WO2016110964A1 - 放電加工用電極線及びその製造方法 - Google Patents

放電加工用電極線及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線において最表面層のＣｕ濃度のばらつきが抑制された放電加工用電極線及びその製造方法を提供する。 放電加工用電極線（１０）は、銅又は銅合金からなる芯材（１）の外周が亜鉛を含む被覆層（２）により被覆されており、被覆層（２）は、銅－亜鉛系合金であるε相のみからなる最外層（２Ｂ）を有し、最外層（２Ｂ）は、Ｃｕ濃度が１２～２０質量％であって、電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅が５質量％以内である。

Description

放電加工用電極線及びその製造方法
　本発明は、放電加工用電極線及びその製造方法に関する。
　銅又は銅合金からなる芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線（例えば特許文献１～４参照）は、銅又は銅合金からなる芯材のみの放電加工用電極線に比べて、被加工物の加工部分の面精度が良いという利点がある。
特開２００２－１２６９５０号公報 特開２００８－２９６２９８号公報 特許３５４９６６３号公報 米国特許８，０６７，６８９号公報
　最表面層が純亜鉛である放電加工用電極線の場合は最表面が軟らかいため、放電加工の際の摩耗粉が発生しやすい。そこで、伸線前後に熱処理を行ない、表面層に銅を拡散させ、最表面層を亜鉛－銅合金にすることにより、摩耗粉の発生を抑制する。
　しかし、ボビン等に巻きつけコイル状で上記の熱処理を行なった場合、ボビン巻きされた電極線の内部に熱がこもりやすく、熱処理の度合いが電極線長手方向で異なる。そのため、最表面層のＣｕ濃度がばらつき、ひいては電極線の放電加工特性が電極線長手方向でばらつくという問題がある。
　そこで、本発明の目的は、芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線において最表面層のＣｕ濃度のばらつきが抑制された放電加工用電極線及びその製造方法を提供することにある。
　本発明は、上記目的を達成するために、下記の放電加工用電極線及びその製造方法を提供する。
［１］銅又は銅合金からなる芯材の外周が亜鉛を含む被覆層により被覆されており、前記被覆層は、銅－亜鉛系合金であるε相のみからなる最外層を有し、前記最外層は、Ｃｕ濃度が１２～２０質量％であって、電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅が５質量％以内である放電加工用電極線。
［２］前記被覆層は、銅－亜鉛系合金であるγ相を含む内層を有する前記［１］に記載の放電加工用電極線。
［３］前記被覆層中のε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、前記被覆層中のγ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きい前記［２］に記載の放電加工用電極線。
［４］前記芯材は、黄銅からなる前記［１］～［３］のいずれか１つに記載の放電加工用電極線。
［５］銅又は銅合金からなる芯材の外周が亜鉛を含む被覆層により被覆されている放電加工用電極線の製造方法において、前記芯材の外周に亜鉛めっき又は亜鉛合金めっきを１回施す工程と、めっきを施した前記芯材を伸線する工程と、伸線後に、前記被覆層が銅－亜鉛系合金であるε相のみからなる最外層を有し、前記最外層のＣｕ濃度が１２～２０質量％であって、電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅が５質量％以内となる熱処理条件で熱処理を施す工程とを含む放電加工用電極線の製造方法。
［６］前記熱処理条件は、熱処理温度１００～１２０℃、熱処理時間３～２４時間の範囲内である前記［５］に記載の放電加工用電極線の製造方法。
　本発明によれば、芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線において最表面層のＣｕ濃度のばらつきが抑制された放電加工用電極線及びその製造方法を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線の構造を示す横断面図である。 実施例及び比較例の放電加工用電極線についての最表面層のＣｕ濃度の測定結果を示すグラフである。 各焼鈍時間及び焼鈍温度で作製した放電加工用電極線（芯材の線径：０．２０ｍｍ）についてのＸ線回折強度の測定結果のうちε相（ＣｕＺｎ５）の（０００１）強度を示すグラフである。 各焼鈍時間及び焼鈍温度で作製した放電加工用電極線（芯材の線径：０．２０ｍｍ）についてのＸ線回折強度の測定結果のうちγ相（Ｃｕ５Ｚｎ８）の（３３２）強度を示すグラフである。 各焼鈍時間及び焼鈍温度で作製した放電加工用電極線（芯材の線径：０．２０ｍｍ）についてのＸ線回折強度の測定結果のうちη相（Ｚｎ）の（１００）強度を示すグラフである。
