特開 2015-212005 黒鉛−銅複合電極材料及びその材料を用いた放電加工用電極

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-212005(P2015-212005A)

(43)【公開日】2015年11月26日

(54)【発明の名称】黒鉛−銅複合電極材料及びその材料を用いた放電加工用電極

(51)【国際特許分類】

   B23H 1/06 20060101AFI20151030BHJP

   B23H 9/00 20060101ALI20151030BHJP

   C01B 31/02 20060101ALI20151030BHJP

   H01B 1/04 20060101ALI20151030BHJP

【ＦＩ】

   B23H1/06

   B23H9/00 Z

   C01B31/02 101A

   H01B1/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-211060(P2014-211060)

(22)【出願日】2014年10月15日

(31)【優先権主張番号】特願2014-83661(P2014-83661)

(32)【優先日】2014年4月15日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000222842

【氏名又は名称】東洋炭素株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126963

【弁理士】

【氏名又は名称】来代 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100131864

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 正憲

(72)【発明者】

【氏名】神田 正男

(72)【発明者】

【氏名】太田 直人

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 清

(72)【発明者】

【氏名】岡田 雅樹

(72)【発明者】

【氏名】大西 基喜

(72)【発明者】

【氏名】並木 威之

【テーマコード（参考）】

3C059

4G146

5G301

【Ｆターム（参考）】

3C059AA01

3C059AB01

3C059DC06

3C059DC07

3C059DC08

3C059HA01

4G146AA02

4G146AA16

4G146AB05

4G146AC04A

4G146AC04B

4G146AC20A

4G146AC20B

4G146AC22A

4G146AC22B

4G146AD11

4G146AD17

4G146AD22

4G146AD23

4G146CB20

4G146CB34

5G301BA02

5G301BA10

(57)【要約】

【課題】実用レベルまで電極消耗を低減させることができる黒鉛−銅複合電極材料及びその材料を用いた放電加工用電極の提供を目的としている。
【解決手段】黒鉛材料からなる基材の気孔中に、銅が含浸された黒鉛−銅複合電極材料であって、電気抵抗率が２．５μΩｍ以下、好ましくは１．５μΩｍ以下、特に好ましくは１．０μΩｍ以下である黒鉛−銅複合電極材料である。上記黒鉛材料からなる基材の異方比は１．２以下であることが望ましく、電極材料中の銅の含浸率φが１３％以上であることが望ましく、上記黒鉛材料からなる基材のかさ密度が１．４０Ｍｇ／ｍ^３以上１．８５Ｍｇ／ｍ^３以下であることが望ましい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

黒鉛材料からなる基材の気孔中に、銅が含浸された黒鉛−銅複合電極材料であって、
電気抵抗率が２．５μΩｍ以下であることを特徴とする黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項2】

上記電気抵抗率が１．５μΩｍ以下である、請求項１に記載の黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項3】

上記電気抵抗率が１．０μΩｍ以下である、請求項１に記載の黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項4】

上記黒鉛材料からなる基材の異方比が１．２以下である、請求項１〜３の何れか１項に記載の黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項5】

下記（１）式から求められる電極材料中の銅の含浸率φが１３％以上である、請求項１〜４の何れか１項に記載の黒鉛−銅複合電極材料。
φ＝［（ｄ_Ｂ−ｄ_Ｂ，ｓ）／ρ_Ｃｕ］×１００・・・（１）
（１）式において、ｄ_Ｂは電極のかさ密度、ｄ_Ｂ，ｓは黒鉛材料からなる基材のかさ密度、ρ_Ｃｕは銅の比重（ρ_Ｃｕ＝８．９６Ｍｇ／ｍ^３）である。

【請求項6】

下記（２）式から求められる変数ｘが７．５以下である、請求項１〜５の何れか１項に記載の黒鉛−銅複合電極材料。
ｘ＝（ｄ_Ｂ×φ×ρ／σ_Ｂ）×１０・・・（２）
（２）式において、ｄ_Ｂは電極のかさ密度（Ｍｇ／ｍ^３）、φは銅の含浸率（％）、ρは電気抵抗率（μΩｍ）、σ_Ｂは曲げ強さ（ＭＰａ）である。

