WO1993022094A1

WO1993022094A1 - Method of ion exchange treatment in the production and regeneration of aqueous electrical discharge machining fluid

Info

Publication number: WO1993022094A1
Application number: PCT/JP1993/000572
Authority: WO
Inventors: Nobuyuki Takahashi
Original assignee: Sodick Co., Ltd.
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1993-11-11
Also published as: DE4391902C2; DE4391902T1; US5464959A

Description

明細書

水系放電加工液の製造及び再生におけるィォン交換処理法技術分野

本発明は、水系放電加工液の製造及び再生におけるイオン交換処理方法に関する、さらに特定して言えば、イオン交換処理により、所望の電気伝導度に調整された形彫り放電加工用あるいはワイヤカット放電加工用の加工液を生成する方法に関する。

背景技術

金属性の被加工物を放電によって加工する放電加工では、放電は誘電性媒体中で行われる。その誘電性媒体として、火災発生の危険性ない、水系放電加工液が多く用いられるようになってきている。

形彫り放電加工では、油系放電加工液に代えて、放電加工効率を向上する水溶性高分子化合物を溶解した水溶液を、水系放電加工液として用いること力ある。

—方、走行ワイヤを電極として使用し、被加工物のスタート孔にワイヤを揷通し、放電点付近に加工液を供給しながら、ワイヤと被加工物との間で放電させて、被加工物を所定の形状に加工するワイヤカツト放電加工では、被加工物を誘鼋性液体に浸漬することなく、加工間隙への噴流のみで加工を行うことがあるため、一般に、水が水系放電加工液として用いられている。以下、水系放電加工液を ^Γ加工液」と略称し、水系放電加工液をワイヤカツト放電加工用に限定して用いる場合には、 Γ水加工液 J と称する。

水加工液としては、純水（イオン交換処理して全てのイオンを完全に近い状態にまで除去した水）が理想であるが、加工効率の低下、費用の低減、および操作の簡便化などの観点から、水道水に純水を混合し、電気伝導度を数〜数十 S /era程度に調整した水が、一般的に使用されている。

しかし、ワイヤカツト放電加工装置および被加工物が塩素イオンに常時さらきれるとピッチング ·コロージヨン（針穴状電気腐食）及び電蝕による錡等が生じる'傾向がある。また、ピッチング'コロ一ジョンを受けた被加工物は、製品の品質上、望ましくない。

そのため、純:^をそのまま水道水と混合して電気伝導度を調整する場合にも、その混合水に存在する塩素イオンは、極めて微量の場合のみ許容されると考えられていた。したがって、水加工液を製造する場合は、水道水からまず塩素イオンを除ましてから、所望の電気伝 »度に調整する方法が、一般的に行われていた。

そして、水道水と純水との混合水をワイヤカツト放電加工に一度使用すると、そのまま廃棄することが考えられるが、それではランニングコストが上昇して工業的実施では不利益である。

そのため、ワイヤカツト放電加工に一度でも使用した、使用済みの水加工液は、一度貯溜槽に溜め、それをポンプで法通装置に送って濂通した後に再生している。この水加工液の再生操作では、貯溜槽内の加工液を部分的にィオン交換理し、舒溜槽に戻すという方式が一般的である。さらに、加工液が蒸発等により不足レたときは、聍溜槽に不足した量の水道水を補給した後、 I？溜槽内の液全体の電気伝導度が数〜数十 S /cm程度になるまでイオン交摸処理し、放電加工に再使甩している。

なお、水加工液の雹気伝導度を数〜数十 S Zcra程度にする理由は、被加ェ物へ B s (ブラス)が付着したり、電蝕が生じる等のトラブルが起きる確率が比較的少なく、加工効率もよいということであった。

氺道水または使甩済みの水加工液のイオン交換処理操作では、樹脂カラム内の樹脂相の上部に溜まった原水を位置水頭により流下させる方式がほとんどである。また、樹脂カラムに充填された樹脂栢は、高さ Z断面積の比率が大きい、すなわち、縦長に構成されている。

しかも、原水の流下速度は、空間速度（以下必要に応じて S Vということがある）が数 h -¹程度であるというのが普通であつた。それは、従来のイオン交換処理法では、原水の流下速度が大きいと、原水が樹脂相を流下する際にチャネリングが生じ、原水中のイオンがイオン交換されずに、処理水に漏出すると考えられていたからである。

なお、本明細書で使用される「チャネリング」という用語は、原水が樹脂相を短絡して通通してしまう現象を表す。

半導体洗净用、あるいは原子力発電ボイラ一用の純水あるいは超純水の製造においては、高品質グレードのイオン交換樹脂が用いられている。放電加ェの分野においても、同様の樹脂が一般に使用されている。この樹脂は、放電加工の結果加工液中に混入した、電極や被加工物を形成している元素に由来するイオン性の物質を吸着するのに適しているが、著しく高価である。しかも、使用済みのイオン交換樹脂には、放電加工によって生じた金属粉が混入しているため、酸およびまたはアルカリによる再生処理を行うことなく廃棄されていた。

使用済みの水加工液の従来のィォン交換処理法では、原水中のほとんどのイオンをイオン交換するので、樹脂単位量当たりの^ ί理水量が少ない、すなわち、樹脂の寿命が短い、という問題点があった。

