JP2006247761A - 表面処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ワーク１の被処理部３の長さが電極３５の幅に比べて長い場合等であっても、肉盛層３９に接合不十分な欠陥が生じないようにする。
【解決手段】 電極３５をワーク１の被処理部３に沿って相対移動させつつ、ワーク１の被処理部３と電極３５との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーによってワーク１の被処理部３に電極３５の材料等を堆積等させて、ワーク１の被処理部３に沿って肉盛層３９を連続して形成する方法であって、電極３５の相対移動速度は、電極凹部４１の縁側４１ａと肉盛凸部４３の裾側４３ａとの間で放電が継続されるような極めて遅い速度であること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電エネルギーを利用して、ワークの被処理部に対して表面処理を行うための表面処理方法に関する。
近年、ワークの被処理部に対する表面処理について様々な技術が開発されており、放電エネルギーを利用して、前記ワークの前記被処理部に対して表面処理を行う先行技術として特許文献１に示すものがある。
即ち、金属の粉末とセラミックスの粉末との混合粉末からプレスによる圧縮によって成形した成形体により構成される電極を用い、油中において前記ワークの前記被処理部と前記電極の先端面との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーによって前記ワークの前記被処理部に前記電極の材料或いは該材料の反応物質を堆積させて、前記ワークの前記被処理部に高硬度の薄膜を形成するものである。
特開平８−３００２２７号公報
ところで、前記電極中におけるセラミックスの含有率が高く、前記ワークの前記被処理部に前記薄膜に比べて厚肉の肉盛層を形成することができないものであるが、図５（ａ）に示すように、金属（合金を含む）を主成分とする粉末からプレスによる圧縮によって成形した成形体により構成される別の電極１０１を用いて、加工油等の加工液Ｌ中においてワーク１０３の被処理部１０５と電極１０１との間にパルス状の放電を発生させると、ワーク１０３の被処理部１０５に肉盛層１０７を形成することができる。
一方、図５（ｂ）に示すように、ワーク１０３の被処理部１０５の長さが電極１０１の幅に比べて長い場合又はワーク１０３の被処理部の大きさが電極１０１の断面に比べて大きい場合には、一度にワーク１０３の被処理部に沿って肉盛層１０７を形成することができず、ワーク１０３に対する電極１０１の対向位置を変更して、複数回に分けて表面処理を行う必要がある。しかしながら、前述の場合にあっては、各回毎の表面処理によって形成された肉盛層１０７の境界部分１０７ａに、接合不十分な欠陥Ｄが生じ易く、ワーク１０３の被処理部１０５に対する表面処理の品質が安定しないという問題がある。
請求項１に記載の発明にあっては、金属（合金を含む）を主成分とする粉末から成形した成形体、若しくは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、
前記電極をワークの被処理部に沿って相対移動させつつ、電気絶縁性のある液中又は気中において前記ワークの前記被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーによって前記ワークの前記被処理部に前記電極の材料或いは該材料の反応物質を堆積、拡散、及び／又は溶着させて、前記ワークの前記被処理部に沿って肉盛層を連続して形成する方法であって、
更に、前記電極の相対移動速度は、前記肉盛層の表面が平滑になるような極めて遅い速度であることを特徴とする。
ここで、「前記電極をワークの被処理部に沿って相対移動させる」とは、前記電極を前記ワークの前記被処理部に沿って移動させることの他に、前記電極を移動させることなく、前記ワークを前記電極に対して移動させることも含まれる。
請求項１に記載の発明特定事項によると、前記電極をワークの被処理部に沿って相対移動させつつ、電気絶縁性のある液中又は気中において前記ワークの前記被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させることにより、前記ワークの前記被処理部に沿って前記肉盛層を連続して形成するため、前記ワークの前記被処理部の長さが前記電極の幅に比べて長い場合又は前記ワークの前記被処理部の大きさが前記電極の断面に比べて大きい場合であっても、表面処理によって形成された前記肉盛層に接合不十分な欠陥が生じることはない。
