JP4575134B2

JP4575134B2 - 放電加工用電極及び放電加工法

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Publication number: JP4575134B2
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Inventors: 伸嘉鍋倉; 定男佐野
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Description

本発明は、精密形状・大型形状・複雑立体形状・高融点素材（例えば、3000℃以上）・高硬度素材（特に、超硬度素材）の被加工物を電極低消耗（特に、微消耗若しくは無消耗と称される1％前後の低消耗率）において高加工性能（加工面粗さ減少、加工形状精度向上等）で放電加工することを可能にする放電加工用電極及び放電加工法に関する。

放電加工用電極（以下において、電極と略称することがある）は、工業的実施での技術的合理性（高加工速度等）及び経済的合理性（価格の妥当性等）等から、素材が銅（電気銅・無酸素銅・黄銅）、銅タングステン合金、銀タングステン合金、グラファイト及び銅グラファイト等にされている。
従来の電極を低消耗にして行う放電加工法（以下において、従来の低消耗加工法と略称することがある）は、銅若しくはグラファイトの電極素材、電気的加工条件（極性、アーク時間等）及び加工液の種類等を組み合わせて電極を1％前後の低消耗（一般的には、微消耗及び無消耗と称される）にする。
従来の低消耗加工法は、電極及び被加工物を逆極性接続（電極側が正極で、被加工物が負極の電気接続）にして、数百〜数千マイクロ秒間に数十〜百数十アンペアのピーク値の加工電流により放電加工して、ケロシン油等の放電加工液（以下において、加工油という）の熱分解で発生する炭素を電極表面に付着させて炭素層（黒化層等とも称されている）を形成して、その炭素層の電極保護作用によって電極の消耗率が低減されている（例えば、非特許文献１及び2等を参照）。

これに対して電極表面に付着する炭素層の電極保護作用によらない電極消耗の削減法として、化学気相合成法（ＣＶＤと略称することが多い）による多結晶ダイヤモンド薄膜に膜生成時のホウ素ドープにより導電性が付与された薄膜（以下において、ＣＶＤダイヤモンド薄膜ということがある）を金属素材表面にロウ付けしたＣＶＤダイヤモンド薄膜が電極面を形成するＣＶＤダイヤモンド薄膜の電極が提案されている（例えば、非特許文献3〜5等を参照）。しかし、ＣＶＤダイヤモンド薄膜の電極は、その薄膜の製法からの制約を受けて、電極面が、数〜数百ミクロンの厚みで15ｍｍ×15ｍｍ以内の極く小さな寸法の平面に限定される。

また、多結晶ダイヤモンド粉末の焼結体（一般的には、ＰＣＤと略称されている）が工業化されて、砥石等に使用されている（例えば、特許文献1等を参照）。ただし、粉末多結晶ダイヤモンドの焼結体は、バインダーの種類及び焼結法も含めてその成形条件が多様で、成形条件の相違によって得られる粉末多結晶ダイヤモンドの焼結体の特性が様々であるところから、放電加工用電極（特に、電極を低消耗にして行う放電加工に用いる電極）としての可能性は未知であった。

特開平09−290326公報西村等：「低電極放電加工の研究―電極表面の黒化層について」電気加工学会誌、1,2（1968）71 鈴木等：「放電加工における電極消耗の研究（第1報」電気加工学会誌、26,52（1992）47 岩井学他4名：「導電性ダイヤモンドの除去加工への適用―第1報：導電性ダイヤモンド厚膜の放電加工」2003年度砥粒加工学会学術講演会―講演論文集、ｐ105〜166 岩井学他4名：「導電性ダイヤモンドの除去加工への適用―第2報：放電加工電極としての特性」2003年度砥粒加工学会学術講演会―講演論文集、ｐ167〜170 鈴木清他5名：「導電性ＣＶＤダイヤモンドを電極として用いた放電加工」株式会社ミュ発行、新たなダイヤモ6ンドと未開拓の炭素技術、14巻1号、2004、ｐ1〜8 田中紘一・石崎幸三：「新素材焼結―ＨＩＰ焼結の基礎と応用」株式会社内田老鶴圃発行、1987年Ｈ.Ｂ.ノビコフ編：「ダイヤモンドの物性」株式会社オーム社発行、平成５年、ｐ63〜84、ｐ93〜96

