JPH10225824A - 放電表面処理方法及びその処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理材の材質を問うことなく、金属表面に
良質な硬質表面処理層を形成すること。 【解決手段】 加工液１０中において、Ｔｉ電極２Ａと
回転工具１の間に放電加工用電源１８によりパルス状の
放電を発生させ、比較的放電エネルギーを供給し、表面
処理を行う。この前処理により、回転工具１の表面は僅
かに面が荒れ、かつ、脱炭された状態になる。その後に
コーティング処理を行っても良好なコーティングが得ら
れる。この前処理により、回転工具１の硬度が上がると
共に、本処理においてコーティング材料の付着を良くす
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、改質材料或いは改
質材料の元となる材料からなる電極と被処理材である金
属との間に放電を発生させることにより金属表面に改質
層を形成する放電表面処理方法及びその処理装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】液中放電によって金属材料等の表面をコ
ーティングして、耐食性、耐磨耗性を与える技術は、既
に、特開平６−１８２６２６号公報等で公知となってい
る。この公報に掲載の技術は、ＷＣ（タングステンカー
バイト）とＣｏ（コバルト）の粉末を混合して圧縮成形
した電極で液中放電を行うことにより、その電極材料を
ワークに堆積させる。その後、別の電極、例えば、銅電
極、グラファイト電極等によって、再溶融放電加工を行
い、より高い硬度と高い密着力を得るものである。

【０００３】次に、従来技術について図５を用いて説明
する。図５は従来の被処理材の金属表面に改質層を形成
する放電表面処理方法の説明図である。５１はＷＣ−Ｃ
ｏ（タングステンカーバイド−コバルト）からなる混合
圧粉体で成形した混合圧粉体電極である。５４は被処理
材（Ｓ５０Ｃ）である。５２は銅電極、５５は被処理材
５４の表面に形成したＷＣ−Ｃｏからなる被覆層であ
る。ここで、ＷＣ−Ｃｏからなる混合圧粉体電極５１を
用いて、加工液中で被処理材５４と混合圧粉体電極５１
との間に放電を発生させ、被処理材５４の表面にＷＣ−
Ｃｏを堆積させ、ＷＣ−Ｃｏの堆積物からなる被覆層５
５を堆積加工する一次加工を行う。次いで、Ｃｕ（銅）
電極５２のように、それほど消耗しない電極によって被
処理材５４の表面に堆積されたＷＣ−Ｃｏの被覆層５５
に堆積再溶融加工、即ち、二次加工を行う。特に、一次
加工の被覆層５５の堆積のままでは、組織は硬度もＨｖ
＝１４１０程度であり、また、空洞も多いが、二次加工
の再溶融加工を行うことによって、被覆層５５が堆積し
た被処理材５４の表面に堆積物の空洞が無くなり、その
硬度もＨｖ＝１７５０と向上する。この方法によれば、
被処理材５４がＳ５０Ｃ等の鋼材である場合には、硬
く、しかも、密着度のよい被覆層５５が得られる。しか
しながら、超硬合金のような焼結材料の表面には、強固
な密着力を持った被覆層５５を形成することが困難であ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の放電表面処理方
法は、前述の事例のように、超硬合金のような焼結材料
の表面には、強固な密着力を持った被覆層５５を形成す
ることが困難であり、特に、被処理材５４の種類等によ
っては、良質の被覆層５５が得られなかった。そこで、
本発明は、被処理材の材質が鋼材であるか、超硬合金で
あるかを問うことなく、良好な被覆層を形成できる放電
表面処理装置及び放電表面処理方法の提供を課題とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる放電表
面処理方法は、改質材料の元となる材料を含む改質材料
からなる電極と、被処理材である金属との間に電圧を印
加して、その間に放電を発生させることにより前記被処
理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理方
法において、前記被処理材の表面に改質層を形成する本
処理の前に、予め電極材料、電気条件のうちの１つ以上
を、前記改質層を形成する本処理と異なる条件に設定し
て放電を発生させる前処理を行うものである。

【０００６】請求項２にかかる放電表面処理方法は、前
記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電
極を、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高
硬度の材料を含む材料としたものである。

【０００７】請求項３にかかる放電表面処理方法は、前
記改質材料の元となる材料を含む改質材料からなる電極
を、金属の水素化物の粉体を含む材料で形成したもので
ある。

【０００８】請求項４にかかる放電表面処理方法は、前
記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電
極を、前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理に
使用する電極と同一にしたものである。

【０００９】請求項５にかかる放電表面処理方法は、前
記被処理材の表面に改質層を形成する本処理を、前記被
処理材である金属表面に改質層を形成する堆積加工を行
う一次加工、被処理材の表面に堆積された改質層に堆積
再溶融加工を行う二次加工としたものである。

【００１０】請求項６にかかる放電表面処理装置は、改
質材料の元となる材料を含む改質材料からなる電極と、
被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に
放電を発生させることにより前記被処理材である金属表
面に改質層を形成する放電表面処理装置において、放電
によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料
を含む電極材料を保持し、前記被処理材との間で放電を
行う前処理で使用する前処理用電極保持機構と、前記被
処理材の金属表面に改質層を形成する本処理で使用する
本処理用電極保持機構とを具備するものである。

【００１１】請求項７にかかる放電表面処理装置は、改
質材料の元となる材料を含む改質材料からなる電極と、
被処理材である金属との間に電圧を印加して、その間に
放電を発生させることにより前記被処理材である金属表
面に改質層を形成する放電表面処理装置において、放電
によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料
を含む電極材料を保持し、前記被処理材との間で放電を
行う前処理で使用する前処理用電極保持機構と、前記被
処理材の金属表面に改質層を形成する堆積加工で使用す
る一次加工用電極保持機構と、前記被処理材の金属表面
に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行うのに使用す
る二次加工用電極保持機構とを具備するものである。

