JPWO2011074043A1 - 液質調整装置及び液質調整方法並びにワイヤ放電加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、被加工物には鉄系材料が用いられることが多く、脱イオン化された加工液では金型用鋼や工具鋼などの鉄系金属を加工する際に鉄系金属が腐食することから、加工精度に影響を与えることが問題となっていた。そこで、防食イオンを用いる方法が知られている。
特許文献2では、加工液の導電率が所定の値よりも大きい場合には純水化部に通水し、その他の場合には防食イオン生成部に通水させている。そのため、純水化部に通水している間は、防食イオン生成部へは通水されていないが、実際には純水化樹脂部への通水時間はそれほど長くない。
したがって、長時間にわたり防食イオン生成部に通水される結果となるため、防食イオン生成部で使用される樹脂の寿命が短いことが問題であった。
まず、陽イオン形樹脂と陰イオン形樹脂を併用する防食樹脂と、純水化樹脂と、から構成されるイオン交換樹脂への通水を制御する本発明の原理について、図1と図2を用いて説明する。
図1は、防食イオン濃度と導電率の関係を示す図であり、横軸は防食イオン濃度、縦軸は導電率である。
ここで、陽イオン形樹脂に担持する陽イオンは、水への溶解度が大きく、かつ水中のカチオンを簡便に定量できる計測器が必要となる観点から、ナトリウムイオン(Na+)、カリウムイオン(K+)、カルシウムイオン(Ca2+)のいずれかの1種を用いるのが好適である。
また、陰イオンは、一般的にNO2 −を用いるが、防食効果が得られるイオンであれば他のイオン、たとえばMoO4 2−やWO4 2−を用いてもよい。
加工液の導電率が第一の基準値を上回るBの状態において、純水化樹脂へ通水させると、加工液は純水化樹脂によって脱イオン化され加工液の防食イオン濃度、導電率ともに低下し、第二の基準値を下回るCの状態に達する。
Cの状態において、純水化樹脂への通水を停止させ、防食樹脂へ通水させると、防食樹脂によって加工液中のイオンは防食イオンに交換されるため、導電率の上昇とともに防食イオン濃度も高くなり、第三の基準値を上回ると防食樹脂への通水を停止し、Aの状態へ復帰する。
図中の曲線は、加工液の導電率を示しており、いずれの樹脂にも通水せず導電率が第三の基準値にあるAの状態から、時間とともに上昇した導電率が第一の基準値に達する(Bの状態)と、純水化樹脂へ通水され、第二の基準値まで低下する(Cの状態)。
第二の基準値になると、純水化樹脂への通水を停止させ、防食樹脂へ通水させる。
導電率が徐々に上昇し、第三の基準値に達すると、防食樹脂への通水を停止する(Aの状態)。
図3は、ワイヤ放電加工装置に本発明の液質調整装置を備えた構成を示す構成図である。
図において、被加工物は加工液が貯留された加工槽1内に載置され、ワイヤ電極と所定間隙離間した状態でパルス放電を行うことで加工が進行する。
加工に伴いスラッジを含んだ加工液は、第1のポンプ2によりろ過するフィルタ4を介してスラッジを除去した状態で清液槽5に送水し、清液槽5に加工液を貯留する。
そして、清液槽5の加工液は第2のポンプ3により加工槽1に送水され、加工が実施される。
また、清液槽5に貯留された加工液は、第1の通水装置6を介して純水化樹脂9に送られ加工液を脱イオン化されると共に、第2の通水装置7を介して防食樹脂8に送られ加工液中のイオンを防食イオンに交換する。
なお、清液槽5に貯留された加工液の導電率を測定する測定装置10からの測定結果に基づき、比較装置12にて導電率の第一の基準値、第二の基準値、第三の基準値、と比較され、制御装置13によって第1の通水装置6、第2の通水装置7の通水制御が実施される。
ここで、導電率の第一の基準値、第二の基準値、第三の基準値は、予め記憶装置11に記憶されている。
第三の基準値は、第一の基準値と第二の基準値の間で、防食効果を得るために必要な値である。たとえば、第一の基準値を12μS/cm、第二の基準値を8μS/cm、第三の基準値を9.5μS/cmとすることができる。
清液槽5に貯留されている加工液の導電率は清液槽5内に設置された測定装置10で測定され、その測定された導電率は比較装置12へ出力される。
