(57)【要約】【課題】放電加工における集中放電の発生を抑制して、加工精度及び加工速度を向上させ得る放電加工用電極線の提供。【解決手段】ワイヤ放電加工用電極線２は、鋼線４からなる芯と、ブラス層６からなる表面層とを備えている。このブラス層６の表面からブラス層６の厚みに対する深さ５０％までの間における、結晶粒７の平均個数が１．５個／μｍ以上である。若しくは、このブラス層６の表面からブラス層６の厚みに対する深さ２５％までの間における、結晶粒７の平均個数が１．５個／μｍ以上である。又は、この放電加工用電極線２では、このブラス層６の表面において、長手方向の結晶粒７の平均個数が１．５個／μｍ以上である。【選択図】図２
2010214555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼線からなる芯と、ブラス層からなる表面層とを備えており、
このブラス層の表面からブラス層の厚みに対する深さ５０％までの間における結晶粒の平均個数が１．５個／μｍ以上であるワイヤ放電加工用電極線。
【請求項２】
鋼線からなる芯と、ブラス層からなる表面層とを備えており、
このブラス層の表面からブラス層の厚みに対する深さ２５％までの間における結晶粒の平均個数が１．５個／μｍ以上であるワイヤ放電加工用電極線。
【請求項３】
鋼線からなる芯と、ブラス層からなる表面層とを備えており、
このブラス層の表面における長手方向の結晶粒の平均個数が１．５個／μｍ以上であるワイヤ放電加工用電極線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工の工具電極として用いられる電極線に関する。詳細には、本発明は、この電極線として用いられるワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工は、工具電極と被加工物との間に放電を起こして、被加工物を加工する加工法である。この工具電極としてワイヤが用いられる。このワイヤと被加工物とは、誘電体液中で、僅かな間隙を設けて対峙させられる。このワイヤと被加工物とが電極とされて、パルス制御された電気エネルギーが供給される。ワイヤと被加工物との間で、パルス状の放電が繰り返される。この放電により、被加工物が溶融、除去される。このワイヤと被加工物との僅かな間隙が維持されて、この放電が繰り返される。これにより、被加工物は、目的の形状に加工される。
【０００３】
近年、放電加工において、被加工物の寸法及び形状の微細化の要請が高まっている。また、被加工物の加工精度の向上の要請が高まっている。寸法及び形状が微細な被加工物の放電加工では、ワイヤの線径が小さくされる必要がある。また、放電加工を安定的に行うために、ワイヤと被加工物との間に僅かな間隙が維持される必要がある。
【０００４】
放電加工では、放電が起きるとワイヤは振られ易い。このワイヤの振れは、放電加工の精度を低下させる。放電加工によるワイヤの振れを抑制するめ、ワイヤに大きな張力が設定されることが望ましい。そのため、細径でありながら、高い引張強さを備えるワイヤが望まれている。この様な要望に対して、例えば、特開２００３−３１１５４４公報には、芯にピアノ線を用い、このピアノ線にブラスメッキ及び亜鉛メッキがされた、高強度ワイヤが提案されている。この高強度ワイヤが用いられることより、従来より、被加工物の加工精度及び加工表面の面粗度が向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１１５４４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３は、従来のワイヤ８の断面の部分拡大図である。このワイヤ８は、芯としての鋼線１０と表面層としてのブラス層１２とを備えている。鋼線１０は、長い線状形状を有する。この長手方向に垂直な断面は、円形である。この鋼線１０の外周面にブラス層１２が形成されている。このブラス層１２は、多数の結晶粒からなる。この図３には、このブラス層１２の結晶粒界が模式的に示されている。
