JPWO2006126248A1 - 加工液液質制御装置とその方法、および放電加工装置 - Google Patents

Abstract

放電加工処理で使用される加工液としてのイオン交換水のｐＨと導電率を、ｐＨ計を用いずに制御する加工液液質制御装置とその方法を得ること。加工液を貯留する加工液槽（１２）と、加工液槽（１２）内の加工液から不純物イオンが所定量となるように不純物イオンを除去して純水を生成する純水化部（１４）と、加工液槽（１２）内の加工液中の不純物陽イオンを所定の陽イオンに置換し、不純物陰イオンを防食イオンに置換する防食イオン生成部（１５）と、加工液槽（１２）内の加工液を、純水化部（１４）または防食イオン生成部（１５）のいずれかに切替えて送水する切替部（１６）と、加工液槽（１２）内の加工液の導電率を測定する導電率測定部（１３）と、導電率測定部（１３）によって測定された導電率に基づいて、加工液を純水化部（１４）または防食イオン生成部（１５）のいずれかに送水するように切替部（１６）を制御する切替制御部（１７）とを備える。

Description

この発明は、放電加工処理で加工液として使用されるイオン交換水の導電率とｐＨを制御する加工液液質制御装置とその方法、および加工液液質制御装置を備える放電加工装置に関するものである。

被加工物と電極との間に、加工液を介してパルス状の電圧を印加して放電を発生させて、被加工物に加工を行う放電加工処理において、安定した条件で放電を発生させやすくするために加工液の導電率（比抵抗）を所定の範囲内に収まるように制御する必要がある。また、加工液の導電率を制御する結果、加工液の水素イオン濃度（または水酸化物イオン濃度）の変化が生じ、被加工物が溶解してしまうことを防ぐために、加工液のｐＨも被加工物の材質によって定まる所定の範囲内に収まるように制御する必要がある。そのため、従来、放電加工処理において使用される加工液の導電率とｐＨをそれぞれ導電率計とｐＨ計で測定し、その結果に基づいて加工液の液質を制御する技術が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。

また、放電加工処理において、被加工物が長時間加工液中に浸漬されていると、被加工物を構成する金属の腐食が発生してしまうために、腐食抑制剤を添加することがある。しかし、腐食抑制剤の濃度が増加すると、加工液の導電率が上がってしまい、安定した放電を行うことができなくなる。そこで、亜硝酸イオンと炭酸イオン、炭酸水素イオン、水酸化物イオンのうちの１種以上を固定した陰イオン交換樹脂を用いて水中の鉄系金属を防食するとともに、安定した放電を行うことができる鉄系金属の防食方法が提案されている（たとえば、特許文献４参照）。この他に、放電加工処理におけるものではないが、テトラゾール化合物およびその塩からなる水溶性金属防食剤を水に添加して、超硬材料や金属材料の腐食を防止する方法も提案されている（たとえば、特許文献５参照）。

特開昭６３−１９１５１４号公報 特開平４−１４１３１９号公報 特開平５−４２４１４号公報 特開２００２−３０１６２４号公報 特開平７−１４５４９１号公報

ところで、特許文献１〜３では、上述したように放電加工処理の加工液のｐＨを測定するためにｐＨ計を用いているが、通常、このｐＨ計にはガラス電極が用いられている。この場合、ｐＨ計を長時間加工液に浸漬しておくとｐＨ計の内部液が汚染されてしまう。そのため、定期的にガラス電極をメンテナンスしなければならないという問題点があった。

また、特許文献４に記載の亜硝酸イオンと炭酸イオン、炭酸水素イオン、水酸化物イオンのうちの１種以上を固定した陰イオン交換樹脂を、加工液の腐食抑制剤として用いる場合には、鉄などの不動態化金属には有効であるが、超硬材料やＣｕ（銅）などの不動態化しない金属材料に対しては防食効果を期待することができないという問題点もあった。

さらに、上述したように、放電加工処理の加工液は、放電加工性能を劣化させないために所定の導電率以下に維持する必要がある。そのために、純水化樹脂（Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂＋ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂）に加工液を通水させるようにしている。しかし、特許文献５に記載の水溶性金属防食剤を放電加工処理の加工液に添加する場合には、水溶性金属防食剤中のイオン性物質が純水化樹脂に捕捉されるために、加工液中の水溶性金属防食剤濃度が低下し、超硬材料や金属材料に対する防食効果を発揮できなくなってしまうという問題点もあった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、放電加工処理で使用される加工液としてのイオン交換水のｐＨを、ｐＨ計を用いずにｐＨを測定して、放電加工を安定して行うことができるとともに、被加工物に対して防食効果を有するように、イオン交換水の導電率とｐＨを制御する加工液液質制御装置とその方法を得ることを目的とする。また、その加工液液質制御装置を備える放電加工装置を得ることも目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる加工液液質制御装置は、加工液を貯留する加工液槽と、前記加工液槽内の加工液から不純物イオンが所定量となるように不純物イオンを除去して純水を生成する純水化手段と、前記加工液槽内の加工液中の不純物陽イオンを所定の陽イオンに置換し、不純物陰イオンを防食イオンに置換する防食イオン生成手段と、前記加工液槽内の加工液を、前記純水化手段または前記防食イオン生成手段のいずれかに切替えて送水する切替手段と、前記加工液槽内の加工液の導電率を測定する導電率測定手段と、前記導電率測定手段によって測定された導電率に基づいて、前記加工液を前記純水化手段または前記防食イオン生成手段のいずれかに送水するように、前記切替手段を制御する切替制御手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、加工液をアルカリ性の水溶液とすることで、ｐＨ計を用いずに加工液の導電率からｐＨを求めることができるとともに、超硬材料や金属材料などの被加工物の腐食を防止することができるという効果を有する。

図１は、この発明による加工液液質制御装置の実施の形態１の構成を模式的に示す図である。 図２は、この発明による加工液液質制御装置の実施の形態２の構成を模式的に示す図である。 図３はＮａＯＨ水溶液における導電率とｐＨの関係を示す図である。 図４は、図２の加工液液質制御装置を備える放電加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。 図５は、切替制御部による制御動作を示す図である。 図６は、切替制御部による切替処理の手順を示すフローチャートである。 図７は、水道水の注水からの加工液の導電率とｐＨの時間による変化を示す図である。 図８は、この発明による加工液液質制御装置の実施の形態３の構成を模式的に示す図である。 図９は、図８の加工液液質制御装置を備える放電加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。 図１０は、切替制御部による制御動作を示す図である。 図１１は、切替制御部による切替処理の手順を示すフローチャートである。 図１２は、この発明による加工液液質制御装置の実施の形態４の構成を模式的に示す図である。 図１３は、図１２の加工液液質制御装置を備える放電加工装置の構成の一例を示す図である。 図１４は、切替制御部による制御動作を示す図である。 図１５は、切替制御部による切替処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０，１０Ａ〜１０Ｃ 加工液液質制御装置
１１ 加工原液供給部
１１Ａ 水槽
１２ 加工液槽
１３ 導電率測定部
１４ 純水化部
１４Ａ，１４０ 純水化樹脂塔
１４Ｂ，１４１ Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂塔
１５ 防食イオン生成部
１５Ａ イオン交換樹脂塔
１５Ｂ，１５１ Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂塔
１５Ｃ，１５２ 電解水製造部
１６ 切替部
１６Ａ〜１６Ｅ，２１ 弁
１７，１７０ 切替制御部
１８，１８０ ＯＨ^-形陽イオン交換樹脂塔
１９ 酸性水保管容器
２２，２３ ポンプ
１００Ａ〜１００Ｃ 加工液液質制御部
１２１ 汚液槽
１２２ 清液槽
１３０ 導電率計
１５０ 防食樹脂塔
１６１ 純水化樹脂ポンプ
１６２ 防食樹脂ポンプ
１６３ Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ
１６４ Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ
１８１ ＯＨ^-形陽イオン交換樹脂ポンプ
２３１ 濾過ポンプ
２３２ 濾過フィルタ
２３３ 加工液ポンプ
３００ 放電加工部

