JPH02283667A - 放電加工用電極及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は水放電加工あるいは油放電加工において、電極
消耗か小さく、加工精度及び加工速度を向上させること
ができる放電加工用電極及びその製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、黒鉛を素材とした放電加工用電極の製造は１石油
コークス、ピッチコークス等の骨材にコールタールピッ
チ等の粘結剤を加えて加熱混練し粉砕したものを成形し
、次いでコールタールピッチ等で含浸処理し焼成して炭
素化し、さらに高温で黒鉛化したものを目的の特殊形状
に加工するといった工程を経てなされていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第２図に示すように、放電加工時におい
て、黒鉛よりなる電極（１１）に局所的な放電点での急
激な気体の膨張による圧力や熱か加わると電極（ｔｉ）
表層に消耗か生じていた。このため、加工途中で電極（
１１）の修正を行なったり、電極（１１）を取り換えた
りしなければならなかった。

特にＷＣ１高速度鋼簿の超硬質材料を被加工体（１４）
とする場合には多くの加工時間を必要とし、゛電極（１
１）の消耗も大きくなっていた。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、
放電加工において、電極消耗を小さくすることにより、
加工途中での電極の修正や取り換えをなくし、加工精度
及び加工速度を向上させ得る放電加工用電極及びその製
造方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段及び作用）ト記目的を達成
するため１本発明の放電加工用電極においては、黒鉛化
された電極材料に結合した非晶質炭素が、電極材料の少
なくとも表層に存在しているよう構成されている。

黒鉛化された電極材料は、後述する従来より知られた製
法により製造されたものである。この電極材料にピッチ
、タール、熱硬化性樹脂、熱硬化性樹脂の中でも主とし
て二環以上の縮合多環芳香族化合物と、ヒドロキシメチ
ル基、へロメチル基のいずれか少なくとも一種の基を二
個以上有する一環または二環以上の芳香環から成る芳香
族架橋剤と、酸触媒とが反応して成る熱硬化性樹脂等の
含浸剤が熱分解して得られた非晶質炭素が結合している
のである。

本発明における電極としては、電極全体に非晶質炭素が
存在するもの、電極の表層のみに非晶質炭素が偏在する
ものがある。

なお、この発明でいう電極の表層とは、６００ｘ４００
ｘ２００ｍｍの大きさの電極に対して電極表面より２０
　ｍ　ｍ以下の層をいう。

電極材料における非晶質炭素の含有量及び密度分布は、
含浸処理時における温度１時間、圧力よりなる含浸条件
によって様々に変化する。また、電極材料における非晶
質炭素の含有量及び密度分布の変化に伴ない、得られる
電極の電気比抵抗、機械的強度１弾性率、熱ＩＮｇ率、
熱伝導率などの物理特性、あるいは放電加工特性等の実
用特性も大きく変化する。

このため１本発明の放電加工用電極において、非晶質炭
素か電極全体に存在するか、電極の表層のみに偏在する
かは、後述する電極の装造時における含浸条件によって
決定されるのである。

電極材料に非晶質炭素が結合している電極は、第１図に
示すように、黒鉛化した電極材料の黒鉛粒子（２）間に
含浸剤が入り込み、この状態で電極材料が焼成されるた
め、黒鉛粒子（２）間に入り込んだ含浸剤か熱分解して
非晶ＩＲ炭素（３）となり、電極材料を構成する黒鉛粒
子（２）と非晶質炭素（３）とが結合した状態となって
いると考えられる。

この為、電極全体に非晶質炭素が存在するものにあって
は、電極全体が高密度且つ高強度な物性を備えた電極と
なり、放電加−［時において急激な気体の膨張による圧
力や熱が加わっても、含浸剤が熱分解して得られた非晶
質炭素が結晶構造内に結合し、＃、極の黒鉛構造を保持
するものと考えられる。この結果、電極は放電加工時に
おける電極消耗が小さく長寿命のものとなる。

一方、電極の表層のみに非晶質炭素が偏在するものにあ
っては、電極の表層のみが高密度且つ高強度であって、
電極内部は柔かな高い弾性率を備えた電極となる。

放電加工時において、急激な気体の膨張による圧力や熱
が加わって消耗を生じるのは、電極の表層部分であり、
この部分のみが高密度且つ高強度となっている電極は、
前述した電極全体に非晶質炭素が存在するものと同様に
放電加１時における電極消耗が小さく長寿命のものとな
るのである。

次に、本発明の放電加工用電極の製造方法について説明
する。

前述した目的を達成するため、本発明の放電加工用電極
の製造方法においては、黒鉛化された電極材料の少なく
とも表層に熱分解して非晶質炭素を生成する含浸剤を含
浸し１次いで、電極材料を該含浸剤の熱分解温度以上で
焼成するようにした。