また、前記電極の相対移動速度は、前記肉盛層の表面が平滑になるような極めて遅い速度であるため、表面処理によって形成される前記肉盛層の表面を平滑に仕上げることができる。
請求項２に記載の発明にあっては、金属（合金を含む）を主成分とする粉末から成形した成形体、若しくは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、
前記電極をワークの被処理部に沿って相対移動させつつ、電気絶縁性のある液中又は気中において前記ワークの前記被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーによって前記ワークの前記被処理部に前記電極の材料或いは該材料の反応物質（以下、前記材料等という）を堆積、拡散、及び／又は溶着（以下、堆積等という）させて、前記ワークの前記被処理部に沿って肉盛層を連続して形成する方法であって、
更に、前記電極の相対移動速度は、前記材料の消耗によって前記電極に形成される電極凹部の縁側と、前記材料等の堆積等によって前記ワークの前記被処理部に形成される肉盛凸部の裾側との間で、放電が継続されるような極めて遅い速度であることを特徴とする。
ここで、「前記電極をワークの被処理部に沿って相対移動させる」とは、前記電極を前記ワークの前記被処理部に沿って移動させることの他に、前記電極を移動させることなく、前記ワークを前記電極に対して移動させることも含まれる。
請求項２に記載の発明特定事項によると、前記電極をワークの被処理部に沿って相対移動させつつ、電気絶縁性のある液中又は気中において前記ワークの前記被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させることにより、前記ワークの前記被処理部に沿って前記肉盛層を連続して形成するため、前記ワークの前記被処理部の長さが前記電極の幅に比べて長い場合又は前記ワークの前記被処理部の大きさが前記電極の断面に比べて大きい場合であっても、表面処理によって形成された前記肉盛層に接合不十分な欠陥が生じることはない。
また、前記電極の相対移動速度は、前記電極凹部の縁側と前記肉盛凸部の裾側との間で放電が継続されるような極めて遅い速度であるため、表面処理によって形成される前記肉盛層の表面を平滑に仕上げることができる。
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項によると、前記ワークは、ガスタービンエンジンのエンジン部品であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明特定事項によると、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項による作用と同様の作用を奏する。
請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の発明よれば、前記ワークの前記被処理部の長さが前記電極の幅に比べて長い場合又は前記ワークの前記被処理部の大きさが前記電極の断面に比べて大きい場合であっても、表面処理によって形成された前記肉盛層に接合不十分な欠陥が生じることはないため、前記ワークの前記被処理部に対する表面処理の品質を安定させることができる。
また、表面処理によって形成される前記肉盛層の表面を平滑に仕上げることできるため、前記ワークの前記被処理部に対する表面処理の品質を向上させることができる。
実施形態について図１から図４を参照して説明する。
ここで、図１は、実施形態に係わる表面処理方法の要部を説明する図であって、図２及び図３は、実施形態に係わる表面処理方法を説明する図であって、図４は、実施形態に係わる放電加工機を説明する図である。なお、特許公報掲載時の図面の向きを基準として、「左右」とは、図中において左右のことであって、「前後」とは、図中において紙面に向かって表裏のことであって、「上下」とは、図中において上下のことである。
実施形態に係わる表面処理方法は、放電エネルギーを利用して、図２（ａ）に示すようなワーク１の被処理部３に対して表面処理を行うための方法であって、実施形態に係わる表面処理方法の実施には、図４に示すような放電加工機が用いられる。そこで、実施形態に係わる表面処理方法について説明する前に、実施形態に係わる放電加工機について説明する。
