形彫放電加工用工具電極
【課題】製造コストの上昇を抑えつつ、導体の消耗を抑制する被覆層の導体に対する密着力を高めることができる形彫放電加工用の工具電極を提供する。
【解決手段】タンタル銅からなる導体４１を覆うように導体４１より硬度の高い硬質被覆層（ＴｉＣＮ層）４３が設けられている形彫放電加工用の工具電極４０において、導体４１とＴｉＣＮ層４３との間に、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなり、導体４１の硬度よりも高くＴｉＣＮ層４３の硬度よりも低い硬度を有する中間層（Ｎｉ−Ｐメッキ層）４２が設けられている。
【解決手段】タンタル銅からなる導体４１を覆うように導体４１より硬度の高い硬質被覆層（ＴｉＣＮ層）４３が設けられている形彫放電加工用の工具電極４０において、導体４１とＴｉＣＮ層４３との間に、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなり、導体４１の硬度よりも高くＴｉＣＮ層４３の硬度よりも低い硬度を有する中間層（Ｎｉ−Ｐメッキ層）４２が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形彫放電加工に使用される放電加工用工具電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具電極と被加工物との間にアーク放電を発生させて、被加工物を微小量ずつ溶融除去する放電加工という加工方法がある。このような放電加工においては、アーク放電の高いエネルギーによる高い熱と大きい衝撃が工具電極に加わり、工具電極が消耗するという問題が発生する。放電加工の一つに、工具電極の形状を被加工物に転写する形彫放電加工がある。形彫放電加工では、工具電極の形状が被加工物に転写されるため、アーク放電により工具電極が消耗し、工具電極の形状が変化すると、加工精度が低下してしまう。
【０００３】
そこで、工具電極の消耗を抑制するために様々な工夫がなされてきた。例えば、特許文献１（特開平７−２９０３１８号公報）には、銅などの良熱伝導材料からなる導体の表面に、ＴｉＮを被覆する工具電極が提案されている。このように構成された工具電極では、ＴｉＮが導電性耐熱材料であることから、アーク放電により発生する高温に対して工具電極が保護されることとなる。また、導体が銅などの良熱伝導材料からなっているので加工時に熱せられた工具電極の熱を速やかに逃がすことができる。このようにして、特許文献１では工具電極の消耗を防いでいる。
【０００４】
また、特許文献１において、ＴｉＮからなる被覆層は、導体から被覆層の間が傾斜組成となるようにイオンミキシング法によって導体に被覆されている。これにより、導体と被覆層との間にＴｉＮの組成が導体から被覆層に向かって多くなるようなミキシング層が形成される。このミキシング層が形成されることにより、導体と被覆層との膨張率の相違に起因する応力が緩和され、被覆層の導体からの剥離が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９０３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の技術では、上記ミキシング層を、一般的な物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）や無電解メッキや電解メッキなどの被覆方法に比べ高価なイオンミキシング法によって形成している。
【０００７】
この一方で、特許文献１には、イオンミキシング法に代えて、物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）によって導体の表面にＴｉＮなどの硬度の高い被覆層を設けることが開示されている。しかし、ＴｉＮ層を形成する場合、導体と被覆層との間にミキシング層を設けることが不可能となり、放電加工時のアーク放電に起因する衝撃圧力により導体から被覆層が剥離しやすくなるという問題が発生する。
【０００８】
このＴｉＮの硬度は、導体として使用している銅の硬度に比べ非常に高い。しかし、ＴｉＮは、銅に比べ非常に脆い性質を有する。直接、銅からなる導体に、硬度の高いＴｉＮを被覆したものを工具電極として用いると、放電加工時の衝撃圧力が導体に伝播し、導体である銅が大きく撓む。この導体の大きな撓みにより、被覆層の割れや導体からの被覆層の剥離が発生するのである。
【０００９】
以上説明したように、イオンミキシング法により被覆層を形成する形態では、導体に対する密着力の点では優れるが、その反面、製造コストが高くなる。一方、被覆層を物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）により形成する形態では、イオンミキシング法を用いて被覆する形態に比べ製造コストの上昇を抑えることができるが、その反面、被覆層に割れが発生したり、被覆層が導体から剥離しやすくなる。
【００１０】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造コストの上昇を抑えつつ、導体の消耗を抑制する被覆層の導体に対する密着力を高めることができる形彫放電加工用の工具電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、銅を含有する導体が、前記導体より硬度の高い硬質被覆層によって覆われている形彫放電加工用工具電極であって、
前記導体と前記硬質被覆層との間に、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなり、前記導体の硬度よりも高く前記硬質被覆層の硬度よりも低い硬度を有する厚み方向の成分が均一な中間層が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
銅を含有する導体が硬度の高い硬質被覆層によって覆われることによれば、放電加工時のアーク放電に起因する衝撃圧力による導体の消耗を効果的に抑制することができる。しかし、導体と、導体に直接被覆される硬質被覆層の硬度差が非常に大きい場合では、放電加工時の衝撃圧力により、硬質被覆層が割れたり、導体から硬質被覆層が剥離したりするおそれがある。これは、工具電極に入力された衝撃圧力が導体にまで伝わることにより、硬度の比較的低い導体が大きく撓むことが原因であると考えられる。導体が大きく撓むことにより、硬度の高い硬質被覆層が導体の大きな撓みに追従できず、硬質被覆層が割れたり、硬質被覆層が導体から剥離したりするのである。
【００１３】
これに対し、請求項１記載の発明では、導体と硬質被覆層との間に、導体の硬度よりも高く、硬質被覆層の硬度よりも低い硬度を有する中間層を設けている。この層を設けることにより、硬質被覆層に入力された衝撃圧力は直接導体には伝わらずに、一旦中間層に入力されることとなる。中間層では、入力された衝撃圧力に応じて撓み、衝撃圧力のエネルギーがここである程度消費される。このため、導体への衝撃圧力のエネルギーが減少することとなる。これにより、衝撃圧力が硬質被覆層から直接導体に伝わる場合よりも、導体の撓みは小さくなる。また、中間層の硬度は、導体よりも高く、硬質被覆層よりも低いため、導体ほど大きくは撓まない。以上のことにより、中間層が衝撃圧力により撓んだとしても、硬質被覆層が導体に直接被覆されている場合に比べ、硬質被覆層の割れや剥離の発生が抑えられるのである。
【００１４】
