水性研削・切削液の電気分解処理方法
【課題】切削や研磨機械加工に防錆剤や防腐剤を水に混ぜ合わせて使用する必要がなく、しかも切削性が向上する水性研削・切削液の電気分解処理方法の提供。
【解決手段】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。
【解決手段】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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解処理により水性研削液及び水性切削液を殺菌し、腐敗を防止して異臭の発生を防止するとともに、金属の加工性を向上させる水性研削・切削液の電気分解処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気分解による水処理方法としては、いずれも処理対象の水中に配置した１対の印加電極に交流電極を交互に印加して水の酸化還元電位を下げることによって水を汚染している有機物、無機物の凝集沈殿あるいは浮揚等を促進して水の改質処理をなすものや、交流電解により水素、酸素の微細バブルを発生させ、これが水中に溶存して除菌力を示すとともに、電極周辺に発生する活性酸素によっても除菌力がえられるようにしたものが知られている (特許文献１〜４)。
【０００３】
しかしながら、上述のごとき従来の水処理方法にあっては、長時間水処理を続けるうちに印加電極及び接地電極にスケールが吸着して電極電流値が低下し、処理効率が低下する場合があり、長時間に亘る安定した水処理に解決すべき課題を有していた。
【０００４】
また、電気分解により発生する水素、酸素の微細バルブは、従来の方法では、交流周波数を高周波化し微細なバブルを発生させることが出来るが、例えば３０ＫＨｚ（中心周波数３０ＫＨｚ）、３〜５ＫＨｚの変調で発生バブルの実測値は粒子直径が０．５?程度であったため、錆止め、切削加工中に放出する冷却水は発生した微細バブルの水中滞留時間が限られ、持続時間も短いものであった。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、本発明者は先に、電気分解により発生する水素、酸素の気泡の大きさをナノ単位まで微細化させたナノバブルとし、長時間にわたって殺菌効果が持続する水に対する殺菌性付加処理方法を開発し、切削加工機から排出される水溶性切削液に対して腐敗菌を減少させる効果があることを確認した。
た(特許文献５)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２６１５３０８号公報
【特許文献２】特許第３３２５０８１号公報
【特許文献３】特許第２６２３２０４号公報
【特許文献４】特許第４２９６０３６号公報
【特許文献５】特開２０１０−２０７７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した本発明者による水に対する殺菌性付加処理方法(特許文献５)では、電気分解により発生する水素、酸素の気泡がナノバブルまで微細化され、長時間にわたって殺菌効果を持続する点においては優れているが、長時間にわたって殺菌効果が持続させるために水に、防錆剤や防腐剤を水に混ぜ合わせて使用していた。その結果、原料コストが高くなるとともに、防錆剤や防腐剤が混合された水は、環境の負荷になり、作業者の健康にも有害となるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題にかんがみ、切削や研磨機械加工に防錆剤や防腐剤を水に混ぜ合わせて使用する必要がなく、しかも切削性が向上する水性研削・切削液の電気分解処理方法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述のごとき従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、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・切削液の電気分解処理方法にある。
【００１０】
請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記一対の交流電極板と２つの接地電極板を、それぞれ平板状板材を９０度に折り曲げて、該９０度の角度で互いに隣り合う一対の半電極板部を一体に有する形状の電極板を４枚使用し、前記各電極板をその折り曲げ部を中央側に向けて各半電極板部が放射状に向く配置に並べ、同一円周方向に互いに隣り合う電極板を、定期的に前記交流電極と接地電極とに切り換えることにある。
【００１１】
請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記処理対象水中に、前記電極板の１又は複数の近傍又は該電極板に支持させて、アルミニウム合金板を挿入した状態で前記電気分解処することにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る水性研削・切削液の電気分解処理方法においては、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、この衝撃波によって電気分解により発生した水素・酸素の泡は高周波と衝撃波によりナノバブルにまで小さくなり、実測値で１００nm以下の微少バブルになる事が判明した。
【００１３】
この事によりバブルの水中での滞留時間が長くなり、これに比例してバブルが水中に溶融しているシリカと反応する時間も長くなり、シリカを除去する能力が増大した。
【００１４】
