(57)【要約】隔膜を境に互いに対峙した、ニッケルメッキ等を施したステンレススチール製あるいは白金メッキ等を施したチタン製陰極給電体及び炭素系材料の電極あるいはガス拡散電極から構成される陰極と、白金メッキ等を施したチタンの陽極とが設けられた電解槽に、水及び陰極表面に空気あるいは酸素を含む気体を供給し、通電することで電気分解を起させて、ｐＨが８以上、１３以下で、１ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む水を製造し、この水を水溶性金属加工用油剤と混合することにより、人体及び環境に、また油剤及びその加工性能にも悪影響も与えることのない、持続した腐敗防止効果を有するクーラント液が調製できる。
2003097535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の電気分解によって得られ、ｐＨが８以上、１３以下で、１ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含むことを特徴とする水溶性金属加工用油剤の希釈水。
【請求項２】
ステンレススチール製陰極給電体及び炭素系材料で形成された電極から構成される陰極と、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンで形成された陽極とが隔膜により隔てられ、互いに対峙して設けられ、かつ陰極表面に空気あるいは酸素を含む気体を供給するための給気部と水を導入するための水供給口とが設けられた電解槽を含む電気分解装置からなり、該装置の両極に電圧を印加して電解槽中に導入される水を電気分解することにより、ｐＨが８以上、１３以下で、１ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む水を製造するための水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置。
【請求項３】
陰極が、ニッケルメッキを施したステンレススチールからなる陰極給電体上に、グラファイトを密着させた構造を有することを特徴とする請求項２に記載の希釈水の製造装置。
【請求項４】
電解槽が縦型円筒形状であり、その半径方向内方から外方に陰極、隔膜、そして陽極の順に隔膜を境にしてこれらが間隔を置いて同心円を形成して設けられており、かつ隔膜と両極との間に水供給口、そして陰極と隔膜との間に給気部がそれぞれ槽の下部に設けられており、該給気部が複数の散気孔を有して中空管状に形成されており、かつ円筒の陰極表面に沿って上部に向かって螺旋状に延びていることを特徴とする請求項２又は３に記載の希釈水の製造装置。
【請求項５】
ステンレススチール製、ニッケルメッキを施したステンレススチール製、あるいは白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタン製からなる穴の空いた陰極給電体及び炭素系材料で形成されたガス拡散電極から構成される陰極と、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンで形成された陽極とが隔膜により隔てられ、互いに対峙して設けられており、隔膜と反対側の陰極表面側に空気あるいは酸素を含む気体を供給するための給気部を有し、陰極と隔膜の間の陰極室に水を供給するための水供給口とが設けられた電解槽を含む電気分解装置からなり、該装置の両極に電圧を印加して電解槽中に導入される水を電気分解することにより、ｐＨが８以上、１３以下で、５０ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む水を製造するための水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置。
【請求項６】
ステンレススチール製、ニッケルメッキを施したステンレススチール製、あるいは白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタン製からなる穴の空いた陰極給電体及び炭素系材料で形成されたガス拡散電極から構成される中空円筒形状の陰極と、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンで形成された陽極とが隔膜により隔てられ、互いに対峙して設けられており、該中空円筒形状の陰極は、内側に穴の空いた陰極給電体が配置され、外側にガス拡散電極が配置された構造となっており、かつ陰極中空内部に空気あるいは酸素を含む気体を供給するための給気部を有し、陰極外側部と隔膜の間の陰極室に水を供給するための水供給口とが設けられた電解槽を含む電気分解装置からなり、該装置の両極に電圧を印加して電解槽中に導入される水を電気分解することにより、ｐＨが８以上、１３以下で、５０ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む水を製造するための水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置。
【請求項７】
請求項１に記載の水溶性金属加工用油剤の希釈水と水溶性金属加工用油剤とを混合してなるクーラント液。
【請求項８】
請求項２乃至６のいずれかの項に記載の希釈水製造装置と、該装置で製造した希釈水と水溶性金属加工用油剤とを混合するための混合装置とを含むクーラント液製造装置であって、製造したクーラント液を加工機に自動的に供給するための、加工機内のクーラント液量が満水時の所定液量から減少したときに供給信号を発信する液供給開始液量センサー、加工機内のクーラント液量が満水したときに供給停止信号を発信する満水液量センサー、及び液供給開始液量センサーと満水液量センサーからの信号を制御する制御回路を備えてなることを特徴とするクーラント液製造装置。