また、請求項１記載の発明では、衝撃圧力の緩和機能を有し、硬質被覆層の剥離抑制効果を発揮する中間層を、イオンミキシング法により得られるミキシング層ではなく、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなる厚み方向に成分が均一な層としている。このため、イオンミキシング法により中間の層を作成する従来技術に場合に比べ安価に工具電極を製造することができる。なお、請求項１記載の発明において、「厚み方向に成分が均一な中間層」とは、中間層を構成する材料の成分を意図的に変化させたものではないということを意味している。
【００１５】
導体を覆っている中間層としては、導体が銅を含有する材料であることから銅との密着性が重要な要素となる。また、銅との密着性を確保した上で、請求項１記載の発明のように所定の硬度を確保することが必要となる。さらに、その上で、メッキ処理によりなされるメッキ層の厚さのばらつきを小さくする必要がある。形彫放電加工用工具電極の寸法精度は加工精度と関連性が高く、メッキ層の厚さがばらつくと加工精度が低下してしまうからである。加えて、メッキ処理を行う際の温度条件が導体を変質させない程度の温度で行える材料でなければならない。導体がメッキ処理時の温度によって変質してしまうと工具電極の寸法精度が低下してしまうからである。
【００１６】
請求項２記載の発明のように、工具電極の導体を覆う中間層としてＮｉ−Ｐ合金からなるＮｉ−Ｐメッキ層を用いることによれば、上述した条件を全て満足するため、良質な形彫放電加工用工具電極を提供することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明のように、中間層は無電解メッキされてなっているので、電解メッキされてなるものよりもより層の厚さのばらつきを抑えることが可能となる。これにより、工具電極としての寸法精度を高めることができ、加工精度の高い工具電極を提供することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明のように、導体に含まれる銅をタフピッチ銅または無酸素銅とすることによれば、導体として銅合金を使用する場合に比べ工具電極の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００１９】
請求項５記載の発明のように、硬質被覆層として、炭窒化チタンを使用することが好ましい。炭窒化チタンの硬度は例えばビッカース硬さで数千Ｈｖ程度であり、放電加工時に発生する衝撃圧力に対して十分か耐衝撃性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】形彫放電加工装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１の形彫放電加工装置に用いられる本発明の一実施形態における工具電極の概略構成を示す図であり、（ａ）は放電加工装置における移動装置側の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ｃ）は被加工物側の平面図である。
【図３】比較例における工具電極の概略構成を示す図であり、図２（ｂ）に対応する図である。
【図４】図３に示す比較例における工具電極がアーク放電による衝撃圧力を受けたときの状態を説明する写真である。
【図５】図２に示す一実施形態における工具電極がアーク放電による衝撃圧力を受けたときの状態を説明する写真である。
【図６】図２に示す工具電極以外の形状を有する工具電極の概略構成を示す図であり、（ａ）は工具電極の被加工物側の部分の軸直角方向の断面を示す図であり、（ｂ）は工具電極の側面を示す図である。
【図７】図２に示す工具電極以外の形状を有する工具電極の概略構成を示す図であり、（ａ）は工具電極の被加工物側の部分の軸直角方向の断面を示す図であり、（ｂ）は工具電極の側面を示す図である。
【図８】図２に示す工具電極以外の形状を有する工具電極の概略構成を示す図であり、（ａ）は工具電極の被加工物側の部分の軸直角方向の断面を示す図であり、（ｂ）は工具電極の側面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（一実施形態）
（形彫放電加工装置）
図１は、形彫放電加工装置１０の概略構成を示す図である。形彫放電加工装置１０は、工具電極４０と被加工物７０との間にアーク放電８１を発生させて、被加工物７０を微小量ずつ溶融除去することにより、工具電極４０の形状を被加工物７０に転写する装置である。
【００２３】
形彫放電加工装置１０は、加工槽２０、放電発生装置３０、工具電極４０、および移動装置５０などから構成されている。この装置１０によって加工される被加工物７０は、加工液６０で満たされる加工槽２０の底部に配置される。本実施形態では、加工液６０として炭化水素系のものを使用する。被加工物７０の加工予定箇所には、微小隙間を介して工具電極４０が配置される。
【００２４】
被加工物７０および工具電極４０は、放電発生装置３０から高電圧が加えられたときに、被加工物７０が陰極となり、工具電極４０が陽極となるように放電発生装置３０に接続されている。放電発生装置３０は、工具電極４０と被加工物７０との間に高電圧をパルス状に加える装置である。図１に示すように工具電極４０は移動装置５０に把持されている。移動装置５０は被加工物７０に対する工具電極４０の位置をアーク放電８１が発生可能な位置に調整する装置である。
【００２５】
図２は、図１の形彫放電加工装置１０に用いられる本発明の第一実施形態における工具電極４０の概略構成を示す図であり、（ａ）は放電加工装置１０における移動装置５０側の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ｃ）は被加工物７０側の平面図である。図１および図２に示すように工具電極４０の被加工物７０と対向する被加工物７０側の形状は角柱状となっている。また、被加工物７０とは反対側は、移動装置５０が把持可能な円柱状となっている。
【００２６】
工具電極４０と被加工物７０との距離が移動装置５０により調整され、放電発生装置３０より両要素４０，７０の間にパルス状の高電圧が加えられると、両要素４０，７０が最も接近した部分にアーク放電８１が生じる。このアーク放電８１により、短時間のうちに被加工物７０の表面が溶融、蒸発されて除去される。除去された部分は加工液６０により再凝固し、微小な加工屑８２となって、加工液６０とともに両要素４０，７０間から排出される。
【００２７】
両要素４０，７０に発生するアーク放電８１は、両要素４０，７０の最も近いところで発生する。アーク放電８１が発生した箇所の被加工物７０の一部が除去されると、その部分の距離は遠くなり、別の部分が近くなる。そうすると、その別の部分にアーク放電８１が発生し、その部分の被加工物７０の一部が除去されることとなる。これが繰り返されることにより、放電加工が進行する。これにより、工具電極４０の形状が被加工物７０に転写され被加工物７０表面に角柱状の穴８０が形成されるのである。
【００２８】
（工具電極）
工具電極４０は、角柱状部分と円柱状部分とを有する電極の母材となる導体４１、導体４１の角柱状部分を被覆する中間層４２、および中間層４２を被覆する硬質被覆層４３からなっている。本実施形態では、導体４１として良熱伝導材料であり、かつ良導電性材料であるタフピッチ銅を採用している。
【００２９】
中間層４２は、導体４１の角柱部分を被覆する層であり、硬度が導体４１の硬度よりも高い。本実施形態では、中間層４２はＮｉ−Ｐ合金からなるＮｉ−Ｐメッキ層４２となっている。このＮｉ−Ｐメッキ層４２は、導体４１の表面に無電解メッキまたは電解メッキのいずれかのメッキ処理により被覆されている。本実施形態のＮｉ−Ｐメッキ層４２において、硬度は５００〜７００Ｈｖ（ビッカース硬さ）となっており、厚さは５μｍ程度となっている。なお、本実施形態では、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２を構成するＮｉ−Ｐ合金の成分は厚み方向においてほぼ均一となっている。ここでいう均一とは、意図的に厚み方向の成分を変化させていないという意味である。
