(57)【要約】【課題】ワイヤ上に形成された非絶縁性樹脂が、加工液によってその性状に影響を受けることなく安定した状態を維持することで、本来の放電性能を十分に発揮できる放電加工用ワイヤを提供する。【解決手段】ワイヤ表面に形成する樹脂層としては、水や油に曝されても「変質」しない樹脂をワイヤ上に形成することで、より効果的な放電性能を発揮し、加工速度の向上及び被加工物の加工面性状の良好化が図れる。特にセラック樹脂を使用することで、安全面・環境面にも優位である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層に樹脂層を形成する放電加工用ワイヤであって、
該樹脂層が加工液に曝されても変質しない樹脂からなることを特徴とする放電加工用ワイヤ。
【請求項２】
前記樹脂がセラック樹脂であることを特徴とする請求項１記載の放電加工用ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電加工用ワイヤに関する。特に小さな放電ギャップで安定して放電を発生させることができる微細加工に好適な放電加工用ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤ放電加工は、放電加工用の電極としてワイヤを使用し、加工液中でワイヤと被加工物（ワーク）との間に放電電圧を印加して、放電現象により発生した熱で被加工物を溶解切断する加工法である。一般的にワイヤは線径が０．２ｍｍ程度であるが、微細な加工の場合には線径１００μｍ以下（０．０１〜０．１ｍｍ）の極細径のワイヤが使用される。線径が比較的大きいものでは、黄銅（ブラス）すなわち真鍮のワイヤが使用される。黄銅線は導電率が高いため放電時の発熱が小さく、放電特性も優れている。しかし、黄銅線は強度（引張り強さ）が小さいため、極細径のワイヤを使用することができない。そこで極細径のワイヤ、特に微細加工に用いるような線径φ１００μｍ以下のものでは、高い強度（引張り強さ）を有するＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）のワイヤが使用されている。しかし、タングステン線やモリブデン線は、価格および生産性に問題がある。そこで鋼線の表面に銅や黄銅のめっき等を施したワイヤや、更にその最表面に亜鉛めっきを施したワイヤ（複合線）も開発されている。
【０００３】
また、ワイヤ放電加工では安定した放電を発生させることが必要である。具体的にはワイヤと被加工物との間に数ミクロン〜数十ミクロンの間隙（極間距離）すなわち放電ギャップが必要である。放電ギャップが大きい、つまり大きな放電を発生させると被加工物のダメージは大きく、加工速度は速くなるが、加工面は粗くなる。また、放電ギャップが小さい、つまり小さな放電による加工を行うと加工面は綺麗になるが、加工速度は遅くなる。またこの場合、加工が不安定となりやすく加工能率が低下する。
【０００４】
そこで、例えば放電加工機においては、加工中の放電電圧および放電電流をモニターしながら被加工物を加工方向へサブミリ秒オーダで前進後退させて放電ギャップを適正に保持する制御（極間サーボ制御）が行われている。
【０００５】
しかし、微細加工の場合、極間が非常に狭く、前述のような加工機の制御のみで安定した放電ギャップが維持できない。特に高速加工中はワイヤの「振れ」等によるワイヤと被加工物との接触（短絡）が避けられない。短絡すると異常放電でワイヤが断線して加工面性状が悪化するという問題がある。
【０００６】
このような「振れ」等による短絡で異常放電が発生して断線する頻度を低減し、加工面性状の悪化を防止する方法として、例えば特許文献１が提案されている。特許文献１においては、放電加工用ワイヤの表面に斑点状の絶縁膜を「まだら状」に施すことが提案されている。この方法によると、ワイヤと被加工物とが接触したときの短絡を減らすことはできる。
【０００７】
しかし、このような「まだら状」に施された絶縁膜は電気を通さないため、放電に有効に寄与する表面積が少なくなっている。すなわち実質的な放電性能を低下させることで、放電回数を強制的に減少させている。従って必然的に加工速度が遅くなる。
【０００８】
特許文献１の放電加工用ワイヤを改善したものとして例えば特許文献２のようなものがある。特許文献２におけるワイヤは最表面（略全面）に放電母材（黄銅、鋼、Ｗ、Ｍｏ等）よりも電気抵抗の大きい非絶縁性抵抗膜を有するものもある。そうすることで、放電特性を損なうことなく加工速度低下の主要因の１つである短絡の発生を抑制しつつ、放電ギャップを十分に小さくすることができる。つまり小さな放電ギャップで安定した放電を連続的に発生させることで加工面性状を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２８１３３７号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２に適用されるような非絶縁性抵抗膜の種類として例えばアルキド樹脂、ポリエチレン樹脂やポリエステル樹脂を０．１〜５．０μｍの厚みで設けるように記載されている。これらの樹脂は加工液に曝されることになる。加工液は絶縁雰囲気を形成することを主目的とし、例えば純水（イオン交換水）や油等が用いられる。
