電極の製造方法、被膜の形成方法、および電極の製造装置
【課題】比抵抗のばらつきが小さい電極を提供する。
【解決手段】金属粉末および合金粉末の少なくともいずれかを圧縮成形することによって成形体３２が形成される。還元性雰囲気中において成形体３２にマイナスの電圧が印加される。
【解決手段】金属粉末および合金粉末の少なくともいずれかを圧縮成形することによって成形体３２が形成される。還元性雰囲気中において成形体３２にマイナスの電圧が印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の製造方法、被膜の形成方法、および電極の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属または導電性セラミックスからなる電極と基板との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによって電極の材料で基板の表面を被覆する被膜を形成する放電表面処理の方法が知られている。この放電表面処理の方法においては、放電加工処理と同様に一般に液中放電が用いられているが、放電エネルギーを電極の先端部に集中させてこの先端部を高温にする必要がある。そのため、電極の熱伝導性を低くする必要があり、電極としては金属または導電性セラミックスの粉末をプレスして固めた圧粉体が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、このような圧粉体で構成された電極は、製造が容易であるものの、形状を維持することが困難で、放電表面処理中に電極の一部が崩落するという問題があった。その改善のために、電極として金属または導電性セラミックスの粉末をプレスして固めた圧粉体を焼結した高密度焼結体を電極として用いることで形状の崩れやすさを解消する方法が用いられている。また、焼結時にパルス電流を通電することで、高密度焼結体体を構成する微粒子同士の接触部に通電し、接触部を溶融することで、高密度焼結体の強度を増加させる手法が取られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１４８６１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属または導電性セラミックスの粒子をプレスして固めた圧粉体を、焼結させてポーラスな高密度焼結体とする従来の方法では、圧粉体よりも強度を改善することはできるが、放電表面処理における被膜形成の安定性に影響を与える電極の電気伝導性を精度よく制御することが困難であった。
【０００６】
特に電極の電気伝導性は圧粉体を構成する粒子表面の酸化状態に依存し、その粒子の表面酸化状態のばらつきが、電極の製造ロット毎のばらつき、電極内部の場所によるばらつきに影響する。そのため、同じ放電表面処理条件で膜を形成した場合にも、その成膜速度、下地と被膜の密着性等にばらつきが生じる問題があった。
【０００７】
焼結時にパルス電流を通電する場合にも、粒子同士の接触部には電流が流れ、接触部の酸化物被膜が破壊されるとともに、粒子同士が溶融するが、接触部以外の粒子表面の酸化物については除去できない課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、比抵抗のばらつきが小さい電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電極の製造方法は、以下の工程を有する。
金属粉末および合金粉末の少なくともいずれかを圧縮成形することによって成形体が形成される。還元性雰囲気中において成形体にマイナスの電圧が印加される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電極の製造方法によれば、還元性雰囲気中において成形体にマイナスの電圧が印加される。これにより成形体の材料である粉末の表面酸化膜が除去されるので、電極の比抵抗がこの表面酸化膜に起因してばらつくことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における被膜の形成方法の一工程を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の電極および被処理物の間に印加される電圧および電流の各々の時間変化を概略的に示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１における電極の製造方法における圧縮成形装置を概略的に示す断面図である。
【図４】図３の装置のうちの上パンチ、下パンチおよびダイからなる部分の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における電極の製造装置を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における電極の製造方法の第１工程における仕掛品の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における電極の製造方法の第２工程における仕掛品の構成を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における電極の製造方法の第３工程における仕掛品の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における電極の製造方法の第４工程における仕掛品の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における電極の製造装置を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における電極の製造装置を概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４における電極の製造装置を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
はじめに本実施の形態における被膜の形成方法について説明する。
【００１３】
図１を参照して、放電表面加工用の電極３０と、放電表面処理が行なわれるワークピース４０（被処理物）とが間隔を空けて対向配置される。この間隔は、たとえば矢印Ｓに示すように電極３０を変位させることで調整され得る。
【００１４】
図２を参照して、電源４１から電極３０とワークピース４０との間にパルス状の電圧が印加される。これにより電極３０とワークピース４０との間の誘電領域ＤＲに放電が生じる。その放電エネルギーにより、電極３０の一部７０Ｍがワークピース４０の方へ移動することで、ワークピース４０上に被膜５０（放電表面処理被膜）が形成される。
【００１５】
上記の電極３０は、概略、以下のように製造される。
まず圧縮成形装置（図３）を用いて、金属粉末および合金粉末の少なくともいずれかが圧縮成形される。これにより成形体が形成される。次に電極の製造装置（図５）還元性雰囲気中において成形体にマイナスの電圧を印加しながら成形体が焼結させられる。これにより成形体から、より密度の高い金属焼結体からなる電極が得られる。以下に、電極３０の製造に用いられる上記装置について説明する。
【００１６】
