同一又は相互に平行になるように２つ主軸（C1軸１４、C2軸１６）が離間して配設されている。C1軸１４、C2軸はともに矢印A,Bに示すようにワーク１８を装着して軸回転する。また、架台１２上には下部ベッド２２が装着され、下部ベッド２２上には下部ベッド２２に対してZ軸方向に滑動する上部ベッド２４が装着される。上部ベッド２４上には上部ベッド２４に対してY軸方向に滑動する主軸台２６が装着される。主軸台２６には主軸台２６に対してX軸方向に昇降する工具主軸２０が装着され、工具主軸２０の先端に工具がチャッキングされる（図示せず）。このような構成により横型NC旋盤装置の斜視図１０では、工具の刃先が軸回転するワーク１８の所望位置に接近・離間し、ワーク１８を切削加工している。
 また上述したように図２は縦型NC旋盤装置１００を用いた従前の工作機械システムの構成例を示し、図３は図２と同じ縦型NC旋盤装置１００を用いた本工作機械システムの構成例を示している。なお、図２～図３の参照番号の末尾２桁が図１と同じ参照番号の部材は同種の部材を意味している。縦型NC旋盤装置１００は、ろくろのような垂直方向に回転軸を持った回転テーブルにワークをセットし旋削加工を行う型式の旋盤装置であり、ワークサイズ（直径）が大きいものの加工に適している。具体的には、ワーク１１８を担持した回転テーブル１３０が軸線O-O周りに回転し、回転しているワーク１１８に主軸台１２６の工具主軸１２０が接近・離間し、その先端に把持される工具１３２でワーク１１８を切削している。
《従前の工作機械システム例（図２～図３参照）》
　次に、この縦型NC旋盤装置１００（以下、単に「NC旋盤装置１００」とも称する）を用いた従前の工作機械システムでの潤滑液の供給流路について図２～図３を参照しつつ説明する。図２はNC旋盤装置１００を用いた従前の工作機械システムの構成例、図３は図２に示す従前の工作機械システムの概要を示すブロック図を示している。なお、ここでは従前のNC旋盤装置１００として、潤滑液のうち工具１３２によるワーク１１８の加工時に用いられる加工液（cutting fluid）のベースを水溶性材料とし、工具主軸１２０の滑動や回転テーブル１３０の回転軸の摺動面の潤滑に用いる作用液のベースを鉱物油由来の油用材料とする例で説明する。また、図３で示す矢印は、加工液又は作動液の流れを示しており、矢印の太さは流量の大小をイメージしている。
　NC旋盤装置１００は、併設する第一貯留タンク（排出用容器）１３４ａと第二貯留タンク１３４ｂとで構成された貯留タンク１３４を外部又は内部に備えている。
　まず「加工液」について、初期状態で稼働前に第一貯留タンク（排出用容器）１３４ａに新規の加工液１３６を所定量注入し、貯留させる（第一貯留タンク１３４ａ及び第二貯留タンク１３４ｂの構造については後述）。NC旋盤装置１００が稼働すると、第一貯留タンク１３４ａ内に貯留した加工液１３６はポンプ（図示せず）で汲み上げられ、吸入流路１３８内を経て工作機械本体側に運搬され、放出口１３８ａからワーク１１８や工具１３２近傍の加工箇所に放出される。放出された加工液１３６は、加工箇所の潤滑や冷却を行った後、ワーク１１８や回転テーブル１３０、その他飛び散った周辺部材から落下し、放出された加工液を全て受容する回収容器（回収手段(例えば所謂オイルパン)）１４０に回収される。
　回収容器１４０で回収された使用後の加工液は、その下流に配設された排出流路１４２を介して排出口１４２ａから第一貯留タンク１３４ａ内に排出される。なお、図２では排出流路１４２を介して回収容器１４０内の加工液が第一貯留タンク１３４ａまで運搬されているが、回収容器１４０内の加工液が第一貯留タンク１３４ａに排出されて一体として回収・貯留容器（図３参照）として機能すれば他の流路構成でも良く、例えば回収容器１４０と第一貯留タンク１３４ａが直結している場合や回収容器１４０から加工液を一旦、組み上げて第一貯留タンク１３４ａ内まで運搬する場合等であっても良い。なお、回収容器１４０内の加工液は加工時に発生したスラッジ（切りくず等の沈殿物）１４４が含まれており、第一貯留タンク１３４ａ内に貯留した使用後の加工液はスラッジ１４４が底部に沈殿する。
