專利名稱：燒結(jié)體和電極、它們的表面壓緊方法、用該法制造電極的方法、以及斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燒結(jié)體、其表面壓緊方法、用該方法加工電極的方法及制造方法和真空管等斷路器。
背景技術(shù)：
真空斷路器是通過開關(guān)配置在真空容器內(nèi)的可動(dòng)電極和固定電極之間，進(jìn)行高電壓或大電流的開關(guān)的。在這樣的真空斷路器中，在斷路時(shí)可動(dòng)電極和固定電極之間產(chǎn)生電弧。認(rèn)為這種電弧是電極材料成分的電離氣體或熱電子?？蓜?dòng)電極和固定電極之間的電弧在該電離氣體充分?jǐn)U散時(shí)，即可消失。然而，在這之前，提高再起動(dòng)電壓時(shí)，可動(dòng)電極和固定電極之間再次產(chǎn)生電弧，不可能形成斷路。因此，為了避免這種現(xiàn)象，要求真空斷路器具有很高的斷路性能。
已知對這種真空斷路器的斷路性影響最大的是面向電極的電接觸面接觸點(diǎn)材料部的材料特性，進(jìn)行了各種體系材料的實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果，作為電極材料，最好采用Cu-Bi和Cu-Te等熔解鑄造合金、或，Cu-Mo和Cu-W等燒結(jié)合金。
對于真空斷路器的電極，要求斷路電流大、耐高壓電、具有充分導(dǎo)電率、發(fā)熱小，可動(dòng)電極和固定電極之間不熔敷等性能。因此，廣泛使用能很好平衡所有性能的Cu-Cr合金作電極材料。在該體系材料中也可使用添加Al、Si、Ta、Nb、Be、Hf、Ir、Pt、Zr、Si、Rh、Ru等第3種元素的材料。
作為這種真空斷路器的電極制造方法，最廉價(jià)的是使用燒結(jié)方法，最近已得到廣泛地應(yīng)用。然而，利用燒結(jié)法制造電極時(shí)，燒結(jié)后，電極內(nèi)部仍殘留1-10％的孔隙，存在著電極導(dǎo)電率降低的問題。
當(dāng)電極孔隙率很高時(shí)，導(dǎo)電率會(huì)很低，在熱擴(kuò)散率減小方面，由于產(chǎn)生很多焦耳的熱，所以電極通電時(shí)，溫度大大提高。由此，電極的電接觸面很容易劣化。就真空斷路器的斷路性能而言，由于在接觸點(diǎn)的溫度升高，真空斷路器在斷路時(shí)，由于大量的金屬元素氣化或電離，推遲了電弧的衰減，導(dǎo)致真空斷路器的斷路性能降低。
為此希望提高電極密度。在利用燒結(jié)制作電極時(shí)，為提高電極密度，采用了種種辦法。
例如，作為提高燒結(jié)后材料的相對密度一般采用的方法，有在燒結(jié)后照舊在高溫下進(jìn)行鑄造的燒結(jié)鑄造法。然而，以前這種燒結(jié)鑄造法，鑄造設(shè)備和鑄造型具都很昂貴，必須加大設(shè)備投資。
作為只提高表面密度的方法，已知有特開昭49-17311號公報(bào)中記載的噴丸硬化法。然而，這種噴丸硬化法也需要專用設(shè)備、除了加大設(shè)備投資外，在對象件很脆時(shí)，還存在易產(chǎn)生破片的問題。
利用壓延將燒結(jié)后的制品進(jìn)行壓縮的方法公開在特開平8-143910號公報(bào)中。然而，使用這種表面壓延的方法，和上述方法一樣，需要很大的設(shè)備投資。加工對象也限于板狀物。
進(jìn)而，如特開平11-250783號公報(bào)中公開的那樣，在真空管用接點(diǎn)材料中試用了Cu-TiC系合金等。作為既能使電極的組成分布均勻又能提高密度的方法，也可使用燒結(jié)溶浸法，將電極的高功能化作為目的，使不同物性的材料一體化的電極也已實(shí)用化。例如，將提高機(jī)械強(qiáng)度和減少組裝工時(shí)為目的，通常將2種以上的金屬合金的接點(diǎn)材料部分，和Cu等高導(dǎo)電率材料的單相合金的其支撐構(gòu)件，在金相學(xué)上形成連續(xù)構(gòu)造的一體溶浸電極，公開在特開平7-29461號公報(bào)中。
最近，作為可提高電極性能的加工方法，在特開平11-250782號公報(bào)中，提出一種方案，固定被加工物，使其旋轉(zhuǎn)，使用超硬度切削工具切削除去被加工物的端面后，在第1道工序中，一邊使被加工物正轉(zhuǎn)，一邊用金剛石刀片進(jìn)行切削去除加工，在第2道工序中，邊使被加工物反轉(zhuǎn)，邊使用比第1道工序突出0mm～0.005mm的金剛石刀片后面，通過拋光加工修整被加工物的被加工面，以提高被加工物面的表面光潔度。
該技術(shù)，使被加工物的被加工面形成平滑的表面，不存在斷路時(shí)引發(fā)電弧放電的突起點(diǎn)，以提高斷路性能。然而，在該制造方法中，仍期待提高耐電壓性，而且也不能改進(jìn)燒結(jié)材料的導(dǎo)電率。原因是利用這種方法，將提高斷路器用電極的性能作為目的，利用加工從表面減少有效范圍內(nèi)的孔隙率時(shí)，必然造成板厚度減少，為了不造成板厚度減少到進(jìn)刀量以上，例如，使用切削加工用金剛石刀片的背面，以0～0.005mm的進(jìn)刀量進(jìn)行拋光時(shí)，板厚度和內(nèi)部孔隙率幾乎都沒有減少。