比較装置12では、記憶装置11に記憶されている値と測定装置10から入力された測定値を比較し、加工液の導電率が第一の基準を上回るとワイヤ放電加工に適さない導電率と判断し、純水化樹脂9へ通水させることで導電率を下げるための処理を行う。純水化樹脂9と防食樹脂8を同時に通水させると、防食樹脂8で置換した防食イオンが純水化樹脂9により消費され、防食イオンへの交換効率が悪くなる。そのため、純水化樹脂9へ通水させているときは防食樹脂8への通水を停止させる。
純水化樹脂9への通水に伴い、導電率低減を図ることで、加工液の導電率が第二の基準値を下回ると純水化樹脂9への通水を停止して防食樹脂8へ通水させ、鉄系金属に対する防食効果を得るために加工液中の陰イオンを防食イオンであるNO2 -に置換させるための処理を行う。
制御装置13によって防食樹脂8あるいは純水化樹脂9へ通水された加工液は、防食樹脂8へ通水された場合は加工液中のイオンが防食イオンに置き換えられ、純水化樹脂9へ通水された場合は、脱イオン化されて清液槽5へ戻される。
図4に本発明の実施の形態2で述べるワイヤ放電加工装置を示す。
本実施の形態は、実施の形態1における図3に、第三の基準値を変更する入力手段14を追加したものである。
上述した実施の形態1では、第三の基準値は予め記憶手段11に記憶された固有の値であるが、本実施の形態では、記憶装置11に記憶されている第三の基準値を目的により調節できる点が異なっている。
また、防食樹脂8への通水を開始する導電率を第二の基準値よりも大きい値で第四の基準値として、記憶装置11に記憶させてもよい。
この場合、導電率を低下させる過程において、第一の基準値で純水化樹脂への通水を開始し、第二の基準値で純水化樹脂への通水を停止させる。下限値である第二の基準値を下回り、導電率が上昇する過程において、第二の基準値と等しいかあるいは大きい第四の基準値で防錆樹脂への通水を開始し、第一の基準値よりも小さい第三の基準値で防食樹脂への通水を停止させる。
なお、第一、第二、第三、第四の基準値は、「第一の基準値≧第三の基準値>第四の基準値≧第二の基準値」の関係を満たし、通常は第二の基準値と第四の基準値は等しい値としておく。通水時間を変更する手段として、第四の基準値を設け、下限値である第二の基準値で防食樹脂への通水を開始するのではなく、純水化樹脂と防食樹脂の双方を停止させる。導電率が上昇に転じ、第四の基準値を上回ると、防食樹脂に通水を開始し、第三の基準値で防食樹脂への通水を停止させる。第四の基準値と第二の基準値が等しい場合、実施の形態1と同様となる。
図5に本発明の実施の形態3で述べるワイヤ放電加工装置を示す。
本実施の形態は、実施の形態1における図3に、純水化樹脂9への通水状態を検知する通水センサ15と、防食樹脂8への通水装置7を制御する第二の制御装置16と、タイマー17が追加したものである。
純水化樹脂9への通水は実施の形態1と同様なものであるが、防食樹脂8への通水は制御装置13によるものではなく、純水化樹脂9の管路へ設置した通水センサ15の出力により第二の制御装置16で制御する点が異なっている。
通水センサ15は、純水化樹脂9への通水状態を検知して信号を出力し、純水化樹脂9への通水が停止すると、第二の制御装置16は、防食樹脂8へ通水させ、タイマー17で設定されたある一定時間たとえば20〜30分程度経過すると、防食樹脂8通水を停止させるように第二の通水装置7を制御する。タイマーの値は、事前の通水時間とその通水時間に伴う防食イオン濃度の関係から、防食効果を得るために必要な通水時間を設定する。
また、記憶装置11に記憶する第三の基準値が不要であるため、実施の形態1にくらべ、センサの出力に対するオンオフ制御になるため処理が簡便に制御することができる。
図6は本発明の実施の形態4で述べるワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。
本実施の形態は、実施の形態3における図5に防食樹脂8への積算流量を記録する積算流量記録装置18と積算流量記録装置18の出力によりタイマー17の時間を設定する時間設定装置19が追加されたものである。