従来の電極を低消耗（ＣＶＤダイヤモンド薄膜による低消耗を含む）にして行う放電加工及びそのための電極は、下記（イ）〜（ヘ）等に代表される様々な問題点が存在していた。
（イ）仕上げ面粗度を1〜5マイクロＲｚ程度にする仕上げ加工では、一般的には、加工電流のパルス幅が5マイクロ秒以下の電気的加工条件で放電加工するので、加工油からの炭素が電極表面に付着しにくく、炭素層による電極保護作用が存在しないので、電極消耗率が10％以上に増大するとの問題点が存在していた。
（ロ）高融点（例えば、3000℃以上の）の高硬度素材及び超硬度素材（例えば、タングステン・カーバイドの超硬合金等）の被加工物（いわゆる、難加工材料の被加工物）は、従来の低消耗加工法での電気的加工条件では、放電加工の効率が低下するとの問題点が存在していた。
表1は、超硬合金の被加工物が正極性接続（電極側が負極で、被加工物側が正極の電気接続）の電気的加工条件で放電加工した場合の電極消耗率を示している。

表1に示すように、超硬合金の被加工物の放電加工では、いずれの素材の電極及びいずれの極性接続の電気的加工条件であっても、10％以上の電極消耗率になるので、仕上げ加工での寸法精度を確保するには、消耗が少し発生した時点で新しい電極と交換せざるを得ないので、1個の金型を用いる仕上げ加工には4〜10本の電極を消耗せざるを得ないとの問題点が存在していた。
従って、仕上げ加工では、電極用コストが多大で、加工に長時間を必要とし、しかも、電極交換に多大な労力が必要になるとの問題点が存在していた。
（ハ）ＣＶＤダイヤモンド薄膜の電極面は、5ｍｍ×15ｍｍ以内の極く小さな平面寸法に限定されるので、しばしば形彫り加工の対象になる精密立体形状・不規則面形状・複雑形状・大型形状等の被加工物の放電加工に使用できないとの問題点が存在していた。
（ニ）ＣＶＤダイヤモンド薄膜の電極面は、導電性が限定的な範囲であるとの問題点が存在していた。
（ホ）ＣＶＤダイヤモンド薄膜の電極面は、通常の放電加工の電気的加工条件である正極性接続（電極側が負極で、被加工物側が正極の電気接続）に使用できないとの問題点が存在していた。

そこで、加工条件（例えば、電気的加工条件、電極の形状等）の制約が少ない電極による消耗抑制手段が本発明者により実験主体に検討されて、いくつかの新たな科学的事実が本発明により見いだされて、それらの新たな科学的事実を基礎として第一及び第二の本発明が創造された。
第一の本発明の放電加工用電極は、下記（Ａ）〜（Ｅ）を目的とする。
（Ａ）第一の本発明は、従来の低消耗加工法の電気的加工条件以外の電気的加工条件においても、電極消耗の抑制（特に、電極無消耗のレベルの抑制）を可能にする放電加工用電極を提供すること、を目的とする。
（Ｂ）第一の本発明は、超硬素材の被加工物を放電加工する場合においても電極消耗の抑制（特に、電極無消耗のレベルの抑制）が可能である放電加工用電極を提供すること、をも目的とする。
（Ｃ）第一の本発明は、任意形状・複雑立体形状・精密形状・大型形状・小型形状のいずれの被加工物を電極消耗を抑制して高加工性能で放電加工することを可能にする放電加工用電極を提供すること、をも目的とする。
（Ｄ）第一の本発明は、所望立体電極形状に形成容易な放電加工用電極を提供すること、をも目的とする。
（Ｅ）第一の本発明は、負極性接続及び正極性接続のいずれの電気的加工条件による放電加工においても正常な放電加工を可能にする放電加工用電極を提供すること、をも目的とする。
さらに、第二の本発明の放電加工方法は、下記（a）〜（ｃ）を目的とする。
（a）第二の本発明は、炭素層の電極保護作用が有効に働かない電気的加工条件においても、電極消耗の抑制（特に、電極無消耗のレベルの抑制）を可能にする放電加工方法を提供すること、を目的とする。
（ｂ）第二の本発明は、任意形状・複雑立体形状・精密形状・大型形状・小型形状の被加工物を高加工性能で放電加工することを可能にする放電加工方法を提供すること、をも目的とする。
（ｃ）第二の本発明は、負極性接続及び正極性接続のいずれの電気的加工条件による放電加工においても、高加工性能での放電加工を可能にする放電加工方法を提供すること、をも目的とする。