　そして、第一貯留タンク１３４ａに貯留した加工液は、底部に沈殿するスラッジ１４４を汲み上げない程度に所定の高さに位置する吸入口１３８ｂから吸入流路１３８内に汲み上げて加工液として再利用される循環流路を形成している（第二貯留タンク１３４ｂ等については後述）。この循環流路により「加工液」は、図３でも明らかなように初期状態で第一貯留タンク１３４ａに注入するとその後、減った分の追加や定期メンテナンスの場合を除き、何度も再利用でき、無用な「加工液」の廃液処理を要しない。
　次に「作動液」について、従前の工作機械システムで用いる作動液は、加工液の成分を問わず油溶性材料を主成分とするものであり、初期状態で新しい作動液１５２が作動液充填タンク１５０内に充填するとその後は少量減った分だけ適宜充填される。作動液充填タンク１５０内の作動液１５２は概ね、工具主軸１２０側の第一作動液供給路１５４と回転テーブル１３０側の第二作動液供給路１５４とに分流して、それぞれ工具主軸１２０や回転テーブル１３０の滑動の摺動部１５１（図３参照）に供給される。この作動液は摺動部１５１の潤滑目的で供給されるものであり、前述の作動油のように大量に放出されるものではないが微量分、工具主軸１２０や回転テーブル１３０の摺動面の外に漏出される。漏出した作動液１５２は、工具主軸１２６や工具１３２、工具主軸１２６や工具１３２、回転テーブル１３０等から下方に落下し、その多くが加工液１３６の回収用に配設された回収容器１４０に到達する（回収容器１４０と第一貯留タンク１３４ａが一体部材の例もあり得るため図３では回収・貯留手段全体に到達するよう図示している）。その結果、回収容器１４０内の液体は、水溶性成分の加工液１３６の中に油溶性成分の作動液１５２が混入した状態となり、排出流路１４２を介して第一貯留タンク１３４ａに到達する。
　上述したように第一貯留タンク１３４ａは加工液１３６を貯留させて再利用することを目的としているが、実際には作動液１５２が混入した加工液１３６が貯留されることとなる。第一貯留タンク１３４ａ内に貯留した加工液１３６と作動液１５２の混合液は、比重差により液面近傍に油溶性成分の作動液１５２が浮上し、その下方に水溶性成分の加工液１３６が滞留した状態になっている。
　図２に示す従来のNC旋盤装置１００を用いた工作機械システムでは、加工液１３６のみ吸入流路１３８から汲み上げて循環させて再利用できるように加工液１３６と作動液１５２の二液分離を行う構成を有している。
　第一貯留タンク１３４ａに到達した油溶性成分の作動液１５２が混入した加工液１３６は、まず丸印１の領域に侵入・貯留していき、下方が開いた仕切り１３４ｃにより丸印１の領域から丸印２の領域に侵入する（矢印α参照）。このとき底部にスラッジ１４４が沈殿し、丸印１の領域の上部液面近傍では油溶性の作動液１５２が分離浮上又は乳化浮上した層を形成し、それより下方に油溶性の作動液１５の含有量を大幅に減らした加工液１３６が貯留する。したがって、丸印２の領域に侵入・貯留する液体は、その成分の大部分が油溶性の作動液１５を含まない作動液１３６で構成される。また、丸印１の領域の上部液面近傍は分離浮上又乳化浮上した油溶性の作動液１５２は、吸引側の端部が液面近傍に配設する廃棄流路１４２から第二貯留タンク１３４ｂに放出され、外部に廃棄される。これにより作動液１５２と加工液１３６との混合液（スラッジ１４４を含む）から加工液１３６を概ね分離する第一段階の二液分離が達成される。
　また、丸印１の領域の加工液１３６は、上端が仕切り１３４ｃより低い仕切り１３４ｄを超えて丸印３の領域に侵入し（矢印β参照）、上端が仕切り１３４ｄより高く下方が開いた仕切り１３４ｅにより丸印４の領域に侵入する（矢印γ参照）。これにより丸印２の領域の上部液面近傍に油溶性の作動液１５２が残っていたとしても丸印４の領域内に侵入する加工液１３６からはほとんど除去されることとなる。さらに液面近傍より下方で底部より高い位置に配設する吸入口１３８ｂから丸印４の領域の加工液１３５吸入流路１３８内に汲み上げて加工液として再利用される循環流路を形成する。これにより作動液１５２と加工液１３６との混合液から加工液１３６を概ね分離する第二段階の二液分離が達成される。
