(57)【要約】【課題】放電加工における被加工物の腐食を抑制することができる放電加工機および放電加工方法を提供する。【解決手段】材料判別センサ２５は被加工物１の金属材料の種類を判別するものである。液性測定センサ２４は加工液６０の液性を測定するものである。防食剤添加部５０は、加工液６０に複数の防食剤を互いに独立に添加することができるものである。加工液液性切替システム２６は、材料判別センサ２５によって判別された金属材料の種類の情報と、液性測定センサ２４によって測定された加工液６０の液性の情報とに基づいて、防食剤添加部５０を制御するものである。【選択図】図１
2011020185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料からなる被加工物に加工液を供給する加工液供給部と、
前記加工液が供給された前記被加工物を放電加工するための電極と、
前記加工液の液質を制御するための液質制御装置とを備え、
前記液質制御装置は、
前記被加工物の前記金属材料の種類を判別する材料判別センサと、
前記加工液の液性を測定する液性測定センサと、
前記加工液に複数の防食剤を互いに独立に添加することができる防食剤添加部と、
前記材料判別センサによって判別された前記金属材料の種類の情報と、前記液性測定センサによって測定された前記加工液の液性の情報とに基づいて、前記防食剤添加部を制御する加工液液性切替システムとを含む、放電加工機。
【請求項２】
前記防食剤添加部はイオン交換樹脂で構成される、請求項１に記載の放電加工機。
【請求項３】
前記イオン交換樹脂は複数のイオン交換樹脂であり、前記複数のイオン交換樹脂はＨ+型陽イオン交換樹脂とＯＨ-型陰イオン交換樹脂とを含む、請求項２に記載の放電加工機。
【請求項４】
前記材料判別センサは、前記被加工物の磁性の有無を検知することにより前記被加工物の種類を判別する、請求項１〜３のいずれかに記載の放電加工機。
【請求項５】
前記加工液液性切替システムは、前記材料判別センサによって磁性が検知された場合に前記加工液が塩基性とされるように前記防食剤添加部を制御し、かつ前記材料判別センサによって磁性が検知されなかった場合に前記加工液が酸性とされるように前記防食剤添加部を制御するように構成された、請求項４に記載の放電加工機。
【請求項６】
前記材料判別センサにより判別された材料の情報が前記加工液液性切替システムに入力されるように、前記材料判別センサと前記加工液液性切替システムとが接続されている、請求項１〜５のいずれかに記載の放電加工機。
【請求項７】
前記液性測定センサは、前記加工液の液性として水素イオン濃度および導電率を測定する、請求項１〜６のいずれかに記載の放電加工機。
【請求項８】
前記防食剤添加部は、防食剤の水溶液を前記加工液に混合するための防食溶液混合システムを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の放電加工機。
【請求項９】
前記防食剤添加部は、固体状態の前記防食剤を前記加工液に溶出させるための防食剤添加システムを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の放電加工機。
【請求項１０】
金属材料からなる被加工物を準備する工程と、
請求項１〜９のいずれかに記載の放電加工機を用いて前記被加工物を放電加工する工程とを備えた、放電加工方法。
【請求項１１】
（Ａ）被加工物の放電加工される部分に水系加工液を供給する工程と
（Ｂ）材料判別センサにより前記被加工物の材料の種類を判別する工程と、
（Ｃ）前記材料判別センサにより判別した材料の情報を加工液液性切替システムに入力する工程と、
（Ｄ）液性測定センサが加工液の液性を測定する工程と、
（Ｅ）前記材料判別センサによって判別された前記被加工物の材料の種類の情報と、前記液性測定センサによって測定された前記加工液の液性の情報とに基づき、前記加工液の液性を調整するか否かを前記加工液液性切替システムが判断する工程と、
（Ｆ）前記加工液液性切替システムの前記判断に基づいて、前記加工液液性切替システムが前記加工液の液性を調整する工程とを含み、
前記工程（Ｆ）によって前記加工液の液性が調整されることで、前記加工液の導電率が所定値以下に保持される、放電加工方法。
【請求項１２】
前記加工液の導電率の前記所定値は、７０μＳ／ｃｍである、請求項１１に記載の放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電加工機および放電加工方法に関し、特に加工液を用いて放電加工する放電加工機および放電加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料からなる被加工物をワイヤ放電加工機により放電加工する際に用いられる加工液としては、イオン交換水を用いた水系加工液と、油系加工液とが挙げられる。油系加工液の場合、加工精度は劣るが、被加工物である金属材料の防食という利点を有する。一方、水系加工液の場合、火災の危険性がないので安全性が高く、またワイヤ放電加工機の加工精度が高いといった利点がある。
【０００３】