【００１２】請求項８にかかる放電表面処理装置は、前
記放電表面処理の前に予め行う放電に使用する前処理電
極を、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高
硬度の材料を含む材料としたものである。

【００１３】請求項９にかかる放電表面処理装置は、前
記改質材料の元となる材料を含む改質材料からなる電極
を、金属の水素化物の粉体を含む材料で形成したもので
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態の
説明において、従来例及び各実施の形態と同一符号及び
記号は従来例及び各実施の形態の構成部分と同一または
相当する構成部分を示すものである。

【００１５】実施の形態１．図１は本発明の第一の実施
の形態の放電表面処理装置の全体の構成を示す構成図で
ある。図において、１は表面処理を施すエンドミルやド
リル等の回転工具、２Ｂは改質層を形成する成分、例え
ば、ＴｉＨ₂ （水素化チタン）系の圧粉体電極で、本発
明を実施する場合には、改質材料或いは改質材料の元と
なる材料からなる電極であり、即ち、改質材料の元とな
る材料を含む改質材料であればよい。２ＡはＴｉ（チタ
ン）電極、３は回転工具１を保持するチャッキング機
構、４Ｂは圧粉体電極２Ｂを保持する本処理用電極保持
機構で、回転工具１と圧粉体電極２ＢとをＺ軸方向に相
対移動させるものである。４ＡはＴｉ電極２Ａを保持す
る前処理用電極保持機構で、回転工具１とＴｉ電極２Ａ
とをＺ軸方向に相対移動させるものである。５は回転工
具１の上下方向、即ち、Ｚ軸方向の移動を行う主軸、６
は回転工具１の回転を行う回転軸（Ｃ軸）、７は回転工
具１と共に主軸５を上下方向に駆動するＺ軸駆動機構、
８は回転軸６を回転させるモータ等からなる回転軸駆動
機構、９は本処理用電極保持機構４Ｂ及び前処理用電極
保持機構４Ａを固定すると共に放電加工用の加工液１０
を収容する加工槽、１１は加工槽９の水平方向（Ｘ方
向）の移動を自在とするＸテーブル、１２は加工槽９の
水平方向（Ｙ方向）の移動を自在とするＹテーブル、１
３はＸテーブル１１用のＸ軸駆動機構、１４はＹテーブ
ル１２用のＹ軸駆動機構、１５はコンピュータ等を内蔵
した制御回路で、通常のＮＣ装置に相当するものであ
る。１７は回転工具１と圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極
２Ａの間の極間電圧または短絡を検出する極間検出回
路、１８は回転工具１と圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極
２Ａとの間で電圧を印加する放電加工用電源である。回
転工具１と圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａとの間
は、回転工具１と圧粉体電極２Ｂの間に放電を発生させ
るとき、回転工具１とＴｉ電極２Ａとの間隔を広くし、
また、回転工具１とＴｉ電極２Ａの間に放電を発生させ
るとき、回転工具１と圧粉体電極２Ｂとの間隔を広く
し、放電に干渉しないようにしている。因に、本実施の
形態の制御回路１５で電極位置を制御する本処理用電極
保持機構４Ｂと前処理用電極保持機構４Ａは、圧粉体電
極２ＢとＴｉ電極２Ａとが同一Ｘ軸線上に位置するよう
に配設されおり、Ｘ軸方向の移動のみで電極の切替えが
可能になっている。

【００１６】まず、本実施の形態の放電表面処理装置の
全体の動作について説明する。チャッキング機構３によ
り保持された回転工具１は、回転軸駆動機構８により回
転軸６と共に回転し、Ｚ軸駆動機構７により主軸５と共
に上下移動を行う。このとき、上下移動と回転は同期し
ており、その同期状態は放電加工される回転工具１の切
刃のねじれ角に沿って圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２
Ａの放電面が移動するように主軸５の移動量、即ち、回
転工具１の軸方向の刃長分の送りに相当するその回転量
が特定され、それが設定されている。主軸プラス方向、
即ち、チャッキング機構３側からエンドミルの先端方向
に移動させるときは逆方向へ回転させることになる。こ
れにより、圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａの放電面
が、回転工具１の外周切刃逃げ面との加工開始前の位置
関係を維持しながら切刃のねじれに沿って外周切刃逃げ
面上を往復移動されることになる。圧粉体電極２Ｂは本
処理用電極保持機構４Ｂ、Ｔｉ電極２Ａは前処理用電極
保持機構４Ａに各々取付けられ、更に、本処理用電極保
持機構４Ｂ及び前処理用電極保持機構４Ａは加工液１０
が満たされた加工槽９内に配設される。極間検出回路１
７は圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａと回転工具１の
位置関係を接触によって検出し、検出された情報は制御
回路１５に送られ、圧粉体電極２ＢまたはＴｉ電極２Ａ
の放電面と回転工具１の外周切刃逃げ面等が互いに対向
するように位置決めする場合に使用される。また、制御
回路１５は処理対象の回転工具１のねじれ角、処理する
刃長、直径、ねじれ刃の情報（右ねじれ、左ねじれ）、
及び、移動速度、移動回数等が入力されると、放電面が
外周切刃逃げ面をなぞるように相対移動させるべく、Ｘ
軸駆動機構１３、Ｙ軸駆動機構１４、Ｚ軸駆動機構７及
び、回転軸駆動機構８を制御して所望の移動動作を回転
工具１に行わせる。

