JPS5993239A

JPS5993239A - 放電加工用加工液

Info

Publication number: JPS5993239A
Application number: JP20241182A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 潔井上
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1982-11-17
Filing date: 1982-11-17
Publication date: 1984-05-29

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】対向して配置される加工用電極と被加工体とによって形
成される加工間隙に誘電性加工液を介在させながら電圧
パルスを印加して放電を発生させることにより加工を行
う放電加工に於ては、従来から、加工特性が優れている
ことから通常ケロシンが加工液として用いられる。しか
し、ケロシンは易燃性のため、絶えず火災発生の危険が
あり、これまでも火災事故が絶えなかった。この点、加
工液として水を用いれば火災の虞れはなくなるが、水を
加工液とした場合は、ケロシンに比して電極消耗比（単
位加工量に対する加工用電極の消耗ｍの比率）が増大し
、加工速度が低下し、また加工面粗さも悪化する傾向に
あるため、所期の加工性能を得るために已む無く加工液
としてケロシンを用いているのが実状であった。

本発明は、如上の点に鑑み、水を加工液とした場合の上
記問題点を解消し、加工特性に於ても優れた水を主成分
とする加工液の提供を目的とするものであり、水に炭素
粒を混入し、更に界面活性剤を混入し、また更に炭化水
素や油脂を混入してなることを特徴とするものである。

水はその一部が電離状態にあり、電圧を印加すると電解
作用が生起するため、良好な火花放電が発生しにくい。

このため、水を加工液として放電加工を行うと、加工用
電極を陽極とした時、該電極の溶解による消耗が激しく
、電極消耗比が大きくなり、加工速度や加工面粗さにも
悪影響を及ぼすことになる。電極消耗をほとんど配慮し
なくても良いワイヤカット放電では従来から加工液とし
て水が使用されているが、成形した加工用電極を被加工
体に対向配置して型彫り加工する放電加工では、加工面
積（通電面積）が広く、加工間隙の電気抵抗値が相対的
に小さくなり、また、加工パルスとしてワイヤカット放
電加工に比べて比較的放電維持時間の長い電圧パルスが
印加されることにより、電解作用が強まり良好な火花放
電が生起しにくくなるため、水加工液とすることが困難
であった。これに対し、本発明は水中に炭素粒を混入す
ることにより、該炭素粒が放電を誘発する作用をなし、
良好な火花放電を発生させることができる。

加工液の主成分となる水は、脱イオン処理等により、約
１０３Ωｃｉ以上の高い比抵抗を有する純水が用いられ
る。水中に混入する炭素粒としては、石炭、コークス、
木炭、活性炭、油煙、カーボンブラック、天然又は人工
グラファイトの他、銅カーボン、銀カーボン、鉄カーボ
ン、プラスカーボン等の５μφ以下の微粉粒が用いられ
、混入量は０６０５〜１０重量％、好ましくは０．１〜
５重量％程度混入される。

第１図は、混入炭素粒として平均０，２μφ程度の大き
さのグラフ１イト粒を用い、この微粉粒を４Ｘ１０４Ω
Ｃ１の比抵抗を有する水中に混入して、ピーク電流（Ｉ
ρ）１５Ａ、放電維持時間（τｏｎ）５０μｓ、放電体
止時間（τｏｆｆ　）　１５μｓの加工パルスで、グラ
ファイトからなる加工用電極を正極性として鉄材を放電
加工した場合の、炭素粒混入濃度と加工速度との関係を
示す特性線図である。

このグラフから明らかなように、水中にグラフフィト粒
を微量混入しただけで加工速度が急激に増大し、混入濃
度１％程度で加工速度が最大値を示し、以後、混入濃度
を増すに従い加工速度は徐々に低下し、混入濃度が１０
重量％を越えると、グラファイト粒混入による加工速度
向上効果があまり認められなくなる。この混入濃度と加
工速度との相対的な関係については、混入微粉粒の粒径
や電圧パルス幅等の各種電気的条件によっては種々変化
するが、それ等の条件が同一の場合は、石炭や活性炭等
の無定形炭素粒や銅カーボン、銀カーボン、プラスカー
ボン等の微粉粒を用いた場合にも概ね同様の結果が得ら
れた。従って、炭素粒の混入濃度はその粒径によって変
化するが大孔最小で０．０５重量％、最大で１０重量％
程度とすることが必要であり、炭素粒混入効果にてらし
て見れば、平均粒径が約１μφで、約８０％のものが約
０．５〜１．５μφの炭素粒の場合、約０．１〜５重量
％程度が好ましい。

