JP2510240B2 - 放電加工液 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （従来の技術） 放電加工法にはワイヤー放電加工法と型彫り放電加工
法がある。これらはいずれも電極と被加工物の間隙を絶
縁性に富む加工液で満たし、間隙で発生する火花放電に
よって加工する加工法である。ワイヤー放電加工法にお
いては、被加工物とワイヤー電極との対向面積が小さい
ことから加工液の絶縁性が多少悪化しても安定な放電状
態を維持できること、また加工域に順次新しいワイヤー
電極が供給されるため電極消耗率をそれほど低く抑える
必要がなく、よって水系の難燃性加工液が広く使用され
ている。一方型彫り放電加工法においては電極と被加工
物間の対向面積が大きいことから安定な放電加工状態を
持続させるためには加工液の絶縁性に細心の注意を払う
必要があること、また電極消耗が大きいと電極形状が変
化したりエッジ部ぶダレを生じ被加工物の仕上り精度の
悪化につながることから電極消耗率についても出来るだ
け低く抑える必要がある。また加工量自体もワイヤー放
電加工と比較して桁違いに大きいので充分な加工速度が
得られることが要求され、また加工面の仕上りも重要な
ファクターである。

今までにも型彫り放電加工用の水系難燃性放電加工液
の検討が数多く行われており、特許出願もなされてい
る。例えば、特開昭58−181900号および特開昭56−4533
1号公報には灯油に水と非イオン性界面活性剤を添加し
たW/Oエマルジョン型の放電加工液が開示されており、
また特開昭61−4623号公報にはエチレンオキサイドプロ
ピレンオキサイド共重合体（以下、EOPOと略記する）と
水との混合物であって、比重が1.0より大きく、共重合
体の割合が22〜30重量％の放電加工液が開示されてい
る。この加工液では、電極消耗率が鉱油単独の場合と同
程度となり、また加工速度は30％ポリエチレングリコー
ル溶液の場合と同等以上になると述べられている。その
他、特開昭62−236623号、同62−236624号および同62−
236625号の各公報には、アルコキシオキシエチレン誘導
体を水に0.5〜85％含有させた加工液が開示されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかし、電極消耗率、加工速度、加工面仕上り性、お
よび放電安定性を粗加工から仕上げ加工全域にわたって
総合的に評価すると、従来から広く使用されている鉱油
系放電加工液に優る水系加工液はまだ実用化されていな
いのが現状である。

鉱油系放電加工液はその優れた絶縁性と適度な冷却性
によって一定の水準の加工速度を示し電極消耗率も低い
という特徴を有しているが、可燃性物質であるため絶え
ず火災発生の危険性がつきまとうという大きな欠点を持
っている。そのために放電加工機の大型化、加工電流の
増大等による装置面からの放電加工技術の進歩、および
夜間無人運転の実施による生産性の向上の要求に対する
最大の障害になっている。

この鉱油系加工液の欠点を克服するために、上述の如
く水系難燃性加工液が数多く試作され特許出願もなされ
てきたが、放電加工液として使用するには電極消耗率が
大きく、仕上げ加工性能が劣る等の重大な欠点があり実
用化にい至っていないことは先に述べた通りである。

そこで本発明の目的は、従来の水系難燃性放電加工液
の欠点を克服し、出来るだけ鉱油系に近い性質を持つ水
系放電加工液を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、ポリエーテルと
水との混合放電加工液において、ポリエーテルが次の一
般式、 Ｒ−ＯC₂H₄O_nH （式中のＲはC₅〜C₁₁のアルキル基で直鎖状でも分岐状
でもよく、またｎは１〜４の整数を示す）で表わされ、
該ポリエーテルと水との重量比が次式、 ポリエーテル：水＝30:70〜70:30 の関係を満足することを特徴とするものである。

