JP6227206B1 - 放電表面処理電極の製造方法および皮膜体の製造方法 - Google Patents

放電表面処理電極の製造方法および皮膜体の製造方法 Download PDF

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Abstract

放電表面処理電極（１）の製造方法は、粉末（２１）を敷き詰めて第１の粉末層（１１）を形成する第１の敷設工程と、第１の粉末層（１１）のうち一部の粉末（２１）同士を結合させる第１の結合工程と、を備える。また、一部の粉末（２１）同士が結合された粉末層の上に粉末（２１）をさらに敷き詰めて第２の粉末層（１２）を形成する第２の敷設工程と、第２の粉末層（１２）のうち一部の粉末（２１）同士を結合させて造粒粉の積層体（２）を形成する第２の結合工程と、を備え、積層体（２）の内部に空孔率が他の領域と異なる領域が形成される。

Description

本発明は、放電表面処理に用いる放電表面処理電極の製造方法および皮膜体の製造方法に関する。
放電表面処理技術には、放電表面処理電極を用いて被加工物の表面に皮膜を形成させるものがある。特許文献１では、型枠の内部で粉末を押し固めた圧粉体、圧粉体を焼結させた焼結体または圧粉体を仮焼結させた仮焼結体が放電表面処理電極に用いられている。放電表面処理電極を用いた放電表面処理技術では、放電表面処理電極を被加工物と対峙させ、放電表面処理電極と被加工物との間で放電現象を発生させる。放電現象の放電爆発力によって放電表面処理電極から粉末が崩れて浮遊する。そして、浮遊した粉末が被加工物の表面で溶融および凝固することで、被加工物の表面に皮膜が形成される。
放電表面処理電極では、放電爆発力によって粉末が崩れる必要がある。そのため、放電表面処理電極は、放電表面処理電極を構成する粉末の間にある程度の距離を設けること、すなわち放電表面処理電極の空孔率を制御することが必要である。
特開２００６−３２２０３４号公報
しかしながら、上記従来の技術で空孔率を制御するためには、固化条件の設定に時間を要するとともに、品質の安定化も難しいという問題があった。なお、固化条件には、型枠の内部に粉末を押し固める圧力の大きさおよび圧力を加える時間が例示される。
また、放電表面処理の処理条件、すなわち放電表面処理に用いられる被加工物の材質および被加工物の表面に形成される膜の膜質に応じて、異なる形状の放電表面処理電極が必要となる場合がある。この場合には、放電表面処理電極の形状に合わせた型枠を製造するか、共通の型枠を用いて製造された放電表面処理電極に対して、後加工を行って所望の形状にする必要がある。そのため、形状に合わせた型枠を製造するコスト、または後加工を行うコストによって、放電表面処理電極の製造コストが増大してしまう。なお、放電表面処理電極に対して行う後加工には、放電加工が例示される。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、製造コストを抑えつつ、安定した品質で空孔率の制御を行うことができる放電表面処理電極の製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、粉末を敷き詰めて第１の粉末層を形成する第１の敷設工程と、第１の粉末層のうち一部の粉末同士を結合させる第１の結合工程と、を備える。また、一部の粉末同士が結合された粉末層の上に粉末をさらに敷き詰めて第２の粉末層を形成する第２の敷設工程と、第２の粉末層のうち一部の粉末同士を結合させて粉末の積層体を形成する第２の結合工程と、を備え、積層体の内部に空孔率が他の領域と異なる領域が形成される。
本発明によれば、型を用いることなく形状自由度が高く、空孔率が自由に設定可能な放電表面処理電極を得ることができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかる放電表面処理電極に用いられる造粒粉の断面図 実施の形態１にかかる放電表面処理電極の製造方法を示すフローチャート 実施の形態１にかかる放電表面処理電極の製造工程を示す図 実施の形態１にかかる放電表面処理電極の一例とその放電表面処理電極を用いた放電表面処理の一例を示す図 実施の形態１にかかる放電表面処理電極の他の例とその放電表面処理電極を用いた放電表面処理の他の例を示す図 実施の形態１にかかる放電表面処理電極のさらに他の例を示す図 実施の形態１の変形例１にかかる放電表面処理電極を示す図 実施の形態１の変形例２にかかる放電表面処理電極を示す図 本発明の実施の形態２にかかる放電表面処理電極の製造方法を示すフローチャート 実施の形態２にかかる放電表面処理電極の製造工程を示す図 本発明の実施の形態３にかかる放電表面処理電極の製造方法を示す図 本発明の実施の形態４にかかる放電表面処理電極を示す図 実施の形態４にかかる放電表面処理電極の製造に用いられる造粒粉を示す断面図
以下に、本発明にかかる放電表面処理電極の製造方法および皮膜体の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電表面処理電極に用いられる造粒粉の断面図である。造粒粉２１は、図１に示すように、複数の金属粉末２１ｍを第１の結合剤２１ｂで結合させてまとめた粉末である。なお、以下の説明において、複数の金属粉末を結合剤で結合させてまとめることを造粒という。
放電表面処理電極を用いた放電表面処理では、放電表面処理電極と被加工物との間に金属粉末２１ｍを浮遊させる。そのため、金属粉末２１ｍの粒径は、放電表面処理電極と被加工物との間隙よりも十分に小さくする必要があり、具体的には粒径が１μｍから１０μｍであることが望ましい。この金属粉末２１ｍを第１の結合剤２１ｂで結合することで、粒径が１５０μｍ以上の造粒粉２１を得る。
