(57)【要約】本発明は、放電加工機に使用される水性媒体を脱イオンし、精製する方法と、この方法で使用される製品に関する。放電加工機は、カチオン系及びアニオン系樹脂の間で水性誘電性媒体とともにイオン交換を生じる相を含み、また、前記水性媒体は、４０μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する。本発明によると、水性媒体に対して次のようなものが添加される：蒸留／脱イオン水中に蓚酸及び燐酸を含む溶液であって、その溶液１リットルについて概略割合で、０．０１８〜０．０３５モルの蓚酸及び１．２８〜２．５モルの燐酸を含む溶液。本発明は、放電加工機で使用するのに好適である。
2005537137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電加工機で使用される水性媒体を脱イオン及び精製するためのものであって、前記放電加工機が、前記水性媒体のための精製回路を備え、その精製回路においてカチオン系及びアニオン系樹脂の間に水性誘電性媒体とともにイオン交換相が含まれる方法において、
４０μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する水性媒体に対して、蒸留／脱イオン水中の蓚酸及び燐酸の溶液を、溶液１リットルについて概略割合で、０．０１８〜０．０３５モルの蓚酸及び１．２８〜２．５モルの燐酸で添加することを特徴とする、水性媒体を脱イオン及び精製する方法。
【請求項２】
カチオン系及びアニオン系樹脂を水性媒体とともに有するイオン交換相の後で、前記溶液を前記水性媒体に添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記放電加工機でＦｅ及びＡｌ部材を加工し、約７ｍｌの前記溶液を前記前記水性媒体に添加することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記放電加工機でＣｕ部材を加工し、約１．５ｍｌの前記溶液を前記前記水性媒体に添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
すでに使用された水性媒体の受容タンクにおいて、前記溶液を前記精製回路に対して添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記脱イオン水中の溶液が、溶液１リットルについて、０．０２５モルの蓚酸及び１．８モルの燐酸を含有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の、放電加工機で使用される水性誘電性媒体を脱イオン及び精製する方法で使用される製品であって、
前記製品が、蒸留／脱イオン水中の蓚酸及び燐酸の溶液からなり、溶液１リットルについての概略割合が、０．０１８〜０．０３５モルの蓚酸及び１．２８〜２．５モルの燐酸であることを特徴とする、製品。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ワイヤ放電加工（電解溶蝕）方法は、通常、真ちゅう、鋼、銅などであることができるワイヤ、通常は導電性のパーツ、例えば鋼、アルミニウム、銅、チタンなどである被加工部材、そして懸濁液中に粒子を含まない低導電率の水性加工媒体、例えばろ過し、冷却し、部分的に脱イオンした水からなる誘電性媒体を使用することを包含している。化学的な観点から見た場合に、水性媒体中でワイヤ放電加工を行う間、異なる物質及び化合物間において非常に多数の反応が発生可能である。
【０００２】
一般的に、放電加工プロセスの帰結として、媒体の導電率が徐々に増加する傾向がある。この増加は、酸化還元反応や酸−塩基反応に由来するものであり、また、これらの反応は、基本的に、被加工部材を構成する金属と、それらを取り囲む誘電性媒体、一般的には水との間で発生する。電気的な放電によって電子の流れが発生せしめられ、この電子の流れによって、水と被加工部材及びワイヤの両方に由来してイオンの形成が引き起こされる。なお、基本的には被加工部材に由来している。導電率におけるこのような増加は、（カチオン系及びアニオン系の）樹脂の混合系を使用して、イオンを樹脂で交換することでもってコントロールされる。カチオン系−アニオン系樹脂は比較的に高価であり、また、それらの樹脂を経済的な手法で回収することには比較的に複雑な面がある。樹脂のみを使用して脱イオンを行う場合には、プロセスに経費がかかることとなる。
