JP6347464B2 - 放電加工油組成物および放電加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電加工油組成物に関する。

放電加工は、放電により生じた放電痕の累積により被加工物を加工する方法である。具体的には、導電性の被加工物と電極とを加工油（絶縁性溶媒）中に載置して所定間隔（〜数十μｍ）で対向させ、アーク放電により被加工物を高温状態にして溶かす。溶けた被加工物は熱され気化した加工油の気化爆発により除去される。（図１参照）。このような放電加工によれば、複雑な形状の加工が可能であるが、加工速度が切削加工に比べ低く、加工速度の向上が求められている。
そこで、加工速度の向上を目的として、種々の放電加工用電極が開発されている。例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ以外の元素又はその硼素化物若しくは酸化物を０．０５重量％以上含まず、Ｗ濃度が４０重量％以上のＣｕ−Ｗ合金からなり、該合金中の全Ｗ粒子の３０％以上が粒径１μｍ以下であることを特徴とする放電加工用電極材料が提案されている（特許文献１参照）。

また、放電加工が適用できるのは一般に金属材料のみである。絶縁性材料（ダイヤモンド、ルビー、ガラス、セラミックス、および超高純度のシリコン等）に対しては通常の放電加工はできないが、いわゆる補助電極法を用いることにより絶縁性材料も加工可能になる。図２に補助電極法を用いた放電加工の一例を示す。補助電極法を用いれば、非常に高硬度で切削加工が困難なセラミックスなども自在に加工ができる。補助電極法では、金属材料に対する一般的な放電加工よりも加工速度が低いため、加工速度の向上がより求められている。
例えば、メッシュ状導電材料等を含む複合体を絶縁材料の表面に密着させ、絶縁材料と加工電極との間に発生する放電によってメッシュ状導電材料等を含む複合体から分離した加工粉を絶縁材料に被着させて導電層を形成し、該導電層と加工電極との間で発生する放電によって絶縁材料を加工する方法が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００４−１３０４８５号公報 特許第３２４１９３６号公報

特許文献１に記載された電極材料の改良だけでは加工速度の向上は不十分であり、加工油自体に対する改良も必要である。また、特許文献２に記載された絶縁性材料に対する放電加工（補助電極法）においてもさらに加工速度の向上が求められている。

本発明は、放電加工において加工速度が十分に高い放電加工油組成物を提供することを目的とする。

前記課題を解決すべく、本発明は、以下のような放電加工油組成物を提供するものである。
（１）基油に有機酸金属塩を配合してなる放電加工油組成物であって、前記有機酸金属塩は、ポーリングの電気陰性度が２以下である金属の有機酸塩であり、当該組成物は、８０℃における体積抵抗率が２×１０^−５ＴΩ・ｍ以上であり、４０℃動粘度が０．５ｍｍ^２／ｓ以上１０ｍｍ^２／ｓ以下であることを特徴とする放電加工油組成物。
（２）上述の（１）に記載の放電加工油組成物において、前記有機酸金属塩の配合量が当該組成物全量基準で０．５質量％以上１５質量％以下であることを特徴とする放電加工油組成物。
（３）上述の（１）または（２）に記載の放電加工油組成物において、前記有機酸がカルボン酸であることを特徴とする放電加工油組成物。
（４）上述の（３）に記載の放電加工油組成物において、前記カルボン酸がモノカルボン酸であることを特徴とする放電加工油組成物。
（５）上述の（１）から（４）までのいずれか１つに記載の放電加工油組成物において、前記基油の４０℃動粘度が０．４ｍｍ^２／ｓ以上９．９ｍｍ^２／ｓ以下であることを特徴とする放電加工油組成物。
（６）上述の（１）から（５）までのいずれか１つに記載の放電加工油組成物において、 前記有機酸金属塩を構成する金属がＺｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｎａ、およびＫの少なくともいずれかであることを特徴とする放電加工油組成物。
（７）上述の（１）から（６）までのいずれか１つに記載の放電加工油組成物において、１００℃動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ以上１００００ｍｍ^２／ｓ以下である増粘剤を配合してなることを特徴とする放電加工油組成物。
（８）上述の（７）に記載の放電加工油組成物において、前記増粘剤の配合量が、当該組成物全量基準で０．５質量％以上１５質量％であることを特徴とする放電加工油組成物。
（９）上述の（１）から（８）までのいずれか１つに記載の放電加工油組成物において、当該組成物が、補助電極法による脆性材料の加工に用いられるものであることを特徴とする放電加工油組成物。