【０００７】
このワイヤ８を用いた放電加工では、このブラス層１２と被加工物との間で放電が発生する。放電加工では、集中放電が発生することがある。集中放電が発生すると、ワイヤ８は、大きく振られ易い。集中放電は、放電加工の精度を一層低下させる。ワイヤ８が大きく振られると、ワイヤ８と被加工物とが接触する恐れがある。ワイヤ８と被加工物とが接触すると、短絡が起こる。この短絡により、放電加工の加工速度は低下させられる。前述の高強度ワイヤは、放電加工におけ集中放電を抑制するものではない。集中放電が発生すると、高強度ワイヤであっても大きく振られ易い。
【０００８】
本発明の目的は、放電加工における集中放電の発生を抑制して、加工精度及び加工速度を向上させ得る放電加工用電極線の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、鋼線からなる芯と、ブラス層からなる表面層とを備えている。このブラス層の表面からブラス層の厚みに対する深さ５０％までの間において、結晶粒の平均個数は、１．５個／μｍ以上である。若しくは、このブラス層の表面からブラス層の厚みに対する深さ２５％までの間において、結晶粒の平均個数は、１．５個／μｍ以上である。又は、この放電加工用電極線では、このブラス層の表面において、長手方向の結晶粒の平均個数は、１．５個／μｍ以上である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るワイヤ放電加工用電極線では、放電加工における集中放電の発生が抑制されている。放電加工中のワイヤの振れが抑制されている。この電極線を用いたワイヤ放電加工では、従来の電極線を用いた放電加工に比べて、加工精度が向上している。この電極線を用いたワイヤ放電加工では、加工時間が短縮され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るワイヤが示された一部切り欠き斜視図である。
【図２】図２は、図１の矢印IIで示された断面の部分拡大図である。
【図３】図３は、従来のワイヤの断面の部分拡大図である。
【図４】図４は、実施例１のワイヤの断面の部分拡大写真である。
【図５】図５は、比較例１のワイヤの断面の部分拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１３】
図１に示されたワイヤ２は、芯としての鋼線４と表面層としてのブラス層６とを備えている。この鋼線４の長手方向に垂直な断面は、円形である。この鋼線４は、硬鋼線等からなる。ブラス層６は、銅と亜鉛との合金からなる。
【００１４】
図２は、図１の矢印IIで示された断面の部分拡大図である。図２の断面は、鋼線４の長手方向に沿った断面である。この断面は、円形断面の中心を通る平面である。ブラス層６は、この鋼線４の外周面を覆っている。図２に示されるように、ブラス層６は、多数の結晶粒７からなる。この図２には、このブラス層６の結晶粒７の結晶粒界が模式的に示されている。図２の両矢印Ｔは、ブラス層６の厚みを示している。
【００１５】
図２の両矢印Ｔ１は、両矢印Ｔの方向にブラス層６の表面からの所定の深さまでの距離を示している。図２の断面のブラス層６の表面に、任意の点Ａ１が定められる。この点Ａ１の位置で、ブラス層６に両矢印Ｔの方向に直線Ｌ１が引かれる。深さＴ１の範囲で、この直線Ｌ１と結晶粒界との交差する点の数が数えられる。この図２で、点Ｐ１及び点Ｐ２の２点が交差する点である。この直線Ｌ１と結晶粒界との交差する点の数に１を加えた数が、直線Ｌ１が通る結晶粒の個数である。この図２で、直線Ｌ１は、深さＴ１の範囲で結晶粒７ａ、７ｂ及び７ｃを通っている。この点Ａ１で、ブラス層６の表面からブラス層の厚みに対する深さ（（Ｔ１／Ｔ）・１００）％までの間における結晶粒の個数が求められる。