実施の形態１にかかる放電表面処理電極の製造工程では、用意した金属粉末の粒径が１μｍから１０μｍであれば第１の結合剤で結合させ、用意した金属粉末の粒径が１０μｍより大きければ、粉砕等の工程によって粒径が１μｍから１０μｍの金属粉末にしてから、第１の結合剤で結合させて、粒径が１５０μｍの造粒粉２１を得る。ここでいう粒径は、Ｄ５０と呼ばれる値で示している。Ｄ５０は、粉末全体の粒度分布から求められる値である。具体的には、粉体をある粒径より大きい粒子とある粒径より小さい粒子との２つに分けて、ある粒径より大きい粒子とある粒径より小さい粒子とが等量となるときのある粒径がＤ５０の値として示される。なお、粒径が１０μｍよりも大きい金属粉末であっても、粉砕して造粒せずに放電表面処理電極の製造に用いてもよい。例えば、粒径が５０μｍの金属粉末を造粒せずに放電表面処理電極の製造に用いることができる場合がある。すなわち、放電表面処理電極の製造に用いられる粉末には、造粒されていない金属粉末も含まれる。
金属粉末２１ｍに用いられる金属には、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、バリウム（Ｂａ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、コバルトクロム（ＣｏＣｒ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）、チタンシリコンカーバイド（ＴｉＳｉＣ）、および硫化モリブデン（ＭｏＳ）が例示される。
第１の結合剤２１ｂは、溶質と溶媒を含んで構成される。第１の結合剤２１ｂの溶質には、パラフィンが例示される。第１の結合剤２１ｂの溶媒には、非水性媒液であるアルコール系またはケトン系の無極性溶媒が例示される。第１の結合剤２１ｂでのパラフィンの含有量は、０．１重量％以上２．０重量％以下であることが望ましい。
粒径が１μｍから１０μｍである金属粉末２１ｍは、そのまま取り扱うと取扱いに注意を必要とするが、第１の結合剤２１ｂで結合させて１５０μｍ以上の造粒粉２１とすることで取り扱いが容易になる。
図２は、実施の形態１にかかる放電表面処理電極１の製造方法を示すフローチャートである。図３は、実施の形態１にかかる放電表面処理電極１の製造工程を示す図である。なお、本願の図面では、後述する第２の結合剤が供給された造粒粉を二重の円で示し、第２の結合剤で結合された造粒粉あるいは焼結または仮焼結された金属粉末をハッチングがされた円で示し、第２の結合剤が供給されていない造粒粉を白抜きの円で示している。
まず、図３に示すプロセスｐ１において、テーブル１０上に造粒粉２１を敷き詰める第１の敷設工程を行う（ステップＳ１）。第１の敷設工程では、テーブル１０上に第１の粉末層１１が形成される。ここでは、粉末である造粒粉２１が敷き詰められるベースにテーブル１０を用いている。次に、図３に示すプロセスｐ２において、結合剤噴射装置３から第１の粉末層１１を構成する造粒粉２１の一部に向けて選択的に第２の結合剤４を噴射させる（ステップＳ２）。これにより、一部の造粒粉２１に第２の結合剤４が供給される。ここで、結合剤噴射装置３には、第２の結合剤４の噴射位置を制御することができる噴射装置であればよく、例えば３Ｄプリンタとも呼ばれる粉末積層造形装置に用いられる噴射装置を適用できる。
また、第２の結合剤４には、噴射時には液状であり、乾燥後は固化する材料が用いられる。なお、造粒粉２１に用いられる第１の結合剤２１ｂと同じ材料のものを第２の結合剤４に用いることが望ましい。また、結合剤噴射装置３から第２の結合剤４を噴射させる場合には、粗大なパラフィンが含まれにくいスプレー噴霧であることが望ましい。噴射後の第２の結合剤４に粗大なパラフィンが含まれていなければ、第２の結合剤４を加熱して乾燥させた場合にパラフィンが異物として残存しにくくなる。
また、第２の結合剤４の噴射は不活性ガス雰囲気または真空環境下で行われることが望ましい。不活性ガスには、窒素、アルゴンおよびヘリウムが例示される。ただし、これらの記載は、大気中で第２の結合剤４が噴射されることを除外するものではない。
次に、図３に示すプロセスｐ３において、加熱装置５で第１の粉末層１１を加熱して、第２の結合剤４を乾燥させる（ステップＳ３）。これにより、第１の粉末層１１のうち第２の結合剤４が供給された場所で造粒粉２１が結合される。ステップＳ３での第２の結合剤４の噴射とステップＳ４での第２の結合剤４の乾燥とで、第１の粉末層１１のうち第２の結合剤４が供給された造粒粉２１同士を結合させる第１の結合工程が行われる。
加熱装置５に用いる熱源の種類については、特に、限定されるものではない。造粒粉２１の比抵抗は、金属粉末２１ｍよりも非常に高い。そのため、ステップＳ３における加熱において、電子ビームに例示される電気的熱源ではなく、ヒータに例示される電気的ではない熱源あるいはレーザに例示される光源を加熱装置５に用いる熱源にしてもよい。
次に、図３に示すプロセスｐ４において、第１の粉末層１１の上に造粒粉２１をさらに敷き詰める第２の敷設工程を行う（ステップＳ４）。第２の敷設工程では、第１の粉末層１１の上に第２の粉末層１２が形成される。
次に、図３に示すプロセスｐ５において、結合剤噴射装置３から第２の粉末層１２を構成する造粒粉２１の一部に向けて選択的に第２の結合剤４を噴射させる（ステップＳ５）。これにより、一部の造粒粉２１に第２の結合剤４が供給される。図２に示すように、ステップＳ５では、第２の結合剤４が供給される面積が第１の粉末層１１よりも少なくなっている。すなわち、第２の粉末層１２では、第１の粉末層１１よりも結合される造粒粉２１が少なくなっている。