【請求項7】

上記（２）式から求められる変数ｘが６．５以下である、請求項６に記載の黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項8】

上記黒鉛材料からなる基材のかさ密度が１．４０Ｍｇ／ｍ^３以上１．８５Ｍｇ／ｍ^３以下である、請求項１〜７の何れか１項に記載の黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項9】

上記黒鉛材料からなる基材の開気孔率が、１４ｖｏｌ％以上である、請求項１〜８の何れか１項に記載の黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項10】

上記黒鉛材料からなる基材の電気抵抗率が、８．９μΩｍ以上１９．５μΩｍ以下である、請求項１〜９の何れか１項に記載の黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項11】

熱間等方加圧法（ＨＩＰ法）を用いて上記銅の含浸を行う、請求項１〜１０の何れか１項に記載の黒鉛−銅複合電極材料。

【請求項12】

炭化タングステンを主成分とする超硬を放電加工により型彫り加工を施す際に用いられる放電加工用電極であって、
請求項１〜１１の何れか１項に記載の黒鉛−銅複合電極材料からなることを特徴とする放電加工用電極。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、黒鉛−銅複合電極材料及びその材料を用いた放電加工用電極に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、放電加工用電極材料として銅、カ−ボン材料である黒鉛、タングステン−銅、タングステン−銀、黒鉛−銅などの材料等が用いられている。特に、超硬合金等の高融点の難削材料の放電加工には、これらの中でも、タングステン−銅、タングステン−銀、黒鉛−銅材料が使用されている。

【0003】

これらの材料はそれぞれ放電加工用材料としての特徴を有しているが、銅は融点が低く高融点の超硬合金材料の放電加工用材料としては適していない。タングステン−銅およびタングステン−銀材料はそれ自身の融点が高く、高融点で難削材料である超硬合金材料等の放電加工を低消耗で行うことができる。しかしながら、電極形状への機械加工性に乏しく、しかも、材料費や製造費用が黒鉛系材料に比べて極めて高価であるという課題を有していた。黒鉛単体および黒鉛−銅材料は、タングステン−銅やタングステン−銀材料に比べて安価であり、機械加工性にも優れる。しかしながら、電極消耗が多いという課題を有していた。

【0004】

ここで、タングステン−銅系電極の機械加工性を改善する目的で金属溶浸法によりタングステン粉末中に銅を溶浸し放電電極を製造する方法が開示されている（下記特許文献１）。しかしながら、該製造方法では、その製法上、銅とタングステンとの比率を変えることは難しいため、上述したタングステン−銅からなる材料の課題を解決できない。
また、焼結法によって、銅−タングステン合金を製造する方法がる開示されている（下記特許文献２）。しかしながら、該製造方法では、電極サイズが大きい場合には均一な組成の材料を得ることは難しく、しかも、成形性改善のための助剤の添加は却って放電特性を損なうことがあるといった課題を有する。

【0005】

一方、黒鉛−銅材料で電極消耗が多くなる要因としては、当該材料を電極として用いた場合には、熱がこもりやすく、アークが発生し易くなることに起因すると考えられる。そこで、これを改善する方法としてシリコンを含むアルミニウムを黒鉛材料に溶融含浸させる方法が開示されている（下記特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平７−９２６４号公報

【特許文献2】特開平８−１９９２８０号公報

【特許文献3】特開２００４−２０９６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記特許文献３に示す放電加工用電極材料であっても、実用レベルまで電極消耗を低減させることができないという課題を有していた。

【0008】

そこで本発明は、実用レベルまで電極消耗を低減させることができる黒鉛−銅複合電極材料及びその材料を用いた放電加工用電極の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために本発明は、黒鉛材料からなる基材の気孔中に、銅が含浸された黒鉛−銅複合電極材料であって、電気抵抗率が２．５μΩｍ以下であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、実用レベルまで電極消耗を低減させることができるといった優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】材料Ａ１〜Ａ７における基材の開気孔率と銅含浸率との関係を示すグラフである。