【００３０】
硬質被覆層４３は、中間層４２を被覆する層であり、硬度がＮｉ−Ｐメッキ層４２よりも高い。本実施形態では、硬質被覆層４３は炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）からなるＴｉＣＮ層４３となっている。このＴｉＣＮ層４３は、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２の表面に物理蒸着（ＰＶＤ）によって蒸着されている。本実施形態のＴｉＣＮ層４３において、硬度は約２８００Ｈｖ（ビッカース硬さ）となっており、厚さは２μｍ程度となっている。
【００３１】
（工具電極の製造方法）
以下、図１および図２に示す形状を有する工具電極４０の製造手順について説明する。
【００３２】
まず、被加工物７０側の形状が転写形状（角柱状）となるように加工されたタフピッチ銅からなる導体４１を用意する。その後、導体４１における角柱状部分の表面にＮｉ−Ｐメッキ層４２を被覆する。本実施形態では、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２は、無電解メッキにより１００℃以下の温度条件で導体４１の表面に被覆される。これにより、メッキ処理時の熱による導体４１の変質を抑制することができる。なお、上述したように上記温度条件を満たすことができれば、電解メッキによりＮｉ−Ｐメッキ層４２を被覆してもよい。
【００３３】
ただ、好ましくは無電解メッキにより導体４１にＮｉ−Ｐメッキ層４２を被覆するのがよい。無電解メッキによるメッキ処理によれば、よりＮｉ−Ｐメッキ層４２の厚さのばらつきを抑えることができるからである。
【００３４】
電解メッキは導体４１に電流を流しながらメッキする方法である。電解メッキの場合、原則として導体４１にメッキされる層の厚さは、流した電気量（電流×時間）に比例する。一つの導体４１をメッキ処理する場合、導体４１の各部位のメッキ時間は同じと考えられる。しかしながら、導体４１を流れる電流は、各部位で流れ方が一様ではなく異なっているため、導体４１に電流分布が発生することとなる。上述したようにメッキされる層の厚さは、流した電気量に比例するため、導体４１に電流分布が発生するとメッキされる層の厚さがばらついてしまう。これでは、工具電極４０の寸法精度を高めることができない。
【００３５】
一方、無電解メッキは、電解メッキとは異なり化学反応を利用するメッキ方法であるため、メッキ液と接触している部位は一様に反応することとなり、メッキ層の厚さのばらつきを電解メッキに比べ低く抑えることが可能となる。これにより、工具電極４０の寸法精度を高めることができる。
【００３６】
その後、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２の表面にＴｉＣＮ層４３を被覆する。本実施形態では、このＴｉＣＮ層４３は物理蒸着（ＰＶＤ）により５００℃以下の温度条件でＮｉ−Ｐメッキ層４２の表面に被覆される。この温度条件でＴｉＣＮ層４３の被覆を行えばＮｉ−Ｐメッキ層４２や導体４１の変質を伴なうことなくＴｉＣＮ層４３をＮｉ−Ｐメッキ層４２の表面に被覆することができる。このような手順により、工具電極４０は製造される。Ｎｉ−Ｐメッキ層４２へのＴｉＣＮの蒸着は、化学蒸着（ＣＶＤ）を用いてもよい。ただ、極力低い温度で蒸着する必要がある。ＴｉＣＮを蒸着する際のＮｉ−Ｐメッキ層４２や導体４１への熱による変質を抑制するためである。
【００３７】
（工具電極の作用効果）
次に、上記手順によって製造された二層構造の工具電極４０の作用効果について説明する。形彫放電加工装置１０の移動装置５０が被加工物７０の加工予定箇所に工具電極４０を接近させた状態で、放電発生装置３０がパルス状の高電圧を工具電極４０と被加工物７０との間に印加すると両要素４０，７０の間にアーク放電８１が発生する。このアーク放電８１の発生により、被加工物７０の表面の一部が溶融、蒸発されて除去される。このとき、両要素４０，７０のアーク放電８１発生箇所には、アーク放電８１による衝撃圧力が加わることとなる。
【００３８】
以下、アーク放電８１による衝撃圧力の工具電極４０への影響について、タフピッチ銅のみで形成される工具電極４００と、上で説明した本実施形態の構造を有する工具電極４０とを比較して説明する。図３は、比較例における工具電極４００の概略構成を示す図である。図４は、図３に示す比較例における工具電極４００がアーク放電８１による衝撃圧力を受けたときの状態を説明する写真である。また、図５は、図２に示す一実施形態における工具電極４０がアーク放電８１による衝撃圧力を受けたときの状態を説明する写真である。図４および図５に示す工具電極４００および工具電極４０の状態は、通電電流・電圧、高電圧供給周期、工具電極の形状、放電加工時間などの加工条件を同じにして放電加工を行った後の状態を示している。
【００３９】
まず、本実施形態の工具電極４０と対比される工具電極４００のについて説明する。工具電極４００は、タフピッチ銅のみからなっている。タフピッチ銅の表面にはタフピッチ銅を保護するような被覆層は何も設けられていない。工具電極４００の被加工物７０側の形状は、本実施形態の工具電極４０と同じ角柱状となっている。
【００４０】
図３に示すような構造を有する工具電極４００を用いて放電加工を行うと、図４に示すように工具電極４００の応力が集中しやすい角部がアーク放電８１による衝撃圧力を受け、大きく消耗してしまう。一方、図２に示す本実施形態の工具電極４０では、図５に示すように図４の工具電極４００と比較して、工具電極４０の角部の形状は消耗されずに維持されている。これは、導体４１の表面が硬度の非常に高いＴｉＣＮ層４３により保護されているためである。このようにＴｉＣＮ層４３により導体４１を保護することにより、導体４１の消耗を抑制し、加工精度を長期間に亘り維持することができる。加工精度を長期間に亘り維持することができるので、所定の加工精度を維持するために必要な工具電極４０の数を低減することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、炭化水素系からなる加工液６０中でアーク放電８１させている。このように加工液６０を炭化水素系のものとすることにより、アーク放電８１を繰り返すことで、加工液６０中の炭素がイオン化し、工具電極４０のＴｉＣＮ層４３の表面に硬質なパイログラファイトが析出することがある（図示せず）。このパイログラファイトは非常に硬質な物質であるため、より一層の工具電極４０の消耗抑制効果が発揮される。
【００４２】
このようなパイログラファイトは、図３に示す工具電極４００の表面にも析出するが、工具電極４００では、図４に示すように、パイログラファイトが析出する前に電極４００の一部、特に角部が消耗してしまい、所定の加工精度を長期間に亘り維持することはできない。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の工具電極４０は、図２に示すように、硬質なＴｉＣＮ層４３を導体４１に設けることにより、導体４１の消耗を抑制することができる。しかしながら、このＴｉＣＮ層４３を単に導体４１に設けただけでは、アーク放電８１による衝撃圧力が加わったときＴｉＣＮ層４３が導体４１から剥離してしまうおそれがある。
【００４４】
