DE112005002782T5

DE112005002782T5 - Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung und Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112005002782T5
Application number: DE112005002782T
Authority: DE
Inventors: Hisakatsu Kawarai; Seiji Sato; Syuichiro Ishihara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: CN101056734A; US20070289925A1; JP4828420B2; CN100537101C; JPWO2006126248A1; DE112005002782B4; WO2006126248A1; US7737380B2

Abstract

Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung mit:
einem Dielektrikumtank, der ein Dielektrikum speichert;
einer Wasserreinigungseinheit, die Reinwasser erzeugt, indem Verunreinigungsionen aus dem Dielektrikum in dem Dielektrikumtank eliminiert werden, so dass das Dielektrikum eine vorbestimmte Menge von Verunreinigungsionen enthält;
einer Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit, die Verunreinigungskationen in dem Dielektrikum, das in dem Dielektrikumtank gespeichert ist, durch vorbestimmte Kationen ersetzt, und die Verunreinigungsanionen in dem Dielektrikum, das in dem Dielektrikumtank gespeichert ist, durch Korrosionsschutzionen ersetzt;
einer Schalteinheit, die ein Zuführziel des in dem Dielektrikumtank enthaltenen Dielektrikums zwischen der Wasserreinigungseinheit und der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit umschaltet, und die das Dielektrikum entweder der Wasserreinigungseinheit oder der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit zuführt;
einem Leitfähigkeitsmessgerät, das eine Leitfähigkeit des in dem Dielektrikumtank vorhandenen Dielektrikums misst; und
einer Schaltsteuereinheit, welche die Schalteinheit derart steuert, dass das Dielektrikum basierend auf der durch die Leitfähigkeitsmesseinheit gemessenen Leitfähigkeit entweder der Wasserreinigungseinheit oder der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit zugeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung und auf ein Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren zum Steuern der Leitfähigkeit und eines pH's von Ionenaustauschwasser, das als Dielektrikum in einem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess verwendet wird, und sie bezieht sich ferner auf eine Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung enthält.
STAND DER TECHNIK
Bei einem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Anlegen einer gepulsten Spannung zwischen dem Werkstück und einer Elektrode durch ein Dielektrikum zum Erzeugen einer Entladung ist es erforderlich, die Leitfähigkeit (den spezifischen Widerstand) des Dielektrikums zu steuern, so dass diese in einen vorbestimmten Bereich fällt, um die Erzeugung einer Entladung unter stabilen Bedingungen zu erleichtern. Um ein Auflösen des Werkstücks aufgrund einer Änderung einer Wasserstoffionenkonzentration (oder einer Hydroxylionenkonzentration) des Dielektrikums als ein Ergebnis der Steuerung der Leitfähigkeit des Dielektrikums zu verhindern, ist es zudem erforderlich, einen pH des Dielektrikums derart zu steuern, dass er in einen vorbestimmten Bereich fällt, der gemäß einer Qualität eines Materials für das Werkstück bestimmt wird. Bislang wurde eine Technik zum Messen der Leitfähigkeit und des pH's des Werkstücks, das in dem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess verarbeitet wurde, mit Hilfe eines entsprechenden Leitfähigkeitsmessgeräts und eines pH-Messgeräts, und zum Steuern der Fluidqualität des Dielektrikums basierend auf Messergebnissen vorgeschlagen (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 bis 3).
Bei dem Funkenerosions-Bearbeitungsverfahren korrodiert zudem das Metall, welches das Werkstück bildet, wenn das Werkstück für eine längere Zeitdauer in das Dielektrikum eingetaucht wird. Um die Metallkorrosion zu verhindern, wird dem Fluid manchmal ein Korrosionshemmstoff hinzugefügt. Wenn jedoch eine Konzentration des Korrosionshemmstoffs zunimmt, so nimmt auch die Leitfähigkeit des Dielektrikums zu, weshalb eine stabile Entladung nicht durchgeführt werden kann. Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde ein Eisen-basiertes Metallkorrosionsschutzverfahren vorgeschlagen, das dazu geeignet ist, ein auf Eisen basierendes Metall in Wasser vor einer Korrosion unter Verwendung eines Anionenaustauschharzes zu schützen, in dem ein oder mehrere Arten von Ionen aus Nitridionen und Carbonationen, Wasserstoffcarbonationen und Hydroxylionen fixiert sind, wobei das Verfahren eine stabile Entladung sicherstellt (siehe beispielsweise Patentdokument 4). Zudem wurde ein Korrosionsschutzverfahren zum Schutz eines Hartmetalls oder eines Metalls in Wasser vor Korrosion vorgeschlagen, bei dem ein wasserlösliches Metallkorrosionsschutzmittel dem Wasser hinzugefügt wird, obwohl das Verfahren nicht auf den Funkenerosionsbearbeitungsprozess angewendet wird (siehe beispielsweise Patentdokument 5).
Patentdokument 1: Japanische offen gelegte Patentanmeldung Nr. S63-191514
Patentdokument 2: Japanische offen gelegte Patentanmeldung Nr. H4-141319
Patentdokument 3: Japanische offen gelegte Patentanmeldung Nr. H5-42414
Patentdokument 4: Japanische offen gelegte Patentanmeldung Nr. 2000-301624
Patentdokument 5: Japanische offen gelegte Patentanmeldung Nr. H7-145491
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Gemäß den herkömmlichen Technologien, die in den Patentunterlagen 1 bis 3 offenbart sind, wird das pH-Messgerät zum Messen des pH's des Dielektrikums in dem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess verwendet, wie es bereits beschrieben wurde. Normalerweise verwendet das pH-Messgerät eine Glaselektrode. Wenn das pH-Messgerät für eine lange Zeitdauer in das Dielektrikum eingetaucht wird, wird ein inneres Fluid des pH-Messgeräts kontaminiert. Entsprechend wird es nachteilig erforderlich, eine periodische Wartung der Glaselektrode durchzuführen.
Gemäß der in dem Patentdokument 4 beschrieben herkömmlichen Technologie ist, wenn das Anionenaustauschharz, in dem eine oder mehrere Arten von Ionen, ausgewählt aus Nitridionen und Carbonationen, Wasserstoffcarbonationen und Hydroxylionen fixiert sind, als Korrosionshemmstoff für das Dielektrikum verwendet wird, das Harz effektiv, um ein passiviertes Metall, wie beispielsweise Eisen, vor Korrosion zu schützen. Jedoch ist das Harz nicht effektiv in Bezug auf den Korrosionsschutz eines nicht-passivierten Metalls, wie beispielsweise ein Hartmetall oder Cu (Kupfer).
Zudem ist es, wie es zuvor beschrieben wurde, erforderlich, die Leitfähigkeit des Dielektrikums in dem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess derart zu steuern, dass sie in die vorbestimmte Leitfähigkeit fällt, um die Entladungsbearbeitungsleistung nicht negativ zu beeinträchtigen. Daher wird dem Dielektrikum ein Wasserreinigungsharz ((H⁺-Form-Kationen-Austauschharz) + (OH^– Form-Anionen-Austauschharz)) zugefügt. Wenn jedoch das wasserlösliche Metallkorrosionsschutzmittel dem Dielektrikum in dem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess hinzugefügt wird, werden Ionen-Substanzen in dem wasserlöslichen Metallkorrosionsschutzmittel durch das Wasserreinigungsharz gebunden. Entsprechend nimmt eine Konzentration des wasserlöslichen Metallkorrosionsschutzmittels in dem Dielektrikum ab, und das wasserlösliche Metallkorrosionsschutzmittel kann keinen Korrosionsschutzeffekt in Bezug auf das Hartmetall oder das Metall erzeugen.
Die vorliegende Erfindung kam in Anbetracht der gekannten Nachteile zustande. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung und ein Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren zu schaffen, die dazu geeignet sind, einen pH eines Ionenaustauschwassers, das als ein in einem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess verwendetes Dielektrikum dient, ohne die Verwendung eines pH-Messgeräts zu messen, den Funkenerosions-Bearbeitungsprozess stabil auszuführen, und eine Leitfähigkeit und den pH des Ionenaustauschwassers zu steuern, um einen Korrosionsschutzeffekt in Bezug auf ein Werkstück zu erzeugen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, welche die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, umfasst eine Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: einen Dielektrikumtank, der ein Dielektrikum speichert; eine Wasserreinigungseinheit, die Reinwasser durch Beseitigung von Verunreinigungsionen aus dem Dielektrikum in dem Dielektrikumtank erzeugt, so dass das Dielektrikum eine vorbestimmte Menge von Verunreinigungsionen enthält; eine Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit, die in dem Dielektrikum, das in dem Dielektrikumtank gespeichert ist, enthaltene Verunreinigungskationen durch vorbestimmte Kationen ersetzt, und die in dem Dielektrikum, das in dem Dielektrikumtank gespeichert ist, vorhandene Verunreinigungsanionen durch Korrosionsschutzionen ersetzt; eine Schalteinheit, die ein Zuführziel des in dem Dielektrikumtank enthaltenen Dielektrikums zwischen der Wasserreinigungseinheit und der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit umschaltet, und die das Dielektrikum entweder der Wasserreinigungseinheit oder der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit zuführt; und eine Leitfähigkeitsmesseinheit, die eine Leitfähigkeit des in dem Dielektrikumtank enthaltenen Dielektrikums misst; und eine Schaltsteuereinheit, welche die Schalteinheit derart steuert, dass das Dielektrikum basierend auf der durch die Leitfähigkeitsmesseinheit gemessenen Leitfähigkeit entweder der Wasserreinigungseinheit oder der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit zugeführt wird.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Indem gemäß der vorliegenden Erfindung das wasserlösliche, alkalische Fluid als Dielektrikum verwendet wird, kann der pH des Dielektrikums vorteilhaft anhand der Leitfähigkeit des Dielektrikums ohne die Verwendung eines pH-Messgeräts ermittelt werden. Zudem kann das Werkstück, wie beispielsweise das Hartmetall oder das Metall, vorteilhaft vor Korrosion geschützt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und dem pH einer wässrigen NaOH-Lösung zeigt;
4 ist eine schematische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels einer Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die in 2 dargestellte Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst;
5 zeigt eine Steueroperation, die durch eine Schaltsteuereinheit durchgeführt wird;
6 ist ein Ablaufdiagramm eines Schaltprozesses, der durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird;
7 ist ein Diagramm, das Änderungen der Leitfähigkeit und des pH's des Dielektrikums über den Zeitverlauf aufgrund einer Zufuhr von laufendem Wasser zeigt;
8 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine schematische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels einer Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die in 8 dargestellte Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst;
10 zeigt eine Steueroperation, die durch eine Schaltsteureeinheit durchgeführt wird;
11 ist ein Ablaufdiagramm eines Schaltprozesses, der durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird;
12 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine schematische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels einer Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die in 12 dargestellte Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst;
14 zeigt eine Steueroperation, die durch eine Schaltsteuereinheit durchgeführt wird; und
15 ist ein Ablaufdiagramm eines Schaltprozesses, der durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen einer Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung, eines Verfahrens zum Betreiben derselben, und einer Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Grundsätzlich wird ein Funkenerosions-Bearbeitungsprozess durchgeführt, indem ein Hartmetall, wie beispielsweise WC-Co, oder ein Metall, wie beispielsweise Cu, in ein Dielektrikum eingetaucht wird. Zuerst werden nachfolgend Reaktionen beschrieben, die hervorgerufen werden, wenn das Hartmetall und das Metall in neutrales Wasser eingetaucht werden. Wenn es sich bei einem Werkstück um WC-Co handelt, also um Hartmetall, wird in dem WC-Co enthaltenes Co in dem neutralen Wasser korrodiert, was durch die nachfolgende Formel (1) ausgedrückt ist, und in Wasser gelöster Sauerstoff wird durch Elektronen abgebaut, die in einer durch die Formel (1) repräsentierten Reaktion erzeugt werden, wie es durch die nachfolgende Formel (2) ausgedrückt ist. Somit, wie es durch die nachfolgende Formel (3) erläutert ist, die aus den Formeln (1) und (2) hergeleitet ist, wird Co, bei dem es sich um eine Bindephase handelt, wahlweise durch den in Wasser gelösten Sauerstoff korrodiert. Die wahlweise Co-Korrosion erzeugt eine mit der Co-Korrosion einhergehende Fehlstellenschicht auf einer Oberfläche des Hartmetalls (WC-Co). Co → Co² ⁺ + 2e (1) 1/2O₂ + H₂ = +2e → 2OH^– (2) Co + 1/2O₂ + H₂ = → Co² ⁺ + 2OH^– (3)
Ähnlich wie beim Hartmetall, schreitet die Korrosionsreaktion in Bezug auf das Metall in dem neutralen Wasser voran. Die Korrosionsreaktion in dem Wasser wird durch die nachfolgenden Gleichungen (4) bis (6) ausgedrückt. Cu → Cu² ⁺ + 2e (4) 1/2O₂ + H₂ = +2e → 2OH^– (5) Cu + 1/2O₂ + H₂O → Cu² ⁺ + 2OH^– (6)
Wenn es sich bei dem Werkstück um Metall handelt, wird Cu korrodiert, was durch die Formel (4) repräsentiert wird, und in Wasser gelöster Sauerstoff wird durch Elektronen reduziert, die bei einer Reaktion erzeugt werden, die durch die Formel (5) repräsentiert ist. Somit, wie es durch die Formel (6) ausgedrückt ist, wird die Cu-Korrosion durch den im Wasser gelösten Sauerstoff beschleunigt. In den Formeln (4) bis (6) wird Cu als Metall verwendet. Jedoch findet die gleiche Korrosionsreaktion auch bei anderen Metallen statt.