【図2】材料Ａ１〜Ａ７における銅含浸率と電気抵抗率との関係を示すグラフである。

【図3】材料Ａ１〜Ａ７における電気抵抗率と電極消耗率との関係を示すグラフである。

【図4】材料Ａ１〜Ａ７における変数ｘと加工速度及び電極消耗率との関係を示すグラフである。

【図5】材料Ａ１の光学顕微鏡による断面写真である。

【図6】材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における基材の開気孔率と銅含浸率との関係を示すグラフである。

【図7】材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における銅含浸率と電気抵抗率との関係を示すグラフである。

【図8】材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における電気抵抗率と電極消耗率との関係を示すグラフである。

【図9】材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における変数ｘと加工速度及び電極消耗率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明者らは、銅−タングステンや銅−銀材料に比べて安価な黒鉛−銅材料について上記従来技術の問題点を実用レベルで解決し、緻密かつ軽量で、電極消耗性が実用に耐えうるレベルで抑制された銅含浸黒鉛材料を得るべく鋭意検討の結果、均質で適度な気孔率を有する高温材料である黒鉛材料に銅を含浸した場合、電極の電気抵抗率が２．５μΩｍ以下（好ましくは１．５μΩｍ以下、より好ましくは１．０μΩｍ以下）となり、これによって、電極消耗を飛躍的に低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0013】

即ち、本発明は、黒鉛材料からなる基材の気孔中に、銅が含浸された黒鉛−銅複合電極材料であって、電気抵抗率が２．５μΩｍ以下であることを特徴とする。
電気抵抗率が２．５μΩｍ以下の黒鉛−銅複合電極材料を用いた場合には、超硬の放電加工において、黒鉛−銅複合電極の電極消耗率が低減する。また、タングステン−銅、又はタングステン−銀を電極として使用する場合に比べ、電極形状へ容易に加工できると共に、低コストで電極を作製することが可能となる。

【0014】

上記電気抵抗率が１．５μΩｍ以下であることが望ましく、特に、上記電気抵抗率が１．０μΩｍ以下であることが望ましい。
このような構成であれば、上記作用効果が一層発揮される。

【0015】

上記黒鉛材料からなる基材の異方比が１．２以下であることが望ましい。
異方比が１．２以下の等方性の高い黒鉛材料（以下、等方性黒鉛材料と称することがある）は、切り出し方向による特性差が小さいため設計が容易で使い易く、しかも、機械加工性に優れているので精密な加工が容易となる。このようなことを考慮すれば、異方比は１．１以下であることが一層好ましい。
尚、異方比が１．２以下であるとは、黒鉛材料における任意に直角をなす方向に測定した電気抵抗率の比の平均値が１．２以下であることを意味する。

【0016】

また、等方性黒鉛材料としては、通常はコ−クス等の骨材にピッチ等のバインダ−を加えて混練した後、冷間等方圧加圧成形を施し、焼成、黒鉛化に必要に応じてピッチ含浸、再焼成、樹脂含浸、高純度化等の工程を経た、炭素のみから実質的に成る材料乃至は炭素を主成分とする材料から成り、ピッチ含浸品、樹脂含浸品等の含浸品を包含するいわゆる黒鉛化品等の等方性黒鉛材料を包含する。

【0017】

下記（１）式から求められる電極材料中の銅の含浸率φが１３％以上であることが望ましい。
φ＝［（ｄ_Ｂ−ｄ_Ｂ，ｓ）／ρ_Ｃｕ］×１００・・・（１）
（１）式において、ｄ_Ｂは電極のかさ密度、ｄ_Ｂ，ｓは黒鉛材料からなる基材のかさ密度、ρ_Ｃｕは銅の比重（ρ_Ｃｕ＝８．９６Ｍｇ／ｍ^３）である。
銅の含浸率φが大きくなると電極抵抗値が低くなる。そして、電極抵抗値と電極消耗率との間には、電極抵抗値が低くなると電極消耗率も低くなるという関係がある。したがって、銅の含浸率φが１３％以上とすれば、電極抵抗値が低くなるので、電極消耗率が飛躍的に低減する。このようなことを考慮すれば、電極材料中の銅の含浸率φが１５％以上であることが一層望ましい。