以下、本発明の放電加工用電極の製造方法を、黒鉛化さ
れた電極材料を製造する工程と、黒鉛化された電極材料
に熱分解して非晶質炭素を生成する含浸剤を含浸し、次
いで電極材料を該含浸剤の熱分解温度以とで焼成する工
程とに分けて詳細に説明する。

黒鉛化された電極材料の製造方法としては、従来より知
られる方法により製造されるもので良いが、好適な黒鉛
化された電極材料を得るための製造方法として、以下に
その詳細を示す。

まず、原料としては、骨材として、易黒鉛化性と耐熱衝
撃性とを有する粉状の石油コークス、ピッチコークス等
を用い、粘結剤としては、高い比重、高炭化率と高粘結
虞分とともに、良好な成形性を与える適当な熱可塑性、
更に易黒鉛化性等の特性に優れたコールタールピッチ等
のピッチ類あるいは熱硬化性樹脂を用いる。特に軟化点
７０〜８５℃（水銀法）の中ピツチか好ましい。次に、
骨材と粘結剤とを混練するのであるが、混練は加熱状態
で行ない、その加熱温度は、１００〜３００℃の範囲で
行なう、混練したものは、粗砕機、中砕機で粉砕し、更
に微粉砕機で微粉とする。次に成形するのであるが、成
形方法としては、ラバープレス、−軸プレス等が好まし
く、特にラバープレスは１方性成形が可能となり１等方
性の炭素を得ることができるという点で好ましい０次に
、これを焼成する。焼成温度としては。

７００〜１０００℃が好ましく、大きさにより異なるが
通常は２５０〜４００時間加熱することにより原料は非
晶質となる。なお、焼成されたものをコールタールピッ
チ等で含浸処理を行いこれを焼成するという工程を１回
又は複数回縁り返すこともある。これ等により所定の炭
素収率を得、所定の強度及び緻密度を確保するようにす
る。焼成されたものを一旦冷却した後、さらに２６００
〜３０００℃で加熱することにより、非晶質を黒鉛の結
晶構造へと変化させ、適度の柔かさと滑らかさとを備え
た黒鉛結晶構造により構成される電極材料を得ることが
できる。

なお、以上説明した方法に限らず、黒鉛化された電極材
料の製造方法としては、電気比抵抗１機械的強度、弾性
率、熱膨張率、熱伝導率などの物理特性、あるいは放電
加工特性等の実用特性を向上させることができ、しかも
低コストで製造することがてきるものならば、従来より
知られるどんな方法を使用しても良い。

次に、本発明の特徴である黒鉛化された電極材料の少な
くとも表層に熱分解により非晶質炭素を生成する含浸剤
な含浸し、次いで電極材料を該含浸剤の熱分解温度以上
で焼成する工程について説明する。

まず、黒鉛化された電極材料の少なくとも表層に含浸剤
な含浸する。

含浸剤としては、高い比重、高炭化率を有するタール、
ピッチ、フェノール樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂
が好ましい、又、含浸剤として、主として二環以上の縮
合多環芳香族化合物と、ヒドロキシメチル基、へロメチ
ル基のいずれか少なくとも一種の基を二個以上有する一
望または二項以上の芳香環から成る芳香族架橋剤と、酸
触媒とが反応して成る熱硬化性樹脂を使用した場合、該
熱硬化性樹脂が効率良く熱分解して非晶質となるため、
所定の高密度及び高強度な物性を得るために後述する含
浸工程及び焼成工程を何度も繰り返すという手間を省く
ことができ、大幅に工程数、作業時間及びコストを低減
させることができる。

また、この熱硬化性樹脂な含浸する場合、有機溶媒に溶
解させて室温で含浸しても、この熱硬化性樹脂のみを軟
化温度で含浸しても良い。

含浸は、圧力容器内において、減圧下で含浸剤を送入し
、所定の含浸条件の下で保持した後、減圧して常圧に戻
すという従来より知られた操作により行なう。

電極材料全体に含浸剤を含浸するには、温度、時間及び
圧力よりなる含浸条件の値を高くして含浸操作を行な３
′のである０例え゛ば、６００ｘ４００ｘ２００ｍｍの
大きさの電極材料に対して６０〜１８０分、室温２７０
℃、５〜５０ｋｇｆ／ｃｍ’の含浸条件で含浸操作を行
なうのである。これにより電極材料全体に均一な含浸が
行なわれることになる。

