JP2002103143A - 放電加工用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極本体部と導電体部との位置精度が高く、位
置ずれを修正するための補修工程を省略できる程度に仕
上り品質が良好であり、また接合時における電極本体部
の割れや歪みの発生が少なく製造歩留りを高めることが
可能な放電加工用電極の製造方法を提供する。 【解決手段】環状に形成した電極本体部２と、この電極
本体部２の内側に略同心状に嵌挿した環状の導電体部３
とを接合した放電加工用電極１の製造方法において、上
記電極本体部２と導電体部３との間隙に銅箔６を介装し
て電極本体部２および導電体部３の相互位置を固定し、
しかる後に上記銅箔６および導電体部３の成分が溶融ま
たは拡散する温度まで加熱処理することにより上記電極
本体部２と導電体部３とを一体に接合することを特徴と
する放電加工用電極の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電加工用電極の製
造方法に係り、特に、電極本体部と導電体部との位置精
度が高く、位置ずれを修正するための補修工程を省略で
きる程度に仕上り品質が良好であり、また接合時におけ
る電極本体部の割れの発生が少なく製造歩留りを高める
ことが可能な放電加工用電極の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気エネルギを使用して複雑で微細な金
属加工を行う放電加工機が、金型やダイヤモンド砥石等
の微細加工に使用されている。この放電加工機の要部と
なる放電加工用電極としては、電極消耗量が少ないこ
と、加工速度が大きく、さらに加工精度が高いことなど
が要求される。

【０００３】公知の放電加工用電極としては、例えば黄
銅，銅，グラファイト，Ａｇ−Ｗ材，Ｃｕ−Ｗ材などか
ら成る電極が知られている。これらのうちで、Ａｇ−Ｗ
材やＣｕ−Ｗ材から成る電極では加工速度がやや遅い欠
点を有するが、電極の消耗が極めて少なく加工精度が高
いという優れた利点を有している。

【０００４】特に金型の放電加工や半導体用ウェハー切
断用砥石などの冶工具などの製造に際しては、精密加工
を必須とする加工部が多いため、Ａｇ−Ｗ材やＣｕ−Ｗ
材やＭｏ材などから成る放電加工用電極が多用化されて
いる。

【０００５】しかしながら、上記のＡｇ−Ｗ材，Ｃｕ−
Ｗ材，Ｍｏ材のようにＷまたはＭｏを主成分とする放電
加工用電極においては、Ｗ，Ｍｏなどの高融点金属の原
料コストが極めて高く、電極の製造コストが高騰してし
まうため、コスト面においてその使用用途が狭い範囲に
限定されてしまう欠点を有していた。

【０００６】その解決策として例えば特開昭４９−１１
２２９５号公報に示すように、電極の要部となる部分の
みに高価な高融点材料を適用するとともに、直接放電加
工に関与しない部分にはＦｅなどの安価材を使用して放
電加工用電極を形成してコスト低減を図る工夫もなされ
ている。

【０００７】図４および図５は上記のように構成した放
電加工用電極の形状例を示す斜視図である。図４に示す
放電加工用電極１ａにおいては、Ｗ，Ｍｏを主成分とし
て形成された環状の電極本体部２ａの内側に、ＦｅやＦ
ｅ合金などの導電体から成る環状の導電体部３ａが嵌挿
されており、上記電極本体部２ａと導電体部３ａとの間
隙には、溶浸材であるＣｕと導電体部３ａの成分である
Ｆｅとの拡散接合により接合層４ａが形成され、この接
合層４ａを介して電極本体部２ａと導電体部３ａとを一
体に接合して電極を形成している。電極１ａの中心部に
は放電加工機のスピンドルに挿通するための中空部５ａ
が形成される。なお、上記導電体部３ａは、電極本体部
を同心的に保持できる機械的強度を有するとともに、電
極本体部に電気エネルギを伝達できる導電材料から成
り、かつ放電加工機のアタッチメントに磁気力で固定さ
れる部位となるため、Ｆｅなどの磁性材料で構成され
る。

