(57)【要約】【課題】  狭い隙間への加工液の浸透を向上させ、ひいては加工速度向上及びワイヤ断線帽子を図ることができる放電加工液処理装置を提供する。【解決手段】  放電加工機４００の加工槽４０１に貯留される水系加工液をＬ流入させる液入口と、水系加工液Ｌを流出させる液出口とを有する液流通経路５０２と、液流通経路５０２の途中に配置され、表面に平均深さ０．５ｍｍ以下に凹凸形成された処理エレメントを内部に有するとともに、液流通経路を介して流れ込む水系加工液を処理エレメントに対し凹凸において接触させつつ解砕処理する液処理ユニット５０４，１とを備える。【選択図】図１
2017042899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電加工機の加工槽に貯留される水系加工液を流入させる液入口と、前記水系加工液を流出させる液出口とを有する液流通経路と、
前記液流通経路の途中に配置され、表面に平均深さ０．５ｍｍ以下に凹凸形成された処理エレメントを内部に有するとともに、前記液流通経路を介して流れ込む前記水系加工液を前記処理エレメントに対し前記凹凸において接触させつつ解砕処理する液処理ユニットと、
を備えたことを特徴とする放電加工液処理装置。
【請求項２】
放電加工機の加工槽内の前記水系加工液をフィルタリングによりスラッジ濃度を低減した状態で貯留する加工液タンクと前記液処理ユニットとの間で前記水系加工液を送液循環する循環ポンプを備える請求項１記載の放電加工液処理装置。
【請求項３】
前記加工液タンク内の前記水系加工液のスラッジ粒子を凝集・粗大化させるスラッジ凝集装置を備える請求項２記載の放電加工液処理装置。
【請求項４】
前記処理エレメントは比誘電率が３以上の絶縁材料からなる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放電加工液処理装置。
【請求項５】
前記絶縁材料が多孔質セラミックからなる請求項４記載の放電加工液処理装置。
【請求項６】
前記多孔質セラミックは吸水率が３％以上２０％以下である請求項５記載の放電加工液処理装置。
【請求項７】
前記多孔質セラミックは、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの一方又は双方を合計で８０質量％以上含有するものである請求項５又は請求項６に記載の放電加工液処理装置。
【請求項８】
前記液処理ユニットは、多孔質セラミックの粒子を充てんしたセラミック充填モジュールである請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の放電加工液処理装置。
【請求項９】
前記液解砕処理ユニットは、一端に液体入口を、他端に液体出口を有する液体流路が形成されたノズル本体と、前記液体流路の内面から突出するとともに外周面に周方向の山部と高流速部となる谷部とが複数交互に連なるように形成された前記処理エレメントをなす衝突部を有する処理コア部とを備えた液体処理ノズルである請求項１ないし請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放電加工液処理装置。
【請求項１０】
前記液体処理ノズルとして、前記液体流路の中心軸線と直交する平面への投影において、前記処理コア部における前記液体流路の投影領域の外周縁内側の全面積をＳ１、前記衝突部の投影領域面積をＳ２として、前記処理コア部の全流通断面積Ｓｔを、
Ｓｔ＝Ｓ１−Ｓ２  （単位：ｍｍ２）
として定義したとき、前記液体入口及び前記液体出口の断面積が前記全流通断面積Ｓｔよりも大きく設定されるとともに、
前記谷部の最底位置を表す谷点のうち、前記中心軸線の投影点を中心として前記液体流路の内周縁までの距離の７０％に相当する半径にて描いた基準円の内側に位置するものの数をＮ７０（個）、前記基準円の外側に位置するものの数をＮｃ７０（個）とし、谷深さ補正係数αを
ｈ≧０．３５ｍｍのときα＝１、
ｈ＜０．３５ｍｍのとき、α＝−６０ｈ２＋４１ｈ−６
として定め、前記衝突部の投影外形線に現れる前記谷部の深さｈを０．２ｍｍ以上確保するとともに、
前記投影にて前記全流通断面積の領域のうち前記基準円の内側に位置する部分の面積をＳ７０（単位：ｍｍ２）として、７０％断面比率σ７０を、
σ７０＝Ｓ７０／Ｓｔ×１００（％）
として定め、有効谷点数Ｎｅを
Ｎｅ＝α・（０．３８Ｎｃ７０＋（σ７０／５０）・Ｎ７０）
として定義したとき、Ｎｅ／Ｓｔで表される有効谷点密度が１．５個／ｍｍ２以上確保されたものが使用される請求項９記載の放電加工液処理装置。
【請求項１１】
前記処理コア部における前記液体流路の断面形状は内径Ｄが２ｍｍ以上７ｍｍ以下の円形であり、前記衝突部は前記谷部の深さが０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下に設定され、前記全流通断面積Ｓｔが１．２ｍｍ２以上３５ｍｍ２以下に設定されている請求項１０記載の放電加工液処理装置。
【請求項１２】
前記衝突部は外径Ｍが１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のＪＩＳ並目ピッチによるねじ部材である請求項１１記載の放電加工液処理装置。
【請求項１３】
前記衝突部が前記流路断面内にて直径方向に横切るように配置され、前記液体流路の内径Ｄが２ｍｍ以上４．５ｍｍ以下に設定され、前記全流通断面積Ｓｔが１．２ｍｍ２以上１０ｍｍ２以下に設定されている請求項１２記載の放電加工液処理装置。
【請求項１４】
前記衝突部は前記投影において前記中心軸線を取り囲む十字形態に４つ配置され、前記液体流路の内径Ｄが２．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定され、前記全流通断面積Ｓｔが２．５ｍｍ２以上３５ｍｍ２以下に設定されている請求項１２記載の放電加工液処理装置。
【請求項１５】
４つの前記衝突部が形成する十字の中心位置に液体流通ギャップが形成され、前記７０％断面比率σ７０が４０％以上確保されている請求項１４記載の放電加工液処理装置。
【請求項１６】
前記液体流路を液体入口側の流入室と液体出口側の流出室とに区画する隔壁部と、前記隔壁部に貫通形成され前記流入室と前記流出室とを互いに別経路にて連通させる複数の絞り孔とを備え、前記処理コア部は、前記絞り孔の内面から各々突出する形で前記衝突部が形成されている請求項９ないし請求項１５のいずれか１項に記載の放電加工液処理装置。
【請求項１７】
前記絞り孔は、それら絞り孔の軸断面積の合計と等価な円の直径をｄｅ、前記絞り孔の長さをＬとして、Ｌ／ｄｅにて定義される絞り孔アスペクト比が３．５以下に設定されてなり、かつ、前記ノズル本体の前記軸線と直交する平面への投影において、前記隔壁部の投影領域の中心位置に定められた基準点から複数の前記絞り孔の内周縁までの距離Ｔが該絞り孔の内径ｄよりも小さくなる程度に近接配置されてなる請求項１６記載の放電加工液処理装置。
【請求項１８】
前記液体処理ノズルの前記処理コア部よりも上流側にて前記放電加工液に対し、窒素、アルゴン及び水素の１種又は２種以上からなる防錆ガスを混合する防錆ガス混合手段が設けられ、前記放電加工液は該防錆ガスとの混相流を形成した状態で前記処理コア部を通過することにより溶存酸素濃度が低減される請求項９ないし請求項１７のいずれか１項に記載の放電加工液処理装置。
【請求項１９】
前記防錆ガス混合手段は、大気を原料ガスとして、該大気中の酸素分離除去することにより前記防錆ガスとしての窒素ガスを発生させる窒素発生装置を備える請求項１８記載の放電加工液処理装置。
【請求項２０】
放電加工機の加工槽内の前記水系加工液をフィルタリングによりスラッジ濃度を低減した状態で貯留する加工液タンクと前記液処理ユニットとの間で前記水系加工液を送液循環する循環ポンプを備え、前記液体処理ノズルが該循環ポンプの下流側に配置されるとともに、前記防錆ガス混合手段は前記防錆ガスを前記循環ポンプの吸入口側で添加して前記水系加工液と前記防錆ガスとを前記ポンプ内にて予備撹拌混合することにより前記混相流となし、前記液体処理ノズルに流入させる請求項１８又は請求項１９に記載の放電加工液処理装置。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０のいずれか１項に記載の放電加工液処理装置にて処理済みの前記水系加工液を電極とワークとの隙間に介在させて放電加工を行うことにより放電加工製品を得ることを特徴とする放電加工製品の製造方法。
【請求項２２】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の放電加工液処理装置と、該放電加工液処理装置にて処理済みの前記水系加工液を収容する加工槽と、該加工槽内にて電極とワークとの隙間に前記水系加工液を介在させて放電加工を行う放電加工部と、を備えたことを特徴とする放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は放電加工液処理装置、放電加工製品の製造方法及び放電加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  放電加工は、電極とワークとの間に加工液を介在させ、電極への電圧の印加により発生する放電現象を利用するワークの加工方法である。その加工精度は非常に高く、金型加工など様々な分野において適用されている。放電加工の加工速度は、電極とワークとの間の放電電流を高めることにより増加できるが、大きな発熱を伴うので、加工液による放電発熱領域の冷却が不十分であると電極が溶融損傷し、例えば電極がワイヤである場合は断線して加工の継続が不能となる。したがって、放電加工の加工速度は、電極及びワークへの放電による入熱と加工液冷却による放熱のバランスによって決定される。【０００３】  加工液による冷却の効率を高めるためには、ワークに形成される加工溝と電極（ワイヤ）との隙間に加工液を十分に浸透させることが必要であり、この隙間に対し、より多くの加工液を浸透させることができれば冷却効率が高まり、その分、加工速度も大きくすることができる。しかし、ワイヤカット放電加工の場合、ワイヤ電極と加工溝との隙間は例えば０．０５ｍｍ程度と非常に小さく、水系加工液の場合は表面張力が比較的大きいため隙間へ加工液をスムーズに浸透させることは容易ではない。隙間への加工液の浸透が不十分であると、上記の断線が問題になるほか、加工溝内に溜まった加工屑が容易に排出されなくなって加工溝に付着したり、ワイヤ電極が加工溝内に浮遊している加工屑に放電したりすることもあり、加工精度の低下も招く問題がある。【０００４】  そこで、特許文献１、２には、加工溝の開口に向けて加工液を噴射するノズル機構を加工ヘッドに組み込み、加工溝への加工液の浸透・供給を促進し、ひいては冷却効率を高める提案がなされている。また、特許文献３には、水溶性有機物を加工液に配合し、加工速度を改善する提案もなされている。【０００５】  さらに、加工溝からの微細な加工屑の排出を促進するために、加工槽内の加工液中に外気を取り込んで微細気泡の形で噴射し、帯電する気泡の表面に加工屑を捕捉して流出させる技術が特許文献４に開示されている。これに関連して、特許文献５には、通常のフィルタリングでは除去できない微小不溶性介在物が加工液に残留していると、放電加工時にリーク放電（電食）が多発して放電電圧および放電電流が低下し、放電加工の加工速度が低下することが示唆されている。そこで、特許文献５には、特許文献４とは別の解決手段として、加工液に回転渦運動を与え、微小介在物の表面を摩擦帯電させることにより凝集・粗大化させて除去する技術も合わせて開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】  特開２００１−３４７４２４号公報