第一の本発明（請求項1に記載の本発明）による形彫放電加工用電極は、導電領域からなる連続相と、該連続相に分散の微細多結晶ダイヤモンドからなる分散相とよりなる焼結体の放電加工用電極であって、
（1）該連続相の導電領域が、前記焼結体のバインダーとしての機械強度特性を有して、
（2）該分散相の微細多結晶ダイヤモンドが、平均粒径１μｍ〜６０μｍで、隣合う微細多結晶ダイヤモンドの間隔が放電痕直径よりも大きい間隔で分散されて、加工油の分解による炭素が電極表面に付着して電極全面に炭素層が形成するようにされていること、を特徴とする。
また、第二の本発明による形彫放電加工方法（請求項2に記載の本発明）は、導電領域からなる連続相と、該連続相に分散の微細多結晶ダイヤモンドからなる分散相とよりなる焼結体からなる放電加工用電極であって、
（1）該連続相の導電領域が、前記焼結体のバインダーとしての機械強度特性を有して、
（2）該分散相の微細多結晶ダイヤモンドが、平均粒径１μｍ〜６０μｍで、隣合う微細多結晶ダイヤモンドの間隔が放電痕直径よりも大きい間隔で分散されて、加工油の分解による炭素が電極表面に付着して電極全面に炭素層が形成するようにされている形彫放電加工用電極と被加工物とを逆極性接続した放電電源回路から供給する加工電流により放電加工すること、を特徴とする。

第一の本発明の放電加工用電極によれば、下記（A）〜（Ｌ）に代表される種々の効果が得られる。
（Ａ）炭素層が電極面に生成されにくい電気的加工条件でも電極消耗を激減（代表的には、電極無消耗）させて放電加工を行うことができる。例えば、銅電極の場合には、数十％の電極消耗率になる電気的加工条件でも電極無消耗での放電加工が可能になり、高周波数の加工電流（従来では無消耗放電加工が困難であった）でも加工面粗さを小さくする放電加工が可能になる。
（Ｂ）従来の電極無消耗による放電加工では、荒加工を逆極性（電極側が正極で、被加工物が負極）で行って、仕上げ加工を正極性（電極側が負極で、被加工物が正極）で行っていた。
しかし、第一の本発明の電極によれば、荒加工及び仕上げ加工の両加工を逆極性にして電極無消耗で放電加工を行うことが可能で、放電回路（主として形彫り放電回路）の極性切り替え装置が不要になって、放電回路の小容量化及び省コストでの生産が可能になる。
（Ｃ）荒加工及び仕上げ加工を通じて逆極性による放電加工でも電極消耗の激減するので、使用に供する電極数及び電極用コストが激減し、放電加工に要する時間も短縮する。
（Ｄ）放電加工での電極交換時間の短縮若しくは消滅によっても放電加工に要する時間が短縮する。
（Ｅ）従来放電加工途中での電極交換による交換電極間の電極面精度のバラツキに起因する加工面の精度のバラツキが激減若しくは消滅する。
（Ｆ）電極消耗の激減により放電加工での電極転写精度（加工精度）が向上して加工時間も短縮する。
（Ｇ）形彫り加工においては、被加工物の任意形状の加工面と精密に相似の電極面の電極の形成可能である。
（Ｈ）超硬素材の被加工物であっても電極無消耗で放電加工することができる。
（Ｉ）任意形状・複雑形状・精密形状・大型形状・小型形状の被加工物を高精度及び加工面粗さを最小化して放電加工することができる。
（Ｊ）電極を所望立体形状に形成容易である。
（Ｋ）放電加工の通常の電気的加工条件である正極性接続（被加工物側が正極性、電極側が負極性）でも放電加工を行うことができる。
（Ｌ）創成加工（電極を被加工物に相対移動させて行う加工）の性能が飛躍的に向上する。
また、第二の本発明による放電加工方法によれば、第一の本発明の効果に加えて下記（a）〜（e）に代表される種々の効果が得られる。
（ａ）炭素層が電極面に生成されにくい電気的加工条件で、電極消耗抑制（特に、電極無消耗のレベルの抑制）が可能な放電加工を行うことができる。
（ｂ）任意形状・複雑形状・精密形状・大型形状・小型形状の被加工物を高精度及び加工面粗さを最小化して放電加工を行うことができる。
（ｃ）負極性接続及び正極性接続のいずれの電気的加工条件によっても高加工性能での放電加工を行うことができる。

