JPH09225747A - 放電加工用電極線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の放電加工用電極線でも一応の加工速度
及び加工特性は得られるが、更なる加工速度の向上、耐
断線性の向上が望まれている。 【解決手段】 放電加工用電極線１の芯材２にＣｕ−Ｚ
ｒ系合金を用いる。Ｚｒの含有率は０．０２〜０．１６
重量％にする。更に、Ｃｕ−Ｚｒによる芯材２の表面に
Ｚｎ又はＣｕ−Ｚｎ系金属材料を用いて表面合金層３を
形成する。これにより、加工速度、限界加工電流印加時
間、伸線性及び被加工物の表面粗さの全てにおいて向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤ放電加工に
用いられる放電加工用電極線、特に、Ｚｎの量を多くし
ても断線が生じない放電加工用電極線に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ放電加工は、電極線となる細い金
属ワイヤ（放電加工用電極線）を巻き取りつつ被加工物
に対して三次元の送りをかけ、金属ワイヤと被加工物と
の間に放電を行いながら被加工物を溶断して糸鋸式の加
工を行うもので、特定形状の電極を使用しないで高精度
に三次元形状の製品を作成することができる。特に、加
工の困難な超硬合金等の加工が高精度に行えるため、近
年、実用範囲が広がりつつある。

【０００３】従来より用いられている放電加工用電極線
として、例えば、Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ黄銅電極線があ
る。「伸銅技術研究会誌」２６、（１９８７）Ｐ１８１
（発表者：折茂、石橋、奥野）に記載のように、組成中
のＺｎ濃度が高いほど、加工速度を向上できることが知
られている。ところが、Ｚｎ（亜鉛）の量が４０重量％
を越えるとβ相が形成されるため、冷間圧延では伸線加
工が行えない。このように、加工性の問題から、Ｚｎを
含む放電加工用電極線においては、Ｃｕ−３５重量％Ｚ
ｎ黄銅線が標準品として考えられている。

【０００４】しかし、加工速度の向上は、生産性の向上
につながることから、Ｚｎを含みながら加工速度を高め
るための提案が種々なされている。例えば、５０％以上
のＺｎを含む合金を芯材に被覆した電極線（特公昭５７
−５６４８号公報）がある。更に、芯材に被覆するタイ
プには、銅合金にＺｎ（又はＺｎ合金）を浸漬焼鈍させ
て表面にＺｎ富化層を形成した電極線（特開昭６２−２
１８０２６号公報）、銅被覆鋼線に通電性の良い金属を
被覆した複合電極線（特公昭５７−５７２１１号公
報）、銅合金線の表面に所定の厚みのＣｕ−Ｚｎ合金層
を設け、更にＣｕ−Ｚｎ合金層の表面に所定厚のＺｎ層
を設けた電極線（特開昭６１−１１７０２１号公報）等
がある。

【０００５】また、銅被覆鋼線の表面にＺｎを含む合金
層を設け、そのＺｎの濃度が外表面に向かって高くなる
ようにした電極線（特公平２−４９８４９号公報）も提
案されている。更には、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｃ
ｏ、Ｔｉ等のいずれか１つが０．０３〜５．０重量％で
ある合金を芯材に用い、この表面にＺｎを９５％以上含
む金属を溶融メッキし、この後、５％以上の冷間加工を
施した電極線（特開昭５９−１３４６２９号公報）も提
案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、銅被覆鋼線の
表面にＺｎを含む合金層を設ける方法として、電気メッ
キ法では、作業性及び価格の点で問題があり、溶融メッ
キ法では、浴通過中に銅被覆鋼線が軟化し、所望の抗張
力が得られない問題がある。このことから、軟化温度の
高い銅合金を芯材に用い、その表面にＺｎを含む合金層
を溶融メッキ法により設ける方法が提案されているが、
溶融メッキ法によるものは、Ｚｎが揮発しやすい元素で
あることから、メッキ浴中のＺｎの濃度が変わりやす
く、Ｚｎを含む合金層の組成が均一で安定した特性の電
極線が容易に得られないという問題がある。