Wie es zuvor beschrieben wurde, wird die Korrosion des Hartmetalls, wie beispielsweise WC-Co, oder des Metalls, wie beispielsweise Cu, in dem neutralen Wasser durch den gelösten Sauerstoff verursacht. Unter Bezugnahme auf die Formeln (3) und (6) wird deutlich, dass, wenn der pH des Dielektrikums derart gesteuert wird, dass ein alkalischer pH in dem Dielektrikum (Wasser), in dem gelöster Sauerstoff vorhanden ist, vorliegt, also wenn die Konzentration der Hydroxylionen derart gesteuert wird, dass diese zunimmt, das Hartmetall oder das Metall vor Korrosion geschützt werden können. Verschiedene Versuche zeigen, dass eine untere Grenze des pH's vorzugsweise 8,5 ist, um den Korrosionsschutzeffekt in Bezug auf das Hartmetall, wie beispielsweise WC-Co, oder auf das Metall, wie beispielsweise Cu, Fe (Eisen) oder Zn (Zink), zu erzielen. Wenn der pH des Dielektrikums ansteigt, steigt zudem die Leitfähigkeit an, und die Funkenerosions-Bearbeitungsleistung wird verschlechtert. Eine obere Grenze des pH's ist daher bevorzugt 10,5.
Um zudem eine stabile Entladungsbearbeitungsleistung in dem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess aufrechtzuerhalten, wird die Leitfähigkeit des Dielektrikums bevorzugt auf eine vorbestimmte Leitfähigkeit eingestellt (normalerweise gleich oder kleiner als 70 μS/cm). Um den pH des Dielektrikums ohne Verwendung eines pH-Messgeräts zu erzielen, wird Reinwasser, das eine vorbestimmte Menge an Verunreinigungen (Ionenaustauschwasser) enthält, als Dielektrikum verwendet, und die Verunreinigungen werden durch Ionen substituiert, wodurch eine alkalische, wässrige Lösung gebildet wird. Insbesondere werden Kationen der Verunreinigungen durch Kationen, beispielsweise eines alkalihaltigen Metalls oder eines Erdalkalimetalls, substituiert, und Anionen der Verunreinigungen werden durch Hydroxylionen (OH^–) substituiert. Daher entspricht eine Menge an Anionen, die in dem Reinwasser enthalten sind, einer Menge, in der die Anionen durch die Hydroxylionen ersetzt sind. Die Leitfähigkeit des Dielektrikums, auf der basierend bestimmt wird, ob die Menge an Anionen groß oder klein ist, entspricht daher der Konzentration der Hydroxylionen, d.h. dem pH des Dielektrikums. Mit anderen Worten, kann der pH des Dielektrikums ermittelt werden, indem die Leitfähigkeit des Dielektrikums (Ionenaustauschwassers), das in die alkalische, wässrige Lösung umgewandelt wurde, gemessen wird. Die gemessene Leitfähigkeit wird mit einer Leitfähigkeit verglichen, bei welcher der pH des Dielektrikums in einen vorbestimmten Bereich fällt. Indem die Menge der Hydroxylionen, die in dem Dielektrikum enthalten ist, basierend auf dem Vergleichsergebnis gesteuert wird, ist es möglich, einen Schutz des Werkstücks vor Korrosion aufrechtzuerhalten, ohne die Funkenerosions-Bearbeitungsleistung zu verschlechtern. Somit kann der pH durch Messen der Leitfähigkeit erzielt werden, ohne eine Glaselektrode aufweisende pH-Messelektrode zu verwenden.
Eine Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung zum Realisieren einer Steuerung in Bezug auf die Qualität eines solchen Dielektrikums wird nachfolgend beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10 umfasst eine Dielektrikum-Vorratslösungzuführeinheit 11, einen Dielektrikumtank 12, ein Leitfähigkeitsmessgerät 13, eine Wasserreinigungseinheit 14, eine Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15, eine Schalteinheit 16 und eine Schaltsteuereinheit 17.
Die Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 führt eine Dielektrikum-Vorratslösung zu, die als eine Quelle des Dielektrikums dient. Genauer gesagt, führt die Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 Frischwasser, wie beispielsweise fließendes Wasser, Industriewasser oder Grundwasser zu. Der Dielektrikumtank 12 ist ein Tank, der das Dielektrikum speichert, das in dem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird. Das Leitfähigkeitsmessgerät 13 ist die leichte Fähigkeit des Dielektrikums in dem Dielektrikumtank 12. Mrz. 2007
Die Wasserreinigungseinheit 14 beseitigt Verunreinigungsionen, die in dem durch die Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 zugeführten Frischwasser oder in dem von dem Dielektrikumtank 12 zugeführten Dielektrikum enthalten sind, und erzeugt Ionenaustauschwasser (nachfolgend auch als "Reinwasser" bezeichnet). Es sollte jedoch klar sein, dass die Wasserreinigungseinheit 14 die Verunreinigungen nicht vollständig beseitigt, sondern dass eine Spur von Verunreinigungsionen verbleibt, so dass die Leitfähigkeit des Dielektrikums mehreren zehn μS/cm entspricht. Die Verunreinigungsionen werden durch Hydroxylionen substituiert, bei denen es sich um Korrosionsschutzionen handelt, die durch die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 erzeugt werden, was später beschrieben wird. Es ist somit möglich, den pH des Ionenaustauschwassers basierend auf der Konzentration der Verunreinigungsionen zu ermitteln. Als Wasserreinigungseinheit 14 kann eine Mischung oder eine Kombination eines H⁺-Form-Kationen-Austauschharzes und eines OH^–Form-Anionen-Austauschharzes verwendet werden.
Die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 erzeugt die Hydroxylionen, die als Korrosionsschutzionen wirken, und ersetzt die Verunreinigungsionen in dem Ionenaustauschwasser (oder Dielektrikum) durch die Korrosionsschutzionen. Das Verunreinigungsionen enthaltende Ionenaustauschwasser, in dem die Verunreinigungsionen durch Korrosionsschutzionen ersetzt wurden, wird nachfolgend als "Dielektrikum" bezeichnet. Als Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 kann eine Mischung oder eine Kombination einer alkalischen Metallionenform oder eines Erdalkalimetallionenform-Kationen-Austauschharzes und eines OH^–Form-Anionen-Austauschharzes, oder eine Kombination dieser mit einer Erzeugungsvorrichtung für elektrolysiertes Wasser verwendet werden.
Die Schalteinheit 16 schaltet das Zuführziel der Dielektrikum-Vorratslösung von der Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 oder die Zufuhr des Dielektrikums von dem Dielektrikumtank 12 zwischen der Wasserreinigungseinheit 14 und der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 um. Die Schalteinheit 16 wird durch ein Ventil oder dergleichen gebildet.
Die Schaltsteuereinheit 17 ermittelt Leitwert-pH-Informationen, welche die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und dem pH (Konzentration der Hydroxylionen) des Dielektrikums anzeigen, anhand der Leitfähigkeit des Dielektrikums, das einen sich verschiedenartig ändernden pH aufweist. Die Schaltsteuereinheit 17 erzielt den pH des Dielektrikums anhand der Leitfähigkeit, die durch das Leitfähigkeitsmessgerät 13 gemessen wird, wobei auf die Leitfähigkeits-pH-Informationen Bezug genommen wird. Die Schaltsteuereinheit 17 steuert dann die Schalteinheit 16, um das Zuführziel des Dielektrikums von dem Dielektrikumtank 12 derart umzuschalten, dass der pH des Dielektrikums in einen vorbestimmten Bereich fällt. Alternativ kann vorab als Leitfähigkeits-pH-Informationen ein Leitfähigkeitsbereich erzielt werden, in dem der pH des Dielektrikums in den vorbestimmten Bereich fällt. Zudem kann die Schaltsteuereinheit 17 die Schalteinheit 16 derart steuern, dass die Leitfähigkeit, die von dem Leitfähigkeitsmessgerät 13 gemessen wird, in den ermittelten Leitfähigkeitsbereich fällt. Genauer gesagt, steuert die Schaltsteuereinheit 17 die Schalteinheit 16, basierend auf der Leitfähigkeit, wie es nachfolgend beschrieben ist. Wenn der pH höher als der vorbestimmte pH ist, steuert die Schaltsteuereinheit 17 die Schalteinheit 16 derart, dass das Dielektrikum (oder Reinwasser) der Wasserreinigungseinheit 14 zugeführt wird, um den pH zu senken. Wenn der pH geringer als der vorbestimmte Wert ist, steuert die Schaltsteuereinheit 17 die Schalteinheit 16 derart, dass das Dielektrikum (oder Reinwasser) der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 zugeführt wird, um den pH zu erhöhen.
Sowohl die Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 als auch der Dielektrikumtank 12 ist mit der Schalteinheit 16 mit Hilfe eines Rohrs, eines Schlauches oder dergleichen verbunden. Ein Schaltventil 21 ist an einer Verbindungsseite der Schalteinheit 16 vorgesehen, an welcher die Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 oder der Dielektrikumtank 12 mit der Schalteinheit 16 verbunden ist, so dass der Dielektrikumvorrat von der Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 oder das Dielektrikum von dem Dielektrikumtank 12 zu der Schalteinheit 16 strömt. Eine erste Pumpe 22 ist zwischen der Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 und dem Ventil 21 vorgesehen, um den Dielektrikumvorrat der Schalteinheit 16 zuzuführen.
Eine zweite Pumpe 23 ist zwischen dem Dielektrikumtank 12 und dem Ventil 21 vorgesehen, um das Dielektrikum der Schalteinheit 16 zuzuführen. Sowohl die Wasserreinigungseinheit 14 als auch die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 ist mit dem Dielektrikumtank 12 mit Hilfe eines Rohrs, eines Schlauches oder dergleichen verbunden.