図３および図４を参照して、圧縮成形装置は、油圧プレス機構部６０と、上プレス棒６１ａと、下プレス棒６１ｂと、上パンチ６２ａと、下パンチ６２ｂと、ダイ６３と、フレーム６４と、ヒータ６５と、電源６６と、チャンバー６７とを有する。
【００１７】
上パンチ６２ａ、下パンチ６２ｂ、ダイ６３は、粉末体３１を入れるための空間を囲んでいる。ダイ６３は、たとえばφ１０ｍｍの円筒形を有する。上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂは、導電体からなる。
【００１８】
油圧プレス機構部６０は、フレーム６４と支持台を介して金属製の上プレス棒６１ａと下プレス棒６１ｂとに圧縮力を加えられるように構成されている。また、成形部付近にはヒータ６５が設けられている。
【００１９】
電源６６は、上プレス棒６１ａおよび下プレス棒６１ｂの間にパルス電圧を印加することができるように接続されている。上プレス棒６１ａおよび下プレス棒６１ｂのそれぞれは上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂに接するように配置されている。この構成により、電源６６は、上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂの間にパルス電流を流すことができる。
【００２０】
図５を参照して、還元処理装置７０ａ（製造装置）は、水素プラズマ発生装置７１ｐと、絶縁性チューブ７２ａ、７２ｂと、多孔質絶縁体部７３（固定部）と、絶縁体部７４ａ、７４ｂと、金属部７５と、電源７６と、吸着フィルタ７７ｆと、ターボポンプ７７ｐと、ヒータ７８と、チャンバー７９とを有する。
【００２１】
水素プラズマ発生装置７１ｐは、水素ガス中でマイクロ波を発生させることで、水素プラズマ（陽イオンＨ+）を発生する装置であり、絶縁性チューブ７２ａを介してチャンバー７９に接続されている。チャンバー７９は、上記の水素プラズマによる還元性雰囲気を保持することができるように構成されており、またアース電位に接続されている。
【００２２】
多孔質絶縁体部７３は、チャンバー７９内に成形体３２を固定するためのものである。絶縁体部７４ａ、７４ｂは、成形体３２を挟むことができるように構成されている。
【００２３】
金属部７５は、成形体３２と絶縁体部７４ａとの間に挟みこまれることで成形体３２と接触させられるためのものである。また電源７６の出力端子は、金属部７５と電気的に接続され、かつチャンバー７９と電気的に絶縁されている。よって電源７６は金属部７５を介して成形体３２にマイナスの電圧を印加することができる。なおこの電圧は、電源７６に接続されたアース電位、すなわちチャンバー７９の電位を基準とするものである。
【００２４】
吸着フィルタ７７ｆは、絶縁性チューブ７２ｂを介して多孔質絶縁体部７３に繋がれている。ターボポンプ７７ｐは、吸着フィルタを介して多孔質絶縁体部７３から排気を行なうものである。ヒータ７８は、成形体３２を加熱するためのものである。
【００２５】
次に電極３０（図１）の製造方法の詳細について説明する。
図６を参照して、粉末体３１が準備される。粉末体３１は、金属粉末または合金粉末であり、コア部３１ｃと、表面酸化膜３１ｓとを有する。コア部３１ｃは、酸化されていない部分であり、導電性を有する。表面酸化膜３１ｓは、コア部３１ｃの表面上に形成された酸化膜である。粉末体３１は、たとえばジェットミルを用いた粉砕工程によって平均粒径が1μｍに調整されたＮｉ粉末からなる。粉砕工程により作製された金属微粒子表面には、通常、表面酸化膜が形成される。
【００２６】
さらに図４を参照して、粉末体３１が、ダイ６３に満たされ、上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂで挟み込まれる。次に、粉末体３１が満たされたダイ６３、上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂがチャンバー６７内において、上プレス棒６１ａおよび下プレス棒６１ｂに挟みこまれ、所定の押し込み量だけプレスされる。
【００２７】
図３を参照して、チャンバー６７内の雰囲気が、たとえば水素ガスを用いることで、還元性雰囲気に保持される。またヒータ６５の電源が投入されるとともに、油圧プレス機構部６０によって上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂの間に荷重が加えられる。荷重の大きさは、たとえば５０ＭＰａである。この際、粉末体３１周辺の温度はヒータ６５によって、たとえば７００℃に保持される。
【００２８】
このように荷重および熱が加えられながら、電源６６を用いて上パンチ６２ａと下パンチ６２ｂとの間、すなわち粉末体３１にパルス電流が流される。粉末体３１への通電量は、たとえば１ｇあたり1ｋＷである。
【００２９】
図６および図７を参照して、上記のパルス通電により、粉末体３１の粒子界面の表面酸化膜３１ｓが局所的に破壊され、このように破壊された部分を局部的に電流が流れる。このため、粉末体３１の粒子同士が融合した融合部３２ｍが形成されるように焼結が生じ、粉末体３１から成形体３２が形成される。このようにして形成された成形体３２の比抵抗は、たとえば５０ｍΩ・ｃｍである。
【００３０】
なお、仮に成形体３２が電極３０（図１）の代わりに用いられて被膜５０が形成されると、通電焼結後も表面酸化膜３１ｓとして残存する酸化物の電極全体における量、および電極の場所による酸化物の量のばらつきが大きくなる。これにより電極の比抵抗の、ロット間および電極内部の場所間でのばらつきが大きくなる。
【００３１】
図５を参照して、成形体３２が還元処理装置７０ａに取り付けられる。成形体３２の上部には金属部７５が接合され、成形体３２の他の部位が多孔質絶縁体部７３によって支持される。次に電源７６に接続されたアース電位、すなわちチャンバー７９の電位を基準として、電源７６によって金属部７５にマイナスの電圧が印加される。この電圧は、たとえば−１５Ｖである。
【００３２】
次にヒータ７８の電源が投入され、成形体３２の温度が上昇させられる。この温度は、たとえば８００℃である。
【００３３】
また水素プラズマ発生装置７１ｐで発生した水素プラズマが成形体３２周囲に設置された多孔質絶縁体部７３から導入され、さらに成形体３２内部に拡散される。
【００３４】
さらに図８を参照して、成形体３２のうちコア部３１ｃおよび融合部３２ｍは酸化されておらず高い導電性を有するため、電源７６により加えられるマイナス電圧は成形体３２の微粒子の表面酸化膜３１ｓに加わる。よって表面酸化膜３１ｓは、マイナスの電圧が加えられつつ、水素プラズマにさらされる。この結果、表面酸化膜３１ｓの金属酸化物ＭｅＯxの表面側はマイナスに分極し、さらに以下の式（１）の反応が生じる。
【００３５】
２Ｈ+ ＋ １／ｘ ＭｅＯx → Ｈ2Ｏ ＋ １／ｘ Ｍｅ ・・・（１）
この結果、表面酸化膜３１ｓ中の酸素は、水素プラズマと容易に反応して水分子を形成する。形成された水分子は、未反応の水素プラズマおよび水素ガスとともに、絶縁性チューブ７２ｂ（図５）へと運ばれ、吸着フィルタ７７ｆに吸着されるか、ターボポンプ７７ｐにより外部へ排出される。
【００３６】
