特許 6239489 水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239489

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 57/00 20060101AFI20171120BHJP

   C02F 1/46 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   B24B57/00

   C02F1/46 Z

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-230308(P2014-230308)

(22)【出願日】2014年11月13日

(65)【公開番号】特開2016-93858(P2016-93858A)

(43)【公開日】2016年5月26日

【審査請求日】2016年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】504327498

【氏名又は名称】横浜マシンサービス有限会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076255

【弁理士】

【氏名又は名称】古澤 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100177895

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 一範

(72)【発明者】

【氏名】世古 納美

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 忠彦

【審査官】 須中 栄治

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−１１７１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１３６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６１８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００６８６３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０４６９３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ５７／００−５７／０２

Ｃ０２Ｆ１／４６

Ｂ２３Ｑ１１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水を還元槽に入れて還元電極に還元電位を印加し、電気分解処理をして還元水とする水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置において、
前記還元電極に印加するパルス電圧を得るためのパルス信号を発振するＰＷＭ発振回路と、
このＰＷＭ発振回路で発生したパルス信号を対をなす前記還元電極に印加するために波形整形する波形整形回路と、
前記パルス電圧のピーク値を制御するための駆動直流電源と、
前記パルス電圧に重畳するフラットな直流電圧を得るための重畳直流電源と、
前記パルス電圧に略フラットな直流電圧を重畳して前記還元電極に印加するための駆動回路と
を具備したことを特徴とする水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置。

【請求項2】

還元槽に還元電極の他にコモン電極を設け、このコモン電極と駆動回路のコモン端子間に電流検出回路を接続し、この電流検出回路の両端に増幅回路を介して切換え回路に接続し、この切換え回路によりＰＷＭ発振回路と、駆動直流電源と、重畳直流電源とを、前記増幅回路に選択的に接続するようにしたことを特徴とする請求項１記載の水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置。

【請求項3】

切換え回路は、ＰＷＭ発振回路と重畳直流電源と駆動直流電源のいずれか１つの選択又はＰＷＭ発振回路と重畳直流電源と駆動直流電源のいずれか２つ以上の組み合わせの選択をするように構成したことを特徴とする請求項２記載の水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研削機械加工時に用いられる水溶性切削・研削液を、効率よく生成又は再生するための還元電位の発生装置に関するもので、さらに詳しくは、水を電気分解処理して還元水とすることにより、殺菌と、優れた機械加工性能を保持させ、さらに、使用済みの水溶性切削・研削液を再生するための水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

切削、研削機械加工には、冷却、潤滑、切屑流しなどを目的として切削・研削液が使用される。
この切削・研削液は、油性と水溶性に大別される。油性液は、鉱物油を基油とし潤滑性に優れるが、火災、廃棄時の環境汚染の問題、使用時のべたつきなどがある。これに対し、水溶性液は、大半が水であり、上記油性の問題点が少なく有利である。
しかし、水溶性液には、ある程度のべたつきがあり、加工機械を汚したり、一定時間の使用により細菌が発生して皮膚にかぶれが発生したり、腐敗して異臭を発生したりして、作業者によっても、また、廃棄の際の環境への悪影響もある。

【0003】

優れた特性を有する水溶性切削・研削液とするために、水道水、工業用水（地下水）若しくはこれらの軟水化したもの又は使用済み液を、電気分解処理をして還元水にすると、殺菌、腐敗防止、加工性の向上となる。
還元水と鉱物油を比較すると以下の通りである。
１．気化熱：還元水５８６ｃａｌ／ｇ、鉱物油９０ｃａｌ／ｇ以下、エタノール９３ｃａｌ／ｇで、還元水が断然優れている。
２．比熱：還元水１．００ｃａｌ／ｇ・ｄｅｇ、鉱物油０．４４ｃａｌ／ｇ・ｄｅｇ、エタノール０．５７ｃａｌ／ｇ・ｄｅｇで、還元水が最も温まりにくく、冷めにくい。
３．熱伝導率：還元水０．５１Ｗ／ｍ／Ｋ、鉱物油０．１２Ｗ／ｍ／Ｋ、エタノール０．１８Ｗ／ｍ／Ｋで、還元水が最も熱を伝えやすい。
このように、還元水は、気化熱、比熱、熱伝導率の何れにおいても鉱物油より数値が大きく切削・研削液として優れた性質を有している。

