JP2001212723A - セラミック被覆層を有する金属部材の放電加工方法 - Google Patents
セラミック被覆層を有する金属部材の放電加工方法Info
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Landscapes
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 セラミック被覆層を有する金属部材を容易か
つ円滑に加工できる放電加工方法を提供する。 【解決手段】 セラミック被覆層を有する金属部材の加
工部位およびその近傍のセラミック被覆層の表面に導電
性粒子を含有するペーストを塗布して導電層を形成する
と共に、導電材料からなり前記導電層と前記金属部材と
を電気的に接続する通電子を前記導電層の形成の前また
は後において前記セラミック被覆層の表面に設置し、前
記導電層を乾燥固化し、放電加工電極により前記導電層
およびセラミック被覆層を貫通して前記金属部材の少な
くとも一部を除去する。
つ円滑に加工できる放電加工方法を提供する。 【解決手段】 セラミック被覆層を有する金属部材の加
工部位およびその近傍のセラミック被覆層の表面に導電
性粒子を含有するペーストを塗布して導電層を形成する
と共に、導電材料からなり前記導電層と前記金属部材と
を電気的に接続する通電子を前記導電層の形成の前また
は後において前記セラミック被覆層の表面に設置し、前
記導電層を乾燥固化し、放電加工電極により前記導電層
およびセラミック被覆層を貫通して前記金属部材の少な
くとも一部を除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電加工電極と被
加工材との間の放電によって被加工材を加工する放電加
工方法に関するものであり、特にセラミック被覆層を有
する金属部材の放電加工方法に関するものである。
加工材との間の放電によって被加工材を加工する放電加
工方法に関するものであり、特にセラミック被覆層を有
する金属部材の放電加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８はセラミック被覆層を有する金属部
材の例であるガスタービン用のブレードの一例を示す横
断面図である。図８において、ブレード６１は外表面を
高温ガスに曝されるため、例えばＮｉ基合金またはＣｏ
基合金のような耐熱合金によって製造されると共に、そ
の表面にセラミック被覆層（遮熱コーティング、Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ（ＴＢ
Ｃ））６２を被着させると共に、内部に空洞６３を設
け、更に空洞６３と連通する冷却孔６４を設けて、空洞
６３から圧縮空気等を噴出し、セラミック被覆層６２の
表面に冷却フィルムを形成するようにしている。この場
合、セラミック被覆層６２の厚さ寸法は、例えば０．２
〜０．７ｍｍ、冷却孔６４の直径寸法は、例えば１ｍｍ
に形成される。
材の例であるガスタービン用のブレードの一例を示す横
断面図である。図８において、ブレード６１は外表面を
高温ガスに曝されるため、例えばＮｉ基合金またはＣｏ
基合金のような耐熱合金によって製造されると共に、そ
の表面にセラミック被覆層（遮熱コーティング、Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ（ＴＢ
Ｃ））６２を被着させると共に、内部に空洞６３を設
け、更に空洞６３と連通する冷却孔６４を設けて、空洞
６３から圧縮空気等を噴出し、セラミック被覆層６２の
表面に冷却フィルムを形成するようにしている。この場
合、セラミック被覆層６２の厚さ寸法は、例えば０．２
〜０．７ｍｍ、冷却孔６４の直径寸法は、例えば１ｍｍ
に形成される。
【０００３】上記のような冷却孔６４を加工する場合、
セラミック被覆層６２が極めて硬質であるため、通常の
ドリル加工では、例えば超硬合金からなるドリルを使用
しても不可能である。一方、放電加工により上記のよう
な難加工材であるセラミックスを放電加工する方法が提
案されている。
セラミック被覆層６２が極めて硬質であるため、通常の
ドリル加工では、例えば超硬合金からなるドリルを使用
しても不可能である。一方、放電加工により上記のよう
な難加工材であるセラミックスを放電加工する方法が提
案されている。
【０００４】その一例として、例えば特開昭６３−１５
０１０９号公報に記載されるように、予め加工すべきセ
ラミックスからなる被加工体の表面に導電体層を形成し
ておき、この導電体層の加工によって生じた加工液中の
炭素および導電体層の導電体粉がセラミックスに付着な
いし含浸させられて形成された導電層および／または放
電によってセラミックスが高温となることによって形成
された導電層と、加工電極との間に放電を発生させるこ
とにより放電加工を行なうものがある。
０１０９号公報に記載されるように、予め加工すべきセ
ラミックスからなる被加工体の表面に導電体層を形成し
ておき、この導電体層の加工によって生じた加工液中の
炭素および導電体層の導電体粉がセラミックスに付着な
いし含浸させられて形成された導電層および／または放
電によってセラミックスが高温となることによって形成
された導電層と、加工電極との間に放電を発生させるこ
とにより放電加工を行なうものがある。
【０００５】また他の例としては、例えば特開平８−２
２９７４０号公報に記載されるように、セラミックスの
表面に導電性炭化物を形成できる金属層を設けるか、ま
たはセラミックスの表面に多層の金属層を形成させ、少
なくともその１層を導電性炭化物を形成できる金属層と
し、最外層を比電気抵抗率の低い金属層として放電加工
をするものである。
２９７４０号公報に記載されるように、セラミックスの
表面に導電性炭化物を形成できる金属層を設けるか、ま