【０００７】そこで本発明は、Ｚｎを含む合金層を溶融
メッキ法よりも低温で形成することができ、従って前記
合金層の組成が均一で安定した特性の電極線を容易に製
造することができるように構成された放電加工用電極線
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、Ｃｕ−Ｚｒ系合金による芯材と、Ｚｎ
又はＣｕ−Ｚｎ系金属材料を用いて前記芯材を被覆する
表面合金層とを備えた構成の放電加工用電極線におい
て、前記表面合金層はＺｎ粉、Ｃｕ−Ｚｎ粉またはＺｎ
粉とＣｕ−Ｚｎ粉の混合物を加熱焼結したものであると
している。

【０００９】この構成によれば、芯材に含むＺｒは放電
加工時に発生するアーク放電によって電極線が加熱して
も加工時の張力に耐え、断線を防止する。また、芯材の
表面に設けた表面合金層は均一で高濃度のＺｎを含む層
とすることが容易に可能であり、これにより加工速度の
向上と特性の安定化を図ることが可能になる。この場
合、Ｚｒの含有量を０．０２〜０．１６重量％にするこ
とにより、加工速度の向上、被加工物の表面粗さ及び限
界電流印加時間の改善効果が顕著に現れる。

【００１０】また、前記表面合金層は、Ｚｎ濃度を３０
重量％以上にすることにより、加工速度が増加でき、こ
の結果、高い加工速度を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１は本発明による放電加工用
電極線を示す断面図である。図１に示すように、本発明
の放電加工用電極線１は、芯材２と、この芯材２の表面
に被覆されたＺｎ粉、Ｃｕ−Ｚｎ粉またはＺｎ粉とＣｕ
−Ｚｎ粉の混合物を加熱焼結した表面合金層３から成
る。芯材２には、０．９ｍｍφのＣｕ−（０．０２〜
０．１６）重量％Ｚｒ（ジルコニウム）線が用いられ
る。放電加工の際、電極線にはアーク放電が生じる。そ
のため、放電時に熱が発生し、加工時の張力に耐えられ
ずに断線が生じる。そこで、芯材２にはＣｕ−Ｚｒ合金
線を用いて耐熱性を持たせ、放電加工時のテンションを
維持できるようにし、断線を生じ難くしている。また、
被加工物の面粗さを少なくすることができる。Ｃｕ−Ｚ
ｒ合金線の導電率は高く、放電が安定するので、Ｃｕ−
３５重量％Ｚｎ合金線と同じＺｎ濃度でも加工速度を向
上させることができる。

【００１２】Ｃｕ−Ｚｒ合金線は、従来、８〜１３ｍｍ
φ程度の線に９５０°Ｃで３時間、その後に急冷する溶
体化熱処理を行って耐熱性を付加している。しかし、こ
のような熱処理は費用がかかり、放電加工用電極線の生
産コストを低減することができない。そこで、本発明で
は、低コストで溶体化が可能な中間サイズ（例えば、
０．９ｍｍφ）で７００〜９５０°Ｃの走行加熱後に水
冷し、ライン中の熱処理で耐熱性を付加した。

【００１３】上記したように、Ｚｎ濃度が高いほど加工
速度が早い点に着目し、芯材２の表面にＺｎ粉、Ｃｕ−
Ｚｎ粉またはＺｎ粉とＣｕ−Ｚｎ粉の混合物の加熱焼結
法によりＺｎ濃度の高いＺｎ又はＣｕ−Ｚｎ層を表面合
金層３として設けている。放電加工時に消耗する厚さは
約５μｍであるので、表面合金層３は５μｍ以上にすれ
ばよい。この場合、特公平４−３５５４３号公報や特公
平２−４９８４９号公報に記載の表面層のように高いＺ
ｎ濃度にする必要はなく、発明者らの検討によれば、３
０％以上であればよい。

