(57)【要約】【課題】放電加工性能が良好なワイヤ放電加工用電極線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の外周に純Ｚｎ層１３を設け、その純Ｚｎ層１３の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層１５を設けたものであって、心材１１と純Ｚｎ層１３との界面および純Ｚｎ層１３とＣｕ−Ｚｎ合金層１５との界面に、Ｃｕ−Ｚｎ合金層１５を構成するＣｕ−Ｚｎ合金よりもＺｎ濃度の高いＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物の反応層１２，１４をそれぞれ設けたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材の外周に純Ｚｎ層を設け、その純Ｚｎ層の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材と上記純Ｚｎ層との界面および上記純Ｚｎ層と上記Ｃｕ−Ｚｎ合金層との界面に、Ｃｕ−Ｚｎ系金属間化合物の反応層をそれぞれ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２】
上記純Ｚｎ層の層厚ｔ１と上記Ｃｕ−Ｚｎ合金層の層厚ｔ２との比が０．１〜３．０、層厚ｔ１及び層厚ｔ２の和と電極線全体の外径Ｄとの比が０．０９〜０．１６、上記各反応層の層厚ｔ３と電極線全体の外径Ｄとの比が０．００２６〜０．００５６である請求項１記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項３】
上記各反応層がＣｕ−６０〜９０重量％Ｚｎという組成の金属間化合物で構成される請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項４】
上記各反応層はＺｎ濃度が傾斜した層であり、内層側の反応層は、Ｚｎ濃度が上記心材側から上記純Ｚｎ層側に向かって連続的に増加し、かつ、外層側の反応層は、Ｚｎ濃度が上記純Ｚｎ層側から上記Ｃｕ−Ｚｎ合金層側に向かって連続的に減少する請求項１から３いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項５】
上記心材が、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加した合金、
又はＦｅ基合金、
で構成される請求項１から４いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
【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に係り、特に、被覆型のワイヤ放電加工用電極線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なワイヤ放電加工用電極線として、Ｃｕ−Ｚｎ合金単体からなる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いると共に、コスト的にも有利な特質を有している。このタイプの電極線の放電加工速度をもっと向上させるには、電極線をＺｎ濃度が高いＣｕ−Ｚｎ合金で形成することが望ましい。しかしながら、Ｃｕ−Ｚｎ合金中のＺｎ濃度が４０重量％を超えると、伸線加工性が著しく低下し、電極線の製造が困難となるので、Ｚｎ濃度が４０重量％以下のＣｕ−Ｚｎ合金が使用されてきた。
【０００３】
近年、ワイヤ放電加工用電極線の高速加工性が重視されるようになっている。このため、Ｃｕ−２．０重量％Ｓｎ合金などのＣｕ合金からなる心材の周りに、従来よりもＺｎ濃度が高い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、心材の表面にＺｎ濃度の高い被覆層を形成する手法として、心材の表面にＺｎメッキを施す方法が種々提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３３９６６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の電極線（特許文献１記載の電極線）の場合、被覆層のＺｎ濃度が３８〜４９重量％と高いことから、伸線加工性が著しく悪く、生産性が良好でないという問題があった。
【０００７】
また、後者の電極線の場合、Ｚｎメッキで形成した純Ｚｎ層の層厚が薄いことから、加工精度は向上するものの、放電加工時に純Ｚｎ層が瞬時に蒸発してしまい、放電加工速度の十分な向上は望めないといった問題があった。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、放電加工性能が良好なワイヤ放電加工用電極線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本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の外周に純Ｚｎ層を設け、その純Ｚｎ層の外周にＣｕ−Ｚｎ合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材と上記純Ｚｎ層との界面および上記純Ｚｎ層と上記Ｃｕ−Ｚｎ合金層との界面に、Ｃｕ−Ｚｎ系金属間化合物の反応層をそれぞれ設けたものである。