【0004】

電気分解により還元水を得る方法として、特許文献１に示す方法が知られている。この特許文献１記載の方法によれば、対象とする水性研削・切削液中に、一対の交流電極板と２つの接地電極板を挿入し、該交流電極に交流電源を通電させて高周波交流により電気分解処理を行うに際し、交流の発振周波数約５〜１００ＫＨｚを中心に変動幅±３〜５ＫＨｚのＦＭ変調をかけ、ランダム信号発生器を内蔵した装置で、ゆるやかな上下周波数変動中に急激に周波数上昇又は下降の変化する部分をもたらすことによって電界干渉を発生させ衝撃波を作り、上記電気分解により発生する水素量を多くするとともにナノバブルまで小さくした酸素を発生させることを特徴としてなる水性研削・切削液の電分解処理方法としている。

【0005】

本発明人等が従来のパルス電圧を印加して次の条件で酸化還元電位の経時変化を測定したところ、図５の特性曲線Ｏで示す結果が得られた。なお、パルス電圧の印加は、水に浸透性と親和性を付加する。
条件
・容器：アルカリ水製造装置
・水：軟水
・水量：１６０リットル
・室温：２５℃
・パルス波：１０ｋＨｚ、１５Ｖ、５Ａ
この特性曲線Ｏから明らかなように、１２０分で約−２００ｍＶとなり、この値で略収束し、それ以上の時間をかけてもほとんど下降しなかった。
このように、電気分解処理によって水溶性切削・研削液を殺菌するとともに、元の加工性能を生成するために、所定の還元電位を得るのに長時間を要するという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−４６９３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明者は、種々研究を重ねて、水を、還元電位−１５０ｍＶ〜−３００ｍＶで電気分解した水溶性切削・研削液を使用することが望ましいとの知見を得た。
解決しようとする問題点は、水から水溶性切削・研削液を生成し、また、殺菌、腐敗防止、加工性の向上のため電気分解処理をして還元水とするために、従来のパルス電圧だけを印加する方法では、−１５０ｍＶを得るのに９０分以上、−２００ｍＶを得るのに１２０分以上を要し、−２５０〜−３００ｍＶには、極めて長い時間を要していた。
本発明は、可能な限り短時間で所定の還元電位を得ることのできる装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、水道水、工業用水（地下水）若しくはこれらの軟水化したもの又は使用済みの水溶性切削・研削液を還元槽１８に入れて還元電極１９に還元電位を印加し、電気分解処理をして還元水とする水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置において、
前記還元電極１９に印加するパルス電圧を得るためのパルス信号を発振するＰＷＭ発振回路１０と、
このＰＷＭ発振回路１０で発生したパルス信号を対をなす前記還元電極１９に印加するために波形整形する波形整形回路１１と、
前記パルス電圧のピーク値を制御するための駆動直流電源１４と、
前記パルス電圧に重畳するフラットな直流電圧を得るための重畳直流電源１３と、
前記パルス電圧に略フラットな直流電圧を重畳して前記還元電極１９に印加するための駆動回路１２と
を具備したことを特徴とする。

【0010】

還元槽１８に還元電極１９の他にコモン電極２０を設け、このコモン電極２０と駆動回路１２のコモン端子間に電流検出回路１５を接続し、この電流検出回路１５の両端に増幅回路１６を介して切換え回路１７に接続し、この切換え回路１７によりＰＷＭ発振回路１０と、駆動直流電源１４と、重畳直流電源１３とを、前記増幅回路１６に選択的に接続する。
前記切換え回路１７は、ＰＷＭ発振回路１０と重畳直流電源１３と駆動直流電源１４のいずれか１つの選択又はＰＷＭ発振回路１０と重畳直流電源１３と駆動直流電源１４のいずれか２つ以上の組み合わせの選択をするように構成することができる。

