(57)【要約】【課題】導電性セラミックスの被膜を形成できる放電表面処理装置および放電表面処理方法を提供する。【解決手段】この発明に係る放電表面処理装置および放電表面処理方法は、電極７と被加工物８との間に発生させたパルス状の放電によって被加工物８の表面に被膜を形成する放電表面処理をするものであって、電極７は、多孔質であり、電極７と被加工物８との間に加工液を蒸気またはミストとして供給することを特徴とするものである。【選択図】図１
2008202093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって前記被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理装置において、
前記電極は、多孔質であって、
前記電極と前記被加工物との間に加工液の蒸気またはミストを供給する蒸気供給部を備えたことを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項２】
電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって前記被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理装置において、
前記電極は、多孔質であって、
前記電極と前記被加工物との間に加工液の液滴を供給する液滴供給部を備えたことを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項３】
電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって前記被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理装置において、
前記電極は、多孔質であって、
前記電極に連結して直接加工液を供給する加工液供給部を備えたことを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項４】
電極は、導電性セラミックスであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放電表面処理装置。
【請求項５】
電極は、タングステンカーバイドまたはチタンカーバイドであることを特徴とする請求項４に記載の放電表面処理装置。
【請求項６】
電極は、銅、銀、アルミニウムまたは銅、銀およびアルミニウムのうち少なくとも１つの金属を含む合金であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放電表面処理装置。
【請求項７】
電極または被加工物を冷却する冷却部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放電表面処理装置。
【請求項８】
加工液は、防錆剤を含んだ水溶液であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放電表面処理装置。
【請求項９】
電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって前記被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記電極は、多孔質であって、
前記電極と前記被加工物との間に加工液の蒸気またはミストを供給することを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項１０】
電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって前記被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記電極は、多孔質であって、
前記電極と前記被加工物との間に加工液の液滴を供給することを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項１１】
電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって前記被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記電極は、多孔質であって、
