JPH0249848B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 本発明は、放電による溶融作用により、被加工
物（加工対象物）を加工するワイヤ放電加工に用
いられるワイヤ放電加工用電極線およびその製造
方法に関するものである。 「従来の技術」 第２図は、一般的なワイヤ放電加工法の概略を
説明するものである。この加工法は、被加工物１
に予め開けたスタート穴２に電極線３を挿通し、
この電極線３を挿通方向（第２図では矢印の方
向）に走行させながら、電極線３とスタート穴２
の内壁面との間で放電させ、かつ、被加工物１を
挿通方向と直交する方向に移動させることによ
り、移動軌跡に沿つて被加工物１を溶融させて所
定の形状に加工する方法である。この図におい
て、電極線３は例えば供給リール４から連続的に
送り出され、被加工物１の両側のコロ５を通つて
巻き取りリール６に巻き取られるとともに、この
巻き取りリール６とコロ５との間に配されるテン
シヨンローラ７によつて張力を調整されるように
なつている。また、図示しないが、放電加工部分
には加工液が供されて、電極線３の冷却および加
工屑の除去等を行なうようになつている。 従来、このようなワイヤ放電加工に使用される
電極線３としては、直径0.05〜0.3mm程度の銅線、
黄銅線（Cu65％、Zn35％合金）、亜鉛メツキ黄銅
線、あるいは特殊用途としてタングステン線、モ
リブデン線等が用いられている。 「発明が解決しようとする問題点」 ところで、これらの電極線３は、放電加工中、
約300℃の高温に熱せられ、電極素材自体に大き
な熱的負担が加わる一方、安定放電に維持して加
工精度、加工速度を上げるために行われるテンシ
ヨンローラ７の張力調整時の張力も加わることか
ら高温強度（高温時における引張強度）が高いこ
とが要求されている。しかしながら、銅線は電極
線としての細線への伸線加工性は良いものの、引
張強度が小さく、使用中に断線して放電加工作業
の効率を著しく低下させるおそれがある。また、
黄銅線は、室温での引張強度が銅線の２倍程度の
強さであるが、300℃前後の高温強度は銅よりわ
ずかに高い程度であり、加工速度を上げようとす
ると、やはり断線する傾向がある。 さらに、亜鉛メツキ黄銅線の場合、亜鉛による
放電安全性は、増加されるものの、亜鉛メツキ皮
膜が存在する分だけ高温強度が、低下し、加工速
度を上げようとすると、やはり、断線する傾向が
ある。さらにまた、タングステン線、モリブデン
線は高温強度は高いが、伸線加工性が悪く、か
つ、消耗品として使用される電極線としては高価
である等の問題点があつた。 本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、良
好な加工精度と高い加工速度を有する上に、放電
加工中の断線頻度が少なく、安価なワイヤ放電加
工用電極線を提供することを目的とする。 「問題点を解決するための手段」 本発明のワイヤ放電加工電極線は、従来のワイ
ヤ電極線における前述の問題点を解決するために
なされたもので、銅線に10〜70％の被覆率で銅を
被覆してなる銅被覆鋼線を芯材とし、この銅被覆
鋼線に厚さ0.1〜15μｍの、硫化亜鉛、硫化銅およ
び炭素粒子が分散しかつ銅地から表層に向つて亜
鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつけられた銅
−亜鉛合金層を被覆し、さらにこの上に、硫化亜
鉛、硫化銅および炭素粒子からなる0.1〜5μｍの
黒色皮膜を被覆したものである。 また、本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造
方法は、銅線に10〜70％の被覆率で銅を被覆して
なる銅被覆鋼線の外周面に、含イオウ有機化合物
を含有する添加剤を加えた亜鉛メツキ浴で電気亜
鉛メツキ処理を施して、添加剤を内部に介在させ
かつ表層に付着させた状態で亜鉛層を形成したの
ち、熱処理を施して硫化亜鉛、硫化銅および炭素
粒子が分散し、かつ、銅地から表層に向つて亜鉛
濃度が高くなるような濃度勾配がつけられた厚さ
0.1〜15μｍの銅−亜鉛合金層を生成せしめるとと
もに最外層に硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子か
らなる厚さ0.1〜5μｍの黒色皮膜を生成せしめる
方法である。 前記ワイヤ放電加工用電極線（以下、ワイヤ電
極線と言う。）において銅被覆鋼線の銅の被覆率
が10％未満であると、導電率が低くなるため、放
電性能が低下して加工速度が上がらず、70％より
