(57)【要約】  多孔質電極の発明によって得られた極めて特長ある加工上の成果を基に、更に飛躍した性能を多孔質電極に付加するために、多孔質電極に添加物質を加えて、熱電子放射と電界放射を活発ならしめることにより、大きな加工速度と小さな電極消耗を実現すること。  銅粉に粉体状の炭素・W・MOなどの高融点材料，Cu2O・CuO・BaO・SrOなどの金属の酸化物，CaB6・NdB6などの硼化物若しくはWC・TaC・TiC・ZrC・MoCなどの炭化物の粉末の一種類または複数種類を混合添加し、この添加物質を組成中に分散させて粉末合金金型等の金型によって加圧成型した後、焼結して多孔質銅電極材料を製造することを特徴とする放電加工用多孔質銅電極の製造方法。
2007129749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料，導電性セラミック材料，非導電性セラミック材料若しくは半導体材料の放電加工に用いる電極であって、銅粉と、粉体状の炭素・W・MOなどの高融点材料，Cu2O・CuO・BaO・SrOなどの金属の酸化物，CaB6・NdB6などの硼化物若しくはWC・TaC・TiC・ZrC・MoCなどの炭化物の粉末の一種類または複数種類の添加物質とを有する多孔質銅電極材料で構成したことを特徴とする放電加工用多孔質銅電極。
【請求項２】
前記銅粉に前記添加物質を混合して加圧成型して焼結することで製造する前記多孔質銅電極材料の多孔質度は、金属状態の銅を１００とした場合、相対密度を７０以上９８以下の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の放電加工用多孔質銅電極。
【請求項３】
前記銅粉に対する前記添加物質の混合割合は、質量比２０％以下０.１％以上の範囲に設定したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の放電加工用多孔質銅電極。
【請求項４】
金属材料，導電性セラミック材料，非導電性セラミック材料若しくは半導体材料の放電加工に用いる電極の製造方法であって、銅粉に粉体状の炭素・W・MOなどの高融点材料，Cu2O・CuO・BaO・SrOなどの金属の酸化物，CaB6・NdB6などの硼化物若しくはWC・TaC・TiC・ZrC・MoCなどの炭化物の粉末の一種類または複数種類を混合添加し、この添加物質を組成中に分散させて粉末合金金型等の金型によって加圧成型した後、焼結して多孔質銅電極材料を製造することを特徴とする放電加工用多孔質銅電極の製造方法。
【請求項５】
前記多孔質銅電極材料の多孔質度は、金属状態の銅を１００とした場合、相対密度を７０以上９８以下の範囲とすることを特徴とする請求項４記載の放電加工用多孔質銅電極の製造方法。
【請求項６】
前記銅粉に対する前記添加物質の混合割合を、質量比２０％以下０.１％以上の範囲とすることを特徴とする請求項４，５のいずれか１項に記載の放電加工用多孔質銅電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属，セラミックス材料，半導体材料の放電加工に使用する高性能の電極材料を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電加工用電極の材料構成には、従来から銅や黄銅のように金属材料又は合金を使用するもの、銀タングステンや銅タングステンのように、混合して焼結したもの、グラファイトのように炭素を焼成したものに分けられる。【０００３】
これらについて、放電加工技術上の特性を述べると、次のようになる。【０００４】
１  銅や黄銅に代表される金属材料又は合金
(1)  銅は価格が安く、電極としての形状製作が容易なため、広く鉄鋼材料の加工に使用される。但し加工速度は後述の銅タングステンや銀タングステン，グラファイトに劣る。【０００５】
電極消耗は鉄鋼材料に対し、限られた条件下で低消耗加工が可能であるが、（仕上面あらさの荒い条件下）広い加工範囲に関しては、電極消耗は大きい。【０００６】
(2)  黄銅は、含有成分の亜鉛が蒸発しやすいので、加工は短絡が少なく安定であるが、電極消耗は広い範囲で銅よりも大きい。又、銅のように特定条件下に於ける低消耗加工は不可能である。【０００７】
但し、黄銅ワイヤの状態にしてワイヤ放電加工のワイヤ電極としては広く使用されている。その理由は、銅ワイヤよりも抗張力を高めることが容易であり、上述の加工が安定であると云うことに基づく。【０００８】
２  銀タングステン，銅タングステン焼結電極
この材料は放電加工の歴史がはじまる以前から、電気接点材料として用いられていたものである。タングステン単体の接点よりは、接触抵抗が小さい特長がある。【０００９】
放電加工が普及し出し、特に超硬合金（タングステンカーバイド焼結合金）の加工に於いて、銅電極よりも加工速度が高く、電極消耗が小さいので、加工精度を必要とする形状加工に使用されている。【００１０】
３  グラファィト電極
グラファィトの密度の高いものが放電加工用電極として、鋼材の加工に使われている。特長は加工速度が銅電極よりも高く、電極低耗加工も可能である。【００１１】