Ein Verfahren zum Steuern der Qualität des Dielektrikums mit Hilfe der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10 wird nachfolgend beschrieben. Die Schaltsteuereinheit 17 steuert die Schalteinheit 16, um das Zuführziel zu der Wasserreinigungseinheit 14 umzuschalten, so dass das Fluid in der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10 zu der Wasserreinigungseinheit 14 strömt. Das Frischwasser, bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat handelt, wird von der Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11 der Wasserreinigungseinheit 14 durch das Ventil 21 und die Schalteinheit 16 mit Hilfe der ersten Pumpe 22 zugeführt. Die Wasserreinigungseinheit 14 eliminiert die Verunreinigungsionen in dem Frischwasser, während eine Spur von Verunreinigungsionen in diesem belassen wird, erzeugt das Ionenaustauschwasser (Reinwasser) und führt das Ionenaustauschwasser dem Dielektrikumtank 12 zu. Die Schalteinheit 17 steuert dann die Schalteinheit 16, um das Zuführziel zu der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 umzuschalten, so dass das Fluid zu der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 strömt. Das Ionenaustauschwasser in dem Dielektrikumtank 12 wird auf diese Weise der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 durch das Ventil 21 und die Schalteinheit 16 mit Hilfe der zweiten Pumpe 23 zugeführt.
In der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 werden die Verunreinigungsanionen in dem Ionenaustauschwasser durch Hydroxylionen, bei denen es sich um Korrosionsschutzionen handelt, ersetzt, und das auf diese Weise erzeugte Ionenaustauschwasser, das heißt das Dielektrikum, wird dem Dielektrikumtank 12 zugeführt. Zudem werden die Verunreinigungskationen in dem Ionenaustauschwasser durch Kationen des alkalischen Metalls oder des Erdalkalimetalls ersetzt. Somit wird das Dielektrikum in eine alkalische, wässrige Lösung überführt, wobei eine Korrelation zwischen der Leitfähigkeit und dem pH des Dielektrikums aufrechterhalten werden kann. Das Leitfähigkeitsmessgerät 13 des Dielektrikumtanks 12 misst die Leitfähigkeit des Dielektrikums und leitet das Messergebnis an die Schaltsteuereinheit 17 weiter. Die Schaltsteuereinheit 17 vergleicht die durch das Leitfähigkeitsmessgerät 13 gemessene Leitfähigkeit mit einer Referenzleitfähigkeit, die dem vorbestimmten pH entspricht. Wenn die gemessene Leitfähigkeit höher als die Referenzleitfähigkeit ist, ist der pH des Dielektrikums höher als der vorbestimmte pH. Die Schaltsteuereinheit 17 steuert daher die Schalteinheit 16 derart, dass das Zuführziel des Dielektrikums zu der Wasserreinigungseinheit 14 umgeschaltet wird, um den pH zu senken. Wenn die gemessene Leitfähigkeit geringer als die Referenzleitfähigkeit ist, ist der pH des Dielektrikums geringer als der vorbestimmte pH. Die Schalteinheit 16 wird dann derart gesteuert, dass das Zuführziel des Dielektrikums zu der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 umgeschaltet wird, um den pH zu erhöhen. Durch Messen der Leitfähigkeit des in die alkalische, wässrige Lösung überführten dielektrischen Fluids in dem Dielektrikumtank 12 werden als Leitfähigkeit und der pH des Dielektrikums gesteuert.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird das Ionenaustauschwasser, das eine vorbestimmte Menge von Verunreinigungsionen enthält, in das Dielektrikum überführt, bei dem es sich um die alkalische, wässrige Lösung handelt, in der die Verunreinigungskationen durch die Kationen des alkalischen Metalls oder des Erdalkalimetalls substituiert sind, und indem die Verunreinigungsanionen durch Hydroxylionen ersetzt sind. Die Korrelation zwischen der Leitfähigkeit und dem pH des Dielektrikums wird dabei beibehalten. Daher ist es vorteilhaft möglich, erforderliche Informationen zum Steuern des pH's des Dielektrikums alleine durch Messen der Leitfähigkeit desselben zu ermitteln. Entsprechend ist es nicht erforderlich, das die Glaselektrode aufweisende pH-Messgerät zum Messen des pH's des Dielektrikums zu verwenden und entsprechend eine Wartung des pH-Messgeräts durchzuführen.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Gemäß der ersten Ausführungsform wurde das Prinzip der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung und des Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren beschrieben. Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung, wie nachfolgend beschrieben, aufgebaut, und nachfolgend wird eine Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung beschrieben, welche die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung aufweist. Eine Wasserreinigungsharzsäule, die aus einem Mischharz aus einem H⁺-Form-Kationen-Austauschharz und einem OH^–Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist, wird als die Wasserreinigungseinheit verwendet. Zudem wird eine Ionenaustauschharzsäule, die aus einem Mischharz aus einem Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz und einem OH^–Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist, als die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit verwendet.
2 ist eine schematische Ansicht der Konfiguration der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie es zuvor beschrieben wurde, ist die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10A, verglichen mit der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, wie folgt konfiguriert. Die Wasserreinigungseinheit 14 ist durch eine Wasserreinigungsharzsäule 14A ersetzt, die aus dem Mischharz des H⁺-Form-Kationen-Austauschharzes und dem OH^– Form-Anionen-Austauschharzes gebildet ist. Die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 ist durch eine Ionenaustauschharzsäule 15A ersetzt, die aus dem Mischharz aus dem in H⁺-Form-Kationen-Austauschharz und dem OH^–Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist. Die Dielektrikum-Vorratslösungszuführeinheit 11, die in 1 dargestellt ist, ist durch einen Wassertank 11A ersetzt, der Frischwasser speichert. Die anderen Komponentenelemente der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10A entsprechen demjenigen der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Sie sind daher mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet und werden nachfolgend nicht erneut beschrieben.
Als das H⁺-Form-Kationen-Austauschharz, das in der Wasserreinigungsharzsäule 14A verwendet wird, kann ein Harz verwendet werden, das als eine Basissubstanz ein Styrol-Divinylbenzen-Copolymer, ein Phenol-Formalin-Harz oder dergleichen, und als Ionenaustauschgruppen Sulfongruppen umfasst. Beispielsweise kann ein kommerziell erhältliches Produkt, wie beispielsweise H⁺-Form-Amberlite^® IR120B (Produktname der Rohm and Haas Company) oder H⁺-Form DIAION^® SK1B (Produktname der Mitsubishi Chemical Corporation) als das H⁺-Form-Kationen-Austauschharz verwendet werden. Als das OH^–Form-Anionen-Austauschharz in der Wasserreinigungsharzsäule 14A kann ein Harz verwendet werden, das als eine Basissubstanz ein Styrol-Divinylbenzen-Copolymer und als Ionenaustauschgruppen Trimethyl-Ammonium-Gruppen, β-Hydroxyethyl-Dimethyl-Ammoniumgruppen oder dergleichen aufweist. Beispielsweise kann ein kommerziell erhältliches Produkt, wie beispielsweise OH^–Form Amberlite^® IRA400J (Produktname der Rohm and Haas Company) oder OH^–Form DIAION^® SA10A (Produktname der Mitsubishi Chemical Corporation) als das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz verwendet werden.
Frischwasser (Dielektrikumvorrat), wie beispielsweise fließendes Wasser, Industriewasser oder Grundwasser, das als Quelle des Dielektrikums dient, wird der Wasserreinigungsharzsäule 14A zugeführt, die aus der Mischung aus dem H⁺-Form-Kationen-Austauschharz und dem OH^–-Form-Anionen-Austauschharz besteht, wodurch Verunreinigungsionen in dem Frischwasser eliminiert werden. Wenn als Verunreinigungskationen und als Verunreinigungsanionen in dem Frischwasser entsprechend beispielsweise K⁺ und Cl^– vorhanden sind, so werden die K⁺-Ionen durch das H⁺-Form-Kationen-Austauschharz in dem Wasserreinigungsharz in eine Reaktion gebunden, die durch die nachfolgende Formel (7) ausgedrückt ist, und die Cl^–-Ionen werden durch das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz in einer Reaktion gebunden, die durch die nachfolgende Gleichung (8) ausgedrückt ist. R-SO₃H⁺ + K⁺ → R-SO₃K⁺-H⁺ (7) R≡N-OH + Cl → R≡B-Cl + OH^– (8)
In den Formeln (7) und (8) bezeichnet R ein auf Polystyrol basierendes Harz. Wenn, wie es später beschrieben wird, die Ionenaustauschharzsäule 15A, die aus dem Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz und dem OH^–-Form-Anionen-Austauschharz gebildet wird, als die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit verwendet wird, wird die Wasserreinigungsharzsäule 14A derart gesteuert, dass eine Spur von Verunreinigungsionen (Leitfähigkeit von mehreren bis mehreren zehn μS/cm) in dem Frischwasser verbleibt, um das alkalische Dielektrikum zu erzeugen.
Als das Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz in der Ionenaustauschharzsäule 15A kann ein Harz verwendet werden, das als eine Basissubstanz ein Styrol-Divinylbenzen-Copolymer, ein Phenol-Formalin-Harz oder dergleichen und als Ionenaustauschgruppen Sulfongruppen aufweist. Beispielsweise kann ein kommerziell erhältliches Produkt, wie beispielsweise Na⁺-Form Amberlite® IR120B (Produktname der Rohm and Haas Company) oder Na⁺-Form DIAION^® SK1B (Produktname der Mitsubishi Chemical Corporation) als das Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz verwendet werden. Als das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz in der Ionenaustauschharzsäule 15A kann das gleiche Harz wie das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz in der Wasserreinigungsharzsäule 14A verwendet werden. Das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz muss das Dielektrikum, das der Ionenaustauschharzsäule 15A zugeführt wird, alkalisieren. Das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz ersetzt Verunreinigungsanionen in dem Wasser durch OH^–-Ionen.
Indem das Dielektrikum der Ionenaustauschharzsäule 15A zugeführt wird, die aus dem Mischharz aus dem Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz und dem OH^–-Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist, werden die Verunreinigungskationen in dem Dielektrikum durch Na⁺-Ionen und die in diesem enthaltenen Verunreinigungsanionen durch OH^–-Ionen ersetzt. Wenn als Verunreinigungskationen und als Verunreinigungsanionen in dem Dielektrikum entsprechend beispielsweise K⁺ und SO₄ ²-vorhanden sind, dann ersetzt das Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz in einer Reaktion, die durch die nachfolgende Gleichung (9) ausgedrückt ist, K⁺-Ionen durch Na⁺-Ionen, und das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz ersetzt in einer Reaktion, die durch die nachfolgende Gleichung (10) ausgedrückt ist, SO₄ ^2–-Ionen durch OH^–-Ionen. R-SO₃Na⁺ + K⁺ → R-SO₃K⁺ + Na⁺ (9) R≡N-OH^– + SO₄ ^2–-R≡B-SO₄2^–+ OH^– (10)
Die Verunreinigungskationen in dem Wasser werden durch die in der Formel (9) ausgedrückte Reaktion durch Na⁺ ersetzt, obwohl Na⁺-Ionen nicht direkt bei der Wasseralkalisierung involviert sind. Zudem werden die Verunreinigungsanionen in dem Wasser durch die in der Formel (10) ausgedrückte Reaktion durch OH^– ersetzt. Das Dielektrikum wird somit in eine wässrige Na⁺-Lösung (alkalisches Wasser) überführt.
Wenn die Konzentration der wässrigen NaOH-Lösung bestimmt wird, werden aufgrund der Korrelation zwischen der Konzentration der wässrigen NaOH-Lösung oder der Leitfähigkeit und dem pH die Leitfähigkeit und der pH derselben bestimmt. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und dem pH der wässrigen NaOH-Lösung zeigt. In 3 zeigt eine horizontale Achse den pH der wässrigen NaOH-Lösung, und eine vertikale Achse zeigt die Leitfähigkeit derselben. Wenn der pH der wässrigen NaOH-Lösung ansteigt, so steigt auch, wie es in 3 gezeigt ist, die Leitfähigkeit derselben an, und die Korrelation zwischen dem pH und der Leitfähigkeit wird beibehalten. Wenn, mit anderen Worten, die Leitfähigkeit bestimmt wird, wird auch der entsprechende pH bestimmt. Das Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz wird daher verwendet, um die Korrelation zwischen der Leitfähigkeit und dem pH beizubehalten. Genauer gesagt, wird das Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz dazu verwendet, das Dielektrikum in die alkalische, wässrige Lösung zu überführen. Solange die Korrelation zwischen der Leitfähigkeit und dem pH somit beibehalten werden kann, kann auch ein von dem Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz verschiedenes Kationenaustauschharz verwendet werden, wie beispielsweise Ca²⁺-Form oder K⁺-Form.