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる加工液液質制御装置とその方法および放電加工装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
放電加工処理では、ＷＣ−Ｃｏなどの超硬材料やＣｕなどの金属材料を加工液に浸して処理を行うことが一般的である。そのため、最初にこれらの超硬材料と金属材料を中性水中に浸した場合の反応について説明する。超硬材料としてのＷＣ−Ｃｏは、中性水中において、下記（１）式に示されるように、ＷＣ−Ｃｏ中のＣｏが腐食し、下記（２）式に示されるように、（１）式で生じた電子によって水中の溶存酸素が還元される。その結果、（１）式と（２）式から得られる下記（３）式に示されるように、水中の溶存酸素によって結合相であるＣｏが選択的に腐食される。このＣｏの選択腐食によって、超硬材料（ＷＣ−Ｃｏ）の表面にはＣｏの腐食に伴う空隙層が生成される。

Ｃｏ→Ｃｏ²⁺＋２ｅ ・・・（１）
１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ→２ＯＨ^- ・・・（２）
Ｃｏ＋１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｃｏ²⁺＋２ＯＨ^- ・・・（３）

金属材料も超硬材料と同様に中性水中で腐食反応が進行する。以下では、金属材料としてＣｕを例に挙げ、水中における腐食反応を下記（４）〜（６）式に示す。

Ｃｕ→Ｃｕ²⁺＋２ｅ ・・・（４）
１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ→２ＯＨ^- ・・・（５）
Ｃｕ＋１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｃｕ²⁺＋２ＯＨ^- ・・・（６）

金属材料の場合も、（４）式に示されるように、Ｃｕが腐食し、（５）式に示されるように、（４）式で生じた電子によって水中の溶存酸素が還元される。その結果、水中のＣｕでは、（６）式に示されるように、水中の溶存酸素によってＣｕの腐食が進行する。（４）〜（６）式では、Ｃｕを例に挙げたが、Ｃｕ以外の金属材料でも同様の腐食反応が生じる。

以上に示したように、一般に中性水中におけるＷＣ−Ｃｏなどの超硬材料やＣｕなどの金属材料の腐食要因は溶存酸素である。そこで、（３）式や（６）式を参照すると、溶存酸素が存在する加工液（水）中において、加工液のｐＨをアルカリ性に制御することによって、すなわち水酸化物イオンの濃度を高めることによって、超硬材料や金属材料を防食することが可能となる。種々の実験の結果、アルカリ領域においてＷＣ−Ｃｏなどの超硬材料やＣｕ，Ｆｅ（鉄），Ｚｎ（亜鉛）などの金属材料の防食効果を発揮させるためには、ｐＨの下限を８．５とすることが望ましい。また、ｐＨが上昇すると加工液の導電率が増加して放電加工性能を低下させてしまうので、ｐＨの上限を１０．５とすることが望ましい。

また、放電加工処理においては、安定した放電加工性能を維持するために、加工液の導電率を所定値（一般的に、７０μＳ／ｃｍ以下）とすることが望ましい。さらに、ｐＨ計を使用せずに加工液のｐＨを求めるために、加工液を所定量の不純物を含む純水（イオン交換水）とし、この不純物を強塩基性水溶液を構成するイオンによって置換させる。つまり、不純物陽イオンをたとえばアルカリ金属やアルカリ土類金属などの陽イオンで置換し、不純物陰イオンを水酸化物イオン（ＯＨ^-）で置換させる。これにより、純水に含まれる陰イオン量が水酸化物イオンに置換される量に対応するため、陰イオン量の大小の目安となる導電率が、水酸化物イオンの濃度すなわちｐＨに対応することになる。すなわち、アルカリ性の水溶液となった加工液（イオン交換水）の導電率を測定することで、ｐＨを求めることが可能になる。そして、測定した導電率が、所定のｐＨの範囲となる導電率と比較し、その比較結果に基づいて加工液に含まれる水酸化物イオンの量を制御することで、放電加工性能を落とさずに被加工物の防食性を保つことが可能になる。その結果、ガラス電極を用いるｐＨ計を使用しなくても、導電率を測定することでｐＨを求めることができる。

つぎに、このような加工液の液質の制御を実現する加工液液質制御装置について説明する。図１は、この発明にかかる加工液液質制御装置の実施の形態１の構成を模式的に示す図である。この加工液液質制御装置１０は、加工原液供給部１１と、加工液槽１２と、導電率測定部１３と、純水化部１４と、防食イオン生成部１５と、切替部１６と、切替制御部１７と、を備える。

加工原液供給部１１は、加工液の源となる加工原液を供給するものであり、具体的には、水道水や工業用水、地下水などの淡水を供給する。また、加工液槽１２は、放電加工装置の放電加工処理で使用された加工液を貯蔵する槽であり、導電率測定部１３は、加工液槽１２中の加工液の導電率を測定するものである。

純水化部１４は、加工原液供給部１１から供給される淡水中や、加工液槽１２から供給される加工液中の不純物イオンを除去して、イオン交換水（以下、純水ともいう）を生成する。ただし、完全に不純物を除去するわけではなく、導電率で数〜数十μＳ／ｃｍとなるように微量の不純物イオンが純水中に残される。これにより、不純物イオンが後述する防食イオン生成部１５で生成された防食イオンである水酸化物イオンと置換され、不純物イオンの濃度からｐＨの値を求めることができるようにしている。このような純水化部１４として、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂とを混合させたり組み合わせたりしたものなどを使用することができる。

防食イオン生成部１５は、防食イオンとしての水酸化物イオンを生成し、イオン交換水（または加工液）中の不純物イオンを防食イオンに置換する。不純物イオンを含むイオン交換水が防食イオンに置換されたものを、以下では加工液と呼ぶことにする。このような防食イオン生成部１５として、アルカリ金属イオン形またはアルカリ土類金属イオン形の陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂とを混合させたり組み合わせたりしたものや、これと電解水製造装置を組み合わせたものなどを使用することができる。

切替部１６は、加工原液供給部１１からの加工原液または加工液槽１２からの加工液の純水化部１４または防食イオン生成部１５への供給を切替えるものであり、弁などによって構成される。

切替制御部１７は、ｐＨの値（水酸化物イオンの濃度）を種々に変えた加工液の導電率から、加工液における導電率とｐＨとの間の関係を示す導電率−ｐＨ情報を予め求めておき、導電率測定部１３によって測定された導電率から、導電率−ｐＨ情報を参照して加工液のｐＨを求め、そのｐＨが所定の範囲内に収まるように加工液槽１２からの加工液の送出先を切替えるために切替部１６を制御する。なお、導電率−ｐＨ情報として、所定の範囲のｐＨとなる導電率の範囲を予め求めておき、導電率測定部１３で測定された導電率がその導電率の範囲となるように切替部１６を制御するようにしてもよい。この切替制御部１７による具体的な導電率に基づく切替部１６の制御は、ｐＨが所定値よりも高い場合には、ｐＨが低くなるように加工液（または純水）を純水化部１４に通水するように切替部１６を切替え、ｐＨが所定値よりも低い場合には、ｐＨが高くなるように加工液（または純水）を防食イオン生成部１５に通水するように切替部１６を切替える。

