(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電表面処理用電極と被加工物との極間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用装置において、
前記放電表面処理用電極より電極材料を前記被加工物に堆積させる際の放電電流パルスを、第１のパルス幅Ｔ1、第２のパルス幅Ｔ2、・・・、第ｎのパルス幅Ｔn（nは２以上の整数）の区分に分割し、
第ｋのパルス幅Ｔk（1≦ｋ≦(n-1)、ｋは整数）におけるピーク電流値Ipkを、前記電極材料を放出させるための値となるように制御し、第ｎのパルス幅におけるピーク電流値Ipnを、前記電極材料の放出を抑制すると共に前記被加工物に付着した電極成分を溶融すべく前記第ｋのパルス幅Ｔkにおけるピーク電流値Ipkより小さい値に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする放電表面処理用装置。
【請求項２】
各パルス幅区分における放電電流パルスの電流値は、一定または、スロープ状、または所定の時間関数に応じて制御されることを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理用装置。
【請求項３】
放電表面処理用電極と被加工物との極間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用装置において、
前記放電表面処理用電極より電極材料を前記被加工物に堆積させる際の放電電流パルスを、前半部分と後半部分に分割し、
前半部分におけるピーク電流値は、電極材料を放出させるための値となるように制御し、後半部分における電流値は、前記電極材料の放出を抑制すると共に前記被加工物に付着した電極成分を溶融すべく、前半部分におけるピーク電流値よりも小さなピーク電流値を出力するよう制御する制御手段を備えることを特徴とする放電表面処理用装置。
【請求項４】
放電表面処理用電極と被加工物との極間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用装置において、
前記放電表面処理用電極より電極材料を前記被加工物に堆積させる際の、放電発生後の極間に供給する放電電流パルスは、電極材料を放出させた後、前記電極材料の放出を抑制すると共に前記被加工物に付着した電極成分を溶融すべく、予め決定した放電電流波形の減少パターンに従って、放電電流を徐々に減少させる制御手段を備えることを特徴とする放電表面処理用装置。
【請求項５】
放電表面処理用電極と被加工物との極間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記放電表面処理用電極より電極材料を前記被加工物に堆積させる際の放電電流パルスを、第１のパルス幅Ｔ1、第２のパルス幅Ｔ2、・・・、第ｎのパルス幅Ｔn（nは２以上の整数）の区分に分割し、
第ｋのパルス幅Ｔk（1≦ｋ≦(n-1)、ｋは整数）におけるピーク電流値Ipkを、前記電極材料を放出させるための値となるように制御し、第ｎのパルス幅におけるピーク電流値Ipnを、前記電極材料の放出を抑制すると共に前記被加工物に付着した電極成分を溶融すべく、前記第ｋのパルス幅Ｔkにおけるピーク電流値Ipkより小さい値に制御しながら、前記被加工物表面に被膜を形成することを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項６】
各パルス幅区分における放電電流パルスの電流値は、一定または、スロープ状、または所定の時間関数に応じて制御されることを特徴とする請求項５に記載の放電表面処理方法。
【請求項７】
放電表面処理用電極と被加工物との極間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記放電表面処理用電極より電極材料を前記被加工物に堆積させる際の放電電流パルスを、前部分と後部分に分割し、前部分におけるピーク電流値は、電極材料を放出させるための値となるように制御し、後部分におけるピーク電流値は、前記電極材料の放出を抑制すると共に前記被加工物に付着した電極成分を溶融すべく、前半部分におけるピーク電流値よりも小さなピーク電流値を出力するよう制御して、前記被加工物表面に前記被膜を形成することを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項８】
