JP5862852B2

JP5862852B2 - 絶縁性ジルコニアの放電加工方法及び梨地面を有する絶縁性ジルコニアの製造方法

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Publication number: JP5862852B2
Application number: JP2011075906A
Authority: JP
Inventors: 大助東; 山根　隆志; 隆志山根; 康福澤; 山下　健; 健山下; 大生花岡; 潤星野
Original assignee: Towa Corp; Nagaoka University of Technology
Current assignee: Towa Corp; Nagaoka University of Technology
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012206244A

Description

本発明は、絶縁性ジルコニアの放電加工方法及び梨地面を有する絶縁性ジルコニアの製造方法に関するものである。

一般に放電加工は、加工油中で金属等の導電性の被加工物に導電性の工具電極を非接触状態に近接させ、この被加工物と工具電極との間に電圧を印加することで、極間の狭いギャップに短い周期で繰り返されるアーク放電を生じさせ、被加工物を加熱、溶解、除去することで行われる。

しかし、従来、放電加工が行えるのは金属等の導電性を有する材料に限られ、セラミックス等の絶縁材料や、炭化シリコンなどの半導体材料等の非導電性材料では電気的な導通がよくないため放電加工は不可能とされてきた。

これに対し、本発明者らは、被加工物であるセラミックスの表面に導電性材料を密着若しくは蒸着させ、この被加工物と工具電極との間に電圧を印加して放電加工を行う補助電極法を提案した（特許文献１）。

この特許文献１の方法は、絶縁性材料や半導体材料のような非導電性材料の被加工物の被加工面に導電性材料（以下、この被加工物に設けた導電性材料を補助電極といい、これを用いた特許文献１の方法を補助電極法という。）を設けて加工油に浸漬し、工具電極をこの補助電極に非接触状態で対置させ、この工具電極と補助電極との間に電圧を印加することで、被加工物の表面の一部を融解し、この融解と加工油の冷却作用による再凝固とを繰り返すことで被加工物への放電加工を可能としたものである。

詳細には、この放電加工の初期には、工具電極と補助電極との間で行われる放電により、工具電極に対向する補助電極（導電性材料）の一部分が溶解される（補助電極の除去過程）。次いで、更に放電加工が進むと、被加工物の加工表面から補助電極が除去され、加工部分が絶縁物である被加工物の部分に達するが、この加工中に加工油や被加工物が分解して生じた炭化物が、除去された導電性材料に代わって導電性の炭化膜を形成するようになる。この新たに形成された導電性の炭化膜と、被加工物表面上の除去されずに残った補助電極との間で導通が維持できるようになるため、補助電極と工具電極との間で放電が維持され放電加工が可能になる。

特許第３２４１９３６号公報

ところが、この補助電極法を用いて被加工物の絶縁性ジルコニアに所定の表面粗さの梨地面を施す場合、具体的には、概ね100mm^２以上の面積を有する被加工面に対し、この被加工面の面積と同形状の工具電極を用いてＺ軸方向にのみ工具電極を移動して放電加工を行うと（これを単軸加工という。）、この被加工面の表面粗さが不均一になったり、また、一定以下の表面粗さを得ることが非常に困難となったりし、一様な梨地面が得られないという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みなされたもので、被加工物である絶縁性ジルコニアに対する大面積の放電加工を行う際、表面粗さを低減し且つ均質な加工表面を得ることのできる、絶縁性ジルコニアの放電加工方法及び梨地面を有する絶縁性ジルコニアの製造方法を提供することを目的とする。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

被加工物１たる絶縁性ジルコニアの放電加工方法であって、前記被加工物１の表面には導電性材料が設けられ、また、この放電加工に用いる工具電極２は、前記被加工物１との対置面に複数のスリット３が設けられ、また、この放電加工中に前記工具電極２を揺動させるとともに、前記被加工物１の被加工面５に対して平行に移動させ、前記移動により前記工具電極２と前記被加工面５との間及び前記スリット３から加工屑を排出し、更に、前記揺動により前記スリット３により形成される前記被加工面５の筋状の加工跡を除去し、前記被加工物１たる絶縁性ジルコニアの被加工面５の性状を良好にすることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法に係るものである。

