JPH09290326A - 炭素電極 - Google Patents

炭素電極

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JPH09290326A
JPH09290326A JP13093896A JP13093896A JPH09290326A JP H09290326 A JPH09290326 A JP H09290326A JP 13093896 A JP13093896 A JP 13093896A JP 13093896 A JP13093896 A JP 13093896A JP H09290326 A JPH09290326 A JP H09290326A
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JP
Japan
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carbon
electrode
electric discharge
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discharge machining
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JP13093896A
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English (en)
Inventor
Yoshiyuki Uno
義幸 宇野
Akira Okada
晃 岡田
Hiroto Nakanishi
洋人 中西
Jiyounei Kaku
常寧 郭
Takashi Takagi
俊 高木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電加工時の電極消耗を抑制でき,かつ高い
精度で工作物を放電加工できる,炭素電極を提供する。 【解決手段】 堆積成長した熱分解炭素からなる炭素電
極7である。炭素電極は,熱分解炭素の堆積成長する面
と直角をなす面を放電加工用の電極面71としている。
また,柱状の炭素基材2と,該炭素基材の周囲に年輪状
に形成された熱分解炭素の堆積層1とからなる炭素電極
であって,炭素電極は,炭素基材の半径方向21に切断
した切断面を放電加工用の電極面としていてもよい。炭
素基材は,例えば,カーボンファイバーである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は,炭素電極に関し,特に放電加工
における電極消耗を抑制できる熱分解炭素電極に関す
る。
【0002】
【従来技術】放電加工において高精度加工を実現するた
めには,放電加工に用いる電極の消耗を抑えることが重
要である。電極消耗の低減は,油加工液の熱分解によっ
て生ずるカーボン(炭素)や,飛散した工作物材料の電
極端面への付着によって可能となることはよく知られて
いる。これは,耐熱性の大きい熱分解炭素による保護作
用によると報告されている(西村ら: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,鈴木ら:放電加工における電
極低消耗の研究(第1報),電気加工学会誌,26,5
2(1992)47)。そして,適切な条件での放電加
工では,電極無消耗の加工も可能である。
【0003】
【解決しようとする課題】しかしながら,熱分解炭素の
付着現象は,放電加工におけるパルス幅が比較的長い領
域においてのみ見られるものである(斉藤ら:放電加工
のしくみと100%活用法,技術評論社(1979)5
8)。そして,精度の要求される仕上げ加工の条件下,
即ち,パルス幅の短い領域においては,このような現象
はみられず,電極無消耗加工は不可能である。
【0004】本発明はかかる従来の問題点に鑑み,放電
加工時の電極消耗を抑制でき,かつ高い精度で工作物を
放電加工できる,炭素電極を提供しようとするものであ
る。
【0005】
【課題の解決手段】請求項1の発明は,堆積成長した熱
分解炭素からなる炭素電極であって,上記炭素電極は,
上記熱分解炭素の堆積成長する面と直角をなす面を放電
加工用の電極面としていることを特徴とする炭素電極で
ある。
【0006】次に,請求項1の発明の作用効果について
説明する。本発明の炭素電極は,堆積成長した熱分解炭
素からなる。この熱分解炭素は,その堆積成長する面と
直角をなす半径方向に対しては電気抵抗が高いが,その