図８および図９を参照して、上記のように酸素が水分子に変化することで、表面酸化膜３１ｓ中の酸素が除去される。すなわち表面酸化膜３１ｓが、金属または合金からなる被還元部３３ｓに変化することで、成形体３２から電極３０が得られる。
【００３７】
なお図９においては表面酸化膜３１ｓ（図８）が完全に除去された様子が示されているが、表面酸化膜３１ｓが完全に除去される必要はなく、その存在量が低減できればよい。
【００３８】
本実施の形態によれば、水素プラズマを含む還元性雰囲気中において、成形体３２にマイナスの電圧が印加される。これにより成形体３２の表面酸化膜３１ｓが容易に除去されるので、得られる電極３０の比抵抗がこの表面酸化膜３１ｓに起因してばらつくことを抑制することができる。より具体的には、マイナスの電圧が微粒子表面の酸化物に印加されるため、酸化物が選択的に除去されるとともに、酸化物の膜厚も電極間、電極内で均一化される。そのため、電極ロット間、および電極の場所によるばらつきの少ない電極を製造できる。
【００３９】
また上記のように電極３０の比抵抗を安定的に低減することで、電極３０を用いて形成される被膜５０の特性ばらつきを小さくすることができる。
【００４０】
また電極３０内の酸化物量を低減することができるので、被膜５０に取り込まれる酸素量を抑制することができる。よって被膜５０の純度を高めることができる。
【００４１】
次に上記の作用効果の検証結果について説明する。
まず成形体３２が複数試作された。成形体３２の１０サンプルの比抵抗の平均値は６０ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±１０ｍΩ・ｃｍ程度であった。
【００４２】
次に還元処理装置７０ａによって、成形体３２から電極３０が形成された。水素プラズマの発生条件は、たとえばマイクロ波出力が３０Ｗ、真空度が６６７０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）とされ、また処理時間が、たとえば１時間とされた。電極３０の１０サンプルの比抵抗の平均値は２５ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±３ｍΩ・ｃｍ程度であった。すなわち還元処理装置７０ａによる処理によって、電極３０の比抵抗の平均値が減少するとともに、そのばらつきも減少することがわかった。
【００４３】
またＥＰＭＡ(Electron Probe Micro Analyzer)より求めた電極３０内部の粒子表面の酸化物量は、処理前と比較して２５％に減少していた。すなわち電極３０内の酸化物量が低減されたことがわかった。
【００４４】
次に電極３０を用いて被膜５０（図１）の形成を、以下のように行なった。
１５ｍｍ×１５ｍｍの面積の電極３０が準備された。そして電極３０側がマイナス、ワークピース４０側がプラスの極性となるように電源４１が接続された。電極３０およびワークピース４０の間に、放電のアーク柱が発生させられた。使用された放電のパルス条件は、図２に示すように、ピーク電流値ｉe＝１０（Ａ）、放電持続時間（放電パルス幅）ｔe＝６４（μｓ）、休止時間ｔ0＝１２８（μｓ）、処理時間＝３０分とされた。
【００４５】
放電加工中、電極３０において放電の集中や短絡が起こった様子は観察されず、安定した放電を得ることができた。これにより電極３０の全ての位置に対応して安定した成膜速度を保つことができた。
【００４６】
また形成された被膜５０を切断し、得られた断面を光学顕微鏡で観察した。その結果、被膜５０の膜厚は約３００μｍであり、加工面全体において均一であった。また被膜５０とワークピース４０との密着強度は１００ＭＰａ以上であり、その変動幅は±１０％以内であった。このように均一で密着強度の高い被膜５０を形成することができた。
【００４７】
（比較例）
電極３０の代わりに成形体３２を電極として用いて、厚さ３００μｍの被膜の形成を行なった。その結果、上記の被膜５０に比して、加工時間や被膜厚さにばらつきがある上、処理時に短絡放電などの不安定な放電現象が観察された。またワークピース４０との密着強度は、１００ＭＰａを超える場合と１００ＭＰａを下回る場合とが混在し、±２５％程度の大きな変動幅がみられた。
【００４８】
（実施の形態２）
図１０を参照して、本実施の形態の還元処理装置７０ｂ（製造装置）は、複数の成形体３２を一括して処理できるように構成されている。また水素プラズマ発生装置７１ｐ（図５）の代わりに、水素ガス供給装置７１ｇと、マイクロ波発生装置７１ｍとを有する。水素ガス供給装置７１ｇは、チャンバー７９内に水素ガスを供給するためのものである。マイクロ波発生装置７１ｍは、対向電極７１ｅ、７１ｅを有し、この電極間の水素から水素プラズマＨＰを発生させることができる。
【００４９】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５０】
本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の作用効果が得られる。以下にその検証結果について説明する。
【００５１】
還元処理装置７０ｂに３つの成形体３２が並列に設置された。そして実施の形態１と同様に、成形体３２にマイナスの電圧が印加された。この際、水素ガス供給装置７１ｇからチャンバー７９内に水素ガスが導入され、さらにマイクロ波発生装置７１ｍにより水素プラズマＨＰが発生させられた。マイクロ波出力は５０Ｗ、真空度は６６７０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）とされ、また処理時間は１時間とされた。
【００５２】
この結果、成形体３２の１０サンプルの比抵抗の平均値が６０ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきが±１０ｍΩ・ｃｍ程度であったのに比して、電極３０の１０サンプルの比抵抗の平均値は３５ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±５ｍΩ・ｃｍ程度であった。すなわち上記処理によって、電極３０の比抵抗の平均値が減少するとともに、そのばらつきも減少することがわかった。
【００５３】
またＥＰＭＡより求めた電極３０内部の粒子表面の酸化物量は、処理前と比較して３５％に減少していた。すなわち電極３０内の酸化物量が低減されたことがわかった。
【００５４】
（実施の形態３）
図１１を参照して、本実施の形態の還元処理装置７０ｃ（製造装置）は、実施の形態２と異なり、マイクロ波発生装置７１ｍ（図１０）を有しない。なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５５】
実施の形態１および２では水素プラズマを用いて還元処理が行なわれるが、本実施の形態ではプラズマを用いずに還元性のガスを用いて還元処理が行なわれる。すなわち反応性の高い還元性のプラズマを用いなくても、還元性のガスを用いることによって成形体３２の粒子表面で電子の授受反応が起こり、表面酸化膜３１ｓの少なくとも一部が除去される。この場合の還元反応の速度は、水素プラズマが用いられた場合の速度より通常は劣るものの、たとえば電源７６が発生するマイナス電圧の絶対値をより大きくすることで改善することができる。
【００５６】
