(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の加工処理により発生した金属粉を含む、ミセル化切削油を含有する金属加工用水性液の浄化処理方法であって、上記金属粉を含有する金属加工用水性液から金属粉の一部を沈殿により除去する第１工程、上記金属加工用水性液の液面上に、残りの金属粉の一部を該水性液中に含まれるミセル化されていない油分の一部と共に浮上させ、浮上物を除去する第２工程、及び上記金属粉が除去された金属加工用水性液をろ過により残りの金属粉の一部を除去する第３工程を含む第１の浄化段階；と浄化された金属加工用水性液に、予め又は上記第１の浄化段階のいずれかの工程で補充油を添加して、この補充油を含む該水性液中の油分の内ミセル化されていない油分の量を０．５質量％以上に調整し、この条件下に、該水性液を遠心分離器に導入し、８００〜１２００Ｇの遠心力により粒径２０μｍ未満の超微細の金属粉をこれを包含する油と共に除去する第２の浄化段階；とを含む金属加工用水性液の浄化処理方法。
【請求項２】
第２の浄化段階が、ミセル化されていない油分が０．５〜２質量％の量で液内に存在する条件下で行われる請求項１に記載の浄化処理方法。
【請求項３】
第２の浄化段階終了後の金属加工用水性液は、該液の固形分除去後の不揮発分に対して５〜３５質量％の界面活性剤を含有する請求項１又は２に記載の浄化処理方法。
【請求項４】
第２の浄化段階において、粒径５μｍ未満の超微粒の金属粉を除去する請求項１〜３のいずれかに記載の浄化処理方法。
【請求項５】
金属加工水性液を遠心分離器に導入する直前に、油分の内ミセル化されていない油分量を測定し、その値に応じて補充油の添加を第１工程の金属加工水性液に添加する請求項１〜４のいずれかに記載の浄化処理方法。
【請求項６】
金属の加工処理により発生した金属粉を含む、ミセル化切削油を含有する金属加工用水性液から、金属粉を除去する金属加工用水性液の浄化処理方法において、補充油を添加し、この補充油を含む該水性液中の油分の内ミセル化されていない油分の量を０．５質量％以上に調整し、この条件下に、該水性液を遠心分離器に導入し、８００〜１２００Ｇの遠心力により粒径２０μｍ未満の超微細の金属粉をこれを包含する油と共に除去する浄化段階を含むことを特徴とする金属加工用水性液の浄化処理方法。
【請求項７】
ミセル化されていない油分が０．５〜２質量％の量で液内に存在する条件下で行われる請求項６に記載の浄化処理方法。
【請求項８】
浄化段階終了後の金属加工用水性液は、該液の固形分除去後の不揮発分に対して５〜３５質量％の界面活性剤を含有する請求項６又は７に記載の浄化処理方法。
【請求項９】
浄化段階において、粒径５μｍ未満の超微粒の金属粉を除去する請求項６〜８のいずれかに記載の浄化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械工場等における切削、研削等の金属加工工程、金属加工の際に使用された、エマルジョン型又はソリュブル型の水溶性切削油剤の水稀釈液である金属加工用水性液（液中に切削、研削等の金属粉、鉱油等の加工用油分である切削油を含むもの）を浄化処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械工場等における切削、研削工程においては、切削、研削の際に、湿潤、冷却、潤滑さらには防食等の各機能を付与するために切削油（加工用油分）を含む金属加工用水性液が使用される。この加工用水性液には、エマルジョンタイプ（鉱油、界面活性剤等含有）、ソリュブルタイプ（油脂、界面活性剤等含有）が知られている。エマルジョンタイプの切削油剤は水で稀釈して金属加工用水性液とした場合に、乳白色であり、一方ソリュブルタイプの切削油剤は水で稀釈して金属加工用水性液とした場合に、半透明になるものである。この加工用水性液を使用した後は、液には、切削油、油圧・潤滑油等の機械油、と切削、研削金属粉（屑）等を含むこととなる。
