(57)【要約】【課題】使用する放電表面処理用電極の品質にばらつきがあるような場合にでも、好適な被膜形成のための安定した放電を実現し得る放電表面処理方法を提供する。【解決手段】  放電表面処理用電極と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方法において、前記放電を継続している間、前記放電表面処理用電極の温度を制御することを特徴とする放電表面処理方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電表面処理用電極と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方法において、
前記放電を継続している間、前記放電表面処理用電極の温度を制御することを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項２】
前記温度の前記制御では、前記放電表面処理用電極の前記温度を検出し、前記温度の検出結果に応じて前記放電表面処理用電極を加熱することを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理方法。
【請求項３】
前記温度の前記制御では、前記放電表面処理用電極の温度を検出し、前記温度の検出結果に応じて前記放電表面処理用電極を冷却することを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電表面処理用電極と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被処理材料表面に被膜を形成する放電表面処理方法に関する。
【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】
放電表面処理方法に用いる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。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）。
【０００４】
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、電極が好適な被膜形成を行え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】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかし、上述したような放電表面処理用電極は、被膜の材料となる材料粒子や、炭素粉末等を電極内に均質に分散させることが難しく、また、基本的に粉体粒子同士の接合の度合いを微妙に調整することにより、放電表面処理用電極に求められる強度や、電気伝導率を確保しようとするものであるため、品質にばらつきが生じやすいという問題を有している。放電表面処理用電極の体積抵抗率の値が適切な範囲にない場合、放電が発生しなかったり、放電が起きても電極の材料粒子が被処理材料に転移しなかったり、放電時に材料粒子を十分な溶融状態にできないなどの問題が発生する。したがって、放電表面処理用電極の体積抵抗率の値のばらつきにより、放電表面処理において形成される被膜の厚さにばらつきが発生したり、放電表面処理において形成される被膜の品質低下を起こす場合がある。
【０００７】
体積抵抗率を測定する放電表面処理用電極の評価方法は、電極の製造工程における狙い値を決定したり、良品と不良品を判別するため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、体積抵抗率の良品範囲を狭く設定しすぎると、歩留まりが低下するなどの問題が発生する。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、使用する放電表面処理用電極の品質にばらつきがあるような場合にでも、好適な被膜形成のための安定した放電を実現し得る放電表面処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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方法は、
放電表面処理用電極と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方法において、
