JP5195754B2 - 放電表面処理用電極の製造方法、及び放電表面処理用電極 - Google Patents

Description

本発明は、ポーラスな放電表面処理用電極を製造するための製造方法、及びこの製造方法により製造された放電表面処理用電極に関する。

放電エネルギーを利用して放電表面処理を行う際には、ポーラスな放電表面処理用電極が用いられており、特許文献１には、次のような放電表面処理用電極の製造方法が示されている。

即ち、電極材料の粉末につなぎ材としてのワックスを混入して、電極材料の粉末を成形金型内に充填する。次に、プレス装置のラムの押圧力によって成形金型内に充填された電極材料の粉末を圧縮することにより、ポーラスな圧粉体を成形する。更に、熱処理装置の一つである真空炉装置内に圧粉体をセットして、真空炉装置におけるチャンバー内を加熱して、圧粉体に混入したワックスを蒸発させて除去すると共に、真空炉装置におけるチャンバー内を所定の真空度まで排気する。そして、真空炉装置におけるヒータによる輻射熱によって圧粉体を加熱して、圧粉体の電極材料を焼結する。なお、圧粉体の電極材料を焼結する際に、ワックスは圧粉体から蒸発除去される。

以上により、放電表面処理用電極を製造することができる。
ＷＯ９９／５８７４４号公報

しかしながら、圧粉体の電極材料を焼結する際に、真空炉装置におけるヒータによる輻射熱によって圧粉体を加熱しているため、圧粉体の表面を含む表面に近い部分の電極材料の焼結は十分に進行するものの、圧粉体はポーラスであって熱伝導率が小さいため、圧粉体における表面から遠ざかった部分（内部）は温度が低く、電極材料の焼結が進行し難い傾向にある。そのため、厚い放電表面処理用電極を製造する場合にあっては、圧粉体の電極材料の焼結進行度、換言すれば、圧粉体の電極材料の結合力にバラツキが生じて、放電表面処理用電極の品質が安定しない。

そこで、本発明は、前述の課題を解決することができる表面処理用電極の製造方法、及びその製造方法によって製造された放電表面処理用電極を提供することを目的とする。

本発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、放電エネルギーを利用して放電表面処理を行う際に用いられるポーラスな放電表面処理用電極を製造するための製造方法であって、電極材料の粉末を成形金型内に充填する第１製造工程と、前記第１製造工程の終了後に、前記成形金型内に充填された電極材料の粉末を圧縮することにより、ポーラスな圧粉体を成形する第２製造工程と、前記第２製造工程の終了後に、熱処理炉装置におけるチャンバー内に前記圧粉体をセットして、前記チャンバー内に、不活性ガス、水素ガス、及び水素ガスと主成分としての不活性ガスを含む混合ガス、のうちの一つのガスを供給する第３製造工程と、前記第３製造工程の終了後に、前記熱処理炉装置におけるヒータによって加熱されかつ前記圧粉体の立体内部を通過する前記ガスによる対流熱によって前記圧粉体を加熱して、前記圧粉体の電極材料を焼結する第４製造工程と、を備えたことを要旨とする。

なお、電極材料の粉末とは、金属（合金を含む）の粉末、セラミックスの粉末、又はこれらの混合粉末のことをいい、放電表面処理の種類に応じて電極材料の粉末を適宜に選択することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法における第１製造工程と成形金型を説明する図である。 図２は、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法における第２製造工程とプレス装置を説明する図である。 図３は、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法における第３、第４製造工程と熱処理炉装置を説明する図である。 図４は、放電表面処理用電極を用いた表面処理を簡単に説明する図である。 図５は、各種雰囲気下での焼成試験の比較結果を示す図である。

本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。なお、図面中において、「Ｕ」は上方向を指し、「Ｄ」は下方向を指す。

図４に示すように、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極（コーディング・ブロック：ＣＢ）１は、放電エネルギーを利用して放電表面処理を行う際に用いられるポーラスな電極であって、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法によって製造されるものである。また、放電表面処理用電極１は、ステライト合金又はステライト合金を主成分とした金属（以下、ステライト合金等という）により構成されている。放電表面処理用電極１を用いてワーク（被処理物）３の被処理面に対して放電表面処理を行うことにより、耐摩耗性のある保護コート５を形成することができる。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法に使用する成形金型７は、筒状のダイ９を備えており、ダイ９は、電極材料としてのステライト合金等の粉末１１を収容可能なダイ孔９ｈを有している。また、ダイ孔９ｈの上部には、上パンチ１３が上下方向へ移動可能に設けられており、ダイ孔９ｈの下部には、下パンチ１５が上下方向へ移動可能に設けられている。