しかしながら水系加工液中では金属材料が腐食してしまうことがあり、この腐食の発生により加工精度がかえって低下してしまうことがある。そこで水系加工液中での金属材料の腐食を防止するために、加工液に防食剤が添加されることがある。たとえば特許第３７９７８８４号公報（特許文献１）によれば、炭酸イオン、炭酸水素イオン、および水酸化物イオンのうちの１種以上のイオンと、亜硝酸イオンとを固定した陰イオン交換樹脂を用いて腐食性イオンを除去することで、水系加工液中にある鉄系金属材料からなる被加工材を防食する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７９７８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記方法で用いられる加工液は、鉄系材料を防食する効果があるものの、例えば超硬材（ＷＣ−Ｃｏ）または銅タングステン材（Ｃｕ−Ｗ）など、鉄系材料以外の金属材料を防食する効果が認められず、かえって腐食を促進させてしまうこともある。このように防食剤が被加工物の材料に応じて適切に選択されないと、防食剤による腐食の抑制効果が得られなかったり、かえって腐食が促進されてしまったりし得る。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、放電加工における被加工物の腐食を抑制することができる放電加工機および放電加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の放電加工機は、加工液供給部と、電極と、液質制御装置とを有する。加工液供給部は金属材料からなる被加工物に加工液を供給するものである。電極は加工液が供給された被加工物を放電加工するためのものである。液質制御装置は、加工液の液質を制御するためのものである。液質制御装置は、材料判別センサと、液性測定センサと、防食剤添加部と、加工液液性切替システムとを有する。材料判別センサは被加工物の金属材料の種類を判別するものである。液性測定センサは加工液の液性を測定するものである。防食剤添加部は、加工液に複数の防食剤を互いに独立に添加することができるものである。加工液液性切替システムは、材料判別センサによって判別された金属材料の種類の情報と、液性測定センサによって測定された加工液の液性の情報とに基づいて、防食剤添加部を制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の放電加工機によれば、加工液液性切替システムは、材料判別センサによって判別された金属材料の種類の情報と、液性測定センサによって測定された加工液の液性の情報とに基づいて、加工液に複数の防食剤のうち特定のものを添加する。よって被加工物をなす金属材料の種類に応じて加工液の液性が切り替えられるので、加工液による被加工物の腐食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における放電加工機の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の材料判別センサおよび加工液液性切替システムによって加工液の液性を切り替える方法を概略的に示すフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態２における放電加工装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３における放電加工装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４における放電加工装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
＜放電加工機の構成の概要＞
図１を参照して、本実施の形態の放電加工機は、金属材料からなる被加工物１を放電加工するものであり、加工槽８（加工液供給部）と、ワイヤ電極２（電極）と、液質制御装置９とを有する。金属材料は、たとえば、炭素鋼、合金鋼などの鉄系金型材料、超硬材、または銅タングステン材である。
【００１１】
加工槽８は、被加工物１が浸漬される水系加工液６０を貯めることができるように構成されている。この構成により、水系加工液６０を被加工物１に供給することができる。水系加工液６０は、防食剤を含む水系加工液である。防食剤は、金属材料からなる被加工物１の表面に酸化被膜を形成することで被加工物１を保護することができる添加剤である。
【００１２】
ワイヤ電極２は、水系加工液６０が供給された金属材料を放電加工するためのものである。ワイヤ電極２の径寸法は、被加工物１をなす金属材料の種類および加工形状に応じて選択されればよい。
【００１３】
液質制御装置９は、水系加工液６０の液質を制御するためのものであり、材料判別センサ２５と、液性測定センサ２４と、防食剤添加部５０と、加工液液性切替システム２６とを有する。
【００１４】