Nachfolgend werden Abläufe zum Steuern der Qualität des Dielektrikums mit Hilfe der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung beschrieben. Zunächst werden Abläufe zum Überführen des Dielektrikumvorrats in das Dielektrikum (Ionenaustauschwasser (Reinwasser) mit der vorbestimmten Leitfähigkeit) erläutert. Das Frischwasser, bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat in dem Wassertank 11A handelt, wird der Wasserreinigungsharzsäule 14A durch das Ventil 21 und die Schalteinheit 16 zugeführt. Verunreinigungsionen (Na⁺, Ca² ⁺, Cl^–, SO₄ ^2– oder dergleichen) in dem Frischwasser werden eliminiert, und es wird das Ionenaustauschwasser (Reinwasser) erzeugt, das die Leitfähigkeit von einigen bis einigen zehn μS/cm und die geringere Menge an Verunreinigungsionen aufweist. Das Ionenaustauschwasser wird dann der Ionenaustauschharzsäule 15A zugeführt, die aus dem Mischharz aus dem Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz und dem OH^–-Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist. Die Verunreinigungskationen und die Verunreinigungsanionen in dem Ionenaustauschwasser werden entsprechend durch Na⁺- und OH^–-Ionen ersetzt, um das Dielektrikum zu erzeugen. Auf diese Weise wird das Ionenaustauschwasser in die alkalische, wässrige NaOH-Lösung überführt, deren pH und Leitfähigkeit miteinander korrelieren.
Nachfolgend werden Abläufe zum Steuern des Dielektrikums beschrieben. Das Ionenaustauschwasser, das aus dem Dielektrikumvorrat erzeugt wurde, wird als Dielektrikum für die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung verwendet. Es ist erforderlich, das Dielektrikum derart zu steuern, dass es die vorbestimmte Leitfähigkeit und vorbestimmten pH aufweist. Die Menge von Anionen, die in dem Ionenaustauschwasser enthalten sind, bevor es der Ionenaustauschharzsäule 15A zugeführt wird, entspricht der Menge, in der die darin enthaltenen Anionen durch OH^–-Ionen ersetzt sind. Durch Steuern der Leitfähigkeit des Dielektrikums, auf der basierend bestimmt wird, ob die Menge von Anionen groß oder gering ist, kann somit die Menge von OH^–-Ionen, die durch die Ionenaustauschharzsäule 15A erzeugt wird, d.h. der pH des Dielektrikums, gesteuert werden. Wenn die Leitfähigkeit mit anderen Worten höher als die Referenzleitfähigkeit ist, die dem vorbestimmten pH entspricht, wird das Dielektrikum der Wasserreinigungsharzsäule 14A zugeführt, um die Leitfähigkeit zu verringern, d.h. den pH. Wenn hingegen die Leitfähigkeit geringer als die Referenzleitfähigkeit ist, die dem vorbestimmten pH entspricht, wird das Dielektrikum der Ionenaustauschharzsäule 15A zugeführt, um die Leitfähigkeit zu erhöhen, d.h. den pH.
Nachfolgend wird die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die 2 dargestellte Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst, beschrieben. 4 ist eine schematische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die in 2 dargestellte Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst. Die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung ist durch eine Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 konfiguriert, die einen Funkenerosions-Verarbeitungsprozess an einem Werkstück 301 durchführt, und eine Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit 100A, welche das Dielektrikum, das in der Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 verwendet wird, zirkuliert, um das Dielektrikum zu reinigen und zu recyceln.
Die Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 umfasst einen Bearbeitungstank 302, eine obere Dielektrikumdüse 303 und eine untere Dielektrikumdüse 304, eine Drahtelektrode 305, eine Drahtspule 306, eine Sammelrolle 307 und einen Sammelbehälter 308. Der Bearbeitungstank 302 speichert das Dielektrikum und führt den Funkenerosions-Bearbeitungsprozess an dem Werkstück 301 aus. Die obere Dielektrikumdüse 303 und die untere Dielektrikumdüse 304 sprühen das Dielektrikum von unten und oben auf das Werkstück 301. Die Drahtelektrode 305 wird verwendet, um den Funkenerosions-Bearbeitungsprozess an dem Werkstück 301 durchzuführen. Die Drahtspule 306 ist eine Spule, um welche die Drahtelektrode 305 gewickelt ist. Die Sammelrolle 307 transportiert und sammelt die Drahtelektrode 305, die sich von der Drahtspule 306 durch die obere Dielektrikumdüse 303 und die untere Dielektrikumdüse 304 erstreckt. Der Sammelbehälter 308 sammelt die Drahtelektrode 305 nach dem Prozess. In dem Bearbeitungstank 302 der Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 wird eine Entladung zwischen dem Werkstück 301 und der Drahtelektrode 305 durch das Dielektrikum erzeugt, wobei der Funkenerosions-Bearbeitungsprozess ausgeführt wird.
Die Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit 100A umfasst einen Abfallfluidtank 121, eine Filterpumpe 231, einen Filter 232, einen Reinfluidtank 122, eine Dielektrikumpumpe 233, eine Wasserreinigungsharzsäule 140, eine Wasserreinigungspumpe 161, eine Korrosionsschutzharzsäule 150, eine Korrosionsschutzharzpumpe 162, ein Leitfähigkeitsmessgerät 130 und eine Schaltsteuereinheit 170. Der Abfallfluidtank 121 ist ein Tank, dem das Dielektrikum von dem Bearbeitungstank 302 zugeführt wird. Die Filterpumpe 231 pumpt das Dielektrikum aus dem Abfallfluidtank 121. Der Filter 232 filtert das mit Hilfe der Filterpumpe 231 gepumpte Dielektrikum. Der Reinfluidtank 122 speichert das durch den Filter 232 bereitete Dielektrikum. Die Dielektrikumpumpe 233 ist eine Pumpe zum Sprühen des Dielektrikums, das in dem Reinfluidtank 122 gespeichert ist, in einen Raum zwischen dem Werkstück 301 und der Drahtelektrode 305 durch die obere Dielektrikumdüse 303 und die untere Dielektrikumdüse 304 der Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300. Die Wasserreinigungsharzsäule 140 speichert das Wasserreinigungsharz zum Eliminieren von Verunreinigungsionen in dem Dielektrikum. Die Wasserreinigungsharzpumpe 131 pumpt das Dielektrikum aus dem Reinfluidtank 122 und führt das Dielektrikum der Wasserreinigungsharzsäule 140 zu. Die Korrosionsschutzharzsäule 150 speichert das Korrosionsschutzharz, das in dem Dielektrikum, das in dem Reinfluidtank 122 gespeichert ist, enthaltene Verunreinigungen durch Ionen substituiert, und alkalisiert das Dielektrikum. Die Korrosionsschutzharzpumpe 162 pumpt das Dielektrikum aus dem Reinfluidtank 122 und führt das Dielektrikum der Korrosionsschutzharzsäule 150 zu. Das Leitfähigkeitsmessgerät 130 misst die Leitfähigkeit des Dielektrikums. Die Schaltsteuereinheit 170 aktiviert entweder die Wasserreinigungsharzpumpe 161 oder die Korrosionsschutzharzpumpe 162 oder beide, basierend auf den Messwerten des Leitfähigkeitsmessgeräts 130.
Bei der den zuvor beschriebenen Aufbau aufweisenden Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung wird das Dielektrikum, das durch die Wasserreinigungsharzsäule 140 und die Korrosionsschutzharzsäule 150 geleitet wurde, zurück in den Reinfluidtank 122 geleitet. Das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 wird in den Raum zwischen der Drahtelektrode 305 und dem Werkstück 301 mit Hilfe der oberen Dielektrikumdüse 303 und der unteren Dielektrikumdüse 304 unter Einsatz der Dielektrikumpumpe 233 gesprüht und temporär in dem Dielektrikumtank 12 gespeichert.
Nachfolgend wird eine Operation beschrieben, die mit Hilfe der in 4 dargestellten Drahtentladungs-Bearbeitungsvorrichtung während des Funkenerosions-Bearbeitungsprozesses durchgeführt wird. Die Funkenerosionsbearbeitung wird wie folgt durchgeführt. Eine Spannung wird zwischen dem Werkstück 301 und der Drahtelektrode 305 angelegt. Die elektrische Entladung, die zwischen diesen durch das Dielektrikum, das von der oberen Dielektrikumdüse 303 und der unteren Dielektrikumdüse 304 versprüht wird, erzeugt. Das Werkstück 301 wird dabei geschmolzen und beseitigt. Bei der Funkenerosionsbearbeitung wird zu diesem Zeitpunkt ein Entladungsbereich der Drahtelektrode 305 geschmolzen und beeinträchtigt. Aus diesem Grund wird die Drahtelektrode 305, die um die Drahtspule 306 gewickelt ist, kontinuierlich dem Sammelbehälter 308 durch die obere Dielektrikumdüse 303, die untere Dielektrikumdüse 304 und die Sammelrolle 307 zugeführt, um der Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 mit fortschreitender Bearbeitung eine neue Drahtelektrode 305 zuzuführen. Das Dielektrikum, das von der oberen Dielektrikumdüse 303 und der unteren Dielektrikumdüse 304 versprüht wird, welches schwand, der in der Bearbeitungseinheit erzeugt wurde, weggespült hat und dann in einen Zustand überführt wurde, in dem es viele Verunreinigungen enthält, wird temporär in dem Bearbeitungstank 302 gespeichert.
Das Dielektrikum in dem Bearbeitungstank 302 wird dann dem Abfallfluidtank 121 über einen Leitungsweg zugeführt, und das Dielektrikum in dem Abfallfluidtank 121 wird dem Filter 232 mit Hilfe der Filterpumpe 231 zugeführt. Das die Verunreinigungen enthaltende Dielektrikum wird durch den Filter 232 geleitet, um die Verunreinigungen zu befiltern, und das so erzielte Dielektrikum wird in dem Reinfluidtank 122 gespeichert. Das Leitfähigkeitsmessgerät 130 misst die Leitfähigkeit des Dielektrikums in dem Reinfluidtank 122 und leitet das Messergebnis an die Schaltsteuereinheit 170 weiter.
5 zeigt eine Steueroperation, die durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird. 6 ist ein Ablaufdiagramm eines Schaltprozesses, der durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird. Um eine stabile Entladungsbearbeitung durchzuführen, ohne den Korrosionsschutzeffekt in Bezug auf das Werkstück 301 zu verringern, ist es erforderlich, die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums auf dem vorbestimmten eingestellten Wert (Referenzleitfähigkeit) zu halten. Die Schaltsteuereinheit 170 führt daher einen Steuerprozess durch. Wenn der Wert, der von dem Leitfähigkeitsmessgerät 130 gemessen wird, höher als der eingestellte Wert ist, dann aktiviert die Schaltsteuereinheit 170, wie es in 5 gezeigt ist, die Wasserreinigungsharzpumpe 161 und hält die Korrosionsschutzharzpumpe 162 an. Wenn der durch das Leitfähigkeitsmessgerät 130 gemessene Wert geringer als der eingestellte Wert ist, so hält die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 an und aktiviert die Korrosionsschutzharzpumpe 162.
Mit anderen Worten, stellt die Schaltsteuereinheit 170 fest, ob die gemessene Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums höher als der vorbestimmte eingestellte Wert ist (Schritt S111). Wenn die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums höher als der vorbestimmte eingestellte Wert ist ("Ja" in Schritt S111), aktiviert die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 und hält die Korrosionsschutzharzpumpe 162 an (Schritt S112). Das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 wird der Wasserreinigungsharzsäule 14A über den Leitungsweg zugeführt. Die Verunreinigungsionen, wie beispielsweise Metallionen, die durch die Funkenerosionsbearbeitung erzeugt werden, und die Carbonationen, die durch das Lösen des Carbonatgases in der Luft erzeugt werden, werden auf diese Weise eliminiert, und die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums wird verringert.