【００１１】
しかし、ワイヤ上に形成された樹脂は、必ずしも加工液中で安定していない。樹脂の種類によっては、樹脂層中に加工液を取り込んだような状態（以下、膨潤と表現する）となる。膨潤状態の樹脂は柔らかく軟質となり、容易に剥離してしまう。そのため放電加工に際してに小さな放電ギャップで、且つ安定した小さな放電を発生させて加工能率を高めることに効果的に寄与していないことが判明した。そこで本発明は、ワイヤ上に形成された非絶縁性樹脂が加工液によってその性状に影響を受けることなく、安定した状態を維持させて、本来の性能を十分に発揮できる放電加工用ワイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記、課題を解決するものとして、
表層に樹脂層を形成する放電加工用ワイヤであって、
該樹脂層が加工液に曝されても変質しない樹脂からなることを特徴とする放電加工用ワイヤ、とする。
【００１３】
更に、前記樹脂がセラック樹脂からなることを特徴とする放電加工用ワイヤ、とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のワイヤにおいては、加工液に曝されたとしても膨潤することなく安定した状態を維持することができる。よって小さな放電ギャップで、且つ安定した小さな放電を連続的に発生させ、放電頻度を極限にまで増加させて加工能率を高めることができる。また、加工液によってワイヤ表面に形成する非絶縁性樹脂を選定する必要なく利用することができる。
【００１５】
更に「加工液に曝されても変質しない樹脂」として具体的にはセラック樹脂であれば、石油系でない、天然樹脂のため無害であり、安全面・環境面においても適している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の放電加工用ワイヤの代表例
【図２】本発明に適する樹脂の安定度評価におけるリール巻きされた側面図
【図３】本発明に適する樹脂の安定度評価におけるリール巻きされた断面図と剥がしたテープの評価イメージ図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明において「変質しない」とは加工液に曝された時に、加工液に曝される前の状態と変わりないことを意味する。具体的には加工液に曝されても物理的に容易に剥離せず、加工液に曝される前と変わりない層の形成を維持しているもののことを言う。
【００１８】
ワイヤに設けられる樹脂層として「変質する樹脂」が選定された場合、ワイヤの樹脂層が加工液に曝された後の放電において、以下のような現象が考えられる。
【００１９】
ワイヤによる放電加工を行う際、ワイヤから数万回／ｓｅｃという多数回の放電が発生している。この時、被加工物が放電現象により発生した熱で溶解切断される。同時にワイヤにも同程度のダメージを受ける。放電によるエネルギーはワイヤ自体を「振れ」させるだけでなく、ワイヤ及び被加工物を取り巻く雰囲気、つまり加工液の局所的な急流を発生させる。更に被加工物が溶解切断されたスラッジが飛散する。このように局所的には、様々な要因により激しい物理的な「衝撃」が生じている。
【００２０】
そうした中で従来のような変質した、つまり膨潤した樹脂は脆く剥がれ易いため、「衝撃」に耐えきれず容易に弾かれてしまう。このような状況下で数万回／ｓｅｃという多数回の放電が行われると僅かな放電回数であっても、未放電であるワイヤ表面上の樹脂層の剥離を誘発してしまう。その結果、樹脂層が剥離された部分による放電が行われる機会が多くなる。つまり樹脂層を設けたことによる効果が必ずしも得られていないことが判明した。
【００２１】
よって樹脂層は加工液に曝されても膨潤のような変質をすることなく、安定した層を形成していなければならない。こうした知見に基づき、樹脂層を設けるためには加工液に対する「安定度」を評価する必要がある。「安定度」は実質的に「変質する」または「変質しない」の判断基準とし得る。この安定度評価を以下のように行った。
【００２２】
詳細を図２及び図３を用いて説明する。まず、樹脂層を形成した放電加工用ワイヤを準備する。樹脂層としては本発明の代表例であるセラック樹脂の他、比較例としてポリスチレン、ポリプロピレンと３種を検証した。その際、樹脂層は判別し易いように着色しておくと良い。このワイヤをリールに水平に、且つ密巻きにする。リールのフランジ１４間の幅は１００ｍｍ程度あればよい。これをリールごと加工液に１分間浸漬し引き上げ、温風乾燥させる。
【００２３】
次に、ＪＩＳ  Ｄ  ０２０２に準拠した碁盤目テープ剥離試験を行う。使用するテープ１６はセロハンテープ（ニチバン株式会社製「ＣＴ４０５ＡＰ−１８」）を用いる（以下、テープと称す）。図２のように密巻きされたワイヤ巻き面１２において、このテープをワイヤ巻き方向と垂直になるように４箇所貼り付ける。指の腹、爪でしっかりと貼り付ける。好ましくはリールの巻き面１２において図３のように等間隔（４方向）に貼り付ける。その際、リールのフランジ部１４から少なくとも５ｍｍ離して貼り付ける。しっかり貼り付けた後に、各テープを剥がし検証を行う。
