(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レニウムを０．３質量％以上１質量％以下、および、酸化セリウムを０．３質量％以上１質量％以下、含み、残部がタングステンと不可避的不純物とを含む、放電加工用電極線。
【請求項２】
酸化セリウムを０．５質量％以上１質量％以下、含む、請求項１に記載の放電加工用電極線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には放電加工用電極線に関し、特定的にはタングステンを含む材料からなるワイヤ放電加工用電極線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、タングステンを含む材料からなる電極線が開発されており、ワイヤ放電加工に用いられている。
【０００３】
たとえば、特開平２−１０９６４０号公報（以下、特許文献１という）には、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕおよびそれら各々の酸化物を含む群から選ばれた１種以上を少なくとも０．００１０〜１．０重量％含み、その残部がタングステンとなっているタングステン合金からなる放電加工用電極線が開示されている。
【０００４】
また、特開平２−１４５２１４号公報（以下、特許文献２という）には、Ｒｅを少なくとも０．００１〜１．０重量％含み、その残部がタングステンおよび不可避的不純物となっている、タングステン合金からなる放電加工用電極線が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１０９６４０号公報
【特許文献２】特開平２−１４５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放電加工は、他の切断加工技術に比べて加工速度が低いため、生産性を向上させるために、従来のタングステン合金からなる放電加工用電極線を用いて、加工速度を高めることが求められている。その要求に対する一つの方策として、放電加工中に電極線のテンションを高くすることが知られている。放電加工用電極線のテンションを高くすると、加工速度を高めることができる。
【０００７】
特許文献１では、Ｃｅ（セリウム）等を含むタングステン合金からなる放電加工用電極線が開示されている。セリウムは、放電加工用電極線の放電性を向上させる作用をする。しかしながら、セリウムを含むタングステン合金からなる電極線を用いて、放電加工中に電極線のテンションを一定値よりも高くすると、放電加工中に断線が生じやすくなるという問題がある。
【０００８】
特許文献２では、Ｒｅ（レニウム）を含むタングステン合金からなる放電加工用電極線が開示されている。レニウムは、タングステン合金の再結晶温度を上昇させる作用をするので、タングステン合金の高温強度を向上させる。これにより、レニウムを含むタングステン合金からなる電極線を用いて、放電加工中に電極線のテンションを一定値よりも高くしても、放電加工中に断線が生じ難い。しかしながら、レニウムを含むタングステン合金からなる電極線を用いた場合には、セリウムを含むタングステン合金からなる電極線を用いた場合に比べて、本来的に放電加工の加工速度が低いので、放電加工中に電極線のテンションを一定値よりも高くしても、生産性向上に寄与し得る程度まで加工速度を高めることができない。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、放電加工中に電極線のテンションを高めても断線が生じ難く、かつ、従来の放電加工用電極線を用いた放電加工よりも加工速度を高めることが可能な放電加工用電極線を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に従った放電加工用電極線は、レニウムを０．３質量％以上１質量％以下、および、酸化セリウムを０．３質量％以上１質量％以下、含み、残部がタングステンと不可避的不純物とを含む。
【００１１】