發(fā)明的簡要本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良電流斷路特性的廉價(jià)斷路器，斷路器中使用的電極、制造該電極的方法和表面壓緊的方法，和利用該表面壓緊方法使表面至少一部形成密實(shí)的燒結(jié)體。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中提供的電極，是具有全部由同一種材質(zhì)形成的電極本體，從該電極本體的電接觸面到規(guī)定深度的導(dǎo)電率比整個(gè)電極本體的導(dǎo)電率高的電極。上述規(guī)定的深度，例如可以取為電極本體厚度(從電接觸面到背面的厚度)的一半。此處所說的背面是指電接觸面相反側(cè)的面。
本發(fā)明中，上述規(guī)定的深度為2mm，可將從電極本體的電接觸面到2mm深的導(dǎo)電率取為整個(gè)電極本體導(dǎo)電率、或從電極本體背面到2mm深度導(dǎo)電率的1.2倍以上。
進(jìn)而本發(fā)明中提供的電極，是具有電極本體，從該電極本體的電接觸面到規(guī)定深度(例如0.5mm)的孔隙率，低于該整個(gè)電極本體孔隙率的電極。
在本發(fā)明的電極中，可以在電極本體上設(shè)置由電接觸面達(dá)背面的貫通孔，也可在電接觸面上設(shè)置溝槽。本發(fā)明電極的電極本體最好由燒結(jié)合金形成。電極本體的平均孔隙率最好為1～10vol％。
進(jìn)而在本發(fā)明中，提供具有上述本發(fā)明電極的斷路器。
在本發(fā)明中提供一種表面壓緊方法，即將被加工物固定住，一邊使其旋轉(zhuǎn)，一邊用切削工具切除被加工物表面的一部分，形成被加工面，再利用拋光工具對被加工面進(jìn)行拋光加工并使被加工面后退，利用塑性變形使被加工面部分壓緊，另外還提供一種利用該方法，使表面的至少一部分壓緊的燒結(jié)體。
對于拋光工具可使用銑刀型拋光工具。若使用銑刀型拋光工具，可預(yù)先在被加工面上設(shè)置溝槽等，即使不利用車床進(jìn)行加工時(shí)，也可進(jìn)行拋光。
利用拋光加工使被加工面的后退量，為了確保電極厚度的精度，最好取為300μm以下。當(dāng)設(shè)定拋光條件使后退量很大時(shí)，由于材料孔隙率的偏差，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電極的精加工厚度產(chǎn)生偏差。另一方面，以使后退量在300μm的條件下，對孔隙率10％的電極進(jìn)行拋光加工時(shí)，能充分減少離影響電極性能的電接觸面2mm范圍內(nèi)的孔隙率。
本發(fā)明的這種表面壓緊化方法中的被加工物，燒結(jié)體特別適宜，除了上述電極本體外，汽車和發(fā)電機(jī)等導(dǎo)向裝置、襯套、凸輪環(huán)、滑輪、齒輪等成型后希望提高特定部位的強(qiáng)度，或者提高表面硬度的燒結(jié)構(gòu)件(燒結(jié)體)最好。
實(shí)施表面壓緊化方法的被加工面，沒有特殊限定，可根據(jù)被加工物的形狀和加工目的適宜選擇。例如，被加工物的外周面、內(nèi)周面、端面、貫通孔內(nèi)壁等，都可作為被加工面。
在被加工面上設(shè)置溝槽時(shí)，被加工物和上述拋光工具的相對移動(dòng)與被加工面平行，而且，根據(jù)整個(gè)被加工面與上述拋光工具接觸的工具路過的途徑進(jìn)行拋光加工，除了溝內(nèi)壁，可對被加工面部分進(jìn)行密實(shí)化。
本發(fā)明中提供了具有利用上述本發(fā)明表面壓緊方法使電極本體表面的至少一部分壓緊的工序的電極制造方法。作為這種壓緊化工序以外的其他工序，例如可設(shè)有將導(dǎo)體粉末作原材料，對電極本體進(jìn)行成形加工得到成型體的成形工序，和將該成型體進(jìn)行加熱、燒結(jié)得到電極本體的燒結(jié)工序。


參照附圖，從如下描述可更加清楚本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。
圖1(a)和圖1(b)是實(shí)施例1～3中制作的電極示意圖。
圖2是實(shí)施例1-3中制作的斷路器圖。
圖3(a)～圖3(h)是實(shí)施例1～3中的電極制造工序示意圖。
圖4A和圖4B是顯示電極斷面的顯微鏡照相圖片。
圖5是燒結(jié)材料導(dǎo)電率測定部位的示意圖。
圖6(a)和圖6(b)是電極加工中所用超硬度切削工具的示意圖。
圖7是電極加工中所用拋光工具的示意圖。
圖8是圖7中拋光工具的彈簧特性的曲線圖。
圖9是燒結(jié)材料斷面的維氏硬度分布的示意曲線圖。
圖10是旋速對板厚減少量影響的示意曲線圖。
圖11是輸送速度對板厚減少量影響的示意曲線圖。
圖12是粗加工的輸送速度對拋光加工中板厚減少量影響的示意曲線圖。
圖13是粗加工后和拋光加工后，燒結(jié)材料的板厚減少量不同引起臺(tái)階的斷面曲線圖。
圖14是電極加工中所用無彈簧拋光工具的示意圖。
圖15是使用無彈簧拋光工具時(shí)，拋光量對板厚減少量影響的示意曲線圖。
圖16是一邊改變拋光量一邊反復(fù)進(jìn)行拋光加工時(shí)，板厚減少量和IACS％關(guān)系的示意曲線圖。
圖17是拋光量對板厚減少量影響的示意曲線圖。