このバブルを含んだ水は殺菌力があり、水性研削・切削液の無臭化の効果がある。このたため、環境の負荷が大きいクーラント液等の薬品が不要となる。
【００１５】
また、本発明では、一対の交流電極板と２つの接地電極板からなる４枚の電極とし、前記一対の交流電極板と２つの接地電極板を、それぞれ平板状板材を９０度に折り曲げて、該９０度の角度で互いに隣り合う一対の半電極板部を一体に有する形状の電極板を４枚使用し、前記各電極板をその折り曲げ部を中央側に向けて各半電極板部が放射状に向く配置に並べたことにより、従来形の３枚電極に比べ、流す電流は同じであり、酸素発生量も同等であるが、水素発生量は３枚電極の１．５倍近くなり、防錆効果は大きい。
【００１６】
これは接地電極の表面積が３枚電極の２倍になった為、単位面積当たりの水素発生量は少なくても面積が増加した分バブル数が増加したものである。実測２０分間の処理で３枚電極では２７，０００ｍｇ／ｌであったが本発明では５４，０００ｍｇ／ｌと２倍であった。
【００１７】
また、本発明方法によれば、一対の交流電極板と２つの接地電極板からなる４枚の電極とし隣り合う電極板を、定期的に前記交流電極と接地電極とに切り換えることにより、長時間の使用であっても印加電極へのスケール付着はほとんど無く、従って長時間に亘って安定した水処理が可能である。
【００１８】
更に本発明では、前記処理対象水中に、前記電極板の１又は複数の近傍又は該電極板に支持させて、アルミニウム合金板を挿入した状態で前記電気分解処することにより、水性研削・切削液として使用するためにろ過処理した際のフィルターで取り除くことができないシリカ成分が除去される。切削液中のシリカを取り除くことにより、切削物の表面粗さが減少し、切削面精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の水処理方法に用いられる水処理装置の一実施例に於ける回路図である。
【図２】本発明方法に使用する電極配置の一例を示す斜視図である。
【図３】同上の制御回路から送出される制御周波数の変化を示すグラフである。
【図４】切削加工機から排出される水溶性切削液に対して本発明を実施した結果を示すグラフである。
【図５】３極電極と４極電極の酸素量の差を表すグラフである。
【図６】３極電極と４極電極の水素量の差を表すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の水性研削・切削液の電気分解処理方法の実施の一例を添付図面を参照しつつ更に詳細に説明する。図１は、本発明の水性研削・切削液の電気分解処理方法を実施する装置の回路図であり、水性研削・切削液を収容する水槽１内の水中に４つの電気分解を起こす白金メッキ板からなる電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄが配置されている。
【００２１】
この４つの電極は２つの電極が接地電極となり他電極２つが交流電極となるようになっており、これらの電極はクリーニングのために３〜５分毎に切り換えられるようになっている。
【００２２】
電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄは、図２に示すように、それぞれ平板状板材を９０度に折り曲げて、該９０度の角度で互いに隣り合う一対の半電極板部２０ａ，２０ｂを一体に有する形状とし、前記各電極板をその折り曲げ部２０ｃを中央側に向けて各半電極板部２０ａ，２０ｂが放射状に向く配置に並べ、同一円周方向に互いに隣り合う半電極板２０ａ，２０ｂの表面が間隔を隔てて向き合う配置としている。
【００２３】
電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄの下側には銅板１９が、これら電極板と接触しない位置に設置されている。また、電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄには、アルミニウム・マグネシウム合金からなるアルミニウム合金板１８がその一部に固定されている。このアルミニウム合金板１８は、必ずしも電極に支持させる必要はなく、その近傍におかれていてもよい。
【００２４】
上記印加電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄと直流電源３の間には可変抵抗４を介して、直流電源からの直流電流を高周波の交流に変換して印加電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄの２つに交流電圧を与え２つは接地電極とする。高周波スイッチ５Ａ，５Ｂにデータセレクタ１０より高周波交流２本と直流１本が接続されているが、カウンタ分周器１７によりデータセレクタ２０の出力切替を行い、接地電極と交流電極を交換し接地電極を交流電極に切り換えることにより、電極に付着したスケールを取りはらっている。
【００２５】
高周波スイッチ６Ａ，６Ｂと高周波スイッチ７Ａ，７Ｂは抵抗９Ａ，９Ｂそれぞれを介して当該データセレクタ２０を経て高周波切換指令を与えるＦＦ回路よりなる高周波切り換え回路１０が接続され、この高周波切換指令回路１０には制御信号に応動して発振周波数が変化する電圧制御発信器（ＶＣＯ）からなる高周波発振回路１１が接続されている。この高周波発振回路１１にはランダム電圧発生器を内蔵した制御回路１２が接続されている。
【００２６】
高周波発振回路１１は可変周波数の発振回路であって、電圧制御発信器（ＶＣＯ）に与えられる制御信号の電圧値によってその発振周波数が制御される。このときの周波数の変動幅は、例えば、中心周波数（３０ＫＨｚ）の上下に３〜５ＫＨｚとしている。尚、この周波数の変動は、５ｍＳ〜１０ｍＳで山・谷間又は山〜山間を１００〜３００ｍＳ毎に発生させることが好ましい。