前記電極に直接加工液を供給することを特徴とする放電表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極と被加工物との間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギーによって被加工物表面に電極材料または電極材料が放電エネルギーによって反応した物質を含む被膜を形成する放電表面処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電表面処理装置としては、金属粉末、金属の化合物の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中において電極と被加工物の間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによって電極材料の被膜を被加工物表面に形成しあるいは放電エネルギーによって電極材料が反応した物質の被膜を被加工物表面に形成するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０１１６９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような従来の放電表面処理装置は、加工液中または連続的に加工液が吹きかけられる雰囲気で被膜を形成するので、放電が発生する電極と被加工物との間に多量の加工液が存在し、放電の熱をすばやく冷却でき、被加工物に損傷を与えないという特徴を持っている。しかしながら、ＷＣ（タングステンカーバイド）やＴｉＣ（チタンカーバイド）などの融点が高く溶融させるために大きな熱エネルギーを必要とする導電性セラミックスを溶融できず、それら導電性セラミックスの厚い被膜を形成できないという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、導電性セラミックスの被膜を形成できる放電表面処理装置および放電表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理装置において、電極は、多孔質であって、電極と前記被加工物との間に加工液の蒸気またはミストを供給する蒸気供給手段を備えたことを特徴とするものである。
また、この発明は、電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理装置において、電極は、多孔質であって、電極と被加工物との間に加工液の液滴を供給する液滴供給手段を備えたことを特徴とするものである。
さらに、この発明は、電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理装置において、電極は、多孔質であって、電極に直接連結して加工液を供給する加工液供給手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明は、電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、電極は、多孔質であって、電極と被加工物との間に加工液の蒸気またはミストを供給することを特徴とするものである。
さらに、この発明は、電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、電極は、多孔質であって、電極と被加工物との間に加工液の液滴を供給することを特徴とするものである。
また、この発明は、電極と被加工物との間に発生させたパルス状の放電によって被加工物の表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、電極は、多孔質であって、電極に直接加工液を供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、導電性セラミックスの被膜を形成できる放電表面処理装置および放電表面処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による放電表面処理装置の構成を概略的に示す側面図である。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。
【００１０】
図１に示す放電表面処理装置においては、電極支持部４に多孔質体の電極７が固定され、板状のベッド９の上に設置された被加工物８と電極７との間に電圧を印加する電源１が備えられている。また、放電表面処理装置は、ボールネジとボールネジ駆動用モータ１５で構成されたサーボ機構２を備え、サーボ機構２に連結されたヘッド３に電極支持部４が取り付けられ、サーボ機構２によって電極７と被加工物８との距離を制御する。電源１によって印加された電圧によって電極７と被加工物８との間にパルス状の放電が発生し、電極７の一部または電極７の一部が反応した物質が被加工物８の表面に堆積し被膜となる。連続してパルス状の放電を発生させるためには、電極７と被加工物８とを非接触状態としながら連続的に電圧を印加しなければならない。そのため、サーボ機構２によって、被加工物８と接触しないように電極７の位置を制御する。サーボ機構２がベッド９上を走査することによって、ベッド９上に設置された大面積の被加工物８の表面にも被膜を形成することができる。電極支持部４は、平板形状の電極７を支持する場合には、一端がスライドすることで電極７を挟んで固定し、円柱状の電極７を支持する場合には、ネジを締めると内径が小さくなる機構で電極７を固定する。さらに、放電表面処理装置は、加工液の蒸気またはミストを発生する蒸気発生部５を備え、蒸気発生部５に連結したノズル６から電極７と被加工物８との間付近に加工液の蒸気またはミストが供給される。電極７は、金属、金属の化合物または導電性セラミックス等であり、被加工物８は、導電性を有する物質であれば材質を問わない。