【発明の効果】

【0013】

請求項１記載の発明によれば、
水を還元槽に入れて還元電極に還元電位を印加し、電気分解処理をして還元水とする水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置において、
前記還元電極に印加するパルス電圧を得るためのパルス信号を発振するＰＷＭ発振回路と、
このＰＷＭ発振回路で発生したパルス信号を対をなす前記還元電極に印加するために波形整形する波形整形回路と、
前記パルス電圧のピーク値を制御するための駆動直流電源と、
前記パルス電圧に重畳する略フラットな直流電圧を得るための重畳直流電源と、
前記パルス電圧に略フラットな直流電圧を重畳して前記還元電極に印加するための駆動回路と
を具備したしたので、簡単、かつ、容易に水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置を得ることができる。

【0014】

請求項２記載の発明によれば、
還元槽に還元電極の他にコモン電極を設け、このコモン電極と駆動回路のコモン端子間に電流検出回路を接続し、この電流検出回路の両端に増幅回路を介して切換え回路に接続し、この切換え回路によりＰＷＭ発振回路と、駆動直流電源と、重畳直流電源とを、前記増幅回路に選択的に接続するようにしたので、還元電極に流れる電流が増加したり、減少したりした場合に、デューティ比、重畳する略フラットな直流電圧、駆動電圧のピーク値のいずれかの選択的な制御により、還元電極の駆動電流を一定値に保持することができる。

【0015】

請求項３記載の発明によれば、
切換え回路は、ＰＷＭ発振回路と重畳直流電源と駆動直流電源のいずれか１つの選択又はＰＷＭ発振回路と重畳直流電源と駆動直流電源のいずれか２つ以上の組み合わせの選択をするように構成したので、使用する水溶性切削・研削液の性質、目的の還元電位を得るまでの時間の長短等に応じて選択的な組み合わせを変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明による水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置の実施例１を示す電気回路ブロック図である。

【図2】図１において、ＰＷＭ発振回路１０でパルス幅を制御したときの各部の出力波形図である。

【図3】図１において、重畳直流電源１３で重畳電圧ｖ２を制御したときの各部の出力波形図である。

【図4】図１において、駆動直流電源１４で駆動電圧ｖ１を制御したときの各部の出力波形図である。

【図5】本発明の水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置による特性曲線Ｐと、従来の方法による特性曲線Ｏの比較図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明は、
水を還元槽１８に入れて還元電極１９に還元電位を印加し、電気分解処理をして還元水とする水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生方法において、前記還元電極１９にパルス電圧に直流電圧を重畳して印加する。
具体的一例として、パルス電圧は、周波数５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ、デューティ比３０〜８０％で、重畳する略フラットな直流電圧は、１０〜３０Ｖで、駆動電圧のピークは、５０Ｖ以下とする。

【0018】

本発明は、
水溶性切削・研削液を還元槽１８に入れて還元電極１９に還元電位を印加し、電気分解処理をして還元水とする水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置において、
前記還元電極１９に印加するパルス電圧を得るためのパルス信号を発振するＰＷＭ発振回路１０と、
このＰＷＭ発振回路１０で発生したパルス信号を対をなす前記還元電極１９に印加するために波形整形する波形整形回路１１と、
前記パルス電圧のピーク値を制御するための駆動直流電源１４と、
前記パルス電圧に重畳する略フラットな直流電圧を得るための重畳直流電源１３と、
前記パルス電圧に略フラットな直流電圧を重畳して前記還元電極１９に印加するための駆動回路１２と
を具備している。

【0019】

前記還元槽１８に還元電極１９の他にコモン電極２０を設け、このコモン電極２０と駆動回路１２のコモン端子間に電流検出回路１５を接続し、この電流検出回路１５の両端に増幅回路１６を介して切換え回路１７に接続し、この切換え回路１７によりＰＷＭ発振回路１０と、駆動直流電源１４と、重畳直流電源１３とを、前記増幅回路１６に選択的に接続する。
また、前記切換え回路１７は、ＰＷＭ発振回路１０と重畳直流電源１３と駆動直流電源１４のいずれか１つの選択又はＰＷＭ発振回路１０と重畳直流電源１３と駆動直流電源１４のいずれか２つ以上の組み合わせの選択をするように構成する。

【実施例1】

【0020】

図１において、本発明の水溶性切削・研削液生成用還元電位の発生装置は、ＰＷＭ（パルス幅制御）発振回路１０と、波形整形回路１１と、駆動回路１２と、重畳直流電源１３と、駆動直流電源１４と、電流検出回路１５と、増幅回路１６と、切換え回路１７と、還元槽１８とからなる。