【００１７】このとき、まず、放電部分が加工液１０中
に浸漬された状態で、最初に、Ｔｉ電極２Ａを処理刃面
になぞらせながら、放電加工用電源１８により回転工具
１とＴｉ電極２Ａとの間に電圧を印加して放電を発生さ
せ、回転工具１の外周切刃逃げ面、すくい面等の面あら
さを荒くする。なお、このとき、加工槽９内に設置され
たＴｉ電極２Ａと回転工具１の処理部分を加工液１０に
浸漬させなくても、放電加工部分に加工液１０を吹きか
けながら前述の方法で放電加工することによっても、回
転工具１の外周切刃逃げ面等の面あらさを荒くすること
もできる。なお、放電によって回転工具１の表面の面あ
らさを荒くする処理を、回転工具１の外周切刃逃げ面等
に改質層を形成する処理の前に行うことから、以下、単
に、これを「前処理」という。

【００１８】次に、放電部分が加工液１０中に浸漬され
た状態で、圧粉体電極２Ｂを面あらさが荒くなっている
処理刃面になぞらせながら、放電加工用電源１８により
回転工具１と圧粉体電極２Ｂとの間に電圧を印加して放
電を発生させることにより回転工具１の外周切刃逃げ
面、すくい面に改質層を形成する。なお、加工槽９内に
設置された圧粉体電極２Ｂと回転工具１の処理部分を加
工液１０に浸漬させなくても、放電加工部分に加工液１
０を吹きかけながら前述の方法で放電加工することによ
っても、回転工具１の外周切刃逃げ面等に改質層を形成
することができる。なお、放電によって被処理材である
回転工具１の表面に改質層を形成する処理を、以下、単
に、「本処理」という。

【００１９】次に、本実施の形態の放電表面処理装置に
よる表面処理について詳述する。まず、前処理において
は、加工液１０中において、Ｔｉ電極２Ａと回転工具１
の間に放電加工用電源１８によりパルス状の放電を発生
させている。この放電加工用電源１８は通常の放電加工
用の所望の放電エネルギーを供給するパルス電流を発生
する電源でよい。放電の加工条件は、例えば、Ｔｉ電極
２Ａを負極性とし、コンデンサ放電等の比較的放電エネ
ルギーの小さな条件が好適である。即ち、前処理におい
ては、Ｔｉ電極２Ａを用いて比較的小さなエネルギーの
放電を発生させて表面処理を行う。この前処理により、
回転工具１の表面は僅かに面が荒れる。また、回転工具
１が超硬合金の場合には、超硬合金中のＷＣ（タングス
テンカーバイド）が脱炭された状態になる。一般に、表
面処理のように硬質材料の表面にコーティングを行う場
合、母材表面が僅かに面あらさが荒くなり、脱炭される
と良好なコーティング膜が形成される。本実施の形態に
おけるＴｉ電極２Ａ等の電極で比較的小さなエネルギー
条件で放電加工を行うと、そのような面の状態が得られ
る。ただし、発明者等の実験によると、Ｔｉ電極２Ａの
代わりにＣｕ（銅）電極を使用すると、荒れ及び脱炭さ
れた面は得られるものの、その後にコーティング処理を
行っても良好なコーティングが得られないことが確認さ
れている。

【００２０】前処理に使用する電極は、発明者等の実験
によると、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ
（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の高硬度な炭化物を生
成する材料が良好であることが判明している。これらの
材料の電極を用いて加工液１０中で放電加工を行うと加
工液（油）１０中の成分である炭素と反応し、炭化物を
生成する。これらの金属の炭化物は、高硬度セラミック
スにも使用される材料であることから判断できるよう
に、安定しており、かつ、硬度が高い。例えば、Ｔｉ
（チタン）の炭化物であるＴｉＣ（炭化チタン）はビッ
カース硬度でＨｖ２５００〜３２００程度の硬度であ
り、また、Ｖ（バナジウム）の炭化物であるＶＣ（炭化
バナジウム）はビッカース硬度でＨｖ２５００〜３１０
０の硬度である。

【００２１】このような、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジ
ウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の材料か
らなる電極で前処理を行うことにより、前処理の際の放
電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処理
材としての回転工具１に僅かではあるがコーティングさ
れる。この前処理により、回転工具１の硬度が上がると
共に、本処理においてコーティング材料の付着を良くす
ることができる。また、回転工具１のような被処理材の
表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが
行い易くなる。

【００２２】前処理を行った後、ＴｉＨ₂ （水素化チタ
ン）系の圧粉体電極２Ｂと回転工具１の間に放電を発生
させ、回転工具１の表面処理を行う。即ち、本処理を行
う。ＴｉＨ₂ 系の圧粉体電極２Ｂとしては、ＴｉＨ₂ を
ベースとし、ＴｉＢ₂ （ホウ化チタン）、ＴｉＮ（窒化
チタン）、ＴｉＣ（炭化チタン）、Ｖ（バナジウム）、
ＶＣ（炭化バナジウム）等の粉末を混合して成形し、圧
粉体としたものである。本処理により、ＴｉＨ₂ 系の圧
粉体電極２Ｂ中の成分であるＴｉＢ₂ 、ＴｉＮ、及び、
ＴｉＨ₂ 中のＴｉが加工液１０と反応してできたＴｉＣ
（炭化チタン）が回転工具１にコーティングされる。

【００２３】本処理において金属の水素化物をベースに
した圧粉体電極２Ｂを使用することによって、次のよう
な効果を奏する。即ち、金属の水素化物は一般的に不安
定であり、数百度の温度で分解して水素を放出する。こ
のため、金属の水素化物をベースにした電極で放電を行
うと分解した水素が被処理材としての回転工具１の表面
をクリーニングする。また、金属の水素化物をベースに
した電極は放電の熱で容易に崩れるため、コーティング
のスピードが速くなる。このように、改質材料の元とな
る材料を含む改質材料からなる電極を、金属の水素化物
の粉体を含む材料で形成した圧粉体電極２Ｂとしたもの
では、被処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問
わず良好な改質層をすばやく均一に金属表面形成するこ
とができる。また、金属の水素化物は一般的に不安定
で、数百度の温度で分解して水素を放出するから、金属
の水素化物をベースにした電極で放電を行うと分解した
水素が被処理材としての回転工具１の表面をクリーニン
グすることができる。