たはセラミックスの表面に多層の金属層を形成させ、少
なくともその１層を導電性炭化物を形成できる金属層と
し、最外層を比電気抵抗率の低い金属層として放電加工
をするものである。
【０００６】更にセラミック被覆層を有する金属部材に
微細な孔を加工する方法が提案されている。その一例と
して、例えば特開平１０−２０２４３１号公報に記載さ
れるように、セラミック被覆層の表面に導電性と弾力性
を有するカーボンシートを介して導電体を配設し、この
導電体の表面にパイプ状の放電加工電極を配設し、放電
加工電源の−側を放電加工電極に接続し、＋側を導電体
と金属部材に接続し、放電加工電極の中空部から加工液
を噴射させ、放電加工電極を回転させながら放電加工を
行なうものである。
微細な孔を加工する方法が提案されている。その一例と
して、例えば特開平１０−２０２４３１号公報に記載さ
れるように、セラミック被覆層の表面に導電性と弾力性
を有するカーボンシートを介して導電体を配設し、この
導電体の表面にパイプ状の放電加工電極を配設し、放電
加工電源の−側を放電加工電極に接続し、＋側を導電体
と金属部材に接続し、放電加工電極の中空部から加工液
を噴射させ、放電加工電極を回転させながら放電加工を
行なうものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
１の方法においては、放電加工によって逐次形成される
べきセラミックス中の導電層が不安定であり、放電加工
が円滑に進行しないことがあるという問題点がある。
１の方法においては、放電加工によって逐次形成される
べきセラミックス中の導電層が不安定であり、放電加工
が円滑に進行しないことがあるという問題点がある。
【０００８】一方、第２の方法においては、導電性炭化
物を形成できる金属として、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上が望ましいとして
いるが、これらの金属は比較的高価なものであると共
に、これらの金属層は例えば溶射、蒸着、メッキ等の手
段によって形成できるものの、金属層をセラミックスの
表面に密着するように形成しなければならず、金属層の
形成が煩雑であり、かつその形成に長時間を要するとい
う問題点がある。
物を形成できる金属として、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｔａ、Ｈｆの１種または２種以上が望ましいとして
いるが、これらの金属は比較的高価なものであると共
に、これらの金属層は例えば溶射、蒸着、メッキ等の手
段によって形成できるものの、金属層をセラミックスの
表面に密着するように形成しなければならず、金属層の
形成が煩雑であり、かつその形成に長時間を要するとい
う問題点がある。
【０００９】更に第３の方法においては、放電加工によ
って逐次形成されるべきセラミック被覆層中の導電体層
が不安定となり易く、放電加工が円滑に進行しないこと
があるという問題点がある。すなわち、上記セラミック
被覆層中の導電体層は、比較的高抵抗のものであり、こ
の部分における放電電圧の降下があると共に、アーク放
電若しくはそれに近い現象が発生するため、放電開始点
の検出ができないことも原因していると認められる。
って逐次形成されるべきセラミック被覆層中の導電体層
が不安定となり易く、放電加工が円滑に進行しないこと
があるという問題点がある。すなわち、上記セラミック
被覆層中の導電体層は、比較的高抵抗のものであり、こ
の部分における放電電圧の降下があると共に、アーク放
電若しくはそれに近い現象が発生するため、放電開始点
の検出ができないことも原因していると認められる。
【００１０】また放電加工電極を回転させる必要がある
ため、単一または少数の孔を放電加工する場合はともか
くとして、多数の孔を効率よく放電加工する場合には、
作業が煩雑となるという問題点もある。
ため、単一または少数の孔を放電加工する場合はともか
くとして、多数の孔を効率よく放電加工する場合には、
作業が煩雑となるという問題点もある。
【００１１】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、セラミック被覆層を有する金属部材を容易
に、かつ円滑に加工できる放電加工方法を提供すること
を課題とする。
を解決し、セラミック被覆層を有する金属部材を容易
に、かつ円滑に加工できる放電加工方法を提供すること
を課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、第１の発明においては、セラミック被覆層を有す
る金属部材の加工部位およびその近傍のセラミック被覆
層の表面に導電性粒子を含有するペーストを塗布して導
電層を形成すると共に、導電材料からなり前記導電層と
前記金属部材とを電気的に接続する通電子を前記導電層
の形成の前または後において前記セラミック被覆層の表
面に設置し、前記導電層を乾燥固化し、放電加工電極に
より前記導電層およびセラミック被覆層を貫通して前記
金属部材の少なくとも一部を除去する、という技術的手
段を採用した。
めに、第１の発明においては、セラミック被覆層を有す
る金属部材の加工部位およびその近傍のセラミック被覆
層の表面に導電性粒子を含有するペーストを塗布して導
電層を形成すると共に、導電材料からなり前記導電層と
前記金属部材とを電気的に接続する通電子を前記導電層
の形成の前または後において前記セラミック被覆層の表
面に設置し、前記導電層を乾燥固化し、放電加工電極に
より前記導電層およびセラミック被覆層を貫通して前記
金属部材の少なくとも一部を除去する、という技術的手
段を採用した。
【００１３】次に第２の発明においては、セラミック被
覆層を有する金属部材の加工部位およびその近傍のセラ
ミック被覆層の表面に導電性粒子を含有するペーストを
