(57)【要約】  加工液として水系加工液を用い、電極(2)と被加工物(1)との間に形成される加工間隙に電圧を印加しつつ前記被加工物(1)の加工を行う放電加工装置において、前記被加工物(1)を陰極、絶縁物(24)を介して対向する防食電極(25)を陽極とし、所定の電圧を印加する防食電源部(26)と、前記加工液の状態を計測する加工液質測定器(22)と、この加工液質測定器(22)の計測結果に基づき、前記加工液のpHを、8.5〜10.5となるように制御する加工液質制御手段(16,17,18,19,20,21,23)と、を備える。
2007113906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工液として水系加工液を用い、電極と被加工物との間に形成される加工間隙に電圧を印加しつつ前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記被加工物を陰極、絶縁物を介して対向する防食電極を陽極とし、所定の電圧を印加する防食電源部と、
前記加工液の状態を計測する加工液質測定器と、
この加工液質測定器の計測結果に基づき、前記加工液のpHを、8.5〜10.5となるように制御する加工液質制御手段と、
を備えたことを特徴とする放電加工装置。
【請求項２】
加工液質測定器は、水系加工液の導電率を計測する導電率計であることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
【請求項３】
加工液質制御手段は、純水化樹脂部、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が混合された防食樹脂部への通水を制御することにより、加工液のpHを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工装置。
【請求項４】
防食樹脂部は、でNa＋形またはK＋形あるいはCa２＋形陽イオン交換樹脂と、OH−形陰イオン交換樹脂からなることを特徴とする請求項３に記載の放電加工装置。
【請求項５】
加工液質制御手段は、純水化樹脂部、OH−形陰イオン交換樹脂からなる防食樹脂部への通水を制御することにより、加工液のpHを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工装置。
【請求項６】
防食電源部は、前記被加工物が載置される定盤を陰極、前記定盤と絶縁物を介して対向する防食電極を陽極となるように接続し、所定の電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の放電加工装置。
【請求項７】
防食電源部は、加工槽を防食電極として機能させるべく、加工槽を陽極となるように接続することを特徴とする請求項６に記載の放電加工装置。
【請求項８】
防食電源部は、加工時及び非加工時に1〜20Vの電圧印加を行うことを特徴とする請求項６または７に記載の放電加工装置。
【請求項９】
加工液として水系加工液を用い、電極と被加工物との間に形成される加工間隙に電圧を印加しつつ前記被加工物の加工を行う放電加工方法において、
前記被加工物を陰極、前記定盤と絶縁物を介して対向する防食電極を陽極とし、防食電源部により所定の電圧を印加する工程と、
前記加工液の状態を加工液質測定器に基づき計測する工程と、
この加工液質測定器の計測結果に基づき、前記加工液のpHを、8.5〜10.5となるように制御する工程と、
を備え、被加工物を加工することを特徴とする放電加工方法。
【請求項１０】
加工液質測定器に基づき、水系加工液の導電率を計測し、純水化樹脂部、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が混合された防食樹脂部への通水を制御することにより、加工液のpHを制御することを特徴とする請求項９に記載の放電加工方法。
【請求項１１】
加工液質測定器に基づき、水系加工液の導電率を計測し、純水化樹脂部、OH−形陰イオン交換樹脂からなる防食樹脂部への通水を制御することにより、加工液のpHを制御することを特徴とする請求項８に記載の放電加工方法。
【請求項１２】
防食電源部は、前記被加工物が載置される定盤を陰極、前記定盤と絶縁物を介して対向する防食電極を陽極となるように接続し、所定の電圧を印加することを特徴とする請求項９乃至１２の何れかに記載の放電加工装置。
【請求項１３】
防食電源部は、加工時及び非加工時に1〜20Vの電圧印加を行うことを特徴とする請求項１２に記載の放電加工方法。
【請求項１４】
超硬材料、銅材、鉄系材料、亜鉛材を、水系加工液を用い、電極との間に形成される加工間隙に電圧を印加しつつ加工を行う放電加工方法において、
被加工物を陰極、前記定盤と絶縁物を介して対向する防食電極を陽極とし、防食電源部により1〜20Vの電圧を印加する工程と、
前記加工液の状態を加工液質測定器に基づき計測する工程と、
この加工液質測定器の計測結果に基づき、前記加工液のpHを、8.5〜10.5となるように制御する工程と、