【００１１】
ここで、多孔質体の電極７が被膜になるメカニズムを図２で説明する。
図２は、この発明の実施の形態に示す放電表面処理装置において被膜が形成されるメカニズムを示す概略図である。
ノズル６から流出した蒸気またはミスト１０は、電極７の表面で吸着または凝縮して大きな液滴１１となる。加工液の液滴１１は、毛管作用によって、多孔質体の電極７の内部に侵入し、電極７は、加工液を保持した状態となる。加工液を保持した状態の電極７と被加工物８との間に放電１２が発生すると、電極７を構成する金属、金属の化合物または導電性セラミックスは、放電１２の熱によって溶融する。電極７の溶融域１３の周囲に存在する加工液１４は、沸点が金属や金属の化合物や導電性セラミックスよりも非常に低いので、加工液１４は一瞬で蒸発し、溶融域１３を電極７から離脱させるとともに、そのときに生じる流れや圧力で溶融域１３を被加工物８の表面にまで吹き飛ばし、吹き飛ばされた溶融域１３が被加工物８の表面で再凝固して被膜となる。
【００１２】
従来の放電表面処理においては、電極と被加工物との間に多量の加工液が存在するので、放電の熱によって多量の加工液が気化して大きな気化圧力（爆発力）が生じる。このため、被膜と被加工物との結合力、または被膜を構成する構成体と構成体との結合力が小さい状態で堆積すると、次に生じる放電の爆発力で堆積した部分がすべて除去されてしまい、被膜を形成することができない。また、放電表面処理においては、被膜表面付近に存在する未溶融部分を次の放電によって溶融させつつ、緻密な被膜を形成する。しかしながら、従来の放電表面処理装置においては、放電のエネルギーが小さいので、融点の高いＷＣなどの導電性セラミックスまたはヒートスポットを形成しにくいＣｕなどの熱伝導率の高い金属の被膜の表面付近に形成された未溶融部分を次の放電で十分に溶融することができない。その結果、未溶融部分が多量に残存する被膜となり、結合力の小さい状態となるので、脆い被膜となってしまう。
【００１３】
本発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、加工液を蒸気またはミスト１０で供給するので、蒸発する加工液がわずかであり、被加工物８が受ける放電の熱エネルギーが大きくなる。このため、従来は形成することができなかった融点が高く溶融するために大きなエネルギーが必要である導電性のＷＣ、ＴｉＣなどの導電性セラミックスまたはＣｕ、Ａｇ、ＡｌまたはＣｕ、ＡｇおよびＡｌのうち少なくとも１つの金属を含む合金などの熱伝導率の高い金属においても、被膜の未溶融部分を溶融することができ、剥離しにくい被膜を形成できるようになる。
【００１４】
一方、電極周辺に加工液が全く存在しない場合には、電極の温度が上昇し、電極の溶融域を電極から離脱させられなくなる。そして、連続的な放電によって溶融域が電極に拡大し続け、電極の焼結が進み多孔質体ではなくなってしまい、被膜を形成できなくなる。この対策として、電極支持部に取り付ける前に多孔質体の電極を加工液に浸してから放電を開始すると、放電開始直後は被膜を形成できる。しかしながら、処理が進むに従って、電極の内部に保持されていた加工液が不足し、溶融域を離脱させられなくなる。
【００１５】
本発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、適度な量の加工液を蒸気またはミスト１０として供給するので、加工液が蒸発する際に蒸発熱として電極７から熱を奪う。そのため、電極７の温度を適当な温度に保つことができ、連続して安定に放電を行うことができ、電極７の焼結を抑制し厚い被膜を形成することができる。
【００１６】
また、加工液に油などの有機物を使用した場合には、放電の熱によって油が分解され、炭素が析出し、被膜を形成するためにはこの炭素を蒸発させる必要がある。従来の放電表面処理装置においては、電極と被加工物との間には多量の加工液が存在し、加工液に有機物を使用した場合には、多量の炭素が析出され、炭素の蒸発のために放電の熱エネルギーを費やし、被膜を十分に溶融できず、脆い被膜になってしまう。
【００１７】
本発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、適度な量の加工液を蒸気またはミスト１０として供給するので、放電のエネルギーによって油が分解されて析出する炭素量を極力抑制することができ、炭素の蒸発のために費やされる放電の熱エネルギーを減らし、十分に被膜を溶融することができ、剥離しにくい被膜を形成できる。
【００１８】
次に、多孔質体の電極７の製造方法について説明する。
平均粒径０.０１μｍ〜１０μｍの金属、金属の化合物または導電性セラミックスの粉末を電極７の材料として使用する。この粉末を所定の金型にいれ、圧力を負荷しプレスすることで粉末は固まり、圧粉体となる。ここで、粉末にパラフィンなどのワックスを重量比で１％から１０％程度混入すると、プレスの際に混合粉末内部へのプレス圧力の伝わりが良くなり、成形性を改善できる。