熱膨張係数が銅よりも格段に低いので、金型等の寸法形状が得やすいと云う特長がある。然し加工が不安定になりやすく、特に仕上加工は不安定度が増加する。そのため仕上加工に向かないと云う欠点がある。【００１２】
又、超硬合金の加工は、特に仕上加工に於いて銅電極や銀タングステン，銅タングステン電極に著しく劣る。【００１３】
＜従来技術の評価＞
従来技術の電極材料は前述の通り一長一短はあるものの、広く放電加工に定着して、使い分けながら実用されている。【００１４】
しかしながら、同一放電エネルギーでより大きな加工速度を得ること、より少ない電極消耗率を得ることが、放電加工を利用する立場から求められて居り、それが実現できれば、産業上大きな成果を生み出すことになる。【００１５】
本発明は、多孔質電極の発明によって得られた極めて特長ある加工上の成果を基に、更に飛躍した性能を多孔質電極に付加するために、多孔質電極に添加物質を加えて、熱電子放射と電界放射を活発ならしめることにより、大きな加工速度と小さな電極消耗を実現したものである。【００１６】
【非特許文献１】2004年 9月17日    於：島根大学  精密工学会秋季大会  講演番号G63  題名  放電加工電極の材料機能性制御
【非特許文献２】2005年 9月16日    於：京都大学  精密工学会秋季大会  講演番号M34  題名  多孔質電極材料を用いた機能性材料の放電加工
【非特許文献３】2005年11月17日    於：長岡グランドホテル  電気加工学会全国大会  講演番号22  題名  銅多孔質電極材料を用いた超硬材料の放電加工
【非特許文献４】万有百科大辞典  小学館発行  昭和53年16巻(物理・数学)p.430
【非特許文献５】三菱放電加工機  EP電源シリーズ加工特性データ  資料NO.IB(名)-64513-F(7903)-(名)RECグラファイト電極の極性による加工速度の差異表２に示す
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
＜多孔質銅電極の発明＞
多孔質銅電極は、本特許発明者が研究を行ない、過去数年にわたり、学会で発表したものであり、多孔質銅電極に関しては公知となっている。【００１８】
１  発表論文は下記の通りである。【００１９】
(1) 2004年 9月17日    於：島根大学
精密工学会秋季大会    講演番号  G63
題名    放電加工電極の材料機能性制御
(2) 2005年 9月16日    於：京都大学
精密工学会秋季大会    講演番号  M34
題名    多孔質電極材料を用いた機能性材料の放電加工
(3) 2005年11月17日    於：長岡グランドホテル
電気加工学会全国大会    講演番号  22
題名    銅多孔質電極材料を用いた超硬材料の放電加工特性【００２０】
２  発表論文の内容概略
(1) 2004年 9月17日    於：島根大学  講演番号  G63
放電加工電極の材料機能性制御
〔目的〕
電極材料の機能性を制御する目的で、同一電極材料を用いて相対密度を変えた電極を作り、電極極性を(＋)として同一電気条件で加工した結果、相対密度70％以上に於いて、銅電極（100％電気銅）を用いた加工に比べ、加工速度が向上し、特に相対密度80％近傍では、銅電極にくらべ約1.5倍の加工速度となった（図１）。        
然し電極消耗は銅の固体電極と余り変わらなかった（図２）。                      
又、相対密度が70％以下になると、加工速度も低下し電極消耗量も増加した。【００２１】
(2) 2005年 9月16日    於：京都大学  講演番号  M34
多孔質電極材料を用いた機能性材料の放電加工
〔目的〕
超硬合金の加工に多孔質電極材料が、如何なる加工結果を示すかを実験的に確かめたものである。                                                                      
超硬合金はＧ5（WC：粒径1.2〜2μM，CO：12Wt％）を加工した結果は、相対密度が77％以上に於いて、銅電極（100％電気銅）を用いた加工にくらべ、加工速度が向上し、最高の77％に於いて放電電流55Ａでは３倍となっている（図３）。            
又、電極消耗比は相対密度が80〜95％では放電電流値の高い方（55Ａ）が銅電極の1/2程度と小さくなっている。放電電流が小さくなるにつれてその差異は接近するものの銅電極の消耗比よりは小さい。【００２２】
(3) 2005年11月17日    於：長岡グランドホテル  講演番号  22
銅多孔質電極材料を用いた超硬材料の放電加工特性
〔目的〕
ａ  加工後の表面粗さは銅電極よりも、相対密度88％程度の多孔質電極で加工したものが最良である（図５）。                                                          
ｂ  Cu-W電極と加工速度、電極消耗比を比較した
加工速度は銅電極よりもCu-W電極が大きく、88％の銅多孔質電極がCu-W電極よりも大きい（図６）。                                                                    
