(57)【要約】【課題】材料粒子の選択枝が多く、安定した放電を行うことができる放電表面処理用電極等を提供する。【解決手段】  被処理材料（１８）との間に放電を発生させ、そのエネルギーにより前記被処理材料表面に被膜（２０）を形成する放電表面処理用電極であって、前記被膜の材料となる材料粒子（１４）を含む材料粒子部（３０）と、電力を供給される一方の端部（１０ａ）から、前記放電の起点となる他方の端部（１０ｂ）まで連続するように形成されており、前記材料粒子部より体積抵抗率が低い導電経路部（３２）と、を有する放電表面処理用電極。【選択図】  図２
2013159828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギーにより前記被処理材料表面に被膜を形成する放電表面処理用電極であって、
前記被膜の材料となる材料粒子を含む材料粒子部と、
電力を供給される一方の端部から、前記放電の起点となる他方の端部まで連続するように形成されており、前記材料粒子部より体積抵抗率が低い導電経路部と、
を有する放電表面処理用電極。
【請求項２】
前記材料粒子部と前記導電経路部は、前記導電経路部の電流方向に略垂直な方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理用電極。
【請求項３】
前記導電経路部は、前記材料粒子部を挟んで、層状又は棒状に複数形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電表明処理用電極。
【請求項４】
被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギーにより前記被処理材料表面に被膜を形成する放電表面処理用電極の製造方法であって、
前記被膜の材料となる材料粒子を含む材料粒子層と、前記材料粒子より導電性の高い導電部材を含む導電部材層とを交互に積層させる工程と、
積層された前記材料粒子層及び前記導電部材層を焼結する工程と、
を含む放電表面処理用電極の製造方法。
【請求項５】
被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギーにより前記被処理材料表面に被膜を形成する放電表面処理用電極の製造方法であって、
前記被膜の材料となる材料粒子より導電性の高い膜状又は棒状の導電部材を、成形型内に配置する工程と、
前記導電部材が配置された成形型内に前記材料粒子を充填する工程と、
前記導電部材と前記材料粒子とを圧縮成形して成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、
を含む放電表面処理用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電表面処理に用いられる放電表面処理用電極及び当該放電表面処理用電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油液中に設置した被処理材料と電極の間に放電を発生させ、当該放電のエネルギーを利用する技術として、放電加工と放電表面処理が開発されている。放電加工に用いられる電極が、放電による加工を実現できれば足りるのに対して、放電表面処理には、被処理材料に形成する被膜の材料となる材料粒子を圧縮成形した、内部に空隙を有する電極が用いられ、このような電極には、放電加工に用いられる電極とは異なる性質・機能が求められる。すなわち、放電表面処理用電極は、その構成材料の少なくとも一部が、放電エネルギーによって被処理材料表面に移動する必要があり、構成材料、強度（壊れやすさ）、導電性などが、放電加工用の電極とは大きく異なる。
【０００３】
このような放電表面処理用電極に関する従来技術としては、例えば金属粉末あるいは金属化合物粉末を加圧成形した圧粉体を用いた電極が開示されている（特許文献１等参照）。従来技術に係る放電表面処理用電極は、金属粉末あるいは金属化合物粉末に、必要に応じてＡｇ等の軟性金属粉末等を混入させて加圧成形することにより、要求される強度や導電性を確保しようとするものである。
【０００４】
また、放電表面処理用電極に関する他の従来技術として、炭素あるいは黒鉛を混入した放電表面処理用電極も提案されている（特許文献２等参照）。しかし、このような放電表面処理用電極は、被処理材料に形成される硬質被膜の硬度をより高くするために、電極に含まれる炭素量を増やす目的で炭素粉末を混入させたものにすぎず、炭素粉末を導電材料として用いる旨の示唆はなく、また、開示された炭素粉末は、分散性が悪く、電気伝導率が低い電極となるおそれがあり、導電材料として好適に機能できる態様ではなく、また、用いる材料粒子が不導体の場合、電気伝導率が低すぎて、電極として用いられないおそれがあった。
【０００５】
さらに、放電表面処理用電極の評価方法として、四短針法による電気抵抗の測定により、電極の崩れやすさ及び材料粒子同士の密着性が適切であるか否かを判断する手法が提案されている（特許文献３等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】再公表ＷＯ９９／４６４２３
