JP5055991B2 - 放電加工用電極の作製法 - Google Patents

Description

本発明は放電加工用電極の作製法に関するもので、ハニカム構造体成形用金型の放電加工用電極の作製に好適である。

自動車等の排ガス浄化用コンバータにおける触媒担体として使用されるモノリス型ハニカム構造体があり、このハニカム構造体は成形用金型から押し出し成形される。近年、排ガス浄化用コンバータの浄化性能を向上させるため、自動車のエンジン始動開始時より確実に排ガス浄化機能が作用するようにハニカム構造体のセルの隔壁の厚みは一段と薄壁化の傾向にある。従って、成形用金型においてもハニカム構造体の素材を押し出し成形する金型のスリット溝の間隙も１００ミクロン以下に小さくしなければならない。

ハニカム構造体の成形用金型の製法については、下記特許文献１に記載されている。下記特許文献１では、スリット溝２は薄刃砥石７により研削加工で形成している。下記特許文献１に記載のスリット溝２の溝幅は、１０５〜１１０μｍ（ミクロン）であるため、スリット溝２の形成は薄刃砥石７による研削加工や放電加工で行うことができる。
ここで、上述した１００ミクロン以下の小さいスリット溝を必要とする成形用金型の作製において微小間隙のスリット溝の加工は放電加工によっても行われる。放電加工に使用する電極の構造において、金型の微小間隙スリット溝を形成するために放電をさせる放電部の厚みの寸法は、金型の微小間隙スリット溝の幅より更に小さくする必要がある。上述のようにハニカム構造体のセルの隔壁の厚みの薄壁化により、金型のスリット溝の幅寸法は例えば９０ミクロン程度となった場合、電極の放電部の厚み寸法は４５ミクロン程度に要求される。すなわち、電極の放電部の厚みは極薄寸法である。

放電加工用電極の作製は、電極材から所定の機械加工を経て電極外形体を作製し、その後電極外形体の電極部をワイヤー放電加工によって所定の形状、厚みに仕上げ加工を施し電極を完成させている。一方、電極外形体内には機械加工による残留応力が生じるがこの残留応力の発生は避けられない。

そのため、ワイヤー放電加工によって放電部を仕上げ加工する過程において、上述したように電極の放電部の厚みが極めて薄いために電極外形体内の残留応力によって、放電部が変形したりや破断するという破損が生じる。
特許第３７５０３４８号

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、電極部のワイヤー放電加工前に電極外形体の機械加工による残留応力を除去する工程を付加することにより、残留応力による放電部の破損を防止できる放電加工用電極の作製法を提供することにある。

請求項１に係る発明では、極材料から所定の機械加工を施して電極外形体を形成する電極外形体形成工程と、前記電極外形体の放電部にワイヤー放電加工によって前記放電部の肉材を除去して所定の肉厚と形状を有する電極片部を形成する電極片部形成工程とを備える放電加工用電極の作製法であって、
溝幅が１００ミクロン以下の小さいスリット溝を必要とするハニカム構造体成形用金型の作製に用いられ、上記スリット溝の幅よりも更に小さい肉厚の上記電極片部を有すハニカム構造体成形用金型作製用電極の作製に適用され、前記電極外形体形成工程として、電極材料から所定の機械加工を施して電極外形母体を形成する電極外形母体形成工程と、前記電極外形母体の前記放電部に前記ワイヤー放電加工のためのスタートポイント穴を形成するスタートポイント穴形成工程と、を備え、
前記電極外形体の残留応力を除去するための焼鈍をする電極外形体焼鈍工程として、前記電極片部形成工程の前であって、前記電極外形母体形成工程の後に１回目の焼鈍を行う第１の焼鈍工程と、前記電極片部形成工程の前であって、前記スタートポイント穴形成工程の後に２回目の焼鈍を行う第２の焼鈍工程と、を備え、
前記電極片部形成工程として、前記第１の焼鈍工程及び前記第２の焼鈍工程の後に、前記電極外形体の放電部にワイヤー放電加工よって前記放電部の肉材を除去して所定の肉厚と形状を有する電極片部を形成して放電加工用電極を完成させることを特徴とする。