〔放電加工用電極線〕
　図１は、本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線の構造を示す横断面図である。
　図１に示される本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線１０は、銅又は銅合金からなる芯材１の外周が亜鉛を含む被覆層２により被覆されており、被覆層２は、銅－亜鉛系合金であるε相のみからなる最外層２Ｂを有し、最外層２Ｂは、Ｃｕ濃度が１２～２０質量％であって、電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅が５質量％以内であることを特徴とする。被覆層２を構成する最外層２Ｂは、放電加工用電極線１０の表面層である。
　芯材１は、銅又は銅合金からなる。銅合金としては特に限定されるものではないが、黄銅であることが好ましい。
　芯材１の外周に設けられた亜鉛を含む被覆層２は、亜鉛めっき又は亜鉛合金めっき、好ましくは、亜鉛めっきを施すことにより設けられる。
　被覆層２は、少なくとも銅－亜鉛系合金であるε相のみからなる最外層２Ｂを有する。ε相とは、一般的に、ＣｕＺｎ５で表され、Ｃｕ濃度が１２～２４質量％程度、Ｚｎ濃度が７６～８８質量％程度のＣｕ－Ｚｎ合金である。ε相は島状ではなく、芯材の全周を覆うように層状に形成される。
　本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線１０においては、ε相のみからなる最外層２ＢのＣｕ濃度が１２～２０質量％であって、電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅が５質量％以内である。最外層２ＢのＣｕ濃度は、好ましくは１４～２０質量％であり、より好ましくは１５～１９質量％である。最外層２Ｂの電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅は、好ましくは４質量％以内であり、より好ましくは３質量％以内である。Ｃｕ濃度は、例えば、ＳＥＭ－ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いて最表面からおよそ１μｍの領域を測定することで求められる。
　電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅とは、電極線長手方向において端部から一定間隔ごとにＣｕ濃度を測定した際のＣｕ濃度の差（＝Ｃｕ濃度の最大値－Ｃｕ濃度の最低値）である。一定間隔は、特に限定されるものではないが、例えば２００ｋｇ以上の電極線では端部から１０～５０ｋｇごとに測定することが好ましい。２００ｋｇ未満の電極線では端部から１～２５ｋｇごとに測定することが好ましい。後述の熱処理工程が行われるボビン毎に、ばらつき幅が測定されることが望ましい。熱処理工程後、１つのボビンから電極線を切り分けて出荷する場合には、切り分けられたそれぞれの電極線におけるばらつき幅は、切り分けの長さによっても異なるが、通常、ボビン毎に測定して求められたばらつき幅よりも小さいばらつき幅となる。例えば、ボビンに巻かれた３００ｋｇの電極線が熱処理後に、約２０～５０ｋｇごとに切り分けられた場合、小分けされたそれぞれの電極線の長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅は、４質量％以内であることが好ましく、３質量％以内であることがより好ましく、２質量％以内であることがさらに好ましい。但し、前述のＣｕ濃度範囲内で、かつ、ばらつき幅が５質量％以内である限り、本発明の範囲内である。通常、電極線は５ｋｇ以上の単位で販売されているところ、本実施の形態におけるばらつき幅とは、５ｋｇ以上の電極線における長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅を言う。
　被覆層２は、最外層２Ｂの内側に亜鉛を含むその他の層を有していてもよく、例えば、銅－亜鉛系合金であるγ相を含む内層２Ａを有することが好ましい。γ相とは、一般的に、Ｃｕ５Ｚｎ８で表され、Ｃｕ濃度が４５～３５質量％程度、Ｚｎ濃度が５５～６５質量％程度のＣｕ－Ｚｎ合金である。γ相を含む内層２Ａは、γ相を内層中に８５質量％以上含むことが好ましく、９０質量％以上含むことがより好ましく、９５質量％以上含むことがさらに好ましく、１００質量％含むことが最も好ましい。
　被覆層２を構成する内層２Ａは、２層以上からなるものであってもよい。なお、銅－亜鉛系合金であるβ相からなる層や純亜鉛であるη相からなる層は、有していないことが好ましいが、本発明の効果を奏する限りにおいて存在していてもよい。