【0021】

前記ＰＷＭ発振回路１０は、図２（ａ）に示すようなパルス（脈流）信号を発振し、発振周波数ｆは、５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの範囲で調整でき、かつ、オン、オフのデューティ比ｄは、０から１００％の範囲で調整できるものとする。
前記波形整形回路１１は、図２（ｂ）に示すように、前記ＰＷＭ発振回路１０のパルス信号を奇数番目のパルス信号ｂ−１と偶数番目のパルス信号ｂ−２に分離する。
前記重畳直流電源１３は、パルス信号に重畳するための略フラットな直流電圧ｖ１を出力する。
前記駆動直流電源１４は、パルス信号のピーク電圧ｖ１を制御する。
前記駆動回路１２は、駆動直流電源１４で設定したパルス電圧ｖ１に重畳直流電源１３で設定した略フラットな直流電圧ｖ２を重畳して、図２（ｃ）のｃ−１とｃ−２に示すように、互いに１８０度の位相のずれた信号として出力する。

【0022】

前記還元槽１８は、２個を１対とする還元電極１９が互いに対峙して設けられ、これらの還元電極１９の間にコモン電極２０が設けられる。これらの還元電極１９は、２個１対に限られず、多数個を対としたものであってもよい。
前記駆動回路１２のコモン端子ｃ−０と前記コモン電極２０の間に抵抗などからなる電流検出回路１５が挿入され、この電流検出回路１５の両端に、増幅回路１６が接続され、この増幅回路１６の出力側には、切換え回路１７を介して前記ＰＷＭ発振回路１０と、前記重畳直流電源１３と、前記駆動直流電源１４が選択的に接続され、この切換え回路１７により、デューティ比ｄと、電圧値ｖ２と、電圧値ｖ１を選択的に切換える。

【0023】

次に本発明の作用を説明する。
還元槽１８に水を入れて回路のスイッチを入れて電気分解を開始する。この水には、水道水、工業用水（地下水）若しくはこれらの水を市販の軟水化装置で軟水化したもののような薬品の混ぜ物を添加しない水が用いられる。
水 軟水
水量 １６０リットル
室温 ２４℃
ＰＷＭ発振回路１０は、例えば、１０ｋＨｚで、デューティ比５０％のパルス信号を出力するものとする。このパルス信号は、波形整形回路１１にて奇数番目のパルス信号ｂ−１と偶数番目のパルス信号ｂ−２に分離され、駆動回路１２に送られる。パルス電圧の印加は、水に浸透性と親和性を付加するためである。
前記重畳直流電源１３では、１０〜２４Ｖの略フラットな直流電圧ｖ２を設定し、駆動回路１２へ送る。
前記駆動直流電源１４は、前記パルス信号に直流電圧ｖ２を重畳したときのピーク値ｖ１が４８Ｖとなるように設定して駆動回路１２に送る。
この駆動回路１２のパルス信号に略フラットな直流電圧１０〜２４Ｖを重畳した図２（ｃ）ｃ−１とｃ−２に示す電圧が２つの還元電極１９間に印加される。

【0024】

還元槽１８内の水溶性切削・研削液に、パルス電圧に略フラットな直流電圧１０〜２４Ｖを重畳した電圧が印加されたときの酸化還元電位の経時的変化を測定すると、図５の特性曲線Ｐが得られた。この特性曲線Ｐによれば、６０分で目的の−２５０ｍＶが得られた。また、６０分を過ぎても少しずつ還元電位が降下する。

【0025】

水溶性切削・研削液は、切削・研削液として使用をすることにより、還元電極１９の腐食や汚れが発生し、還元電極１９に流れる電流が減少し、図５の点線曲線Ｑのように還元電位が＋の方向に移行してくる。この還元電極１９に流れる電流の減少は、電流検出回路１５にて検出され、増幅回路１６を介して切換え回路１７に信号を送る。この切換え回路１７にてＰＷＭ発振回路１０を選択したものとすると、ＰＷＭ発振回路１０でパルス幅を広くするようにデューティ比を大きくして電流を増やすように制御して図５の曲線Ｐに近づける。電流は、上げ過ぎると危険を伴うので、５Ａを上限とする。
逆に何らかの原因で駆動回路１２の駆動電流が増加した場合には、電流検出回路１５で検出し，増幅回路１６，切換え回路１７を介してＰＷＭ発振回路１０でパルス幅を狭くして電流を減らす。このようにして駆動電流を一定値に保つ。