を備えたことを特徴とする放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被加工物が加工液に長時間浸漬されることに伴う金属腐食を防止する放電加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電加工装置において、加工液として水を利用する場合、電気的な絶縁性が要求されるため、例えば、H＋（水素イオン）形陽イオン交換樹脂とOH−（水酸化物イオン）形イオン交換樹脂を混合した純水化樹脂なるイオン交換樹脂によりイオン交換水を得、そのイオン交換水を用いて加工が行われる。
ここで、加工液としての水道水は、水道水に含まれるナトリウムイオン（Na＋）やカルシウムイオン（Ca２＋）などの陽イオンがH＋形陽イオン交換樹脂と接触することで、H＋と交換され、塩化物イオン（Cl−）や硫酸イオン（SO４２−）などの陰イオンがOH−形陰イオン交換樹脂と接触することでOH−と交換される結果、水道水に含まれる不純物が取り除かれ、H＋とOH−が結合し水H２Oが生成されて放電加工に必要な加工液ができる。
これら、不純物が取り除かれた放電加工に適した加工液の導電率は、一般に70μS/cm以下で、pHは水素イオン濃度で決まるが、炭酸水素イオン(HCO3−)などと交換されたOH−が加工液中に出るために、水素イオン濃度の極端な変化は無く、通常pH7である。【０００３】
上記水系加工液を用いた放電加工機では、被加工物に加工液を吹き掛けながら、又は被加工物を加工液に浸漬させ、被加工物と電極との間にパルス電圧を印加して放電を発生させて加工が行われるため、長時間被加工物を加工液に浸漬されることで被加工物を構成する金属の腐食が発生してしまい、被加工物の品質低下が生じることが知られている。【０００４】
そのため、定盤と被加工物の間に絶縁物を挟み、定盤を陽極、被加工物を陰極として、非加工中に電圧を印加して被加工物の腐食を防ぐ方法が提案されている。（例えば特許文献１）
また、加工槽中に設置された定盤または被加工物を陰極、定盤または被加工物と加工液を介して設置された２次電極を陽極として微小電流電圧を印加することで被加工物の腐食を防ぐ方法が提案されている。（例えば特許文献２）
なお、イオン交換樹脂に水を通水し、水のpHを制御することにより金属の腐食を防止する技術も別途提案されている。（例えば特許文献３）【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９１２０６号公報
【特許文献２】特開平５−２２０６１８号公報
【特許文献３】特開平１−１６４４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のような方法で被加工物の腐食を防ぐ場合、非加工中に定盤を陽極とし被加工物を陰極とするため、非加工中は被加工物の腐食を防止できるが、加工中の被加工物の腐食を防止できないことや、定盤を陽極とするから定盤を腐食させてしまうことなどの問題がある。
また、特許文献２の場合、被加工物の加工液への浸漬時間が短時間であれば防食は一定の効果を上げるが、例えば、加工に100時間を超えるような長時間の加工の場合には、被加工物の腐食が懸念される。
また、特許文献３の場合においても、pHを制御したとしても、放電加工装置においては定盤上に被加工物を固定する必要があるため、定盤及び被加工物が異種材料の場合には電位差が生じ、特に被加工物の方が定盤材料よりイオン化傾向が高い場合には被加工物側に腐食が発生するといった問題がある。【０００７】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、加工時及び非加工時における被加工物を防食できる放電加工装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に関わる放電加工装置は、pHが8.5〜10.5を有する加工液を用い、かつ定盤及び被加工物を陰極とし、加工槽内の防食電極を陽極として電圧を印加して電気防食する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、電圧印加による被加工物の防食をする際、pHが8.5〜10.5の加工液を使用することにより、印加電圧が小さくても長時間にわたって、加工時及び非加工時における被加工物の腐食を防止できる、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１におけるワイヤ放電加工装置の構成図である。
【図２】加工槽を上面からみた上面図である。
【図３】NaOH水溶液の導電率とpHとの関係を示す図である。
【図４】実施の形態１における制御動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２におけるワイヤ放電加工装置の構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に基づくワイヤ放電加工装置の構成図である。
ワイヤ放電加工装置は、加工槽8内において被加工物1とワイヤ電極2との間に電圧を印加し、上部加工液ノズル4と下部加工液ノズル5より噴出される加工液を介して放電を行わせ、被加工物1を溶融除去することにより加工を進める。