放電表面処理用電極と被加工物との極間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記放電表面処理用電極より電極材料を前記被加工物に堆積させる際の、放電発生後の極間に供給する放電電流パルスは、電極材料を放出させた後、前記電極材料の放出を抑制すると共に前記被加工物に付着した電極成分を溶融すべく、予め決定した放電電流波形の減少パターンに従って、放電電流を徐々に減少させて、前記被加工物表面に前記硬質被膜を形成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】
この発明は、放電表面処理用電極と被加工物との極間に放電を発生させ、そのエネルギにより、被加工物表面に電極材料からなる硬質被膜又は電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理に用いる、放電表面処理用電源装置及び放電表面処理方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被加工物表面に硬質被膜を形成して、耐食性、耐磨耗性を付与する技術としては、例えば、日本国特開平５−１４８６１５号公報に開示された放電表面処理方法がある。この技術は、ＷＣ（炭化タングステン）粉末とＣｏ（コバルト）粉末を混合して圧縮成形してなる放電表面処理用電極である圧粉体電極を使用して１次加工（堆積加工）を行い、次に銅電極等の比較的電極消耗の少ない電極に交換して２次加工（再溶融加工）を行う、２つの工程からなる金属材料の放電表面処理方法である。この方法は、鋼材に対しては強固な密着力をもった硬質被膜を形成できるが、超硬合金のような焼結材料に対しては強固な密着力を持った硬質被膜を形成することは困難である。
【０００３】
しかし、我々の研究によると、Ｔｉ（チタン）等の硬質炭化物を形成する材料を放電表面処理用電極として、被加工物である金属材料との間に放電を発生させると、再溶融の過程なしに強固な硬質被膜を被加工物である金属表面に形成できることがわかっている。これは、放電により消耗した電極材料と加工液の構成成分であるＣ（炭素）が反応してＴｉＣ（炭化チタン）が生成することによるものである。また、ＴｉＨ２（水素化チタン）等の金属水素化物からなる放電表面処理用電極である圧粉体電極により、被加工物である金属材料との間に放電を発生させると、Ｔｉ等の材料を使用する場合よりも、迅速にかつ密着性が高い硬質被膜を形成できることがわかっている。さらに、ＴｉＨ２等の水素化物に他の金属やセラミックスを混合した放電表面処理用電極である圧粉体電極により、被加工物である金属材料との間に放電を発生させると、硬度、耐磨耗性等様々な性質をもった硬質被膜を素早く形成することができることがわっている。
【０００４】
このような方法については、例えば、日本国特開平９−１９２９３７号公報に開示されており、第５図はこのような放電表面処理に用いる装置の例を示す構成図である。図において、１はＴｉＨ２粉末を圧縮成形してなる圧粉体電極、２は被加工物、３は加工槽、４は加工液、５は圧粉体電極１と被加工物２に印加する電圧及び電流のスイッチングを行うスイッチング素子、６はスイッチング素子５のオン・オフを制御する制御手段、７は電源、８は抵抗器、９は形成された硬質被膜である。このような構成により、圧粉体電極１と被加工物２との極間に放電を発生させ、その放電エネルギにより、鉄鋼、超硬合金等からなる被加工物２の表面に硬質被膜９を形成することができる。スイッチング素子５、制御手段６、電源７及び抵抗器８が、放電表面処理における放電電流パルス波形等を決定する放電表面処理用電源装置に相当している。
【０００５】
このような従来の放電表面処理用電源装置は、矩形波状の放電電流パルスを基本としており、第６図に示すように、放電電流のピーク値Ｉｐ及びパルス幅Ｔを変更することにより、被加工物に形成される硬質被膜の膜厚等を調整するものである。
【０００６】
第７図は、従来の放電電流パルスを用いた放電表面処理により、被加工物２に形成された硬質被膜９の断面写真を示しており、硬質被膜９に気泡が存在し、硬質被膜形成の過程で材料が十分には融けていない様子が観察される。
【０００７】
このように、従来の放電電流パルスを用いた放電表面処理においては、急速加熱及び急速冷却の繰り返しにより放電表面処理を行うため、被加工物に形成される硬質被膜に気泡が存在し、緻密な硬質被膜が形成されないという問題点があった。