【特許文献２】  特開２０００−３３４６１９号公報
【特許文献３】  特開１９９３−８６３９３号公報
【特許文献４】  特開２０００−２４８３７号公報
【特許文献５】  特開２０１２−２０３６１号公報
【特許文献６】  特開２０１３−１３２７３５号公報
【特許文献７】  特開２０１５−１１６５５５号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかし、特許文献１や特許文献２のように、液供給ノズルからの強制液流を用いる方法では、上記のような狭い隙間への液の浸透改善には相当の液圧が必要であるし、加工ヘッドの構造の複雑化も避けがたい問題がある。他方、特許文献３のような薬液添加による方法は、加工液のコストアップを招来するほか、薬液成分との反応によるワーク表面の変質が問題になる場合がある。
【０００８】  他方、特許文献４のごとく、外気を粉砕して微細気泡とする方式は、エアレータ等により粉砕される気泡の平均径が、小さくても高々５０μｍ（０．０５ｍｍ）前後であり、これと同程度の寸法の隙間への気泡の侵入は到底期待できず、隙間内の微小介在物を取り除く効果は期待できない。そして、特許文献５の微小介在物の凝集技術は、加工速度の向上に有利ではあるが、加工液そのものの隙間への浸透性改善とは課題を異にする。
【０００９】  本発明の課題は、狭い隙間への加工液の浸透を向上させ、ひいては加工速度向上及びワイヤ断線防止を図ることができる放電加工液処理装置と、それを用いた放電加工製品の製造方法並びに放電加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記課題を解決するために、本発明の放電加工液処理装置は、放電加工機の加工槽に貯留される水系加工液を流入させる液入口と、水系加工液を流出させる液出口とを有する液流通経路と、
液流通経路の途中に配置され、表面に平均深さ０．５ｍｍ以下に凹凸形成された処理エレメントを内部に有するとともに、液流通経路を介して流れ込む水系加工液を処理エレメントに対し凹凸において接触させつつ解砕処理する液処理ユニットと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】  また、本発明の放電加工製品の製造方法は、上記本発明の放電加工液処理装置にて処理済みの水系加工液を電極とワークとの隙間に介在させて放電加工を行うことにより放電加工製品を得ることを特徴とする。さらに、本発明の放電加工装置は、上記本発明の放電加工液処理装置と、該放電加工液処理装置にて処理済みの水系加工液を収容する加工槽と、該加工槽内にて電極とワークとの隙間に水系加工液を介在させて放電加工を行う放電加工部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】  上記本発明によると、加工槽にて使用する水系加工液を表面に平均深さ０．５ｍｍ以下に凹凸形成された処理エレメントに流動接触させることで、加工液中の水分子に解砕効果を与え、放電加工の狭い隙間への液の浸透性を促すことができるので、加工速度の向上や断線防止効果が達成される。その原因については不明な点も多いが、処理エレメントが絶縁体の場合には、エレメント自体が水との接触摩擦により帯電し、その電界の影響により、極性を有した水分子の集団的性状が変化して狭い隙間への浸透性が増す可能性がある。
【００１３】  また、凹凸の谷位置では液流れが絞られて空気などの溶存気体がキャビテーションにより析出を起こして微細気泡（例えば気泡径５００ｎｍ以下のもの）が発生し、その気泡表面の負帯電により水分子集団の性状が改質されている可能性もある。この場合、該微細気泡は加工時の隙間への浸透も容易であり、隙間内の微細な加工屑（特にフィルタリング除去不能な不溶性介在物）を該気泡が吸着して流出することにより、前述のリーク放電抑制による加工速度の向上も期待できることとなる。
【００１４】  処理エレメントに形成する凹凸の平均深さは０．５ｍｍ以下でないと液の改質効果、ひいては加工速度の向上効果は期待できない。また、凹凸平均深さの下限値は例えば０．０１ｍｍ程度、望ましくは０．０５ｍｍ程度である。さらに、処理エレメントの凹凸において水性加工液は流速２ｍ／分以上にて接触させ解砕処理することが、上記本発明の効果を顕著なものとする上で望ましい。
【００１５】  次に、本発明の放電加工液処理装置には、放電加工機の加工槽内の水系加工液をフィルタリングによりスラッジ濃度を低減した状態で貯留する加工液タンクと液処理ユニットとの間で水系加工液を送液循環する循環ポンプを設けることができる。このようにすることで、加工槽で使用する水系加工液を繰り返し処理エレメントに接触させることができ、効果を高めることができる。また、加工液タンク内でスラッジ濃度が低減された状態の水系加工液が処理エレメントに供給されるので、スラッジ粒子による処理エレメントの汚染や凹凸の目詰まりなども進みにくくできる。
【００１６】  この場合、加工液タンク内の水系加工液のスラッジ粒子を凝集・粗大化させるスラッジ凝集装置を設けておけば、処理エレメントの汚染や凹凸の目詰まりを防止する効果がさらに高められる。スラッジ凝集装置は、例えば特許文献５に開示された構造のものを使用することができる。
【００１７】  処理エレメントは比誘電率が３以上の絶縁材料にて構成することができる。これにより、水との接触摩擦によるエレメントの帯電を促進することができ、水系加工液の加工隙間への浸透性の向上、ひいては加工速度の改善により有効に寄与する。例えば、セラミック材料の場合は、二酸化ケイ素（石英：比誘電率３．７〜４．１）、酸化アルミニウム（比誘電率：９〜１０）、酸化チタン（比誘電率：１００）などを例示できるが（もしくは、それらの２種以上の混合物）、これらに限定されるものではない。
【００１８】  絶縁材料は、例えば多孔質セラミックにて構成できる。これにより、処理エレメント表面の凹凸と水性加工液との接触面積が増大し、加工液の浸透性改善効果が一層高められる。このような多孔質セラミックは、セラミック原料粉末の成形及び焼成によって得ることができるほか、天然鉱物を使用することも可能である。液処理ユニットは、このような多孔質セラミックの粒子を充てんしたセラミック充填モジュールとして構成することで、供給される水系加工液に多孔質セラミックを効率的に接触させることができる。
【００１９】  多孔質セラミックは、例えば吸水率により多孔質度を定量化することができるが、該吸水率は、例えば３％以上２０％以下に設定するのがよい。吸水率が３％未満では上記の効果が不十分となる場合があり、２０％を超えると処理エレメントの強度が不足することにつながるほか、使用中の摩耗も進みやすくなり、耐久性に問題を生ずる場合がある。多孔質セラミックを採用する場合の吸水率は、より望ましくは４％以上１５％以下とするのがよい。
【００２０】  上記のような多孔質セラミックは、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの一方又は双方を合計で８０質量％以上含有するものとして構成することができる。これらの成分は比較的安価である上、比誘電率も高く、耐久性にも優れるので、本発明の処理エレメントの素材として好適に採用することができる。例えば、二酸化ケイ素を７０質量％以上８５質量％以下、酸化アルミニウムを８質量％以上１５質量％以下、吸水率４〜１５％の多孔質セラミックにより処理エレメントを構成することで、加工液の良好な浸透性改善効果を達成しつつ、十分な耐摩耗性も確保することができる。
【００２１】  次に、液解砕処理ユニットは、一端に液体入口を、他端に液体出口を有する液体流路が形成されたノズル本体と、液体流路の内面から突出するとともに外周面に周方向の山部と高流速部となる谷部とが複数交互に連なるように形成された処理エレメントをなす衝突部を有する処理コア部とを備えた液体処理ノズルとして構成することができる。
【００２２】  上記のように構成された液解砕処理ユニットをなす液体処理ノズルを用いると、ノズルを水性加工液が通過する際に、衝突部の谷部にて液流れが絞られ、空気などの溶存気体がキャビテーションにより析出を起こして微細気泡（気泡径５００ｎｍ以下）が大量に発生する。その微細気泡発生に伴い加工液の浸透性が顕著に改善され、加工速度増大を図ることができる。
【００２３】  上記の液体処理ノズルによると、ノズル本体において液体の流れが衝突部に衝突してその下流に迂回する際に、谷部内にて絞られることにより増速してキャビテーションを起こし、その減圧沸騰作用により気泡を生じつつ液体を激しく撹拌する。これに、衝突部を高速流が迂回する際に生ずる渦流も加わり、衝突部の周辺及び直下流域には非常に顕著な撹拌領域が形成されることとなる。気泡を析出する減圧域は衝突部周囲の谷底付近に限られており、高速の液体流はほとんど瞬時的に該領域を通過してしまうから、発生した気泡はそれほど成長せずに上記の撹拌領域に巻き込まれ、例えば平均気泡径５００ｎｍ以下の微細気泡を効率的に発生させることができる。
【００２４】  上記の液体処理ノズルは、
液体流路の中心軸線と直交する平面への投影において、処理コア部における液体流路の投影領域の外周縁内側の全面積をＳ１、衝突部の投影領域面積をＳ２として、処理コア部の全流通断面積Ｓｔを、
Ｓｔ＝Ｓ１−Ｓ２  （単位：ｍｍ２）
として定義したとき、液体入口及び液体出口の断面積が全流通断面積Ｓｔよりも大きく設定されるとともに、
谷部の最底位置を表す谷点のうち、中心軸線の投影点を中心として液体流路の内周縁までの距離の７０％に相当する半径にて描いた基準円の内側に位置するものの数をＮ（個）、基準円の外側に位置するものの数をＮｃ（個）とし、谷深さ補正係数αを
ｈ≧０．３５ｍｍのときα＝１、
ｈ＜０．３５ｍｍのとき、α＝−６０ｈ２＋４１ｈ−６  ・・・（１）
として定め、衝突部の投影外形線に現れる谷部の深さｈを０．２ｍｍ以上確保するとともに、
前記投影にて全流通断面積の領域のうち基準円の内側に位置する部分の面積をＳ７０（単位：ｍｍ２）として、７０％断面比率σ７０を、
σ７０＝Ｓ７０／Ｓｔ×１００（％）
として定め、有効谷点数Ｎｅを
Ｎｅ＝α・（０．３８Ｎｃ７０＋（σ７０／５０）・Ｎ７０）  ・・・（２）
として定義したとき、
Ｎｅ／Ｓｔで表される有効谷点密度が１．５個／ｍｍ２以上確保されてなることが望ましい。
【００２５】  キャビテーションが発生するのは上記のごとく主として衝突部の谷部であり、この谷部を流れに対して一つでも数多く接触させることが、微細気泡の発生効率を高める上では重要である。したがって、処理コア部の断面内に配置するねじ谷の数を増大させることが、キャビテーションひいては微細気泡の発生効率向上に有効と思われる。この点に鑑みて、本発明者らは、以下のごとくさらに詳細に検討した。
【００２６】（１）衝突部の谷部の形成間隔を一定にすれば、処理コア部における液体流路の断面を増加させ、衝突部の突出高さを増加させることで、断面内に存在する谷点数は増える。しかし、この場合は流路の断面積も増え、同じ液体供給圧力であれば流量も増えてしまうから、単位流量あたりに割り振られる谷点数は必ずしも増加するとは限らないし、場合によっては単位流量あたりの谷点数が減じてしまい、キャビテーション効率が却って低下することも実際にあり得る。従って、キャビテーション効率ひいては微細気泡発生効率の大小を支配するのは、処理コア部に形成する谷点の絶対数ではなく、これを流路断面積で規格化した谷点密度のほうである。これは、単位体積の液体が何個の谷点と接するか、ということとも密接に関係している。