次に、図３に示すプロセスｐ６において、加熱装置５で第２の粉末層１２を加熱して、第２の結合剤４を乾燥させる（ステップＳ６）。これにより、第２の粉末層１２のうち第２の結合剤４が供給された場所で造粒粉２１が結合される。ステップＳ５での第２の結合剤４の供給とステップＳ６での第２の結合剤４の乾燥とで、第２の粉末層１２のうち第２の結合剤４が供給された造粒粉２１同士を結合させる第２の結合工程が行われる。なお、第２の結合工程では、第２の粉末層１２のうち第２の結合剤４が供給された造粒粉２１が、第１の粉末層１１とも結合される。これにより、複数の造粒粉２１が結合された積層体２が得られる。この後、第２の敷設工程および第２の結合工程を繰り返すことで、所望の厚さの積層体２が得られる。
次に、図３に示すプロセスｐ７において、積層体２をテーブル１０上から移動させて、結合されていない造粒粉２１を除去する（ステップＳ７）。なお、積層体２をテーブル１０から取り外しやすいように、第１の粉末層１１に第２の結合剤４を噴射した際に、テーブル１０に接する造粒粉２１には第２の結合剤４を到達させていない。これにより、テーブル１０に接する造粒粉２１によって形成される領域が、テーブル１０と結合しない非結合領域となるため、積層体２の取り外しが容易となる。なお、テーブル１０に接する造粒粉２１に供給する第２の結合剤４の量を、それよりも上層に積層される造粒粉２１に供給する第２の結合剤４の量よりも少量に抑えてもよい。この場合には、テーブル１０に接する造粒粉２１のテーブル１０への結合力が、それよりも上層での造粒粉２１同士の結合力よりも低く抑えられる。これにより、テーブル１０に接する造粒粉２１によって形成される領域が、テーブル１０への結合力が抑えられた低結合領域となり、積層体２の取り外しの容易化を図ることができる。
次に、結合されていない造粒粉２１が除去された積層体２を高温炉に投入して、第１の結合剤２１ｂを昇華させ、金属粉末２１ｍを焼結または仮焼結させる投入工程を行うことで、放電表面処理電極１が得られる（ステップＳ８）。
以上説明した製造方法で製造された放電表面処理電極１では、第２の結合剤４が供給される位置を制御することで、第１の粉末層１１および第２の粉末層１２において結合される造粒粉２１の割合を異ならせることが可能となる。これは、第１の粉末層１１および第２の粉末層１２において結合されない造粒粉２１の割合、すなわち第１の粉末層１１で形成される領域と第２の粉末層１２で形成される領域とで空孔率を異ならせることができると換言できる。
図３に示した例では、第１の粉末層１１で結合される造粒粉２１の割合よりも第２の粉末層１２で結合される造粒粉２１の割合を低くしている。すなわち、第１の粉末層１１よりも第２の粉末層１２で空孔率を高くしている。このように、本実施の形態１にかかる放電表面処理電極１の製造方法では、放電表面処理電極１の内部に空孔率が他の領域とは異なる領域を形成することができる。また、より初期に積層される第１の粉末層１１で空孔率を低くすることで、積層体２の形成初期において積層の安定化を図ることができる。なお、第１の粉末層１１で空孔率を高くし、第２の粉末層１２で空孔率を低くしても構わない。
また、所望の位置にある造粒粉２１を結合させることができるので、第２の結合剤４が供給される位置を異ならせることで、放電表面処理電極１を様々な形状で製造することができる。したがって、圧粉体を形成して放電表面処理電極を製造する場合のように、異なる形状の放電表面処理電極に合わせた型枠を製造する必要がない。また、後加工によって放電表面処理電極を所望の形状にするに必要がない。したがって、形状に合わせた型枠を製造するコスト、または後加工を行うコストを削減することで、放電表面処理電極の製造コストを抑制することができる。なお、これらの記載は、実施の形態１にかかる放電表面処理電極１に対して後加工を行って放電表面処理電極１の形状を加工することを排除するものではない。
なお、室温では固体であって融点が１００℃以下である材料を第２の結合剤４に用いた場合には、造粒粉２１に噴射された第２の結合剤４は融点以下の温度環境下であれば自然に固化して、造粒粉２１同士を結合させることができる。そのため、室温では固体であって融点が１００℃以下である材料を第２の結合剤４に用いた場合には、ステップＳ３およびステップＳ６の加熱工程を省略しても造粒粉２１同士を結合させることができる。
また、第１の粉末層１１に用いられる造粒粉２１と第２の粉末層１２に用いられる造粒粉２１とで、含まれる金属粉末２１ｍの材料を異ならせてもよい。もちろん、第２の敷設工程と第２の結合工程を繰り返す場合にも、積層される粉末層ごとに造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍの材料を異ならせてもよい。
また、造粒粉２１自体が第１の結合剤２１ｂを含んでいるので、ステップＳ２およびステップＳ５における第２の結合剤４の噴射を省略して、敷き詰められた造粒粉２１の一部を加熱して造粒粉２１に含まれる第１の結合剤２１ｂを溶融させてもよい。この場合には、溶融した第１の結合剤２１ｂが冷却されて再度固化することで造粒粉２１同士が結合される。
また、放電表面処理電極１を用いた放電表面処理によって被加工物に形成される皮膜に要求される条件によっては、ステップＳ８における高温炉への積層体２の投入を省略することができる。高温炉への投入を省略することで、第１の結合剤２１ｂおよび第２の結合剤４が昇華されずに放電表面処理電極１にパラフィンが残存する。パラフィンが残存する放電表面処理電極１を用いて放電表面処理を行った場合には、被加工物に形成される皮膜にパラフィンが混在する可能性がある。すなわち、被加工物に形成される皮膜にパラフィンが混在しても構わない場合には、ステップＳ８における高温炉への積層体２の投入を省略することができる。