【００２７】
制御回路１２は前期発振回路１１へその発振周波数を制御するための制御電圧を供給するものである。この制御回路１２はランダム信号発生器を内蔵していて、それが発生するランダム信号に応じて電圧値の変化する制御信号を出力する。図中のシストレジスタ（ＳＦＲ）１３は１６ステージ構成のものであり、その蓄積情報は端子Ｑ０〜Ｑ１５より並列に読み取ることが出来るように構成されている。このシフトレジスタ１３のシフト動作はシフトレジスタ１３の端子ＣＫにパルス発生器（ＰＧ）１４より供給されるシフトパルスによって制御される。パルス発生器１４が反転動作を行い、反転する毎に図２の「ｉ」部分の急激な周波数変動を行っている。
【００２８】
ゲートＧＴは両入力端子に入力される信号が同一であれば"１"、相違すれば"０"の信号を出力する。所謂排他的論理和動作を行うゲートであり、一致検出回路として作用する。このゲートＧＴの入力端子の一方には前期シフトレジスタＳＦＲの偶数ステージ、例えば、第６ステージの端子Ｑ６より出力される信号が、また、他方には奇数ステージ、例えば、第９ステージの端子Ｑ９より出力される信号が各々入力される。このゲートＧＴによる一致検出の結果はシフトレジスタＳＦＲの端子Ｄより最下位の第０ステージへ入力される。この情報を逐次上位へシフトして行くことによってシフトレジスタ１３内に乱数情報が蓄えられる。
【００２９】
このシフトレジスタ１３内に蓄えられた乱数情報は、適当に選択された約半数のステージから抵抗器１によって取り出される。本実施例に於いては、第１、第３、第８、第１０、第１２〜１５の各ステージから信号を取り出している。抵抗器ｒはこれら各ステージの端子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ８、Ｑ１０、Ｑ１２〜Ｑ１５を共通の接続点Ａに接続している。この接続点Ａは発振回路１１を構成する電圧制御発振器（ＶＣＯ）に接続されている。また一方、電圧制御発振器（ＶＣＯ）はパルス発生器(ＰＧ)１４に接続されている。
【００３０】
従って、これら各ステージに蓄積された乱数情報のパターンが変化すると、高レベルと低レベルとに接続される抵抗器ｒの合成値が夫々変化するため、接続点Ａの電圧がこれに応じて変動してランダム信号が作成される。接続点Ａの電圧は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１によりゆるやかな変動になるが、パルス発生器１４からの信号により急激な上下変動が起こる。この動作はＣＰＵにより再現できる。
【００３１】
パルス発生器１４は例えば５Ｈｚを中心周波数とする連続パルスを送出するパルス発生器であって、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に入力される信号の電圧値に従って繰返しパルスの周期が変化するように構成されている。この周波数の変動範囲は中心周波数の上下に夫々数KHz程度のものとなっている。このパルス発生器１４のＡ端子には、前記接続点Ａの電圧が抵抗器Ｒ５を介して与えられる。従って、このパルス発生器１４はシフトレジスタＳＦＲによるランダム信号に応じてそのパルス繰返し周期が変動することになる。シフトレジスタＳＦＲはこのパルス発生器１４の出力をシフトパルスとして用いている。従って、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に出力される制御信号はその電圧値、変動周期共に全くランダムに変化することになるとともに、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ４により、接続点Ａの出力が図３に示す急変化部分「ｉ」を作り出している。
【００３２】
ここで、この制御回路１２に於いては制御信号をシフトレジスタ１３の約半数のステージに蓄積された乱数情報のパターンを利用して作成しており、その採用ステージにも偏りがあり、更に前述のようにシフトレジスタ１３の入力情報として、偶数、奇数の各々から１ステージずつ選ばれた情報の一致検出結果を用いているため、ゆるやかな変動電圧値が急上昇して急降下するような極めて変動の激しい部分が頻繁に現れ、この時に衝撃波が発生する。水中での衝撃波の測定は難しいため、空気中で超音波帯域のスピーカーを接続し、スピーカーの入力電圧は一定のレベルで変動はないが、１ｍ離れた地点で超音波の音圧を測定すると、音圧計の指針は大きく急激に振れ約１０〜２０ｄｂの変動があり、衝撃波の発生が確認できる。なお、水中では、処理中の水のステンレス容器外側でも微弱ながら振動を確認できる。また、短期間で同一の変化パターンを繰り返すようなことはない。
【００３３】
上述のように構成された水処理装置の直流電源３のスイッチがオンされると、該制御回路１２が上述のように動作してランダム信号に対応した制御信号が高周波発振回路１１に送出され、発振周波数が制御されてランダムに変化する。そして高周波発信回路から高周波切換指令回路１０にランダムに変化する高周波信号が与えられる。高周波切換指令回路１０にランダムな高周波信号が与えられると、当該高周波切換指令回路から高周波の切換指令が出され、第１、第２と１つの接地信号が高周波スイッチ５Ａ、５Ｂに与えられ一対の交流信号が高周波スイッチでＯＮ、ＯＦＦされ、ランダムに変化する高周波交流が形成され、水中に配置されている電極板２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの一対に交互に印加され２つの電極は接地されるほか、銅板１９は電極に接続されていないが、微小な電流が流れ、溶解される。