一方、電極材料の表層に含浸剤を含浸するには、温度、
時間及び圧力よりなる含浸条件の値を小さくして含浸操
作を行なうのである０例えば。

６００Ｘ４００Ｘ２０Ｇｍｍの大きさの電極材料に対し
て室温〜２５０℃、０．０５〜６０分。

１．０３〜５．０ｋｇｆ／ｃｒｎ’の含浸条件で含浸操
作を行なうのである。これにより電極材料の表層のみに
含浸が行なわれることになる。

次に電極材料を焼成する。

焼成は、トンネル炉、抵抗炉型電気焼成炉等の炉を使用
して行なわれ、通常の焼成と同様に電極材料とともに、
その周囲全体をコークス詰粉で充填して最北を防ぐ、詰
粉は発生ガスを放出させるため、適当な粗さが必要であ
り、電極材料自体の酸化を防止するため詰粉に砕砂をま
ぜても良い。

加熱温度は含浸剤の熱分解温度以上であり、７００〜１
０００℃の範囲が好ましい。

このようにして加熱された含浸剤は、熱分解して非晶質
炭素となり、電極材料に結合するのである。

なお、上記方法において、より高密度且つ高強度な物性
を備えた電極が必要なときには、黒鉛化きれた電極材料
への含浸工程及び焼成工程を複数回繰り返して行なう。

なお、含浸剤として、Ｅ述した主として二環以上の縮合
多環芳香族化合物と、ヒドロキシメチル基、へロメチル
基のいずれか少なくとも一種の基を二個以上有する一環
または二環以上の芳香環から成る芳香族架橋剤と、酸触
媒とが反応して成る熱硬化性樹脂を使用した場合には、
これを電極材料に含浸した後、熱硬化させた段階のもの
も電極として使用することができる。

次に含浸・焼成の工程を経た電極材料を所定形状に加工
して電極を得ることがてきる。

（実施例） 実施例１ 黒鉛化された電極材料としては、骨材として平均粒径１
０ＩＬｍのピッチコークスを６５重量部と、粘結剤とし
てコールタールピッチを３５重量部とを配合し、空気中
２４０℃で加熱しつつ混練する。これを粉砕したものを
ラバープレスによって成形し、これを９５０℃で焼成す
る０次に、これを２８００℃で黒鉛化する。そして、こ
の電極材料にコールタールピッチを含浸剤として、２３
０℃、９０分、１０　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｒｎ”の含
浸条件の下で含浸処理を行ない９００℃で焼成した。こ
の後、電極材料を所定の電極形状に加工し電極のほぼ全
体に非晶質炭素が存在する放電加工用電極を得た。

この結果、得られた放電加工用電極の特性及び放電加工
特性を表１に示す。

以上のことから、黒鉛化後、上記の条件のもとて含浸・
焼成を行なった結果得られた放電加工用電極は、電極消
耗率の点で優れた特性を示すようになった。

実施例２ 黒鉛化された電極材料としては、骨材として平均粒径１
５＃Ｌｍのオイルコークスを７０！ｉ量部と、粘結剤と
してコールタールピッチを３０ｉｉｉ部とを配合し、空
気中２３０℃で加熱しつつ混練する。これを粉砕したも
のをう八−プレスによって成形し、これを８５０℃で焼
成する０次に、これを３０００°Ｃで黒鉛化した後、所
定の電極形状に粗加工した。そして、この電極材料にコ
ールタールピッチを含浸剤として２３０℃、１０分、５
ｋｇｆ／ｃｍ’の含浸条件の下で含浸処理を行ない８５
０°Ｃで焼成した。この後、粗加工した電極材料を所定
の電極形状に再加工し電極の表層に非晶質炭素が偏在す
る放電加工用電極を得た。

この結果、得られた放電加工用電極の特性及び放電加工
特性を表１に示す。

以上のことから、黒鉛化後、上記の条件のもとで含浸・
焼成を行なった結果得られた放電加工用電極は、加工速
度の点で優れた特性を示すようになった。

実施例３ 黒鉛化された電極材料としては、骨材として平均粒径１
０ｇｍのピッチコークスを６５重量部と、粘結剤として
コールタールと・フチを３５重量部とを配合し、空気中
２４０℃で加熱しつつ混線する。これを粉砕したものを
ラバープレスによって成形し、これを９５０″Ｃで焼成
する。次に、これを２８００°Ｃで黒鉛化した後、所定
の電極形状に粗加工した。そして、この電極材料に主と
して二環以上の縮合多環芳香族化合物と、ヒドロキシメ
チル基、へロメチル基のいずれか少なくとも一種の基を
二個以上有する一環または二環以上の芳香族から成る芳
香族架橋剤と、酸触媒とが反応して成る熱硬化性樹脂を
含浸剤として１５０°Ｃｌ２Ｏ分間、３　ｋ　ｇ　ｆ　
／　ｃ　ｍ″の含浸条件の下で含浸処理を行ない９００
℃で焼成した。この後、粗加工した電極材料を所定の電
極形状に再加工し電極の表層に非晶質炭素か偏在する放
電加工用電極を得た。