【特許文献２】再公表ＷＯ９９／４７７３０
【特許文献３】特開２００９−１０２７４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術に係る放電表面処理用電極の強度及び導電率は、材料となる粉体粒子自体の性質に大きく依存するため、使用可能な粉体粒子が限定され、たとえ被処理材料表面に移動させたい材料であっても、放電表面処理用電極に用いる材料粒子として採用することが難しい場合があった。また、電極に含まれる炭素粉末、材料粒子及び空隙が電極中に均一に分散していないために、放電が不安定になり、被処理材料表面に形成される膜厚も不均一になる場合があった。
【０００８】
また、電気抵抗の測定による放電表面処理用電極の評価も、良品と不良品の判別には有効であるものの、製造工程における不良品の発生を直接的に低減するものではない。したがって、従来技術に係る放電表面処理用電極は、導電性の劣る材料粒子を採用することが難しく、また、安定した放電を得ることが難しいという問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、材料粒子の選択枝が多く、安定した放電を行うことができる放電表面処理用電極及び当該放電表面処理用電極の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明に係る放電表面処理用電極は、
被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギーにより前記被処理材料表面に被膜を形成する放電表面処理用電極であって、
前記被膜の材料となる材料粒子を含む材料粒子部と、
電力を供給される一方の端部から、前記放電の起点となる他方の端部まで連続するように形成されており、前記材料粒子部より体積抵抗率が低い導電経路部と、を有する。
【００１１】
本発明に係る放電表面処理用電極は、被膜の材料となる材料粒子を含む材料粒子部とは別に、材料粒子部より体積抵抗率が低く、電極内の導電経路となる導電経路部を有する。従来技術に係る放電表面処理用電極は、基本的に単一の層からなるものであったが、本発明に係る放電表面処理用電極は、導電経路部を有することにより、材料粒子部の導電性を補い、安定した放電を実現することができる。したがって、本発明に係る放電表面処理用電極は、材料粒子部の導電性が低いような場合にでも放電を行うことが可能である。また、材料粒子が均一に分散されず、材料粒子部の一部に体積抵抗率が高い部分ができてしまうような場合にでも、導電経路部による確実な導電経路が、放電の起点となる箇所の近くまで形成されていることにより、放電特性のばらつきを抑制することが可能である。そのため、本発明に係る放電表面処理用電極は、放電処理時において放電状態が不安定になることを防止することができ、高精度な放電表面処理を実施できる。
【００１２】
また、本発明に係る放電表面処理用電極は、導電経路部が導電性を補うことにより、比較的導電性の低い材料粒子を採用したり、材料粒子部の内部に導電性の低い粒子を混在させることも可能であり、放電表面処理において被処理材料の表面に形成したい被膜の性質に応じて、様々な種類の材料粒子等を含み得る。
【００１３】
また、例えば、前記材料粒子部と前記導電経路部は、前記導電経路部の電流方向に略垂直な方向に沿って配置されていても良い。
【００１４】
材料粒子部と導電経路部を、導電経路部の電流方向に略垂直な方向に沿って交互に配置することにより、材料粒子部における任意の部分が、導電経路部に近接して配置されるようになるため、導電経路部が材料粒子部の導電性を好適に補うことができる。
【００１５】
また、例えば、前記導電経路部は、前記材料粒子部を挟んで、層状又は棒状に複数形成されていても良い。
【００１６】
導電経路部が、材料粒子部を挟んで層状又は棒状に複数形成されていることにより、このような放電表面処理用電極は、材料粒子部における任意の部分が、導電経路部に近接して配置されるようになるため、導電経路部が材料粒子部の導電性を好適に補うことができる。
【００１７】
また、本発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギーにより前記被処理材料表面に被膜を形成する放電表面処理用電極の製造方法であって、
前記被膜の材料となる材料粒子を含む材料粒子層と、前記材料粒子より導電性の高い導電部材を含む導電部材層とを交互に積層させる工程と、
積層された前記材料粒子層及び前記導電部材層を焼結する工程と、を含む。
【００１８】
本発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、材料粒子層と導電部材層を交互に積層させる工程を含むことにより、このような製造方法によって製造された放電表面処理用電極は、材料粒子層による材料粒子部と導電部材層による導電経路部が積層された構造となり、材料粒子部の導電性を、導電経路部が補うことができる。従来技術に係る放電表面処理用電極は１層構造であり、全体をなるべく均質に形成することによって放電を安定させようとするものであったため、材料粒子層と導電部材層の２層構造を形成する本発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、画期的なものである。また、積層構造とすることにより、焼結後に材料粒子部となる材料粒子層における任意の部分が、焼結後に導電経路部となる導電部材層に近接して配置されるため、このような製造方法によって製造された放電表面処理用電極は、安定した放電と被膜形成を実現することができる。