【００３４】
ここで、高周波発振回路１１から送出される発振周波数は、図３に示すようにその電圧値及びその電圧値の持続時間が全くランダムに変化するとともに、電圧値が急上昇してから急降下する極めて激しく変動する部分を頻繁に含んでいる。
【００３５】
高周波発信回路１１から送出される高周波発振周波数がランダムに変動する本発明方法と変動しない従来方法を電源電圧４０Ｖ以下で水道水に適用して比較してみたところ、本発明方法に於ける電極表面への白い付着物は従来方法よりも顕著に少ないことが肉眼で確認されたほか、電極の底の部分に電気分解により析出された沈殿物が落ちていることが確認された。
【００３６】
本発明方法(４電極)と、特許文献１に示されている３電極との酸素及び水素の発生量を比較した結果、酸素発生量は図５に示すように、違いがなかった。
【００３７】
一方磯発生量は、図６に示すように、本発明による４電極がはるかに多量の水素発生が確認できた。
抗菌力試験
【００３８】
試験方法：２００ｍｌの精製水をビーカーに取り、装置を取り付けて３０分通電した。この水をサンプルとし、対照に精製水を用いた。減菌試験管に試験液９ｍｌを取り、そこへ手よりの分離菌（gram陽性 球菌）１ｍｌ加えよく混合し、３７℃恒温とした。
【００３９】
この試験液を２時間、２４時間後標準寒天及びＰｏｔａｔｏ ｄｅｘｔｒｏｓｅで生菌数を測定した。結果は表１に示す如くであった。
表１
腐敗菌試験
【００４０】
切削加工機から排出される水溶性切削液に対して本発明を実施した結果、図４に示す如くであった。
【００４１】
この試験結果から腐敗菌への効果が大きいことが判明した。
切削加工精度の向上
【００４２】
本発明方法による研削及び切削水を使用すると、研削、切削の加工面の精度が向上することが実験によって判明した。
【００４３】
通常使用する水道水などの水に含まれているＳｉ元素は、ケイ酸イオンＳｉＯ３２−及びコロイド状シリカＳｉＯ２の状態であり、０．１μのフィルターを使用することによってコロイド状シリカＳｉＯ２大部分は除去されるが、それより小さい微小なシリカはフィルターでは取り除けない。
【００４４】
本方法においては、電極近傍にアルミニウム合金板を置くことにより、アルミニウム合金板が溶解し、ケイ酸イオンＳｉＯ３２−を吸着して共沈する。このようにしてシリカを共沈させることによって切削液中のシリカが除去され、これによって切削面の粗さが小さくなり、面精度が向上する。
【００４５】
上述のごとく、本発明方法によれば、印加電極及び接地電極への付着物が生じ難く、従って長時間に亘って安定した処理が可能となった。また、本発明によれば、コンパクトで効率的、かつ安価な装置によって実施が可能であり、設備費のコストダウンが図られる。
【００４６】
このほか、交流電極反転により、水素、酸素のバブルが小さくなり、交流周波数を変えることにより調整できる。衝撃発生により、バブル発生量が調整でき、また、処理時間の調整によってもバブル発生量が調整できる。
【００４７】
尚、低周波交流で除菌データを調べた結果、効果はなかった。その原因はバブルの大きさが１００μｍと大きいためであった。例えば３０ＫＨｚで０．５〜０．１μｍのバブルを発生させることができ、２リットルの水を２０分処理することで酸素・水素のバブル数は２７，０００／ｍｌが計測され、この処理水は２４時間経過後にバブルを計測して２６，０００／ｍｌと減衰量は少ない。８リットルの水を６時間処理すると酸素・水素のバブル数は８４４，０００／ｍｌと非常に大量になる。
【００４８】
また、２リットルの水を３０ＫＨｚで２０分処理した場合のバブル数２７，０００／ｍｌが、衝撃波変調有りでは５４，０００／ｍｌと大量になる。バブルの大きさは０．５〜０．１μｍと変化はなかった。
【符号の説明】
【００４９】
１ 水入り容器
２Ａ,２Ｂ, 電極板
３ 直流電源
４ 可変抵抗
５Ａ,５Ｂ 第１、第２高周波スイッチ
６Ａ,６Ｂ，７Ａ,７Ｂ, トランジスタ
９Ａ,９Ｂ, 抵抗
１０ フリップフロップ（FF）、高周波切り換え回路
１１ 高周波発振器
１２ 制御回路
１３ シフトレジスタ
１４ パルス発生器
１８ アルミニウム合金板
１９ 銅板
２０ａ，２０ｂ 半電極板部
２０ｃ 折り曲げ部
Ａ 接続点
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ
Ｒ５、Ｒ４、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６ 抵抗
Ｔｒ１ トランジスタ
ＶＲ１ 可変抵抗器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解処理により水性研削液及び水性切削液を殺菌し、腐敗を防止して異臭の発生を防止するとともに、金属の加工性を向上させる水性研削・切削液の電気分解処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気分解による水処理方法としては、いずれも処理対象の水中に配置した１対の印加電極に交流電極を交互に印加して水の酸化還元電位を下げることによって水を汚染している有機物、無機物の凝集沈殿あるいは浮揚等を促進して水の改質処理をなすものや、交流電解により水素、酸素の微細バブルを発生させ、これが水中に溶存して除菌力を示すとともに、電極周辺に発生する活性酸素によっても除菌力がえられるようにしたものが知られている (特許文献１〜４)。
【０００３】
しかしながら、上述のごとき従来の水処理方法にあっては、長時間水処理を続けるうちに印加電極及び接地電極にスケールが吸着して電極電流値が低下し、処理効率が低下する場合があり、長時間に亘る安定した水処理に解決すべき課題を有していた。