材料判別センサ２５は被加工物１をなす金属材料の種類を判別するものである。具体的には、材料判別センサ２５は、被加工物１をなす金属材料の磁性の有無を検知することにより金属材料の種類を判別する磁気センサである。この磁気センサを用いることで、被加工物１の金属材料の種類を判別することができる。なぜならば、放電加工機で放電加工される主な金属材料は、鉄系金属材料、超硬材、および銅タングステン材であり、鉄系金属材料および超硬材が磁性を有するのに対し、銅タングステン材は磁性を有しないからである。よって磁気センサを用いることで、被加工物１をなす金属材料が、鉄系金属材料または超硬材なのか、あるいは銅タングステン材なのかを判別することができる。
【００１５】
液性測定センサ２４は水系加工液６０の液性を測定するものである。水系加工液６０の液性とは、具体的には、水系加工液６０の水素イオン濃度（ｐＨ）および導電率であり、液性測定センサ２４は、これらの物性値を測定するものである。このため液性測定センサは、ｐＨ測定計および導電率計を搭載している。ｐＨ測定計は、水系加工液６０のｐＨ値の情報が加工液液性切替システム２６に入力されるように、加工液液性切替システム２６に接続されている。導電率計は、水系加工液６０の導電率の情報が加工液液性切替システム２６に入力されるように、加工液液性切替システム２６に接続されている。
【００１６】
防食剤添加部５０は、水系加工液６０に複数の防食剤を互いに独立に添加することができるものである。本実施の形態においては、防食剤、すなわち防食イオンを生成する防食イオン生成装置として、イオン交換樹脂塔が用いられる。このイオン交換樹脂塔は、水系加工液６０が通水されることで水系加工液６０に防食剤を供給することができる複数のイオン交換樹脂部を有する。またこの複数のイオン交換樹脂部は、Ｈ+型イオン交換樹脂部と、ＯＨ-型イオン交換樹脂部とを含む。なお防食剤および防食剤添加部５０の詳細は後述する。
【００１７】
加工液液性切替システム２６は、材料判別センサ２５によって判別された被加工物１をなす金属材料の種類の情報と、液性測定センサ２４によって測定された水系加工液６０の液性の情報とに基づいて防食剤添加部５０を制御するものである。材料判別センサ２５と加工液液性切替システム２６とは、材料判別センサ２５により判別された材料の情報が加工液液性切替システム２６に入力されるように互いに接続されている。加工液液性切替システム２６は、材料判別センサ２５によって磁性が検知された場合に水系加工液６０が塩基性とされるように防食剤添加部５０を制御し、かつ材料判別センサ２５によって磁性が検知されなかった場合に水系加工液６０が酸性とされるように防食剤添加部５０を制御するように構成されている。
【００１８】
＜加工液＞
本実施の形態の加工液は、たとえば、純水化樹脂を用いて製造されるイオン交換水を主成分とする水系加工液である。純水化樹脂とは、Ｈ+型イオン交換樹脂とＯＨ-型イオン交換樹脂との混合物である。
【００１９】
Ｈ+型イオン交換樹脂としては、たとえばスチレン‐ジビニルベンゼン共重合体、フェノールホルマリン樹脂などを基体とし、イオン交換基としてスルホン酸基を持つものが挙げられる。これらは、たとえばＨ+型のアンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ（ローム・アンド・ハース社製）、Ｈ+型のダイヤイオン（登録商標）ＳＫ１Ｂ（三菱化学（株）製）として市販されている。
【００２０】
ＯＨ-型イオン交換樹脂としては、たとえばスチレン‐ジビニルベンゼン共重合体などを基体とし、イオン交換基としてトリメチルアンモニウム基、β−ヒドロキシエチルジメチルアンモニウム基などを持つものがあげられる。これらは、たとえばＯＨ-型のアンバーライトＩＲＡ４００Ｊ（ローム・アンド・ハース社製）、ＯＨ-型のダイヤイオンＳＡ１０Ａ（三菱化学（株）製）として市販されている。
【００２１】
純水化樹脂におけるＨ+型イオン交換樹脂とＯＨ-型イオン交換樹脂との混合割合は特に限定されず、たとえばそれぞれの型のイオン交換基が等量となるようにすればよい。
【００２２】
イオン交換水は、上記の純水化樹脂を備えた容器などに、水系加工液６０の原料となる水道水、工業用水、地下水などの淡水を通水させることによって、淡水中の不純物イオンを除去することで得られる。たとえば不純物陽イオンとしてＫ+、不純物陰イオンとしてＣｌ-が存在すると、Ｈ+型イオン交換樹脂の場合は下記の式（１）の反応により、ＯＨ-型イオン交換樹脂の場合は式（２）の反応によって、Ｋ+、Ｃｌ-が純水化樹脂に捕捉される。
【００２３】
Ｒ−ＳＯ3-Ｈ+  ＋  Ｋ+  →  Ｒ−ＳＯ3Ｋ+  ＋  Ｈ+    ・・・式（１）
Ｒ≡Ｎ+ＯＨ-  ＋  Ｃｌ-  →  Ｒ≡Ｎ+Ｃｌ-  ＋  ＯＨ-    ・・・式（２）
ここで、式（１）および式（２）において、Ｒはポリスチレン樹脂など、上記各型のイオン交換樹脂の基体を示す。
【００２４】
＜水系加工液に添加される防食剤＞
水系加工液６０には、被加工物１をなす金属材料を防食するために、防食剤添加部５０によって防食剤が添加されている。ここで防食剤とは、金属材料の表面に不働態被膜を形成することにより、金属材料を腐食因子である水や酸素から保護し、結果として金属材料の腐食を抑制するもののことをいう。
