(57)【要約】【課題】加工屑を放電ギャップから容易に除去でき、放電状態を安定させて異常放電の発生を低減し、加工面の均一化・平坦化にも寄与できる放電加工油を提供する。【解決手段】炭化水素系基油に錯化剤を含有してなる放電加工油であり、好ましくは、錯化剤が、配位子としてＯ原子、Ｎ原子及びＳ原子からなる群から選ばれる少なくとも１種を有する放電加工油に係る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系基油に錯化剤を含有してなる放電加工油。
【請求項２】
錯化剤が、配位子としてＯ原子、Ｎ原子及びＳ原子からなる群から選ばれる少なくとも１種を有する請求項１に記載の放電加工油。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の放電加工油中において、電極と被加工物との間に放電パルスを発生させて被加工物を溶融する放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電加工油及び金属錯体反応を利用した放電加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電加工油中において、電極と被加工物との間（放電ギャップ）に放電パルスを発生させて被加工物を溶融により加工する放電加工では、加工時に電極及び／又は被加工物から加工屑が発生する。
【０００３】
放電パルスを発生させる放電ギャップは、通常μｍオーダーであり非常に狭いため、放電ギャップに加工屑が蓄積すると、加工屑の排出が困難となる。特に粘性が高く流動性に乏しい加工屑が蓄積した場合には、排出はより困難となる。放電ギャップに加工屑が滞留すると、加工面全体に均一な放電ができず、良好な放電安定性及び放電回数の維持に支障をきたす。また加工面に異常放電痕と称されるシミを残す原因となり、更には加工面の均一化・平坦化を阻害する原因ともなる。従って、発生する加工屑を放電ギャップから容易に除去し、加工品質を高める技術の開発が望まれている。
【０００４】
これに関して、従来、加工面の平滑化及び均一化、放電加工性の向上等を目的として、放電加工液に導電性及び半導電性の固体粉末（例えば、チタン、ジルコニウム等）を混入させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、このような固体粉末を混入させる技術において、特定の界面活性剤を更に混入することにより、固体粉末の分散性を高めて放電加工性、加工物の品質等を向上させることが開示されている。
【０００５】
また、例えば、特許文献２には、放電加工速度を高め、異常放電を抑制し、かつ長時間にわたり放電加工性を安定に維持できる加工液として、一般式：Ｒ１Ｏ〔ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ〕ｎＨ（Ｒ１＝炭素数１〜３０のアルキル基、またはアリール基、ｎ＝１〜７０の整数）で表される化合物をベース油に含む放電加工液が開示されている。
【０００６】
しかしながら、これらの特許文献に開示された技術では、加工品質の向上は未だ不十分であり、更なる改善の余地がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４６０２１号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平５−２７９６８５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、加工屑を放電ギャップから容易に除去でき、放電状態を安定させて異常放電の発生を抑制し、加工面の均一化・平坦化にも寄与できる放電加工油を提供することを主な目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、炭化水素系基油に特定の錯化剤を含有してなる放電加工油が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、下記の放電加工油及び金属錯体反応を利用した放電加工方法に係るものである。
１．炭化水素系基油に錯化剤を含有してなる放電加工油。
２．錯化剤が、配位子としてＯ原子、Ｎ原子及びＳ原子からなる群から選ばれる少なくとも１種を有する上記項１に記載の放電加工油。
３．上記項１又は２に記載の放電加工油中において、電極と被加工物との間に放電パルスを発生させて被加工物を溶融する放電加工方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
放電加工油
本発明の放電加工油は、炭化水素系基油に錯化剤を含有してなる。