本発明で使用するポリエーテルは上記式中のＲがC₅〜
C₁₁でかつｎが１〜４の整数であることが要求される
が、これは以下の理由による。

すなわち、Ｒ≦４の鎖長のポリエーテル、例えばエチ
レングリコールモノブチルエーテルやジエチレングリコ
ールモノブチルエーテルでは水と任意割合で混和するが
蒸発し易く、また特に中仕上げから仕上げ加工条件にお
ける放電加工性能が劣るという問題がある。

一方、Ｒ≧12の鎖長のポリエーテル、例えばＲがラウ
リル基のものでは泡立ちが著しく、また場合によっては
ゲル化するため放電加工液としては適さない。

特に好ましいポリエーテルは、ＲがC₆〜C₈でｎが１ま
たは２のもの、例えばエチレングリコールモノヘキシル
エーテル、エチレングリコールモノ−２−エチルヘキシ
ルエーテル、ジエチレングリコールモノ−オクチルエー
テルまたはジエチレングリコールモノ−ヘキシルエーテ
ル、あるいはＲがC₈〜C₁₀でｎが３のもの、例えばトリ
エチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテル、
トリエチレングリコールモノノニルエーテル、トリエチ
レングリコールモノウンデシルエーテルまたはモノイソ
オクチルエーテルを挙げることができる。

本発明は、上記ポリエーテルと水とを上記重量比で配
合した場合に粗加工〜仕上げ加工の全域において鉱油系
加工液に近い性能を示すことが判明し、なされたもので
ある。また、アルキレングリコールエーテルは上記ゲル
化や泡立ちの問題の起こらない範囲においてアルキル鎖
が長い程、またエチレンオキサイド鎖が短い程、鉱油系
放電加工液の性能に近づいて行くことも明らかとなっ
た。

本発明のポリエーテルと水との放電加工液は常温下で
は均一な溶液相を形成している。しかし、放電加工時に
電極と加工材表面間での放電により、該部に接触する加
工液は局部的に高温にさらされ、この局部昇温により局
部加工液はすばやくW/O型エマルジョンを局部において
形成する。第１図は局部における液の状態を示してお
り、（イ）に示す如くポリエーテル１が連続相を形成す
るようになる。このようにW/O型エマルジョンの形成能
を有することにより、電極、加工材表面は疎水化され、
電極消耗率、加工速度および加工面の仕上り性の面でポ
リエーテル100％と殆ど等しい性能を示すという画期的
な効果が奏せられることになる。このエマルジョン形成
温度を曇点と称する。尚、更に昇温すれば二相分離する
ようになる。したがって、放電部分に存在する放電加工
液は、放電によりW/O型エマルジョンを形成し、更に二
相分離を起す。バルクの加工液は、約30〜50℃は保持さ
れているから、局部の加工液と熱交換されたり、液移動
が繰り返されている。

一方、ポリエーテルの濃度が本発明の範囲よりも低濃
度となると、第１図の（ロ）に示す如く曇点においてO/
W型エマルジョンを形成し、水２が連続相を形成するの
であるが、該O/W型エマルジョン形成能の液では、上記
効果を奏し得ない。従って、本発明においてはポリエー
テルは30％以上の濃度が要求される。但し、水は難燃化
のために概して30以上は必要である。

本発明の加工液の曇点は、好ましくは約40℃以上であ
る。更に好ましくは60℃以上に設定する。即ち、40℃未
満では、液が放電加工の局部に存在する前、即りバルク
部分において二相分離をおこしてしまい、目的の効果を
発揮し得ない。よって、好ましくは40℃以上、より好ま
しくは60℃以上である。該曇点は、圧力ガラス製容器、
例えば、ガラス製オートクレーブに試験管等を入れ、こ
れに試料液を満たし、加熱し、外部から観察して測定出
来る。通常180℃程度まで測定できるが、本発明の加工
液で測定したところ、180℃までに曇点を有するものは
十分な効果を発揮したが、更にこれ以上の温度に曇点を
有するものも有効であった。即ち、圧力６〜7kg/cm²の
もと180℃までの曇点又はそれ以上のものも有効であ
り、概して、常圧換算で、上限は210℃程度である。

