(57)【要約】【課題】潤滑性に優れ、切削効果が高く、加工性を著しく向上させることができる水溶性切削液を提供する。【解決手段】γ−オリザノールを含有する水溶性切削液とした。前記水溶性切削液が、水道水、井戸水、工業用水及びイオン交換水からなる群から選択される１種以上を、天然セラミックスを濾材としてろ過した水で希釈した水溶性切削液であることが好ましい。本発明の水溶性切削液は、γ−オリザノールの含有量が前記水溶性切削液の総量１００質量部に対し、０．０１〜１質量部であることが好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
γ−オリザノールを含有する水溶性切削液。
【請求項２】
前記水溶性切削液が、水道水、井戸水、工業用水及びイオン交換水からなる群から選択される１種以上を、天然セラミックスを濾材としてろ過した水で希釈した水溶性切削液である、請求項１記載の水溶性切削液。
【請求項３】
γ−オリザノールの含有量が前記水溶性切削液の総量１００質量部に対し、０．０１〜１質量部である、請求項１又は２記載の水溶性切削液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、γ−オリザノールを添加してなる、水溶性切削液に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削液は、金属などの切削加工を行う際に、摩擦抑制と冷却のために使用する溶剤等の総称であり、加工精度や表面粗さを向上させ、工具の磨耗を抑制する。以前は植物系のベースオイルが用いられていたが、鉱油系のベースオイルが安価に製造できるようになり、現在はほとんどが鉱油系の切削液が用いられている。しかしながら近年、環境及び人体への影響から、植物性の水溶性切削液が見直されている（例えば、特許文献１〜３）。また、水溶性切削液は水不溶性切削油剤に比べて潤滑性が悪く、切削効果が小さいといった問題があり、水溶性でも潤滑性が高く、切削効率を向上させる技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２０５５８５号
【特許文献２】特開２０１１−２２５６６１号
【特許文献３】ＷＯ２０１２／００８４４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、切削液を改質することによって、切削液が本来有する加工性、つまり、潤滑性や冷却性、洗浄性をさらに向上されたものとし、環境に対する負荷が高い鉱油系の添加剤を減少させ、加工工具の長寿命化を図り、切削加工などの機械加工に用いる加工液の使用期間を延長させ、使用量を低減させ、加工時に発生する微粉などのスラグの生成量を低減させ、スラグ自体を軟質化させることで廃棄処理の環境負荷を低減させ、機械加工効率を向上させることで生産エネルギに対する加工エネルギ量の割合を低減させることが可能となる水溶性切削液を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の水溶性切削液は、γ−オリザノールを含有する水溶性切削液である。
【０００６】
前記水溶性切削液が、水道水、井戸水、工業用水及びイオン交換水からなる群から選択される１種以上を、天然セラミックスを濾材としてろ過した水で希釈した水溶性切削液であることが好ましい。
【０００７】
本発明の水溶性切削液は、γ−オリザノールの含有量が前記水溶性切削液の総量１００質量部に対し、０．０１〜１質量部であることが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、γ−オリザノールが分散し、表面張力や接触角の数値が著しく良好となり、潤滑性に優れ、切削効果が高く、加工性を著しく向上させることができる水溶性切削液を提供することができる。本発明の水溶性切削液は切削効果が著しく高い為、難削材にも好適に使用することができる。
【０００９】
また、γ−オリザノールの粒子を小さくできることから、加工点への浸透が促進され、潤滑性を高めて加工性能を向上させる。
さらに、例えばリン系の界面活性剤などの添加剤に由来する腐敗などの悪臭や減少されるなど添加剤が原因と考えられる作業環境の悪化を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の結果を示す写真である。
【図２】比較例１の結果を示す写真である。
【図３】比較例２の結果を示す写真である。
【図４】実施例２の結果を示す写真である。
【図５】比較例３の結果を示す写真である。
【図６】比較例４の結果を示す写真である。
【図７】比較例５の結果を示す写真である。
【図８】実験例１の接触角と粘度の結果を示すグラフであり、Ａは高専脱イオン水、Ｂはコントロール、Ｃは１％γ−オリザノール水溶液を用いた結果をそれぞれ示す。
【図９】実験例１の表面張力とｐＨの結果を示すグラフであり、Ａは高専脱イオン水、Ｂはコントロール、Ｃは１％γ−オリザノール水溶液を用いた結果をそれぞれ示す。