従来の電極作製においては、溝幅が１００ミクロン以下の小さいスリット溝を有するハニカム構造体成形用金型を放電加工するための電極の電極片部を加工する際に焼鈍処理がされていないため、残留応力によって当該電極片部が変形し破断したが、上記構成によれば、電極外形体焼鈍工程として、前記第１の焼鈍工程と前記第２の焼鈍工程を備えており、前記電極外形体焼鈍工程における焼鈍を前記電極外形母体工程及び前記スタートポイント穴形成工程の各工程の後に行い、それぞれの工程で行われた電極外形体の機械加工よる残留応力を前記第１の焼鈍工程と前記第２の焼鈍工程で除去した後に、ワイヤー放電加工により放電加工用電極を完成させるので、従来のような前記電極片部の破損を防止でき、放電片部が、１００ミクロン以下の微小間隙を必要とするハニカム構造体成形用金型のスリット溝の加工が可能な上記微少間隙スリット溝の幅よりもさらに極薄の肉厚であっても精度の高い良好な放電加工用電極を得ることができる。
したがって、本発明の作製法によって作製された放電加工用電極を用いることによって、１００ミクロン以下の微小間隙を必要とするスリット溝を有する高品質な成形用金型の作製が可能となる。
より具体的には、請求項６の発明のように、前記溝幅が９０ミクロンであって、前記電極片部の肉厚が４５ミクロン程度の極薄の場合であっても、当該電極片部の加工の前に機械加工によって生じた残留応力を焼鈍処理によって除去しているため、残留応力による変形破断はなく良好に電極片部を形成することができる。

請求項２に係る発明では、前記電極外形体焼鈍工程は、真空中で４５０〜７５０℃、３０〜１２０分で行う。

上記構成によれば、前記電極外形体の焼鈍処理が確実且つ充分に施され、残留応力を確実に除去できる。

請求項３に係る発明では、前記電極材料は銅タングステンであり、前記電極外形体焼鈍工程は、真空中で７００℃、６０分で行う。

上記構成によれば、電極材料を銅タングステンとすることで電極の消耗を低く抑制できると共に、銅タングステン材に適した焼鈍処理条件を設定しているから、銅タングステン材での残留応力の除去を確実に行うことができる。

請求項４に係る発明では、前記電極外形体焼鈍工程は、焼鈍後窒素ガス雰囲気中で急冷却する急冷却工程を備える。

上記構成によれば、前記電極外形体を酸化させることなく常温まで短時間で冷却でき、焼鈍処理時間の短縮を図ることができる。

請求項５に係る発明では、前記窒素を液体窒素とし、当該液体窒素をガス化して窒素ガスを前記真空中に吹き込んで急冷却する。

上記構成によれば、液体窒素からガス化して低温の窒素ガスを吹き込むことにより、常温まで短時間で冷却できると共に、焼鈍の環境を変えることなく焼鈍処理を効率よく行うことができる。

以下本発明になる放電加工用電極の作製法を図面に基づき説明する。本発明作製法における放電加工電極は、自動車の排気浄化装置に使用されるハニカム構造体の成形用金型の放電加工用電極を例にして説明する。本発明における放電加工電極は上記のものに制限されるものではない。

先ず、図１、図２に示すように、銅タングステン材よりなる電極材料から所定の形状に機械加工を施して電極外形母体１を形成する。この電極外形母体１は電極取付け（シャンク）部２と放電部３により構成されている。電極取付け部２の内部をくり貫いてくり貫き孔２ｄ加工をし、後述するワイヤー放電加工による電極片部の形成（ハニカム形状）のくり貫き加工を容易にする。このくり貫き加工は本実施例では図示するように放電部２の横断面積より円形であるが、四角形であってもよい。そして、電極外形母体１は電極取付け部２の４つの側面２ａ、底面２ｂ、上面２ｃ及び放電部３の４つの側面、上面３ｂをそれぞれミーリング等の機械加工を行って形成される。

次に図３に図示するように、電極外形母体１の電極取付け部２に後工程の各加工時の基準となる基準穴４、５を機械加工により形成すると共に、放電加工機（図示せず）への取付け用ねじ穴６、７を機械加工（タップ加工）により形成する。それぞれの基準穴４、５及びねじ穴６、７は電極外形母体１の中心を基にして所定の位置に形成される。なお、基準穴４、５は仮仕上げ加工であり後工程で仕上げ加工がされる。以上までの機械加工工程を本発明作製法においては、電極外形母体形成工程と称する。

次に上記のように機械加工により形成された電極外形母体１の1回目の焼鈍処理を行う（第１の焼鈍工程）。これは機械加工によって電極外形母体１の内部に生じた残留応力を除去するために行う。後述するように、本実施例のハニカム構造体成形用金型の放電加工用電極の放電部の電極片部は極薄片であるため、その加工にあたって残留応力を排除することが非常に重要であり、本発明作製法の特徴である。

電極外形母体１の焼鈍処理は真空炉中で行われる。電極外形母体１の焼鈍処理条件は温度が４５０〜７５０℃、時間が３０〜１２０分の条件で行う。電極材料として銅タングステン材を使用した場合、最も好ましい処理条件は処理温度が７００℃、処理時間は６０分がよい。焼鈍処理を温度７００℃、時間６０分で行えば、銅タングステン材としての焼鈍処理が最適に行え電極外形母体１は確実に焼鈍処理され電極外形母体１の内部に生じた残留応力が確実に除去される。また、電極材料を銅タングステンとすることで純銅等の電極に比べ電極の消耗を低く抑制することができる。

