JP2007126702A - Ｃｕ−Ｗ系合金および該合金を用いた放電加工用電極 - Google Patents

Abstract

【課題】放電加工用電極材料としての特性を向上させた安全性の高いＣｕ−Ｗ系合金と、このような合金を用い、加工性や消耗率や仕事関数などの諸特性が改善された放電加工用電極とを提供する。
【解決手段】５０〜９０重量％のＷおよび残部がＣｕからなる母材に、全体の重量に対して０．１〜１０重量％となるようにＳｒＷＯ₃を配合したことを特徴とする。かかる構成により、合金全体の仕事関数を低下させることにより耐摩耗性を向上させることができ、当該合金を放電加工用電極として使用した場合、電極の消耗を抑制することができる。また、合金の快削性を向上させることができ、放電加工用電極に加工する際の加工性を良好なものにすることができる。そして、Ｓｒは、毒性が極めて低いことから、ＳｒＷＯ₃を配合して得たＣｕ−Ｗ系合金は極めて安全性の高いものとなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、放電加工用電極材料などに最適なＣｕ−Ｗ系合金と、当該合金を用いた放電加工用電極に関する。

放電加工はアーク放電を繰り返し行なうことによって被加工物に加工を施す方法であり、従来より、この放電加工に使用する電極(すなわち放電加工用電極)の材料としてＣｕ−Ｗ(銅−タングステン)合金が用いられている。このように、放電加工の分野でＣｕ−Ｗ合金が用いられているのは、他の合金材料(例えば、黄銅など)に比べて放電加工用電極としての適性(すなわち加工速度や加工精度と言った加工性および電極寿命などの諸特性)が優れているからである。

ここで、Ｃｕ−Ｗ合金における放電加工用電極材料としての適性をより一層向上させるための様々な技術が提案されている。

このような技術の一つとして、複合酸化物としてＢａＷＯ₄を０．１〜１１ｖｏｌ％含有してなるＣｕ−Ｗ系合金が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

かかる技術によれば、放電加工中の高温下においても導電率が低下せず且つ融点や沸点が高く仕事関数の小さいＢａＯ(酸化バリウム)を複合酸化物(ＢａＷＯ₄)の形でＣｕ−Ｗ合金中に所定量配合しているので、Ｃｕ−Ｗ合金の加工性(具体的には快削性)や耐摩耗性を向上させることができる。また、ＢａＯをこのように複合酸化物とすることにより、ＢａＯの吸湿性による不具合を改善し、粉末冶金法や溶浸法による合金の製造性を向上させることができる。
特開平８−１２７８３７号公報

しかしながら、Ｂａ(バリウム)は毒性が極めて高いことから、最大で１１ｖｏｌ％ものＢａＷＯ₄を配合する上記Ｃｕ−Ｗ系合金では、合金製造時や製造した合金を放電加工用電極に加工する際に、作業者が当該金属の粉末を吸引すること等によって、作業者の健康に重大な損害を与える虞があった。すなわち、放電加工用電極としての適性を向上させるためＢａ(バリウム)を添加する上記技術で得られるＣｕ−Ｗ系合金は安全性に問題があった。

それゆえに、本発明の主たる課題は、放電加工用電極材料としての特性を向上させた安全性の高いＣｕ−Ｗ系合金と、このような合金を用い、加工性や電極寿命などの諸特性が改善された放電加工用電極とを提供することである。

請求項１に記載した発明は、「５０〜９０重量％のＷおよび残部がＣｕからなる母材に、全体の重量に対して０．１〜１０重量％となるようにＳｒＷＯ₃を配合した」ことを特徴とするＣｕ−Ｗ系合金である。

この発明では、ＳｒＷＯ₃(タングステン酸ストロンチウム)を合金全体の重量に対して０．１〜１０重量％の範囲で配合しているので、合金全体の仕事関数を低下させることにより耐摩耗性を向上させることができ、当該合金を放電加工用電極として使用した場合、電極の消耗を抑制することができる。