【０００３】
他方において、放電加工プロセスで、放電中における水とのレドックス反応の帰結として、金属鉄（Ｆｅ０）の酸化が引き起こされるということが知られている。鉄が、Ｆｅ０からＦｅ２＋及びＦｅ３＋に変換せしめられ、後者のイオン種と水との接触によって酸−塩基平衡に達し、２を上回るｐＨで水酸化物の形で沈殿せしめられる。Ｆｅ（ＯＨ）３水酸化物は、コロイドの挙動を示す暗色のゼラチン状の沈殿であり、沈着傾向を示さないというものの、懸濁状態のままであり、ろ過システムの清浄化タンクの水を暗色化し、これをそのまま保持することは不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放電加工プロセスの場合、媒体（最初は、中性で部分的に脱イオンされた水）の連続的な塩基化が必然的に伴っている。ｐＨにおけるこの増加は、電子の交換中における水のレドックスプロセスに原因している。鉄の酸化を補償するため、水の還元（酸素及び水素への還元）が行われているけれども、この還元は、中性もしくはアルカリ性の媒体中で、その媒体中のＯＨ−の濃度が増加することを意味している。この部分が反応を起こすと、関連する金属の水酸化物が形成せしめられるけれども、余剰分は残ったままであり、塩基性の媒体が維持されることとなる。
【０００５】
さらに加えて、放電加工用のワイヤをミクロン（μｍ）サイズの極めて精密な開口に案内し、それを通過させなければならない。これらの開口は、プロセス中に侵食せしめられた金属の複雑な複合塩の沈着によって閉塞せしめられ、また、これがあるため、ワイヤガイドを含む部材や被加工部材に対する放電加工の精度が劣化せしめられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
出願人は、上述のような問題点のすべてについて、被加工部材を構成する金属Ｆｅ、Ｃｕ及びＡｌの溶解は、低導電率媒体（４０μＳ／ｃｍ未満）中において極めて迅速に進行し、最も多くの例ではＦｅ０からＦｅ＋＋及びＦｅ＋＋＋への変換が発生するという事実に本質があり、そのため、これを解決するためには、金属、例えばＦｅ＋＋の第１の酸化を解消し、もしも水酸化物の増加を引き起こす第２の酸化、Ｆｅ＋＋→Ｆｅ＋＋＋が発生するならば、それを速やかに防止するような媒体を見いだすべきであるということを考察した。
【０００７】
同時に、媒体の解決は、媒体中のイオン濃度及びしたがって導電率をコントロールし、よって、導電率のより低い増加及び樹脂のより少ない消費を可能とするであろう。媒体が放電加工プロセスそのもの（スタート容量、スパーク電力等）に影響を与えないようにするため、これらのすべてが媒体において可能でなければならず、また、樹脂の消費量の軽減はさておいて、例えばＦｅ（ＯＨ）３水酸化物のようなコロイド挙動の粒子が不存在であるため、ろ過とスラッジの抽出及び脱水を行うことがより容易となる。
【０００８】
出願人が考察するところによると、この媒体の解決は、その錯体形成能力のために使用される有機酸（蓚酸）とその沈殿生成能力のために使用される無機酸（燐酸）の合体に基づく相乗作用をもった混合物に由来し、また、その相乗作用がシステム内に存在する主たるカチオンに作用する。この混合物が、金属水酸化物の沈殿、媒体の導電率、そしてシステムのｐＨに作用する。
【０００９】
さらに加えて、蓚酸は、とりわけ鉄の場合に顕著であるけれども、安定な錯体を形成する高い能力を提供する。この方法によると、蓚酸の添加がＦｅ＋＋沈殿部分に作用し、さらにまた、誘電性媒体中に溶解している亜鉛及び銅（Ｃｕ＋＋）との反応によって沈殿を生成可能である。この作用でもって、誘電性媒体の導電率が低下せしめられるとともに、３価の鉄イオン濃度が形成される。
【００１０】