【００１０】
また、純Ｚｎ層の層厚ｔ１とＣｕ−Ｚｎ合金層の層厚ｔ２との比は０．１〜３．０、層厚ｔ１及び層厚ｔ２の和と電極線全体の外径Ｄとの比は０．０９〜０．１６、各反応層の層厚ｔ３と電極線全体の外径Ｄとの比は０．００２６〜０．００５６である。
【００１１】
また、各反応層はＣｕ−６０〜９０重量％Ｚｎという組成の金属間化合物で構成される。
【００１２】
また、各反応層はＺｎ濃度が傾斜した層であり、内層側の反応層は、Ｚｎ濃度が心材側から純Ｚｎ層側に向かって連続的に増加し、かつ、外層側の反応層は、Ｚｎ濃度が純Ｚｎ層側からＣｕ−Ｚｎ合金層側に向かって連続的に減少する。
【００１３】
以上の構成によれば、心材と純Ｚｎ層との界面および純Ｚｎ層とＣｕ−Ｚｎ合金層との界面に、それぞれ反応層を設けることで、各層間の密着性が良好となる。その結果、電極線の伸線性および引張強度が向上し、放電加工性能が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線は、図１に示すように、心材１１の外周に、順に内側反応層１２、純Ｚｎ層１３、外側反応層１４、およびＣｕ−Ｚｎ合金層１５を設けたものである。
【００１７】
純Ｚｎ層１３の層厚ｔ１とＣｕ−Ｚｎ合金層１５の層厚ｔ２との比（ｔ１／ｔ２）は０．１〜３．０、層厚ｔ１及び層厚ｔ２の和と電極線１０全体の外径Ｄとの比（［ｔ１＋ｔ２］／Ｄ）は０．０９〜０．１６、各反応層１２，１４の層厚ｔ３と電極線１０全体の外径Ｄとの比（ｔ３／Ｄ）は０．００２６〜０．００５６となるように、心材１１の外径および各層１２〜１５の層厚が調整される。
【００１８】
各反応層（拡散層）１２，１４は、Ｃｕ−Ｚｎ合金層１５を構成するＣｕ−Ｚｎ合金よりもＺｎ濃度が高く、かつ、純Ｚｎ層１３よりもＺｎ濃度が低いＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物（例えば、β相（ＣｕＺｎ），γ相（Ｃｕ５Ｚｎ８），ε相（ＣｕＺｎ３）など）で構成される。具体的には、Ｃｕ−Ｚｎ合金層１５が、Ｃｕ−３２〜４６重量％（質量％）Ｚｎ合金で構成されるのに対して、各反応層１２，１４は、Ｃｕ−６０〜９０重量％（質量％）Ｚｎという組成のＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物で構成される。各反応層１２，１４は、心材１１及び純Ｚｎ層１３の周りに直接形成されるものではなく、心材１１と純Ｚｎ層１３との界面および純Ｚｎ層１３とＣｕ−Ｚｎ合金層１５との界面において、熱エネルギーを付与することによって固相拡散を生じさせることで形成される。
【００１９】
反応層１２における心材１１側部Ｐ１から純Ｚｎ層１３側部Ｐ２にかけての、径方向Ｚｎ濃度分布を図２（ａ）に示すように、Ｚｎ濃度がＣ１からＣ２に連続的に推移（増加）する傾斜層となっている。また、反応層１４における純Ｚｎ層１３側部Ｐ３からＣｕ−Ｚｎ合金層１５側部Ｐ４にかけての、径方向Ｚｎ濃度分布を図２（ｂ）に示すように、Ｚｎ濃度がＣ３からＣ４に連続的に推移（減少）する傾斜層となっている。この結果、電極線１０は、径方向に亘って、つまり心材１１からＣｕ−Ｚｎ合金層１５に亘ってＺｎ濃度が連続的に推移する線材となり、相組織の観点から捉えると、心材１１と各層１２〜１５とが略一体となった線材となる。
【００２０】
心材１１の構成材は、導電率が高く、強度が高く、かつ、高温強度が高い材料であれば特に限定するものではなく、例えば、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加した合金、
又はＦｅ基合金、
が挙げられる。
【００２１】
ここで、電極線１０におけるＣｕ−Ｚｎ合金層１５のＺｎ濃度を３２〜４６重量％としたのは、Ｚｎ濃度が３２重量％未満だと放電加工速度を向上させる効果が十分に得られないためであり、Ｚｎ濃度が４６重量％を超えると伸線加工性が著しく低下するためである。
【００２２】
電極線１０における純Ｚｎ層１３の層厚ｔ１とＣｕ−Ｚｎ合金層１５の層厚ｔ２との比（ｔ１／ｔ２）を０．１〜３．０としたのは、ｔ１／ｔ２が０．１未満だと、放電加工時において純Ｚｎ層１３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ためである。また、ｔ１／ｔ２が３．０を超えると、電極線１０全体に占める純Ｚｎ層１３の断面積の割合が増加し、電極線１０自体の引張強度およ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ためである。
【００２３】
電極線１０における純Ｚｎ層１３の層厚ｔ１およびＣｕ−Ｚｎ合金層１５の層厚ｔ２の和と電極線１０全体の外径Ｄとの比（［ｔ１＋ｔ２］／Ｄ）を０．０９〜０．１６としたのは、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄが０．０９未満だと、放電加工時に被覆層（層１３，１５）が瞬時に消耗してしまい、放電加工速度の十分な向上が期待できないためである。また、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄが０．１６を超えると、電極線１０全体に占める被覆層１３の断面積の割合が増加し、電極線１０自体の高温強度および導電率の低下を招いてしまい、放電加工速度の十分な向上が期待できなくなるためである。
【００２４】