【００２４】図２は第一の実施の形態の放電表面処理装
置によって前処理を行った場合の寿命関係を示す表図で
ある。図２は超硬合金であるスローアウェイチップに本
実施の形態による放電表面処理装置によって表面処理を
施したもの、及び表面処理を施していないものとの比較
を図表に示したものである。ここで、表面処理を施して
いない市販の状態のスローアウェイチップの寿命を
「１」とし、本実施の形態による放電表面処理装置によ
って表面処理を施したことにより、寿命が何倍になった
かを表している。前処理なしの場合、即ち、ＴｉＨ₂ 系
の圧粉体電極２Ｂのみによる処理を行った場合、処理を
行わないスローアウェイチップの寿命に比べ、約２倍の
寿命の延びが確認された。Ｔｉ電極２Ａによる前処理を
行ったものは、約３倍の寿命の延びが確認された。これ
により前処理によって市販のスローアウェイチップ１本
分をそのまま使用できるだけの寿命が延びていることが
わかる。

【００２５】しかし、前処理をＣｕ電極で行うと寿命が
０．５倍、即ち、市販のスローアウェイチップをそのま
ま使用する場合の半分の寿命になってしまい表面処理を
行う意味が全くなくなっている。これによっても、回転
工具１の表面の脱炭及び荒れが問題ではなく、前処理の
際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが
被処理材としての回転工具１に僅かではあるがコーティ
ングされ、被処理材料の硬度が上がると共に、本処理に
おいてコーティング材料の付着を良くすることができ、
その相乗効果により、被処理材の表面が脱炭し、僅かに
荒い面になることにより、コーティングが行い易くな
る。

【００２６】本実施の形態の放電表面処理装置は、改質
材料の元となる材料を含む改質材料からなる圧粉体電極
２Ｂと、回転工具１からなる被処理材である金属との間
に放電加工用電源１８から電圧を印加して、その間に放
電を発生させることにより被処理材である回転工具１の
金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置におい
て、前記被処理材との間で放電を行う前処理に使用さ
れ、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物
が高硬度の材料を含むＴｉ電極２Ａを保持する前処理用
電極保持機構４Ａと、前記被処理材の金属表面に改質層
を形成する本処理で使用する圧粉体電極２Ｂを保持する
本処理用電極保持機構４Ｂとを具備するものである。

【００２７】したがって、前処理に使用する電極は、Ｔ
ｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔ
ａ（タンタル）等の高硬度な炭化物を生成する材料であ
るから、加工液１０中で放電加工を行うと加工液１０中
の成分である炭素と反応し、炭化物を生成する。これら
の金属の炭化物は、安定しており、かつ、硬度が高いの
で改質層を強靭なものにすることができる。また、前処
理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、こ
れが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、本処
理においてコーティング材料の付着を良くすることがで
きる。そして、回転工具１のような被処理材の表面は、
脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易く
なる。更に、本処理において金属の水素化物をベースに
した圧粉体電極２Ｂを使用することによって、数百度の
温度で分解して水素を放出し、その水素が被処理材の表
面をクリーニングする。また、金属の水素化物をベース
にした電極は放電の熱で容易に崩れるため、コーティン
グのスピードを速くすることができる。更に、Ｔｉ電極
２Ａを保持する前処理用電極保持機構４Ａと、圧粉体電
極２Ｂを保持する本処理用電極保持機構４Ｂとを有する
ことにより、加工液１０中の放電加工による前処理及び
本処理を加工液１０を排出することなく連続でき、その
作業性を良くすることができる。

【００２８】実施の形態２．図３は本発明の第二の実施
の形態の放電表面処理装置の全体の構成を示す構成図で
ある。なお、図中、第一の実施の形態と同一符号及び記
号は第一の実施の形態の構成部分と同一または相当する
構成部分を示すものであるから、ここでは重複する説明
を省略し、相違点のみ説明する。図において、２はＴｉ
Ｈ₂ （水素化チタン）系の圧粉体電極、１はエンドミル
等の回転工具、４は回転工具１を保持し、かつ、制御回
路１５の指令により回転を与える電極保持機構である。

【００２９】次に、本実施の形態の放電表面処理装置の
動作について説明する。加工液１０中においてＴｉＨ₂
系の圧粉体電極２と回転工具１の間に放電加工用電源１
８によりパルス状の放電を発生させる。放電加工用電源
１８は通常の放電加工用の電源が使用できる。放電の条
件、即ち、加工条件は、例えば、ＴｉＨ₂ 系の圧粉体電
極２が負極性で、コンデンサ放電等の比較的放電エネル
ギーの小さな条件がよい。これにより第一実施の形態の
前処理と同様の効果を回転工具１に与えることができ
る。この前処理を行った後、同一の電極であるＴｉＨ₂
系の圧粉体電極２と回転工具１との間に放電を発生さ
せ、本処理を行う。ただし、Ｔｉ電極２Ａで行う場合と
異なり、ＴｉＨ₂ 系の圧粉体電極２の場合には、前処理
の面がポーラス状になるので、Ｔｉ電極２Ａで行う場合
より若干特性が落ちる。しかし、同一のＴｉＨ₂ 系の圧
粉体電極２で、前処理及び本処理と行える効果がある。