加工原液供給部１１と加工液槽１２は、それぞれ切替部１６にパイプやホースなどによって接続され、切替部１６の加工原液供給部１１と加工液槽１２との接続側には、加工原液供給部１１からの加工原液と加工液槽１２からの加工液のいずれかを切替部１６へと流れるように切替える弁２１が設けられている。また、加工原液供給部１１と弁２１との間には、加工原液を切替部１６側に送出するための第１のポンプ２２が設けられ、加工液槽１２と弁２１との間には、加工液を切替部１６側に送出するための第２のポンプ２３が設けられている。純水化部１４と加工液槽１２との間と、防食イオン生成部１５と加工液槽１２との間は、パイプやホースなどによって接続される。

ここで、この加工液液質制御装置１０における加工液の液質の制御方法について説明する。まず、装置内の液体が純水化部１４側に流れるように切替部１６を切替え、加工原液供給部１１から加工原液である淡水が、第１のポンプ２２によって弁２１、切替部１６を介して純水化部１４に通水される。微量の不純物イオンが残るように淡水中の不純物は純水化部１４で除去されてイオン交換水（純水）にされ、このイオン交換水は加工液槽１２に供給される。その後、液体を防食イオン生成部１５側に流すように切替部１６を切替え、加工液槽１２中のイオン交換水が、第２のポンプ２３によって、弁２１と切替部１６を介して防食イオン生成部１５に通水される。

防食イオン生成部１５で、イオン交換水中の不純物陰イオンが防食イオンである水酸化物イオンに置換され、加工液として加工液槽１２に供給される。また、イオン交換水中の不純物陽イオンはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンに置換される。これにより、加工液は、強塩基の水溶液となり、加工液の導電率とｐＨとの間に相関関係を持たせることができる。加工液槽１２の導電率測定部１３は、加工液の導電率を測定し、その測定結果を切替制御部１７に出力する。切替制御部１７は、導電率測定部１３で測定された導電率が、所定のｐＨの値に相当する基準導電率と比較する。導電率が基準導電率よりも大きい場合は、所定のｐＨよりも加工液のｐＨが高くなっているので、ｐＨを下げるために純水化部１４に加工液を通水するように切替部１６を制御する。一方、導電率が基準導電率よりも小さい場合は、所定のｐＨよりも加工液のｐＨが低くなっているので、ｐＨを上げるために防食イオン生成部１５に加工液を通水するように切替部１６を制御する。以上のように、加工液槽１２中の強塩基の水溶液とした加工液の導電率を測定することによって、加工液の導電率とｐＨが制御される。

この実施の形態１によれば、所定の量の不純物イオンを含むイオン交換水をアルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンと水酸化物イオンで置換した強塩基性の水溶液の加工液として、加工液の導電率とｐＨとの間に相関性を持たせるようにしたので、加工液の導電率を測定するだけで、加工液のｐＨを制御するのに必要な情報を得ることができるという効果を有する。そのため、加工液のｐＨを測定するガラス電極を有するｐＨ計が不要となり、ｐＨ計のメンテナンスを行う必要がなくなる。

実施の形態２．
実施の形態１では、加工液液質制御装置とその方法の概要について説明したが、この実施の形態２では、純水化部にＨ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合樹脂からなる純水化樹脂塔を用い、防食イオン生成部にＮａ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合樹脂からなるイオン交換樹脂塔を用いる加工液液質制御装置と、この加工液液質制御装置を備える放電加工装置について説明する。

図２は、この発明にかかる加工液液質制御装置の実施の形態２の構成を模式的に示す図である。この加工液液質制御装置１０Ａは、上述したように、実施の形態１の図１において、純水化部１４が、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合樹脂からなる純水化樹脂塔１４Ａで構成され、防食イオン生成部１５が、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合樹脂からなるイオン交換樹脂塔１５Ａによって構成される。また、図１の加工原液供給部１１は、淡水を貯留する水槽１１Ａによって構成される。なお、その他の構成要素は実施の形態１と同一なので、同一の符号を付してその説明を省略している。

純水化樹脂塔１４Ａに使用されるＨ⁺形陽イオン交換樹脂として、たとえばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、フェノールホルマリン樹脂などを基体とし、イオン交換基としてスルホン酸基を持つものが挙げられる。これらは、たとえばＨ⁺形のアンバーライトＩＲ１２０Ｂ（ローム・アンド・ハース社の商品名）、Ｈ⁺形のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（三菱化学（株）の商品名）として市販されているものを用いることができる。また、純水化樹脂塔１４Ａに使用されるＯＨ^-形陰イオン交換樹脂として、たとえばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体などを基体とし、イオン交換基としてトリメチルアンモニウム基、β−ヒドロキシエチルジメチルアンモニウム基などを持つものが挙げられる。これらは、たとえばＯＨ^-形のアンバーライトＩＲＡ４００Ｊ（ローム・アンド・ハース社の商品名）、ＯＨ^-形のダイヤイオンＳＡ１０Ａ（三菱化学（株）の商品名）として市販されているものを用いることができる。

Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合物を入れた純水化樹脂塔１４Ａに加工液の源となる水道水、工業用水、地下水などの淡水（加工原液）を通水させることによって、淡水中の不純物イオンが除去される。たとえば、淡水中に不純物陽イオンとしてＫ⁺が存在し、不純物陰イオンとしてＣｌ^-が存在すると、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂では、次式（７）の反応によってＫ⁺が純水化樹脂に捕捉され、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂では、次式（８）の反応によってＣｌ^-が純水化樹脂に捕捉される。

Ｒ−ＳＯ₃Ｈ⁺＋Ｋ⁺→Ｒ−ＳＯ₃Ｋ⁺＋Ｈ⁺ ・・・（７）
Ｒ≡Ｎ−ＯＨ^-＋Ｃｌ^-→Ｒ≡Ｎ−Ｃｌ^-＋ＯＨ^- ・・・（８）

ここで、Ｒはポリスチレン母体樹脂である。なお、後述のように防食性イオン生成部としてＮａ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂との混合樹脂からなるイオン交換樹脂塔１５Ａを使用する場合には、アルカリ性の加工液を生成するために、微量の不純物イオン（導電率で数〜数十μＳ／ｃｍ）を残すように調整される。

イオン交換樹脂塔１５ＡのＮａ⁺形陽イオン交換樹脂として、たとえばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、フェノールホルマリン樹脂などを基体とし、イオン交換基としてスルホン酸基を持つものが挙げられる。これらは、たとえばＮａ⁺形のアンバーライトＩＲ１２０Ｂ（ローム・アンド・ハース社の商品名）、Ｎａ⁺形のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（三菱化学（株）の商品名）として市販されているものを用いることができる。なお、イオン交換樹脂塔１５ＡのＯＨ^-形陰イオン交換樹脂は、純水化樹脂塔１４ＡのＯＨ^-形陰イオン交換樹脂と同様のものを用いることができる。このＯＨ^-形陰イオン交換樹脂は、イオン交換樹脂塔１５Ａに通水される加工液をアルカリ化するために必要であり、水中の不純物陰イオンをＯＨ^-に置換する。

Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂との混合樹脂からなるイオン交換樹脂塔１５Ａに加工液を通水させることによって、加工液中の不純物陽イオンがＮａ⁺に置換され、不純物陰イオンが水酸化物イオンに置換される。たとえば、加工液中に不純物陽イオンとしてＫ⁺が存在し、不純物陰イオンとしてＳＯ₄ ^2-が存在すると、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂では、次式（９）の反応によってＫ⁺がＮａ⁺と置換され、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂では、次式（１０）の反応によってＳＯ₄ ^2-がＯＨ^-と置換される。