【請求項９】
クーラント液量が満水時の所定液量から減少したときに供給するクーラント液が、希釈水の製造装置から単位時間に製造される水量を少なくすることにより得た高濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む希釈水を用いて調製されたものであることを特徴とする請求項８に記載のクーラント液製造装置。
【発明の詳細な説明】
［技術分野］
本発明は、水溶性金属加工用油剤の希釈水、その製造装置、希釈水と水溶性金属加工用油剤とを混合してなるクーラント液、及びクーラント液製造装置に関する。
［背景技術］
切削、研削及び圧延用工作機械等の加工機では、潤滑や冷却のために水溶性の金属加工用の油剤（即ち、水溶性工業用潤滑油の原液。以下、単に油剤、又はクーラント原液と称する場合がある。）が多く使用されている。水溶性金属加工用油剤は通常水で１０倍ないし２０倍程度に希釈して用いられ、希釈した水溶性金属加工用油剤は一般にクーラント液と呼ばれている。このクーラント液は、循環使用されるのが普通であるが、微生物が好む成分を含み、かつ金属加工時に発生する熱などにより微生物が繁殖しやすい状態に晒されることが多く、同じクーラント液を長期間使い続けると腐敗するという欠点を有している。腐敗が進行したクーラント液は、悪臭の発生、金属加工性能の低下、金属の腐食などの問題を引き起こすため、新しいクーラント液と交換しなければならない。このクーラント液交換に要する手間と費用は、事業者に対し大きな経済的な負担を強いている。
クーラント液の腐敗に対する最も一般的な対策として、例えば、エタノールアミン系化合物、イソチアゾリン系化合物、あるいは銅や銀などの金属イオンを防腐剤・殺菌剤として用いる方法が知られている（特開昭６２−２１５５０７号、特開平２−２９４９６号、特開平５−２３０４９２号、特開平９−１３５８８５号などの公報）。その他、添加剤を加えること以外のクーラント液の寿命延長方法としては、例えば、放射線による殺菌（特開平２−２１２５９７号公報）、超音波による殺菌（特開昭６３−２４５４９４号公報）、紫外線照射による殺菌（特開平４−２６４１９９号公報）、及び水蒸気吹込みによる加熱殺菌（特開昭５６−９５９９２号公報）などの方法が知られている。
しかし、防腐剤等を添加する方法は、長期間使用することによって人体あるいは周囲環境に対し悪影響を及ぼす可能性がある。例えばイソチアゾリン系化合物は皮膚の炎症やアレルギーを引き起こし、エタノールアミン系化合物については、一部のものは発ガン性や環境ホルモンであることが指摘されている。
放射線、超音波、紫外線照射による殺菌方法は、高額の設備が必要であり、ランニングコストも高い。さらに菌が増殖した状態では殺菌効果が薄いという欠点を有している。
水蒸気吹き込みによる加熱殺菌についてはこれらの問題点は生じないが、クーラント液が高温雰囲気にさらされるため、成分の一部が変質し、切削性能・研削性能を低下させたり、エマルジョン状態が壊れたりすることがある。
以上のように、従来の方法は何らかの欠点を有し、いずれも十分なクーラント液寿命延長方法とはいえない。
本発明は、人体、環境に、また油剤及びその加工性能にも悪影響も与えることのない、持続した腐敗防止効果を有するクーラント液の調製に有利な水溶性金属加工用油剤の希釈水、その製造装置、希釈水と水溶性金属加工用油剤とを混合してなるクーラント液、及びクーラント液製造装置を提供することを目的とするものである。
［発明の開示］
本発明者らは、前記課題について鋭意研究した結果、本発明を完成したものである。
本発明は、水の電気分解によって得られ、ｐＨが８以上、１３以下で、１ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含むことを特徴とする水溶性金属加工用油剤の希釈水にある。
また本発明は、ステンレススチール製陰極給電体及び炭素系材料で形成された電極から構成される陰極と、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンで形成された陽極とが隔膜により隔てられ、互いに対峙して設けられ、かつ陰極表面に空気あるいは酸素を含む気体を供給するための給気部と水を導入するための水供給口とが設けられた電解槽を含む電気分解装置からなり、該装置の両極に電圧を印加して電解槽中に導入される水を電気分解することにより、ｐＨが８以上、１３以下で、１ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む水を製造するための水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置にある。
また本発明は、ステンレススチール製、ニッケルメッキを施したステンレススチール製、あるいは白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタン製からなる穴の空いた陰極給電体及び炭素系材料で形成されたガス拡散電極から構成される陰極と、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンで形成された陽極とが隔膜により隔てられ、互いに対峙して設けられており、隔膜と反対側の陰極表面側に空気あるいは酸素を含む気体を供給するための給気部を有し、陰極と隔膜の間の陰極室に水を供給するための水供給口とが設けられた電解槽を含む電気分解装置からなり、該装置の両極に電圧を印加して電解槽中に導入される水を電気分解することにより、ｐＨが８以上、１３以下で、５０ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む水を製造するための水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置にある。