【００１９】
また、本発明の第２の観点に係る放電表面処理用電極の製造方法は、被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギーにより前記被処理材料表面に被膜を形成する放電表面処理用電極の製造方法であって、
前記被膜の材料となる材料粒子より導電性の高い膜状又は棒状の導電部材を、成形型内に配置する工程と、
前記導電部材が配置された成形型内に前記材料粒子を充填する工程と、
前記導電部材と前記材料粒子とを圧縮成形して成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、を含む。
【００２０】
第２の観点に係る製造方法のように、２つの層を交互に積み重ねる方法をとらず、導電部材を予め成形型内に配置する製造方法によっても、焼結後に材料粒子部と導電経路部の２層構造を有する放電表面処理用電極を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る放電表面処理用電極を用いた表面処理の概要を表す概念図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る放電表面処理用電極の構造を説明するための概念図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法を表すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法における中間生成物を表す概念図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法を表すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法における中間生成物を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面等を用いて本発明の一実施形態に係る放電表面処理用電極の説明を行う。
【００２３】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る放電表面処理用電極１０を用いた放電表面処理の概要を表す概念図である。放電表面処理では、加工液１６中に設置した被処理材料１８と放電表面処理用電極１０の間に放電を発生させ、そのエネルギーにより、被処理材料１８の表面に硬質被膜２０を形成する。放電表面処理において形成される被膜２０は、放電時に溶融等した放電表面処理用電極１０の電極材料、特に材料粒子１４を用いて形成される。
【００２４】
放電表面処理用電極１０は、電源２４と電気的に接続されている電極取付部２６に取り付けられて使用される。放電表面処理用電極１０の一方の端部１０ａは、電極取付部２６に接触しており、電源２４からの電力は、一方の端部１０ａから放電表面処理用電極１０に供給される。電源２４は、被処理材料１８とも電気的に接続されており、放電表面処理用電極１０と被処理材料１８の間の電位差を制御し、放電表面処理用電極１０と被処理材料１８の間にパルス状の放電を発生させる。放電表面処理用電極１０の他方の端部１０ｂは、放電表面処理用電極１０における被処理材料１８に近接する側の端部であり、放電表面処理時に放電の起点が生じる。
【００２５】
図２は、放電表面処理用電極１０の内部構造を説明するための概念図であり、放電表面処理用電極１０の断面を表している。放電表面処理用電極１０は、材料粒子部３０と導電経路部３２が、Ｘ軸方向に沿って交互に配置された構造を有する。図２に示す断面では、材料粒子部３０と導電経路部３２は、それぞれＹ軸方向に伸びる帯状の層を形成しており、Ｘ軸方向に沿って積層された積層構造を形成している。なお、図２に示すＹ軸方向は、放電表面処理用電極１０における給電側の端部である一方の端部１０ａから、放電の基点となる側の端部である他方の端部１０ｂへ向かう方向であり、Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向に垂直な方向である。
【００２６】
材料粒子部３０は、被処理材料１８の表面に形成される被膜２０（図１参照）の材料となる材料粒子１４を含んでいる。材料粒子部３０には、材料粒子１４の他に、材料粒子１４同士の結合性を調整する軟性金属や、樹脂が炭素化することによって形成された炭素等が含まれる場合がある。
【００２７】
