(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法において、
予め、電極材料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発生させ、被処理材表面を脱炭し、面粗さを粗くする前処理と、放電によって前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理とを行うことを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項２】
改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法において、
予め、電極材料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発生させ、被処理材表面に炭化物を生成させる前処理と、放電によって前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理とを行うことを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項３】
前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極は、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む材料としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電表面処理方法。
【請求項４】
前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極は、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理に使用する電極と同一にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の放電表面処理方法。
【請求項５】
前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理は、前記被処理材である金属表面に改質層を形成する堆積加工を行う一次加工、被処理材の表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行う二次加工からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の放電表面処理方法。
【請求項６】
改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置において、
前記被処理材との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極材料を保持する前処理用電極保持機構と、
前記被処理材の金属表面に改質層を形成する本処理で使用する本処理用電極保持機構と
を具備することを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項７】
改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置において、
前記被処理材との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極を保持する前処理用電極保持機構と、
前記被処理材の金属表面に改質層を形成する堆積加工で使用する電極を保持する一次加工用電極保持機構と、
前記被処理材の金属表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行う電極を保持する二次加工用電極保持機構と
を具備することを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項８】
前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極は、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む材料としたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の放電表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質材料或いは改質材料の元となる材料からなる電極と被処理材である金属との間に放電を発生させることにより金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法及びその処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液中放電によって金属材料等の表面をコーティングして、耐食性、耐磨耗性を与える技術は、既に、特開平６−１８２６２６号公報等で公知となっている。
この公報に掲載の技術は、ＷＣ（タングステンカーバイト）とＣｏ（コバルト）の粉末を混合して圧縮成形した電極で液中放電を行うことにより、その電極材料をワークに堆積させる。その後、別の電極、例えば、銅電極、グラファイト電極等によって、再溶融放電加工を行い、より高い硬度と高い密着力を得るものである。
【０００３】
次に、従来技術について図５を用いて説明する。
図５は従来の被処理材の金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法の説明図である。
５１はＷＣ−Ｃｏ（タングステンカーバイド−コバルト）からなる混合圧粉体で成形した混合圧粉体電極である。５４は被処理材（Ｓ５０Ｃ）である。５２は銅電極、５５は被処理材５４の表面に形成したＷＣ−Ｃｏからなる被覆層である。
ここで、ＷＣ−Ｃｏからなる混合圧粉体電極５１を用いて、加工液中で被処理材５４と混合圧粉体電極５１との間に放電を発生させ、被処理材５４の表面にＷＣ−Ｃｏを堆積させ、ＷＣ−Ｃｏの堆積物からなる被覆層５５を堆積加工する一次加工を行う。次いで、Ｃｕ（銅）電極５２のように、それほど消耗しない電極によって被処理材５４の表面に堆積されたＷＣ−Ｃｏの被覆層５５に堆積再溶融加工、即ち、二次加工を行う。特に、一次加工の被覆層５５の堆積のままでは、組織は硬度もＨｖ＝１４１０程度であり、また、空洞も多いが、二次加工の再溶融加工を行うことによって、被覆層５５が堆積した被処理材５４の表面に堆積物の空洞が無くなり、その硬度もＨｖ＝１７５０と向上する。