【００１６】
図２に示されたブラス層６の表面に、ワイヤ２の長手方向に沿って点Ａ２が定められる。この点Ａ２は、点Ａ１からワイヤ２の長手方向に０．５μｍの間隔を空けて定められる。点Ａ１と同様にして、この点Ａ２の位置で、ブラス層６に直線Ｌ２が引かれる。深さＴ１の範囲で、この直線Ｌ２と結晶粒界との交差する点の数が数えられる。この直線Ｌ２と結晶粒界との交差する点の数に１を加えた数が、直線Ｌ２が通る結晶粒の個数として求められる。こうして、点Ａ２で、ブラス層６の表面からブラス層の厚みに対する深さ（（Ｔ１／Ｔ）・１００）％までの間における結晶粒の個数が求められる。
【００１７】
図示されないが、同様にして、ワイヤの長手方向に、点Ａ３から点Ａ１０まで８点が定められる。ここでは、点Ａ１から点Ａ１０までが一方の向きに０．５μｍ間隔で定められる。この点Ａ３から点Ａ１０までの８点の位置で、点Ａ１と同様にして、ブラス層６の表面からブラス層の厚みに対する深さ（（Ｔ１／Ｔ）・１００）％までの間における結晶粒の個数が求められる。点Ａ１から点１０までの１０点から、この結晶粒の個数の平均値が求められる。この平均値が深さＴ１で割られて、１μｍ当たりの結晶粒の個数の平均値が求められる。この１μｍ当たりの結晶粒の個数の平均値が、ブラス層６の表面からブラス層の厚みに対する深さ（（Ｔ１／Ｔ）・１００）％までの間における、結晶粒の平均個数である。
【００１８】
このワイヤ２では、ブラス層６の表面からブラス層の厚みに対する深さ５０％までの間における結晶粒の平均個数は、１．５個／μｍ以上とされている。例えば、ブラス層の厚さが４μｍである場合、表面から深さ２μｍまでの間における結晶粒の平均個数は３個以上とされている。若しくは、このワイヤ２では、ブラス層６の表面からブラス層の厚みに対する深さ２５％までの間における結晶粒の平均個数は、１．５個／μｍ以上とされている。例えば、ブラス層の厚さが４μｍである場合、表面から深さ１μｍまでの間における結晶粒の平均個数は１．５個以上とされている。
【００１９】
図２の両矢印Ｘは、ワイヤ２の長手方向に沿った距離を示している。この距離Ｘは、ブラス層６の表面に沿って図られる。図２のブラス層６の表面に、任意の点Ｂ１が定められる。この点Ｂ１からブラス層６の表面に沿って距離Ｘだけ離れた点が点Ｃ１とされる。この点Ｂ１から点Ｃ１までの間で表面と結晶粒界との交差する点が数えられる。この図２で、点Ｐ３、点Ｐ４及び点Ｐ５の３点が交差する点である。この交差する点の数に１を加えた数が、点Ｂ１から点Ｃ１までの距離Ｘにおける結晶粒の個数である。点Ｂ１から点Ｃ１までの距離Ｘで、結晶粒７ｄ、７ｅ、７ｆ及び７ｇの４個が表面に露出している。
【００２０】
ブラス層６の表面に、ワイヤ２の長手方向に沿って点Ｂ２が定められる。この点Ｂ２は、点Ｂ１からワイヤ２の長手方向に０．５μｍの間隔を空けて定められる。点Ｂ１と同様にして、この点Ｂ２から距離Ｘだけ離れた点が点Ｃ２とされる。この点Ｂ２から点Ｃ２までの間で表面と結晶粒界との交差する点が数えられる。点Ｂ１から点Ｃ１までの距離Ｘで求めたようにして、点Ｂ２から点Ｃ２までの距離Ｘにおける結晶粒の個数が求められる。
【００２１】
図示されないが、同様にして、ワイヤの長手方向に、点Ｂ３から点Ｂ１０まで８点が定められる。ここでは、点Ｂ１から点Ｂ１０までが一方の向きに０．５μｍ間隔で定められる。この点Ｂ３から点Ｂ１０までそれぞれから距離Ｘだけ離れた点が点Ｃ３から点Ｃ１０とされる。点Ｂ１から点Ｃ１までの距離Ｘで求めたようにして、点Ｂｎ（ｎは３から１０までの自然数）から点Ｃｎまでの距離Ｘにおける結晶粒の個数が求められる。この様にして１０回の測定で得られた距離Ｘをおける結晶粒の個数の平均値が求められる。この平均値を距離Ｘで割って、１μｍ当たりの結晶粒の個数の平均値が求められる。この１μｍ当たりの結晶粒の個数の平均値が、長手方向の結晶粒の平均個数である。この長手方向の結晶粒の平均個数は、ブラス層６の表面において求められる。このワイヤ２では、距離Ｘ＝５μｍとして測定がされたとき、この結晶粒の平均個数は、１．５個／μｍ以上とされている。
