放電加工用電極及びその製造方法
【課題】有効に電極の強度を向上すると共に、作製性及びセッティング等の取扱い性に極めて優れた放電加工用電極を提供する。
【解決手段】放電加工用電極１０は、被処理物との間に放電を発生させて、被処理物表面に皮膜を形成する。実質的な電極部分として、所定の目粗さとした連鎖状金属１３の空孔部１３ａに皮膜の原料となる粉末１４を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体を有する。
【解決手段】放電加工用電極１０は、被処理物との間に放電を発生させて、被処理物表面に皮膜を形成する。実質的な電極部分として、所定の目粗さとした連鎖状金属１３の空孔部１３ａに皮膜の原料となる粉末１４を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電加工を利用したコーティング、即ち放電コーティング技術における消耗電極部材の構造、より具体的にはエンジン用シリンダヘッドのバルブシート部に耐摩耗性付与を目的とする鋼（Ｆｅ）製シートリングを圧入することなく、シートリングの代替可能とする放電加工用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工コーティングは、放電エネルギーを利用して消耗電極成分を被処理面に堆積させる処理であるため、消耗電極の成分が形成する皮膜成分を左右することになる。特許文献１にはこの技術を利用したコーティング技術が開示されている。
【０００３】
ここで、特許文献１に開示される技術につき概略説明する。先ず、図７（ａ）に示すように放電加工装置１００において油槽１０１内に被処理物（ワークＷ）がセットされ、ワークＷの上方に導電性電極１０２が配置される。ワークＷ及び導電性電極１０２は、油槽１０１内に満たした加工油１０３に浸漬される。導電性電極１０２の先端には導電性接着剤１０４を介して電極１（消耗電極部材）が取り付けられる。油槽１０１側及び導電性電極１０２側にはパルス電源１０５が接続され、ワークＷと電極１の間にパルス電圧が印加され、そのアーク放電によってワークＷ上に皮膜Ｗ1が形成される。
【０００４】
特許文献１には、エンジンのシリンダヘッドのバルブシート部にコーティングする際の電極１の成形方法が開示される。これによれば、図７（ｂ）のように上型２０２及び下型２０１でなる成形型２００を用い、皮膜Ｗ1の構成成分となる粉末１Ａが下型２０１のキャビティ内に充填され、上型２０２によって粉末１Ａを加圧圧縮する。この例では、被コーティング面であるバルブシート形状に合わせ、電極１としては図７（ｃ）のようにリング状に圧縮成形される。
【０００５】
この方法による電極１は、粉末を圧縮して成形しただけであるため、強度的に脆く壊れ易い理由から電極作製及び電極セッティング時の取扱いが難しいという問題があった。そこで、圧縮成形した電極を破損しないように、慎重に導電性電極１０２先端に導電性接着剤１０４を用いて接着していた。この接着には例えばオーブンで５０℃×１時間を要し、消耗電極の更新時には古い消耗電極及び接着剤を除去後、再度新しい電極１を接着する必要があり、極めて多くの時間を要していた。
【０００６】
そこで、かかる取扱いの煩わしさを解決するため、特許文献２にはリング状等の形状への変形が容易で、且つ破損し難いＮｉ系の発泡金属を消耗電極として使用する方法が開示されている。図８（ｂ）のように目の細かいＮｉ系の発泡金属板２Ａを用い、この発泡金属板２Ａをロールさせてリング状に成形し、電極２を形成する。この方法では消耗電極の取扱いは容易で、図８（ａ）のようにリング状に成型した発泡金属板２Ａでなる電極２を導電性電極１０２の先端に巻き付ける。そして、締結バンド１０６で固定することで、上述した導電性接着剤１０４による固定に較べると電極セッティングに要する時間は短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２‐２０８８２号公報
【特許文献２】特開２００４‐２５５５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図８に示したような放電加工によるコーティングで形成される皮膜Ｗ1の種類がＮｉ系に限定されざるを得なかった。また、Ｎｉ系金属は、放電加工液である加工油１０３から遊離した炭素と反応して炭化物を形成し難いということもあり、バルブシート部に適した硬くて耐摩耗性に優れた皮膜を得るのが必ずしも容易でなかった。
【０００９】
本発明はかかる実情に鑑み、有効に電極の強度を向上すると共に、作製性及びセッティング等の取扱い性に極めて優れた放電加工用電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放電加工用電極は、被処理物との間に放電を発生させて、該被処理物表面に皮膜を形成するようにした放電加工用電極であって、実質的な電極部分として、所定の目粗さとした連鎖状金属の空孔部に皮膜の原料となる粉末を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による放電加工用電極において、前記連鎖状金属の空孔部の孔径は、０．５ｍｍ＜孔径＜電極板厚であり、その空孔率は８０〜９８％であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による放電加工用電極において、前記連鎖状金属よりも目粗さの細かい第２の連鎖状金属を重ねて、これらを同時に圧縮成形した二層構造を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による放電加工用電極において、前記第２の連鎖状金属の空孔部の孔径は、０．