Ｒ−ＳＯ₃ Ｎａ⁺＋Ｋ⁺→Ｒ−ＳＯ₃ Ｋ⁺＋Ｎａ⁺ ・・・（９）
Ｒ≡Ｎ−ＯＨ^-＋ＳＯ₄ ^2-→Ｒ≡Ｎ−ＳＯ₄ ^2-＋ＯＨ^- ・・・（１０）

上記（９）式によって、Ｎａ⁺は水のアルカリ化には直接関与しないが、水中の不純物陽イオンがＮａ⁺に置換され、また上記（１０）式によって、水中の不純物陰イオンがＯＨ^-に置換されるため、加工液はＮａＯＨ水溶液（アルカリ水）となる。

ＮａＯＨ水溶液濃度、導電率およびｐＨの間には相関があり、ＮａＯＨ水溶液濃度が決まれば、導電率およびｐＨも決まる。図３はＮａＯＨ水溶液における導電率とｐＨの関係を示す図である。この図３で、横軸は、ＮａＯＨ水溶液におけるｐＨを示し、縦軸はＮａＯＨ水溶液の導電率を示している。この図に示されるように、ＮａＯＨのｐＨが上昇すると導電率も上昇し、両者間には相関関係が存在する。つまり、導電率が決まればその導電率に対応するｐＨも決まる。したがって、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂の役割は導電率とｐＨとの間に相関性を持たせるために使用されるものである。より具体的には、加工液を強塩基性の水溶液とするために使用されるものである。このような理由により、導電率とｐＨとの間に相関性を持たせることができれば、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂に限られず、Ｃａ²⁺形またはＫ⁺形などの陽イオン交換樹脂を用いてもよい。

ここで、加工液液質制御装置の加工液の液質の制御手順について説明する。まず、加工原液を加工液（所定の導電率を有するイオン交換水（純水））にする手順について説明する。水槽１１Ａからの加工原液である淡水を、ポンプ２２によって、弁２１と切替部１６を介して純水化樹脂塔１４Ａに通水させて淡水中の不純物イオン（Ｎａ⁺、Ｃａ²⁺、Ｃｌ^-、ＳＯ₄ ^2-など）を除去し、導電率が数〜数十μＳ／ｃｍ程度の不純物イオン量の少ないイオン交換水（純水）を生成させる。ついで、イオン交換水をＮａ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂との混合樹脂を入れたイオン交換樹脂塔１５Ａに通水して、イオン交換水中の不純物陽イオンをＮａ⁺に置換し、不純物陰イオンをＯＨ^-に置換して加工液とする。その結果、イオン交換水はｐＨと導電率との間に相関性を有するアルカリ性のＮａＯＨ水溶液となる。

つぎに、加工液を制御する手順について説明する。上記の加工原液から生成されたイオン交換水は、放電加工装置の加工液として使用される。この加工液は、所定の導電率とｐＨを有する様に制御する必要があるが、イオン交換樹脂塔１５Ａに通水する前のイオン交換水中に含まれる陰イオン量がＯＨ^-に置換される量に対応するため、陰イオン量の大小の目安となる導電率を制御することで、イオン交換樹脂塔１５Ａによって生成されるＯＨ^-量、すなわちｐＨを制御することができる。つまり、導電率が所定のｐＨの値に対応する基準導電率よりも高い場合には、純水化樹脂塔１４Ａに通水させて、導電率すなわちｐＨを下げる。逆に、導電率が所定のｐＨの値に対応する基準導電率よりも低い場合には、イオン交換樹脂塔１５Ａに通水させて、導電率すなわちｐＨを上げる。

つぎに、図２の加工液液質制御装置を備える放電加工装置について説明する。図４は、図２の加工液液質制御装置を備える放電加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。放電加工装置は、被加工物３０１に放電加工処理を行う放電加工部３００と、放電加工部３００で使用された加工液を循環させて清浄にして再利用する加工液液質制御部１００Ａと、から構成される。

放電加工部３００は、加工液を蓄え被加工物３０１の放電加工処理を行う加工槽３０２と、被加工物３０１の上下から加工液を噴出させる上部加工液ノズル３０３および下部加工液ノズル３０４と、被加工物３０１に放電加工処理を施すためのワイヤ電極３０５と、ワイヤ電極３０５が巻回されるワイヤボビン３０６と、ワイヤボビン３０６から上部加工液ノズル３０３、下部加工液ノズル３０４を経由して張架されるワイヤ電極３０５を搬送、回収する回収ローラ３０７と、加工後のワイヤ電極３０５を回収する回収箱３０８と、を備える。この放電加工部３００の加工槽３０２内で被加工物３０１とワイヤ電極３０５の間に加工液を介して放電を発生させて放電加工処理が行われる。

加工液液質制御部１００Ａは、加工槽３０２から加工液が供給される汚液槽１２１と、汚液槽１２１から加工液を汲出す濾過ポンプ２３１と、濾過ポンプ２３１によって汲出された加工液を濾過する濾過フィルタ２３２と、濾過フィルタ２３２を通過した加工液を蓄える清液槽１２２と、清液槽１２２の加工液を放電加工部３００の上部加工液ノズル３０３および下部加工液ノズル３０４を介して被加工物３０１とワイヤ電極３０５の間に噴出させるための加工液ポンプ２３３と、加工液中の不純物イオンを除去する純水化樹脂が収納される純水化樹脂塔１４０と、清液槽１２２から加工液を吸い上げ純水化樹脂塔１４０へ供給する純水化樹脂ポンプ１６１と、清液槽１２２の加工液中の不純物を置換しアルカリ水化する防食樹脂を収容する防食樹脂塔１５０と、清液槽１２２から加工液を吸い上げ防食樹脂塔１５０へ供給する防食樹脂ポンプ１６２と、加工液の導電率を測定する導電率計１３０と、導電率計１３０の計測値を基に純水化樹脂ポンプ１６１および／または防食樹脂ポンプ１６２を作動させる切替制御部１７０と、を備える。

なお、このような構成の放電加工装置において、純水化樹脂塔１４０と防食樹脂塔１５０を通過した加工液は、再び清液槽１２２に戻される。また、清液槽１２２内の加工液は、加工液ポンプ２３３によって上部加工液ノズル３０３および下部加工液ノズル３０４からワイヤ電極３０５と被加工物３０１との間の空間に噴出され、加工液槽１２内に一時的に蓄えられる。

つぎに、図４に示されるワイヤ放電加工装置の放電加工処理時の動作について説明する。被加工物３０１とワイヤ電極３０５との間に電圧を印加し、上部加工液ノズル３０３と下部加工液ノズル３０４より噴出される加工液を介して放電を行わせ、被加工物３０１を溶融除去することにより加工を進める。このとき、ワイヤ電極３０５も放電加工に伴い放電部分が溶融、劣化するので加工の進行とともに新しいワイヤ電極３０５が加工部に供給されるように、加工中はワイヤボビン３０６に巻回されたワイヤ電極３０５は、上部加工液ノズル３０３、下部加工液ノズル３０４、回収ローラ３０７を経由して回収箱３０８に送り続けられる。上部加工液ノズル３０３および下部加工液ノズル３０４より噴出した加工液は、加工部に生ずるスラッジを流した後、不純物を多く含有した状態となり、加工槽３０２に一時蓄えられる。

ついで、加工槽３０２の加工液は、配管経路により汚液槽１２１に導かれ、汚液槽１２１の加工液は濾過ポンプ２３１により濾過フィルタ２３２に送られる。不純物を含有した加工液は濾過フィルタ２３２を通過することにより不純物が濾過され、濾過後の加工液は清液槽１２２に蓄えられる。清液槽１２２の加工液は、導電率計１３０により導電率が測定され、測定された結果は切替制御部１７０に送られる。