また本発明は、ステンレススチール製、ニッケルメッキを施したステンレススチール製、あるいは白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタン製からなる穴の空いた陰極給電体及び炭素系材料で形成されたガス拡散電極から構成される中空円筒形状の陰極と、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンで形成された陽極とが隔膜により隔てられ、互いに対峙して設けられており、該中空円筒形状の陰極は、内側に穴の空いた陰極給電体が配置され、外側にガス拡散電極が配置された構造となっており、かつ陰極中空内部に空気あるいは酸素を含む気体を供給するための給気部を有し、陰極外側部と隔膜の間の陰極室に水を供給するための水供給口とが設けられた電解槽を含む電気分解装置からなり、該装置の両極に電圧を印加して電解槽中に導入される水を電気分解することにより、ｐＨが８以上、１３以下で、５０ｍｇ／Ｌ以上の濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む水を製造するための水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置にある。
さらに本発明は、上記水溶性金属加工用油剤の希釈水と水溶性金属加工用油剤とを混合してなるクーラント液にある。
更にまた本発明は、上記希釈水製造装置と、該装置で製造した希釈水と水溶性金属加工用油剤とを混合するための混合装置とを含むクーラント液製造装置であって、製造したクーラント液を加工機に自動的に供給するための、加工機内のクーラント液量が満水時の所定液量から減少したときに供給信号を発信する液供給開始液量センサー、加工機内のクーラント液量が満水したときに供給停止信号を発信する満水液量センサー、及び液供給開始液量センサーと満水液量センサーとからの信号を制御する制御回路を備えてなることを特徴とするクーラント液製造装置にもある。
本発明の水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置（以下、本発明の希釈水製造装置ともいう。）、及び本発明の希釈水の製造装置から製造された希釈水と水溶性金属加工用油剤とを混合して得られるクーラント液の製造装置を添付の図を用いて以下に説明する。
まず、本発明の希釈水製造装置について説明する。
図１乃至図９は、本発明の希釈水製造装置の好ましい具体例を模式的に示したものである。図１は、本発明の希釈水製造装置の一例の鉛直断面図を示し、図２及び図３は、それぞれ該装置を上から見た図及び下から見た図を示し、図４は、陰極のみを取り出して見たときの斜視図を示す。また図５及び図６は、それぞれ本発明の希釈水製造装置の他の例の鉛直断面図を示し、図７は、図５及び図６で使用する穴の空いた陰極給電体あるいは陽極の具体的形状を３例示したものである。また図８は、本発明の希釈水製造装置のさらに別の例の鉛直断面図を示し、図９は、該装置を上から見た図を示すものである。
図１に示す本発明の希釈水製造装置１の例は、電解槽２が縦型円筒状に形成されている。電解槽２には、円筒形状の陰極３を中心にして、その半径方向内方から外方に、隔膜５、そして陽極４の順に隔膜５を境にしてこれらが間隔を置いて同心円を形成して設けられている。電解槽２の下面部及び上面部には、キャップ１０、１１、例えば、樹脂製のキャップなどにより、開口部を除いて密閉されている。従って、電解槽２には隔膜５を境にして、その内周側に陰極室１２が、そしてその外周側に陽極室１３が形成されている。これらの両室には、それぞれ水を供給するための水供給口６がその下部に設けられており、また陰極室１２の上部には、ここで製造された希釈水を取り出すための希釈水取り出し口８が、そして陽極室１３の上部には、過酸化水素を含有しない酸性イオン水取り出し口９が設けられている。円筒状の陰極３の底部中央には、陰極表面に空気又は酸素を含む気体を送るための給気部７が設けられている。陰極３と陽極４は完全に絶縁されており、陰極３を電源（図示せず）のマイナス極に、そして陽極４を電源（図示せず）のプラス極に接続させて通電することで、電解槽では、電気分解が起る。
陰極３は、炭素系材料で形成されているが、図４に見られるように、円筒（又は管）状のステンレススチール製の陰極給電体１４上にグラファイト１５を密着させた構造を有していることが好ましい。グラファイト１５は、例えば、グラファイトのフェルトをステンレススチール製の陰極給電体１４上に巻きつけ、接着剤、あるいは金具などを用いて固定することで密着させることができる。このように電極表面を炭素系材料（特にグラファイト材料）で形成すれば、必ずしも陰極自体を炭素系材料で形成する必要はなく、むしろこのような構造の方が、同じ電圧をかけたとき、過酸化水素及びアルカリイオンの発生を容易にし、高濃度の過酸化水素を含み、かつ高いｐＨの水を得ることができる。
陰極を炭素系材料で形成することで、電気分解によって発生する気体（給気部から送られた空気又は酸素を含む気体）の還元反応を過酸化水素の段階で停止することができるため、過酸化水素をより効率良く発生させることができる。また、陰極では、アルカリイオンも同時に発生しており、陰極室１２の水は高いアルカリ性になる。陰極を炭素系材料を用いないで形成した場合には、過酸化水素を含まない電解アルカリイオンが発生し、陰極室１２はアルカリイオン水となる。