【図１０】実験例１の粒子径と透光率の結果を示すグラフであり、Ａは高専脱イオン水、Ｂはコントロール、Ｃは１％γ−オリザノール水溶液を用いた結果をそれぞれ示す。
【図１１】実験例１のゼータ電位とｐＨの結果を示すグラフであり、Ａは高専脱イオン水、Ｂはコントロール、Ｃは１％γ−オリザノール水溶液を用いた結果をそれぞれ示す。
【図１２】実験例１の電気伝導度の結果を示すグラフであり、Ａは高専脱イオン水、Ｂはコントロール、Ｃは１％γ−オリザノール水溶液を用いた結果をそれぞれ示す。
【図１３】実験例２の表面張力の結果を示すグラフである。
【図１４】実験例２の接触角の結果を示すグラフである。
【図１５】実験例２のゼータ電位の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００１２】
本発明の水溶性切削液は、γ−オリザノールを含有するものであり、γ−オリザノールを改質水で溶かして用いることが好ましく、γ−オリザノールを改質水で１〜１００，０００倍希釈することが好適である。
【００１３】
本発明で用いられるγ−オリザノールは、フェルラ酸とステロイド骨核をもつ不飽和トリテルペンアルコール（シクロアルテノール、24-メチレンシクロアルタノールなど）、もしくは植物ステロール（カンペステロール、β-シトステロールなど）とのエステルを総称したものである。本発明においては原料、精製方法、製造方法等は特に限定されず、いずれのγ−オリザノールも好適に用いることができる。γ−オリザノールとしては、例えば、下記式（１）で示される構造式を有するものが好適に用いられる。
【００１４】
【化１】
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【００１５】
水溶性切削液中のγ−オリザノールの配合割合は特に制限はないが、水溶性切削液の総量１００質量部に対し、γ−オリザノールが０．０１〜１質量部であることが好ましい。
【００１６】
水溶性切削液に用いられる水としては、特に制限はなく、水道水、井戸水、工業用水、イオン交換水、蒸留水等の原水やこれらの原水を改質した改質水を希釈液として用いることができ、改質水を用いることが好ましく、原水を抗火石でろ過して得られる改質水を用いることがより好ましい。
【００１７】
原水の改質方法としては、特に制限はないが、例えば、天然セラミックスを濾材として改質する方法が挙げられ、具体的には、天然鉱石の一つである抗火石を用い、多孔質状の抗火石の原石と、抗火石の粉末を焼成したセラミックスと、抗火石を釉薬に混合して塗布した抗火石を焼成し、それらの石材の積層構造を持ち、その構造に、ポンプを用いて通水するとともに、配管内で狭隘部を通して空気を混入させる機構を有し、その水を間欠的に循環させるような制御装置を有する改質装置により、切削加工の効率を高めた改質水を得ることができる。  
【００１８】
本発明の水溶性切削液には、公知の切削剤を用いることができる。該切削剤としては、例えば、水溶性加工油剤が好適に用いられる。
切削剤の配合量は特に制限はないが、例えば、加工油剤を希釈液で１〜１００，０００倍希釈し、切削液とすることが好ましい。
【００１９】
切削液は、必要に応じて、従来公知の防錆剤、潤滑剤、消泡剤、ｐＨ緩衝剤、分散剤、増粘剤等の他の添加剤を添加してもよい。
【００２０】
用いられる被削材料としては、特に制限はないが、本発明の切削液は切削効果が著しく高い為、難削材料にも好適に使用することができる。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００２２】
下記方法及び測定装置により各測定を行った。
１）表面観察：デジタルマイクロスコープ VHX-1000キーエンス製
２）接触角(°)：θ/2 法、測定装置：（株）協和界面科学製DropMasterDM501
３）表面張力(mN/m)：ヤングラプラス法、測定装置：（株）協和界面科学DropMasterDM501
４）粒子径(nm)：動的光散乱法、測定装置：（株）大塚電子製ESL Z‐1000
５）ゼータ電位(mV)：電気浸透法、測定装置：（株）大塚電子製ESL Z‐1000
６）電気伝導度(mS/cm)：電気伝導計セル、測定装置：（株）大塚電子製ESL Z‐1000
７）715nm 光の透過率(%)：測定装置：アズワン（株）製 ASD11D 透光率(Contlor B.溶液を100.0%にて)
８）粘度(mPas)：20度恒温室にて保持後測定、測定装置：（株）セコミック製 VISCOMATE 粘度計 VM-10A
９）PH：PH 測定 HORIBA‐D5
１０）紫外分光分析：測定装置：（株）島津製作所製UVmini-1240
【００２３】
（実施例１）
