研削液：種類、用途、ベストプラクティス

I.研削液の要件

研削液は主に、研削温度を下げ、加工面の品質を向上させ、研削効率を高め、砥石の寿命を延ばし、工作物の焼け、割れ、熱変形を避けるために使用される。研削効果を向上させるという観点から、研削液は以下の機能を果たすべきである：

1.冷却効果

研削液の冷却効果は、主に研削ゾーンから研削熱を除去し、研削温度を低下させる。

2.潤滑効果

研削液は、砥粒とワーク表面の間に浸透し、金属表面に付着して潤滑膜を形成し、砥粒とワーク表面の摩擦を低減し、砥石の切削性能を向上させ、より小さな表面粗さ値を得ることができる。

3.洗浄と切り屑のフラッシング効果

研削液は流動性が高く、切り屑や落下した砥粒を切り屑排出溝から速やかに洗い流すことができる。

4.防錆効果

研削液に防錆剤を添加することで、金属表面に保護膜を形成し、工作物や機械を一定期間錆から守ることができる。

上記の効果に加え、研削液には、無毒性、無臭、皮膚への刺激がないこと、腐食性がないこと、化学的に安定であること、腐敗や劣化が起こりにくいこと、発泡しにくいこと、廃液の処理やリサイクルが容易であること、環境汚染を避けることなども求められる。

添加剤は、油性添加剤、極圧添加剤、防錆剤、消泡添加剤、乳化剤など、研削液の性能を向上させるために一般的に使用されている。

一般的な流体供給方法には、注湯法、高圧冷却法、内部冷却供給法、超音波供給法、ホイール含浸法などがある。

II.研削液の種類と用途

研削液には多くの種類があるが、一般的に水溶性研削液と油溶性研削液に大別される。水溶性研削液はさらに、エマルジョン、透明水溶液、電解質水溶液に分けられる。

水溶性研削液の主成分は水で、他の添加剤が加えられている。冷却効果に優れ、調製が容易でコストパフォーマンスに優れ、公害を引き起こしにくい。

油溶性研削油の主成分は、ほとんどが鉱物油である。一般的な鉱油は、低粘度または中粘度の鉱油に防錆剤を添加したものである。例えば、機械油、軽油、灯油には潤滑性を高めるために脂肪酸が添加される。

さらに、硫黄、塩素、リンなどの元素を含む極圧添加剤が研削液に添加され、極圧油が形成される。この極圧油は、浸透性と潤滑性に優れ、小さな表面粗さ値を必要とするプロセスに適している。

油溶性研削液は密着性が良く、空気を遮断することができ、研削領域での酸化や加水分解などの好ましくない化学反応を防ぐことができる。例えば、CBN砥石は高温で水と反応しやすいので、CBN砥石による高速研削には油溶性研削液を使用すべきである。

油溶性研削液は、研削速度と研削速度を向上させるために使用され、特にCBNホイール研削に適しています。残留鉱物油から作られた油溶性研削液は、一般的にクーラントや潤滑油として使用され、高温条件下では急速に老化します。適切な砥石品質の選択により、油溶性研削液はほとんどの研削作業に適応することができます。

合成油溶性研削油剤は、良好な特性と経時安定性を有し、低粘度での引火点が高く、高生産性の研削工程に適している。従来の油溶性研削油剤に比べ、合成研削油剤のコストは約2倍である。

1.油溶性研削液の利点

• 潤滑性能が高いため、必要な動力も少なくて済む。
• 同じパワーで2倍の粉砕率。
• ホイールの摩耗が少なく、ドレッシング間隔が延長。
• 高い表面品質。
• 適切な機械処理で定期的に清潔に保つことができる。
• 基本的にメンテナンスフリー。
• 殺生物剤を含まず、細菌や真菌の侵入を受けにくい。

2.油溶性研削液の欠点

• 可燃性および爆発性（0.6%～7%の体積分率で空気と混合した場合）。
• マシンは完全に密閉されていなければならない。
• オイルミスト抽出装置と防爆扉を備えていること。
• 二酸化炭素消火システムを装備しなければならない。
• 熱放散が少ないため、クーラントと潤滑油の量が2倍必要になる。
• シール、パイプ、ケーブルは耐油性でなければならない。

表 1 に各種研削油剤の性能比較を、表 2 に一般的な研削油剤の組成、性状、使用上の注意を示す。

表1 各種研削液の性能比較

表 2 一般的な研削液の組成、性能および使用方法

III.固体粉砕剤

上記の研削液に加えて、難削材を研削するための補助剤として固体研削剤が使用されることがある。固形研削剤は、主に研削砥石の充填剤として使用される。例えば、氷晶石を砥石の充填材として使用すると、ステンレス鋼の研削で良好な結果が得られる。黒鉛、二硫化タングステン、二硫化モリブデンも固体研削剤として使用できる。

例えば、合金含有量の多い工具鋼を研削する場合、研削が難しくなり、特に乾式研削では、加工物に火傷やクラックが発生しやすくなる。これに対処するため、乾式研削の前に二硫化モリブデンとアルコールの混合物を砥石に染み込ませることができる。これにより、加工部品の表面品質を向上させ、研削効率を2倍高めることができる。一般に、浸漬工程は簡単で、低コストであり、促進しやすい。