圖18是拋光量對板厚減少量影響的示意曲線圖。
圖19是孔加工用拋光工具的示意圖。
圖20是銑刀型拋光工具的示意圖。
圖21是實(shí)施例3中的電極加工方法的示意圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明的電極最好在電極本體的電接觸面和背面之間設(shè)置貫通孔。本發(fā)明的電極最好在電極本體的電接觸面上形成溝槽。
根據(jù)本發(fā)明，從電極本體的電接觸面到深度2mm范圍內(nèi)的導(dǎo)電率，與斷面的導(dǎo)電率或從背面到2mm深的范圍內(nèi)導(dǎo)電率比較，可大1.2倍以上。這樣作時(shí)，可使電極本體電接觸面的導(dǎo)電率比斷面或背面的導(dǎo)電率高20％以上。
根據(jù)本發(fā)明，使從電極本體的電接觸面到規(guī)定深度(例如0.5mm)范圍內(nèi)的孔隙率小于電極整體的平均孔隙率，不需要像以前那樣大量的設(shè)備投資，只以簡單的工序，就能制造出電接觸面密度高的電極，所以能降低電極的制造費(fèi)用。
本發(fā)明的電極中，電極本體的電接觸面?zhèn)缺砻娴膶?dǎo)電率(即，從表面到規(guī)定深度范圍內(nèi)的導(dǎo)電率)大于電極本體的導(dǎo)電率、所以不會(huì)在電極本體的電接觸面上產(chǎn)生大量焦耳熱，通電時(shí)溫度升高也不大。由此，能防止電極本體電接觸面劣化。本發(fā)明的電極，斷路時(shí)電弧不會(huì)延遲衰減，提高了斷路性能。
進(jìn)而，本發(fā)明的電極，在廣泛使用工作機(jī)械的壓緊化工序中，由于降低了電極本體電接觸面的孔隙率，提高了導(dǎo)電率，所以不需要像以前那樣大量的設(shè)備投資，只以簡單工序就能廉價(jià)制造。本發(fā)明的電極，由于表面導(dǎo)電率高，所以特別適于斷路器。
根據(jù)本發(fā)明的加工方法，利用拋光工具對被加工物端面的被加工面進(jìn)行拋光，使被加工面后退，由于塑性變形使被加工物的被加工面壓緊。由此，被加工物的被加工面部分孔隙率減少，被加工面部分致密變硬，所以能提高被加工面部分的強(qiáng)度，加工導(dǎo)電體燒結(jié)物時(shí)，可提高表面導(dǎo)電率。對被加工面沒有特殊限定，可根據(jù)外周面、內(nèi)周面、端面、貫通孔內(nèi)壁等被加工物的形狀和加工目的適當(dāng)選擇。
本發(fā)明的加工方法中，被加工物和拋光工具的相對移動(dòng)與被加工物端面的被加工面平行，而且，根據(jù)使拋光工具與被加工物的整個(gè)被加工面工具經(jīng)過的途徑進(jìn)行拋光加工，使加工面部分壓緊，即使預(yù)先在被加工物的被加工面上形成溝槽時(shí)，除了被加工物的溝槽部分外，被加工面部分的孔隙率可減少，并能提高被加工面部分的強(qiáng)度(和導(dǎo)體時(shí)的導(dǎo)電率)。
推薦實(shí)施例的說明以下利用

本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明不受其限制。在以下各實(shí)施例中，制作以Cu-Cr為主成分的燒結(jié)后材料形成的真空斷路器用電極，但本發(fā)明對其他燒結(jié)材料也能獲得同樣的效果，適用對象也不只限于電極。可根據(jù)拋光工具的材質(zhì)、形狀、拋光加工條件等，適當(dāng)變動(dòng)。
<實(shí)施例1>
A.電極和斷路器的構(gòu)造本實(shí)施例中制作的電極1的斷面圖和平面圖分別示于圖1(a)和圖1(b)。電極1的電極本體1a由具有微細(xì)孔隙的燒結(jié)體形成(Cr和Cu的燒結(jié)合金(Cr∶Cu＝25∶75)(重量比))。電極本體1a的平均孔隙率為1～10Vol％。
在電極本體1a上，在形成接點(diǎn)的電接觸面4a和背面4b之間，沿中心軸線設(shè)有貫通孔1b，在電極本體1a的電接觸面4a上形成3個(gè)溝槽。在面向電極1的電極本體1a的電接觸面4a的端部上，整體地形成壓緊的接點(diǎn)部分。
本實(shí)施例的電極本體1a由均質(zhì)化材料形成，只是電接觸面4a部分被壓緊減少了孔隙。即，從電極本體1a的電接觸面4a到0.5mm深的范圍內(nèi)的孔隙率小于電極本體1a的平均孔隙率。
據(jù)此，在本實(shí)施例的電極1中，從電極本體1a的電接觸面4a到規(guī)定范圍內(nèi)的導(dǎo)電率，大于電極本體1a斷面的導(dǎo)電率或從背面4b到規(guī)定深度范圍的導(dǎo)電率。即，從電極本體1a的電接觸面4a到2mm深的范圍3內(nèi)導(dǎo)電率，與斷面導(dǎo)電率或從背面4b到2mm深范圍3b內(nèi)導(dǎo)電率相比，分別大1.2倍以上。
以下利用圖2說明由本實(shí)施例制造的斷路器。本實(shí)施例的斷路器是利用外力使可動(dòng)導(dǎo)體8工作，通電時(shí)，使接觸的可動(dòng)電極6和固定電極5分離，形成斷路的真空斷路器(真空管)V。固定電極5和可動(dòng)電極6分別使用了本實(shí)施例的電極1。