防食樹脂に担持されている防食イオンは積算流量の増加とともに減少し、同じ通水時間では使用を始めてからの経過時間により濃度が低下するため、通水量変更手段として、タイマー17に設定する時間を徐々に長くし、第2の制御手段16を介して通水量を増大させる方が望ましい。
第二の制御装置16は、通水センサ15により純水化樹脂9への通水が停止したことを検知すると防食樹脂8への通水を開始し、積算流量記録装置18からの積算流量の増加に伴い時間設定装置19により通水時間が長くなるように設定されたタイマー17の時間分通水を実施する。
なお、積算流量が増加すると一定の通水量に対する防食樹脂8が交換できる防食イオンの量が減少するため、通水時間を長くすることで所定のイオン濃度を確保することができる。
積算流量記録装置18の出力より時間設定装置19で設定した通水時間が経過すると防食樹脂8への通水を停止させるように第二の通水装置7を制御する。
なお、樹脂を交換すると積算量もリセットされることは言うまでもない。
図7に本発明の実施の形態5で述べる液質調整装置を示す。
実施の形態5では純水化樹脂9はワイヤ放電加工装置の一部であるが、防食樹脂8はワイヤ放電加工装置とは独立して別に設置されており第二の測定装置20と第二の記憶装置21と第二の比較装置22を備える。
純水化樹脂9への通水は実施の形態1と同様に、加工液の導電率が測定される導電率の最大値である第一の基準値に達したとき、純水化樹脂9へ通水され、導電率が低下し最小値である第二の基準値に達すると純水化樹脂9への通水を停止するように、制御装置13は第一の通水装置6を制御する。
第二の記憶装置21は、実施の形態1と同様に、純水化樹脂9への通水を制御するための第一の基準値と第二の基準値が明らかな場合、第一の基準値と第二の基準値の間にある値を第三の基準値とし、第一、第二、第三の基準値を記憶する。
第一の基準値と第二の基準値が不明、すなわち加工液の比抵抗値の制御方法が不明な場合、第二の測定装置20で測定される放電加工に適用可能な導電率の最大値を第一の基準値とし、最小値を第二の基準値として、また第二の基準値からたとえば2μS/cm増加した値を第三の基準値として記憶する。
このとき、第三の基準値は第一の基準値を超えない範囲で設定する。
第二の制御装置16は、第二の比較装置22の出力により、加工液の導電率が第二の基準値よりも下回ると防食樹脂8へ通水させ、第三の基準値を上回ると防食樹脂8への通水を停止させるように制御する。
図8に本発明の実施の形態6で述べる液質調整装置を示す。
本実施の形態は、実施の形態5における図7に、第三の基準値を変更する入力手段14を追加したものである。
上述した実施の形態5では、第三の基準値は固有の値であるが、本実施の形態では、実施の形態2と同様に、第二の記憶装置21に記憶されている第三の基準値を目的により調節できる点が異なっている。
また、防食樹脂8への通水を開始する導電率を第二の基準値よりも大きい値で第四の基準値として、記憶装置11に記憶させてもよい。このとき、第一、第二、第三、第四の基準値は、実施の形態2と同様に「第一の基準値≧第三の基準値>第四の基準値≧第二の基準値」のような関係を満たし、通常は第二の基準値と第四の基準値は等しい値としておく。
図9に本発明の実施の形態7で述べる液質調整装置を示す。
本実施の形態は、実施の形態5と同様に純水化樹脂9はワイヤ放電加工装置の一部であるが、防食樹脂8はワイヤ放電加工装置とは独立して別に設置されており、純水化樹脂9への通水状態を検知する通水センサ15と防食樹脂8への通水時間を測定するタイマー17と第二の通水装置7を制御する第二の制御装置16を備える。
なお、通水センサ15、第二の制御装置16、タイマー17は、実施の形態3と同様の設定がなされている。
図10に本発明の実施の形態8で述べる液質調整装置を示す。
本実施の形態は、実施の形態7の装置構成に、防食樹脂8への積算流量を記録する積算流量記録装置18と防食樹脂への通水時間を設定する時間設定装置19が追加されたものである。
なお、積算流量記録装置18、時間設定装置19は、実施の形態4と同様の設定がなされている。
防食樹脂に担持されている防食イオンは積算流量の増加とともに減少し、同じ通水時間では使用を始めてからの経過時間により濃度が低下するため、積算流量記録装置18より積算流量の増加に伴い通水時間が長くなるようにタイマー17の時間を設定する。