この発明の放電加工用電極線は、酸化セリウムを０．５質量％以上１質量％以下、含むのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の放電加工用電極線を用いることにより、放電加工中に電極線のテンションを高めても断線を生じ難くすることができるとともに、従来の放電加工用電極線を用いた放電加工よりも加工速度を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】放電加工中に電極線に加えられるテンションと加工速度との関係を、従来の放電加工用電極線と本発明の放電加工用電極線について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一般にワイヤ放電加工では、電極線が放電による反発力を受けて、電極線の進行方向と逆の方向にたわみやすくなるため、電極線と被加工材との間の距離が大きくなる現象がある。その結果、加工速度が低下する。
【００１５】
そこで、この発明の放電加工用電極線は、レニウム（Ｒｅ）を０．１質量％以上２質量％以下、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）および酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）からなる群より選ばれた少なくとも１種の金属酸化物を０．１質量％以上１質量％以下、含み、残部がタングステンと不可避的不純物とを含む。
【００１６】
上記の組成を有する材料からなる電極線を用いると、放電加工中に電極線のテンションを高めることにより、電極線の進行方向と逆の方向へのたわみを大きく減らすことができると考えられる。これにより、加工速度を向上させることができる。
【００１７】
また、上記の組成を有する材料からなる電極線を用いると、放電加工中に電極線のテンションを高めても、断線を生じさせることがない。
【００１８】
これらのことから、レニウムと、酸化ランタン、酸化セリウムおよび／または酸化イットリウムとが、それぞれ、上記の限定された範囲内でタングステン中に共存することにより、放電加工中に電極線のテンションを高めても断線を生じ難くする作用をするだけでなく、レニウムのみを含むタングステン合金やセリウム等を含むタングステン合金からなる従来の放電加工用電極線を用いた放電加工よりもさらに加工速度を高める作用をするものと考えられる。
【００１９】
酸化ランタン、酸化セリウムおよび／または酸化イットリウムの含有量が０．１質量％未満になると、放電性が悪くなり、加工速度が低くなるという問題がある。酸化ランタン、酸化セリウムおよび／または酸化イットリウムの含有量が１質量％を超えると、材料が脆くなるため、放電加工用電極線を製造するために材料を伸線加工する際にクラックや断線が多発して製造歩留まりが低下するという問題がある。
【００２０】
レニウムの含有量が０．１質量％未満になると、放電加工中に電極線のテンションを高めても、放電加工中に電極線の進行方向と逆の方向へのたわみが大きくなるため、加工速度の向上という効果を得ることができなくなる。レニウムの含有量が２．０質量％を超えると、材料が加工硬化しやすくなるため、放電加工用電極線を製造するために材料を伸線加工する際にクラックや断線が多発して製造歩留まりが低下するという問題がある。
【００２１】
なお、上記の本発明の作用効果をより発揮するためには、放電加工用電極線は、レニウムを０．３質量％以上１．５質量％以下、上記の金属酸化物を０．３質量％以上１質量％以下、含むのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の放電加工用電極線の外径は、一般的な放電加工用電極線の外径の範囲内である。具体的には、本発明の放電加工用電極線の外径が０．００５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下の範囲内であれば、本発明の作用効果を有効に発揮することができる。
【実施例】
【００２３】
以下で説明されるようにして、実施例１と２で用いられる放電加工用電極線としてタングステン合金線を作製した。
【００２４】
（原料の準備）
純度が９９．９９％以上で平均粒径が２．５μｍの市販のタングステン（Ｗ）粉末と、純度が９９．９９％以上で平均粒径が６．２μｍの市販のレニウム（Ｒｅ）粉末と、純度が９９．９９％以上で平均粒径が３．５μｍの市販の酸化セリウム（ＣｅＯ２）粉末とを準備した。
【００２５】
なお、各粉末の純度が上記の純度よりも低い場合、不純物がタングステンとの化合物を生成して最終的に得られる線材が脆化する恐れがある。タングステン粉末の平均粒径は１〜４μｍ、レニウム粉末の平均粒径は１〜２０μｍの範囲内、酸化セリウム粉末の平均粒径は０．５〜１０μｍの範囲内であるのが好ましい。各粉末の平均粒径が上記の上限値を超えると、成形体に空隙が発生しやすくなり、成形体の密度が低下するために、最終的に得られる線材に割れや欠けが発生する恐れがある。また、各粉末の平均粒径が上記の下限値未満であると、粉末製造のコストが増大する。