前記放電を継続している間、前記放電表面処理用電極の温度を制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る放電表面処理方法では、放電表面処理中における放電表面処理用電極の温度が、設定された温度若しくは温度範囲になるように制御を行う。放電表面処理用電極は、被膜の材料となる材料粒子を含んでおり、放電表面処理用電極の体積抵抗率は、材料粒子の材質等に依存して温度依存性を有する。したがって、本発明に係る放電表面処理方法は、放電表面処理用電極の温度を調整することにより、放電表面処理用電極の体積抵抗率を適切な範囲に調整することが可能であり、安定した放電及び被膜形成を行うことができ、被膜の膜圧や品質にばらつきが生じることを抑制することができる。
【００１１】
また、例えば、前記温度の前記制御では、前記放電表面処理用電極の前記温度を検出し、前記温度の検出結果に応じて前記放電表面処理用電極を加熱しても良い。
【００１２】
このような放電表面処理方法では、温度を検出しながら制御を行うことにより、放電表面処理用電極の温度を好適に制御できる。また、放電表面処理用電極に含まれる材料粒子の材質がセラミックである場合、放電表面処理用電極は温度上昇とともに体積抵抗率が低下する傾向を示すことが多いため、このような放電表面処理方法によれば、従来技術では導電性の関係から形成が困難であったセラミックの被膜を、被処理材料に形成することが可能である。その反対に、放電表面処理用電極に含まれる材料粒子の材質が金属である場合、放電表面処理用電極は温度低下とともに体積抵抗率が低下する傾向を示すことが多い。したがって、金属の材料粒子を含んでおり体積抵抗率が低すぎることにより従来の方法では良好な被膜形成が行えなかったような電極であっても、電極を加熱して温度調整できる放電表面処理方法を用いれば、加熱により電極の体積抵抗率を上昇させ、良好な被膜形成を行うことが可能である。
【００１３】
また、例えば、前記温度の前記制御では、前記放電表面処理用電極の前記温度を検出し、前記温度の検出結果に応じて前記放電表面処理用電極を冷却しても良い。
【００１４】
放電表面処理用電極の温度を調整する場合、放電表面処理用電極を冷却する方法を採用することも可能である。例えば、金属の材料粒子を含む放電表面処理用電極であって、製造工程による品質ばらつきにより体積抵抗が高めの放電表面処理用電極ができてしまった場合にも、このような方法によれば、良好な被膜形成を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る放電表面方法を行う放電表面処理装置の概念図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る放電表面処理方法における放電表面処理電極の温度制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る放電表面処理方法を実施するための放電表面処理装置の概念図である。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１１の間に放電を発生させ、放電のエネルギーによる電極１１から被処理材料１８への材料粒子１４の移動を起こさせ、被処理材料１８の表面１８ａに材料粒子１４を含む放電表面処理被膜２０を形成する。
【００１７】
放電表面処理用電極１１は、電源２４と電気的に接続されて使用される。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１１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１１と被処理材料１８の間にパルス状の放電を発生させる。
【００１８】
放電表面処理で形成される被膜２０には、材料粒子１４の他にも、材料粒子１４以外の電極材料、加工液１６若しくは被処理材料１８の一部が含まれる場合がある。また、被膜２０中の材料粒子１４は、電極１１に含まれていた時と同様の状態であっても良いが、放電時に化学反応し、電極１１に含まれていた時とは異なる化合物若しくは単体の状態で含有されていても良い。
【００１９】
放電表面処理用電極１１としては、放電表面処理によって被処理材料１８の表面１８ａに被膜２０を形成できるものであれば特に限定されないが、例えば炭素に被覆された材料粒子１４を含むものを用いることができる。従来の放電表面処理用電極では、材料粒子１４にも導電性が要求されていたので、材料粒子１４として金属以外を採用することが難しかったが、炭素に被覆された材料粒子１４を含む電極１１では、材料粒子１４としてセラミック等の非導電性材料を採用することも可能である。
【００２０】