ｃ  電極消耗は銅電極が最も多く、88％銅多孔質電極がその1/2程度となり、Cu-W電極が更にその1/2程度となって、最も電極消耗率が小さい（図６）。                    
ｄ  多孔質材料の加工特性が向上する原因は、電極（極性(−)）表面にタングステンとカーボンが均一に析出していて、加工速度の向上と、電極消耗を抑制するように作用しているのではなかろうかと推論している。【００２３】
＜多孔質電極の発明と本発明との関連＞
以上に述べた多孔質電極は、これからの放電加工電極に革新を与える重要な発明であるが、前記の発表により既に公知となっている。【００２４】
又、加工速度や仕上面粗さがCu-Wよりも良好ではあっても、消耗比が、Cu-Wに及ばないと云う問題点もある。【００２５】
本発明は多孔質電極を更に発展させて加工速度の一層の向上と電極消耗比の改善を目ざすために、多孔質電極が銅電極より優れた特性をもつのは、如何なる原理に基づくかを考察することにより、新しい電極構成を発想するに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。【００２７】
金属材料，導電性セラミック材料，非導電性セラミック材料若しくは半導体材料の放電加工に用いる電極であって、銅粉と、粉体状の炭素・W・MOなどの高融点材料，Cu2O・CuO・BaO・SrOなどの金属の酸化物，CaB6・NdB6などの硼化物若しくはWC・TaC・TiC・ZrC・MoCなどの炭化物の粉末の一種類または複数種類の添加物質とを有する多孔質銅電極材料で構成したことを特徴とする放電加工用多孔質銅電極に係るものである。【００２８】
また、前記銅粉に前記添加物質を混合して加圧成型して焼結することで製造する前記多孔質銅電極材料の多孔質度は、金属状態の銅を１００とした場合、相対密度を７０以上９８以下の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の放電加工用多孔質銅電極に係るものである。【００２９】
また、前記銅粉に対する前記添加物質の混合割合は、質量比２０％以下０.１％以上の範囲に設定したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の放電加工用多孔質銅電極に係るものである。【００３０】
また、金属材料，導電性セラミック材料，非導電性セラミック材料若しくは半導体材料の放電加工に用いる電極の製造方法であって、銅粉に粉体状の炭素・W・MOなどの高融点材料，Cu2O・CuO・BaO・SrOなどの金属の酸化物，CaB6・NdB6などの硼化物若しくはWC・TaC・TiC・ZrC・MoCなどの炭化物の粉末の一種類または複数種類を混合添加し、この添加物質を組成中に分散させて粉末合金金型等の金型によって加圧成型した後、焼結して多孔質銅電極材料を製造することを特徴とする放電加工用多孔質銅電極の製造方法に係るものである。【００３１】
また、前記多孔質銅電極材料の多孔質度は、金属状態の銅を１００とした場合、相対密度を７０以上９８以下の範囲とすることを特徴とする請求項４記載の放電加工用多孔質銅電極の製造方法に係るものである。【００３２】
また、前記銅粉に対する前記添加物質の混合割合を、質量比２０％以下０.１％以上の範囲とすることを特徴とする請求項４，５のいずれか１項に記載の放電加工用多孔質銅電極の製造方法に係るものである。【００３３】
(1) 即ち、この発明は、金属及びセラミックス材料ならびに半導体材料の放電加工に使用する電極材料に関するものである。銅を主体として多孔質に形成された電極の構成、添加成分，電極の製作法に関するものであり、著しい加工速度の増大及び電極消耗の減少を実現したものである。【００３４】
尚、セラミックスは、窒化ケイ素やアルミナのような非導電性のものの他、導電性をもつセラミックス、例えばタングステンカーバイド焼結合金やTiC，TaCなどを含む。【００３５】
また半導体物質としてSiC等も加工の対称として含まれる。【００３６】
(2) 発明の概要は、銅粉末を主体として下記の添加物質を加え焼結法等によって所望の多孔質度を得る。添加する物質は、電子放射を活発に行なう特性のある炭素の他、BaO，SrOなどの酸化物、TiB2などの硼化物，TiC，SiCなどの炭化物，タングステン，モリブデンなどの高融点の金属を用い、単体で添加するか２種類以上の物質を混合して添加するものである。【００３７】
殊に融点，沸点，昇華温度の高い上記の炭素，タングステン，炭化物，硼化物等を電極材料中に加えておけば、放電点が高温になるために熱電子放出が活発に行なわれるが、それだけではなく温度が高くなれば、電子のエネルギーが増加して表面障壁を通り抜ける確率が上るので電界放出も生じやすくなる。【００３８】
そのため加工速度の画期的向上を見ることができたものである。【００３９】
(3) この発明は、多孔質電極が従来の予想に反して、加工速度が向上する適当な多孔質度が存在すると云うことを発見したことと、上記（2）に述べた融点等の高い熱電子放射物質を多孔質電極中に分布させることによって、熱電子放出のみならず電界放射も生じやすくなり、放電の電子電流割合が多くなり、陽極側の加工速度を向上させることを組合せ、相乗効果を生み出したことにある。