Wenn die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums geringer als der vorbestimmte eingestellte Wert ist ("Nein" im Schritt S111), hält die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 an und aktiviert die Korrosionsschutzharzpumpe 162 (Schritt S113). Das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 wird der Korrosionsschutzharzsäule 150 über den Leitungsweg zugeführt, um den pH beizubehalten und eine Verschlechterung der Korrosionsschutzeigenschaften des Dielektrikums zu verhindern. Die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums wird auf diese Weise nahe des voreingestellten Wertes gehalten. Die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung führt den Funkenerosions-Bearbeitungsprozess, wie zuvor beschrieben, durch.
Nachfolgend wird ein Prozessergebnis beschrieben, das erzielt wird, wenn die Qualitätskontrolle an dem Dielektrikum mit Hilfe der Vorrichtung ausgeführt wird, die derart konfiguriert ist, wie es in Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben wurde. Für die Wasserreinigungsharzsäule 140 werden das H⁺-Form Amberlite^® IR120B (Produktname der Rohm and Haas Company) und das OH^– Form Amberlite^® IRA400J (Produktname der Rohm and Haas Company) verwendet. Für die Korrosionsschutzharzsäule 150 werden das Na⁺-Form Amberlite^® IR120B (Produktname der Rohm and Haas Company) und das OH^–Form Amberlite® IRA400J (Produktname der Rohm and Haas Company) verwendet. Zudem wird als ein Initialisierungszustand der Funkenerosionsbearbeitung das laufende Wasser (Leitfähigkeit von 147 μS/cm und pH von 7,2), bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat handelt, dem Reinfluidtank 122 der Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit 100A zugeführt. Der eingestellte Wert zum Steuern der Leitfähigkeit ist 14 μS/cm. Zunächst wird ein Prozess beschrieben, bis das Dielektrikum (Leitfähigkeit von 14 μS/cm und pH von 9,5) mit der geeigneten Leitfähigkeit und der Korrosionsschutzfunktion für die Funkenerosionsbearbeitung erzeugt ist, gefolgt von einer Beschreibung eines Ergebnisses des Bearbeitens und Eintauchens des Werkstücks unter Verwendung des erzeugten Dielektrikums.
Die Leitfähigkeit des laufenden Wassers, bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat handelt, ist 147 μS/cm, was höher als der eingestellte Wert zum Steuern der Leitfähigkeit ist. Daher wird das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122, wie es im Ablaufdiagramm in 6 gezeigt ist, der Wasserreinigungsharzsäule 140 zugeführt, und der Prozess zum Eliminieren von Verunreinigungsionen wird wiederholt durchgeführt. Auf diese Weise wird das Ionenaustauschwasser mit einer Leitfähigkeit von 14 μS/cm und einem pH von 6,2 erzeugt. Anschließend, wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums in dem Reinfluidtank 122 gleich oder geringer als 14 μS/cm ist, wird das Dielektrikum der Korrosionsschutzharzsäule 150 zugeführt. Wie es in dem Ablaufdiagramm gemäß 6 gezeigt ist, wird der Prozess zum Ersetzen der Verunreinigungsanionen durch Hydroxylionen wiederholt durchgeführt, bis die Leitfähigkeit des Dielektrikums gleich der Leitfähigkeit ist, die dem pH von 9,5 entspricht.
7 ist ein Diagramm, das Änderungen der Leitfähigkeit und des pH's des Dielektrikums über die Durchgangszeit seit der Zufuhr von laufendem Wasser zeigt. In 7 zeigt eine horizontale Achse die Zeit, die seit dem Zeitpunkt (= t0) verstreicht, zu dem der Dielektrikumvorrat zugeführt wird, eine linke vertikale Achse zeigt die Leitfähigkeit des Dielektrikums und eine rechte vertikale Achse zeigt den pH des Dielektrikums. In einer Periode zwischen dem Zeitpunkt t0, zu dem der Dielektrikumvorrat zugeführt wird, und dem Zeitpunkt t1 wird ein Prozess zum Eliminieren der Verunreinigungsionen in dem Dielektrikumvorrat durchgeführt, um die Leitfähigkeit herab auf die vorbestimmte Referenzleitfähigkeit zu senken. Während dieser Periode wird keine Korrelation zwischen der Leitfähigkeit und dem pH beobachtet. Zum Zeitpunkt t1 jedoch, zu dem die Leitfähigkeit dem vorbestimmten eingestellten Wert entspricht, sind die Verunreinigungskationen durch Na⁺-Ionen und die Verunreinigungsanionen durch OH^–Ionen ersetzt. Zum Zeitpunkt t2 sind die Bedingungen der Leitfähigkeit von 14 μS/cm und des pH's von 9,5 auf eine Linie der Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und dem pH, die in 4 gezeigt ist, erfüllt. Nach dem Zeitpunkt t2 kann eine gute Korrelation zwischen der Leitfähigkeit und dem pH beibehalten werden.
Daraufhin wird das Ionenaustauschwasser, das die Leitfähigkeit von 14 μS/cm und den pH von 9,5 aufweist, als Dielektrikum verwendet, und WC-Co, welches das Hartmetall ist, und Cu und Fe, die Metalle sind, werden bearbeitet und für vier Stunden in das Dielektrikum eingetaucht. Als ein Ergebnis verfärbten sich WC-Co, Cu und Fe nur geringfügig und korrodierten kaum.
Als ein Vergleichsbeispiel wurde als das Dielektrikum Ionenaustauschwasser mit einer Leitfähigkeit von 7,8 μS/cm und einem pH von 6,2 verwendet, das nicht der Korrosionsschutzharzsäule 150, sondern nur der Wasserreinigungsharzsäule 140 zugeführt wurde. WC-Co, Cu und Fe wurden in ähnlicher Weise bearbeitet und für vier Stunden in das Dielektrikum getaucht. Als ein Ergebnis entwickelten WC-Co und Cu eine Korrosion, die schlechter als eine Verfärbung war.
Gemäß der zweiten Ausführungsform steuert die Wasserreinigungsharzsäule 140, die aus der Mischung des H⁺-Form-Kationen-Austauschharzes und des OH^–-Form-Anionen-Austauschharzes gebildet ist, die Verunreinigungsionen in dem Dielektrikum derart, dass diese eine vorbestimmte Menge aufweisen. Ferner ersetzt die Korrosionsschutzharzpumpe 162, die aus der Mischung des Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzes und des OH^–-Form-Anionen-Austauschharzes gebildet ist, die vorbestimmte Menge von Verunreinigungsionen durch vorbestimmte Mengen von Kationen und Hydroxylionen, wodurch das Dielektrikum in die wässrige, alkalische Lösung überführt wird. Es ist daher vorteilhaft möglich, die Korrelation zwischen der Leitfähigkeit und dem pH des Dielektrikums beizubehalten. Somit kann der pH des Dielektrikums kontrolliert werden, indem lediglich die Leitfähigkeit des Dielektrikums gemessen wird, selbst wenn das pH-Messgerät nicht vorgesehen ist, und das Werkstück 301 kann vor Korrosion geschützt werden.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der Aufbau einer Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung und eine Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst, beschrieben. Die Wasserreinigungseinheit und die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform sind durch eine H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule, eine Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule und eine OH^–-Form-Anionen-Austauschsäule ersetzt.
8 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. Wie es zuvor beschrieben wurde, weist die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10B im Vergleich mit der in 1 gezeigten Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform die nachfolgende Konfiguration auf. Die Wasserreinigungseinheit 14 und die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 sind durch eine H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 14B, die nur aus einem H⁺-Form-Kationen-Austauschharz gebildet ist, eine Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 15B, die nur aus einem Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz gebildet ist, und eine OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 18B, die nur aus einem OH^–-Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist, ersetzt. Ventile 16A bis 16C, welche der Schalteinheit 16 entsprechen, und an den entsprechenden Säulen 14B, 15B und 18B an der Seite des Wassertanks 11A und des Dielektrikumtanks 12 vorgesehen sind, werden in Bezug auf ihr Öffnen oder Schließen gesteuert. Wie jede der Säulen 143, 15B und 18B, wirkt somit als Wasserreinigungseinheit 14 oder als Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15. Durch Zuführen des Dielektrikums zu der H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 14B und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 18B wird somit ein Prozess ausgeführt, der demjenigen entspricht, der durch die Wasserreinigungseinheit 14 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird. Durch Zuführen des Dielektrikums zu der Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 15B und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 18B wird ein Prozess ausgeführt, der demjenigen entspricht, der durch die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird. Als entsprechende Ionenaustauschharze, die in der dritten Ausführungsform verwendet werden, können die gleichen Harze wie in der zweiten Ausführungsform verwendet werden.
Nachfolgend werden Abläufe der Qualitätssteuerung des Dielektrikums unter Verwendung der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10B beschrieben. Das Frischwasser, bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat handelt, wird von dem Wassertank 11A durch die erste Pumpe 22 der H⁺-Form- Kationen-Austauschharzsäule 14B und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 18B zugeführt, indem die Ventile 16A und 16C geöffnet werden und das Ventil 16B geschlossen wird. Verunreinigungsionen (Na⁺, Ca² ⁺, Cl^–, SO₄ ^2– oder dergleichen) in dem Frischwasser werden auf diese Weise eliminiert, und es wird das Ionenaustauschwasser erzeugt, das die Leitfähigkeit von mehreren bis mehreren zehn μS/cm aufweist und die geringere Menge an Verunreinigungsionen enthält. Anschließend werden die Ventile 16B und 16C geöffnet und das Ventil 16A geschlossen, so dass das Ionenaustauschwasser der Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 15B und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 18B zugeführt wird. Die Verunreinigungskationen und die Verunreinigungsanionen in dem Ionenaustauschwasser werden entsprechend durch Na⁺- und OH^–-Ionen ersetzt. Auf diese Weise wird das Ionenaustauschwasser in die alkalische, wässrige NaOH-Lösung überführt, deren pH und Leitfähigkeit miteinander korrelieren.
Die Menge der Anionen, die in dem Ionenaustauschwasser enthalten sind, bevor dieses der Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 15B und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 18B zugeführt wird, die der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 entsprechen, entspricht der Menge, in der die darin enthaltenen Anionen durch OH^–-Ionen ersetzt werden. Indem die Leitfähigkeit, auf der basierend festgestellt wird, ob die Menge von Anionen groß oder klein ist, gesteuert wird, kann die Menge der OH^–-Ionen gesteuert werden, die durch das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz erzeugt werden, d.h. der pH des Dielektrikums.
Nachfolgend wird die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung beschrieben, welche die in 8 dargestellte Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst. 9 ist eine schematische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die in 8 dargestellte Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst. Die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung wird durch die Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300, die einen Funkenerosions-Bearbeitungsprozess an dem Werkstück 301 durchführt, und durch eine Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit 100B gebildet, die das Dielektrikum, das in der Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 verwendet wird, zirkuliert, um das Dielektrikum zu reinigen und zu recyceln. Die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform entspricht in Bezug auf die Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 derjenigen der zweiten Ausführungsform, ist jedoch in Bezug auf die Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit 100B teilweise von dieser verschieden. Die gleichen Komponentenelemente wie diejenigen gemäß der zweiten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugsziffern wie diejenigen gemäß der zweiten Ausführungsform bezeichnet und werden nachfolgend nicht erneut beschrieben.