【００２７】（２）管路内の流速は、管軸断面中心付近で最大となり管内壁面位置で最小となる形で、半径方向に放物線状の分布を示す。したがって、流路断面内の谷部はどの位置にあるものも等価に微細気泡発生に寄与するのではなく、断面中心に近い谷部ほどキャビテーションに必要な流速を確保しやすく、微細気泡発生にもより大きく貢献する。したがって、谷点数を評価する場合は、断面中心からの距離により異なる重みを考慮する必要がある。
（３）断面中心付近に位置する谷点が実際にキャビテーション効果に有効に寄与するためには、当該断面中心付近で期待通りの流速が得られている場合に限る。一見、これは自明な事項のようにも思えるが、断面中心付近に谷部を配置するということは、その谷部を形成する衝突部の少なからぬ部分が断面中心領域を占有するということであり、断面中心付近の谷点数を増やせば増やすほど流れが妨げられて流速が確保できなくなるジレンマが生ずる。断面中心領域で障害物に妨げられた流れは、断面外縁領域に回り込み、もともと流量が不足しがちな該領域での流速向上に貢献する可能性はもちろんあるが、断面中心領域を妨げられることなく通過できた場合と比較して、大幅な流れ損失は避けがたくなる。したがって、断面中心付近に配置された谷点数は、断面中心付近の流通面積により重み付けを付与して評価する必要がある。
【００２８】（４）衝突部に形成する谷部の形成間隔を狭くすれば、同じ流路断面積であっても谷点数を増やすことができる。しかし、谷部の形成間隔とともに谷部の深さが減少すると、谷底での流れ絞り効果が減じ、キャビテーション効率の低下につながる懸念がある。したがって、谷点数をより多く確保するために谷部深さの小さい衝突部を採用する場合は、谷深さに応じた重みづけにより谷点数を評価する必要がある。
【００２９】  本発明者らは、衝突部の寸法と谷部の形成深さ、衝突部の個数と配置形態、さらに衝突部を配置する処理コア部での流路断面寸法を種々に設定した多数の液体処理ノズルを製作し、微細気泡の濃度や、微細気泡を含有した処理済み液体の特性、及びガス溶解効率などを詳細に検討した。その結果、上記（１）で述べた処理コア部における衝突部の谷点密度を、（２）〜（４）の３つの要因を反映した形で的確に重みづけする手法に到達し、そのように重みづけした谷点密度において、前記特許文献に開示された液体処理ノズルよりも明らかにキャビテーション効率ひいては微細気泡の発生効率に優れた数値範囲が存在することを見出した。
【００３０】  以下、順に説明する。まず前提として、液体入口及び液体出口の断面積を処理コア部の全流通断面積Ｓｔよりも大きく設定する。これは、液体入口及び液体出口の断面積がＳｔよりも小さくなると、液体入口及び液体出口での流量損失が大きくなりすぎて、処理コア部にて十分なキャビテーションを発生させるための流速が確保できなくなるからである。液体入口及び液体出口の断面積は、処理コア部における液体流路の投影領域の外周縁内側の全面積Ｓ１よりも大きく設定しておくことが、より望ましい。また、液体処理ノズルに液体を流通させる場合の液体圧としては、標準的な水道圧である０．１ＭＰａを中心に、０．０３ＭＰａから０．４ＭＰａ程度までを想定している。
【００３１】  要因（２）については、中心軸線の投影点を中心として液体流路の内周縁までの距離の７０％に相当する半径にて基準円を設定する。障害物のない管路にて上記の液体圧範囲では、基準円外側の平均流速と基準円内側の流速比はおおむね０．３８：１となることから、本発明者が検討した結果、基準円外側の谷点数Ｎｃ７０の寄与を、基準円の内側の谷点数Ｎ７０の寄与の０．３８倍程度に小さくなるよう重みづけするのが適当であることがわかった。
【００３２】  要因（３）については、７０％断面比率σ７０＝Ｓ７０／Ｓｔ×１００（％）の値は、もし衝突部が存在しなければ５０％となるから、衝突部を配置した場合も、この７０％断面比率の値が５０％に近づくほど基準円内側の谷点はより高流速の流れを受けることとなる。そこで、基準円内側の谷点数Ｎ７０に対しては、σ７０／５０の値により重みづけするのが適当であると考えた。
【００３３】  要因（４）については、谷部の深さの影響を種々に検討した結果、まず、衝突部の投影外形線に現れる谷部の深さｈが０．２ｍｍ未満となる場合には、微細気泡の発生があまり見込めないことがわかった。そして谷部の深さｈの値が０．２ｍｍ以上に増大したとき、ｈの増大とともに微細気泡発生への貢献は次第に顕著となり、谷深さｈの微細気泡発生への影響を、ｈ＝０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．３５ｍｍの各場合について０．５：０．９：１．０の比率にて谷点数に対し重み付けしたときに、微細気泡の発生効率やガス溶解効率の実験検証結果が良く説明できることが、本発明者らの検討により判明した。また、谷深さｈが０．３５ｍｍ以上では、該ｈの影響は頭打ちとなることもわかった。そこで、上記のごとく、重み付けされた基準円内側の谷点数Ｎ７０と基準円外側の谷点数Ｎｃ７０の合計に対する重み付けとして、谷深さ補正係数αを前記（１）式により定める。（１）の２番目の式にかかるｈの二次式は、ｈを０．２５ｍｍ、０．３ｍｍないし０．３５ｍｍとした場合のαの値として、上記のごとく、それぞれ０．５、０．９ないし１．０が適当であることの経験則を二次式により近似したものであり、０．２〜０．３５ｍｍという比較的狭い数値範囲内にて、ｈが上記以外の値をとった場合のαの適切な値を合理的に算出することができる。
【００３４】  こうして、上記３つの要因ごとにそれぞれ適正化された係数により重み付けされた谷点数Ｎｅは、前述の（２）式のごとくとなる。この有効谷点数Ｎｅを前述の処理コア部の全流通断面積Ｓｔで規格化した有効谷点密度Ｎｅ／Ｓｔは、液体処理ノズルの微細気泡発生能力を客観的に数値化する指標となる。そして、該値が１．５個／ｍｍ２以上確保されているとき、キャビテーション効率ひいては微細気泡の発生効率は前記特許文献に開示された液体処理ノズルよりも明らかに向上し、微細気泡を含んだ液体特有の種々の効果を従来ないレベルに顕在化させることができる。有効谷点密度は、より望ましくは１．８個／ｍｍ２以上確保されているのがよい。液体流路の軸断面形状はたとえば円形にすることが望ましいが、過度の損失を生じない限り、楕円や正多角形状（正方形、正六角形、正八角形等）の軸断面を有するものとして形成することも可能である。
【００３５】  衝突部に形成する複数巻の山部は、らせん状に一体形成することができる。このようにすると、山部の形成が容易になるほか、流れに対し山部が傾斜することで、山部の稜線部を横切る流れ成分が増加し、流れ剥離に伴う乱流発生効果が著しくなるので、気泡のさらなる微細化を図ることができる。この場合、衝突部は、脚部末端側が流路内に突出するねじ部材にて形成しておくと、該ねじ部材のねじ山を山部として利用でき、製造が容易である。
【００３６】  処理コア部における有効谷点密度の上限に制限はないが、前述のごとくキャビテーション効率確保の観点から谷部深さを０．２０ｍｍ以上確保する必要があることから、無制限に大きくすることは現実的には難しい。また、谷部の深さに関しては、前述のごとく０．３５ｍｍ以上で流れの絞り効果は飽和し、谷深さ補正係数αは一律に１．０に設定されるから、谷点密度を大きくする観点においては、谷部の深さの上限は０．３５ｍｍを少し超える０．４ｍｍ程度にとどめるのが好適である。すなわち、衝突部の谷部の深さは０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下に設定するのがよく、より望ましくは０．２５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下に設定するのがよい。この場合、処理コア部における液体流路の断面形状を円形として、有効谷点密度Ｎｅを１．５個／ｍｍ２以上確保するためには、その内径Ｄを２ｍｍ以上７ｍｍ以下（望ましくは２ｍｍ以上６ｍｍ以下）とするのがよく、全流通断面積Ｓｔはこのとき、１．２ｍｍ２以上３５ｍｍ２以下（望ましくは１．２ｍｍ２以上２０ｍｍ２以下）の範囲で確保できる。液体処理ノズルの出口側を開放して、入口側に液圧０．１ＭＰａにて水を供給した場合、その液体流路１個当たりの流量はおおむね０．５Ｌ／分以上２６Ｌ／分以下（望ましくは０．５Ｌ／分以上１５Ｌ／分以下）となり、放電加工上の種々の要望に対応する広い流量スペクトルを形成できる。
【００３７】  衝突部をたとえばＪＩＳ並目ピッチのねじ部材で構成する場合、衝突部は外径Ｍを１．０ｍｍ（谷部の深さは０．２５ｍｍ）以上２．０ｍｍ（谷部の深さは０．４０ｍｍ）以下とするのがよく、より望ましくは１．４ｍｍ（谷部の深さは０．３０ｍｍ）以上１．６ｍｍ（谷部の深さは０．３５ｍｍ）以下とするのがよい。
【００３８】  液体流路内への衝突部の配置形態としては、たとえばもっとも単純なものの一つとして、流路断面を二分する形で直径方向に配置する形態を例示できる。この構成は、たとえば断面中心付近にギャップを形成しないか、形成してもギャップ間隔を小さく設定することで、基準円内側の谷点数を増やすことができる一方、流路の内径が大きくなると有効谷点密度が急速に減少するという幾何学的な特性を有する。したがって、この構成は、小流量の液体処理ノズルの微細気泡発生効率を向上させたい場合に有効である。具体的には、液体流路の内径Ｄを２ｍｍ以上４．５ｍｍ以下（望ましくは２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下）に設定し、全流通断面積Ｓｔを１．２ｍｍ２以上１０ｍｍ２以下（望ましくは１．２ｍｍ２以上５ｍｍ２以下）に設定するのがよく、これにより有効谷点密度１．５個／ｍｍ２以上を確保することができ、良好な微細気泡発生効率を達成できる。液体処理ノズルの出口側を開放して、入口側に液圧０．１ＭＰａにて水を供給した場合、その液体流路１個当たりの流量はおおむね０．５Ｌ／分以上７．５Ｌ／分以下（望ましくは０．５Ｌ／分以上５Ｌ／分以下）となる。
【００３９】  一方、衝突部は投影において中心軸線を取り囲む形態で３以上配置すること、たとえば十字形態に４つ配置することも可能である。この構成では、衝突部の先端部が３つ以上の方向から集合する関係上、基準円内側の流路断面の中心付近には谷点の配置が幾何学的に不能となる領域が存在するが、前段落の構成よりも衝突部の数が増えることで、特に流路断面積の大きい構成（すなわち、大流量が求められる構成）において有効谷点密度を大きくできる利点がある。絞り孔にそれぞれ形成される十字形態の衝突部の組は、たとえばノズル本体の壁部外周面側から先端が絞り孔内へ突出するようにねじ込まれる複数本のねじ部材により容易に形成できる。４本以外では、３本、５本、６本、７本、８本の中から選択することができる。
【００４０】  突出部を４つ十字状に配置する構成では、具体的には、液体流路の内径Ｄを２．５ｍｍ以上７ｍｍ以下（望ましくは２．９ｍｍ以上５．５ｍｍ以下）に設定し、全流通断面積Ｓｔを２．５ｍｍ２以上３５ｍｍ２以下（望ましくは４ｍｍ２以上１３ｍｍ２以下）に設定するのがよく、有効谷点密度１．５個／ｍｍ２以上を確保することができ、良好な微細気泡発生効率を達成できる。液体処理ノズルの出口側を開放して、入口側に液圧０．１ＭＰａにて水を供給した場合、その液体流路１個当たりの流量はおおむね２Ｌ／分以上２５Ｌ／分以下（望ましくは３．５Ｌ／分以上１３Ｌ／分以下）となる。