【０００８】一方、図５に示す放電加工用電極１ｂにお
いては、Ｗ，Ｍｏを主成分として形成された四角筒状の
電極本体部２ｂの内側に、ＦｅやＦｅ合金などの導電体
から成る四角筒状の導電体部３ｂが嵌挿されており、上
記電極本体部２ｂと導電体部３ｂとの間隙には、溶浸材
であるＣｕと導電体部３ｂの成分であるＦｅとの拡散接
合により接合層４ｂが形成され、この接合層４ｂを介し
て電極本体部２ｂと導電体部３ｂとを一体に接合して電
極を形成している。電極１ｂの中心部には放電加工機の
スピンドルに挿通するための中空部５ｂが形成される。

【０００９】上記図４および図５に示す従来の放電加工
用電極１ａ，１ｂにおいては、ＷやＭｏなどの高価な高
融点金属材は、電極要部となる電極本体部２ａ，２ｂに
限定して使用している一方、導電体部３ａ，３ｂは安価
なＦｅなどの導電材料で形成し、さらに拡散接合により
導電体部３ａ，３ｂと電極本体部２ａ，２ｂとを一体に
接合して電極１ａ，１ｂの製造コストを低減している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の放電加工用電極の製造方法においては、導電体部と
電極本体部とを接合する際に、電極本体部と導電体部と
の相対位置のずれが大きくなり、両部材間の間隙が大き
く変動するため、電極の仕上り形状や寸法精度が低下し
たり、電極本体部に割れを生じ易く、電極の製造歩留り
が低下するとともに、電極を使用した放電加工特性が悪
化してしまう問題点があった。すなわち、両部材間の間
隙が過小であると、加熱処理時に発生する熱応力によっ
て電極本体部に歪みや割れを生じて製造歩留りが低下し
たり、電極本体部と導電体部との接合部に段差を生じ、
平面性が阻害されたままで、両部材が固定される問題点
があった。そして、この形状不良を是正するためには、
高硬度の電極本体部を切削加工するなど、その補修加工
に多大な工数を要する問題点もあった。

【００１１】一方、上記両部材間の間隙が過大である場
合には、接合部に空隙（巣）が発生し易くなり、放電加
工性が低下する欠点もあった。特に、この空隙が大きく
生じると導電体部から電極本体部へ流れる電気エネルギ
の分布が不均一となり、放電加工時に放電アークが不安
定になり、加工精度が低下してしまう問題点があった。

【００１２】上記拡散接合時に接合層に形成された空隙
の問題を解消するためには、空隙の有無を確認する検査
工程がさらに必要になり、空隙を有する電極について
は、さらにＣｕよりも融点が低いＡｇ系ろう材を使用し
て空隙の穴埋め処理などの補修工程が必須となる。その
結果、電極の製造工数が大幅に増加するとともに電極製
品の歩留りが低下し易くなるなどの問題点が提起されて
いた。

【００１３】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、特に、電極本体部と導電体部との位置
精度が高く、位置ずれを修正するための補修工程を省略
できる程度に仕上り品質が良好であり、また接合時にお
ける電極本体部の割れや歪みの発生が少なく製造歩留り
を高めることが可能な放電加工用電極の製造方法を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するため、電極本体部と導電体部との接合方法を種々
検討して、各接合方法が両部材の位置決め精度、割れの
発生頻度および電極特性に及ぼす影響を比較検討した。
その結果、電極本体部と導電体部との間に形成される間
隙の周方向に所定間隔をおいて銅（Ｃｕ）箔を介装して
両部材の位置決めを行った後に上記間隙を埋める加熱処
理を実施したときに、電極本体部に割れや形状不良が発
生せず、また接合部に空隙を生ぜず、仕上りが良好であ
り補修工程が不要となり、安定した放電特性を有する電
極が高い製造歩留りで得られるという知見を得た。本発
明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。