以下、そのことについて詳細に説明する。タフピッチ銅からなる導体４１は、ＴｉＣＮ層４３に比べると硬度が非常に低く、外力による撓みがＴｉＣＮ層４３に比べ非常に大きい。一方、ＴｉＣＮ層４３は硬度が非常に高い。しかしながら、ＴｉＣＮ層４３はタフピッチ銅に比べ脆いという性質を有している。このように硬度と靭性の特性が正反対の層が隣り合って設けられる場合、ＴｉＣＮ層４３に衝撃圧力が加わると、その衝撃圧力は導体４１に伝播し、導体４１が大きく撓む。そうすると、表層のＴｉＣＮ層４３はこの導体４１の大きな撓みに追従しようとする。しかし、ＴｉＣＮ層４３は靭性が導体４１よりも劣っているため、割れが発生したり、導体４１から剥離したりするおそれがある。
【００４５】
この問題に対し、本実施形態では、導体４１とＴｉＣＮ層４３との間に、硬度が導体４１よりも高く、ＴｉＣＮ層４３よりも低いＮｉ−Ｐメッキ層４２を設ける構成を採用した。この構造を採用することにより、ＴｉＣＮ層４３に入力された衝撃圧力は直接導体４１には伝わらずに、一旦Ｎｉ−Ｐメッキ層４２に入力されることとなる。このＮｉ−Ｐメッキ層４２では、入力された衝撃圧力に応じて撓み、衝撃圧力のエネルギーがここである程度消費される。このため、導体４１への衝撃圧力のエネルギーが減少することとなる。これにより、衝撃圧力がＴｉＣＮ層４３から直接導体４１に伝わる場合よりも、導体４１の撓みは小さくなる。また、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２の硬度は、導体よりも高く、硬質被覆層よりも低いため、導体４１ほど大きくは撓まない。以上のことにより、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２が衝撃圧力により撓んだとしても、ＴｉＣＮ層４３が導体４１に直接被覆されている場合に比べ、ＴｉＣＮ層４３の割れや剥離の発生が抑えられるのである。
【００４６】
また、本実施形態では、衝撃圧力の緩和機能を有し、ＴｉＣＮ層４３の剥離抑制効果を発揮するＮｉ−Ｐメッキ層４２を、イオンミキシング法により得られるミキシング層ではなく、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなる厚み方向に成分が均一な層としている。このため、イオンミキシング法により中間の層を作成する従来技術に場合に比べ安価に工具電極４０を製造することができる。
【００４７】
ここで、中間層４２として、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２を採用した理由について説明する。タフピッチ銅などの銅を含有する金属からなる導体４１の表面に被覆される層としては、銅との密着性が重要な要素となる。また、銅との密着性を確保した上で、衝撃圧力の緩和機能を発揮するための硬度を確保することが必要となる。さらに、その上で、メッキ処理によりなされるメッキ層４２の厚さのばらつきを小さくする必要がある。形彫放電加工装置１０に使用する工具電極４０の寸法精度は加工精度と関連性が非常に高く、メッキ層４２の厚さがばらつくと加工精度が低下してしまうからである。加えて、メッキ処理を行う際の温度条件がメッキ層４２や導体４１を変質させない程度の温度で行える材料でなければならない。導体４１がメッキ処理時の温度に変質してしまうと工具電極４０の寸法精度が低下してしまうからである。
【００４８】
上述の条件のうち、銅との密着性を確保することができるメッキ層としては、スズメッキや硬質クロムメッキなどがＮｉ−Ｐメッキの他に存在するが、他の要素を全て満足できるのはＮｉ−Ｐメッキだけであった。本実施形態では、上記したような考え方に基づいて中間層４２としてＮｉ−Ｐメッキ層４２を採用したのである。
【００４９】
また、本実施形態ではタフピッチ銅を導体４１として選定している。このタフピッチ銅は、銅を含有する金属の中でも比較的安価な材料である。このように導体４１としてタフピッチ銅を使用することによれば、工具電極４０の製造コストの上昇を抑えることができるのである。
【００５０】
（その他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明した。本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【００５１】
上記実施形態では、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなり、導体４１の硬度よりも高く硬質被覆層４３の硬度よりも低い硬度を有する厚み方向に成分が均一な中間層４２が導体４１と硬質被覆層４３との間に設けられていれば、両者４１、４３との間に設けられる層の数は一層に限らずともよい。
【００５２】
工具電極４０は上述した形状に限らずどのような形状であってもよい。その変形例を図６〜図８に示す。各図６〜図８の（ａ）はそれぞれの工具電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃの被加工物７０側の部分の軸直角方向の断面を示し、（ｂ）はそれぞれの工具電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃの側面を示している。
【００５３】
工具電極４０ａの被加工物７０側の部位を、図６（ａ），（ｂ）に示すように円環状の断面を軸方向に延ばしたような形状としてもよい。工具電極４０ｂの被加工物７０側の部位を、図７（ａ），（ｂ）に示すように径外方向に突出する突起部を周方向に複数有する歯車形状の断面を軸方向に延ばしたような形状としてもよい。工具電極４０ｃの被加工物７０側の部位を、図８（ａ），（ｂ）に示すように二つの円弧の端部を円弧の突出方向が正反対となるように組み合わせた波型形状の断面を軸方向に延ばしたような形状としてもよい。
【００５４】
いずれの工具電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃであっても、導体４１の表面にＮｉ−Ｐメッキ層４２およびＴｉＣＮ層４３を被覆することで、上述した実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００５５】
また、タフピッチ銅に代えて無酸素銅を使用してもよい。無酸素銅も比較的安価な材料であり、工具電極４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃの製造コストの上昇を抑えることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 形彫放電加工装置、２０ 加工槽、３０ 放電発生装置、４０ 工具電極、４１ 導体、４２ 中間層（Ｎｉ−Ｐメッキ層）、４３ 硬質被覆層（ＴｉＣＮ層）、５０ 移動装置、６０ 加工液、７０ 被加工物、８０ 穴、８１ アーク放電、８２ 加工屑
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形彫放電加工に使用される放電加工用工具電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具電極と被加工物との間にアーク放電を発生させて、被加工物を微小量ずつ溶融除去する放電加工という加工方法がある。このような放電加工においては、アーク放電の高いエネルギーによる高い熱と大きい衝撃が工具電極に加わり、工具電極が消耗するという問題が発生する。放電加工の一つに、工具電極の形状を被加工物に転写する形彫放電加工がある。形彫放電加工では、工具電極の形状が被加工物に転写されるため、アーク放電により工具電極が消耗し、工具電極の形状が変化すると、加工精度が低下してしまう。
【０００３】