また、請求項１記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記スリット３は、スリット幅が0.01mm〜1.0mmであると共に前記工具電極２の移動方向に対して0°〜75°の角度であり、前記対置面を横断するように設けられていることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記スリット３の間隔は同一であることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記揺動は、前記被加工面５に対して平行方向への揺動であることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法に係るものである。

また、請求項１〜４いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記放電加工は加工油中で行われることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法に係るものである。

また、請求項１〜５いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記導電性材料は金属、炭素、炭化物若しくは導電性高分子であることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法に係るものである。

また、請求項１〜６いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記導電性材料は薄板、薄膜若しくは網目材であることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法に係るものである。

また、放電加工により梨地面が形成された被加工物１たる絶縁性ジルコニアを製造する方法であって、前記被加工物１の表面には導電性材料が設けられ、また、この放電加工に用いる工具電極２は、前記被加工物１との対置面に複数のスリット３が設けられ、また、この放電加工中に前記工具電極２を揺動させるとともに、前記被加工物１の被加工面５に対して平行に移動させ、前記移動により前記工具電極２と前記被加工面５との間及び前記スリット３から加工屑を排出し、更に、前記揺動により前記スリット３により形成される前記被加工面５の筋状の加工跡を除去し、前記被加工物１たる絶縁性ジルコニアに梨地面を形成することを特徴とする梨地面を有する絶縁性ジルコニアの製造方法に係るものである。

本発明は上述のようにしたから、絶縁性ジルコニアを大面積で放電加工しても、この工具電極を揺動させながら移動させることで、放電加工により生じた加工屑等が工具電極の対置面に設けられたスリットから速やかに排出されるため、加工表面は表面粗さが低減し且つ均質となる。

本実施例に係る工具電極を用いた放電加工の説明図である。本実施例に係る実験１の加工特性を示すグラフである。本実施例に係る実験２の加工特性を示すグラフである。

被加工物１たる絶縁性ジルコニアの表面に、例えば、金属、炭素、炭化物及び導電性高分子等からなる導電性材料を設け、この被加工物１に放電加工用の工具電極２を対置させた状態で、例えば、加工油に浸漬して放電すると、発生する熱によって被加工物が溶解して除去されて被加工物が加工される（補助電極法）。

詳細には、この放電によって、例えば、加工油や被加工物１が熱分解して炭化物を生じ、この炭化物が被加工物１の表面に導電性の炭化膜を形成するため、被加工物１が絶縁性材料の場合にも放電が維持されて放電加工が可能になる。

この補助電極法を用いることによって被加工物１たる絶縁性ジルコニアに対して放電加工を行うことが可能になったが、被加工面５と同じ断面形状を有する工具電極２を用いる従来方法では、被加工面５の面積が増加するに従い、被加工物５と工具電極２との間に加工屑や加工油から生成される炭化物が発生し滞留することで表面粗さが悪化し若しくは被加工面が不均一になりやすい。

そこで、例えば、工具電極２を板状に形成して、この工具電極２を被加工物１の被加工面５に対して平行に移動させながら放電加工すると（被加工面５と同じ断面形状を有する工具電極２とせず、小さい工具電極２を移動させて放電加工すると）、加工屑等がこの工具電極２と被加工物１の被加工面５との間から排出し易くなって、被加工面５の表面粗さを低減できることになり、更に、工具電極２の対置面に細長い溝、即ち、スリット３を設けると、この加工屑等がスリット３から排出されるため一層表面粗さを低減できることになる。

しかし、この加工では工具電極２の対置面に設けたスリット３とスリット３を設けない部分との境界部分が工具電極２を移動することによって被加工面５に筋状の加工跡を形成してしまうが、この放電加工中に工具電極２を揺動させると、この筋状の加工跡が除去され、均質な加工面となる。