【００２６】
（混合工程）
上記で準備された原料粉末を以下の実施例１と２で示された各試料の組成割合で、Ｖ型混合機を用いて３時間混合した。
【００２７】
なお、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）およびそれら各々の酸化物を含む群から選ばれた１種以上を０．００１質量％以上０．１質量％以下、添加して混合してもよい。
【００２８】
（成形工程）
上記で得られた混合粉末を、金型プレスを用いて３５０ＭＰａの圧力で圧縮成形した。これにより、１５ｍｍ×１５ｍｍ×１０００ｍｍの大きさの角棒状の粉末成形体を作製した。
【００２９】
なお、上記の圧力は２５０〜４５０ＭＰａの範囲内であることが好ましい。圧力が２５０ＭＰａ未満であると、成形体を得ることができず、または、成形体を得ることができても、取り扱いや後工程にて成形体が破損する恐れがある。圧力が４５０ＭＰａを超えても、成形体を作製する上でより好ましい効果が得られない。
【００３０】
（仮焼結工程）
上記で得られた粉末成形体を水素ガス雰囲気中で１２５０℃の温度で３０分間保持することにより、仮焼結体を作製した。
【００３１】
なお、上記の仮焼結工程における雰囲気は、水素ガス雰囲気以外でも非酸化雰囲気であればよく、たとえば、真空雰囲気、アルゴンガス雰囲気等でもよい。上記の仮焼結工程における温度は１０００〜１５００℃の範囲内、保持時間は２０分間〜５時間の範囲内であるのが好ましい。温度や保持時間が上記の上限値を超えると、仮焼結を行ってもより好ましい効果が得られず、コストが増大するという不利益が生じることになる。温度や保持時間が上記の下限値未満であると、仮焼結によって得られる効果が少なく、取り扱いや後工程にて仮焼結体が破損する恐れがある。
【００３２】
（焼結工程）
上記で得られた仮焼結体を水素ガス雰囲気中で２８００℃の温度で１５分間保持することにより、焼結体を作製した。
【００３３】
なお、上記の焼結工程における雰囲気は、水素ガス雰囲気以外でも非酸化雰囲気であればよく、たとえば、真空雰囲気、アルゴンガス雰囲気等でもよい。上記の仮焼結工程における温度は１９００〜３０００℃の範囲内、保持時間は５〜９０分間の範囲内であるのが好ましい。温度や保持時間が上記の上限値を超えると、酸化セリウムが粒界移動を起こし、酸化セリウムの分散が不均一になる恐れがある。温度や保持時間が上記の下限値未満であると、焼結が不十分になる恐れがある。
【００３４】
（伸線工程）
上記で得られた焼結体を転打し、焼鈍して伸線を行った。得られた線材の表面に存在する酸化物を除去するための電解処理を施すことにより、外径が０．０３ｍｍのタングステン合金線を作製した。
【００３５】
［実施例１］
上述した製造方法により、従来の放電加工用電極線として、レニウム（Ｒｅ）を０．５質量％含むタングステン合金線、酸化セリウム（ＣｅＯ２）を０．５質量％含むタングステン合金線、本発明の放電加工用電極線として、レニウムを０．５質量％、酸化セリウムを０．５質量％含むタングステン合金線を作製した。
【００３６】
得られたタングステン合金線をワイヤ放電加工の電極線に用いて、以下の条件で放電加工を行った。放電加工中においては、電極線に０．６０Ｎ、０．７０Ｎ、０．８５Ｎ、１．０５Ｎのそれぞれのテンションを与えた。
【００３７】
（加工条件）
（１）使用加工機：ＳＯＤＩＫ製  ＦＳ−１５０Ｗ  １９８９年製
（２）被加工材：高速度鋼  ＳＫＨ５７（ＪＩＳ  Ｇ  ４４０３）
（３）被加工材の厚み：５．７ｍｍ
（４）被加工材の切断加工：直線加工、切断長さ２０ｍｍ
（５）電極線：外径０．０３ｍｍ、長さ３０００ｍ
（６）放電加工条件
【表１】
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【００３８】
上記の放電加工によって得られた結果として、従来の放電加工用電極線と本発明の放電加工用電極線について、放電加工中に電極線に加えられるテンションと加工速度との関係を図１に示す。なお、放電加工の加工速度は、被加工材を２０ｍｍの長さ分だけ切断するのに要する時間を測定して算出した。
【００３９】