加工機の切削タンクに改質水３８Ｌ及び市販の切削剤（商品名リライアソルＥ−Ｐ、ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製）にオリザノール原液２Ｌを注入し、撹拌することにより切削液を調製した。オリザノール原液は、下記実験例1に示したようにオリザノールＯＫ−１（株式会社岡安商店製）を用いて調整した１％γ−オリザノール水溶液を用いた。改質水は、水道水を抗火石と、抗火石を焼成したセラミックスと、抗火石を粉末にして釉薬として塗布して焼成したセラミックスとを段階的に積層して内含する、70Lタンク内に２L/minで通水することにより調製した。
【００２４】
上記切削液を用いて表１に示す条件により、切削実験を行った。切削液の流量は40L/分とし、約1分で1回タンクの改質水を使うように設定し、切削時の温度は外気温のみとした。切削実験後の被削材料（SUS304ステンレス鋼）の表面観察の結果を示す写真を図１に示した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
（比較例１）
市販の切削剤（商品名リライアソルＥ−Ｐ、ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製）を12%含有するように水道水で希釈した切削液を用いた以外は実施例１と同様の方法により切削実験を行った。結果を図２に示した。
【００２７】
（比較例２）
市販の切削剤（商品名リライアソルＥ−Ｐ、ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製）を12%含有するように改質水で希釈した切削液を用いた以外は実施例１と同様の方法により切削実験を行った。改質水は、水道水を抗火石と、抗火石を焼成したセラミックスと、抗火石を粉末にして釉薬として塗布して焼成したセラミックスとを段階的に積層して内含する、70Lタンク内に２L/minで通水することにより調製した。結果を図３に示した。
【００２８】
図２に示した如く、比較例１は加工した条痕が不明瞭であり、ビビりをかなり生じていることがわかる。図３に示した如く、比較例２は希釈液を改質したことで条痕がストレートになり、ビビりが低減されたことがわかる。しかしながら、ピット状の痕跡が多い。これは、切削後に新生面が生成された後、切削時の微粉（スラグ）などが付着して孔食を起こしたものと判断できる。
図１に示した如く、実施例１は、改質水のみよりも条痕はやや荒れているように見えるが、ステンレス特有の酸化被膜を形成しており、スラグなども少なく、それらによる孔食を生じておらず、良好な切削状態であることがわかる。以上のことから、γ−オリザノールを添加することで微粉の形成が少なく、条痕の程度も改質水で希釈した状態とほぼ変わらないことから、実施例１の状態が望ましく、通常以上の切削力を発揮したことがわかった。
【００２９】
（実施例２）
被削材料としてSCM435クロムモリブデン鋼を用いた以外は実施例１と同様の方法により切削実験を行った。結果を図４に示した。
【００３０】
（比較例３）
市販の切削剤（商品名スギカットCE-18YA、スギムラ化学工業株式会社製）を12%含有するように水道水で希釈した切削液を用いた以外は実施例２と同様の方法により切削実験を行った。結果を図５に示した。
【００３１】
（比較例４）
市販の切削剤（商品名スギカットCE-18YA、スギムラ化学工業株式会社製、乳化剤あり）を12%含有するように改質水で希釈した切削液を用いた以外は実施例２と同様の方法により切削実験を行った。改質水は、比較例２と同一の条件により調製した。結果を図６に示した。
【００３２】
（比較例５）
市販の切削剤（商品名リライアソルＥ−Ｐ、ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製、乳化剤なし）を12%含有するように改質水で希釈した切削液を用いた以外は実施例２と同様の方法により切削実験を行った。改質水は、比較例２と同一の条件により調製した。結果を図７に示した。
【００３３】
図５に示した如く、比較例３のように切削液を水道水で希釈すると、切削表面はむしれ状の条痕が残り、ひだのついた筋となっている。一方、図４に示した如く、実施例２のように切削液を改質水で希釈して、γ−オリザノールを添加した水を用いた場合、コントラストの違いはあるが、筋状の直線的な条痕が形成されている。図６及び７に示した如く、比較例４及び５のように切削液を改質水で希釈すると、条痕の溝が残るように見えており、バイトの先端Rでの削り残しが生じている。以上のことから、SCM鋼で連続切削した場合、γ−オリザノールを配合させたことで、切削条痕から定性的に最も良好な切削であることがわかる。
【００３４】
（実験例１）
下記組成の１％γ−オリザノール水溶液をイオン交換水で調整し、これについて各種物性測定を行った。
＜１％γ−オリザノール水溶液の組成＞（組成は質量部で示す）
γ−オリザノール（商品名オリザノールＯＫ−１、株式会社岡安商店製）      １％