また、高品質グレードの樹脂の寿命が短いので、放電加工に要するラン二ングコストが上昇するととともに、樹脂を頻繁に交換する必要がある、という問題点もあった。

さらに、無人工場で放電加工機を長時間連続運転中に、イオン交換樹脂が寿命に達すると、製品の品質を劣化させてしまうなど、放電加工が工業的に制約を受けるという問題点もあった。

ここにおいて、本発明は、かかる問題点を解決し、樹脂単位量当たりの処理水量を大きくして、樹脂の寿命を長くすることのできる、水道水および水系放電加工液の新しいィォン交換処理法を提供することを目的とする。したがって、樹脂の交換を頻繁に行うことがなく、しかも、無人工場で放電加工機を長時間連続運転することのでき、さらにランニングコストを低減させることのできる、イオン交換処理法を提供するこ tを目的とする。

発明の開示

本発明による水系放電加工液の製造方法は、電極と被加工物に形成される加工間隙に水系放電加工液を介在させ、加工間隙に放電を発生させて前記被加工物を加工する放電加工に使用される、水系放電加工液の製造方法において、原水をイオン交換樹脂を充填した容器に加圧供給する工程、前記イオン交換樹脂を充填した容器から得られる処理水の電気伝導度を検出する工程、検出された前記処理水の電気伝導度が 5 0 S /cm以下となるような、少なくとも以上の空間速度で、原水の洪給流量を調整する工程から成る, また、本発明による水系放霜加工液の再生方法は、加工間隙に供給され放電加工に使用された、使用済み加工液を回収する工程、回収された加工液を漆過して ©溜槽に貯溜する工程、貯潘された加工液をィォン交換樹脂を入れた容器に加圧供給して容器内でイオン交換処理を行う工程、容器から得られる処理'水の電気伝導度を検出する工程、検出された処理水の電気伝導度が所望の値以下となるような、 2 O h 以上の靼西の空間速度で、貯溜された加ェ液の供給流量を調整する工程、供給流量調整後に得られた処理水を、貯溜槽に戻し貯溜槽内の加工液全体の電気伝導度が所望の値になるまで容器を通して循環させる工程から成る b

上述した本発明による方法によれば、放電加工にとって ^Γ有害なイオン」は、選択的かつ镫先的にイオン交換される。しく大きな空間速度をともなうィォン交換処理により、樹脂容器に循環させる。貯溜槽内の処理水の電気伝導度が放電加工にとって所望の値となるまで、原水を樹脂容器に循環させる。そのことによって、原水を通剰にィォン交換処理することなく、樹脂単位量当たりの処理水量を上昇させるので、イオン交換樹脂の寿命が長くなつた。

図面の簡単な説明

F I G . 1は、イオン交換樹脂が寿命に到達するまで、水道水を樹脂カラムに循環させてィォン交換処理することにより得られた、電気伝導度が約 1 0 S Zcraの処理水量と、 S Vとの関係を示した図である。

F I G . 2は、本発明により水加工液を再生処理する場合の、ワイヤカツト放電加工装置の構成を示す図である。

F I G . 3は、本発明によりイオン交換処理の実験を行った際の、実験装置を示す図である

発明を実施するための最良の形態

水加工液の製造に用いられる水道水の従来のイオン交換処理では、前述のように、樹脂を充填したカラムに溜まった原水を位置水頭により流下させ、流下速度も、非常に小さい S Vをとつていた。 S Vとしては、大きくても 2 O h—¹未満であって、 2 O h—¹を超える S Vによりイオン交換処理が行われるということはなかった。

それほ、 S Vを 2 0 h—¹を超えて大きくすると、イオン交換帯（イオン交換樹脂相のうちィォン交換反応が活発に行われてる部分の所要長さ）が拡大し、またチャネリングが生じるなどして、少量の水道水を処理しただけで直ちに塩素イオンが処理水に漏出する、すなわち、塩素イオンに関して破過点に達する、と一般に考えられていたからである。

まして、水加工液の製造用に、水道水を 2 0 h—'をはるかに超える S Vでイオン交換処理するなどということは、考えられなかった。なお、そのような目的で水道水をイオン交換処理することについて、実質的に、ほとんど研究が行われていなかった。

しかし、本発明者は、放電加工液の製造に用いられる、従来の水道水のィオン交換処理では行われることのなかった空間速度で水道水をイオン交換処理し、下記（ A ) 〜（C ) のような従来知られていなかった現象を見いだした。

( A ) 平均的な塩素イオン港度の水道水を著しく大きい S V、例えば、 3 4

5 h—¹でイオン交換処理すると、通水後の処理水の電気伝導度は、小さい S Vによる従来のイオン交換処理と比較して、高い値となる。しかし、上述のような、大きい S V値で処理しても、貯溜槽内の処理水全体の電気伝導度を所定の範囲、具体的には、 1 0 S Zcm程度に調整することはできる。しかも、その所定の範囲の電気伝導度であれば、塩素イオンは十分に除去されており、後述するように、その電気伝導度は、放電加工に支障のないイオンに由来するものであることがわかった。