【００２５】
具体的には、磁性のある材料を用いる場合、例えば鉄系金型材料や超硬材を用いる場合には、水系加工液６０の液性が塩基性となるような防食剤が好ましい。液性を塩基性にするものとしては、苛性ソーダ、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムなどが挙げられる。
【００２６】
また磁性を有しない銅タングステン材料を用いる場合、水系加工液６０の液性が酸性となるような防食剤が好ましい。液性を酸性にするものとしては、たとえば、硫酸、塩酸、硝酸、炭酸、燐酸、または蓚酸が挙げられる。
【００２７】
＜防食剤添加部＞
防食剤添加部５０であるイオン交換樹脂塔には、たとえば、Ｎａ+交換型イオン交換樹脂部、ＯＨ-交換型イオン交換樹脂部、Ｈ+型イオン交換樹脂部およびＨＣＯ3-型イオン交換樹脂部の４本のイオン交換樹脂部が搭載されている。
【００２８】
陽イオン交換樹脂部であるＮａ+交換型イオン交換樹脂部と、陰イオン交換樹脂部であるＯＨ-交換型イオン交換樹脂部とに水系加工液６０が通水されることで、水系加工液６０に対してＮａＯＨを添加することができる。これにより水系加工液６０の液性をより塩基性とすることができる。
【００２９】
また陽イオン交換樹脂部であるＨ+型イオン交換樹脂部と、陰イオン交換樹脂部であるおよびＨＣＯ3-型イオン交換樹脂部とに水系加工液６０が通水されることで、水系加工液６０に対してＨ2ＣＯ3を添加することができる。これにより水系加工液６０の液性をより酸性とすることができる。
【００３０】
なお水系加工液６０をより塩基性にする場合の陽イオン交換樹脂としては、Ｎａ+交換型イオン交換樹脂の代わりに、Ｋ+型イオン交換樹脂を用いることができる。この場合、水系加工液６０にはＮａＯＨの代わりにＫＯＨが添加される。またこのＫ+型の代わりに、ＮＨ4+型またはＭｇ2+型を用いることもできる。
【００３１】
また水系加工液６０をより酸性にする場合の陰イオン交換樹脂としては、ＨＣＯ3-型イオン交換樹脂の代わりに、Ｃｌ-型イオン交換樹脂を用いることができる。この場合、水系加工液６０にはＨ2ＣＯ3の代わりに塩酸が添加される。またこのＣｌ-型の代わりに、ＮＯ3-型またはＳＯ42-型を用いることもできる。
【００３２】
＜水系加工液の液性の制御の概要＞
防食剤添加部５０による防食剤の添加は、被加工物１をなす金属材料の磁性の有無によって制御される。具体的には、磁性を有する金属材料である鉄系金型材料、または超硬材が加工される場合、水系加工液６０の液性が塩基性となるよう防食剤を添加し、磁性のない銅タングステン材が加工される場合、水系加工液６０の液性が酸性となるよう、防食剤の添加が制御される。すなわち被加工物１の磁性の有無によって、水系加工液６０のｐＨ値が制御される。所望のｐＨ値が得られているかは、液性測定センサ２４が有するｐＨ測定計によって測定される。この測定結果に基づいて防食剤添加部５０は添加物の添加を制御する。これにより水系加工液６０のｐＨ値を所望の値に近づけることができる。
【００３３】
＜導電率測定による水系加工液の液性の制御＞
防食剤の添加量が過剰となることで水系加工液６０の導電率が高くなり過ぎると放電加工の加工精度が低下することがある。特に水系加工液６０の導電率が７０μＳ／ｃｍを超えると、加工精度の低下が著しくなる。このため加工液液性切替システム２６は、液性測定センサ２４が有する導電率計の測定結果が設定値を超えた場合、純水化樹脂、すなわちＨ+型イオン交換樹脂部とＯＨ-型イオン交換樹脂部とを通過するように水系加工液６０を循環させるように構成されている。この循環のために、放電加工装置は、循環システム（ポンプ、フィルタなどを含む）を有してもよい。水系加工液６０が純水化樹脂を通過する程度を制御することによって、水系加工液６０の導電率を制御することができる。
【００３４】
なお純水化樹脂を通過した水系加工液６０は、直接加工槽８に流入させてもよいし、別に設けた槽に流入させてから加工槽８に流入させてもよい。
【００３５】
＜放電加工方法の概要＞
本実施の形態の放電加工方法は、以下のＡ〜Ｆ工程を有する。
【００３６】
被加工物１の放電加工される部分に水系加工液６０を供給するＡ工程が行われる。材料判別センサ２５により被加工物１をなす材料の種類を判別するＢ工程が行われる。材料判別センサ２５により判別した材料の情報を加工液液性切替システム２６に入力するＣ工程が行われる。液性測定センサ２４が水系加工液６０の液性を測定するＤ工程が行われる。材料判別センサ２５によって判別された材料の種類の情報と、液性測定センサ２４によって測定された水系加工液６０の液性の情報とに基づき、水系加工液６０の液性を調整するか否かを加工液液性切替システム２６が判断するＥ工程が行われる。加工液液性切替システム２６の判断に基づいて、加工液液性切替システム２６が水系加工液６０の液性を調整するＦ工程が行われる。このＦ工程によって水系加工液６０の液性が調整されることで、水系加工液６０の導電率が所定値以下に保持される。
【００３７】