３〜１ｍｍ、その空孔率は７０〜９５％であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による放電加工用電極において、前記連鎖状金属又は前記第２の連鎖状金属を構成する長尺状素材を、リング状にロールしてこれを圧縮成形することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による放電加工用電極において、二層構造のうち、前記第２の連鎖状金属に対応する金属部分を放電加工装置へのセッティング部位として使用することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の放電加工用電極の製造方法は、被処理物との間に放電を発生させて、該被処理物表面に皮膜を形成するようにした放電加工用電極の製造方法であって、所定の目粗さとした連鎖状金属の空孔部に皮膜の原料となる粉末を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体により実質的な電極部分を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、皮膜形成用圧粉体の中に連鎖した細線を内蔵することで強度が向上し、且つ消耗電極の成分を限定することなく、硬く耐摩耗性に優れた皮膜を形成することのできる成分で消耗電極を作製することができる。また、皮膜形成用圧粉体と強度的にも優れた金属電極部とを一体成形した二層構造の電極とすることで、全体の強度を格段に向上させることができる。更に、メカニカルチャックや電磁チャックを用いてセッティング可能になり、迅速且つ強固に電極を固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における電極の構造及び作製方法を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における電極の具体的な作製手順を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における電極を構成する連鎖状金属とその空孔部の関係等を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における電極を構成する皮膜形成用圧粉体における空孔率と破断荷重との関係等を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における電極の放電加工装置へのメカニカルチャックによるセッティング方法の例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における電極の放電加工装置への電磁チャックによるセッティング方法の例を示す図である。
【図７】従来の電極の構造、作製方法及びセッティング方法の例を示す図である。
【図８】従来の別の電極の構造、作製方法及びセッティング方法の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、従来例と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて、本発明による放電加工用電極の好適な実施の形態を説明する。
ここで先ず本実施形態において、既に説明したエンジンのシリンダヘッドのバルブシート部に、放電加工によってコーティングする際に使用する電極を作製する場合の例とする。また、そのコーティングのための放電加工は、図７等に示したような放電加工装置１００において行われるものとする。
【００２０】
図１（ａ）は、本発明による消耗電極部材１０（以下、単に電極という）を示している。なお、この電極１０は、放電加工装置１００の導電性電極１０２の先端に取り付けられるものとする。本実施形態の電極１０は連鎖した細線を内蔵した皮膜形成用圧粉体１１と、粉末を含まない金属部分１２との二層（もしくは二段）構造となっている。
【００２１】
ここで、電極１０の成形方法について説明する。図１（ｂ）のように上型２０２及び下型２０１でなる成形型２００を使用する。先ず、下型２０１のキャビティ内に目の粗い連鎖状金属１３（金属細線が連鎖することで構成された構造体）が装填され、更に連鎖状金属１３の空孔部１３ａにコーティング皮膜の原料となる原料粉末１４が充填される。連鎖状金属１３の上に、目の細かい連鎖状金属１５を重ねて装填し、上型２０２によって同時に圧縮することで、皮膜形成用圧粉体１１及び金属部分１２から電極１０が成形される。
【００２２】
かかる構成の電極１０において結論的に言うと、皮膜形成用圧粉体１１の中に連鎖した細線（連鎖状金属１３）を内蔵することで強度が向上し、且つ消耗電極の成分を限定することなく、硬く耐摩耗性に優れた皮膜を形成可能な成分で消耗電極を作製することが可能となる。連鎖した細線を内蔵した皮膜形成用圧粉体１１と、強度的にも優れた金属部分１２を一体成型することで、電極１０全体の強度を更に向上させた二層構造の電極とする。ここで、二種類の連鎖状金属１３，１５を重ねて一体成形する際、それぞれの連鎖状金属の端面から延出した細線同士が、それらの合わせ面１６（図１（ｂ）参照）で絡み合いながら圧縮成形され、強固に結合させることができる。この金属細線の絡み合いによる合わせ部での結合力強化は、二層に重ねた層相互間の連鎖状金属同士の結合力だけでなく、それぞれの連鎖状金属１３，１５単独において例えばリング状にロールした際の突合わせ面でも同様の効果が得られる。
【００２３】
更に図２を参照して、電極１０の具体的な作製手順を説明する。
１）先ず、シリンダヘッドのバルブシート形状に合ったリング状となるように、目の粗い連鎖状金属１３（長尺状素材）を矢印のようにロールしてリング状にし、成形型２００の下型２０１にセットする。なお、連鎖状金属１３をロールさせることで、連鎖状金属１３の長手方向の端部同士が突合わせ面１３Ａにて突き合わさる。この突合わせ面１３Ａにおいても、連鎖状金属１３の金属細線の絡み合いにより、上述したような相互の結合力強化が得られる。
【００２４】
２）リング状にした目の粗い連鎖状金属１３に対して、皮膜原料となる原料粉末１４を投入し、連鎖状金属１３の空孔部１３ａに原料粉末１４を充填する。この場合、原料粉末１４は図１（ｂ）に示されるように、連鎖状金属１３の上端部が適度に露出する程度とする。このように連鎖状金属１３の上部を露出させることで、二層構造となった電極構造体を圧縮成形した際に、目の粗い連鎖状金属１３と目の細かい連鎖状金属１５との合わせ面１６において、それらを構成する細線同士が絡み合うことを助長させる。なお、原料粉末１４を過投入すると、目の粗い連鎖状金属１３の端面（上端面）を原料粉末１４で覆うこととなり、そのままでは細線同士が絡み合い難くなり、二層構造の合わせ部の結合レベルを低下させる。
【００２５】