図４に示すように、実施形態に係わる放電加工機５は、左右方向（換言すればＸ軸方向）及び前後方向（換言すればＹ軸方向）へ延びたベッド７を具備しており、このベッド７には、上下方向（換言すればＺ軸方向）に延びたコラム９が一体的に設けられている。
ベッド７には、Ｘ軸方向へ延びた一対（図４には１つのみ図示）のＸ軸ガイド１１が設けられており、一対のＸ軸ガイド１１には、Ｘ軸テーブル１３がＸ軸サーボモータ１５の駆動によりＸ軸方向へ移動可能に設けられている。また、Ｘ軸テーブル１３には、Ｙ軸方向へ延びた一対のＹ軸ガイド１７が設けられており、一対のＹ軸ガイド１７には、Ｙ軸テーブル１９がＹ軸サーボモータ２１の駆動によりＹ軸方向へ移動可能に設けられている。
Ｙ軸テーブル１９には、電気絶縁性のある加工油等の加工液Ｌを貯留する加工槽２３が設けられており、この加工槽２３内には、ワーク１を取付ける取付具２５が設けられてあって、この取付具２５は、電源２７に電気的に接続されている。
コラム９におけるＹ軸テーブル１９の上方には、Z軸方向へ延びた一対のＺ軸ガイド２９が設けられており、一対のＺ軸ガイド２９には、加工ヘッド３１がＺ軸サーボモータ３３の駆動によりZ軸方向へ移動可能に設けられている。また、加工ヘッド３１には、電極３５を保持する電極ホルダ３７が一体的に設けられており、この電極ホルダ３７は、電源２７に電気的に接続されている。
ここで、電極３５は、金属を主成分とする粉末からプレスによる圧縮によって成形した成形体、若しくは加熱処理した前記成形体により構成されるものである。なお、電極３５は、圧縮によって成形する代わりに、泥漿、ＭＩＭ（Metal Injection Molding）、溶射等によって成形しても差し支えない。
次に、実施形態に係わる表面処理方法について説明する。
図２（ａ）に示すように、ワーク１の被処理部３が上方向を向いた状態の下で、取付具２５にワーク１を取付ける。これにより、ワーク１を放電加工機５の所定位置にセットすることができる。
次に、Ｘ軸サーボモータ１５の駆動によりＸ軸テーブル１３をＸ軸方向へ移動させると共に、Ｙ軸サーボモータ２１の駆動によりＹ軸テーブル１９をＹ軸方向へ移動させる。これにより、ワーク１をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることができ、換言すれば、電極３５をＸ軸方向及びＹ軸方向へワーク１に対して相対移動させることができ、図２（ｂ）に示すように、ワーク１の被処理部３の一端と電極３５を上下に対向させることができる。なお、電極３５をＸ軸方向及びＹ軸方向へ相対移動させることなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のうちのいずれかの方向へ相対移動させるだけで足りる場合もある。
そして、Ｘ軸サーボモータ１５の駆動によって電極３５をワーク１の被処理部３に沿ってＸ軸方向へ相対移動させつつ、加工液Ｌ中においてワーク１の被処理部３と電極３５との間にパルス状の放電を発生させる。これにより、図３（ａ）（ｂ）に示すように、その放電エネルギーによってワーク１の被処理部３に電極３５の材料或いは該材料の反応物質（以下、適宜に前記材料等という）を堆積、拡散、及び／又は溶着（以下、適宜に堆積等という）させて、ワーク１の被処理部３に沿って肉盛層３９を連続して形成することができる。また、パルス状の放電を発生させる際に、Ｚ軸サーボモータ３３の駆動によって電極３５を加工ヘッド３１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復移動させる。なお、ワーク１の被処理部３の形状に応じて、電極３５をＸ軸方向へ相対移動させるだけではなく、Ｙ軸方向へ相対移動させたり、或いはＸ軸方向及びＹ軸方向へ相対移動させたりする場合もある。
ここで、電極３５の相対移動速度は、肉盛層３９の表面が平滑になるような極めて遅い速度、換言すれば、図１に示すように、前記材料の消耗によって電極３５に形成される電極凹部４１の縁側４１ａと、前記材料等の堆積等によってワーク１の被処理部３に形成される肉盛凸部４３の裾側４３ａとの間で、放電が継続されるような極めて遅い速度である。なお、電極３５の相対移動速度が速いと、電極凹部４１の縁側４１ａと肉盛凸部４３との間で放電が生じ、肉盛凸部４３だけが成長して、肉盛層３９の表面が平滑にならない。
また、「堆積、拡散、及び／又は溶着」とは、「堆積」、「拡散」、「溶着」、「堆積と拡散の２つの混合現象」、「堆積と溶着の２つの混合現象」、「拡散と溶着の２つの混合現象」、「堆積と拡散と溶着の３つの混合現象」のいずれも含む意である。
次に、実施形態の作用について説明する。