電極線１０における各反応層１２，１４の層厚ｔ３と電極線１０全体の外径Ｄとの比（ｔ３／Ｄ）を０．００２６〜０．００５６としたのは、ｔ３／Ｄが０．００２６未満だと（拡散が不十分だと）、心材１１および各層１２〜１５が十分に密着しなくなり、電極線１０自体の引張強度の低下を招くためである。また、ｔ３／Ｄが０．００５６を超えると（拡散を過剰に行うと）、伸線加工に伴って脆い反応層１２，１４の部分で破断が生じて均一変形しなくなり、伸線時に断線が発生したり、電極線１０自体の引張強度の低下を招くためである。
【００２５】
本実施の形態に係る電極線１０は、次のように製造される。先ず、心材１１の周りに純Ｚｎ層１３を形成した後、所定の温度、時間で熱処理（拡散処理）を施すことで、心材１１と純Ｚｎ層１３との界面においてＣｕ原子及びＺｎ原子を相互に拡散させると共に、再配列させる。その後、純Ｚｎ層１３の周りにＣｕ−Ｚｎ合金層１５を形成した後、所定の温度、時間で熱処理を施すことで、純Ｚｎ層１３とＣｕ−Ｚｎ合金層１５との界面においてＣｕ原子及びＺｎ原子を相互に拡散させると共に、再配列させる。これによって、電極線１０における心材１１と層１３との界面および層１３と層１５との界面に、層厚ｔ３の反応層１２，１４が形成され、電極線１０が得られる。
【００２６】
得られた電極線１０を伸線ダイスに通し、電極線１０に適宜縮径加工（冷間伸線加工）を施して所望の線径に形成することで、最終製品が得られる。縮径加工は、所望の線径が得られるまで、電極線１０を複数台の伸線ダイスに繰り返し通すようにしてもよい。また、縮径加工は、熱処理前の線材（心材１１の周りに純Ｚｎ層１３を被覆した線材、純Ｚｎ層１３の周りにＣｕ−Ｚｎ合金層１５を被覆した線材）に対して行ってもよく、その場合、縮径後の線材に熱処理が施される。
【００２７】
次に、本実施の形態の作用を添付図面に基づいて説明する。
【００２８】
心材１１と純Ｚｎ層１３との界面および純Ｚｎ層１３とＣｕ−Ｚｎ合金層１５との界面に反応層１２，１４を形成することによって、各層（心材１１と反応層１２、反応層１２と純Ｚｎ層１３、純Ｚｎ層１３と反応層１４、反応層１４とＣｕ−Ｚｎ合金層１５）間の密着性が良好となり、延いては電極線１０の伸線性が向上する。その結果、従来の電極線と比較して、伸線加工時（縮径加工時）の加工率を高めることができる。また、反応層１２，１４は金属間化合物で構成されていることから、心材１１やＣｕ−Ｚｎ合金層１５と比較して高硬度で、かつ、耐熱性に優れている。これらの結果、電極線１０の引張強度及び耐熱性が向上し、延いては高温強度の向上を図ることができる。
【００２９】
また、本実施の形態に係る電極線１０によれば、導電率、強度、及び高温強度が良好な材料、つまり放電加工性能（高い放電加工速度、高い加工精度）が良好な材料で心材１１を構成している。この心材１１の周りに、純Ｚｎ層１３を設けることで、放電加工性能が更に良好となる。
【００３０】
また、放電加工時におけるＣｕ−Ｚｎ合金層１５及び反応層１４の消耗によって純Ｚｎ層１３が露出すると、この純Ｚｎ層１３が放電するため、放電特性が良好となり、優れた加工精度が得られる。この時、純Ｚｎ層１３は、Ｃｕ−Ｚｎ合金層１５及び反応層１４で被覆されていると共に、純Ｚｎ層１３の層厚ｔ２を調整していることから、従来の電極線のように、放電加工時に純Ｚｎ層が瞬時に蒸発することはない。
【００３１】
また、放電加工の経過に伴って純Ｚｎ層１３は徐々に蒸発するが、その蒸発時の気化熱によって電極線１０、特に心材１１の冷却効果が向上する。このため、放電加工速度を上げるべく放電加工電流を増加させても、一般の黄銅線よりも電極線１０の温度上昇を低く抑えることができ、電極線１０自体の熱的負担が減少する。その結果、電極線１０自体の断線限界が向上するため、放電加工速度の向上を図ることができる。
【００３２】
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。
【００３３】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
外径がφ２．０ｍｍで、Ｃｕ−０．１６重量％Ｚｒからなる心材の周りに、順に厚さ０．２５ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。
【００３５】
次に、この被覆線材に伸線加工、熱処理を施し、心材の外周に、順に層厚ｔ３の内側反応層、層厚ｔ１の純Ｚｎ層、層厚ｔ３の外側反応層、層厚ｔ２のＣｕ−Ｚｎ合金層を有する外径Ｄのワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、ｔ１／ｔ２は２．０、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄは０．１４、ｔ３／Ｄは０．００３７とした。
【００３６】
（実施例２）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．２０ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、ｔ１／ｔ２は１．０、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄは０．１４、ｔ３／Ｄは０．００３７とした。
【００３７】
