(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅１００質量％中に、
添加物としてアルカリ土類金属ホウ酸化物、希土類ホウ酸化物のいずれか１種、または、２種以上が合計で０．１〜５外部質量％分散した放電加工用電極。
【請求項２】
前記アルカリ土類金属ホウ酸化物、希土類ホウ酸化物の一部または全部が分解して、
酸化ホウ素と、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物のいずれか１種、または２種以上となった請求項１に記載の放電加工用電極
【請求項３】
前記添加物がホウ酸ストロンチウムである請求項１または請求項２に記載の放電加工用電極。
【請求項４】
前記添加物がホウ酸ランタンである請求項１または請求項２に記載の放電加工用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極と被加工物の間に電圧をかけ、放電させることで被加工物を溶融蒸発させる放電加工用の電極およびその製造方法に関する。特に被加工物を鉄系材料とした放電加工用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工用の電極については、現在までに様々な材質が提案されている。
一般的に放電加工用の電極として広く用いられるのは銅、銅タングステンなどである。銅、銅タングステンでは消耗が大きく、加工時に電極交換の頻度が高くなるといった問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、たとえば特許文献１にはアルカリ土類金属の酸化物である紛体を重量比で５〜１０％と、還元用金属の紛体を重量比で５〜１５％と導電用材料の紛体の残量を混合し、紛体冶金法により整型してなる放電加工用電極を放電加工に使用すると、銅電極の加工速度が１（ｇ／ｍｉｎ）であるのに対し、１．２（ｇ／ｍｉｎ）となると開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には純銅に重量百分率で０．４５ないし０．９％のＣｕ２Ｏと同合計で０．０１ないし５％のＺｎ、およびＺｒとを配合して成る放電加工用電極に適した銅合金を放電加工に使用すると、電極消耗率が低減されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−５１５４３号公報
【特許文献２】特開昭５５−１３１１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献１に記載された技術は加工速度を向上させるために、導電用材料にアルカリ土類金属の酸化物と還元用金属を添加しているが、比較的高価であり、その効果は低いといった問題がある。
【０００７】
また、前述の特許文献２に記載された技術は鋳造で製造しており、鋳造欠陥等が発生し、歩留まりが悪くなるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、加工速度が向上でき、消耗が小さい電極を低コストにて得ることを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、それらの問題を解決するために、銅を基材にアルカリ土類ホウ酸化物、希土類ホウ酸化物を添加し、分散した材料からなる放電加工用電極である。また、その製造方法である。
【００１０】
銅に仕事関数の低い、アルカリ土類ホウ酸化物、希土類ホウ酸化物を添加することで、放電特性がよくなり、低消耗で、且つ、加工速度も速くなるという効果が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果は、銅に前述の添加物を用いることで、被加工物を放電加工した場合、加工速度が増加し、消耗は減少する。この効果は被加工物が鉄系の場合、特に顕著である。さらに、比較的安価に電極を製造できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の放電加工用電極は、以下の方法にて製造することができる。
【００１３】
まず、出発原料として電解銅などの粉末状の銅１００質量％に対して０．１〜５外部質量％のホウ酸化物粉末を混合する。混合方法は、まずホウ酸化物粉末と溶媒としてのアルコール類をライカイ機等の公知の混合機に投入して予備解砕をする。
【００１４】
次に電解銅粉と有機系のバインダーと溶媒としてのアルコール類をスラリー状になるまで投入し、粉末状に乾燥するまで混合する。
【００１５】
次に混合した粉末を８〜４００メッシュ程度で篩い、乾燥させる。次に乾燥した粉末を８０〜４００メッシュで篩い混合粉末を得る。
【００１６】