堆積成長する面に沿った軸方向に対しては電気抵抗が低
い。
【0007】そのため,熱分解炭素の堆積成長する面と
直角をなす面を,放電加工用の電極面とすることによ
り,熱分解炭素の堆積成長する面に沿って電流が集中し
て流れる。従って,本発明の炭素電極によれば,放電加
工時の電極消耗を抑制できる。
【0008】この場合,炭素電極の電気比抵抗の異方比
(熱分解炭素の堆積層の面に対して垂直の半径方向/熱
分解炭素の堆積層の軸方向)が70以上であることが好
ましい。これにより,更に電極消耗を抑制できる。ま
た,本発明の炭素電極を用いて放電加工した場合には,
パルス幅の長短に拘わらず,工作物の表面を平滑に仕上
げることができる。
【0009】次に,請求項2の発明は,柱状の炭素基材
と,該炭素基材の周囲に年輪状に形成された熱分解炭素
の堆積層とからなる炭素電極であって,上記炭素電極
は,上記炭素基材の半径方向に切断した切断面を放電加
工用の電極面としていることを特徴とする炭素電極であ
る。
【0010】次に,請求項2の発明の作用効果について
説明する。本発明の炭素電極においては,具体的には柱
状の炭素基材の周囲に,熱分解炭素の堆積層が年輪状に
形成されている。該堆積層は,その半径方向に対しては
電気抵抗が高いが,その軸方向に対しては電気抵抗が低
い。そのため,炭素電極の半径方向に切断した切断面を
放電加工用の電極面とすることにより,堆積層の軸方
向,即ち電極の長手方向に電流が集中して流れる。従っ
て,本発明の炭素電極によれば,放電加工時の電極消耗
を抑制できる。この場合も,上記と同様に,炭素電極の
電気比抵抗の異方比が70以上であることが好ましい。
また,本発明の炭素電極を用いて放電加工した場合に
は,パルス幅の長短に拘わらず,工作物の表面を平滑に
仕上げることができる。
【0011】次に,請求項3の発明のように,上記炭素
基材は,例えば,カーボンファイバーである。カーボン
ファイバーは複数本を束状にして用いてもよいし,カー
ボンファイバーのフィラメント1本でもよい。更にカー
ボンファイバーは黒鉛の結晶が発達したもの,あるいは
未発達のものでもよいが,好ましくは黒鉛の結晶が発達
したものがよい。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態例にかかる炭素
電極について,図1〜図12を用いて説明する。本例の
炭素電極7は,図1に示すごとく,柱状の炭素基材2
と,該炭素基材2の周囲に年輪状に形成された熱分解炭
素の堆積層1とからなる。炭素電極7は,炭素基材2の
半径方向21に切断した切断面を放電加工用の電極面7
1としている。
【0013】堆積層1は,層状体と,円柱状体とを混成
したものである。層状体は,図2に示すごとく,炭素基
材2の表面に軸方向に堆積,生成したものである。円柱
状体は,図3に示すごとく,炭素基材2の表面,又は炭
素基材2の表面に固定された気相分解生成物が核とな
り,この核を中心として堆積,生成したものである。な
お,図2及び図3は上記堆積層1を形成する際の状態を
示しており,両図に示す符号3は,後述する熱分解炭素
の前駆体及びキャリアガスのガス状部分を示している。
【0014】上記炭素電極の製造方法について説明す
る。まず,直径5μmのカーボンファイバー(図7に見
られる円柱状物)を束ねて,直径約1mmの束を作成
し,柱状の炭素基材とした。化学電着法(CVD法)に
より,炭素基材の束の半径方向に,熱分解炭素の堆積層
を年輪状に成長させた。
【0015】上記化学電着法を行なうに当たっては,横
型管状炉中で炭素基材を1700℃の高温に熱しなが
ら,その中へ1,2─ジクロルエチレンを,キャリアガ
スとしてのアルゴンガスとともに送った。これにより,
図4に示すごとく,横型管状炉の上流部分に位置する炭
素基材2の表面に,熱分解炭素の堆積層1が年輪状に堆
積した。
【0016】次いで,図4に示す矢印線6に沿って,炭
素基材2を,その半径方向21,即ち堆積層1の軸方向
22と直角をなす方向に切断した。これにより,図1に
示すごとく,その切断面に,年輪状の熱分解炭素の堆積
層1が現れた。堆積層1の半径方向21の厚みは2.5
mmであり,その中心部に位置する炭素基材2の直径は
1mmであった。これにより,直径6mmの炭素電極7
を得た。
【0017】電子顕微鏡により熱分解炭素の堆積層を観
察したところ,図1に示すごとく,炭素基材2の周囲に
年輪状に形成された層構造を有する熱分解炭素の堆積層
1が見られた。堆積層1の成長方向は,柱状の炭素基材
2の半径方向21であった。このことは,図6に示す断