【００２４】
検証を行う方法としては、各テープの貼り付け面積（テープ幅１８ｍｍ×テープ長さ）のうち、中心１５ｍｍ×１５ｍｍの面積を検証域として判断を行う。検証域を更に１ｍｍ角の格子状に区画し、各格子に対して樹脂の付着具合を評価する。これらの操作においてはマイクロスコープ等、デジタル表示上で行うと評価しやすい。
【００２５】
格子内の７０〜１００％に樹脂の着色が見られる場合には「１」とし、格子内における３０〜７０％程度の着色が見られる場合には「０．５」、格子内における０〜３０％程度の着色が見られる、または見られない場合には「０」と評価する。全ての格子（２２５マス）に対して評価をし、合算した値を樹脂の「剥離値」とし、数値評価した。「剥離値」が０〜９０の時、ワイヤ表層の樹脂は「変質しない」とし、９１〜２２５の時、ワイヤ表層の樹脂は「変質した」とした。尚、樹脂が無色の場合は各格子領域における成分分析により行うことも可能である。
【００２６】
また、加工液については、イオン交換水及び油について評価した。使用する油は比較のため２種類用意した。１つは株式会社ソディックハイテック社製の３０ニュートラルオイルを使用した（種類をＡとする）。もう１つは出光興産株式会社製ダフニーカットＨＬ−２５を使用した（種類をＢとする）。その結果を表１に記載する。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
選定した樹脂はいずれもイオン交換水に対しては非常に安定であった。対照的に加工液が油の場合には顕著な違いが見られた。つまり油の種類に関わらず、油に曝されると簡単に剥離してしまうことが表１の結果から明らかである。
【００２９】
実際には目視でその変質がわかる。油に浸漬後の状態を観察すると明らかに樹脂と油とが馴染んだ状態、前述の「膨潤」していることがわかる。
【００３０】
尚、ワイヤの製造方法は特に指定されるものではない。ワイヤ芯材の表層に樹脂層を形成する従来の方法であれば良い。例えば浸漬（溶剤揮発による塗布）の他、押し出し成形、ＵＶ成形といった方法を用いることも可能である。
【実施例１】
【００３１】
実際に放電性能について評価をした。本発明に基づきワイヤを製作し比較実験を行った。いずれの実施例に使用するワイヤもφ０．１０ｍｍからなる硬鋼線を芯材とし、芯材の周縁にブラスメッキを有するワイヤを用いた。このワイヤをそのまま使用した場合を従来例とした。本発明例としてはセラック樹脂を０．５μｍ塗布し樹脂層を形成したものとした。尚、ポリスチレン樹脂またはポリプロピレン樹脂を０．５μｍ塗布し樹脂層を比較例とした。
【００３２】
各種製作したワイヤを用いた放電加工評価を実施するに当たり、被加工物として材質がＳＫＤ１１材、厚みが１０ｍｍの板を用意した。使用した設備は三菱電機社製（型番ＰＸ−０５）放電加工機であり、設定電圧を１５０Ｖ、ワイヤ走行速度を１０ｍ／ｍｉｎで行った。
【００３３】
評価項目としては（１）５０ｍｍ切断加工した時の時間（速度）、及び（２）加工面粗さを測定した。その結果を従来ワイヤの各値を１とした時の相対評価で各々行った。
【００３４】
まず、加工雰囲気としてイオン交換水雰囲気で行った。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
安定度評価において、いずれの樹脂も安定であった結果からも推察できた通り、加工速度及び加工面粗さ、いずれにおいても大差はなかった。僅かに本発明のワイヤが優位である。
【実施例２】
【００３７】
次に、加工雰囲気として油で行った。使用する油は比較のため２種類用意し加工を行った。安定度評価と同様、１つは株式会社ソディックハイテック社製の３０ニュートラルオイルを使用した（種類をＡとする）。もう１つは出光興産株式会社製ダフニーカットＨＬ−２５を使用した（種類をＢとする）。これらの加工の結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
比較例としたいずれの樹脂においても加工速度が従来の裸線で行う場合よりも低下した。これは前述した通り、樹脂が変質することにより剥離し、表２で得られたような樹脂による放電効果が低減された為である。同様に加工面の粗さも悪化している。対して本発明例においては加工速度及び加工面粗さ共に従来の裸線のものより格段に良好な性能を示した。つまり、樹脂層による放電性能が十分に発揮されていることが言える。
【符号の説明】
【００４０】
２・・・・・放電加工用ワイヤ
４・・・・・セラック樹脂層
６・・・・・ブラス層
８・・・・・芯材
１０・・・・加工液
１２・・・・リール巻き面
１４・・・・フランジ部
１６・・・・テープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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