この方法によれば、被処理材５４がＳ５０Ｃ等の鋼材である場合には、硬く、しかも、密着度のよい被覆層５５が得られる。しかしながら、超硬合金のような焼結材料の表面には、強固な密着力を持った被覆層５５を形成することが困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放電表面処理方法は、前述の事例のように、超硬合金のような焼結材料の表面には、強固な密着力を持った被覆層５５を形成することが困難であり、特に、被処理材５４の種類等によっては、良質の被覆層５５が得られなかった。
そこで、本発明は、被処理材の材質が鋼材であるか、超硬合金であるかを問うことなく、良好な被覆層を形成できる放電表面処理装置及び放電表面処理方法の提供を課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる放電表面処理方法は、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法において、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理の前に、予め電極材料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発生させ、被処理材表面を脱炭し、面粗さを粗くする前処理を行うものである。
【０００６】
請求項２にかかる放電表面処理方法は、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法において、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理の前に、予め、電極材料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発生させ、被処理材表面に炭化物を生成させる前処理を行うものである。
【０００７】
請求項３にかかる放電表面処理方法は、前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極を、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む材料としたものである。
【０００８】
請求項４にかかる放電表面処理方法は、前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極を、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理に使用する電極と同一にしたものである。
【０００９】
請求項５にかかる放電表面処理方法は、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理を、前記被処理材である金属表面に改質層を形成する堆積加工を行う一次加工、被処理材の表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行う二次加工としたものである。
【００１０】
請求項６にかかる放電表面処理装置は、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置において、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極材料を保持し、前記被処理材との間で放電を行う前処理で使用する前処理用電極保持機構と、前記被処理材の金属表面に改質層を形成する本処理で使用する本処理用電極保持機構とを具備するものである。
【００１１】
請求項７にかかる放電表面処理装置は、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置において、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極材料を保持し、前記被処理材との間で放電を行う前処理で使用する前処理用電極保持機構と、前記被処理材の金属表面に改質層を形成する堆積加工で使用する一次加工用電極保持機構と、前記被処理材の金属表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行うのに使用する二次加工用電極保持機構とを具備するものである。
【００１２】
請求項８にかかる放電表面処理装置は、前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極を、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む材料としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態の説明において、従来例及び各実施の形態と同一符号及び記号は従来例及び各実施の形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものである。
【００１４】
実施の形態１．
図１は本発明の第一の実施の形態の放電表面処理装置の全体の構成を示す構成図である。
図において、１は表面処理を施すエンドミルやドリル等の回転工具、２Ｂは改質層を形成する成分、例えば、ＴｉＨ2  （水素化チタン）系の圧粉体電極で、本発明を実施する場合には、改質材料或いは改質材料の元となる材料からなる電極であり、即ち、改質材料の元となる材料を含む改質材料であればよい。２ＡはＴｉ（チタン）電極、３は回転工具１を保持するチャッキング機構、４Ｂは圧粉体電極２Ｂを保持する本処理用電極保持機構で、回転工具１と圧粉体電極２ＢとをＺ軸方向に相対移動させるものである。４ＡはＴｉ電極２Ａを保持する前処理用電極保持機構で、回転工具１とＴｉ電極２ＡとをＺ軸方向に相対移動させるものである。５は回転工具１の上下方向、即ち、Ｚ軸方向の移動を行う主軸、６は回転工具１の回転を行う回転軸（Ｃ軸）、７は回転工具１と共に主軸５を上下方向に駆動するＺ軸駆動機構、８は回転軸６を回転させるモータ等からなる回転軸駆動機構、９は本処理用電極保持機構４Ｂ及び前処理用電極保持機構４Ａを固定すると共に放電加工用の加工液１０を収容する加工槽、１１は加工槽９の水平方向（Ｘ方向）の移動を自在とするＸテーブル、１２は加工槽９の水平方向（Ｙ方向）の移動を自在とするＹテーブル、１３はＸテーブル１１用のＸ軸駆動機構、１４はＹテーブル１２用のＹ軸駆動機構、１５はコンピュータ等を内蔵した制御回路で、通常のＮＣ装置に相当するものである。１７は回転工具１と圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａの間の極間電圧または短絡を検出する極間検出回路、１８は回転工具１と圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａとの間で電圧を印加する放電加工用電源である。回転工具１と圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａとの間は、回転工具１と圧粉体電極２Ｂの間に放電を発生させるとき、回転工具１とＴｉ電極２Ａとの間隔を広くし、また、回転工具１とＴｉ電極２Ａの間に放電を発生させるとき、回転工具１と圧粉体電極２Ｂとの間隔を広くし、放電に干渉しないようにしている。
