はじめに
製造業における切削加工では，切削液が冷却や潤滑，加工精度の向上，工具寿命の延長など，重要な役割を担っている．しかし，効率的な生産だけでなく，環境負荷の低減も求められるようになり，これまでの使用方法や管理に加え，新たな技術やアプローチが必要とされている．特に，SDGs（持続可能な開発目標）やカーボンニュートラルの実現に向けた取組みが進む中で，切削液も環境規制への対応や廃液処理負担の軽減といった課題に直面している．
こうした背景の中で注目されるのが水溶性切削油である．冷却性や非引火性といった特長から，工具技術の進化に伴う高能率加工の要求に応える一方，劣化や異臭の発生，管理の手間，廃液処理コストといった課題がある．これらを背景に，環境に優しい技術やソリューションが求められており，アルカリイオン水は薬品を使用せず冷却性や洗浄性，防錆性を備える点で有望視されている．
弊社はアルカリイオン水生成装置のメーカーとして，こうした課題解決に向けた取組みを進めている．本稿では，アルカリイオン水の特長や活用事例を交え，切削加工現場での環境改善や生産性向上の可能性を紹介する．
1．アルカリイオン水とは
アルカリイオン水は，水の電気分解によって生成される環境に優しい電解水である．図1に，弊社の高pHアルカリイオン水生成装置による電気分解の仕組みを示す．食品添加物としても使用される炭酸カリウムを電解質として添加した水を電気分解し，pH13.2という高pH値を持つアルカリイオン水が生成される．高pHアルカリイオン水は，機能性が高いだけでなく，濃縮された状態で生成されるため，希釈して使用することが可能であり，持ち運びや保管の際の取扱いが容易になる．弊社のアルカリイオン水は皮膚刺激テストにおいて医師の所見に基づき安全性が確認されており，作業者も安心して使用できる．
（1）浸透性の高さ
アルカリイオン水の表面張力は非常に低い．図2に，アルカリイオン水（pH13.2）と水酸化カリウム水溶液（pH13.2）の表面張力を比較した結果を示す．このグラフから，アルカリイオン水の表面張力が低いことが確認されており，加工面や狭い箇所への浸透性が高い点が特長である．
アルカリイオン水は，優れた熱伝導性を持つため，工具や加工部品の冷却に有効である．図3に，水道水とアルカリイオン水（pH13.2）を熱した鉄板に注いだ際の温度低下の速度を比較した結果を示す．このグラフから，2秒後には110℃の差が生じていることがわかり，冷却性能の高さが実証される．
アルカリイオン水は，汚れを取り囲むマイナスイオンを含んでおり，再付着を防ぐ特長を持つ．図4にアルカリイオン水の再付着防止効果を模式的に示す．汚れは一般的にプラスに帯電しているが，アルカリイオン水のマイナスイオンが汚れを浮上させる．また，壁面もマイナスイオンで覆われるため，反発作用により，汚れが壁面に再付着しない．
高pHアルカリイオン水は優れた除菌効果を持ち，特に夏場に増殖しやすい腐敗菌を抑制することが可能である．この特長により，工業用途での液体の腐敗防止にも寄与する．
2．高pHアルカリイオン水の工業用途での効果
前述のアルカリイオン水の特長を活かし，切削液に混ぜて使用することで，主に以下のような効果が得られる．
（1）加工効率の向上
工具先端部の冷却能が向上するため，効率的な切削や研削が可能となる．加工中に発生する摩擦熱を迅速に吸収するため，加工中の過熱を抑え，高温による焼けや変形といった加工欠陥のリスクを軽減する．また，工具のチッピングや構成刃先を抑制し，加工精度の向上に寄与する．
特に難削材の加工では，高温強度が高く熱伝導率の低い材料が多いため，アルカリイオン水の冷却性能が有効である．さらに，研削加工では，研削屑が高温で軟化し刃先に付着するのを防ぐ効果があり，砥石の目詰まりを抑制することで，加工の安定性が向上する．
（2）液寿命延長と油剤コスト削減
高pHアルカリイオン水は切削液の腐敗を防ぎ，液寿命を延ばすことで交換頻度を減らし，悪臭を防ぐことで作業環境の改善にも寄与する．また，浸透性の向上により油の持ち出し量が減少し，補充量削減にも効果がある．これらにより，廃液処理の負担や油剤コスト低減に貢献する．
（3）設備清掃性の向上
アルカリイオン水は浸透性が高いため，加工機のタンクに蓄積した汚れに対して優れた洗浄力を発揮する．これにより，油汚れやスラッジが効果的に除去され，清掃効率が向上する．さらに，再付着防止効果により，新たな汚れが配管や加工機の窓に付着するのを防ぐことができる．これにより，長期的に設備が清潔な状態を維持でき，スラッジの状態が改善されるため，清掃作業がより容易になる．
3．高pHアルカリイオン水の実用例（事例1～4）
4．自動ミキシング装置を用いた切削液管理技術へ
アルカリイオン水は前述の活用事例から，切削液の性能をさらに向上させるポテンシャルが見いだされている．一方で，現場では切削液の作製や補充作業が手間であり，効率的な管理が課題となっている．これらの課題を解決し，アルカリイオン水の効果を最大限に引き出すために，弊社は自動ミキシング装置を開発した．
弊社の自動ミキシング装置は，水，アルカリイオン水，切削油の3種類の液体を効率的にミキシングすることで，希釈濃度だけでなく任意のpHに調整することが可能である．この技術により，切削液の作製や補充作業が簡略化され，手作業の負担が大幅に軽減し，切削油原液のロス削減に寄与する．
さらに独自の撹拌技術により，ミキシング装置は混ざりにくいエマルジョン系切削液でも効率的に均一な混合を行うことが可能である．特に，油の粒子径を細かく分散させることで，切削液の性能を最大限に引き出すことができる．図5に，手混ぜとミキシング装置で3分間希釈撹拌後一晩放置したエマルジョン系切削液の状態，さらにアルカリイオン水を使用して希釈撹拌した場合の液の状態を比較した写真を示す．手混ぜでは分離が見られる一方，ミキシング装置で作成した液は均一であり，アルカリイオン水を併用することで透明度が向上し，油の粒子径がさらに細かく分散していることが確認できる．これにより，工具寿命の延長や加工精度の向上が期待できるほか，切削液の品質を安定させ，その能力を飛躍的に向上させることで，現場での管理負担の軽減や生産性向上にも寄与する．今後，各加工機のタンクの水量を管理し，自動で切削液を供給するシステムの導入も予定している．
おわりに
アルカリイオン水は，その冷却性や浸透性，再付着防止効果などにより，切削加工現場で多くの効果を発揮してきた．さらに，弊社の自動ミキシング装置と併用することで，これまで以上に高品質で安定した切削液の提供が可能となり，現場での生産性向上や課題解決に貢献できると考えている．
私たちはアルカリイオン水と自動ミキシング装置を組み合わせた技術を通じて，環境負荷を低減しつつ，効率的かつ持続可能な加工環境を提供することを目指している．今後も技術の進化を追求し，切削加工現場の未来を支える存在であり続けたい．