【０００４】
また、電気分解により発生する水素、酸素の微細バルブは、従来の方法では、交流周波数を高周波化し微細なバブルを発生させることが出来るが、例えば３０ＫＨｚ（中心周波数３０ＫＨｚ）、３〜５ＫＨｚの変調で発生バブルの実測値は粒子直径が０．５?程度であったため、錆止め、切削加工中に放出する冷却水は発生した微細バブルの水中滞留時間が限られ、持続時間も短いものであった。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、本発明者は先に、電気分解により発生する水素、酸素の気泡の大きさをナノ単位まで微細化させたナノバブルとし、長時間にわたって殺菌効果が持続する水に対する殺菌性付加処理方法を開発し、切削加工機から排出される水溶性切削液に対して腐敗菌を減少させる効果があることを確認した。
た(特許文献５)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２６１５３０８号公報
【特許文献２】特許第３３２５０８１号公報
【特許文献３】特許第２６２３２０４号公報
【特許文献４】特許第４２９６０３６号公報
【特許文献５】特開２０１０−２０７７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した本発明者による水に対する殺菌性付加処理方法(特許文献５)では、電気分解により発生する水素、酸素の気泡がナノバブルまで微細化され、長時間にわたって殺菌効果を持続する点においては優れているが、長時間にわたって殺菌効果が持続させるために水に、防錆剤や防腐剤を水に混ぜ合わせて使用していた。その結果、原料コストが高くなるとともに、防錆剤や防腐剤が混合された水は、環境の負荷になり、作業者の健康にも有害となるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題にかんがみ、切削や研磨機械加工に防錆剤や防腐剤を水に混ぜ合わせて使用する必要がなく、しかも切削性が向上する水性研削・切削液の電気分解処理方法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述のごとき従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、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・切削液の電気分解処理方法にある。
【００１０】
請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記一対の交流電極板と２つの接地電極板を、それぞれ平板状板材を９０度に折り曲げて、該９０度の角度で互いに隣り合う一対の半電極板部を一体に有する形状の電極板を４枚使用し、前記各電極板をその折り曲げ部を中央側に向けて各半電極板部が放射状に向く配置に並べ、同一円周方向に互いに隣り合う電極板を、定期的に前記交流電極と接地電極とに切り換えることにある。
【００１１】
請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記処理対象水中に、前記電極板の１又は複数の近傍又は該電極板に支持させて、アルミニウム合金板を挿入した状態で前記電気分解処することにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る水性研削・切削液の電気分解処理方法においては、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、この衝撃波によって電気分解により発生した水素・酸素の泡は高周波と衝撃波によりナノバブルにまで小さくなり、実測値で１００nm以下の微少バブルになる事が判明した。
【００１３】
この事によりバブルの水中での滞留時間が長くなり、これに比例してバブルが水中に溶融しているシリカと反応する時間も長くなり、シリカを除去する能力が増大した。
【００１４】
このバブルを含んだ水は殺菌力があり、水性研削・切削液の無臭化の効果がある。このたため、環境の負荷が大きいクーラント液等の薬品が不要となる。
【００１５】
また、本発明では、一対の交流電極板と２つの接地電極板からなる４枚の電極とし、前記一対の交流電極板と２つの接地電極板を、それぞれ平板状板材を９０度に折り曲げて、該９０度の角度で互いに隣り合う一対の半電極板部を一体に有する形状の電極板を４枚使用し、前記各電極板をその折り曲げ部を中央側に向けて各半電極板部が放射状に向く配置に並べたことにより、従来形の３枚電極に比べ、流す電流は同じであり、酸素発生量も同等であるが、水素発生量は３枚電極の１．５倍近くなり、防錆効果は大きい。
【００１６】
これは接地電極の表面積が３枚電極の２倍になった為、単位面積当たりの水素発生量は少なくても面積が増加した分バブル数が増加したものである。実測２０分間の処理で３枚電極では２７，０００ｍｇ／ｌであったが本発明では５４，０００ｍｇ／ｌと２倍であった。
【００１７】
また、本発明方法によれば、一対の交流電極板と２つの接地電極板からなる４枚の電極とし隣り合う電極板を、定期的に前記交流電極と接地電極とに切り換えることにより、長時間の使用であっても印加電極へのスケール付着はほとんど無く、従って長時間に亘って安定した水処理が可能である。
【００１８】