【0026】

図２は、電流の変化をパルス信号のデューティ比（パルス幅）で制御するようにしたが、図３の例では、重畳電圧ｖ２で制御する例を示している。すなわち、還元電極１９の腐食や汚れが発生し、還元電極１９に流れる電流が減少し、図５の点線曲線Ｑのように還元電位が＋の方向に移行してくる。この還元電極１９に流れる電流の減少は、電流検出回路１５にて検出され、増幅回路１６を介して切換え回路１７に信号を送る。この切換え回路１７にて重畳直流電源１３を選択したものとすると、ピーク電圧ｖ１はそのままで、重畳直流電源１３で重畳電圧ｖ２を上げて電流を増やすように制御して図５の曲線Ｐに近づける。電流は、上げ過ぎると危険を伴うので、５Ａを上限とすることは、前記同様である。
逆に何らかの原因で駆動回路１２の駆動電流が増加した場合には、電流検出回路１５で検出し，増幅回路１６，切換え回路１７を介して重畳直流電源１３で重畳電圧ｖ２を下げて電流を減らす。このようにして駆動電流を一定値に保つ。

【0027】

図４は、駆動電圧ｖ１で制御するさらに他の例を示している。すなわち、還元電極１９の腐食や汚れが発生し、還元電極１９に流れる電流が減少し、図５の点線曲線Ｑのように還元電位が＋の方向に移行してくる。この還元電極１９に流れる電流の減少は、電流検出回路１５にて検出され、増幅回路１６を介して切換え回路１７に信号を送る。この切換え回路１７にて駆動直流電源１４を選択したものとすると、重畳直流電源１３の重畳電圧ｖ２はそのままで、ピーク電圧ｖ１を上げて電流を増やすように制御して図５の曲線Ｐに近づける。電流は、上げ過ぎると危険を伴うので、５Ａを上限とすることは、前記同様である。
逆に何らかの原因で駆動回路１２の駆動電流が増加した場合には、電流検出回路１５で検出し，増幅回路１６，切換え回路１７を介して駆動直流電源１４で駆動電圧ｖ１を下げて電流を減らす。このようにして駆動電流を一定値に保つ。

【0028】

前記実施例では、駆動電流を一定に保つために、パルス信号のデューティ比（パルス幅）で制御する方法、重畳電圧ｖ２で制御する方法、ピーク電圧ｖ１で制御する方法のいずれか単独の方法としたが、いずれか２以上の組み合わせ、すなわち、（１）パルス信号のデューティ比（パルス幅）で制御する方法と、重畳電圧ｖ２で制御する方法の組み合わせの方法、（２）パルス信号のデューティ比（パルス幅）で制御する方法と、ピーク電圧ｖ１で制御する方法の組み合わせの方法、（３）重畳電圧ｖ２で制御する方法と、ピーク電圧ｖ１で制御する方法の組み合わせの方法、（４）パルス信号のデューティ比（パルス幅）で制御する方法と、重畳電圧ｖ２で制御する方法と、ピーク電圧ｖ１で制御する方法のすべての組み合わせの方法とすることもできる。

【0029】

前記実施例では、水は、水道水、工業用水（地下水）若しくはこれらの軟水化したものを用いたが、ストレートな水に限られず、また、現在切削・研削に使用されているクーラント液であってもよい。また、現に使用されている水溶性切削・研削液（水に、エマルジョン、ソリュブル、ソリューション、シンセティックなどを混合希釈したもの）の性能回復としても用いることもできる。更に、防錆目的で低級な環境規制に抵触しないアミンを添加したものであってもよい。

【符号の説明】

【0030】

１０…ＰＷＭ発振回路、１１…波形整形回路、１２…駆動回路、１３…重畳直流電源、１４…駆動直流電源、１５…電流検出回路、１６…増幅回路、１７…切換え回路、１８…還元槽、１９…還元電極、２０…コモン電極。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】