図５は、切替制御部による制御動作を示す図であり、図６は、切替制御部による切替処理の手順を示すフローチャートである。被加工物３０１への防食効果を損なわずに安定な放電加工を行うためには、加工液の導電率（ｐＨ値）を所定の設定値（基準導電率）に維持することが必要であり、切替制御部１７０はそのための制御処理を行う。図５に示されるように、導電率計１３０の測定値が設定値よりも高い場合には、純水化樹脂ポンプ１６１を作動させ、防食樹脂ポンプ１６２を停止させる。また、導電率計１３０の測定値が設定値よりも低い場合には、純水化樹脂ポンプ１６１を停止させ、防食樹脂ポンプ１６２を作動させる。

つまり、切替制御部１７０は、測定された加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値よりも高いか否かを判定し（ステップＳ１１１）、加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値より高い場合（ステップＳ１１１でＹｅｓの場合）には、純水化樹脂ポンプ１６１を作動し、防食樹脂ポンプ１６２を停止させる（ステップＳ１１２）。これにより、清液槽１２２の加工液は配管経路経由で純水化樹脂塔１４Ａに送られ、放電加工により生じた金属イオンや大気中の炭酸ガスの溶解による炭酸イオンなどの不純物イオンを取り除き、加工液の導電率（ｐＨ値）を低下させる。

また、加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値より低い場合（ステップＳ１１１でＮｏの場合）には、純水化樹脂ポンプ１６１を停止し、防食樹脂ポンプ１６２を作動させる（ステップＳ１１３）。これにより、ｐＨ値を維持して加工液の防食特性を損なわないようにするため、清液槽１２２の加工液は配管経路経由で防食樹脂塔１５０に送られ、加工液の導電率（ｐＨ値）を予め設定した設定値付近に保持するようにしている。以上のようにして、放電加工装置において放電加工処理が行われる。

以下に、この実施の形態２の装置構成での加工液の液質制御を行った処理結果を示す。純水化樹脂塔１４０にはＨ⁺形のアンバーライトＩＲ１２０Ｂ（ローム・アンド・ハース社の商品名）とＯＨ^-形のアンバーライトＩＲＡ４００Ｊ（ローム・アンド・ハース社の商品名）の混合物を用い、防食樹脂塔１５０にはＮａ⁺形のアンバーライトＩＲ１２０Ｂ（ローム・アンド・ハース社の商品名）とＯＨ^-形のアンバーライトＩＲＡ４００Ｊ（ローム・アンド・ハース社の商品名）の混合物を用いた。また、放電加工の初期状態として加工液液質制御部１００Ａの清液槽１２２に加工原液である水道水（導電率＝１４７μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝７．２）を注水し、導電率を制御するための設定値を１４μＳ／ｃｍとした。最初に、放電加工に適した導電率と防食作用を有する加工液（１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５）を生成するまでの過程について説明し、つぎに、生成した加工液を用いて加工浸漬した結果を説明する。

加工原液である水道水の導電率は１４７μＳ／ｃｍであるため、上記導電率を制御するための設定値よりも高いことから、上述した図６のフローチャートにしたがい、清液槽１２２内の加工液は純水化樹脂塔１４０に通水され、不純物イオンを除去する処理が繰り返される。その結果、導電率が１４μＳ／ｃｍで、ｐＨが６．２のイオン交換水が生成された。その後、清液槽１２２の加工液の導電率が１４μＳ／ｃｍ以下になると、防食樹脂塔１５０に加工液が通水され、上述した図６のフローチャートにしたがい、ｐＨ値が９．５に相当する導電率となるまで、不純物陰イオンを水酸化物イオンに置換する処理が繰り返される。

図７は、水道水の注水からの加工液の導電率とｐＨの時間による変化を示す図である。この図で、横軸は加工原液を注水した時刻（＝ｔ₀）からの時間を示し、左側の縦軸は加工液の導電率を示し、右側の縦軸は加工液のｐＨ値を示している。加工原液を注水した時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの間では、加工原液中の不純物イオンを除去し、所定の基準導電率となるまで下げている過程であり、加工液の導電率とｐＨとの間には相関が見られない。しかし、時刻ｔ₁で導電率が所定の設定値になると不純物陽イオンがＮａ⁺に置換され、不純物陰イオンがＯＨ^-に置換され、時刻ｔ₂で図４に示す導電率とｐＨの関係の線上にある導電率＝１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５の条件を満たす。そして、この時刻ｔ₂を過ぎると、導電率とｐＨとの間の関係によい相関関係が得られた。

その後、この導電率＝１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５のイオン交換水を加工液として、この加工液に超硬材料としてのＷＣ−Ｃｏと、金属材料としてのＣｕ，Ｆｅを４日間加工浸漬した。その結果、ＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅはごく僅かに変色している程度であり、腐食は軽微であった。

一方、比較例として、防食樹脂塔１５０に通水しないで純水化樹脂塔１４０のみに通水した導電率＝７．８μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝６．２のイオン交換水を加工液として、この加工液に、上記と同様にＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅを４日間加工浸漬した。その結果、ＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕは変色以上の腐食を呈した。

この実施の形態２によれば、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合物からなる純水化樹脂塔１４０によって加工液中の不純物イオンを所定の量とし、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合物からなる防食樹脂ポンプ１６２によって、さらにこの所定量の不純物イオンを所定の陽イオンと水酸化物イオンで置換して、加工液を強塩基性の水溶液とするようにしたので、加工液とｐＨとの間に相関関係を持たせることができるという効果を有する。その結果、ｐＨ計を備えなくても、加工液の導電率を測定するだけで加工液のｐＨを制御することができ、被加工物３０１の防食を可能にすることができる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、実施の形態１の純水化部と防食イオン生成部を、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂塔、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂塔およびＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔で構成した加工液液質制御装置と、この加工液液質制御装置を備える放電加工装置について説明する。

図８は、この発明にかかる加工液液質制御装置の実施の形態３の構成を模式的に示す図である。上述したように、この加工液液質制御装置１０Ｂは、実施の形態１の図１において、純水化部１４と防食イオン生成部１５とを、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂のみによって構成されるＨ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４Ｂ、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂のみによって構成されるＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５Ｂ、およびＯＨ^-形陰イオン交換樹脂のみによって構成されるＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８Ｂで構成し、これらのそれぞれの塔１４Ｂ，１５Ｂ，１８Ｂの水槽１１Ａと加工液槽１２側に設けられた切替部１６に相当する弁１６Ａ〜１６Ｃの開閉を制御することによって、純水化部１４として機能させたり、防食イオン生成部１５として機能させたりする。つまり、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４ＢとＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８Ｂに加工液を通水させることによって、実施の形態１の純水化部１４と同等の処理が実行され、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５ＢとＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８Ｂに加工液を通水させることによって、実施の形態１の防食イオン生成部１５と同等の処理が実行される。なお、この実施の形態３で使用される各イオン交換樹脂は、実施の形態２で示したものと同様のものを用いることができる。

ここで、加工液液質制御装置１０Ｂの加工液の液質の制御手順について説明する。まず、水槽１１Ａからポンプ２２によって送出される加工原液である淡水を、弁１６Ａ，１６Ｃを開き、弁１６Ｂを閉じることで、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４ＢとＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８Ｂに通水させる。これによって、淡水中の不純物イオン（Ｎａ⁺、Ｃａ²⁺、Ｃｌ^-、ＳＯ₄ ^2-など）を除去し、導電率が数〜数十μＳ／ｃｍ程度の不純物イオン量の少ないイオン交換水を生成させる。ついで、弁１６Ｂ，１６Ｃを開き、弁１６Ａを閉じることで、イオン交換水をＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５ＢとＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８Ｂに通水する。これによって、イオン交換水中の不純物陽イオンがＮａ⁺に置換され、不純物陰イオンがＯＨ^-に置換される。その結果、イオン交換水はｐＨと導電率との間に相関性を有するアルカリ性のＮａＯＨ水溶液となる。