ここで、炭素粒として石炭粒を用いた他の実験結果を示
せば次の通りであった。　ピーク電流（Ｉｔ））１５Ａ
、放電維持時間（τｏｎ）　　１２０μｓ　。

放電体止時間（τｏｎ　）８μｓの加工パルスで、加工
電圧が低下しないように加工用電極を送りながら加工し
た時、加工液が純水の場合、加工速度が０．０６ｇ／ｍ
ｉｎであったのに対し、水中に平均１μφの石炭粒を２
重量％混入したものを加工液とした場合、０．２ｇ／ｍ
ｉｎの加工速度が得られた。

更に、炭素粒の混入により、加工速度が向上するだけで
なく、後掲の表１に示す通り、電極消耗比や加工面粗さ
も改善される。表１の実験結果から、炭素粒の混入によ
って電極消耗比が加工液純水の場合の３８％から１２％
に低下し、加工面粗さも加工液純水の場合の３５μＲｍ
ａｘから２４μＲｍａｘに向上することが認められ、加
工速度と加工面粗さはケロシンを加工液とした場合より
向上することが分る。

また、炭素粒と共に金属の粉粒を水中に混入することに
より、更に加工特性を改善することができる。炭素粒は
諸加工特性のうち特に電極消耗比を改善する作用が強い
が、金属粒の混入は安定した良好な放電状態を維持する
上で効果がある。

金属としては、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、ＡＩ。

Ｌｉ　、Ｔｅ、Ｉｎ、Ｔｉ　、Ｓｉ　、Ｃｄ、Ａｇ。

Ｂｉ、１ｖｌｎ、Ｐｂ、ｌｖＨ＋、８ｂ、希土類金属も
しくはこれ等の合金、酸化物、炭化物が用いられ、これ
等金属等の５μφ以下の微粉粒を０．１〜５．０型間％
程度水中に分散混入する。

炭素粒と金属粒とを水中に混入した場合の実験結果を示
せば次の通りである。

Ｉｔ１１３　Ａ、　ｒｏｎ１２０　μｓ　、　ｒｏＨ１
５、ｃｚｓの加工パルスを用い、３　Ｘ　１０４ΩＣ１
１の比抵抗の水を加工液として、この加工液を毎分６ｃ
ｃづつ加工間隙に供給しながら銅からなる加工用電極に
より鉄材を気中で放電加工した時、加工速度０．０１２
ｇ／ｌｌ１ｉｎ　。

電極消耗比４０％、加工面粗さ２６μＲｍａｘであった
のに対し、平均３μφのグラファイトと銅の粒子を７：
３（体積比率）の割合で上記比抵抗の水に合計５．０重
量％混入したものを加工液とし、その他の加工条件は同
じにして放電加工したところ、加工速度０．２５ｇ／　
ｍｉｎ　、電極消耗比１５％、加工面粗さ１３μＲｍａ
ｘとなり、特に加工速度の向上が顕著そあった。炭素粒
と金属粒とは、単に混合して水中に混入する他、両者を
固着した微粉粒として水中に混入するようにしても良い
。

また、加工中、加工間隙では水素等の加工ガスが発生し
、加工間隙に介在する水素の量が多くなる（水素濃度が
増大するということで、この状態は加工間隙がどちらか
と言えば所定値より狭く、加工間隙がより高温状態にあ
り、従って加工間隙の放電はアーク放電に近い状態にあ
り、このため、水の分解量が増えて大部分が水蒸気であ
る発生ガス中の水素ガスがリッチとなるもので、加工状
態が不良乃至不良状態移行の前駆状態にあると判断され
る。）と、放電維持電圧が次第に低下してしまい、加工
能率等が悪化して良好な放電加工が行なわれなくなる。

特に、水を加工液とした場合は水素の発生率が増大する
から、水素ガス発生率をある程度以下に抑えるための何
等かの手段を講じることが望まれる。混入される炭素粒
は、火花放電の生起を容易にして間隙を広げる所から間
隙の温度を下げることにより間接的に水素の発生を低減
乃至は抑制する作用もなしていると考えられるが、炭素
粒と共に触媒作用を有づる微粉粒体を混入することによ
り、水素の発生率をより積極的に制御することができる
。使用する触媒剤としては、炭素カルシウム、炭酸スト
ロンチウム、炭酸バリウム、三酸化二鉄やストロンチウ
ムバリウムフェライト等の５μφ以下の微粉粒が用いら
れるが、加工液の濾過再生時の触媒の分離を容易にする
ために、触媒作用を有すると共に磁気分離可能なものが
好ましい。

実験結果によれば、２　Ｘ　１０５ΩＣ■の比抵抗の水
を加工液として、この加工液を毎分５ｃｃの割合で加工
間隙に供給し、（ｐ１３　Ａ　、　ｒ　ｏ、ｎ１２０　
、ｃｚｓ　。