【発明の効果】
【００４０】
本発明は上述のように構成したから、著しい加工速度の増大及び電極消耗の減少が実現できる画期的な放電加工用多孔質銅電極並びにその製造方法となる。特に請求項２，３，５，６記載の発明においては、一層良好な作用・効果を発揮し一層秀れた画期的な放電加工用多孔質銅電極並びにその製造方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、本発明の作用等を示して簡単に説明する。【００４２】
１  なぜ銅の多孔質電極の加工速度が向上し、電極消耗が減少するのか
前述した「銅多孔質電極材料を用いた超硬材料の放電加工特性」に関連して、次の観察結果が得られている。【００４３】
(1) 加工後の多孔質電極表面（極性(−)）を観察すると、加工速度・電極消耗比共に良好であった相対密度88％の場合では、WCと加工油が放電によって分解し、そのタングステンとカーボンが均一に電極表面に分散されて付着しているが、銅電極の方は殆ど付着していない。【００４４】
又、消耗の多い相対密度77％では、銅が電極表面に溶け出している。【００４５】
(2) このことを考察すると次のようになる。【００４６】
ａ) 最も状態の好ましい相対密度88％の場合では、付着したタングステンとカーボンが放電の起点となって熱電子放射を生起するが、タングステンもカーボンも高融点材料なので、電界放射も活発になる。放電電流は高い電流密度の電子電流となり、陽極（被加工物）を強く加熱することになり、加工速度も向上し、電極消耗の絶対量は変化がなければ、消耗比は相対的に小さくなる。【００４７】
付着したタングステンやカーボンが多ければ、消耗の絶対量も減少し、著しく小さな消耗比となりうる可能性がある。【００４８】
ｂ) 一方、銅電極は、タングステンとカーボンとの付着がないのでタングステンとカーボンによる加工増大作用は発生しない。したがって消耗比は劣ることになる。【００４９】
ｃ) 消耗の多い相対密度77％では、多孔質度が大きすぎるために、熱伝導率が低くなり、放電発生部分の発熱が冷却されにくいので、熱が蓄積され溶け出すことになり、消耗比が増大する。【００５０】
(3) なぜ多孔質表面であれば、タングステンとカーボンが均一に分散して電極表面に付着されるのか。【００５１】
ｂ)に述べたように電極極性が（−）の場合は、タングステンやカーボンは（−）極には付着しないものである。しかし多孔質電極では、電極たる（−）極に付着する。その理由は次のように考えられる。【００５２】
放電が極間で発生した時に生成される高温の微小粒子は、電極表面に孔があると孔につまるようになると考えられる。【００５３】
それは粒度の小さい砂を水にまぜて流せば、孔があれば、砂が孔にたまってゆくようなものであろう。【００５４】
孔がなければ、流速が早ければ流されてしまう。放電発生による高い値の爆圧は加工液と放電生成物を高速度で流し去るので、孔があれば、生成物は孔にたまるが、孔がなければ、電極表面に蓄積しにくくなる。【００５５】
２  タングステンやカーボンの放電発生に於ける作用はどのようなことが起るのかを推論する。【００５６】
(1) 放電加工のような短間隙（1μM〜100μM程度）では次のようにして放電が発生する。【００５７】
ａ) 放電の最初は、油中で極間距離が狭くなり108V/M（102V/μM）程度の電界強度に達すると、電界放射（別名冷陰極放射）によって温度が低くとも放射する。然し電子電流密度は低い。【００５８】
電極の表面に突起や不純物のようなものや塵埃があれば、その点の電界強度が高くなり、極間の平均距離は102V/μMに達しなくとも放電が発生しうる。【００５９】
上記のタングステンやカーボンなどが電極表面に付着していると突起の作用をすると考えられる。【００６０】
(2) 熱電子放射
熱電子放射物質が陰極に存在していて、それが放電点圏内に存在すれば、熱電子電流を放出することになる。【００６１】
熱電子の電流密度Ｊはリチャードソンの式として知られて居り、計算できる。        
Ｊ＝Ａ（1−γ）Ｔ2・exp（−φ／κ・Ｔ）  ・・・（1）
Ａ：熱電子放出定数：材料によって異なる値を示すとのデータもある（表１）
［注］金属データブック  日本金属学会  丸善  平成9年改訂3版
Ｐ.213
例  Ａの値，W70，Ｔh70，CO41，Ni30
γ：電子の表面障壁の透過係数
κ：ボルツマン常数
φ：仕事関数
Τ：絶対温度【００６２】
(1)の式によれば、放電点の温度Ｔが高い方が、又熱電子放出定数Ａの大きい方が、熱電子電流密度が高くなることを示している。【００６３】
即ち温度上昇と共にJは指数関数的に増加する。【００６４】
(3) 高温に於ける電界放射
タングステンもカーボンも高融点材料なので、高温で電子エネルギーが増加し表面障壁を通り抜ける確率が上るので電界放射も活発となる。【００６５】
(4) 仕事関数との関係
タングステンやカーボンは、仕事関数は必ずしも小さいわけではないが、高温に於ける放電により、熱電子電流密度が高まる利点がある。また高温になるために電界放射も活発になる。【００６６】
(5) 熱電子電流密度の高いことの利点