そこで、工具電極の消耗を抑制するために様々な工夫がなされてきた。例えば、特許文献１（特開平７−２９０３１８号公報）には、銅などの良熱伝導材料からなる導体の表面に、ＴｉＮを被覆する工具電極が提案されている。このように構成された工具電極では、ＴｉＮが導電性耐熱材料であることから、アーク放電により発生する高温に対して工具電極が保護されることとなる。また、導体が銅などの良熱伝導材料からなっているので加工時に熱せられた工具電極の熱を速やかに逃がすことができる。このようにして、特許文献１では工具電極の消耗を防いでいる。
【０００４】
また、特許文献１において、ＴｉＮからなる被覆層は、導体から被覆層の間が傾斜組成となるようにイオンミキシング法によって導体に被覆されている。これにより、導体と被覆層との間にＴｉＮの組成が導体から被覆層に向かって多くなるようなミキシング層が形成される。このミキシング層が形成されることにより、導体と被覆層との膨張率の相違に起因する応力が緩和され、被覆層の導体からの剥離が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９０３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の技術では、上記ミキシング層を、一般的な物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）や無電解メッキや電解メッキなどの被覆方法に比べ高価なイオンミキシング法によって形成している。
【０００７】
この一方で、特許文献１には、イオンミキシング法に代えて、物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）によって導体の表面にＴｉＮなどの硬度の高い被覆層を設けることが開示されている。しかし、ＴｉＮ層を形成する場合、導体と被覆層との間にミキシング層を設けることが不可能となり、放電加工時のアーク放電に起因する衝撃圧力により導体から被覆層が剥離しやすくなるという問題が発生する。
【０００８】
このＴｉＮの硬度は、導体として使用している銅の硬度に比べ非常に高い。しかし、ＴｉＮは、銅に比べ非常に脆い性質を有する。直接、銅からなる導体に、硬度の高いＴｉＮを被覆したものを工具電極として用いると、放電加工時の衝撃圧力が導体に伝播し、導体である銅が大きく撓む。この導体の大きな撓みにより、被覆層の割れや導体からの被覆層の剥離が発生するのである。
【０００９】
以上説明したように、イオンミキシング法により被覆層を形成する形態では、導体に対する密着力の点では優れるが、その反面、製造コストが高くなる。一方、被覆層を物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）により形成する形態では、イオンミキシング法を用いて被覆する形態に比べ製造コストの上昇を抑えることができるが、その反面、被覆層に割れが発生したり、被覆層が導体から剥離しやすくなる。
【００１０】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造コストの上昇を抑えつつ、導体の消耗を抑制する被覆層の導体に対する密着力を高めることができる形彫放電加工用の工具電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、銅を含有する導体が、前記導体より硬度の高い硬質被覆層によって覆われている形彫放電加工用工具電極であって、
前記導体と前記硬質被覆層との間に、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなり、前記導体の硬度よりも高く前記硬質被覆層の硬度よりも低い硬度を有する厚み方向の成分が均一な中間層が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
銅を含有する導体が硬度の高い硬質被覆層によって覆われることによれば、放電加工時のアーク放電に起因する衝撃圧力による導体の消耗を効果的に抑制することができる。しかし、導体と、導体に直接被覆される硬質被覆層の硬度差が非常に大きい場合では、放電加工時の衝撃圧力により、硬質被覆層が割れたり、導体から硬質被覆層が剥離したりするおそれがある。これは、工具電極に入力された衝撃圧力が導体にまで伝わることにより、硬度の比較的低い導体が大きく撓むことが原因であると考えられる。導体が大きく撓むことにより、硬度の高い硬質被覆層が導体の大きな撓みに追従できず、硬質被覆層が割れたり、硬質被覆層が導体から剥離したりするのである。
【００１３】
これに対し、請求項１記載の発明では、導体と硬質被覆層との間に、導体の硬度よりも高く、硬質被覆層の硬度よりも低い硬度を有する中間層を設けている。この層を設けることにより、硬質被覆層に入力された衝撃圧力は直接導体には伝わらずに、一旦中間層に入力されることとなる。中間層では、入力された衝撃圧力に応じて撓み、衝撃圧力のエネルギーがここである程度消費される。このため、導体への衝撃圧力のエネルギーが減少することとなる。これにより、衝撃圧力が硬質被覆層から直接導体に伝わる場合よりも、導体の撓みは小さくなる。また、中間層の硬度は、導体よりも高く、硬質被覆層よりも低いため、導体ほど大きくは撓まない。以上のことにより、中間層が衝撃圧力により撓んだとしても、硬質被覆層が導体に直接被覆されている場合に比べ、硬質被覆層の割れや剥離の発生が抑えられるのである。
【００１４】
また、請求項１記載の発明では、衝撃圧力の緩和機能を有し、硬質被覆層の剥離抑制効果を発揮する中間層を、イオンミキシング法により得られるミキシング層ではなく、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなる厚み方向に成分が均一な層としている。このため、イオンミキシング法により中間の層を作成する従来技術に場合に比べ安価に工具電極を製造することができる。なお、請求項１記載の発明において、「厚み方向に成分が均一な中間層」とは、中間層を構成する材料の成分を意図的に変化させたものではないということを意味している。
【００１５】
導体を覆っている中間層としては、導体が銅を含有する材料であることから銅との密着性が重要な要素となる。また、銅との密着性を確保した上で、請求項１記載の発明のように所定の硬度を確保することが必要となる。さらに、その上で、メッキ処理によりなされるメッキ層の厚さのばらつきを小さくする必要がある。形彫放電加工用工具電極の寸法精度は加工精度と関連性が高く、メッキ層の厚さがばらつくと加工精度が低下してしまうからである。加えて、メッキ処理を行う際の温度条件が導体を変質させない程度の温度で行える材料でなければならない。導体がメッキ処理時の温度によって変質してしまうと工具電極の寸法精度が低下してしまうからである。
【００１６】
請求項２記載の発明のように、工具電極の導体を覆う中間層としてＮｉ−Ｐ合金からなるＮｉ−Ｐメッキ層を用いることによれば、上述した条件を全て満足するため、良質な形彫放電加工用工具電極を提供することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明のように、中間層は無電解メッキされてなっているので、電解メッキされてなるものよりもより層の厚さのばらつきを抑えることが可能となる。これにより、工具電極としての寸法精度を高めることができ、加工精度の高い工具電極を提供することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明のように、導体に含まれる銅をタフピッチ銅または無酸素銅とすることによれば、導体として銅合金を使用する場合に比べ工具電極の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００１９】
