JPH03121724A - 放電加工液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、放電加工法に用いられる加工液に関する。

（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が
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ツジ部にダレを生じ
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
−４５３３１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Ｗ１０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６２−２３６
６２３号、同６２−２３６６２４号および同６２−２３
６６２５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ち、し
かも不快臭の程度も少ない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、前記ポリエーテルが次の
一般式（１）、 Ｒ＋　　Ｏ−＋ＣＪ４０ｈＨ （式中のＲ３はＣ３〜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
されるタイプ１のポリエーテル０〜９０重量％と、次の
一般式（２） （式中のＲ２はＣ３〜Ｃ＋Ｚのアルキル基で直鎖状でも
分岐状でもよく、またｍは１〜３の整数を示す）で表わ
されるタイプ２のポリエーテル１００〜ｌＯ重量％とか
ら成り、全混合放電加工液に対しポリエーテルおよび水
が夫々３０〜７０重量％、多価アルコールが４０重量％
以下の割合で配合されていることを特徴とするものであ
る。

仕上げ加工性能を良くするにはポリエーテルの親油基鎖
長を長くすれば良いが、タイプ１のポリエーテルでは上
記（１）式中のＲ＋をＣ＋Ｚ以上に長くするとゲル化や
発泡の問題を生じる。

一方、タイプ２のポリエーテルでは上記（２）式中のＲ
２と芳香族環とを合わせて０１２以上でもゲル化や発泡
を起こすことがないので、タイプ２のポリエーテルを使
用すればより仕上げ加工性を改良することができ、しか
もタイプ１のポリエーテルの臭気の問題も解消すること
ができる。従って、これらの観点からはできるだけタイ
プ２のポリエーテルの比率を増加することが好ましく、
ポリエーテルが全てタイプ２のポリエーテルであっても
よい。しかし、これらの配合比率は後で述べる多価アル
コールの配合も含めて使用時における液の溶解性、二相
分離性をも考慮して定める必要がある。

本発明で使用するタイプ１のポリエーテルは上記（１）
式中のＲｏがＣ５〜Ｃ１１でかっ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、Ｒ１が炭素数４以下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、また特に中仕上げ加工及び仕上
げ加工の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、Ｒ１が炭素数１２以上の鎖長のポリエーテル、例
えばＲ８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。

特に好ましいタイプ１のポリエーテルとしては、Ｒ，が
Ｃ８〜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Ｒ１がＣ３〜ＣＩＯ
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。

また、タイプ２のポリエーテルについては、上記（２）
式中のＲ２がＣ３〜ＣＩ２のアルキル基でかつｍが１〜
３の整数であることが要求されるが、これもタイプ１と
同様の理由によるものである。

特に好ましいタイプ２のポリエーテルの一例としては、
Ｒ２がＣ４〜Ｃ１でｍ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フェニルエーテル、ジエチ
レングリコールモノヘキシルフェニルエーテル、ジエチ
レングリコールモノオクチルフェニルエーテル、ジエチ
レングリコールモノノニルフェニルエーテル、あるいは
Ｒ２がＣ８〜Ｃ１□でｍが３のもの、例えばトリエチレ
ングリコールモノオクチルフェニルエーテル、トリエチ
レングリコールモノノニルフェニルエーテル、トリエチ
レングリコールモノデシルフェニルエーテル、トリエチ
レングリコールモノウンデシルフェニルエーテル、トリ
エチレングリコールモノドデシルフェニルエーテル等を
挙げることができる。

本発明は、上記タイプ１とタイプ２のポリエーテルと水
および多価アルコール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、
かかるポリ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親油基が大きい程、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。

タイプ２のポリエーテルは親油基の芳香族環を導入する
ことにより、タイプ１よりも発泡、ゲル化を起こしに（
いため、タイプ１に較べてより長鎖の親油基を持たせる
ことが可能になる。しかし水への溶解性がタイプ１に較
べて劣るため、必要に応じてタイプ１と併用し溶解性を
確保することにより、タイブエ単体の放電加工液に較べ
て親油性を大きくできるために更に優れた放電加工性能
を発揮することができる。

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、核部に接触する加工
液は局部的に高温にさらされ、この局部昇温により加工
液はすばやく−１０型エマルジヨ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Ｗ１０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１
ｏｏｘｔ％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着点と称する。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、放電により一７０型エマル
ジョンを形成し、二相分離を起す。加工液は、全体とし
て約３０〜５０°Ｃに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）に示す如く着点において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、該０ハ型エマルジヨン形成能の液では、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重量％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重量％以上は必要である。

本発明の加工液の着点は、好ましくは約４０°Ｃ以上で
ある。更に好ましくは６０°Ｃ以上に設定する。

即ち、着点が４０°Ｃ未満では、液が放電加工の局部に
存在する前、即ち加工液全体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°Ｃ以上、より好ましくは６０
°Ｃ以上である。該着点は、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°Ｃ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°Ｃまでに着点を有するもの
は十分な効果を発揮したが、更にこれ以上の温度に着点
を有するものも有効であった。即ち、圧力６〜７ｋｇ／
ｃｍ”のもと１８０”Ｃまでの着点又はそれ以上のもの
も有効である。

しかし、本発明で使用するタイプ１、タイプ２のポリエ
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、着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、１，６ヘキサンジオ
ール１，７ヘブタンジオール等の水溶性多価アルコール
が有効であり、着点を充分上昇させるためにはこれらを
０〜４０重量％の範囲内で添加する必要がある。これら
の多価アルコールは、後述の実施例からもわかるように
放電加工性能に何ら悪影響を及ぼさない。