界面活性剤                                                              ５％
酸化防止剤                                                          ２．５％
防腐剤                                                              ０．５％
イオン交換水                                                          ９１％
【００３５】
また、γ−オリザノールを含まず水を９２％含有する以外は１％γ−オリザノール水溶液と同様の組成の水溶液をコントロールとして用いた。また、イオン交換樹脂で脱イオン化したイオン交換水（高専脱イオン水）についても同様の測定を行った。結果を図８〜１２に示した。
【００３６】
接触角と粘度に関しては、図８に示した如く、γ−オリザノールを添加することにより、接触角は小さくなり、濡れ性は向上し、粘度も高くなることから、工具やワークに切削液が付着しやすくなる。さらに、金属でも樹脂でもその傾向は変わらなかった。
【００３７】
表面張力とｐＨに関しては、図９に示した如く、γ−オリザノールを添加することにより、表面張力はコントロールよりも高くなった。γ−オリザノールを加えることで濡れ性が上がったが、水自体の粘性が高いことから相対的に表面張力は上がったと考えられる。また、pHが高くなったために粒子径が小さくなり、粘性が高くなったことが推測される。
【００３８】
粒子径と透光率に関しては、図１０に示した如く、表面張力の関係に反し、粒子径は大きくなっている。透光率も低くなり、凝集物質が増えている可能性がある。平均粒子径よりも中央値が非常に大きいことから、細かい油剤粒子は少ないことになる。
【００３９】
ゼータ電位とｐＨに関しては、図１１に示した如く、ゼータ電位が低いことから、γ−オリザノールを加えることで分散性は低くなっていることがわかる。よって、γ−オリザノールの効果は凝集性を高めて粘性を上げていることになる。
【００４０】
電気伝導度の変化に関しては、図１２に示した如く、油剤中の電気伝導度は低く、鉱物系の切削油剤を用いるよりも電位的に中性的な加工をすることになる。また、電気伝導度が低いことから切削液にした際、切削した微粉を凝集させる効果自体は低く、スラグが生成しても固化しにくい傾向になる。
【００４１】
紫外分光測定結果については、表２に示した如く、新規時にはアンモニアNH4もなく、金属イオン自体は含まれていないが、リン酸PO4は少量含まれており、γ−オリザノールを添加することでリン成分は増大することがある。切削後に加工液の状態を評価するには、この状態からどれくらい検出されるか調べることが望ましい。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
（実験例２）
水道水、イオン交換水、１％γ−オリザノール水溶液、０．００１％γ−オリザノール水溶液、市販切削剤（スギカットCE-18YA、スギムラ化学工業株式会社製）について各種物性測定を行った。なお、１％γ−オリザノール水溶液は実験例１と同様であり、０．００１％γ−オリザノール水溶液は、γ−オリザノールの濃度を０．００１％に変更した以外は１％γ−オリザノール水溶液と同様である。結果を表３及び図１３〜１５に示した。
【００４４】
【表３】
2017115070.tif 000006
【００４５】
表３及び図１３〜１５に示した如く、γ−オリザノールを添加することにより、表面張力が低下し、界面活性力が高く、ぬれ性が良好であるため、切削効果が高くなった。また、ゼータ電位が中性で、薄めることで分散性がよくなるために、少ない油剤で切削できる可能性があり、環境に対して良好と考えられる。
【図１】
2017115070.tif 000007
【図２】
2017115070.tif 000008
【図３】
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【図４】
2017115070.tif 000010
【図５】
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【図６】
2017115070.tif 000012
【図７】
2017115070.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2017115070.tif 000016
【図１１】
2017115070.tif 000017
【図１２】
2017115070.tif 000018
【図１３】
2017115070.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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