第二の制御装置16は、通水センサ15により純水化樹脂9への通水が停止したことを検知すると防食樹脂8への通水を開始し、積算流量記録装置18の出力より時間設定装置19で設定した通水時間が経過すると防食樹脂8への通水を停止させるように第二の通水装置7を制御する。
図11に本発明の実施の形態9で述べるワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。
本実施の形態は、実施の形態1における図3にタイマー17を設けたものである。
測定装置10により測定された加工液の導電率が第三の基準値を上回り、防錆樹脂8、純水化樹脂9への通水がともに停止すると、加工液の導電率が徐々に上昇してくる。
導電率が上昇する過程において、ワイヤ電極により銅付着した荒加工面の面積が大きい被加工物が加工槽内あるといった防食イオンが過剰に消費された場合、導電率に影響する防食イオンが減少するため導電率の上昇は抑えられるため、第一の基準値に達するまでの時間が非常に長くなる。
そのため、防食効果を得られる防食イオン濃度が確保できていないにも関わらず、防食イオンを供給することができないという状況が発生する。
そこで、実験的に求められた防食イオン濃度が極端に低下しない時間であって、タイマー17に設定した所定の時間内に第一の基準値に導電率が達しない場合、制御手段13により強制的に純水化樹脂9へ通水させるように制御する。
これは、第一の基準値に達するまで、防食樹脂8へ通水してもよいが、防食樹脂8の寿命を考慮すると、純水化樹脂9で導電率を低下させてから防食樹脂8へ通水させる方が望ましいためである。
純水化樹脂9により導電率を低下させるB→Cの状態、防食イオンを供給するC→Aの状態における時間はほぼ一定であることが実験的にわかっているが、A→Bの状態は周辺環境や条件により1時間から24時間以上と大きくばらつく。
A→Bへの状態が1時間以内と非常に短い場合を除き、タイマーに設定する時間によって制御1サイクルにおける防食樹脂への通水時間を決めることができる。
通常の荒加工の状態であれば、1時間以内に第一の基準値まで導電率が上昇することはほとんどないと考えてよい。B→Cの状態が約10分、C→Aの状態が約20分とすると、タイマーの値を10分に設定すれば、1サイクルに対する防食樹脂への通水時間は1/2となり、従来の連続通水にくらべ、寿命が約2倍になるといえる。
導電率の上昇が遅い場合、タイマーの時間が短いほど、防食イオン濃度は確保できるが防食樹脂の寿命は短くなる。
Claims (16)
- 加工液を脱イオン化させる純水化手段と、
加工液中のイオンを防食イオンに交換する防食手段と、
加工液の導電率の実測値を測定する導電率測定手段と、
前記加工液における加工可能な導電率の上限値となる第一の基準値、下限値となる第二の基準値、第一の基準値と第二の基準値の間にある第三の基準値、を予め記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された基準値と、前記導電率測定手段で測定された加工液の導電率実測値とに基づいて、前記純水化手段、防食手段への加工液の通水を制御する制御手段と、
を備えた液質調整装置において、
前記制御手段は、加工液の導電率が第一の基準値を上回る場合は純水化手段のみに通水させ、加工液の導電率が第二の基準値を下回ると純水化手段への通水を停止させると共に前記防食手段のみに通水させ、加工液の導電率が第三の基準値を上回ると防食手段への通水を停止させるように制御することを特徴とする液質調整装置。 - 前記第三の基準値を変更する入力手段を備え、防食手段への通水制御を調整することを特徴とする請求項1に記載の液質調整装置。
- 加工液を脱イオン化させる純水化手段と、
加工液中のイオンを防食イオンに交換する防食手段と、
加工液の導電率の実測値を測定する導電率測定手段と、
前記加工液における加工可能な導電率の上限値となる第一の基準値、下限値となる第二の基準値、を予め記憶する記憶手段と、
前記純水化手段への通水状況を判断する通水判断手段と、
この記憶手段に記憶された基準値と、前記導電率測定手段で測定された加工液の導電率実測値とに基づいて、前記純水化手段への加工液の通水を制御する第1の制御手段と、