【０００３】
従って、金属加工用水性液を再使用するには、浄化処理を行う必要がある。従来から、このような使用済の金属加工用水性液は、ダーティタンクに貯水し、金属粉を沈殿させて除去し、フィルタで濾過して残渣を除き、金属粉等の汚染物を除去していた。しかしながら、このような浄化方法では細かい金属粉を除去することができない。即ち、フィルタの目を細かくすると微細な金属粉の除去は可能であるが、目詰まりが起こしやすく浄化効率が著しく低下するとの問題がある。
【０００４】
特開平７−３２８８８８号公報には、微細な金属粉を除去するために、金属加工液に遠心分離器を用いて遠心力を加え微細な金属粉を除去する方法が開示されている。例えば、３００〜８００Ｇの遠心力を加えられ、粒径が約５〜１０μｍ以上の金属粉が除去できることが記載されている。しかしながら、この方法では、５μｍ未満の超微細な金属粉を除去することは困難である。
【０００５】
遠心分離器を用いて微細な金属粉等の不純物を除去する方法としては、２０００〜１００００Ｇの高遠心力で油水分離や固液分離を行う方法を利用したものも知られている。これは、金属加工用水性液が可溶性油を用いたソリュウション型の場合に使用することができるが、ミセルタイプのエマルジョン型或いはソリュブル型の場合にはミセルが破壊されるとの問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、金属の切削、研削等の金属加工に使用した金属加工用水性液中に含まれる粒径５μｍ以下の微細金属粉を除去することができ、その際加工用水性液の液特性を低下させることがないミセル含有エマルジョン型金属加工用水性液の浄化処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属の切削、研削等の金属の加工処理により発生した金属粉を含む、ミセル化切削油を含有する金属加工用水性液の浄化処理方法であって、上記金属粉を含有する金属加工用水性液から金属粉の一部を沈殿により除去する第１工程、上記金属加工用水性液の液面上に、残りの金属粉の一部を該水性液中に含まれるミセル化されていない油分の一部と共に浮上させ、浮上物を除去する第２工程、及び上記金属粉が除去された金属加工用水性液をろ過により残りの金属粉の一部を除去する第３工程を含む第１の浄化段階；と浄化された金属加工用水性液に、予め又は上記第１の浄化段階のいずれかの工程で補充油を添加して、この補充油を含む該水性液中の油分の内ミセル化されていない油分の量を０．５質量％以上に調整し、この条件下に、該水性液を遠心分離器に導入し、８００〜１２００Ｇの遠心力により粒径２０μｍ未満の超微細の金属粉をこれを包含する油と共に除去する第２の浄化段階；とを含む金属加工用水性液の浄化処理方法にある。
【０００８】
なお、上記切削油は、切削、研削等の金属加工の際に、湿潤、冷却、潤滑さらには防食等の各機能を付与するために加工用油分であり、鉱油（鉱物油）、油脂及び脂肪酸から選択される少なくとも１種からなるものである。切削油を含有するエマルジョンタイプの切削油剤は、切削油として鉱油を必須成分とするものであり、ソリュブルタイプの切削油剤は、切削油として油脂を必須成分とするものである。また、本発明で油という場合、上記切削油、補充油、機械油等のその他の油全てを意味する。
【０００９】
本発明の上記方法は連続的に実施されるのが一般的である。
【００１０】