〔第一の本発明の放電加工用電極〕：
電極は、金属若しくは合金の導電性材料で形成される導電領域よりなる連続相と、それに分散する微細多結晶ダイヤモンドからなる分散相とが強固に一体的に接合する構造の焼結体にして、連続相を導電領域及び分散相のバインダーとして機能させて、精密形状・大型形状・複雑立体形状・高融点（例えば、3000℃以上）・高硬度材料の被加工物を高加工性能（加工面粗さの向上・加工形状の高精度・加工時間抑制等）の放電加工（特に、形彫り加工、仕上げ加工等）を電極低消耗（特に、微消耗若しくは無消耗と称される1％前後の低消耗率）で行うことを可能にする。

〈電極構造体の特性〉：
電極は、分散相の微細多結晶ダイヤモンドの特性及び分散条件と、連続相の導電領域の機械的及び電気的な特性と、焼結体特性と、電極面構成との相乗効果によっては、本発明の効果を最大に享受することが可能で、例えば、電極全体が一体的に接合した焼結体からなる強固な構造体にすることによって、電極消耗に関係する放電加工時の衝撃に対抗する強固な機械的強度を有して、連続する電流導通領域を構造体中及び電極面全体に配置して、制御が容易で広い範囲の電気的加工条件の設定が可能な導電領域にしている。

〈電極の分散相の特性〉：
分散相の微細多結晶ダイヤモンドは、連続相にランダム状態で分散していれば本発明による効果の享受が可能であるが、電極面において隣合う微細多結晶ダイヤモンドの間隔が、放電痕直径と同等若しくはそれよりも大きい間隔で分散されている場合には、本発明による効果を最大かつ容易に享受可能となる。