本實(shí)施例的真空管V具有固定電極5、與固定電極相對設(shè)置的可自由接觸分離的可動(dòng)電極、與固定電極5連接的固定導(dǎo)體7、與可動(dòng)電極6連接的可動(dòng)導(dǎo)體8，使可動(dòng)導(dǎo)體8直線移動(dòng)的導(dǎo)板9、形成真空容器的陶瓷筒10、使陶瓷筒10的上端開口封堵的固定側(cè)端板11，設(shè)在可動(dòng)導(dǎo)體8外側(cè)的波紋管12、封堵陶瓷筒10的下端開口的可動(dòng)側(cè)端板13，臨近可動(dòng)電極6的下側(cè)設(shè)在可動(dòng)導(dǎo)體8上的波紋管密封件14，和設(shè)在陶瓷筒10內(nèi)側(cè)的中間密封件15。
真空管V，為保持內(nèi)部真空形成封閉，固定電極5側(cè)，在陶瓷筒10、固定側(cè)端板11、固定導(dǎo)體7之間無間隙連接?？蓜?dòng)電極6側(cè)，可動(dòng)導(dǎo)體8與形成蛇腹構(gòu)造的波紋管12上端形成無間隙連接，波紋管12由0.1mm厚的SUS(不銹鋼)形成并能伸縮，波紋管12的下端與可動(dòng)側(cè)端板13形成無間隙連接，可動(dòng)側(cè)端板13與陶瓷筒10的下端形成無間隙連接。
由于固定電極5和可動(dòng)電極6之間產(chǎn)生電弧，所以，波紋管密封件14和中間密封件15分別對波紋管12和陶瓷筒10形成保護(hù)。
電極1的電接觸面4a上的溝槽(圖1)，是在真空管大電流斷路時(shí)，對于固定電極5和可動(dòng)電極6之間產(chǎn)生的電弧施加橫向磁場，利用電磁力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以提高真空管V的斷路性能，在本實(shí)施例中，在固定電極5和可動(dòng)電極6上形成對稱形狀的溝槽。
認(rèn)為在電極1的電接觸面4a上形成的溝槽2形狀可以是各種形狀的。本發(fā)明不受本實(shí)施例中溝槽的形狀所限定，本發(fā)明也適用于不存在溝槽的電極。
B.電極的制造方法以下對本實(shí)施例中的電極制造方法借助圖3進(jìn)行說明。
在本實(shí)施例中，首先，如圖3(a)所示，將金屬粉末Cr粉末32a和Cu粉末32b作原材料并進(jìn)行計(jì)量(計(jì)量工序)。這時(shí)，希望Cr粉末32a和Cu粉末32b分別為25重量％和75重量％。
以下如圖3(b)所示，將Cr粉末32a和Cu粉末32b混合，形成混合粉體32c(混合工序)、如圖3(c)所示，以規(guī)定的壓力對混合粉體32c進(jìn)行壓粉成形，形成成型體(壓粉體)32d后(成形工序)，如圖3(d)所示，將壓粉體32d置于爐33內(nèi)，以1000℃的高溫進(jìn)行燒結(jié)，形成電極本體的燒結(jié)體34(燒結(jié)工序)。
接著，如圖3(e)所示，使用具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換工具(ATC)功能的車床(未圖示)，利用車床的卡盤爪35將燒結(jié)體34固定住，用超硬度切削工具16對燒結(jié)體34的外周面和背端面進(jìn)行粗加工后，再利用超硬度鉆頭37在燒結(jié)體34上形成貫通孔1b，進(jìn)行穿孔加工，進(jìn)而利用超硬度精加工工具36對燒結(jié)體34的外周面和背端面進(jìn)行精加工(背面?zhèn)燃庸すば?。
之后，為了對形成電極電接觸面的燒結(jié)體34端表面?zhèn)冗M(jìn)行加工，將由車床卡盤爪35固定的燒結(jié)體34轉(zhuǎn)換卡住，如圖3(e)所示，用超硬度切削工具16對燒結(jié)體34的外周面和端表面進(jìn)行粗加工，再用粗加工工具36對燒結(jié)體34的外周面和端表面進(jìn)行精加工后，再用內(nèi)徑精加工工具38對燒結(jié)體34貫通孔1b的內(nèi)周面進(jìn)行精加工(表面?zhèn)燃庸すば?。
接著，如圖3(f)所示，在同一加工機(jī)上，使用圖7所示拋光工具39對形成燒結(jié)體34電接觸面的端表面進(jìn)行拋光加工后(壓緊工序)，如圖3(g)所示，由機(jī)加工中心使用超硬度端銑刀40在燒結(jié)體34的端表面上進(jìn)行溝槽加工，在燒結(jié)體34電接觸面4a的端表面上形成溝槽2。這樣制造出電極1，如圖3(h)所示。
在本實(shí)施例中，通過圖3(e)所示的形成電極1電接觸面4a的燒結(jié)體34端表面的粗加工，和圖3(f)所示燒結(jié)體34端表面的拋光加工，大大提高了電極1的性能。
C.電極的評價(jià)根據(jù)本實(shí)施例得到的電極的顯微鏡照相圖像示于圖4A和圖4B。圖4A是從電極1的電接觸面4a到0.5mm深的范圍內(nèi)接點(diǎn)部分3的斷面示意圖，圖4B是電極本體1a的中央部分的斷面示意圖。正如這些圖所明確的，接點(diǎn)部分3的孔隙率小于電極本體1a整體的平均孔隙率，提高了電極1接點(diǎn)部分3的導(dǎo)電率。
形成電極1的燒結(jié)材料在燒結(jié)后的理想密度、測定密度和孔隙率示于表1。
如表1所示，燒結(jié)材料燒結(jié)后的理想密度、測定密度和孔隙率分別平均為8.441g/cm3、平均為8.151g/cm3、平均為3.4％，另外利用阿基米德法測定孔隙率。
表1