更に本発明では、前記処理対象水中に、前記電極板の１又は複数の近傍又は該電極板に支持させて、アルミニウム合金板を挿入した状態で前記電気分解処することにより、水性研削・切削液として使用するためにろ過処理した際のフィルターで取り除くことができないシリカ成分が除去される。切削液中のシリカを取り除くことにより、切削物の表面粗さが減少し、切削面精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の水処理方法に用いられる水処理装置の一実施例に於ける回路図である。
【図２】本発明方法に使用する電極配置の一例を示す斜視図である。
【図３】同上の制御回路から送出される制御周波数の変化を示すグラフである。
【図４】切削加工機から排出される水溶性切削液に対して本発明を実施した結果を示すグラフである。
【図５】３極電極と４極電極の酸素量の差を表すグラフである。
【図６】３極電極と４極電極の水素量の差を表すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の水性研削・切削液の電気分解処理方法の実施の一例を添付図面を参照しつつ更に詳細に説明する。図１は、本発明の水性研削・切削液の電気分解処理方法を実施する装置の回路図であり、水性研削・切削液を収容する水槽１内の水中に４つの電気分解を起こす白金メッキ板からなる電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄが配置されている。
【００２１】
この４つの電極は２つの電極が接地電極となり他電極２つが交流電極となるようになっており、これらの電極はクリーニングのために３〜５分毎に切り換えられるようになっている。
【００２２】
電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄは、図２に示すように、それぞれ平板状板材を９０度に折り曲げて、該９０度の角度で互いに隣り合う一対の半電極板部２０ａ，２０ｂを一体に有する形状とし、前記各電極板をその折り曲げ部２０ｃを中央側に向けて各半電極板部２０ａ，２０ｂが放射状に向く配置に並べ、同一円周方向に互いに隣り合う半電極板２０ａ，２０ｂの表面が間隔を隔てて向き合う配置としている。
【００２３】
電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄの下側には銅板１９が、これら電極板と接触しない位置に設置されている。また、電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄには、アルミニウム・マグネシウム合金からなるアルミニウム合金板１８がその一部に固定されている。このアルミニウム合金板１８は、必ずしも電極に支持させる必要はなく、その近傍におかれていてもよい。
【００２４】
上記印加電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄと直流電源３の間には可変抵抗４を介して、直流電源からの直流電流を高周波の交流に変換して印加電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄの２つに交流電圧を与え２つは接地電極とする。高周波スイッチ５Ａ，５Ｂにデータセレクタ１０より高周波交流２本と直流１本が接続されているが、カウンタ分周器１７によりデータセレクタ２０の出力切替を行い、接地電極と交流電極を交換し接地電極を交流電極に切り換えることにより、電極に付着したスケールを取りはらっている。
【００２５】
高周波スイッチ６Ａ，６Ｂと高周波スイッチ７Ａ，７Ｂは抵抗９Ａ，９Ｂそれぞれを介して当該データセレクタ２０を経て高周波切換指令を与えるＦＦ回路よりなる高周波切り換え回路１０が接続され、この高周波切換指令回路１０には制御信号に応動して発振周波数が変化する電圧制御発信器（ＶＣＯ）からなる高周波発振回路１１が接続されている。この高周波発振回路１１にはランダム電圧発生器を内蔵した制御回路１２が接続されている。
【００２６】
高周波発振回路１１は可変周波数の発振回路であって、電圧制御発信器（ＶＣＯ）に与えられる制御信号の電圧値によってその発振周波数が制御される。このときの周波数の変動幅は、例えば、中心周波数（３０ＫＨｚ）の上下に３〜５ＫＨｚとしている。尚、この周波数の変動は、５ｍＳ〜１０ｍＳで山・谷間又は山〜山間を１００〜３００ｍＳ毎に発生させることが好ましい。
【００２７】
制御回路１２は前期発振回路１１へその発振周波数を制御するための制御電圧を供給するものである。この制御回路１２はランダム信号発生器を内蔵していて、それが発生するランダム信号に応じて電圧値の変化する制御信号を出力する。図中のシストレジスタ（ＳＦＲ）１３は１６ステージ構成のものであり、その蓄積情報は端子Ｑ０〜Ｑ１５より並列に読み取ることが出来るように構成されている。このシフトレジスタ１３のシフト動作はシフトレジスタ１３の端子ＣＫにパルス発生器（ＰＧ）１４より供給されるシフトパルスによって制御される。パルス発生器１４が反転動作を行い、反転する毎に図２の「ｉ」部分の急激な周波数変動を行っている。
【００２８】
ゲートＧＴは両入力端子に入力される信号が同一であれば"１"、相違すれば"０"の信号を出力する。所謂排他的論理和動作を行うゲートであり、一致検出回路として作用する。このゲートＧＴの入力端子の一方には前期シフトレジスタＳＦＲの偶数ステージ、例えば、第６ステージの端子Ｑ６より出力される信号が、また、他方には奇数ステージ、例えば、第９ステージの端子Ｑ９より出力される信号が各々入力される。このゲートＧＴによる一致検出の結果はシフトレジスタＳＦＲの端子Ｄより最下位の第０ステージへ入力される。この情報を逐次上位へシフトして行くことによってシフトレジスタ１３内に乱数情報が蓄えられる。
【００２９】