因に、本実施の形態の制御回路１５で電極位置を制御する本処理用電極保持機構４Ｂと前処理用電極保持機構４Ａは、圧粉体電極２ＢとＴｉ電極２Ａとが同一Ｘ軸線上に位置するように配設されおり、Ｘ軸方向の移動のみで電極の切替えが可能になっている。
【００１５】
まず、本実施の形態の放電表面処理装置の全体の動作について説明する。
チャッキング機構３により保持された回転工具１は、回転軸駆動機構８により回転軸６と共に回転し、Ｚ軸駆動機構７により主軸５と共に上下移動を行う。このとき、上下移動と回転は同期しており、その同期状態は放電加工される回転工具１の切刃のねじれ角に沿って圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａの放電面が移動するように主軸５の移動量、即ち、回転工具１の軸方向の刃長分の送りに相当するその回転量が特定され、それが設定されている。
主軸プラス方向、即ち、チャッキング機構３側からエンドミルの先端方向に移動させるときは逆方向へ回転させることになる。これにより、圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａの放電面が、回転工具１の外周切刃逃げ面との加工開始前の位置関係を維持しながら切刃のねじれに沿って外周切刃逃げ面上を往復移動されることになる。圧粉体電極２Ｂは本処理用電極保持機構４Ｂ、Ｔｉ電極２Ａは前処理用電極保持機構４Ａに各々取付けられ、更に、本処理用電極保持機構４Ｂ及び前処理用電極保持機構４Ａは加工液１０が満たされた加工槽９内に配設される。極間検出回路１７は圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａと回転工具１の位置関係を接触によって検出し、検出された情報は制御回路１５に送られ、圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａの放電面と回転工具１の外周切刃逃げ面等が互いに対向するように位置決めする場合に使用される。また、制御回路１５は処理対象の回転工具１のねじれ角、処理する刃長、直径、ねじれ刃の情報（右ねじれ、左ねじれ）、及び、移動速度、移動回数等が入力されると、放電面が外周切刃逃げ面をなぞるように相対移動させるべく、Ｘ軸駆動機構１３、Ｙ軸駆動機構１４、Ｚ軸駆動機構７及び、回転軸駆動機構８を制御して所望の移動動作を回転工具１に行わせる。
【００１６】
このとき、まず、放電部分が加工液１０中に浸漬された状態で、最初に、Ｔｉ電極２Ａを処理刃面になぞらせながら、放電加工用電源１８により回転工具１とＴｉ電極２Ａとの間に電圧を印加して放電を発生させ、回転工具１の外周切刃逃げ面、すくい面等の面あらさを荒くする。なお、このとき、加工槽９内に設置されたＴｉ電極２Ａと回転工具１の処理部分を加工液１０に浸漬させなくても、放電加工部分に加工液１０を吹きかけながら前述の方法で放電加工することによっても、回転工具１の外周切刃逃げ面等の面あらさを荒くすることもできる。なお、放電によって回転工具１の表面の面あらさを荒くする処理を、回転工具１の外周切刃逃げ面等に改質層を形成する処理の前に行うことから、以下、単に、これを「前処理」という。
【００１７】
次に、放電部分が加工液１０中に浸漬された状態で、圧粉体電極２Ｂを面あらさが荒くなっている処理刃面になぞらせながら、放電加工用電源１８により回転工具１と圧粉体電極２Ｂとの間に電圧を印加して放電を発生させることにより回転工具１の外周切刃逃げ面、すくい面に改質層を形成する。なお、加工槽９内に設置された圧粉体電極２Ｂと回転工具１の処理部分を加工液１０に浸漬させなくても、放電加工部分に加工液１０を吹きかけながら前述の方法で放電加工することによっても、回転工具１の外周切刃逃げ面等に改質層を形成することができる。なお、放電によって被処理材である回転工具１の表面に改質層を形成する処理を、以下、単に、「本処理」という。
【００１８】
次に、本実施の形態の放電表面処理装置による表面処理について詳述する。
まず、前処理においては、加工液１０中において、Ｔｉ電極２Ａと回転工具１の間に放電加工用電源１８によりパルス状の放電を発生させている。この放電加工用電源１８は通常の放電加工用の所望の放電エネルギーを供給するパルス電流を発生する電源でよい。放電の加工条件は、例えば、Ｔｉ電極２Ａを負極性とし、コンデンサ放電等の比較的放電エネルギーの小さな条件が好適である。即ち、前処理においては、Ｔｉ電極２Ａを用いて比較的小さなエネルギーの放電を発生させて表面処理を行う。この前処理により、回転工具１の表面は僅かに面が荒れる。また、回転工具１が超硬合金の場合には、超硬合金中のＷＣ（タングステンカーバイド）が脱炭された状態になる。
一般に、表面処理のように硬質材料の表面にコーティングを行う場合、母材表面が僅かに面あらさが荒くなり、脱炭されると良好なコーティング膜が形成される。本実施の形態におけるＴｉ電極２Ａ等の電極で比較的小さなエネルギー条件で放電加工を行うと、そのような面の状態が得られる。ただし、発明者等の実験によると、Ｔｉ電極２Ａの代わりにＣｕ（銅）電極を使用すると、荒れ及び脱炭された面は得られるものの、その後にコーティング処理を行っても良好なコーティングが得られないことが確認されている。
【００１９】
前処理に使用する電極は、発明者等の実験によると、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の高硬度な炭化物を生成する材料が良好であることが判明している。これらの材料の電極を用いて加工液１０中で放電加工を行うと加工液（油）１０中の成分である炭素と反応し、炭化物を生成する。これらの金属の炭化物は、高硬度セラミックスにも使用される材料であることから判断できるように、安定しており、かつ、硬度が高い。例えば、Ｔｉ（チタン）の炭化物であるＴｉＣ（炭化チタン）はビッカース硬度でＨｖ２５００〜３２００程度の硬度であり、また、Ｖ（バナジウム）の炭化物であるＶＣ（炭化バナジウム）はビッカース硬度でＨｖ２５００〜３１００の硬度である。