本発明の放電加工油組成物によれば、加工速度を十分に上げることができるので生産性が高まる。また、補助電極法を用いることで、非常に切削が困難なセラミックスや高純度シリコンなどの脆性材料に対しても自在に加工できるようになる。

放電加工の一態様を示す図。 補助電極法を用いた放電加工の一態様を示す図。

本発明の放電加工油組成物（以下、単に「本組成物」ともいう。）は、基油に有機酸金属塩を配合してなり、前記有機酸金属塩は、ポーリングの電気陰性度が２以下である金属の有機酸塩であり、当該組成物は、８０℃における体積抵抗率が２×１０^−５ＴΩ・ｍ以上であり、４０℃動粘度が０．５ｍｍ^２／ｓ以上１０ｍｍ^２／ｓ以下であることを特徴とする。以下、詳細に説明する。

〔基油〕
本組成物に用いられる基油（以下、「本基油」ともいう。）は、絶縁性であれば鉱油でも合成油でもよい。鉱油としては、従来公知の種々のものが使用可能であり、例えば、パラフィン基系鉱油、中間基系鉱油、およびナフテン基系鉱油などが挙げられる。具体的には、溶剤精製または水素精製による軽質ニュートラル油、中間ニュートラル油、重質ニュートラル油およびブライトストックなどを挙げることができる。また合成油としては、やはり従来公知の種々のものが使用可能であり、例えば、α―オレフィン、ポリα―オレフィン（α―オレフィン共重合体を含む）やポリブテンなどが適用可能である。

本基油は、単独で、あるいは任意に２種以上組み合わせて使用することができ、鉱油と合成油とを組み合わせて使用してもよい。
本基油の４０℃動粘度は０．４ｍｍ^２／ｓ以上９．９ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ^２／ｓ以上８ｍｍ^２／ｓ以下であり、さらに好ましくは１．５ｍｍ^２／ｓ以上５ｍｍ^２／ｓ以下である。上記粘度範囲であると、後述する本組成物の動粘度を好ましい範囲に制御しやすくなる。

〔有機酸金属塩〕
本組成物に用いられる有機酸金属塩は、ポーリングの電気陰性度（以下、単に「電気陰性度」という。）が２以下、好ましくは１．７以下、より好ましくは１．６以下の金属の有機酸塩である。電気陰性度が１．７以下の金属の有機酸塩を配合することにより、本組成物を用いた場合の加工速度が非常に向上する。
前記した有機酸金属塩に用いられる金属としては、加工速度の観点よりＺｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｎａ、およびＫの少なくともいずれかであることが好ましく、特にＺｎが好ましい。

有機酸塩として用いられる有機酸には、有機スルホン酸やカルボン酸などが挙げられるが、溶解性の観点よりカルボン酸が好ましく、モノカルボン酸がより好ましい。
モノカルボン酸としては、カプロン酸、カプリル酸、ノナン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキン酸、ベヘン酸、メリシン酸、イソノナン酸、ネオデカン酸、およびイソステアリン酸などが好ましく適用できる。

前記した有機酸金属塩の配合量は、本組成物全量基準で０．５質量％以上１５質量％以下であることが好ましく、１質量％以上１０質量％以下であることがより好ましく、２質量％以上５質量％以下であることがさらに好ましい。有機酸金属塩の配合量が０．５質量％以上であると加工速度をより上げることができ、また、有機酸金属塩の配合量が１５質量％以下であると本組成物の動粘度を好適なものとでき、絶縁性も高く加工速度をより上げることができる。

〔本組成物〕
本組成物は、基油に前記した有機酸金属塩を配合したものであり、８０℃における体積抵抗率が２×１０^−５ＴΩ・ｍ以上である。体積抵抗率が２×１０^−５ＴΩ・ｍ以上であると、絶縁性が十分に高いため加工速度をより上げることができる。本組成物における好ましい体積抵抗率は、１×１０^−４ＴΩ・ｍ以上であり、より好ましい体積抵抗率は１×１０^−３ＴΩ・ｍ以上である。なお、体積抵抗率は、ＪＩＳＣ ２１０１に準拠して測定すればよい。