【００１９】
圧縮成形された圧粉体は、電気抵抗が所定の値よりも小さい場合には、そのまま放電表面処理用の電極７として使用できる。しかしながら、圧粉体の電気抵抗が所定の値よりも大きい場合には、放電を発生させることができないので、圧粉体を加熱することによって粒子と粒子との結合を進め、通電性を向上させる必要がある。また、プレスの際にワックスを使用した場合には、圧粉体中からワックスを除去する必要があるので、ワックスの融点より高い温度に圧粉体を加熱し、ワックスを除去する。
【００２０】
以上のように製造することによって、孔の直径が数μｍ以下の多孔質体の電極７を得ることができる。放電によって形成される溶融域１３を加工液１４の蒸発によって離脱させるためには、直径数十μｍ〜数百μｍの放電アーク柱より小さい孔が開いている必要がある。
【００２１】
また、泥しょう鋳込成形によっても直径が数μｍ以下の孔を有する多孔質体の電極７を得ることができる。平均粒径０.０１μｍ〜１０μｍの金属、金属の化合物または導電性セラミックスの粉末を水または有機剤と混合し、さらに粉末の凝集を抑制する高分子分散剤を微量加えて泥しょうを製造する。この泥しょうを石膏型に加圧注入し、石膏型が水や有機剤を吸い、泥しょうが硬くなるまで放置または加熱する。その後、型から外すと、孔の直径が数μｍ以下の多孔質体の電極７を得ることができる。
【００２２】
焼結された電極を用いると、電極内部に互いに連通した多数の孔を有さないので、電極内部に加工液を十分保持することができず、溶融域を電極から離脱することができない。したがって、本発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、電極７は多孔質体であって、その空隙率は３０％以上７０％以下が好ましい。空隙率が３０％より小さい場合には、電極７内部に保持される加工液量が不足し、７０％より大きい場合には、電極７の電気抵抗が大きくなる。
【００２３】
また、多孔質体である電極７において、毛管作用を発生させる必要があるため、電極７の孔の直径は、ミストの直径よりも小さい方がよい。ミストは、電極７の表面に付着し、液滴１１に成長するが、その成長過程において液滴１１が電極７の孔の全面を覆ったときに、毛管作用によって電極７の内部に侵入する。安定して放電を発生させ、被膜を形成させるためには、ミストの直径が数μｍであることから、孔の直径が数μｍ以下である電極７を使用することが好ましい。
【００２４】
次に、蒸気またはミスト１０を発生する蒸気発生部５について説明する。
加工液をミストで供給する場合には、発振周波数数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの超音波を加工液に印加することによって、数μｍのミストを生成できる。蒸気発生部５の吸気口は、ガスタンクの吐出口と連結されており、生成したミストをガスによってノズル６から吐出する。ミストの噴霧量は、電極７の大きさ・放電条件によって多少異なるが、０.１Ｌ／ｈ〜１Ｌ／ｈ程度で十分である。ミストを搬送する搬送ガスとしては、ミストと反応しないように窒素またはアルゴンなどの不活性ガスが好ましい。加工液として水を使用する場合には、水のミストと酸素とが反応して燃焼することがないので、搬送ガスは空気でもよい。搬送ガスを空気とする場合には、ファンによってミストを搬送する流れを生成してもよい。
【００２５】
加工液を蒸気で供給する場合には、加工液を加熱して蒸発させ、ファンによって流れを作り、その流れと共に蒸気をノズル６より吐出する。加工液として水を使用する場合には、周囲に飛散したミストで周囲の金属部材の表面に錆を生じさせる可能性がある。錆を防ぐためには、加工液である水に有機酸アミン塩などの水溶性防錆剤を加えるか、または周囲の放電表面処理装置を構成する金属部分に粘度の高いシリコンオイルなどを塗布しておくとよい。被加工物８が錆びやすい場合も、被加工物８の表面に粘度の高いシリコンオイルを塗布しておくとよい。
【００２６】
加工液として油を使用する場合には、電極７が燃焼するのを避けるため、搬送ガスとして、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスを使用することが好ましい。また、加工液として使用する油は、電極７の内部に侵入しやすいように粘性の低いものがよく、灯油や粘性の低いシリコンオイルが好ましい。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法によるＷＣの被膜の製造例について述べる。
