(57)【要約】【課題】放電加工用電極について、従来のものよりもより電極消耗率が低く、より加工速度を速くすることが可能な放電加工用電極を得ることを目的とする。【解決手段】放電加工用電極の５〜４０重量％を占めるＣｕ、Ａｇのいずれか１種以上と、平均粒子径が２μｍ以下で６０〜９５重量％を占めるＷ、Ｍｏのいずれか１種以上からなる複合材料の相対密度を７０〜９２％とすることにより、課題を解決できる。また、ホウ素、ホウ化物、ホウ酸化物、複合ホウ酸化物などを加えることにより、その特性はさらに向上する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１種と、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種からなる放電加工用電極材料において、
Ｃｕ、Ａｇのうちの少なくとも１種が５〜４０重量％、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１種が６０〜９５重量％で、相対密度が７０〜９２％であり、
Ｗ、Ｍｏの少なくとも１種以上が平均粒子径２μｍ以下の球状の粒子からなり、
Ｃｕ、Ａｇのうちの少なくとも１種以上がＷ、Ｍｏの少なくとも１種以上からなる粒子間に存在することを特徴とする放電加工用電極材料。
【請求項２】
放電加工用電極材料１００重量部に対して、ホウ素、ホウ化物、ホウ酸化物または複合ホウ酸化物のうちの１種以上を０．０５〜１０重量部添加することを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電極材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｗ、Ｍｏのうちの１種以上からなる高融点で高硬度の金属または合金と、Ｃｕ、Ａｇのうち１種以上からなる低融点で高導電性の金属または合金からなる複合材料で、放電加工に最適な電極材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電加工はアーク放電を繰り返し行うことで被加工物に加工を施す方法であり、従来より放電加工用電極材料としてＣｕとＷの複合材料や、ＡｇとＷの複合材料が主に用いられてきた。
【０００３】
本分野でＣｕとＷの複合材料、もしくはＡｇとＷの複合材料が用いられてきたのは、他の合金電極よりも加工速度および電極寿命が優れているからである。
【０００４】
加工速度、電極寿命および加工精度などの諸特性をより改善するために、放電加工用電極材料について、現在までにさまざまな改良が行われてきた。
【０００５】
例えば、本出願人が出願した特許文献１には、ＷとＣｕの複合材料中にホウ化物を添加することにより、前記諸特性を改善する技術が開示されている。しかし、実際にホウ化物を添加しても、加工速度および電極消耗率は若干改善されるものの、十分な結果は得られていない。
【０００６】
ホウ化物の他にも、添加物として  Ｎａ等のアルカリ金属類、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属類、Ｌａ、Ｃｅ等の希土類およびこれらの化合物を加える技術も開示されているが、いずれも十分な加工速度は得られていないのが現状である。
また、特許文献１にはＷの平均粒子径を微細化する製造方法と、これにより放電加工速度および電極寿命を改善する技術が開示されている。しかしながら、この技術においてもやはり、加工速度に対して十分な結果は得られない。
【０００７】
さらに、特許文献２にはホウ素、ホウ化物を添加して、かつ、気孔率を３〜８体積％とすることにより、放電加工特性を向上させた技術が示されている。しかし、気孔率を３〜８体積％と設定することは、特にＷの平均粒子径が小さい（２μｍ以下）場合は加工速度の向上に貢献するところが少なく、さらにＷの平均粒子径が小さい場合はほとんど効果があらわれない。
【０００８】
総じて、放電加工用電極の諸特性（加工速度、消耗速度）を改善する決定的な手段が得られていないのが現状である。
【特許文献１】特願２００２−３５８５６６号
【特許文献２】特開昭４９−１２１２９６号公報
【本発明が解決しようとする課題】