３）目の細かい連鎖状金属１５（長尺状素材）をロールしてリング状にし、既にセットした目の粗い連鎖状金属１３に重ねた状態で成形型２００（の下型２０１）にセットする。なお、この場合も連鎖状金属１５をロールさせることで、連鎖状金属１５の端部同士が突合わせ面１５Ａにて突き合わさる。
４）最後に上型２０２をセットし、加圧・圧縮することで電極１０を一体成形する。
【００２６】
ここで、ワークＷ上に皮膜Ｗ1を形成する実質的な電極部分となる連鎖状金属１３の目の粗さ（目粗さ）、即ち空孔部１３ａの孔径（＝ｄ）については、原料粉末１４の充填性を考えると、ｄ＝０．５ｍｍ超が好ましい。この点に関して図３を参照して説明する。孔径ｄが０．５ｍｍ以下の場合、金型２０１にセットした連鎖状金属１３の上端部のみを除いた部分に原料粉末１４を充填することが難しくなり、即ち図３（ａ）のように連鎖状金属１３の下端部１３ｂにおいても原料粉末１４の充填不足が発生してしまう。かかる充填不足の状態で圧縮成形すると、成形後の電極１０の一部（下端部）に連鎖状金属１３のみで作製された原料粉末１４の未充填部１７ができてしまう。このような未充填部１７の存在下では放電コーティングの際、連鎖状金属１３自体の成分材料がワークＷの被処理面に堆積し、充填した原料粉末１４の成分による皮膜は形成されない。つまり、目的とする皮膜が得られない。
【００２７】
また、空孔部１３ａの孔径がｄ＝１．０ｍｍの場合、及びｄ＝１．５ｍｍの場合とも、所定量の原料粉末１４が適正に充填され、充填後の圧縮成形において上述したような未充填部１７は発生しない。更に、孔径ｄの上限としては、連鎖状金属１３をリング状にして金型２００にセットした状態で、その構成金属細線が連鎖するためには電極１０の板厚ｔｍｍ（図３（ｂ）参照）よりも孔径ｄが小さいことが好ましい。従って、空孔部１３ａの孔径ｄの範囲は、０．５ｍｍ＜ｄ＜ｔｍｍとするのが好適である。
【００２８】
次に、目の粗い連鎖状金属１３に原料粉末１４を充填・圧縮した電極１０に関して、空孔率と引張による破断荷重の関係を図４（ａ）に示す。なお、空孔率とは、連鎖状金属１３全体の体積に対して空孔部１３ａが占める割合として定義される。この場合、図４（ｂ）に示すように連鎖状金属１３の両端部（直径方向）を引張り、その引張荷重Ｆを変化させて行った。空孔率が大きくなるに従い、破断荷重も低下する。連鎖状金属１３が内蔵されたリング状の皮膜形成用圧粉体１１の破断荷重が、原料粉末１４のみを圧縮成形してなる圧粉体の場合（図４（ａ）の破断荷重Ｆ1）よりも高くなるためには、空孔率が９８％以下である必要があることがわかる。また、原料粉末１４の充填性を考え、空孔率は８０％以上であることが望ましい。なお、連鎖状金属１３のみをリング状に圧縮成形した場合、その破断荷重Ｆ2であった。
【００２９】
また、目の細かい連鎖状金属１５の孔径は、圧縮成形した際の細線の絡み合いを維持するため０．３〜１ｍｍ程度が望ましい。孔径が０．３ｍｍ未満では合わせ面１６に生じた細線（の腕）が短く、目の粗い連鎖状金属９の合わせ面１６で絡み合う程度が低下し十分な結合が得られない。また、孔径が１ｍｍ超では合わせ面１６で絡み合う細線（の腕）の数が低下してしまい、十分な結合が得られない。また、目の細かい連鎖状金属１５の空孔率は、容易な圧縮成形性を考慮し、７０〜９５％程度が望ましい。
【００３０】
つまり、原料粉末１４が充填される目の粗い連鎖状金属１３は、原料粉末１４の充填性と皮膜形成用圧粉体１１の強度の向上を考慮すると、孔径（＝ｄ）を０．５ｍｍ＜ｄ＜ｔｍｍ、空孔率を８０〜９８％とする。また、目の細かい連鎖状金属１３は、合わせ面１６における十分な結合強度と容易な圧縮成形性を得るために、孔径ｄを０．３〜１ｍｍ、空孔率を７０〜９５％程度とする。
【００３１】
さて、以上のようにして作製した二層構造の電極１０のセッティング方法を説明する。電極１０の二層構造のうち、強度が増した金属部分１２を放電加工装置１００へのセッティング部位として使用する。金属部分１２を使うことで、従来技術で困難であったメカチャック及び電磁チャックが利用可能となり、迅速且つ強固に固定することができる。また、これまでの電極１あるいは電極２に対して、負荷低減のため実施していた導電性接着剤１０４による接着や締結バンド１０６による固定等と比較すると、セッティングに要する時間及び電極固定時の密着レベルの向上、そして更には消耗電極の更新に要する時間の短縮など、セッティング時の作業性が格段に向上する。
【００３２】
ここで図５を参照して、メカニカルチャックを用いて、放電加工装置１００に電極１０をセットするセッティング方法の例を説明する。ここでは、前述した二層構造の電極１０を使用するものとし、該電極１０がセットされる導電性電極１０２には、チャック２０を装着するための内孔１０２ａ（典型的にはストレート孔とする）が形成されている。チャック２０は、内孔１０２ａの内周に沿って配設される拡張板２１と、拡張板２１の内側に挿入される拡張棒２２とを有し、両者が協働して電極１０を保持固定するようになっている。この場合、拡張板２１は全体として、この例では中空円筒状を呈し、円周６分割した６枚の切片から構成される。また、拡張棒２２は、上方側を先細としたテーパ状の棒体により構成され、少なくとも下方側大径部の外径は、拡張板２１の内径よりも大きく設定される。
【００３３】
電極１０は図５（ｂ）のｉ）〜iii）の手順でセットされる。即ち、先ず拡張棒２２が拡張板２１の下端から突出した状態では、拡張板２１の内径は収縮した状態となっている。拡張板２１をこの収縮状態ｉ）で、その強度が強化されている金属部分１２の孔１２ａに挿入し、且つii）のように金属部分１２を導電性電極１０２の先端（下端面）に密着させる。この密着状態で拡張棒２２を、iii）のように拡張板２１の内方へ押入し、これにより拡張板２１が円周方向に拡張する、即ち拡径する。このように剛性強固な金属部分１２を利用して、その孔１２ａの内周面を保持し、これにより電極１０を適正且つ的確に固定することができる。この場合、上述のように拡張棒２２を拡張板２１内に押入するだけの簡単な作業で、電極１０をスピーディにセット可能とする。
【００３４】
なお、上記のように６枚の拡張板２１は相互に分離もしくは分割構成されたものであってもよく、あるいはまた、中空円筒体の上端部を除いてその下方部位に上下方向のスリットを形成することによって、全体としての径が拡縮変形するように構成することも可能である。また、拡張板２１の枚数等は、６枚の他に適宜増減可能である。
