JPH1128618A

JPH1128618A - ワイヤカット放電加工用電極線

Info

Publication number: JPH1128618A
Application number: JP17927097A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kawai; 悟河合
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】微細加工はもとより、厚肉材の精密加工を高
い加工速度の下で実現できる、強度、導電性および放電
特性の３つの特性を兼ね備えるワイヤカット放電加工用
電極線を提供する。【解決手段】高強度型のベリリウム−銅合金を心材と
し、その表面に純Znまたは黄銅を被覆した複合電極線と
し、かつその線径を30〜70μm の範囲に制限する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ワイヤカット放
電加工用電極線に関し、特に従来相反する特性とされた
強度および導電・放電特性の両者を兼ね備え、しかも従
来良導電材の場合に困難とされた線径：70μm 以下への
細線化を可能ならしめたものである。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤカット放電加工は、誘電体中に置
かれた超硬合金などの工作物にワイヤ電極線に近づけ、
パルス電流を流すことによって、ワイヤと工作物との間
に放電を起こさせ、それによって工作物を加工する電気
加工法の１つである。

【０００３】このワイヤカット放電加工は、その手軽さ
から、各種金型や機械部品の加工法として広く利用され
ようになってきたが、最近とくに、工作物の微細化、高
精度化および高速化に対する要求が強まったことから、
ワイヤカット放電加工そのものについてもより高度の加
工精度および高速化が求められている。

【０００４】例えば、リードフレームの加工に際して
は、リードフレーム本体がより小型化したことも相まっ
て、加工自体も従来以上の微細化が求められている。ま
た、アルミサッシの押し出しダイスや自動車部品の射出
成形用金型および化繊用ノズルなどの肉厚材では、生産
性の面からより速い加工速度が必要とされ、特に繊維用
ノズルでは、複雑な形状を呈していることから、高速度
化と共に、高い加工精度が要求されている。

【０００５】上記の要請に応えて、微細加工および高速
加工を実現するためには、電極線の直径を細くする必要
がある。また、肉厚材で精密な加工を必要とする場合に
は、電極線の真直性が重要であるため、細線化に加え
て、真直性を確保するために高い強度が必要とされる。

【０００６】ところで、従来、ワイヤカット放電加工用
の電極としては、放電特性が良く、僅かな電流でも大き
な放電が得られること、また適度の強度を有することか
ら、黄銅製の電極線が主に使用されてきた。しかしなが
ら、上述したワイヤカット放電加工の一層の微細化、高
精度化のために、黄銅製電極線の直径を細くした場合に
は、強度不足のため実使用に供することができない。

【０００７】すなわち、ワイヤカット放電加工に際して
は、電極線の真直性を確保する必要上、電極線はかなり
の引張り力を付加した状態で使用に供されるため、電極
線の直径が細くなればなるほど、その負荷応力は増大す
るわけであるが、黄銅線は強度的に弱いので、細線化し
た場合に、所望強度を確保することができなかったので
ある。

【０００８】一方、タングステン線や黄銅めっきピアノ
線などの電極線は、高強度材であるため、細線化しても
強度の面では問題ないものの、これらの材料はいずれも
黄銅に比べて電気伝導率が低いために放電特性が悪く、
ひいては加工速度が遅いという問題があった。

【０００９】この点、上記の問題を解決するものとし
て、特開平６−226542号公報において、心材としてZnを
10〜20wt％含有する高温強度に優れる黄銅を用い、この
心材の周りにZnを30〜45wt％含有する放電特性に優れる
黄銅を被覆した２層構造になる複合電極線が提案され
た。しかしながら、かような複合電極線であっても、現
在要求されている細線化に対しては満足いくほどの成果
を得ることはできない。