炭素に被覆された材料粒子１４を含む電極１１は、例えばフェノール樹脂等の被覆材で被覆された材料粒子１４を圧縮・形成した後、被覆材であるフェノール樹脂が炭素化する温度で、これを焼結することによって作製される。また、材料粒子１４が金属又は合金等の導電材である場合には、材料粒子１４の圧粉体を形成したのち、これを焼結することによって作製されても良い。
【００２１】
放電表面処理用電極１１に含まれる材料粒子１４の具体例としては、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、酸化亜鉛等の導体や、チタン酸化物（ＴｉＯ２）、アルミナ、酸化クロム、ジルコニア等の非導電材料が挙げられる。さらに、材料粒子１４としては、通常用いられる溶射材料であって、融点が存在し、炭素で被覆可能な材料（例えば、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）も適用可能である。
【００２２】
図１に示すように、放電表面処理方法に用いる放電表面処理装置は、被膜２０の材料を供給する放電表面処理用電極１１や、放電表面処理用電極１１と被処理材料１８との間に放電を生じさせるための電源２４の他に、温度検出部３２と、温度調整部３４と、制御部３６とを有する。これらの温度検出部３２、温度調整部３４及び制御部３６は、放電表面処理用電極１１の温度調整を行う温度調整システムの役割を果たす。
【００２３】
温度検出部３２は、放電表面処理中における放電表面処理用電極１１の温度を検出する。温度検出部３２によって検出された温度の検出結果は、制御部３６に出力される。図１に示す温度検出部３２は、熱電対を用いた接触型の温度計であるが、温度検出部３２としてはこれに限定されず、例えば放射温度計等の非接触温度計であっても良い。温度検出部３２は、放電表面処理用電極１１の表面温度を検出しても良く、熱電対を電極１１内部に埋め込むなどにより、電極１１内部の温度を検出しても良い。
【００２４】
温度調整部３４は、放電表面処理中における放電表面処理用電極１１の温度を変化させる。温度調整部３４は、放電表面処理用電極１１を加熱する加熱部（ヒーター）である場合と、放電表面処理用電極１１を冷却する冷却部である場合と、加熱部兼冷却部である場合とがある。図１に示す実施形態では、温度調整部３４は、放電表面処理用電極１１の側面を囲むように配置されている。温度調整部３４は、放電表面処理用電極１１に接触又は近接するように配置されることが好ましいが、加工液１６を加熱又は冷却することにより、放電表面処理用電極１１の温度調整を行う態様もあり得る。
【００２５】
温度調整部３４が加熱部である場合、温度調整部３４は電熱線等によって構成されても良く、温度調整部３４が冷却部である場合には、温度調整部３４はベルティエ素子や冷媒循環装置等によって構成されても良いが、温度調整部３４の具体的構成は特に限定されない。温度調整部３４の駆動は、制御部３６によって制御される。
【００２６】
制御部３６は、温度調整部３４を駆動することによって、放電表面処理用電極１１の温度を制御する。制御部３６は、温度検出部３２による放電表面処理用電極１１の温度の検出結果に応じて、温度調整部３４を駆動・制御することによって、放電表面処理用電極１１を所定の温度あるいは温度範囲に保つことができる。ただし、温度調整部３４の出力と放電表面処理用電極１１の到達温度の関係が予めプログラムされているような場合には、制御部３６は、温度検出部３２からの検出結果を用いることなく、温度調整部３４を駆動する場合もある。
【００２７】
図２は、図１に示す放電表面処理装置を用いて行われる放電表面処理方法において、制御部３６、温度検出部３２及び温度調整部３４によって行われる放電表面処理用電極１１の温度制御方法を表すフローチャートである。
【００２８】
図２のステップＳ００１では、制御部３６が、放電表面処理用電極１１の温度制御を開始する。制御部３６は、例えば、放電表面処理用電極１１による放電が開始されるタイミングや、放電表面処理用電極１１による放電開始前の準備動作が開始されるタイミングで、図２に示す一連の処理を開始する。
【００２９】
図２のステップＳ００２では、制御部３６は、放電表面処理用電極１１の目標温度を取得する。制御部３６は、装置の使用者に目標温度の入力を促したり、予め装置に入力されているデータを参照するなどして、放電表面処理用電極１１の目標温度を取得することができる。放電表面処理用電極１１の目標温度は、放電表面処理用電極１１の体積抵抗率の測定結果等に基づき算出される。例えば、所定温度における放電表面処理用電極１１の体積抵抗率を測定し、これを体積抵抗率の温度依存性を表す式に入力する。これによって、どのような目標温度に設定すれば、放電表面処理中において放電表面処理用電極１１が適切な放電を実施可能な体積抵抗率に調整されるか、ということが算出される。