また、放電表面処理に適した粒径、すなわち１μｍから１０μｍの金属粉末２１ｍは、濡れ性の影響によって所望の位置で第２の結合剤４によって結合させることが困難である。そのため、ステップＳ１およびステップＳ４で敷き詰められる粉末には粗粒化された造粒粉２１を用いている。しかしながら、濡れ性の影響を無視することができる条件下であれば、造粒粉２１ではなく造粒されていない金属粉末を放電表面処理電極に用いられる粉末としてそのまま敷き詰めるようにしても構わない。濡れ性の影響を無視することができる条件下には、濡れ性の影響の少ない粒径の金属粉末を用いて製造された放電表面処理電極１であっても、放電表面処理によって被加工物に皮膜を形成できる場合が例示される。例えば、粒径が５０μｍの金属粉末をそのまま敷き詰めて放電表面処理電極１を製造できる場合がある。
次に、空孔率が異なる領域を有する放電表面処理電極１を用いた放電表面処理について説明する。図４は、実施の形態１にかかる放電表面処理電極１の一例とその放電表面処理電極１を用いた放電表面処理の一例を示す図である。図４に示す放電表面処理電極１は、図示を省略する放電表面処理装置に放電表面処理電極１を取り付けるための治具５０に接着されている。また、放電表面処理電極１は、被加工物１５０と対峙するように設けられている。治具５０は、放電表面処理電極１と被加工物１５０との間に放電現象を発生させるための通電部であり、導電性の材料で形成される。治具５０に用いられる導電性の材料には、金属、合金または導電性セラミックスが例示される。
また、放電表面処理電極１は、治具５０側から被加工物１５０に向けて第１の領域２０、第２の領域３０、第３の領域４０の順に複数の領域が積層されている。放電表面処理電極１における空孔率は、治具５０に近い領域ほど小さくなっている。すなわち、第３の領域４０の空孔率よりも第２の領域３０の空孔率のほうが小さく、第２の領域３０の空孔率よりも第１の領域２０の空孔率のほうが小さくなっている。
プロセスｐ１１で治具５０に電圧を印加することで、放電表面処理電極１にも電圧が印加されて、放電表面処理電極１と被加工物１５０との間で放電現象が発生する。放電現象の発生によって、最も表層である第３の領域４０から粉末が崩れて、プロセスｐ１２で示すように、被加工物１５０に第１の皮膜１４０が形成される。次に、プロセスｐ１３で示すように、第２の領域３０、第１の領域２０と順次粉末が崩れて、被加工物１５０に第２の皮膜１３０および第３の皮膜１２０が形成される。これにより、被加工物１５０に皮膜が形成された皮膜体が得られる。
図４に示す放電表面処理電極１では、最も表層である第３の領域４０では空孔率が高いことで放電発生の起点が分散されるため、放電表面処理電極１に電圧が印加された際に放電現象が開始しやすくなっている。
また、空孔率の高い領域に由来して形成される皮膜は皮膜密度が低くなり、空孔率の低い領域に由来して形成される皮膜は皮膜密度が高くなる。すなわち、放電表面処理電極１において空孔率を制御することで、被加工物１５０に形成される皮膜の皮膜密度を制御することが可能となる。ここで、図４のプロセスｐ１３で示す第１の皮膜１４０は主に放電表面処理電極１の第３の領域４０に由来して形成され、第２の皮膜１３０は主に放電表面処理電極１の第２の領域３０に由来して形成され、第３の皮膜１２０は主に放電表面処理電極１の第１の領域２０に由来して形成されている。したがって、第１の皮膜１４０の皮膜密度よりも第２の皮膜１３０の皮膜密度のほうが高く、第２の皮膜１３０の皮膜密度よりも第３の皮膜１２０の皮膜密度のほうが高くなっている。
また、第１の領域２０、第２の領域３０および第３の領域４０のそれぞれで用いられる金属粉末２１ｍの材料を異ならせれば、被加工物１５０に形成される第１の皮膜１４０、第２の皮膜１３０および第３の皮膜１２０を構成するそれぞれの材料も異ならせることができる。すなわち、放電表面処理電極１における領域ごとの空孔率および金属粉末２１ｍの材料を制御することで、被加工物１５０に形成される皮膜の膜質を容易に制御することが可能となる。
また、第１の領域２０のように空孔率の低い領域が崩れて皮膜が形成される間は、放電表面処理電極１と被加工物１５０との間に金属粉末２１ｍが多く存在する環境を作り出すことができるため、放電表面処理効率を向上させることができる。
次に、領域ごとに空孔率を異ならせた放電表面処理電極１を用いた放電表面処理の他の例について説明する。図５は、実施の形態１にかかる放電表面処理電極１の他の例とその放電表面処理電極１を用いた放電表面処理の他の例を示す図である。図５に示す放電表面処理電極１は、治具５０に接着されている。また、放電表面処理電極１は、被加工物１５０と対峙するように設けられている。
図５に示す放電表面処理電極１では、放電表面処理電極１の製造工程における造粒粉２１の積層方向に垂直な方向に空孔率が異なる領域を有する。具体的には、紙面左方となる領域に空孔率が低い第１の領域２０を有し、紙面右方となる領域に空孔率が高い第２の領域３０を有する。
図５に示すプロセスｐ２１において治具５０に電圧を印加して、プロセスｐ２２において放電現象によって形成される皮膜は、被加工物１５０の面方向に沿って膜質の異なる領域を有する。具体的には、主に第１の領域２０に由来して紙面左方に形成される第１の皮膜２２０は、主に第２の領域３０に由来して紙面右方に形成される第２の皮膜２３０よりも皮膜密度が高く、厚さも大きい。
このように、造粒粉２１の積層方向と垂直な方向に空孔率が異なる領域を有する放電表面処理電極１を用いれば、被加工物１５０の面方向に沿って皮膜の膜質を異ならせることができる。また、造粒粉２１の積層方向と垂直な方向に空孔率が異なる領域を有する放電表面処理電極１も、図２および図３に示した製造方法であれば、結合させる造粒粉２１の位置を制御することで容易に製造することができる。なお、放電表面処理電極１が他の領域と空孔率が異なる領域を有していればよく、例えば造粒粉の積層方向と造粒粉の積層方向と垂直な方向の両方で空孔率が異なる領域を有するようにしてもよい。