Ｆｅ＋＋＋の存在は回避することができないので、ＦｅＰＯ４の形ですばやく沈殿を形成することのできる燐酸を使用して混合物を完成し、ろ過し、分離することが非常に難しいコロイド粒子の形成を回避する。また、Ｆｅ＋＋＋は、蓚酸塩イオン及び燐酸塩の両方とも安定な錯体を形成する。
【００１１】
３価の鉄に作用することは別として、誘電性媒体中に粒子が荷電される速度をもって引き起こされる、導電率に対する影響が上記の混合物にはある。荷電される粒子は、小サイズのアニオン及びカチオン（Ｈ＋、ＯＨ−、Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋、Ｃｕ＋等）であり、媒体によって溶媒和可能である。
【００１２】
他方において、もしも導電率の増加を低下させるかもしくは防止することが目的としてあるのであるならば、その化学的解決は、荷電された粒子間で相互作用を発生させ（導電率を低下させる）、同時に、イオンの移動度を低下させること、例えば、溶液を引き寄せてそれらの粒子の周囲を取り囲ませるような粒子を形成すること、を意味する。この方法によると、近隣のイオンを静止媒体の形とするのではなくて乱流で移動させなければならず、それらのイオンが独立して、かつ低濃度で移動することに関しての移動の自由度が失われる。したがって、例えば蓚酸のような、大量の溶媒和を引き起こすような大極性の荷電粒子を選択するのが有利である。
【００１３】
酸の混合物は強酸性のｐＨ値を提供するけれども、放電加工プロセスでもって引き起こされる一定の塩基化がその酸性度を補償し、媒体を中性近傍で維持する。
【００１４】
蓚酸／燐酸混合物の化学的活性の結果として、荷電粒子の大部分が塩類として沈殿せしめられるけれども、このことは、フィルターの作用によって媒体から塩類が除去されることを意味している。残った荷電種は、安定な錯体、すなわち、移動度が低下せしめられたより大きな分子へと変換せしめられ、媒体の導電率に対するそれらの寄与の程度が低下せしめられる。
【００１５】
付随的には、蓚酸−燐酸混合物は、放電加工ワイヤの導通開口に形成された付着物やコーティングを溶解し、ワイヤガイドの精度を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の主題の理解をさらに良好なものとするため、好ましい実施形態を図面に示して説明する。なお、これらの実施形態は、本発明の基本から逸脱しない範囲で補助的に変更可能である。
【００１７】
図１は、カチオン系−アニオン系樹脂を使用した通常の公知な脱イオン法を示したグラフである。
図２は、本発明で目的とする方法を実施することによって得られた図１と同様なグラフである。
図３は、通常の公知な方法で放電加工を行った場合に発生する水の溶質の沈降を示したグラフである。
図４は、本発明で目的とする方法及び生成物に従って放電加工を行った場合に発生する水の溶質の沈降を示した、図３と同様なグラフである。
【００１８】
図３及び図４は、高さ１００ｍｍ及び容積１００ｍｌで、放電加工に由来したものであって、導電率が１０∝Ｓ／ｃｍである水を充填してあり、かつ１００ｍｍ３の鋼を懸濁状態で含有する２本の試験管内で実施した沈降試験に対応している（２本の容器内の水の状態は、完全に黒色である）。
【００１９】
図４の液体は、本発明の目的とする溶液を使用して処理し、混合物中におけるその含有量は、０．０７ｍｌ未満であった。
【００２０】
図３は、経時的に沈降を生じていない永続的に黒色の液体を示している。
【００２１】
図４は、内容物の沈殿速度を示しており、これによると、２時間後、完全な沈降が起こっており、水は澄んで見え、リサイクルして使用することができる。
【００２２】
放電加工機で使用された水性媒体を精製するため、通常は精製回路が存在している。精製回路は、内部で関連の（通常は金属の）部材を加工し、かつ水性媒体（通常は低導電率の水）を含有する加工タンクをベースに構成されていて、ここで汚染された後の水性媒体を受容タンクに搬送し、その受容タンクからフィルターとカチオン系−アニオン系樹脂を用いたイオン交換器に供給する。イオン交換器では、本プロセスに必要とされる程度の脱イオン度に到達した水を回収し、この水を、直接的／間接的に加工タンクに戻し、サイクルを開始することができる。
