(57)【要約】【課題】放電特性が良好で、かつ、被加工物の表面改質が可能なワイヤ放電加工用電極線及びそれを用いた表面改質方法を提供するものである。【解決手段】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線１０は、心材１１の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたものであって、心材１１の外周にＴｉ又はＴｉ合金層１２を設けたものである。【選択図】        図１
2004330352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記被覆層がＴｉ又はＴｉ合金層を有することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項２】
心材の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にＴｉ又はＴｉ合金層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項３】
心材の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にＴｉ又はＴｉ合金層を設け、そのＴｉ又はＴｉ合金層の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項４】
心材の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層を設け、そのＣｕ−Ｚｎ合金層の外周にＴｉ又はＴｉ合金層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項５】
上記被覆層が、その最外層に純Ｚｎ層を有する請求項１から４いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項６】
上記Ｃｕ−Ｚｎ合金層のＺｎ濃度が３２〜４６重量％である請求項３から５いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項７】
上記心材は、
純Ｃｕ線、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金線、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金線、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加してなる合金線、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金線、
Ｆｅ基合金線、
銅被覆鋼線、
銅合金被覆鋼線、
又は銅及び銅合金被覆複合線、
で構成される請求項１から６いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線を用いて被加工物の放電加工を行い、被加工物とワイヤ電極との間に放電を生じさせ、その放電エネルギーによって、電極線の被覆層を構成するＴｉ又はＴｉ合金の単体又はその化合物で構成される被膜を被加工物の加工表面に形成し、被加工物の表面改質を行うことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線を用いた表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ放電加工用電極線、及びワイヤ放電加工用電極線を用いて被加工物の表面改質を行う方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤ放電加工用電極線として、Ｃｕ−Ｚｎ合金の電極線が活用されている。この電極線は、加工速度、加工精度などの放電特性に優れており、更にコスト的にも有利な特質を有している。
【０００３】
これまで、このタイプの電極線としては、３２〜３６重量％のＺｎを含む単一合金線（Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ合金（６５／３５黄銅））が使用されてきたが、近年、ワイヤ放電加工用電極線においては、特に高速加工性が重視されるようになっている。このため、例えば、Ｃｕ−２．０重量％Ｓｎ合金、Ｃｕ−０．３重量％Ｓｎ合金などのＣｕ合金で構成される心材の周りに、従来よりもＺｎ濃度の高いＣｕ−Ｚｎ合金層を被覆した被覆型の放電加工用電極線が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、放電加工によって被加工物の加工表面を改質する方法として、被加工物を加工液中に配置すると共に、加工液中にシリコンを粉末状態にして混入し、被加工物の加工表面に被膜を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３３９６６４号公報
【特許文献２】
特開平２−８３１１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の汎用の単一合金線（６５／３５黄銅線）や特許文献１記載の電極線は、加工速度の向上や被加工物の加工表面の精度向上を目的にしたものであって、被加工物の表面改質を行うことはできない。
【０００７】