次に、領域ごとに空孔率を異ならせた放電表面処理電極１のさらに他の例について説明する。図６は、実施の形態１にかかる放電表面処理電極１のさらに他の例を示す図である。図６に示す放電表面処理電極１は、図示を省略する放電表面処理装置に放電表面処理電極１を取り付けるための治具５０に接着されている。
図６に示す放電表面処理電極１は、表面に凹部を有する形状となっている。空孔率が互いに異なる第１の領域２０、第２の領域３０および第３の領域４０も、表面側に凹部２３を有する形状で形成される。なお、治具５０の直接接触していない第２の領域３０および第３の領域４０は、全体としてＶ字形状となっている。このように空孔率が同じ領域が造粒粉２１の積層方向でずれた放電表面処理電極１も、結合する造粒粉２１の位置を制御することで、容易に製造することができる。
次に、実施の形態１の変形例１にかかる放電表面処理電極１について説明する。図７は、実施の形態１の変形例１にかかる放電表面処理電極１を示す図である。本変形例１にかかる放電表面処理電極１では、放電表面処理電極１の製造工程において治具５０に放電表面処理電極１を結合させている。具体的には、図３に示した製造工程において、テーブル１０に代えて治具５０上に造粒粉２１を敷き詰めて直接第１の粉末層１１を形成する。このように、本変形例１では、粉末である造粒粉２１が敷き詰められるベースに治具５０を用いている。また、図３に示したプロセスｐ２において、第１の粉末層１１のうち治具５０に接する造粒粉２１にも第２の結合剤４を到達させることで、造粒粉２１と治具５０とを結合させている。
このように、図７に示す放電表面処理電極１は、放電表面処理装置に放電表面処理電極１を取り付けるための治具５０に予め結合されている。ここで、放電表面処理電極１は、ある程度の空孔率を持たせて形成されるため脆性という特徴を有する。そのため、放電表面処理電極１を治具５０に接着するために直接把持した場合には、その把持力によって放電表面処理電極１が破壊されてしまう可能性がある。一方、本変形例１によれば、放電表面処理電極１が治具５０に結合されて形成されるので、治具５０を把持して放電表面処理電極１を取り扱うことができる。したがって、本変形例１にかかる放電表面処理電極１では、把持することによる放電表面処理電極１の破壊を防ぐことができる。また、放電表面処理電極１は、大型化によって脆性が増すためそのままでは取り扱いが困難になるが、本変形例１によれば予め放電表面処理電極１が治具５０に支持された状態で形成されるので取扱いが容易になる。そのため、放電表面処理電極１の大型化を図ることが可能となる。
次に、実施の形態１の変形例２にかかる放電表面処理電極１について説明する。図８は、実施の形態１の変形例２にかかる放電表面処理電極１を示す図である。本変形例２にかかる放電表面処理電極１では、放電表面処理電極１の製造工程において治具５０上に設けられたサポート部５１に放電表面処理電極１を結合させている。
具体的には、図３に示した製造工程において、テーブル１０に代えてサポート部５１上に造粒粉２１を敷き詰めて直接第１の粉末層１１を形成する。このように、本変形例２では、粉末である造粒粉２１が敷き詰められるベースにサポート部５１を用いている。また、図３に示したプロセスｐ２において、第１の粉末層１１のうちサポート部５１に接する造粒粉２１にも第２の結合剤４を到達させることで、造粒粉２１とサポート部５１とを結合させている。
サポート部５１は、変形例１で示した放電表面処理電極１と同様に、粉末の敷設工程と粉末の結合工程を治具５０上で繰り返して治具５０上に直接形成してもよい。また、メタル溶射法およびスパッタリング法をはじめとする別の方法で形成してもよい。また、別途用意したサポート部５１を治具５０に接着して、治具５０上にサポート部５１を形成してもよい。
また、治具５０上にサポート部５１を形成してからサポート部５１上に放電表面処理電極１を形成してもよいし、放電表面処理電極１をサポート部５１上に形成してから、サポート部５１を治具５０に接着してもよい。
このように、治具５０と放電表面処理電極１との間にサポート部５１を設けることで、治具５０の材料と放電表面処理電極１に用いられる金属粉末２１ｍの材料との相性不一致があった場合に、両材料との相性がよい材料でサポート部５１を形成すれば、治具５０と金属粉末２１ｍとの相性を取り持つことが可能となる。異なる材料間の相性の不一致には、チタンとアルミニウム合金との間で生じるガルバニック腐食が例示される。
また、放電表面処理電極１のうち実際の放電表面処理では不要となる部分にサポート部５１を配することで、放電表面処理電極１の製造に用いる粉末材料を削減して製造コストの抑制を図ることができる。また、図８に示すように、サポート部５１に突部５１ａを設けることで、放電表面処理に必要な部分だけで形成された形状に放電表面処理電極１を近付けることができる。したがって、放電表面処理電極１の製造に用いる粉末材料をより一層削減することができる。
また、本変形例２によれば、治具５０上に放電表面処理電極１を形成した場合と同様に、サポート部５１または治具５０を把持して放電表面処理電極１を取り扱うことができるので、放電表面処理電極１を把持することによる放電表面処理電極１の破壊を防ぐことができる。また、放電表面処理電極１の大型化を図ることができる。
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２にかかる放電表面処理電極１Ｑの製造方法を示すフローチャートである。図１０は、実施の形態２にかかる放電表面処理電極１Ｑの製造工程を示す図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態２にかかる放電表面処理電極１Ｑの製造方法では、第２の結合剤を用いずに造粒粉２１の一部を選択的に焼結または仮焼結させて造粒粉２１を結合させる。以下に、本実施の形態２にかかる放電表面処理電極１Ｑの製造方法について詳細に説明する。