放電加工に用いるＷ、Ｍｏのうち１種以上からなる高融点で高硬度の金属または合金と、Ｃｕ、Ａｇのうち１種以上からなる低融点で高導電性の金属の合金または合金からなる放電加工用電極材料において、加工速度が速く、かつ、電極寿命が長い放電加工用電極材料を得ることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１種と、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種からなる放電加工用電極材料において、Ｃｕ、Ａｇのうちの少なくとも１種が５〜４０重量％、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１種が６０〜９５重量％で、相対密度が７０〜９２％であり、Ｗ、Ｍｏの少なくとも１種以上が平均粒子径が２μｍ以下の球状の粒子からなり、Ｃｕ、Ａｇのうちの少なくとも１種以上がＷ、Ｍｏの少なくとも１種以上からなる粒子間に存在することを特徴とする放電加工用電極材料である。
【００１０】
相対密度を７０〜９２％とすることで、相対密度が１００％に近い緻密な複合材料よりも、放電加工用電極として使用した際に、アーク放電発生面積が増加する。比表面積の増加に伴い、アーク放電が頻繁となることから加工速度が速くなる。しかしながら、相対密度が７０％以下では、加工速度は速いが、電極の材料強度が低いために電極作製のための加工が難しくなり、また、Ｗ粒子間の結合が不十分な箇所が増加することでアーク放電時に容易に欠落するＷ粒子が増加し、電極寿命が著しく短くなる。
【００１１】
また、相対密度が９２％以上ではアーク放電発生面積が急激に減少するため、加工速度が著しく低下してしまう。
また、本発明はＷ、またはＭｏの平均粒子径が２μｍ以下であることを特徴とする。これは、本出願人が先に出願した特許、特願２００２−２０３２２４号にも示されるように、Ｗ粒子が微細になることでアーク発生面積が増加し、よりアーク放電が頻繁となることから加工速度が増加し、かつ、低融点で高導電性の金属（Ｃｕ、Ａｇ、およびそれらの合金）も微細に分散されることで、一度の放電にて融解するＣｕ量もしくはＡｇ量がより少なくなることから電極消耗が低減される。また、平均粒径が２μｍ以下のＷ，Ｍｏの少なくとも一種以上からなる粒子は、それらの量、熱処理や焼成の温度により、それらの粒子同士が互いに分離している状態でもよく、互いに表面部で部分的に融合したいわゆるネッキングを起こしている状態でもよく、それら全粒子の中の一部の粒子が部分的にネッキングしている状態でもよく、また、それらの状態が混在した状態でもよい。平均粒子径が２μｍ以下のＷ，Ｍｏの少なくとも一種以上からなる粒子は、それらの粒子同士総てが互いに表面部で部分的に融合したいわゆるネッキングを起こしている状態のものを放電加工用電極として使用した場合、高温になっても粒子同士の結合力が強く、電極の変形消耗が少ないので好適である。
【００１２】
さらに、本発明は低融点で高導電性の金属を５〜４０重量％含有することを特徴とする。低融点で高導電性の金属が４０重量％以上含まれる複合材料は、低融点で高導電性の金属の熱伝導度が高いことにより、一度のアーク放電で融解する低融点で高導電性の金属の範囲が広くなるため電極寿命が短くなる。また、電極表面が粗れやすくなるため安定したアークの発生が得られず加工速度も低下する。低融点で高導電性の金属が５重量％以下の場合、低融点で高導電性の金属の融解範囲は狭くなるが、低融点で高導電性の金属の層が極端に薄くなるために、アーク放電で発生した熱エネルギーがＷに局所的に蓄えられる。したがって、電極表面のＷが軟化し欠落しやすくなるため電極寿命が短くなり、また、電極表面が荒れることで安定したアークの発生が得られず加工速度も低下する。
【００１３】
請求項２に記載の本発明は、放電加工用電極材料１００重量部に対して、ホウ素、ホウ化物、ホウ酸化物または複合ホウ酸化物のうちの１種以上を０．０５〜１０重量部添加することを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電極材料である。添加物を重量割合で０．０５％〜１０％加えることにより加工速度は若干低下するが、電極寿命が伸び、気孔率の変化に対する安定性も良くなる。また、０．０５重量％以下では添加物の効果が得られず、また、１０重量％以上では焼成時の濡れ性が非常に悪くなり、所望の合金を得ることが難しいため望ましくない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の放電加工用電極は以下の方法により得ることができる。