特許文献２記載の方法は、被加工物の加工表面に被膜を形成することができるものの、加工液中にシリコン粉末を混入する工程等を必要とするため、放電加工に要する工程数が多くなるという問題があった。また、特許文献２記載の方法は、シリコン粉末を加工液中に均一に分散させるための循環装置を必要とするため、装置コストの上昇を招くという問題があった。さらに、特許文献２記載の方法は、金型などを加工する型彫り加工機への適用を主眼としており、ワイヤ状（又は線状）の電極を用いるものではない。よって、微細加工が要求されるリードフレーム用金型や、厚物の被加工物に対して加工を行うことは困難であった。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、放電特性が良好で、かつ、被加工物の表面改質が可能なワイヤ放電加工用電極線及びそれを用いた表面改質方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、第１の発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記被覆層がＴｉ又はＴｉ合金層を有するものである。
【００１０】
また、第２の発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にＴｉ又はＴｉ合金層を設けたものである。
【００１１】
また、第３の発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にＴｉ又はＴｉ合金層を設け、そのＴｉ又はＴｉ合金層の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層を設けたものである。
【００１２】
また、第４の発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の周りに少なくとも１層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層を設け、そのＣｕ−Ｚｎ合金層の外周にＴｉ又はＴｉ合金層を設けたものである。
【００１３】
ここで、被覆層が、その最外層に純Ｚｎ層を有していてもよい。また、Ｃｕ−Ｚｎ合金層のＺｎ濃度が３２〜４６重量％であることが好ましい。さらに、心材は、
純Ｃｕ線、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金線、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金線、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加してなる合金線、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金線、
Ｆｅ基合金線、
銅被覆鋼線、
銅合金被覆鋼線、
又は銅及び銅合金被覆複合線で構成されることが好ましい。
【００１４】
導電性が良好な心材の外周に、被覆層としてＴｉ又はＴｉ合金層を配することで、放電特性が良好で、かつ、被加工物の表面改質が可能なワイヤ放電加工用電極線が得られる。
【００１５】
一方、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線を用いた表面改質方法は、上述したワイヤ放電加工用電極線を用いて被加工物の放電加工を行い、被加工物とワイヤ電極との間に放電を生じさせ、その放電エネルギーによって、電極線の被覆層を構成するＴｉ又はＴｉ合金の単体又はその化合物で構成される被膜を被加工物の加工表面に形成し、被加工物の表面改質を行うものである。
【００１６】
上述したワイヤ放電加工用電極線を用いて被加工物の放電加工を行うことで、良好な放電特性で放電加工を行うことができ、かつ、被加工物の表面改質を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１８】
本発明の好適一実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図１に示す。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線１０は、心材１１の外周に、Ｔｉ層（又はＴｉ合金層）１２を設けたものである。電極線１０の被覆層は、Ｔｉ層１２の単層で構成される。
【００２０】
被覆層の層厚ｔと直径Ｄとの比（ｔ／Ｄ）は、０．１０〜０．２０、好ましくは０．１２〜０．１５である。本実施の形態においては、被覆層はＴｉ層１２の１層であるため、ｔ／ＤはＴｉ層１２の層厚と直径Ｄとの比と言い換えることができる。
【００２１】
心材１１は、
純Ｃｕ線、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金線、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金線、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金線、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加してなる合金線、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金線、
Ｆｅ基合金線、
銅被覆鋼線、
銅合金被覆鋼線、
又は銅及び銅合金被覆複合線で構成される。ここで、Ｆｅ基合金としては、導電率の高いものが好ましい。これらの線材で心材１１を構成することで、電極線１０の導電率が向上し、放電特性を向上させることができる。
【００２２】
次に、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線を用いた表面改質方法について説明する。
【００２３】
上述した電極線１０を用いて被加工物（図示せず）に対して放電加工（切断加工）を行う。放電加工は、被加工物を加工液中に配置した状態で行われる。加工液は、油（例えば灯油などの液状炭化水素）又はシリコン油などを主成分とするものである。
【００２４】
次に、被加工物及び電極線１０（ワイヤ電極）との間に電圧を印可することで、被加工物とワイヤ電極との間に放電が生じる。その放電エネルギーによって、電極線１０の被覆層が蒸発し、被覆層を構成するＴｉ（又はＴｉ合金）の単体及び／又はその化合物で構成される被膜が、被加工物の加工表面に付着形成され、被加工物の表面改質がなされる。この被覆層のＴｉが蒸発する際、Ｔｉと加工液とが反応してＴｉ化合物、例えばＴｉＣ等が生成する。