次に本実施の形態の作用効果の検証結果について説明する。
還元処理装置７０ｃを用いて、上述した還元処理装置７０ｂの場合の検証と同様の検証が行なわれた。ただし成形体３２に印加される電圧は、−１００Ｖ、すなわちより絶対値の大きい電圧が印加された。
【００５７】
この結果、成形体３２の１０サンプルの比抵抗の平均値が６０ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきが±１０ｍΩ・ｃｍ程度であったのに比して、電極３０の１０サンプルの比抵抗の平均値は４５ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±６．５ｍΩ・ｃｍ程度であった。すなわち還元処理装置７０ｃによる処理によって、上記比較例の場合に比して、電極３０の比抵抗の平均値が減少するとともに、そのばらつきも減少することがわかった。
【００５８】
またＥＰＭＡより求めた電極３０内部の粒子表面の酸化物量は、処理前と比較して６０％に減少していた。すなわち電極３０内の酸化物量が低減されたことがわかった。
【００５９】
（実施の形態４）
図１２を参照して、本実施の形態の還元処理装置７０ｄに取り付けられる成形体３２ｔは、絶縁性チューブ７２ａの水素プラズマの吐出口近傍に、貫通孔ＴＨを有する。成形体３２ｔは、たとえば以下の方法により得られる。
【００６０】
まず実施の形態１と同様のダイ６３（図４）が準備される。ダイ６３は、たとえばφ１５ｍｍの円筒形を有する。次にダイ６３の中心部に絶縁性の直径５ｍｍの丸棒が配置されつつ、ダイ６３に粉末体３１が満たされる。
【００６１】
ヒータ６５（図３）の電源が投入されるとともに、上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂ（図３）の間に、たとえば５０ＭＰａの荷重が加えられる。これにより丸棒とともに粉末体３１がプレスされる。この際、粉末体３１周辺の温度はヒータ６５によって、たとえば６５０℃に保持される。
【００６２】
このように荷重および熱が加えられながら、電源６６を用いて上パンチ６２ａと下パンチ６２ｂとの間、すなわち粉末体３１にパルス電流が流される。粉末体３１への通電量は、たとえば１ｇあたり1ｋＷである。通電処理後、丸棒を除去することで、図１２に示す、中心に貫通孔ＴＨを有する成形体３２ｔが得られる。
【００６３】
次に還元処理装置７０ｄについて説明する。還元処理装置７０ｄ（製造装置）は、還元処理装置７０ａ（図５）における多孔質絶縁体部７３、絶縁体部７４ａ、７４ｂ、金属部７５に代わって、絶縁体部７４Ｖ、マイナス電極７５Ｓを有する。マイナス電極７５Ｓは、電極部７５ｅおよび多孔質部７５ｐ（固定部）を有する。
【００６４】
電源７６の出力端子は、電極部７５ｅと電気的に接続され、かつチャンバー７９と電気的に絶縁されている。よって電源７６は、電極部７５ｅを有するマイナス電極７５Ｓを介して成形体３２ｔにマイナスの電圧を印加することができる。なおこの電圧は、電源７６に接続されたアース電位、すなわちチャンバー７９の電位を基準とするものである。
【００６５】
次に還元処理装置７０ｄを用いた電極の製造方法について説明する。まず成形体３２ｔの周囲に多孔質部７５ｐが接触するように、マイナス電極７５Ｓが取り付けられる。次に電源７６に接続されたアース電位、すなわちチャンバー７９の電位を基準として、電源７６によってマイナス電極７５Ｓにマイナスの電圧が印加される。この電圧は、たとえば−１５Ｖである。
【００６６】
次にヒータ７８の電源が投入され、成形体３２ｔの温度が上昇させられる。また水素プラズマが絶縁性チューブ７２ａを介して貫通孔ＴＨに吹き込まれる。この水素プラズマは貫通孔ＴＨから成形体３２ｔ内部に拡散される。
【００６７】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６８】
本実施の形態によれば、貫通孔ＴＨが設けられることで、成形体３２ｔの外周側だけでなく内部においてもより十分に水素プラズマが拡散される。これにより、実施の形態１と同様の効果を、より大きく得ることができる。
【００６９】
次に本実施の形態の作用効果の検証結果について説明する。
成形体３２ｔの１０サンプルの比抵抗の平均値は５５ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきが±１０ｍΩ・ｃｍ程度であった。この成形体３２ｔを還元処理装置７０ｄによって処理することで得られた電極の１０サンプルの比抵抗の平均値は２０ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±１ｍΩ・ｃｍ程度であった。すなわち還元処理装置７０ｄによる処理によって、上記比較例の場合に比して、電極３０の比抵抗の平均値が減少するとともに、そのばらつきも減少することがわかった。
【００７０】
またＥＰＭＡより求めた電極３０内部の粒子表面の酸化物量は、処理前と比較して２０％に減少していた。すなわち電極３０内の酸化物量が低減されたことがわかった。
【００７１】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、電極の製造方法、被膜の形成方法、および電極の製造装置に特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７３】
３０ 電極、３１ｃ コア部、３１ 粉末体、３１ｓ 表面酸化膜、３２，３２ｔ 成形体、３２ｍ 融合部、３３ｓ 被還元部、４０ ワークピース、４１ 電源、５０ 被膜、６０ 油圧プレス機構部、６１ａ 上プレス棒、６１ｂ 下プレス棒、６２ａ 上パンチ、６２ｂ 下パンチ、６３ ダイ、６４ フレーム、６５ ヒータ、６６ 電源、６７ チャンバー、７０Ｍ 一部、７０ａ〜７０ｄ 還元処理装置、７１ｍ マイクロ波発生装置、７１ｅ 対向電極、７１ｇ 水素ガス供給装置、７１ｐ 水素プラズマ発生装置、７２ａ，７２ｂ 絶縁性チューブ、７３ 多孔質絶縁体部、７４ａ 絶縁体部、７４Ｖ 絶縁体部、７５Ｓ マイナス電極、７５ｐ 多孔質部、７５ 金属部、７５ｅ 電極部、７６ 電源、７７ｐ ターボポンプ、７７ｆ 吸着フィルタ、７８ ヒータ、７９ チャンバー、ＤＲ 誘電領域、ＨＰ 水素プラズマ、ＴＨ 貫通孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の製造方法、被膜の形成方法、および電極の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属または導電性セラミックスからなる電極と基板との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによって電極の材料で基板の表面を被覆する被膜を形成する放電表面処理の方法が知られている。この放電表面処理の方法においては、放電加工処理と同様に一般に液中放電が用いられているが、放電エネルギーを電極の先端部に集中させてこの先端部を高温にする必要がある。そのため、電極の熱伝導性を低くする必要があり、電極としては金属または導電性セラミックスの粉末をプレスして固めた圧粉体が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、このような圧粉体で構成された電極は、製造が容易であるものの、形状を維持することが困難で、放電表面処理中に電極の一部が崩落するという問題があった。