得られた混合粉末でプレス成型を行う。プレス成型は金型プレス、冷間等方加圧等を使用し、プレス圧力は１０〜５００ＭＰａで行う。水素雰囲気で脱脂、焼結し、焼結体を得ることができる。脱脂、焼結の雰囲気は窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気でもよい。脱脂温度は850℃程度、焼結温度は1030℃程度である。また、ホットプレス法を用いてもよい。条件は、７００〜９００℃、２０〜３０ＭＰａ、１０分以上保持とすればよい。
【００１７】
得られた焼結体を緻密で、加工できる硬さまで鍛造し、旋盤加工等をして棒状の焼結体を得る。鍛造の他に、熱間、冷間で押し出し、引き抜き等で棒状の電極を得てもよい。
【００１８】
得られた焼結体は、銅中にホウ酸化物が分散した組織を有していた。但し、電極中のホウ酸化物がそのままの状態で分散しているかは不明であり（観察に用いたＥＰＭＡが低原子番号の元素に対応していないため）、ホウ酸化物の一部または全部が分解されている可能性がある。その場合はアルカリ土類酸化物、希土類酸化物および酸化ホウ素となっている。
【００１９】
本発明で得られた電極は、特に鉄系の材料を放電加工に適している。従来の電極と比べ消耗が小さく、加工速度が速い。
【００２０】
仕事関数が低いホウ酸化物、またはその全部又は一部が酸化ホウ素、アルカリ土類酸化物、希土類酸化物に分解された添加成分を合計で０．１〜５質量有することで、放電特性がよくなる。それによって、従来の電極と比べ消耗が小さくなり、放電加工速度が速くなる。
【００２１】
添加量が０．１質量％より少ない場合は、前記放電特性が十分に得られず、添加物の効果が得られない。添加量が０．１〜５質量％の場合は、添加物が均一分散していることで、電極全面から放電され、電極の消耗が小さくなり、放電加工速度も速くなる。添加量が５質量％より多い場合は、焼結性が悪くなり、緻密化が困難になる。
【実施例】
【００２２】
本実施例の放電加工用電極を、以下の方法にて製造した。
まず、出発原料として電解銅と、電解銅の質量１００％に対して１．５外部質量％のＳｒＢ２Ｏ４粉末を混合した。まず、ＳｒＢ２Ｏ４粉末とメタノールをライカイ機に投入して予備解砕を行った。次に電解銅粉とセチルアルコールとメタノールとをスラリー状になるまで投入し、ある程度乾燥するまで混合した。次に混合した粉末を篩い、乾燥機で乾燥させた。次に乾燥した粉末を篩い混合粉末を得た。
【００２３】
得られた混合粉末でプレス成型を行い、水素雰囲気で脱脂、焼結し、焼結体を得た。脱脂温度は８５０℃程度、焼結温度は１０３０℃で行った。
【００２４】
得られた焼結体を鍛造し、旋盤加工をして棒状の電極を得た。
【００２５】
得られた電極は、ポアが無く、ＳｒＢ２Ｏ４も均一に分散していた。但し、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）で調査した結果、原子番号の低いホウ素が検出できなかったため、ＳｒＢ２Ｏ４がそのままの状態で分散しているかは不明であった。ＳｒＢ２Ｏ４が分解されていた場合、その一部または全部が酸化ストロンチウムと酸化ホウ素に変化している可能性がある。
前記電極をφ１０×５０（ｍｍ）に機械加工し、鉄材であるＳＫＤ１１材、ＳＵＳ４２０Ｊ２材をワーク（被加工物）とし、三菱ＤＩＡＸＭ３５Ｋ放電加工機を用いて放電加工試験を行った。放電加工条件は銅電極と鉄系材料のメーカー推奨の条件で実施した。ワークを深さ３ｍｍ加工したところで電極を取り外し、重量測定、評価をおこなった。
【００２６】
評価は電極の消耗率と加工速度で行った。
【００２７】
電極の消耗率は、試験後の工具の消耗した体積を、被加工物を加工した体積で割って求められる。
【００２８】
加工速度は、被加工物を加工した体積を、加工時間で割って求められる。
【００２９】
本発明の範囲外の比較例として、従来材である銅を同様の方法で放電加工試験し、同様の評価を行った。
【００３０】
評価の結果、ワークがＳＫＤ１１の場合、本発明の電極の消耗率は１．１％、加工速度は４０．１６ｍｍ３／ｍｉｎであった。
【００３１】
比較試料の銅電極の消耗率は１．０％、加工速度は２６．３７ｍｍ３／ｍｉｎだった。本発明の放電加工用電極は従来材の銅電極と比べ、消耗率は同程度、加工速度は１．５倍であった。
【００３２】
同様に、ワークがＳＵＳ４２０Ｊ２の場合、本発明の電極の消耗率は１．８％、加工速度は３３．１６ｍｍ３／ｍｉｎであった。
【００３３】
比較例の銅電極の消耗率は２．９％、加工速度は１７．９９ｍｍ３／ｍｉｎであった。また、同じく比較例の銅タングステン電極（７０質量％Ｗ−３０質量％Ｃｕ）の消耗率は１．３％、加工速度は１４．０４ｍｍ３／ｍｉｎであった。
【００３４】
本発明の放電加工用電極は、比較例である従来の銅電極と比べ、消耗率は３８％減、加工速度は１．８倍であった。また、同じく一般的な銅タングステン電極と比べ、消耗率は２７％増であったが、加工速度は２．４倍であった。なお、本発明の放電加工用電極よりも一般的な銅タングステンの方が低消耗であったが、銅タングステンはレアメタルを使用しているため、本発明の放電加工用電極と比較してはるかに製造コストが高い。
以上に示したように、本発明の放電加工用電極は、比較的低コストで優れた特性を示した。