また、本組成物の４０℃動粘度は０．５ｍｍ^２／ｓ以上１０ｍｍ^２／ｓ以下であり、好ましくは１ｍｍ^２／ｓ以上８ｍｍ^２／ｓ以下であり、より好ましくは１．５ｍｍ^２／ｓ以上５ｍｍ^２／ｓ以下である。
本組成物の４０℃動粘度は０．５ｍｍ^２／ｓ以上であるので加工速度を上げることができ、また、引火の危険性も少ない。さらに、本組成物の４０℃動粘度は１０ｍｍ^２／ｓ以下であるので動粘度が高すぎることもなく加工速度を十分に上げることができる。すなわち、本組成物の４０℃動粘度が上記した範囲内であることが加工速度の向上にとって重要な因子である。

本組成物は、基油に上記した特定の金属元素を含有させることで、放電加工の際の仕事関数を低くでき、広い加工間隙を形成することができる。このため、放電加工で発生した加工屑やガスの排出が容易となり、短絡や異常放電が発生しにくく、加工速度が上がるとともに、安定した加工を行うことができる。
従って、本組成物は、形彫放電加工、ワイヤカット放電加工等のいわゆる放電系と呼ばれる電気加工に好適に用いることができる。さらに、本組成物は、加工速度が非常に速く、補助電極法による絶縁性脆性材料（ダイヤモンド、ルビー、ガラス、セラミックス、および超高純度のシリコン等）の加工にも好適に用いられる。

〔増粘剤〕
本組成物には、加工性をより高める目的で増粘剤を配合することが好ましい。増粘剤としては、加工性向上の観点より１００℃動粘度が１００ｍｍ^２／ｓ以上１００００ｍｍ^２／ｓ以下のものが好ましく、１００ｍｍ^２／ｓ以上８０００ｍｍ^２／ｓ以下のものがより好ましく、１０００ｍｍ^２／ｓ以上６０００ｍｍ^２／ｓ以下のものがさらに好ましい。また、増粘剤としては、３０℃で液体であることが溶解性の観点より好ましい。
上記した増粘剤としては、鉱油、ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリビニルアセテート、ポリアルキルアクリレート、エチレン−プロピレン共重合体、およびポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）誘導体などが挙げられる。これらの増粘剤は単独で用いてもよいし、任意の組み合わせで混合して用いてもよい。

増粘剤の配合量は、本組成物全量基準で０．５質量％以上１５質量％以下が好ましく、１質量％以上１０質量％以下がより好ましく、２質量％以上５質量％以下がさらに好ましい。増粘剤の配合量が０．５質量％以上であると、加工速度を十分高いものとすることができる。増粘剤の配合量が１５質量％以下であると、増粘効果も適度なものとなり加工速度を十分高く維持することができる。

〔油溶性樹脂〕
本組成物には加工速度をより高める目的で、油溶性樹脂を配合することが好ましい。
油溶性樹脂としては、加工速度の観点より数平均分子量が３００以上２０００以下であることが好ましい。また、加工速度向上の観点より３０℃で固体であることが好ましい。

上記した油溶性樹脂としては、ジペンテン、テトラテルペンおよびポリテルペンなどの重合物、またはこれらの水添物；シクロペンタジエン−ジシクロペンタジエン共重合系石油樹脂またはこれらの水添物；ロジンのエステル；クマロン樹脂；クマロン・インデン樹脂などが挙げられる。これらの油溶性樹脂は単独で用いてもよいし、任意の組み合わせで混合して用いてもよい。

油溶性樹脂の配合量は、本組成物全量基準で０．５質量％以上１５質量％以下が好ましく、１質量％以上１０質量％以下がより好ましく、２質量％以上５質量％以下がさらに好ましい。油溶性樹脂の配合量が０．５質量％以上であると、加工速度を十分高いものとすることができる。油溶性樹脂の配合量が１５質量％以下であると、本組成物の粘度も適度なものとなり加工速度を十分高く維持することができる。

〔その他の添加剤〕
さらに、本組成物には、発明の効果を損なわない範囲で、防錆剤、消泡剤、酸化防止剤および金属不活性化剤等を配合してもよい。
防錆剤としては、アルキルベンゼンスルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、アルケニルコハク酸エステル、多価アルコールエステル等が挙げられる。配合量としては、放電加工油全量基準で０．０１質量％以上５質量％以下程度が好ましい。
消泡剤としては、シリコーン油、フルオロシリコーン油およびフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。配合量としては、組成物全量基準で０．０１質量％以上５質量％以下程度が好ましい。

酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤やアミン系酸化防止剤が挙げられる。フェノール系酸化防止剤としては、例えば４，４'−メチレンビス（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）（ＤＢＰＣ）；４，４'−ビス（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）；４，４'−ビス（２−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）；２，２'−メチレンビス（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）；２，２'−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）；４，４'−ブチリデンビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）；４，４'−イソプロピリデンビス（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）；２，２'−メチレンビス（４−メチル−６−ノニルフェノール）；２，２'−イソブチリデンビス（４，６−ジメチルフェノール）；２，２'−メチレンビス（４−メチル−６−シクロヘキシルフェノール）；２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール；２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノールなどが挙げられる。

また、アミン系酸化防止剤としては、例えばモノオクチルジフェニルアミン；モノノニルジフェニルアミンなどのモノアルキルジフェニルアミン系、４，４'−ジブチルジフェニルアミン；４，４'−ジペンチルジフェニルアミン；４，４'−ジヘキシルジフェニルアミン；４，４'−ジヘプチルジフェニルアミン；４，４'−ジオクチルジフェニルアミン；４，４'−ジノニルジフェニルアミンなどのジアルキルジフェニルアミン系、テトラブチルジフェニルアミン；テトラヘキシルジフェニルアミン；テトラオクチルジフェニルアミン；テトラノニルジフェニルアミンなどのポリアルキルジフェニルアミン系、およびナフチルアミン系のものなどが挙げられる。
本発明においては、前記フェノール系やアミン系の酸化防止剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は、酸化防止効果および経済性のバランスなどの面から、組成物全量基準で、０．０１質量％以上５質量％以下程度である。

金属不活性化剤は、主に銅腐食防止剤として用いられるが、例えば、ベンゾトリアゾール、イミダゾリン、ピリミジン誘導体、チアジアゾール、およびチアジアゾール等が挙げられる。これらの１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。配合量は組成物全量基準で０．０１質量％以上１質量％以下程度が好ましい。放電加工機の電極としては、通常銅が使用されるため、上記範囲の金属不活性化剤を配合することによって、放電加工油中に微量混入してくる銅等の金属酸化物の酸化触媒としての作用を抑制することができる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
〔製造例１〜２、比較製造例１〜４〕
表１に示す基油および添加剤を用いて、放電加工油組成物（試料油）を調製し、以下の評価を行った。

１）合成油１：炭素数１２のα−オレフィン（４０℃動粘度：１．２ｍｍ^２／ｓ）
２）合成油２：イソパラフィン（４０℃動粘度：１１．０ｍｍ^２／ｓ）
３）増粘剤：ポリブテン（１００℃動粘度：４５５０ｍｍ^２／ｓ）
４）金属酸塩１：ネオデカン酸亜鉛
５）金属酸塩２：Ｃａスルホネート（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ製 Bryton C-500）
６）金属酸塩３：Ｎａスルホネート（日本ルブリゾール製 LUBRIZOL 5318Ａ）

（評価方法）
（１）動粘度
ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠して所定温度で測定した。
（２）体積抵抗率
ＪＩＳ Ｃ２１０１に記載の方法に準拠して、測定温度８０℃、印加電圧２５０Ｖ、測定時間１分間の試験条件において、試料油の体積抵抗率を測定した。
（３）放電加工速度
表１に示す配合組成の試料油を用い、以下の２種の方法で放電加工速度を測定した。評価結果を表１に示す。
（３−１）セラミックスに対する形彫り放電加工（補助電極法）
実施例１−１、２−１、比較例１−１、２〜４
＜加工材（ワーク）＞
セラミックス：ＺｒＯ_２（導電化処理：Ｃｕ被膜０．１ｍｍ厚）
＜加工条件＞
工具電極：Ｃｕ（φ５．０ｍｍ）
無負荷電圧（Ｖ）：１００
設定電流（Ａ）：４．２
設定放電時間（μｓ）：４
休止時間（μｓ）：４０
サーボ基準電圧（ＳＶ）：６０
放電検知電圧（Ｖ）：７０
電極ジャンプ間隔（ｍｓ）：３０００
ジャンプ時間（ｍｓ）：８００
電極回転数（ｍｉｎ^−１）：６０
＜評価項目＞
単位時間あたりの除去体積によって放電加工速度を評価した。具体的には、加工前のワーク質量と加工後のワーク質量の差から以下の式により求めた。ワーク質量の測定には電子式上皿天秤を用いた。
Ｖ＝（Ｗ_１−Ｗ_２）／ｔ／ρ
Ｖ：加工速度（ｍｍ^３／ｍｉｎ）
Ｗ_１：加工前のワーク質量（ｇ）
Ｗ_２：加工後のワーク質量（ｇ）
ｔ：加工時間（ｍｉｎ）
ρ：密度（ｇ／ｍｍ^３）