【００１５】すなわち、本発明に係る放電加工用電極の
製造方法は、環状に形成した電極本体部と、この電極本
体部の内側に略同心状に嵌挿した環状の導電体部とを接
合した放電加工用電極の製造方法において、上記電極本
体部と導電体部との間隙に銅箔を介装して電極本体部お
よび導電体部の相互位置を固定し、しかる後に上記銅箔
および導電体部の成分が溶融または拡散する温度まで加
熱処理することにより上記電極本体部と導電体部とを一
体に接合することを特徴とする。

【００１６】また、上記放電加工用電極の製造方法にお
いて、前記電極本体部と導電体部との間隙の幅に対する
上記銅箔の厚さの割合が１０〜５０％の範囲であること
が好ましい。上記銅箔の厚さの間隙の幅に対する割合が
１０％未満と過小な場合には、この銅箔による電極本体
部と導電体部との位置決め効果が少なく、位置ずれが起
り易くなり、高い形状精度を有する放電加工用電極が得
られない。

【００１７】一方、上記銅箔の厚さの割合が５０％を超
える場合には、高温度で加熱処理した場合にＦｅ等から
成る高熱膨張性を有する導電体部が膨張し、電極本体部
を内側から外側に押し広げることになる。その結果、銅
箔が溶融する前に環状の電極本体部に割れや変形を生じ
て電極の製造歩留りが低下してしまう。したがって、安
定した高い製造歩留りを得るために、上記間隙幅に対す
る銅箔の厚さの割合は１０〜５０％の範囲に規定される
が、２０〜４０％の範囲がより好ましい。

【００１８】上記銅箔の配置形態については位置決め作
用が発揮される限り特に限定されず、電極本体部と導電
体部との間に形成される環状の間隙全周に介装すること
もできる。しかしながら、電極本体部と導電体部との間
に形成される間隙において、角度１２０度毎の周方向位
置に前記銅箔をそれぞれ配置した場合には、加熱処理時
の熱膨張を吸収し易くなるため、電極本体部の割れや変
形を、特に効果的に防止することができる。

【００１９】一方、電極本体部および導電体部の中心を
通る直径方向に対向するように銅箔を配置した場合、す
なわち、角度９０度毎の周方向位置に銅箔を配置した場
合には、その対向する方向（直径方向）の熱膨張が対向
する一対の銅箔によって拘束されるため、電極本体部は
熱膨張の影響を直接的に受けることにより、過大な応力
が作用して、電極本体部が割れ易くなる。したがって、
銅箔は約１２０度の角度毎の周方向位置に配置すること
が特に好ましい。

【００２０】また、前記加熱処理時に、電極本体部に溶
浸材を溶浸させる手法を採用することもできる。さら
に、前記溶浸材が銅（Ｃｕ）から成ることが好ましい。
また、電極本体部は、タングステン（Ｗ）およびモリブ
デン（Ｍｏ）の少なくとも一方から成る多孔質焼結体に
銅（Ｃｕ）を溶浸した電極材から構成するとよい。さら
に、導電本体部は、鉄およびステンレス鋼のいずれかの
低炭素系鋼材から構成するとよい。

【００２１】電極本体部２と導電体部３との間に形成さ
れる接合層は、電極本体部と導電体部とを強固に接合す
るために両部材間の間隙に予め銅箔を配設しておき、加
熱処理時に、その成分を電極本体部方向に拡散せしめる
と同時に間隙を埋めることによって形成する。特に溶浸
材として銅を用いて加熱処理を実施した場合には、予め
間隙部に配設した銅箔は電極本体部と導電体部との相対
位置を固定しながら一部が溶融し、拡散接合に寄与する
ことができる。