【００２０】
このような、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の材料からなる電極で前処理を行うことにより、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材としての回転工具１に僅かではあるがコーティングされる。この前処理により、回転工具１の硬度が上がると共に、本処理においてコーティング材料の付着を良くすることができる。また、回転工具１のような被処理材の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。
【００２１】
前処理を行った後、ＴｉＨ2（水素化チタン）系の圧粉体電極２Ｂと回転工具１の間に放電を発生させ、回転工具１の表面処理を行う。即ち、本処理を行う。ＴｉＨ2系の圧粉体電極２Ｂとしては、ＴｉＨ2をベースとし、ＴｉＢ2（ホウ化チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣ（炭化チタン）、Ｖ（バナジウム）、ＶＣ（炭化バナジウム）等の粉末を混合して成形し、圧粉体としたものである。本処理により、ＴｉＨ2系の圧粉体電極２Ｂ中の成分であるＴｉＢ2、ＴｉＮ、及び、ＴｉＨ2中のＴｉが加工液１０と反応してできたＴｉＣ（炭化チタン）が回転工具１にコーティングされる。
【００２２】
本処理において金属の水素化物をベースにした圧粉体電極２Ｂを使用することによって、次のような効果を奏する。即ち、金属の水素化物は一般的に不安定であり、数百度の温度で分解して水素を放出する。このため、金属の水素化物をベースにした電極で放電を行うと分解した水素が被処理材としての回転工具１の表面をクリーニングする。また、金属の水素化物をベースにした電極は放電の熱で容易に崩れるため、コーティングのスピードが速くなる。
このように、改質材料の元となる材料を含む改質材料からなる電極を、金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した圧粉体電極２Ｂとしたものでは、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず良好な改質層をすばやく均一に金属表面形成することができる。また、金属の水素化物は一般的に不安定で、数百度の温度で分解して水素を放出するから、金属の水素化物をベースにした電極で放電を行うと分解した水素が被処理材としての回転工具１の表面をクリーニングすることができる。
【００２３】
図２は第一の実施の形態の放電表面処理装置によって前処理を行った場合の寿命関係を示す表図である。
図２は超硬合金であるスローアウェイチップに本実施の形態による放電表面処理装置によって表面処理を施したもの、及び表面処理を施していないものとの比較を図表に示したものである。ここで、表面処理を施していない市販の状態のスローアウェイチップの寿命を「１」とし、本実施の形態による放電表面処理装置によって表面処理を施したことにより、寿命が何倍になったかを表している。前処理なしの場合、即ち、ＴｉＨ２  系の圧粉体電極２Ｂのみによる処理を行った場合、処理を行わないスローアウェイチップの寿命に比べ、約２倍の寿命の延びが確認された。Ｔｉ電極２Ａによる前処理を行ったものは、約３倍の寿命の延びが確認された。これにより前処理によって市販のスローアウェイチップ１本分をそのまま使用できるだけの寿命が延びていることがわかる。
【００２４】
しかし、前処理をＣｕ電極で行うと寿命が０．５倍、即ち、市販のスローアウェイチップをそのまま使用する場合の半分の寿命になってしまい表面処理を行う意味が全くなくなっている。これによっても、回転工具１の表面の脱炭及び荒れが問題ではなく、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材としての回転工具１に僅かではあるがコーティングされ、被処理材料の硬度が上がると共に、本処理においてコーティング材料の付着を良くすることができ、その相乗効果により、被処理材の表面が脱炭し、僅かに荒い面になることにより、コーティングが行い易くなる。
【００２５】
本実施の形態の放電表面処理装置は、改質材料の元となる材料を含む改質材料からなる圧粉体電極２Ｂと、回転工具１からなる被処理材である金属との間に放電加工用電源１８から電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより被処理材である回転工具１の金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置において、前記被処理材との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含むＴｉ電極２Ａを保持する前処理用電極保持機構４Ａと、前記被処理材の金属表面に改質層を形成する本処理で使用する圧粉体電極２Ｂを保持する本処理用電極保持機構４Ｂとを具備するものである。
【００２６】
したがって、前処理に使用する電極は、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の高硬度な炭化物を生成する材料であるから、加工液１０中で放電加工を行うと加工液１０中の成分である炭素と反応し、炭化物を生成する。これらの金属の炭化物は、安定しており、かつ、硬度が高いので改質層を強靭なものにすることができる。また、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、本処理においてコーティング材料の付着を良くすることができる。そして、回転工具１のような被処理材の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。更に、本処理において金属の水素化物をベースにした圧粉体電極２Ｂを使用することによって、数百度の温度で分解して水素を放出し、その水素が被処理材の表面をクリーニングする。また、金属の水素化物をベースにした電極は放電の熱で容易に崩れるため、コーティングのスピードを速くすることができる。
更に、Ｔｉ電極２Ａを保持する前処理用電極保持機構４Ａと、圧粉体電極２Ｂを保持する本処理用電極保持機構４Ｂとを有することにより、加工液１０中の放電加工による前処理及び本処理を加工液１０を排出することなく連続でき、その作業性を良くすることができる。
【００２７】
実施の形態２．