前記浄化処理方法において、第２の浄化段階のミセル化されていない油分は０．５〜２質量％が好ましい。また、第２の浄化段階における遠心分離器の遠心力が、特に８００〜１０００Ｇであることが好ましい。この遠心力は、一般に金属加工用水性液中のミセルの結合力に応じて、ミセルを分解させない範囲に設定される。さらに第２の浄化段階終了後の金属加工用水性液は、この液の金属粉等の固形分除去後の不揮発分に対して５〜３５質量％の界面活性剤を含有する（エマルジョンタイプ使用時は１５〜３０質量％、ソリュブルタイプ使用時は５〜２０質量％が好ましい）ことが好ましい。第２の浄化段階において、遠心力により粒径２０μｍ未満の金属粉が除去されるが、本発明ではその際粒径５μｍ未満の超微粒子金属粉までも除去される。金属加工用水性液は、通常市販の切削油剤を水で稀釈して使用されるが、その際の切削油剤の含有量、即ち不揮発分は、１〜１０質量％が好ましく、特に２〜５質量％が好ましい。また、補充油の添加は、金属加工水性液を遠心分離器に導入する直前に、油分の内ミセル化されていない油分量を測定し、その値に応じて第１工程の金属加工水性液に添加することが好ましい。
【００１１】
本発明では、補充油は、切削油と同じ鉱油、油脂等であっても良く、また異なっていても良い。補充油は、切削油と異なる鉱油であることが好ましい。即ち、補充油は切削油より金属と親和性の高いものが好ましい。本発明で金属とは一般に少なくともアルミ合金等の軽金属を含むものである。
【００１２】
また本発明は、金属の加工処理により発生した金属粉を含む、ミセル化切削油を含有する金属加工用水性液から、金属粉を除去する金属加工用水性液の浄化処理方法において、補充油を添加し、この補充油を含む該水性液中の油分の内ミセル化されていない油分の量を０．５質量％以上に調整し、この条件下に、該水性液を遠心分離器に導入し、８００〜１２００Ｇの遠心力により粒径２０μｍ未満の超微細の金属粉をこれを包含する油と共に除去する浄化段階を含むことを特徴とする金属加工用水性液の浄化処理方法にもある。
【００１３】
上記方法においても、前記の好ましい態様を適用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、機械工場等における切削、研削等の金属加工工程で、切削、研削の際に使用されるエマルジョン型あるいはソリュブル型（エマルジョン型に比較してアルカノールアミン等の水溶性成分が多い）の金属加工用水性液（水中に切削、研削等の金属粉、切削油等からなる使用済切削油を含むもの）を、粗い金属粉を除去した後、補充油を添加して、液中のミセル化されていない遊離油分を０．５質量％以上含有する条件下で、比較的低遠心力（一般に８００〜１５００Ｇ）で２０μｍ未満、特に５μｍ未満の微粒金属粉まで除去することに特徴を有する。
【００１５】
本発明の浄化処理方法は、例えば下記のように行うことができる。図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に本発明の浄化処理方法を行うための装置の一例を示す。ＴＲＭ（トランスファマシン等からなる切削加工ライン）から排出されたエマルジョン型金属加工用水性液（切削、研削による金属粉、遊離の油（通常浮上油となる）等を含む）が、ダーティタンク（沈殿分離タンク）１に給送される。ミセル化され難い補充油が、通常はＴＲＭの下部のトラフ１３に、油分補充装置１２より添加され、ダーティータンクに送られてくる。ダーティタンクでは、一般に粒径５０μｍ以上の粗大金属粉を沈殿させ、除去する（第１工程）。この工程は、例えば、図２に示すようにタンク底部にスクレーパコンベアを設置し、連続的に沈降する金属粉を除去することができる。沈殿物は、金属粉だけでなく、切削機械の粉塵等の他の不純物も含む。
【００１７】
ダーティタンク１の隣、１次ろ過タンク３と反対側に配置されたオイルスキマータンク２はダーティタンク１とパイプ２ａで連結されており、浮上した油（油脂分を主とし、不純物含む）がオイルスキーマー等で除去される（第２工程）。オイルスキーマータンク２はダーティタンク１と１次ろ過タンクの間に設けられても良い。この工程は、例えば図３の（ｉ）に示すように、表面にマグネットを有する樹脂板ディスクが液の表面に下部を浸しながら回転することにより、表面に付着した浮上オイル等をスクレーパで掻き集めて、除去するものである。或いは（ｉｉ）に示すようにベルトを回転してかき集めても良い。通常、浮上油スラッジはドラム缶に充填される。