【００３０】本実施の形態の形態では、改質材料の元と
なる材料を含む改質材料からなる圧粉体電極２と、回転
工具１からなる被処理材である金属との間に放電加工用
電源１８から電圧を印加して、その間に放電を発生させ
ることにより被処理材である回転工具１の金属表面に改
質層を形成する放電表面処理方法において、前記放電表
面処理の前に予め行う放電、即ち、前処理に使用する前
処理電極をＴｉＨ₂ 系の圧粉体電極２とし、回転工具１
からなる被処理材の表面に改質層を形成する本処理に使
用する電極と同一にしたものである。この種の実施の形
態では、前処理で放電加工用電源１８からＴｉＨ₂ 系の
圧粉体電極２が負極性の比較的放電エネルギーの小さな
条件で処理し、その後、放電エネルギーを大きくし、同
一の電極であるＴｉＨ₂ 系の圧粉体電極２と回転工具１
との間に放電を発生させることにより本処理を行うもの
であるから、同一のＴｉＨ₂ 系の圧粉体電極２で、前処
理及び本処理と行うことができ、電極を交換することな
く放電エネルギーの制御のみで、前処理の際の放電によ
って電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅
かではあるがコーティングされ、被処理材料の硬度が上
がると共に、本処理におけるコーティング材料の付着を
良くすることができ、その相乗効果により、被処理材の
表面が脱炭し、僅かに荒い面になることにより、コーテ
ィングが行い易くなる。故に、被処理材の材質を問うこ
となく、金属表面に良質な硬質表面処理層を形成するこ
とができる。

【００３１】なお、第一の実施の形態の放電表面処理装
置は、前記被処理材である回転工具１の金属表面に改質
層を形成する本処理の前に、予め、前記改質層を形成す
る本処理と異なる電極材料を用いて放電を発生させる前
処理を行うものであるが、第二の実施の形態の放電表面
処理装置は、電気条件を前記改質層を形成する本処理と
異なる条件に設定して放電を発生させる前処理を行うも
のである。したがって、本実施の形態の放電表面処理装
置は、改質材料の元となる材料を含む改質材料からなる
圧粉体電極２と、回転工具１からなる被処理材である金
属との間に放電加工用電源１８から電圧を印加して、そ
の間に放電を発生させることにより被処理材である回転
工具１の金属表面に改質層を形成する放電表面処理方法
において、前記被処理材である回転工具１の金属表面に
改質層を形成する本処理の前に、予め、電極材料、電気
条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成する本処理
と異なる条件に設定して放電を発生させる前処理を行う
方法として捕えることができる。故に、前処理に使用す
る電極は、高硬度な炭化物を生成する材料であるから、
加工液１０中で放電加工を行うと加工液１０中の成分で
ある炭素と反応し、炭化物を生成する。これらの金属の
炭化物は、安定しており、かつ、硬度が高いので改質層
を強靭なものにすることができる。また、前処理の際の
放電によって電極材料の炭化物が生成され、これが被処
理材に僅かではあるがコーティングされ、本処理におい
てコーティング材料の付着を良くすることができる。そ
して、回転工具１のような被処理材の表面は、脱炭し、
僅かに荒い面になり、コーティングが行い易くなる。更
に、本処理において金属の水素化物をベースにした圧粉
体電極２を使用することによって、数百度の温度で分解
して水素を放出し、その水素が被処理材の表面をクリー
ニングする。また、金属の水素化物をベースにした電極
は放電の熱で容易に崩れるため、コーティングのスピー
ドを速くすることができる。

【００３２】実施の形態３．図４は本発明の第三の実施
の形態の放電表面処理装置の要部の構成を示す構成図
で、（ａ）は要部正面図及び（ｂ）は要部平面図であ
る。なお、図中、第一の実施の形態と同一符号及び記号
は第一の実施の形態の構成部分と同一または相当する構
成部分を示すものであるから、ここでは重複する説明を
省略し、相違点のみ説明する。図において、１は表面処
理を施すエンドミルやドリル等の回転工具、２０Ｂは改
質層を形成する成分、例えば、ＷＣ−Ｃｏ（タングステ
ンカーバイド−コバルト）からなる混合圧粉体で成形し
た圧粉体電極で、改質材料或いは改質材料の元となる材
料からなる電極であり、一次加工を行うものである。２
０Ａは前処理を行うＴｉ電極、２０ＣはＣｕ電極で、そ
れほど消耗しない電極であればよい。Ｃｕ電極２０Ｃは
回転工具１からなる被処理材の表面に堆積された被覆層
に堆積再溶融加工、即ち、二次加工を行うものである。
また、４０Ｂは圧粉体電極２０Ｂを保持する一次加工用
電極保持機構で、回転工具１と圧粉体電極２０ＢとをＺ
軸方向に相対移動させるものである。４０ＡはＴｉ電極
２０Ａを保持する前処理用電極保持機構で、回転工具１
とＴｉ電極２０ＡとをＺ軸方向に相対移動させるもので
ある。４０ＣはＣｕ電極２０Ｃを保持する二次加工用電
極保持機構で、回転工具１とＣｕ電極２０ＣとをＺ軸方
向に相対移動させるものである。

【００３３】次に、本実施の形態の放電表面処理装置に
よる表面処理について詳述する。まず、前処理において
は、加工液１０中において、Ｔｉ電極２０Ａと回転工具
１の間に放電加工用電源１８によりパルス状の放電を発
生させる。放電の加工条件は、例えば、Ｔｉ電極２０Ａ
を負極性とし、コンデンサ放電等の比較的放電エネルギ
ーの小さな条件が好適である。この前処理においては、
Ｔｉ電極２０Ａを用いて比較的小さなエネルギーの放電
を発生させて表面処理を行う。この前処理により、回転
工具１の表面は僅かに面が荒れる。また、回転工具１が
超硬合金の場合には、超硬合金中のＷＣ（タングステン
カーバイド）が脱炭された状態になる。