( B )水道水を著しく大きな S V、例えば 3 4 5 h—¹で連続的にイオン交換処理して、樹脂相出口側の処理水の電気伝導度を絰時的に追跡すると、その電気伝導度は不連続的に変化することがない。すなわち、樹脂が寿命に達してイオンの漏出が始まったとき、あるいはチャネリングが生じたときに、従来は、樹脂相出口側の処理水ほ、突発的、水質が悪化し、電気伝導度が上昇してしまうが、本発明によれば、その変化率はゆるや力である。

( C )電気伝度が主として塩素ィオンに由来する場合、電気伝導度が著しく、例えば約 1 0倍程度募なる水道水を、ともに、大きな S V、例えば 6 3 h _iでイオン交換処理すると、通水後の処理水の鼋気伝導度は、ほぼ同じになるということが判明した。同様に、もっと大きな S V、例えば 3 4 5 h でイオン交換処理を行うと通水後の処理水の電気伝導度は同じにはならないが、処理水を循環させて樹脂相への通水を線り返すと、貯溜檑内の処理水全体の電気伝導度は、ともに、一定となる。

そして、固定床法によるイオン交換速度は、下式（1 )で表すことができるので、.上記（ A ) 〜（ C )の現象は下式（ 1 ) によれば、以下のように説明できる。

固定床によるイオン交換処理では、樹脂相に上から連続的に原水（水道水または水加工液）を供給レ、樹脂相を通して流出させる。その場合、通水開始時においては、原水中に溶解している褸数種類のイオンは、まず、最上部層の樹脂に吸着される。そして、その最上部層の樹脂への吸着が進行し、その層の吸着容量が飽和すると、その後に供給された原水は、その最上部層の次層の樹脂に ¾5着される。このように、イオン交換反応が活発に行われている部分、すなわちイオン交換帯が、通水を続行するにしたがって、下方に移動し、ついには、イオン交換樹脂相の破過点に達する。

したがって、イオン交換帯について、各イオンの物質収支をとれば、各ィオンについて下式（ 1 )が成立する。

-udc =Kf a (C一 C d z ( 1 ) ここで、 uは空塔速度（m³/h · m²)、 d cはイオン交換される原水中の各イオンの港度変化を表したものである。したがって、 ud cは、長さ d zのイオン交換帯でイオン交換により減少する原水中の各イオンの港度変化ということになり、イオン交換速度を表している。

Cはイオン交換反応が行われているイオン交換帯の所要長さ（dz )での原水中の各イオンの瀘度、は、各イオンの平衡港度、 dzは、イオン交換帯の所要長さである。

なお、 Cの瀵度は、特定の溏度を表したものではなく、交換帯の所要長さ

(d z)で原水中の各イオンの港度が減少してゆく通程での任意の濃度を表している。

Kf aは、総括物質移動容量係数（ 1/h)である。総括物質移動容量係数は、総括物質移動係数（Kf ) と所要長さ（ d z )の交換帯のイオン交換樹脂粒子面積（粒子内の細孔面積を含む）（a〉との積を一つの係数と考えたものである。

総括物質移動容量係数を用いるのは、所要長さ（dz )のイオン交換帯中のイオン交換樹脂粒子面積が不明だからである。

そして、総括物質移動係数（Kf ) は、イオンの移動の難易を表す係数である。いいかえれば、それぞれ推進力（C一を有する各イオンが、原水からィォン交換樹脂へ拡散する際の容易さの程度を表しているということもできる。なお、総括物質移動容量係数 (Kf a) は、イオン移動での律速通程、すなわち、イオン交換樹脂の粒子表面での境膜中でのイオン拡散およびイオン交換樹脂の粒子内におけるイオンの拡散による影 Sが大きいと考えられる。しかし、加工液の製造に用いる水道水、あるいは特に、使用済み加工液のィオン交換処理においては、多種のイオンが生成し、混在しているため、それらがどの程度の数値になるのか全く知られていない。

そして、本発明において、上記（ A)の現象が上式（ 1 ) に基づいて次のように説明できることが見いだされた。

すなわち、著しく大きい SV、例えば 345 h-¹でも、水道水中の塩素ィオンが樹脂によって吸着されている。したがって、塩素イオンについて言えば、空塔速度（u)を著しく大きい値とすると、イオン交換速度（udc) は大きく、上記（A)の現象となる。

しかも、後述するように、著しぐ大きい SVでも、電気伝導度を 10 Zcm程度あるいはそれ以下になるように水道水をイオン交換処理する場合、処理水量ほ大きいので、著しく大きい S Vでの塩素イオンめイオン交換に必要な交換帯長さ（dz) は小さいということから、上記 (A) の現象となる《したがって、塩素イオンの総括物質移動容量係数（Kf a)が、著しく大きいことが明らかである。

また、 S Vを大きくすると、処理水の電気伝導度も大きくなるので、増大した電^伝導度を与えるイオン、すなわち、放電加工に支障がないイオンは、高い SVでの総括物質移動容量係数（Kf a) は、小さいものであることが見いだされた。

ここにおいて、著しく大きい SVでのイオン交換処理ということ自体が本発明において提案された。固定床によるイオン交換処理をその著しく大きい S Vで行うと、塩素ィォンの総括物質移動容量係数（ K f a )が著しく大きいこと、および塩素イオンと、その他の放電加工に支障がないイオンの総括物質移動容量係数 (Kf a)の相違が著しく大きいこと、が本発明により見いだされた。