従って、本発明は、被加工物との対置面に複数のスリットが設けられた工具電極を揺動させながら移動させることで、このスリットから放電加工によって生じた加工屑などの排出が促進され、よって表面粗さが低減し且つ均質な加工表面に加工できることになる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、被加工物１たる絶縁性ジルコニアの放電加工方法であって、この放電加工に用いる工具電極２は、前記被加工物１との対置面に複数のスリット３が設けられ、また、この放電加工中に前記工具電極２を揺動させると共に、前記被加工物１の被加工面５に対して平行に移動させることで前記被加工物１たる絶縁性ジルコニアの加工表面の性状を良好にすることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法である。

本実施例は、放電加工装置（図示せず）に、図１に示す板状の工具電極２を装着し、被加工物１たる絶縁性ジルコニアを補助電極法によって放電加工する方法であり、工具電極２を被加工物１の被加工面５に設けた補助電極に対置させ、この被加工面５に沿って平行に移動させて放電加工を行うことで、工具電極２の対置面の面積より大きい大面積を加工している。

この放電加工に用いる工具電極２は、被加工物１との対置面に複数のスリット３が同一ピッチで設けられており、この複数のスリットの夫々は、スリット幅が0.01mm〜1.0mm且つ工具電極２の移動方向に対して0°〜75°の角度であり、対置面を直線状に横断するよう設けられた細長い溝である。

具体的には、本実施例のスリットは、スリット幅が0.2 mmであり、工具電極２の移動方向に対する角度が30°の直線状のスリットであり、工具電極２の対置面に等間隔に設けられている。

また、本実施例の方法は、この工具電極２を放電加工装置に取り付けて揺動させながら移動させる方法であり、この揺動は被加工物１の被加工面５に対して平行方向への揺動である。

本実施例は、この方法及びこの工具電極２を用いて絶縁性ジルコニアの被加工部を放電加工することによって、100mm²以上の面積に対しても表面粗さを低下させることなく、被加工表面を均一な状態の梨地面を形成している。

また、本実施例では、絶縁材料に対する放電加工を行うため補助電極法を採用しており、被加工物１の表面に導電性材料を設けており、この導電性材料は金属、炭素、炭化物若しくは導電性高分子などであり、この導電性材料を薄板、網目材に形成したり、薄膜を蒸着している。

即ち、本実施例は、予め、絶縁性材料である被加工物１の表面に導電性材料を設けて補助電極を形成し、この補助電極に加工用の工具電極２を対置させた状態で加工油中に浸漬し、この補助電極と工具電極２との間に電圧を印加して放電させることで被加工物１を放電加工している。

以上の構成の工具電極２を用いて、被加工物１としての絶縁性ジルコニアに放電加工を行い、被加工物１の被加工面が適正な表面粗さとなることを目標として、工具電極２の走査、スリット形成及び揺動の効果を確認する実験１及び実験２を行った。

1 実験１
1-1 目的
単軸加工を行った際の加工面積の増加に伴う表面加工粗さの変化を調べた。

1-2 実験方法
絶縁性ジルコニアに対して補助電極法を用い、従来と同様のＺ軸方向に加工する
放電加工を行って表面粗さを評価した。工具電極の対置面の面積及び被加工部の面
積は、100〜1600mm^２とした。

1-3 実験結果
結果を図２に示す。

1-4 結論
加工面積が増加するにつれて、被加工面の加工粗さも大きくなって悪化した。特
に、加工面積1600mm^２に対しては、表面加工粗さRaが8.9μmと非常に粗い加工面に
なった。

2 実験２
2-1 目的
工具電極の被加工物との対置面にスリット及び揺動を付与して移動させる加工（
本実施例）による被加工面の表面粗さの改善効果を確認する。

2-2 実験方法
絶縁性ジルコニアに対して、補助電極法を用い、実験１で表面粗さが最大になっ
た加工面積1600mm^２の加工を、（ａ）従来と同じ単軸加工、（ｂ）無スリット工具
電極による移動加工、（ｃ）スリット付き工具電極による揺動且つ移動加工、の三
種類の方法によって行った。

また、本実験の上記（ｃ）の場合、スリット３は、スリット幅0.2mm、スリット
の深さ20mm、スリット本数27本、工具電極の移動方向に対する角度は30°である
。