【００４１】  この場合、複数の衝突部の先端が集合する断面中心位置に液体流通ギャップを形成することができる。たとえば十字の中心位置に液体流通ギャップを形成すると、最も高流速となる断面中央の流れ（中心流）が液体流通ギャップの形成により妨げられにくくなり、前述の７０％断面比率σ７０が拡大される結果、同じ谷点数でも有効谷点数が増加し、微細気泡の発生効率がより向上する。この液体流通ギャップの形成により、７０％断面比率σ７０は４０％以上確保することも容易となる。液体流通ギャップの形成による上記の効果は、４つの衝突部の液体流通ギャップを形成する先端面を平坦に形成し、前述の投影において液体流通ギャップが正方形状に形成されている場合に特に顕著である。
【００４２】  処理コア部にて液体流路に複数の衝突部を配置する場合、該液体流路の軸線方向（流れ方向）にて複数の衝突部を互いにずれた位置に配置することも可能である。このようにすると、衝突部を流れ方向に複数設けることができ、キャビテーションポイントとなる谷部に、流れを繰り返し接触させることが可能となるので、微細気泡の発生効率や後述のガス溶解効率の更なる向上に寄与する。
【００４３】  本発明で使用する液体処理ノズルにおいては、ノズル本体に形成する液体流路を単一とすることができる。この場合、被処理液体の全流量を増やしたい場合は、分岐継手等によりノズルを複数並列に接続することができる。このようにすると、ノズル１本あたりの流量は小さくても、全体ではキャビテーション効果を犠牲にすることなく十分な流量が確保できるようになる。
【００４４】  一方、液体流路を液体入口側の流入室と液体出口側の流出室とに区画する隔壁部と、隔壁部に貫通形成され流入室と流出室とを互いに別経路にて連通させる複数の絞り孔とを備え、処理コア部は、絞り孔の内面から各々突出する形で衝突部を形成することも可能である。すなわち、複数のノズルを並列接続する場合は、衝突部が配置される処理コア部の前後の流路が各ノズルに独立して配置される構造になるが、上記の構成では、隔壁部に複数の絞り部を形成し、その前後の流路区間を、該隔壁部が区画する流入室ないし流出室に集約して、それら複数の絞り部により共有化させる形となるのである。これにより、流路が複数系統に分岐する区間は隔壁部に形成された絞り孔のみに短縮することができ、分岐流路が長くなることに由来した偏流発生の防止に貢献する。
【００４５】  この場合、絞り孔は、それら絞り孔の軸断面積の合計と等価な円の直径をｄｅ、絞り孔の長さをＬとして、Ｌ／ｄｅにて定義される絞り孔アスペクト比が３．５以下に設定され、かつ、ノズル本体の軸線と直交する平面への投影において、隔壁部の投影領域の中心位置に定められた基準点から複数の絞り孔の内周縁までの距離Ｔが該絞り孔の内径Ｄよりも小さくなる程度に近接配置するのがよい。隔壁部の厚みが大きくなれば断面積の小さい絞り孔自体の長さが大きくなり、その前後の区間が流入室ないし流出室に集約されていたとしても、偏流は発生しやすくなる場合がある。また、隔壁部に形成する複数の絞り孔が、管内壁との流体摩擦により低流速化する隔壁部外周領域に形成されていると、その流速低下の影響により偏流が発生しやすくなる場合がある。そこで、上記のごとく絞り孔アスペクト比を３．５以下に設定することにより、偏流の原因となる分岐区間の長さ、すなわち、衝突部を配置する絞り孔の長さが十分短くなる。また、絞り孔を基準点周りに近接配置することにより、絞り孔は高流速となる隔壁部の中央に集約される。換言すれば、すべての絞り孔が隔壁部の中心に近い位置に集めて配置される。その結果、絞り孔内での流速の低下ないし不均一化が抑制され、偏流を確実に防止することができる。絞り孔アスペクト比Ｌ／ｄｅの値は、望ましくは３以下であること、より望ましくは２．５以下であるのがよい。また、絞り孔変位Ｔは絞り孔の内径Ｄの望ましくは１／２以下であるのがよい。
【００４６】  なお、絞り孔内の流量損失を抑え、かつ、偏流を防止する観点にあっては、Ｌ／ｄｅにて定義される絞り孔アスペクト比の値は、衝突部を配置するために必要なスペースを絞り孔内面に確保できる範囲内で、なるべく小さく設定することが望ましいといえる（後述するごとく、流入室と流出室の内面を、各々隔壁部に向けて縮径するテーパ面とする場合は、このテーパ面を直結し、その結合位置に衝突部を形成する構成もあり得るが、この場合の絞り孔の長さは、衝突部の突出基端位置での外径と等しい値として定義する）。また、絞り孔変位Ｔの値も、絞り孔内の流速を高める観点から、なるべく小さく設定することが望ましく、たとえば隔壁部中心位置で２つの絞り孔が互いに接するように形成される場合など、ゼロとなることを妨げない。
【００４７】  なお、絞り孔は流れ軸線方向に均一な断面を有する孔としてもよいし、中間部で縮径する不均一断面を有する孔としてもよい。本明細書において、「絞り孔の軸断面積」とは、流れ軸線方向にて最もその値が小さくなる位置での軸断面積を意味するものとする。複数の絞り孔は、軸断面積を異ならせることも可能であるが、この場合、絞り孔の内径Ｄは、それら複数の絞り孔についての平均値を意味するものとする。絞り孔の長さについても同様。さらに、隔壁部の投影領域の中心位置とは、投影領域が円形の場合はその中心を意味する。しかし、隔壁部の投影領域が正多角形状や楕円状となることも発明概念上は許容され、この場合は当該投影領域の幾何学的重心位置を中心位置として定める。
【００４８】  また、絞り孔の衝突部よりも下流に位置する区間の長さ（以下、残区間という）をＬｐとし、絞り孔の軸断面積の合計と等価な円の直径をｄｅとしたとき、Ｌｐ／ｄｅにて定義される残区間アスペクト比は１．０以下に設定されていることが望ましい。これにより、複数の絞り孔にてそれぞれ衝突部を通過した液体が流出室にて合流するまでに、析出気泡を含んだ流れの、流体抵抗の大きい絞り孔の残区間の通過距離が短くなり、ひいては個々の絞り孔の衝突部下流に生ずる強撹拌領域も流出室内で一体化し、気泡の微細化効果が一層高められる。
【００４９】  さらに、絞り孔に関しては、隔壁部の中央付近（基準点周り）に近接配置する要件を、さらに以下のように具体化することができる。すなわち、ノズル本体の軸線と直交する平面への投影において、複数の絞り孔の内周縁に対する外接円の面積をＳｔ、絞り孔の投影領域の合計面積をＳｒとしたとき、Ｋ≡Ｓｒ／Ｓｔにて定義される絞り孔集約率Ｋを０．２以上とする。例えば、寸法と形成個数が一致する複数の絞り孔の組同士の場合、絞り孔変位Ｔが大きくなるほど外接円面積も大きくなる。したがって、上記絞り孔集約率Ｋは隔壁部中央領域への絞り孔の集中度を表すパラメータとなりえ、該Ｋを０．２以上とすることにより、偏流抑制効果は一層顕著となり、微細気泡の発生効率やガス溶解効率の更なる向上に貢献する。
【００５０】  なお、「外接円」は、前記投影における複数の絞り孔（最小径部）の内周縁に対し、そのすべてと外接する円として定義する。また、すべての絞り孔の内周縁に外接する円が幾何学的に描けない場合は、「１以上の絞り孔の内周縁と外接し、残余の絞り孔の内周縁とは交わらない最大の円」として定義する。
【００５１】  上記の外接円の面積Ｓｔは、隔壁部の投影面積の９０％以上であることが望ましい。これにより、隔壁部にて絞り孔の外側に形成される流れ遮断領域の面積を小さくでき、こうした領域に特有に発生する流れのよどみや渦流に基づく損失を軽減することができる。絞り孔に対する外接円径が、液体入口の開口径よりも絞られている場合は、隔壁部の投影面積を９０％以上とする上で、液体入口に続く流入室の内周面を、隔壁部に向けて縮径するテーパ面とすることが有効である。外接円の面積Ｓｔは、隔壁部の投影面積と等しくすることもできる。
【００５２】  この場合も、処理コア部において複数の絞り孔のそれぞれに、ノズル本体の軸線と直交する平面への投影において衝突部が孔中心軸線を取り囲む十字形態に４つ配置し、それら４つの衝突部が形成する十字の中心位置に液体流通ギャップが形成された構成とすることができる。絞り孔にそれぞれ形成される十字形態の衝突部の組は、ノズル本体の壁部外周面側から先端が絞り孔内へ突出するようにねじ込まれる４本のねじ部材により容易に形成できる。しかし、複数の絞り孔のそれぞれに、ノズル本体の外側からそれぞれ４本ものねじ部材をねじ込もうとしたとき、幾何学的なレイアウトを誤ると、ねじ同士の干渉や、ある絞り孔に向けてねじ込まれたねじ部材が別の絞り孔内を貫通したりするなど、不具合を生じる。本発明者らが検討した結果、ノズル本体の壁部外周面側から絞り孔に向けてねじ込まれるねじ部により衝突部を形成する場合、こうした不具合を生じることなく最も多くの絞り孔を隔壁部の中心領域に近接して形成する構成としては、処理コア部には絞り孔を、液体流路の中心軸線を挟んで互いに対称な位置関係で２〜４個のいずれかで形成するのが最適であることがわかった。そして、前述のねじ部材の干渉を回避するには、各絞り孔に組み込む４つのねじ部材の組は、それら絞り孔の間で軸線方向にて互いにずれた位置に配置することが適当である。偏流と流量損失を抑制する観点から、この場合の絞り孔の配置個数は２個ないし３個が好適であり、ノズル作製の容易性を考慮すれば２個とするのが最適である。
【００５３】  次に、本発明の放電加工液処理装置においては、上記の液体処理ノズルの処理コア部よりも上流側にて放電加工液に対し、窒素、アルゴン及び水素の１種又は２種以上からなる防錆ガスを混合する防錆ガス混合手段を設けることができる。放電加工液は該防錆ガスとの混相流を形成した状態で処理コア部を通過することにより溶存酸素濃度が低減される。このように溶存酸素濃度が低減された水系放電加工液を使用して放電加工を行うことで、被加工物（ワーク）の錆発生を防止することができる。
【００５４】  放電加工液の溶存酸素濃度を低減により被加工物の防錆を図る技術は、例えば特許文献６、７等により周知である。上記の特許文献６においては、加圧溶解により不活性ガス、特に窒素ガスを加工液に溶存させ、溶存酸素濃度を溶存窒素で置換しつつ低減する旨開示されている。他方、特許文献７には、多数の小孔を孔設したブレードを、多数間隔を置いて積層した混合器に対し、加圧ポンプ内にて窒素ガスをプレ混合した水を該混合器に対しブレード積層方向と直角に供給して、キャビテーション効果により窒素溶解ひいては溶存酸素低減を図る技術が開示されている。
【００５５】  しかし、特許文献６においては、圧力容器等を用いた窒素ガスの加圧溶解ユニットや、数気圧程度までの加圧能力を有した大型のポンプなどの大掛かりな加圧装置系が必要となる問題がある。また、常圧に戻った際は過飽和の窒素ガスがほとんど瞬時的に発泡・蒸散し、以降は大気中の酸素の再溶解が速やかに進むために、加工液の低溶存酸素濃度状態の持続性に難点がある。他方、特許文献７の方法は、多孔ブレード積層体の流通抵抗が高く、また、キャビテーション効果を顕在化するためには５０Ｌ／秒〜１０００Ｌ／秒もの破格の高流速が必要である旨開示されており（例えば、公報補正後の請求項４）、装置の大型化・高コスト化は避けがたい。さらに、キャビテーション効果に由来した微細気泡の発生程度についても定かではなく、得られる水の低溶存酸素濃度状態の持続性についても何らデータは開示されていない。
