(57)【要約】【課題】ワイヤ放電加工用電極線に関し、特に、その外径が０．０３〜０．０７ｍｍの極細電極線で、従来のピアノ鋼線に黄銅めっきを施した２層構造の電極線より、高速で安価な極細電極線。【解決手段】第１に銅を主成分とする析出硬化型又は複合強化型の銅合金からなる中心心材にして、その上に亜鉛３０％以上を含有する銅−亜鉛合金層を施し、その外径が０．０３〜０．０７ｍｍからなり、第２に第１の中心心材が、銅−銀合金からなり、第３に第２の電極線の引張強度が、１４００ＭＰａ以上からなり、第４に、第２の電極線において、中心心材を形成する銅−銀合金が外径２．６ｍｍ以上の完全焼鈍ワイヤを元線とし、そこから伸線加工による加工硬化、熱処理による複合強化を繰り返し与えることにより、引張強度が１４００ＭＰａ以上からなり、第５に第４の電極線の導電率が、４０％以上であり、第６、第７に第１の中心心材が、銅−ベリリウム合金、銅−ニオブ合金からなる電極線。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を主成分とする析出硬化型又は複合強化型の銅合金を中心心材にして、その上に亜鉛３０％以上を含有する銅−亜鉛合金層を施し、その外径が０．０３〜０．０７ｍｍからなることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項２】
請求項１の中心心材が、銅−銀合金からなることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項３】
請求項２の電極線の引張強度が、１４００ＭＰａ以上からなることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項４】
請求項２の電極線において、中心心材を形成する銅−銀合金が外径２．６ｍｍ以上の完全焼鈍ワイヤを元線とし、そこから伸線加工による加工硬化、熱処理による複合強化を繰り返し与えることにより、引張強度が１４００ＭＰａ以上からなることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項５】
請求項４の電極線の導電率が、４０％以上であることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項６】
請求項１の中心心材が、銅−ベリリウム合金からなることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項７】
請求項１の中心心材が、銅−ニオブ合金からなることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ワイヤ放電加工用電極線に関するもので、特に、その外径が０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍの極細電極線で、従来のピアノ鋼線に黄銅めっきを施した２層構造の電極線より、高速で安価な極細電極線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤ放電加工とは、ワイヤ放電加工用電極線と切削物との間で放電現象を起こさせ、切削物を糸のこ式に加工する加工方法で、複雑な形状の加工に適した加工方法である。この様なワイヤ放電加工用電極線には、加工コストを抑えることが出来るように高速加工が可能で、かつ安価な電極線が望まれてきた。又、使い勝手という面からは、無人加工に対応が出来、自動結線を可能にする電極線や断線等が発生しない電極線も望まれてきた。
従来の電極線の外径が０．１ｍｍを越えるものに関しては、そのコストメリットの良さから亜鉛３５〜４０ｗｔ％を含有する銅−亜鉛合金からなる電極線が主流となり、広く一般的に使用されてきた。
一方、電極線の外径が０．１ｍｍ以下のものについては、亜鉛３５〜４０ｗｔ％を含有する銅−亜鉛合金からなる電極線は、その引張強度が硬材の時でさえ約１０００ＭＰａと低く、ワイヤ放電加工機が要求する引張強度を維持出来ないばかりでなく、製造過程において断線が発生し、長尺の伸線加工が出来ないので、タングステンワイヤやモリブデンワイヤが、広く一般的に使用されてきた。
ワイヤ放電加工用電極線に使用されている外径は、一般的には０．０２ｍｍ〜０．４０ｍｍである。使用者は、この外径の中から加工物の厚さ、加工しようとする形状、その他様々な諸要因からワイヤ外径を選択する。一般的には微細部品やリードフレーム等の加工については０．１０ｍｍ以下のものを使用し、その他の部品や金型については０．１ｍｍ以上の電極線を選択するのが通常である。近年の伸線技術の向上に伴い、亜鉛３５〜４０ｗｔ％を含有する銅−亜鉛合金からなる電極線も０．１ｍｍより細い外径への伸線加工も安定して容易に行えるようになった。又、ワイヤ放電加工機自体も改良が進み、低い引張強度の電極線でも対応が可能になってきた。このことにより、外径が０．０７ｍｍ迄については亜鉛３５〜４０ｗｔ％を含有する銅−亜鉛合金からなる電極線が、従来のタングステンワイヤやモリブデンワイヤに取って代わりつつある。