【００３５】
更に図６を参照して、電磁チャックを用いて、放電加工装置１００に電極１０をセットするセッティング方法の別の例を説明する。この例では電極１０のチャック方法として、目の細かい連鎖状金属１５を圧縮成形してなる金属部分１２の材質として、ＦｅあるいはＮｉ等の磁性材料を用いる。また、放電加工装置１００の導電性電極１０２を電磁チャック３０として構成する。
【００３６】
電極１０は図６（ｂ）のｉ）〜ii）の手順でセットされる。ｉ）のように電磁チャック式の導電性電極１０２の先端（下端面）に磁性材料で形成された金属部分１２を密着させ、ii）のように磁力により電極１０を導電性電極１０２に固定する。
【００３７】
電極１０のセッティング方法として、メカニカルチャック及び電磁チャックの例を説明したが、更に両者を併用することも可能である。メカニカルチャック及び電磁チャックを併用することで、電極１０のより強固な固定を実現することもできる。
【００３８】
（実施例）
次に、本発明の更に具体的な実施例について説明する。この実施例において図２等を参照して、連鎖状金属１３の形成に際してニッケルの細線を用い、その空孔部１３ａの孔径ｄ＝１ｍｍ、空孔率９７％、厚さ３ｍｍ、その内径２４ｍｍになるようにリング状にロールし、成形型２００の下型２０１にセットした。次に、Ｍｏ系皮膜を形成するために、表１に示した割合（重量パーセント）で混合した原料粉末１４を充填した。原料粉末１４の充填後、孔径０．５ｍｍ、空孔率９５％、厚さ３ｍｍとした連鎖状金属１５を、上記のように原料粉末１４を充填した連鎖状金属１３の上に重ね４００ＭＰａで圧縮成形した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記条件で圧縮成形した二層構造の電極１０を使用し、この電極１０を前述したメカニカルチャック方式で導電性電極１０２にセットした。そして、以下の２点につき従来技術（原料粉末のみを圧縮成型してなる電極を導電性接着剤で固定したもの）と比較した。
１．成型後の電極の成形状態（欠け及び亀裂の有無）
２．電極の作製から放電加工機の導電性電極へのセッティング完了までの時間
【００４１】
本発明と従来技術を用いて、各１０ヶ圧縮成形したときの電極の成形状態（欠け及び亀裂の有無）と、電極の作製から放電加工装置１００へのセッティング完了までに要する時間の平均値を、それぞれ表２及び表３に示す。
先ず、欠け及び亀裂の発生は、本発明により作製した電極１０には観察されなかったのに対し、従来技術では１０ヶ中に５ヶに亀裂が観察された。連鎖状金属１３を圧粉体内に内蔵し、且つ金属電極体との二層一体成形構造にすることで、電極１０の強度が向上し欠け及び亀裂が発生しなくなったことが分かる。
【００４２】
次に、電極１０の作製から放電加工機へのセッティング完了までに要する時間は、本発明ではが７分要したのに対して、従来技術が７２分で、所要時間が約１／１０と大幅に短縮することができた。なお、電極セッティングには手作業を含み、また従来技術の場合には接着剤の乾燥時間が大半を占める。本発明ではワンタッチもしくはこれに準ずる操作、作業で極めてスピーディ且つ的確に電極１０をセッティングすることができる。つまり、電極１０の強度向上と作製からセッティングまでの所要時間の短縮により、作業性が格段に改善できた。
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記実施形態において、エンジンシリンダヘッドのバルブシート部の放電コーティング用電極構造としてリング状の消耗電極について記述したが、リング形状以外でも同様の強度向上とセッティングの迅速化が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 電極、１１ 皮膜形成用圧粉体、１２ 金属部分、１３ 連鎖状金属、１３ａ 空孔部、１４ 原料粉末、１５ 連鎖状金属、１６ 合わせ面、１００ 放電加工装置、１０１ 油槽、１０２ 導電性電極、１０３ 加工油、１０５ パルス電源、２００ 成形型、２０１ 下型、２０２ 上型。
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電加工を利用したコーティング、即ち放電コーティング技術における消耗電極部材の構造、より具体的にはエンジン用シリンダヘッドのバルブシート部に耐摩耗性付与を目的とする鋼（Ｆｅ）製シートリングを圧入することなく、シートリングの代替可能とする放電加工用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工コーティングは、放電エネルギーを利用して消耗電極成分を被処理面に堆積させる処理であるため、消耗電極の成分が形成する皮膜成分を左右することになる。特許文献１にはこの技術を利用したコーティング技術が開示されている。
【０００３】
ここで、特許文献１に開示される技術につき概略説明する。先ず、図７（ａ）に示すように放電加工装置１００において油槽１０１内に被処理物（ワークＷ）がセットされ、ワークＷの上方に導電性電極１０２が配置される。ワークＷ及び導電性電極１０２は、油槽１０１内に満たした加工油１０３に浸漬される。導電性電極１０２の先端には導電性接着剤１０４を介して電極１（消耗電極部材）が取り付けられる。油槽１０１側及び導電性電極１０２側にはパルス電源１０５が接続され、ワークＷと電極１の間にパルス電圧が印加され、そのアーク放電によってワークＷ上に皮膜Ｗ1が形成される。
【０００４】
特許文献１には、エンジンのシリンダヘッドのバルブシート部にコーティングする際の電極１の成形方法が開示される。これによれば、図７（ｂ）のように上型２０２及び下型２０１でなる成形型２００を用い、皮膜Ｗ1の構成成分となる粉末１Ａが下型２０１のキャビティ内に充填され、上型２０２によって粉末１Ａを加圧圧縮する。この例では、被コーティング面であるバルブシート形状に合わせ、電極１としては図７（ｃ）のようにリング状に圧縮成形される。
【０００５】