【0018】

下記（２）式から求められる変数ｘが７．５以下、特に６．５以下であることが望ましい。
ｘ＝（ｄ_Ｂ×φ×ρ／σ_Ｂ）×１０・・・（２）
（２）式において、ｄ_Ｂは電極のかさ密度（Ｍｇ／ｍ^３）、φは銅の含浸率（％）、ρは電気抵抗率（μΩｍ）、σ_Ｂは曲げ強さ（ＭＰａ）である。
放電加工電極では、低い電極消耗率で、且つ高い加工速度が要求される。各々の要求品質は相反する特性により発現される場合が多いが、特性値から求められる変数ｘを小さい値に留めることで、バランスのとれた性能を発揮させることが出来ることを本発明者らは見出した。このようなことを考慮すれば、変数ｘの値は、５．０以下であることが一層望ましい。

【0019】

上記黒鉛材料からなる基材のかさ密度は１．４０Ｍｇ／ｍ^３以上１．８５Ｍｇ／ｍ^３以下であることが望ましい。
黒鉛材料からなる基材のかさ密度が１．４０Ｍｇ／ｍ^３未満の場合には、基材強度が低下する場合がある一方、当該かさ密度が１．８５Ｍｇ／ｍ^３を超えると、基材の開気孔率が小さくなるため、銅の含浸率が低下するからである。このようなことを考慮すれば、黒鉛材料からなる基材のかさ密度が１．６０Ｍｇ／ｍ^３以上１．８０Ｍｇ／ｍ^３以下であることが一層望ましい。

【0020】

上記黒鉛材料からなる基材の開気孔率が、１４ｖｏｌ％以上であることが望ましい。
基材の開気孔率が１４ｖｏｌ％未満になると、銅が含浸され難くなるため、電気抵抗率の低下が不十分となったり、電極消耗率が高くなったりすることがある。

【0021】

上記黒鉛材料からなる基材の電気抵抗率が、８．９μΩｍ以上１９．５μΩｍ以下であることが望ましい。
基材の電気抵抗率が８．９μΩｍ未満になると、黒鉛化の進行が高度になって、黒鉛基材自体の強度が低下するため、放電加工時の電極消耗率が高くなる恐れが生じる。一方、基材の電気抵抗率が１９．５μΩｍを超えると、黒鉛化の進行が低度であり、黒鉛基材自体の強度が高くなり過ぎて、切削等の機械加工による電極形成が難しくなる恐れがある。
基材の電気抵抗率は、より好ましくは１０．０μΩｍ以上であり、更に好ましくは１１．０μΩｍ以上 である。

【0022】

熱間等方加圧法（ＨＩＰ法）を用いて上記銅の含浸を行うことが望ましい。
当該方法であれば、等方性黒鉛材料基材の各面に対して均等に圧力が加わるため、銅の含浸中に等方性黒鉛材料基材が変形するのを抑制することができるからである。
但し、銅の含浸は熱間等方加圧法に限定するものではなく、溶湯鍛造法等であっても良い。

【0023】

炭化タングステンを主成分とする超硬を放電加工により型彫り加工を施す際に用いられる放電加工用電極であって、上述した黒鉛−銅複合電極材料からなることを特徴とする。

【0024】

（その他の事項）
（１）ＨＩＰ法による銅含浸に際しては、特性を損なわない範囲で、黒鉛と銅との界面の濡れ性を改善する含浸助剤を加えてもよい。これらの助剤としては、チタン、ジルコニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、ハフニウム及びそれらの化合物を例示できる。但し、含浸助剤の種類はこれらに限定するものではない。
この場合、含浸助剤の量は０．５〜１０重量％にあることが好ましい。０．５重量％未満では濡れ性の改善が十分に得られないことがあり、１０重量％を超えると含浸後の残存銅合金と銅含浸黒鉛材との分離が困難になることがあるためである。