図３は本発明の第二の実施の形態の放電表面処理装置の全体の構成を示す構成図である。なお、図中、第一の実施の形態と同一符号及び記号は第一の実施の形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものであるから、ここでは重複する説明を省略し、相違点のみ説明する。
図において、２はＴｉＨ2（水素化チタン）系の圧粉体電極、１はエンドミル等の回転工具、４は回転工具１を保持し、かつ、制御回路１５の指令により回転を与える電極保持機構である。
【００２８】
次に、本実施の形態の放電表面処理装置の動作について説明する。
加工液１０中においてＴｉＨ2系の圧粉体電極２と回転工具１の間に放電加工用電源１８によりパルス状の放電を発生させる。放電加工用電源１８は通常の放電加工用の電源が使用できる。放電の条件、即ち、加工条件は、例えば、ＴｉＨ2系の圧粉体電極２が負極性で、コンデンサ放電等の比較的放電エネルギーの小さな条件がよい。これにより第一実施の形態の前処理と同様の効果を回転工具１に与えることができる。この前処理を行った後、同一の電極であるＴｉＨ2系の圧粉体電極２と回転工具１との間に放電を発生させ、本処理を行う。
ただし、Ｔｉ電極２Ａで行う場合と異なり、ＴｉＨ2系の圧粉体電極２の場合には、前処理の面がポーラス状になるので、Ｔｉ電極２Ａで行う場合より若干特性が落ちる。しかし、同一のＴｉＨ2系の圧粉体電極２で、前処理及び本処理と行える効果がある。
【００２９】
本実施の形態の形態では、改質材料の元となる材料を含む改質材料からなる圧粉体電極２と、回転工具１からなる被処理材である金属との間に放電加工用電源１８から電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより被処理材である回転工具１の金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法において、前記放電表面処理の前に予め行う放電、即ち、前処理に使用する前処理電極をＴｉＨ2系の圧粉体電極２とし、回転工具１からなる被処理材の表面に改質層を形成する本処理に使用する電極と同一にしたものである。
この種の実施の形態では、前処理で放電加工用電源１８からＴｉＨ2系の圧粉体電極２が負極性の比較的放電エネルギーの小さな条件で処理し、その後、放電エネルギーを大きくし、同一の電極であるＴｉＨ2系の圧粉体電極２と回転工具１との間に放電を発生させることにより本処理を行うものであるから、同一のＴｉＨ2系の圧粉体電極２で、前処理及び本処理と行うことができ、電極を交換することなく放電エネルギーの制御のみで、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、被処理材料の硬度が上がると共に、本処理におけるコーティング材料の付着を良くすることができ、その相乗効果により、被処理材の表面が脱炭し、僅かに荒い面になることにより、コーティングが行い易くなる。故に、被処理材の材質を問うことなく、金属表面に良質な硬質表面処理層を形成することができる。
【００３０】
なお、第一の実施の形態の放電表面処理装置は、前記被処理材である回転工具１の金属表面に改質層を形成する本処理の前に、予め、前記改質層を形成する本処理と異なる電極材料を用いて放電を発生させる前処理を行うものであるが、第二の実施の形態の放電表面処理装置は、電気条件を前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発生させる前処理を行うものである。
したがって、本実施の形態の放電表面処理装置は、改質材料の元となる材料を含む改質材料からなる圧粉体電極２と、回転工具１からなる被処理材である金属との間に放電加工用電源１８から電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより被処理材である回転工具１の金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法において、前記被処理材である回転工具１の金属表面に改質層を形成する本処理の前に、予め、電極材料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発生させる前処理を行う方法として捕えることができる。
故に、前処理に使用する電極は、高硬度な炭化物を生成する材料であるから、加工液１０中で放電加工を行うと加工液１０中の成分である炭素と反応し、炭化物を生成する。これらの金属の炭化物は、安定しており、かつ、硬度が高いので改質層を強靭なものにすることができる。また、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、本処理においてコーティング材料の付着を良くすることができる。そして、回転工具１のような被処理材の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。更に、本処理において金属の水素化物をベースにした圧粉体電極２を使用することによって、数百度の温度で分解して水素を放出し、その水素が被処理材の表面をクリーニングする。また、金属の水素化物をベースにした電極は放電の熱で容易に崩れるため、コーティングのスピードを速くすることができる。
【００３１】
実施の形態３．
図４は本発明の第三の実施の形態の放電表面処理装置の要部の構成を示す構成図で、（ａ）は要部正面図及び（ｂ）は要部平面図である。なお、図中、第一の実施の形態と同一符号及び記号は第一の実施の形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものであるから、ここでは重複する説明を省略し、相違点のみ説明する。
図において、１は表面処理を施すエンドミルやドリル等の回転工具、２０Ｂは改質層を形成する成分、例えば、ＷＣ−Ｃｏ（タングステンカーバイド−コバルト）からなる混合圧粉体で成形した圧粉体電極で、改質材料或いは改質材料の元となる材料からなる電極であり、一次加工を行うものである。２０Ａは前処理を行うＴｉ電極、２０ＣはＣｕ電極で、それほど消耗しない電極であればよい。Ｃｕ電極２０Ｃは回転工具１からなる被処理材の表面に堆積された被覆層に堆積再溶融加工、即ち、二次加工を行うものである。
また、４０Ｂは圧粉体電極２０Ｂを保持する一次加工用電極保持機構で、回転工具１と圧粉体電極２０ＢとをＺ軸方向に相対移動させるものである。４０ＡはＴｉ電極２０Ａを保持する前処理用電極保持機構で、回転工具１とＴｉ電極２０ＡとをＺ軸方向に相対移動させるものである。４０ＣはＣｕ電極２０Ｃを保持する二次加工用電極保持機構で、回転工具１とＣｕ電極２０ＣとをＺ軸方向に相対移動させるものである。