ここで、防食イオン生成部１５に対応するＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５ＢとＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８Ｂに通水する前のイオン交換水中に含まれる陰イオン量がＯＨ^-に置換される量に対応するため、陰イオン量の大小の目安となる導電率を制御することで、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂によって生成されるＯＨ^-量、すなわちｐＨを制御することができる。

つぎに、図８の加工液液質制御装置を備える放電加工装置について説明する。図９は、図８の加工液液質制御装置を備える放電加工装置の構成の一例を模式的に示す図である。この放電加工装置は、被加工物３０１に放電加工処理を行う放電加工部３００と、放電加工部３００で使用された加工液を循環させて清浄にして再利用する加工液液質制御部１００Ｂと、から構成される。この実施の形態３の放電加工装置は、放電加工部３００は実施の形態２と同一であるが、加工液液質制御部１００Ｂの一部が実施の形態２のものとは異なる。以下では、実施の形態２と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分について説明する。

加工液液質制御部１００Ｂの清液槽１２２には、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂が収納されるＨ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４１と、清液槽１２２から加工液を吸い上げＨ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４１へ供給するＨ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６３と、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂が収納されるＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０と、清液槽１２２から加工液を吸い上げＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０へ供給するＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１８１と、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂が収納されるＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５１と、清液槽１２２から加工液を吸い上げＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５１へ供給するＮａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６４とが、備えられる。また、切替制御部１７０は、導電率計１３０の計測値を基にＨ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６３、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１８１およびＮａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６４の作動／停止の状態を制御する。なお、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４１、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０およびＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５１を通過した加工液は、再び清液槽１２２に戻される。

つぎに、図９に示される放電加工装置の放電加工処理時の動作について説明する。ただし、放電加工部３００における処理は、実施の形態２と同一の処理が行われるので、その説明を省略する。実施の形態２で説明したように、放電加工処理によって加工槽３０２に一時的に蓄えられた不純物を含有する加工液は、汚液槽１２１に導かれ、さらに不純物が濾過された後に、濾過後の加工液は清液槽１２２に蓄えられる。そして、清液槽１２２の加工液は、導電率計１３０により導電率が測定され、測定された結果は切替制御部１７０に送られる。

図１０は、切替制御部による制御動作を示す図であり、図１１は、切替制御部による切替処理の手順を示すフローチャートである。被加工物３０１への防食効果を損なわずに安定な放電加工を行うためには、加工液の導電率（ｐＨ値）を所定の設定値（基準導電率）に維持することが必要であり、切替制御部１７０はそのための処理を行う。図１０に示されるように、導電率計１３０の測定値が設定値より高い場合には、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６３とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１８１を作動させ、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６４は停止させて、清液槽１２２の加工液を配管経路経由でＨ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４１とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０に送る。また、加工中の加工液の導電率が設定値より低い場合には、ｐＨ値を維持して加工液の防食特性を損なわないようにするため、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１８１とＮａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６４を作動させ、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６３は停止させて、清液槽１２２の加工液を配管経路経由でＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０とＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５１に送る。

さらに、非加工中の加工液の導電率が設定値より低い場合には、非加工中における防食効果を維持するため、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１８１を作動させ、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６３とＮａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６４は停止させて、清液槽１２２の加工液を配管経路経由でＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０に送る。

つまり、切替制御部１７０は、測定された加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値より高いか否かを判定し（ステップＳ２１１）、加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値より高い場合（ステップＳ２１１でＹｅｓの場合）には、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６３とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１１８１を作動させ、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６４を停止させる（ステップＳ２１２）。これにより、清液槽１２２の加工液は配管経路経由でＨ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４１とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０に送られ、放電加工により生じた金属イオンや大気中の炭酸ガスの溶解による炭酸イオンなどの不純物イオンを取り除き、加工液の導電率（ｐＨ値）を低下させる。

また、加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値より低い場合（ステップＳ２１１でＮｏの場合）には、加工中か否かを判定する（ステップＳ２１３）。加工中である場合（ステップＳ２１３でＹｅｓの場合）には、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６３を停止させ、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１８１とＮａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６４を作動させる（ステップＳ２１４）。これにより、ｐＨ値を維持して加工液の防食特性を損なわないようにするため、清液槽１２２の加工液は配管経路経由でＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０とＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５１に送られ、加工液の導電率（ｐＨ値）を予め設定した設定値付近に保持するようにしている。

一方、非加工中である場合（ステップＳ２１３でＮｏの場合）には、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６３とＮａ⁺形陽イオン交換樹脂ポンプ１６４を停止させ、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１８１を作動させる（ステップＳ２１５）。これにより、ｐＨ値を維持して加工液の防食特性を損なわないようにするため、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂ポンプ１８１を作動させ、清液槽１２２の加工液を配管経路経由でＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０に送り、加工液の導電率（ｐＨ値）を上述の設定値付近に保持するようにする。

以下に、この実施の形態３の装置構成での加工液の制御を行った処理結果を示す。ここで、放電加工の初期状態として放電加工装置の清液槽１２２に加工原液である水道水（導電率＝１４７μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝７．２）を注水し、導電率制御の設定値を１４μＳ／ｃｍとした。最初に、放電加工に適した導電率と防食作用を有する加工液（１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５）を生成するまでの過程について説明し、つぎに、生成した加工液を用いて加工浸漬した結果を説明する。

加工原液である水道水の導電率は１４７μＳ／ｃｍであるため、上記導電率を制御するための設定値よりも高いことから、上述した図１１のフローチャートにしたがい、清液槽１２２内の加工液はＨ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４１とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０に通水され、不純物イオンを除去する処理が繰り返される。その結果、導電率が１４μＳ／ｃｍで、ｐＨが６．２のイオン交換水が生成された。その後、清液槽１２２の加工液の導電率が１４μＳ／ｃｍ以下になると、非加工中であるため（まだ、加工が開始されていないため）、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０に通水され、ｐＨ値が９．５に相当する導電率となるまで、不純物陰イオンを水酸化物イオンに置換する処理が繰り返される。なお、加工中においてはＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０とＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５１に通水され、ｐＨ値が９．５になるまで、図１１のフローチャートにしたがった処理を繰り返し実行する。このとき、イオン交換水の導電率は１４μＳ／ｃｍを示しており、導電率＝１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５は図１に示す導電率とｐＨの関係の線上にあり、導電率とｐＨとの間の関係によい相関関係が得られた。

その後、この導電率＝１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５のイオン交換水を加工液として、この加工液に超硬材料としてのＷＣ−Ｃｏと、金属材料としてのＣｕ、Ｆｅを４日間加工浸漬した。その結果、ＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅはごく僅かに変色している程度であり、腐食は軽微であった。

一方、比較例として、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０とＮａ⁺形陽イオン交換樹脂塔１５１に通水しないで、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂塔１４１とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔１８０のみに通水したイオン交換水（導電率＝７．８μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝６．２）を加工液とし、この加工液にＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅを４日間加工浸漬した。その結果、ＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅは変色以上の腐食を呈した。

この実施の形態３によれば、溶存酸素存在下においてＨ⁺形陽イオン交換樹脂、Ｎａ⁺形陽イオン交換樹脂、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の３種類イオン交換樹脂塔１４１，１５１，１８０と、導電率計１３０を用いて加工液の導電率とｐＨを制御することで超硬材料（ＷＣ−Ｃｏ）や金属材料（Ｃｕ，Ｆｅ）を防食できるという効果を有する。