また、合金の快削性を向上させることができ、放電加工用電極に加工する際の加工性を良好なものにすることができる。

そして、Ｓｒは、上述したＢａと異なり毒性が極めて低いことから、ＳｒＷＯ₃を配合して得たＣｕ−Ｗ系合金は極めて安全性の高いものとなる。

ここで、ＳｒＷＯ₃の配合割合を合金全体の重量に対して０．１〜１０重量％の範囲となるようにしているのは、ＳｒＷＯ₃の配合割合が０．１重量％未満の場合には上述したＳｒＷＯ₃の配合による効果が得られず、逆に、ＳｒＷＯ₃の配合割合が１０重量％より多い場合には相対的に母材(マトリクス)となるＣｕ−Ｗ合金の割合が減少する結果、当該合金を放電加工用電極材料として使用した際に電極の消耗が早くなるからである。

なお、本発明のＣｕ−Ｗ系合金の母材となるＣｕ−Ｗ合金では、Ｗ(タングステン)の配合割合を５０〜９０重量％の範囲としているが、これはＷの配合割合が５０重量％未満の場合には放電加工用電極材料としての基本的な性能(耐熱性，加工性，消耗率および仕事関数など)を維持することができなくなり、逆に、９０重量％より多い場合にはＣｕ(銅)と合金化するのが困難になるからである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のＣｕ−Ｗ系合金において、「さらにＴｅ(テルル)を全体の重量に対して０．０１〜５重量％となるように配合した」ことを特徴とするもので、これによりＣｕ−Ｗ系合金の快削性をさらに向上させることができ、放電加工用電極に加工する際の加工性をより一層良好なものとすることができる。

なお、Ｔｅの配合割合を全体の重量に対して０．０１〜５重量％の範囲となるようにしているのは、Ｔｅの配合割合が０．０１重量％未満の場合にはＴｅ配合の効果が得られず、逆に、Ｔｅの配合割合が５重量％より多い場合には相対的に母材となるＣｕ−Ｗ合金の割合が減少する結果、放電加工用電極材料としての特性を損なうようになるからである。

請求項３に記載した発明は、「請求項１又は２に記載のＣｕ−Ｗ系合金で構成されている」ことを特徴とする放電加工用電極である。

この発明では、放電加工用電極が上述した請求項１又は２に記載したＣｕ−Ｗ系合金で構成されているので、加工性や電極寿命と言った放電加工用電極としての特性が向上しており、特に、消耗率を大幅に低減することができる結果、当該電極を繰り返し使用した場合であっても被加工物の形状を良好なものとすることができる。

本発明によれば、放電加工用電極材料としての特性を向上させた安全性の高いＣｕ−Ｗ系合金と、このような合金を用い、加工性や電極寿命などの諸特性が大幅に改善された放電加工用電極とを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について具体例を加えて詳述する。

本発明のＣｕ−Ｗ系合金は、主として５０〜９０重量％のＷおよび残部がＣｕからなる母材(すなわちマトリクスとなるＣｕ−Ｗ合金)に、全体の重量に対して０．１〜１０重量％となるようにＳｒＷＯ₃を配合して構成されている。

ここで、Ｃｕ−Ｗ系合金とは、Ｃｕ−Ｗ合金からなる母材に、少なくとも１種の第三成分(元素)を加えて合金化したものであり、母材となるＣｕ−Ｗ合金は、上述のようにＷの配合割合を５０〜９０重量％の範囲とし、且つ残部(１０〜５０重量％)をＣｕとするのが好ましい。Ｗの配合割合が５０重量％未満の場合には放電加工用電極材料としての基本的な性能(耐熱性，加工性，消耗率および仕事関数など)を維持することができなくなり、逆に、９０重量％より多い場合にはＣｕ(銅)と合金化するのが困難になるからである。

ＳｒＷＯ₃は、Ｃｕ−Ｗ合金からなる母材内に均一に分散して、放電加工用電極として使用する際の諸特性、すなわち加工性や電極寿命などを向上させるものである。このＳｒＷＯ₃は、同様の効果を有するＢａと異なり、毒性が極めて低い。