【００３２】
次に、本実施の形態の放電表面処理装置による表面処理について詳述する。
まず、前処理においては、加工液１０中において、Ｔｉ電極２０Ａと回転工具１の間に放電加工用電源１８によりパルス状の放電を発生させる。放電の加工条件は、例えば、Ｔｉ電極２０Ａを負極性とし、コンデンサ放電等の比較的放電エネルギーの小さな条件が好適である。この前処理においては、Ｔｉ電極２０Ａを用いて比較的小さなエネルギーの放電を発生させて表面処理を行う。この前処理により、回転工具１の表面は僅かに面が荒れる。また、回転工具１が超硬合金の場合には、超硬合金中のＷＣ（タングステンカーバイド）が脱炭された状態になる。
【００３３】
本実施の形態のＴｉ電極２０Ａ以外にも、前述のＶ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の材料からなる電極で前処理を行っても、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材である回転工具１に僅かではあるがコーティングされる。この前処理により、回転工具１の硬度が上がると共に、本処理においてコーティング材料の付着性を良くすることができる。また、回転工具１の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。
【００３４】
前処理を行った後、ＷＣ−Ｃｏからなる圧粉体電極２０Ｂを用いて、加工液１０中で回転工具１と圧粉体電極２０Ｂとの間に放電を発生させ、回転工具１の表面にＷＣ−Ｃｏを堆積させる一次加工を行う。次いで、Ｃｕ電極２０Ｃのように、それほど消耗しない電極によって回転工具１の表面に堆積されたＷＣ−Ｃｏに堆積再溶融加工、即ち、二次加工を行う。これによって、回転工具１の表面に堆積されたＷＣ−Ｃｏの層を硬く、しかも、密着度を良くすることができる。
【００３５】
本実施の形態の放電表面処理装置では、改質材料の元となる材料を含む改質材料からなる圧粉体電極２０Ｂと、回転工具１からなる被処理材である金属との間に放電加工用電源１８から電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより被処理材である回転工具１の金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置において、被処理材としての回転工具１との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含むＴｉ電極２０Ａを保持する前処理用電極保持機構４０Ａと、被処理材としての回転工具１の金属表面に改質層を形成する堆積加工で使用する圧粉体電極２０Ｂを保持する一次加工用電極保持機構４０Ｂと、被処理材としての回転工具１の金属表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行うＣｕ電極２０Ｃを保持する二次加工用電極保持機構４０Ｃとを具備するものである。
【００３６】
したがって、前処理に使用する電極は、高硬度な炭化物を生成する材料であるから、加工液１０中で放電加工を行うと加工液１０中の成分である炭素と反応し、炭化物を生成する。これらの金属の炭化物は、安定しており、かつ、硬度が高いので改質層を強靭なものにすることができる。また、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、本処理においてコーティング材料の付着を良くすることができる。そして、回転工具１の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。更に、本処理において一次加工及び二次加工により、所望の金属材料を被処理材の表面に改質層として形成でき、しかも、これによって、回転工具１の表面に堆積された改質層を硬く、しかも、密着度を良くすることができる。
更に、Ｔｉ電極２０Ａを保持する前処理用電極保持機構４０Ａと、圧粉体電極２０Ｂを保持する一次加工用電極保持機構４０Ｂと、Ｃｕ電極２０Ｃを保持する二次加工用電極保持機構４０Ｃとを有することにより、加工液１０中の放電加工による前処理及び本処理を加工液１０を排出することなく連続でき、その作業性を良くすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の放電表面処理方法は、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する場合、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理の前に、予め、電極材料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発生させ、被処理材表面を脱炭し、面粗さを粗くする前処理を行うものである。
したがって、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理の前に、前処理の際の放電によって、被処理材の表面は脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなり、本処理におけるコーティング材料の付着を良くすることができる。また、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず金属表面に良好な硬質層を形成することができる。故に、被処理材の材質を問うことなく、金属表面に良質な硬質表面処理層を形成することができる。
また、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極は、放電の熱で容易に崩れるため、コーティングのスピードが速くなる。したがって、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した圧粉体電極としたものでは、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず良好な改質層をすばやく均一に金属表面形成することができる。また、金属の水素化物は一般的に不安定で、数百度の温度で分解して水素を放出するから、金属の水素化物をベースにした電極で放電を行うと分解した水素が被処理材としての回転工具の表面をクリーニングすることができる。
【００３８】