【００１０】すなわち、ワイヤカット放電加工時に十分
な真直性を得るためには、電極線の直径が小さくなれば
なるほど高い引張り応力が必要とされ、例えば線径を70
μm とした場合には 600ｇの引張り荷重に耐え得る強度
が必要とされるのであるが、上記の複合電極線は、線径
を70μm まで細線化した場合に耐え得る最大引張り荷重
は 430ｇ程度にすぎないため、70μm までの細径化は到
底望み得ず、この程度の強度レベルではせいぜい 0.1mm
程度までしか細線化することができなかったのである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、強度、導電性および放電特
性の３つの特性を兼ね備え、従って、微細加工はもとよ
り、厚肉材の精密加工を高い加工速度の下で実現できる
ワイヤカット放電加工用の電極線を提案することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以下、この発明の解明経
緯について説明する。上述したとおり、ワイヤカット放
電加工用電極線としては、強度、導電性および放電特性
の３つの特性を兼備させることが重要である。しかしな
がら、前述したとおり、これらの特性を兼ね備えた電極
線は、単一の材料では存在しない。

【００１３】そこで、これらの特性を、電極線の横断面
との関係で考えてみた。まず、放電特性は、電極線の表
面近傍で必要なだけで、電極線の中心部では必ずしも必
要ない。一方、強度については、強度特性を表面近傍に
持たせると電極消耗により、直径が細くなった時に非常
に切断し易くなることから、電極線の中心部において必
要な特性と言える。また、導電性も、電極表面が消耗す
ることを考慮すると、中心部に担わせた方が有利であ
る。このような事を考えあわせると、表面およびその近
傍には放電特性を重視した材料を配し、中心部には強度
および導電性を重視した材料を配するものがもっとも適
当と考えられる。

【００１４】そこで、発明者らは、上記の要件を満足す
る心材および表層材について鋭意検討を重ねた結果、心
材としては、導電バネ材として知られているベリリウム
−銅とくに高強度型のベリリウム−銅合金が、一方表層
材としては、亜鉛またはその合金がとりわけ有利に適合
することの知見を得た。この発明は、上記の知見に立脚
するものである。

【００１５】すなわち、この発明は、Be：1.50〜2.50wt
％、CoおよびNiのうちから選んだ１種または２種：0.1
〜0.8 wt％を含む高強度型のベリリウム−銅合金を心材
とし、その表面に、純ZnまたはZn：15〜50wt％を含む黄
銅の被覆層をそなえる複合電極線であって、その線径が
30〜70μm であることを特徴とするワイヤカット放電加
工用電極線である。

【００１６】この発明の電極線は、線径：70μm の時少
なくとも 600ｇ、また線径：30μm の時少なくとも 100
ｇの引張り荷重に耐え得る強度を有するだけでなく、電
気伝導率が20％IACS以上の優れた導電性を兼ね備えてい
る。

【００１７】また、この発明の電極線は、該電極線を自
重により垂直方向に１ｍ垂らした時、カールにより離間
する中心線からの長さが５cm以下の優れた真直性を有す
るものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体的に説明す
る。この発明において、電極線の心材として高強度型の
ベリリウム−銅合金を用いることにした理由は、かかる
ベリリウム−銅合金を心材として用いた場合には、電極
線の線径を70μm まで細線化した時に 600ｇ以上、また
30μm まで細線化した時でも 100ｇ以上の引張り荷重に
耐え得る高い強度を有するだけでなく、20％IACS以上と
いう高い電気伝導率も併せて備えているからである。

【００１９】ここに、上記の高強度および高電気伝導率
を併せて確保するためには、合金成分は以下の範囲に限
定する必要がある。 Be：1.50〜2.50wt％、 Beは、CoBeやNiBe等のベリライドを析出させ、その析出
強化により強度を向上させる目的で添加するが、含有量
が1.50wt％に満たないとその添加効果に乏しく、一方2.
50wt％を超えると効果は飽和に達し、むしろコスト高と
なるので、Beは1.50〜2.50wt％の範囲に限定した。