その改善のために、電極として金属または導電性セラミックスの粉末をプレスして固めた圧粉体を焼結した高密度焼結体を電極として用いることで形状の崩れやすさを解消する方法が用いられている。また、焼結時にパルス電流を通電することで、高密度焼結体体を構成する微粒子同士の接触部に通電し、接触部を溶融することで、高密度焼結体の強度を増加させる手法が取られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１４８６１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属または導電性セラミックスの粒子をプレスして固めた圧粉体を、焼結させてポーラスな高密度焼結体とする従来の方法では、圧粉体よりも強度を改善することはできるが、放電表面処理における被膜形成の安定性に影響を与える電極の電気伝導性を精度よく制御することが困難であった。
【０００６】
特に電極の電気伝導性は圧粉体を構成する粒子表面の酸化状態に依存し、その粒子の表面酸化状態のばらつきが、電極の製造ロット毎のばらつき、電極内部の場所によるばらつきに影響する。そのため、同じ放電表面処理条件で膜を形成した場合にも、その成膜速度、下地と被膜の密着性等にばらつきが生じる問題があった。
【０００７】
焼結時にパルス電流を通電する場合にも、粒子同士の接触部には電流が流れ、接触部の酸化物被膜が破壊されるとともに、粒子同士が溶融するが、接触部以外の粒子表面の酸化物については除去できない課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、比抵抗のばらつきが小さい電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電極の製造方法は、以下の工程を有する。
金属粉末および合金粉末の少なくともいずれかを圧縮成形することによって成形体が形成される。還元性雰囲気中において成形体にマイナスの電圧が印加される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電極の製造方法によれば、還元性雰囲気中において成形体にマイナスの電圧が印加される。これにより成形体の材料である粉末の表面酸化膜が除去されるので、電極の比抵抗がこの表面酸化膜に起因してばらつくことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における被膜の形成方法の一工程を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の電極および被処理物の間に印加される電圧および電流の各々の時間変化を概略的に示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１における電極の製造方法における圧縮成形装置を概略的に示す断面図である。
【図４】図３の装置のうちの上パンチ、下パンチおよびダイからなる部分の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における電極の製造装置を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における電極の製造方法の第１工程における仕掛品の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における電極の製造方法の第２工程における仕掛品の構成を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における電極の製造方法の第３工程における仕掛品の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における電極の製造方法の第４工程における仕掛品の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における電極の製造装置を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における電極の製造装置を概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４における電極の製造装置を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
はじめに本実施の形態における被膜の形成方法について説明する。
【００１３】
図１を参照して、放電表面加工用の電極３０と、放電表面処理が行なわれるワークピース４０（被処理物）とが間隔を空けて対向配置される。この間隔は、たとえば矢印Ｓに示すように電極３０を変位させることで調整され得る。
【００１４】
図２を参照して、電源４１から電極３０とワークピース４０との間にパルス状の電圧が印加される。これにより電極３０とワークピース４０との間の誘電領域ＤＲに放電が生じる。その放電エネルギーにより、電極３０の一部７０Ｍがワークピース４０の方へ移動することで、ワークピース４０上に被膜５０（放電表面処理被膜）が形成される。
【００１５】
上記の電極３０は、概略、以下のように製造される。
まず圧縮成形装置（図３）を用いて、金属粉末および合金粉末の少なくともいずれかが圧縮成形される。これにより成形体が形成される。次に電極の製造装置（図５）還元性雰囲気中において成形体にマイナスの電圧を印加しながら成形体が焼結させられる。これにより成形体から、より密度の高い金属焼結体からなる電極が得られる。以下に、電極３０の製造に用いられる上記装置について説明する。
【００１６】
図３および図４を参照して、圧縮成形装置は、油圧プレス機構部６０と、上プレス棒６１ａと、下プレス棒６１ｂと、上パンチ６２ａと、下パンチ６２ｂと、ダイ６３と、フレーム６４と、ヒータ６５と、電源６６と、チャンバー６７とを有する。
【００１７】
上パンチ６２ａ、下パンチ６２ｂ、ダイ６３は、粉末体３１を入れるための空間を囲んでいる。ダイ６３は、たとえばφ１０ｍｍの円筒形を有する。上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂは、導電体からなる。
【００１８】
油圧プレス機構部６０は、フレーム６４と支持台を介して金属製の上プレス棒６１ａと下プレス棒６１ｂとに圧縮力を加えられるように構成されている。また、成形部付近にはヒータ６５が設けられている。
【００１９】
電源６６は、上プレス棒６１ａおよび下プレス棒６１ｂの間にパルス電圧を印加することができるように接続されている。上プレス棒６１ａおよび下プレス棒６１ｂのそれぞれは上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂに接するように配置されている。この構成により、電源６６は、上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂの間にパルス電流を流すことができる。
【００２０】