大きいと高温強度が低くなるため、張力を上げた
場合に断線しやすくなる。また、銅−亜鉛合金層
が存在しないと銅地が露出しているため放電性
能、すなわち、加工速度が著るしく低下する。さ
らに、その銅−亜鉛合金層も、銅地から表層に向
かつて亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配を有す
る銅−亜鉛合金層でない場合は、十分な加工速度
増加が得られない。 さらに、その濃度勾配を有するとともに硫化亜
鉛、硫化銅および炭素粒子が分散した銅−亜鉛合
金層の厚さが、0.1μｍ未満であると、十分な放電
性能が得られず、加工速度の増大効果が得られな
いかもしくは、被加工物（主として、鋼鉄材料の
場合）の鉄分と電極線の銅分とが溶融反応を起こ
して、加工面に付着する傾向が大となり、加工精
度が悪くなる。濃度勾配を有する銅−亜鉛合金層
の厚さが15μｍより厚いと強度低下が生じて断線
しやすくなり、また熱処理時間が長くなつたり設
備費が高くつくなど経済的に不利になる。 さらに、最外層に生成された厚み0.1〜5μｍの
硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子からなる黒色皮
膜が存在しない場合、初期放電（ワイヤ電極線が
被加工物との間で放電を開始する時）においてお
だやかな万遍なく分散された放電とならず、局部
的集中放電が生じることがあり、断線しやすくな
る。この黒色皮膜の厚さが0.1μｍ未満では上記効
果が得られず、5μｍを越えると強度低下が大き
くなつて不都合を来す。 「作用」 10〜70％の被覆率で銅を被覆した銅被覆鋼線を
芯材としているので、高い導電率を維持しながら
高温強度が向上する。このように導電率の良好な
銅被覆鋼線の外周面に、硫化亜鉛、硫化銅、炭素
粒子を分散させた厚さ0.1〜15μｍの濃度勾配を有
する銅−亜鉛合金層を被覆すると、放電性が向上
するとともに、銅層の表面露出による被加工物へ
の銅の付着が防止されので加工精度が向上し、加
工速度の低下が抑制される。更に、最外層に、
0.1〜5μｍの厚さの硫化亜鉛、硫化銅および炭素
粒子によりなる黒色皮膜を形成すると、放電初期
において、集中放電とならずに、穏やかなまんべ
んなく分散された放電となるので、断線が防止さ
れる。 「実施例」 以下、本発明の好適な実施例を説明すると、第
１図に示すように、このワイヤ電極線は、銅被覆
鋼線１１が芯材とされ、その外周面に0.1〜15μｍ
の範囲の厚さで、硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒
子が分散されかつ銅地から表層に向かつて亜鉛濃
度が高くなるような濃度勾配がつけられた銅−亜
鉛合金層１２が設けられ、さらに最外層に硫化亜
鉛、硫化銅および炭素粒子からなる厚み0.1〜5μ
ｍの黒色皮膜１３が設けられ、全体の直径が約
0.2mmに形成されたものである。前記銅被覆鋼線
１１はいわゆる銅線あるいは鉄線、合金鋼線等の
鋼線に10〜70％の被覆率で銅を被覆してなるもの
である。ただし、ここでの被覆率とは、全体の断
面積に対する銅部分の断面積の割合を意味してい
る。 このようなワイヤ電極線は例えば次のような方
法で製造される。例えば、0.49mmの直径を有する
銅被覆鋼線を、含イオウ有機化合物を含有する添
加剤を加えた塩化亜鉛浴（１中に塩化亜鉛42
ｇ、塩化アンモニウム210ｇを含有する水溶液）
中に浸漬し、電気亜鉛メツキ処理を施す。上記含
イオウ有機化合物を含有する添加剤としては、ア
ルキル硫酸エステルナトリウム、アルキルベンゼ
ンスルフオン酸ナトリウム、オレフイン硫酸エス
テルナトリウムなどの陰イオン界面活性剤がアル
キルピリジニウム硫酸塩などの陽イオン界面活性
剤などの分子内にイオウを含む界面活性剤が、メ
ツキ浴に対する亜影響がなく主に使用されるが、
この他に芳香族カルボン酸塩、水溶性カチオンポ
リマー、芳香族アルデヒト、高級アルコールなど
も使用できる。これにより、銅被覆鋼線の外周面
に、上記添加剤が含有、分散された所定厚さの亜
鉛層が形成される。この際、この亜鉛層の表層に
も上記添加剤を所定量付着させておく。 ついで、この亜鉛メツキ層が形成された銅被覆
鋼線に伸線加工を施して全体の直径が0.2mmとし
たのち、オーブン等を用いて大気中で500℃に１
時間程度加熱して熱処理を施す。この熱処理によ
り亜鉛層は銅地から表層に向けて亜鉛濃度が高く
なるような濃度勾配がつけられた銅、亜鉛合金層
に変化するとともに添加剤中のイオウが亜鉛およ
び銅と反応し、有機物が炭化して上記合金中に硫
化亜鉛、硫化銅および炭素粒子が分散し、かつ同