（３−２）鋼に対するワイヤー放電加工
実施例１−２、２−２、比較例１−２
＜加工材（ワーク）＞
ＳＫＤ１１
＜加工条件＞
無負荷電圧（Ｖ）：１００
設定電流（Ａ）：５．４
設定放電時間（μｓ）：２
休止時間（μｓ）：２０
サーボ基準電圧（Ｖ）：６０
サーボ速度（ｍｍ／ｍｉｎ）：５
＜評価項目＞
加工速度（ｍｍ^２／ｓ）

〔評価結果〕
表１の結果より、補助電極法によるセラミックスの放電加工と鋼に対する通常のワイヤー放電加工のいずれにおいても、本発明の放電加工油組成物を用いると、加工速度に優れることが理解できる。特に、所定の増粘剤を配合した製造例１の試料油は、通常の放電加工および補助電極法による放電加工のいずれにおいても極めて高い加工速度を示している。

Claims (9)

1. 基油に有機酸金属塩を配合してなる放電加工油組成物であって、
   前記有機酸金属塩は、ポーリングの電気陰性度が２以下である金属の有機酸塩であり、
   当該組成物は、８０℃における体積抵抗率が２×１０^−５ＴΩ・ｍ以上であり、４０℃動粘度が０．５ｍｍ^２／ｓ以上１０ｍｍ^２／ｓ以下である
   ことを特徴とする放電加工油組成物（ただし、展延性金属の単体若しくは金属化合物からなる微細固体であって、それが沈降しても細分散化可能な凝集体を形成する形状及び大きさのものである微細固体は混入されていない。）。
2. 請求項１に記載の放電加工油組成物において、
   前記有機酸金属塩の配合量が当該組成物全量基準で０．５質量％以上１５質量％以下である
   ことを特徴とする放電加工油組成物。
3. 請求項１または請求項２に記載の放電加工油組成物において、
   前記有機酸がカルボン酸である
   ことを特徴とする放電加工油組成物。
4. 請求項３に記載の放電加工油組成物において、
   前記カルボン酸がモノカルボン酸である
   ことを特徴とする放電加工油組成物。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の放電加工油組成物において、
   前記基油の４０℃動粘度が０．４ｍｍ^２／ｓ以上９．９ｍｍ^２／ｓ以下である
   ことを特徴とする放電加工油組成物。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の放電加工油組成物において、
   前記有機酸金属塩を構成する金属がＺｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｎａ、およびＫの少なくともいずれかである
   ことを特徴とする放電加工油組成物。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の放電加工油組成物において、
   １００℃動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ以上１００００ｍｍ^２／ｓ以下である増粘剤を配合してなる
   ことを特徴とする放電加工油組成物。
8. 請求項７に記載の放電加工油組成物において、
   前記増粘剤の配合量が、当該組成物全量基準で０．５質量％以上１５質量％以下である
   ことを特徴とする放電加工油組成物。
9. 放電加工方法であって、
   当該放電加工方法は、補助電極法による脆性材料の加工であり、
   当該放電加工方法に用いられる放電加工油組成物は、
   基油に有機酸金属塩を配合してなる放電加工油組成物であって、
   前記有機酸金属塩は、ポーリングの電気陰性度が２以下である金属の有機酸塩であり、
   前記組成物は、８０℃における体積抵抗率が２×１０ ^−５ ＴΩ・ｍ以上であり、４０℃動粘度が０．５ｍｍ ^２ ／ｓ以上１０ｍｍ ^２ ／ｓ以下である
   ことを特徴とする放電加工方法。

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