《本発明の工作機械システム例（図４～図５参照）》
　次に、本発明の工作機械システムでの潤滑液の供給流路例について図４～図５を参照しつつ説明する。図４はNC旋盤装置２００を用いた従前の工作機械システムの構成例、図５は本発明の工作機械システムの概要を示すブロック図を示している。ここでは本発明の工作機械システムが従前の工作機械システムに用いる工作機械をそのまま活用し得る様子を示すため、図４～図５では図２～図３に示すNC旋盤装置１００と基本構成を同一とするNC旋盤装置２００を用いており、ここでは本工作機械システムにおける潤滑液の供給流路、特に図２～図３の構成と異なる構成について説明する。なお、図４～図５における参照番号の末尾２桁及び記号が図２～図３の参照番号及び記号と同一のものは、図２～図３と同一部材、同一機能を有するものである。また、図５で示す矢印は、加工液又は作動液の流れを示しており、矢印の太さは流量の大小をイメージしている点は図３と同様である。
　本発明の工作機械システムでは、NC旋盤装置２００として、潤滑液のうち工具２３２によるワーク２１８の加工時に用いられる加工液のベースは従前同様に水溶性材料としているが、本工作機械システムでは工具主軸２２０の滑動や回転テーブル２３０の回転軸の摺動面の潤滑に用いる作用液のベースに作用液と同じ水溶性材料（詳細には後述）を用いている。また、NC旋盤装置２００には、第一貯留タンク２３４ａに従前のように第二貯留タンク１３４ｂが併設されていない。
　まず「加工液」については、図２～図３に示す従前の例と同様に、初期状態で第一貯留タンク２３４ａに新規の加工液２３６を所定量注入し貯留させている。NC旋盤装置２００が稼働すると、第一貯留タンク２３４ａ内の加工液２３６を汲み上げて吸入流路２３８を介して放出口２３８ａからワーク２１８や工具２３２近傍の加工部（図５参照）に放出される。放出された加工液２３６は、加工部の潤滑や冷却を行った後、ワーク２１８や回転テーブル２３０等から落下し、全て回収容器（回収手段）２４０に受容・回収される。
　また、回収された加工液は、回収容器２４０の下流の排出流路２４２を介して排出口２４２ａから第一貯留タンク２３４ａ内に戻され、底部に沈殿するスラッジ２４４を汲み上げない程度に所定の高さに位置する吸入口２３８ｂから再度、吸入流路２８内に汲み上げられて加工液の再利用・循環工程が形成される。なお、この加工液（及び後述の作動液）の再利用・循環工程は使用後の液体の加工部の下流に回収・貯留手段（図５参照）があれば他の流路構成であっても良く、例えば回収容器２４０と第一貯留タンク２３４ａが直結している場合や回収容器１４０から加工液を一旦、組み上げて第一貯留タンク２３４ａ内まで運搬する場合等であっても良い点は、図２～図３に示す従前の例と同様である。以下、加工液は、初期状態で最初に第一貯留タンク１３４ａに注入すると、図２～図３に示す従前の工作機械システムのような二液分離用（油水分離用）の第二貯留タンク１３４ｂへの油溶性成分の回収・廃棄処理を要せず、システム内の加工液総量は水分蒸発等の理由による減量しかないため減量分の追加や定期メンテナンスのときだけ新たな加工液又は希釈水が注液・加水される。以下、作動液と加工液の二液分離工程が不要な点について作動油の流路及び成分例を示しつつ説明する。
　まず、「作動液」の流路について、作動液は油溶性材料を主成分とするものであり、作動液は概ね閉空間に充填されるものであるため初期状態で新しい作動液２５２が作動液充填タンク２５０内に充填されると、微量に漏出して減った分だけ適宜充填される。作動液充填タンク２５０内の作動液２５２は概ね、工具主軸１２０側の第一作動液供給路２５４と回転テーブル２３０側の第二作動液供給路２５４とに分流して、それぞれ工具主軸２２０や回転テーブル２３０の滑動の摺動部（図５参照）に供給される。この作動液は滑動部品の潤滑目的で供給されるものであり、上述の通り、作動油のように大量に放出されるものではないが微量分、摺動部の外に漏出される。漏出した作動液２５２は、工具主軸２２６や工具２３２、回転テーブル２３０等から下方に落下し、その多くが加工液２３６の回収用に配設された回収容器２４０に到達し、回収容器２４０内の液体は、加工液２３６の中に作動液１５２が混入した状態となる。