Der Reinfluidtank 122 der Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit 100B umfasst eine H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 141, eine H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 163, eine OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180, eine OH^–-Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181, eine Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 151 und eine Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164. Die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 141 speichert ein H⁺-Form-Kationen-Austauschharz. Die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 163 pumpt das Dielektrikum aus dem Reinfluidtank 162 und führt das Dielektrikum der H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 141 zu. Die OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 speichert ein OH^–-Form-Anionen-Austauschharz. Die OH^–-Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 pumpt das Dielektrikum aus dem Reinfluidtank 122 und führt das Dielektrikum der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 zu. Die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 151 speichert ein Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz. Die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164 pumpt das Dielektrikum aus dem Reinfluidtank 162 und führt das Dielektrikum der Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 151 zu. Die Schaltsteuereinheit 170 steuert die H⁺-Form-Kationen- Austauschharzpumpe 163, die OH^–-Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 und die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164, um diese basierend auf dem durch das Leitfähigkeitsmessgerät 130 gemessenen Wert zu aktivieren oder anzuhalten. Das Dielektrikum, das durch die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 141, die OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 und die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 151 geleitet wurde, wird zurück in den Reinfluidtank 122 geleitet.
Nachfolgend wird eine Operation beschrieben, die durch die in 9 dargestellte Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung während des Funkenerosions-Bearbeitungsprozesses durchgeführt wird. Da der Prozess, der durch die Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 durchgeführt wird, demjenigen entspricht, der durch die Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, wird dieser nicht erneut beschrieben. Wie in Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben wurde, wird das Verunreinigungen enthaltene Dielektrikum, das temporär in dem Bearbeitungstank 302 während des Funkenerosions-Bearbeitungsprozesses gespeichert wird, dem Abfallfluidtank 121 zugeführt. Nachdem die Verunreinigungen in dem Dielektrikum gefiltert wurden, wird das so erzeugte Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 gespeichert. Das Leitfähigkeitsmessgerät 130 misst die Leitfähigkeit des in dem Reinfluidtank 122 enthaltenen Dielektrikums und übermittelt das Messergebnis an die Schaltsteuereinheit 170.
10 zeigt eine Steueroperation, die durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird. 11 ist ein Ablaufdiagramm eines Schaltprozesses, der durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird. Zur Durchführung einer stabilen Entladungsbearbeitung, ohne den Korrosionsschutzeffekt in Bezug auf das Werkstück 301 zu verringern, ist es erforderlich, die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums auf dem vorbestimmten eingestellten Wert (Referenzleitfähigkeit) zu halten. Die Schaltsteuereinheit 170 führt dazu einen Prozess aus. Wenn der durch das Leitfähigkeitsmessgerät 130 gemessene Wert, wie es in 10 gezeigt ist, höher als der eingestellte Wert ist, so aktiviert die Schaltsteuereinheit 170 die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 163 und die OH^--Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 und hält die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164 an. Zudem wird das in dem Reinfluidtank 122 enthaltene Dielektrikum der H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 141 und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 über den Leitungsweg zugeführt. Wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums während der Bearbeitungsdauer geringer als der eingestellte Wert ist, aktiviert die Schaltsteuereinheit 170 die OH^--Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 und die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164 und hält die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 163 an, um den pH beizubehalten und eine Verschlechterung der Korrosionsschutzeigenschaften des Dielektrikums zu verhindern. Zudem wird das in dem Reinfluidtank 122 enthaltene Dielektrikum der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 und der Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 151 über den Leitungsweg zugeführt.
Wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums während einer Nicht-Bearbeitungs-Dauer ferner geringer als der eingestellte Wert ist, aktiviert die Schaltsteuereinheit 170 die OH^--Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 und hält die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 163 und die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164 an, um den Korrosionsschutzeffekt während der Nicht-Bearbeitungs-Dauer beizubehalten. Ferner wird das in dem Reinfluidtank 122 enthaltene Dielektrikum der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 über den Leitungsweg zugeführt.
Mit anderen Worten, stellt die Schaltsteuereinheit 170 fest, ob die gemessene Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums höher als der vorbestimmte, eingestellte Wert ist (Schritt S211).
Wenn die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums höher als der vorbestimmte, eingestellte Wert ist ("Ja" in Schritt S211), so aktiviert die Schaltsteuereinheit 170 die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 163 und die OH^--Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 und hält die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164 an (Schritt S212). Das in dem Reinfluidtank 122 enthaltene Dielektrikum wird der H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 141 und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 über den Leitungsweg zugeführt. Die Verunreinigungsionen, wie beispielsweise Metallionen, die durch die Funkenerosionsbearbeitung erzeugt werden, und Carbonationen, die aus der Lösung des Carbonatgases in der Luft resultieren, werden auf diese Weise eliminiert, und die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums wird verringert.
Wenn die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums geringer als der vorbestimmte, eingestellte Wert ist ("Nein" in Schritt S211), stellt die Schaltsteuereinheit 170 fest, ob die Bearbeitung an dem Werkstück 301 ausgeführt wird (Schritt S213). Wenn die Bearbeitung ausgeführt wird ("Ja" in Schritt S213), hält die Schaltsteuereinheit 170 die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 163 an und aktiviert die OH^--Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 und die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164 (Schritt S214). Das in dem Reinfluidtank 122 enthaltene Dielektrikum wird der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 und der Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 151 über den Leitungsweg zugeführt, um den pH aufrechtzuerhalten und um eine Verschlechterung der Korrosionsschutzeigenschaften des Dielektrikums zu verhindern. Die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums wird auf diese Weise in der Nähe des eingestellten Wertes gehalten.
Wenn die Bearbeitung hingegen nicht durchgeführt wird ("Nein" in Schritt S213), hält die Schaltsteuereinheit 170 die H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 163 und die Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe 164 an und aktiviert die OH^–-Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 (Schritt S215). Die OH^–- Form-Anionen-Austauschharzpumpe 181 wird aktiviert, und das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 wird der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 über den Leitungsweg zugeführt, um den pH beizubehalten und eine Verschlechterung der Korrosionsschutzeigenschaften des Dielektrikums zu verhindern. Die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums wird auf diese Weise in der Nähe des eingestellten Wertes gehalten.
Nachfolgend wird ein Prozessergebnis beschrieben, das erzielt wird, wenn die Qualitätssteuerung an dem Dielektrikum mit Hilfe der Vorrichtung durchgeführt wird, die derart konfiguriert ist, wie es in Bezug auf die dritte Ausführungsform beschrieben wurde. Als ein Initialisierungszustand der Funkenerosionsbearbeitung wird das laufende Wasser (Leitfähigkeit von 147 μS/cm und pH von 7,2), bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat handelt, dem Reinfluidtank 122 der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung zugeführt. Der eingestellte Wert zum Steuern der Leitfähigkeit ist 14 μS/cm. Nachfolgend wird zunächst ein Prozess beschrieben, bis das Dielektrikum (Leitfähigkeit von 14 μS/cm und pH von 9,5), das die für die Funkenerosionsbearbeitung geeignete Leitfähigkeit und die Korrosionsschutzfunktion aufweist, erzeugt wird, gefolgt von einer Erläuterung eines Ergebnisses des Bearbeitens und Eintauchens des Werkstückes unter Verwendung des erzeugten Dielektrikums.
Die Leitfähigkeit des fließenden Wassers, bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat handelt, beträgt 147 μS/cm, was höher als der eingestellte Wert zum Steuern der Leitfähigkeit ist. Daher wird das in dem Reinfluidtank 122 enthaltene Dielektrikum gemäß dem in 11 gezeigten Ablaufdiagramm der H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 141 und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 zugeführt. Zudem wird der Prozess zum Eliminieren von Verunreinigungsionen wiederholt durchgeführt. Somit wird das Ionenaustauschwasser, das die Leitfähigkeit von 14 μS/cm und dem pH von 6,2 aufweist, erzeugt. Wenn daher die Leitfähigkeit des Dielektrikums in dem Reinfluidtank 122 gleich oder geringer als 14 μS/cm ist, wird das Dielektrikum der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 zugeführt, da das Werkstück 301 nicht bearbeitet wird (Bearbeitung ist bislang noch nicht gestartet). Ferner wird der Prozess zum Ersetzen der Verunreinigungsanionen durch Hydroxylionen wiederholt durchgeführt, was die Leitfähigkeit des Dielektrikums gleich der Leitfähigkeit ist, die dem pH von 9,5 entspricht. Wenn das Werkstück 301 bearbeitet wird, so wird das Dielektrikum der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 und der Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 151 zugeführt, und der Prozess gemäß dem in 11 dargestellten Ablaufdiagramm wird wiederholt ausgeführt, bis der pH gleich 9,5 ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leitfähigkeit des Ionenaustauschwassers 14 μS/cm, und die Leitfähigkeit von 14 μS/cm und der pH von 9,5 weisen die in 1 dargestellte linienförmige Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und dem pH auf. Eine gute Korrelation kann zwischen der Leitfähigkeit und dem pH gehalten werden.
Anschließend wird als das Dielektrikum das Ionenaustauschwasser mit der Leitfähigkeit von 14 μS/cm und dem pH von 9,5 verwendet, und WC-Co, bei dem es sich um das Hartmetall handelt, und Cu und Fe, bei denen es sich um Metalle handelt, werden bearbeitet und in das Dielektrikum für vier Tage eingetaucht. Als Ergebnis sind WC-Co, Cu und Fe lediglich geringfügig verfärbt, jedoch kaum korrodiert.
Als ein Vergleichsbeispiel wird als das Dielektrikum das Ionenaustauschwasser (Leitfähigkeit von 7,5 μS/cm und pH von 6,8), das nicht der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 und der Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 151, sondern nur der H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule 141 und der OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule 180 zugeführt wurde. WC-Co, Cu und Fe wurden bearbeitet und für vier Tage in das Dielektrikum eingetaucht. Als Ergebnis entwickelten WC-Co, Cu und Fe eine Korrosion, die schlechter als eine Verfärbung war.
Gemäß der dritten Ausführungsform werden die Leitfähigkeit und der pH des Dielektrikums unter Verwendung der drei Arten von Ionenaustauschharzsäulen 141, 151 und 180 entsprechend für das H⁺-Form-Kationen-Austauschharz, das Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz und das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz verwendet, ebenso wie das Leitfähigkeitsmessgerät 130 unter Anwesenheit des gelösten Sauerstoffs. Es ist daher vorteilhaft möglich, das Hartmetall (WC-Co) oder das Metall (Cu oder Fe) vor Korrosion zu schützen.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung den nachfolgend beschriebenen Aufbau auf, und es wird eine Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung beschrieben, welche die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung aufweist. Die Wasserreinigungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform ist durch eine Wasserreinigungsharzsäule ersetzt, die aus einem Mischharz aus einem H⁺-Form-Kationen-Austauschharz und einem OH^–-Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist. Die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform ist durch eine Ionenaustauschharzsäule ersetzt, die aus einem Mischharz aus einem Na⁺-Form-Kationen Austauschharz und einem OH^–-Form-Anionen-Austauschharz besteht.
12 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. Die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10C umfasst die Wasserreinigungsharzsäule 14A, die Ionenaustauschharzsäule 15A und eine Erzeugungseinheit 15C für elektrolysiertes Wasser. Wie es zuvor beschrieben wurde, ist die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10C im Vergleich mit der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10 gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform wie folgt konfiguriert. Die Wasserreinigungseinheit 14 ist durch die Wasserreinigungsharzsäule 14A ersetzt, die aus dem Mischharz aus dem HDie Wasserreinigungseinheit 14 ist durch die Wasserreinigungsharzsäule 14A ersetzt, die aus dem Mischharz aus dem H⁺-Form-Kationen-Austauschharz und dem OH^– Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist. Die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit 15 ist durch die Ionenaustauschharzsäule 15A ersetzt, die aus dem Mischharz aus dem Na⁺-Form-Kationen-Austauschharz und dem OH^–-Form-Anionen-Austauschharz gebildet ist. Die Erzeugungseinheit 15C für elektrolysiertes Wasser erzeugt Hydroxylionen. Ventile 16D bis 16F, die der Schalteinheit 16 entsprechen, sind an der Wasserreinigungsharzsäule 14A, der Ionenaustauschharzsäule 15A und der Erzeugungseinheit 15C für elektrolysiertes Wasser jeweils an der Seite des Wassertanks 11A und des Dielektrikumtanks 12 angeordnet. Die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10C umfasst ferner einen Vorratsbehälter 19 für säurehaltiges Wasser, der säurehaltiges Wasser speichert, das durch das elektrolysierte Wasser erzeugt wird. Mit anderen Worten, ist die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10C gemäß der vierten Ausführungsform derart konfiguriert, dass die Erzeugungseinheit 15C für elektrolysiertes Wasser und der Vorratsbehälter 19 für säurehaltiges Wasser der Konfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform hinzugefügt sind. Als entsprechende Ionenaustauschharze, die gemäß der vierten Ausführungsform verwendet werden, können die gleichen verwendet werden, die gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Zudem sind gleiche Komponentenelemente wie solche gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nachfolgend nicht erneut beschrieben.