平均粒径０.１μｍのＷＣ粉末に、重量比で８％のワックスを混合し、メッシュサイズ３００μｍ程度の篩をかけて凝集した粉末を分散させた後、７０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの圧力でプレス成形し、その成形体を１１００℃の真空炉で約１時間保持し、電極７を製造した。電極７の寸法は、５０ｍｍ×１１ｍｍ×２ｍｍである。その電極７を電極支持部４に固定し、蒸気発生部５で生成される約１μｍの純水のミストをノズル６から０.５Ｌ／ｍｉｎで被加工物８と電極７との間に供給しながら放電を発生させる。使用した放電電流は８Ａ、放電時間は１２８μｓ、放電開始の電圧は３００Ｖ、被加工物８は炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）である。電極７の面１１ｍｍ×２ｍｍを処理面とし、電極７の寸法５０ｍｍの方向のみサーボを取りつつ１ｋＨｚ程度の周波数で約３０ｍｉｎ放電を発生させると、１１ｍｍ×２ｍｍ×厚さ０.２ｍｍのＷＣの被膜を製造することができた。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置を用いて作製したＷＣ被膜の断面の電子顕微鏡写真である。
図３に示す電子顕微鏡写真は、上記製造例に示したＷＣの被膜を砥石切断機で切断し、切断面を研磨し、電子顕微鏡で撮影した２５０倍のＳＥＭ像である。図３の写真の下部は、被加工物８であり、被加工物８の上にＷＣの被膜（色が異なって見える部分）が堆積している。図３から、ＷＣの粉末が溶融して被膜となっている様子がわかる。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置を用いて作製したＷＣ被膜のＷ（タングステン）の分布を示す図である。
図４は、上記製造例に示した被膜内に実際にＷＣが存在するかを確認するために、ＥＤＳ（ｅｎｅｒｇｙ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、タングステンの分布を把握したものである。図４において、被膜全体が明るく見えることから、タングステンが被膜全体に分布しており、本発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置を用いて作製した被膜は、ＷＣの被膜であると見なすことができる。本発明によって、溶融させるために多量の熱エネルギーを必要とするので、従来は形成できなったＷＣの被膜を製造できるようになった。
【００３０】
この発明の実施の形態１においては、電極７と被加工物８との間に印加される放電開始の電圧を３００Ｖとしたが、約８０Ｖ以上約８００Ｖ以下であればよい。電極７と被加工物８との距離は、印加される電圧に比例する。電圧を８０Ｖより小さくすると、電極７と被加工物８との距離が小さくなり過ぎ、サーボ機構２が追従できない程度のわずかな電極７の振動で電極７と被加工物８とが接触してしまい、安定して放電を発生できず、被膜を形成できなくなる。電圧を８００Ｖより大きくしても、被膜を形成することはできる。しかしながら、電圧を８００Ｖより大きくした場合には、電極７から被加工物８までの距離が長くなるので、その間に電極７から溶融し離脱した電極７の一部が冷却されてしまい、脆い被膜となることがある。また、電圧を高くすると、感電の危険性が高くなるので、装置の汎用性を考慮したときに思わしくない。
【００３１】
また、放電電流を８Ａ、放電時間を１２８μｓとしたが、使用する放電電流は、５Ａ以上３０Ａ以下、放電時間は２μｓ以上５１２μｓ以下が好ましい。放電電流５Ａかつ放電時間２μｓ、すなわち放電エネルギーを２×１０−４Ｊより小さくすると、放電のエネルギーが小さくなりすぎ、電極７を溶融できず、被膜を形成できない。また、放電電流３０Ａかつ放電時間５１２μｓ、すなわち放電エネルギーを０．３１Ｊより大きくすると、表面の凹凸や被膜内にできる空隙が非常に大きくなり、研磨などの後処理をしても表面粗さを低下できず摺動面としての使用において問題がある被膜となる。また、電極７内に保持されていた加工液を全て蒸発させてしまい、電極７に形成される溶融域１３を電極７から離脱させられず、被膜を形成できなくなることもある。
【００３２】
以上のように、この発明の実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、加工液の蒸気またはミストを多孔質体の電極と被加工物の間に供給することによって、電極の表面に付着した蒸気またはミストが凝縮・液滴化し、毛管作用によって加工液が多孔質体である電極の内部に浸透する。このため、多孔質体の電極は、適度な量の加工液を含有した状態となり、放電の熱エネルギーを適度に冷却でき、かつ、ＷＣ、ＴｉＣなど溶融させるために大きな熱エネルギーを必要とする導電性セラミックスを溶融することができ、導電性セラミックスの厚い被膜を形成することができる。
【００３３】
また、この発明の実施の形態に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、加工液が気化して生じる爆発力を小さくできるので、被膜と被加工物との結合力または被膜を構成する構成体と構成体との結合力が小さい場合にも、被膜を除去することがない。このため、次に生じる放電によって、結合力の小さい被膜を溶融させることができ、融点の高いＷＣ、ＴｉＣなどの導電性セラミックスまたはＣｕ、Ａｇ、ＡｌまたはＣｕ、ＡｇおよびＡｌのうち少なくとも１つの金属を含む合金などの熱伝導率の高い金属の被膜を形成することができる。