【0025】

（２）銅含浸は、例えば耐圧容器を用い、銅合金を炭素製等のセラミック容器（るつぼ）に、等方性黒鉛材を炭素製等のセラミック容器（サガー）に別々に入れ、これらるつぼ、サガーを耐圧容器に装入し、次いで容器内を含浸銅合金の融点より高い温度に上げて加圧含浸する。加圧力は数ＭＰａ乃至１５０ＭＰａ程度、含浸時間は１〜６０分程度、好ましくは３０〜６０分程度である。
なお、本発明において使用する銅合金の組成としては、放電加工特性に影響を及ぼさない範囲で、不可避的な不純物が含まれていてもよい。

【0026】

（３）放電加工用電極の銅含浸率が高いと、銅は導電性が高いため、放電加工用電極の電気抵抗率が低くなると共に、銅は高密度であるため、放電加工用電極のかさ密度が高くなる。このため、放電加工用電極における電気抵抗率を低くするには、銅含浸率をある程度高くしなければならない。このようなことを考慮すると、放電加工用電極のかさ密度の下限は、２．５Ｍｇ/ｍ^３以上、特に３．０Ｍｇ/ｍ^３以上であることが望ましい。また、放電加工用電極の銅含浸率が高い場合、放電加工用電極のかさ密度が高くなるが、かさ密度が高くなり過ぎると他の特性に悪影響を及ぼす恐れがある。更に、黒鉛材料の気孔への銅含浸には限度がある。このようなことを考慮すると、放電加工用電極のかさ密度の上限は、４．５Ｍｇ/ｍ^３以下、特に４．０Ｍｇ/ｍ^３以下であることが望ましい。
銅含浸率についても、上記と同様の理由から、下限は１２．５％以上、特に１５％以上であることが望ましく、上限は３５％以下、特に３０％以下であることが望ましい。

【0027】

一般的に、放電加工用電極の電気抵抗率は低い程好ましいが、余りゼロに近づき過ぎると他の特性に悪影響を及ぼすことがあるため、下限については０．０１μΩｍ以上、特に０．１μΩｍ以上であることが望ましい。また、曲げ強さについては、高い程放電時の電極損耗が抑えられ好ましいので、４０ＭＰａ以上、特に６０ＭＰａ以上であることが望ましい。但し、曲げ強さが余り高いと、他の特性に影響することがあるので、２２０ＭＰａ以下、特に２００ＭＰａ以下であることが望ましい。

【実施例】

【0028】

以下、本発明の実施例について詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
緻密質の等方性黒鉛材（東洋炭素株式会社製であって、かさ密度１．６６Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率２３．８％、電気抵抗率１１．１μΩｍ、異方比１．０２）を耐圧容器に収容し、１０７０℃で溶融した銅をＮ_２ガスにて１５ＭＰａの圧力で１時間加圧含浸して、銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ１と称する。
尚、上記銅含浸黒鉛材料を放電加工用電極に加工したものを、以下、電極Ａ１と称することがある。このことは下記実施例２〜実施例９、比較例１、比較例２でも同様である（例えば、実施例２の放電加工用電極であれば電極Ａ２となる）。

【0029】

（実施例２）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．６６Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率２３．５％、電気抵抗率１４．０μΩｍ、異方比１．０３のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ２と称する。

【0030】

（実施例３）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．７９Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１６．７％、電気抵抗率１２．６μΩｍ、異方比１．０５のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ３と称する。

【0031】

（実施例４）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．７７Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１６．７％、電気抵抗率１８．９μΩｍ、異方比１．０６のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ４と称する。

【0032】

（実施例５）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．７８Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１５．２％、電気抵抗率１９．１μΩｍ、異方比１．０３のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ５と称する。

【0033】

（実施例６）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．８１Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１４．２％、電気抵抗率８．９μΩｍ、異方比１．０３のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ６と称する。

【0034】

（実施例７）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．８０Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１４．８％、電気抵抗率１５．２μΩｍ、異方比１．０６のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ７と称する。

【0035】

（実施例８）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．７８Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１５．０％、電気抵抗率１５．９μΩｍ、異方比１．０５のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ８と称する。

【0036】

（実施例９）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．７８Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１６．１％、電気抵抗率１４．４μΩｍ、異方比１．０４のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ａ９と称する。

【0037】

（比較例１）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．８８Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１０．７％、電気抵抗率８．７μΩｍ、異方比１．０３のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ｚ１と称する。