面のSEM写真からも明らかである。同図に見られるご
とく,中心部の白色部分が炭素基材であり,その周囲に
年輪状の層構造を形成している部分が熱分解炭素の堆積
層である。そして,図8に示すごとく,各堆積層の間に
は,図中の黒色部分に見られるように,隙間が生じてい
た。
【0018】次に,本例の炭素電極,及び比較例の電極
の各種物性について測定した。図5に示すごとく,比較
例の電極9は黒鉛焼成体からなり,直径6mmの円柱状
体である。まず,炭素電極の比重,比抵抗,熱伝導率に
ついて測定した。その結果を表1に示した。
【0019】表1,図1より知られるように,炭素電極
の電気比抵抗の異方比(堆積層の半径方向/堆積層の軸
方向)は71であり,堆積層1の軸方向22の電気抵抗
が,堆積層1の半径方向21に比べて著しく低かった。
また,炭素電極7の熱伝導率は,堆積層1の軸方向22
においては,堆積層1の半径方向21に対して,著しく
高かった。また,本例の炭素電極の比重は,比較側の電
極の比重より大きく,緻密であった。
【0020】
【表1】
【0021】次に,トランジスタスイッチング式の放電
加工機において炭素電極の半径方向に切断した切断面を
放電加工用の電極面として用い,この電極面から工作物
(炭素工具鋼SK3)に向けて放電させた。放電条件
は,表2に示した。
【0022】
【表2】
【0023】次に,放電時におけるパルス幅を変化させ
たときの電極の消耗率を測定した。電極の消耗率は,加
工前後の電極長さの変化により算出した。その結果を図
9に示した。同図より知られるように,パルス幅が30
μs以下,特に8μs以下と短い領域では,比較例の電
極を用いた場合,電極消耗量Wは約20%以上とかなり
大きくなった。これに対して,本例の炭素電極は,W=
1%以下となり,炭素電極はほとんど消耗しなかった。
【0024】これは,比較例の電極よりも,本例の炭素
電極の方が,加工液の熱分解により発生したカーボンが
電極の端面に付着しやすく,カーボンの被覆によって電
極の消耗が抑制されるためであると考えられる。更に,
炭素基材の周囲に年輪状に形成された熱分解炭素自身の
放電による消耗も小さい。そして,これらが相乗的に作
用し合って,放電加工時の電極消耗を極力小さく抑制し
ているものと考えられる。
【0025】次に,放電時におけるパルス幅を変化させ
たときの,工作物の加工面における表面粗さを測定し
た。その結果を図10に示した。同図より知られるよう
に,本例及び比較例のいずれも,パルス幅の増加ととも
に表面粗さは大きくなり,100μsにおいて再び小さ
くなる。パルス幅が短い場合には,本例の炭素電極を用
いた方が,比較例に比べて工作物の表面粗さが小さくな
った。そして,前述の図9に示した電極消耗率とあわせ
て考慮すると,本例の炭素電極は,工作物の仕上げ工程
において,非常に有効であると考えられる。
【0026】次に,放電加工に使用した後の炭素電極を
観察した。放電加工のパルス幅は,8μsであり,その
他の条件は,表2に示した条件と同様である。加工後の
炭素電極の電極面及び角部の表面状態を,図11に示し
た。同図より知られるように,比較例の電極面には,黒
鉛組織(白色部分)が現れているだけであるのに対し,
本例の電極面には工作物及び加工液であるケロシンが熱
分解されて発生したカーボンの付着(白色部分)が多く
認められた。これは,パルス幅の短い領域において電極
消耗が小さくなることと対応している(図9参照)。
【0027】また,炭素電極の角部においては,比較例
の角部は消耗して丸くなっているのに対し,本例の角部
は角が残っている。この理由として,炭素電極の消耗量
が小さいだけでなく,炭素電極の比抵抗及び熱伝導率が
半径方向と軸方向とで大きく異なり低比抵抗,高熱伝導
率の方向に放電が集中したためであると考えられる。
【0028】しかし,本例の炭素電極では,図12に示
すごとく,放電加工使用後の電極に,欠陥が確認され
た。同図より,電極の中心部分に大きな窪みが生じてい
ることがわかる。この部分は,カーボンファイバー(炭
素基材)の消耗が大きかったためにできたものと考えら
れる。また,電極の角部では,層状に剥がれていること
ろもみられた。これは,熱分解炭素の堆積層の構造上,
層と層との結合力が弱いため,放電の衝撃によって剥が
れたものであると考えられる。
【0029】以上の結果より,本例の炭素電極は,比較
例に比べて,パルス幅の短い仕上げ加工条件において表
面粗さが小さくなり,電極消耗率も小さく抑制できる。
また,電極の比抵抗と熱伝導率の異方性による影響で電