【００１３】
炭化水素系基油としては特に限定されず、従来、放電加工に用いられている炭化水素系の鉱油及び／又は合成油が使用できる。鉱油としては、例えば、灯油留分から抽出されるノルマルパラフィン；原油の蒸留により得られる潤滑油留分を溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄及び白土処理の少なくとも１種により精製処理して得られるパラフィン系、ナフテン系等のスピンドル油、マシン油等が挙げられる。これらの鉱油は、単独又は２種以上を混合して使用できる。
【００１４】
合成油としては、例えば、ポリ−α−オレフィン（例えば、プロピレンオリゴマー、イソブチレンオリゴマー、ポリブテン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー、エチレンープロピレンオリゴマー等）及びその水素化物、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ジエステル（例えば、ジトリデシルグルタレート、ジー２−エチルヘキシルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジー２−エチルヘキシルセバケート等）、ポリオールエステル（例えば、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネート等）、ポリグリコール、シリコーン油、ジアルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテル等が挙げられる。この中でも、プロピレンオリゴマー水素化物、イソブチレンオリゴマー水素化物及びポリブテン水素化物には、通常、イソパラフィンと称されるものが該当する。これらの合成油は、単独又は２種以上を混合して使用できる。
【００１５】
合成油の中でも、アルキルベンゼンとしては、特に炭素数８〜４０（好ましくは炭素数８〜２４）であり、アルキル基を１〜２個（好ましくは１個）有するものが好ましい。アルキル基は、直鎖又は分枝状の何れでもよいが、安全性の観点からは分枝状が好ましい。
【００１６】
本発明の放電加工油の基油としては、上記の中でも、ノルマルパラフィン、イソパラフィン及びアルキルベンゼンの少なくとも１種が好ましい。
【００１７】
このような基油の物性は特に限定されないが、例えば、動粘度（４０℃）であれば、安全性、冷却性等の観点から１〜５ｍｍ２／ｓが好ましく、１．５〜３ｍｍ２／ｓがより好ましい。
【００１８】
基油には、従来、放電加工油に用いられている添加剤を添加してもよい。添加剤としては、例えば、酸化防止剤が挙げられる。このような添加剤の種類、添加量等は、放電加工の態様に応じて適宜設定できる。
【００１９】
錯化剤としては、電極及び／又は被加工物から生じる金属加工屑を親油性錯体に錯体化できるものであれば特に限定されない。この中でも、特に微細な金属加工屑を容易に錯体化できるものであって、電極及び被加工物の表面に反応痕跡等の異常を残さないものが好ましい。
【００２０】
このような錯化剤としては、例えば、配位子として、Ｏ原子、Ｎ原子及びＳ原子からなる群から選ばれる少なくとも１種を有するものが好ましい。例えば、上記特定の原子を配位子として有するβ−ジケトン類、アミン類、ピリジン類、ＥＤＴＡ類、ジチゾン誘導体、オキシン誘導体及び脂肪酸の少なくとも１種が好ましいものとして挙げられる。
【００２１】
β−ジケトン類としては特に限定されず、例えば、アセチルアセトン（２，４−ペンタンジオン）、トリフルオロアセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、ジピバロイルメタン、ビパロイルトリフルオロアセトン、テノイルトリフルオロアセトン等が挙げられる。
【００２２】
アミン類としては特に限定されず、例えば、エチレンジアミン、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリエチレンテトラミン、トリアミノトリエチルアミン等が挙げられる。
【００２３】
ピリジン類としては特に限定されず、例えば、ピリジン、ジピリジル、ｏ−フェナントロリン等が挙げられる。
【００２４】
ＥＤＴＡ類としては特に限定されず、例えば、ＥＤＴＡ（エチレンジアミンテトラ酢酸）、ＣｙＤＴＡ（シクロヘキサンジアミンテトラ酢酸）、ＤＴＰＡ（ジエチレントリアミンペンタ酢酸）等が挙げられる。
【００２５】
ジチゾン誘導体としては特に限定されず、例えば、ジフェニルチオカルバゾン（ジチゾン）、ｏ−ジトリルチオカルバミン酸、ジ（β−ナフチル）チオカルバゾン、ジ（α−ナフチル）チオカルバゾン等が挙げられる。