この結果、得られた放電加工用電極の特性及び放電加工
特性を表１に示す。

以上のことから、黒鉛化後、上記の条件のもとで含浸・
焼成を行なった結果得られた放電加工用電極は、加工速
度および電極消耗率の点で優れた特性を示すようになっ
た。

１隻皇Ａ 黒鉛化された電極材料としては、骨材として平均粒径１
５終ｍのオイルコークスを７０重量部と、粘結剤として
コールタールピッチを３０重量部とを配合し、空気中２
３０″Ｃで加熱しつつ混練する。これを粉砕したものを
ラバープレスによって成形し、これを８５０℃で焼成す
る０次に、これを３０００″Ｃで黒鉛化した後、所定の
電極形状に粗加工した。そして、この電極材料に主とし
て二環以上の縮合多環芳香族化合物と、ヒドロキシメチ
ル基、へロメチル基のいずれか少なくとも一種の基を二
個以上有する一環または二環以上の芳香環から成る芳香
族架橋剤と、酸触媒とが反応して成る熱硬化性樹脂をデ
トラヒトロフランに溶解させたものを含浸剤として室温
、２０分間、大気圧の含浸条件の下で含浸処理を行ない
８５０℃で焼成した。この後、粗加工した電極材料を所
定の電極形状に再加工し電極の表層に非晶質炭素か偏在
する放電加工用電極を得た。

この結果、得られた放電加工用電極の特性及び放電加工
特性を表１に示す。

以上のことから、黒鉛化後、Ｅ記の条件のもとで含浸・
焼成を行なった結果得られた放電加工用電極は、加工速
度および電極消耗率の点で優れた特性を示すようになっ
た。

比較例１ 骨材：平均粒径１５　、Ｌｍのオイルコークスを７０重
量部と、粘結剤：コールタールピッチを３０重量部とを
配合し、空気中２３０　’Ｃで加熱しつつ混練する。こ
れを粉砕したものをラバープレスによって成形し８５０
℃で焼成する。次に、こ・れを３０００°Ｃで黒鉛化し
、この後電極材料を所定の電極形状に加工した。

この結果、得られた放電加工用電極の物性及び放電加工
特性を表１に示す。

比較例２ 骨材：平均粒径１０μｍのビ・ンチコークスを６５重量
部と、粘結剤：コールタールピッチを３５を置部とを配
合し、空気中２４０”Ｃで加熱しつつ混練する。これを
粉砕したものをラバープレスによって成形し９５０℃て
焼成する０次に、これを２８００℃で黒鉛化し、この後
電極材料を所定の電極形状に加工した。

この結果、ｆ４られた放電加工用電極の物性及び放電加
工特性を表１に示す。

（以下余白） 表１ 放電加工特性（水放電） ＊　電極消耗率（％） ＝（電極消耗寸法÷被加工物加工法さ）×（以下余白） （発明の効果） 以上説明した如く、請求項１記載の放電加工用電極は、
黒鉛化された電極材料に結合した非晶質炭素が、電極材
料の少なくとも表層に存在しているものである。このた
め、放電加工時における電極消耗を減少させることがで
き、加工途中での電極の修正や取り換えをなくし、加工
精度及び加工速度を向上させることができる。

請求項２記載の放電加工用電極の製造方法によれば、従
来の電極の様に電極消耗を減少させると加工速度が遅く
なるという欠点がなくなり、加工速度を低下させる事な
く電極消耗を減少させる事が出来る放電加工用電極を得
ることができる。

よって、加工精度も大巾に向上出来る。

また、水放電加工において、本発明の方法により得た電
極を使用したならば、低電極消耗状態で加工を行なうこ
とがてきる。

また、この方法によれば、非晶質炭素が表層に偏在し、
表層のみ高密度且つ高強度な物性を備えた電極を得るこ
とができ、この電極を使用したならば、低電極消耗状態
で加工を行なうことができる。また、この場合、含浸工
程時における含浸剤の使用量を減らすことができ、その
分低コスト化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の放電加工電極の構造を模式的に示した
正面図、第２図は従来の放電加工用電極の放電加工時に
おける電極の摩耗状態を模式的に示した正面図である。 符号の説明 ２・・・黒鉛粒子、３・・・非晶質炭素。 特許出願人　　イビデン株式会社 第１図 第２図 ｒ−−−１〜−４Ｌｉｒｙ工物 Ｌ＝　　−Ｊ 口°−−に一械ｐσ工物１４ Ｌ−−−ｗ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）黒鉛化された電極材料に結合した非晶質炭素が、
   電極材料の少なくとも表層に存在していることを特徴と
   する放電加工用電極。
2. （２）黒鉛化された電極材料の少なくとも表層に熱分解
   して非晶質炭素を生成する含浸剤を含浸し、次いで電極
   材料を該含浸剤の熱分解温度以上で焼成すること特徴と
   する放電加工用電極の製造方法。