熱電子電流密度が高ければ陽極物質の加工速度が高まり、パルス幅があまり長くなければ、陽イオン電流の発生は少ないので、陰極の損傷は少なく、結局、電極（−）の消耗比は小さくなる。【００６７】
【表１】
2007129749.tif 000003
【００６８】
(6) 熱電子電流密度をタングステンを中心に トリウム（Th），鉄と比較して、（1）式を用いて概算を行った比較値を示すと、次のようになる。【００６９】
W  ：    910×106 
Ｔh：    280×106
Ｆe：    84×106【００７０】
これは熱電子放射温度をその材料の融点として計算したため融点の高いタングステンが大きな値になったものである。【００７１】
放電加工の放電点表面はその材料の沸点にあると考えて、融点に達している範囲が除去されると仮定して計算した値が、実験事実によく合致することから妥当であると考えられる。【００７２】
熱電子放射温度を沸点と仮定すれば、上記の数値の差はより大きくなる。【００７３】
このことからタングステンは熱電子放射を行なうのに有力な添加材料であることが理解される。【００７４】
熱電子を放射する電子ビーム溶接機の電子銃なども、タングステンが古くから用いられていることからも納得できる。【００７５】
(7) 熱電子放射材料として、炭素を考えた場合はどうなるか。【００７６】
１) 鋼材の放電加工に関しては、炭素が古くから放電加工の電極として使用されて居り、銅電極よりも加工速度が高い。特に炭素電極を（−）極として加工すると（＋）極の場合よりも加工速度が著しく高まる。又、パルス幅が短く、放電電流が小さい程（極間距離が短い程）、（−）極と（＋）極による加工速度比（W(-）／W(+))が大きくなる。これを表２に示す。【００７７】
放電電流が小さい場合は、放電開始極間距離が短くなり電子電流が金属蒸気などと衝突する確率が小さく、陽極加工表面に衝突する。電流が大きいと、放電開始極間距離が長くなり、電子電流が金属蒸気などに衝突する確率が高くなり、陽イオン電流が増加して（−）極に衝突し、陽極に衝突する電子電流が減少し、結局（−）極の消耗が増加し、陽極加工物の加工量は減少する。【００７８】
２) 炭素の融点が3550℃  沸点が4827℃と高融点材料なので、タングステンと同様に高温で電子エネルギーが増加し、表面障壁を電子が通り抜ける確率が上る。【００７９】
熱電子放射はもとより、電界放射も活発となるのでパルス幅の短い間は電子電流密度が高くなり（−）極の場合は加工速度が高まる。【００８０】
３) 炭素電極を（＋）極として使用した場合は、加工油の熱分解による炭素が、多孔質電極表面によく付着するので、通常の銅電極よりも消耗特性が向上する。【００８１】
４) 炭素電極の欠点
炭素電極は鋼材の加工に関しては、優れた電極特性を示し、実際にも広く使用されている。然しながら超硬合金の加工に関しては、ほとんど使用されていない。【００８２】
その理由は、超硬合金の加工においては、電極の消耗が著しいために、加工形状が崩れるためである。電極消耗が崩れるように大きくなる理由は、炭素の結合強度が弱いことに起因する。【００８３】
超硬合金の加工では、被加工物の陽極面から溶融して飛散するWCもしくはWの比重が鋼材に比べ2倍もしくは2.5倍大きく、衝突エネルギーが大きいために、炭素の結合強度が弱ければ崩壊しやすい。鋼材の加工の場合は、鉄の比重がWC，Wより小さいので消耗は小さくなる。【００８４】
５) したがって超硬材料の加工を可能とするためには、炭素電極の結合強度を強くする必要がある（銅粉と混合して焼結すれば結合強度を高めることが可能となる。）。【００８５】
【表２】
2007129749.tif 000004
【００８６】
(1) 上記のパルス幅と電流の範囲内では
ａ) 全体的に電極(−)の方が加工速度は高い
ｂ) パルス幅が短い程、電極(−)の方が、加工速度比（W(-)／W(+)）が高い
放電電流が大きい程（極間距離が長い程）加工速度比は小さくなる【００８７】
(2) パルス幅が短く、極間距離が短い程、電子電流の割合が多く、パルス幅が長く、極間距離が長くなると電子が金属蒸気に衝突して陽イオン電流の割合が多くなると考えられる。【００８８】
〔手段〕
以上前述に述べた多孔質電極の効果と前述した高融点材料の高い電子電流密度を得る効果を複合すれば、従来の銅タングステン電極や高密度焼結グラファイト電極を凌駕する加工性能が得られると考察した。【００８９】
その手段は次のような方法である。【００９０】
１  銅の粉末に熱電子放射材料を添加混合したものを、圧縮成形して所望の多孔質度が得られるように焼結する。【００９１】
２  組成は多孔質銅焼結組織の中に熱電子放射材料が均一に分散するようによく混合する。すなわち孔と熱電子放射材料がそれぞれ組織内に均一に分布させる。【００９２】
３  熱電子放射材料としては、次の物質が有用であり、すべて粉体である。【００９３】
４  添加物質は下記に示す。【００９４】
(1) 炭素
(2) 高融金属材料；W，Ｔh，Ｔa，MOなど
(3) 金属の酸化物；Cu2O，CuO，BaO，SrOなど
(4) 硼化物  ；CaB6，NdB6など
(5) 炭化物  ；WC，TaC，TiC，ZrC，MoC，ＶCなど【００９５】
〔作用〕