塗布して導電層を形成すると共に、この導電層と前記金
属部材とを電気的に接続し、導電層およびセラミック被
覆層を放電加工する場合の放電開始を検出するしきい値
電圧を金属部材を放電加工する場合の放電開始を検出す
るしきい値電圧より導電層およびセラミック被覆層によ
る電圧降下に相当する分だけ高く設定し、放電加工電極
と被加工体である前記導電層、セラミック被覆層および
金属部材との間の放電開始を検出してそれ以降所定の時
間放電加工電極と前記被加工体との間に放電電圧を印加
させ、放電加工電極により前記導電層およびセラミック
被覆層を貫通して前記金属部材の少なくとも一部を除去
する、という技術的手段を採用した。
覆層を有する金属部材の加工部位およびその近傍のセラ
ミック被覆層の表面に導電性粒子を含有するペーストを
塗布して導電層を形成すると共に、この導電層と前記金
属部材とを電気的に接続し、導電層およびセラミック被
覆層を放電加工する場合の放電開始を検出するしきい値
電圧を金属部材を放電加工する場合の放電開始を検出す
るしきい値電圧より導電層およびセラミック被覆層によ
る電圧降下に相当する分だけ高く設定し、放電加工電極
と被加工体である前記導電層、セラミック被覆層および
金属部材との間の放電開始を検出してそれ以降所定の時
間放電加工電極と前記被加工体との間に放電電圧を印加
させ、放電加工電極により前記導電層およびセラミック
被覆層を貫通して前記金属部材の少なくとも一部を除去
する、という技術的手段を採用した。
【００１４】本発明においては、放電加工電極が導電層
およびセラミック被覆層を貫通した後において、金属部
材に対する放電加工条件に設定するようにする。
およびセラミック被覆層を貫通した後において、金属部
材に対する放電加工条件に設定するようにする。
【００１５】次に本発明において、放電加工電極が導電
層およびセラミック被覆層を貫通した後において、放電
加工電極と導電層およびセラミック被覆層との間の間隙
を金属部材の放電加工の拡大代より大に形成することが
できる。
層およびセラミック被覆層を貫通した後において、放電
加工電極と導電層およびセラミック被覆層との間の間隙
を金属部材の放電加工の拡大代より大に形成することが
できる。
【００１６】上記の発明において、セラミック被覆層を
ジルコニアまたはジルコニアを含有するセラミックスに
よって形成することができる。
ジルコニアまたはジルコニアを含有するセラミックスに
よって形成することができる。
【００１７】また上記の発明において、導電性粒子をカ
ーボンおよび／またはグラファイトによって形成するこ
とができる。
ーボンおよび／またはグラファイトによって形成するこ
とができる。
【００１８】更に上記の発明において、金属部材を耐熱
鋼または耐熱合金によって形成することができる。
鋼または耐熱合金によって形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態におけ
る被加工物の例を示す横断面図、図２は図１におけるＡ
方向要部矢視図であり、同一部分は前記図８と同一の参
照符号で示す。図１および図２において、１は導電層で
あり、例えばカーボンおよび／またはグラファイトのよ
うな導電性粒子を含有するペーストを、加工すべき冷却
孔６４の直上およびその近傍に塗布して形成される。
る被加工物の例を示す横断面図、図２は図１におけるＡ
方向要部矢視図であり、同一部分は前記図８と同一の参
照符号で示す。図１および図２において、１は導電層で
あり、例えばカーボンおよび／またはグラファイトのよ
うな導電性粒子を含有するペーストを、加工すべき冷却
孔６４の直上およびその近傍に塗布して形成される。
【００２０】次に２は通電子であり、例えば銅板のよう
な導電金属板により、複数個の櫛歯３を設けて形成し、
セラミック被覆層６２の表面に固着し、櫛歯３を前記導
電層１と接続すると共に、通電子２は例えば図示省略し
たリード部材を介してブレード６１（金属部材）と電気
的に接続する。
な導電金属板により、複数個の櫛歯３を設けて形成し、
セラミック被覆層６２の表面に固着し、櫛歯３を前記導
電層１と接続すると共に、通電子２は例えば図示省略し
たリード部材を介してブレード６１（金属部材）と電気
的に接続する。
【００２１】なおブレード６１は、Ｎｉ基合金またはＣ
ｏ基合金のような耐熱合金によって形成し、セラミック
被覆層６２はジルコニア（ＺｒＯ2 ）を溶射等の手段に
よってブレード６１の表面に例えば０．２〜０．７ｍｍ
の厚さに形成されている。この場合、ジルコニアには立
方晶の安定な温度領域を広げるために、カルシア（Ｃａ
Ｏ）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）
等の安定化剤を所定量含有させる。
ｏ基合金のような耐熱合金によって形成し、セラミック
被覆層６２はジルコニア（ＺｒＯ2 ）を溶射等の手段に
よってブレード６１の表面に例えば０．２〜０．７ｍｍ
の厚さに形成されている。この場合、ジルコニアには立
方晶の安定な温度領域を広げるために、カルシア（Ｃａ
Ｏ）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）
等の安定化剤を所定量含有させる。
【００２２】次に導電層１を構成する導電性粒子として
は、金属よりも高電気抵抗を有するカーボン、グラファ
イト等が望ましく、また侵入型金属炭化物ＭＣ（ＭはＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ等）のよう
な導電性炭化物であってもよい。
は、金属よりも高電気抵抗を有するカーボン、グラファ
イト等が望ましく、また侵入型金属炭化物ＭＣ（ＭはＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ等）のよう