　被覆層２は、被覆層２中のε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、被覆層２中のγ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きいことが好ましい。本実施の形態においては、被覆層２中のε相の全部もしくは大部分が最外層２Ｂに存在し、被覆層２中のγ相の全部が内層２Ａに存在する。ε相の（０００１）Ｘ線回折強度は、γ相の（３３２）Ｘ線回折強度の３倍以上であることが好ましく、４倍以上であることがより好ましい。上限は特に限定されるものではないが、２０倍以下であることが好ましい。Ｘ線回折強度は、薄膜法（入射Ｘ線を低角度（例えば１０°）に固定させることによりＸ線の侵入深さを浅くし、芯材にわずかにＸ線が入る程度に調整して表面層の分析感度を高める手法）により測定したピーク強度を比較したものである。
　被覆層２の厚さは、全体として、１～２０μｍであることが好ましい。内層２Ａを有する場合、層厚比は、最外層２Ｂ／内層２Ａ＝４／１～１／１であることが好ましい。
〔放電加工用電極線の製造方法〕
　本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線１０の製造方法は、銅又は銅合金からなる芯材１の外周が亜鉛を含む被覆層２により被覆されている放電加工用電極線１０の製造方法において、芯材１の外周に亜鉛めっき又は亜鉛合金めっきを１回施す工程と、めっきを施した芯材１を伸線する工程と、伸線後に、被覆層２が銅－亜鉛系合金であるε相のみからなる最外層２Ｂを有し、最外層２ＢのＣｕ濃度が１２～２０質量％であって、電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅が５質量％以内となる熱処理条件で熱処理を施す工程とを含むことを特徴とする。以下、熱処理を焼鈍と言うことがある。
　亜鉛めっき又は亜鉛合金めっきを１回施す工程及び伸線する工程は、公知の方法により行なうことができる。
　伸線後に熱処理を施す工程を経ることにより、前述の本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線１０を製造することができる。熱処理条件は、好ましくは、１００～１２０℃、３～２４時間、より好ましくは１００～１２０℃、３～１８時間の範囲内で、前述の最外層２Ｂを形成できるように調整する。熱処理温度及び時間は、電極線の径や被覆層の厚さによって、適宜、調整する。例えば、１００℃で熱処理する場合、電極線の径がφ０．２０ｍｍであれば、６～１０時間程度が好ましく、電極線の径がφ０．２５ｍｍであれば、１０～１７時間程度が好ましい。また、例えば、１００℃で熱処理する場合、被覆層の厚さが１．５μｍ未満であれば、３～７時間程度が好ましく、被覆層の厚さが１．５μｍ以上であれば、７～１８時間程度が好ましい。
　上記本発明の実施の形態に係る製造方法によれば、上記熱処理を施す工程を経ることにより、被覆層２を構成する内層２Ａも同時に形成できる。上記熱処理条件内で適宜、調整することにより、被覆層２中のε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、被覆層２中のγ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きい被覆層を形成できる。
〔本発明の実施形態の効果〕
　本発明の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線において最表面層のＣｕ濃度のばらつきが抑制された放電加工用電極線及びその製造方法を提供できる。
（２）１回のめっき工程で製造できるため、生産性に優れる放電加工用電極線及びその製造方法を提供できる。
　次に実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
〔放電加工用電極線の製造〕
　芯材１としての黄銅線（線径：１．２ｍｍ）上に電解亜鉛めっき法により厚さ約１０μｍの亜鉛めっき層を形成した。亜鉛めっきを施した芯材１を線径が０．２０ｍｍ（めっき層１．７μｍ）になるまで伸線した後、ボビン（Ｆ３５０：胴径３４０ｍｍ）に巻き取り、この状態で焼鈍（熱処理）を行ない、各３００ｋｇの放電加工用電極線を製造した。焼鈍（熱処理）条件は、実施例は、１００℃、８時間であり、比較例は１６０℃、３時間である。