對于形成電極1的燒結(jié)材料在燒結(jié)后、粗加工后、拋光后的電接觸面、斷面、背面，測定渦電流方式形成的導(dǎo)電率，(International Annealed Copper Seandard略稱IACS％)，結(jié)果示于表2。本發(fā)明中，使用直徑53mm、厚度11.7mm的25％Cr和75％Cu的燒結(jié)材料，對燒結(jié)后，粗加工后、拋光后燒結(jié)材料的電接觸面、斷面、背面測定IACS％。
表2

IACS％是將軟銅線作為基準(zhǔn)的導(dǎo)電率的相對值。在本實(shí)施例中，所用的測定方法是使直徑10mm的測定子與燒結(jié)材料的測定部位表面接觸，將渦電流的變化換算成電阻。該測定方法可測定從燒結(jié)材料表面到大約2mm范圍內(nèi)的導(dǎo)電率。該范圍與付與電極1斷路性能的范圍大致相同。對本實(shí)施例中IACS％的測定，如圖5所示，是對形成燒結(jié)體34的燒結(jié)材料電接觸面4a、背面4b和斷面4d進(jìn)行的。
如表2所示，在對燒結(jié)材料只進(jìn)行燒結(jié)的狀態(tài)下，孔隙率很高，各部位的IACS％都很低，電接觸面26.4％、斷面28.2％、背面27.5％。與其相反，經(jīng)過粗加工后，電接觸面30.8％、斷面27.8％、背面26.5％，進(jìn)一步進(jìn)行拋光加工后，電接觸面36.4％、斷面27.7％、背面25.2％，由此可知電接觸面的IACS％，通過加工而增高。
可把斷面的IACS％看作是燒結(jié)后燒結(jié)材料的導(dǎo)電率。因此，根據(jù)這些結(jié)果，可以認(rèn)為，通過對燒結(jié)材料進(jìn)行拋光加工，將拋光加工后燒結(jié)材料電接觸面的導(dǎo)電率與燒結(jié)材料斷面的導(dǎo)電率比較，提高了1.3倍。
利用拋光工具39對電接觸面進(jìn)行拋光加工時(shí)所用加工條件如下。即，在將預(yù)加載取為310N的狀態(tài)下，拋光量取為0.3mm、轉(zhuǎn)速S＝500rev/min、輸送f＝0.1mm/rev、將拋光工具39由燒結(jié)材料的內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)輸送，進(jìn)行加工。
D.使用工具和加工條件以下對本發(fā)明中使用的工具和加工條件作詳細(xì)講述。在本實(shí)施例中，將由具有微細(xì)孔隙的燒結(jié)材料形成的被加工物燒結(jié)體34固定住，并使其旋轉(zhuǎn)，利用作為切削工具的超硬度切削工具16對燒結(jié)體34的端面進(jìn)行切削加工后，再利用拋光工具39對燒結(jié)體34端面的被加工面進(jìn)行拋光加工，通過拋光加工使燒結(jié)體34的被加工面后退，并通過塑性變形使燒結(jié)體34的被加工面部分壓緊。
超硬度切削工具用于對形成電極的燒結(jié)體34的電接觸面4a進(jìn)行粗加工。其正面圖和側(cè)面圖分別示于圖6(a)和圖6(b)。本實(shí)施例中使用的超硬度切削工具16是單邊為16mm、厚度4mm的、超硬度相當(dāng)于K25的、包復(fù)TiN的不重磨刀具，超硬度切削工具16的刀尖半徑17為0.8mm。超硬度切削工具16的刀頭前角20為0°，切入角19為93°，超硬度切削工具16安裝在25mm見方的刀具柄18上使用。
在本實(shí)施例中，利用超硬度切削工具16對燒結(jié)材料電接觸面進(jìn)行粗加工的條件，是車床主軸的轉(zhuǎn)速S＝500rev/min、切入d＝1mm、輸送f＝0.3mm/rev，從燒結(jié)材料的外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)邊送入超硬度切削工具16，邊進(jìn)行切割。
接著對本實(shí)施例中使用的拋光工具39參照圖7進(jìn)行說明。拋光工具39是用于對形成電極的燒結(jié)體34電接觸面4a進(jìn)行拋光加工的工具。
拋光工具39，如圖7所示，具有20mm見方的柄21、安裝在柄21上的臺(tái)座22、對臺(tái)座施加荷重的彈簧23、將臺(tái)座22固定在柄21中防止飛出用的螺栓27、和安裝在臺(tái)座22上的尖端SR(曲率半徑)25為10mm的金剛石刀具24。
固定住燒結(jié)體34并旋轉(zhuǎn)，用切削工具切削去除燒結(jié)體34的外周面或內(nèi)周面后，再用拋光工具對燒結(jié)體34的外周面或內(nèi)周面的被加工面進(jìn)行拋光加工，通過拋光加工使燒結(jié)體34的被加工面后退，燒結(jié)體34的被加工面因塑性變形而壓緊。
圖8示出了該拋光工具39的彈簧特性。從該圖可知，施加在拋光工具39的臺(tái)座22上的荷重，隨著彈簧23變位的增加而成比例地增加。通過防飛出用螺栓27的緊固可給彈簧23施加予壓載。
以下改變拋光加工條件，分別測定燒結(jié)材料的板厚減少量，進(jìn)行對加工條件的研究。各測定結(jié)果示于圖10～圖12。
從燒結(jié)材料的電接觸面的密度變化向深度方向產(chǎn)生分布，為求其總量，可測定燒結(jié)材料板厚的減少量。
此處所用的拋光量是指令拋光工具39的金剛石刀具24從燒結(jié)材料表面向深度方向進(jìn)入多少的NC(數(shù)據(jù))加工機(jī)的指令值。