【００２６】
オキシン誘導体としては特に限定されず、例えば、８−オキシキノリン（オキシン）、８−キノリロール、ｏ−オキシキノリン、７−ヨード−８−オキシキノリン−５−スルホン酸（フェロン）等が挙げられる。
【００２７】
脂肪酸としては特に限定されず、例えば、オレイン酸、リノール酸、デカン酸、ドデカン酸等が挙げられる。
【００２８】
本発明の放電加工油の錯化剤としては、上記の中でも、アセチルアセトン、エチレンジアミン、ピリジン、ＣｙＤＴＡ、ジフェニルチオカルバゾン、８−オキシキノリン及びデカン酸の少なくとも１種が好ましい。
【００２９】
放電加工油中の錯化剤の濃度は特に限定されないが、通常０．２〜１０容量％が好ましく、０．２〜２容量％程度がより好ましい。但し、錯化剤の濃度は、基油及び錯化剤の種類、電極及び被加工物の種類、加工態様等に応じて適宜設定でき、必ずしも上記範囲に限定されない。
【００３０】
電極及び被加工物と錯化剤との組み合わせは多種多様であるが、好ましい組み合わせは次の通りである。例えば、▲１▼電極が銅であり、被加工物が鉄である場合には、錯化剤としては、アセチルアセトン、ジチゾン、デカン酸等が好ましい。▲２▼電極がグラファイトであり、被加工物が鉄である場合には、錯化剤としては、アセチルアセトン、ジチゾン、デカン酸等が好ましい。▲３▼電極が銅であり、被加工物が銅である場合には、錯化剤としては、脂肪酸等が好ましい。▲４▼電極が銅であり、被加工物が亜鉛である場合には、錯化剤としては、アセチルアセトン、脂肪酸等が好ましい。▲５▼電極が銅であり、被加工物がチタンである場合には、錯化剤としては、アセチルアセトン等が好ましい。▲６▼電極が黄銅であり、被加工物が銅である場合には、錯化剤としては脂肪酸等が好ましい。▲７▼電極が銅であり、被加工物が炭素鋼である場合には、錯化剤としては、β−ジケトン類が好ましく、特にアセチルアセトンが好ましい。
【００３１】
錯化剤の効果としては、例えば、上記▲７▼において、アセチルアセトンを組み合わせた場合には、加工屑として生じる炭素鋼屑がアセチルアセトンと反応して鉄アセチルアセトン錯体が生成し、放電加工油中に溶解する。これにより固体状態で残存する炭素鋼屑の量を低減できる。放電加工油は、錯体溶解に伴い濃い赤色に呈色する。放電加工油に溶解する鉄量は特に限定されないが、良好な条件下では、加工量の１０％を超える量の鉄が錯体化して溶解する。銅屑（電極屑）は、アセチルアセトン銅（ＩＩ）の状態で加工屑として析出する。これらの加工屑は粒径が小さく流動性が良いため、容易に放電ギャップから除去できる。これに対し、錯化剤のアセチルアセトンを添加しない場合には、加工屑粒径の大きな炭素鋼屑が固体状態で多く残存するため、放電ギャップからの加工屑の除去は困難となる。
【００３２】
放電加工方法
本発明の放電加工方法は、本発明の放電加工油中において、電極と被加工物との間に放電パルスを発生させて被加工物を溶融する放電加工方法である。このような放電加工方法には、本発明の放電加工油を加工媒体として用いて、金属錯体反応を利用する方法である限り、公知の放電加工方法の全てが該当する。金属錯体反応を利用することは、生じた金属加工屑を親油性錯体に錯体化して放電加工油中に溶解することを意味する。放電加工方法を実施する放電加工機も特に限定されず、公知のものが使用できる。
【００３３】
電極としては、例えば、銅、グラファイト、黄銅、銅−タングステン合金、銀−タングステン合金等からなるものが挙げられる。被加工物としては、例えば、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、超硬合金等からなる材料が挙げられる。
【００３４】
放電加工条件は、電極及び被加工物の種類、所望の加工面粗さ等に応じて適宜設定できる。放電電流の大きさは、通常、数Ａ〜数百Ａの範囲で調整できる。放電時間（パルス幅）は、通常、数μｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの範囲で調整できる。休止時間は、通常、数μｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの範囲で調整できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の放電加工油は、錯化剤を含有するため、放電加工時に電極及び／又は被加工物から生じる金属加工屑を錯体化して基油に溶解させる。これにより加工屑が固体状態で放電加工油中に残留することを抑制できる。
【００３６】