上記Ａ工程において、供給される水系加工液６０としては、上述のイオン交換水を用いることができる。このＡ工程は、放電加工中連続して行われていることが好ましい。すなわち水系加工液６０が被加工物１の放電加工部分に連続的に供給されることが好ましい。このためには、たとえば、被加工物１全体を、加工槽８に貯められた水系加工液６０に浸漬させればよい。
【００３８】
また上記Ｂ〜Ｆ工程において、加工液液性切替システム２６は、材料判別センサ２５によって判別された金属材料の種類の情報と、液性測定センサ２４によって測定された水系加工液６０の液性の情報とに基づいて、水系加工液６０に複数の防食剤のうち特定のものを添加する。よって被加工物１をなす金属材料の種類に応じて水系加工液６０の液性が切り替えられる。
【００３９】
以上のＡ〜Ｆ工程により、被加工物１の金属材料表面に形成される不働態被膜を維持することができるので、金属材料表面の腐食を抑制することができる。よって放電加工の精度を高めることができる。
【００４０】
なお上記の各工程の名称Ａ〜Ｆは便宜上のものであり、その順序を示すものではない。工程Ａ〜Ｆは、繰り返し、または順不同で複数回行われてもよい。また上記ＥおよびＦ工程は、上記Ａ工程の前に行われることが好ましい。また上記Ｂ〜Ｄ工程は、上記Ａ工程の後に行われることが好ましい。
【００４１】
＜放電加工における金属材料の種類に応じた液性の切替＞
図２を参照して、本実施の形態においては、放電加工される被加工物１をなす金属材料が磁性を有する場合に水系加工液６０がアルカリ化され、磁性を有しない場合に水系加工液６０が酸性化される。これにより金属材料の腐食が防止される。以下に、この作用効果を検証するための検討結果について説明する。
【００４２】
放電加工される金属材料のうち磁性を有する鉄系金型材料および超硬材の防食形態について、水系加工液６０の液性（ｐＨ）への依存性を調べた。金属材料としては鉄系金型材料３種（Ｓ４５Ｃ、ＳＫ３、ＳＫＨ５１）および超硬材（ＫＤ１０）の試験片を、そのｐＨについて６．２から１０となる水系加工液６０に４日間浸漬した。その結果、これらの試験片の表面は、加工液６０のｐＨが７．０以上の場合、極めて僅かに変色している程度であり、腐食は軽微であることが確認された。これは防食剤の効果により金属表面に形成された不働態被膜が金属材料を保護するためと考えられる。逆に水系加工液６０のｐＨが７．０よりも小さい場合、試験片の表面が変色しただけではなく、この表面に錆が発生した。すなわち腐食が生じた。この結果を、以下の表１に示す。
【００４３】
【表１】
2011020185.tif 000003
【００４４】
また放電加工される金属材料のうち磁性を持たない銅タングステン材の防食形態について、同様に水系加工液６０の液性(ｐＨ)への依存性を調べた。金属材料としては銅タングステン材(ＮＥＬ１５０材)の試験片を、そのｐＨについて４．０から７．５となる水系加工液６０に４日間浸漬した。その結果、これらの試験片の表面は、水系加工液６０のｐＨが７．０以下の場合、極めて僅かに変色している程度であり、腐食は軽微であることが確認された。これは防食剤の効果により金属表面に不働態被膜が金属材料を保護するためと考えられる。逆に水系加工液６０のｐＨが７．０よりも大きい場合、試験片の表面が変色しただけではなく、この表面からタングステン成分が溶出し、腐食を呈した。この結果を、以下の表２に示す。
【００４５】
【表２】
2011020185.tif 000004
【００４６】
なお上記で説明した範囲外のｐＨ、すなわちｐＨ１０以上、あるいはｐＨ４以下となるよう防食剤が添加された場合は、防食効果は得られるが、水系加工液６０の導電率が過大となるので(導電率７０μＳ／ｃｍ以上)放電加工機の精度を損なってしまう。よってｐＨの値は、４を超え、かつ１０未満であることが好ましい。
【００４７】
（実施の形態２）
図３を参照して、本実施の形態の放電加工機は、加工槽８（加工液供給部）と、ノズル４、５と、ワイヤ電極２（電極）と、ボビン３と、回収ローラ６と、回収箱７と、定盤２８と、液質制御装置９とを有する。ノズル４および５は、加工槽８内において水系加工液６０を被加工物１の上部および下部から供給するものである。ワイヤ電極２は、ボビン３から巻き出された後、ノズル４、５、回収ローラ６を経由して、回収箱７に至るように取り付けられている。ワイヤ電極２のノズル４および５の間に張架された部分が、被加工物１との間で水系加工液６０を介した放電を行うための部分である。また加工槽８には液性測定センサ２４ｂが取り付けられている。
【００４８】
液質制御装置９は、加工槽８に供給される水系加工液６０の液質を調整するものである。また液質制御装置９は、材料判別センサ２５と、液性測定センサ２４ａ、２４ｂと、加工液液性切替システム２６と、ポンプ１１、１４、１６、１８、２０、２２と、流路１１ａ、１１ｂ、２９と、ろ過フィルタ１２と、汚液槽１０と、清液槽１３と、液面センサ２７と、イオン交換樹脂塔２３（防食剤添加部）とを有する。
【００４９】
汚液槽１０は水系加工液６０ｃを貯めるものである。水系加工液６０ｃは、放電加工に用いられることで汚れているか、あるいは導電率が過剰なために、加工槽８から排出された加工液である。汚液槽１０は、流路１１ａ、ポンプ１１、流路１１ｂ、ろ過フィルタ１２を介して、清液槽１３につながっている。この構成により、水系加工液６０ｃから被加工物１の加工屑などの不純物が濾過された水系加工液６０を清液槽１３に移すことができる。