【００１４】放電加工用電極線１を製造する方法につい
て簡単に説明すると、線材には、芯材２に上記した０．
９ｍｍφのＣｕ−（０．０２〜０．１６）重量％Ｚｒ線
が用いられ、その周面にＺｎ粉、Ｃｕ−Ｚｎ粉またはＺ
ｎ粉とＣｕ−Ｚｎ粉の混合物の加熱焼結法により表面合
金層３が施されている。この線材をペイオフから引き出
し、内部に不活性ガスが満たされた加熱電気炉内を１ｍ
／分程度の搬送速度で走行させながら、７００°Ｃ〜９
５０°Ｃに加熱して溶体化する。加熱電気炉で溶体化し
た線材は、加熱電気炉を出た直後に冷却水槽に搬入さ
れ、この冷却水槽内の冷却水によって急冷される。この
後、冷却された線材は定速巻取機を経て整列巻取機に巻
き取られる。

【００１５】

【実施例】図３は本発明による放電加工用電極線の効果
を実証する実施例（以下、「本発明材」という）及び従
来例（以下、「比較材」という）を示している。ここで
は、本発明材について７例（ａ〜ｇ）について検討し、
比較材について４例（ｈ〜ｋ）について検討した。図２
に示す放電加工用電極線は、Ｃｕ−０．１６重量％Ｚｒ
による１０ｍｍφの線材を外径１０ｍｍφ〜８ｍｍφま
ではスェージャ加工し、その後８ｍｍφ〜５．５ｍｍφ
まではドローベンチで引き抜き加工し、５．５ｍｍφ〜
０．９ｍｍφまでは冷間伸線した。この０．９ｍｍφの
線材をＮ₂ ガスが満たされた加熱電気炉内を１ｍ／分の
速度で走らせながら９００°Ｃに加熱して溶体化し、冷
却水槽の冷却水により急冷した。この線材を用いて、本
発明材ａ〜ｆは、Ｃｕ−２０％Ｚｎ粉末とＺｎ粉末の混
合粉末（６９％）にアクリル系樹脂（７％）、沈降防止
剤（１％）、溶剤（トルエン＋キシレン、２３％）を合
わせてスラリとし、このスラリを０．９ｍｍφの前記線
材に塗布し、乾燥後７００〜９００°Ｃ／ｍｉｎで加熱
し、その後走行させながら水冷し、表面にＣｕ−Ｚｎ合
金層を形成した放電加工用電極線とした。

【００１６】以上のようにして作製され、図１に示した
構造の放電加工用電極線１について、放電加工性の評価
を行った。被加工物として厚さ４０ｍｍのＳＫＤ−１１
を用いて断線限界速度を測定した。また、被加工物の表
面粗さの評価も実施した。この結果を示したのが図２で
ある。この評価の詳細については後記する。図３は図２
に示した各試料の放電加工性を評価するための放電加工
時のパルス波形を示す波形図である。

【００１７】放電電流を３６Ａにし、オフ時間（電流休
止時間）を一定（２．８μｓ）としながら、オン時間
（電流印加時間）を変えて加工可能な速度（ワイヤが切
れない限界速度）を測定した。この加工電流印加時間と
加工速度の関係を示したのが図４である。図４は、図２
の本発明材ｄと全体がＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金からな
る比較材ｈについての測定結果を示している。ここで、
加工速度の増加率とは、電流印加時間を０．８μｓとし
た時、Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ（比較材ｈ）の加工速度に
対する本発明材の加工速度の増加率である。図４に示す
ように、本発明材によれば、加工速度を従来に比べて２
０％増加できた。

【００１８】なお、電流印加時間を長くすると、加工速
度は増加するが、従来技術によるＣｕ−３５重量％Ｚｎ
（比較材ｈ）は電流印加時間１．２μｓで断線した。こ
れに対し、本発明材ｄによれば、電流印加時間１．５μ
ｓまで断線限界を延ばすことが可能になり、耐断線性に
優れていることがわかる。次に、図２の結果について説
明する。