これにより、電極と被加工物との間（電極ギャップ）において、加工屑の蓄積及び滞留が防止又は抑制できる。その結果、アーク放電、短絡等の異常放電を防止又は抑制でき、被加工面全体に放電が分散して良好な放電安定性及び放電回数を維持できる。また異常放電痕の発生も防止又は抑制でき、加工面を均一化・平坦化等する効果も得られる。
【００３７】
加工屑が放電加工油中に残留したとしても、錯化剤を用いない場合と比較して加工屑の大きさが小さくなる。このため加工屑の発生の少ない微細加工の分野では、加工屑フリーの可能性もある。加工屑が固体状態で残留したとしても、錯化剤を用いない場合と比較して加工屑の粒径が小さいため、電極を定期的に大きく上下に動かすジャンプと称される動作により、加工屑を容易に放電ギャップから除去できる。
【００３８】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
灯油１９０ｍｌにアセチルアセトン１０ｍｌを添加して２００ｍｌの放電加工油を調製した。通常、灯油は基油として用いられないが、一般的な放電加工油には添加剤が含まれていることを考慮して、錯化剤のみの性能評価を行うために、灯油を採用した。電極として銅電極、被加工物として炭素鋼を用意した。
【００４０】
当該放電加工油中において、放電電流１０Ａ、放電時間１０μｓｅｃ、休止時間１０μｓｅｃの条件下で放電加工（逆極性加工）を行った。放電加工中は、生じる加工屑の除去のため、ジャンプ動作を行った。ジャンプは、上昇時間０．４ｓｅｃ、下降時間２ｓｅｃの条件で行った。
【００４１】
生じた若干量の加工屑は、粒径が小さく、粘性が低く、流動性を有しており、放電ギャップから容易に除去できた。加工に伴って、透明の加工液が赤色に呈色した。
【００４２】
加工油及び加工屑の分析の結果、加工油中には、加工量の約１０％の鉄アセチルアセトン錯体が検出された。検出時に錯体が蒸発することを考慮すると、実際は１０％を超える量の鉄が錯体化して溶解していたと考えられる。加工屑は、錯化反応により粒径の減少した鉄炭化物、アセチルアセトン銅（ＩＩ）、炭素等であった。
【００４３】
放電加工性は良好であり、被加工面には、加工屑の除去が不十分な場合に生じる異常放電痕は、目視により確認できなかった。放電加工後の被加工面の様子を図１に示す。加工面の粗さは、Ｒｚ＝９．９μｍであった。
（放電数のモニター結果）
放電加工中の放電安定性を確認するため、１ジャンプ間隔毎（連続するジャンプとジャンプとの間）に発生した正常放電の数、（アーク放電及び短絡）の合算数を１００ジャンプにわたりモニターした。正常放電の数のモニター結果を、図２のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ１００〜２００の範囲に示す。アーク放電及び短絡の合算数のモニター結果を、図３のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ１００〜２００の範囲に示す。
【００４４】
次に、放電加工条件のうち、休止時間を２０μｓｅｃに変えて同様に放電数をモニターした。正常放電の数のモニター結果を、図２のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ０〜１００の範囲に示す。アーク放電及び短絡の合算数のモニター結果を、図３のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ０〜１００の範囲に示す。
【００４５】
次に、放電加工条件のうち、休止時間を５μｓｅｃに変えて同様に放電数をモニターした。正常放電の数のモニター結果を、図２のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ２０１〜３００の範囲に示す。アーク放電及び短絡の合算数のモニター結果を、図３のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ２０１〜３００の範囲に示す。
【００４６】
比較例１
灯油２００ｍｌをそのまま放電加工油として用いた以外は、実施例１と同じ条件下において放電加工（逆極性加工）を行った。
【００４７】
放電加工中は、加工屑の発生は多く確認された。加工屑は、粒径が大きく、粘性が高く、放電ギャップから除去することは困難であった。
【００４８】
放電加工油及び加工屑の分析の結果、放電加工油中からは金属成分は検出されなかった。加工屑は、粘性の高い鉄炭化物が主成分であった。
【００４９】
放電加工性は悪く、被加工面には、加工屑の除去が不十分な場合に生じる異常放電痕が強く残ったことが目視により確認された。放電加工後の被加工物表面の様子を図１に示す。加工面の粗さは、Ｒｚ＝１１．３μｍであった。
（放電数のモニター結果）