しかし、本発明で使用するポリエーテルには水に難溶
なものも含まれており、これらの化合物は先に述べたよ
うに本来鉱油系加工液に近い高性能を示すポリエーテル
であるが、曇点が常温よりも低く水に難溶であるので、
このままでは使用することが困難である。そこで、これ
らを常温で本発明の濃度範囲まで溶かし込むための相溶
剤を検討したところ、プロピレングリコール、ジプロピ
レングリコール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジ
オール等の多価アルコールが有効であり、曇点を充分上
昇させるためにはこれらを０〜30重量％の範囲内で添加
する必要がある。これらの多価アルコールが放電加工性
能に何ら悪影響を及ぼさないことは、常温で水に可溶な
ポリグリコール水溶液の濃度を一定にして多価アルコー
ルを加えた場合と加えない場合で比較することによって
確認している。

尚、本発明の放電加工液においては予めその組成物中
に従来公知の成分、例えばさび止め剤、金属不活性化
剤、腐食防止剤、酸化防止剤、腐食防止剤などを必要に
応じて添加し、これらの添加剤によって夫々の性能を付
与することができる。

（実施例） 以下に実施例および比較例に基づいてこの発明の内容
について具体的に説明する。

使用した試験方法については下記の通りである。

〔試験方法〕

（１）放電加工試験 （株）マキノフライス製作所製放電加工機EDNC−22に
より電極にはグラファイト電極ED−３を、被加工材には
SK−５鋼を使用して行なった。主要な放電加工条件を第
１表に示す。

（２）放電加工液性能試験 設定深さ加工後に、以下の項目により試験用加工液の
放電加工性能を評価した。

加工速度：加工量（ｇ）／加工時間（min） 電極消耗率：〔電極消耗長さ（mm）／加工深さ（m
m）〕×100（％） 加工面粗さ：最大表面粗さR_max（μｍ） また、試験用加工液の曇点測定および二相分離状態の
観察を以下のようにして行った。

（３）曇点測定 調製した放電加工液を試験管に密封後水浴中に浸漬
し、除々に温度を上げながら加工液が白濁し始める温度
を曇点とした。より高い曇点は、ガラス製オートクレー
ブ中で測定した。

（４）二相分離状態の観察 本発明に使用した基剤はいずれも無色透明であるか
ら、曇点以上の温度領域における二相分離過程でポリエ
ーテル相と水相のどちらが連続相であるかを識別するの
は困難である。そこで、極少量の不水溶性色素SudanIII
（商品名）を使用し目視観察した。即ち、曇点以下の温
度では放電加工液はSudanIIIにより均一に着色される
が、二相分離するとポリエーテル相のみ着色される。

実施例１〜3,比較例１〜５ 下記の第２表に示す配合割合（容量％）にて、本発明
の放電加工液（実施例１〜３）および比較加工液（比較
例１〜５）を夫々調製した。また、第２表中には曇点お
よび二相分離時の連続相の観察結果も合わせて示す。

具体的には、実施例１はヘキシルジグリコールと水と
の２成分系混合液である。実施例２は、ヘキシルジグリ
コールを更に高濃度に溶解させるためプロピレングリコ
ールを用いて水に均一に溶かし込んだものである。実施
例３は、水に殆ど不溶な２−エチルヘキシルジグリコー
ルと少量のヘキシルジグリコールとをジプロピレングリ
コールを用いて均一な水溶液としたものである。一方、
比較例１〜３には短鎖のアルキレングリコールエーテル
の代表例として、夫々エチレングリコールモノブチルエ
ーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、お
よびトリエチレングリコールモノブチルエーテル水溶液
を取り上げた。また、比較例４は本発明に係る化合物で
あってもその濃度範囲を満足しない所定の性能が得られ
ない一例としてヘキシルジグリコールの低濃度水溶液
を、また比較例５には鉱油系放電加工液としてC₁₃ノル
マルパラフィンを夫々用いた。第２図および第３図に夫
々実施例および比較例の加工液の粗加工条件下における
放電加工試験結果を示す。