陰極給電体をステンレススチールを用いて形成した場合には、時間の経過と共に鉄分が水中に溶け出して過酸化水素と反応し、過酸化水素濃度を低減させる。過酸化水素濃度を安定させるためには、特に鉄が溶け出しやすい部分（例えば、溶接部分）にはニッケルでメッキすることが好ましく、より好ましくは、ステンレススチール電極の表面全体がメッキされていることが好ましい。
円筒形状の陰極の底部に設けられた給気部７はその内部から陰極表面に沿って上部に向かってらせん状に延びている。給気部７は、例えば、樹脂製のチューブ（又はパイプ）１６などを用いて形成することができ、その表面には、その全長に亘って無数の散気孔（気体吹き出し口）１６ａ…が設けられており、その先端は閉じられている。らせん状のチューブと散気孔１６ａとによってより小さい気泡を陰極表面にその全域に亘って効率良く接触させることができ、従って、過酸化水素含有活性酸素を効率良く製造することができる。
陽極４は、陽極の酸化を防止するために、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンで形成されている。
隔膜５は、陰極室１２で生成した過酸化水素が陽極側に移動し、分解されるのを防ぐと共に、また同時に生成したアルカリイオンの陽極側への移動を防ぐために設けられている。隔膜の材料としては、ポリオレフィン系の材料、あるいはセルロースであることが好ましく、例えば、ポリ塩素化エチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、及びセルロールなどを挙げることができる。これらの中では、ポリ塩素化エチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ）であることがさらに好ましい。また、他にはイオン交換膜を使用することができるが、この場合は陽イオン交換膜を用いると、陽極側から陰極側へ陽イオンの移動のみが生じ、陽極側にある陰イオンが、拡散によって陽極側から陰極側へ移動することを防止できるので好ましい。
図１に示す希釈水製造装置を用いる希釈水の製造は、まず、電解槽２の水供給口６からその陰極室１２及び陽極室１３に所定量の水を導入し、また給気部７から気体（空気、又は酸素を含む気体）を陰極３表面に吹き込みながら両極に通電することで行われる。通電により電気分解が起こり、陰極３表面には過酸化水素を主成分として含む活性酸素とアルカリイオンが発生し、従って陰極室１２には、過酸化水素を含む活性酸素とアルカリイオンを含む希釈水が製造される。製造した希釈水は、希釈水取り出し口８から取り出され、水溶性金属加工用油剤と混合することで本発明のクーラント液を調製することができる。このようにして得られた希釈水は、それに含まれるアルカリイオンで菌の増殖を抑制すると共に、活性酸素（主に過酸化水素）による殺菌作用が相乗的に機能し、高い腐敗防止作用を示す。製造された希釈水は、電解槽の水の電気分解時間を調整することで、活性酸素及びアルカリイオンの濃度を調整することができる。なお、電気分解により、陽極表面には、酸性イオンが発生し、陽極室１３には、酸性イオン水が生成するため、酸性イオン水取り出し口９を介して適宜排出される。
図５及び図６に示す本発明の希釈水製造装置の他の例は、陰極給電体１４及びガス拡散電極１７から構成される陰極３と、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンで形成された陽極４とが隔膜５により隔てられ、互いに対峙して設けられており、隔膜５と反対側の陰極表面側に空気あるいは酸素を含む気体を供給するための給気部７があり、陰極３と隔膜５の間の陰極室１２に水を供給するための水供給口６とが設けられている。
陰極給電体及びガス拡散電極から構成される陰極３は、穴の空いた陰極給電体と、空気あるいは酸素を含む気体を拡散するためのガス拡散電極とを組み合わせた構成からなる。図５及び図６においては、ガス拡散電極１７を固定するためのネット１８が備えられている。
隔膜５と反対側の陰極表面側に設けられている空気あるいは酸素を含む気体を供給するための給気部７は、外部に解放された構造となっていても良いし、また部屋を形成して、空気あるいは酸素を含む気体を導入するための供給口（図示せず）を設けても良い。
給気部７から供給された空気あるいは酸素を含む気体は、穴の空いた陰極給電体１４からガス拡散電極１７を通して陰極室１２に供給される。一方、陰極室１２においては水供給口６から水が供給され、電気分解により陰極室１２で生成した過酸化水素を含む活性酸素とアルカリイオンを含む希釈水が希釈水取り出し口８から取り出され、水溶性金属加工用油剤と混合することで本発明のクーラント液を調製することができる。
陰極給電体の材料としては、ステンレススチール又はニッケルメッキを施したステンレススチールが好ましく用いられる。また、白金及び／又はイリジウムでメッキを施したチタンも好ましく用いられる。ガス拡散電極としては、撥水加工処理を施した厚さ０．３〜０．５ｍｍ程度の炭素繊維製の布あるいはフェルトが好ましく用いられ、特に米国Ｅ−ＴＥＫ社製ＧＤＥの使用が望ましい。
陽極としては、穴のあいた電極板が用いられる例を図５に、穴の空いていない電極板を使用した例を図６に示してある。
図５においては、水供給口６より供給された水は陽極の外側（隔膜とは反対側）を通ると共に、穴の空いた陽極板を通過して陽極と隔膜の間をも通過する。生成した酸性イオン水は、酸性イオン水取り出し口９から排出される。この構造においては、陽極が隔膜に近くなるため、陽極水による電圧降下が少なくなり、電解効率が向上する。
図６においては、陽極板と隔膜の間に水が供給され、生成した酸性イオン水は酸性イオン水取り出し口９から排出される。この構造においては、陽極板に通水用の穴が不要となるため電極面積を大きくとれるというメリットがある。