請求項５記載の発明のように、硬質被覆層として、炭窒化チタンを使用することが好ましい。炭窒化チタンの硬度は例えばビッカース硬さで数千Ｈｖ程度であり、放電加工時に発生する衝撃圧力に対して十分か耐衝撃性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】形彫放電加工装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１の形彫放電加工装置に用いられる本発明の一実施形態における工具電極の概略構成を示す図であり、（ａ）は放電加工装置における移動装置側の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ｃ）は被加工物側の平面図である。
【図３】比較例における工具電極の概略構成を示す図であり、図２（ｂ）に対応する図である。
【図４】図３に示す比較例における工具電極がアーク放電による衝撃圧力を受けたときの状態を説明する写真である。
【図５】図２に示す一実施形態における工具電極がアーク放電による衝撃圧力を受けたときの状態を説明する写真である。
【図６】図２に示す工具電極以外の形状を有する工具電極の概略構成を示す図であり、（ａ）は工具電極の被加工物側の部分の軸直角方向の断面を示す図であり、（ｂ）は工具電極の側面を示す図である。
【図７】図２に示す工具電極以外の形状を有する工具電極の概略構成を示す図であり、（ａ）は工具電極の被加工物側の部分の軸直角方向の断面を示す図であり、（ｂ）は工具電極の側面を示す図である。
【図８】図２に示す工具電極以外の形状を有する工具電極の概略構成を示す図であり、（ａ）は工具電極の被加工物側の部分の軸直角方向の断面を示す図であり、（ｂ）は工具電極の側面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（一実施形態）
（形彫放電加工装置）
図１は、形彫放電加工装置１０の概略構成を示す図である。形彫放電加工装置１０は、工具電極４０と被加工物７０との間にアーク放電８１を発生させて、被加工物７０を微小量ずつ溶融除去することにより、工具電極４０の形状を被加工物７０に転写する装置である。
【００２３】
形彫放電加工装置１０は、加工槽２０、放電発生装置３０、工具電極４０、および移動装置５０などから構成されている。この装置１０によって加工される被加工物７０は、加工液６０で満たされる加工槽２０の底部に配置される。本実施形態では、加工液６０として炭化水素系のものを使用する。被加工物７０の加工予定箇所には、微小隙間を介して工具電極４０が配置される。
【００２４】
被加工物７０および工具電極４０は、放電発生装置３０から高電圧が加えられたときに、被加工物７０が陰極となり、工具電極４０が陽極となるように放電発生装置３０に接続されている。放電発生装置３０は、工具電極４０と被加工物７０との間に高電圧をパルス状に加える装置である。図１に示すように工具電極４０は移動装置５０に把持されている。移動装置５０は被加工物７０に対する工具電極４０の位置をアーク放電８１が発生可能な位置に調整する装置である。
【００２５】
図２は、図１の形彫放電加工装置１０に用いられる本発明の第一実施形態における工具電極４０の概略構成を示す図であり、（ａ）は放電加工装置１０における移動装置５０側の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ｃ）は被加工物７０側の平面図である。図１および図２に示すように工具電極４０の被加工物７０と対向する被加工物７０側の形状は角柱状となっている。また、被加工物７０とは反対側は、移動装置５０が把持可能な円柱状となっている。
【００２６】
工具電極４０と被加工物７０との距離が移動装置５０により調整され、放電発生装置３０より両要素４０，７０の間にパルス状の高電圧が加えられると、両要素４０，７０が最も接近した部分にアーク放電８１が生じる。このアーク放電８１により、短時間のうちに被加工物７０の表面が溶融、蒸発されて除去される。除去された部分は加工液６０により再凝固し、微小な加工屑８２となって、加工液６０とともに両要素４０，７０間から排出される。
【００２７】
両要素４０，７０に発生するアーク放電８１は、両要素４０，７０の最も近いところで発生する。アーク放電８１が発生した箇所の被加工物７０の一部が除去されると、その部分の距離は遠くなり、別の部分が近くなる。そうすると、その別の部分にアーク放電８１が発生し、その部分の被加工物７０の一部が除去されることとなる。これが繰り返されることにより、放電加工が進行する。これにより、工具電極４０の形状が被加工物７０に転写され被加工物７０表面に角柱状の穴８０が形成されるのである。
【００２８】
（工具電極）
工具電極４０は、角柱状部分と円柱状部分とを有する電極の母材となる導体４１、導体４１の角柱状部分を被覆する中間層４２、および中間層４２を被覆する硬質被覆層４３からなっている。本実施形態では、導体４１として良熱伝導材料であり、かつ良導電性材料であるタフピッチ銅を採用している。
【００２９】
中間層４２は、導体４１の角柱部分を被覆する層であり、硬度が導体４１の硬度よりも高い。本実施形態では、中間層４２はＮｉ−Ｐ合金からなるＮｉ−Ｐメッキ層４２となっている。このＮｉ−Ｐメッキ層４２は、導体４１の表面に無電解メッキまたは電解メッキのいずれかのメッキ処理により被覆されている。本実施形態のＮｉ−Ｐメッキ層４２において、硬度は５００〜７００Ｈｖ（ビッカース硬さ）となっており、厚さは５μｍ程度となっている。なお、本実施形態では、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２を構成するＮｉ−Ｐ合金の成分は厚み方向においてほぼ均一となっている。ここでいう均一とは、意図的に厚み方向の成分を変化させていないという意味である。
【００３０】
硬質被覆層４３は、中間層４２を被覆する層であり、硬度がＮｉ−Ｐメッキ層４２よりも高い。本実施形態では、硬質被覆層４３は炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）からなるＴｉＣＮ層４３となっている。このＴｉＣＮ層４３は、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２の表面に物理蒸着（ＰＶＤ）によって蒸着されている。本実施形態のＴｉＣＮ層４３において、硬度は約２８００Ｈｖ（ビッカース硬さ）となっており、厚さは２μｍ程度となっている。
【００３１】
（工具電極の製造方法）
以下、図１および図２に示す形状を有する工具電極４０の製造手順について説明する。
【００３２】
まず、被加工物７０側の形状が転写形状（角柱状）となるように加工されたタフピッチ銅からなる導体４１を用意する。その後、導体４１における角柱状部分の表面にＮｉ−Ｐメッキ層４２を被覆する。本実施形態では、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２は、無電解メッキにより１００℃以下の温度条件で導体４１の表面に被覆される。これにより、メッキ処理時の熱による導体４１の変質を抑制することができる。なお、上述したように上記温度条件を満たすことができれば、電解メッキによりＮｉ−Ｐメッキ層４２を被覆してもよい。
【００３３】
ただ、好ましくは無電解メッキにより導体４１にＮｉ−Ｐメッキ層４２を被覆するのがよい。無電解メッキによるメッキ処理によれば、よりＮｉ−Ｐメッキ層４２の厚さのばらつきを抑えることができるからである。
【００３４】