極角部の消耗を抑制できるため,高精度放電加工が可能
であることが明らかになった。
【0030】また,カーボンファイバーの様な線状体に
熱分解炭素を堆積させる他に,平坦なカーボン板等の上
に熱分解炭素を板状に堆積させ,その堆積成長する面と
直角をなす面を放電加工用の電極面として用いても上記
の円柱状の熱分解炭素より成る電極と同様の作用効果が
得られる。その製造条件(原料,温度,時間等)も,同
じ条件で問題はなく,得られた板状体の熱分解炭素の物
性値,電極消耗率,工作物の表面粗さもほぼ同じ値であ
った。放電加工用の電極として,放電面が角形状,長方
形状,波状,その他自由形状のものを加工,又は作成す
る上では熱分解炭素を板状に堆積させる方が,円柱状に
堆積させるものよりも都合がよく,好ましい。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば,放電加工時の電極消耗
を抑制でき,かつ高い精度で工作物を放電加工できる,
炭素電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例における炭素電極の斜視図。
【図2】実施形態例における,熱分解炭素の堆積層を形
成する際の層状構造を示す説明図。
【図3】実施形態例における,熱分解炭素の堆積層を形
成する際の円柱状構造を示す説明図。
【図4】実施形態例における,炭素電極の製造方法を示
す説明図。
【図5】比較例の電極の斜視図。
【図6】実施形態例における,炭素電極の電極面を表
す,熱分解炭素の堆積層の結晶構造を示す,走査型電子
顕微鏡(SEM)による図面代用写真(倍率35倍)。
【図7】実施形態例における,炭素電極の電極面を表
す,熱分解炭素の堆積層の結晶構造を示す,走査型電子
顕微鏡(SEM)による図面代用写真(倍率1500
倍)。
【図8】実施形態例における,炭素電極の電極面を表
す,熱分解炭素の堆積層の結晶構造を示す,走査型電子
顕微鏡(SEM)による図面代用写真(倍率150
倍)。
【図9】実施形態例及び比較例の電極についての,放電
加工におけるパルス幅と電極消耗率との関係を示す図。
【図10】実施形態例及び比較例の電極についての,放
電加工におけるパルス幅と,放電加工に使用後の工作物
の表面粗さとの関係を示す図。
【図11】実施形態例及び比較例の,放電加工使用後に
おける電極面及び角部の結晶構造を示す,走査型電子顕
微鏡(SEM)による図面代用写真(倍率;電極面50
0倍,角部150倍)。
【図12】実施形態例の炭素電極についての,中心部分
と角部の結晶構造を示す,走査型電子顕微鏡(SEM)
による図面代用写真(倍率;中心部分35倍,角部15
0倍)。
【符号の説明】 1...熱分解炭素の堆積層, 2...炭素基材, 7...炭素電極, 71...電極面,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 洋人 兵庫県相生市矢野町下田290 (72)発明者 郭 常寧 岡山県岡山市中井町1−2−32 (72)発明者 高木 俊 岐阜県大垣市青柳町300番地 イビデン株 式会社青柳工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 堆積成長した熱分解炭素からなる炭素電
    極であって,上記炭素電極は,上記熱分解炭素の堆積成
    長する面と直角をなす面を放電加工用の電極面としてい
    ることを特徴とする炭素電極。
  2. 【請求項2】 柱状の炭素基材と,該炭素基材の周囲に
    年輪状に形成された熱分解炭素の堆積層とからなる炭素
    電極であって,上記炭素電極は,上記炭素基材の半径方
    向に切断した切断面を放電加工用の電極面としているこ
    とを特徴とする炭素電極。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において,上記炭素基材
    は,カーボンファイバーであることを特徴とする炭素電
    極。
JP13093896A 1996-04-25 1996-04-25 炭素電極 Pending JPH09290326A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007537565A (ja) * 2004-05-12 2007-12-20 エスゲーエル カーボン アクチエンゲゼルシャフト 電熱還元炉用の黒鉛電極とその製造方法

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