次に焼鈍処理を行った後、真空炉内に液体窒素をガス化して低温の窒素ガスを吹き込む。冷却に液体窒素をガス化して低温の窒素ガスを用いることは、常温まで短時間で冷却できると共に、冷却炉に電極外形母体１を移し変えることなく、すなわち焼鈍の環境を変えることなく焼鈍処理を効率よく行うことができる。そして低温の窒素ガスを吹き込み炉内の温度を急冷却し電極外形母体１を常温に戻す。また、電極外形母体１の急冷却は液体窒素をガス化して窒素ガスを加熱炉内へ吹き込み窒素ガス雰囲気中で行っているので、電極外形母体１を酸化させることもない。また、窒素ガス雰囲気を形成するにあたって液体窒素からガス化すれば窒素の貯蔵容量はガス状で貯蔵するのに比べ小容量で済む。

次に図３に示すように放電部３の上面３ｂに、スタートポイント穴８を穿孔する。図３のＢ部の拡大を図４に示す。このスタートポイント穴８は基準穴４、５を基準にして図４に示すように所定の位置に所定の数だけ形成される。本実施例ではスタートポイント穴８は縦、横に等間隔に形成される。これは後述するワイヤー放電加工によって加工された電極片部によって囲まれた空間（ハニカム成形体のセル空間に相当する）を形成するための下穴である。また、このスタートポイント穴８は機械加工のドリル加工で行われ、ドリルのドリル角（１３０°）の深さまで加工し、更に所定の深さまで所定の穴径の穴を形成する。この工程は上面３ｂの反対側であるくり貫き孔２ｄの天井面（図２に表示）２ｅからも同位置に施され、スタートポイント穴８は貫通穴となる。本実施例ではドリル径は０．９ｍｍでありスタートポイント穴８はほぼ０．９ｍｍに穿孔される。上述の1回目の焼鈍処理以後の上記スタートポイント穴８の穿孔機械加工工程を本実施例ではスタートポイント穴形成工程と称する。そして電極材料から後述するワイヤー放電加工工程前までの上記電極外形母体形成工程とスタートポイント穴形成工程の機械加工工程を本実施例では電極外形体９を形成する電極外形体形成工程と称する。

次にスタートポイント穴８の機械加工を施した後にスタートポイント穴８の機械加工により電極外形体９の内部に生じた残留応力を除去するための２回目の焼鈍処理を行う（第２の焼鈍工程）。この２回目の焼鈍処理は上記１回目の焼鈍処理条件及び急冷却方法と全く同じである。焼鈍処理条件及び急冷却方法は省略する。

次に電極外形体９（外形形状は図１、図２に示す電極母体１と同じ）上面（図２の放電部３の上面３ｂに相当）を研削加工し、この上面を基準にして底面（図２の取付け部２の底面２ｂに相当）を研削加工すると共に、直交する２つ側面（図１の２つの側面２ａに相当）を研削加工し、この２つの側面を基準として反対側の２つの側面を研削加工する。これらの上記研削加工は取り代も少ないので電極外形体９に残留応力は生じない。そして上記基準穴（図３に表示）４、５の仕上げを放電加工により精度良く行う。

次に図５に示すようにスタートポイント穴８内に放電電極用ワイヤー１０（線径０．２ｍｍ）を通しワイヤー放電加工により放電部３の肉材３ｃ（斜線の部分）を順次くり貫き（除去）、所定形状の空間（セル）を形成することにより図６に示すような電極片部１１を形成する。本実施例ではくり貫き空間（電極片部１１で囲まれた空間でハニカム構造体のセルに相当するものでセルより広い）は四角形であるが六角形あるいは他の形状であってもよい。また、本実施例では電極片部１１の厚みは４５ミクロン程度の極薄厚さである。このようなワイヤー放電加工を施すことにより、必要な数の空間（セル）と電極片部１１が形成される。なお、上記ワイヤー放電加工は通常の加工方法であり油中で行われる。

ワイヤー放電加工によって電極片部１１は４５ミクロン程度の厚みに加工されるが、従来の電極作製においては、当該電極片部を加工する際に焼鈍処理がされていないため、残留応力によって当該電極片部が変形し破断したが、本発明作製法では電極片部１１の加工前に機械加工によって生じた残留応力を焼鈍処理によって除去しているため、残留応力による変形破断はなく良好に電極片部１１を形成することができる。以上の工程を経て図７、図８に示すように放電加工用電極Ｙを完成する。

