WO1999066014A1 - Fluide de refroidissement soluble dans l'eau - Google Patents

Description

明細書

水溶性切削液

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ツ 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、 ィォゥ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、 乳化剤として石鹼ゃ硫酸エステル、 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、 ァ 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、 ρ Η 7 . 0〜ρ Η 1 1 . 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ィ オンを含み得る。

上記水溶性切削液は、 炭酸ナトリゥムおよび臭化ナトリゥ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、 および炭酸水素ィ 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 ゥム、 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〜： L Owt %および臭化ナトリウム 0. 005〜 1 w t %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. 1〜10 wt %、 炭酸水素ナトリウム 0. 1〜1 Owt %、 臭化ナトリウム 0. 005〜 lwt %、 およびフッ化ナトリウム 0. 01〜 1 w t %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、 防鲭剤、 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、 半導体ゥエ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〜ρΗ1 1. 5である水溶性切削液は、 融点約 0° (：、 沸点約 100 で、 4で における密度が、 約 1. O O gZcm³ 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、 ρΗ7. 0〜ρΗ11. 5である水溶性切削液は、 融点約 Ot：、 沸点約 100 で、 4 における密度が、 約 1. O O gZcm³ 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 ゥム、 臭化カリウム二水和物、 臭化水素カリウム、 臭化アンモニゥム、 臭化水素 アンモニゥム、 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、 フッ化アンモニゥム、 フッ化水素アンモニゥム、 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、 炭酸水素アンモニゥム、 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ィ 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 p H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 レ^ 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 . l〜1 0 w t %、 臭化ナトリウム 0 . 0 0 5〜l w t %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 . l〜1 0 w t %、 およびフ ッ化ナトリウム 0 . 0 1〜 1 w t %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鲭が発生 するのを防ぐ防鑌剤、 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鲭剤は、 市販のいずれの防鲭剤でもよい。 例えば、 ィ オンコート系の防鲭剤、 あるいは、 パラフィンワックスやカルナパロウ等を含む 防鲭剤などがあり、 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 ズの溶剤希釈型防鐯剤、 S O F T 9 9コーポレーション社製のラジェ一タープロ テク夕一、 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 ォライト 5 0 0等が挙げられる。 防腐剤としては、 デヒドロ酢酸塩、 クレゾ一ル、 エチレンジァミン等の公知の 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。 防鲭剤の含有割合は、 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％〜 1 0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、 バイ卜のような 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、 铸造非鉄合金、 焼結炭化物、 焼結酸化物、 ダイ ャ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、 リベット用丸鋼、 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 ネシゥム合金ダイカスト、 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、 セラミツ 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、 卓上ポール盤、 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、 ェ 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 5 g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 5 0 g、 炭酸水素ナトリウム 3 0 g、 臭化ナト リウム l g、 フッ化ナトリウム 5 g、 およびエタノール 2 c c、 デヒドロ酢酸塩 0. 5 g、 クレゾ一ル石鹼液 （日興製薬 （株） 社製） およびチォライト 500 ( 千代田ケミカル社製） 10 c c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°Cにて 1 1. 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 （ュシ口 # 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。

(以下余白）

表 1

(実施例 6〜 1 0 )

本発明の水溶性切削液を、 N C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 （ュシ口 # 8 3 0 ) を同様に N C 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。

(以下余白）

表 2

(水溶性切削液 Π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 ナトリウムォキシド 4重量％、 エチレンジァミン 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 50 g、 臭化ナトリウム 3 g、 チォライ ト 500 (千代田ケミカル社製） 300 c cを加えて、 Π液を調製した。 I液 1 O O c cと Π液 1300 c c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°Cにて 1 1. 83であった。 この液を 30倍希釈し た後、 以下の実施例 1 1の実験を行った。

(実施例 11 )

水溶性切削液 Πを用いて、 研削テストを行った。 研削には、 岡本 I GM型研削 機を用い、 砥石の目番は #60、 内径は 10 Φおよび外径 150 Φであった。 研 削鋼材は、 SCM435および S CM 412の軸であり、 研削条件は、 シャフト

(軸） を 30 Φ〜50 Φとし、 研削速度 120 r pm、 送り速度 50 OmmZ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 （ェマルジヨン：ュシロ社製） の 40倍希釈液と UK— 465 (ュ 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 Π 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 Π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 Π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ォ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。

Claims

請求の範囲

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〜 p H 11. 5である、 水溶性切削液。

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. 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、 ρΗ7. 0〜ρΗ1 1. 5である、 請求項 1に記載の水溶性切削液。

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 リゥ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 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 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、 防鲭剤、 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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