な導電性炭化物であってもよい。
【００２３】本発明の実施の形態においては、グラファ
イト粉７０〜８０重量％と水その他の液体３０〜２０重
量％とを混合したペースト（必要に応じて接着剤を添
加）を使用して、セラミック被覆層６２の加工部位およ
びその近傍に厚さ０．３〜１．０ｍｍの帯状に塗布し、
例えば１２１℃で３〜５時間加熱して乾燥固化させた。
イト粉７０〜８０重量％と水その他の液体３０〜２０重
量％とを混合したペースト（必要に応じて接着剤を添
加）を使用して、セラミック被覆層６２の加工部位およ
びその近傍に厚さ０．３〜１．０ｍｍの帯状に塗布し、
例えば１２１℃で３〜５時間加熱して乾燥固化させた。
【００２４】なお、通電子２は上記導電層１を構成する
ペーストの塗布前にセラミック被覆層６２上に設けて、
ペーストによって櫛歯３の部分を埋め込んでもよく、ま
たペーストを塗布後、通電子２の櫛歯３の部分をペース
トの上から押し込んでもよい。ペーストの乾燥固化によ
って、導電層１と通電子２の櫛歯部分とは完全に密着し
て、両者は機械的にも電気的にも完全に接続され得る。
ペーストの塗布前にセラミック被覆層６２上に設けて、
ペーストによって櫛歯３の部分を埋め込んでもよく、ま
たペーストを塗布後、通電子２の櫛歯３の部分をペース
トの上から押し込んでもよい。ペーストの乾燥固化によ
って、導電層１と通電子２の櫛歯部分とは完全に密着し
て、両者は機械的にも電気的にも完全に接続され得る。
【００２５】図３は本発明の実施の形態における放電加
工の態様を模式的に示す説明図であり、同一部分は前記
図１および図２と同一の参照符号で示す。図３におい
て、４は放電加工電極であり、例えば銅または黄銅によ
り例えば外径０．７ｍｍの管状に形成し、上端部をマニ
ホールド５と接続し、下端部を前記図１および図２のよ
うに形成した導電層１と対向させる。そして図示省略し
た放電加工電源の（＋）側を放電加工電極４と接続し、
（−）側をブレード６１と接続する。なお導電層１とブ
レード６１とは前記のように通電子２（図示せず）を介
して電気的に接続してある。
工の態様を模式的に示す説明図であり、同一部分は前記
図１および図２と同一の参照符号で示す。図３におい
て、４は放電加工電極であり、例えば銅または黄銅によ
り例えば外径０．７ｍｍの管状に形成し、上端部をマニ
ホールド５と接続し、下端部を前記図１および図２のよ
うに形成した導電層１と対向させる。そして図示省略し
た放電加工電源の（＋）側を放電加工電極４と接続し、
（−）側をブレード６１と接続する。なお導電層１とブ
レード６１とは前記のように通電子２（図示せず）を介
して電気的に接続してある。
【００２６】次にマニホールド５から放電加工電極４の
中空部に水またはケロシン等の加工液を噴射させなが
ら、放電加工電極４とブレード６１との間に所定の放電
電圧を印加して放電加工を行なった（放電加工条件 Ｉ
ｐ＝１３Ａ、τon＝４μｓｅｃ、τoff ＝４０μｓｅ
ｃ）。
中空部に水またはケロシン等の加工液を噴射させなが
ら、放電加工電極４とブレード６１との間に所定の放電
電圧を印加して放電加工を行なった（放電加工条件 Ｉ
ｐ＝１３Ａ、τon＝４μｓｅｃ、τoff ＝４０μｓｅ
ｃ）。
【００２７】上記の放電加工により、図３においてまず
導電層１に破線にて示されるように冷却孔６４が放電加
工され、この放電加工によって発生した熱がその下層の
セラミック被覆層６２に伝播されて加熱され、７００〜
８００℃になり、ジルコニアからなるセラミック被覆層
６２は導電性を持つようになる。従って放電加工電極４
が導電層１を貫通した後、引続きセラミック被覆層６２
に対して放電加工が行なわれ、このセラミック被覆層の
貫通後、更にブレード６１が放電加工され、冷却孔６４
が加工されるのである。
導電層１に破線にて示されるように冷却孔６４が放電加
工され、この放電加工によって発生した熱がその下層の
セラミック被覆層６２に伝播されて加熱され、７００〜
８００℃になり、ジルコニアからなるセラミック被覆層
６２は導電性を持つようになる。従って放電加工電極４
が導電層１を貫通した後、引続きセラミック被覆層６２
に対して放電加工が行なわれ、このセラミック被覆層の
貫通後、更にブレード６１が放電加工され、冷却孔６４
が加工されるのである。
【００２８】比較例として、図１および図２における通
電子２を除去し、帯状の導電層１の両端部をブレード６
１の端部と電気的に接続して上記と同様の放電加工を行
なった。この結果、両端部の近傍においては放電加工が
円滑に進行するものの、中間部、すなわちブレード６１
との電気的接続点から遠隔の部分においては放電加工が
円滑に進行せず、特にセラミック被覆層６２において著
しいという現象が認められた。
電子２を除去し、帯状の導電層１の両端部をブレード６
１の端部と電気的に接続して上記と同様の放電加工を行
なった。この結果、両端部の近傍においては放電加工が
円滑に進行するものの、中間部、すなわちブレード６１
との電気的接続点から遠隔の部分においては放電加工が
円滑に進行せず、特にセラミック被覆層６２において著
しいという現象が認められた。
【００２９】上記のような非所望な現象が発生する原因
としては、導電層１の電気抵抗率が金属のそれと比較し
て大であるため、導電層１における放電加工電圧・電流
が適切でなく、このためセラミック被覆層６２に伝播さ
れる熱もまた不充分であるため、セラミック被覆層６２
の導電性が不充分であることが考えられる。また導電層
１の放電加工が完了した後におけるセラミック被覆層６
２における放電加工時の放電加工電圧が不充分であるた
め、いわゆるアーク放電（集中放電）状態が発生してい
ることも考えられる（正常加工の場合より低電圧、大電
流であることが認められた）。これに対して、前記のよ
うに通電子２を設けたことにより、加工部位の如何に拘