2-3 実験結果
上記の（ａ）〜（ｃ）による放電加工による夫々の被加工面の表面粗さを図３に
示す。本実施例の（ｃ）によるスリット付き工具電極による揺動移動加工では、従
来の（ａ）の単軸加工に比べ表面粗さを約半減できた。

2-4 結論
板状の工具電極に複数のスリットを設けて、揺動させながら移動加工する本実施
例の有効性を確認した。

以上の実験では、本実施例の有効性を加工面積が1600mm^２まで確認できた。なお、この工具電極２の板厚を変えずに、板幅と移動距離を長くすることで、加工屑などの排出性を維持したまま加工面積を増加することが可能である。

また、本実験では、工具電極に、スリット幅0.2mm、スリット深さ20mmのスリット27本を、工具電極の移動方向に対して30°傾けた角度に設けたが、スリット本数は工具電極の板幅に応じて適宜に設定することができ、また、スリットの深さも電極消耗率に応じて適宜に設定すればよいものである。

従って、より広い面積に対しても表面粗さを低下させることなく、被加工表面を均一な状態の梨地面を形成することが可能となる。

本実施例は、上述のようにしたから、この板状の工具電極２を被加工物１の被加工面５に対して平行に移動させながら放電加工すると、加工屑や炭化物等がこの工具電極２と被加工物１の被加工面５との間から排出し易くなって、被加工面５の表面粗さを低減できることになり、更に、この工具電極２の対置面に設けたスリット３から加工屑などが排出されるため一層表面粗さを低減できることになり、更に、本実施例は、この工具電極２の移動時に揺動させるため、スリット３による筋状の加工跡が除去されるとともに加工屑などを除去する効果もあるため均質な加工面になる。

以上、本実施例は、被加工物との対置面に複数のスリットが設けられた工具電極を揺動させながら移動させることで、このスリットから放電加工によって生じた加工屑などの排出が促進され、よって表面粗さが低減し且つ均質な加工表面に加工できることになる。

１被加工物
２工具電極
３スリット
５被加工面

Claims

被加工物たる絶縁性ジルコニアの放電加工方法であって、前記被加工物の表面には導電性材料が設けられ、また、この放電加工に用いる工具電極は、前記被加工物との対置面に複数のスリットが設けられ、また、この放電加工中に前記工具電極を揺動させるとともに、前記被加工物の被加工面に対して平行に移動させ、前記移動により前記工具電極と前記被加工面との間及び前記スリットから加工屑を排出し、更に、前記揺動により前記スリットにより形成される前記被加工面の筋状の加工跡を除去し、前記被加工物たる絶縁性ジルコニアの被加工面の性状を良好にすることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法。
請求項１記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記スリットは、スリット幅が0.01mm〜1.0mmであると共に前記工具電極の移動方向に対して0°〜75°の角度であり、前記対置面を横断するように設けられていることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法。
請求項１，２いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記スリットの間隔は同一であることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法。
請求項１〜３いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記揺動は、前記被加工面に対して平行方向への揺動であることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法。
請求項１〜４いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記放電加工は加工油中で行われることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法。
請求項１〜５いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記導電性材料は金属、炭素、炭化物若しくは導電性高分子であることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法。
請求項１〜６いずれか１項に記載の絶縁性ジルコニアの放電加工方法において、前記導電性材料は薄板、薄膜若しくは網目材であることを特徴とする絶縁性ジルコニアの放電加工方法。
放電加工により梨地面が形成された被加工物たる絶縁性ジルコニアを製造する方法であって、前記被加工物の表面には導電性材料が設けられ、また、この放電加工に用いる工具電極は、前記被加工物との対置面に複数のスリットが設けられ、また、この放電加工中に前記工具電極を揺動させるとともに、前記被加工物の被加工面に対して平行に移動させ、前記移動により前記工具電極と前記被加工面との間及び前記スリットから加工屑を排出し、更に、前記揺動により前記スリットにより形成される前記被加工面の筋状の加工跡を除去し、前記被加工物たる絶縁性ジルコニアに梨地面を形成することを特徴とする梨地面を有する絶縁性ジルコニアの製造方法。