( B)の現象は、式（ 1〉に基づいて次のように考えられる。

すなわち、大きい SVで水道水をイオン交換処理すると、塩素イオンがチャネリングにより突発的に漏出することがない。したがって、大きい SVで処理すると、チャネリングが生じうる状況下にあっても、塩素イオンの Kf aが大きいため、その交換速度（ u d c )が大きく、上記（B ) の現象になまた、電気伝導度が不連続的に変化しないということは、塩素イオンのィオン交換に必要な交換帯の所要長さ（ d z )が、ある均一性を保持して下降してゆくと考えられる。

さらに、（C ) の現象は、式（ 1 ) に基づくと、次のように考えられる。塩素イオンのイオン交換速度は、鉄酸、ゲイ酸、炭酸等の弱電解性イオンと比べて、著しく大きい。したがって、原水中の塩素イオンは、その港度の大小に閱わらず完全にイオン交換される。

なお、（ C ) の現象は、本発明で見いだされた。

次に、イオン交換樹脂が充填されたカラムに水道水を循環させることにより得られた、電気伝導度が約 10 >u S Zenの処理水量と、 SVとの関係を求めのが、 F IG. 1である。

F IG. 1は、横軸に SVをとり、縦軸に処理水量をとつたものであるが、 SV345 h—¹で、処理水量が従来の数倍になっている。 SV2011-¹は、放電加工液の製造に用いる水道水、および水系放電加工液の従来のイオン交換処理法において、最大限にとりうると考えられている値である。

FIG. 1から、 SVを大きくすると、処理水量が倍増してゆくことが明かである。すなわち、イオン交換樹脂の寿命が倍増してゆく。したがって、樹脂の交換に要していた操作がそれだけ減少し、無人工場での放電加工機の長時間の連続運転が可能になる。

ここにおいて、本発明による放電加工液の製造に用いる水道水、または水系放電加工液のイオン交換処理法において、原水に対し、空間速度を変化させ、 2リットルの樹脂に接触させるようにした。

なお、上限の空間速度は、主として樹脂の物理的強度あるいはカラムの機椟的強度などにより定まるものであって、例えば、 S V 5 0 0 h にすることができる。

本発明での空間速度は、 2 0 h -¹を超えるものであればよいが、 F I G . 1に示されているように、処理水置が急激に立ち上がる S Vをとることが望ましい。

好ましい S Vとレては、例えば、 3 0 h -¹〜 3 5 の任意の S V、もつとも好まレくは、 7 5 h -¹〜 1 0 0 h-¹の任意の S Vがある。

次に、ワイヤカツト放電加工に、誘電性媒体として使用した水加工液についても同様のイオン交換処理を試みた。

ワイヤカツト放鼋加工は、一般に、 B s材ゃ甩途によりモリブデンやタングステンなどのワイヤを加工電極として用い、電気伝導度を 5 0〜 1 0 S /c に調整した水加工液を介して被加工おを放電より加工するものである。被加工物が電気伝導性を有するものであれば何でも加工できるという特性から被加工物の材質は多種にわたり、被加工物を構成する元素も様々な種類がある。

加工液である水を介在させて電極と被加工物間の間隙で放電加工が行われると、加工部分は髙温となるため、電極と被加工物の材質を構成する元素はィォン状艟で水中に溶け込んで行く _e このようにして水中に溶解したイオン性物質が増加すると、徐々に水加工液の電気伝導度は大きくなる。加工後に水に含まれるイオンは、使用する電極材ゃ被加工物により異なるが、大別して例を挙げると次のようなものがある。まず、鉄イオン、亜鉛イオン、銅ィオンなどの金属イオン類や、ケィ酸および大気中の炭酸ガスが水加工液に溶解して生成される炭酸イオンなどのグループがあり、これらグループは、放電加工に支障のないイオン類であり、 r無害なイオン」と呼ぶこととする。次に、モリブデン、クロム、タングステン、コバルトなどの金属から生じるイオン類および前述の塩素イオンのグループがあり、これらグループは、放電加工に支障のあるイオン類であり、 r有害なイオン」と呼ぶこととする。ここで、放電加工における支障とは、電気伝導度の上昇により、被加工物が電蝕をおこしたり、焼結合金のバインダーである金属が溶出したり、鉄系の被加工物では銪等が発生し易くなることを意味する。大気中の炭酸ガスが水に溶解して生成される炭酸イオンを除く、 ^Γ無害なイオン」は炭酸イオンと結合し、難溶解性塩となって枕澱する金属イオン類や弱電解性のイオン類である。したがって、これらのイオン類は、加工液中に存在していても電気伝導度に大きな影響を与えない。これに対し ""有害なイオン」は、無機酸

(モリブデン酸、クロム酸等の強酸）を生成して電気伝導度に大きな影響を与えるイオン類である。

前述のとおり、従来行われていた小さい空間速度によるィォン交換処理法を採用すると、全ての種類のイオン類が取り除かれてしまう。このように、 Γ無害なイオン」までも積極的に取り除いてしまうと、飽和状態にあり沈澱していた金属や塩類が再び溶解して、イオン化する。その結果、不必要なィオン交換が再び行われ、樹脂の寿命を短くしてしまう。さらに、被加工物の銪を防ぐ目的で添加される防鑌剤も分子内で分極しているため、低い空間速度で処理すると、やはり樹脂に吸着されてしまう。