このとき、ワイヤ電極2も放電加工にしたがい放電部分が溶融／劣化するので、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、ワイヤボビン3に巻回されたワイヤ電極2が、上部加工液ノズル4、下部加工液ノズル5、回収ローラ6を経由して回収箱7に送り続けられ回収される。【００１２】
上部加工液ノズル4及び下部加工液ノズル5より噴出した加工液は、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、続いて、配管経路により汚液槽12に導かれ貯留される。
汚液槽12の加工液は、濾過ポンプ13により濾過フィルタ14に送られ、不純物が濾過され、清液槽15に蓄えられる。
清液槽15の加工液は、加工液液質測定器としての導電率計22により導電率が測定され、制御部23において、導電率計22の測定結果と予め設定された設定値とを比較し、純水化樹脂用電磁弁20または防食樹脂用電磁弁21を開閉動作させることで、純水化樹脂塔17或いは防食樹脂塔18へとポンプ19を用いて通水させる。
また、純水化樹脂塔17及び防食樹脂塔18を通過した加工液は、清液槽15に戻され、加工液ポンプ16により、上部加工液ノズル4及び下部加工液ノズル5を介して被加工物1及びワイヤ電極2の間に噴出される。【００１３】
次に、防食電源部に関して説明する。
図２に示されるごとく、導電性材料の防食電極25を、ステンレス鋼からな定盤9の外周側面に絶縁体24を介して電気的に絶縁して配置する。
そして、直流または偏向された交流電源である防食電源26により、定盤9を陰極、防食電極25を陽極として電圧を印加する。
防食電極25は、特に耐食性に優れているAu（金）やPt（白金）、それらをめっきやスパッタリング処理した複合材、ステンレス鋼などが適している。
そして、防食電極25の面積は電気抵抗が小さくなり、印加電圧を低く抑えることができることから広い方が良いが、広すぎると加工槽8内での作業性の劣化や被加工物1の設置スペースの減少が考えられ、放電加工装置本来の機能が劣化するため、本実施の形態では、定盤9を取り囲み、定盤側面の表面積と同じ表面積をもつ防食電極25を用いている。
そして、定盤側面と対向していない片側の表面は塗装することで、定盤9への電流の流入効率がよくなり、防食効果を発揮するだけでなく、無駄な電力消費を抑えることができる。
ここで、定盤9はセラミックス等の絶縁物からなる取付け台10を介して加工槽8に固定されている。【００１４】
また、純水化樹脂塔17には純水化樹脂が収納されて、防食樹脂塔18にはNa＋形陽イオン交換樹脂とOH−形陰イオン交換樹脂の混合樹脂が収納されている。
水道水を純水化樹脂塔17に通水することで、加工液（70μS/cm以下、pH＝7）を得、この加工液の導電率を制御すべく、防食樹脂塔18へ通水することにより、加工液は希薄なNaOH水溶液となる。
NaOH水溶液の導電率とpHとの関係は、図３に示すごとく、比例関係となることから、本実施の形態では、加工液の導電率を制御することによって加工液のpHをも制御するものである。
なお、防食樹脂は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合である必要は無く、それぞれ別のイオン交換樹脂塔に封入した２つのイオン交換樹脂塔でも良く、陽イオン交換樹脂としてNa＋形以外にK＋形やCa２＋形が考えられ、少なくとも1種類を使用し、陰イオン交換樹脂としてOH−形以外でもよく、少なくとも１種類を使用することができる。
また、純水化樹脂塔17に通水した水の不純物陽イオンの大半がNa＋なので、導電率とpHの相関の精度は劣るが、防食樹脂としてOH-形陰イオン交換樹脂のみを使用しても良い。【００１５】
加工液質制御手段の制御動作について、図４を用いて説明すると、例えば、加工液の設定導電率が6.2μS/cmの時、pHは9.0になるので、導電率計22により測定された測定値が、設定値より高いか否かを判断し（ST1）、高い導電率（pH値）の場合は、純水化樹脂用電磁弁20を作動させ、清液槽15の加工液を配管経路経由で純水化樹脂塔17に送り、放電加工により生じた金属イオンや大気中の炭酸ガスによる炭酸イオン等を取り除き、加工液の導電率（pH値）を低下させる（ST2）。
また、加工液の導電率（pH値）があらかじめ設定した値より低くなれば、pH値を維持して加工液の防食特性を損なわないようにするため、防食樹脂用電磁弁21を作動させ、清液槽15の加工液を配管経路経由で防食樹脂塔18に送り、加工液の導電率（pH値）を上記の予め設定した設定値付近に保持するようにしている（ST3）。【００１６】
次に本実施の形態における加工条件について説明する。
本発明者らの実験により、超硬材料(WC−Co等)、Cu（銅）、鉄系材料（SKD-11）、亜鉛（Zn）などの被加工物1を加工する際に、pH8.0の加工液に上記の被加工物を100時間浸漬した場合は腐食が発生し、pH8.5の加工液の場合では腐食が発生しなかったため、pH8.5以上であれば防食効果を発揮できることが見出された。
また、加工液をpH8.5以下に維持するには、加工液の導電率を2.0μS/cm以下にする必要があり、イオン交換樹脂の寿命が著しく低下させてしまい実用的ではないため、pHの下限を8.5とすることが望ましい。