作為NC加工機(jī)的指令值，和切削去除加工中使用的切入一樣，但在拋光時(shí)，由于彈簧23的變形而脫離開拋光工具39的臺(tái)座22，所以認(rèn)為切入的說法不準(zhǔn)確。在本說明書中將它作為拋光量對待。由拋光量引起板厚減少的量就是拋光工具39的彈簧23變形量。
圖10示出了拋光加工中旋轉(zhuǎn)速度和板厚減少量的關(guān)系。從該圖可知，認(rèn)為旋轉(zhuǎn)速度對板厚減少量沒有太大影響。
圖11示出了輸送速度和板厚減少量的關(guān)系，從該圖可知，當(dāng)加入輸送速度時(shí)，板厚減少量趨于減少。拋光加工的條件，將預(yù)壓載取為250N和310N，分別取為，轉(zhuǎn)速S＝500rev/min、輸送f＝0.05mm/rev、0.1mm/rev、0.2mm/rev、0.3mm/rev。
進(jìn)而改變粗加工的條件，測定拋光加工中的板厚減少量，結(jié)果示于圖12。粗加工條件，轉(zhuǎn)速取為S＝1500rev/min、切入取為d＝1mm。拋光加工條件，預(yù)壓載取為310N，轉(zhuǎn)速取為S＝500rev/min、輸送取為f＝0.1mm/rev，拋光量取為0.3mm。
從圖12可知，當(dāng)加大粗加工的輸送速度時(shí)，燒結(jié)材料的板厚減少量變小。認(rèn)為這是由于增大輸送速度時(shí)，吃力抗力變大，粗加工時(shí)，燒結(jié)材料表面的孔隙率也稍有減少的原因。這樣，通過將前工序粗加工和拋光加工的加工條件適當(dāng)組合，可進(jìn)行有效的拋光加工。
以下根據(jù)與不進(jìn)行拋光部分的臺(tái)階差，測定從燒結(jié)材料的中心在半徑15mm的剖位的板厚減少量。得到的粗加工后和拋光加工后的燒結(jié)材料的斷面曲線示于圖13。粗加工后，由表面利用拋光加工產(chǎn)生板厚的減少量為73μm。
接著，對在形成電極的燒結(jié)體34電接觸面4a的拋光加工中使用無彈簧拋光工具的情況進(jìn)行研究。本實(shí)施例中使用的無彈簧拋光工具50設(shè)有間隙26取代彈簧23，如圖14所示，具有柄21、安裝在柄21上的臺(tái)座22、間隙26、將臺(tái)座固定在柄21中防飛出用螺栓27、和安裝在臺(tái)座22上的尖端SR(曲率半徑)25為10mm的金剛石刀具24。
使用這種無彈簧拋光工具50通過控制位置進(jìn)行拋光加工時(shí)，研究拋光量時(shí)板厚減少量的影響，結(jié)果示于圖15。拋光加工的條件，轉(zhuǎn)速S＝500rev/min、輸送f＝0.1mm/rev，拋光量取為0.05mm、0.075mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.3mm。
即使這種情況，拋光量和板厚減少量也不一致。認(rèn)為這是由于拋光產(chǎn)生的反力使加工機(jī)歪斜，而使拋光工具50脫離所致。拋光量與其他方法相比很大，可知這種拋光工具50在剛性高的加工機(jī)中是有效的。
以下使用這種拋光工具50，變化拋光量，反復(fù)進(jìn)行拋光加工，研究板厚減少量和IACS％的關(guān)系。結(jié)果示于圖16。拋光加工的條件為，轉(zhuǎn)速S＝500rev/min、輸送f＝0.1mm/rev，拋光量為0.1mm，拋光加工重復(fù)次數(shù)取為1次、2次、3次。另外，雖然每次拋光量增大0.1mm，但加工機(jī)歪斜也不會(huì)由重復(fù)次數(shù)引起變化，板厚減少量每次也只增大0.1mm。
從圖16可知，反復(fù)進(jìn)行拋光加工時(shí)，雖然板厚減少量增大，但I(xiàn)ACS％的提高，也不會(huì)像它那樣大。為了提高IACS％，可知最好是將板厚減少量取為50μm以上。
關(guān)于拋光量對板厚減少量的影響，研究不加預(yù)壓載的情況，如圖17所示，當(dāng)增大拋光量時(shí)，板厚減少量增大。拋光加工的條件，設(shè)轉(zhuǎn)速S＝500rev/min、輸送f＝0.1mm/rev，拋光量取為0.1mm、0.3mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm，不施加預(yù)壓載。
根據(jù)圖17所示的結(jié)果，可知，根據(jù)由彈簧換算的拋光荷重與板厚減少量的關(guān)系，研究拋光量對板厚減少量的影響，如圖18所示，當(dāng)增大拋光荷重時(shí)，板厚減少量增大。
<實(shí)施例2>
將燒結(jié)材料作為對象的拋光加工引起的表面壓緊方法的效果，并不限于提高導(dǎo)電率。以下對提高強(qiáng)度為目的利用表面壓緊方法進(jìn)行加工的實(shí)施例進(jìn)行說明。
如圖2所示，在斷路器中，將固定導(dǎo)體7和可動(dòng)導(dǎo)體8的前端插入固定電極5和可動(dòng)電極6的內(nèi)徑(直徑)約10mm貫通孔內(nèi)，并固定住。為確保精度，對固定電極5和可動(dòng)電極6的貫通孔要求更高的內(nèi)徑精度。將固定導(dǎo)體7和可動(dòng)導(dǎo)體8安裝到固定電極5和可動(dòng)電極6的貫通孔后，由于固定導(dǎo)體7和可動(dòng)導(dǎo)體8接觸，固定電極5和可動(dòng)電極6的貫通孔內(nèi)徑不能擴(kuò)大，對于這些貫通孔需要某種程度的強(qiáng)度。