【００２５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００２６】
本実施の形態に係る電極線１０によれば、高導電性、高耐熱性を有する心材１１の外周に、被覆層として優れた耐食性を有するＴｉ層１２を設けており、この電極線１０を用いて放電加工を行うことで、放電加工時に、被覆層を構成するＴｉ（又はＴｉ合金）が消耗紛として被加工物（図示せず）の加工表面に移行し（付着し）、被加工物の加工表面に被膜が形成される。被膜を構成するＴｉ化合物は硬度が非常に高く、耐摩耗性に優れていることから、被膜の形成によって被加工物の表面改質がなされ、被加工物表面の耐食性及び耐摩耗性が向上する。ここで、被加工物表面の被膜は、ワイヤ放電加工と同時に形成することができることから、容易、かつ、安価に表面改質を行うことができる。
【００２７】
また、本実施の形態に係る電極線１０は、従来のワイヤ放電加工用電極線と同様に、被加工物の複雑な微細加工及び厚物の被加工物の加工が可能である。よって、微細加工が要求されるリードフレーム用金型や、厚さが３００ｍｍ以上の厚物の被加工物にも容易に適用することができる。
【００２８】
以上より、本実施の形態に係る電極線１０によれば、従来の電極線と同等以上の放電特性で放電加工を行うことができ、かつ、放電加工と同時に被加工物の表面改質処理も行うことができることから、表面改質処理工程の簡略化を図ることができ、生産性の大幅な向上を期待することができる。延いては、被加工物の生産コストの低減を図ることができる。
【００２９】
本実施の形態に係る電極線１０を用いた表面改質方法においては、被加工物の加工（切り出し）と同時に表面改質を行う場合について説明を行ってきたが、切り出しは行わず、表面改質のみを行うようにしてもよい。例えば、予め汎用の黄銅電極線等を用いて被加工物を切り出しておき、その切り出した被加工物の加工表面近傍を、本実施の形態に係る電極線１０を用いて放電加工を行うことで、被加工物の表面改質のみを行うこともできる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００３１】
本発明の別の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図２に示す。尚、図１と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００３２】
図２に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線２０は、心材１１の外周に、Ｔｉ層（又はＴｉ合金層）２２を設け、Ｔｉ層２２の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層２３を設けたものである。電極線２０の被覆層は、Ｔｉ層２２及びＣｕ−Ｚｎ合金層２３の２層で構成される。
【００３３】
被覆層の層厚ｔと直径Ｄとの比（ｔ／Ｄ）は、０．１０〜０．２０、好ましくは０．１２〜０．１５である。本実施の形態においては、被覆層はＴｉ層２２及びＣｕ−Ｚｎ合金層２３の２層であるため、各層２３，２４の層厚と直径Ｄとの比が存在する。Ｔｉ層２２の層厚と直径Ｄとの比は、０．０５〜０．１０、好ましくは０．０５〜０．０８である。また、Ｃｕ−Ｚｎ合金層２３の層厚と直径Ｄとの比は、０．０５〜０．１０、好ましくは０．０７〜０．０９である。ここで、Ｔｉ層２２の層厚及びＣｕ−Ｚｎ合金層２３の層厚は、放電特性及び表面改質性の兼ね合いに応じて適宜決定されるものである。
【００３４】
Ｃｕ−Ｚｎ合金層２３を構成するＣｕ−Ｚｎ合金のＺｎ濃度を３２〜４６重量％としたのは、Ｚｎ濃度が３２重量％未満だと電極線２０の放電特性が著しく低下してしまうからである。また、Ｚｎ濃度が４６重量％を超えると伸線加工性が著しく低下してしまい、伸線加工時に断線が生じるからである。
【００３５】
本実施の形態に係る電極線２０は、前実施の形態に係る電極線１０の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層２３を設けた構造である。本実施の形態に係る電極線２０によれば、被覆層の外層側に放電特性に優れるＣｕ−Ｚｎ合金層２３を形成することで、電極線２０の放電加工速度が大幅に向上する。また、被覆層の内層側にはＴｉ層２２が配されていることから、前実施の形態に係る電極線１０と同様に、放電加工の際に被加工物の表面改質を行うことができる。
【００３６】
本発明の更に別の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図３に示す。尚、図２と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００３７】
図３に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線３０は、前実施の形態に係る電極線２０の被覆層の構造において、Ｔｉ層（又はＴｉ合金層）２２とＣｕ−Ｚｎ合金層２３の形成位置を逆にしたものである。
【００３８】
本実施の形態に係る電極線３０においても、前実施の形態に係る電極線２０と同様に、電極線３０の放電加工速度の向上及び放電加工の際における被加工物の表面改質を同時に達成することができる。
【００３９】
一方、図１〜図３における電極線１０，２０，３０の変形例を、図４〜図６に電極線４０，５０，６０として示すように、被覆層の最外層として純Ｚｎ層４４を有していてもよい。ここで、被覆層における純Ｚｎ層４４の層厚と直径Ｄとの比は、０．０１〜０．０５、好ましくは０．０１〜０．０３である。この比が小さすぎると、つまり純Ｚｎ層４４の層厚が薄すぎると、純Ｚｎ層４４の良好な放電性能を十分に発揮させることができず、放電加工速度の向上が期待できない。また、この比が大きすぎると、つまり純Ｚｎ層４４の層厚が厚すぎると、電極線全体に占める純Ｚｎ層４４の断面積の割合が増加し、電極線自体の引張強度及び導電率の低下を招いてしまい、放電加工速度の向上が期待できなくなる。