【００２２】
前述した図３は、従来のワイヤ８について、図２と同様の断面が示されたものである。図３は、鋼線１０の円形断面の中心を通る長手方向に沿った断面である。図２の両矢印Ｔは、ブラス層１２の厚みを示している。両矢印Ｔ１は、両矢印Ｔの方向にブラス層１２の表面からの所定の深さまでの距離を示している。図２の両矢印Ｘは、ブラス層１２の表面における、ワイヤ８の長手方向に沿った距離を示している。図２及び図３に示されるように、このワイヤ２のブラス層６は、ワイヤ８のブラス層１２に比べて結晶粒径が小さくされている。
【００２３】
このワイヤ２が放電加工の電極線として用いられる。このワイヤ２と被加工物との間に僅かな間隙が設けられて、電気エネルギーが供給される。この隙間は、通常１μｍ以上２０μｍ以下の大きさである。このワイヤ２のブラス層６と被加工物との間で、放電が発生する。この放電により、被加工物が溶融、除去され、加工される。
【００２４】
ブラス層６では、結晶粒内が結晶粒界より電気抵抗が小さい。結晶粒径が大きい部分では、電気抵抗が小さくなり、大きな電流が流れやすい。このワイヤ２のブラス層６では、従来のブラス層１２に比べ結晶粒径が小さくされている。このブラス層６の結晶粒は、従来のブラス層１２の結晶粒に比べて、大きな電流が流れ難くされている。これにより、このワイヤ２では、従来のワイヤ８に比べて、大きな集中放電の発生が抑制されている。このワイヤ２は放電による振れが小さくされている。このワイヤ２は、放電加工の加工精度の向上に寄与する。このワイヤ２を用いた放電加工では集中放電の発生が抑制されているので、この放電加工は従来のワイヤ８を用いた放電加工より加工速度を速くできる。このワイヤ２を用いた放電加工は、従来のワイヤ８を用いた放電加工より短い時間で、高精度の加工が可能となっている。
【００２５】
このワイヤ２では、ブラス層６の表面の結晶粒径が小さいので、ブラス層６の表面に発生する放電が、表面全体でより均一に発生する。これにより、従来のワイヤ８を用いた放電加工に比べ、このワイヤ２を用いた放電加工は、被加工物の加工面の面粗度が小さくなる。このワイヤ２では、この鋼線４の外周面とブラス層６との間に更に他の導電層が備えられてもよい。
【００２６】
このワイヤ２の製造方法では、鋼線が準備される（ＳＴＥＰ１）。この鋼線の外周面に銅メッキがされる（ＳＴＥＰ２）。この銅メッキの外周面に亜鉛メッキがされる（ＳＴＥＰ３）。熱拡散処理によりこの銅メッキと亜鉛メッキとからブラス層が形成される（ＳＴＥＰ４）。ブラス層で覆われた鋼線が伸線される（ＳＴＥＰ５）。この伸線の後にブラス層を備えた鋼線が熱処理される（ＳＴＥＰ６）。この熱処理工程では、ブラス層を備えた鋼線が３５０°Ｃから６００°Ｃに加熱され、その後に空冷されている。こうして、鋼線４とブラス層６とを備えたワイヤ２が得られる。このブラス層６の結晶粒径は、この熱処理工程（ＳＴＥＰ６）における、加熱温度及び加熱時間で制御され得る。
【００２７】
この鋼線４の炭素含有量は、０．５質量％以上１．２重量％以下が好ましい。炭素含有量が０．５重量％以上の鋼線４は、十分な引張強さを得られ得る。炭素含有量１．２重量％以下の鋼線４では、容易に伸線加工がされ得る。
【００２８】
この鋼線４の線径は、０．００５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下が好ましい。線径が０．００５ｍｍ以上の鋼線４は、十分な引張強さが付与され得る。これにより、被加工物の寸法精度及び加工表面である切断面の表面粗度が向上する。線径が０．３０ｍｍ以下の鋼線４は、線径が細く、精密加工部品を高精度に加工し得る。この観点から、鋼線４の線径は、０．２０ｍｍ以下がより好ましい。