【００２０】Coおよび／またはNi：0.1 〜0.8 wt％ CoおよびNiはいずれも、上記したとおり、ベリライドの
形成により強度の向上に有効に寄与するが、含有量が
0.1wt％に満たないとその添加効果に乏しく、一方 0.8w
t％を超えると導電性が低下するので、単独添加または
複合添加いずれの場合も 0.1〜0.8 wt％の範囲で含有さ
せるものとした。

【００２１】以上、基本成分について説明したが、この
合金系においては、その他、強度改善成分として、Fe,
Al, Mg, ZnおよびTi等を 0.2wt％以下の範囲で添加する
ことができる。

【００２２】また、表層材として純ZnまたはZn：15〜50
wt％を含む黄銅を用いることにした理由は、亜鉛および
亜鉛合金は融点が低く、通電時に電極線表面が容易に溶
解して、放電に有利な表面凹凸が形成されるからであ
る。

【００２３】すなわち、ワイヤカット加工の原理は、加
工物とワイヤとの間にはじめの放電が起こると、それに
よって電極線の中の亜鉛（融点：約419 ℃）が溶解し、
ミクロ的には表面付近にクレータができた凹凸状態にな
り、引き続きワイヤの凹凸面の突起との間に大きな放電
が起こり、加工物の面を削り取ることによって加工が進
行すると考えられている。従って、表層材としては、融
点が低く、容易に溶解して表面に凹凸（放電点）を形成
し易い亜鉛および亜鉛銅合金が有利なわけである。

【００２４】ここに、黄銅を用いた場合に、Zn含有量が
15wt％に満たないと十分な放電特性が得られず、一方50
wt％を超えると良好な表面粗さが得られないので、黄銅
におけるZn含有量は15〜50wt％の範囲に限定した。ま
た、この合金系においては、その他、導電性を向上させ
る目的で、AgやAu等を２wt％以下の範囲で添加すること
ができる。

【００２５】さらに、中心部と表層部の割合について
は、上記したワイヤカット加工の原理からすると、表面
層の厚みは放電時に消耗する深さを考慮して決定すれば
良く、従って例えば線径が30μm の時には被覆厚み：３
〜７μm （面積率で1.0〜５％）程度、また線径が70μm
の時には被覆厚み：５〜15μm （面積率で0.5〜1.5
％）程度とするのが好適である。なお、かような表面層
を形成するに当たっては、最終的な線引き加工に先立
ち、めっき等の適当な方法によって、予めベリリウム−
銅合金の心材に純Znまたは黄銅を被覆しておけば良い。

【００２６】次に、電極線の直径を30〜70μm の範囲に
限定した理由について説明すると、この発明で所期した
微細加工および高速加工を達成するためには、少なくと
も70μm まで細線化することが不可欠だからであり、一
方30μm を下回ると心材としてベリリウム−銅合金を用
いた場合であっても 100ｇの引張り荷重が付加された時
に破断するおそれが生じるからである。

【００２７】ところで、ワイヤカット放電加工用電極線
は、通常、その真直性を確保するため、最終線引き後、
150〜200 ℃程度の歪取り焼鈍が施されるが、この発明
で心材として用いるベリリウム−銅合金は時効硬化型合
金であり、最終工程の時効処理によって材質的に硬化し
ているため、その後に歪取り焼鈍を施しても、真直性は
ほとんど改善されず、従ってかかる時効硬化型合金を使
用する場合には、一般的に良好な真直性は望み得ない。

【００２８】しかしながら、発明者らは、この点につい
ても、製造工程に工夫を加えることによって解決した。
すなわち、ベリリウム−銅合金を心材とする電極線を製
造する場合、まず該合金素線を 700〜790 ℃程度の温度
で溶体化処理後、純Znまたは黄銅をめっき等により所定
厚みに被覆したのち、仕上げ伸線加工を施し、ついでコ
イルに巻き取ったのち、 250〜320 ℃程度の温度で時効
硬化処理を施すわけであるが、かようにして得た電極線
の心材部はすでに硬化しているため、その後に歪取り焼
鈍を施しても真直性はほとんど改善されない。