Die Erzeugungseinheit 15C für elektrolysiertes Wasser erzeugt Wasser, das einen Säuregehalt (nachfolgend "säurehaltiges Wasser" genannt) an einer Anode in einer Reaktion aufweist, die durch die nachfolgende Gleichung (11) ausgedrückt ist, und erzeugt Wasser, das eine Alkalität (nachfolgend "alkalisches Wasser" genannt) an einer Kathode in einer Reaktion, die durch die nachfolgende Gleichung (12) ausgedrückt ist, durch elektrolysiertes Wasser aufweist. Das alkalische Wasser wird als das Dielektrikum verwendet. Als die Erzeugungseinheit 15C für elektrolysiertes Wasser kann eine Erzeugungseinrichtung für alkalisches und säurehaltiges ionisiertes Wasser (hergestellt von AQUA SYSTEM Co., Ltd.) oder eine Reinigungseinrichtung für alkalisches Innenwasser (hergestellt von Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.) verwendet werden. 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e (11) 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^– (12)
Der Vorratsbehälter 19 für säurehaltiges Wasser speichert säurehaltiges Wasser, das an der Anode der Erzeugungseinheit 15C für elektrolysiertes Wasser erzeugt wird. Dies liegt daran, dass die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung 10C gemäß der vierten Ausführungsform das säurehaltige Wasser nicht verwendet. Das so gespeicherte säurehaltige Wasser wird mit dem alkalischen Wasser gemischt, das Wasser zu neutralisieren, wenn beispielsweise das Dielektrikum in dem Dielektrikumtank 12 ersetzt wird.
Nachfolgend werden Abläufe der Qualitätssteuerung des Dielektrikums mit Hilfe der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung beschrieben. Wenn das Frischwasser, bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat handelt, in dem Wassertank 11A zunächst der Erzeugungseinheit 15C für elektrolysiertes Wasser zugeführt wird, wird das alkalische Wasser an der Kathode derselben erzeugt. Da das alkalische Wasser eine hohe Leitfähigkeit aufweist, wird das alkalische Wasser dem Wasserreinigungsharz zugeführt, um die Leitfähigkeit des Dielektrikums auf den vorbestimmten Wert zu reduzieren, wodurch das Ionenaustauschwasser als das Dielektrikum erzeugt wird.
Wenn die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung daraufhin aktiviert wird, steigt die Leitfähigkeit des Dielektrikums durch Korrosionsprodukte (Metallionen, wie beispielsweise Cu²⁺ oder Zn² ⁺), die durch die Drahtelektrode 305 erzeugt werden, bei der gleichen und durch die Lösung von Carbonatgas (H⁺ oder CO₃ ^–) in der Luft an. In diesem Fall wird das Dielektrikum der Ionenaustauschharzsäule 15A zugeführt, um auf diese Weise die Metallionen durch Na⁺ zu ersetzen und das Dielektrikum in ein stark alkalisches Fluid zu überführen, und das auf diese Weise erzeugte Dielektrikum wird der Wasserreinigungsharzsäule 14A zugeführt, um die vorbestimmte Leitfähigkeit (pH) beizubehalten. Da die pH-Steuerung derjenigen entspricht, die unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform beschrieben wurde, wird sie nachfolgend nicht im Detail beschrieben.
Die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung, die in 2 dargestellt ist, umfasst, wird nachfolgend beschrieben.
13 ist eine schematische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung, welche die in 12 dargestellte Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst. Die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung ist durch die Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300, welche einen Funkenerosions-Bearbeitungsprozess an dem Werkstück 301 durchführt, und durch eine Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit 100C gebildet, die das Dielektrikum, das in der Funkenerosions-Verarbeitungseinheit 300 verwendet wird, zirkuliert, um das Dielektrikum zu reinigen und zu recyceln. Die Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass eine Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser und eine Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser der Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit 100A der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zugefügt sind. Die Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser erzeugt das alkalische Wasser, das Hydroxylionen enthält, bei denen es sich um Korrosionsschutzionen handelt, und führt das alkalische Wasser dem Reinfluidtank 122 zu. Die Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser pumpt das Dielektrikum aus dem Reinfluidtank 122 und führt das Dielektrikum der Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser zu. Die anderen Komponentenelemente der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform entsprechen demjenigen gemäß der zweiten Ausführungsform. Daher sind sie mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nachfolgend nicht erneut beschrieben. Zudem wird bei der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung das säurehaltige Wasser, das durch die Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser erzeugt wird, in den Abfallfluidtank 121 gespeichert.
Nachfolgend wird eine Operation beschrieben, die durch die in 13 dargestellte Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung während des Funkenerosions-Bearbeitungsprozesses durchgeführt wird. Da der Prozess, der durch die Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 durchgeführt wird, demjenigen entspricht, der durch die Funkenerosions-Bearbeitungseinheit 300 gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, wird dieser nachfolgend nicht erneut beschrieben. Wie es in Bezug auf die zweite Ausführungsform bereits beschrieben wurde, wird das Verunreinigungen enthaltene Dielektrikum, das temporär in dem Bearbeitungstank 302 während des Funkenerosions-Bearbeitungsprozesses gespeichert wird, dem Abfallfluidtank 121 zugeführt. Nachdem die Verunreinigungen gefiltert wurden, wird das so erzeugte Bearbeitungswasser in dem Reinfluidtank 122 gespeichert. Das Leitfähigkeitsmessgerät 130 misst die Leitfähigkeit des Dielektrikums in dem Reinfluidtank 122 und übermittelt das Messergebnis an die Schaltsteuereinheit 170.
14 zeigt eine Steueroperation, die durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird. 15 ist ein Ablaufdiagramm eines Schaltprozesses, der durch die Schaltsteuereinheit durchgeführt wird. Um eine stabile Funkenerosionsbearbeitung durchzuführen, ohne dass der Korrosionsschutzeffekt in Bezug auf das Werkstück 301 verringert wird, ist es erforderlich, die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums auf dem vorbestimmten, eingestellten Wert zu halten. Die Schaltsteuereinheit 170 führt hierfür einen Prozess durch. Wenn der durch das Leitfähigkeitsmessgerät 130 gemessene Wert, wie es in 14 gezeigt ist, höher als der eingestellte Wert ist, aktiviert die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 und hält die Korrosionsschutzharzpumpe 162 und die Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser an. Zudem wird das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 der Wasserreinigungsharzsäule 140 durch den Leitungsweg zugeführt. Wenn der durch das Leitfähigkeitsmessgerät 130 gemessene Wert geringer als der eingestellte Wert während der Bearbeitungsdauer ist, hält die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 an und aktiviert die Korrosionsschutzharzpumpe 162 und die Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser. Zudem wird das in dem Reinfluidtank 122 enthaltene Dielektrikum der Korrosionsschutzharzsäle 150 und der Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser über den Leitungsweg zugeführt.
Wenn die Leitfähigkeit des durch das Leitfähigkeitsmessgerät 130 gemessenen Wertes während einer Nicht-Bearbeitungsdauer ferner geringer als der eingestellte Wert ist, hält die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 und die Korrosionsschutzharzpumpe 162 an und aktiviert die Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser. Zudem wird das in dem Reinfluidtank 122 vorhandene Dielektrikum der Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser über den Leitungsweg zugeführt.
Mit anderen Worten, stellt die Schaltsteuereinheit 170 fest, ob die gemessene Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums höher als der vorbestimmte, eingestellte Wert ist (Schritt S311). Wenn die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums höher als der vorbestimmte, eingestellte Wert ist ("Ja" in Schritt S311), aktiviert die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 und hält die Korrosionsschutzharzpumpe 162 und die Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser an (Schritt S312). Das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 wird der Wasserreinigungsharzsäule 140 über dem Leitungsweg zugeführt. Die Verunreinigungsionen, wie beispielsweise Metallionen, die durch die Funkenerosionsbearbeitung erzeugt werden, und Carbonationen, die aus dem Carbonatgas in der Luft resultieren, werden dabei eliminiert, und die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums wird verringert.
Wenn die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums geringer als der vorbestimmte eingestellte Wert ist ("Nein" in Schritt S311), stellt die Schaltsteuereinheit 170 fest, ob die Bearbeitung an dem Werkstück 301 durchgeführt wird (Schritt S313). Wenn die Bearbeitung durchgeführt wird ("Ja" in Schritt S313), hält die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 an und aktiviert die Korrosionsschutzharzpumpe 162 und die Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser (Schritt S314). Das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 wird der Korrosionsschutzharzpumpe 162 und der Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser über den Leitungsweg zugeführt, um den pH aufrechtzuerhalten und eine Verschlechterung der Korrosionsschutzeigenschaften des Dielektrikums zu verhindern. Die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums wird auf diese Weise in der Nähe des voreingestellten Wertes gehalten.
Wenn die Bearbeitung nicht ausgeführt wird ("Nein" in Schritt S313), hält die Schaltsteuereinheit 170 die Wasserreinigungsharzpumpe 161 und die Korrosionsschutzharzpumpe 162 an und aktiviert die Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser (Schritt S315). Indem auf diese Weise die Pumpe 165 für elektrolysiertes Wasser aktiviert wird und das Dielektrikum der Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser durch den Leitungsweg zugeführt wird, wird der pH aufrechterhalten und die Verschlechterung der Korrosionsschutzeigenschaften verhindert. Während der Nicht-Bearbeitungs-Zeitdauer werden also die Metallionen nicht durch die Funkenerosionsbearbeitung erzeugt, und die Carbonationen, die aus der Lösung des Carbonatgases in der Luft resultieren, werden in erster Linie erzeugt. Wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums also geringer als der eingestellte Wert ist, wird die Leitfähigkeit (pH) des Dielektrikums in der Nähe des voreingestellten Wertes gehalten, um den pH aufrechtzuerhalten und die Verschlechterung der Korrosionsschutzeigenschaften des Dielektrikums zu verhindern.
Nachfolgend wird ein Prozessergebnis beschrieben, das erzielt wird, wenn das Dielektrikum durch die Vorrichtung gesteuert wird, die derart konfiguriert ist, wie es in Bezug auf die vierte Ausführungsform beschrieben wurde. Als ein Initialisierungszustand der Funkenerosionsbearbeitung wird das laufende Wasser (Leitfähigkeit von 147 μS/cm und pH von 7,2), bei dem es sich um den Dielektrikumvorrat handelt, der Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung zugeführt. Der eingestellte Wert zum Steuern der Leitfähigkeit beträgt 14 μS/cm. Zunächst wird nachfolgend ein Prozess beschrieben, bis das Dielektrikum (Leitfähigkeit von 14 μS/cm und pH von 9,5), das die für die Funkenerosionsbearbeitung geeignete Leitfähigkeit und Korrosionsschutzfunktion aufweist, erzeugt wird, gefolgt von einer Erläuterung eines Ergebnisses der Bearbeitung und des Eintauchens des Werkstücks unter Verwendung des erzeugten Dielektrikums.