図１に示すように、従来の放電加工用電極線として、レニウム（Ｒｅ）を０．５質量％含むタングステン合金線を用いた場合に比較して、酸化セリウム（ＣｅＯ２）を０．５質量％含むタングステン合金線を用いた場合には、電極線に与えられるテンションがいずれの値でも、放電加工の加工速度の値が高いことがわかる。さらに、本発明の放電加工用電極線として、レニウムを０．５質量％、酸化セリウムを０．５質量％含むタングステン合金線を用いた場合には、従来の放電加工用電極線として、レニウムを０．５質量％含むタングステン合金線や酸化セリウムを０．５質量％含むタングステン合金線を用いた場合に比較して、電極線に与えられるテンションがいずれの値でも、放電加工の加工速度の値が高くなるだけでなく、テンションの値を高くすればするほど、放電加工の加工速度を増大させることができることがわかる。
【００４０】
［実施例２］
上述した製造方法により、放電加工用電極線として、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、レニウム（Ｒｅ）を以下の表２に示す組成［ｍａｓｓ％］で含むタングステン合金線（試料番号１〜２２）を作製した。なお、表２において、試料番号に＊印を付したものは組成が本発明の範囲外であること（比較例）を示し、無印のものは組成が本発明の範囲内であること（本発明例）を示す。
【００４１】
得られたタングステン合金線をワイヤ放電加工の電極線に用いて、実施例１と同様の条件で放電加工を行った。なお、放電加工中においては、電極線に１．０５Ｎのテンションを与えた。被加工材の切断加工は直線加工とし、切断長さを２００ｍｍとした。
【００４２】
上記の放電加工によって得られた結果として、本発明例と比較例の放電加工用電極線について、放電加工の加工速度を実施例１と同様にして測定した。また、上記の放電加工中に生じた電極線の断線回数を測定した。各試料番号について測定された平均加工速度と断線回数を表２に示す。さらに、各試料番号の組成のタングステン合金の伸線工程時における製造歩留まりを算出した。この製造歩留まりの値としては、伸線工程前の焼結体の重量に対して、伸線工程後に得られた線材の良品の重量の比率を算出した。算出された伸線時製造歩留まりの値を表２に示す。なお、表２においては、本発明例と比較例との間で測定データを比較するために、試料番号１、６、７については組成や測定データを重複して示している。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
表２に示すように、レニウムのみを含むタングステン合金からなる電極線を用いて放電加工を行った場合（試料番号１、１３、１５）には、放電加工中に断線が生じなかったが、加工速度が本発明例よりもかなり低いことがわかる。また、酸化セリウムを含むタングステン合金からなる電極線を用いて放電加工を行った場合（試料番号３、５、７、９）には、レニウムのみを含むタングステン合金からなる電極線を用いて放電加工を行った場合（試料番号１、１３、１５）に比較して、加工速度が高いが、放電加工中に断線が多数回生じたことがわかる。
【００４５】
これに対して、本発明例の電極線を用いて放電加工を行った場合には、比較例に比べて、加工速度が高いだけでなく、放電加工中に生じた断線回数が少ない、または、０であったことがわかる。
【００４６】
なお、酸化セリウムの含有量が本発明の範囲外で上限値を超えているタングステン合金（試料番号１０）やレニウムの含有量が本発明の範囲外で上限値を超えているタングステン合金（試料番号１８）からなる比較例の電極線を用いて放電加工を行った場合には、本発明例と同様の加工速度を示し、放電加工中に断線が生じなかったが、伸線時製造歩留まりが本発明例よりもかなり低いことがわかる。また、レニウムの含有量が本発明の範囲の上限値であるタングステン合金（試料番号１７、２２）からなる本発明例の電極線を用いて放電加工を行った場合には、他の本発明例と同様の加工速度を示し、放電加工中に断線が生じなかったが、伸線時製造歩留まりが他の本発明例よりも若干低いことがわかる。
【００４７】
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明の放電加工用電極線は、放電加工中に電極線のテンションを高めても断線を生じ難くすることができるとともに、従来の放電加工用電極線を用いた放電加工よりも加工速度を高めることが可能になるので、各種材料の工業的な切断加工に用いることができる。
【図１】
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