らず、放電加工が円滑にかつ均等に進行することが確認
されたものであり、通電子２の設置は大いに意義がある
ものである。
としては、導電層１の電気抵抗率が金属のそれと比較し
て大であるため、導電層１における放電加工電圧・電流
が適切でなく、このためセラミック被覆層６２に伝播さ
れる熱もまた不充分であるため、セラミック被覆層６２
の導電性が不充分であることが考えられる。また導電層
１の放電加工が完了した後におけるセラミック被覆層６
２における放電加工時の放電加工電圧が不充分であるた
め、いわゆるアーク放電（集中放電）状態が発生してい
ることも考えられる（正常加工の場合より低電圧、大電
流であることが認められた）。これに対して、前記のよ
うに通電子２を設けたことにより、加工部位の如何に拘
らず、放電加工が円滑にかつ均等に進行することが確認
されたものであり、通電子２の設置は大いに意義がある
ものである。
【００３０】図４および図５は各々ブレード６１および
セラミック被覆層６２を放電加工する場合の電圧および
電流と時間との関係を示す波形図である。なお図５はブ
レード６１を放電加工する場合と同一条件でセラミック
被覆層６２を放電加工した場合の好ましくない状態の波
形図を示している。図４および図５において、ＥO,Ｅ T,
Ｅは夫々直流電源の電圧、放電開始を検出するしきい値
電圧および放電電圧、ＩP は放電加工電極と被加工体と
の間に流れる電流ピーク値、τonは電圧パルス幅、τ
off は休止時間である。
セラミック被覆層６２を放電加工する場合の電圧および
電流と時間との関係を示す波形図である。なお図５はブ
レード６１を放電加工する場合と同一条件でセラミック
被覆層６２を放電加工した場合の好ましくない状態の波
形図を示している。図４および図５において、ＥO,Ｅ T,
Ｅは夫々直流電源の電圧、放電開始を検出するしきい値
電圧および放電電圧、ＩP は放電加工電極と被加工体と
の間に流れる電流ピーク値、τonは電圧パルス幅、τ
off は休止時間である。
【００３１】まず図４において、ブレード６１のような
金属材料を放電加工する場合には、放電加工電極と被加
工体との間に電圧ＥO を印加して放電加工電極と被加工
体との間隙を徐々に制御送りによって減少させると、所
定の値の位置において放電が開始される。この場合の電
圧ＥO は８０〜１００Ｖ、Ｅは２０〜３０Ｖ、ＥT は４
０〜５０Ｖであるのが通常である。従って放電開始が検
出されて、パルス幅τ onに相当する時間内に放電加工が
継続され、その後τoff 時間休止させ、再び電圧ＥO が
印加される。なお一般にτon＝１〜１０００μsec ，τ
off ＝１０〜１０００μsec に設定することができる。
上記のような波形が反復して継続する場合は、放電加工
が安定して進行していると認められる。
金属材料を放電加工する場合には、放電加工電極と被加
工体との間に電圧ＥO を印加して放電加工電極と被加工
体との間隙を徐々に制御送りによって減少させると、所
定の値の位置において放電が開始される。この場合の電
圧ＥO は８０〜１００Ｖ、Ｅは２０〜３０Ｖ、ＥT は４
０〜５０Ｖであるのが通常である。従って放電開始が検
出されて、パルス幅τ onに相当する時間内に放電加工が
継続され、その後τoff 時間休止させ、再び電圧ＥO が
印加される。なお一般にτon＝１〜１０００μsec ，τ
off ＝１０〜１０００μsec に設定することができる。
上記のような波形が反復して継続する場合は、放電加工
が安定して進行していると認められる。
【００３２】一方、ブレード６１を放電加工する場合と
同一条件でセラミック被覆層６２を放電加工しようとす
る場合には、図５に示すように、電源電圧ＥO を印加
後、所定の電極間隙値に到達すると放電が開始される
が、この時の放電電圧Ｅは放電開始を検出するしきい値
電圧ＥT よりも大となってしまう。従って放電開始が検
出されず、未だ放電が開始しないものとみなされて、例
えば放電加工電極は被加工体側に送り続けられ、遂には
短絡することになり、パルス幅τonが長くなり、所定の
放電加工条件における加工ができないことになる。
同一条件でセラミック被覆層６２を放電加工しようとす
る場合には、図５に示すように、電源電圧ＥO を印加
後、所定の電極間隙値に到達すると放電が開始される
が、この時の放電電圧Ｅは放電開始を検出するしきい値
電圧ＥT よりも大となってしまう。従って放電開始が検
出されず、未だ放電が開始しないものとみなされて、例
えば放電加工電極は被加工体側に送り続けられ、遂には
短絡することになり、パルス幅τonが長くなり、所定の
放電加工条件における加工ができないことになる。
【００３３】すなわち、セラミック被覆層６２は、その
直上の導電層１（図３参照）の放電加工により加熱され
て導電性が付与されるものの、金属材料と比較すると電
気抵抗が大であるため、電圧降下があり、この電圧降下
分が放電電圧（Ｅ＝２０〜３０Ｖ）に付加される。従っ
て、セラミック被覆層６２を加工する場合には、例えば
６０Ｖのような高電圧（しきい値電圧４０〜５０Ｖと比
較して）を設定しておいて放電加工が行なわれることに
なる。すなわち、しきい値電圧をＥT' として金属材料
に対するしきい値電圧ＥT より、上記セラミック被覆層
６２による電圧降下に相当する分だけ高く設定しておい
て、放電開始時点を正しく把握させることが必要とな
る。図５において、しきい値電圧ＥT' を、Ｅ0 ＞ＥT'
＞ＥT ＞Ｅのように選定すれば、図４の場合と同様な形
で正常な加工が行なわれてゆくことになる。
直上の導電層１（図３参照）の放電加工により加熱され
て導電性が付与されるものの、金属材料と比較すると電
気抵抗が大であるため、電圧降下があり、この電圧降下
分が放電電圧（Ｅ＝２０〜３０Ｖ）に付加される。従っ
て、セラミック被覆層６２を加工する場合には、例えば