【００３４】
さらに、油などの有機物を加工液として使用した場合にも、加工液を蒸気またはミストとして供給するので、放電のエネルギーによって油が分解されて析出する炭素量を極力抑制することができ、炭素の蒸発のために費やされる放電の熱エネルギーを減らし、十分に被膜を溶融することができ、剥離しにくい被膜を形成できる。
【００３５】
また、この発明の実施の形態に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法を用いてＷＣ、ＴｉＣなどの導電性セラミックスの硬い被膜を摺動面に形成させると、部材の耐摩耗性や寿命を大きく向上することができる。
【００３６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、電極７を冷却する点が実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法と異なっている。その他の構成および機能は、実施の形態１に示す放電表面処理装置と同一である。
【００３７】
図５は、この発明の実施の形態２による放電表面処理装置の構成を概略的に示す側面図である。
図５においては、電極支持部４の内部であって電極７の近傍に冷却液流路３１が設けられ、冷却液流路３１に水や不凍液などの冷却液を循環させる。電極７の熱は冷却液に伝導され、電極７の温度上昇を抑制することができる。電極７の近傍で温められた冷却液はラジエータなどで冷却され、再び、冷却液流路３１を流入する。冷却液流路３１は、電極７を冷却する冷却部を構成する。
【００３８】
多孔質体の電極７の内部に存在する加工液が不足すると、電極７の溶融域１３を電極７から離脱させることができず、連続的な放電によって溶融域１３が電極７に拡大し続け、電極７が焼結し多孔質体ではなくなってしまい、被膜を形成できなくなる。
【００３９】
この発明の実施の形態２による放電表面処理装置においては、冷却部である冷却液流路３１を有し、電極７を冷却しながら処理を行うので、電極７の温度上昇を抑制することができ、電極７上での蒸気またはミストの凝縮が促進され、電極７内部に侵入する加工液量を増加することができる。このため、電極７の特性変化を抑制し、連続した放電を安定して行うことができ、厚い被膜を形成することができる。
【００４０】
図６は、この発明の実施の形態２による他の放電表面処理装置の構成を概略的に示す側面図である。
図６においては、電極７の近傍にモータで駆動されるファン３２が設けられており、ファン３２は、電極７を冷却する冷却部を構成する。モータによってファン３２を回転させ、電極７の周囲に気流を発生させる。電極７の熱は、気流に放熱され、電極７の温度上昇を抑制することができる。冷却部としてファン３２を用いた場合にも、図５に示す冷却液流路３１を用いた場合と同様に、電極７を冷却しながら処理を行うので、電極７の温度上昇を抑制することができ、電極７上での蒸気またはミストの凝縮が促進され、電極７内部に侵入する加工液量を増加することができる。このため、電極７の特性変化を抑制し、連続した放電を安定して行うことができ、厚い被膜を形成することができる。
なお、この発明の実施の形態２に示す放電表面処理装置においては、冷却部において電極７の温度または冷却液の温度が所定の温度となるように温度制御してもよい。
【００４１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、電極７と被加工物８との間に加工液の液滴を供給し、加工液を蒸気またはミストで供給しない点が実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法と異なっている。その他の構成および機能は、実施の形態１に示す放電表面処理装置と同一である。
【００４２】
図７は、この発明の実施の形態３による放電表面処理装置の構成を概略的に示す側面図である。
図７に示す放電表面処理装置においては、電極７と被加工物８との間付近に加工液の液滴を供給する液滴供給部２０を備えている。液滴供給部２０は、加工液を貯留する液タンク２２と、電極７と被加工物８との間付近に設けられた液滴の流出口であるニードル２１とを有する。液タンク２２には、液滴が流出されるように、気体が貯留されている上部２３に気体取り入れ口２４が設けられている。気体取り入れ口２４を設けない場合には、液タンク２２のケーシングを変形できるビニール製またはそれに類するものとする。液タンク２２とニードル２１とを連結するチューブの途中には抵抗体２５が設けられ、液滴の供給量が調整される。
【００４３】
ここで、電極７の内部への加工液供給方法について説明する。