導電経路部３２は、一方の端部１０ａから他方の端部１０ｂまで連続するように形成されている。導電経路部３２は、材料粒子部３０より体積抵抗率が低く、例えば導電性の良好なＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属を主要な材料とすることができるが、特に限定されない。導電経路部３２には、導電経路部３２に導電性を付与する導電部材の他にも、樹脂が炭素化することによって形成された炭素や、材料粒子１４などを含んでいても良く、材料粒子部３０に対して含有物質の一部が共通していても良い。
【００２８】
導電経路部３２は、電極取付部２６に接触して電力を供給される一方の端部１０ａから、被処理材料１８に近接する他方の端部１０ｂまで連続しており、放電表面処理時には、導電経路部３２の内部を、Ｙ軸方向に沿って電流が流れる。本実施形態において、導電経路部３２は層状であり、材料粒子部３０を挟んで複数形成されているが、導電経路部３２は、棒状や膜状であっても良い。また、導電経路部３２は材料粒子部３０に対して、均等に配置されていると良い。これは、導電経路部３２が放電の起点となるため、この箇所に熱が生じ、放電表面処理が行われるため、この導電経路部３２から材料粒子部３０の粒子が離れすぎないように均等に配置することで安定した放電表面処理をすることができる。
【００２９】
図３は、図２に示す放電表面処理用電極１０の製造方法を表すフローチャートであり、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、放電表面処理用電極１０の製造方法における中間生成物を表す概念図である。図３に示すステップＳ００１では、図４（ａ）に示すような材料粒子層３０ａを形成する。
【００３０】
材料粒子層３０ａは、焼結工程（図３のステップＳ００４）後に材料粒子部３０（図２参照）となる部分であり、例えば材料粒子１４と、バインダとしての樹脂及び有機溶剤を混合してシート状に形成される。材料粒子１４の材質は特に限定されないが、チタン（Ｔｉ）、チタン水素化物（ＴｉＨ２）、チタン炭化物（ＴｉＣ）、チタンニッケル合金（ＴｉＮ）、タングステンカーバイド、クロムカーバイド、コバルト、ＢＮ、Ｂ４Ｃ、ホウ化物、ＭｏＳｉ２、酸化鉄、酸化亜鉛等の導体を用いることができる。また、材料粒子１４をフェノール樹脂等で被覆することにより、材料粒子１４として不導体を採用することが可能である。材料粒子１４を被覆した炭素は、焼結工程（図３のステップＳ００４）において炭化され、焼結工程後において材料粒子１４が導電性の炭素で被覆されることにより、材料粒子部３０内部の導電経路が形成されるからである。したがって、樹脂によって被覆することにより、材料粒子１４の材質として、チタン酸化物（ＴｉＯ２）、アルミナ、酸化クロム、ジルコニア等の不導体や、溶射材料として通常用いられるクロミア、イットリア、セリア、カルシア、グレーアルミナ、アルミナ−チタニア、ムライト、ＳｉＯ２、ベリリア等を採用することができる。
【００３１】
材料粒子層３０ａに含まれる材料粒子１４は、ボールミル等によって粉砕して生成された粉体であってもよく、粉末が凝集した凝集体であっても良い。材料粒子１４の粒径は特に限定されないが、例えば１〜１００μｍ程度とすることができる。材料粒子層３０ａに含まれる樹脂としては、フェノール樹脂の他に、エポキシ樹脂、ポリアミド等を使用することが可能であり、有機溶剤は樹脂等に応じて適宜選択すれば良く、特に限定されない。
【００３２】
図３に示すステップＳ００２では、図４（ｂ）に示すような導電部材層３２ａを形成する。導電部材層３２ａは、焼結工程（図３のステップＳ００４）後に導電経路部３２（図２参照）となる部分であり、例えば粉末状の導電部材と、バインダとしての樹脂及び有機溶剤を混合して、シート状に形成される。導電部材層３２ａに含まれる導電部材としては、材料粒子層３０ａに含まれる材料粒子１４より導電性の高い材料を用いることが好ましく、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ等を採用することができる。導電部材層３２ａに含まれる樹脂及びバインダについても、材料粒子層３０ａと同様に、特に限定されない。なお、導電部材層３２ａは、粉末状の導電性材料とバインダを含むものに限られず、膜状、線状又は網状の導電部材のみによって構成されてもよい。
【００３３】
図３に示すステップＳ００３では、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、材料粒子層３０ａと導電部材層３２ａとを交互に積層させ、積層体を得る。図４に示すステップＳ００４では、ステップＳ００３で形成された積層体を焼結し、図２に示すような放電表面用電極１０を得る。ステップＳ００４の焼結工程における焼結温度は、特に限定されないが、例えば７００℃〜３０００℃程度とすることができる。
【００３４】
図４（ａ）〜図４（ｃ）では、一度シート状の材料粒子層３０ａ及び導電部材層３２ａを形成した後に積層する方法を挙げて説明したが、材料粒子層３０ａと導電部材層３２ａを積層する方法はこれに限定されず、例えば金型の内部に、粉末状の材料粒子１４と導電部材とを、交互に敷き詰めることによって、材料粒子層３０ａと導電部材層３２ａを積層しても良い。
【００３５】