６０Ｖのような高電圧（しきい値電圧４０〜５０Ｖと比
較して）を設定しておいて放電加工が行なわれることに
なる。すなわち、しきい値電圧をＥT' として金属材料
に対するしきい値電圧ＥT より、上記セラミック被覆層
６２による電圧降下に相当する分だけ高く設定しておい
て、放電開始時点を正しく把握させることが必要とな
る。図５において、しきい値電圧ＥT' を、Ｅ0 ＞ＥT'
＞ＥT ＞Ｅのように選定すれば、図４の場合と同様な形
で正常な加工が行なわれてゆくことになる。
【００３４】図６は本発明の実施の形態におけるトラン
ジスタパルス回路の例を示す要部説明図である。図６に
おいて、１１は直流電源であり、例えば交流入力を変圧
器を介して降圧して、整流することによりＤＣ８０〜１
００Ｖの直流電圧を印加するものである。１２はトラン
ジスタであり、直流電源１１からの直流電圧をスイッチ
ングしてパルスを発生するものであり、マイクロ秒単位
のオンオフ制御が必要であるため、高周波高出力トラン
ジスタが使用される。
ジスタパルス回路の例を示す要部説明図である。図６に
おいて、１１は直流電源であり、例えば交流入力を変圧
器を介して降圧して、整流することによりＤＣ８０〜１
００Ｖの直流電圧を印加するものである。１２はトラン
ジスタであり、直流電源１１からの直流電圧をスイッチ
ングしてパルスを発生するものであり、マイクロ秒単位
のオンオフ制御が必要であるため、高周波高出力トラン
ジスタが使用される。
【００３５】１３は制御回路であり、トランジスタ１２
からなるスイッチング回路に、パルス幅、休止時間を指
令する発振回路、加工間隙を制御するサーボ回路や、休
止時間を延長して定常アークを防止する回路等から構成
される。１７は電流制限可変抵抗であり、放電加工電極
１４と被加工体１５との間に流れる電流のピーク値Ｉ P
を設定するものである。１６は放電開始検出器であり、
放電加工電極１４と被加工体１５との間の放電開始時刻
を検出するものであり、この信号により前記制御回路１
３におけるτonがスタートする。
からなるスイッチング回路に、パルス幅、休止時間を指
令する発振回路、加工間隙を制御するサーボ回路や、休
止時間を延長して定常アークを防止する回路等から構成
される。１７は電流制限可変抵抗であり、放電加工電極
１４と被加工体１５との間に流れる電流のピーク値Ｉ P
を設定するものである。１６は放電開始検出器であり、
放電加工電極１４と被加工体１５との間の放電開始時刻
を検出するものであり、この信号により前記制御回路１
３におけるτonがスタートする。
【００３６】上記のようにして、図５におけるしきい値
電圧ＥT よりも高いしきい値電圧Ｅ T' が設定されるか
ら、放電加工電極１４と被加工体１５との間の放電開始
が正確に検出され、パルス幅（τon）が所定の値に保持
されて正常な放電加工が行なわれるのである。このよう
にして、図３におけるセラミック被覆層６２を放電加工
電極４が貫通した後においては、ブレード６１、すなわ
ち金属部材に対する放電加工条件に設定されて、引続き
放電加工が継続されるのである。
電圧ＥT よりも高いしきい値電圧Ｅ T' が設定されるか
ら、放電加工電極１４と被加工体１５との間の放電開始
が正確に検出され、パルス幅（τon）が所定の値に保持
されて正常な放電加工が行なわれるのである。このよう
にして、図３におけるセラミック被覆層６２を放電加工
電極４が貫通した後においては、ブレード６１、すなわ
ち金属部材に対する放電加工条件に設定されて、引続き
放電加工が継続されるのである。
【００３７】図７は本発明の実施の形態における放電加
工の態様を模式的に示す説明図であり、同一部分は前記
図３と同一の参照符号にて示す。図７において、放電加
工電極４が導電層１およびセラミック被覆層６２に対し
て放電加工を行ない、かつこれらを貫通すると、引続き
ブレード６１に対して放電加工を行なうのであるが、こ
の場合には若干の工夫を要するのである。
工の態様を模式的に示す説明図であり、同一部分は前記
図３と同一の参照符号にて示す。図７において、放電加
工電極４が導電層１およびセラミック被覆層６２に対し
て放電加工を行ない、かつこれらを貫通すると、引続き
ブレード６１に対して放電加工を行なうのであるが、こ
の場合には若干の工夫を要するのである。
【００３８】導電層１およびセラミック被覆層６２に対
する放電加工条件と、ブレード６１に対する放電加工条
件とが異なるため、導電層１およびセラミック被覆層６
２を放電加工電極４が貫通した後は、しきい値電圧ＥT'
をしきい値電圧ＥT に変更することを含めて放電加工
条件を変更する必要があるが、この場合単純に放電加工
条件を変更すると下記のような非所望な現象が発生する
のである。
する放電加工条件と、ブレード６１に対する放電加工条
件とが異なるため、導電層１およびセラミック被覆層６
２を放電加工電極４が貫通した後は、しきい値電圧ＥT'
をしきい値電圧ＥT に変更することを含めて放電加工
条件を変更する必要があるが、この場合単純に放電加工
条件を変更すると下記のような非所望な現象が発生する
のである。
【００３９】まず、導電層１およびセラミック被覆層６
２に対しては、例えば放電加工条件はＩP ＝４０Ａ，τ
on＝１０μsec であり、この場合放電加工電極４と冷却
孔６４との間の加工拡大代δ1 は、例えば0.０５〜0.１
ｍｍである。一方、ブレード６１に対する放電加工条件
は、例えばＩP ＝２０Ａ，τon＝１００μsec として、
放電加工電極４の消耗を抑制している。この場合の放電
加工電極４と冷却孔６４との間の加工拡大代δ2 は0.２
〜0.３ｍｍである。
２に対しては、例えば放電加工条件はＩP ＝４０Ａ，τ
on＝１０μsec であり、この場合放電加工電極４と冷却
孔６４との間の加工拡大代δ1 は、例えば0.０５〜0.１