請求項２の放電表面処理方法は、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法において、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理の前に、予め、電極材料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発生させ、被処理材表面に炭化物を生成させる前処理を行うものである。
したがって、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理を行う前の前処理の際の放電によって、電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材にコーティングされる。この前処理により、被処理材の硬度が上がると共に、本処理においてコーティング材料の付着を良くすることができる。また、被処理材の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。故に、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず良好な改質層をすばやく均一に金属表面に形成することができるという作用効果に帰結します。
また、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極は、放電の熱で容易に崩れるため、コーティングのスピードが速くなる。したがって、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した圧粉体電極としたものでは、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず良好な改質層をすばやく均一に金属表面形成することができる。また、金属の水素化物は一般的に不安定で、数百度の温度で分解して水素を放出するから、金属の水素化物をベースにした電極で放電を行うと分解した水素が被処理材としての回転工具の表面をクリーニングすることができる。
【００３９】
請求項３の放電表面処理方法は、請求項１または請求項２に記載の前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極を、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む材料としたものであるから、請求項１または請求項２の効果に加えて、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされる。この前処理により、被処理材の硬度が上がると共に、被処理材の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、本処理におけるコーティング材料の付着を良くすることができる。故に、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず、硬度が高く密着力のよい改質層を金属表面に形成することができる。
【００４０】
請求項４の放電表面処理方法は、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極を、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理に使用する電極と同一にしたものであるから、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の効果に加えて、前処理で放電加工用電源から前処理電極を比較的放電エネルギーの小さな条件で処理し、その後、放電エネルギーを大きくし、同一の電極と前記被処理材との間に放電を発生させることにより本処理を行うものであるから、同一の電極で前処理及び本処理と行うことができ、電極を交換することなく放電エネルギーの制御のみで、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、被処理材料の硬度が上がると共に、本処理におけるコーティング材料の付着を良くすることができ、その相乗効果により、被処理材の表面が脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。故に、被処理材の材質を問うことなく、金属表面に良質な硬質表面処理層を形成することができる。
【００４１】
請求項５の放電表面処理方法は、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理を、前記被処理材である金属表面に改質層を形成する堆積加工を行う一次加工と、被処理材の表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行う二次加工とからなるものであるから、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の効果に加えて、本処理において一次加工及び二次加工により、所望の金属材料を被処理材の表面に改質層として形成でき、しかも、これによって、被処理材の表面に堆積された改質層を硬く、しかも、密着度を良くすることができる。
【００４２】
請求項６の放電表面処理装置は、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置において、前記被処理材との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極材料を保持する前処理用電極保持機構と、前記被処理材の金属表面に改質層を形成する本処理で使用する本処理用電極保持機構とを具備するものである。
したがって、前処理に使用する電極は、高硬度な炭化物を生成する材料であるから、加工液中で放電加工を行うと加工液中の成分である炭素と反応し、炭化物を生成し、これらの金属の炭化物は安定しており、かつ、硬度が高いので改質層を強靭なものにすることができる。また、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、本処理においてコーティング材料の付着を良くすることができる。更に、前処理で使用される放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極材料を保持する前処理用電極保持機構と、改質層を形成する本処理で使用する本処理用電極保持機構とを有することにより、加工液中の放電加工による前処理及び本処理を加工液を排出することなく連続でき、その作業性を良くすることができる。故に、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず金属表面に良好な硬質層を形成することができる。