すなわち、平均粒子径が２μｍ以下のＷ粉末もしくはＭｏ粉末と平均粒子径が０．１〜１０μｍ程度のＣｕもしくはＡｇの粉末（ホウ素、ホウ化物、ホウ酸化物を加える場合はそれらも）とをライカイ混合機、アトライター混合機、もしくはビーズミル混合機等の混合機にて混合し、乾燥後得られた混合粉末を５〜３００ＭＰａにて金型プレスを行いプレス体を得る。上記ＷもしくはＭｏとＣｕもしくはＡｇの混合比率は請求項１に記載の通り、ＣｕもしくはＡｇの含有量が５〜４０重量％であることが、その特性上適している。プレス体を水素等の還元雰囲気または真空雰囲気にて１３００℃程度で焼成後、研削盤、電気加工機などで加工を行い、所望の電極形状に加工することで本発明の放電加工用電極を得ることができる。
【００１５】
また、以上は通常の焼成法について述べたが、溶浸法によっても得ることができる。すなわち、純度９９％以上で平均粒子径が２μｍ以下のＷ粉末もしくはＭｏ粉末を５〜３００ＭＰａにて金型プレスを行い、プレス体を得る。プレス体を水素等の還元雰囲気または真空雰囲気にて１１００℃〜１７００℃で熱処理を行って粒子同士にネッキングがおこる仮焼体を得る。次に仮焼体と粉末状または固まりの十分な体積を持つ純度９９％以上のＣｕもしくはＡｇを接触または近傍に載置した状態で、還元雰囲気または真空雰囲気中でＣｕあるいはＡｇの融点より高温の１３００℃程度まで加熱し、仮焼体中にＣｕもしくはＡｇを溶浸させる。冷却後に、溶浸できなかった余分のＣｕもしくはＡｇを紙やすり、研削盤、電気加工機などで除去し、研削盤、電気加工機などで加工を行い所望の電極形状に加工する。以上の方法にて本発明の放電加工用電極を得ることもできる。ホウ素、ホウ化物、ホウ酸化物を添加した上記複合材料を作製する場合は、前記Ｗ粉末と十分に混合を行うことにより、同様の工程にて得ることができる。
【００１６】
さらに、ＣｕもしくはＡｇの酸化粉末とＷもしくはＭｏの酸化粉末とを混合し、乾燥して得られる混合粉末を水素雰囲気などの還元性雰囲気で還元するいわゆる共還元を行い、得られた粉末を通常の焼成法と同様の工程にて得ることもできる。以下実施例により、より詳細に説明する。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
純度９９．９％で平均粒子径が１．０μｍのＷ粉末と平均粒子径が４．０μｍのＣｕをライカイ機にて混合し、乾燥後得られた混合粉末を２００ＭＰａにて金型プレスを行い、プレス体を得た。プレス体を水素中、還元雰囲気にて１１００℃〜１５００℃で５０℃刻みの温度で焼成した。焼成温度を変えることで、焼成後の相対密度が変化する。本実験の試料それぞれの組成、焼成温度、相対密度について表１に示した。
焼成後の上記Ｃｕ−Ｗ系複合材の形状はφ８．０ｍｍ×５５ｍｍの円柱形状であり、その組成はＷが８０重量％、Ｃｕが２０重量％であった。冷却後に、研削盤、電気加工機で加工を行い所望の電極形状（φ７．０ｍｍ×５０ｍｍ）に加工した。以上の方法にて得られた本発明の放電加工用電極を試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．４および比較試料＊Ｎｏ．２１〜比較料＊Ｎｏ．２５とした。
次にこれらの試料を放電加工用電極としてトランジスター型放電加工機に装着し、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金を加工した。放電加工速度（ｍｇ／ｍｉｎ）、および電極消耗率（％）は、式１および式２の計算式にて求めた。
式１：
放電加工速度（ｍｇ／ｍｉｎ）＝被加工材の加工重量（ｍｇ）÷総加工時間（ｍｉｎ）
式２：
電極消耗率（％）＝電極の消耗体積量（ｍｍ３）÷被加工材の体積加工量（ｍｍ３）×１００
【００１８】
【表１】
2004358623.tif 000002
表１中で試料Ｎｏ．に「＊」印の付与された試料は、本発明の範囲外の比較試料である
【００１９】
試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．４および比較試料＊Ｎｏ．２１〜比較料＊Ｎｏ．２５についての放電加工速度、電極消耗率の結果を表１、図１および図２に示す。なお、相対密度が本発明の範囲内の試料に試料Ｎｏ．を、範囲外のものに比較試料＊Ｎｏ．を付与した。これらの試料中で、十分な放電加工速度、電極消耗率を両立している試料は本発明の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．４であり、相対密度が本発明の範囲である７０％〜９２％が適当であることが分かった。この範囲よりも相対密度が低い７０％以下である場合（比較試料＊Ｎｏ．２１）は、電極に機械的な強度が不足しており、所望の電極形状を得るための加工が難しく、また、電極消耗率は、同一組成で相対密度が１００％近傍のＣｕ−Ｗ系複合材料より多くなった。さらに、相対密度が９２％よりも高い試料（比較試料＊Ｎｏ．２２〜比較試料＊Ｎｏ．２５）は、加工速度が著しく低下した。