【００５０】
イオン交換樹脂塔２３は、Ｎａ+交換型イオン交換樹脂部１５と、ＨＣＯ3-型イオン交換樹脂部１７と、Ｈ+型イオン交換樹脂部１９と、ＯＨ-交換型イオン交換樹脂部２１とを有する。Ｎａ+交換型イオン交換樹脂部１５、ＨＣＯ3-型イオン交換樹脂部１７、Ｈ+型イオン交換樹脂部１９、およびＯＨ-交換型イオン交換樹脂部２１のそれぞれは、清液槽１３から水系加工液６０を取り込み、取り込んだ水系加工液６０を通水し、通水した水系加工液６０を清液槽１３に戻すことができるように取り付けられている。
【００５１】
またポンプ１６、１８、２０および２２のそれぞれは、Ｎａ+交換型イオン交換樹脂部１５、ＨＣＯ3-型イオン交換樹脂部１７、Ｈ+型イオン交換樹脂部１９、およびＯＨ-交換型イオン交換樹脂部２１に接続されている。この構成により、ポンプ１６、１８、２０および２２のうち特定のポンプを駆動することで、Ｎａ+交換型イオン交換樹脂部１５、ＨＣＯ3-型イオン交換樹脂部１７、Ｈ+型イオン交換樹脂部１９、およびＯＨ-交換型イオン交換樹脂部２１のうち特定のイオン交換樹脂部に水系加工液６０を通水することができる。よってポンプ１６、１８、２０および２２の各々を駆動するか否かを選択することで、上記のイオン交換樹脂搭２３中の複数のイオン交換樹脂部の各々から生成される防食イオン（防食剤）を互いに独立に添加することができる。
【００５２】
また清液槽１３には液性測定センサ２４ａが取り付けられている。
また清液槽１３は、ポンプ１４を介して加工槽８につながっている。よってポンプ１４の作動により水系加工液６０を加工槽８に移すことができる。
【００５３】
材料判別センサ２５は、水系加工液６０に浸漬された被加工物１をなす金属材料の磁性の有無を測定するものであり、また測定された磁性の有無の情報が加工液液性切替システム２６に送られるように加工液液性切替システム２６に接続されている。
【００５４】
液性測定センサ２４ａ、２４ｂの各々は、ｐＨ測定計を有し、また測定されたｐＨの値の情報が加工液液性切替システム２６に送られるように加工液液性切替システム２６に接続されている。また液性測定センサ２４ａ、２４ｂの各々は、導電率測定計を有し、また測定された導電率の情報が加工液液性切替システム２６に送られるように加工液液性切替システム２６に接続されている。
【００５５】
加工液液性切替システム２６は、被加工物１が磁性を有する場合に水系加工液６０が塩基性となり、磁性を有しない場合に水系加工液６０が酸性となるように、ポンプ１６、１８、２０および２２を制御するように構成されている。すなわち加工液液性切替システム２６は、被加工物１をなす金属材料の種類に応じて水系加工液６０のｐＨを調整することができるように構成されている。またこのｐＨの値は、液性測定センサ２４ａ、２４ｂの各々が有するｐＨ測定計の測定結果を参照することで、より精確に制御することができる。
【００５６】
また加工液液性切替システム２６は、導電率が所定の値を超える場合、ポンプ２０および２２を稼動させることでＨ+型イオン交換樹脂部１９およびＯＨ-交換型イオン交換樹脂部２１を用いた純水化が行われるように構成されている。
【００５７】
次に、本実施の形態の放電加工方法について説明する。被加工物１とワイヤ電極２との間に電圧が印加されると、ノズル４とノズル５とにより噴出される水系加工液６０を介して放電が生じ、この放電によって加工が行われる。このとき、ワイヤ電極２も放電加工にともない放電部分が溶融し、劣化する。したがって放電加工の進行とともに新しいワイヤ電極２が加工部に供給されるように、放電加工中はボビン３に巻回されたワイヤ電極２が、ノズル４、ノズル５、および回収ローラ６を経由して回収箱７に送り続けられる。ノズル４および５より噴出した水系加工液６０は放電加工部に生ずるスラッジを流した後、不純物を多く含有した状態となり、加工槽８に一時蓄えられる。この蓄えられた水系加工液６０は、適時、液質制御装置９に移され、その液質が制御された上で、加工槽８に戻される。
【００５８】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５９】
次に本実施の形態の放電加工装置を用いた放電加工の実施例について、以下に説明する。
【００６０】
まず磁性を有する金属材料からなる被加工物１の加工の実施例について説明する。
被加工物１をなす金属材料として、鉄系金型材料であるＳ４５Ｃ、ＳＫ３、ＳＫＨ５１（いずれもＪＩＳ規格により表記した炭素鋼鋼材）および超硬材であるＫＤ１０(（株）共立合金製作所社製)の各々を用いた。
【００６１】
水系加工液６０の原水として、導電率１４７μＳ/ｃｍ、ｐＨ７．２の水道水が清液槽１３に蓄えられた。この原水がポンプ２０、２２を用いてイオン交換樹脂塔２３中のＨ+型イオン交換樹脂部１９とＯＨ-型イオン交換樹脂部２１とに通水された。その結果、導電率８．０μＳ／ｃｍ、ｐＨ６．２の水系加工液６０が生成された。