そこで、本発明で提案する著しく大きい空間速度により、使用済み水加工液を樹脂カラムを通して循環させることによって、複数種類のイオンが混在する水加工液から、 Γ有害なイオン J を選択的かつ優先的に除去することができる。

使用済みの水加工液を 2 0 Ι · ¹ を越える S Vで、 1 0 yu S Zcn程度までィオン交換処理すると、その処理水の電気伝導度は、放電加工にとって実質的に「無害なイオン J に由来し、使用する樹脂の寿命が著しく長くなることが見出された。そして、使用済みの水加工液をイオン交換樹脂相に通水した場合でも、 S i^i S O h - ¹ を越えると、処理水量が急激に増大し、図 1と略近似した傾向になることがわかった。

また、形彫り放電加工に使用した加工液にも、放電加工によって有害および無害なィォンが混入して電気伝導度が上昇するので、ィォン交換処理によつて電気伝導度を小さくする必要がある。その場合も、原水を 2 O h - ¹- を越える空間速度でイオン交換樹脂相に通水し、処理水の電気伝導度が 1 O M S /cn以下になるまで循環させれば、放電加工に再使用できることが見出された。 2 0 Ιι · ¹ を越える空間速度で、処理水量が急激に增大する傾向を示すのは、ワイヤカツト放電加工における使用済みの水加工液の場合と同様である。ここにおいて、本発明による水系放電加工液のイオン交換処理法でほ、加ェ液、特に使用済みの加工液を 2 O h—¹ を越える空間速度でイオン交換樹脂に接馘させている。ところで、上限の空間速度は、主として樹脂の機梂的強度あるいはカラムの物理的強度などにより定まるが、通水後の処理水の霜気伝導度が、再生加工液の所望の電気伝導度より低い値をとるような S Vであればよい。これは、放電加工用水道水またほそれを含有する水をイオン交換処理する場合の上限空間速度についても言える。

く処理法〉

本発明によるイオン交換処理法でほ、原水（ここでは、水道水、あるいは水系放電加工液のいずれでもよい）を固定床の上から通水させて、イオン交換樹脂に接触させ、固定床の下から処理水を取り出すという方式によるのが代表的である。ただし、その他の方式によるものでもよい。イオン交換樹脂の固定床は、縦長のカラムにイオン交換樹脂を充填することにより形成するのが、代表的である。固定床は、従来のイオン交換処理で用いられているィオン交換樹脂相をそのまま使用することができる。固定床の高さ：直径の比率は、 1 ： 1でもよいが、 2 ： 1〜4： 1であるのが好ましい。通常のカラムに形成されたィォン交換樹脂相の上に溜まつた原水を位置水頭によって流下させる従来の方法では、 2 O h—¹ を越える空間速度での通水は困難である, 従って、液をポンプにより樹脂カラムに圧入するのが好適である。このボンプによりカラムに圧入するィォン交換処理は、従来の放電加工に於けるィォン交換処理からみれば、異例とも言える方法である。すなわち、従来の固定床によるイオン交換処理は固定床（イオン交換樹脂相）をピストンフロー (プラグフォロー）に近い状態の流体を通通させるのが、原則的であると考えられているからである。

この点から、本発明は加圧流体を、高速で、すなわち高い S Vで固定床 (イオン交換樹脂相）を通過させるという、従来方式とは異なる水加工液のイオン交換処理法を提供するものである。

本発明では、水道水を、 5 0 u S Zcm以下の電気伝導度になるまでイオン交換処理する。 5 0 yu S /era以下という限定は、それより大きい電気伝導度にすると、塩素イオンに由来の電気伝導度が含まれるからである。

下限の電気伝導度は、樹脂単位量当りの処理水量が増大する範囲であれば任意である。ワイヤカツト放電加工において、被加工物を加工液中に浸濱せず加工部への噴流処理のみで加工を行う場合は、 1 7〜 2 0 >u S /cin、また、被加工物を加工液中に浸潰した状想で加工を行う場合は、被加工物の電蝕を防ぐためにさらに低い、 5 1 0 S /cra程度に電気伝導度を調整した水加ェ液を生成する。一方、形彫り放霜加工においては、最終的に、 l u S Zcm 〜 1 0 S /cmに電気伝導度を調整した加工液を生成すれば、本発明による、処理水量の増大、樹脂寿命の延長という効果が十分に実現できる。なお、原水を 1 S /craより相当に小さい電気伝導度までイオン交換処理すると、処理水の霓氕伝導度は、安定かつ効率のよい放電加工に必要とされる値以上となり、過剰品質となり、またイオン交換樹脂の交換容量を不必要に消費することになる。なお、放電加工のバリエーションにより、要求される電気伝導度は異なるが、本発明を用いて、処理水の電気伝導度を 5 0 S Zcra程度以下とすれば、理論的には、樹脂寿命は最も長くなる。