図５を参照して、還元処理装置７０ａ（製造装置）は、水素プラズマ発生装置７１ｐと、絶縁性チューブ７２ａ、７２ｂと、多孔質絶縁体部７３（固定部）と、絶縁体部７４ａ、７４ｂと、金属部７５と、電源７６と、吸着フィルタ７７ｆと、ターボポンプ７７ｐと、ヒータ７８と、チャンバー７９とを有する。
【００２１】
水素プラズマ発生装置７１ｐは、水素ガス中でマイクロ波を発生させることで、水素プラズマ（陽イオンＨ+）を発生する装置であり、絶縁性チューブ７２ａを介してチャンバー７９に接続されている。チャンバー７９は、上記の水素プラズマによる還元性雰囲気を保持することができるように構成されており、またアース電位に接続されている。
【００２２】
多孔質絶縁体部７３は、チャンバー７９内に成形体３２を固定するためのものである。絶縁体部７４ａ、７４ｂは、成形体３２を挟むことができるように構成されている。
【００２３】
金属部７５は、成形体３２と絶縁体部７４ａとの間に挟みこまれることで成形体３２と接触させられるためのものである。また電源７６の出力端子は、金属部７５と電気的に接続され、かつチャンバー７９と電気的に絶縁されている。よって電源７６は金属部７５を介して成形体３２にマイナスの電圧を印加することができる。なおこの電圧は、電源７６に接続されたアース電位、すなわちチャンバー７９の電位を基準とするものである。
【００２４】
吸着フィルタ７７ｆは、絶縁性チューブ７２ｂを介して多孔質絶縁体部７３に繋がれている。ターボポンプ７７ｐは、吸着フィルタを介して多孔質絶縁体部７３から排気を行なうものである。ヒータ７８は、成形体３２を加熱するためのものである。
【００２５】
次に電極３０（図１）の製造方法の詳細について説明する。
図６を参照して、粉末体３１が準備される。粉末体３１は、金属粉末または合金粉末であり、コア部３１ｃと、表面酸化膜３１ｓとを有する。コア部３１ｃは、酸化されていない部分であり、導電性を有する。表面酸化膜３１ｓは、コア部３１ｃの表面上に形成された酸化膜である。粉末体３１は、たとえばジェットミルを用いた粉砕工程によって平均粒径が1μｍに調整されたＮｉ粉末からなる。粉砕工程により作製された金属微粒子表面には、通常、表面酸化膜が形成される。
【００２６】
さらに図４を参照して、粉末体３１が、ダイ６３に満たされ、上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂで挟み込まれる。次に、粉末体３１が満たされたダイ６３、上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂがチャンバー６７内において、上プレス棒６１ａおよび下プレス棒６１ｂに挟みこまれ、所定の押し込み量だけプレスされる。
【００２７】
図３を参照して、チャンバー６７内の雰囲気が、たとえば水素ガスを用いることで、還元性雰囲気に保持される。またヒータ６５の電源が投入されるとともに、油圧プレス機構部６０によって上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂの間に荷重が加えられる。荷重の大きさは、たとえば５０ＭＰａである。この際、粉末体３１周辺の温度はヒータ６５によって、たとえば７００℃に保持される。
【００２８】
このように荷重および熱が加えられながら、電源６６を用いて上パンチ６２ａと下パンチ６２ｂとの間、すなわち粉末体３１にパルス電流が流される。粉末体３１への通電量は、たとえば１ｇあたり1ｋＷである。
【００２９】
図６および図７を参照して、上記のパルス通電により、粉末体３１の粒子界面の表面酸化膜３１ｓが局所的に破壊され、このように破壊された部分を局部的に電流が流れる。このため、粉末体３１の粒子同士が融合した融合部３２ｍが形成されるように焼結が生じ、粉末体３１から成形体３２が形成される。このようにして形成された成形体３２の比抵抗は、たとえば５０ｍΩ・ｃｍである。
【００３０】
なお、仮に成形体３２が電極３０（図１）の代わりに用いられて被膜５０が形成されると、通電焼結後も表面酸化膜３１ｓとして残存する酸化物の電極全体における量、および電極の場所による酸化物の量のばらつきが大きくなる。これにより電極の比抵抗の、ロット間および電極内部の場所間でのばらつきが大きくなる。
【００３１】
図５を参照して、成形体３２が還元処理装置７０ａに取り付けられる。成形体３２の上部には金属部７５が接合され、成形体３２の他の部位が多孔質絶縁体部７３によって支持される。次に電源７６に接続されたアース電位、すなわちチャンバー７９の電位を基準として、電源７６によって金属部７５にマイナスの電圧が印加される。この電圧は、たとえば−１５Ｖである。
【００３２】
次にヒータ７８の電源が投入され、成形体３２の温度が上昇させられる。この温度は、たとえば８００℃である。
【００３３】
また水素プラズマ発生装置７１ｐで発生した水素プラズマが成形体３２周囲に設置された多孔質絶縁体部７３から導入され、さらに成形体３２内部に拡散される。
【００３４】
さらに図８を参照して、成形体３２のうちコア部３１ｃおよび融合部３２ｍは酸化されておらず高い導電性を有するため、電源７６により加えられるマイナス電圧は成形体３２の微粒子の表面酸化膜３１ｓに加わる。よって表面酸化膜３１ｓは、マイナスの電圧が加えられつつ、水素プラズマにさらされる。この結果、表面酸化膜３１ｓの金属酸化物ＭｅＯxの表面側はマイナスに分極し、さらに以下の式（１）の反応が生じる。
【００３５】
２Ｈ+ ＋ １／ｘ ＭｅＯx → Ｈ2Ｏ ＋ １／ｘ Ｍｅ ・・・（１）
この結果、表面酸化膜３１ｓ中の酸素は、水素プラズマと容易に反応して水分子を形成する。形成された水分子は、未反応の水素プラズマおよび水素ガスとともに、絶縁性チューブ７２ｂ（図５）へと運ばれ、吸着フィルタ７７ｆに吸着されるか、ターボポンプ７７ｐにより外部へ排出される。
【００３６】
図８および図９を参照して、上記のように酸素が水分子に変化することで、表面酸化膜３１ｓ中の酸素が除去される。すなわち表面酸化膜３１ｓが、金属または合金からなる被還元部３３ｓに変化することで、成形体３２から電極３０が得られる。
【００３７】
なお図９においては表面酸化膜３１ｓ（図８）が完全に除去された様子が示されているが、表面酸化膜３１ｓが完全に除去される必要はなく、その存在量が低減できればよい。
【００３８】
本実施の形態によれば、水素プラズマを含む還元性雰囲気中において、成形体３２にマイナスの電圧が印加される。これにより成形体３２の表面酸化膜３１ｓが容易に除去されるので、得られる電極３０の比抵抗がこの表面酸化膜３１ｓに起因してばらつくことを抑制することができる。より具体的には、マイナスの電圧が微粒子表面の酸化物に印加されるため、酸化物が選択的に除去されるとともに、酸化物の膜厚も電極間、電極内で均一化される。そのため、電極ロット間、および電極の場所によるばらつきの少ない電極を製造できる。
【００３９】
また上記のように電極３０の比抵抗を安定的に低減することで、電極３０を用いて形成される被膜５０の特性ばらつきを小さくすることができる。
【００４０】
また電極３０内の酸化物量を低減することができるので、被膜５０に取り込まれる酸素量を抑制することができる。よって被膜５０の純度を高めることができる。
【００４１】
次に上記の作用効果の検証結果について説明する。