　しかしながら、従前の工作機械システムと相違し、作動液１５２と加工液２３６は共に同じ水溶性材料をその成分としているため、回収容器２４０内に回収された作動液と加工液の混合液は、油溶性成分を含まない液体として排出流路２４２を介して第一貯留タンク２３４ａに到達する。したがって、濃度を除き第一貯留タンク２３４ａ内に貯留する作動液１５２と加工液２３６は、初期に充填した加工液と同質である。
　その結果、図２～図３に示す従前の工作機械システムのような二液分離工程は不要であり、上述してきたように回収・貯留された作動液１５２と加工液２３６をそのまま加工部まで循環させ、再利用することが可能となる。上述してきたように種々の面で有益である。なお、図４～図５の本発明の工作機械システム例では、第一貯留タンク２３４ａ内に沈殿するスラッジ２４４が残存するため第一貯留タンク２３４ａ内に貯留する作動液１５２と加工液２３６の混合液を作動液として再利用・循環させることは行わないこととしている（図５の矢印参照）。
《加工液及び作動液の組成例》
　以下、図３～図４の工作機械システムで有効に運用することが検証された作動液１５２と加工液２３６の組成物及び配合比率を示す。
以下の(i)～(vi)に示される原液としての作動液２５２と加工液２３６の好適な組成物（及び配合比率）が検証された。
(i)アルカリ剤（10～20％）
(ii)脂肪酸（10～20％）
(iii)ポリマー（3～15％）
(iv)アルカリ電解水（他の組成物の残部）
(v) 添加する場合は、防食剤（0.1～0.2％）
(vi) 添加する場合は、（0.1～0.2％）
　(i)アルカリ剤は、例えば、アミン類であり、液体の酸性化を防止するためにｐHを高く維持する目的で含有される。ｐH調整については後述の(iv)アルカリ電解水の説明において言及する。
(ii)脂肪酸は、潤滑性を確保するために配合されるものである。脂肪酸は、一般的に炭素数８～１８の脂肪酸が該当するが、水溶性であることをユーザに対して可視的・触角的に認識させて脱炭素社会促進に資する観点から本発明の工作機械システムの作動液や加工液に用いる場合、炭素数９～１０の脂肪酸、例えばノナン酸、デカン酸等の直鎖飽和脂肪酸、ウンデシレン酸等の直鎖不飽和脂肪酸、イソノナン酸、バーサティック酸等の分岐飽和脂肪酸、セバシン酸等の二塩基酸が好ましい。なお、(ii)高級脂肪酸を水溶性にするために(i)アルカリ剤と(ii)高級脂肪酸とで塩を形成している。
　(iii)ポリマーは、作動液としての粘度を担保する目的で配合しており、例えばエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド又はブチレンオキサイドの重合物及びエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合物であるポリアルキレングリコールが挙げられる。このポリアルキレングリコールの平均分子量は好ましくは400~4500の範囲のものであり、その１種には構造中にN原子を含み、他の１種にはブチレングリコールが含まれる。ブチレングリコールの平均分子量は400－500が好ましい。
　(iv)アルカリ電解水は、例えば、炭酸カリウムを電解質とし得られる水酸化カリウムを含むアルカリ水であり、作動液は潤滑性確保の観点からpH10.0～12.5の強アルカリ性の原液そのまま投入され、加工液はさらに(iv)弱アルカリ電解水で3～20倍程度、より好ましくは5～10倍程度に希釈されて投入される。工作機械を構成するステンレス等の金属部材は、錆防止等の観点から表面仕上げをして不動態被膜を形成しており、大量に放出される加工液が酸性化すると不動態被膜を溶解する可能性があるため、(i)アルカリ剤や加水と相まって好ましくはｐH≧7.0+0.2＝7.2の弱アルカリ性に調整・管理される。また、加工液が強アルカリ性になり過ぎるとワーク２１８がAl等の非鉄金属の場合には溶解する可能性があり、加工対象となるワークの材質が制限されることとなるためｐH＜10.5に調整することが好ましい。