τｏＨ１５μｓの加工パルスで、グラフ戸イト電極を正
極性として鉄材を放電加工した時、加工速度０．０３ｇ
／ｍｉｎ　、電極浦耗比３８％、加工面粗さ３５μＲｍ
ａｘであったのに対し、平均３μφの石炭粒ど触媒剤と
して平均２μφのストロンチウムバリウムフェライトと
を５：１（重量比率）の割合で混合して、上記比抵抗の
水に合計２重量％混入したものを加工液とし、その他の
加工条件は同じにして放電加工したところ、加工速度０
．１５０／　ｍｉｎ　。

電極消耗比１０％、加工面粗さ３０μＲｍａｘとなり、
加工速度と共に電極消耗比の向上が顕著であった。

次に、水に炭素粒と共に界面活性剤を混入すると、炭素
粒のみ混入の場合より更に加工特性が改善される。

これは、水に界面活性剤のみを混入した場合に純水より
も優れた加工特性が得られることから、界面活性剤その
ものに加工特性改善作用が認められることと、更に界面
活性剤によって炭素粒が水になじみやすくなって水中に
均一に分散混入されることによると考えられる。界面活
性剤を用いない場合は、炭素粒として数μφ以上のもの
を用いないと分散性が悪く、偏位したクラスタ状態等と
なるが界面活性剤の混合により個々に良く分散するか、
またサブミクロンサイズのものでも、はぼ均一なりラス
タ状として分散する等均一性が高ま。

る。界面活性剤としては、エチレングリコールやポリエ
チレンオキシド或いは更に好ましくは水溶性シリコンオ
イル、アルキル・アリル・エーテル。

アルキル・エーテル、アルキル・エステル又はアルキル
・アミン型のポリ・オキシエチレン、エステル又は複合
型のソルビタン誘導体等の゛非イオン性のものが用いら
れるが、非イオン性であっても放電によってイオン化す
ると比抵抗が低下し、また電解作用が生起してアーク放
電状態に移行しやすくなり、良好な放電加工が行われな
くなるため、エチレングリコールやポリエチレンオキシ
ドのように放電によりイオン化しやすいものは好ましく
なく、放電によっても比抵抗の低下しにくい上記水溶性
シリコンオイルやポリ・オキシエ・チレン等が好ましい
。界面活性剤は炭素粒と別個に水中に混入する他、予め
界面活性剤と炭素粒或いは更に金属粒とを混合して、炭
素粒の表面を濡らした状態としたり、或いは炭素粒に界
面活性剤を吸着させた状態として水中に混入するように
しても良い。

界面活性剤の混入濃度は０．０５〜１０重量％更には０
．１〜５％、好ましくは０．５〜３％程痕とするのが好
ましい。

第２図は、グラファイト電極を正極性として鉄材を放電
加工した時の、使用加工液の種類によって変化する加工
面粗さと加工速度の関係を示す特性線図であり、図中、
１は４　Ｘ　１０４ΩＣ１の比抵抗の水を加工液とした
場合、２は該水に平均０．２μφのグラフ１イト粒を６
．６重量％混入したものを加工液とした場合、３は該グ
ラファイト粒０．６重量％の混入と共に更に水溶性シリ
コンオイルを０．１重量％混入したものを加工液とした
場合を示す。このグラフから、水に炭素粒と共に界面活
性剤を混入することにより、炭素粒のみを混入した場合
より更に加工特性（加工面粗さに対する加工速度）が改
善されることが明らかである。また、表１から、炭素粒
と共に界面活性剤を混入すれば、炭素粒のみの混入の場
合より加工速度、加工面粗さが更に向上すると共に、特
に電極消耗比が顕著に改善されてケロシンを加工液とし
た場合とほぼ同等になることが分る。

また、水に炭素粒及び界面活性剤と共に炭化水素や油脂
を混入することによって更に加工特性が改善される。

水を加工液とした場合、ケロシンに比して放電維持電圧
が低くなり、通常１８〜１９Ｖとなる。高能率の加工を
行うには、この放電維持電圧を２０Ｖ以上とすることが
望ましく、炭化水素や油脂を混入することにより放電維
持電圧を高めて加工特性を向上させることができる。ケ
ロシンやトランス油等の蒸器温度１８０℃以下の炭化水
素やエステル系の油脂類が混入物質として用いられ、界
面活性剤が混入されることにより、水に難溶な液状又は
固体状の炭化水素や油脂類も水中に均一に分散混入する
ことができる。炭化水素や油脂は他の混入物質と別々に
混入しても良く、或いは予め炭素粒及び界面活性剤と混
合して、炭素粒に付着又【よ吸着させてから水中に混入
するようにしても良し１゜炭化水素や油脂の混入濃度は
０．１〜５．０重量％程度であり、この程痕の低い混入
１１度で充分な効果が得られる。従って、可燃性物質を
混入しても加工液の大部分は水で構成されるため、火災
発生の虞れはない。