また、pHが上昇すると、加工液の導電率が増加し、漏れ電流が増え、絶縁回復時間を確保することができなくなることで、放電加工性能を低下させてしまうので、pHの上限を10.5とすることが望ましい。【００１７】
つまり、本実施の形態では、導電率計22を用いて、予め設定されたpH9.0となるように防食樹脂用電磁弁21を作動させて、清液槽の加工液を防食樹脂塔18に送り、加工液の導電率をpH9.0付近になるようにした後、被加工物1とワイヤ電極2との間隙に供給しつつ放電加工を行う。
そして、放電加工時及び非加工時に1〜20V程度の印加電圧を定盤9及び防食電極25に印加することで、加工時のみならず、被加工時においても被加工物1の腐食を防止する。
一例としては、被加工物1が超硬材料（WC−Co）或いは鉄系材料（SKD-11）の場合、加工液の導電率を6.2μS/cm(pH＝9.0に対応)に制御し、かつ定盤9と防食電極25の間に5Vの電圧を印加することによって、長時間（100時間以上）の加工中及び非加工中でもの腐食を防止できた。【００１８】
本実施の形態では、加工液のpHを8.5〜10.5に制御する方法として、イオン交換樹脂及び防食樹脂を用いる場合について説明したが、薬品を投入する方法、電解水生成器を利用する方法も考えられる。
また、薬品を投入する方法を利用する場合は水酸化ナトリウム（NaOH）や水酸化カルシウム（Ca(OH)２）などのアルカリ土類元素を含む薬品が考えられ、水道水を純水化樹脂に通水させた後の加工液（70μS/cm以下、pH=7）に、それら薬品を投入すれば良い。
また、電解水生成器を使用する場合は、水道水を純水化樹脂に通水させた後の加工液（70μS/cm以下、pH=7）を、電解によりpHが8.5〜10.5の電解水にすれば良い。
すなわち、これら３つの方法で液室測定器である例えば導電率計やpH計、酸化還元電位計のうち少なくとも１種類の測定器を使用し、制御部23の指令によりpH調整されるが、加工性能を左右する導電率の制御性や被加工物の防食性能を左右するpHの制御性の点からイオン交換樹脂及び防食樹脂を使う方法が適している。【００１９】
また、防食電源部の印加電圧は、加工液のpHに応じて必要な電圧値が異なることが本発明者らの実験により見いだされた。
これはpHに応じて被加工物を構成する金属元素の溶解度が異なるためだと考えられる。
例えば、加工液のpHが8.5以下の場合、防食電極25と定盤9の形状、対向面積、間隙にも左右されるが、本実施の形態と同様の構造では、30V以上の電圧印加が必要であった。
一方、本実施の形態では、上述した如く、5Vの印加電圧で防食を行え、防食電源26の構造も簡略化できる。
なお、印加電圧は、防食電極25の設置場所、電極面積、形状や被加工物の形状などを考慮して決めるものであるが、印加電圧が1V以下の場合、定盤9に固定している被加工物1の腐食を防止できず、30V以上の場合は加工液の電気分解によって被加工物表面に水素を発生させ、加工性能を劣化させることから、pHが8.5〜10.5を有する加工液中において、長時間(100時間以上)にわたって、加工時及び非加工時における被加工物の腐食を防止できる印加電圧の範囲として1V〜20Vが好ましい。【００２０】
従って、加工液のpHを8.5〜10.5にすることによって、防食電源部の印加電圧を小さくすることができる。
また、従来に比べて、小さい印加電圧でも、防食電極と定盤との間隙を広げることも可能であることから、従来の如くノズル先端や、被加工物に近接して防食電極を設けなくても良くなり、本実施の形態の如く、定盤の周りに防食電極を配置する等、防食電源部の設計範囲が広がり、防食電源部に左右されない放電加工機の設計も可能である。【００２１】
実施の形態２．
本実施の形態は、図５に示すように加工槽8に防食電極としての機能を持たせたものである。
この構成によれば、加工槽8と定盤9は取付け台10を介して絶縁され、両者の間隙に加工液が存在することから、絶縁物24が不要となるほか、電極面積が広いことで電気抵抗が低下しさらに電圧電流を下げることができる。
上述の電圧印加による被加工物の防食方法を具備したワイヤ放電加工装置で、加工液の導電率を6.2μS/cm(ｐH＝9.0に対応)に制御し、かつ定盤9と加工槽8との間に3Vの電圧を印加することによって、長時間（100時間以上）の加工中及び非加工中でも超硬材料（WC-Co）または鉄系材料（SKD-11）の腐食を防止できた。
すなわち、pHが8.5〜10.5の加工液を用いる放電加工機では、防食電源部を備えることが、従来に比べて簡略に構成でき、また、防食効果も高いものである。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、水系加工液を用いて防食電源で電圧印加しつつ加工を行うワイヤ放電加工装置に適用することに適している。
【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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【国際調査報告】
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