【００５６】  しかし、上記本発明特有の液体処理ノズルを使用して窒素溶解を図る方式であれば、該ノズルに液体を供給したとき、前述のごとく処理エレメントをなす衝突部の周辺及び直下流域に非常に顕著な強撹拌領域が形成される。キャビテーションにより発生した気泡はそれほど成長せずに上記の強撹拌領域に巻き込まれ、微細気泡が効率的に発生する。しかし、ここで、供給する液体に積極的に外部から防錆ガスを導入し、液体と防錆ガスとの混相流として処理コア部に供給すると、気相を形成する防錆ガスは衝突部下流の強撹拌領域に巻き込まれることで液体との混合が顕著に進み、その溶解をきわめて効率的かつ簡単に行うことができ、その置換効果によって溶存酸素濃度を速やかに低減することができる。また、導入した防錆ガスの少なからぬ部分が、溶存形態だけでなく、窒素微細気泡の形で液中に長くとどまるため、一旦得られた低溶存酸素濃度状態を長期間維持できる利点も生ずる。そして、前述のごとく、この方式であれば、単なる防錆にとどまらず、液の浸透性改善効果ひいては加工速度向上効果も合わせて達成することもできる。
【００５７】  衝突部の下流域に強撹拌領域を作る大きな要因の一つは、前述のごとく、供給する液体中に溶存しているガス（注：混相流を作るために外部から導入する防錆ガスが、一旦溶存したものも含む）のキャビテーションによる減圧沸騰析出である。溶存ガスの減圧沸騰をきっかけとして衝突部の下流域に生ずる強撹拌領域では、外部から導入される防錆ガスの撹拌・溶解が、減圧沸騰で損なわれるガス量を桁違いに上回る規模により進行する。また、液体に溶解しきれなかった防錆ガスも、浮上速度の非常に小さい微細気泡として液中に留まり、防錆ガスの溶存濃度の高い状態が維持される結果、大気中の酸素の再溶解が阻止され、加工液を低溶存酸素状態に長時間保つことができるようになるのである。
【００５８】  防錆ガスをなす窒素、アルゴン及び水素はいずれも酸化性を有さず、加工液に溶解することで溶存酸素を置換して減少させ、加工液の防錆性を高める働きをなす。また、水素は、水に溶解することで還元性を示し、仮に溶存酸素が多少残存していてもその酸化作用を抑制し、より積極的な防錆性を発揮する。これらの気体は単独で使用してもよいし、２種以上のものを混合して用いてもよい。しかし、それらのうちでも特に窒素は安価であり、空気を原料として製造できるため、本発明に好適に採用できる。
【００５９】  防錆ガスの供給源はボンベなどを使用することもできるが、特に窒素を使用する場合は、大気を原料としてその窒素成分を分離して用いることで、劇的なコストダウンを図ることができる。具体的には、防錆ガス混合手段を、大気を原料ガスとして、該大気中の酸素分離除去することにより防錆ガスとしての窒素ガスを発生させる窒素発生装置を備えるものとして構成できる。このようにすると、上記のごとき防錆ガスのランニングコスト低減だけでなく、加工ヤードが階上床に存する場合もボンベ交換が不要になるため、作業性を著しく向上することができる。
【００６０】  本発明において、液体処理ノズルに対し水性加工液は、液体処理ノズルの上流側に配置されたポンプにより圧送することができる。また、防錆ガスを水性加工液に溶解するために液体処理ノズルの衝突部に混相流を供給する方式として、液体処理ノズルの処理コア部に対し、衝突部よりも上流にてガスを流入させる方式を採用可能である。この場合、液体処理ノズルに防錆ガスを供給することも可能であるが、防錆ガスをポンプの吸入口側で添加して本体組成物と防錆ガスとをポンプ内にて予備撹拌混合することにより混相流となし、液体処理ノズルに流入させることができる。具体的には、放電加工機の加工槽内の水系加工液をフィルタリングによりスラッジ濃度を低減した状態で貯留する加工液タンクと液処理ユニットとの間で水系加工液を送液循環する循環ポンプを設け、液体処理ノズルを該循環ポンプの下流側に配置するとともに、防錆気体混合手段は防錆気体を循環ポンプの吸入口側で添加して水系加工液と防錆気体とをポンプ内にて予備撹拌混合することにより混相流となし、液体処理ノズルに流入させるようにする。このようにすると、加工液と、導入した防錆ガスとがポンプの内部流に巻き込まれて予備粉砕された状態で液体処理ノズルに供給されるから、防錆ガス気泡の微細化をより効率的に行うことができる。ポンプは、ベーンポンプか渦流ポンプを用いることが、気液混合流の輸送安定性が高く、予備粉砕効率が高いため望ましい。
【００６１】  本体組成物と防錆ガスとの混相流は液体処理ノズルに対し、ポンプを用いて循環供給することができる。この場合、本体組成物に対する防錆ガスの添加を継続しつつ混相流の液体処理ノズルに対する循環供給を継続すれば、防錆ガス気泡の形成密度を上げながらその微細化も合わせて進行させることができる。また、防錆ガスの添加を中断した状態で混相流の液体処理ノズルに対する循環供給を継続すれば、１回の通過では微細気泡まで粉砕しきれなかった径の大きい気泡も、液体処理ノズル内に発生する強撹拌領域を再度通過することで微細気泡に粉砕していくことが可能となり、微細気泡の形成密度向上に貢献する。
【００６２】  標準構成の液体処理ノズルを用いる場合は、前述の構成の混相流を形成するための防錆ガス流量をＱ１、水流量をＱ２としたとき、液体入口側の動水圧を０．０１５ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下、窒素／水流量比Ｑ１／Ｑ２を０．１以上０．３以下として液体処理ノズルに１パス供給するか循環供給することにより、水の溶存酸素濃度を１ｐｐｍ以下とすることができる。なお、循環供給するときのパス数とは、ポンプ循環の場合、ポンプ送液流量をＱＰ（Ｌ／分）、循環時間をＴ（分）、タンク内の水体積をＶ（Ｌ）としたき、ＱＰ×Ｔ／Ｖにて定義する。
【発明の効果】
【００６３】  本発明の作用及び効果の詳細については、「課題を解決するための手段」の欄にすでに記載したので、ここでは繰り返さない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】  本発明の放電加工装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】  図１の装置に使用する液体処理ノズルの一例を示す横断図。
【図３】  図２の側面拡大図。
【図４】  図３の一つの絞り孔における、衝突部（ねじ部材）の配置形態を実体的に描いた拡大図。
【図５】  図２の谷点配置を示す説明図。
【図６】  図２の液体処理ノズルの処理コア部の詳細を示す断面図。
【図７】  図２の処理コア部におけるねじ部材の流れ軸線方向の配置を拡大示す図。
【図８】  図５の変形配置例を示す図。
【図９】  液体処理ノズルの作用を示す第一の説明図。
【図１０】  衝突部における山部と谷部の作用説明図。
【図１１】  衝突部の作用を示す平面図。
【図１２】  液体処理ノズルの作用を示す第二の説明図。
【図１３】  衝突部材の別の配置例を示す側面図。
【図１４】  図１３の谷点配置を示す説明図。
【図１５】  図１の加工液処理装置の各部のレイアウトの一例を示す図。
【図１６】  加工液処理装置の本体部の構成例を示す正面図。
【図１７】  加工液処理装置の窒素発生装置の原料空気浄化装置の構成例を示す正面図。
【図１８】  加工液処理装置の窒素発生装置の主処理部の構成例を示す正面図。
【図１９】  絞り孔を１つのみ形成した液体処理ノズルの例を示す図。
【図２０】  本発明の加工液処理装置の効果を、従来技術と比較して示す模式図。
【図２１】  窒素微細気泡を含有しない窒素溶存液体からの窒素蒸発挙動を示す模式図。
【図２２】  窒素微細気泡を含有する窒素溶存液体からの窒素蒸発挙動を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００６５】  以下、本発明を実施するための形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は、本発明の加工液処理装置を組み込んだ放電加工装置の一構成例を示すブロック図である。該放電加工装置５０は、加工槽４０８を備えた放電加工機本体４０１、加工槽４０８で使用する水系加工液Ｌを貯留する加工液タンク３０１、及び加工液処理装置５０１を備える。
【００６６】  放電加工機本体４０１は周知のワイヤ放電加工機として構成され、加工液Ｌを貯留する加工槽４０１と、ワイヤ電極４０２と、ワイヤ電極４０２を送り出すワイヤ送り機構４０３と、ケーブル４０６を介してワイヤ電極４０２およびワークＷに通電する加工電源４０５とを有する。加工槽４０１内には、ワークＷを保持するクロステーブル４０４が配置されている。放電加工は、クロステーブル４０４にワークＷを固定し、ワークＷを加工液Ｌに浸漬した状態で、クロステーブル１４をワイヤ電極４０２に対し、加工形状に対応した二次元的な経路に沿って移動制御する形で行われる。なお、放電加工機本体４０１は、上記構成に特に限定されるものではなく、既存の種々の形態のものを使用することができる。例えば、放電加工機本体として、上記の加工液６にワークＷを浸す浸漬方式のものに代え、吹き掛け方式のものであってもよく、また、クロステーブル４０４を移動させる方式のものに代えて、電極ガイドを移動させる方式のものであってもよい。また、型彫放電加工機や細穴放電加工機を使用することもできる。
【００６７】  次に、加工液タンク３０３は、内部が汚水槽ＤＬと清浄槽ＣＬとに区画されており、スラッジで汚染された加工槽４０１内の加工液が排出管３０４Ｒを介して汚水槽ＤＬに送られるようになっている。汚水槽ＤＬ内の汚染された加工液は、汚水ポンプ３１１により分岐配管３１０の一方を介してスラッジ凝集装置３０９に送られる。このスラッジ凝集装置は、前述の特許文献５に開示の、回転渦運動によってスラッジ粒子を凝集させる装置として構成されたものであり、処理済みの加工液は戻り管路３０９により汚水槽ＤＬに戻される。汚水ポンプ３１１の動作継続により、汚染された加工液は該スラッジ凝集装置３０９と汚水槽ＤＬとの間を循環しつつ、含有されるスラッジ粒子が次第に凝集して粗大化する。こうしてスラッジの凝集・粗大化処理が継続される汚水槽ＤＬ内の加工液は、分岐配管３１０の他方を介してスラッジフィルタ３０６に送られ、そこで凝集・粗大化したスラッジが除去されて清浄化済加工液となり、戻り配管３０７を介して清浄槽ＣＬへ送られる。
【００６８】  一方、該清浄槽ＣＬ内の加工液は、メッシュフィルタ３０５で微細な残留スラッジが除去された後、加工液処理装置５０１に送られる。加工液処理装置５０１は、加工液が流入する液体流経路をなす主配管５０２を備え、ベーンポンプで構成された循環ポンプ５０３、第一の液処理ユニットであるセラミック水処理部（セラミック充填モジュール）５０４、メッシュフィルタ５０５及び第二の液処理ユニットである液体処理ノズル１がこの順序で配置されている。また、循環ポンプ５０３の吸入口側には、窒素発生装置５０６から防錆ガスである窒素ガスが流入するようになっている。主配管５０２に流れ込んだ清浄槽ＣＬからの水系加工液は、窒素ガスが流入して混相流となり、循環ポンプ５０３内にて予備撹拌混合され、セラミック水処理部５０４にて解砕処理される。
【００６９】  セラミック水処理部５０４は、処理エレメントとして比誘電率が３以上の絶縁材料、具体的には二酸化ケイ素７０質量％以上８５質量％以下、酸化アルミニウムを（石英：比誘電率３．７〜４．１）、酸化アルミニウムを８質量％以上１５質量％以下含有し、吸水率が４〜１５％に調整された多孔質セラミック粒子（例えば平均粒径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の粒状物）が金属製の容器に充填されたものである。金属製の容器には主配管５０２が接続され、加工液が流入して内部の多孔質セラミック粒子に接触した後、排出されるようになっている。多孔質セラミック粒子の表面粗さは例えば０．０１ｍｍ以上、０．１０ｍ以下に調整されている。