なお、図５及び図６において、記号１９は外板、２１はスペーサー、２２はパッキンを示す。
上記の穴の空いた陰極給電体及び陽極の具体的形状の例を図７に示した。しかし、穴の形状、大きさはこれらの例に限定されるものではない。
図８に示す本発明の希釈水製造装置の例は、図１と同様に電解槽２が縦型円筒状に形成されている。電解槽２には、中空円筒形状の陰極３を中心にして、その半径方向内方から外方に、隔膜５及び陽極４が間隔を置いて同心円を形成して設けられている。従って、電解槽２には隔膜５を境にして、その内周側に陰極室１２がそしてその外周側に陽極室１３が形成されている。これらの両室には、それぞれ水を供給するための水供給口６がその下部に設けられており、また陰極室１２の上部には、ここで生成した過酸化水素を含む活性酸素とアルカリイオンを含む希釈水取り出し口８が、そして陽極室１３の上部には、酸性イオン水取り出し口９が設けられている。中空円筒形状の陰極３の底部及び上面部には、陰極３の中空内部に空気又は酸素を含む気体を送るための給気部７が設けられている。
陰極３は穴の空いた陰極給電体１４及びガス拡散電極１７から構成される電極からなっており、内側に穴の空いた陰極給電体が配置され、外側にガス拡散電極が配置された構造となっている。給気部７から供給された空気又は酸素を含む気体は、陰極３の内側から陰極室１２側へと拡散する。陰極室１２においては水供給口６から水が供給され、電気分解により陰極室１２で生成した過酸化水素を含む活性酸素とアルカリイオンを含む希釈水が希釈水取り出し口８から取り出され、水溶性金属加工用油剤と混合することで本発明のクーラント液を調製することができる。
本発明の希釈水は、その過酸化水素濃度が菌の増殖抑制効果を得るために、１ｍｇ／Ｌ以上であり、好ましくは、３ｍｇ／Ｌ以上であり、より好ましくは５０ｍｇ／Ｌ以上である。陰極を構成する電極にガス拡散電極を使用した場合、電極表面の反応部位に空気又は酸素が効率的に取り込まれ、かつ反応面積を大きくでき、希釈水の過酸化水素濃度を高め（５０ｍｇ／Ｌ以上）られるので特に好ましい。過酸化水素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満の場合には、十分な菌増殖抑制効果を得ることができない。また希釈水のｐＨは、同様な理由から、８以上、１３以下であり、好ましくは、９以上、１２以下である。希釈水のｐＨが８未満の場合には、十分な菌増殖抑制効果を得ることができない。またそのｐＨが１３を超える場合には、金属加工の際に金属材料に悪影響を及ぼす場合がある。例えば、アルミニウムの加工では、アルミニウムが腐食することがある。このような機能を有する希釈水の製造能力は、本発明の装置で通常０．１〜１Ｌ／分であり、単位時間あたりの希釈水の製造能力を少なくすることで高濃度の過酸化水素を含有する希釈水を得ることができる。また、希釈水の生成能力は電極面積に比例するため、電極面積を大型化することで生成能力を高めることができる。
本発明のクーラント液は、上記希釈水製造装置から得られた希釈水と水溶性金属加工用油剤（クーラント原液）とを混合することで調製することができる。
次に、クーラント液製造装置について説明する。
図１０は、本発明のクーラント液製造装置の一例の配置を模式的に示す図である。図１０に示すクーラント液製造装置１００は、本発明の希釈水製造装置３０、クーラント原液タンク４０、クーラント原液定量ポンプ４１、希釈水とクーラント原液とを混合する混合装置５０、軟水機２０、及びクーラント液定量ポンプ５４が含まれている。また混合装置５０には、混合タンク５１、液面センサー５２、及び攪拌機５３が備えられていている。軟水機２０は、水中のカルシウムイオン及びマグネシウムイオン分を低く抑え、電極を保護するために用いられる。これらのイオン濃度は、０．００５ミリモル／ｄｍ３以下であることが好ましい。
クーラント液は、以下のように製造することができる。
まず、水Ｗを軟水機２０に通し、得られた軟水を希釈水製造装置３０に導入する。希釈水製造装置３０では、導入された軟水が前述の方法で電気分解され、過酸化水素含有活性酸素及びアルカリイオンを含む希釈水３０ａが製造される。製造された希釈水３０ａは、次にクーラント原液４０ａと共に混合装置５０の混合タンク５１に導入される。なお、製造された希釈水３０ａをクーラント原液４０ａと混合するにあたり、配合量の調整を容易にかつ的確に行うために、混合装置５０、５０Ａの前段にリザーブタンク（図示なし）を設置して、製造された希釈水３０ａを貯蔵して使用することが好ましい。
希釈水３０ａとクーラント原液４０ａとの混合は、まず、希釈水３０ａを液面センサー５２でコントロールして所定の液面まで導入する。次いで希釈水３０ａの送水を止め、クーラント原液４０ａをクーラント原液タンク４０からクーラント原液定量ポンプ４１を介して混合タンク５１に導入する。攪拌機５３で攪拌しながら両液を混合し、クーラント液１００ａを製造する。希釈水３０ａによるクーラント原液４０ａの希釈倍率は、原液に対して通常５倍〜３０倍であり、好ましくは、８倍〜２０倍である。５倍より低い希釈倍率では、高粘度過ぎて加工には適さない、一方、３０倍を超える希釈倍率では、加工性能、例えば、切削機の場合には切削性能が低下するなどの悪影響がでやすくなる。製造されたクーラント液１００ａは、クーラント液定量ポンプ５４を介して加工機９０に供給される。