【００１８】
上記浮上油は、主として機械等に付着していた油、補充油等に由来するものであるが、切削油（特に鉱油）も含まれる場合がある。これらは、通常金属粉を含むものであるが、水よりも軽いので、金属粉の量、粒径とも小さいものである。浮上油には金属粉だけでなく不純物を多く含むのが一般的である。
【００１９】
上記粗大金属粉、浮上油が除去された金属加工用水性液は、パイプ３ａを介して１次フィルタータンク３に給送され、フィルターでろ過され、主として粒径２０μｍ以上（好ましくは５０μｍ未満）の金属粉が除去される（第３工程）。このろ過工程は、例えば図４に示すようにフィルター上に加工用水性液を導入することにより行われる。ろ液はパイプ４ａを介して１次クリーンタンク４に給送され、貯留される。フィルターは一般に＃８０〜１００（８０〜１００メッシュ）が使用される。なお、この１次クリーンタンク４から処理液の一部をＴＲＭの加工点に供給しても良い。
【００２０】
さらにろ過の精度を高めるために、再度ろ過工程を行う。従って前記第３工程、即ち、１次フィルタータンク３及び１次クリーンタンク４を省略しても良い。上記ろ過された金属加工用水性液は、パイプ５ａを介して２次フィルタータンク５に給送され、フィルターでろ過され、一般に、主として粒径２０μｍ以上（好ましくは５０μｍ未満）の金属粉が除去される（再第３工程）。ろ液はパイプ６ａを介して２次クリーンタンク６に給送される。フィルターは一般に＃１００〜１２０（１００〜１２０メッシュ）が使用される。なお、この２次クリーンタンク５から処理液の一部を、ＴＲＭにワーク着座面洗浄用として供給しても良い。
【００２１】
上記２次クリーンタンク６は、例えば図５及び図６に示す構成を有している。図５に示すように、２次フィルタータンク５からのろ液がパイプ６ａを介して２次クリーンタンク６に給送される。給送された金属加工用水性液（ろ液）の一部は、パイプ１１ａから油分量測定器（液中油分粒子カウンター）１１に送られ、図６に示すＴＲＭ（図１参照）上の油分補充装置１２の電磁バルブ１２ｂに配線１１ｂを介して油分量に関する信号を電送する。この信号に従い（即ち規定の液中の油分量となるよう）、図６の油分補充装置１２から、補充すべき適量の補充油がパイプ１２ａにより給送される。補充油は、ＴＲＭ下部のトラフ１３を介して、ダーティータンク１に給送される。補充油は、使用する切削油剤、使用用途により選択され、一般に金属粉と親和性のある油が好ましいが、切削油を構成する鉱油、油脂、脂肪酸でも良く、また他の油でも良い。以上第１〜３工程が、本発明の第１の処理段階に相当する。
【００２２】
次いで本発明の特徴的部分である第２の処理段階は、例えば下記のように行われる。
【００２３】
パイプ６ａを介して給送された金属加工用水性液（ろ液）は、パイプ７ａを介して連続的に油分（遊離油）を除去するための低速遠心分離器７に給送され、粒径２０μｍ未満の金属粉をこれを包含する油（遊離油であり、主として補充油及び切削油）と共に除去される（第２の浄化段階）。遠心分離器７で処理される金属加工用水性液は、ミセル化されていない補充油等の油０．５質量％以上が液内に浮遊する（これは前記油分量測定器及び油分補充装置により維持される）ものが使用され、そして遠心分離器では８００〜１５００Ｇ（好ましくは８００〜１２００Ｇ、特に８００〜１０００Ｇ）の遠心力により粒径２０μｍ未満（特に粒径５μｍ未満）の金属粉（さらに他の微細粉末を含むこともある）を含有する油が除去される。本発明では、この補充油を含む油分の存在、及び特定の遠心力により、特に粒径５μｍ未満の微細金属粉をそれを包含する補充油等の油分と共に除去することができ、従来にない優位性を有する。