時に上記合金層上に合金層から析出した硫化亜
鉛、硫化銅および炭素粒子からなる黒色皮膜が生
成される。 このようにして、形成されたワイヤ電極線は、
銅被覆鋼線１１を芯材としているため、優れた高
温強度および導電率を備え、また銅地から表層に
向つて亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつけ
られ、かつ硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子を分
散した銅−亜鉛合金層１２の存在により優れた放
電性能を発揮する。さらに銅−亜鉛合金層１２に
よつて放電時における被加工物への銅の付着が防
止される。さらに最外層に硫化亜鉛および硫化銅
および炭素粒子からなる黒色皮膜１３を有するた
め、初期放電において集中放電とならず、おだや
かな万遍なく分散された放電となり、以後の放電
が全周に渡つて比較的均一な放電となり断線しに
くくなる。 次いで、実施例を示して、これらワイヤ電極線
の作用効果を明確にする。 本実施例では、銅被覆鋼線１１の銅の被覆率、
銅地から表層に向かつて亜鉛濃度が高くなるよう
な濃度勾配がつけられ、かつ硫化亜鉛、硫化銅お
よび炭素粒子を分散した銅−亜鉛合金層１２の厚
さおよび硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子よりな
る黒色皮膜１３の厚さを種々の値に設定した直径
0.2mmのワイヤ電極と、同じく直径0.2mmの通常の
銅線、黄銅線（Cu65％、Zn35％）、亜鉛めつき黄
銅線、および濃度勾配のついていない銅−亜鉛合
金層の銅被覆鋼線について加工中における加工速
度、加工精度、断線頻度（高温強度、放電安定
性）および経済性を評価する比較試験を行なつ
た。 この比較試験の結果を第１表に示す。ただし、
放電加工としては、厚さ20mmの被加工物（SKD
−11）から30mm角の板材を切り取る加工を行なつ
た。このときの加工条件は次のとうりである。 印加電圧：110V パルス時間：ON→5μs OFF→5μs ピーク電流：10A コンデンサ容量：0.8μF 加工液：純水 電極線張力：750ｇｆ また、加工速度は、銅線の加工速度（0.8mm／
分）を基準として、これを１としたときの比率で
表わした。加工精度は、切り取つた板材の寸法誤
差の範囲の広さ（最大値と最小値の差）を狭い順
に、Ａ（0.01mm未満）、Ｂ（0.01〜0.03mm）、Ｃ（0.03
mmより大）で表わした。断線頻度は、断線回数の
少ない順にＡ（断線なく安定）、Ｂ(1)（加工速度を
上げると断線あり、）、Ｂ(2)（張力を750ｇｆより
大きくすると断線あり）、Ｂ(3)（放電初期−ワイ
ヤ電極が被加工物との間で放電を開始する時に断
線することがある。）Ｃ（断線頻発）で表わした。
さらに、経済性は黄銅線の製造コストを基準とし
てそれより安価にできる場合を〇、高価になる場
合を×で表わした。

【表】

【表】 散していないし、かつ銅地から表層に
向つて亜鉛濃度が高くなるよ
うな濃度勾配はつけられていない。
第１表から明らかなように、ワイヤ電極線のう
ち、銅被覆率が10〜70％、かつ上記銅−亜鉛合金
層の厚さが0.1〜15μｍおよび上記黒色皮膜の厚さ
が0.1〜5μｍという本発明の条件を満たすものは、
銅線、黄銅線、亜鉛めつき黄銅線および濃度勾配
をもたない亜鉛−銅合金層層で被覆された銅被覆
鋼線を含む他の電極線に比べて、加工速度、加工
精度、耐断線性および経済性ともに優れているこ
とがわかる。 なお、直径0.196mm被覆率60％の銅被覆鋼線を
芯材とし上記添加剤を含む硫酸亜鉛浴（１中に
硫酸0.14モル、硫酸亜鉛0.23モルを含む水溶液）
中に浸漬し電気亜鉛メツキを施して厚さ2μｍの
添加剤が分散し、かつ表層に添加剤が付着した亜
鉛層を形成し、しかる後に、オーブンを用いて大
気中で１時間熱処理することにより得られたワイ
ヤ電極線と同じくオーブンの代わりに500℃に設
定した管状炉中を通過させる熱処理を行うことに
より得られたワイヤ電極線も上記実施例における
本発明の条件を満たすワイヤ電極線の試験結果と
同様に優れた結果を得ることができた。また、前
記0.49mmのものから0.2mmのものを得る工程にお
いて伸線加工を熱処理の後に行つた場合も同様の
結果が得られた。 なお、大気中で熱処理するため当然亜鉛および
銅の一部が酸化し、酸化亜鉛および酸化銅が生成
され、これらが黒色皮膜に共存しているものと思
われる。 このことから明らかなように、本発明の製造方
法においては、添加剤を内部に分散し、かつ表層
にも付着させた亜鉛層を外周面に設けた銅被覆鋼