電解メッキは導体４１に電流を流しながらメッキする方法である。電解メッキの場合、原則として導体４１にメッキされる層の厚さは、流した電気量（電流×時間）に比例する。一つの導体４１をメッキ処理する場合、導体４１の各部位のメッキ時間は同じと考えられる。しかしながら、導体４１を流れる電流は、各部位で流れ方が一様ではなく異なっているため、導体４１に電流分布が発生することとなる。上述したようにメッキされる層の厚さは、流した電気量に比例するため、導体４１に電流分布が発生するとメッキされる層の厚さがばらついてしまう。これでは、工具電極４０の寸法精度を高めることができない。
【００３５】
一方、無電解メッキは、電解メッキとは異なり化学反応を利用するメッキ方法であるため、メッキ液と接触している部位は一様に反応することとなり、メッキ層の厚さのばらつきを電解メッキに比べ低く抑えることが可能となる。これにより、工具電極４０の寸法精度を高めることができる。
【００３６】
その後、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２の表面にＴｉＣＮ層４３を被覆する。本実施形態では、このＴｉＣＮ層４３は物理蒸着（ＰＶＤ）により５００℃以下の温度条件でＮｉ−Ｐメッキ層４２の表面に被覆される。この温度条件でＴｉＣＮ層４３の被覆を行えばＮｉ−Ｐメッキ層４２や導体４１の変質を伴なうことなくＴｉＣＮ層４３をＮｉ−Ｐメッキ層４２の表面に被覆することができる。このような手順により、工具電極４０は製造される。Ｎｉ−Ｐメッキ層４２へのＴｉＣＮの蒸着は、化学蒸着（ＣＶＤ）を用いてもよい。ただ、極力低い温度で蒸着する必要がある。ＴｉＣＮを蒸着する際のＮｉ−Ｐメッキ層４２や導体４１への熱による変質を抑制するためである。
【００３７】
（工具電極の作用効果）
次に、上記手順によって製造された二層構造の工具電極４０の作用効果について説明する。形彫放電加工装置１０の移動装置５０が被加工物７０の加工予定箇所に工具電極４０を接近させた状態で、放電発生装置３０がパルス状の高電圧を工具電極４０と被加工物７０との間に印加すると両要素４０，７０の間にアーク放電８１が発生する。このアーク放電８１の発生により、被加工物７０の表面の一部が溶融、蒸発されて除去される。このとき、両要素４０，７０のアーク放電８１発生箇所には、アーク放電８１による衝撃圧力が加わることとなる。
【００３８】
以下、アーク放電８１による衝撃圧力の工具電極４０への影響について、タフピッチ銅のみで形成される工具電極４００と、上で説明した本実施形態の構造を有する工具電極４０とを比較して説明する。図３は、比較例における工具電極４００の概略構成を示す図である。図４は、図３に示す比較例における工具電極４００がアーク放電８１による衝撃圧力を受けたときの状態を説明する写真である。また、図５は、図２に示す一実施形態における工具電極４０がアーク放電８１による衝撃圧力を受けたときの状態を説明する写真である。図４および図５に示す工具電極４００および工具電極４０の状態は、通電電流・電圧、高電圧供給周期、工具電極の形状、放電加工時間などの加工条件を同じにして放電加工を行った後の状態を示している。
【００３９】
まず、本実施形態の工具電極４０と対比される工具電極４００のについて説明する。工具電極４００は、タフピッチ銅のみからなっている。タフピッチ銅の表面にはタフピッチ銅を保護するような被覆層は何も設けられていない。工具電極４００の被加工物７０側の形状は、本実施形態の工具電極４０と同じ角柱状となっている。
【００４０】
図３に示すような構造を有する工具電極４００を用いて放電加工を行うと、図４に示すように工具電極４００の応力が集中しやすい角部がアーク放電８１による衝撃圧力を受け、大きく消耗してしまう。一方、図２に示す本実施形態の工具電極４０では、図５に示すように図４の工具電極４００と比較して、工具電極４０の角部の形状は消耗されずに維持されている。これは、導体４１の表面が硬度の非常に高いＴｉＣＮ層４３により保護されているためである。このようにＴｉＣＮ層４３により導体４１を保護することにより、導体４１の消耗を抑制し、加工精度を長期間に亘り維持することができる。加工精度を長期間に亘り維持することができるので、所定の加工精度を維持するために必要な工具電極４０の数を低減することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、炭化水素系からなる加工液６０中でアーク放電８１させている。このように加工液６０を炭化水素系のものとすることにより、アーク放電８１を繰り返すことで、加工液６０中の炭素がイオン化し、工具電極４０のＴｉＣＮ層４３の表面に硬質なパイログラファイトが析出することがある（図示せず）。このパイログラファイトは非常に硬質な物質であるため、より一層の工具電極４０の消耗抑制効果が発揮される。
【００４２】
このようなパイログラファイトは、図３に示す工具電極４００の表面にも析出するが、工具電極４００では、図４に示すように、パイログラファイトが析出する前に電極４００の一部、特に角部が消耗してしまい、所定の加工精度を長期間に亘り維持することはできない。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の工具電極４０は、図２に示すように、硬質なＴｉＣＮ層４３を導体４１に設けることにより、導体４１の消耗を抑制することができる。しかしながら、このＴｉＣＮ層４３を単に導体４１に設けただけでは、アーク放電８１による衝撃圧力が加わったときＴｉＣＮ層４３が導体４１から剥離してしまうおそれがある。
【００４４】
以下、そのことについて詳細に説明する。タフピッチ銅からなる導体４１は、ＴｉＣＮ層４３に比べると硬度が非常に低く、外力による撓みがＴｉＣＮ層４３に比べ非常に大きい。一方、ＴｉＣＮ層４３は硬度が非常に高い。しかしながら、ＴｉＣＮ層４３はタフピッチ銅に比べ脆いという性質を有している。このように硬度と靭性の特性が正反対の層が隣り合って設けられる場合、ＴｉＣＮ層４３に衝撃圧力が加わると、その衝撃圧力は導体４１に伝播し、導体４１が大きく撓む。そうすると、表層のＴｉＣＮ層４３はこの導体４１の大きな撓みに追従しようとする。しかし、ＴｉＣＮ層４３は靭性が導体４１よりも劣っているため、割れが発生したり、導体４１から剥離したりするおそれがある。
【００４５】
この問題に対し、本実施形態では、導体４１とＴｉＣＮ層４３との間に、硬度が導体４１よりも高く、ＴｉＣＮ層４３よりも低いＮｉ−Ｐメッキ層４２を設ける構成を採用した。この構造を採用することにより、ＴｉＣＮ層４３に入力された衝撃圧力は直接導体４１には伝わらずに、一旦Ｎｉ−Ｐメッキ層４２に入力されることとなる。このＮｉ−Ｐメッキ層４２では、入力された衝撃圧力に応じて撓み、衝撃圧力のエネルギーがここである程度消費される。このため、導体４１への衝撃圧力のエネルギーが減少することとなる。これにより、衝撃圧力がＴｉＣＮ層４３から直接導体４１に伝わる場合よりも、導体４１の撓みは小さくなる。また、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２の硬度は、導体よりも高く、硬質被覆層よりも低いため、導体４１ほど大きくは撓まない。以上のことにより、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２が衝撃圧力により撓んだとしても、ＴｉＣＮ層４３が導体４１に直接被覆されている場合に比べ、ＴｉＣＮ層４３の割れや剥離の発生が抑えられるのである。
【００４６】
また、本実施形態では、衝撃圧力の緩和機能を有し、ＴｉＣＮ層４３の剥離抑制効果を発揮するＮｉ−Ｐメッキ層４２を、イオンミキシング法により得られるミキシング層ではなく、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなる厚み方向に成分が均一な層としている。このため、イオンミキシング法により中間の層を作成する従来技術に場合に比べ安価に工具電極４０を製造することができる。