図２に示すように、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法に使用するプレス装置１７は、上下に対向した上ラム１９と下ラム２１を備えており、上ラム１９は、油圧シリンダ（図示省略）の作動により下ラム２１に対して相対的に上下方向へ移動可能である。なお、上ラム１９と下ラム２１の間に成形金型７を装着することができる。

図３に示すように、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法に使用する熱処理炉装置２３は、チャンバー２５を備えており、チャンバー２５内には、電極材料の粉末１１から成形したポーラスな圧粉体２７をセット可能なセット治具２９が設けられている。また、チャンバー２５の上部には、排気口３１が設けられており、排気口３１は、エアを排気するエア排気系３３に接続されている。更に、チャンバー２５の上部には、供給口３５が設けられており、供給口３５は不活性ガスを供給する不活性ガス供給系３７に接続されている。

チャンバー２５内には、不活性ガスを加熱する複数のヒータ３９が環状に配設されており、チャンバー２５内の天井部には、不活性ガスを循環送風するファン４１が回転可能に設けられており、チャンバー２５の上部中央には、ファン４１を回転させるファンモータ４３が設けられている。また、チャンバー２５内の適宜位置には、不活性ガスを循環送風させるように案内する複数のガイドプレート４５が設けられている。

続いて、本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法について説明する。

本発明の実施形態に係る放電表面処理用電極の製造方法は、放電表面処理用電極１を製造するための製造方法であって、第１製造工程、第２製造工程、第３製造工程、及び第４製造工程を備えている。各製造工程の具体的な内容は、次のようになる。

［第１製造工程］
図１に示すように、電極材料としてのステライト合金等の粉末１１につなぎ材としてのワックスを混入して、電極材料の粉末１１を成形金型におけるダイ９のダイ孔９ｈ内（成形金型７内）に充填する。なお、ステライト合金等の粉末１１代わりに、他の金属（合金を含む）の粉末、セラミックスの粉末、又はこれらの混合粉末を電極材料の粉末として用いても構わない。

［第２製造工程］
図２に示すように、第１製造工程の終了後に、成形金型７をプレス装置１７における上ラム１９と下ラム２１との間に装着する。そして、油圧シリンダの作動により上ラム１９を下ラム２１に対して相対的に下方向へ移動させて、上ラム１９と下ラム２１との加圧力によって成形金型７内に充填された電極材料の粉末１１を圧縮することにより、ポーラスな圧粉体２７を成形する。更に、油圧シリンダの作動により上ラム１９を下ラム２１に対して相対的に上方向へ移動させて、ポーラスな圧粉体２７を成形金型７内から取出す。

［第３製造工程］
図３に示すように、第２製造工程の終了後に、熱処理炉装置２３におけるセット治具２９にポーラスな圧粉体２７をセットする。次に、エア排気系３３によって熱処理炉装置２３におけるチャンバー２５内を所定の真空度まで排気する。そして、不活性ガス供給系３７によってチャンバー２５内に不活性ガスを供給する。この不活性ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、又は窒素ガスのうちのいずれかである。なお、チャンバー２５内に不活性ガスを供給する代わりに、水素ガス、又は水素ガスと主成分としての不活性ガスを含む混合ガスを供給するようにしても構わない。不活性ガスに水素ガスを混合する理由は、チャンバー２５内における圧粉体２７の酸化還元反応を制御するためである。チャンバー２５内に不活性ガスだけを供給した場合、チャンバー２５内の酸素濃度によっては、圧粉体２７は酸化することがある。それを避けるために、不活性ガスに水素を混合することにより、チャンバー２５内の雰囲気を還元性の高い（還元反応を促進する）雰囲気へと変化させることができる。さらに、不活性ガス供給系とチャンバー２５の間に水分や酸素を取り除く高純度装置を入れれば、さらに低温での酸化も防ぐことができる。

［第４製造工程］
第３製造工程の終了後に、加熱して時間をかけて温度を上げ、圧粉体２７に混入したワックスを少しずつ蒸発させて除去する。その際、不活性ガスを供給しながらワックスを含むガスを排気する。ワックスを除去後、焼結温度にまで上げ、熱処理炉装置２３におけるファンモータ４３の駆動によりファン４１を回転させることにより、熱処理炉装置２３におけるヒータ３９によって加熱された不活性ガスをポーラスな圧粉体２７に向かって送風しつつ、チャンバー２５内において循環送風する。これにより、不活性ガスによる対流熱によって圧粉体２７を加熱して、圧粉体２７の電極材料を焼結することができる。