図1は、電極の一部を模式的に拡大表示する説明図であって、電極1における平均最大長さｄの微細多結晶ダイヤモンド2、〜2が、平均間隔Ｌで連続相の導電領域3に分散された状態を示している。
図2は、放電加工中の被加工物表面に生成する放電痕の側面を模式的に拡大表示する説明図であって、放電痕20が放電痕直径Ｄで放電加工中の被加工物表面に生成した状態を示している。
図1及び図2において、放電による電極1の導電領域3からの高密度電子流（放電柱）が被加工物表面をたたいた箇所が図2の放電痕20の符号Aに相当する領域である。符号Ｄは，一般に放電痕20の直径である。導電領域3が存在すれば、導電性の被加工物との間の加工間隙に放電が発生し放電加工することができる。繰り返し放電が発生すると、加工間隙に介在する加工油の分解による炭素が電極表面に付着していく。そして、電極面4の微細多結晶ダイヤモンドに付着していく炭素が徐々につながるようにして、非導電性の微細多結晶ダイヤモンドの表面にも炭素が付着するようになり、やがて、電極面4の全面に炭素層が形成される。その結果、非導電性の微細多結晶ダイヤモンドが存在しても、電極面4において、所望の放電エネルギーによる放電が連続・円滑に分散・発生して所望の放電加工が可能になり、炭素層によって導電領域3を含む電極面4が保護される。また、微細多結晶ダイヤモンドが放電加工時に発生する高温にも耐える優れた高温耐熱性（例えば、高温に曝されても僅かな変形も生じない等の性能）が得られ、電極1の消耗が非常に小さくなる。
逆に、放電痕20の直径Ｄ（正確には、高密度電子流（放電柱）の幅Ａよりも微細多結晶ダイヤモンド2、〜2の平均間隙Ｌが大きいと、導電領域3（換言すれば、高温で融解可能なバインダー領域）のみが放電加工時に発生する高温に曝されることが多くなって、電極1の消耗が大きくなり、導電領域3の表面に炭素層が形成されにくくなって、電極無消耗が困難になる。
従って、電極面4において、微細多結晶ダイヤモンド2、〜2の平均間隔Ｌが存在し、かつ、平均間隔Ｌが符号Ａ若しくは符号Ｄに相当する直径と同じかそれよりも小さいと、電極1の消耗が非常に小さくなる。
しかも、放電痕20の直径Ｄは、加工電流のパルス幅と電流波高値からおおよそ計算可能であるので、所望の放電加工を行うに際して、電極無消耗が可能な放電痕20の直径Ｄにするパルス幅と電流波高値の加工電流を考慮した電気的加工条件を設定し得る電極1を選定することができる。
また、分散相と連続相は、それらの合計体積（電極面4では、合計面積）を基準として、連続相20〜80％及び分散相80〜20％の比率であれば本発明の効果の享受が可能である。連続相が20％未満で分散相が80％を超えると電極面が平滑化処理（例えば、酸によるエッチング等の化学的処理若しくは機械的処理）しても高度の平滑化が困難になる。分散相20％未満で連続相が80％を超えると電極の機械的強度が低下する。

また、分散相の微細多結晶ダイヤモンドが、連続相の導電領域3の機械的強度を大きくすることによって電極低消耗に寄与して高硬度素材及び高融点（例えば、3000℃以上の）の被加工物の加工を容易にする。
さらに、微細多結晶ダイヤモンドが、約40〜60％（好ましくは約50〜70％）/単位体積（例えば、1ｃｍ³）が1〜60ミクロンの粒径であると、電極面4への熱高拡散性の付与及び平滑化処理（例えば、酸によるエッチング等の化学的処理若しくは機械的処理）による電極面4の平滑化が容易で、任意形状・複雑立体形状・精密形状・大型形状・小型立体形状で表面粗さが向上した電極面1の形成が可能になる。また、それらの電極面1の精密な転写により同様の表面の被加工物を電極低消耗で高精度及び加工面粗さを最小化して形彫り加工することができる。
粒径は、微細多結晶ダイヤモンドを電子顕微鏡等により拡大視認により特定容易である。微細多結晶ダイヤモンドの粒径が、60ミクロンを超えると、電極面1を化学的処理しても平滑化が困難になって、被加工物の表面粗さの向上が困難になる。なお、微細多結晶ダイヤモンドは、一般的には、合成多結晶ダイヤモンド粉末で、公知の物性も存在する（例えば、非特許文献7等を参照）。
また、上記の粒径範囲内であれば、微細多結晶ダイヤモンドの粒径が大きいほど消耗特性（電極低消耗化の性能）が優れる傾向にあることが本発明で見出されていて、例えば、平均粒径が１ミクロンの場合と平均粒径が20ミクロンの場合を対比すると、殆どの電気的加工条件において、微細多結晶ダイヤモンドの平均粒径が20ミクロンである電極の方が、電極のコーナ領域（エッジ領域）での消耗特性に優れていて、加工精度においても好ましい結果が得られている。