１  多孔質電極で放電加工を行なう場合と多孔質電極に熱電子放射物質を添加させた電極で加工する場合とを、超硬合金の加工についてその加工作用の差異について説明する。【００９６】
(1) 単なる多孔質電極で加工する場合は、超硬合金成分のWCが放電熱で分解生成したタングステンと、加工油が分解して生成したカーボンが多孔質電極面に付着することによって熱電子放射物質としての役割をなすのである。【００９７】
特に孔の中にたまりやすいので、孔でない部分は、単なる焼結された銅の表面であり、そこには熱電子放射物質による作用は存在しない。【００９８】
(2) 多孔質電極に熱電子放射性物質を添加させた電極で加工する場合は、熱電子放射物質が孔のない部分にも存在するので、電極全表面で熱電子放射物質の作用が行なわれる。そのため単なる多孔質電極に比較して加工速度が著しく向上する。【００９９】
(3) 多孔質電極に炭素を添加物として混合し焼結した場合は、炭素が圧縮成形された銅粉の焼結の収縮過程に於いて高温下で高圧力で圧縮されるために、炭素が一層緻密なカーボンに変質する可能性があり、熱伝導率を向上させるなど、結晶系カーボンの上質の性質をもつ可能性がある。【０１００】
＜銅タングステン電極との相異＞
従来からの銅タングステン焼結電極と多孔質電極に熱電子放射物質を添加させた電極の、構造上の相異点を説明する。【０１０１】
以上のどちらも、銅粉とタングステン粉の焼結合金であるから、その差はないと云う疑問に対して、差異を説明する。【０１０２】
銅タングステン焼結合金は微細に見れば、孔が存在するかも知れないが、孔は存在しない方が良いと云う考えのもとで製造しているので、孔があれば不良品である。【０１０３】
焼結した製品の密度も100％に近いものである。【０１０４】
それに対して多孔質電極はたとえば80％〜90％程度の多孔質度が最も良い加工速度、電極消耗比が得られる例があるように、積極的に孔を形成するものであるから、明らかに差異がある。所望の多孔質度を求めるために、たとえば焼結条件は同一として、挿入する粉末量を変化させるなどを行っている。【０１０５】
そして、相対密度60〜95％の焼結体が得られている。【０１０６】
通常の銅電極を用いて加工した場合にくらべ、単なる多孔質銅電極では70〜95％の多孔質度で、この全領域で加工速度が向上し、最大は1.5倍であったと云う結果を得ている。【０１０７】
（既発表論文（1））
以上の如くであるから、多孔質電極にタングステンを添加した場合でも、従来の銅タングステン電極とは、構造が根本的に異なるものである。
【実施例１】
【０１０８】
＜多孔質電極の製造方法＞
本実施例に於ける多孔質電極の製作方法を述べる。【０１０９】
難焼結材や多孔質材料の焼結体作製に用いられている放電焼結機を用いて工具電極材料を作製した。図９にPECS（放電焼結法）の概要を示す。【０１１０】
焼結条件を表３に示す。本実験で製作した工具電極は純銅粉末（平均粒径，15μM）をφ10の円筒型に挿入し，125MPaの加圧によって圧粉体とした後表３の条件により焼結した。焼結体の相対密度を変化させるため、焼結条件は全て同一として挿入する粉末量を変化させた。この結果、相対密度60〜95％の焼結体が得られた。なお、相対密度は、アルキメデス法で密度を測定して求めた。【０１１１】
【表３】
2007129749.tif 000005
【実施例２】
【０１１２】
非導電性窒化ケイ素（Si3N4）の放電加工に、熱電子放射物質を添加した多孔質電極を用いた加工速度の実施例を述べる。非導電性の放電加工は、その表面を導体化して、その上に放電加工を行うものである。この導体化膜を補助電極と称している。【０１１３】
前述したようにCuの多孔質電極中に高温度融点のカーボンを添加したものが期待される。そこで、仕事関数の小さなBaO、蒸発しやすく加工状態が安定しやすいZnを用意し、今まで述べた公知のCuの多孔質電極と，グラファイト単体，通常の銅電極と，カーボンを添加した電極と加工速度の比較試験を行った。（表４）【０１１４】
【表４】
2007129749.tif 000006
【０１１５】
(1) 電極の種類
表４には、実験に使用した電極の種類を示す。【０１１６】
(2) 加工条件を表５に示す。【０１１７】
【表５】
2007129749.tif 000007
【０１１８】
放電時間（パルス幅）は４μｓ，電流値が4Aであり、熱電子電流が放出され易い条件である。【０１１９】
(3) 加工速度を棒グラフで示したものが図８である。[3]のCu-Cの加工速度が第1位であり、期待通りである。第2位がCu-BaOである。BaOの仕事関数は小さく、電子電流は出やすいのであるが、より高温度融点沸点のカーボン添加には及ばない。第3位，第4位はCuの多孔質電極であり、この場合も銅のSolid（中実）よりは加工速度が高い。【０１２０】
最下位は、グラファイト電極である。前述したようにグラファイト電極は鋼材の加工に対しては大きな加工速度を示すが、前述の４）に述べたようにその欠点である結合力が弱いために、超硬合金に対して加工が不適合であったのと同様に、Si3N4のような硬質高融点の被加工材料に対しては、同様の結果を示したものと考えられる。
【実施例３】
【０１２１】
＜WCの加工＞