続いて、本発明の実施形態に作用及び効果について説明する。

図５は、各種の雰囲気下で、上記した製造方法を用いて、コーティング・ブロック（放電表面処理用電極）ＣＢを焼成した比較結果を示したものである。図５において、横軸は、コーティング・ブロックＣＢの表面からの深さを距離によって表し、縦軸は、コーティング・ブロックＣＢの電極材料の結合力を平均電気抵抗率変化によって表している。縦軸の数値が大きいほど、電極材料間の結合度が強くなることを意味している。また、四角で表されたグラフは、第３製造工程において、脱脂処理及び焼結処理ともに真空雰囲気下で行った場合の結果を表し、三角で表されたグラフは、第３製造工程において、脱脂処理は不括性ガス雰囲気下で行い、焼結工程は真空雰囲気下で行った場合の結果を表し、丸で表されたグラフは、第３製造工程において、脱脂処理及び焼結処理ともに不活性ガス雰囲気下で行った場合の結果を表している。この図から明らかなように、脱脂処理及び焼結処理ともに不活性ガス雰囲気で行う場合が、電極材料の結合力がコーディング・ブロックＣＢの内部まで均一になることがわかる。つまり、脱脂処理及び焼結処理ともに不活性ガス雰囲気で行う場合、放電表面処理用電極の電極材料の結合力のばらつきが小さくなることがわかる。

ポーラスな圧粉体２７の電極材料を焼結する際に、ヒータ３９によって加熱された不活性ガスをポーラスな圧粉体２７に向かって送風しつつ、チャンバー２５内において循環送風することにより、ポーラスな圧粉体２７の内部を通過する不活性ガスによる対流熱によって圧粉体２７を加熱しているため、圧粉体２７の電極材料の化学反応を十分に抑えた上で、圧粉体２７における表面に近い部分（圧粉体２７の表面を含む）の電極材料の焼結だけでなく、圧粉体２７における表面から遠ざかった部分（内部）の電極材料の焼結も十分に進行する。

従って、本発明の実施形態によれば、圧粉体２７における表面に近い部分の電極材料の焼結だけでなく、圧粉体２７における表面から遠ざかった部分（内部）の電極材料の焼結も十分に進行するため、厚い放電表面処理用電極１を製造する場合であっても、圧粉体２７の電極材料の焼結進行度、換言すれば、圧粉体２７の電極材料の結合力にバラツキをなくして、放電表面処理用電極１の品質を十分に向上させることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、圧粉体における表面に近い部分の電極材料の焼結だけでなく、圧粉体における表面から遠ざかった部分の電極材料の焼結も十分に進行するため、厚い放電表面処理用電極を製造する場合であっても、圧粉体の電極材料の焼結進行度、換言すれば、圧粉体の電極材料の結合力にバラツキをなくして、放電表面処理用電極の品質を十分に向上させることができる。

Claims (5)

1. 放電エネルギーを利用して放電表面処理を行う際に用いられるポーラスな放電表面処理用電極を製造するための製造方法であって、
   電極材料の粉末を成形金型内に充填する第１製造工程と、
   前記第１製造工程の終了後に、前記成形金型内に充填された電極材料の粉末を圧縮することにより、ポーラスな圧粉体を成形する第２製造工程と、
   前記第２製造工程の終了後に、熱処理炉装置におけるチャンバー内に前記圧粉体をセットして、前記チャンバー内に、不活性ガス、水素ガス、及び水素ガスと主成分としての不活性ガスを含む混合ガス、のうちの一つのガスを供給する第３製造工程と、
   前記第３製造工程の終了後に、前記熱処理炉装置におけるヒータによって加熱されかつ前記圧粉体の立体内部を通過する前記ガスによる対流熱によって前記圧粉体を加熱して、前記圧粉体の電極材料を焼結する第４製造工程と、
   を備えたことを特徴とする放電表面処理用電極の製造方法。
2. 前記第４製造工程において、前記ヒータによって加熱された前記ガスを前記圧粉体に向かって送風しつつ、前記チャンバー内において循環させることを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理用電極の製造方法。
3. 前記不活性ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、及び窒素ガスのうちの一つであることを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理用電極の製造方法。
4. 前記第３製造工程において、前記チャンバー内に前記圧粉体をセットした後に、前記ガスを供給する前に前記チャンバー内を所定の真空度になるまで排気して、
   前記第４製造工程において、前記チャンバー内を加熱して、前記圧粉体に混入したワックスを蒸発させ除去することを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理用電極の製造方法。
5. 請求項４に記載の放電表面処理用電極の製造方法によって製造された放電表面処理用電極であって、
   平均電気抵抗変化率が立体表面から立体内部の中心まで均一であることを特徴とする放電表面処理用電極。

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