〈電極の連続相の特性〉：
連続相の導電領域は、形彫り加工、仕上げ加工、高融点（例えば、3000℃以上）の被加工物の放電加工が可能で、炭素層が電極面に生成されにくいときでも、電極消耗を激減（代表的には、電極無消耗）させる放電加工の条件（特に、電気的加工条件）を可能にする導電性材料から焼結により一体的な領域に形成される。
しかも、連続相の導電領域は、分散相の微細多結晶ダイヤモンドに対するバインダーとして強固な接合性と、放電加工時の高温及び衝撃等に耐える機械強度特性とを有して、微細多結晶ダイヤモンドと焼結可能な導電性材料から形成される。
連続相の導電領域は、それらの条件を容易に充足可能である点からは、例えば、コバルト、ニッケル、コバルト・ニッケル合金若しくは超硬合金から形成されるのが適している。

〈電極の形成〉：
電極用の焼結体は、例えば、高温・高圧での圧縮・焼結が可能であれば任意の製造装置でありうるが、圧縮・焼結を同時的に進行する手段（代表的には、ＨＩＰ（hot isoｓtatic press :熱間等方圧プレス）による）による。ＨＩＰによれば、平面が大きい立体状焼結体に形成容易であるので、立体状焼結体の電極用加工素材を製造可能で、電極用加工素材は導電性の連続相からなるので、電極側を負極性に接続して放電加工することによって所望形状の電極を精密・容易に形成可能である。
微細多結晶ダイヤモンドは、電極面についてみれば、連続相の導電領域と微細多結晶ダイヤモンドの合計面積（すなわち、分散相の面積）との合計面積を基準として連続相20〜80％及び分散相80〜20％の比率であれば大きさの点から本発明の効果の享受が容易である。連続相が20％未満・分散相が80％を越えると電極面の平滑化処理（例えば、酸によるエッチング等の化学的処理若しくは機械的処理）における平滑化の精度が低下して加工精度（転写性）に影響が生じる。

〔第二の本発明の放電加工法〕：
第二の本発明は、第一の本発明の電極を使用して放電加工用電極と被加工物とに逆極性接続した放電電源回路からパルス電流及び逆極性接続した放電電源回路からパルス電流により電極低消耗（特に、電極無消耗）及び高加工性能で各種形状の被加工物を加工することを可能にする方法である。
本発明の放電加工法は、電気的加工条件が、例えば、逆極性接続で放電パルスが短時間（例えば、500マイクロ秒以下、特に、60マイクロ秒以下で1マイクロ秒以上）で、低ピーク電流値（例えば、50アンペア以下、特に、15アンペア以下（好ましくは、9アンペア以下）で1アンペア以上）である等の領域（すなわち、従来の低消耗加工法の電気的加工条件から外れる領域）で放電加工して、各種形状及び難加工の被加工物を電極低消耗（特に、電極無消耗）で高精度及び加工面粗さを最小化して放電加工（特に、形彫り加工）することができる。また、本発明の放電加工法によれば、それらの電気的加工条件で、荒加工及び仕上げ加工を行って同様の効果が得られる。

図3は本発明の電極を用いて放電加工を実施する放電電源回路の一具体例を示す回路図であって、図4は加工間隙に印加される電圧パルスの波形と図3の放電電源回路の各信号の波形を示す説明図である。なお、図3の信号に付した符号が、図4の同一符号の波形を示している。
図3及び図4において、制御装置（図示を省略）から設定された電気的加工条件のオン時間に対応するオン時間データとON1〜ONnとオフ時間データOFF1〜OFFnがパルス発生回路ＰＧに入力・設定される。パルス発生回路ＰＧは、設定されたオン時間とオフ時間に対応するゲート信号GATEをスイッチング素子S1に出力し、スイッチング素子S1のオンオフを制御する。スイッチング素子S1は、高速でオンオフする電解効果トランジスタであり、１マイクロ秒以下のパルス幅の放電電流パルスを供給することができる。