【００２２】また、電極本体部として、高融点金属粉を
成形・焼結して環状の多孔質焼結体（スケルトン）を予
め調製しておき、この多孔質焼結体と導電体部との間隙
に銅箔を介装した状態で加熱処理を行い、多孔質焼結体
中にＣｕなどの溶浸材を溶浸することにより電極を形成
することも可能である。

【００２３】電極本体部を構成する材料は、特に限定さ
れるものではないが、タングステン（Ｗ）およびモリブ
デン（Ｍｏ）の少なくとも一方から成る多孔質焼結体に
銅（Ｃｕ）を溶浸した電極材から構成することにより、
特に放電加工時における電極の消耗量が極めて少なく加
工精度が高くなり、長寿命の電極が得られるので好まし
い。なお、上記電極本体部の材料素地の強化あるいは電
極としての性能向上を図るためにジルコニア（Ｚｒ
Ｏ_２）のような添加物を少量添加しても良い。

【００２４】一方、導電体部はろう材成分より高い融点
を有し電極本体部を強固に保持できる機械的強度を有
し、かつ電極本体部に電気エネルギを伝達できる材料で
ある限り、何ら構成材料は限定されるものではないが、
特に、材料コストが安価な鉄，ステンレス鋼などの低炭
素系鋼材から構成することにより、電極全体の製造コス
トを低減することが可能である。なお、導電体部の材料
素地を強化するための添加物としてＣｕ，Ｎｉ，Ｍｏ，
Ｗなどを数重量％程度含有する材料を使用してもよい。

【００２５】また、導電体部をＦｅなどの磁性材料で形
成した場合には、放電加工機に電極を取り付ける方式が
磁気力を利用し固定するものであるときに、特に装着固
定特性が優れる。

【００２６】そして、電極本体部と導電体部との間隙の
周方向に所定間隔をおいて銅箔を介装しておき、これを
溶浸材としてのＣｕに接触するように配置した状態で導
電体部の融点以下の温度条件で熱処理することにより、
溶浸材が間隙部および電極本体部に溶浸される。このと
き、間隙に介装した銅箔が溶融する直前まで電極本体部
と導電体部との相互の位置関係が所定位置に保持される
ため、位置ずれや変形などが効果的に抑制され、仕上り
寸法精度が高い放電加工用電極が得られる。

【００２７】また間隙に介装された銅箔によって導電体
部の熱膨張がある程度、吸収緩和されるため、電極本体
部が割れることも少なく、電極の製造歩留りを大幅に高
めることが可能になる。そして、溶浸材を配置した状態
で加熱処理することにより、電極本体部に溶浸材等を含
浸あるいは拡散させると同時に上記電極本体部と導電体
部とが一体に接合される。

【００２８】本発明に係る放電加工用電極の製造方法に
よれば、電極本体部と導電体部との間隙に銅箔を予め介
装した状態で加熱処理を実施しているため、電極本体部
と導電体部との相互の位置関係が所定位置に保持される
ため、位置ずれや変形などが効果的に抑制され、仕上り
寸法精度が高い放電加工用電極が得られる。また仕上が
り寸法精度が高いため、最終的な電極形状までに要する
補修加工時間も短くなり電極の製造工程を簡素化でき
る。

【００２９】さらに、間隙に介装された銅箔の緩衝作用
によって、加熱処理時における導電体部の熱膨張が吸収
されるため、電極本体部の割れが効果的に防止でき、製
品の製造歩留りおよび製造効率を大幅に向上させること
ができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について添
付図面を参照して説明する。

【００３１】実施例１ 平均粒径３μｍのＷ粉末に電解銅粉と粘結剤としてのパ
ラフィンとを添加混合して原料混合体とした。得られた
原料混合体を金型に充填し２００ＭＰａの加圧力で加圧
成形して円筒状の電極本体部用成形体を調製した。この
成形体を黒鉛ボードに収容して連続水素炉内に挿入して
炉温を１１００℃に保持しながら６０分間焼結すること
により、多孔性焼結体としてのＷスケルトンを調製し
た。