前記通水判断手段による通水状況に応じて前記防食手段への通水を制御する第2の制御手段と、
を備えた液質調整装置において、
前記第1の制御手段は、加工液の導電率が第一の基準値を上回る場合は純水化手段のみに通水させ、加工液の導電率が第二の基準値を下回ると純水化手段への通水を停止させ、
前記第2の制御手段は、純水化手段への通水停止後、前記防食手段へ予め定められた通水流量となるまで通水させることを特徴とする液質調整装置。 - 防食手段の過去から現在に至る積算流量を記録する積算流量記録手段と、
該積算流量記録手段で記録された前記防食手段への通水状況に応じて防食手段への通水量を変更させる通水量変更手段と、
を備え、前記防食手段への積算流量の増加に伴い、前記防食手段への通水量を増加させることを特徴とする請求項3に記載の液質調整装置。 - 純水化樹脂により、清液槽に貯留されている加工液がワイヤ放電加工に適した導電率となるように前記純水化樹脂への通水制御が行われるワイヤ放電加工装置に組み合わせる液質調整装置であって、
加工液中のイオンを防食イオンに交換する防食手段と、
加工液の導電率の実測値を測定する導電率測定手段と、
前記加工液における加工可能な導電率の下限値となる第二の基準値、第二の基準値と加工可能な導電率の上限値の間にある第三の基準値、を記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された基準値と、前記導電率測定手段で測定された加工液の導電率実測値とに基づいて、前記加工液の導電率が第二の基準値を下回ると前記防食手段に通水させ、前記加工液の導電率が第三の基準値を上回ると防食手段への通水を停止させるように制御することを特徴とする液質調整装置。 - 前記第三の基準値を変更する入力手段を備え、防食手段への通水制御を調整することを特徴とする請求項5に記載の液質調整装置。
- 純水化樹脂により、清液槽に貯留されている加工液がワイヤ放電加工に適した導電率となるように前記純水化樹脂への通水制御が行われるワイヤ放電加工装置に組み合わせる液質調整装置であって、
加工液中のイオンを防食イオンに交換する防食手段と、
前記純水化手段への通水状況を判断する通水判断手段と、
前記通水判断手段による前記純水化手段への通水停止を検出すると、前記防食手段へ予め定められた通水流量となるまで通水させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする液質調整装置。 - 防食手段の過去から現在に至る積算流量を記録する積算流量記録手段と、
該積算流量記録手段で記録された前記防食手段への通水状況に応じて防食手段への通水量を変更させる通水量変更手段と、
を備え、前記防食手段への積算流量の増加に伴い、前記防食手段への通水量を増加させることを特徴とする請求項7に記載の液質調整装置。 - 前記制御手段は、加工液の導電率が第三の基準値を上回った後、一定時間経過しても導電率が第一の基準値を上回らない場合、あるいは一定時間内に第一の基準値を上回る場合は純水化手段のみに通水させ、加工液の導電率が第二の基準値を下回ると純水化手段への通水を停止させるとともに、前記防食手段にのみ通水させ、加工液の導電率が第三の基準値を上回ると防食手段への通水を停止させるように制御することを特徴とする請求項1乃至8何れかに記載の液質調整装置。
- 加工液を脱イオン化させる純水化手段と、
加工液中のイオンを防食イオンに交換する防食手段と、
加工液の導電率の実測値を測定する導電率測定手段と、
前記加工液における加工可能な導電率の上限値となる第一の基準値、下限値となる第二の基準値、第一の基準値と第二の基準値の間にある第三の基準値、を予め記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された基準値と、前記導電率測定手段で測定された加工液の導電率実測値とに基づいて、前記純水化手段、防食手段への加工液の通水を制御する制御手段と、
を備えた液質調整装置における液質調整方法において、