しかし、０．０７ｍｍ未満の極細電極線については依然としてタングステンワイヤやモリブデンワイヤが主体で使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、外径が０．０７ｍｍ未満の極細電極線について、図２に示すように、ピアノ鋼線に黄銅めっきを施した２層構造の電極線は、引張強度が強いというメリットを生かし、従来のタングステンワイヤやモリブデンワイヤに取って代わりつつある。しかし、このピアノ鋼線に黄銅めっきを施した２層構造の電極線も従来のタングステンワイヤやモリブデンワイヤと比べるとコストパフォーマンスでは優れているものの、切削物を削り取る加工速度の面に関しては、十分満足出来るものではなく、やむを得ず使用しているのが実状である。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、これらの問題を解決する為に、鋭意検討した結果、第１に銅を主成分とする析出硬化型又は複合強化型の銅合金を中心心材にして、その上に亜鉛３０％以上を含有する銅−亜鉛合金層を施し、その外径が０．０３〜０．０７ｍｍからなり、第２に第１の中心心材が、銅−銀合金からなり、第３に第２の電極線の引張強度が、１４００ＭＰａ以上からなり、第４に、第２の電極線において、中心心材を形成する銅−銀合金が外径２．６ｍｍ以上の完全焼鈍ワイヤを元線とし、そこから伸線加工による加工硬化、熱処理による複合強化を繰り返し与えることにより、引張強度が１４００ＭＰａ以上からなり、第５に第４の電極線の導電率が、４０％以上好ましくは６０％以上であり、第６に第１の中心心材が、銅−ベリリウム合金からなり、第７に第１の中心心材が、銅−ニオブ合金からなる電極線である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
始めに、序論として、どのような構造が最適かについて我々が実験を積み重ねたものをまとめた結果は、下記の通りである。従来のピアノ鋼線に黄銅めっきを施した２層構造の電極線の切削物を削り取る加工速度が高速にならない大きな理由としては、電極線自体の導電率が低いことが上げられる。これはピアノ線を始めとする鉄系合金の導電率が低いことに起因する。つまり、導電率の高い電極線は、それ自体の熱伝導率が小さく、冷却効率が少ないこと及び電気抵抗が高いことにより、自己発熱量が大きくなり、高エネルギーの印可が出来ないことが原因であると推定される。逆をいえば、導電率の高い銅合金は高いエネルギーを印可出来るので、結果として切削物を削り取る加工速度が高速になる。我々はこの考えに基づき鋭意努力した結果、導電率の高い銅合金でも伸線加工性が良く、ワイヤ放電加工機自体が要求する高い引張強度を維持した構造が提供可能であることをつきとめた。つまり、銅銅合金の表層に亜鉛合金を施すこにより、導電率が高くなり、印可するエネルギーを高く設定出来、かつワイヤ放電加工機自体が要求する高い引張強度を維持することで、従来のピアノ鋼線に黄銅めっきを施した２層構造の電極線より、切削物を切り取る加工速度が高速で、かつコストパフォーマンスが良好な電極線を提供出来る。
以下、本発明のワイヤ放電加工用電極線について具体的に説明する。
【０００６】
本発明のワイヤ放電加工用電極線１の第１番目としては、銅を主成分とする析出硬化型又は複合強化型の銅合金を中心心材にして、その上に亜鉛３０％以上を含有する銅−亜鉛合金層を施し、その外径が０．０３〜０．０７ｍｍからなる。ここで、亜鉛３０％以上としたのは、亜鉛が放電性良好な金属であり、３０％未満であると放電性が損なわれる恐れがある為である。次に、第２番目は、図１に示し、我々が実際に行った実施例で、第１番目の中心心材が、銅−銀合金からなる構造である。第３番目に第２番目の電極線の引張強度が、１４００ＭＰａ以上からなる。ここで、引張強度を１４００ＭＰａ以上としたのは、ワイヤ放電加工機自体が要求する引張強度である為である。第４番目に、第２番目の電極線において、中心心材を形成する銅−銀合金が外径２．６ｍｍ以上の完全焼鈍ワイヤを元線とし、そこから伸線加工による加工硬化、熱処理による複合強化を繰り返し与えることにより、引張強度が１４００ＭＰａ以上からなる。第５番目に第４番目の電極線の導電率が、４０％以上で好ましくは６０％以上である。ここで、４０％以下であると加工速度が高速になる程度が低く、効果が期待出来ないこと。４０％〜６０％では、加工速度が高速になる程度がややあるものの効果の幅が少ない為である。第６番目に第１番目の中心心材が、銅−ベリリウム合金からなり、第７番目に第１番目の中心心材が、銅−ニオブ合金からなる極細電極線である。次に、具体的実施例を挙げて下記に説明する。
【０００７】
【実施例１】