まず、図１０に示すプロセスｐ３１において、テーブル１０上に造粒粉２１を敷き詰める第１の敷設工程を行う（ステップＳ１１）。第１の敷設工程では、テーブル１０上に第１の粉末層１１が形成される。ここでは、粉末である造粒粉２１が敷き詰められるベースにテーブル１０を用いている。次に、図１０に示すプロセスｐ３２において、加熱装置５で第１の粉末層１１の一部を選択的に加熱する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２では、選択的に加熱された造粒粉２１が焼結温度または仮焼結温度まで熱せられることで、選択的に加熱された造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍ同士が焼結または仮焼結によって結合される。すなわち、ステップＳ１２では、選択的に加熱された造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍ同士を結合させる第１の結合工程が行われる。
なお、本実施の形態２では、ステップＳ１２において金属粉末２１ｍ同士を焼結または仮焼結させているので、造粒粉２１に含まれる第１の結合剤２１ｂがこの時点で昇華する。そのため、ステップＳ１２では、第１の結合剤２１ｂの昇華によって発生するヒュームおよびガスを回収装置で回収することが望ましい。
また、加熱装置５に用いる熱源の種類については、特に、限定されるものではないが、粉末層の一部に選択的にエネルギを投入して焼結温度または仮焼結温度まで高めることのできる熱源である必要がある。このような熱源には、電子ビームまたはレーザを照射する熱源が例示される。ただし、熱源から供給されるエネルギには、金属粉末２１ｍを溶融させるほどの温度に上昇させる強度は必要なく、金属粉末２１ｍが焼結または仮焼結する温度に上昇させる程度の強度でよい。加熱装置５に用いる熱源が、レーザを照射する熱源である場合には、数十から数百ワットのエネルギでよい。加熱装置５に用いる熱源が、電子ビームを照射する熱源である場合には、金属粉末２１ｍが仮焼結する程度の千から三千ワットのエネルギでよい。
ステップＳ１２における造粒粉２１の加熱は、不活性ガス雰囲気または真空環境下で行われることが望ましい。不活性ガスには、窒素、アルゴンおよびヘリウムが例示される。焼結または仮焼結時の金属粉末２１ｍの酸化を防ぐ観点からは、真空環境下で電子ビームの照射によって造粒粉２１の加熱が行われることが望ましい。ただし、これらの記載は、大気中で造粒粉２１の加熱が行われることおよび他の熱源を用いて加熱することを除外するものではない。
次に、図１０に示すプロセスｐ３３において、第１の粉末層１１の上に造粒粉２１をさらに敷き詰める第２の敷設工程を行う（ステップＳ１３）。第２の敷設工程では、第１の粉末層１１の上に第２の粉末層１２が形成される。
次に、図１０に示すプロセスｐ３４において、加熱装置５で第２の粉末層１２の一部を選択的に加熱する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４では、選択的に加熱された造粒粉２１が焼結温度または仮焼結温度まで熱せられることで選択的に加熱された造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍ同士が焼結または仮焼結によって結合される。すなわち、ステップＳ１２では、選択的に加熱された造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍ同士を結合させる第２の結合工程が行われる。また、造粒粉２１に含まれる第１の結合剤２１ｂがこの時点で昇華する。また、図１０に示すように、プロセスｐ３４では、加熱される造粒粉の面積が第１の粉末層１１よりも少なくなっている。
なお、第２の結合工程では、第２の粉末層１２のうち加熱された造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍが、第１の粉末層１１とも結合される。これにより、複数の金属粉末２１ｍが結合された積層体２２２が得られる。この後、第２の敷設工程および第２の結合工程を繰り返すことで、所望の厚さの積層体２２２を得る。
次に、図１０に示すプロセスｐ３５において、積層体２２２をテーブル１０上から移動させて、加熱されていない造粒粉２１を除去する（ステップＳ１５）。なお、積層体２２２をテーブル１０から取り外しやすいように、第１の粉末層１１を加熱する際に、テーブル１０に接する造粒粉２１は加熱していない。これにより、テーブル１０に接する造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍによって形成される領域が、テーブル１０と結合しない非結合領域となるため、積層体２２２の取り外しが容易となる。なお、テーブル１０に接する造粒粉２１に投入するエネルギを、それよりも上層に積層される造粒粉２１に投入するエネルギよりも低く抑えてもよい。この場合には、テーブル１０に接する造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍのテーブル１０への結合力が、それよりも上層での造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍ同士の結合力よりも低く抑えられる。これにより、テーブル１０に接する造粒粉２１によって形成される領域が、テーブル１０への結合力が抑えられた低結合領域となり、積層体２２２の取り外しの容易化を図ることができる。