まず成形体３２が複数試作された。成形体３２の１０サンプルの比抵抗の平均値は６０ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±１０ｍΩ・ｃｍ程度であった。
【００４２】
次に還元処理装置７０ａによって、成形体３２から電極３０が形成された。水素プラズマの発生条件は、たとえばマイクロ波出力が３０Ｗ、真空度が６６７０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）とされ、また処理時間が、たとえば１時間とされた。電極３０の１０サンプルの比抵抗の平均値は２５ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±３ｍΩ・ｃｍ程度であった。すなわち還元処理装置７０ａによる処理によって、電極３０の比抵抗の平均値が減少するとともに、そのばらつきも減少することがわかった。
【００４３】
またＥＰＭＡ(Electron Probe Micro Analyzer)より求めた電極３０内部の粒子表面の酸化物量は、処理前と比較して２５％に減少していた。すなわち電極３０内の酸化物量が低減されたことがわかった。
【００４４】
次に電極３０を用いて被膜５０（図１）の形成を、以下のように行なった。
１５ｍｍ×１５ｍｍの面積の電極３０が準備された。そして電極３０側がマイナス、ワークピース４０側がプラスの極性となるように電源４１が接続された。電極３０およびワークピース４０の間に、放電のアーク柱が発生させられた。使用された放電のパルス条件は、図２に示すように、ピーク電流値ｉe＝１０（Ａ）、放電持続時間（放電パルス幅）ｔe＝６４（μｓ）、休止時間ｔ0＝１２８（μｓ）、処理時間＝３０分とされた。
【００４５】
放電加工中、電極３０において放電の集中や短絡が起こった様子は観察されず、安定した放電を得ることができた。これにより電極３０の全ての位置に対応して安定した成膜速度を保つことができた。
【００４６】
また形成された被膜５０を切断し、得られた断面を光学顕微鏡で観察した。その結果、被膜５０の膜厚は約３００μｍであり、加工面全体において均一であった。また被膜５０とワークピース４０との密着強度は１００ＭＰａ以上であり、その変動幅は±１０％以内であった。このように均一で密着強度の高い被膜５０を形成することができた。
【００４７】
（比較例）
電極３０の代わりに成形体３２を電極として用いて、厚さ３００μｍの被膜の形成を行なった。その結果、上記の被膜５０に比して、加工時間や被膜厚さにばらつきがある上、処理時に短絡放電などの不安定な放電現象が観察された。またワークピース４０との密着強度は、１００ＭＰａを超える場合と１００ＭＰａを下回る場合とが混在し、±２５％程度の大きな変動幅がみられた。
【００４８】
（実施の形態２）
図１０を参照して、本実施の形態の還元処理装置７０ｂ（製造装置）は、複数の成形体３２を一括して処理できるように構成されている。また水素プラズマ発生装置７１ｐ（図５）の代わりに、水素ガス供給装置７１ｇと、マイクロ波発生装置７１ｍとを有する。水素ガス供給装置７１ｇは、チャンバー７９内に水素ガスを供給するためのものである。マイクロ波発生装置７１ｍは、対向電極７１ｅ、７１ｅを有し、この電極間の水素から水素プラズマＨＰを発生させることができる。
【００４９】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５０】
本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の作用効果が得られる。以下にその検証結果について説明する。
【００５１】
還元処理装置７０ｂに３つの成形体３２が並列に設置された。そして実施の形態１と同様に、成形体３２にマイナスの電圧が印加された。この際、水素ガス供給装置７１ｇからチャンバー７９内に水素ガスが導入され、さらにマイクロ波発生装置７１ｍにより水素プラズマＨＰが発生させられた。マイクロ波出力は５０Ｗ、真空度は６６７０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）とされ、また処理時間は１時間とされた。
【００５２】
この結果、成形体３２の１０サンプルの比抵抗の平均値が６０ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきが±１０ｍΩ・ｃｍ程度であったのに比して、電極３０の１０サンプルの比抵抗の平均値は３５ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±５ｍΩ・ｃｍ程度であった。すなわち上記処理によって、電極３０の比抵抗の平均値が減少するとともに、そのばらつきも減少することがわかった。
【００５３】
またＥＰＭＡより求めた電極３０内部の粒子表面の酸化物量は、処理前と比較して３５％に減少していた。すなわち電極３０内の酸化物量が低減されたことがわかった。
【００５４】
（実施の形態３）
図１１を参照して、本実施の形態の還元処理装置７０ｃ（製造装置）は、実施の形態２と異なり、マイクロ波発生装置７１ｍ（図１０）を有しない。なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５５】
実施の形態１および２では水素プラズマを用いて還元処理が行なわれるが、本実施の形態ではプラズマを用いずに還元性のガスを用いて還元処理が行なわれる。すなわち反応性の高い還元性のプラズマを用いなくても、還元性のガスを用いることによって成形体３２の粒子表面で電子の授受反応が起こり、表面酸化膜３１ｓの少なくとも一部が除去される。この場合の還元反応の速度は、水素プラズマが用いられた場合の速度より通常は劣るものの、たとえば電源７６が発生するマイナス電圧の絶対値をより大きくすることで改善することができる。
【００５６】
次に本実施の形態の作用効果の検証結果について説明する。
還元処理装置７０ｃを用いて、上述した還元処理装置７０ｂの場合の検証と同様の検証が行なわれた。ただし成形体３２に印加される電圧は、−１００Ｖ、すなわちより絶対値の大きい電圧が印加された。
【００５７】
この結果、成形体３２の１０サンプルの比抵抗の平均値が６０ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきが±１０ｍΩ・ｃｍ程度であったのに比して、電極３０の１０サンプルの比抵抗の平均値は４５ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±６．５ｍΩ・ｃｍ程度であった。すなわち還元処理装置７０ｃによる処理によって、上記比較例の場合に比して、電極３０の比抵抗の平均値が減少するとともに、そのばらつきも減少することがわかった。
【００５８】
またＥＰＭＡより求めた電極３０内部の粒子表面の酸化物量は、処理前と比較して６０％に減少していた。すなわち電極３０内の酸化物量が低減されたことがわかった。
【００５９】
（実施の形態４）
図１２を参照して、本実施の形態の還元処理装置７０ｄに取り付けられる成形体３２ｔは、絶縁性チューブ７２ａの水素プラズマの吐出口近傍に、貫通孔ＴＨを有する。成形体３２ｔは、たとえば以下の方法により得られる。
【００６０】
まず実施の形態１と同様のダイ６３（図４）が準備される。ダイ６３は、たとえばφ１５ｍｍの円筒形を有する。次にダイ６３の中心部に絶縁性の直径５ｍｍの丸棒が配置されつつ、ダイ６３に粉末体３１が満たされる。