ここで、形彫り放電加工用の水系放電加工液を生成する場合に、その電気伝導度を上述のょゔに 1 0 # S /Mとした理由を説明する。ワイヤカツト放電加工に使用される水加工液は、イオン交換水であるが、一方、形彫り放電加工用の加工液は、イオン交換水に絶緣性の水溶性高分子化合物を、容積パ一セントで 5 0 %— 5 0 %の割合で混合して製造される。したがって、ィォン交換水の電気伝導度が 5 0 S /CB程度であれば、水溶性高分子化合物と混合すると、最終的に生成される加工液の電気伝導度は 1 0 S /cnとなる。このことは、使用済み加工液をイオン交換処理して、再生加工液とする場合も同様である。再生加工液の電気伝導度を 1 0 ju S /co以下に調整すると、加工液中に含まれる水については、気伝導度は 5 0 μ S Zcnに調整されており、この値は、上述のように、放電加:!:に有害なイオンが漏出しないため樹脂寿命は最も長くなる。なお、下限の電気伝罄度は、樹脂単位量当りの処理水量が増大する範囲であれば本発明の効果が期待できるが、さらに正確には 0 . 2 S Zen以上であれば処理水量増大の効果が保持し得る。

ここで、水道水と言うのは、一般的に用いられている水という意昧であ 0、水道水に限定するものでほない。なお、水道水の塩素の含量は、通常、数 P P m〜数十 p p mの範囲で地域、国によって異なるが本発明による処理には、何等支障はない。

形彫り用の水系放電加工液は、イオン交換処理された水あるいは一般的に用いられる水道水にポリエチレングリコール等の水溶性高分子化合物を加工性能向上の目的で溶解した水溶液である。

ィォン交換樹脂は、一般にィォン交換基を有する三次元網目構造の高分子を意味するが、本発明の rイオン交換樹脂 jの用語はそれにとどまらず担体

(例えば球状の担体）表面をイオン交換樹脂の膜で覆ったものを含む意味で甩いている。イオン交 m樹脂は、単一の種類あるいは複数の種類からなるものであってよい。なお、イオン交換樹脂は、イオン交換基の機能から分類すると隔イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂に大別され、さらに Sイオン交換樹脂は強酸性および弱酸性の碟イオン交換樹脂に類別され、陰イオン交換樹脂は強塩基性および弱塩基性の陰イオン交換樹脂に類別されている。本発明で用いるイオン交換樹脂は、少なくとも部分的に陰イオン交換樹脂を含んでいればよい。すなわち陰イオン交換樹脂のみあるいは陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂との併用であってもよい。ただし、強塩基性陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂との併用が適している。また、水溶性髙分子化合物を溶解した水溶液をイオン交換処理して、形彫り放電加工用の加工液にする場合は、強塩基性陰イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂との併用が好適である。ワイヤカツト放電加工用の水加工液をイオン交換処理するさいも、強塩基性陰イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂との併用が好追である。強塩基性陰イオン交換樹脂としては、第 4級アンモニゥム基、強酸性陽イオン交換樹脂にはスルホン酸、弱酸性陽イオン交換樹脂としてはカルボン酸を用いるのが代表的である。

さらに、樹脂の構造についてみれば、ゲル状、多孔性型あるいは担体担持型などがあるがいずれの構造でも使用できる。ただし、ゲル型のうち無 ¾裂型のものが、水系放電加工液の処理にはイオン交換容量が大きいことから適している。なお、本発明による方法では、特に強塩基性陰イオン交換樹脂を用いると Γ有害なイオン」を優先的に捕捉できるという点で好ましいということが見出された。

本発明による処理法の具体的態様

水系放電加工液の製造における、本発明によるイオン交換処理法の具体的態様を例示すれば以下のものが挙げられる。

( a ) 本発明により、一般的に用いられる水道水を 5 0 yu S cn以下好ましくは 1ひ〜 2 0 S Zcraの電気伝導度になるまでイオン交換処理する。そのイオン交換水に純水を混合して水加工液を、あるいは水溶性高分子化合物を混合して形彫り放電加工用の加工液を製造する。

( b ) 本発明により、一般的に用いられる水道水に純水を混合し、その混合水を所望の電気伝導度になるまでイオン交換処理して水加工液を製造する。一 1&一あるいは、同様に、水道水に水溶性高分子化合物を混合し、その混合水を所望の電気 fe導度になるまで、イオン交換処理して形彫り放電加工用の加工液を製造する。

また、水系放電加工液を実際に放電加工に使用した、使用済み加工液を再生する際の、イオン交換処理法の具体的態様を例示すれば下記のものが挙げられる o

ワイヤカット放電加工あるいは形彫り放電加工に使用し、加工により生じた生成物により電気伝導度が上昇した使ほ済み加工液を本発明の処理法により、 5 0 i S Zcn以下好ましくほ 1 0〜2 0 S /CTの電気伝導度になるまで樹脂カラムに循環させる。