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、腐敗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 ■牧野フライス製作所製放電加工機ＥＤＮＧ　−２２に
より電極にはグラファイト電極ＨＤ−３を、被加工材に
は５Ｋ−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（ｆｆｉｌｌｌ）／加工法さ（Ｍ）
　）　Ｘ１００　（％） 加工面粗さ：最大表面粗さＲ−Ｘ　（μｍ）また、試験
用加工液の着点測定および溶解性、二相分離状態の観察
を以下のようにして行った。

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

（４）溶解性、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、
着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、極少量の不水溶性で油溶性の色素５
ｕｄａｎ　ｍを使用し目視観察した。即ち、着点以下の
温度では放電加工液は５ｕｄａｎ　ｍにより均一に着色
されることから、溶解性がわかり、またポリエーテル相
のみ着色されることから、二相分離状態が識別される。

１〜７　　　１〜６ 下記の第２表に示す配合割合（重量％）にて、本発明の
放電加工液（実施例１〜７）および比較加工液（比較例
１〜６）を夫々調製した。また、第２表中には着点およ
び二相分離時の連続相の観察等結果も合わせて示す。

実施例１〜５は１，６ヘキサンジオールを相溶剤として
使用し、そのままでは水にほとんど不溶なタイプ１、タ
イプ２のポリエーテルを蒸留水に溶かし込んだものであ
る。実施例６はポリエーテルとしてタイプ２のエチレン
グリコールモノヘキシルフェニルエーテルヲ用いて、１
，３ブタンジオールを相溶剤として配合したものである
。また実施例７はタイプ１のポリエーテルとしてジエチ
レングリコールモノヘキシルエーテルを、タイプ２のポ
リエーテルとしてジエチレングリコールモノヘキシルフ
ェニルエーテルを使用し、相溶剤を使用しないで蒸留水
に溶かし込んで均一な水溶液としたものである。これら
の実施例はいずれも溶解性、あわ立ち、ゲル化の問題が
なく、二相分離時の連続相がポリエーテルになるもので
ある。

比較例１は実施例１とポリエーテル基材は同じであるが
ポリエーテル量が合計で２５重量％、水分が４０重量％
のものであり、二相分離時の連続相が水になり好ましく
ない。比較例２，３はそれぞれ特許請求範囲外の親水性
の大きいタイプ１あるいはタイプ２のポリエーテルを単
独で使用した加工液であり、二相分離時の連続相はポリ
エーテルになるものである。比較例４．５はｍ＝４であ
るタイプ２のポリエーテルを使用したものであり、これ
らはゲル化するために放電加工液としては使用できない
ものである。比較例６はｃｐ３ノルマルパラフィンを基
材とした鉱油系放電加工液である。

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、粗加工実験を
行った実施例の加工液のすべてと比較例２．３．６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における加工速度を比較す
ると実施例１〜３の加工液ではいずれも２．２〜２．３
　ｇ／ｍｉｎを示すが、比較例２．３の水系加工液の場
合１．８ｇ／ｍｉｎ、比較例６の鉱油系加工液では１．
６ｇ／ｍｉｎであった。従って実施例の加工液は比較例
２，３よりも加工速度が大きいことが確認された。なお
、比較例１は、電極消耗率が零を切る点がないばかりか
、加工速度も実施例１〜３に比較して小さいことは明ら
かである。

また、加工面粗さはパルス幅の影響が非常に大きい。従
って、実用上から電極消耗率が零になるパルス幅τにお
ける加工面仕上り性を比較すると、実施例ではτ＝約２
８０μｓで加工面粗さＲｌＸが約７０μｍである。一方
比較例１ではτは存在せず、比較例２ではτ＝４４０μ
ｓでＲ＠ＩＩＸは約８０μｍ、比較例３ではτ−６００
μＳでＲ□８は８０μｍ以上となり、比較例６の鉱油系
加工液ではτ＝２００μｓで約６０〜７０μｍとなって
いる。この事実からも、水系加工液で比較した場合は実
施例の方が比較例１、　２よりも加工面の仕上り性が優
れていることが分かる。

次に下記の第３表に実施例１と比較例２，６の中仕上げ
および仕上げ加工条件の放電加工試験における電極消耗
率、加工速度および加工面仕上り性の結果を示す。

第一　３−一表 （注）電極消耗率は消耗側を一１増加側を十とした。

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１の加工液では比較例６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
〜７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１〜６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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポリエーテルと水と水溶性多価アルコールとの混合
   放電加工液において、 前記ポリエーテルが次の一般式（１）、 ▲数式、化学式、表等があります▼（１） （式中のＲ＿１はＣ＿５〜Ｃ＿１＿１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
   ）で表わされるタイプ１のポリエーテル０〜９０重量％
   と、次の一般式（２） ▲数式、化学式、表等があります▼（２） （式中のＲ＿２はＣ＿５〜Ｃ＿１＿２のアルキル基で直
   鎖状でも分岐状でもよく、またｍは１〜３の整数を示す
   ）で表わされるタイプ２のポリエーテル１００〜１０重
   量％とから成り、 全混合放電加工液に対しポリエーテルおよび水が夫々３
   ０〜７０重量％、多価アルコールが４０重量％以下の割
   合で配合されていることを特徴とする放電加工液。 ２、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記載の放電加工液。