【００６１】
ヒータ６５（図３）の電源が投入されるとともに、上パンチ６２ａおよび下パンチ６２ｂ（図３）の間に、たとえば５０ＭＰａの荷重が加えられる。これにより丸棒とともに粉末体３１がプレスされる。この際、粉末体３１周辺の温度はヒータ６５によって、たとえば６５０℃に保持される。
【００６２】
このように荷重および熱が加えられながら、電源６６を用いて上パンチ６２ａと下パンチ６２ｂとの間、すなわち粉末体３１にパルス電流が流される。粉末体３１への通電量は、たとえば１ｇあたり1ｋＷである。通電処理後、丸棒を除去することで、図１２に示す、中心に貫通孔ＴＨを有する成形体３２ｔが得られる。
【００６３】
次に還元処理装置７０ｄについて説明する。還元処理装置７０ｄ（製造装置）は、還元処理装置７０ａ（図５）における多孔質絶縁体部７３、絶縁体部７４ａ、７４ｂ、金属部７５に代わって、絶縁体部７４Ｖ、マイナス電極７５Ｓを有する。マイナス電極７５Ｓは、電極部７５ｅおよび多孔質部７５ｐ（固定部）を有する。
【００６４】
電源７６の出力端子は、電極部７５ｅと電気的に接続され、かつチャンバー７９と電気的に絶縁されている。よって電源７６は、電極部７５ｅを有するマイナス電極７５Ｓを介して成形体３２ｔにマイナスの電圧を印加することができる。なおこの電圧は、電源７６に接続されたアース電位、すなわちチャンバー７９の電位を基準とするものである。
【００６５】
次に還元処理装置７０ｄを用いた電極の製造方法について説明する。まず成形体３２ｔの周囲に多孔質部７５ｐが接触するように、マイナス電極７５Ｓが取り付けられる。次に電源７６に接続されたアース電位、すなわちチャンバー７９の電位を基準として、電源７６によってマイナス電極７５Ｓにマイナスの電圧が印加される。この電圧は、たとえば−１５Ｖである。
【００６６】
次にヒータ７８の電源が投入され、成形体３２ｔの温度が上昇させられる。また水素プラズマが絶縁性チューブ７２ａを介して貫通孔ＴＨに吹き込まれる。この水素プラズマは貫通孔ＴＨから成形体３２ｔ内部に拡散される。
【００６７】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６８】
本実施の形態によれば、貫通孔ＴＨが設けられることで、成形体３２ｔの外周側だけでなく内部においてもより十分に水素プラズマが拡散される。これにより、実施の形態１と同様の効果を、より大きく得ることができる。
【００６９】
次に本実施の形態の作用効果の検証結果について説明する。
成形体３２ｔの１０サンプルの比抵抗の平均値は５５ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきが±１０ｍΩ・ｃｍ程度であった。この成形体３２ｔを還元処理装置７０ｄによって処理することで得られた電極の１０サンプルの比抵抗の平均値は２０ｍΩ・ｃｍであり、ばらつきは±１ｍΩ・ｃｍ程度であった。すなわち還元処理装置７０ｄによる処理によって、上記比較例の場合に比して、電極３０の比抵抗の平均値が減少するとともに、そのばらつきも減少することがわかった。
【００７０】
またＥＰＭＡより求めた電極３０内部の粒子表面の酸化物量は、処理前と比較して２０％に減少していた。すなわち電極３０内の酸化物量が低減されたことがわかった。
【００７１】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、電極の製造方法、被膜の形成方法、および電極の製造装置に特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７３】
３０ 電極、３１ｃ コア部、３１ 粉末体、３１ｓ 表面酸化膜、３２，３２ｔ 成形体、３２ｍ 融合部、３３ｓ 被還元部、４０ ワークピース、４１ 電源、５０ 被膜、６０ 油圧プレス機構部、６１ａ 上プレス棒、６１ｂ 下プレス棒、６２ａ 上パンチ、６２ｂ 下パンチ、６３ ダイ、６４ フレーム、６５ ヒータ、６６ 電源、６７ チャンバー、７０Ｍ 一部、７０ａ〜７０ｄ 還元処理装置、７１ｍ マイクロ波発生装置、７１ｅ 対向電極、７１ｇ 水素ガス供給装置、７１ｐ 水素プラズマ発生装置、７２ａ，７２ｂ 絶縁性チューブ、７３ 多孔質絶縁体部、７４ａ 絶縁体部、７４Ｖ 絶縁体部、７５Ｓ マイナス電極、７５ｐ 多孔質部、７５ 金属部、７５ｅ 電極部、７６ 電源、７７ｐ ターボポンプ、７７ｆ 吸着フィルタ、７８ ヒータ、７９ チャンバー、ＤＲ 誘電領域、ＨＰ 水素プラズマ、ＴＨ 貫通孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末および合金粉末の少なくともいずれかを圧縮成形することによって成形体を形成する工程と、
還元性雰囲気中において前記成形体にマイナスの電圧を印加する工程とを備えた、電極の製造方法。
【請求項２】
前記電極は放電表面処理用電極である、請求項１に記載の電極の製造方法。
【請求項３】
前記還元性雰囲気は、放電プラズマにより発生した陽イオンを含む、請求項１または２に記載の電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電極の製造方法によって作製された電極と、放電表面処理が行なわれる被処理物とを間隔を空けて配置する工程と、
前記電極と前記被処理物との間で放電を発生させる工程とを備えた、被膜の形成方法。
【請求項５】
還元性雰囲気を保持することができる容器と、
前記容器内に成形体を固定するための固定部と、
前記成形体を加熱するためのヒータと、
前記成形体にマイナスの電圧を印加するための電源とを備えた、電極の製造装置。
【請求項１】
金属粉末および合金粉末の少なくともいずれかを圧縮成形することによって成形体を形成する工程と、
還元性雰囲気中において前記成形体にマイナスの電圧を印加する工程とを備えた、電極の製造方法。
【請求項２】
前記電極は放電表面処理用電極である、請求項１に記載の電極の製造方法。
【請求項３】
前記還元性雰囲気は、放電プラズマにより発生した陽イオンを含む、請求項１または２に記載の電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電極の製造方法によって作製された電極と、放電表面処理が行なわれる被処理物とを間隔を空けて配置する工程と、
前記電極と前記被処理物との間で放電を発生させる工程とを備えた、被膜の形成方法。
【請求項５】
還元性雰囲気を保持することができる容器と、
前記容器内に成形体を固定するための固定部と、
前記成形体を加熱するためのヒータと、
前記成形体にマイナスの電圧を印加するための電源とを備えた、電極の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２４２１２０（Ｐ２０１０−２４２１２０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８９２６５（Ｐ２００９−８９２６５）
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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