【００３４】本実施の形態のＴｉ電極２０Ａ以外にも、
前述のＶ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タン
タル）等の材料からなる電極で前処理を行っても、前処
理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、こ
れが被処理材である回転工具１に僅かではあるがコーテ
ィングされる。この前処理により、回転工具１の硬度が
上がると共に、本処理においてコーティング材料の付着
性を良くすることができる。また、回転工具１の表面
は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い
易くなる。

【００３５】前処理を行った後、ＷＣ−Ｃｏからなる圧
粉体電極２０Ｂを用いて、加工液１０中で回転工具１と
圧粉体電極２０Ｂとの間に放電を発生させ、回転工具１
の表面にＷＣ−Ｃｏを堆積させる一次加工を行う。次い
で、Ｃｕ電極２０Ｃのように、それほど消耗しない電極
によって回転工具１の表面に堆積されたＷＣ−Ｃｏに堆
積再溶融加工、即ち、二次加工を行う。これによって、
回転工具１の表面に堆積されたＷＣ−Ｃｏの層を硬く、
しかも、密着度を良くすることができる。

【００３６】本実施の形態の放電表面処理装置では、改
質材料の元となる材料を含む改質材料からなる圧粉体電
極２０Ｂと、回転工具１からなる被処理材である金属と
の間に放電加工用電源１８から電圧を印加して、その間
に放電を発生させることにより被処理材である回転工具
１の金属表面に改質層を形成する放電表面処理装置にお
いて、被処理材としての回転工具１との間で放電を行う
前処理に使用され、かつ、放電によって炭化物が生成さ
れ、その炭化物が高硬度の材料を含むＴｉ電極２０Ａを
保持する前処理用電極保持機構４０Ａと、被処理材とし
ての回転工具１の金属表面に改質層を形成する堆積加工
で使用する圧粉体電極２０Ｂを保持する一次加工用電極
保持機構４０Ｂと、被処理材としての回転工具１の金属
表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行うＣｕ電
極２０Ｃを保持する二次加工用電極保持機構４０Ｃとを
具備するものである。

【００３７】したがって、前処理に使用する電極は、高
硬度な炭化物を生成する材料であるから、加工液１０中
で放電加工を行うと加工液１０中の成分である炭素と反
応し、炭化物を生成する。これらの金属の炭化物は、安
定しており、かつ、硬度が高いので改質層を強靭なもの
にすることができる。また、前処理の際の放電によって
電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かで
はあるがコーティングされ、本処理においてコーティン
グ材料の付着を良くすることができる。そして、回転工
具１の表面は、脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティ
ングが行い易くなる。更に、本処理において一次加工及
び二次加工により、所望の金属材料を被処理材の表面に
改質層として形成でき、しかも、これによって、回転工
具１の表面に堆積された改質層を硬く、しかも、密着度
を良くすることができる。更に、Ｔｉ電極２０Ａを保持
する前処理用電極保持機構４０Ａと、圧粉体電極２０Ｂ
を保持する一次加工用電極保持機構４０Ｂと、Ｃｕ電極
２０Ｃを保持する二次加工用電極保持機構４０Ｃとを有
することにより、加工液１０中の放電加工による前処理
及び本処理を加工液１０を排出することなく連続でき、
その作業性を良くすることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、請求項１の放電表面処理
方法は、改質材料の元となる材料を含む改質材料からな
る電極と、被処理材である金属との間に電圧を印加し
て、その間に放電を発生させることにより前記被処理材
である金属表面に改質層を形成する場合、前記被処理材
の表面に改質層を形成する本処理の前に、予め、電極材
料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改質層を形成す
る本処理と異なる条件に設定して放電を発生させる前処
理を行うものである。したがって、前記被処理材の表面
に改質層を形成する本処理の前に、前処理の際の放電に
よって、被処理材の表面は脱炭し、僅かに荒い面にな
り、コーティングが行い易くなり、本処理におけるコー
ティング材料の付着を良くすることができる。また、被
処理材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず金属
表面に良好な硬質層を形成することができる。故に、被
処理材の材質を問うことなく、金属表面に良質な硬質表
面処理層を形成することができる。

【００３９】請求項２の放電表面処理方法は、請求項１
に記載の前記放電表面処理の前に予め行う放電に使用す
る前処理電極を、放電によって炭化物が生成され、その
炭化物が高硬度の材料を含む材料としたものであるか
ら、請求項１の効果に加えて、前処理の際の放電によっ
て電極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅か
ではあるがコーティングされる。この前処理により、被
処理材の硬度が上がると共に、被処理材の表面は、脱炭
し、僅かに荒い面になり、本処理におけるコーティング
材料の付着を良くすることができる。故に、被処理材料
が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず、硬度が高く
密着力のよい改質層を金属表面に形成することができ
る。

【００４０】請求項３の放電表面処理方法は、請求項１
または請求項２に記載の前記改質材料の元となる材料を
含む改質材料からなる電極を、金属の水素化物の粉体を
含む材料で形成したものであるから、請求項１または請
求項２に記載の効果に加えて、金属の水素化物は一般的
に不安定であり、数百度の温度で分解して水素を放出す
るから、金属の水素化物をベースにした電極で放電を行
うと分解した水素が被処理材の表面をクリーニングでき
る。また、金属の水素化物をベースにした電極は放電の
熱で容易に崩れるため、コーティングのスピードが速く
なる。故に、被処理材料が鋼材であるか超硬合金である
かを問わず良好な改質層をすばやく均一に金属表面に形
成することができる。