【００３０】
なお、放電表面処理用電極１１の体積抵抗率の温度依存性は、放電表面処理用電極１１に含まれる物質、特に材料粒子１４の材質に影響を受ける。例えば、放電表面処理用電極１１に含まれる材料粒子１４の材質がセラミックである場合、放電表面処理用電極１１は温度上昇とともに体積抵抗率が低下する傾向を示すことが多く、その反対に、放電表面処理用電極１１に含まれる材料粒子１４の材質が金属である場合、放電表面処理用電極１１は温度低下とともに体積抵抗率が低下する傾向を示すことが多い。
【００３１】
図２のステップＳ００３では、制御部３６は、温度検出部３２による放電表面処理用電極１１の温度の検出結果を読み出す。さらに図２のステップＳ００４では、ステップＳ００３で読み出された検出結果に応じて、温度調整部３４の出力を調整する。
【００３２】
ステップＳ００５では、制御部３６は、放電表面処理用電極１１の温度制御を終了すべきか否かを判断し、温度制御を終了すべきと判断した場合には、ステップＳ００６へ進み、一連の制御を終了する。例えば、放電表面処理用電極１１による放電が停止されたような場合には、制御部３６は、温度制御を終了すべきであると判断する。
【００３３】
また、ステップＳ００５において、放電表面処理用電極１１の温度制御を終了すべきでないと判断した場合は、制御部３６は、ステップＳ００３へ戻り、温度検出（ステップＳ００３）及び温度調整部３４の出力調整（ステップＳ００４）を繰り返す。例えば、制御部３６は、放電表面処理用電極１１による放電表面処理が継続されている間は、放電表面処理用電極１１の温度制御を終了すべきでないと判断する。
【００３４】
温度検出（ステップＳ００３）及び温度調整部３４の出力調整（ステップＳ００４）を繰り返すことにより、制御部３６は、放電表面処理用電極１１の温度を目標温度に近づける。制御部３６による温度調整部３４の具体的な制御方法は特に限定されないが、たとえば通常のＰＩＤ制御等を採用することができる。
【００３５】
本発明に係る放電表面処理方法は、図２に示すような処理を行い、放電表面処理用電極１１の温度を制御することにより、安定した放電と良好な被膜形成を実現できる。従来の放電表面処理方法では、製造時のバラツキ等により、放電表面処理時における放電表面処理用電極１１の体積抵抗率が適正値とならない場合があったが、本発明に係る放電表面処理方法によれば、体積抵抗率の温度依存性を考慮して放電表面処理用電極１１の温度を制御することにより、放電表面処理時における放電表面処理用電極１１の体積抵抗率を適正値とすることができる。
【００３６】
本発明に係る放電表面処理方法は、放電表面処理時における放電表面処理用電極１１の体積抵抗率を適正値とすることにより、放電時に放電表面処理用電極１１の材料粒子１４が適切に溶解せず、被処理材料１８に形成される被膜２０の強度が低下する問題を低減することができる。また、安定した放電を実現することにより、被膜２０に放電異物が混入することを防止し、被膜２０の品質低下を防ぐことができる。
【００３７】
また、本発明に係る放電表面処理方法は、従来技術では電極１１の体積抵抗率を低くする必要があるために採用が難しかったセラミックの材料粒子１４を、電極１１の材料として採用することが可能であり、セラミックの被膜２０を形成することが可能である。すなわち、温度調整部３４としてヒーターを採用し、セラミックの材料粒子１４を含む放電表面処理用電極１１を加熱することにより、放電表面処理用電極１１の体積抵抗率を下げることが可能だからである。
【００３８】
また、本発明に係る放電表面処理方法は、放電表面処理用電極１１の体積抵抗率がバラツキを有していても、電極１１の温度調整により、高品質な被膜２０を安定して形成することが可能であり、効率的かつ経済的にコーティング部材を製造することが可能である。なお、放電表面処理では、放電表面処理用電極１１の体積抵抗率が低すぎる又は高すぎる場合にも被膜形成が行えなくなるため、制御部３６は、放電表面処理用電極１１の体積抵抗率を上げる又は下げる方向に温度調整を行う場合もあり、このような制御も放電の安定性向上に資する。
【符号の説明】
【００３９】
１１…放電表面処理用電極
１４…材料粒子
１６…加工液
１８…被処理材料
１８ａ…表面
２０…被膜
２４…電源
３２…温度検出部
３４…温度調整部
３６…制御部
【図１】
2013159829.tif 000003
【図２】
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