液滴供給部２０のニードル２１から電極７と被加工物８との間付近に加工液の液滴を供給する。電極７と被加工物８との間に発生する放電の熱によって、その周囲にあった加工液や気体は急激に体積膨張する。放電が終了すると、今度は膨張していたものが急激に収縮し、電極７と被加工物８との間に向かう流れ場が電極７の周囲に形成される。この電極７と被加工物８との間に向かう流れによって、ニードル２１から流出し停滞していた液滴は、電極７と被加工物８との間に引き込まれる。以上のようにして、電極７と被加工物８との間付近に加工液の液滴を供給することで、電極７が加工液を保持する状態とすることができる。
液滴の供給量は、７０ｍｍ３／ｍin〜３００ｍｍ３／ｍｉｎ程度が好ましい。処理面積が大きい場合には、ニードル２１を複数本使用してもよい。また、周囲の雰囲気は、空気または窒素などの不活性ガスが好ましい。
【００４４】
以上のように、この発明の実施の形態３に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、多孔質体の電極は、適度な量の加工液を含有した状態となり、放電の熱エネルギーを適度に冷却できるので、ＷＣ、ＴｉＣなど溶融させるために大きな熱エネルギーを必要とする導電性セラミックスを溶融することができ、導電性セラミックスの厚い被膜を形成することができる。また、結合力の小さい被膜を溶融させることができ、融点の高いＷＣ、ＴｉＣなどの導電性セラミックスまたはＣｕ、Ａｇ、ＡｌまたはＣｕ、ＡｇおよびＡｌのうち少なくとも１つの金属を含む合金などの熱伝導率の高い金属の被膜を形成することができる。
【００４５】
さらに、油などの有機物を加工液として使用した場合にも、放電のエネルギーによって油が分解されて析出する炭素量を極力抑制することができ、炭素の蒸発のために費やされる放電の熱エネルギーを減らし、十分に被膜を溶融することができ、剥離しにくい被膜を形成できる。また、油などの可燃性の加工液も大気中で使用できる上、周囲に蒸気またはミストを飛散しないので、加工液として水を使用したときに周囲の錆を生じず、油を使用したときの汚染も生じない。
【００４６】
さらに、この発明の実施の形態３に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法を用いてＷＣ、ＴｉＣなどの導電性セラミックスの硬い被膜を摺動面に形成させると、部材の耐摩耗性や寿命を大きく向上することができる。
【００４７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、電極７を冷却する点が実施の形態３に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法と異なっている。その他の構成および機能は、実施の形態３に示す放電表面処理装置と同一である。
【００４８】
図８は、この発明の実施の形態４による放電表面処理装置の構成を概略的に示す側面図である。
図８においては、電極支持部４の内部であって電極７の近傍に冷却液流路３１が設けられ、冷却液流路３１に水や不凍液などの冷却液を循環させる。電極７の熱は冷却液に伝導され、電極７の温度上昇を抑制することができる。電極７の近傍で温められた冷却液はラジエータなどで冷却され、再び、冷却液流路３１を流入する。冷却液流路３１は、電極７を冷却する冷却部を構成する。
【００４９】
この発明の実施の形態４に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、被加工物８の表面に加工液の液滴を供給するので、特に、多孔質体の電極７の内部に存在する加工液が不足する場合がある。加工液が不足すると、電極７の温度が上昇し、電極７の溶融域１３を電極７から離脱させることができず、連続的な放電によって溶融域１３が電極７に拡大し続け、電極７が焼結し多孔質体ではなくなってしまい、被膜を形成できなくなる。
【００５０】
この発明の実施の形態４による放電表面処理装置においては、冷却部である冷却液流路を有し、電極を冷却しながら処理を行うので、電極の温度上昇を抑制することができ、電極上での蒸気またはミストの凝縮が促進され、電極内部に侵入する加工液量を増加することができる。このため、電極の特性変化を抑制し、連続した放電を安定して行うことができ、厚い被膜を形成することができる。
【００５１】
図９は、この発明の実施の形態４による他の放電表面処理装置の構成を概略的に示す側面図である。
図９においては、電極７の近傍に電極７に向けて送風するファン３２が設けられており、ファン３２は、電極７を冷却する冷却部を構成する。冷却部としてファン３２を用いた場合にも、図８に示す冷却液流路３１を用いた場合と同様に、電極７を冷却しながら処理を行うので、電極７の温度上昇を抑制することができ、電極７上での蒸気またはミストの凝縮が促進され、電極７内部に侵入する加工液量を増加することができる。このため、電極７の特性変化を抑制し、連続した放電を安定して行うことができ、厚い被膜を形成することができる。
なお、この発明の実施の形態４に示す放電表面処理装置においては、冷却部において電極７の温度または冷却液の温度が所定の温度となるように温度制御してもよい。