さらに具体的に述べれば、使用済み加工液を¾¾し、不溶性生成物（加工屑）を取り除いて一度貯溜槽に溜め、 ¾通後の加工液を本発明の処理法にてィォン交換樹脂相に所望の電気伝導度が得られる空間速度で通水して、通水直後の処理水をそのまま放鬼加工に再使用する。あるいは、使用滂み加工液を漶通して一度貯濯槽に溜め、漆逸後の加工液を本発明の処理法でイオン交換処理して再び貯溜槽にもどす循環処理を行い、溜榷の加工液全体が所望の電気伝導度に達するまで処理を行う。この場合貯溜槽中の加工液の電気伝導度を検出しながら加工液の一部をイオン交換樹脂相を通水してイオン交換処理して貯溜榷へ戻レ、貯潘榷中の加工液全体が要求される電気伝導度になればイオン交換処理を停止する。また加工が逮続して行われれている場合、加工機本体の加エタンクから使用済み加工液が貯溜槽に常に滤通された後に苠されるので、この濾遇後の加工液により聍溜槽の踅氕伝導度が変化するが上述の電気伝導度検出器の信号により再びイオン交換処理を開始させれば所望の電気伝導度の加工液が得られる。

なお、水加工液を再生処理する場合の、ワイヤカット放電加工装置の構成を F I G. 2にしたがって簡単に説明する。 F I G . 2において、ワイヤ力ット放電加工機装置には、ワイャ極 1 1と被加工物 1 2に形成される加工間隙に、水加工液を供給するための、ノズル部 1 3 aおよび 1 3 bが設けられている。貯溜槽 1 7からの水加工液は、放電加工時に、ポンプ P 3により流量調節バルブ 1 4 a、 1 4 bを介してノズル部 1 3 aおよび 1 3 bに供給される。使用済み加工液 1 9は加工タンク 1 5内に回収され、汚水槽 1 6に —旦溜められる。使用済み加工液 1 9は、ポンプ P 1により汲み上げられフィルター F 1を通して漶適された後、貯溜槽 1 7に戻される。 5 1及び5 2 は電気伝導度を検出するセンサで、検出値は、それぞれ、ポンプ P 2を駆動する駆動制御回路 2 0に送られる。 4はイオン交換樹脂の入った容器（カラム）であり、ポンプ P 2により送給される原水をイオン交換処理する。つぎに、再生処理動作について説明する。加工間隙に供給された水加工液は使用後上述したように汚水槽 1 6に一旦溜められる。その後、フィルタ F 1を介して加工屑が取り除かれ貯溜槽 1 7に戻される。貯溜槽 1 7に溜められている漶通処理後の水加:！:液 1 8は、加工間隙で生じたイオンや加工液流路で空気中からイオンが混入しており、その鼋気伝導度は徐々に高くなつてくる。ここで、図示していない設定器により特定の電気伝導度値が設定される。センサ S 1は、貯溜榷 1 7内の加工液 1 8の電気伝導度を検出してその検出値を示す信号を駆動制御回路 2 0に送る。駆動制御回路 2 0は、検出値が設定値より高くなると、ポンプ P 2を駆動させる。ポンプ P 2の駆動後、センサ S 2は、カラム 4の出口側の処理水の電気伝導度を検出して、その検出値を示す信号を駆動制御回路 2 0へ送る。駆動制御回路 2 0は、カラム 4 の出口側から得られる処理水の電気伝導度が設定値以下になるよう、ポンプ P 2の出力を制御する。なお、ポンプ P 2はインバータ制御ポンプを使用するが、作業者が比抵抗計の値を見ながら供給流量をバルブ等で調節してもよい。ポンプ P 2により貯溜槽 1 7中の水加工液 1 8がカラム 4を通して循環され、貯溜槽 1 7内の水加工液全体の電気伝導度が設定値になるとポンプ P 2は停止する。

加工液の蒸発などにより加工液量が減少した場合、前述の処理水を補給するか水道水を補給してイオン交換処理を加工液の再生処理と同手頗で行う。また、形彫り放電加工の場合においても同様の処理で 1 O AtS/cia以下好まレくは 10〜5 SZ∞の電気伝導度になるようイオン交換処理して使用する。

以卞に本発明の実施例を挙げそれにより具体的に本発明を説明する。実施例は本発明を例示的に示したものであって本発明を制限するものではない。く実施例 1 >

F IG. 3に示す実験装置により実験を行った。 F IG. 3において、貯溜槽 ·1には原水である水道水 2が溜められている。その水道水 2はポンプ 3 によりカラム 4にその上部から供給され、カラム 4に充填したィォン交換樹脂 5とィォン交換した後に、貯溜槽 1に茛るようになつている。