本実施の形態２では、ステップＳ１２およびステップＳ１３、すなわち第１の結合工程および第２の結合工程において、第１の結合剤２１ｂを昇華させるとともに金属粉末２１ｍを焼結または仮焼結させているので、パラフィンが残存していない放電表面処理電極１Ｑとして積層体２２２をそのまま用いることができる。したがって、実施の形態１のような高温炉への投入工程が不要となる。これにより、放電表面処理電極１を製造する製造設備の簡素化および製造工程の簡素化を図ることができる。
以上説明した製造方法で製造された放電表面処理電極１Ｑでは、加熱される造粒粉２１の位置を制御することで、第１の粉末層１１および第２の粉末層１２において結合される金属粉末２１ｍの割合を異ならせることが可能となる。これは、放電表面処理電極１Ｑにおいて、第１の粉末層１１で形成される領域と第２の粉末層１２で形成される領域とで空孔率を異ならせることができると換言できる。
図１０に示した例では、第１の粉末層１１で加熱される造粒粉２１の割合よりも第２の粉末層１２で加熱される造粒粉２１の割合を低くしている。すなわち、第１の粉末層１１よりも第２の粉末層１２で空孔率を高くしている。このように、本実施の形態２にかかる放電表面処理電極１Ｑの製造方法では、放電表面処理電極１の内部に空孔率が他の領域と異なる領域を形成することができる。また、より初期に積層される第１の粉末層１１で空孔率を低くすることで、積層体２２２の形成初期において積層の安定化を図ることができる。なお、第１の粉末層１１で空孔率を高くし、第２の粉末層１２で空孔率を低くしても構わない。
また、所望の位置にある造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍを結合させることができるので、加熱する位置を異ならせることで、放電表面処理電極１Ｑを様々な形状で製造することができる。したがって、圧粉体を形成して放電表面処理電極を製造する場合のように、異なる形状の放電表面処理電極に合わせた型枠を製造する必要がない。また、後加工によって放電表面処理電極を所望の形状にするに必要がない。したがって、形状に合わせた型枠を製造するコスト、または後加工を行うコストを削減することで、放電表面処理電極の製造コストを抑制することができる。なお、これらの記載は、実施の形態２にかかる放電表面処理電極１Ｑに対して後加工を行って放電表面処理電極１Ｑの形状を加工することを排除するものではない。
なお、第１の粉末層１１に用いられる造粒粉２１と第２の粉末層１２に用いられる造粒粉２１とで、含まれる金属粉末２１ｍの材料を異ならせてもよい。もちろん、第２の敷設工程と第２の結合工程を繰り返す場合にも、積層される粉末層ごとに造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍの材料を異ならせてもよい。
また、ステップＳ１１およびステップＳ１３において、造粒粉２１ではなく金属粉末２１ｍをそのまま敷き詰めるようにしても構わない。この場合であっても、加熱装置５による選択的加熱によって、所望の位置で金属粉末２１ｍを焼結または仮焼結させて、金属粉末２１ｍ同士を結合させることができる。また、金属粉末２１ｍをそのまま敷き詰めた場合には、加熱時の第１の結合剤２１ｂの昇華がない。そのため、第１の結合剤２１ｂの昇華によって発生するヒュームおよびガスを回収する回収装置が不要となる。
なお、本実施の形態２かかる放電表面処理電極１Ｑの製造方法で、上記実施の形態１の図４、図５、図６で示した空孔率が制御された放電表面処理電極１Ｑを製造し、その放電表面処理電極１Ｑで放電表面処理を行ってももちろん構わない。この場合にも、上記実施の形態１での説明と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態２かかる放電表面処理電極１Ｑの製造方法で、上記実施の形態１の図７および図８で示したように、治具５０またはサポート部５１上に放電表面処理電極１Ｑを形成してもよい。この場合にも、上記実施の形態１での説明と同様の効果を得ることができる。
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３にかかる放電表面処理電極１Ｒの製造方法を示す図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。図１１に示すプロセスｐ４１からプロセスｐ４５では、所望のパターン形状で造粒粉２１をテーブル１０または第１の粉末層１１上に供給する。そして、所望のパターン形状で形成された造粒粉２１を加熱装置５で加熱して、造粒粉２１に含まれる第１の結合剤２１ｂの再溶融後の固化あるいは造粒粉２１に含まれる金属粉末２１ｍの焼結または仮焼結によって、造粒粉２１同士を結合または金属粉末２１ｍ同士を結合させる。なお、造粒粉に向けて第２の結合剤を噴射して造粒粉同士を結合させてもよい。これにより、放電表面処理電極１Ｒが得られる。本実施の形態３では、所望のパターンの形状を異ならせることで、他の領域と空孔率の異なる領域を有する放電表面処理電極１Ｒを得ることができる。図１１に示す例では、第１の粉末層１１で形成される領域よりも、第２の粉末層１２で形成される領域のほうが、空孔率が高くなっている。
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４にかかる放電表面処理電極１Ｓを示す図である。本実施の形態４では、第１の粉末層１１に用いられる造粒粉２１の粒径ｄ１と、第２の粉末層１２に用いられる造粒粉３１の粒径ｄ２とを異ならせている。具体的には、造粒粉２１の粒径ｄ１よりも造粒粉３１の粒径ｄ２のほうが大きくなっている。そして、粒径の大きい造粒粉３１が敷き詰められた第２の粉末層１２によって形成される領域のほうが、第１の粉末層１１によって形成される領域よりも空孔率を高くすることができる。