図１及び図２に示す放電表面処理用電極１０は、給電側である一方の端部１０ａから放電の起点となる側の他方の端部１０ｂまで連続する導電経路部３２を有することにより、材料粒子部３０の導電性を、より体積抵抗率が低い導電経路部３２が補うことにより、安定した放電を実現することができる。また、材料粒子部３０の均一性が劣る場合であっても、導電経路部３２という確実な導電経路が存在することにより、放電表面処理用電極１０における他方の端部１０ｂで安定した放電を起こすことが可能であり、被処理材料１８により均質な被膜２０を形成することが可能である。また、放電表面処理用電極１０は、安定した放電を実現することにより、材料粒子１４の転移効率の上昇も期待できる。
【００３６】
また、放電表面処理用電極１０は、導電経路部３２が材料粒子部３０の導電性を補うことにより、材料粒子部３０の単一層からなる放電表面処理用電極に比べて、材料粒子部３０の体積抵抗率が高くても、放電表面処理用電極１０として良好に機能することが可能である。したがって、放電表面処理用電極１０は、放電表面処理において被処理材料１８の表面に形成したい被膜２０の性質に応じて、様々な種類の材料粒子１４を含み得る。
【００３７】
さらに、材料粒子部３０と導電経路部３２を、導電経路部３２の電流方向（Ｙ軸方向）に略垂直な方向（Ｘ軸方向）に沿って交互に配置することにより、材料粒子部３０における任意の部分が、導電経路部３２に近接して配置されるようになるため、導電経路部３２が材料粒子部３０の導電性を、より好適に補うことができる。なお、放電表面処理用電極１０を用いた放電表面処理によって形成される被膜２０には、材料粒子１４だけでなく、導電経路部３２の導電部材が含まれる場合もあり、被膜２０を材料粒子１４と導電部材が反応して形成された化合物とすることも可能である。このように、放電表面処理用電極１０は、導電経路部３２に含まれる導電部材の材質を調整することにより、被膜２０の特質を変更することも可能である。
【００３８】
第２実施形態
図１及び図２に示すような放電表面処理用電極１０は、図３及び図４を用いて説明したように、材料粒子層３０ａと導電部材層３２ａを積層する方法以外にも、以下に示すような方法で製造することが可能である。図５は、第２実施形態に係る製造方法を表すフローチャートであり、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係る製造方法における中間生成物を表す概念図である。
【００３９】
図５に示すステップＳ１０１では、放電表面処理用電極１０の製造に用いる導電部材３２ｂ（図６（ａ）参照）と、材料粒子１４（図６（ｂ）参照）を準備する。ステップＳ１０１で準備する導電部材３２ｂの材質は、図３に示す導電部材層３２ａの形成工程（ステップＳ００２）で用いた導電部材と同様であるが、その形状は、図６（ａ）に示すように棒状である。また、ステップＳ１０１で準備する材料粒子１４は、図３に示す材料粒子層３０ａの形成工程（ステップＳ００１）で用いた材料粒子１４と同様である。
【００４０】
図５のステップＳ１０２では、図６（ａ）に示すように、棒状の導電部材３２ｂを、成形型４０内に配置する。導電部材３２ｂは、例えばＸ軸方向及びＺ軸方向に所定の間隔で配置されるが、好ましくは互いに略均等な間隔を空けて配置される。なお、第２実施形態に用いられる導電部材３２ｂは膜状であっても良く、その場合、ステップＳ１０２において、導電部材３２ｂは、Ｘ軸方向又はＺ軸方向に沿って所定の間隔で配置されても良い。
【００４１】
図５のステップＳ１０３では、図６（ｂ）に示すように、導電部材３２ｂが配置された成形型４０内に、材料粒子１４を充填する。さらにステップＳ１０４では、図６（ｂ）に示すように、導電部材３２ｂと材料粒子１４とを圧縮成形して成形体を形成する。ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で形成した成形体を焼結し、放電表面処理用電極１０を得る。ステップＳ１０５における焼結温度は、図３のステップＳ００４における焼結温度と同程度で良い。
【００４２】
このように、２つの層を交互に積み重ねる方法をとらず、導電部材３２ｂを予め成形型４０内に配置する製造方法によっても、焼結後に材料粒子部３０と導電経路部３２の２層構造を有する放電表面処理用電極１０を製造することができる。また、第２実施形態に係る製造方法によって製造された放電表面処理用電極１０も、第１実施形態に係る製造方法によって製造された放電表面処理用電極１０と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００４３】
１０…放電表面処理用電極
１０ａ…一方の端部
１０ｂ…他方の端部
１４…材料粒子
１６…加工液
１８…被処理材料
２０…被膜
２４…電源
２６…電極取付部
３０…材料粒子部
３０ａ…材料粒子層
３２…導電経路部
３２ａ…導電部材層
３２ｂ…導電部材
４０…成形型
【図１】
2013159828.tif 000003
【図２】
2013159828.tif 000004
【図３】
2013159828.tif 000005
【図４】
2013159828.tif 000006
【図５】
2013159828.tif 000007
【図６】
2013159828.tif 000008