因此，在本實(shí)施例中，使用孔加工用的拋光工具對燒結(jié)材料貫通孔內(nèi)周面進(jìn)行拋光加工，減少貫通孔內(nèi)周面的孔隙率，提高強(qiáng)度。
即，在本實(shí)施例中，如圖3(e)所示，固定住燒結(jié)體34用鉆頭37加工成穿孔后，對燒結(jié)體34貫通孔1b的內(nèi)周面被加工面，使用圖19所示孔加工用拋光工具51進(jìn)行拋光加工，通過對燒結(jié)體34貫通孔1b的被加工面進(jìn)行拋光加工，擴(kuò)大內(nèi)徑，使被加工面后退，由于塑性變形，而使燒結(jié)體34貫通孔1b的被加工面部分壓緊實(shí)。
但，本實(shí)施例中，圖3(e)所示燒結(jié)體34貫通孔1b內(nèi)周面的內(nèi)徑精加工，由使用內(nèi)徑精加工工具38的切削加工改變成使用孔加工用拋光工具51的拋光加工。
此處所用的孔加工用拋光工具51，如圖19所示，具有框架31、設(shè)在框架內(nèi)自由移動(dòng)的心軸30、在心軸30的從框架31突出的前端部上安裝的4個(gè)輥?zhàn)?8、和使心軸30移動(dòng)的調(diào)整用螺栓29。
孔加工用拋光工具51的4個(gè)輥?zhàn)?8，由框架31內(nèi)的心軸30支撐著，通過調(diào)整用螺栓29使心軸30沿框架31的縱向移動(dòng)，可調(diào)整4個(gè)輥?zhàn)?8部分的直徑。
具體的加工過程如下。首先，使用比貫通孔1b內(nèi)徑小0.1～0.2mm的鉆頭37，對電極1的貫通孔1b進(jìn)行預(yù)鉆孔加工后，使直徑調(diào)整到比內(nèi)徑大0.01mm的孔加工用拋光工具51，以轉(zhuǎn)速S＝1600rev/min旋轉(zhuǎn)，以輸送f＝0.4mm/rev插入電極1的貫通孔1b中，對電極1的貫通孔內(nèi)徑進(jìn)行精加工和拋光加工。
在本實(shí)施例中，燒結(jié)后、鉆孔加(粗加工)后，拋光加工后，測定燒結(jié)材料斷面的維氏硬度，結(jié)果示于圖9，維氏硬度，可測Cu粒子內(nèi)。
從該圖可知，通過拋光加工，從燒結(jié)材料的電接觸面到0.5mm的范圍內(nèi)密度增大。正如由圖9明確的那樣，鉆孔加工后燒結(jié)材料的表面硬度與鉆孔加工后燒結(jié)材料的中心硬度比較，沒有多少提高。與其相反，拋光加工后的燒結(jié)材料的表面硬度為HV76，與拋光加工后燒結(jié)材料內(nèi)部的硬度HV36比較，大大提高。
本實(shí)施例中，通過燒結(jié)材料表面的壓緊和加工硬化，提高了固定電極5和固定導(dǎo)體7、可動(dòng)電極6和可動(dòng)導(dǎo)體8的連接部分的可靠性。認(rèn)為，這種壓緊和硬化的效果不限于本實(shí)施例中那樣的導(dǎo)體，對于其他燒結(jié)材料也同樣能獲得效果。
<實(shí)施例3>
在本實(shí)施例中，對于為在電接觸面4a上形成溝槽2而不利用車床對電接觸面4a進(jìn)行加工的燒結(jié)體34，使用銑刀型拋光工具實(shí)施拋光加工。
本實(shí)施例中使用的銑刀型拋光工具52，如圖20所示，具有輥?zhàn)?1、支撐輥?zhàn)?1的心軸42、軸套43和心軸42之間的彈簧44。這種銑刀型拋光工具52有4個(gè)輥?zhàn)?1，拋光加工時(shí)的旋轉(zhuǎn)直徑為20mm。軸套43和心軸42，由鍵45形成相互不能轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)造。
在本實(shí)施例中，將銑刀型拋光工具52的軸套43安裝在機(jī)加工中心上，拋光加工條件取轉(zhuǎn)數(shù)S＝750rev/min、輸送f＝0.4mm/rev，對電極1的電接觸面4a進(jìn)行壓緊。
在本實(shí)施例中，預(yù)先在燒結(jié)體34的電接觸面4a上形成溝槽2，將其固定住，并使其旋轉(zhuǎn)，利用切削工具的超硬度切削工具16，對燒結(jié)體34的端面進(jìn)行切削加工后，燒結(jié)體34和拋光工具39的相對移動(dòng)，與燒結(jié)體34端面的被加工面平等，而且，按照使拋光工具39與燒結(jié)體34的整個(gè)被加工面接觸的工具經(jīng)過的途徑進(jìn)行拋光加工，通過拋光加工燒結(jié)體34的被加工面后退，由于塑性變形，壓緊燒結(jié)體34的被加工面部分。
這種情況，例如，對于安裝在機(jī)加工中心卡盤上的電極1，拋光工具39垂直壓在電極1的電接觸面4a，通過主軸的C軸旋轉(zhuǎn)和拋光工具39向X軸方向移動(dòng)，如圖21所示，沿著拋光路徑46，使拋光工具39移動(dòng)。這時(shí)拋光工具39移動(dòng)的拋光路徑46的間隔f取為0.05～0.3mm，在電極1的整個(gè)電接觸面4a上設(shè)定工具路徑。這樣可對電極1的電接觸面4a進(jìn)行壓緊。
本實(shí)施例中燒結(jié)體34的被加工面通過拋光加工，后退量最大為300μm。