このシフトレジスタ１３内に蓄えられた乱数情報は、適当に選択された約半数のステージから抵抗器１によって取り出される。本実施例に於いては、第１、第３、第８、第１０、第１２〜１５の各ステージから信号を取り出している。抵抗器ｒはこれら各ステージの端子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ８、Ｑ１０、Ｑ１２〜Ｑ１５を共通の接続点Ａに接続している。この接続点Ａは発振回路１１を構成する電圧制御発振器（ＶＣＯ）に接続されている。また一方、電圧制御発振器（ＶＣＯ）はパルス発生器(ＰＧ)１４に接続されている。
【００３０】
従って、これら各ステージに蓄積された乱数情報のパターンが変化すると、高レベルと低レベルとに接続される抵抗器ｒの合成値が夫々変化するため、接続点Ａの電圧がこれに応じて変動してランダム信号が作成される。接続点Ａの電圧は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１によりゆるやかな変動になるが、パルス発生器１４からの信号により急激な上下変動が起こる。この動作はＣＰＵにより再現できる。
【００３１】
パルス発生器１４は例えば５Ｈｚを中心周波数とする連続パルスを送出するパルス発生器であって、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に入力される信号の電圧値に従って繰返しパルスの周期が変化するように構成されている。この周波数の変動範囲は中心周波数の上下に夫々数KHz程度のものとなっている。このパルス発生器１４のＡ端子には、前記接続点Ａの電圧が抵抗器Ｒ５を介して与えられる。従って、このパルス発生器１４はシフトレジスタＳＦＲによるランダム信号に応じてそのパルス繰返し周期が変動することになる。シフトレジスタＳＦＲはこのパルス発生器１４の出力をシフトパルスとして用いている。従って、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に出力される制御信号はその電圧値、変動周期共に全くランダムに変化することになるとともに、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ４により、接続点Ａの出力が図３に示す急変化部分「ｉ」を作り出している。
【００３２】
ここで、この制御回路１２に於いては制御信号をシフトレジスタ１３の約半数のステージに蓄積された乱数情報のパターンを利用して作成しており、その採用ステージにも偏りがあり、更に前述のようにシフトレジスタ１３の入力情報として、偶数、奇数の各々から１ステージずつ選ばれた情報の一致検出結果を用いているため、ゆるやかな変動電圧値が急上昇して急降下するような極めて変動の激しい部分が頻繁に現れ、この時に衝撃波が発生する。水中での衝撃波の測定は難しいため、空気中で超音波帯域のスピーカーを接続し、スピーカーの入力電圧は一定のレベルで変動はないが、１ｍ離れた地点で超音波の音圧を測定すると、音圧計の指針は大きく急激に振れ約１０〜２０ｄｂの変動があり、衝撃波の発生が確認できる。なお、水中では、処理中の水のステンレス容器外側でも微弱ながら振動を確認できる。また、短期間で同一の変化パターンを繰り返すようなことはない。
【００３３】
上述のように構成された水処理装置の直流電源３のスイッチがオンされると、該制御回路１２が上述のように動作してランダム信号に対応した制御信号が高周波発振回路１１に送出され、発振周波数が制御されてランダムに変化する。そして高周波発信回路から高周波切換指令回路１０にランダムに変化する高周波信号が与えられる。高周波切換指令回路１０にランダムな高周波信号が与えられると、当該高周波切換指令回路から高周波の切換指令が出され、第１、第２と１つの接地信号が高周波スイッチ５Ａ、５Ｂに与えられ一対の交流信号が高周波スイッチでＯＮ、ＯＦＦされ、ランダムに変化する高周波交流が形成され、水中に配置されている電極板２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの一対に交互に印加され２つの電極は接地されるほか、銅板１９は電極に接続されていないが、微小な電流が流れ、溶解される。
【００３４】
ここで、高周波発振回路１１から送出される発振周波数は、図３に示すようにその電圧値及びその電圧値の持続時間が全くランダムに変化するとともに、電圧値が急上昇してから急降下する極めて激しく変動する部分を頻繁に含んでいる。
【００３５】
高周波発信回路１１から送出される高周波発振周波数がランダムに変動する本発明方法と変動しない従来方法を電源電圧４０Ｖ以下で水道水に適用して比較してみたところ、本発明方法に於ける電極表面への白い付着物は従来方法よりも顕著に少ないことが肉眼で確認されたほか、電極の底の部分に電気分解により析出された沈殿物が落ちていることが確認された。
【００３６】
本発明方法(４電極)と、特許文献１に示されている３電極との酸素及び水素の発生量を比較した結果、酸素発生量は図５に示すように、違いがなかった。
【００３７】
一方磯発生量は、図６に示すように、本発明による４電極がはるかに多量の水素発生が確認できた。
抗菌力試験
【００３８】
試験方法：２００ｍｌの精製水をビーカーに取り、装置を取り付けて３０分通電した。この水をサンプルとし、対照に精製水を用いた。減菌試験管に試験液９ｍｌを取り、そこへ手よりの分離菌（gram陽性 球菌）１ｍｌ加えよく混合し、３７℃恒温とした。
【００３９】
この試験液を２時間、２４時間後標準寒天及びＰｏｔａｔｏ ｄｅｘｔｒｏｓｅで生菌数を測定した。結果は表１に示す如くであった。
表１
腐敗菌試験