図１０に示すクーラント液製造装置１００において、混合装置５０は、例えば、混合タンク５１を備えることなく希釈水３０ａとクーラント原液４０ａとを直接所定の希釈率で混合してクーラント液１００ａを製造する装置（以下、直接混合型混合装置と称する）に換えることができる。図１１は、図１０に示すクーラント液製造装置の混合装置５０を上記直接混合型混合装置５０Ａに換えたクーラント液製造装置２００の一例の配置を模式的に示す図である。直接混合型混合装置としては、例えば、希釈水を通水するための主管（例えば、内径１０ｍｍのステンレス製）に対して、クーラント原液を添加するためのパイプ（例えば、内径４ｍｍ）を垂直に挿入し、そのパイプの先端が主管の中心部に至るような構造を有する混合装置を挙げることができる。このタイプの混合装置は、混合タンク５１の必要がなく、装置を簡単に、そして小型化することができる。
加工機、例えば、切削、研削機、あるいは圧延機には通常所定量のクーラント液を溜めておくためのクーラント液タンクを有している。このような加工機にクーラント液製造装置から直接クーラント液タンクにクーラント液を供給する場合には、本発明のクーラント液製造装置は、製造したクーラント液を加工機に自動制御により供給するための制御回路を備えていることが好ましい。
図１２は、図１０に示すクーラント液製造装置に、加工機内のクーラント液タンクの液量を所定液量に制御するための制御回路を備えてなるクーラント液製造装置の一例の配置を模式的に示す図である。図１２に示すように、このクーラント液製造装置３００は、加工機９０内のクーラント液タンク９１の液量が満水時の所定液量から減少したとき（通常全体の１０〜５０％に減少したとき）に供給信号を発信する液供給開始液量センサー６２、クーラント液量が満水したときに供給停止信号を発信する満水液量センサー６１、及びこれらのセンサーからの信号を制御する制御回路６０を備えている。上記センサーとしては、例えば、フロート式、電気式、光式、及び超音波式などの方式を利用したものを挙げることができる。これらのセンサーは一体型でも分離型でもよい。
また制御回路６０は、希釈水製造装置３０及びクーラント原液定量ポンプ４１とも連絡しており、センサーからの信号を希釈水製造装置３０及びクーラント原液定量ポンプ４１に出力信号として伝達し、これらを稼動させることができる。
図１２に示すクーラント液製造装置には、図に見られるように、更に付属設備を設けることができる。例えば、クーラント原液定量ポンプ４１はスイッチ（図示なし）によりその稼動を制御するようにしてもよい。また希釈水製造装置３０からの希釈水３０ａの混合タンク５１への送水パイプには希釈水送水弁３１を設けることができる。さらに水の蒸発などにより所定の希釈倍率が変化した場合には、加工機のクーラント液タンク９１内の液を薄めることができるように、希釈水を希釈水製造装置３０から直接加工機のクーラント液タンク９１に導入するための送水パイプ（バイパスライン）を設け、そこに希釈水供給弁３２を設けることができる。この場合、例えば、クーラント液定量ポンプ５４からのクーラント液３００ａ及び送水パイプからの希釈水３０ａは、そのいずれかを選択的にクーラント液タンク９１に供給できるようにこれらのポンプは切替えスイッチ（図示なし）を設け、こりより制御することもできる。さらに、クーラント液３００ａを加工機９０のクーラント液タンク９１に供するためのクーラント液定量ポンプ５４も制御回路と連絡させることで、制御することもできる。
加工機のクーラント液タンク内にその満水時の所定量全量を最初に供給する、あるいはクーラント液全量を入れ替える場合（所謂、張り込みモードの場合）には、本発明のクーラント液製造装置により所定の希釈倍率に調製されたクーラント液をクーラント液定量ポンプを介して満水時の所定量まで供給することができる。
また、加工機の使用により、クーラント液タンク内のクーラント液の飛散、持ち出し、あるいは蒸発などにより満水時の所定量のクーラント液量から一定量以上のクーラント液が減少した場合（所謂、追添モードの場合）には、液供給開始液量センサー６１が不足液量を感知し、その信号は、制御回路６０に入力される。入力信号は制御回路６０から出力信号として、希釈水製造装置３０及びクーラント原液定量ポンプ４１に伝達される。スイッチ（図示なし）により（あるいは制御回路６０と連絡させている場合にはその信号により）、クーラント液定量ポンプ５４を稼動させることで、クーラント液３００ａを加工機内のクーラント液タンク９１に供給することができる。クーラント液タンク９１に所定量までのクーラント液が供給されると、満水液量センサー６１が感知し、その信号は制御回路６０に伝達される。スイッチ（図示なし）により（あるいは制御回路と連絡されている場合にはその信号により）、クーラント液定量ポンプ５４の稼動を停止させることで、クーラント液の供給が停止される。一方、クーラント液の供給が行われている間、制御回路６０からの出力信号により、希釈水製造装置３０及びクーラント原液定量ポンプ４１も稼動し、製造された希釈水３０ａは、希釈水送水弁３１を介して、及びクーラント原液４０ａはクーラント原液定量ポンプ４１を介して混合タンク５１に送られ、そこでクーラント液の製造が開始される。このようにしてクーラント液製造装置から直接加工機のクーラント液タンク液量の減少に応じてクーラント液を自動的に供給することができる。
図１３は、図１１に示すクーラント液製造装置に、上記のような制御回路を付設したクーラント液製造装置の別の一例の配置を模式的に示す図である。また図１４は、図１３に示すクーラント液製造装置に、上記のような制御回路と共に、図１２に示すような、希釈水を希釈水製造装置３０から直接加工機のクーラント液タンク９１に導入できる送水パイプを付設したクーラント液製造装置の別の一例の配置を模式的に示す図である。図１３及び図１４のいずれのクーラント液製造装置４００、５００においても、基本的には図１２に示すクーラント液製造装置の構成と同じであるが、混合装置として、上記直接混合型混合装置を用いているために、よりコンパクトに設計することができる。