ｍｍである。一方、ブレード６１に対する放電加工条件
は、例えばＩP ＝２０Ａ，τon＝１００μsec として、
放電加工電極４の消耗を抑制している。この場合の放電
加工電極４と冷却孔６４との間の加工拡大代δ2 は0.２
〜0.３ｍｍである。
【００４０】従って、放電加工電極４が導電層１および
セラミック被覆層６２を貫通後において、放電加工条件
を直ちにブレード６１のそれに変更すると、図７に示す
状態において放電加工電極４の側面と導電層１およびセ
ラミック被覆層６２との間において更に放電加工が行な
われることになる。この場合の放電加工条件はブレード
６１に対するものであり、導電層１およびセラミック被
覆層６２に対するものより厳しいものであり、特にセラ
ミック被覆層６２にクラックが発生したり、アーク放電
に移行する懸念が大である。
セラミック被覆層６２を貫通後において、放電加工条件
を直ちにブレード６１のそれに変更すると、図７に示す
状態において放電加工電極４の側面と導電層１およびセ
ラミック被覆層６２との間において更に放電加工が行な
われることになる。この場合の放電加工条件はブレード
６１に対するものであり、導電層１およびセラミック被
覆層６２に対するものより厳しいものであり、特にセラ
ミック被覆層６２にクラックが発生したり、アーク放電
に移行する懸念が大である。
【００４１】そこで本発明においては、図７における状
態で予め導電層１およびセラミック被覆層６２に対する
放電加工条件により、これらに対して揺動加工を行な
い、放電加工電極４の周囲に拡大代δ2 またはそれ以上
に相当する間隙を形成するのである。この場合の揺動加
工は、放電加工電極４と被加工体である上記の層との間
に相当移動を行なわせればよく、必ずしも放電加工電極
４のみを揺動させるものには限定されない。また、上記
揺動加工に代えて、放電加工電極４をより小径のものと
交換してもよい。
態で予め導電層１およびセラミック被覆層６２に対する
放電加工条件により、これらに対して揺動加工を行な
い、放電加工電極４の周囲に拡大代δ2 またはそれ以上
に相当する間隙を形成するのである。この場合の揺動加
工は、放電加工電極４と被加工体である上記の層との間
に相当移動を行なわせればよく、必ずしも放電加工電極
４のみを揺動させるものには限定されない。また、上記
揺動加工に代えて、放電加工電極４をより小径のものと
交換してもよい。
【００４２】上記のようにして、導電層１およびセラミ
ック被覆層６２との間に、ブレード６１に対する放電加
工条件によって形成されるべき加工拡大代δ2 を形成し
た後、放電加工条件を変更してブレード６１に対して放
電加工を行なえば、導電層１およびセラミック被覆層６
２に何等の悪影響を与えることなく、ブレード６１に冷
却孔６４を形成することができるのである。
ック被覆層６２との間に、ブレード６１に対する放電加
工条件によって形成されるべき加工拡大代δ2 を形成し
た後、放電加工条件を変更してブレード６１に対して放
電加工を行なえば、導電層１およびセラミック被覆層６
２に何等の悪影響を与えることなく、ブレード６１に冷
却孔６４を形成することができるのである。
【００４３】上記の実施の形態においては、通電子２を
櫛歯状に形成した例について記述したが、これに限らず
他の形状のものであってもよく、要するに導電層１に所
定の放電加工電圧を、その位置に拘らず均等に印加でき
るものであればよい。
櫛歯状に形成した例について記述したが、これに限らず
他の形状のものであってもよく、要するに導電層１に所
定の放電加工電圧を、その位置に拘らず均等に印加でき
るものであればよい。
【００４４】またセラミック被覆層６２を形成するセラ
ミックスとしては、導電層１の放電加工による発生熱の
伝播によって加熱されて導電性が付与されるジルコニア
またはジルコニアを含有するセラミックスが望ましい
が、他の絶縁性セラミックスであってもよい。このよう
な絶縁性セラミックスの場合には、導電層１の放電加工
によって発生した炭化物の付着堆積ないし含浸によって
絶縁性セラミックスの表面に導電体層が形成されて放電
加工が進行するのである。
ミックスとしては、導電層１の放電加工による発生熱の
伝播によって加熱されて導電性が付与されるジルコニア
またはジルコニアを含有するセラミックスが望ましい
が、他の絶縁性セラミックスであってもよい。このよう
な絶縁性セラミックスの場合には、導電層１の放電加工
によって発生した炭化物の付着堆積ないし含浸によって
絶縁性セラミックスの表面に導電体層が形成されて放電
加工が進行するのである。
【００４５】
【発明の効果】本発明は、以上記述のような構成および
作用であるから、下記のような効果を奏することができ
る。 （１）加工部位およびその近傍に設けるべき導電層は、
導電性粒子を含有するペーストの塗布によって形成され
るため、被加工材の表面が非平面のものまたは複雑な形
状を呈するものであっても、容易かつ精度よく形成し得
ると共に、その厚さ寸法も任意に設定できる。 （２）通電子によって導電層と金属部材とを電気的に接
続して放電加工を行なうものであるため、加工部位の如
何に拘らず、所定の放電加工電圧が均等に印加され、放
電加工が円滑に進行し、高精度の加工が可能である。
作用であるから、下記のような効果を奏することができ
る。 （１）加工部位およびその近傍に設けるべき導電層は、
導電性粒子を含有するペーストの塗布によって形成され
るため、被加工材の表面が非平面のものまたは複雑な形
状を呈するものであっても、容易かつ精度よく形成し得
ると共に、その厚さ寸法も任意に設定できる。 （２）通電子によって導電層と金属部材とを電気的に接
続して放電加工を行なうものであるため、加工部位の如
何に拘らず、所定の放電加工電圧が均等に印加され、放
電加工が円滑に進行し、高精度の加工が可能である。
【００４６】（３）導電層およびセラミック被覆層を放