また、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極は、放電の熱で容易に崩れるため、コーティングのスピードが速くなる。したがって、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した圧粉体電極としたものでは、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず良好な改質層をすばやく均一に金属表面形成することができる。また、金属の水素化物は一般的に不安定で、数百度の温度で分解して水素を放出するから、金属の水素化物をベースにした電極で放電を行うと分解した水素が被処理材としての回転工具の表面をクリーニングすることができる。
【００４３】
請求項７の放電表面処理装置は、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を発生させることにより前記被処理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置において、前記被処理材との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極を保持する前処理用電極保持機構と、前記被処理材の金属表面に改質層を形成する堆積加工で使用する電極を保持する一次加工用電極保持機構と、前記被処理材の金属表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行う電極を保持する二次加工用電極保持機構とを具備するものである。
したがって、前処理に使用する電極は、高硬度な炭化物を生成する材料であるから、加工液中で放電加工を行うと加工液中の成分である炭素と反応し、炭化物を生成し、これらの金属の炭化物は安定しており、かつ、硬度が高いので改質層を強靭なものにすることができる。また、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、本処理においてコーティング材料の付着を良くすることができる。そして、被処理材の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。また、本処理において一次加工及び二次加工により、所望の金属材料を被処理材の表面に改質層として形成でき、しかも、これによって、被処理材の表面に堆積された改質層を硬く、しかも、密着度を良くすることができる。更に、被処理材との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極を保持する前処理用電極保持機構、改質層を形成する堆積加工で使用する電極を保持する一次加工用電極保持機構、堆積された改質層に堆積再溶融加工を行う電極を保持する二次加工用電極保持機構とを有することにより、加工液中の放電加工による前処理及び本処理を加工液を排出することなく連続でき、その作業性を良くすることができる。故に、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず金属表面に良好な硬質層を形成することができる。
また、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した電極は、放電の熱で容易に崩れるため、コーティングのスピードが速くなる。したがって、改質材料の元となる金属の水素化物の粉体を含む材料で形成した圧粉体電極としたものでは、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず良好な改質層をすばやく均一に金属表面形成することができる。また、金属の水素化物は一般的に不安定で、数百度の温度で分解して水素を放出するから、金属の水素化物をベースにした電極で放電を行うと分解した水素が被処理材としての回転工具の表面をクリーニングすることができる。
【００４４】
請求項８の放電表面処理装置は、請求項６または請求項７に記載の前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電極を、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む材料としたものであるから、請求項６または請求項７に記載の効果に加えて、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティングされる。この前処理により、被処理材の硬度が上がると共に、被処理材の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、本処理におけるコーティング材料の付着を良くすることができる。故に、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず、硬度が高く密着力のよい改質層を金属表面に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の第一の実施の形態の放電表面処理装置の全体の構成を示す構成図である。
【図２】  図２は本発明の第一の実施の形態の放電表面処理装置によって前処理を行った場合の寿命関係を示す表図である。
【図３】  図３は本発明の第二の実施の形態の放電表面処理装置の全体の構成を示す構成図である。
【図４】  図４は本発明の第三の実施の形態の放電表面処理装置の要部の構成を示す構成図で、（ａ）は要部正面図及び（ｂ）は要部平面図である。
【図５】  図５は従来の被処理材の金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法の説明図である。
【符号の説明】
１      回転工具、
２      ＴｉＨ2  （水素化チタン）系の圧粉体電極、
２Ａ    Ｔｉ電極、
２Ｂ    圧粉体電極、
４      電極保持機構、
４Ａ    前処理用電極保持機構、
４Ｂ    本処理用電極保持機構、
１８    放電加工用電源、
２０Ａ  Ｔｉ電極、
２０Ｂ  圧粉体電極、
２０Ｃ  Ｃｕ電極、
４０Ａ  前処理用電極保持機構、
４０Ｂ  一次加工用電極保持機構、
４０Ｃ  二次加工用電極保持機構
【図１】
0003798100.tif 000002
【図２】
0003798100.tif 000003
【図３】
0003798100.tif 000004
【図４】
0003798100.tif 000005
【図５】
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