実施例１と同様にして、１ジャンプ間隔毎（連続するジャンプとジャンプとの間）に発生した正常放電の数、（アーク放電及び短絡）の合算数を１００ジャンプにわたりモニターした。正常放電の数のモニター結果を、図２のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ１００〜２００の範囲に示す。アーク放電及び短絡の合算数のモニター結果を、図３のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ１００〜２００の範囲に示す。
【００５０】
次に、放電加工条件のうち、休止時間を２０μｓｅｃに変えて同様に放電数をモニターした。正常放電の数のモニター結果を、図２のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ０〜１００の範囲に示す。アーク放電及び短絡の合算数のモニター結果を、図３のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ０〜１００の範囲に示す。
【００５１】
次に、放電加工条件のうち、休止時間を５μｓｅｃに変えて同様に放電数をモニターした。正常放電の数のモニター結果を、図２のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ２０１〜３００の範囲に示す。アーク放電及び短絡の合算数のモニター結果を、図３のＪｕｍｐ  Ｎｕｍｂｅｒ２０１〜３００の範囲に示す。
【００５２】
実施例１及び比較例１の対比
図２の結果からは、錯化剤のアセチルアセトンを添加した実施例１では、添加しない比較例１と比べて、休止時間がいずれの場合にも、正常放電の数が多いことが分かる。図３の結果からは、休止時間２０μｓｅｃの場合には、アセチルアセトンを添加した実施例１の方が異常放電の数が多いが、実施例１の方が、比較例１よりも総放電数が多いため、正常放電数に対する異常放電数の割合を検討すると、アセチルアセトンを添加した実施例１の方が、異常放電数の割合は少ないことが分かる。
【００５３】
放電加工後の被加工物表面の様子を示す図１によれば、灯油のみを放電加工油として用いる比較例１では、異常放電痕が認められるが、アセチルアセトンを添加する実施例１では、異常放電痕は確認されない（いずれも目視観察）。
【００５４】
実施例２〜６及び比較例２
ノルマルパラフィン１９０ｍｌに下記表１に示すように錯化剤を組み合わせて６種類の放電加工油を調製した。錯化剤は１０ｍｌづつ使用した。
【００５５】
【表１】
2004283987.tif 000002
【００５６】
各放電加工油中において、実施例１と同じ条件下で放電加工（逆極性加工）を行った。各放電加工後の被加工物表面の様子を図４〜図９に示す。各放電加工において、加工屑量、放電加工性、異常放電痕の有無を評価した。評価基準は、次の通りである。
〔加工屑量〕
○：少ない
△：やや少ない
×：多い
〔放電加工性〕
○：良好
×：悪い
〔異常放電痕〕
○：目視により確認できない
×：目視により確認できる
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１及び比較例１における放電加工後の被加工物の様子をそれぞれ示す図である。
【図２】実施例１及び比較例１において、放電電流を１０Ａ、放電時間を１０μｓｅｃとし、休止時間を１００ジャンプ毎に２０μｓｅｃ、１０μｓｅｃ、５μｓｅｃに変化させて放電加工を行った際の、１ジャンプ間隔毎に発生した正常放電（Ｅｒｏｓｉｏｎ）の数をプロットしたモニター図である。
【図３】実施例１及び比較例１において、放電電流を１０Ａ、放電時間を１０μｓｅｃとし、休止時間を１００ジャンプ毎に２０μｓｅｃ、１０μｓｅｃ、５μｓｅｃに変化させて放電加工を行った際の、１ジャンプ間隔毎に発生したアーク放電及び短絡（Ａｒｃ＋Ｓｈｏｒｔ）の数をプロットしたモニター図である。
【図４】実施例２における放電加工後の被加工物の様子を示す図である。
【図５】実施例３における放電加工後の被加工物の様子を示す図である。
【図６】実施例４における放電加工後の被加工物の様子を示す図である。
【図７】実施例５における放電加工後の被加工物の様子を示す図である。
【図８】実施例６における放電加工後の被加工物の様子を示す図である。
【図９】比較例２における放電加工後の被加工物の様子を示す図である。
【図１】
2004283987.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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