この方法による電極１は、粉末を圧縮して成形しただけであるため、強度的に脆く壊れ易い理由から電極作製及び電極セッティング時の取扱いが難しいという問題があった。そこで、圧縮成形した電極を破損しないように、慎重に導電性電極１０２先端に導電性接着剤１０４を用いて接着していた。この接着には例えばオーブンで５０℃×１時間を要し、消耗電極の更新時には古い消耗電極及び接着剤を除去後、再度新しい電極１を接着する必要があり、極めて多くの時間を要していた。
【０００６】
そこで、かかる取扱いの煩わしさを解決するため、特許文献２にはリング状等の形状への変形が容易で、且つ破損し難いＮｉ系の発泡金属を消耗電極として使用する方法が開示されている。図８（ｂ）のように目の細かいＮｉ系の発泡金属板２Ａを用い、この発泡金属板２Ａをロールさせてリング状に成形し、電極２を形成する。この方法では消耗電極の取扱いは容易で、図８（ａ）のようにリング状に成型した発泡金属板２Ａでなる電極２を導電性電極１０２の先端に巻き付ける。そして、締結バンド１０６で固定することで、上述した導電性接着剤１０４による固定に較べると電極セッティングに要する時間は短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２‐２０８８２号公報
【特許文献２】特開２００４‐２５５５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図８に示したような放電加工によるコーティングで形成される皮膜Ｗ1の種類がＮｉ系に限定されざるを得なかった。また、Ｎｉ系金属は、放電加工液である加工油１０３から遊離した炭素と反応して炭化物を形成し難いということもあり、バルブシート部に適した硬くて耐摩耗性に優れた皮膜を得るのが必ずしも容易でなかった。
【０００９】
本発明はかかる実情に鑑み、有効に電極の強度を向上すると共に、作製性及びセッティング等の取扱い性に極めて優れた放電加工用電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放電加工用電極は、被処理物との間に放電を発生させて、該被処理物表面に皮膜を形成するようにした放電加工用電極であって、実質的な電極部分として、所定の目粗さとした連鎖状金属の空孔部に皮膜の原料となる粉末を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による放電加工用電極において、前記連鎖状金属の空孔部の孔径は、０．５ｍｍ＜孔径＜電極板厚であり、その空孔率は８０〜９８％であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による放電加工用電極において、前記連鎖状金属よりも目粗さの細かい第２の連鎖状金属を重ねて、これらを同時に圧縮成形した二層構造を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による放電加工用電極において、前記第２の連鎖状金属の空孔部の孔径は、０．３〜１ｍｍ、その空孔率は７０〜９５％であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による放電加工用電極において、前記連鎖状金属又は前記第２の連鎖状金属を構成する長尺状素材を、リング状にロールしてこれを圧縮成形することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による放電加工用電極において、二層構造のうち、前記第２の連鎖状金属に対応する金属部分を放電加工装置へのセッティング部位として使用することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の放電加工用電極の製造方法は、被処理物との間に放電を発生させて、該被処理物表面に皮膜を形成するようにした放電加工用電極の製造方法であって、所定の目粗さとした連鎖状金属の空孔部に皮膜の原料となる粉末を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体により実質的な電極部分を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、皮膜形成用圧粉体の中に連鎖した細線を内蔵することで強度が向上し、且つ消耗電極の成分を限定することなく、硬く耐摩耗性に優れた皮膜を形成することのできる成分で消耗電極を作製することができる。また、皮膜形成用圧粉体と強度的にも優れた金属電極部とを一体成形した二層構造の電極とすることで、全体の強度を格段に向上させることができる。更に、メカニカルチャックや電磁チャックを用いてセッティング可能になり、迅速且つ強固に電極を固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における電極の構造及び作製方法を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における電極の具体的な作製手順を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における電極を構成する連鎖状金属とその空孔部の関係等を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における電極を構成する皮膜形成用圧粉体における空孔率と破断荷重との関係等を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における電極の放電加工装置へのメカニカルチャックによるセッティング方法の例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における電極の放電加工装置への電磁チャックによるセッティング方法の例を示す図である。
【図７】従来の電極の構造、作製方法及びセッティング方法の例を示す図である。
【図８】従来の別の電極の構造、作製方法及びセッティング方法の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、従来例と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて、本発明による放電加工用電極の好適な実施の形態を説明する。