二硫化モリブデンは、研削液の潤滑能力を高めるために、切削加工用の添加剤としても使用できます。機械油や灯油に、二硫化モリブデン10%と中性石鹸4%～5%の質量分率で添加することができる。

IV.研削液の正しい使用法

• 研削液は、砥石と工作物の接触部分に直接かけること。
• 冷却効果を得るために、研削液の流量は十分で、砥石の研削幅全体に均等に噴射されるべきである。
• 研削液は、良好な洗浄作用を達成し、研削屑が研削領域で砥石表面に詰まるのを防ぐために、適切な圧力で研削領域に注入する必要があります。
• 研削液が研削盤から飛散しないよう、スプラッシュガードを適切に設置する。
• フルードレベルを一定に保つ 切削油剤 タンクだ。
• 研削液は定期的に清潔に保ち、切削液中の研削屑や砥粒の含有量を最小限に抑える必要がある。劣化した切削液は速やかに交換すること。超精密研削には、専用のろ過装置を使用することができる。
• 研削液のスムーズな流れを確保し、研削屑による液通路の詰まりを防いでください。詰まった研削屑は速やかに取り除いてください。
• 液体タンクに異物を入れないでください。
• 夏場は、エマルジョンがワークや機械テーブルの表面を腐食しないよう、特に注意してください。エマルジョンの濃度が高くなることがあります。
• 研削液が目に入らないようにし、特に研削液に含まれる亜硝酸ナトリウムの摂取や吸入を避けること。健康を守るために注意してください。
• 環境意識を養う。

V.研削液の供給方法

研削中、研削液が研削領域に入りにくいことがよくある。その主な理由は、研削砥石が回転すると、砥石の周囲にも回転気流が発生するからである。回転数が高ければ高いほど、気流の影響は大きくなる。さらに、砥石ガードの障害物が気流の動圧を増加させます。

1) 一般的な研削液の供給方法は注湯である。注液方法の効果を高めるために、次のような対策がとられることが多い：

• ノズルを研削ゾーンにできるだけ近づける。
• ノズルにホイールガードやエアフローディフレクターを取り付ける。
• 研削液の流量を増やす。一般的に、流量は1mm幅あたり0.5L/minを下回ってはならない。高速研削の場合、砥石の回転数が上がれば、供給量もそれに応じて増やす必要があり、2～3L/minを下回ってはならない。
• ホイールガードは液剤の供給効果を低下させることが多いので、ノズルの位置をできるだけガード開口部から離すか、ガード構造を改善する必要がある。

2) 高速研削時には、砥石周囲の気流も増加する。液剤の供給効果を高めるために、次のような対策がとられることが多い：

• 研削液の供給量とスプレー圧を上げる。
• 出口幅を適切に広げながら、ノズル出口の接触面積を減らす。これにより、スプレー速度と冷却範囲が向上し、高速気流による液剤の飛散も抑えることができます。
• スプレーの方向を調整する。

VI.研削液のろ過方法

研削液は定期的に清浄に保つ必要がある。研削中に発生する切粉や遊離砥粒などの不純物は、研削液に含まれる。 研削工程 研削液の劣化を引き起こし、加工物の品質や加工面に傷をつけるだけでなく、環境衛生にも影響を与える。

特に、高い精度と低い表面粗さが要求される研削では、研削液のろ過と浄化に対する要求がますます厳しくなっている。一般的な濾過精製装置には、金属メッシュ沈降フィルター、遠心フィルター、マグネットフィルター、ペーパーフィルター、サイクロンセパレーターなどがある。様々な研削液浄化装置を表3に示す。

表 3 各種研削液浄化装置

フィルタータイプ		サイクロンセパレーター	磁気フィルター	ペーパーフィルター	遠心フィルター	金属メッシュ沈殿フィルター
浄化性能	浄化能力/(L/min)	12.5～100	25～100	<25	<50
	精製率（%）	95	興奮した99歳、 興奮しない 87
	粒子径/μm	3～40	<74	2～10		>100
経済効果	消費電力/kW	0.6～1.1	0.12	0.12	0.17
	切削油剤の使用時間	ロング	比較的長い	ロング	ショート	最短
	フィルター素材	消費なし		高い消費
	設備費	比較的低い	比較的高い	比較的高い	比較的高い	低い
床面積		スペース不要	スペース不要	比較的少ない	比較的少ない	比較的少ない
ノイズ		なし	わずか	なし	比較的高い	なし
非磁性不純物の濾過可能性		可能	不可能	可能	可能
媒体の粘度が非常に高い場合のろ過の可能性		不可能	可能	可能	可能
継続性		可能	可能	不可能	シフトごとに1回清掃	シフトごとに1回清掃
構造の複雑さ		シンプル	コンプレックス	比較的複雑	コンプレックス
フローロス		比較的大きい	比較的大きい	大型	比較的小さい

VII.研削液の使用における問題とその解決策

研削液の使用中に、期待した結果が得られなかったり、表面粗さ値が高い、砥石の寿命が短い、加工能率が低いなどの予期せぬ問題が発生することが多い。また、研削液の腐食、工作物や機械の錆などの研削液の管理上の問題や、作業者が皮膚炎を起こすなどの安全衛生上の問題もある。これらの問題が発生した場合、表4を参考に原因を分析し、対策を講じる。

表4 研削液の使用における問題点とその対策