Die Leitfähigkeit des laufenden Wassers, bei dem es sich um den Bearbeitungsfluidvorrat handelt, beträgt 147 μS/cm, was höher als der eingestellte Wert zum Steuern der Leitfähigkeit ist. Daher wird das Dielektrikum in dem Reinfluidtank 122 gemäß dem in 15 dargestellten Ablaufdiagramm der Wasserreinigungsharzsäule 140 zugeführt, und der Prozess zum Eliminieren von Verunreinigungsionen wird wiederholt durchgeführt. Auf diese Weise wird das Ionenaustauschwasser mit der Leitfähigkeit von 14 μS/cm und dem pH von 6,2 erzeugt. Wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums in dem Reinfluidtank 122 anschließend gleich oder geringer als 14 μS/cm ist, wird das Bearbeitungsfluid der Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser zugeführt, da das Werkstück 301 nicht bearbeitet wird (die Bearbeitung wurde bislang noch nicht gestartet. Ferner wird der Prozess zum Ersetzen der Verunreinigungsionen durch Hydroxylionen wiederholt durchgeführt, bis die Leitfähigkeit des Dielektrikums gleich der Leitfähigkeit ist, die dem pH von 9,5 entspricht. Wenn das Werkstück 301 bearbeitet wird, so wird das Dielektrikum der Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser und der Korrosionsschutzharzsäule 150 zugeführt, und der Prozess gemäß dem in 15 dargestellten Ablaufdiagramm wird wiederholt ausgeführt, bis der pH gleich 9,5 ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leitfähigkeit des Ionenaustauschwassers 14 μS/cm, und die Leitfähigkeit von 14 μS/cm und der pH von 9,5 befinden sich auf der Linie der in 3 dargestellten Beziehung zwischen der Leitfähigkeit und dem pH. Eine gute Korrelation kann zwischen der Leitfähigkeit und dem pH gehalten werden.
Anschließend wird das Ionenaustauschwasser mit der Leitfähigkeit von 14 μS/cm und dem pH von 9,5 als Dielektrikum verwendet, und WC-Co, bei dem es sich um das Hartmetall handelt, und Cu und Fe, bei denen es sich um Metalle handelt, werden bearbeitet und für vier Tage in das Dielektrikum eingetaucht. Als Ergebnis wurden WC-Co, Cu und Fe nur geringfügig verfärbt, jedoch kaum korrodiert.
Als ein Vergleichsbeispiel wurde als Dielektrikum das Ionenaustauschwasser (Leitfähigkeit von 2,6 μS/cm und pH von 6,2) verwendet, das nicht der Korrosionsschutzharzsäule 150 und der Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser sondern nur der Wasserreinigungsharzsäule 140 zugeführt wurde. WC-Co, Cu und Fe wurden bearbeitet und für vier Tage in das Dielektrikum getaucht. Als ein Ergebnis entwickelten WC-Co, Cu und Fe eine Korrosion, die schlechter als eine Verfärbung war.
Gemäß der vierten Ausführungsform wird das Dielektrikum in die alkalische, wässrige Lösung überführt, und die Leitfähigkeit der alkalischen, wässrigen Lösung wird unter Verwendung des Leitfähigkeitsmessgeräts 130, der Wasserreinigungsharzsäule 140, der Korrosionsschutzharzsäule 150 und der Erzeugungseinheit 152 für elektrolysiertes Wasser unter Vorhandensein von gelöstem Sauerstoff gemessen. Es ist dabei vorteilhaft möglich, die Leitfähigkeit des pH's des Dielektrikums zu steuern und das Hartmetall (WC-Co) oder das Metall (Cu, Fe) vor Korrosion zu schützen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie es zuvor beschrieben wurde, ist die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung effizient für den Funkenerosions-Bearbeitungsprozess in dem Dielektrikum, bei dem der Speicherprozess nach dem Bearbeitungsprozess in dem Dielektrikum für eine lange Zeitdauer ausgeführt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung und ein Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren, die dazu geeignet sind, einen pH und eine Leitfähigkeit von Ionenaustauschwasser, das als ein Dielektrikum dient, das in einem Funkenerosions-Bearbeitungsprozess verwendet wird, zu steuern, ohne dass ein pH-Messgerät verwendet wird. Die Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung umfasst einen Dielektrikumtank (12), der das Dielektrikum speichert, eine Wasserreinigungseinheit (14), die Reinwasser erzeugt, indem Verunreinigungsionen aus dem Dielektrikum in dem Dielektrikumtank (12) eliminiert werden, so dass das Dielektrikum eine vorbestimmte Menge an Verunreinigungsionen enthält, eine Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit (15), die Verunreinigungskationen in dem Dielektrikum, das in dem Dielektrikumtank (12) gespeichert ist, durch vorbestimmte Kationen ersetzt, und das Verunreinigungsanionen in dem Dielektrikum, das in dem Dielektrikumtank (12) gespeichert ist, durch Korrosionsschutzionen ersetzt, eine Schalteinheit (16), die ein Zuführziel des Dielektrikums in dem Dielektrikumtank (12) zwischen der Wasserreinigungseinheit (14) und der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit (15) umschaltet, und die das Dielektrikum entweder der Wasserreinigungseinheit (14) oder der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit (15) zuführt, eine Leitfähigkeitsmesseinheit (13), die eine Leitfähigkeit des Dielektrikums in dem Dielektrikumtank (12) misst, und eine Schaltsteuereinheit (17), welche die Schalteinheit (16) steuert, um das Dielektrikum basierend auf der durch die Leitfähigkeitsmesseinheit (13) gemessenen Leitfähigkeit entweder der Wasserreinigungseinheit (14) oder der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit (15) zuzuführen.

10, 10A bis 10C: Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung
11: Dielektrikum-Vorratslösungs-Zuführeinheit
11A: Wassertank
12: Dielektrikumtank
13: Leitfähigkeitsmessgerät
14: Wasserreinigungseinheit
14A, 140: Wasserreinigungsharzsäule
14B, 141: H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule
15: Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit
15A: Ionenaustauschharzsäule
15B,151: Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule
15C, 152: Erzeugungseinheit von elektrolysiertem Wasser
16: Schalteinheit

16A bis 16E, 21: Ventil
17, 170: Schaltsteuereinheit
18, 180: OH^–Form-Kationen-Austauschharzsäule
19: Vorratsbehälter für säurehaltiges Wasser
22, 23: Pumpe
100A bis 100C: Dielektrikum-Qualitätssteuereinheit
121: Abfallfluidtank
122: Reinfluidtank
130: Leitfähigkeitsmessgerät
150: Korrosionsschutzharzsäul
161: Wasserreinigungsharzpumpe
162: Korrosionsschutzharzpumpe

163: H⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe
164: Na⁺-Form-Kationen-Austauschharzpumpe
181: OH^–Form-Kationen-Austauschharzpumpe
231: Filterpumpe
232: Filter
233: Dielektrikumpumpe
300: Funkenerosions-Bearbeitungseinheit

Claims

Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung mit: einem Dielektrikumtank, der ein Dielektrikum speichert; einer Wasserreinigungseinheit, die Reinwasser erzeugt, indem Verunreinigungsionen aus dem Dielektrikum in dem Dielektrikumtank eliminiert werden, so dass das Dielektrikum eine vorbestimmte Menge von Verunreinigungsionen enthält; einer Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit, die Verunreinigungskationen in dem Dielektrikum, das in dem Dielektrikumtank gespeichert ist, durch vorbestimmte Kationen ersetzt, und die Verunreinigungsanionen in dem Dielektrikum, das in dem Dielektrikumtank gespeichert ist, durch Korrosionsschutzionen ersetzt; einer Schalteinheit, die ein Zuführziel des in dem Dielektrikumtank enthaltenen Dielektrikums zwischen der Wasserreinigungseinheit und der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit umschaltet, und die das Dielektrikum entweder der Wasserreinigungseinheit oder der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit zuführt; einem Leitfähigkeitsmessgerät, das eine Leitfähigkeit des in dem Dielektrikumtank vorhandenen Dielektrikums misst; und einer Schaltsteuereinheit, welche die Schalteinheit derart steuert, dass das Dielektrikum basierend auf der durch die Leitfähigkeitsmesseinheit gemessenen Leitfähigkeit entweder der Wasserreinigungseinheit oder der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit zugeführt wird.
Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltsteuereinheit die Schalteinheit derart steuert, dass das Dielektrikum der Wasserreinigungseinheit zugeführt wird, wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums höher als eine vorbestimmte Leitfähigkeit ist, und die Schalteinheit derart steuert, dass das Dielektrikum der Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit zugeführt wird, wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums geringer als die vorbestimmte Leitfähigkeit ist.
Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Leitfähigkeit eine Leitfähigkeit ist, die einem pH des Dielektrikums entspricht, wobei der pH in einem Bereich von 8,5 bis 10,5 liegt.
Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Leitfähigkeit gleich oder geringer als 70 μS/cm ist.
Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit die Verunreinigungskationen durch Kationen eines alkalischen Metalls oder eines Erdalkalimetalls und Verunreinigungsanionen durch Hydroxylionen ersetzt, um eine alkalische, wässrige Lösung zu erzeugen.
Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wasserreinigungseinheit ein H⁺-Form-Kationen-Austauschharz und ein OH^–-Form-Anionen-Austauschharz aufweist, und die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit ein Kationenaustauschharz, das Ionen eines alkalischen Metalls oder eines Erdalkalimetalls in Ionenaustauschgruppen enthält, und das OH^–-Form-Anionen-Austauschharz umfasst.
Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit ferner alkalisches Wasser erzeugt, das Hydroxylionen enthält, die durch Elektrolysieren des Dielektrikums erzielt werden.
Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei sowohl die Wasserreinigungseinheit als auch die Korrosionsschutzionen-Erzeugungseinheit aufweisen: eine H⁺-Form-Kationen-Austauschharzsäule, die ein H⁺-Form-Kationen-Austauschharz umfasst; eine OH^–-Form-Anionen-Austauschharzsäule, die ein OH^–-Form-Anionen-Austauschharz umfasst; und eine Kationenaustauschharzsäule, die ein Kationenaustauschharz umfasst, das Ionen eines alkalischen Metalls oder eines Erdalkalimetalls in Ionenaustauschgruppen enthält.
Funkenerosions-Bearbeitungsvorrichtung mit der Dielektrikum-Qualitätssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren zum Steuern eines pH's eines Dielektrikums in einem Dielektrikumtank basierend auf einer Leitfähigkeit des Dielektrikums, wobei das Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren aufweist: einen ersten Schritt zum Eliminieren einer Verunreinigung aus dem Dielektrikum, so dass eine Konzentration der Verunreinigungsionen, die in dem Dielektrikum vorhanden ist, in einen vorbestimmten Bereich fällt; einen zweiten Schritt zum Ersetzen von Verunreinigungsanionen, die in dem Dielektrikum verblieben sind, durch Korrosionsschutzionen, wobei eine Konzentration der Verunreinigungsanionen gleich einer vorbestimmten Konzentration ist; und einen dritten Schritt zum Steuern einer Menge von Korrosionsschutzionen in dem Dielektrikum basierend auf der Leitfähigkeit des die Korrosionsschutzionen enthaltenen Dielektrikums.
Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren nach Anspruch 10, wobei die Korrosionsschutzionen Hydroxylionen sind.
Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren nach Anspruch 11, wobei die Hydroxylionen durch Elektrolysieren des Dielektrikums erzeugt werden.
Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren nach Anspruch 10, wobei im zweiten Schritt Verunreinigungskationen, die in dem Dielektrikum verblieben sind, durch Kationen eines alkalischen Metalls oder eines Erdalkalimetalls ersetzt werden und Verunreinigungsanionen durch Hydroxylionen ersetzt werden, um eine alkalische, wässrige Lösung zu erzeugen.
Dielektrikum-Qualitätssteuerverfahren nach Anspruch 10, wobei im vierten Schritt die Verunreinigungsionen, die in dem Dielektrikum verblieben sind, eliminiert werden, wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums höher als eine vorbestimmte Leitfähigkeit ist, und die Verunreinigungsionen, die in dem Dielektrikum verblieben sind, durch Korrosionsschutzionen ersetzt werden, wenn die Leitfähigkeit des Dielektrikums geringer als die vorbestimmte Leitfähigkeit ist.