ここで先ず本実施形態において、既に説明したエンジンのシリンダヘッドのバルブシート部に、放電加工によってコーティングする際に使用する電極を作製する場合の例とする。また、そのコーティングのための放電加工は、図７等に示したような放電加工装置１００において行われるものとする。
【００２０】
図１（ａ）は、本発明による消耗電極部材１０（以下、単に電極という）を示している。なお、この電極１０は、放電加工装置１００の導電性電極１０２の先端に取り付けられるものとする。本実施形態の電極１０は連鎖した細線を内蔵した皮膜形成用圧粉体１１と、粉末を含まない金属部分１２との二層（もしくは二段）構造となっている。
【００２１】
ここで、電極１０の成形方法について説明する。図１（ｂ）のように上型２０２及び下型２０１でなる成形型２００を使用する。先ず、下型２０１のキャビティ内に目の粗い連鎖状金属１３（金属細線が連鎖することで構成された構造体）が装填され、更に連鎖状金属１３の空孔部１３ａにコーティング皮膜の原料となる原料粉末１４が充填される。連鎖状金属１３の上に、目の細かい連鎖状金属１５を重ねて装填し、上型２０２によって同時に圧縮することで、皮膜形成用圧粉体１１及び金属部分１２から電極１０が成形される。
【００２２】
かかる構成の電極１０において結論的に言うと、皮膜形成用圧粉体１１の中に連鎖した細線（連鎖状金属１３）を内蔵することで強度が向上し、且つ消耗電極の成分を限定することなく、硬く耐摩耗性に優れた皮膜を形成可能な成分で消耗電極を作製することが可能となる。連鎖した細線を内蔵した皮膜形成用圧粉体１１と、強度的にも優れた金属部分１２を一体成型することで、電極１０全体の強度を更に向上させた二層構造の電極とする。ここで、二種類の連鎖状金属１３，１５を重ねて一体成形する際、それぞれの連鎖状金属の端面から延出した細線同士が、それらの合わせ面１６（図１（ｂ）参照）で絡み合いながら圧縮成形され、強固に結合させることができる。この金属細線の絡み合いによる合わせ部での結合力強化は、二層に重ねた層相互間の連鎖状金属同士の結合力だけでなく、それぞれの連鎖状金属１３，１５単独において例えばリング状にロールした際の突合わせ面でも同様の効果が得られる。
【００２３】
更に図２を参照して、電極１０の具体的な作製手順を説明する。
１）先ず、シリンダヘッドのバルブシート形状に合ったリング状となるように、目の粗い連鎖状金属１３（長尺状素材）を矢印のようにロールしてリング状にし、成形型２００の下型２０１にセットする。なお、連鎖状金属１３をロールさせることで、連鎖状金属１３の長手方向の端部同士が突合わせ面１３Ａにて突き合わさる。この突合わせ面１３Ａにおいても、連鎖状金属１３の金属細線の絡み合いにより、上述したような相互の結合力強化が得られる。
【００２４】
２）リング状にした目の粗い連鎖状金属１３に対して、皮膜原料となる原料粉末１４を投入し、連鎖状金属１３の空孔部１３ａに原料粉末１４を充填する。この場合、原料粉末１４は図１（ｂ）に示されるように、連鎖状金属１３の上端部が適度に露出する程度とする。このように連鎖状金属１３の上部を露出させることで、二層構造となった電極構造体を圧縮成形した際に、目の粗い連鎖状金属１３と目の細かい連鎖状金属１５との合わせ面１６において、それらを構成する細線同士が絡み合うことを助長させる。なお、原料粉末１４を過投入すると、目の粗い連鎖状金属１３の端面（上端面）を原料粉末１４で覆うこととなり、そのままでは細線同士が絡み合い難くなり、二層構造の合わせ部の結合レベルを低下させる。
【００２５】
３）目の細かい連鎖状金属１５（長尺状素材）をロールしてリング状にし、既にセットした目の粗い連鎖状金属１３に重ねた状態で成形型２００（の下型２０１）にセットする。なお、この場合も連鎖状金属１５をロールさせることで、連鎖状金属１５の端部同士が突合わせ面１５Ａにて突き合わさる。
４）最後に上型２０２をセットし、加圧・圧縮することで電極１０を一体成形する。
【００２６】
ここで、ワークＷ上に皮膜Ｗ1を形成する実質的な電極部分となる連鎖状金属１３の目の粗さ（目粗さ）、即ち空孔部１３ａの孔径（＝ｄ）については、原料粉末１４の充填性を考えると、ｄ＝０．５ｍｍ超が好ましい。この点に関して図３を参照して説明する。孔径ｄが０．５ｍｍ以下の場合、金型２０１にセットした連鎖状金属１３の上端部のみを除いた部分に原料粉末１４を充填することが難しくなり、即ち図３（ａ）のように連鎖状金属１３の下端部１３ｂにおいても原料粉末１４の充填不足が発生してしまう。かかる充填不足の状態で圧縮成形すると、成形後の電極１０の一部（下端部）に連鎖状金属１３のみで作製された原料粉末１４の未充填部１７ができてしまう。このような未充填部１７の存在下では放電コーティングの際、連鎖状金属１３自体の成分材料がワークＷの被処理面に堆積し、充填した原料粉末１４の成分による皮膜は形成されない。つまり、目的とする皮膜が得られない。
【００２７】
また、空孔部１３ａの孔径がｄ＝１．０ｍｍの場合、及びｄ＝１．５ｍｍの場合とも、所定量の原料粉末１４が適正に充填され、充填後の圧縮成形において上述したような未充填部１７は発生しない。更に、孔径ｄの上限としては、連鎖状金属１３をリング状にして金型２００にセットした状態で、その構成金属細線が連鎖するためには電極１０の板厚ｔｍｍ（図３（ｂ）参照）よりも孔径ｄが小さいことが好ましい。従って、空孔部１３ａの孔径ｄの範囲は、０．５ｍｍ＜ｄ＜ｔｍｍとするのが好適である。
【００２８】
次に、目の粗い連鎖状金属１３に原料粉末１４を充填・圧縮した電極１０に関して、空孔率と引張による破断荷重の関係を図４（ａ）に示す。なお、空孔率とは、連鎖状金属１３全体の体積に対して空孔部１３ａが占める割合として定義される。この場合、図４（ｂ）に示すように連鎖状金属１３の両端部（直径方向）を引張り、その引張荷重Ｆを変化させて行った。空孔率が大きくなるに従い、破断荷重も低下する。連鎖状金属１３が内蔵されたリング状の皮膜形成用圧粉体１１の破断荷重が、原料粉末１４のみを圧縮成形してなる圧粉体の場合（図４（ａ）の破断荷重Ｆ1）よりも高くなるためには、空孔率が９８％以下である必要があることがわかる。また、原料粉末１４の充填性を考え、空孔率は８０％以上であることが望ましい。なお、連鎖状金属１３のみをリング状に圧縮成形した場合、その破断荷重Ｆ2であった。
【００２９】