実施の形態４．
この実施の形態４では、実施の形態１の純水化部にＨ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合樹脂からなる純水化樹脂塔を用い、防食イオン生成部にＮａ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-陰イオン交換樹脂の混合樹脂からなるイオン交換樹脂塔と電解水製造部を用いる加工液液質制御装置と、この加工液液質制御装置を備える放電加工装置について説明する。

図１２は、この発明にかかる加工液液質制御装置の実施の形態４の構成を模式的に示す図である。この加工液液質制御装置１０Ｃは、上述したように、実施の形態１の図１において、純水化部１４が、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-形陰イオン交換樹脂の混合樹脂からなる純水化樹脂塔１４Ａで構成され、防食イオン生成部１５が、防食イオン生成部１５にＮａ⁺形陽イオン交換樹脂とＯＨ^-陰イオン交換樹脂の混合樹脂からなるイオン交換樹脂塔１５Ａと、水酸化物イオンを生成する電解水製造部１５Ｃとによって構成され、これらの純水化樹脂塔１４Ａ、イオン交換樹脂塔１５Ａおよび電解水製造部１５Ｃの水槽１１Ａと加工液槽１２側には、切替部１６に対応する弁１６Ｄ〜１６Ｆがそれぞれ設けられている。また、電解水製造部１５Ｃによって生成された酸性を有する水を貯蔵する酸性水保管部１９をさらに備える。つまり、この実施の形態４の加工液液質制御装置１０Ｃは、実施の形態２の構成に、電解水製造部１５Ｃと酸性水保管部１９がさらに付加された構成を有する。なお、この実施の形態４で使用される各イオン交換樹脂は、実施の形態２で示したものと同様のものを用いることができる。また、実施の形態１，２と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略している。

電解水製造部１５Ｃは、水を電気分解することによって、陽極側に下記（１１）式によって酸性を有する水（以下、酸性水という）を生成し、陰極側で下記（１２）式によってアルカリ性を有する水（以下、アルカリ水という）を生成するものである。そして、このアルカリ水を加工液として使用する。なお、電解水製造部１５Ｃとして、たとえばアルカリ＆酸性イオン生成器（アクアシステム（株）製）やアルカリイオン整水器（松下電工（株）製）などの市販の電解水製造装置を使用することができる。

２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ ・・・（１１）
２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ→Ｈ₂＋２ＯＨ^- ・・・（１２）

酸性水保管部１９は、電解水製造部１５Ｃの陽極側で発生した酸性水を貯蔵する。これは、この実施の形態４の加工液液質制御装置１０Ｃにおいては、酸性水を使用しないからである。なお、この貯蔵された酸性水は、加工液槽１２内の加工液の入替えなどの際にアルカリ水と混合して中和させる際に使用される。

ここで、加工液液質制御装置の加工液の液質の制御手順について説明する。まず、水槽１１Ａからの加工原液である淡水を電解水製造部１５Ｃに導入すると、その陰極部でアルカリ水を生成させる。このアルカリ水は導電率が高いため、純水化樹脂に通水することによって導電率を所定値まで低減させて加工水としてのイオン交換水とする。

その後、放電加工装置の稼動によって、ワイヤ電極３０５などの腐食生成物（Ｃｕ²⁺，Ｚｎ²⁺などの金属イオン）および空気中の炭酸ガスの溶解（Ｈ⁺，ＣＯ₃ ^-）によって加工液の導電率が上昇すると、加工液をイオン交換樹脂塔１５Ａに通水することによって金属イオンをＮａ⁺に置換させて強塩基にした後、純水化樹脂塔１４Ａに通水することによって所定の導電率（ｐＨ値）になるように維持させる。この場合のｐＨの制御は、実施の形態２で説明した場合と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

つぎに、図１２の加工液液質制御装置を備える放電加工装置について説明する。図１３は、図１２の加工液液質制御装置を備える放電加工装置の構成の一例を示す図である。この放電加工装置は、被加工物３０１に放電加工処理を行う放電加工部３００と、放電加工部３００で使用された加工液を循環させて清浄にして再利用する加工液液質制御部１００Ｃと、から構成される。この実施の形態４の放電加工装置は、実施の形態２の放電加工装置の加工液液質制御部１００Ａに、防食イオンである水酸化物イオンを含むアルカリ水を生成して清液槽１２２に供給する電解水製造部１５２と、清液槽１２２から加工液を吸い上げ電解水製造部１５２へ供給する電解水用ポンプ１６５と、がさらに付加された構成を有する。なお、その他の構成要素は、実施の形態２と同一であるので、同一の符号を付してその説明を省略している。また、電解水製造部１５２で製造された酸性水は、この放電加工装置では、汚液槽１２１に貯蔵するようにしている。

つぎに、図１３に示される放電加工装置の放電加工処理時の動作について説明する。ただし、放電加工部３００による処理は、実施の形態２と同一の処理が行われるので、その説明を省略する。実施の形態２で説明したように、放電加工処理によって加工槽３０２に一時的に蓄えられた不純物を含有する加工液は、汚液槽１２１に導かれ、さらに不純物が濾過された後に、濾過後の加工液は清液槽１２２に蓄えられる。そして、清液槽１２２の加工液は、導電率計１３０により導電率が測定され、測定された結果は切替制御部１７０に送られる。

図１４は、切替制御部による制御動作を示す図であり、図１５は、切替制御部による切替処理の手順を示すフローチャートである。被加工物３０１への防食効果を損なわずに安定な放電加工を行うためには、加工液の導電率（ｐＨ値）は所定の設定値に維持することが必要であり、切替制御部１７０はそのための処理を行う。図１４に示されるように、導電率計１３０の測定値が設定値より高い場合には、純水化樹脂ポンプ１６１を作動させ、防食樹脂ポンプ１６２と電解水用ポンプ１６５を停止させて、清液槽１２２の加工液を配管経路経由で純水化樹脂塔１４０に送る。また、加工中の導電率計１３０の測定値が設定値より低い場合には、純水化樹脂ポンプ１６１を停止させ、防食樹脂ポンプ１６２と電解水用ポンプ１６５とを作動させて、清液槽１２２の加工液を配管経路経由で防食樹脂塔１５０と電解水製造部１５２に送る。

さらに、非加工中の導電率計１３０の測定値が設定値より低い場合には、非加工中における防食特性を損なわないようにするため、純水化樹脂ポンプ１６１と防食樹脂ポンプ１６２を停止させ、電解水用ポンプ１６５を作動させて、清液槽１２２の加工液を配管経路経由で電解水製造部１５２に送る。

つまり、切替制御部１７０は、測定された加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値より高いか否かを判定し（ステップＳ３１１）、加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値より高い場合（ステップＳ３１１でＹｅｓの場合）には、純水化樹脂ポンプ１６１を作動させ、防食樹脂ポンプ１６２と電解水用ポンプ１６５とを停止させる（ステップＳ３１２）。これにより、清液槽１２２の加工液は、配管経路経由で純水化樹脂塔１４０に送られ、放電加工により生じた金属イオンや大気中の炭酸ガスによる炭酸イオンなどの不純物イオンを取り除き、加工液の導電率（ｐＨ値）を低下させる。

また、加工液の導電率（ｐＨ値）が所定の設定値より低い場合（ステップＳ３１１でＮｏの場合）には、加工中か否かを判定する（ステップＳ３１３）。加工中である場合（ステップＳ３１３でＹｅｓの場合）には、純水化樹脂ポンプ１６１を停止させ、防食樹脂ポンプ１６２と電解水用ポンプ１６５を作動させる（ステップＳ３１４）。これにより、ｐＨを維持して加工液の防食特性を損なわないようにするため、清液槽１２２の加工液は配管経路経由で防食樹脂塔１５０と電解水製造部１５２に送られ、加工液の導電率（ｐＨ値）を予め設定した設定値付近に保持するようにしている。