超硬合金（Weで表示）の放電加工に、銅電極（Cu Solidと表示），Cu85%多孔質電極（Cu85%と表示），カーボンを重量比10％を含む多孔質電極（Cu-C10%  85%と表示）の３種類の電極で加工を行った。【０１２２】
加工条件は表６に示すように放電パルス幅時間が８μｓ，電流値が55Aであるから、超硬合金加工としては、高速加工に属する。【０１２３】
【表６】
2007129749.tif 000008
【０１２４】
加工速度は図９に示すように、Cu-C10%  85%が最高である。【０１２５】
この結果から多孔質電極中にカーボンのような高融点沸点の物質を添加することは明らかに超硬合金の加工速度を向上させることが判った。【０１２６】
上記実施例では、放電加工において、多孔質銅電極材に炭素粉末を添加した効果の例を示した。【０１２７】
この効果は、前述したように、閉気孔の不連続な数μｍの微細な孔の存在と母材である銅とは合金化しない他元素を混在することにより発生すると推定される。添加する元素としては、放電発生が生じやすい仕事関数の小さい材料、熱電子放出の点から高融点である材料等の１種類または複数種類があると推定される。１種類の添加元素として炭素の例を示したが、熱電子放出、電界放出の現象から本発明で記述した、W・MOなどの高融点材料，Cu2O・CuO・BaO・SrOなどの金属の酸化物，CaB6・NdB6などの硼化物若しくはWC・TaC・TiC・ZrC・MoCなどの炭化物も、当然同じ効果を示すと想定される。【０１２８】
本発明に従い製造された、放電加工用電極材料は、高エネルギー（高電流での）加工条件でも使用できること、仕上げ加工のような低エネルギー加工でも固体電材料よりも加工特性（加工速度、電極消耗）が向上しているので、粗加工から仕上げ加工までの広い加工状態での使用が想定される。消耗率も固体材料に比較して小さいことから、高精度の角部、隅部の形状加工用の電極材料として使用できる。特に、WC-CO系の超硬材料や絶縁性材料の加工にも有効である。【０１２９】
尚、本発明は、実施例１，２，３に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】相対密度の異なる銅粉焼結電極でＳＫＤ−11を加工した時の加工速度を示すグラフである。
【図２】相対密度の異なる銅粉焼結電極でＳＫＤ−11を加工した時の電極消耗比を示すグラフである。
【図３】相対密度の異なる銅粉焼結電極で超硬合金Ｇ５を加工した場合の加工速度を示すグラフである。
【図４】相対密度の異なる銅粉焼結電極で超硬合金Ｇ５を加工した場合の電極消耗比を示すグラフである。
【図５】相対密度の異なる銅粉焼結多孔質電極で超硬合金Ｇ５を加工した時の銅電極（１００％電気銅）によるものとの表面粗さ比較を示すグラフである。
【図６】加工速度と電極消耗比に関し，銅タングステン電極と銅粉焼結多孔質電極によるものとの比較を示すグラフである。
【図７】銅に炭素を添加した多孔質電極で，超硬合金Ｇ５を加工したときの加工速度，電極消耗率を示すグラフである。
【図８】図７での放電加工条件を示す。
【図９】多孔質電極焼結システムの構成を示す説明図である。
【図１０】第２実施例の各電極における絶縁性Si3N4セラミックに対する加工速度を示すグラフである。
【図１１】第３実施例の各電極における絶縁性Si3N4セラミックに対しての加工速度を示すグラフである。
【図８】
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【図１】
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【図２】
2007129749.tif 000011
【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９】
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【図１０】
2007129749.tif 000018
【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月7日(2007.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料，導電性セラミック材料，非導電性セラミック材料若しくは半導体材料の放電加工に用いる電極であって、銅粉と、粉体状の高融点材料である炭素・Ｗ若しくはＭＯ，又は金属の酸化物であるＣｕ２Ｏ・ＣｕＯ・ＢａＯ若しくはＳｒＯ，又は硼化物であるＣａＢ６若しくはＮｄＢ６，又は炭化物であるＷＣ・ＴａＣ・ＴｉＣ・ＺｒＣ若しくはＭｏＣの粉末の一種類または複数種類の添加物質とを有する多孔質銅電極材料で構成し、前記銅粉に前記添加物質を混合して加圧成型して多孔質の状態で焼結することで製造する前記多孔質銅電極材料の多孔質度は、金属状態の銅を１００とした場合、相対密度を７０以上９０以下の範囲に設定し、前記銅粉に対する前記添加物質の混合割合は、質量比２０％以下０．１％以上の範囲に設定したことを特徴とする放電加工用多孔質銅電極。
【請求項２】