【００２９】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【実施例】
【００３０】
［実施例１］
実施例１のワイヤが準備された。このワイヤの線径は５０μｍである。このワイヤは、図１に示されたブラス層を備えている。このワイヤは、前述の熱処理工程（ＳＴＥＰ６）で熱処理されて得られた。図４は、実施例１のワイヤの断面の部分拡大写真である。この写真は、日本電子（株）製のサーマル電解放出形走査顕微鏡（型番ＪＳＭ−７０００Ｆ）を用いて作成された。
【００３１】
［実施例２］
実施例２のワイヤが準備された。このワイヤでは、熱処理工程（ＳＴＥＰ６）の熱処理条件を変更して得られた。その他は実施例１と同様にして、実施例２のワイヤが、得られた。図示されないが、実施例２も、実施例１と同様にして、ワイヤの断面の部分拡大写真が作成された。
【００３２】
［比較例１］
図５は、比較例１のワイヤの断面の部分拡大写真である。この写真も、実施例１と同様にして、作成された。この比較例１のワイヤは、市販のワイヤである。このワイヤは、図３に示されたブラス層を備えている。このワイヤの線径は、５０μｍである。
【００３３】
［ブラス層の結晶粒の平均個数の測定］
図４に示された断面の部分拡大写真をもとに、実施例１のブラス層の結晶粒の平均個数が求められた。図２を用いて説明がされたように、ブラス層の表面からブラス層の厚みに対する深さ５０％までの間における結晶粒の平均個数が求められた。この平均個数は、単位長さ1μｍ当たりの個数として求められている。同様にして、この深さ２５％までの間における結晶粒の平均個数が求められた。同様に、距離Ｘ＝５μｍとして、長手方向における結晶粒の平均個数が求められた。実施例２及び比較例１についても、同様にして結晶粒の平均個数が数えられた。この結果が表１に示されている。
【００３４】
［放電加工評価］
被加工物として、実験片が準備された。この実験片の材質は、ＳＫＤ１１である。この実験片の形状は、一辺が１０ｍｍの正方形の面を有する直方体である。この実施例１のワイヤが、工具電極として放電加工機に取り付けられた。このワイヤが、１０ｍ／ｍｉｎの速度で送られた。このワイヤで、実験片に深さ５ｍｍの溝が加工された。この５ｍｍの溝が加工されるまでに要した加工時間が測定された。同様にして、実施例２及び比較例１について加工時間が測定された。比較例１の加工時間に対する実施例１の加工時間の比が求められた。同様にして、比較例１の加工時間に対する実施例２の加工時間の比が求められた。この加工時間比が小さいほど加工時間が短い。この結果が表１に示されている。
【００３５】
実施例１のワイヤで加工された試験片について、溝の加工表面の粗さが測定された。同様に、実施例２及び比較例１の試験片について、溝の加工表面の粗さが測定された。比較例１の加工表面の粗さに対する実施例１の加工表面の粗さの比が求められた。同様にして、比較例１の加工表面の粗さに対する実施例２の加工表面の粗さの比が求められた。この加工表面の粗さの比が小さいほど面粗度が小さい。この結果が表１に示されている。
【００３６】
【表１】
2010214555.tif 000003
【００３７】
表１に示されるように、実施例のワイヤでは、比較例のワイヤに比べて放電加工の評価が高い。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。
【符号の説明】
【００３８】
２・・・ワイヤ
４・・・鋼線
６・・・ブラス層
７・・・結晶粒
【図１】
2010214555.tif 000004
【図２】
2010214555.tif 000005
【図３】
2010214555.tif 000006
【図４】
2010214555.tif 000007
【図５】
2010214555.tif 000008