また、放電表面処理を施した加工面に残留応力が残り、クラックが入る等の問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、被加工物に緻密な硬質被膜を形成することができると共にクラック等の硬質被膜欠陥を少なくすることができる、放電表面処理用電源装置及び放電表面処理方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る放電表面処理用装置は、放電表面処理用電極より電極材料を前記被加工物に堆積させる際の放電電流パルスを、第１のパルス幅Ｔ1、第２のパルス幅Ｔ2、・・・、第ｎのパルス幅Ｔn（nは２以上の整数）の区分に分割し、第ｋのパルス幅Ｔk（1≦ｋ≦(n-1)、ｋは整数）におけるピーク電流値Ipkを、電極材料を放出させるための値となるように制御し、第ｎのパルス幅におけるピーク電流値Ipnを、前記電極材料の放出を抑制すると共に前記被加工物に付着した電極成分を溶融すべく前記第ｋのパルス幅Ｔkにおけるピーク電流値Ipkより小さい値に制御する制御手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
この発明に係る放電表面処理用電源装置及び放電表面処理方法は、硬質被膜材料の供給及び溶融を適切に行うことができ、被加工物に緻密な硬質被膜を形成することができる。
また、被加工物に形成された硬質被膜が、急速加熱及び急速冷却の繰り返しによらず、徐冷却されるため、クラック等の硬質被膜欠陥を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理用電源装置を示したものであり、第１図の（ａ）は構成図、第１図の（ｂ）は極間電圧及び放電電流、第１図の（ｃ）は放電電流の別の例を示している。
第１図において、１は放電表面処理用電極、２は被加工物、３は加工槽、４は加工液、１０はスイッチング素子群、１１はスイッチング素子群１０のオン・オフ等を制御する制御手段、１２は電源、１３は抵抗器群、Ｔ１は第１のパルス幅、Ｔ２は第２のパルス幅、Ｔｒは休止時間、Ｉｐ１は第１のピーク値、Ｉｐ２は第２のピーク値である。スイッチング素子群１０、制御手段１１、電源１２及び抵抗器群１３が、放電表面処理における放電電流パルス波形等を決定する放電表面処理用電源装置に相当している。
【００１２】
次に、動作について説明する。
放電表面処理用電極１と被加工物２を加工液４中において対向させ、図示しない駆動装置により所定の間隙を保つ。制御手段１１によりオン状態となったスイッチング素子により、放電表面処理用電極１と被加工物２との間に電圧が印加され、所定時間が経過した後、放電が発生する。放電の発生を検出し、第１のパルス幅Ｔ１が経過した後に、制御手段１１により、オンするスイッチング素子を切り換えることにより放電電流を減少させる。その後第２のパルス幅Ｔ２が経過した後、制御手段１１によりスイッチング素子をオフする。さらに、休止時間Ｔｒが経過した後、再び制御手段１１によりスイッチング素子をオンする。以上の動作を繰り返すことにより、放電表面処理を行うものである。
【００１３】
放電電流パルスは第１図の（ｂ）のように階段状であってもよいし、第１図の（ｃ）のように放電電流パルスの立ち上り部分をスロープ状に形成してもよい。
放電電流パルスのスロープ状の増加は、放電表面処理用電源装置の電源回路に直列にインダクタンスを挿入する方法等により行うことができる。
【００１４】
第２図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理用電源装置を用いた放電表面処理による被加工物への硬質被膜形成の様子を示す説明図であり、図において、１は電極、２は被加工物、１４は放電アーク柱、１５ａは被加工物２に付着した電極成分、１５ｂは溶融された電極成分である。第２図の（ａ）は第１図の（ｂ）又は（ｃ）の第１のパルス幅Ｔ１の部分に相当し、第２図の（ｂ）は第１図の（ｂ）又は（ｃ）の第２のパルス幅Ｔ２の部分に相当するものである。
【００１５】
第１図の（ｂ）又は（ｃ）の第１のパルス幅Ｔ１において、電極材料の放出による硬質被膜材料の供給量が所期の加工条件に応じて予め決定した値となるように、制御手段１１によりスイッチング素子群１０等を制御し、第１のピーク値Ｉｐ１を所定の大きさとし、所定の極間の電流密度を維持し電極材料を放出させ、被加工物２に付着した電極成分１５ａを形成する（第２図の（ａ））。
次に、第１図の（ｂ）又は（ｃ）の第２のパルス幅Ｔ２において、第２のピーク値Ｉｐ２を第１のピーク値Ｉｐ１に比べて小さくして電極材料の放出を抑制すると共に被加工物２に付着した電極成分１５ａを溶融できるように設定し、電極成分１５ａを溶融させることにより、被加工物２上に溶融された電極成分１５ｂを形成する（第２図の（ｂ））。また、第２のパルス幅Ｔ２は所期の硬質被膜の溶融条件に対応した時間に設定する。
【００１６】
第３図は、この発明の実施に形態１に係る放電表面処理用電源装置を用いた放電表面処理により被加工物２に形成された電極成分１５ｂからなる硬質被膜の断面を示す写真である。