【００１９】本発明材ａ〜ｆは、Ｚｒが耐熱性を有する
濃度のため、限界電流印加時間が１．４〜１．５μｓに
なり、比較材ｈの１．２μｓに比べて優れているほか、
加工速度増加率も高い。更に、被加工物の表面粗さも比
較材に比べて小さく、また、伸線性（優れるものに○、
悪いものに×を付けている）にも優れている。したがっ
て、総合評価（優れるものに○、悪いものに×を付けて
いる）も良好であった。

【００２０】本発明材ｆは、Ｚｎ濃度が４８％という高
い値の場合であり、加工速度はＺｎ濃度が３５％の本発
明材ｅに比べて早いことがわかる。Ｚｎ濃度が３０％の
本発明材ｇにおいても高い加工速度が得られ、１．５μ
ｓの限界加工電流印加時間が得られた。これらに対し、
比較材ｉはＺｎ濃度が３５％の高い値を有しているが、
介在物のために伸線性に劣る結果になっている。また、
表面合金層３の薄い（３μｍ）比較材ｊは、加工速度増
加率が劣っている（２％）。更に、表面合金層３のＺｎ
濃度の低い比較材ｋも、加工速度増加率の面で劣ってい
る（３％）。このように、比較材ｈ〜ｋは、いずれも総
合評価が悪い（×）のに対し、本発明材ａ〜ｇはいずれ
も加工速度、限界加工電流印加時間、伸線性、被加工物
の表面粗さの全てにおいて優れていることがわかる。

【００２１】なお、被加工物の表面粗さが比較的小さい
結果となった理由は、Ｃｕ−Ｚｒ合金の導電率（５０〜
６５％ＩＡＣＳ）がＣｕ−３５重量％Ｚｎ（２３％ＩＡ
ＣＳ）に比べて高いので、放電が安定し、かつ耐熱性の
ために十分な張力を保持できたためと考えられる。な
お、上記の説明においては、芯材はＣｕ−Ｚｒ合金に限
定して説明したが、このほかＣｕ−Ｚｒ−Ｃｒ合金を用
いることもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上より明らかな如く、本発明によれ
ば、放電加工用電極線が、Ｃｕ−（０．０２〜０．１
６）重量％Ｚｒ系合金による芯材とし、この外周面にＺ
ｎ粉、Ｃｕ−Ｚｎ粉またはＺｎ粉とＣｕ−Ｚｎ粉の混合
物の加熱焼結法により形成された表面合金層とを備えた
構成にしたので、加工速度の高速化及び加工特性の向上
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放電加工用電極線を示す断面図で
ある。

【図２】本発明による放電加工用電極線の製造例及び従
来技術により製造した比較材を示す説明図である。

【図３】図３に示した各試料の放電加工性を評価するた
めの放電加工時のパルス波形を示す波形図である。

【図４】本発明による放電加工用電極線と従来技術によ
る放電加工用電極線の加工電流印加時間と加工速度の関
係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 放電加工用電極線 ２ 芯材 ３ 表面合金層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃｕ−Ｚｒ系合金による芯材と、 Ｚｎ又はＣｕ−Ｚｎ系金属材料を用いて前記芯材を被覆
   する表面合金層とを具備する放電加工用電極線におい
   て、前記表面合金層はＺｎ粉、Ｃｕ−Ｚｎ粉またはＺｎ
   粉とＣｕ−Ｚｎ粉の混合物を加熱焼結したものであるこ
   とを特徴とする放電加工用電極線。
2. 【請求項２】前記Ｚｒは、含有量が０．０２〜０．１６
   重量％であることを特徴とする請求項１記載の放電加工
   用電極線。
3. 【請求項３】前記表面合金層は、Ｚｎ濃度が３０重量％
   以上であることを特徴とする請求項１記載の放電加工用
   電極線。