実験によれば、３Ｘ１０４ΩＣ１１の比抵抗の本番こ平
均１μφの活性炭を３重量％、水溶性シリコンオイルを
３重間％、スピンドル油を３重量％混入したものを加工
液として、グラファイト電極正極性で鉄材を放電加工し
た時、放電維持電圧が２３〜２６■となり、ケロシンを
加工液とした場合の電圧１直に近付けることができた。

また、表１から、炭素水素を混入すると、加工速度が更
に向上してケロシンを加工液とした場合の２倍となり、
電極消耗比も改善されてケロシンの場合と等しくなるこ
とが分る。更に表１により、水に炭素粒を混入した場合
、更に界面活性剤を混大した場合、また更に炭化水素を
混入した場合の諸加工特性を比較してみると、いずれの
場合も加工面粗さはほぼ同等であるが、加工速度と電極
消耗比は、添加混入物の種類が増えるに従って改善され
ることが理解される。

このように、本発明によれば加工液が水を生成物として
構成されるため、廉価であるど共に火災事故の危険がな
く、しかも、水を主成分とするものでありながら、ケロ
シンを加工液とした場合の加工特性と同等もしくはそれ
よりはるかに優れた加工特性を得ることができる。また
、ケロシンを加工液とした場合は、火災を防ぐために火
花放電の発生する加工間隙を加工液中に浸漬した状態で
加工を行う必要があったが、本発明では火災発生の虞れ
がないため、加工間隙を必ずしも加工液中に浸漬する必
要がなくなり、加工間隙を大気中に曝した状態で加工を
行う気中放電加工が可能となる。気中加工によれば、加
工液の供給量が少量で済むと共に、加工用電極と被加工
体とを比較的高温に保持して加工を行うことができ、ま
た加工電流の漏洩を防止し得る効果がある。

また、本発明の加工液がワイヤカット放電加工に於ても
有効であることは勿論である。

表　　１表１は、水、ケロシン及び本発明にかかる各種加工液に
より、同一加工条件で放電加工した時の諸加工特性を示
すものであり、加工条件は、Ｉｐ１３Ａ、τｏｎ１２０
μｓ、τｏｆｆ４０μｓの加工パルス、加工用電極がグ
ラフアイ］・、被加工体がｔＪ　Ｕで、グラフアイ１〜
電極正極性である。

表中、水は５Ｘ１０３ΩＣｌの比抵抗を有するものであ
り、またＡ、、Ｂ、Ｃによって示ず本発明にかかる各加
工液の構成は次の通りである。

Ａ：５Ｘ１０３ΩＣｌの水に平均１μφの活性炭を１重
量％混入。

Ｂ：Ａに更に界面活性剤である水溶性シリコンオイルを
３重量％混入。

Ｃ：Ｂに更にケロシンを１重量％混入。

【図面の簡単な説明】

第１図は炭素粒混入濃度と加工速度との関係を示す特性
線図、第２図は各種加工液を使用した場合の加工面粗さ
と加工速度との関係を示す特性線図である。特　　許　　出　　願　　人株式会社井上ジャパックス研究所代表者　井　上　　　潔

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　１０３Ωｃｍ以上の比抵抗を有する水に５μφ
以下の炭素粒を０．０５〜１０重量％混入してなる放電
加工用加工液。
（２）１０３ΩＣ１以上の比抵抗を有する水に５μφ以
下の炭素粒を０．０５〜１０重間％と５μφ以下の金属
微粉粒を０．１〜５重量％混入してなる放電加工用加工
液。
（３）　１０”０ｃｍ以上の比抵抗を有する水に５μφ
以下の炭素粒を０，０５〜１０重量％と界面活性剤を０
．０５〜３重四％混入してなる放電加工用加工液。
（４）　１０３ΩＣ１１以上の比抵抗を有する水に５μ
φ以下の炭素粒を０．０５〜１０重量％と５μφ以下の
金属微粉粒を０．１〜５重量％と界面活性剤を０．０５
〜３重量％混入してなる放電加工用加工液。
（５）’　１０３ΩＣｌ以上の比抵抗を有する水に５μ
φ以下の炭素粒を０．０５〜１０重量％と界面活性剤を
０．０５〜３重母％と炭化水素もしくは油脂を０．１〜
５．０重量％混入してなる放電加工用加工液。
（６）１０３ΩＣＩ以上の比抵抗を有する水に５μφ以
下の炭素粒を０．０５〜１０重量％と５μφ以下の金属
粉粒を０．１〜５重量％と界面活性剤を０．０５〜３重
量％と炭化水素もしくは油脂を０．１〜５．０重量％混
入してなる放電加工用加工液。