実験の条件は以下のものであった _β

貯溜植 1の水道水 2の量 · · · · · 270リツトル

カラム 4の容穫 · · · · · •· •· •· • • 10リヅ卜ル

カラム 4に充填された樹脂量 · · • 2リツトル

水道水 2のカラム 4への供給琉量 • 2. 5リツトル/分

(この供給流量は S V75 h—¹ に相当）水道水 2の ¾気伝導度 • 100 S /cm、および 1 0 S /m 実験は以下の方法で行った。

先ず貯溜槽 1に 100 # S/CBの水道水 2を 270リットル入れ、それをポンプ 3にてカラム 4に送液しイオン交換逃理して貯溜槽 1に苠す操作を行い、貯溜槽 1中の水道水 2が 10 S /cmになるまでの操作を 1サイクルとした。貯溜槽 1中の水道水 2が 10 t SZcnになったところで、その全量 2 70リツトルを新しい水道水と入れ替え同じ操作を行つた。そして 1サイクルに要する時間および 1サイクル開始時と終了時のカラム 4の出口側の電気伝導度を測定した。全量の水道水 2が 10 /iSZcmになるまでの時間がその前のサイクル時間の 1. 5倍以上になった時点で実験終了とした。そして 1 サイクルに要する時間、サイクル数および供給流量から処理水量を計算し、その計算値をカラム 4中のイオン交換樹脂 1リツトル当りの値に換算した。そして、実施例 2および実施例 3で得られた処理水量を同様にして 1リツトル当りの値に換算して、同様にして得られた種々の SVでのイオン交換樹脂 1 リットル当りの処理水量の値と共にグラフ化したのが前述の F I G. 1 である。

<実施例 2>

実施例 1と同じ方法で水道水 2のカラム 4への供給流量を 1 1. 5リットル /分（S V345 h—¹ に相当）に変更し他は同一条件で実験した。

<実施例 3>

実施例 1と同じ方法でカラム 4に充填したイオン交換樹脂を 10リヅトルにして、水道水 2のカラム 4への供給流量を 10. 5リツトル/分（ S V 6 3 h"¹ に相当）に変更し他は同一条件で実験した。

実施例 3の実験において、 1サイクル目と 15サイクル目のそれぞれ最初のカラム 4の出口の電気伝導度を比較すると、 1サイクル目が 0. 2 >uSZ cm、 15サイクル目が 5. 5 yuSZcmであるにもかかわらず、全量が 10 >u SZcinになるまでにカラムを通通した各サイクルでの液量はほどんど同じで 630リツトルであった。

このことから、水道水の全体量（各サイクルの合計量）を 10 S/cm程度にまでイオン交換処理する場合、早いサイクル（例えば 1サイクル目）で水道水を 10 >uS /cmよりも著しく低い電気伝導度（0. 2 >U S/CB) にするイオン交換処理は、遇剰なイオン交換処理を行っていることがわかる。これを別の点からみれば、放電加工に用いる水道水をイオン交換処理する場合早いサイクルでのイオン交換処理は、その目的とするイオン交換処理という点からは、イオン交換樹脂の交換容量を無駄に消費していることになる。従って、早いサイクル（例えば 1サイクル目）から処理水道水の電気伝導度が 10 SZcia以下の条件で大きい SVにより水道水をイオン交換樹脂に通せばイオン交換樹脂の交換容量の無駄な消費はなくなる。つまり、イオン交換樹脂単位量当りの処理水量が多くなり、樹脂の寿命が長くなる。

本発明により放鼋加工用に使用する加工液をィォン交換処理すれば、それに要する樹脂の寿命を著しく長くすることができる。また、放電加工に要する費用が軽減でき、さらに長時間の連続運転が可能になり生産性も向上する < また、本発明により、放電加工に一度使用した加工液を回収して、イオン交換処理により再生する場合においても、樹脂の寿命を著しく長くすることができる。

本発明では、従来、使用済み加工液の再生時に、イオン交換処理を行う場合の処理水の目標となる電気伝導度おび処理条件を明確にしたものといえる。

Claims

請求の範囲

1、電極と被加工物間に形成される間隙に水系放電加工液を介在させ、前記間隙に放電を発生させて前記被加工物を加工する放電加工に使用される、前記水系放電加工液の製造方法において、

( a )原水をイオン交換樹脂を充填した容器に加圧供給する工程；

( b )前記イオン交換樹脂を充填した容器から得られる処理液の電気伝導度を検出する工程；

( c )検出された前記処理液の電気伝導度が 5 0 /cm以下となるような、少なくとも 2 0 h 以上の空間速度で、前記原水の供給流量を調整する工程；

から成る水系放電加工液の製造方法。

2、電極と被加工物間に形成される間隙に水系放電加工液を介在させ、前記間隙に放電を発生させて前記被加工物を加工する放電加工に使用された、前記水系放 ¾加工液の再生方法において、

( a )前記間隙に供給され放電加工に使用された前記水系放電加工液を回収する工程；

( b )前記囬収された加工液を ¾過して貯溜槽に貯溜する工程；

( c )前記貯溜された加工液をイオン交換樹脂を入れた容器に加圧供給して前記容器内でイオン交換処理を行う工程；

( d )前記容器から得られる処理液の電気伝導度を検出する工程；

( e )検出された前記処理液の電気伝導度が所望の値以下となるような、 2 ひ h 以上の範囲の空間速度で、前記貯溜された加工液の供給流量を調整する工程；

( f )前記工程 ( e )で得られた処理液を、前記貯溜槽に戻し貯溜糟内の加ェ液全体の電気伝導度が所望の値になるまで前記容器を通して循環させる工程；

から成る水系放電加工液の再生方法。

3、請求項 1または 2において、前記容器の長さ：断面 ¾ ^1/2が 1 ： 1から 4 1である、水系放電加工液の製造あるいは再生方法。

4、請求項 1または 2において、イオン交換に使用されるイオン交換樹脂が少なくとも強塩基性陰イオン交換樹脂を含む、水系放電加工液の製造あるいは再生方法。