金属材料，導電性セラミック材料，非導電性セラミック材料若しくは半導体材料の放電加工に用いる電極の製造方法であって、銅粉に粉体状の高融点材料である炭素・Ｗ若しくはＭＯ，又は金属の酸化物であるＣｕ２Ｏ・ＣｕＯ・ＢａＯ若しくはＳｒＯ，又は硼化物であるＣａＢ６若しくはＮｄＢ６，又は炭化物であるＷＣ・ＴａＣ・ＴｉＣ・ＺｒＣ若しくはＭｏＣの粉末の一種類または複数種類を混合添加し、この添加物質を組成中に分散させて粉末合金金型等の金型によって加圧成型した後、多孔質の状態で焼結して多孔質銅電極材料を製造し、前記多孔質銅電極材料の多孔質度は、金属状態の銅を１００とした場合、相対密度を７０以上９０以下の範囲とし、前記銅粉に対する前記添加物質の混合割合を、質量比２０％以下０．１％以上の範囲とすることを特徴とする放電加工用多孔質銅電極の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
に基づくかを考察することにより、新しい電極構成を発想するに至ったものである。
課題を解決するための手段
［００２６］
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
［００２７］
金属材料，導電性セラミック材料，非導電性セラミック材料若しくは半導体材料の放電加工に用いる電極であって、銅粉と、粉体状の高融点材料である炭素・Ｗ若しくはＭＯ，又は金属の酸化物であるＣｕ２Ｏ・ＣｕＯ・ＢａＯ若しくはＳｒＯ，又は硼化物であるＣａＢ６若しくはＮｄＢ６，又は炭化物であるＷＣ・ＴａＣ・ＴｉＣ・ＺｒＣ若しくはＭｏＣの粉末の一種類または複数種類の添加物質とを有する多孔質銅電極材料で構成し、前記銅粉に前記添加物質を混合して加圧成型して多孔質の状態で焼結することで製造する前記多孔質銅電極材料の多孔質度は、金属状態の銅を１００とした場合、相対密度を７０以上９０以下の範囲に設定し、前記銅粉に対する前記添加物質の混合割合は、質量比２０％以下０．１％以上の範囲に設定したことを特徴とする放電加工用多孔質銅電極に係るものである。
［００２８］
［００２９］
［００３０］
また、金属材料，導電性セラミック材料，非導電性セラミック材料若しくは半導体材料の放電加工に用いる電極の製造方法であって、銅粉に粉体状の高融点材料である炭素・Ｗ若しくはＭＯ，又は金属の酸化物であるＣｕ２Ｏ・ＣｕＯ・ＢａＯ若しくはＳｒＯ，又は硼化物であるＣａＢ６若しくはＮｄＢ６，又は炭化物であるＷＣ・ＴａＣ・ＴｉＣ・ＺｒＣ若しくはＭｏＣの粉末の一種類または複数種類を混合添加し、この添加物質を組成中に分散させて粉末合金金型等の金型によって加圧成型した後、多孔質の状態で焼結して多孔質銅電極材料を製造し、前記多孔質銅電極材料の多孔質度は、金属状態の銅を１００とした場合、相対密度を７０以上９０以下の範囲とし、前記銅粉に対する前記添加物質の混合割合を、質量比２０％以下０．１％以上の範囲とすることを特徴とする放電加工用多孔質銅電極の製造方法に係るものである。
［００３１］
［００３２］
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
［００３３］
（１）即ち、この発明は、金属及びセラミックス材料ならびに半導体材料の放電加工に使用する電極材料に関するものである。銅を主体として多孔質に形成された電極の構成、添加成分，電極の製作法に関するものであり、著しい加工速度の増大及び電極消耗の減少を実現したものである。
［００３４］
尚、セラミックスは、窒化ケイ素やアルミナのような非導電性のものの他、導電性をもつセラミックス、例えばタングステンカーバイド焼結合金やＴｉＣ，ＴａＣなどを含む。
［００３５］
また半導体物質としてＳｉＣ等も加工の対称として含まれる。
［００３６］
（２）発明の概要は、銅粉末を主体として下記の添加物質を加え焼結法等によって所望の多孔質度を得る。添加する物質は、電子放射を活発に行なう特性のある炭素の他、ＢａＯ，ＳｒＯなどの酸化物、ＴｉＢ２などの硼化物，ＴｉＣ，ＳｉＣなどの炭化物，タングステン，モリブデンなどの高融点の金属を用い、単体で添加するか２種類以上の物質を混合して添加するものである。
［００３７］
殊に融点，沸点，昇華温度の高い上記の炭素，タングステン，炭化物，硼化物等を電極材料中に加えておけば、放電点が高温になるために熱電子放出が活発に行なわれるが、それだけではなく温度が高くなれば、電子のエネルギーが増加して表面障壁を通り抜ける確率が上るので電界放出も生じやすくなる。
［００３８］
そのため加工速度の画期的向上を見ることができたものである。
［００３９］
（３）この発明は、多孔質電極が従来の予想に反して、加工速度が向上する適当な多孔質度が存在すると云うことを発見したことと、上記（２）に述べた融点等の高い熱電子放射物質を多孔質電極中に分布させることによって、熱電子放出のみならず電界放射も生じやすくなり、放電の電子電流割合が多くなり、陽極側の加工速度を向上させることを組合せ、相乗効果を生み出したことにある。
発明の効果
［００４０］
本発明は上述のように構成したから、著しい加工速度の増大及び電極消耗の減少が実現できる画期的な放電加工用多孔質銅電極並びにその製造方法となる。
【国際調査報告】
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2007129749.tif 000021