【００６２】
次に材料判別センサ２５によって被加工物１の金属材料が磁性を有すると検知され、その情報が加工液液性切替システム２６に送信された。加工液液性切替システム２６は、水系加工液６０をイオン交換樹脂塔２３の中のＮａ+型イオン交換樹脂部１５およびＯＨ-型イオン交換樹脂部２１に通水させ、水系加工液６０の液性を塩基性に制御した。この通水は、水系加工液６０のｐＨが１０．０まで増大すると停止され、７．０まで低下すると再開されるように制御された。このような制御を行いつつ、水系加工液６０に浸漬された被加工物１への放電加工を４日間行った。
【００６３】
放電加工された表面を観察したところ、この表面は極めて僅かに変色している程度であり、腐食は軽微であることが確認された。また、この表面についてＸＰＳ分析（X−ray  Photoelectron  Spectroscopy）を実施した。その結果、Ｓ４５Ｃ、ＳＫ３、ＳＫＨ５１表面には主成分がＦｅの酸化物からなる不働態被膜が存在し、その厚みは数百ナノメートル以下であることがわかった。そしてその下地にＦｅの金属層が存在することを確認した。また、ＫＤ１０表面には主成分がＷＣおよびＣｏの酸化物からなる不働態被膜が存在することを確認した。
【００６４】
次に、磁性を有しない金属材料からなる被加工物１の加工の実施例について説明する。
被加工物１をなす金属材料として、銅タングステン材であるＮＥＬ１５０材（（株）アライドマテリアル社製）を用いた。
【００６５】
水系加工液６０の原水として、導電率１４７μＳ/ｃｍ、ｐＨ７．２の水道水が清液槽１３に蓄えられた。この原水がポンプ２０、２２を用いてイオン交換樹脂塔２３中のＨ+型イオン交換樹脂部１９とＯＨ-型イオン交換樹脂部２１とに通水された。その結果、導電率８．０μＳ／ｃｍ、ｐＨ６．２の水系加工液６０が生成された。
【００６６】
次に材料判別センサ２５によって被加工物１の金属材料が磁性を有しないないと検知され、その情報が加工液液性切替システム２６に送信された。加工液液性切替システム２６は、水系加工液６０をイオン交換樹脂塔２３の中のＨＣＯ3-型イオン交換樹脂部１７およびＨ+型イオン交換樹脂部１９に通水させ、水系加工液６０の液性を酸性に制御した。この通水は、水系加工液６０のｐＨが４．０まで低下すると停止され、７．０まで増大すると再開されるように制御された。このような制御を行いつつ、水系加工液６０に浸漬された被加工物１への放電加工を４日間行った。
【００６７】
放電加工された表面を観察したところ、この表面は極めて僅かに変色している程度であり、腐食は軽微であることが確認された。また、この表面についてＸＰＳ分析を実施した。その結果、ＮＥＬ１５０材については、その表面にＣｕおよびＷの酸化物からなる不働態被膜が存在し、その厚みが数百ナノメートルであることを確認した。
【００６８】
次に比較例について説明する。
材料判別センサ２５、液性測定センサ２４ａ、２４ｂ、および加工液液性切替システム２６を用いずに、純水化樹脂塔２３すなわちＨ+型イオン交換樹脂部１９およびＯＨ-型イオン交換樹脂部２１に通水されたイオン交換水（導電率１．６μＳ／ｃｍ、ｐＨ６．０）を水系加工液６０として、金属材料（Ｓ４５Ｃ、ＳＫ３、ＳＫＨ５１、ＫＤ１０）の各々の試験片が４日間放電加工された。
【００６９】
その結果、これらの試験片は、変色していただけでなく、その表面に錆層が形成されており、腐食が生じていることが確認された。また加工後のＳ４５Ｃ、ＳＫ３、ＳＫＨ５１の試験片の表面についてＸＰＳ分析を実施したところ、これらの表面にＦｅの酸化物であるＦｅ2Ｏ3から構成される被膜が厚さ数百μｍ以上の広範囲にわたって存在することを確認した。これは、防食剤が添加されていない水系加工液６０中の溶存酸素により被加工物１の表面の酸化反応が促進されたために、この表面の腐食が進行したと考えられる。また超硬材の場合についても、ＳＥＭ(走査型電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）分析により腐食が生じていることを確認した。
【００７０】
以上の結果から、材料判別センサ２５、液性測定センサ２４ａ、２４ｂ、加工液液性切替システム２６、およびそれに連動するイオン交換樹脂塔２３を用いることによって、各金属材料に適した防食剤を適量添加し、水系加工液６０の液性を制御することができ、結果として被加工物１の金属材料の腐食を抑制できることが確認された。
【００７１】
（実施の形態３）
実施の形態２ではイオン交換樹脂によって防食剤を水系加工液６０に添加する方法が用いられたが、本実施の形態では、この方法の代わりに、防食剤を含んだ水溶液を水系加工液６０に混合する方法が用いられる。
【００７２】
図４を参照して、本実施の形態の放電加工装置の液質制御装置９は、防食剤添加部としての防食溶液混合システム３１と、純水化樹脂塔３０とを有する。
【００７３】
防食溶液混合システム３１は、防食剤の水溶液を水系加工液６０に混合するためのものである。具体的には、防食溶液混合システム３１は、防食剤の水溶液を所望量だけ滴下することができるものである。
【００７４】