【００７０】  図１に戻り、前述のセラミック水処理部５０３で解砕処理された水性加工液は、さらにメッシュフィルタ５０５にて微細な残留スラッジ等がさらに除去された後、液体処理ノズル１にて更なる解砕処理と、窒素ガスの溶解及び微細気泡化がなされ、清浄槽ＣＬに戻される。こうして、清浄槽ＣＬ内の加工液は、循環ポンプ５０３の動作継続により、加工処理装置５０１との間でも循環しつつ、後述の浸透性改善と溶存酸素濃度の低減が進捗することとなる。以上の処理を経た清浄槽ＣＬ内の加工液は、フィルタ３０３により微細な残留スラッジが除去された後、ポンプ３０３により戻り管路３０４を経て加工槽４０１に戻されて、放電加工に供される。
【００７１】  図１５〜図１８は、加工液処理装置５０１の一構成例を示すものであり、図１５はその主要構成要素の装置フレーム５０１Ｆに対するレイアウト例を示すものである。図面右が正面図、左が側面図であり、方形の装置フレーム５０１Ｆに対し、正面側に本体部５０１Ｍが、背面側に窒素発生装置５０６が、それぞれ図示しない周知の締結部材によって組み付けられている。窒素発生装置５０６は、原料空気浄化装置５０６Ｂと主処理部５０６Ａとによって構成される。
【００７２】  図１６は、本体部５０１Ｍの詳細を示すもので、装置フレーム５０１Ｆ（図１５）の下部をなす底部フレーム５０１Ｂに、エルボや配管等で構成された主配管５０２が固定されている。該主配管５０２の入口側（図面左下）には、Ｔ字継手などで構成される窒素ガス導入部（防錆ガス導入部）が設けられ、それに続く形で循環ポンプ５０３、液体処理ノズル１及び水圧計５０５が上流側からこの順序で接続されている。水圧計５０５の先には、垂直に立ち上がる形でセラミック水処理部５０４が接続されている。セラミック水処理部５０４は、主配管５０２の一部を拡径した形で上面側が開口する処理エレメント収容部５０４Ｄを有し、その内側に多孔質セラミック粒子をメッシュ袋等で包んだ処理エレメント５０４Ａが収容・充てんされている。該処理エレメント収容部５０４Ｄの外側は両端に図示しないフランジが形成されたカバー５０４により覆われるとともに、配管側のフランジとパッキン（いずれも図示せず）を介して突き合わされ、フェルール５０４Ｂ，５０４Ｃを用いて液密に締結されている。該セラミック水処理部５０４の内部には、下側から加工液が流入して処理エレメント５０４Ａと接触した後、上側から流出するようになっており、バルブ５０７にて流量調整されつつ清浄槽ＣＬ（図１）へ戻される。
【００７３】  図１７は、窒素発生装置の原料空気浄化装置５０６Ｂの詳細を示すものであり、図面左側から、原料空気の導入口５２０、ダストや油分などをカットするためのフィルタ５２１（符号５２５は、フィルタにかかる空気圧をモニタするための差圧計である）、空気圧計５２４及びバルブ５２３がこの順序で接続されており、清浄化済の空気が出口部５２６から流出する。図１８は、主処理部５０６Ａの詳細を示すもので、図面右側から、原料空気浄化装置５０６Ｂからの原料空気が導入される導入口５１０、中空糸フィルタなどで構成された窒素分離膜モジュール５１２（符号５１１，５１１は分離された酸素（及び残余の空気成分）を流出させる排ガス流出部である）、圧力計５１３ｍを備えたバルブ５１３、逆止弁５１４及び分離された窒素ガス（純度９８％以上、望ましくは９９％以上）を流出する流出口５１５がこの順序で接続されている。
【００７４】  次に、図２は液体処理ノズル１の横断面を、図３はその液体入口側の軸線方向からの拡大側面を示すものである。この液体処理ノズル１は、液体流路３が形成されたノズル本体２を備える。ノズル本体２は円筒状に形成され、その中心軸線Ｏの向きに円形断面の液体流路が貫通形成されている。ノズル本体２には、液体流路３を液体入口４側の流入室６と液体出口５側の流出室７とに区画する隔壁部８と、隔壁部８に貫通形成され流入室６と流出室７とを互いに別経路にて連通させる複数の絞り孔９と、絞り孔９の内面から各々突出する衝突部１０（処理エレメント）とからなる処理コア部ＣＯＲＥが形成されている。図３において、隔壁部８に絞り孔２は中心軸線Ｏに関して軸対象となるように、同一内径にて２個形成されている。流入室６及び流出室７の各内周面は、処理コア部ＣＯＲＥに向けて縮径するテーパ面１４とされている。
【００７５】  図４は、そのうちの一方を拡大して示すものであり、衝突部１０は外周面に周方向の山部１１と高流速部となる谷部１２とが複数交互に連なるように形成されている。衝突部１０は、この実施形態では、脚部末端側が流路内に突出するねじ部材（以下、「ねじ部材１０」ともいう）であり、結果、衝突部に形成される複数巻の山部１１は、らせん状に一体形形成されている。なお、山部及び谷部は、らせん状に一体化せず、周方向に閉じたものを衝突部の軸線方向に複数密接配列してもよい。ノズル本体２の材質は、たとえばＡＢＳ、ナイロン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ＰＴＦＥなどの樹脂であるが、ステンレス鋼や真鍮などの金属やアルミナ等のセラミックスとしてもよく、用途に応じて適宜選択される。また、ねじ部材１０の材質はたとえばステンレス鋼であるが、用途に応じて、より耐食性の高いチタンやハステロイ、インコネル（いずれも商標名）などの耐熱合金を用いてもよいし、耐摩耗性が問題となる場合は石英やアルミナなどのセラミック材料を用いることも可能である。
【００７６】  衝突部１０は、図２の処理コア部ＣＯＲＥにおいて複数の絞り孔９のそれぞれに、図３に示すごとくノズル本体２の軸線Ｏと直交する平面への投影において、各絞り孔９の中心軸線を取り囲む十字形態に４つ配置されている。各絞り孔９において、ねじ部材１０と絞り孔９内周面との間には主流通領域２１が形成される。また、４つの衝突部１０が形成する十字の中心位置には、液体流通キャップ１５が形成されている。液体流通ギャップ１５を形成する４つの衝突部１０の先端面は平坦に形成され、前述の投影において液体流通ギャップ１５は正方形状に形成されている。絞り孔９（液体流路）の内径Ｄは２．５ｍｍ以上７ｍｍ以下（望ましくは２．９ｍｍ以上５．５ｍｍ以下）に設定され、主流通領域２１と液体流通ギャップ１５とからなる液流通領域の全流通断面積Ｓｔは２．５ｍｍ２以上３５ｍｍ２以下（望ましくは４ｍｍ２以上１３ｍｍ２以下）に設定される。
【００７７】  処理コア部における液体流路（絞り孔９）の投影領域の外周縁内側の全面積、すなわち絞り孔９の円形軸断面の面積（内径をｄとしたとき、π・ｄ２／４）をＳ１、衝突部１０（４本のねじ部材）の投影領域面積をＳ２として、処理コア部の絞り孔９の全流通断面積Ｓｔを、
Ｓｔ＝Ｓ１−Ｓ２  （単位：ｍｍ２）
として定義する。この実施形態では、主流通領域２１と液体流通ギャップ１５との合計面積が全流通断面積Ｓｔに相当する。図１に示すごとく、液体入口４及び液体出口５の開口径は、絞り孔９の内径よりも大きい。すなわち、液体入口４及び液体出口５の断面積は全流通断面積Ｓｔよりも大きく設定されている。また、流入室６及び流出室７の絞り孔９に連なる内周面はそれぞれテーパ部１３，１４とされている。
【００７８】  図４は処理コア部ＣＯＲＥを拡大して示すものである。絞り孔９にそれぞれ形成される衝突部の組は、ノズル本体２の壁部外周面側から先端が絞り孔９内へ突出するようにねじ込まれる４本のねじ部材により形成されている。図３に破線で示すように、ねじ部材１０は、ノズル本体２の壁部に貫通形成されたねじ孔１９にねじ込まれ、各ねじ孔１９のねじスラスト方向途中位置にはねじ頭下面を支持するための段付き面１９ｒが形成されている。該段付き面１９ｒの形成位置は、ねじ部材１０をねじ込んだ時に、絞り孔９内に突出するねじ脚部（すなわち、衝突部となる部分）の長さが、液体流通ギャップ１５を形成するのに適正となるように調整されている。なお、小ロット生産時のように、液体処理ノズル１に流通する本体組成物の流量を小さくできる場合は、絞り孔９を１個のみとしてもよく、また、ねじ部材も直径方向に対向する２本のみとしてもよい。
【００７９】  図５は図４と全く同一の投影図であり、符号を省略したものである（従って、各部の符号は図４のものを援用する）。ねじ部材（衝突部）１０の投影外形線に現れる谷部２１の深さｈは０．２ｍｍ以上確保されている。また、中心軸線Ｏの投影点を中心として液体流路の内周縁までの距離の７０％に相当する半径にて描いた円を基準円Ｃ７０として定めるとともに、谷部２１の最底位置を表す谷点のうち、基準円Ｃ７０の内側に位置するもの（以下、７０％谷点数という：○で表示）の数をＮ７０（個）、基準円Ｃ７０の外側に位置するもの（以下、７０％補谷点数という：●で表示）の数をＮｃ７０（個）とする。
【００８０】  谷部の最底位置を表す谷点のうち、中心軸線の投影点を中心として液体流路の内周縁までの距離の７０％に相当する半径にて描いた基準円の内側に位置するものの数をＮ７０（個）、基準円の外側に位置するものの数をＮｃ７０（個）とし、谷深さ補正係数αを
ｈ≧０．３５ｍｍのときα＝１、
ｈ＜０．３５ｍｍのとき、α＝−６０ｈ２＋４１ｈ−６
として定め、衝突部の投影外形線に現れる谷部の深さｈを０．２ｍｍ以上確保している。また、該投影にて全流通断面積の領域のうち基準円の内側に位置する部分の面積をＳ７０（単位：ｍｍ２）として、７０％断面比率σ７０を、
σ７０＝Ｓ７０／Ｓｔ×１００（％）
として定め、有効谷点数Ｎｅを
Ｎｅ＝α・（０．３８Ｎｃ７０＋（σ７０／５０）・Ｎ７０）
として定義する。該有効谷点数Ｎｅは、全流通断面積Ｓｔで規格化した有効谷点密度（Ｎｅ／Ｓｔ）が１．５個／ｍｍ２以上（望ましくは１．８個／ｍｍ２以上）確保されている。
【００８１】  次に、図２に示すように、複数の絞り孔９の間でねじ部材１０の干渉を回避するために、各絞り孔９に組み込む４つのねじ部材１０の組は、それら絞り孔９の間で軸線方向にて互いにずれた位置に配置されている。図６に拡大して示すように、同一の絞り孔９内の複数のねじ部材１０Ａ，１０Ｂと１０Ｃ，１０Ｄとは、該絞り孔９の軸線方向（流れ方向）にて互いにずれた位置に配置されている。具体的には、各絞り孔９において、同一平面上で互いに直交する位置に配置されたねじ部材の対１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃ，１０Ｄが、それぞれ流れ方向において互いに異なる位置（図中、上側の絞り孔９については下流側のＡ及びＢの位置に、下側の絞り孔については上流側のＣ及びＤ位置）に配置されている。それぞれ図１の中心軸線Ｏと直交する平面への投影では、Ａ及びＢの位置の４つのねじ部材１０Ａ，１０Ｂ、及びＣ及びＤ位置の４つのねじ部材１０Ｃ，１０Ｄが、それぞれ十字形態をなすように配置されることとなる。
【００８２】  図７に示すように、絞り孔９は、それら絞り孔９の軸断面積の合計と等価な円の直径をｄ（ｄ１、ｄ２）、絞り孔９の長さをＬとして、Ｌ／ｄｅにて定義される絞り孔アスペクト比が３．５以下に設定されている。図６において、２つの絞り孔９の内径が互いに異なる一般の場合（ｄ１，ｄ２）は、絞り孔アスペクト比は、Ｌ／（ｄ１２＋ｄ２２）１／２となる。図６では、２個の絞り孔９は内径と長さが互いに等しい円筒面をなすように形成されており、２つの絞り孔９の内径をｄとして、絞り孔アスペクト比は０．７１Ｌ／ｄである。絞り孔アスペクト比Ｌ／ｄｅの値は、望ましくは３以下であること、より望ましくは２．５以下であるのがよい。