【００２３】
この方法及び製品は、４０μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する水とともに用いられ、好ましくは、２０μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する水とともに用いられる。
【００２４】
本発明の非限定的な実施例は、以下において記載する。
【００２５】
放電加工を実施する際に使用する水性媒体は、通常、低い導電率を有している。プロセスにおいてイオンが生成せしめられるので、それらのイオンを除去するために、さもなければ、実際に起こり得る場合には、必要とされる導電率（それぞれのケースによる）で水性媒体を維持するために（例えば、図１において、導電率は１４μＳ／ｃｍ未満のままである）、カチオン系−アニオン系樹脂が使用される。
【００２６】
水性媒体は、初期導電率（Ｃ１）、例えば１１μＳ／ｃｍでスタートし、限界導電率（Ｃ２）、例えば１４μＳ／ｃｍ、すなわち、カチオン系−アニオン系樹脂（Ｒ）について予め定められた量に達するまでイオンの荷電が行われる。加工を開始するため、限界導電率を１４μＳ／ｃｍから１１μＳ／ｃｍまで低下せしめ、プロセスを再開する。ラフ−ダウンシステム（rough-down system）において、通常の加工条件で鋼（スチール）、アルミニウム、銅又はチタン部材を加工することができ、材料のスタート時に１５００及び３０００ｍｍ３／時を適用する。
【００２７】
このプロセスのサイクル時間（ｔ１）、すなわち、水性媒体についてその初期導電率（Ｃ１）１１μＳ／ｃｍが１４μＳ／ｃｍの限界導電率（Ｃ２）に変化し、初期導電率（Ｃ１）に戻るまでに要する時間は、約１５分間であることができる。
【００２８】
蓚酸と燐酸の混合物を使用して行った試験（図２）は、その混合物の両成分の割合を広く変更した場合には、従来公知であったものを改良した結果が得られるということを示している。出願人の考察によれば、蓚酸と燐酸の混合物を蒸留水又は脱イオン水、例えば１０μＳ／ｃｍ未満、の中で使用する場合に、その溶液１リットルについて蓚酸が０．０１８〜０．０３５モル及び燐酸が１．２８〜２．５モルである時に明確に有利な結果を得ることができる。
【実施例】
【００２９】
３．１５ｇ、すなわち、０．０２５Ｍ（モル）の蓚酸Ｃ２Ｏ４Ｈ２、０．１リットル、すなわち、１．８Ｍ（モル）の燐酸ＰＯ４Ｈ３及び残りの１リットルにする量の、導電率が７μＳ／ｃｍである脱イオン水の混合物からなる溶液（Ｄ）を調製した。
【００３０】
スチール製の被加工部材を使用するとともに、材料スタートが２１６０ｍｍ３／時である加工システム（適宜の比較を行い得るように、図１のものに同じ）を使用した。
【００３１】
水性媒体の初期導電率（Ｃ１’）が１１μＳ／ｃｍのところで試験を開始し、カチオン系−アニオン系樹脂（Ｒ）相に流入するところで１４μＳ／ｃｍの限界導電率（Ｃ２’）を確立した。
【００３２】
７ｍｌの調製済み溶液（Ｄ）を水性媒体に添加した。導電率が最大値（Ｃ３）である１２μＳ／ｃｍまで上昇し、次いで、最小値（Ｃ４）である１０μＳ／ｃｍまで徐々に低下し始め、さらに限界導電率（Ｃ２’）になるまで上昇した。樹脂（Ｒ）を加工材とともに投入し、水性媒体の導電率を限界導電率（Ｃ２’）から初期導電率（Ｃ１’）まで戻し、プロセスを再開した。
【００３３】
明確に理解することができるように、同じ条件下において、通常の公知プロセス（図１）では、３０分間ごとに樹脂（Ｒ）を使って２回の加工を行い、一方、本発明の方法（図２）の場合には、３０分間ごとに樹脂（Ｒ）を使って１回しか加工を行わない。このことは、本発明方法の場合には、樹脂（Ｒ）の寿命が１００％増加していることを意味する。
【００３４】
アルミニウム部材を使用した試験でも、同様な結果が得られた。
【００３５】
銅部材を使用した試験では、溶液の使用量を実質的に増加させるようにした。スチールについて使用したものに同様なラフ−ダウンシステムを使用して、スチールの場合の半分にほぼ等しいＣｕ低下量とするため、１．５ｍｌで十分であった。
【００３６】