なお、詳細な図示は省略するが、造粒粉３１も複数の金属粉末が第１の結合剤で結合されてまとめられている。また、本実施の形態４でも第１の粉末層１１を形成し、その第１の粉末層１１で造粒粉２１を結合し、第１の粉末層１１の上に第２の粉末層１２を形成し、その第２の粉末層１２で造粒粉３１を結合することが行われる。また、第１の粉末層１１での造粒粉２１の結合と、第２の粉末層１２での造粒粉３１の結合は、上記他の実施の形態で説明したように、第２の結合剤４の供給による結合であってもよいし、造粒粉に含まれる第１の結合剤の再溶融後の固化による結合であってもよいし、熱源からのエネルギ供給による焼結または仮焼結による結合であってもよい。
図１３は、実施の形態４にかかる放電表面処理電極１Ｓの製造に用いられる造粒粉２２を示す断面図である。図１３に示す造粒粉２２は、造粒粉２１の周囲にバインダ膜４１が形成されている。造粒粉２２では、バインダ膜４１に膜厚を異ならせることで造粒粉２２の粒径を異ならせることができる。このように、バインダ膜４１の膜厚を異ならせることで粒径を異ならせた造粒粉２２を用いて、図１２に示す放電表面処理電極１Ｓを製造してもよい。特に、バインダ膜４１の膜厚が大きいほど、造粒粉２２が敷き詰められた場合の造粒粉２１同士の距離が離れる。したがって、バインダ膜４１の厚さによって放電表面処理電極１Ｓの空孔率を制御することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１，１Ｑ，１Ｒ，１Ｓ 放電表面処理電極、２，２２２ 積層体、３ 結合剤噴射装置、４ 第２の結合剤、５ 加熱装置、１０ テーブル、１１ 第１の粉末層、１２ 第２の粉末層、２０ 第１の領域、２３ 凹部、３０ 第２の領域、４０ 第３の領域、５０ 治具、５１ サポート部、５１ａ 突部、２１，２２，３１ 造粒粉、２１ｂ 第１の結合剤、２１ｍ 金属粉末、１２０ 第３の皮膜、１３０ 第２の皮膜、１４０ 第１の皮膜、１５０ 被加工物、２２０ 第１の皮膜、２３０ 第２の皮膜。

Claims (11)

  1. 粉末を敷き詰めて第１の粉末層を形成する第１の敷設工程と、
    前記第１の粉末層のうち一部の粉末同士を結合させる第１の結合工程と、
    一部の前記粉末同士が結合された粉末層の上に前記粉末をさらに敷き詰めて第２の粉末層を形成する第２の敷設工程と、
    前記第２の粉末層のうち一部の粉末同士を結合させて前記粉末の積層体を形成する第２の結合工程と、を備え、
    前記積層体の内部に空孔率が他の領域と異なる領域が形成されることを特徴とする放電表面処理電極の製造方法。
  2. 前記第１の結合工程および前記第２の結合工程において、結合させる前記粉末に向けて選択的に結合剤を噴射することを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理電極の製造方法。
  3. 前記積層体を高温炉に投入して前記粉末同士を焼結または仮焼結させる投入工程をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の放電表面処理電極の製造方法。
  4. 前記第１の結合工程および前記第２の結合工程において、結合させる前記粉末を選択的に加熱することを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理電極の製造方法。
  5. 前記加熱によって、前記粉末同士が仮焼結または焼結されることを特徴とする請求項４に記載の放電表面処理電極の製造方法。
  6. 前記粉末は、金属粉末と結合剤が混合された造粒粉末であり、
    前記加熱によって前記結合剤が溶融され、溶融された前記結合剤がその後固化することを特徴とする請求項４に記載の放電表面処理電極の製造方法。
  7. 前記第１の粉末層は、ベースの上に敷き詰められ、
    前記第１の結合工程において、前記第１の粉末層と前記ベースとが結合されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の放電表面処理電極の製造方法。
  8. 前記第１の粉末層は、ベースの上に敷き詰められ、
    前記第１の粉末層のうち前記ベースと接する領域は、前記ベースと結合しない非結合領域または前記ベースへの結合力が他の領域での前記粉末同士の結合力よりも抑えられた低結合領域となることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の放電表面処理電極の製造方法。
  9. 前記積層体は、前記粉末の積層方向に空孔率が異なる領域を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の放電表面処理電極の製造方法。
  10. 前記積層体は、前記粉末の積層方向と垂直な方向に空孔率が異なる領域を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の放電表面処理電極の製造方法。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の放電表面処理電極の製造方法で製造された放電表面処理電極を被加工物と対峙させる工程と、
    前記放電表面処理電極に電圧を印加して前記放電表面処理電極と前記被加工物との間に放電現象を発生させて前記被加工物に皮膜を形成する工程とを備えることを特徴とする皮膜体の製造方法。
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