我們已經(jīng)展示和描述了幾個(gè)有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方案，但應(yīng)該理解，所公開實(shí)施方案的變化和改進(jìn)都沒有脫離本發(fā)明的范圍。因此，我們并不打算用更詳細(xì)的展示和描述限定范圍，但應(yīng)當(dāng)指出所用的這種變化和改進(jìn)都在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電極，其特征是具有全部由同一種材質(zhì)形成的電極本體，從上述電極本體的電接觸面到規(guī)定深度的導(dǎo)電率高于該電極本體的整個(gè)導(dǎo)電率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的電極，其特征是上述電極本體的電接觸面?zhèn)纫话氲膶?dǎo)電率高于該電極本體的背面?zhèn)纫话氲膶?dǎo)電率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的電極，其特征是上述規(guī)定的深度為2mm，從上述電極本體的電接觸面到2mm深的導(dǎo)電率是上述電極本體整體的導(dǎo)電率、或是從上述電極本體的背面到2mm深的導(dǎo)電率的1.2倍以上。
4.一種電極，其特征是具有電極本體，從上述電極本體的電接觸面到規(guī)定深度的孔隙率低于該電極本體整體的孔隙率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1記載的電極，其特征是從上述電極本體的電接觸面到規(guī)定深度的孔隙率低于該電極本體整體的平均孔隙率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5記載的電極，其特征是上述規(guī)定的深度為0.5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4的電極，其特征是在上述電極本體上，設(shè)有從上述電接觸面到達(dá)背面的貫通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4記載的電極，其特征是上述電接觸面上設(shè)有溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4記載的電極，其特征是上述電極本體由燒結(jié)合金形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4記載的電極，其特征是上述電極本體的平均孔隙率為1～10vol％。
11.一種具有權(quán)利要求1或4記載電極的斷路器。
12.一種表面壓緊的方法，其特征是將被加工物固定住并使其旋轉(zhuǎn)，利用切削工具將上述被加工物表面的一部分進(jìn)行切削去除，形成被加工面，利用掃光工具對該被加工面進(jìn)行拋光加工，使被加工面后退，通過塑性變形使被加工面壓緊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12記載的表面壓緊方法，其特征是上述被加工物是燒結(jié)體。
14.根據(jù)權(quán)利要求12記載的表面壓緊方法，其特征是上述被加工的至少是導(dǎo)板、襯套、聯(lián)桿、滑輪和齒輪中的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求12記載的表面壓緊方法，其特征是上述拋光工具是銑刀型拋光工具。
16.根據(jù)權(quán)利要求12記載的表面壓緊方法，其特征是在上述被加工面上設(shè)有溝槽，上述拋光加工是使上述被加工物和上述拋光工具的相對移動(dòng)與被加工面平行，而且，按照上述拋光工具與上述被加工面的整個(gè)面接觸的工具路徑進(jìn)行，除了上述溝槽內(nèi)壁外，使上述被加工面部分壓緊。
17.根據(jù)權(quán)利要求12記載的表面壓緊方法，其特征是通過上述拋光加工使被加工面的后退量在300μm以下。
18.一種電極的制造方法，其特征是具有利用權(quán)利要求12記載的表面壓緊方法，使電極本體表面的至少一部分壓緊的壓緊工序。
19.根據(jù)權(quán)利要求18記載的電極制造方法，其特征是還具有將導(dǎo)體粉末作原材料，加工成電極本體，得到成型體的成形工序、和對上述成型體進(jìn)行加熱、燒結(jié)，得到電極本體的燒結(jié)工序。
20.一種利用權(quán)利要求12記載的表面壓緊方法，使表面的至少一部分壓緊的燒結(jié)體。
全文摘要
電極1的電極本體1a具有孔隙率，使從電極本體1a的電接觸面4a到規(guī)定深度范圍的導(dǎo)電率大于電極本體1a斷面的導(dǎo)電率或從背面4b到規(guī)定深度的導(dǎo)電率，可提高斷路器的斷路性能，同時(shí)防止電極本體1a的電接觸面4a劣化。
文檔編號C22C9/00GK1397970SQ0211922
公開日2003年2月19日 申請日期2002年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月17日
發(fā)明者淺川洋平, 小野塚英明, 菊地元宏, 湖口義雄, 小林將人, 高橋雅也, 菊地茂 申請人:株式會(huì)社日立制作所