【００８３】  図３に戻り、ノズル本体２の軸線Ｏと直交する平面への投影において、隔壁部８の投影領域の中心位置に定められた基準点Ｏから複数の絞り孔９の内周縁までの距離（絞り孔変位）Ｔは、該絞り孔９の内径ｄよりも小さくなるように、複数の絞り孔９は基準点Ｏの周りに近接配置されている。絞り孔変位Ｔは絞り孔９の内径ｄの望ましくは１／２以下であるのがよい。さらに、本実施形態では、同じ投影において、複数の絞り孔９の内周縁に対する外接円２０の面積をＳｔ、絞り孔９の投影領域の合計面積をＳｒとしたとき、Ｋ≡Ｓｒ／Ｓｔにて定義される絞り孔９集約率Ｋが０．２以上とされている。
【００８４】  また、図７に示す如く、絞り孔９の衝突部１０よりも下流に位置する区間の長さ（以下、残区間という）をＬｐ（Ｌｐ２〜Ｌｐ４の平均値）とし、絞り孔９の軸断面積の合計と等価な前述の円の直径をｄｅとして、Ｌｐ／ｄｅにて定義される残区間アスペクト比は１．０以下に設定されている。図７では、最も下流側に位置するねじ部材１０Ａに関しては、残区間の長さがゼロであるが、図８に示す如く、ねじ部材１０Ａに関し残区間がゼロでない長さＬｐ１を有する場合は、上記残区間長さＬｐはＬｐ１〜Ｌｐ４の平均値となる。
【００８５】  以下、図１の装置５００を用いた放電加工の工程について説明する。まず、加工液タンク３０３の清浄槽ＣＬ及び汚水槽ＤＬ、及び加工槽４０１に水系加工液Ｌを満たす。次いで、加工液処理装置５０１の循環ポンプ５０３を作動させ、窒素発生装置５０６による窒素供給を開始する。また、ポンプ３０２を動作させ、清浄槽ＣＬと加工槽４０１との間での水系加工液の循環送液を開始する。さらに、ポンプ３１１も動作させ、スラッジ凝集装置３００を介した汚水槽ＤＬと加工槽４０１との間の循環送液も開始する。
【００８６】  これにより、加工槽４０１及び加工液タンク３０３内のすべての水系加工液が、循環ポンプ５０３内で窒素発生装置からの窒素ガス（防錆ガス）と混合されて気液混相流となり、さらにセラミック水処理部５０４にて解砕処理される。加工液Ｌは、このセラミック水処理部５０４において多孔質セラミック粒子の表面と接触しつつ流通・解砕され、水の浸透性が高められる。そして、循環ポンプ５０３内で粉砕された窒素気泡を含んだ状態で、メッシュフィルタ５０５を経て液体処理ノズル１に送られる。混相流を形成するための窒素ガス（防錆ガス）流量をＱ１、加工液の流量をＱ２としたとき、液体処理ノズル１の液体入口側の動圧は０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下（望ましくは０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下）に設定され、窒素ガス（防錆ガス）の加工液に対する流量比Ｑ１／Ｑ２が０．０１以上０．２以下（望ましくは０．０３以上０．１以下）となるように設定される。
【００８７】  送液ポンプ５０５の内部では水素ガスがポンプ内撹拌流に巻き込まれることにより、窒素ガス相がたとえば５０〜１０００μｍ程度の気泡に予備粉砕されて、ポンプ下流側の液体処理ノズル１に供給されるので、窒素ガスの溶解効率及び１μｍ以下の微細気泡への粉砕効率が一層高められる。そして、混相流はこの状態で液体処理ノズル１にて窒素ガスの溶解及び微細気泡への粉砕処理がなされ、清浄槽ＣＬ→加工槽４０１→汚水槽ＤＬ→スラッジフィルタ３０６→清浄槽ＣＬの順で循環して加工液処理装置５０１に戻る。以降、加工液は上記の循環を継続しながら窒素ガスの溶解及び微細気泡への粉砕が継続され、溶存酸素濃度が低減されるとともに、窒素微細気泡の形成濃度が高められる。
【００８８】  図２の液体処理ノズル１内での作用は次のようなものである。図９に示すごとく、混相流ははまず一括してテーパ部１３で絞られ、さらに個々の絞り孔９へ分配される。そして、主流通領域２１と液体流通ギャップ１５とからなる液流通領域により個別に絞られて、ねじ部材１０に衝突しながらこれを通過する。ねじ部材１０の外周面を通過するときに、図１０に示すように流れは谷部に高速領域を、山部に低速領域をそれぞれ形成する。すると、谷部の高速領域はベルヌーイの定理により負圧領域となり、キャビテーションすなわち空気等のプレ溶存ガスの減圧析出により、気泡ＦＢが発生する。この時、液体が圧送されてねじ部材１０に衝突する際に、その背圧により液体は導入された窒素ガスとともに加圧され、一部は液体に溶解する。そして、これが、ねじ部材１０の谷部を通過する際に高流速化することで減圧され、気泡を析出することも当然にある。
【００８９】  谷部はねじ部材１０の外周に複数巻形成され、かつねじ部材１０が絞り孔９内に複数配置されていることから、この減圧析出は絞り孔９内の谷部にて同時多発的に起こることとなる。すると、図１１に示すように、液流がねじ部材１０に衝突する際に谷部での減圧析出が沸騰的に激しく起こり、さらにねじ部材１０の下流に迂回する際に生ずる渦流にこれを巻き込んで激しく撹拌する。衝突部１０の周辺及び直下流域には、微小渦流ＦＥを無数に含んだ顕著な強撹拌領域ＳＭが形成されることとなる。気泡を析出する減圧域は衝突部１０周囲の谷底付近に限られており、高速の液体流はほとんど瞬時的に該領域を通過してしまうから、発生した気泡ＦＢはそれほど成長せずに上記の撹拌領域に巻き込まれ、過度に成長する心配がない。そして、液体処理ノズル１に供給される本体組成物には、ポンプ５０５で予備粉砕された窒素ガスの気泡が混入して混相流を形成しているので、窒素微細気泡となるべきガス相は衝突部１０の下流の強撹拌領域ＳＭに巻き込まれることで本体組成物との混合が顕著に進み、微細気泡化をきわめて効率的に行うことができる。
【００９０】  また、液体処理ノズル１においては、隔壁部８に複数の絞り部を形成し、その前後の流路区間を、該隔壁部８が区画する流入室６ないし流出室７に集約して、それら複数の絞り部により共有化させる構造を採用しているので、流路が複数系統に分岐する区間は隔壁部８に形成された絞り孔９のみとなる。その結果、絞り孔９内での流速の低下ないし不均一化が抑制され、窒素ガスが絞り孔９の一部のものに偏ってしまう、いわゆる偏流を確実に防止することができる。すなわち、衝突部１０を有する絞り孔９を複数形成することで十分なキャビテーション効果と十分な流量とを両立することができ、かつ、複数の絞り孔９間での偏流が効果的に抑制され、キャビテーション効果に基づいた微細気泡発生を安定に継続することができる。
【００９１】  図９は、液体処理ノズル１を流れ方向が水平になるように配置してガス溶解を行う様子を示すものである。液体入口４から混相流を導入したとき、そのガス相をなす気泡Ｇは重力によって上に偏って流れやすくなり、上方に位置する絞り孔９にガス相が偏りやすくなる。この場合は、ガス相流量の小さい下側の絞り孔９側での液体流Ｆ１により主に作られる強撹拌領域ＳＭを、流出室７にてガス相流量の大きい上側の絞り孔９からの流れＦ２が共有できるので、同様に良好なガスの溶解・粉砕が可能である。一方、図１２は、液体処理ノズル１を流れ方向が垂直になるように配置してガス溶解を行う様子を示すものである。ガスを導入する液体入口４は当然下側に位置するようにして混相流を導入することとなる。複数の絞り孔９は絞り孔アスペクト比が小さく、かつ、隔壁部８の中央付近に近接配置されているので、液相・ガス相ともに偏流は生じにくく、ガス相ＧＢは各絞り孔９に均一に分配され、一様なガス溶解が可能となる。
【００９２】  窒素ガスの気泡は衝突部１０の谷部を通過する際に摩擦により激しく剪断され、粉砕されるとともに強撹拌領域ＳＭに巻き込まれることで一挙に微細気泡（１μｍ未満）のレベルにまで粉砕される。このとき、撹拌により一旦溶存した窒素ガスの一部は、谷部ないし強撹拌領域で窒素微細気泡として再析出する。混相流を形成する窒素ガスは強撹拌領域ＳＭに巻き込まれることで液体との混合が顕著に進み、窒素の水に対する飽和溶解度が非常に小さいにもかかわらず、その溶解をきわめて効率的に行うことができる。
【００９３】  強撹拌領域ＳＭが形成される大きな要因の一つは、供給する液体中に最初から溶存しているプレ溶存ガス（特に空気）のキャビテーションによる減圧沸騰析出である。しかし、溶存空気の減圧沸騰をきっかけとして生ずる強撹拌領域ＳＭでは、外部から導入される窒素ガスの撹拌・溶解が、減圧沸騰で損なわれるガス量を桁違いに上回る規模により進行する。また、液体に溶解しきれなかった窒素ガスも、浮上速度の非常に小さい微細気泡として液中に留まることになる。特に窒素の場合、水に対する溶解度が低いために、処理コア部及び強撹拌領域では溶存窒素が瞬時に飽和状態となり、流速増加に伴うわずかな減圧でも気泡が極めて析出しやすい状況が形成され、高密度に微細気泡が生成すると考えられる。そして、処理コア部でのキャビテーションの進行により溶存空気が微細気泡となって消費されること、及び窒素溶解が急速に進み溶存窒素濃度が飽和に到達した状況で、さらに窒素微細気泡が続々形成されること、などの要因により、得られる液状組成物中の溶存空気濃度すなわち溶存酸素濃度は大きく低減されることとなる。
【００９４】  そして、これを大気中に暴露したとき、窒素が溶存窒素と窒素微細気泡の両方の形態で液体中に共存する加工液は、溶存窒素しか存在しない（すなわち、窒素微細気泡を含まない）加工液と比較して、たとえば１ｐｐｍ以下の低溶存酸素濃度の状態をより長時間維持するようになる。これは、液中の溶存窒素が蒸発しても、微細気泡中の窒素が周囲の液体に溶出することで、溶存窒素が飽和ないしこれに近い状態を維持し続けるためである。
【００９５】  液中の気泡の界面には、液面からの気泡の存在深さに応じて作用する液圧だけでなく、表面張力に基づいた内圧が作用する。表面張力に基づく圧力増分Δｐは、液体の表面張力をσ、気泡径をＤとしたとき、
【数３】
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という式で表される。これはＹｏｕｇ−Ｌａｐｌａｃｅの式として古典的に知られているものである。この式からも明確なとおり、気泡の内圧は気泡径に単純に逆比例して大きくなり、水中の気泡で考えれば、気泡径Ｄが３μｍで気泡内圧はほぼ大気圧と等しくなる。気体の液体への溶解度は、窒素のようなヘンリーの法則に従うガスの場合は圧力に比例して増大するので、気泡径Ｄが縮小すればするほど内圧上昇により内部の窒素ガスが溶解して気泡の縮小が進み、最終的には消滅すると考えられてきた。しかし、近年の研究の進歩により、気泡はサブミクロンオーダーに縮小しても、様々な要因によりその大きな内圧上昇に耐えて安定化することがわかり、気泡径５００ｎｍ以下の微細気泡（ウルトラファインバブルあるいはナノバブル）として液中に残留しうることがわかっている。
【００９６】  なお、図１３に示すように、液体処理ノズルの衝突部は、直径方向にねじ込まれる２本のねじ部材１０で形成してもよい。この構成では、２本のねじ部材１０，１０の先端面の間に液体流通ギャップ１５を形成している。この構成では、ねじ部材１０の先端が絞り孔９の断面中心に近づく分だけ、図１４に示すように、基準円Ｃ７０の内側にて、より中心に近い位置に谷点を配置できていることがわかる。ただし、絞り部９の断面径が増大した場合は、有効谷点密度Ｎｅが低くなりやすいので、全流通断面積Ｓｔが比較的小さい、小流量の液体処理ノズルに適した構成であるといえる。また、図１９の液体処理ノズル１７１のごとく、絞り孔９を１個のみとして形成することもできる。図２のノズルと比較して形成効率が若干劣るが、この場合も、窒素微細気泡を多量に形成することが可能である。