ここで、Ｃｕ−Ｗ系合金全体に占めるＳｒＷＯ₃の配合割合は、０．１〜１０重量％の範囲とするのが好ましい。ＳｒＷＯ₃の配合割合が０．１重量％未満の場合には上述したＳｒＷＯ₃の配合による効果が得られず、逆に、ＳｒＷＯ₃の配合割合が１０重量％より多い場合には相対的に母材となるＣｕ−Ｗ合金の割合が減少する結果、当該合金を放電加工用電極材料として使用した際に電極の消耗が早くなるからである。

以上の配合割合に従って本発明のＣｕ−Ｗ系合金を製造する際には、Ｃｕ，ＷおよびＳｒＷＯ₃が上述した所定の割合となるように配合した原料を準備し、これに粉末冶金法や溶浸法など公知の合金製造方法を適用して製造する。

本発明のＣｕ−Ｗ系合金によれば、合金全体の仕事関数を低下させることにより耐摩耗性を向上させることができ、当該合金を放電加工用電極として使用した場合、電極の消耗を抑制し、電極寿命を向上させることができる。また、合金の快削性を向上させることができ、放電加工用電極に加工する際の加工性を良好なものにすることができる。そして、Ｓｒは毒性が極めて低いことから、ＳｒＷＯ₃を配合して得たＣｕ−Ｗ系合金は極めて安全性の高いものとなる。

なお、上述の例では、母材となるＣｕ−Ｗ合金に所定量のＳｒＷＯ₃を配合したＣｕ−Ｗ系合金について述べたが、このＣｕ−Ｗ系合金に更にＴｅを配合するようにしてもよい。

Ｔｅは、Ｃｕ−Ｗ系合金内に均一に分散して、当該合金の加工性(とりわけ快削性)を向上させるものである。

ここで、Ｃｕ−Ｗ系合金全体に占めるＴｅの配合割合は、０．０１〜５重量％の範囲となるようにするのが好ましい。Ｔｅの配合割合が０．０１重量％未満の場合にはＴｅ配合の効果(すなわち快削性の向上)が得られず、逆に、Ｔｅの配合割合が５重量％より多い場合には相対的に母材となるＣｕ−Ｗ合金の割合が減少する結果、放電加工用電極材料としての特性を損なうようになるからである。

なお、Ｔｅは上述したＢａと同様に毒性を有するが、Ｔｅの配合割合を上述のように極く低い範囲とすることによってＣｕ−Ｗ系合金の安全性が低下するのを極力防止することができる。
このように上述したＣｕ−Ｗ系合金に更に所定量のＴｅを配合することによって、Ｃｕ−Ｗ系合金の快削性をさらに向上させることができ、放電加工用電極に加工する際の加工性をより一層良好なものにすることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

[実施例１]
Ｗ，ＣｕおよびＳｒＷＯ₃が重量比率でそれぞれ６９．７重量％，３０重量％および０．３重量％となるように合金を製造した。なお、製造には溶浸法を用いた。具体的には、平均粒径が５μｍのＷ粉末，平均粒径が１０μｍのＣｕ粉末および平均粒径が３μｍのＳｒＷＯ₃粉末を、ボールミルで混合した後、プレス成形にてφ２０ｍｍ×５０ｍｍの円柱状とした。然る後、Ｃｕを溶かし込み毛細管現象により合金化した。

そして、得られた合金を放電加工用電極として使用し、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金を放電加工した時の電極の消耗率を次式１にて求めた。

消耗率(％)＝電極の消耗体積量(ｍｍ³)÷被加工物の体積加工量(ｍｍ³)×１００…（式１）
得られた結果を表１に示す。

[実施例２]
Ｗ粉末を６９．３重量％、ＳｒＷＯ₃粉末を０．７重量％とした以外は、実施例１と同じ条件にしてＣｕ−Ｗ系合金を得た。そして、当該合金について実施例１と同様の方法で電極の消耗率を求めた。得られた結果を表１に示す。

また、合金の加工性を調べるため、上述の配合割合にて実施例１と同様の方法でφ４０ｍｍ×８５ｍｍの円柱状のＣｕ−Ｗ系合金を作製し、この得られた合金を、切込０．５ｍｍ，送り０．１ｍｍ，周速８０ｍ／分の条件でφ１０ｍｍ×８５ｍｍまで切削加工を行なった。その際、切削工具のチップ先端の磨耗量を計測した。得られた結果を表２に示す。