第２図および第３図から明らかなように、実施例１〜
３の加工液のすべてと比較例１〜３および５はパルス幅
の増加につれて電極消耗率が連続的に減少し、あるパル
ス幅で電極消耗率が零となった。この電極消耗率が零に
なる点で加工速度を比較すると実施例１〜３の加工液で
はいずれも2.2〜2.3g/minを示すが、比較例１〜４の水
系加工液の場合には夫々1.6,1.7および2.3g/minであ
り、比較例５の鉱油系加工液では1.6g/minであった。従
って、比較例３が実施例１〜３と同等である以外には、
比較例１〜３および５の加工液は実施例１〜３よりも加
工速度が小さいことが確認された。尚、比較例４は電極
消耗率が零を切る点がないばかりか、加工速度も小さい
ことは明らかである。

また、加工面粗さは放電加工液の種類にかかわらずパ
ルス幅によってほぼ決定されるので、結局実用上は電極
消耗率が零になるパルス幅τの値が小さいほど加工面の
仕上り性が良いことになる。τの値を比較すると実施例
１〜３ではいずれも200〜300μｓであり、比較例５の鉱
油系加工液の200μｓに近い値を示すが、比較例１〜３
では300〜500〜μｓと大きな値を示すので、実施例１〜
３の加工液のほうが比較例１〜３よりも加工面の仕上り
性についても優れていることが分かる。尚、比較例４で
は電極消耗率が零を切る点が存在しないばかりか、他の
実施例、比較例よりも明らかに加工面粗さが大きい結果
を示している。

次に、下記の第３表に実施例３と比較例2,5の中仕上
げおよび仕上げ加工条件の放電加工試験にける電極消耗
率、加工速度および加工面仕上り性の結果を示す。

電流値の小さい中仕上げ、仕上げ加工条件において
は、水系加工液では実施例と比較例の加工液の性能差は
更に顕著になり、第３表の試験結果より、比較例２はこ
うした加工条件での使用に堪え得ない性能しか示さない
が、実施例３の加工液では比較例５の鉱油系加工液に近
い性能を示すことが分かる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明の放電加工液では、従
来の水系難燃性放電加工液の欠点が克服され、鉱油系に
近い性質を示す。

また、本発明で使用するポリエーテルは上記比較例で
使用したポリエーテルと比較して蒸発損失が小さく、臭
気が少なく、またシール材、樹脂および塗料への影響も
少ないという種々の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図の（イ）および（ロ）は、夫々ポリグリコール水
溶液の二相分離状態を示す説明図、 第２図は、実施例１〜３の放電加工液におけるパルス幅
と加工速度、電極消耗率および加工面粗さとの関係を示
すグラフ、 第３図は、比較例１〜５の放電加工液におけるパルス幅
と加工速度、電極消耗率および加工面粗さとの関係を示
すグラフである。 １…ポリエーテル、２…水

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリエーテルと水との混合放電加工液にお
   いて、 ポリエーテルが次の一般式、 Ｒ−ＯC₂H₄O_nH （式中のＲはC₅〜C₁₁のアルキル基で直鎖状でも分岐状
   でもよく、またｎは１〜４の整数を示す）で表わされ、
   該ポリエーテルと水との重量比が次式、 ポリエーテル：水＝30:70〜70:30 の関係を満足することを特徴とする放電加工液。
2. 【請求項２】多価アルコールを30重量％までの範囲内で
   含有する請求項１記載の放電加工液。
3. 【請求項３】40℃以上の曇点を有し、W/O型エマルジョ
   ンを形成する請求項１または２記載の放電加工液。
4. 【請求項４】60℃〜210℃の範囲に曇点を有する請求項
   １〜３のうちいずれか一項記載の放電加工液。