【００２４】
遠心分離器７で除去された金属粉等を含有する油分はパイプ７ｃを介して廃棄用ドラムに送られる。また金属粉等が除去された金属加工用水性液はパイプ７ｂを介して２次クリーンタンク６内に戻される。遠心分離器により処理された金属加工用水性液は、ポンプ１４によりパイプ６ｂを介してＴＲＭに供給される。この遠心分離機７は、一般に、連続的に運転する必要はなく、金属加工用水性液の汚染状態に応じて運転される。
【００２５】
尚、前記ダーティータンクで沈殿した金属粉等、各フィルターで除去した金属粉等は、コンベア１０に送られ、水分除去され、ホッパーから除去される。
【００２６】
本発明の特徴的部分である遠心分離器により処理される対象について図７を参照しながら説明する。
【００２７】
図７には、ＴＲＭから給送されるエマルジョン型金属加工用水性液に含まれる金属粉、浮上油、浮遊油等の状態が拡大模式図として描かれている。液面に浮かんでいるのは浮上油７１であり、前述の通りであり、またエマルジョンを構成するものはミセル７２であり、これは図のように切削油７４（他の油も含む場合あり）が界面活性剤７３で包含された構造を有する。一方、浮遊油７５は微細な金属粉（主として５μｍ未満、特に１μｍ未満の屑）を内包し、界面活性剤が全く或いは殆ど付着していない。浮遊油７５’に一部界面活性剤７３が付着したもの（劣化ミセル）７６も同様の金属粉を含んでいる。独立した微細な金属粉７８も存在し、第１工程〜第３工程が終了した段階では粒径５〜１０μｍのものが主体である。遠心分離器では、ミセル以外の浮遊油、金属粉等が除去され、ほぼミセルだけの良く精製されたエマルジョン型金属加工用水性液が得られる。なお、以上に記載した金属粉は、純粋に金属粉だけでなく、通常金属粉以外の不純物も若干含むものである。
【００２８】
前述のように、本発明では、補充油を含む油分が適当量存在し、主としてこれが微細の金属粉を内包して浮遊油となり、特定の遠心力と相俟って本発明の特徴である微粒子の金属粉の除去を可能にしている。
【００２９】
前記遠心分離器としては、例えば図８に示すような液体分離機を使用することができる。これは、例えばＣＩＮＣ社から入手することができる。流入口８１ａ、８１ｂより金属加工用水性液が導入され、撹拌ゾーン８２で撹拌され、底部の回転翼８３を通してロータ８４内部に送り込まれる。ロータ内部では加工用水性液が自動ポンプの原理で上に向かって押し上げられ、遠心力の作動でローター内部で分離が開始される。重比重排出口８５ａより浄化処理された金属加工用水性液が排出され、低比重排出口８５ｂより微細な金属粉等を含んだ油分が液状で排出される。８６はローター挿入口、８７は空洞部、８８は分離翼、８９は遠心ディスクである。
【００３０】
本発明の方法で使用される、エマルジョン型又はソリュブル型の切削油剤を水で稀釈して使用される金属加工用水性液は、上記方法の分離（特に遠心分離器による）ができるように下記の構成を有する。即ち、切削油が界面活性剤によりミセル形成した金属加工用水性液であって、例えば８００〜１５００Ｇの低遠心力でミセルは破壊されず、２０００Ｇ以上の高遠心力でミセルが破壊されるものである。８００〜１５００Ｇの遠心力での分離の際は、ミセル破壊されずに回収でき、ミセル内の研削油まで浄化したい場合には、例えば２０００Ｇ以上の高遠心力で切削油分を分離除去できるものである。この切削油分のみの除去工程も行うことにより、切削油分のみの添加でも金属加工用水性液を回復させることができる。
【００３１】
上記金属加工用水性液に使用されるエマルジョン型の切削油剤の組成は、例えば
鉱油５０〜８０質量％、油脂及び脂肪酸０〜３０質量％、極圧剤０〜３０質量％、界面活性剤１５〜３５質量％、アルカノールアミン及び無機アルカリ０〜５質量％、有機インヒビター０〜５質量％、防腐剤２質量％以下、非鉄金属防食剤１質量％以下、消泡剤１質量％以下、水０〜１０質量％からなるもの。