線に熱処理を施して亜鉛層を、硫化亜鉛、硫化銅
および炭素粒子が分散し、かつ銅地から表層に向
つて亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつけら
れた銅−亜鉛合金層に変化させ、かつ硫化亜鉛、
硫化銅および炭素粒子よりなる黒色皮膜を生成さ
せる工程が優れた品質のワイヤ電極線を得るため
の重要な工程であることがわかる。 「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば次のよう
な優れた効果を得ることができる。 10〜70％の被覆率で被覆した銅被覆鋼線を芯
材としたので、高い導電率を維持しながら、か
つ高温強度を高めることができる。すなわち、
高電流が流れても、ジユール熱によるワイヤ電
極線の昇温が少ないので、さらに加工速度を早
めるために、高電流を流してワイヤ電極線が昇
温しても、高温強度が高いので断線を防止し、
放電加工作業の効率を高めることができる。 導電率の良好な銅被覆鋼線の外周面に0.1〜
15μｍの厚さにわたつて、硫化亜鉛、硫化銅お
よび炭素粒子を分散し、かつ銅地から表層に向
かつて亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつ
けられた銅−亜鉛合金層を設けたので放電性能
が向上し、かつ銅層の表面露出による被加工物
への銅の付着が防止されて、加工精度が高めら
れるとともに、加工速度の低下を防止すること
ができる。 最外層に0.1〜5μｍの厚さにわたつて、硫化
亜鉛、硫化銅および炭素粒子よりなる黒色皮膜
を設けたので、初期放電において集中放電とな
らず、おだやかな万遍なく分散された放電とな
り断線を防止することができる。 素材的に伸線加工性が良好でかつ安価に製造
することができる。つまり、本発明のワイヤ電
極線は鋼、銅、銅−亜鉛合金層、黒色皮膜の特
性が極めて良好に利用、調整され、これらの相
乗作用によつて前記の効果をも得るも
のである。 銅被覆鋼線の外周面に含イオウ有機化合物を
含有する添加剤を内部に分散し、かつ表層に付
着せしめた亜鉛層を電気メツキで設け、ついで
熱処理を施すことによつて、硫化亜銅、硫化銅
および炭素粒子が分散し、かつ銅地から表層に
向けて亜鉛濃度が高くなるような銅−亜鉛合金
層と、これの外層に硫化亜鉛、硫化銅および炭
素粒子からなる黒色皮膜が得られ、放電性能の
安定したワイヤ電極線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のワイヤ放電加工用電極線の実
施例を示す横断面図、第２図は一般的なワイヤ放
電加工法の概略を説明する概略斜視図である。 １１……銅被覆鋼線、１２……銅−亜鉛合金
層、１３……黒色皮膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼線に10〜70％の被覆率で銅を被覆してなる
   銅被覆鋼線が芯材とされ、この銅被覆鋼線には厚
   さ0.1〜15μｍの、硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒
   子が分散しかつ銅地から表層に向つて亜鉛濃度が
   高くなるような濃度勾配がつけられた銅−亜鉛合
   金層が被覆され、さらにこの上に硫化亜鉛、硫化
   銅および炭素粒子からなる0.1〜5μｍの黒色皮膜
   が被覆されたことを特徴とする放電加工用ワイヤ
   電極線。 ２ 鋼線に10〜70％の被覆率で銅を被覆してなる
   銅被覆鋼線の外周面に、含イオウ有機化合物を含
   有する添加剤を加えた亜鉛メツキ浴で電気亜鉛メ
   ツキ処理を施して、添加剤を内部に介在させかつ
   表層に付着させた状態で亜鉛層を形成したのち、
   熱処理を施して硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子
   が分散し、かつ、銅地から表層に向つて亜鉛濃度
   が高くなるような濃度勾配がつけられた厚さ0.1
   〜15μｍの銅−亜鉛合金層を生成せしめるととも
   に最外層に硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子から
   なる厚さ0.1〜5μｍの黒色皮膜を生成せしめるこ
   とを特徴とする放電加工用ワイヤ電極線の製造方
   法。 ３ 前記熱処理の前工程あるいは後工程として伸
   線加工を施すことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の放電加工用ワイヤ電極線の製造方法。