電極1は、電極1と被加工物5とで形成される加工間隙に加工のための電圧パルスを印加する直流電源Ｖ1の正極に接続される。電極1は、導電領域からなる連続相と、それに分散される微細多結晶ダイヤモンドからなる分散相とからなる焼結体から形成されている。被加工物5は、加工電源Ｖ1の負極に接続される。逆流阻止ダイオードＤ1と、電流制限抵抗Ｒ1と、スイッチング素子S1との直列回路は、複数並列に接続されている（図示を省略）。
各直列回路のスイッチング素子S1を選択的にオンオフすることにより各直列回路の接続数で加工間隙に流れる放電電流パルスの電流波高値の大きさを決めている。
直流電源Ｖ1と並列かつ加工間隙に直列に検出抵抗Ｒ2とＲ3が接続される。加工間隙に印加される電圧を分圧する検出抵抗Ｒ2とＲ3、検出のための基準電圧ＶＲを出力する直流電源Ｖ2及びコンパレータＣは，放電の開始を検出する放電検出回路を構成する。なお、放電検出回路は、図3以外の各種構成が可能であって、例えば、加工間隙に流れる電流を検出して検出信号を出力する等の構成が可能である。
パルス発生回路ＰＧからスイッチング素子S1のゲートにゲート信号ＧＡＴＥが出力されると、スイッチング素子S1がオンして直流電源Ｖ1の電圧が加工間隙に印加される。加工間隙の電圧が上昇すると、検出抵抗Ｒ2とＲ3で分圧される電圧は、放電検出回路のコンパレータＣに入力され、加工間隙の電圧がさらに上昇すると、基準電圧ＶＲを超える。コンパレータＣは、加工間隙の電圧が基準電圧ＶＲを超えるときは、放電検出信号ＳＴＲの電圧レベルを低レベルにする。

電圧が加工間隙に印加されてから不特定の遅れ時間の後で加工間隙に放電が発生し、放電電流が流れ始めるとともに加工間隙の電圧が降下し、コンパレータＣに入力される電圧も降下する。ただし、基準電圧ＶＲより降下すると、コンパレータＣから出力される放電検出信号ＳＴＲの電圧レベルが高レベルになる。ナンドゲートＧＩは、一方の入力端子から基準のオンロック信号ＣＬＢを入力して、通常は、高水準で信号を出力している。パルス発生回路ＰＧは、設定されているオン時間データに基いてオンクロック信号ＯＮＣＬを計算する。図4のオンクロック信号ＯＮＣＬの波形は、パルス発生回路ＰＧでオン時間データに基いて計算されて取り出されるオンロック信号を示している。
図3の放電電源回路は、放電電流パルスのパルス幅が数マイクロ秒以下の短いときでも、放電の開始を検出してスイッチング素子S1のオンオフ制御機能が維持されるように構成されて、不特定の放電遅れ時間に無関係に常に設定されたパルス幅の放電電流パルスを加工間隙に供給する。
図3の放電電源回路の構成によると、数マイクロ秒以下の短いパルス幅で高電流密度の放電電流パルスの供給が可能になって、しかも、短いパルス幅で高電流密度の放電電流パルスであっても、放電電流パルスにばらつきがないので、被加工物の加工面に形成される放電痕にもばらつきがなく、優れた加工面粗さ（すなわち、平滑な加工面）が得られて、電極消耗の低減に有効である。

従って、本発明による放電加工法は、電極消耗を著しく低減させて、優れた平滑性を備える加工面に放電加工するのに工業的実施の点からも適する方法である。さらに、本発明による放電加工法は、高融点金属材料（特に、高融点の超硬金属材料）からなる被加工物の加工でも、電極消耗を数％以下の極めて低い消耗率に抑制して優れた平滑性を備える加工面に放電加工することができる。

なお、本発明の効果を特に害さない限りにおいては、改変あるいは部分的な変更及び付加は任意であって、いずれも本発明の範囲である。

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、実施例は例示であって本発明を拘束するものではない。

合成多結晶ダイヤモンド粉末の分散相と一体的導電領域の連続相からなる焼結体の電極（電極面は化学的処理で平滑化した）と、鋼（ＳＴ）の被加工物を用意し、電極と被加工物とを電極を逆極性（電極側が正極で、被加工物が負極）の電気接続で放電電源回路に接続して、放電加工油（ソディック社製、商品名：バイトル加工液）中の被加工物を加工電源電圧90Ｖ、平均加工電流1Ａ（電流波高値3Ａ）で放電加工して、放電パルス幅を変えた場合の電極消耗率を測定した。
図5は、その放電加工実験の結果を示す線図であって、実線50は、焼結体の電極についての実験結果で、点線51は、銅の電極を使用して電極以外は同じ条件で放電加工した場合を示している。