【００３２】
上記金属加工用水性液に使用されるソリュブル型の切削油剤の組成は、例えば鉱油０〜３０質量％、油脂及び脂肪酸５〜３０質量％、極圧剤０〜２０質量％、界面活性剤５〜２５質量％、アルカノールアミン及び無機アルカリ１０〜４０質量％、有機インヒビター５〜１０質量％、無機インヒビター０〜１０質量％、防腐剤２質量％以下、非鉄金属防食剤１質量％以下、消泡剤１質量％以下、水５〜４０質量％からなるものである。
【００３３】
上記鉱油としては、金属と親和性の低いものが好ましく、例えばスピンドル油、ダイナモ油を挙げることができる。油脂及び脂肪酸としては、金属との親和性の低いものが好ましく、例えば耐腐敗性を考慮して、合成エステル等を挙げることができる。界面活性剤としては、シンセティックが好ましく、ポリアルキレングリコールを挙げることができる。
【００３４】
本発明では、微細な金属粉を捉えるために補充油を添加している。この補充油はミセル形成が困難な油を使用する必要がある。この補充油としては、金属との親和性が高く、腐敗し難いものが好ましく、粘性を考慮して、鉱油、合成油脂から一般に選択される。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の方法を利用することにより、第１の浄化段階で処理されたエマルジョン型又はソリュブル型金属加工用水性液中の粒径５μｍ以下の微粒金属粉を除去することができ、また微生物の増殖を抑え、切削油成分の劣化、減少を抑えることができる。さらに、その際、加工用水性液のイオン状態の液特性を低下させることがないので、金属加工用水性液を長期に亘り使用することができ、従来に比べて交換時期を大幅に遅らせることができる。
【００３６】
また、特に遠心分離器を高遠心力で用いて、切削油分のみの除去工程も行うことにより、切削油分のみの添加でも金属加工用水性液を回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浄化処理方法を行うための装置の一例である。
【図２】図１のダーティタンクの一例の詳細な図である。
【図３】（ｉ）及び（ｉｉ）は、それぞれ図１のオイルスキマータンクの一例の詳細な図である。
【図４】図１のフィルタータンクの一例の詳細な図である。
【図５】図１の２次クリーンタンク及びその周辺の詳細な図である。
【図６】図１の油分補充装置及びその周辺の図である。
【図７】ＴＲＭから給送されるエマルジョン型金属加工用水性液に含まれる金属粉、浮上油、浮遊油等の状態の拡大模式図である。
【図８】図１の遠心分離器の一例の詳細な図である。
【符号の説明】
１  ダーティタンク
２  オイルスキマータンク
３  １次フィルタータンク
３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、７ｃ、１１ａ  パイプ
４  １次クリーンタンク
５  ２次フィルタータンク
６  ２次クリーンタンク
７  遠心分離器
１０  コンベア
１１  油分量測定器
１１ｂ  配線
１２  油分補充装置
１２ｂ  電磁バルブ
１３  トラフ
１４  ポンプ
７１  浮上油
７２  ミセル
７４  切削油
７３  界面活性剤
７５  浮遊油
７６  劣化ミセル
７８  独立した微細な金属粉
８１ａ、８１ｂ  流入口
８２  撹拌ゾーン
８３  底部の回転翼
８４  ロータ
８４ａ  重比重排出口
８５ｂ  低比重排出口
８６  ローター挿入口
８７  空洞部
８８  分離翼
８９  遠心ディスク
【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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