　したがって、(i)アルカリ剤の配合を調整し、好ましくは加工液を　7.2≦ｐH＜10.5 、汎用性を考慮すると充填時の初期状態でpH＝8.1±0.2程度になるように配合する。なお、作動液が漏出し、加工液に混入する量は加工液に比べて微量であるため、特に加工液のｐHに大きく影響するものではなく、(iii)ポリマーによる粘度を維持するために強アルカリ性の原液を用いても適度のアルカリ電解水で希釈されている環境が続けば、工作機械システムの好適な継続稼働に全く問題なかった。
　(v)防食剤は、例えば、銅、亜鉛、アルミニウム等の非鉄金属に適するものが使用され、(vi)消泡剤は、シリコーン系の消泡剤が使用される。両者ともに工作機械の構成材質や上記(i)～(iv)の配合に応じて所望する場合に添加される。
　以上、上記水溶性材料を含む作動液及び加工液について図１の横型NC旋盤装置１０、図３の縦型NC旋盤装置２００に本発明の工作機械システム例（図４～図５）に使用した場合、その稼働継続が好適であってことが検証された。
　したがって、本発明の工作機械システムによれば、工作機械用の作動液及び加工液として共に鉱物油由来の油溶性材料を含まない水溶性材料としつつ二液分離することなく、加工液を再使用・循環させることができることを当業者は理解できるであろう。なお、本明細書及び図面に示す実施形態は、本発明の一例であり、特許請求の範囲の考え方や教示から他の種々の改良例、変形例が存在することは当業者に明白である。
１０　横型NC旋盤装置
１００、２００　縦型NC旋盤装置 
１２　架台
１４　主軸（C１軸）
１６　主軸（C2軸）
１８，１１８、２１８　ワーク
２０，１２０，２２０　工具主軸
２２　下部ベッド
２４　上部ベッド
２６，１２６　主軸台
１３０，２３０　回転テーブル
１２３，２３２　工具
１３４　貯留タンク
１３４ａ，２３４ａ　第一貯留タンク（排出用容器）
１３４ｂ　第二貯留タンク
１３６，２３６　加工液
１３８，２３８　吸入流路
１３８ａ，２３８ａ　放出口
１３８ｂ，２３８ｂ　吸入口
１４０，２４０　回収容器（回収手段）
１４２　排出流路
１４２ａ　排出口
１４３　廃棄流路
１４４、２４４　スラッジ
１４６　廃棄流路
１５０，２５０　作動液充填タンク
１５１，２５１　摺動部
１５２，２５２　作動液
１５４，２５４　第一作動液供給路
１５６，２５６　第二作動液供給路

Claims (4)

  1. 作動液と該工作機械による被加工部材の加工に用いられる加工液とが混合する環境下で稼働する工作機械を運用する工作機械システムであって、
    　該作動液と加工液との両者は、鉱物由来の油溶性材料を含まない水溶性材料が用いられ、
    　潤滑作用終了後の作動液及び加工液を混合回収する工作機械の潤滑流路下流に配設された回収手段と、
    　該回収手段と連通して作動液及び加工液を貯留させる排出用容器と、
    　該排出用容器内には底部から離間した位置に配設した流入口から油水分離なく該排出用容器内の作動液及び加工液をそのまま吸引して加工油及び／又は作動油の供給油路に戻す循環手段と、を備える工作機械システム。
  2. 前記循環手段が、前記排出用容器内からの作動液及び加工液を戻す供給油路は、加工油の供給油路であり、作動油の供給油路への連通を遮断する、ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械システム。
  3. 被加工部材の加工として、旋盤機能、フライス加工機能、研削機能、ドリル穴孔開け機能、又は鋸切断機能を有することを特徴とする請求項１～６に記載の工作機械システム
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の工作機械システムに用いる水溶性材料を含み、油溶性材料を含まない工作機械用の作動液及び加工液であって、
    　該作動液及び加工液は、防食剤を含まずｐH緩衝剤が配合される、ことを特徴とする工作機械用の作動液及び加工液。
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