加工液の導電率が第一の基準値を上回る場合は純水化手段のみに通水させ、加工液の導電率が第二の基準値を下回ると純水化手段への通水を停止させると共に前記防食手段のみに通水させ、加工液の導電率が第三の基準値を上回ると防食手段への通水を停止させるように制御することを特徴とする液質調整方法。 - 加工液を脱イオン化させる純水化手段と、
加工液中のイオンを防食イオンに交換する防食手段と、
加工液の導電率の実測値を測定する導電率測定手段と、
前記加工液における加工可能な導電率の上限値となる第一の基準値、下限値となる第二の基準値、を予め記憶する記憶手段と、
前記純水化手段への通水状況を判断する通水判断手段と、
この記憶手段に記憶された基準値と、前記導電率測定手段で測定された加工液の導電率実測値とに基づいて、前記純水化手段への加工液の通水を制御する第1の制御手段と、
前記通水判断手段による通水状況に応じて前記防食手段への通水を制御する第2の制御手段と、
を備えた液質調整装置における液質調整方法において、
加工液の導電率が第一の基準値を上回る場合は純水化手段のみに通水させ、加工液の導電率が第二の基準値を下回ると純水化手段への通水を停止させ、純水化手段への通水停止後、前記防食手段へ予め定められた通水流量となるまで通水させることを特徴とする液質調整方法。 - 防食手段の過去から現在に至る積算流量を記録し、前記防食手段への積算流量の増加に伴い、前記防食手段への通水量を増加させることを特徴とする請求項11に記載の液質調整方法。
- 被加工物とワイヤ電極とを所定間隙離間し、両者に所定電圧を印加することで放電を発生させ加工を行うワイヤ放電加工装置において、
加工液を脱イオン化させる純水化手段と、
加工液中のイオンを防食イオンに交換する防食手段と、
加工液の導電率の実測値を測定する導電率測定手段と、
前記加工液における加工可能な導電率の上限値となる第一の基準値、下限値となる第二の基準値、第一の基準値と第二の基準値の間にある第三の基準値、を予め記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された基準値と、前記導電率測定手段で測定された加工液の導電率実測値とに基づいて、加工液の導電率が第一の基準値を上回る場合は純水化手段のみに通水させ、加工液の導電率が第二の基準値を下回ると純水化手段への通水を停止させると共に前記防食手段のみに通水させ、加工液の導電率が第三の基準値を上回ると防食手段への通水を停止させるように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工装置。 - 前記第三の基準値を変更する入力手段を備え、防食手段への通水制御を調整することを特徴とする請求項13に記載のワイヤ放電加工装置。
- 被加工物とワイヤ電極とを所定間隙離間し、両者に所定電圧を印加することで放電を発生させ加工を行うワイヤ放電加工装置において、
加工液を脱イオン化させる純水化手段と、
加工液中のイオンを防食イオンに交換する防食手段と、
加工液の導電率の実測値を測定する導電率測定手段と、
前記加工液における加工可能な導電率の上限値となる第一の基準値、下限値となる第二の基準値、を予め記憶する記憶手段と、
前記純水化手段への通水状況を判断する通水判断手段と、
この記憶手段に記憶された基準値と、前記導電率測定手段で測定された加工液の導電率実測値とに基づいて、加工液の導電率が第一の基準値を上回る場合は純水化手段のみに通水させ、加工液の導電率が第二の基準値を下回ると純水化手段への通水を停止させる第1の制御手段と、
前記通水判断手段による通水状況に応じて、純水化手段への通水停止後、前記防食手段へ予め定められた通水流量となるまで通水させる第2の制御手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工装置。 - 防食手段の過去から現在に至る積算流量を記録する積算流量記録手段と、
該積算流量記録手段で記録された前記防食手段への通水状況に応じて防食手段への通水量を変更させる通水量変更手段と、
を備え、前記防食手段への積算流量の増加に伴い、前記防食手段への通水量を増加させることを特徴とする請求項15に記載のワイヤ放電加工装置。
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