ここで考慮しなければならないことは、放電加工機の製造業者によって提供される技術情報の図表にはスタート速度が指示されており、それらのスタート速度から、各加工システムにおいて時間単位によって還元される材料の容積を推論することができるということである。
【００３７】
溶液は、水性媒体の精製回路の任意の個所において添加することができるけれども、加工タンクから出てきたすでに使用した水性誘電性媒体の受容タンクに添加するのが好ましい。
【００３８】
図３及び図４において、座標は、ｍｍで表される沈降高さ（ｈ）、ｈｏｕｒｓで表される時間（ｔ）、そしてきれいな液体（ｃ）と汚れた液体（ｄ）の間の界面のレベル（ｎ）である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】カチオン系−アニオン系樹脂を使用した通常の公知な脱イオン法を示したグラフである。
【図２】本発明で目的とする方法を実施することによって得られた図１と同様なグラフである。
【図３】通常の公知な方法で放電加工を行った場合に発生する水の溶質の沈降を示したグラフである。
【図４】本発明で目的とする方法及び生成物に従って放電加工を行った場合に発生する水の溶質の沈降を示した、図３と同様なグラフである。
【図１】
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【図２】
2005537137.tif 000004
【図３】
2005537137.tif 000005
【図４】
2005537137.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月9日(2004.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電加工機で使用される水性媒体を脱イオン及び精製するためのものであって、前記放電加工機が、前記水性媒体のための精製回路を備え、その精製回路においてカチオン系及びアニオン系樹脂の間に水性誘電性媒体とともにイオン交換相が含まれる方法において、
４０μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する水性媒体に対して、蒸留／脱イオン水中の蓚酸及び燐酸の溶液を、溶液１リットルについて概略割合で、０．０１８〜０．０３５モルの蓚酸及び１．２８〜２．５モルの燐酸で添加することを特徴とする、水性媒体を脱イオン及び精製する方法。
【請求項２】
カチオン系及びアニオン系樹脂を水性媒体とともに有するイオン交換相の後で、前記溶液を前記水性媒体に添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記放電加工機でＦｅ及びＡｌ部材を加工し、７ｍｌの前記溶液を前記前記水性媒体に添加することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記放電加工機でＣｕ部材を加工し、１．５ｍｌの前記溶液を前記前記水性媒体に添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
すでに使用された水性媒体の受容タンクにおいて、前記溶液を前記精製回路に対して添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記脱イオン水中の溶液が、溶液１リットルについて、０．０２５モルの蓚酸及び１．８モルの燐酸を含有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の、放電加工機で使用される水性誘電性媒体を脱イオン及び精製する方法で使用される製品であって、
前記製品が、蒸留／脱イオン水中の蓚酸及び燐酸の溶液からなり、溶液１リットルについての概略割合が、０．０１８〜０．０３５モルの蓚酸及び１．２８〜２．５モルの燐酸であることを特徴とする、製品。
【国際調査報告】
2005537137.tif 000007
2005537137.tif 000008
2005537137.tif 000009
2005537137.tif 000010