【００４０】
切削加工機から排出される水溶性切削液に対して本発明を実施した結果、図４に示す如くであった。
【００４１】
この試験結果から腐敗菌への効果が大きいことが判明した。
切削加工精度の向上
【００４２】
本発明方法による研削及び切削水を使用すると、研削、切削の加工面の精度が向上することが実験によって判明した。
【００４３】
通常使用する水道水などの水に含まれているＳｉ元素は、ケイ酸イオンＳｉＯ３２−及びコロイド状シリカＳｉＯ２の状態であり、０．１μのフィルターを使用することによってコロイド状シリカＳｉＯ２大部分は除去されるが、それより小さい微小なシリカはフィルターでは取り除けない。
【００４４】
本方法においては、電極近傍にアルミニウム合金板を置くことにより、アルミニウム合金板が溶解し、ケイ酸イオンＳｉＯ３２−を吸着して共沈する。このようにしてシリカを共沈させることによって切削液中のシリカが除去され、これによって切削面の粗さが小さくなり、面精度が向上する。
【００４５】
上述のごとく、本発明方法によれば、印加電極及び接地電極への付着物が生じ難く、従って長時間に亘って安定した処理が可能となった。また、本発明によれば、コンパクトで効率的、かつ安価な装置によって実施が可能であり、設備費のコストダウンが図られる。
【００４６】
このほか、交流電極反転により、水素、酸素のバブルが小さくなり、交流周波数を変えることにより調整できる。衝撃発生により、バブル発生量が調整でき、また、処理時間の調整によってもバブル発生量が調整できる。
【００４７】
尚、低周波交流で除菌データを調べた結果、効果はなかった。その原因はバブルの大きさが１００μｍと大きいためであった。例えば３０ＫＨｚで０．５〜０．１μｍのバブルを発生させることができ、２リットルの水を２０分処理することで酸素・水素のバブル数は２７，０００／ｍｌが計測され、この処理水は２４時間経過後にバブルを計測して２６，０００／ｍｌと減衰量は少ない。８リットルの水を６時間処理すると酸素・水素のバブル数は８４４，０００／ｍｌと非常に大量になる。
【００４８】
また、２リットルの水を３０ＫＨｚで２０分処理した場合のバブル数２７，０００／ｍｌが、衝撃波変調有りでは５４，０００／ｍｌと大量になる。バブルの大きさは０．５〜０．１μｍと変化はなかった。
【符号の説明】
【００４９】
１ 水入り容器
２Ａ,２Ｂ, 電極板
３ 直流電源
４ 可変抵抗
５Ａ,５Ｂ 第１、第２高周波スイッチ
６Ａ,６Ｂ，７Ａ,７Ｂ, トランジスタ
９Ａ,９Ｂ, 抵抗
１０ フリップフロップ（FF）、高周波切り換え回路
１１ 高周波発振器
１２ 制御回路
１３ シフトレジスタ
１４ パルス発生器
１８ アルミニウム合金板
１９ 銅板
２０ａ，２０ｂ 半電極板部
２０ｃ 折り曲げ部
Ａ 接続点
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ
Ｒ５、Ｒ４、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６ 抵抗
Ｔｒ１ トランジスタ
ＶＲ１ 可変抵抗器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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・切削液の電気分解処理方法。
【請求項２】
前記一対の交流電極板と２つの接地電極板を、それぞれ平板状板材を９０度に折り曲げて、該９０度の角度で互いに隣り合う一対の半電極板部を一体に有する形状の電極板を４枚使用し、前記各電極板をその折り曲げ部を中央側に向けて各半電極板部が放射状に向く配置に並べ、同一円周方向に互いに隣り合う電極板を、定期的に前記交流電極と接地電極とに切り換える請求項１に記載の水性研削・切削液の電気分解処理方法。
【請求項３】
前記処理対象水中に、前記電極板の１又は複数の近傍又は該電極板に支持させて、アルミニウム合金板を挿入した状態で前記電気分解処する請求項１又は２に記載の水性研削・切削液の電気分解処理方法。
【請求項１】
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・切削液の電気分解処理方法。
【請求項２】
前記一対の交流電極板と２つの接地電極板を、それぞれ平板状板材を９０度に折り曲げて、該９０度の角度で互いに隣り合う一対の半電極板部を一体に有する形状の電極板を４枚使用し、前記各電極板をその折り曲げ部を中央側に向けて各半電極板部が放射状に向く配置に並べ、同一円周方向に互いに隣り合う電極板を、定期的に前記交流電極と接地電極とに切り換える請求項１に記載の水性研削・切削液の電気分解処理方法。
【請求項３】
前記処理対象水中に、前記電極板の１又は複数の近傍又は該電極板に支持させて、アルミニウム合金板を挿入した状態で前記電気分解処する請求項１又は２に記載の水性研削・切削液の電気分解処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４６９３６（Ｐ２０１３−４６９３６Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５５５９（Ｐ２０１１−１８５５５９）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００２０２００６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００２０２００６）
【Ｆターム（参考）】
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