【0038】

（比較例２）
等方性黒鉛材として、かさ密度１．９２Ｍｇ／ｍ^３、開気孔率１３．４％、電気抵抗率２０．０μΩｍ、異方比１．０６のものを用いた他は、上記実施例１と同様にして銅含浸黒鉛材料を作製した。
このようにして作製した銅含浸黒鉛材料を、以下、材料Ｚ２と称する。

【0039】

（実験１）
上記材料（電極）Ａ１〜Ａ７における電気抵抗率と、銅含浸率と、電極消耗率（長さ電極消耗率）とを下記に示す方法で調べたので、その結果を表１に示す。また、材料Ａ１〜Ａ７における基材の開気孔率と銅含浸率との関係を図１に、材料Ａ１〜Ａ７における銅含浸率と電気抵抗率との関係を図２に、及び、材料Ａ１〜Ａ７における電気抵抗率と電極消耗率との関係を図３に示す。

【0040】

〔電気抵抗率の測定〕
各材料の電気抵抗率を、直流四端子法で測定した。

【0041】

〔銅含浸率の算出〕
電極のかさ密度（銅含浸後のかさ密度）ｄ_Ｂと、黒鉛材料からなる基材のかさ密度ｄ_Ｂ，ｓとを調べ、これらの値を（１）式に代入することにより、銅含浸率を算出した。尚、ρ_Ｃｕは銅の比重（ρ_Ｃｕ＝８．９６Ｍｇ／ｍ^３）である。
φ＝［（ｄ_Ｂ−ｄ_Ｂ，ｓ）／ρ_Ｃｕ］×１００・・・（１）

【0042】

〔電極消耗率の算出〕
各材料から成る電極を用いて、超硬合金材料（冨士ダイス株式会社製フジロイＤ４０）を下記の条件で放電加工して、電極消耗長さを測定し、これらの値を下記（３）式に代入して電極消耗率を算出した。

【0043】

・加工面積１０×４ｍｍ^２
・電極の支持治具の、加工深さ方向への進行距離２ｍｍ
・使用機種：（株）ソディック社製ＡＱ３５Ｌ
・極性：正極性
・電流ピーク値：２８（Ａ）
・ＯＮタイム：５（μｓｅｃ）
・ＯＦＦタイム：１０（μｓｅｃ）

【0044】

電極消耗率＝（電極消耗長さ〔ｍｍ〕／加工深さ〔ｍｍ〕）×１００・・・（３）

【0045】

【表1】

【0046】

表１及び図１から明らかなように、基材の開気孔率が高いほど銅含浸率が高くなっていることが認められる。また、表１及び図２から明らかなように、銅含浸率が高いほど電気抵抗率が低くなっていることが認められる。更に、表１及び図３から明らかなように、電気抵抗率が低いほど電極消耗率が低くなっていることが認められる。

【0047】

（実験２）
次に、上記実験１における〔電極消耗率の算出〕で示した条件と同一の条件で、材料（電極）Ａ１〜Ａ７を用いて、上述した超硬合金材料の加工を行い、各材料の加工速度を測定した。尚、上記加工速度とは、超硬合金材料を１分間加工したときの加工深さである。
また、材料（電極）Ａ１〜Ａ７における銅含浸後の特性として、上記実験１で示した電気抵抗率、銅含浸率の他に、電極（銅含浸後）のかさ密度と曲げ強さとを調べた。そして、電極のかさ密度、銅含浸率、電気抵抗率、及び曲げ強さから、下記（２）式を用いて、材料（電極）Ａ１〜Ａ７における変数ｘを求めた。

【0048】

ｘ＝（ｄ_Ｂ×φ×ρ／σ_Ｂ）×１０・・・（２）
（２）式において、ｄ_Ｂは電極のかさ密度（Ｍｇ／ｍ^３）、φは銅の含浸率（％）、ρは電気抵抗率（μΩｍ）、σ_Ｂは曲げ強さ（ＭＰａ）である。
上記曲げ強さは、室温にてインストロン型材料試験機を用い３点曲げ試験方法にて測定した。
尚、各特性値を表２に示し、また、材料Ａ１〜Ａ７における、変数ｘと加工速度及び電極消耗率との関係を図４に示す。