[実施例３]
Ｗ粉末を６８．５重量％、ＳｒＷＯ₃粉末を１．５重量％とした以外は、実施例１と同じ条件にしてＣｕ−Ｗ系合金を得た。そして、当該合金について実施例１と同様の方法で電極の消耗率を求めた。得られた結果を表１に示す。

[実施例４]
Ｗ粉末を６６．５重量％、ＳｒＷＯ₃粉末を３．５重量％とした以外は、実施例１と同じ条件にしてＣｕ−Ｗ系合金を得た。そして、当該合金について実施例１と同様の方法で電極の消耗率を求めた。得られた結果を表１に示す。

[実施例５]
Ｗ粉末を６３．０重量％、ＳｒＷＯ₃粉末を７．０重量％とした以外は、実施例１と同じ条件にしてＣｕ−Ｗ系合金を得た。そして、当該合金について実施例１と同様の方法で電極の消耗率を求めた。得られた結果を表１に示す。

[実施例６]
Ｗ粉末を６９．３重量％、ＳｒＷＯ₃粉末を０．７重量％、Ｃｕ粉末を２９．７重量％にすると共に、更に平均粒径２０μｍのＴｅを０．３重量％配合した以外は、実施例１と同じ条件にしてＣｕ−Ｗ系合金を得た。そして、当該合金について実施例１と同様の方法で電極の消耗率を求めた。得られた結果を表１に示す。

また、合金の加工性を調べるため、実施例２と同様の方法で切削工具のチップ先端の磨耗量を計測した。得られた結果を表２に示す。

[比較例]
本発明のＣｕ−Ｗ系合金を従来のＣｕ−Ｗ合金と比較するために、ＳｒＷＯ₃やＴｅを配合せず、Ｗ粉末を７０重量％、Ｃｕ粉末を３０重量％とし、本発明におけるＣｕ−Ｗ系合金の元素組成の範囲外となるようにした以外は、実施例１と同じ条件にしてＣｕ−Ｗ合金を得た。そして、当該合金について実施例１と同様の方法で電極の消耗率を求めた。得られた結果を表１に示す。

また、合金の加工性を調べるため、実施例２と同様の方法で切削工具のチップ先端の磨耗量を計測した。得られた結果を表２に示す。

表１より、実施例１〜６で得られた各Ｃｕ−Ｗ系合金（以下、「実施例合金」という。）は、比較例で得られたＣｕ−Ｗ合金に比べて消耗率が低くなる。つまり、実施例合金では、合金全体の仕事関数を低下させることにより耐摩耗性を向上させることができ、当該合金を放電加工用電極として使用した場合、電極の消耗を抑制し、電極寿命を向上させることができる。

表２より、実施例２及び６で得られたＣｕ−Ｗ系合金（以下、「実施例合金」という。）は、比較例で得られたＣｕ−Ｗ合金に比べて、切削工具のチップ先端の磨耗量が少ない。つまり、実施例合金では、快削性を向上させることができ、放電加工用電極に加工する際の加工性を良好なものとすることができる。とりわけ、Ｔｅを配合した実施例６のＣｕ−Ｗ系合金では、快削性をさらに向上させることができ、放電加工用電極に加工する際の加工性をより一層良好なものとすることができる。

本発明のＣｕ−Ｗ系合金は、上述した放電加工用電極材料のほか、接点材料やヒートシンクとしても好適に利用することができる。

Claims (3)

1. ５０〜９０重量％のＷおよび残部がＣｕからなる母材に、全体の重量に対して０．１〜１０重量％となるようにＳｒＷＯ₃を配合したことを特徴とするＣｕ−Ｗ系合金。
2. さらに全体の重量に対して０．０１〜５重量％となるようにＴｅを配合したことを特徴とする請求項１に記載のＣｕ−Ｗ系合金。
3. 請求項１又は２に記載のＣｕ−Ｗ系合金で構成されていることを特徴とする放電加工用電極。