【００２０】
（実施例２）
次に、ドープ剤である複合ホウ酸化物であるＳｒＢ２Ｏ４を１．０重量％添加した複合材料に対して同様の調査を行った。この試料を試料Ｎｏ．１０〜試料Ｎｏ．１３および比較試料Ｎｏ．２６、比較試料Ｎｏ．２７として、結果を同様に表１、図１および図２に示す。なお、試料Ｎｏ．１０〜試料Ｎｏ．１３、比較試料Ｎｏ．２６、比較試料Ｎｏ．２７の試料は、焼成温度のみを変えた試料であり、相対密度が本発明の範囲内の試料に試料Ｎｏ．を、範囲外のものに比較試料＊Ｎｏ．を付与した。実験結果より、複合ホウ酸化物を添加することにより、加えていない試料と比較して、加工速度は若干低下するものの、電極消耗率は低くなり、総じて良好な性質を示した。
複合ホウ酸化物であるＳｒＢ２Ｏ４の代わりに、ホウ素、ホウ化物である、Ｂ、ＴｉＢ２、ホウ酸化物であるＢＯ３，ＢａＢ２Ｏ４を添加して同様の実験を行ったところ、ＳｒＢ２Ｏ４と同様の効果を示した。
また、図中に記載はないが、ホウ素、ホウ化物、またはホウ酸化物、複合ホウ酸化物からなる添加物の量は、ＣｕとＷの複合材料の重量を１００重量部としたときに、０．０５〜１０重量部が適当であった。０．０５重量部未満であれば添加の効果があらわれず、１０重量部を超えた量添加すれば温度、雰囲気をさまざま調整したにも関わらず、焼成が困難であった。
【００２１】
（実施例３）
次に、低融点で高導電性の金属をＡｇとして、Ｗを８０重量％、Ａｇを２０重量％とする、相対密度が９０％の試料を作製した。他試料と同様の実験を行い、この試料を試料Ｎｏ．１６として、実験結果を表１、図１および図２に示した。この試料は低融点で高導電性の金属をＣｕとした場合と性能はほぼ同等であった。また、低融点で高導電性の金属をＡｇとＣｕからなる合金に変えて同様の実験も行ったが、やはり性能は同等であった。
【００２２】
（実施例４）
また、高融点で高硬度の金属をＭｏとして、Ｍｏを８０重量％、Ｃｕを２０重量％とする、相対密度が９０％の試料を作製し、この試料を試料Ｎｏ．１７とした。表１、図１および図２に示すように、この試料は高融点で高硬度の金属をＷとした場合と性能はほぼ同等であった。また、高融点で高硬度の金属をＭｏとＷからなる合金に変えて同様の実験も行ったが、やはり性能は同等であった。
【００２３】
（比較例１）
また、比較試料としてＷの平均粒子径が３．０μｍの粒子で、相対密度が９０％の試料を作製した。この試料を比較試料＊Ｎｏ．２８とした。表１、図１および図２に示すように、この試料は粒子が２．０μｍ以下の場合より、加工速度、電極消耗率の両者ともに性能は明らかに低下していた。
【００２４】
（比較例２）
さらに比較試料として、低融点で高導電性の金属が２．５重量％のＣｕであり、残部がＷであり、相対密度が９０％の試料を作製した。前記試料と同様の実験を行い比較試料＊Ｎｏ．２９として、結果を表１、図１および図２に示す。この試料は、低融点で高導電性の金属が５〜４０重量％である場合より、加工速度、電極消耗率ともに性能は明らかに低下していた。
【００２５】
（比較例３）
またさらに比較試料として、低融点で高導電性の金属が５０重量％のＣｕであり、残部がＷである、相対密度が９０％の試料を作製した。この試料を比較試料＊Ｎｏ．３０とし、前記試料と同様の実験を行い、その結果を表１、図１および図２に示した。この試料は、低融点で高導電性の金属が５〜４０重量％である場合より、加工速度、電極消耗率の両者ともに性能は明らかに低下していた。
【００２６】
以上の結果から、相対密度７０％〜９２％の複合材料にて放電加工速度が速く、かつ消耗も少ない放電加工用電極が得られることが分かった。また、ホウ素、ホウ化物、ホウ酸化物、複合ホウ酸化物の添加により電極消耗率をより下げることも可能であった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の放電加工用電極材料は、加工速度、電極消耗率のいずれについても従来の放電加工用電極材料より性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】相対密度と放電加工速度との関係を示す
【図２】相対密度と電極消耗率との関係を示す
【図１】
2004358623.tif 000003
【図２】
2004358623.tif 000004