第２のピーク値Ｉｐ２を第１のピーク値Ｉｐ１に比べて小さくして電極材料の放出を抑制すると共に被加工物２に付着した電極成分１５ａを溶融できるように設定し、第２のパルス幅Ｔ２を所期の硬質被膜の溶融条件に対応した時間に設定することにより、従来例である第７図と比較して、気泡がほとんどなくなり、より緻密な硬質被膜が形成されていることがわかる。
【００１７】
以上のように、第１図の（ｂ）又は（ｃ）に示したような放電電流パルスにより、被加工物に形成する硬質被膜材料の供給及び溶融を適切に行うことができ、細かい結晶粒の良質な硬質被膜を形成することができる。
また、被加工物に形成された硬質被膜が、急速加熱及び急速冷却の繰り返しによらず、徐冷却されるため、クラック等の硬質被膜欠陥を少なくすることができる。
【００１８】
以上の説明においては、放電電流のピーク値を２段階の階段状としたが、３段階以上としてもよい。また、パルス幅の各区間において、放電電流パルスの電流値は一定又はスロープ状でなく、所定の時間関数であってもよい。
【００１９】
実施の形態２．
第４図は、この発明の実施の形態２に係る放電表面処理用電源装置による極間電圧及び放電電流の例を示したものであり、図において、Ｔは放電電流のパルス幅、Ｔａはパルス幅Ｔの略前半部分、Ｔｂはパルス幅Ｔの略後半部分、Ｔｒは休止時間、Ｉｐは放電電流のピーク値である。放電電流波形は時間の関数となっており、放電電流のピーク値Ｉｐに立ち上り後時間経過と共に減少する傾向を持っている。
この放電電流が減少するパターンは第４図の（ａ）又は（ｂ）等、所期の加工条件並びに被加工物に形成される硬質被膜の緻密化促進及び急冷却防止を考慮して、例えば実験により決定することができる。第４図の（ａ）又は（ｂ）の放電電流波形の設定は、例えばパルス幅Ｔの略前半部分Ｔａとパルス幅Ｔの略後半部分Ｔｂに分けて行う。すなわち、パルス幅Ｔの略前半部分Ｔａにおける放電電流波形は、電極材料の放出による硬質被膜材料の供給量が所期の加工条件に応じた値となるように設定し、パルス幅Ｔの略後半部分Ｔｂにおける放電電流波形は、前記電極材料の放出を抑制すると共に被加工物に付着した電極成分を所定の溶融条件で溶融できるように設定する。
【００２０】
次に、動作について説明する。
実施の形態２に係る放電表面処理用電源装置の構成は実施の形態１の第１図の（ａ）と同様であり、放電表面処理用電極１と被加工物２を加工液４中において対向させ、図示しない駆動装置によりある距離を保つ。制御手段１１によりオン状態となったスイッチング素子群１０のスイッチング素子により、放電表面処理用電極１と被加工物２との間に電圧が印加され、所定時間後に放電が発生する。放電の発生を検出すると、スイッチング素子群１０のスイッチング素子を順次時間をずらして切り換えることにより、予め決定した放電電流波形の減少パターンに従って、放電電流を徐々に減少させることができる。このようなスイッチング素子群１０のスイッチング素子の切り換えによる階段状の放電電流パターンの組み合わせにより、第４図の（ａ）又は（ｂ）等の放電電流が減少するパターンを近似的に実現することができる。
【００２１】
第４図のような放電電流波形によれば、予め決定した放電電流波形の減少パターンに応じて、放電電流を時間の経過と共に低下させるため、被加工物に形成された硬質被膜が急加熱及び急冷却でなく、徐冷却されることになり、クラック等の硬質被膜欠陥が少なくなるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上のように、この発明に係る放電表面処理用電源装置及び放電表面処理方法は、被加工物表面に硬質被膜を形成する表面処理関連産業に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理用電源装置をを示す図である。
第２図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理用電源装置を用いた放電表面処理による被加工物への硬質被膜形成の様子を示す説明図である。
第３図は、この発明の実施に形態１に係る放電表面処理用電源装置を用いた放電表面処理により被加工物に形成された硬質被膜の断面を示す写真である。
第４図は、この発明の実施の形態２に係る放電表面処理用電源装置による極間電圧及び放電電流の例を示す図である。
第５図は、放電表面処理に用いる装置の例を示す構成図である。
第６図は、従来放電表面処理用電源装置における極間電圧及び放電電流パルスを示す図である。
第７図は、従来の放電電流パルスを用いた放電表面処理により、被加工物に形成された硬質被膜の断面を示す写真である。
【図１】
0003931656.tif 000002
【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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