【００４７】
ここで、中間層４２として、Ｎｉ−Ｐメッキ層４２を採用した理由について説明する。タフピッチ銅などの銅を含有する金属からなる導体４１の表面に被覆される層としては、銅との密着性が重要な要素となる。また、銅との密着性を確保した上で、衝撃圧力の緩和機能を発揮するための硬度を確保することが必要となる。さらに、その上で、メッキ処理によりなされるメッキ層４２の厚さのばらつきを小さくする必要がある。形彫放電加工装置１０に使用する工具電極４０の寸法精度は加工精度と関連性が非常に高く、メッキ層４２の厚さがばらつくと加工精度が低下してしまうからである。加えて、メッキ処理を行う際の温度条件がメッキ層４２や導体４１を変質させない程度の温度で行える材料でなければならない。導体４１がメッキ処理時の温度に変質してしまうと工具電極４０の寸法精度が低下してしまうからである。
【００４８】
上述の条件のうち、銅との密着性を確保することができるメッキ層としては、スズメッキや硬質クロムメッキなどがＮｉ−Ｐメッキの他に存在するが、他の要素を全て満足できるのはＮｉ−Ｐメッキだけであった。本実施形態では、上記したような考え方に基づいて中間層４２としてＮｉ−Ｐメッキ層４２を採用したのである。
【００４９】
また、本実施形態ではタフピッチ銅を導体４１として選定している。このタフピッチ銅は、銅を含有する金属の中でも比較的安価な材料である。このように導体４１としてタフピッチ銅を使用することによれば、工具電極４０の製造コストの上昇を抑えることができるのである。
【００５０】
（その他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明した。本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【００５１】
上記実施形態では、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなり、導体４１の硬度よりも高く硬質被覆層４３の硬度よりも低い硬度を有する厚み方向に成分が均一な中間層４２が導体４１と硬質被覆層４３との間に設けられていれば、両者４１、４３との間に設けられる層の数は一層に限らずともよい。
【００５２】
工具電極４０は上述した形状に限らずどのような形状であってもよい。その変形例を図６〜図８に示す。各図６〜図８の（ａ）はそれぞれの工具電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃの被加工物７０側の部分の軸直角方向の断面を示し、（ｂ）はそれぞれの工具電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃの側面を示している。
【００５３】
工具電極４０ａの被加工物７０側の部位を、図６（ａ），（ｂ）に示すように円環状の断面を軸方向に延ばしたような形状としてもよい。工具電極４０ｂの被加工物７０側の部位を、図７（ａ），（ｂ）に示すように径外方向に突出する突起部を周方向に複数有する歯車形状の断面を軸方向に延ばしたような形状としてもよい。工具電極４０ｃの被加工物７０側の部位を、図８（ａ），（ｂ）に示すように二つの円弧の端部を円弧の突出方向が正反対となるように組み合わせた波型形状の断面を軸方向に延ばしたような形状としてもよい。
【００５４】
いずれの工具電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃであっても、導体４１の表面にＮｉ−Ｐメッキ層４２およびＴｉＣＮ層４３を被覆することで、上述した実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００５５】
また、タフピッチ銅に代えて無酸素銅を使用してもよい。無酸素銅も比較的安価な材料であり、工具電極４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃの製造コストの上昇を抑えることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 形彫放電加工装置、２０ 加工槽、３０ 放電発生装置、４０ 工具電極、４１ 導体、４２ 中間層（Ｎｉ−Ｐメッキ層）、４３ 硬質被覆層（ＴｉＣＮ層）、５０ 移動装置、６０ 加工液、７０ 被加工物、８０ 穴、８１ アーク放電、８２ 加工屑
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含有する導体が、前記導体より硬度の高い硬質被覆層によって覆われている形彫放電加工用工具電極であって、
前記導体と前記硬質被覆層との間に、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなり、前記導体の硬度よりも高く前記硬質被覆層の硬度よりも低い硬度を有する厚み方向の成分が均一な中間層が設けられていることを特徴とする形彫放電加工用工具電極。
【請求項２】
前記中間層は、Ｎｉ−Ｐ合金からなるＮｉ−Ｐメッキ層であることを特徴とする請求項１に記載の形彫放電加工用工具電極。
【請求項３】
前記中間層は、無電解メッキされてなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の形彫放電加工用工具電極。
【請求項４】
前記導体に含まれる銅は、タフピッチ銅または無酸素銅であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の形彫放電加工用工具電極。
【請求項５】
前記硬質被覆層は、炭窒化チタンからなる被覆層であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の形彫放電加工用工具電極。
【請求項１】
銅を含有する導体が、前記導体より硬度の高い硬質被覆層によって覆われている形彫放電加工用工具電極であって、
前記導体と前記硬質被覆層との間に、無電解メッキまたは電解メッキのいずれかでメッキされてなり、前記導体の硬度よりも高く前記硬質被覆層の硬度よりも低い硬度を有する厚み方向の成分が均一な中間層が設けられていることを特徴とする形彫放電加工用工具電極。
【請求項２】
前記中間層は、Ｎｉ−Ｐ合金からなるＮｉ−Ｐメッキ層であることを特徴とする請求項１に記載の形彫放電加工用工具電極。
【請求項３】
前記中間層は、無電解メッキされてなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の形彫放電加工用工具電極。
【請求項４】
前記導体に含まれる銅は、タフピッチ銅または無酸素銅であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の形彫放電加工用工具電極。
【請求項５】
前記硬質被覆層は、炭窒化チタンからなる被覆層であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の形彫放電加工用工具電極。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−６１１０（Ｐ２０１２−６１１０Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４３９０２（Ｐ２０１０−１４３９０２）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
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