一方、非加工中である場合（ステップＳ３１３でＮｏの場合）には、純水化樹脂ポンプ１６１と防食樹脂ポンプ１６２を停止させ、電解水用ポンプ１６５を作動させる（ステップＳ３１５）。このように、電解水用ポンプ１６５を作動させ、清液槽１２２の加工液を配管経路経由で電解水製造部１５２に送ることにより、ｐＨ値を維持して加工液の防食特性を損なわないようにする。つまり、非加工中は放電加工による金属イオンの発生がなく空気中の炭酸ガスの溶け込みによる炭酸イオンの発生が支配的であるため、加工液の導電率が上述の設定値より低くなれば、ｐＨ値を維持して加工液の防食特性を損なわないようにするため、加工液の導電率（ｐＨ値）を上述の予め設定した設定値付近に保持するようにしている。

以下に、この実施の形態４の装置構成での加工液の制御を行った処理結果を示す。ここで、放電加工の初期状態として放電加工装置に加工原液である水道水（導電率＝１４７μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝７．２）を注水し、導電率制御の設定値は１４μＳ／ｃｍとした。最初に、放電加工に適した導電率と防食作用を有する加工液（１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５）を生成するまでの過程について説明し、つぎに、生成した加工液を用いて加工浸漬した結果を説明する。

加工原液である水道水の導電率は１４７μＳ／ｃｍであるため、上記導電率を制御するための設定値よりも高いことから、図１５のフローチャートにしたがい、清液槽１２２内の加工液は純水化樹脂塔１４０に通水され、不純物イオンを除去する処理が繰り返される。その結果、導電率が１４μＳ／ｃｍ、ｐＨが６．２のイオン交換水が生成された。その後、清液槽１２２の加工液の導電率が１４μＳ／ｃｍ以下になると、非加工中であるため（まだ、加工が開始されていないため）、加工液は電解水製造部１５２に通水され、ｐＨ値が９．５に相当する導電率となるまで、不純物イオンを水酸化物イオンに置換する処理が繰り返される。なお、加工中においては電解水製造部１５２と防食樹脂塔１５０に通水され、ｐＨ値が９．５になるまで、図１５のフローチャートにしたがった処理を繰り返し実行する。このとき、イオン交換水の導電率は１４μＳ／ｃｍを示しており、導電率＝１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５は図３に示す導電率とｐＨの関係の線上にあり、導電率とｐＨとの間の関係によい相関関係が得られた。

その後、この導電率＝１４μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝９．５のイオン交換水を加工液として、この加工液に超硬材料としてのＷＣ−Ｃｏと、金属材料としてのＣｕ，Ｆｅを４日間加工浸漬した。その結果、ＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅはごく僅かに変色している程度であり、腐食は軽微であった。

一方、比較例として、防食樹脂塔１５０と電解水製造部１５２に通水しないで純水化樹脂塔１４０のみに通水したイオン交換水（導電率＝２．６μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝６．２）を加工液とし、この加工液にＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅを４日間加工浸漬した。その結果、ＷＣ−Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅは変色以上の腐食を呈した。

この実施の形態４によれば、溶存酸素存在下において、導電率計１３０、純水化樹脂塔１４０、防食樹脂塔１５０、電解水製造部１５２を用いて、加工液をアルカリ性水溶液とし、その導電率を測定することで、ｐＨ計を用いずに加工液の導電率とｐＨを制御し、超硬材料（ＷＣ−Ｃｏ）や金属材料（Ｃｕ，Ｆｅ）を防食することができるという効果を有する。

以上のように、この発明にかかる加工液液質制御装置は、加工液中で行われる放電加工処理と加工液中での加工処理終了後の保存処理が長時間にわたる放電加工処理方法に有用である。

Claims (14)

1. 加工液を貯留する加工液槽と、
   前記加工液槽内の加工液から不純物イオンが所定量となるように不純物イオンを除去して純水を生成する純水化手段と、
   前記加工液槽内の加工液中の不純物陽イオンを所定の陽イオンに置換し、不純物陰イオンを防食イオンに置換する防食イオン生成手段と、
   前記加工液槽内の加工液を、前記純水化手段または前記防食イオン生成手段のいずれかに切替えて送水する切替手段と、
   前記加工液槽内の加工液の導電率を測定する導電率測定手段と、
   前記導電率測定手段によって測定された導電率に基づいて、前記加工液を前記純水化手段または前記防食イオン生成手段のいずれかに送水するように、前記切替手段を制御する切替制御手段と、
   を備えることを特徴とする加工液液質制御装置。
2. 前記切替制御手段は、前記加工液が所定の導電率よりも高い値を示す場合に、前記加工液を前記純水化手段に送水し、前記加工液が所定の導電率よりも低い値を示す場合に、前記加工液を前記防食イオン生成手段に送水することを特徴とする請求項１に記載の加工液液質制御装置。
3. 前記所定の導電率は、前記加工液のｐＨの値が８．５〜１０．５に対応する導電率であることを特徴とする請求項２に記載の加工液液質制御装置。
4. 前記所定の導電率は、７０μＳ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の加工液液質制御装置。
5. 前記防食イオン生成手段は、不純物陽イオンをアルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンに置換し、前記不純物陰イオンを水酸化物イオンに置換して、アルカリ性水溶液を生成することを特徴とする請求項１に記載の加工液液質制御装置。
6. 前記純水化手段は、Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂と、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂とを含んで構成され、
   前記防食イオン生成手段は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のイオンをイオン交換基に有する陽イオン交換樹脂と、ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の加工液液質制御装置。
7. 前記防食イオン生成手段は、前記加工液を電気分解して得られる水酸化物イオンを含むアルカリ水を製造する電解水製造機能をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の加工液液質制御装置。
8. 前記純水化手段と前記防食イオン生成手段は、
   Ｈ⁺形陽イオン交換樹脂を含むＨ⁺形陽イオン交換樹脂塔と、
   ＯＨ^-形陰イオン交換樹脂を含むＯＨ^-形陰イオン交換樹脂塔と、
   アルカリ金属またはアルカリ土類金属のイオンをイオン交換基に有する陽イオン交換樹脂を含む陽イオン交換樹脂塔と、
   から構成されることを特徴とする請求項１に記載の加工液液質制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の加工液液質制御装置を備える放電加工装置。
10. 加工液槽内の加工液のｐＨを、前記加工液の導電率を用いて制御する加工液液質制御方法であって、
    加工液中に含まれる不純物イオンの濃度が所定の範囲となるように前記加工液中から不純物を除去する第１の工程と、
    所定の不純物イオン濃度となった前記加工液中の残留した不純物陰イオンを防食イオンで置換する第２の工程と、
    防食イオンを含む前記加工液の導電率に基づいて、前記加工液中の防食イオン量を制御する第３の工程と、
    を含むことを特徴とする加工液液質制御方法。
11. 前記防食イオンは、水酸化物イオンであることを特徴とする請求項１０に記載の加工液液質制御方法。
12. 前記水酸化物イオンは、前記加工液の電気分解によって生じる水酸化物イオンを使用することを特徴とする請求項１１に記載の加工液液質制御方法。
13. 前記第２の工程では、前記加工液中の残留した不純物陽イオンをアルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンで置換し、不純物陰イオンを水酸化物イオンで置換して、前記加工液をアルカリ性水溶液にすることを特徴とする請求項１０に記載の加工液液質制御方法。
14. 前記第４の工程では、前記測定された導電率が所定値よりも高い場合には、前記加工液の不純物イオンを除去し、前記測定された導電率が所定値よりも低い場合には、前記加工液の不純物イオンを防食イオンに置換する処理を行うことを特徴とする請求項１０に記載の加工液液質制御方法。
    
    
    

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