また、目の細かい連鎖状金属１５の孔径は、圧縮成形した際の細線の絡み合いを維持するため０．３〜１ｍｍ程度が望ましい。孔径が０．３ｍｍ未満では合わせ面１６に生じた細線（の腕）が短く、目の粗い連鎖状金属９の合わせ面１６で絡み合う程度が低下し十分な結合が得られない。また、孔径が１ｍｍ超では合わせ面１６で絡み合う細線（の腕）の数が低下してしまい、十分な結合が得られない。また、目の細かい連鎖状金属１５の空孔率は、容易な圧縮成形性を考慮し、７０〜９５％程度が望ましい。
【００３０】
つまり、原料粉末１４が充填される目の粗い連鎖状金属１３は、原料粉末１４の充填性と皮膜形成用圧粉体１１の強度の向上を考慮すると、孔径（＝ｄ）を０．５ｍｍ＜ｄ＜ｔｍｍ、空孔率を８０〜９８％とする。また、目の細かい連鎖状金属１３は、合わせ面１６における十分な結合強度と容易な圧縮成形性を得るために、孔径ｄを０．３〜１ｍｍ、空孔率を７０〜９５％程度とする。
【００３１】
さて、以上のようにして作製した二層構造の電極１０のセッティング方法を説明する。電極１０の二層構造のうち、強度が増した金属部分１２を放電加工装置１００へのセッティング部位として使用する。金属部分１２を使うことで、従来技術で困難であったメカチャック及び電磁チャックが利用可能となり、迅速且つ強固に固定することができる。また、これまでの電極１あるいは電極２に対して、負荷低減のため実施していた導電性接着剤１０４による接着や締結バンド１０６による固定等と比較すると、セッティングに要する時間及び電極固定時の密着レベルの向上、そして更には消耗電極の更新に要する時間の短縮など、セッティング時の作業性が格段に向上する。
【００３２】
ここで図５を参照して、メカニカルチャックを用いて、放電加工装置１００に電極１０をセットするセッティング方法の例を説明する。ここでは、前述した二層構造の電極１０を使用するものとし、該電極１０がセットされる導電性電極１０２には、チャック２０を装着するための内孔１０２ａ（典型的にはストレート孔とする）が形成されている。チャック２０は、内孔１０２ａの内周に沿って配設される拡張板２１と、拡張板２１の内側に挿入される拡張棒２２とを有し、両者が協働して電極１０を保持固定するようになっている。この場合、拡張板２１は全体として、この例では中空円筒状を呈し、円周６分割した６枚の切片から構成される。また、拡張棒２２は、上方側を先細としたテーパ状の棒体により構成され、少なくとも下方側大径部の外径は、拡張板２１の内径よりも大きく設定される。
【００３３】
電極１０は図５（ｂ）のｉ）〜iii）の手順でセットされる。即ち、先ず拡張棒２２が拡張板２１の下端から突出した状態では、拡張板２１の内径は収縮した状態となっている。拡張板２１をこの収縮状態ｉ）で、その強度が強化されている金属部分１２の孔１２ａに挿入し、且つii）のように金属部分１２を導電性電極１０２の先端（下端面）に密着させる。この密着状態で拡張棒２２を、iii）のように拡張板２１の内方へ押入し、これにより拡張板２１が円周方向に拡張する、即ち拡径する。このように剛性強固な金属部分１２を利用して、その孔１２ａの内周面を保持し、これにより電極１０を適正且つ的確に固定することができる。この場合、上述のように拡張棒２２を拡張板２１内に押入するだけの簡単な作業で、電極１０をスピーディにセット可能とする。
【００３４】
なお、上記のように６枚の拡張板２１は相互に分離もしくは分割構成されたものであってもよく、あるいはまた、中空円筒体の上端部を除いてその下方部位に上下方向のスリットを形成することによって、全体としての径が拡縮変形するように構成することも可能である。また、拡張板２１の枚数等は、６枚の他に適宜増減可能である。
【００３５】
更に図６を参照して、電磁チャックを用いて、放電加工装置１００に電極１０をセットするセッティング方法の別の例を説明する。この例では電極１０のチャック方法として、目の細かい連鎖状金属１５を圧縮成形してなる金属部分１２の材質として、ＦｅあるいはＮｉ等の磁性材料を用いる。また、放電加工装置１００の導電性電極１０２を電磁チャック３０として構成する。
【００３６】
電極１０は図６（ｂ）のｉ）〜ii）の手順でセットされる。ｉ）のように電磁チャック式の導電性電極１０２の先端（下端面）に磁性材料で形成された金属部分１２を密着させ、ii）のように磁力により電極１０を導電性電極１０２に固定する。
【００３７】
電極１０のセッティング方法として、メカニカルチャック及び電磁チャックの例を説明したが、更に両者を併用することも可能である。メカニカルチャック及び電磁チャックを併用することで、電極１０のより強固な固定を実現することもできる。
【００３８】
（実施例）
次に、本発明の更に具体的な実施例について説明する。この実施例において図２等を参照して、連鎖状金属１３の形成に際してニッケルの細線を用い、その空孔部１３ａの孔径ｄ＝１ｍｍ、空孔率９７％、厚さ３ｍｍ、その内径２４ｍｍになるようにリング状にロールし、成形型２００の下型２０１にセットした。次に、Ｍｏ系皮膜を形成するために、表１に示した割合（重量パーセント）で混合した原料粉末１４を充填した。原料粉末１４の充填後、孔径０．５ｍｍ、空孔率９５％、厚さ３ｍｍとした連鎖状金属１５を、上記のように原料粉末１４を充填した連鎖状金属１３の上に重ね４００ＭＰａで圧縮成形した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記条件で圧縮成形した二層構造の電極１０を使用し、この電極１０を前述したメカニカルチャック方式で導電性電極１０２にセットした。そして、以下の２点につき従来技術（原料粉末のみを圧縮成型してなる電極を導電性接着剤で固定したもの）と比較した。
１．成型後の電極の成形状態（欠け及び亀裂の有無）
２．電極の作製から放電加工機の導電性電極へのセッティング完了までの時間
【００４１】
本発明と従来技術を用いて、各１０ヶ圧縮成形したときの電極の成形状態（欠け及び亀裂の有無）と、電極の作製から放電加工装置１００へのセッティング完了までに要する時間の平均値を、それぞれ表２及び表３に示す。
先ず、欠け及び亀裂の発生は、本発明により作製した電極１０には観察されなかったのに対し、従来技術では１０ヶ中に５ヶに亀裂が観察された。連鎖状金属１３を圧粉体内に内蔵し、且つ金属電極体との二層一体成形構造にすることで、電極１０の強度が向上し欠け及び亀裂が発生しなくなったことが分かる。