　製造した放電加工用電極線それぞれについて、ＳＥＭ－ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いて加速電圧１５ｋＶで電極線最表面からおよそ１μｍの領域をＥＤＸ分析することによりＣｕ濃度を測定した。図２は、実施例及び比較例の放電加工用電極線についての最表面層のＣｕ濃度の測定結果を示すグラフである。実施例では、端部から約２５ｋｇ間隔で、比較例では、端部から約５０ｋｇ間隔でＣｕ濃度を測定した。実施例の電極線における長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅は２．７質量％であり、比較例の電極線における長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅は１２質量％であった。
　また、電極線の断面研磨試料をＳＥＭ観察、分析することにより、被覆層（最外層及び内層）の相状態を確認したところ、実施例ではε相のみからなる最外層及びγ相を含む内層が形成されていた。
〔Ｘ線回折強度の測定・検討〕
　下記の方法により放電加工用電極線を製造し、前述の薄膜法（Ｘ線入射角度：１０°）によりＸ線回折強度の測定を行なった。図３Ａ～Ｃは、各焼鈍時間及び焼鈍温度で作製した放電加工用電極線（芯材の線径：０．２０ｍｍ）についてのＸ線回折強度の測定結果を示しており、図３Ａは被覆層中のε相（ＣｕＺｎ５）の（０００１）強度の測定結果であり、図３Ｂは被覆層中のγ相（Ｃｕ５Ｚｎ８）の（３３２）強度の測定結果であり、図３Ｃは被覆層中のη相（Ｚｎ）の（１００）強度の測定結果である。なお、図３Ａ～Ｃにおける２５℃のプロットは、焼鈍しなかった放電加工用電極線の測定結果である。
　芯材１としての黄銅線（線径：１．２ｍｍ）上に電解亜鉛めっき法により厚さ約１０μｍの亜鉛めっき層を形成した。亜鉛めっきを施した芯材１を線径が０．２０ｍｍ（めっき層１．７μｍ）になるまで伸線した後、ボビン（Ｆ１０：胴径１００ｍｍ）に巻き取り、この状態で焼鈍を行ない、各１０ｋｇの放電加工用電極線を製造した。焼鈍条件は、４０～１６０℃（４０、６０、８０、１００、１２０、１６０℃）、３時間及び８時間である。
　図３Ａ及び３Ｂより、焼鈍温度１２０℃以下において、焼鈍時間３時間及び８時間のいずれも、ε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、γ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きいことが分かる。なお、８時間焼鈍品は、焼鈍温度１００℃でη相の（１００）Ｘ線回折強度が０となり、３時間焼鈍品は、焼鈍温度１２０℃でη相の（１００）Ｘ線回折強度が０となった（図３Ｃ）。η相は純Ｚｎ相であり、軟らかいため摩耗粉が出やすく、放電加工機のパスライン上でカスとして溜まる。そのため、η相は熱処理で無くした方が良く、そのためには１００℃以上の熱処理が必要であることが分かる。
　上記Ｘ線回折強度の測定結果より、１００℃～１２０℃の熱処理が最適である。
　なお、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず種々に変形実施が可能である。
１：芯材、２：被覆層、２Ａ：内層、２Ｂ：最外層（ε相）
１０：電極線
 

Claims (6)

  1. 　銅又は銅合金からなる芯材の外周が亜鉛を含む被覆層により被覆されており、
    　前記被覆層は、銅－亜鉛系合金であるε相のみからなる最外層を有し、
    　前記最外層は、Ｃｕ濃度が１２～２０質量％であって、電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅が５質量％以内である放電加工用電極線。
  2. 　前記被覆層は、銅－亜鉛系合金であるγ相を含む内層を有する請求項１に記載の放電加工用電極線。
  3. 　前記被覆層中のε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、前記被覆層中のγ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きい請求項２に記載の放電加工用電極線。
  4. 　前記芯材は、黄銅からなる請求項１～３のいずれか１項に記載の放電加工用電極線。
  5. 　銅又は銅合金からなる芯材の外周が亜鉛を含む被覆層により被覆されている放電加工用電極線の製造方法において、
    　前記芯材の外周に亜鉛めっき又は亜鉛合金めっきを１回施す工程と、
    　めっきを施した前記芯材を伸線する工程と、
    　伸線後に、前記被覆層が銅－亜鉛系合金であるε相のみからなる最外層を有し、前記最外層のＣｕ濃度が１２～２０質量％であって、電極線長手方向のＣｕ濃度のばらつき幅が５質量％以内となる熱処理条件で熱処理を施す工程とを含む放電加工用電極線の製造方法。
  6. 　前記熱処理条件は、熱処理温度１００～１２０℃、熱処理時間３～２４時間の範囲内である請求項５に記載の放電加工用電極線の製造方法。
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