本発明のクーラント液製造装置では、上記のように、加工機のクーラント液タンクの液量が満水時の所定液量から減少したときに供給するクーラント液、追添時のクーラント液は、希釈水の製造装置から単位時間に製造される水量を少なくすることにより得た高濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む希釈水を用いて調製されたものであることが好ましい。クーラント液を追添する場合には、追添のためのクーラント液は、それほど大量に必要でない。そのため、希釈水の製造装置においては、そこへの通水量を大量に必要な初期供給の場合の量に比べて少なくなるように設定することができ、従って、高濃度の過酸化水素含有活性酸素を含む希釈水を製造できる。その結果、腐敗防止効果のより高いクーラント液を補給することができる。
本発明のクーラント液製造装置には、更にクーラント液の供給を周期的に行えるように周期タイマー回路を設けることができる。図１５は、図１３のクーラント液製造装置に周期タイマー回路を付設したクーラント液製造装置の一例の配置を模式的に示す図である。図に示すように、周期タイマー回路７０の付設により、クーラント液６００ａの供給を加工機９０のクーラント液タンク９１に定期的に行うことができる。但し、このような周期的供給の制御を行うには、加工機のクーラント液タンク９１からのクーラント液の減少がほぼ一定の割合で行われることが好ましく、このためクーラント液タンク９１に別にクーラント液排水パイプ９２を設け、これにクーラント液排水弁９３を周期タイマー回路７０の信号によりその開閉を制御できるように設けることが好ましい。周期タイマー回路７０とクーラント液排水弁９３との連結は、例えば、プラグなどを利用し、その連結を容易に解除できるようにされていることが好ましい。これにより、本発明のクーラント液製造装置６００を加工機９０に装着、あるいは該装置から加工機の脱離を容易に行うことができる。なお、加工機のクーラント液タンクを本発明のクーラント液製造装置と一体化させて、これらの一体化させた装置を、加工機に取り付けるようにすることも可能である。なお、図１４のクーラント液製造装置にも周期タイマー回路を付設することができる。また、図１５のクーラント液製造装置において、混合装置を、図１２に示す混合槽を有する混合装置に交換することもできる。
このような装置では、周期タイマー回路により、例えば、任意に時間間隔（１日〜１５日）を指定して加工機のクーラント液タンクのクーラント液を交換することができる。クーラント液の交換に際しては、その交換量は、前述のようにタンクの満水時の所定量から１０〜５０％の減少範囲で設定することができる。
［発明を実施するための最良の形態］
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが本発明はこれらの例に限定されるものではない。
本発明の希釈水製造装置を用いて希釈水を製造した。表１に製造した希釈水の性状を示す。なお、希釈水１〜２は図１記載の装置を用い、希釈水３〜４は図５記載の装置を用い、希釈水５〜６は図６記載の装置を用い、希釈水７〜８は図８記載の装置を用いてそれぞれ生成した。なお、陰極３を構成する陰極給電体１４にはステンレススチールを用い、ガス拡散電極１７には米国Ｅ−ＴＥＫ社製ＧＤＥを用い、陽極４には白金メッキを施したチタンを用いた。水は水道水を軟水機に通し、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以下としたものを用いた。また給気部からは空気を導入した。
また表１には、比較のために、上記希釈水製造装置において、電圧を印加しないで希釈水を製造したときの希釈水の性状（希釈水９＝通常の水）、及び陰極として、グラファイトフェルト及びニッケルメッキがない通常のステンレススチール管を使用した希釈水製造装置を用いて希釈水を製造したときの希釈水の性状（希釈水１０＝電解アルカリイオン水）も示す。なお、過酸化水素濃度の測定には過酸化水素試験紙（ＭＥＲＣＫ社製Ｐｅｒｏｘｉｄｅ  Ｔｅｓｔ）を使用し、ｐＨの測定にはｐＨメーター（アズワン社製ＣＰ−１ＰＴ）を使用した。
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また、図１、図５、図６及び図８に記載する装置の陰極給電体にステンレススチールの代わりに、ニッケルメッキを施したステンレススチール、白金メッキを施したチタン、イリジウムメッキを施したチタン、白金およびイリジウムメッキを施したチタンの各材質を使用し、陽極に白金メッキを施したチタンの代わりに、イリジウムメッキを施したチタン、白金およびイリジウムメッキを施したチタンを使用した場合においても、得られる希釈水の水質は、表１に記載した希釈水１〜希釈水８と同等であった。
次に、クーラント液製造装置（図１３参照）を用いてクーラント液を製造した。クーラント液製造に際しては、上記表１に示す希釈水１〜１０の製造条件と同じ条件で製造した希釈水と水溶性金属加工油剤（エマルジョン型の新日本石油（株）製ユニソルブルＥＭ）とを用いて行った。表２に製造したクーラント液の性状を示す。
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ここで、クーラント液１、３、５、７は前述した張り込みモードに、クーラント液２、４、６、８は追添モードに用いるものである。また、クーラント液９はいわゆる通常のクーラント液であり、クーラント液１０は電解アルカリイオン水で希釈したクーラント液である。
得られたクーラント液１〜１０に対する菌の繁殖について、ビーカーテストを行った。