【００４２】
次に、電極１０の作製から放電加工機へのセッティング完了までに要する時間は、本発明ではが７分要したのに対して、従来技術が７２分で、所要時間が約１／１０と大幅に短縮することができた。なお、電極セッティングには手作業を含み、また従来技術の場合には接着剤の乾燥時間が大半を占める。本発明ではワンタッチもしくはこれに準ずる操作、作業で極めてスピーディ且つ的確に電極１０をセッティングすることができる。つまり、電極１０の強度向上と作製からセッティングまでの所要時間の短縮により、作業性が格段に改善できた。
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記実施形態において、エンジンシリンダヘッドのバルブシート部の放電コーティング用電極構造としてリング状の消耗電極について記述したが、リング形状以外でも同様の強度向上とセッティングの迅速化が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 電極、１１ 皮膜形成用圧粉体、１２ 金属部分、１３ 連鎖状金属、１３ａ 空孔部、１４ 原料粉末、１５ 連鎖状金属、１６ 合わせ面、１００ 放電加工装置、１０１ 油槽、１０２ 導電性電極、１０３ 加工油、１０５ パルス電源、２００ 成形型、２０１ 下型、２０２ 上型。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物との間に放電を発生させて、該被処理物表面に皮膜を形成するようにした放電加工用電極であって、
実質的な電極部分として、所定の目粗さとした連鎖状金属の空孔部に皮膜の原料となる粉末を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体を有することを特徴とする放電加工用電極。
【請求項２】
前記連鎖状金属の空孔部の孔径は、０．５ｍｍ＜孔径＜電極板厚であり、その空孔率は８０〜９８％であることを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電極。
【請求項３】
前記連鎖状金属よりも目粗さの細かい第２の連鎖状金属を重ねて、これらを同時に圧縮成形した二層構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放電加工用電極。
【請求項４】
前記第２の連鎖状金属の空孔部の孔径は、０．３〜１ｍｍ、その空孔率は７０〜９５％であることを特徴とする請求項３に記載の放電加工用電極。
【請求項５】
前記連鎖状金属又は前記第２の連鎖状金属を構成する長尺状素材を、リング状にロールしてこれを圧縮成形することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電加工用電極。
【請求項６】
二層構造のうち、前記第２の連鎖状金属に対応する金属部分を放電加工装置へのセッティング部位として使用することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の放電加工用電極。
【請求項７】
被処理物との間に放電を発生させて、該被処理物表面に皮膜を形成するようにした放電加工用電極の製造方法であって、
所定の目粗さとした連鎖状金属の空孔部に皮膜の原料となる粉末を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体により実質的な電極部分を形成することを特徴とする放電加工用電極の製造方法。
【請求項１】
被処理物との間に放電を発生させて、該被処理物表面に皮膜を形成するようにした放電加工用電極であって、
実質的な電極部分として、所定の目粗さとした連鎖状金属の空孔部に皮膜の原料となる粉末を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体を有することを特徴とする放電加工用電極。
【請求項２】
前記連鎖状金属の空孔部の孔径は、０．５ｍｍ＜孔径＜電極板厚であり、その空孔率は８０〜９８％であることを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電極。
【請求項３】
前記連鎖状金属よりも目粗さの細かい第２の連鎖状金属を重ねて、これらを同時に圧縮成形した二層構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放電加工用電極。
【請求項４】
前記第２の連鎖状金属の空孔部の孔径は、０．３〜１ｍｍ、その空孔率は７０〜９５％であることを特徴とする請求項３に記載の放電加工用電極。
【請求項５】
前記連鎖状金属又は前記第２の連鎖状金属を構成する長尺状素材を、リング状にロールしてこれを圧縮成形することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電加工用電極。
【請求項６】
二層構造のうち、前記第２の連鎖状金属に対応する金属部分を放電加工装置へのセッティング部位として使用することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の放電加工用電極。
【請求項７】
被処理物との間に放電を発生させて、該被処理物表面に皮膜を形成するようにした放電加工用電極の製造方法であって、
所定の目粗さとした連鎖状金属の空孔部に皮膜の原料となる粉末を充填し、これを圧縮成形してなる皮膜形成用圧粉体により実質的な電極部分を形成することを特徴とする放電加工用電極の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１２７２１１（Ｐ２０１１−１２７２１１Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８９１７２（Ｐ２００９−２８９１７２）
【出願日】平成２１年１２月２１日（２００９．１２．２１）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２１日（２００９．１２．２１）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
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