【００４０】
各電極線４０，５０，６０は、被覆層の最外層に、所定の層厚の純Ｚｎ層４４を有していることで、電極線１０，２０，３０と比較して放電加工速度が更に向上する。また、当然ながら、純Ｚｎ層４４の内層側にはＴｉ層１２，２２が配されていることから、放電加工と同時に被加工物の表面改質処理を行うことができる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００４２】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基いて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
心材として直径が４．０ｍｍのＣｕ−０．１９Ｓｎ−０．２Ｉｎ合金線（単位：重量％）を用い、この心材を肉厚０．７ｍｍのＴｉパイプ内に挿入した後、伸線加工と熱処理を繰り返して行うことで、線径が０．２５ｍｍの電極線を作製した。
【００４４】
（実施例２）
心材として直径が４．０ｍｍのＣｕ−０．１９Ｓｎ−０．２Ｉｎ合金線（単位：重量％）を用い、この心材を肉厚０．３ｍｍのＴｉパイプ内に挿入して伸線加工を施し、線径を４．０ｍｍに調整する。その線材を肉厚０．４ｍｍのＣｕ−３５Ｚｎ合金パイプ（単位：重量％）内に挿入した後、伸線加工と熱処理を繰り返し行うことで、線径が０．２５ｍｍの電極線を作製した。
【００４５】
（実施例３）
実施例１で作製した線径が０．２５ｍｍの電極線に、厚さ０．００５ｍｍの電気Ｚｎめっきを施した後、伸線加工を施して、線径が０．２５ｍｍの電極線を作製した。
【００４６】
（比較例１）
心材として直径が４．０ｍｍのＣｕ−０．１９Ｓｎ−０．２Ｉｎ合金線（単位：重量％）を用い、この心材を肉厚０．３ｍｍのＴｉパイプ内に挿入して伸線加工を施し、線径を４．０ｍｍに調整する。その線材を肉厚０．４ｍｍのＣｕ−３０Ｚｎ合金パイプ（単位：重量％）内に挿入した後、伸線加工と熱処理を繰り返し行うことで、線径が０．２５ｍｍの電極線を作製した。
【００４７】
（比較例２）
心材として直径が４．０ｍｍのＣｕ−０．１９Ｓｎ−０．２Ｉｎ合金線（単位：重量％）を用い、この心材を肉厚０．３ｍｍのＴｉパイプ内に挿入して伸線加工を施し、線径を４．０ｍｍに調整する。その線材の外周に肉厚０．４ｍｍのＣｕ−４８Ｚｎ合金層を熱間押出し被覆した後、伸線加工と熱処理を繰り返し行うことで、線径が０．２５ｍｍの電極線を作製した。
【００４８】
（従来例１）
Ｃｕ−３５Ｚｎ（単位：重量％）の合金単体で、直径が０．２５ｍｍの電極線を作製した。
【００４９】
実施例１〜３、比較例１，２、及び従来例１の各電極線における心材組成、被覆層の構造、放電加工速度、及び耐食性を表１に示す。
【００５０】
放電加工速度の測定は、実施例１〜３、比較例１，２、及び従来例１の各電極線を用いて、鋼材（ＳＫＤ−１１〔ＪＩＳ規格〕）からなり、厚さ５０ｍｍの被加工物に対して放電加工を行うことで測定した。ここで、放電加工速度は、従来例１の電極線の放電加工速度を１．０としたときの相対値である。
【００５１】
耐食性の評価は、加工後の各被加工物を王水中へ１０分浸漬し、被加工物の腐食具合いを外観観察することで行った。ここで、耐食性の評価は、全く腐食が認められないものを○、腐食が著しいものを×とした。
【００５２】
【表１】
2004330352.tif 000003
【００５３】
表１に示すように、実施例１〜３の各電極線は、従来例１と比較して放電加工速度が１０〜２５％も向上していた。また、実施例１〜３の各電極線を用いて放電加工を行った被加工物と従来例１の電極線を用いて放電加工を行った被加工物とを比較すると、従来例１の電極線を用いて放電加工を行った被加工物は腐食が著しかった。これに対して、実施例１〜３の各電極線を用いて放電加工を行った被加工物は全く腐食が認められず、優れた耐食性を示した。このことから、実施例１〜３の各電極線を用いて被加工物の放電加工を行うことで、被加工物の表面に耐食性に優れた被膜を形成できることがわかる。
【００５４】
比較例１の電極線は、耐食性は優れていたものの、被覆層におけるＣｕ−Ｚｎ合金層のＺｎ濃度が低すぎるため、放電加工速度の向上が殆ど認められなかった。また、比較例２の電極線は、Ｃｕ−Ｚｎ合金層のＺｎ濃度が高すぎるため、伸線加工中に断線が生じ、電極線を作製することができなかった。
【００５５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、放電特性が良好で、かつ、被加工物の表面改質が可能なワイヤ放電加工用電極線が得られるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図２】本発明の別の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図３】本発明の更に別の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図４】図１の変形例を示す横断面図である。
【図５】図２の変形例を示す横断面図である。
【図６】図３の変形例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１０  ワイヤ放電加工用電極線
１１  心材
１２  Ｔｉ層（Ｔｉ又はＴｉ合金層）
【図１】
2004330352.tif 000004
【図２】
2004330352.tif 000005
【図３】
2004330352.tif 000006
【図４】
2004330352.tif 000007
【図５】
2004330352.tif 000008
【図６】
2004330352.tif 000009