【００３２】一方、Ｎｉを２重量％含有するＦｅ基合金
素材を切削加工することにより、図１および図２に示す
ように、上記電極本体部２の内側中心部に嵌挿する導電
体部３を調製した。

【００３３】そして図１に示すように電極本体部２とな
るＷスケルトンと導電体部３とを同心状に組み合せ、両
者の間隙の周方向位置の３箇所に銅（Ｃｕ）箔６を介装
した。各銅箔６の周方向の配置間隔角度θは１２０度と
する一方、銅箔６の厚さの大小による影響を評価するた
めに、各電極本体部２と導電体部３との間隙幅Ｗに対す
る銅箔６の厚さの割合が１０〜５５％となるようにそれ
ぞれ変化させた。

【００３４】次に図３に示すように、黒鉛から成る有底
容器７中に溶浸材８としてのＣｕペレットを配置し、こ
のＣｕペレットに接するように、上記銅箔６を介して固
定した電極本体部２としてのスケルトンと導電体部３と
の組立体を配置した状態で温度１２７０℃で６０分間保
持する加熱処理を実施することにより、Ｗスケルトン内
にＣｕを溶浸するとともに、Ｃｕおよび導電体部３のＦ
ｅ成分を拡散せしめて、電極本体部２と導電体部３とを
拡散接合し、図１および図２に示すような構造を有する
実施例１に係る放電加工用電極１を得た。

【００３５】実施例１に係る放電加工用電極１はＣｕを
溶浸したＷ製電極本体部２の内側に、Ｆｅ合金製の導電
体部３が同心状に配置され、その両者の間隙部に接合層
４が形成され、溶浸材としてのＣｕ成分および導電体部
３のＦｅ成分等の拡散接合によって両部材が強固に一体
に接合される。

【００３６】上記実施例１に係る各放電加工用電極１に
おいては、各電極本体部２と導電体部３との間隙の周方
向位置（間隔角度１２０度）に所定厚さの銅箔６が介装
されているため、加熱処理時においても位置ずれが少な
く寸法精度が高い電極が得られた。また加熱処理時にお
ける導電体部３の熱膨張が銅箔６によって緩和されるた
め、電極本体部２の割れが少なく、電極１の製造歩留り
は、ほぼ１００％であった。

【００３７】実施例２ 各銅箔６の配置間隔角度θを９０度に設定し、環状の間
隙部の周方向の４箇所に銅箔６を介装した点以外は、実
施例１と同様に各電極本体部２と導電体部３とを組み立
てた後に加熱処理することにより、実施例１と同一寸法
構造を有する実施例２に係る放電加工用電極を調製し
た。

【００３８】実施例２に係る電極においては、間隙幅Ｗ
に対する銅箔６の厚さの割合が１０〜４０％の範囲では
各構成材に位置ずれや変形は全く発生しなかった。しか
しながら、銅箔６の厚さの割合が４０％を超えた場合に
電極本体部２に割れを発生する場合があった。したがっ
て、銅箔６の配置形態としては、実施例１のように配置
間隔角度θを１２０度に設定する方が、より好ましいこ
とが判明した。

【００３９】比較例１ 電極本体部と導電体部との間隔幅Ｗに対する銅箔の厚さ
の割合を５％と過小に設定した点以外は実施例１と同様
に各電極本体部２と導電体部３とを組み立てた後に加熱
処理することにより、実施例１と同一寸法構造を有する
比較例１に係る放電加工用電極を調製した。

【００４０】しかしながら、上記比較例１に係る放電加
工用電極においては、間隙に介装する銅箔の厚さが不十
分であったため、加熱処理時における構成材の位置ずれ
抑制効果が表われず、電極本体部と導電体部との同心精
度が低下し、長時間の補修研削工程が必要であった。