【００４１】請求項４の放電表面処理方法は、請求項１
乃至請求項３の何れか１つに記載の前記放電表面処理の
前に予め行う放電に使用する前処理電極を、前記被処理
材の表面に改質層を形成する本処理に使用する電極と同
一にしたものであるから、請求項１乃至請求項３の何れ
か１つに記載の効果に加えて、前処理で放電加工用電源
から前処理電極を比較的放電エネルギーの小さな条件で
処理し、その後、放電エネルギーを大きくし、同一の電
極と前記被処理材との間に放電を発生させることにより
本処理を行うものであるから、同一の電極で前処理及び
本処理と行うことができ、電極を交換することなく放電
エネルギーの制御のみで、前処理の際の放電によって電
極材料の炭化物が生成され、これが被処理材に僅かでは
あるがコーティングされ、被処理材料の硬度が上がると
共に、本処理におけるコーティング材料の付着を良くす
ることができ、その相乗効果により、被処理材の表面が
脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易く
なる。故に、被処理材の材質を問うことなく、金属表面
に良質な硬質表面処理層を形成することができる。

【００４２】請求項５の放電表面処理方法は、請求項１
乃至請求項３の何れか１つに記載の前記被処理材の表面
に改質層を形成する本処理を、前記被処理材である金属
表面に改質層を形成する堆積加工を行う一次加工と、被
処理材の表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行
う二次加工とからなるものであるから、請求項１乃至請
求項３の何れか１つに記載の効果に加えて、本処理にお
いて一次加工及び二次加工により、所望の金属材料を被
処理材の表面に改質層として形成でき、しかも、これに
よって、被処理材の表面に堆積された改質層を硬く、し
かも、密着度を良くすることができる。

【００４３】請求項６の放電表面処理装置は、改質材料
の元となる材料を含む改質材料からなる電極と、被処理
材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を
発生させることにより前記被処理材である金属表面に改
質層を形成する放電表面処理装置において、前記被処理
材との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電に
よって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を
含む電極材料を保持する前処理用電極保持機構と、前記
被処理材の金属表面に改質層を形成する本処理で使用す
る本処理用電極保持機構とを具備するものである。した
がって、前処理に使用する電極は、高硬度な炭化物を生
成する材料であるから、加工液中で放電加工を行うと加
工液中の成分である炭素と反応し、炭化物を生成し、こ
れらの金属の炭化物は安定しており、かつ、硬度が高い
ので改質層を強靭なものにすることができる。また、前
処理の際の放電によって電極材料の炭化物が生成され、
これが被処理材に僅かではあるがコーティングされ、本
処理においてコーティング材料の付着を良くすることが
できる。更に、前処理で使用される放電によって炭化物
が生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む電極材料
を保持する前処理用電極保持機構と、改質層を形成する
本処理で使用する本処理用電極保持機構とを有すること
により、加工液中の放電加工による前処理及び本処理を
加工液を排出することなく連続でき、その作業性を良く
することができる。故に、被処理材料が鋼材であるか超
硬合金であるかを問わず金属表面に良好な硬質層を形成
することができる。

【００４４】請求項７の放電表面処理装置は、改質材料
の元となる材料を含む改質材料からなる電極と、被処理
材である金属との間に電圧を印加して、その間に放電を
発生させることにより前記被処理材である金属表面に改
質層を形成する放電表面処理装置において、前記被処理
材との間で放電を行う前処理に使用され、かつ、放電に
よって炭化物が生成され、その炭化物が高硬度の材料を
含む電極を保持する前処理用電極保持機構と、前記被処
理材の金属表面に改質層を形成する堆積加工で使用する
電極を保持する一次加工用電極保持機構と、前記被処理
材の金属表面に堆積された改質層に堆積再溶融加工を行
う電極を保持する二次加工用電極保持機構とを具備する
ものである。したがって、前処理に使用する電極は、高
硬度な炭化物を生成する材料であるから、加工液中で放
電加工を行うと加工液中の成分である炭素と反応し、炭
化物を生成し、これらの金属の炭化物は安定しており、
かつ、硬度が高いので改質層を強靭なものにすることが
できる。また、前処理の際の放電によって電極材料の炭
化物が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコー
ティングされ、本処理においてコーティング材料の付着
を良くすることができる。そして、被処理材の表面は、
脱炭し、僅かに荒い面になり、コーティングが行い易く
なる。また、本処理において一次加工及び二次加工によ
り、所望の金属材料を被処理材の表面に改質層として形
成でき、しかも、これによって、被処理材の表面に堆積
された改質層を硬く、しかも、密着度を良くすることが
できる。更に、被処理材との間で放電を行う前処理に使
用され、かつ、放電によって炭化物が生成され、その炭
化物が高硬度の材料を含む電極を保持する前処理用電極
保持機構、改質層を形成する堆積加工で使用する電極を
保持する一次加工用電極保持機構、堆積された改質層に
堆積再溶融加工を行う電極を保持する二次加工用電極保
持機構とを有することにより、加工液中の放電加工によ
る前処理及び本処理を加工液を排出することなく連続で
き、その作業性を良くすることができる。故に、被処理
材料が鋼材であるか超硬合金であるかを問わず金属表面
に良好な硬質層を形成することができる。

【００４５】請求項８の放電表面処理装置は、請求項６
または請求項７に記載の前記放電表面処理の前に予め行
う放電に使用する前処理電極を、放電によって炭化物が
生成され、その炭化物が高硬度の材料を含む材料とした
ものであるから、請求項６または請求項７に記載の効果
に加えて、前処理の際の放電によって電極材料の炭化物
が生成され、これが被処理材に僅かではあるがコーティ
ングされる。この前処理により、被処理材の硬度が上が
ると共に、被処理材の表面は、脱炭し、僅かに荒い面に
なり、本処理におけるコーティング材料の付着を良くす
ることができる。故に、被処理材料が鋼材であるか超硬
合金であるかを問わず、硬度が高く密着力のよい改質層
を金属表面に形成することができる。