電極３５をワーク１の被処理部３に沿って相対移動させつつ、加工液Ｌ中においてワーク１の被処理部３と電極３５との間にパルス状の放電を発生させることにより、ワーク１の被処理部３に沿って肉盛層３９を連続して形成するため、ワーク１の被処理部３の長さが電極３５の幅に比べて長い場合又はワーク１の被処理部の大きさが電極３５の断面に比べて大きい場合であっても、表面処理によって形成された肉盛層３９に接合不十分な欠陥が生じることはない。
また、電極３５の相対移動速度は、電極凹部４１の縁側４１ａと肉盛凸部４３の裾側４３ａとの間で放電が継続されるような極めて遅い速度であるため、表面処理によって形成される肉盛層３９の表面を平滑に仕上げることができる。
以上の如き、実施形態によれば、ワーク１の被処理部３の長さが電極３５の幅に比べて長い場合又はワーク１の被処理部３の大きさが電極３５の断面に比べて大きい場合であっても、表面処理によって形成された肉盛層３９に接合不十分な欠陥が生じることはないため、ワーク１の被処理部３に対する表面処理の品質を安定させることができる。
また、表面処理によって形成される肉盛層３９の表面を平滑に仕上げることできるため、ワーク１の被処理部３に対する表面処理の品質を向上させることができる。
なお、実施形態に係わる表面処理方法は、捩れのあるガスタービン翼の先端等に肉盛層を形成する場合に適している。また、本発明は、前述の発明の実施形態の説明に限るものではなく、例えば、ワーク１をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる代わりに、加工ヘッド３１をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させたり、加工液Ｌ中の代わりに、電気絶縁性のある気中においてパルス状の放電を発生させたりする等、適宜の変更を行うことにより、その他種々の態様で実施可能である。
実施形態に係わる表面処理方法の要部を説明する図である。 実施形態に係わる表面処理方法を説明する図である。 実施形態に係わる表面処理方法を説明する図である。 実施形態に係わる放電加工機を説明する図である。 発明が解決しようとする課題を説明する図である。
符号の説明
１ ワーク
３ 被処理部
５ 放電加工機
３５ 電極
３９ 肉盛層
４１ 電極凹部
４１ａ 縁側
４３ 肉盛凸部
４３ａ 裾側

Claims (3)

  1. 金属を主成分とする粉末から成形した成形体、若しくは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、
    前記電極をワークの被処理部に沿って相対移動させつつ、電気絶縁性のある液中又は気中において前記ワークの前記被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーによって前記ワークの前記被処理部に前記電極の材料或いは該材料の反応物質を堆積、拡散、及び／又は溶着させて、前記ワークの前記被処理部に沿って肉盛層を連続して形成する方法であって、
    更に、前記電極の相対移動速度は、前記肉盛層の表面が平滑になるような極めて遅い速度であることを特徴とする表面処理方法。
  2. 金属を主成分とする粉末から成形した成形体、若しくは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、
    前記電極をワークの被処理部に沿って相対移動させつつ、電気絶縁性のある液中又は気中において前記ワークの前記被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーによって前記ワークの前記被処理部に前記電極の材料或いは該材料の反応物質（以下、前記材料等という）を堆積、拡散、及び／又は溶着（以下、堆積等という）させて、前記ワークの前記被処理部に沿って肉盛層を連続して形成する方法であって、
    更に、前記電極の相対移動速度は、前記材料の消耗によって前記電極に形成される電極凹部の縁側と、前記材料等の堆積等によって前記ワークの前記被処理部に形成される肉盛凸部の裾側との間で、放電が継続されるような極めて遅い速度であることを特徴とする表面処理方法。
  3. 前記ワークは、ガスタービンエンジンのエンジン部品であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面処理方法。
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