作製された電極Ｙは放電加工機（図示せず）に取り付けられ、被加工体であるハニカム構造体成形用金型のスリット溝（図示せず）を所定の放電加工工程により形成し金型が完成される。電極Ｙによってハニカム構造体成形用金型を放電加工する工程は通常行われている工程である。そして近年ハニカム構造体のセル隔壁が極薄化が要求され、これに対応して成形金型のスリット溝の微小間隙加工が必要とされるが、本発明電極の作製法によって作製された電極Ｙによって必要とされる高品位な成形金型を作製することができる。すなわち、本発明電極の作製法は微小間隙を必要とするスリット溝を高精度に加工できるハニカム構造体成形用金型作製の放電用加工用電極に好適である。

なお、上述の電極の材質は銅タングステンであったが、純銅でもよく、また他の材料でもよいが銅タングステンが電極としての消耗性の点で最もよい。また、焼鈍処理の条件は電極の材質に応じて適宜設定すればよい。また、電極外形体９（電極外形母体１も含む）に施す機械加工は上述の加工に制限されず、他の必要な機械加工を施してもよい。また、電極外形体９の焼鈍処理は電極外形母体形成工程の後、及びスタートポイント穴形成工程の後にそれぞれ１回行っているが、機械加工工程によってはそれぞれの形成工程内で複数回行ってもよく、電極外形体９に施すワイヤー放電加工の前に当該電極外形体９から機械加工による残留応力が除去されていることが必須である。

本発明電極作製法における電極外形母体１の平面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１の電極外形母体に機械加工を施した状態を示す電極外形母体１の平面図である。 図３のＢ部の拡大平面図である。 図４に示す電極外形体９のスタートポイント穴８にワイヤー放電加工を施す状態を示す拡大平面部である。 本発明電極作製法における放電部３の電極片部１１の拡大平面図である。 本発明電極作製法によって作製された放電加工用電極Ｙの平面図である。 図７のＣ−Ｃ線矢視断面図である。

符号の説明

Ｙ 放電加工用電極
１ 電極外形母体
２ 電極外形母体１の取付け部
３ 電極外形母体１の放電部
８ スタートポイント穴
９ 電極外形体
１０ 放電加工用ワイヤー
１１ 放電部３の電極片部

Claims (6)

1. 電極材料から所定の機械加工を施して電極外形体を形成する電極外形体形成工程と、
   前記電極外形体の放電部にワイヤー放電加工によって前記放電部の肉材を除去して所定の肉厚と形状を有する電極片部を形成する電極片部形成工程とを備える放電加工用電極の作製法であって、
   溝幅が１００ミクロン以下の小さいスリット溝を必要とするハニカム構造体成形用金型の作製に用いられ、上記スリット溝の幅よりもさらに小さい肉厚の上記電極片部を有するハニカム構造体成形用金型作製用電極の作製に適用され、
   前記電極外形体形成工程として、
   電極材料から所定の機械加工を施して電極外形母体を形成する電極外形母体形成工程と、
   前記電極外形母体の前記放電部に前記ワイヤー放電加工のためのスタートポイント穴を形成するスタートポイント穴形成工程と、を備え、
   前記電極外形体の残留応力を除去するための焼鈍をする電極外形体焼鈍工程として、
   前記電極片部形成工程の前であって、前記電極外形母体形成工程の後に１回目の焼鈍を行う第１の焼鈍工程と、
   前記電極片部形成工程の前であって、前記スタートポイント穴形成工程の後に２回目の焼鈍を行う第２の焼鈍工程と、を備え、
   前記電極片部形成工程として、
   前記第１の焼鈍工程及び前記第２の焼鈍工程の後に、前記電極外形体の放電部にワイヤー放電加工よって前記放電部の肉材を除去して所定の肉厚と形状を有する電極片部を形成して放電加工用電極を完成させることを特徴とする放電加工用電極の作製法。
2. 前記電極外形体焼鈍工程は、真空中で４５０〜７５０℃、３０〜１２０分で行うことを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電極の作製法。
3. 前記電極材料は銅タングステンであり、前記電極外形体焼鈍工程は、真空中で７００℃、６０分で行うことを特徴とする請求項１又は２記載の放電加工用電極の作製法。
4. 前記電極外形体焼鈍工程は、焼鈍後窒素ガス雰囲気中で急冷却する急冷却工程を備えていることを特徴とする請求項２又は３記載の放電加工用電極の作製法。
5. 前記窒素は液体窒素であり、当該液体窒素をガス化して窒素ガスを前記真空中に吹き込んで急冷却することを特徴とする請求項４記載の放電加工用電極の作製法。
6. 前記溝幅が９０ミクロンであって、前記電極片部の肉厚が４５ミクロン程度である請求項１ないし５のいずれか記載の放電加工用電極の作製法。