【００４６】請求項９の放電表面処理装置は、請求項６
乃至請求項８の何れか１つに記載の前記改質材料の元と
なる材料を含む改質材料からなる電極を、金属の水素化
物の粉体を含む材料で形成したものであるから、請求項
６乃至請求項８の何れか１つに記載の効果に加えて、金
属の水素化物は一般的に不安定であり、数百度の温度で
分解して水素を放出するから、金属の水素化物をベース
にした電極で放電を行うと分解した水素が被処理材の表
面をクリーニングできる。また、金属の水素化物をベー
スにした電極は放電の熱で容易に崩れるため、コーティ
ングのスピードが速くなる。故に、被処理材料が鋼材で
あるか超硬合金であるかを問わず良好な改質層をすばや
く均一に金属表面に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の第一の実施の形態の放電表面
処理装置の全体の構成を示す構成図である。

【図２】 図２は本発明の第一の実施の形態の放電表面
処理装置によって前処理を行った場合の寿命関係を示す
表図である。

【図３】 図３は本発明の第二の実施の形態の放電表面
処理装置の全体の構成を示す構成図である。

【図４】 図４は本発明の第三の実施の形態の放電表面
処理装置の要部の構成を示す構成図で、（ａ）は要部正
面図及び（ｂ）は要部平面図である。

【図５】 図５は従来の被処理材の金属表面に改質層を
形成する放電表面処理方法の説明図である。

【符号の説明】

１ 回転工具、２ ＴｉＨ₂ （水素化チタン）系の圧粉
体電極、２Ａ Ｔｉ電極、２Ｂ 圧粉体電極、４ 電極
保持機構、４Ａ 前処理用電極保持機構、４Ｂ本処理用
電極保持機構、１８ 放電加工用電源、２０Ａ Ｔｉ電
極、２０Ｂ圧粉体電極、２０Ｃ Ｃｕ電極、４０Ａ 前
処理用電極保持機構、４０Ｂ 一次加工用電極保持機
構、４０Ｃ 二次加工用電極保持機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 長男 愛知県春日井市岩成台九丁目12番地12 (72)発明者 毛利 尚武 愛知県名古屋市天白区八事石坂661−51 (72)発明者 後藤 昭弘 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 真柄 卓司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 改質材料の元となる材料を含む改質材料
   からなる電極と、被処理材である金属との間に電圧を印
   加して、その間に放電を発生させることにより前記被処
   理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理方
   法において、 前記被処理材の表面に改質層を形成する本処理の前に、
   予め、電極材料、電気条件のうちの１つ以上を、前記改
   質層を形成する本処理と異なる条件に設定して放電を発
   生させる前処理を行うことを特徴とする放電表面処理方
   法。
2. 【請求項２】 前記放電表面処理の前に予め行う放電に
   使用する前処理電極は、放電によって炭化物が生成さ
   れ、その炭化物が高硬度の材料を含む材料としたことを
   特徴とする請求項１に記載の放電表面処理方法。
3. 【請求項３】 前記改質材料の元となる材料を含む改質
   材料からなる電極は、金属の水素化物の粉体を含む材料
   で形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載の放電表面処理方法。
4. 【請求項４】 前記放電表面処理の前に予め行う放電に
   使用する前処理電極は、前記被処理材の表面に改質層を
   形成する本処理に使用する電極と同一にしたことを特徴
   とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の放電
   表面処理方法。
5. 【請求項５】 前記被処理材の表面に改質層を形成する
   本処理は、前記被処理材である金属表面に改質層を形成
   する堆積加工を行う一次加工、被処理材の表面に堆積さ
   れた改質層に堆積再溶融加工を行う二次加工からなるこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記
   載の放電表面処理方法。
6. 【請求項６】 改質材料の元となる材料を含む改質材料
   からなる電極と、被処理材である金属との間に電圧を印
   加して、その間に放電を発生させることにより前記被処
   理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理装
   置において、 前記被処理材との間で放電を行う前処理に使用され、か
   つ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬
   度の材料を含む電極材料を保持する前処理用電極保持機
   構と、 前記被処理材の金属表面に改質層を形成する本処理で使
   用する本処理用電極保持機構とを具備することを特徴と
   する放電表面処理装置。
7. 【請求項７】 改質材料の元となる材料を含む改質材料
   からなる電極と、被処理材である金属との間に電圧を印
   加して、その間に放電を発生させることにより前記被処
   理材である金属表面に改質層を形成する放電表面処理装
   置において、 前記被処理材との間で放電を行う前処理に使用され、か
   つ、放電によって炭化物が生成され、その炭化物が高硬
   度の材料を含む電極を保持する前処理用電極保持機構
   と、 前記被処理材の金属表面に改質層を形成する堆積加工で
   使用する電極を保持する一次加工用電極保持機構と、 前記被処理材の金属表面に堆積された改質層に堆積再溶
   融加工を行う電極を保持する二次加工用電極保持機構と
   を具備することを特徴とする放電表面処理装置。
8. 【請求項８】 前記放電表面処理の前に予め行う放電に
   使用する前処理電極は、放電によって炭化物が生成さ
   れ、その炭化物が高硬度の材料を含む材料としたことを
   特徴とする請求項６または請求項７に記載の放電表面処
   理装置。
9. 【請求項９】 前記改質材料の元となる材料を含む改質
   材料からなる電極は、金属の水素化物の粉体を含む材料
   で形成したことを特徴とする請求項６乃至請求項８の何
   れか１つに記載の放電表面処理装置。