【００９７】  こうして加工槽４０１内及び加工液タンク３０３内の加工液の溶存酸素濃度が十分（例えば２ｐｐｍ以下、望ましくは１ｐｐｍ以下）に低減されたら、加工槽４０１内にてワークＷの放電加工を開始する。加工液Ｌの溶存酸素濃度が低いため、加工中におけるワークＷに錆が発生することが効果的に防止される。そして、加工槽４０１内及び加工液タンク３０３内の加工液の溶存酸素濃度が一旦低減されれば、大量に形成された窒素微細気泡の作用により溶存酸素濃度の上昇が抑制される。例えば放電加工の操業を停止して、これに伴い上記加工液処理装置５０１との間の加工液循環を停止しても、低溶存酸素濃度状態が長時間持続されるので、放電加工操業を再開する際にも、溶存酸素濃度を再度低減するため処理を省略すること、あるいは、その時間短縮を図ることができるようになる。
【００９８】  次に、加工液Ｌは、セラミック水処理部５０４での多孔質セラミックとの接触により解砕処理され、多孔質セラミックの摩擦帯電に伴う電界の影響によりその浸透性が改善される。また、上記水処理ノズル１を通過する際の解砕効果と、負帯電する窒素微細気泡からの電解の影響により、同様に浸透性が改善される。図２０のように、本発明の処理を行わない従来の放電加工では、加工液の浸透性が悪いため、０．０５ｍｍ前後と非常に狭い放電加工の隙間に対し、加工液の浸透ひいては交換速度が小さくなり、放電による熱の放出が鈍い。そのため、比較例の左に示すように、ワイヤやワークの温度が過昇しないように放電電流密度を下げざるを得ず、加工速度をあまり大きく取ることができない。この場合、放電電流密度を無理に上げて加工速度を上昇させようとすると、加工液による冷却が追い付かなくなってワイヤの温度が溶融温度を超え断線に至る。また、加工の隙間には、加工屑として発生する微細な不溶性介在物も残留しやすく、これに伴うリーク放電が生じやすくなることも相まって、ワークの切断加工面が荒れたりマークが残留したりするなど、加工精度上の不具合も生じやすくなる。
【００９９】  しかし、加工液処理装置５０１により処理された加工液は上記のごとく浸透性が良好であり、狭い加工の隙間へも均一に行き渡るとともに交換も速やかに進行する。その結果、隙間における熱の放出が促進され、実施例として示すように、放電電流密度を上昇して加工速度を大きくしても、加工液による冷却が十分になされ、ワイヤの断線が防止される。また、加工の隙間に残留する微細な不溶性加工屑（介在物）も流出しやすく、特に前述の窒素微細気泡は加工隙間にも侵入しうるサイズ（５００ｎｍ以下）なので、不溶性介在物がこれに吸着・収集されて、加工液とともに排出されるので、リーク放電が生じにくくなる。その結果、加工速度が大きいにも関わらず、ワークの切断加工面を平滑に仕上げることが可能となり、ひいては加工精度を確保しやすくなる。
【０１００】  図１に示すように、本実施形態においては、加工槽４０１内にて発生する加工屑としてのスラッジが汚水槽ＣＬ内にて、スラッジ凝集装置３００との間の循環過程を通じて凝集・粗大化され、スラッジフィルタ３０６で除去されてから清浄槽ＣＬに戻される。その結果、加工槽内４０１内での不溶性介在物の残留濃度がさらに低減され、リーク放電に伴う不具合は一層生じにくい。他方、清浄槽ＣＬからの加工液は、フィルタ３０５を介して加工液処理装置５０１に送られるのでセラミック水処理部内の多孔質セラミック粒子の表面への加工屑による汚染が抑制され、長寿命化を図ることができる。さらに、フィルタ５０５を経て液体処理ノズル３０５に送られるので、液体処理ノズル３０５の衝突部の目詰まりも生じにくい。
【０１０１】  なお、スラッジフィルタ３０６によるスラッジ除去能力が十分高く確保できる場合は、加工液タンク３０３は汚水槽と清浄槽に区画しない単一槽形態に構成することも可能であるし、スラッジ凝集装置３００を省略した構成とすることもできる。さらに、小規模な放電加工システムの場合は、加工液タンク３０３を省略し、加工液処理装置５０１（あるいは、スラッジ凝集装置３００及びスラッジフィルタ３０６）を加工槽４０１と直結する構成とすることも可能である。
【０１０２】  また、ワークＷの材質により、錆の進行が問題にならない場合や、要求される防錆レベルがそれほど高くない場合には、窒素発生装置５０６を省略し、加工液の溶存酸素濃度を積極低減しない構成とすることもできる。そして、加工速度の向上効果がセラミック水処理部５０４（セラミック充填モジュール：第一の液処理ユニット）のみでも十分達成される場合には、液体処理ノズル１を省略する構成が可能である。
【０１０３】  他方、加工速度の向上効果が液体処理ノズル１のみによって十分達成される場合には、セラミック水処理部５０４を省略することも可能である。また、セラミック水処理部５０４と液体処理ノズル１とを双方採用する場合は、主配管５０２上にてその上流下流の配置関係を逆転することもできる。
【０１０４】  加工液処理装置５０１は、加工液タンク３０３（あるいは加工槽４０１）に対し着脱可能としておき、複数の加工液タンク３０３（あるいは加工槽４０１）との間で共有可能とすることもできる。
【０１０５】  以上、本発明の実施形態について説明したが、これらはあくまで例示であって、特許請求の範囲に記載した本発明の概念を限定するものではない。
【実施例】
【０１０６】  液体処理ノズルの窒素溶解能力を確認するために、以下の実験を行った。図１９の液体処理ノズル１７１のノズル本体２の材質をＡＢＳ樹脂とし、液体入口４と液体出口５の内径はφ１４ｍｍ、流入室６及び流出室７の流れ方向の長さはそれぞれ３０ｍｍとした。コア部ＣＯＲＥについては、絞り孔９の長さは５．３ｍｍ、絞り孔９の内径Ｄはφ２．１〜φ８．０ｍｍ種々の値に設定した。ねじ部材の配置は図４に示す形態（表１〜表４）及び図１３に示す形態（表５、６：ただし、液体流通ギャップは形成せず）とした。ねじ部材はいずれも、ねじ外径Ｍ１．０〜Ｍ２．０、ねじ谷深さを０．２５〜０．４ｍｍの種々の寸法のものを使用した。そして、絞り孔内径Ｄとの組み合わせにより、全流通断面積Ｓｔを１．２３〜４０．２７ｍｍ２の種々の値とした。全流通断面積Ｓｔは、図５及び図１４のような絞り孔内のねじレイアウトを示す投影画像上でのピクセル数に基づいて算定し、同画像上で谷点を基準円の内外に分けて計数した。この全谷点数をＮｔ、基準円内側の７０％谷点数をＮ７０とする。【０１０７】  以上の各ノズルの全流通断面積Ｓｔ、液体流通ギャップ断面積Ｓｃ、７０％断面積Ｓ７０（全流通断面積Ｓｔのうち、基準円Ｃ７０の内側に位置する部分）、７０％断面比率σ７０（≡Ｓ７０／Ｓｔ）、前述の（１）式に基づくねじ谷深さ補正係数α、補正済全谷点数（α・Ｎｔ）、補正済７０％谷点数（α・Ｎ７０及びα・（σ７０／５０）・Ｎ７０）、補正済７０％補谷点数（≡α・（Ｎｔ−Ｎ７０）・０．３８＝α・０．３８Ｎｃ７０））及び有効谷点数Ｎｅ（≡α・（０．３８Ｎｃ７０＋（σ７０／５０）・Ｎ７０）の値を表１〜表６にまとめて示している。【０１０８】
【表１】
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【０１０９】
【表２】
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【０１１０】
【表３】
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【０１１１】
【表４】
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【０１１２】
【表５】
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【０１１３】
【表６】
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【０１１４】  上記ノズルを用いて、以下の各試験を行った。
（１）一定水圧での流量の測定
元圧０．２ＭＰａの水道蛇口から延びる配管を各ノズルの流入口側に接続し、かつ、その入口側に水圧計を取り付けた。そして、その状態で水道蛇口の開きを、水圧計の指示圧が０．１ＭＰａとなるように調整し、ノズルの流出口から流出する水道水（溶存酸素濃度：８ｐｐｍ）の流量（水流量Ｑ：Ｌ／ｍｉｎ）を測定した。その結果を、前述の有効谷点数Ｎｅを該流量Ｑで除した値Ｎｅ／Ｑの値とともに表１〜表６に合わせて記載している。【０１１５】（２）窒素ガス添加テスト
表１〜表６の種々のノズル１７１（図１９）を、図１の加工液処理装置（ただし、セラミック水処理部５０４を省略）に組み込み、容量２０Ｌのタンクに接続した。該タンクを水道水（溶存酸素濃度８ｐｐｍ）にて満たし、ノズルにおける動圧が０．１ＭＰａとなるようにポンブ５０３の流量を調整した。この状態で窒素ガスを、供給圧力０．３ＭＰａ、窒素ガス流量が常圧換算にて循環流量の２０％となるように調整しつつ供給して窒素ガス溶解を行うとともに、タンク内の水の溶存酸素濃度を光学式溶存酸素計にて継続的に測定し、酸素濃度が１ｐｐｍ未満の値となるまでに要する時間を特定した。【０１１６】（３）平均気泡径の測定
循環後のタンク内の水道水をレーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所：ＳＡＬＤ７１００Ｈ）の測定セルに導き、平均気泡径を測定した。水は１Ｌのビーカーに採取した後、１分間放置して粗大な気泡を浮上させたのち測定に供している。レーザー回折式粒度分布測定装置は、測定セルにレーザー光ビームを一定角度で入射し、気泡と水との屈折率差及び気泡径に応じ、気液界面で生じる光散乱の立体的な散乱分布が異なることを利用して、角度別の散乱光強度を個別の光検出器により検出し、各センサの検出強度分布から気泡径分布に係る情報を得るものである。得られる分布は体積気泡径分布であるが、装置付属のソフトウェアにより、気泡を球形近似することにより数平均径分布に変換し、これに基づいて算出した数平均気泡径を表示している。また、上記測定装置にはセルを通過するレーザー光の吸光度を測定する機能が付随しており、この吸光度が高いほどセル内には高濃度で気泡が存在することを意味する。該吸光度の値は相対的なものであり、気泡濃度の絶対値の情報は得られないが、同時に測定する複数試料の気泡濃度を相対的に比較することが可能であり、各表には該吸光度の値も合わせて表示している（なお、装置が表示する吸光度の最大値は０．２である）。【０１１７】  上記の結果から、有効谷点密度Ｎｅが大きいノズルほど、溶存酸素濃度の低減速度が速く、微細気泡の濃度も高いことがわかる。
【符号の説明】１、１７１  液体処理ノズル
２  ノズル本体
３  液体流路
４  液体入口
５  液体出口
６  流入室
７  流出室
８  隔壁部
９  絞り孔
１０  衝突部（ねじ部材、処理エレメント）
ＣＯＲＥ  処理コア部
１１  山部
１２  谷部
１５  液体流通ギャップ
Ｌ  加工液
Ｗ  ワーク
３００  スラッジ凝集装置
３０３  加工液タンク
３０６  スラッジフィルタ
４００  放電加工装置本体
４０１  加工槽
４０２  電極ワイヤ
５００  放電加工装置
５０１  加工液処理装置
５０３  循環ポンプ
５０４  セラミック水処理部
５０４Ａ  処理エレメント（多孔質セラミック）
５０６  窒素発生装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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