【００２９】そこで、この発明では、コイルに巻取る際
のボビンの径を通常よりも大径とすることによって、時
効処理によって硬化したとしても、その歪み（曲率）を
小さく抑制し、もって真直性を確保するのである。すな
わち、従来は、コイルに巻取る際のボビン径は40〜60mm
程度のものが使用されてきたが、かような径のボビンに
巻き取って時効処理を施した場合には時効硬化処理によ
ってついた巻きぐせのため、良好な真直性を得ることは
できなかった。

【００３０】しかしながら、巻取りボビン径を 250mm以
上に大きくすると、巻きぐせが付いたとしても、導入歪
み（曲率）は従来よりも格段に軽減されるので、電極線
を自重により垂直方向に１ｍ垂らした時、カールにより
離間する中心線からの長さで電極線の真直性を評価した
場合、５cm以下という優れた真直性が得られるのであ
る。

【００３１】

【実施例】実施例１表１に示す成分組成になる種々のベリリウム−銅合金素
線（直径：0.1 mm）を、790 ℃で溶体化処理後、同じく
表１に示す組成になる純Znまたは黄銅をめっきにより種
々の厚みに被覆したのち、伸線加工を施して種々の直径
の細線とし、ついで表１に示す直径の大径ボビンに巻き
取ったのち、290 ℃の温度で時効硬化処理を施した。か
くして得られた複合電極線の強度、電気伝導率、放電特
性および真直性について調べた結果を表２に示す。ここ
に、強度は、その線径で耐え得る最大引張り荷重で評価
した。また、放電特性は、直径：0.1 mmの真鍮線で厚
み：10mmの超硬合金をワイヤカット放電加工するときの
加工速度を基準とし、この速度と同等またはそれ以上の
速度で加工できた場合を○、できなかった場合を×とし
て評価した。なお、表１，２には、比較のため、従来の
黄銅製電極線、黄銅めっきピアノ線および黄銅の２層構
造になる複合電極線について調査した結果も併せて示
す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】表２に示したとおり、この発明に従い、心
材として高強度型のベリリウム−銅合金、表層材として
純Znまたは黄銅を用いたものはいずれも、70〜30μm ま
で細線化しても真直性保持のための引張り荷重に十分に
耐え得る強度を有するだけでなく、優れた電気伝導率お
よび放電特性を有し、しかもカールが５cmという優れた
真直性も併せて得ることができた。これに対し、従来例
のNo.9およびNo.11 はいずれも、強度が低いために、施
工に際し所定の引張り荷重（ 600ｇ）を付加しただけ
で、電極線が破断し、実際にワイヤカット放電加工を行
うことができなかった。また、従来例No.10 は、強度的
には問題なかったものの、電気伝導率が低いことから、
放電特性の面で難があった。

【００３５】

【発明の効果】かくして、この発明によれば、強度、導
電性および放電特性の３つの特性を兼ね備え、しかも線
径：70μm 以下という細線のワイヤカット放電加工用電
極線を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Be：1.50〜2.50wt％、 CoおよびNiのうちから選んだ１種または２種：0.1 〜0.
8 wt％を含む高強度型のベリリウム−銅合金を心材とし、その
表面に、純ZnまたはZn：15〜50wt％を含む黄銅の被覆層
をそなえる複合電極線であって、その線径が30〜70μm
であることを特徴とするワイヤカット放電加工用電極
線。
【請求項２】請求項１において、電極線が、線径：70
μm の時少なくとも600 ｇ、また線径：30μm の時少な
くとも 100ｇの引張り荷重に耐え得る強度を有し、かつ
電気伝導率が20％IACS以上であることを特徴とするワイ
ヤカット放電加工用電極線。
【請求項３】請求項１または２において、電極線の真
直性を、該電極線を自重により垂直方向に１ｍ垂らした
時、カールにより離間する中心線からの長さで評価した
時、該離間長さが５cm以下であることを特徴とするワイ
ヤカット放電加工用電極線。