純水化樹脂塔３０は、水系加工液６０の導電率を制御するために、Ｈ+型イオン交換樹脂部１９と、ＯＨ-交換型イオン交換樹脂部２１とを有する。
【００７５】
本実施の形態は、被加工物１の金属材料の磁性の有無が材料判別センサ２５で判断され、液性測定センサ２４ａ、２４ｂにより水系加工液６０の液性が測定されるところまでは実施の形態２と同様である。これらのセンサの情報が加工液液性切替システム２６に入力され、加工液液性切替システム２６が防食溶液混合システム３１を制御しながら防食溶液を清液槽１３に滴下する。
【００７６】
防食溶液混合システム３１は、防食剤が溶解した水溶液として、水系加工液６０の液性を塩基性にするものと酸性にするものとの２種類を搭載しており、また各々の水溶液を互いに独立して添加できるように構成されている。水系加工液６０を塩基性にする水溶液としては、苛性ソーダ水、水酸化カリウム溶液、水酸化アンモニウム溶液などが挙げられ、酸性にする水溶液としては、上述したように、硫酸、塩酸、炭酸、燐酸、蓚酸などが挙げられる。この防食溶液混合システム３１に対して、加工液液性切替システム２６が材料判別センサ２５および液性測定センサ２４ａ、２４ｂと連動しながら加工液液性を調整するよう制御することにより、被加工物１をなす金属材料の腐食を抑制することができる。
【００７７】
（実施の形態４）
実施の形態３では防食剤の水溶液が用いられたが、本実施の形態では、この方法の代わりに、防食剤の固体物が用いられる。
【００７８】
図５を参照して、本実施の形態の放電加工装置の液質制御装置９は、防食剤添加部としての防食剤添加システム３２を有する。防食剤添加システム３２は、固体状態の防食剤３４を水系加工液６０に溶出させるためのものである。
【００７９】
本実施の形態は、被加工物１の金属材料の磁性の有無が材料判別センサ２５で判断され、液性測定センサ２４ａ、２４ｂにより水系加工液６０の液性が測定されるところまでは実施の形態３と同様である。これらのセンサの情報が加工液液性切替システム２６に入力され、加工液液性切替システム２６が防食剤添加システム３２を制御しながら防食剤３４を清液槽１３中の水系加工液６０に溶出させる。
【００８０】
防食剤添加システム３２は、防食剤３４として、水系加工液６０を塩基性にするものと酸性にするものとの２種類を搭載しており、また各々の防食剤３４を互いに独立して添加できるように構成されている。水系加工液６０を塩基性にする固体の防食剤３４としては、苛性ソーダ、水酸化カリウムなどが挙げられ、酸性にする固体の防食剤３４としては、無水燐酸などが挙げられる。この防食剤添加システム３２に対して、加工液液性切替システム２６が材料判別センサ２５および液性測定センサ２４ａ、２４ｂと連動しながら加工液液性を調整するよう制御することにより、被加工物１をなす金属材料の腐食を抑制することができる。
【００８１】
より具体的には、防食剤添加システム３２は骨格基材としての粘着テープ３３を有し、防食剤３４は、この粘着テープ３３上に均一に分布されている。この構成により、防食剤添加システム３２が清液槽１３中に浸漬されることによって、防食剤３４が清液槽１３中へと溶出することで、結果として水系加工液６０の液性を制御することができる。すなわち、水系加工液６０中の防食剤濃度が低下した場合に防食剤添加システム３２が清液槽１３へ浸漬され、所定の濃度に達した場合に清液槽１３から分離されることによって、水系加工液６０の液性を制御することができる。また防食剤添加システム３２を浸漬させる速度、範囲、あるいは時間を制御することで、水系加工液６０中の防食剤濃度を所定の値にすることも可能である。
【００８２】
以上、本実施の形態によれば、固体の防食剤３４を用いて、実施の形態３と同様に、被加工物１をなす金属材料の腐食を抑制することができる。
【００８３】
なお、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
また放電加工される被加工物をなす金属材料としては、放電加工の対象となるものであれば特に限定されないが、水系加工液を用いた場合に腐食しやすい金属材料を対象とした場合、本発明の効果が顕著である。たとえば、炭素鋼、合金鋼などの鉄系金属材料、超硬材、銅タングステン材などの腐食を効率的に抑制することができる。
【００８４】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、加工液を用いて放電加工する放電加工機および放電加工方法に特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００８６】
１  被加工物、２  ワイヤ電極（電極）、８  加工槽（加工液供給部）、９  液質制御装置、２４  液性測定センサ、２５  材料判別センサ、２６  加工液液性切替システム、３１  防食溶液混合システム、３２  防食剤添加システム、５０  防食剤添加部、６０  水系加工液（加工液）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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