電加工する場合の放電開始を検出するしきい値電圧を、
金属部材を放電加工する場合の放電開始を検出するしき
い値電圧より、導電層およびセラミック被覆層による電
圧降下に相当する分だけ高く設定することにより、放電
開始を正確に検出することができ、導電層およびセラミ
ック被覆層、特に後者の放電加工を安定した状態でかつ
円滑に行なうことができる。
電加工する場合の放電開始を検出するしきい値電圧を、
金属部材を放電加工する場合の放電開始を検出するしき
い値電圧より、導電層およびセラミック被覆層による電
圧降下に相当する分だけ高く設定することにより、放電
開始を正確に検出することができ、導電層およびセラミ
ック被覆層、特に後者の放電加工を安定した状態でかつ
円滑に行なうことができる。
【００４７】（４）セラミック被覆層の放電加工完了後
において、放電加工電極と導電層およびセラミック被覆
層との間の間隙を、金属部材の放電加工の拡大代より大
に形成することにより、セラミック被覆層に対する非所
望な余剰の放電加工が行なわれるのを防止し、セラミッ
ク被覆層にクラックその他の損傷を与えるのを防止する
と共に、金属部材に対する放電加工を円滑に継続するこ
とができる。
において、放電加工電極と導電層およびセラミック被覆
層との間の間隙を、金属部材の放電加工の拡大代より大
に形成することにより、セラミック被覆層に対する非所
望な余剰の放電加工が行なわれるのを防止し、セラミッ
ク被覆層にクラックその他の損傷を与えるのを防止する
と共に、金属部材に対する放電加工を円滑に継続するこ
とができる。
【図１】本発明の実施の形態における被加工物の例を示
す横断面図である。
す横断面図である。
【図２】図１におけるＡ方向要部矢視図である。
【図３】本発明の実施の形態における放電加工の態様を
模式的に示す説明図である。
模式的に示す説明図である。
【図４】ブレード６１を放電加工する場合の電圧および
電流と時間との関係を示す波形図である。
電流と時間との関係を示す波形図である。
【図５】セラミック被覆層６２を放電加工する場合の電
圧および電流と時間との関係を示す波形図である。
圧および電流と時間との関係を示す波形図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるトランジスタパル
ス回路の例を示す要部説明図である。
ス回路の例を示す要部説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における放電加工の態様を
模式的に示す説明図である。
模式的に示す説明図である。
【図８】セラミック被覆層を有する金属部材の例である
ガスタービン用のブレードの一例を示す横断面図であ
る。
ガスタービン用のブレードの一例を示す横断面図であ
る。
１ 導電層 ４ 放電加工電極 ６２ セラミック被覆層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C059 AA01 AB03 DA03 EA01 EA02 ED04 HA02 HA14
Claims (7)
- 【請求項１】 セラミック被覆層を有する金属部材の加
工部位およびその近傍のセラミック被覆層の表面に導電
性粒子を含有するペーストを塗布して導電層を形成する
と共に、導電材料からなり前記導電層と前記金属部材と
を電気的に接続する通電子を前記導電層の形成の前また
は後において前記セラミック被覆層の表面に設置し、前
記導電層を乾燥固化し、放電加工電極により前記導電層
およびセラミック被覆層を貫通して前記金属部材の少な
くとも一部を除去することを特徴とするセラミック被覆
層を有する金属部材の放電加工方法。 - 【請求項２】 セラミック被覆層を有する金属部材の加
工部位およびその近傍のセラミック被覆層の表面に導電
性粒子を含有するペーストを塗布して導電層を形成する
と共に、この導電層と前記金属部材とを電気的に接続
し、導電層およびセラミック被覆層を放電加工する場合
の放電開始を検出するしきい値電圧を金属部材を放電加
工する場合の放電開始を検出するしきい値電圧より導電
層およびセラミック被覆層による電圧降下に相当する分
だけ高く設定し、放電加工電極と被加工体である前記導
電層、セラミック被覆層および金属部材との間の放電開
始を検出してそれ以降所定の時間放電加工電極と前記被
加工体との間に放電電圧を印加させ、放電加工電極によ
り前記導電層およびセラミック被覆層を貫通して前記金
属部材の少なくとも一部を除去することを特徴とするセ
ラミック被覆層を有する金属部材の放電加工方法。 - 【請求項３】 放電加工電極が導電層およびセラミック
被覆層を貫通した後において、金属部材に対する放電加
工条件に設定することを特徴とする請求項２記載のセラ
ミック被覆層を有する金属部材の放電加工方法。 - 【請求項４】 放電加工電極が導電層およびセラミック
被覆層を貫通した後において、放電加工電極と導電層お
よびセラミック被覆層との間の間隙を金属部材の放電加
工の拡大代より大に形成することを特徴とする請求項２
記載のセラミック被覆層を有する金属部材の放電加工方
法。 - 【請求項５】 セラミック被覆層がジルコニアまたはジ
ルコニアを含有するセラミックスからなることを特徴と
する請求項１ないし４何れかに記載のセラミック被覆層
を有する金属部材の放電加工方法。 - 【請求項６】 導電性粒子がカーボンおよび／またはグ
ラファイトからなることを特徴とする請求項１ないし５
何れかに記載のセラミック被覆層を有する金属部材の放
電加工方法。 - 【請求項７】 金属部材が耐熱鋼または耐熱合金からな
ることを特徴とする請求項１ないし６何れかに記載のセ
ラミック被覆層を有する金属部材の放電加工方法。
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