【0049】

【表2】

【0050】

表２及び図４から明らかなように、材料（電極）Ａ１〜Ａ７は変数ｘが７．５以下なので、電極消耗率及び加工速度の双方で優れた性能を発揮することがわかる。

【0051】

また、材料Ａ１について、光学顕微鏡による断面写真を撮影したので図５に示す。図５中、白色部が銅、灰色部がグラファイト、黒色部が空隙である。図５に示されるように、グラファイト中に銅が均一に含浸されて存在していることが判る。

【0052】

（実験３）
上記材料（電極）Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における電気抵抗率と、銅含浸率と、電極消耗率（長さ電極消耗率）とを実験１と同じ方法で調べたので、その結果を表３に示す。但し、放電加工の条件のみ下記に示すように変更している（尚、実験１と異なるのは、電流ピーク値、ＯＮタイム、及び、ＯＦＦタイムである）。また、材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における基材の開気孔率と銅含浸率との関係を図６に、材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における銅含浸率と電気抵抗率との関係を図７に、並びに、材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における電気抵抗率と電極消耗率との関係を図８に示す。

【0053】

・加工面積１０×４ｍｍ^２
・電極の支持治具の、加工深さ方向への進行距離２ｍｍ
・使用機種：（株）ソディック社製ＡＱ３５Ｌ
・極性：正極性
・電流ピーク値：６０（Ａ）
・ＯＮタイム：３０（μｓｅｃ）
・ＯＦＦタイム：１００（μｓｅｃ）

【0054】

【表3】

【0055】

表３及び図６から明らかなように、基材の開気孔率が高いほど銅含浸率が高くなっており、材料Ｚ１、Ｚ２よりも基材の開気孔率が高い材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９では、材料Ｚ１、Ｚ２よりも銅含浸率が高くなっていることが認められる。また、表３及び図７から明らかなように、銅含浸率が高いほど電気抵抗率が低くなっており、材料Ｚ１、Ｚ２よりも銅含浸率が高い材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９では、材料Ｚ１、Ｚ２よりも電気抵抗率が低くなっていることが認められる。更に、表３及び図８から明らかなように、電気抵抗率が低いほど電極消耗率が低くなっており、材料Ｚ１、Ｚ２よりも電気抵抗率が低い材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９では、材料Ｚ１、Ｚ２よりも電極消耗率が低くなっていることが認められる。

【0056】

（実験４）
次に、上記実験３における〔電極消耗率の算出〕で示した条件と同一の条件で、材料（電極）Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２を用いて、上述した超硬合金材料の加工を行い、各材料の加工速度を測定した。尚、上記加工速度とは、超硬合金材料を１分間加工したときの加工深さである。
また、材料（電極）Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における銅含浸後の特性として、上記実験３で示した電気抵抗率、銅含浸率の他に、電極（銅含浸後）のかさ密度と曲げ強さとを調べた。そして、電極のかさ密度、銅含浸率、電気抵抗率、及び曲げ強さから、下記（２）式を用いて、材料（電極）Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における変数ｘを求めた。

【0057】

ｘ＝（ｄ_Ｂ×φ×ρ／σ_Ｂ）×１０・・・（２）
（２）式において、ｄ_Ｂは電極のかさ密度（Ｍｇ／ｍ^３）、φは銅の含浸率（％）、ρは電気抵抗率（μΩｍ）、σ_Ｂは曲げ強さ（ＭＰａ）である。
上記曲げ強さは、室温にてインストロン型材料試験機を用い３点曲げ試験方法にて測定した。
尚、各特性値を表４に示し、また、材料Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ｚ１及びＺ２における、変数ｘと加工速度及び電極消耗率との関係を図９に示す。

【0058】

【表4】

【0059】

表４及び図９から明らかなように、材料（電極）Ａ１〜Ａ５、Ａ８、Ａ９は変数ｘが６．５以下なので、電極消耗率及び加工速度の双方で特に優れた性能を発揮することがわかる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明は放電加工により型彫り加工を施す際の電極として用いることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図5】