被加工物をタングステン・カーボンの超硬合金から形成して、それ以外は、実施例1と同じ条件にして、放電加工での放電パルス幅と電極消耗率の関係を測定した。
図6は、その放電加工実験の結果を示す線図であって、実線60は、焼結体の電極についての実験結果で、点線61は、銅タングステン(CuW)電極の場合の実験結果を示している。

合成多結晶ダイヤモンド粉末の分散相と一体的導電領域の連続相からなる焼結体の電極と、加工部位の大きさが１５０ｍｍパイの大型鋼（ＳＴ）の被加工物を用意し、電極と被加工物とを逆極性で放電電源回路に接続して、放電加工油（ソディック社製、商品名：バイトル加工液）中の被加工物を加工電源電圧90Ｖ、加工電流5Ａで放電加工した。被加工物の加工精度が１ミクロンＲｚで、電極消耗率が1〜2％程度であった。

合成多結晶ダイヤモンド粉末の分散相と一体的導電領域の連続相からなる焼結体の電極と、タングステン・カーバイドの超硬合金の被加工物を逆極性で放電電源回路に接続して、放電加工油（ソディック社製、商品名：バイトル加工液）中で被加工物を荒加工及び仕上げ加工を加工電源電圧90Ｖ、加工電流1Ａで行った。被加工物の加工精度は１ミクロンＲｚであった。

第一の本発明によれば、精密形状・大型形状・複雑立体形状・高融点素材・高硬度素材（特に、超硬度素材）の被加工物を電極低消耗にして高加工性能で放電加工できる放電加工用電極が提供される。
第二の本発明によれば、従来の低消耗加工法の電気的加工条件から外れる領域の電気的加工条件においても、各種形状及び難加工の被加工物等を電極低消耗にして高加工精度で放電加工（特に、形彫り加工）することが可能で、同様の条件で荒加工及び仕上げ加工を行える等の従来にない効果が得られる放電加工法が提供される。

電極面の一部を模式的に拡大表示する説明図である。被加工物表面の放電痕側面を模式的に拡大表示する説明図である。放電電源回路の一具体例を示す回路図である。加工間隙に印加される電圧パルスの波形と放電電源回路の信号の波形を示す説明図である。放電加工実験の結果を示す線図である。放電加工実験の結果を示す線図である。

符号の説明

１電極
2 微細多結晶ダイヤモンド
3 導電領域
4 電極面

Claims

導電領域からなる連続相と、該連続相に分散の微細多結晶ダイヤモンドからなる分散相とよりなる焼結体の放電加工用電極であって、
（1）該連続相の導電領域が、前記焼結体のバインダーとしての機械強度特性を有して、
（2）該分散相の微細多結晶ダイヤモンドが、平均粒径１μｍ〜６０μｍで、隣合う微細多結晶ダイヤモンドの間隔が放電痕直径よりも大きい間隔で分散されて、加工油の分解による炭素が電極表面に付着して電極全面に炭素層が形成するようにされていること、を特徴とする形彫放電加工用電極。
導電領域からなる連続相と、該連続相に分散の微細多結晶ダイヤモンドからなる分散相とよりなる焼結体からなる放電加工用電極であって、
（1）該連続相の導電領域が、前記焼結体のバインダーとしての機械強度特性を有して、
（2）該分散相の微細多結晶ダイヤモンドが、平均粒径１μｍ〜６０μｍで、隣合う微細多結晶ダイヤモンドの間隔が放電痕直径よりも大きい間隔で分散されて、加工油の分解による炭素が電極表面に付着して電極全面に炭素層が形成するようにされている形彫放電加工用電極と被加工物とを逆極性接続した放電電源回路から供給する加工電流により放電加工すること、を特徴とする形彫放電加工法。