クーラント液１、３、５、７をビーカーに３００ｍＬ入れ、マグネティックスターラー上で攪拌しながら３０℃に保持して放置した。ビーカーの上部は開放しており、クーラント液が蒸発によって徐々に減少するため、２回／週の頻度でクーラント液２、４、６、８を追添した。数日おきに、一般細菌数を標準寒天平板培養法に基づいて測定し、菌数が百万個／ｍＬを超えるのに要する日数を、クーラントの寿命と考え、評価基準とした。比較のために、表２のクーラント液９及び１０に対しても同様の試験を行った。その結果を表３に示す。
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表３に示す結果から明らかなように、本発明のクーラント液（実施例１）は通常のクーラント液（比較例１）に対して２．８倍の寿命延長を示し、また、過酸化水素を含有しない電解アルカリイオン水で希釈したクーラント液（比較例２）に対しても１．６倍以上の寿命延長を示している。また、本発明における、更に過酸化水素濃度の高いクーラント液（実施例２〜４）は比較例１に対して７．３倍以上、比較例２に対して４．２倍以上の寿命延長を示している。
次に、表２に示すクーラント液をマシニングセンター実機（切削加工機、三菱重工（株）製Ｍ−Ｖ６０Ｃ、タンク容量２００Ｌ）にその全量を供給し（初期供給：張り込み）、悪臭発生に要する日数を確認した。クーラント液は張り込み時はクーラント液１、３、５、７を、追添時はクーラント液２、４、６、８を用いた。また、比較のために同型のマシニングセンターに通常の水で希釈したクーラント液９を張り込んだ。０〜１００日経過後のクーラント液をバブリングさせて発生するエアーを、臭い計測器（（株）クリエーションシステムズ  Ｃ−ＧＣ−３２９  高感度酸化スズ系、熱線型焼結半導体センサー）により測定し、数値化した。その評価結果を表４に示す。
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表４に示す結果から、本発明のクーラント液（実施例５）の臭気レベルは、通常のクーラント液（比較例３）に対して１００日後で約１／８、実施例６〜８は比較例３に対して約１／１４〜１／１６であり、悪臭防止に対して非常に効果があることがわかる。
上記のマシニングセンターのクーラント液タンクに、図１４に示すクーラント液製造装置の希釈水のバイパスラインを用いて希釈水供給弁３２により、希釈水のみを追添する試験を行い、そのときのクーラント液の菌数の変化を観察した。その結果を表５に示す。
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表５に示す結果から、追添前のマシニングセンターのクーラント液の菌数はいずれも１０６個／ｍＬ以上であったが、希釈水を追添することにより、どの希釈水の場合も菌数は減少するが、本発明の希釈水製造装置で製造した希釈水２、４、６、８（実施例９〜１２）の減少率が高いことがわかる。
［産業上の利用可能性］
本発明の希釈水は、人体、環境に悪影響がなく、また油剤及びその加工性能にも悪影響も与えることのない。従って、本発明の希釈水を用いることで、加工性能も低下することなく、かつ持続性が高く、優れた腐敗防止効果を有するクーラント液を製造することができる。また本発明の希釈水製造装置により、希釈水を効率良く、大量に製造することもできる。さらに本発明のクーラント液製造装置では、アルカリ性試薬（例えば、Ｎａ塩）などを添加することなく高ｐＨのクーラント液が得られるためにメンテナンスが容易であるばかりか、クーラント液にＮａ塩などが析出することもないために、この点からのクーラント液の加工性能の低下も殆どない。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置の一例の鉛直断面を模式的に示す図である。
図２は、図１の製造装置を上から見たところを模式的に示す図である。
図３は、図１の製造装置を下から見たところを模式的に示す図である。
図４は、図１の製造装置の陰極を模式的に示す斜視図である。
図５は、本発明の水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置の他の一例の鉛直断面を模式的に示す図である。
図６は、本発明の水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置の他の一例の鉛直断面を模式的に示す図である。
図７は、図５及び図６で用いた穴の空いた陰極給電体又は陽極の具体的形状を３例示す図である。
図８は、本発明の水溶性金属加工用油剤の希釈水の製造装置の他の一例の鉛直断面を模式的に示す図である。
図９は、図８の製造装置を上から見たところを模式的に示す図である。
図１０は、本発明のクーラント液製造装置の一例の配置を模式的に示す図である。
図１１は、本発明のクーラント液製造装置の別の一例の配置を模式的に示す図である。
図１２は、図１０に示すクーラント液製造装置に、加工機内のクーラント液タンクの液量を所定液量に制御するための制御回路を備えてなる本発明のクーラント液製造装置の一例の配置を模式的に示す図である。
図１３は、図１１に示すクーラント液製造装置に、加工機内のクーラント液タンクの液量を所定液量に制御するための制御回路を付設した本発明のクーラント液製造装置の別の一例の配置を模式的に示す図である。
図１４は、図１３に示すクーラント液製造装置に、更に加工機内のクーラント液タンクに希釈水製造装置から直接希釈水を導入できる送水パイプを設けた本発明のクーラント液製造装置の別の一例の配置を模式的に示す図である。
図１５は、図１３に示す本発明のクーラント液製造装置に更に周期タイマー回路を付設したクーラント液製造装置の一例の配置を模式的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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