【００５２】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、電極７に直接、加工液を供給し、加工液を蒸気またはミストで供給しない点が実施の形態１に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法と異なっている。その他の構成および機能は、実施の形態１に示す放電表面処理装置と同一である。
【００５３】
図１０は、この発明の実施の形態５による放電表面処理装置の構成を概略的に示す側面図である。
図１０に示す放電表面処理装置においては、電極７に直接加工液を供給するため、電極７に連結した加工液供給部４０を備えている。加工供給部４０は、加工液を貯留する液タンク４２と、電極７の上部に連結し直接加工液を供給するニードル４１とを有する。液タンク４２には、加工液が排出されるように、気体が貯留されている上部４３に気体取り入れ口４４が設けられている。気体取り入れ口４４を設けない場合には、液タンク４２のケーシングを変形できるビニール製またはそれに類するものとする。液タンク４２とニードル４１とを連結するチューブの途中には抵抗体４５が設けられ、加工液の供給量が調整される。加工液の供給量は、７０ｍｍ３／ｍｉｎ〜３００ｍｍ３／ｍｉｎ程度が好ましい。電極７が大きい場合には、ニードル４１を複数本使用してもよい。
なお、図１０に示す放電表面処理装置おいては、ニードル４１を電極７の頂部に連結している。電極７とニードル４１との連結位置は、頂部に限定されるものではなく、側面でもよい。
【００５４】
以上のように、この発明の実施の形態５に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法においては、多孔質体の電極に直接加工液を供給するので、多孔質体の電極は、適度な量の加工液を含有した状態となり、放電の熱エネルギーを適度に冷却できる。このため、ＷＣ、ＴｉＣなど溶融させるために大きな熱エネルギーを必要とする導電性セラミックスを溶融することができ、導電性セラミックスの厚い被膜を形成することができる。また、結合力の小さい被膜を溶融させることができ、従来は形成できなかった融点の高いＷＣ、ＴｉＣなどの導電性セラミックスまたはＣｕ、Ａｇ、ＡｌまたはＣｕ、ＡｇおよびＡｌのうち少なくとも１つの金属を含む合金などの熱伝導率の高い金属の被膜を形成することができる。
【００５５】
さらに、油などの有機物を加工液として使用した場合にも、放電のエネルギーによって油が分解されて析出する炭素量を極力抑制することができ、炭素の蒸発のために費やされる放電の熱エネルギーを減らし、十分に被膜を溶融することができ、剥離しにくい被膜を形成できる。また、油などの可燃性の加工液も大気中で使用できる上、周囲に蒸気またはミストを飛散しないので、加工液として水を使用したときに周囲の錆を生じず、油を使用したときの汚染も生じない。
【００５６】
さらに、この発明の実施の形態５に示す放電表面処理装置および放電表面処理方法を用いてＷＣ、ＴｉＣなどの導電性セラミックスの硬い被膜を摺動面に形成させると、部材の耐摩耗性や寿命を大きく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の実施の形態１による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図６】この発明の実施の形態２による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図８】この発明の実施の形態４による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図９】この発明の実施の形態４による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図１０】この発明の実施の形態５による放電表面処理装置の構成を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  電源、２  サーボ機構、３  ヘッド、４  電極支持部、５  蒸気発生部、６  ノズル、７  電極、８  被加工物、９  ベッド、１０  蒸気またはミスト、１１  液滴、１２  放電、１３  溶融域、１４  加工液、１５  ボールネジ駆動用モータ、２０  液滴供給部、２１  ニードル、２２  液タンク、２３  上部、２４  気体取り入れ口、２５  抵抗体、３１  冷却液流路、３２  ファン、４０  加工液供給部、４１  ニードル、４２  液タンク、４３  上部、４４  気体取り入れ口、４５  抵抗体。
【図１】
2008202093.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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