【００４１】比較例２ 電極本体部と導電体部との間隔幅Ｗに対する銅箔の厚さ
の割合を６０％と過大に設定した点以外は実施例１と同
様に各伝導本体部２と導電体部３とを組み立てた後に加
熱処理することにより、実施例１と同一寸法構造を有す
る比較例２に係る放電加工用電極を調製した。

【００４２】しかしながら、上記比較例２に係る放電加
工用電極においては、間隙に介装する銅箔の厚さが過大
であったため、加熱処理時における導電体部の熱膨張が
吸収されず、そのまま電極本体部に作用した結果、電極
本体部に割れが多発し、電極の製造歩留りが大幅に低下
することが判明した。

【００４３】以上の各実施例においては、電極本体部と
導電体部とが共に環状である電極を例にとって説明した
が、本発明はこの形状に限定されるものではなく、例え
ば図５に示すように、四角筒状の電極本体部と導電体部
とを用いた場合においても、同様な作用効果が得られ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る放電加工
用電極の製造方法によれば、電極本体部と導電体部との
間隙に銅箔を予め介装した状態で加熱処理を実施してい
るため、電極本体部と導電体部との相互の位置関係が所
定位置に保持されるため、位置ずれや変形などが効果的
に抑制され、仕上り寸法精度が高い放電加工用電極が得
られる。また仕上がり寸法精度が高いため、最終的な電
極形状までに要する補修加工時間も短くなり電極の製造
工程を簡素化できる。

【００４５】さらに、間隙に介装された銅箔の緩衝作用
によって、加熱処理時における導電体部の熱膨張が吸収
されるため、電極本体部の割れが効果的に防止でき、製
品の製造歩留りおよび製造効率を大幅に向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電加工用電極の製造方法によっ
て製造された電極の一実施例を示す平面図。

【図２】図１に示す放電加工用電極の断面図。

【図３】電極本体部と導電体部との間隙にＣｕ材を溶浸
する操作を示す断面図。

【図４】放電加工用電極の形状例を示す斜視図。

【図５】放電加工用電極の他の形状例を示す斜視図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ 放電加工用電極 ２，２ａ，２ｂ 電極本体部 ３，３ａ，３ｂ 導電体部 ４，４ａ，４ｂ 接合層 ５，５ａ，５ｂ 中空部 ６ 銅箔 ７ 有底容器 ８ 溶浸材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状に形成した電極本体部と、この電極
   本体部の内側に略同心状に嵌挿した環状の導電体部とを
   接合した放電加工用電極の製造方法において、上記電極
   本体部と導電体部との間隙に銅箔を介装して電極本体部
   および導電体部の相互位置を固定し、しかる後に上記銅
   箔および導電体部の成分が溶融または拡散する温度まで
   加熱処理することにより上記電極本体部と導電体部とを
   一体に接合することを特徴とする放電加工用電極の製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記電極本体部と導電体部との間隙の幅
   に対する上記銅箔の厚さの割合が１０〜５０％の範囲で
   あることを特徴とする請求項１記載の放電加工用電極の
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記電極本体部と導電体部との間に形成
   される間隙において、角度１２０度毎の周方向位置に前
   記銅箔をそれぞれ配置することを特徴とする請求項１記
   載の放電加工用電極の製造方法。
4. 【請求項４】 前記加熱処理時に、前記電極本体部に溶
   浸材を溶浸させることを特徴とする請求項１記載の放電
   加工用電極の製造方法。
5. 【請求項５】 前記溶浸材が銅（Ｃｕ）から成ることを
   特徴とする請求項４記載の放電加工用電極の製造方法。
6. 【請求項６】 前記電極本体部は、タングステン（Ｗ）
   およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一方から成る多
   孔質焼結体に銅（Ｃｕ）を溶浸した電極材から構成する
   ことを特徴とする請求項１記載の放電加工用電極の製造
   方法。
7. 【請求項７】 前記導電体部は、鉄およびステンレス鋼
   のいずれかの低炭素系鋼材から構成することを特徴とす
   る請求項１記載の放電加工用電極の製造方法。