１０ｗｔ％の銀を含有するφ２．６ｍｍ完全焼鈍された銅−銀合金を加工硬化及び複合強化を与える目的で冷間伸線及び熱処理を繰り返し与えながらφ０．９ｍｍ迄伸線を実施する。次に、その表層に亜鉛３５ｗｔ％含有する銅−亜鉛合金をワイヤの外層に亜鉛被覆層を厚さ４５μｍで設け、次に、そのワイヤをφ０．０７ｍｍ迄伸線加工を実施した。こうして得られた本発明の電極線の引張強度を計測した結果、１４０８ＭＰａであり、導電率は６４％であった。
【０００８】
こうして得られた本発明の第１実施例の電極線と従来よりあるピアノ鋼線に黄銅めっきを施した２層構造の電極線とをワイヤ放電加工機にセットして表１記載の条件で加工し切削物を削り取る加工速度を計測した。この表１において、条件１、条件２、条件３のそれぞれの放電加工エネルギーは、条件１＜条件２＜条件３という関係にあり、番号が大きくなる程、放電加工エネルギーは大きくなるという関係にある。
【表１】
2004009207.tif 000003
【０００９】
表２は、表１記載の条件で計測した切削物を削り取る加工速度を従来のピアノ鋼線に黄銅めっきを施した２層構造の電極線の条件１を１００％とした時の速度比の棒グラフであり、棒グラフの高さが高い程、切削物を削り取る加工速度が速いということを示している。
【００１０】
【表２】
2004009207.tif 000004
【００１１】
表２において、条件２及び条件３の従来の項目の欄で、断線発生（加工不可）とあるのは、従来の２層電極線は、条件２及び条件３では断線が発生してしまい、加工が不可であることを示す。表２から明らかなように、本発明の実施例１の電極線は、高い放電加工エネルギー条件下においても断線が発生せず、加工が可能であり、切削物を削り取る加工速度が従来のピアノ鋼線に黄銅を施した２層構造の電極線より高速な加工が行えることは明らかである。
【００１２】
【実施例２】
２．０ｗｔ％のベリリウムを含有するφ２．６ｍｍ完全焼鈍された銀−銀合金を加工硬化及び析出硬化を与える目的で冷間伸線及び熱処理を行い０．０７ｍｍ迄伸線加工を実施した。こうして得られたベリリウム銅合金の単層ワイヤの引張強度を計測した結果、１５２０ＭＰａであり、導電率は４３％であった。実施例２の単層ワイヤは、外層に亜鉛合金を施した構造にはなっていない。従って、放電性が良好な亜鉛成分がない為、本実施例２のワイヤは放電加工には元来不向きである。我々が、敢えてその放電加工に不向きなワイヤを作成した理由は、実施例１で利用した銅−銀合金の他に導電率が高く、かつワイヤ放電加工機自体が要求する高い引張強度を維持することが出来る合金の有無を確認する為である。つまり、我々は、導電率の高い銅合金は高いエネルギーを印可出来るので結果として切削物を削り取る加工速度が高速になると推論し、実施例１でこの推論の証明を成功させている。従って、実施例２で製造したワイヤの表層に銅亜鉛合金を施したワイヤも同様な効果が得られるものと推論する。
【００１３】
同様に、我々は、導電率が高く、かつワイヤ放電加工機自体が要求する高い引張強度を維持出来る合金を調べた結果、銅−ニオブ合金でも可能であるという見解に達した。
【００１４】
今迄、代表例として銅−銀合金又は銅−ベリリウム合金又は銅−ニオブ合金を挙げて説明してきたがこれに限るものではない。要は、導電率が高く、かつワイヤ放電加工機自体が要求する高い引張強度を維持出来る銅合金の表層に亜鉛合金を施した電極線であれば、我々が望む効果を期待出来るのは明らかである。つまり、この特性を満足する銅合金であれば、銅合金の種類にかかわらず、本発明の範囲内であることはいうまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明の様に、本発明によれば、外径２．６ｍｍ以上で、完全焼鈍された銅を主成分とする析出硬化型又は複合強化型の銅合金である銅−銀合金又は銅−ベリリウム合金又は銅−ニオブ合金を伸線加工による加工硬化や熱処理による複合強化を繰り返し与えて適当な外径迄伸線されたワイヤの外層に亜鉛を３０％以上含有する銅−亜鉛合金層を施したワイヤを再度伸線することにより、引張強度を１４００ＭＰａ以上かつ導電率を４０％以上〜６０％以上を維持し外径が０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍの極細電極線であり、従来のワイヤより高速で安価なワイヤ放電加工用電極線を得ることが可能となり、その工業的価値は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤ放電加工用電極線１の構造断面図である。
【図２】従来のワイヤ放電加工用電極線１′の構造断面図である。
【符号の説明】
１　　　本発明のワイヤ放電加工用電極線
２　　　銅を主成分とする中心心材
（銅−銀又は銅−ベリリウム又は銅−ニオブ）合金
３　　　銅ー亜鉛合金層（亜鉛３０％以上）
１′　　従来のワイヤ放電加工用電極線
２′　　中心心材（ピアノ鋼線）
３′　　黄銅めっき層
【図１】
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【図２】
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