（比較例１）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．０３ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．３３ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、ｔ１／ｔ２は０．０９、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄは０．１３、ｔ３／Ｄは０．００３７とした。
【００３８】
（比較例２）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．３３ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１０ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、ｔ１／ｔ２は３．３、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄは０．１５、ｔ３／Ｄは０．００３７とした。
【００３９】
（比較例３）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．１０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１０ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、ｔ１／ｔ２は１．０、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄは０．０８、ｔ３／Ｄは０．００３７とした。
【００４０】
（比較例４）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．３０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．２０ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、ｔ１／ｔ２は１．５、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄは０．１７、ｔ３／Ｄは０．００３７とした。
【００４１】
（比較例５）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２５ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、ｔ１／ｔ２は２．０、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄは０．１４、ｔ３／Ｄは０．００１８とした。
【００４２】
（比較例６）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２５ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、ｔ１／ｔ２は２．０、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄは０．１４、ｔ３／Ｄは０．００７５とした。
【００４３】
（従来例１）
Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ合金の単体で、外径がφ０．３５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。
【００４４】
実施例１，２、比較例１〜６、及び従来例１における各電極線の、心材組成（重量％）、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の組成（重量％）、ｔ１／ｔ２、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄ、ｔ３／Ｄ、４００℃での高温引張強度、及び放電加工試験時の放電加工速度を表１に示す。
【００４５】
ここで、高温引張強度は、従来例１の電極線の４００℃での引張強度を１．０とした時の相対強度である。また、放電加工速度は、従来例１の電極線の放電加工速度を１．００とした時の相対速度である。
【００４６】
【表１】
2004306239.tif 000003
【００４７】
表１に示すように、実施例１，２の各電極線は、いずれも４００℃における高温引張強度が１．８であり、比較例１と比べて高温強度が約８０％も向上した。また、放電加工速度はそれぞれ２．０、１．９であり、比較例１と比べて放電加工速度が約９０〜１００％も向上した。
【００４８】
これに対して、比較例１の電極線は、ｔ１／ｔ２の値（０．０９）が限定範囲（０．１〜３．０）よりも小さいため、放電加工速度が１．４しか得られず、放電加工速度を十分に向上させることができなかった。また、比較例２の電極線は、ｔ１／ｔ２の値（３．３）が限定範囲よりも大きいため、高温引張強度が１．６しか得られず、引張強度を十分に向上させることができなかった。
【００４９】
比較例３の電極線は、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄの値（０．０８）が限定範囲（０．０９〜０．１６）よりも小さいため、放電加工速度が１．５しか得られず、放電加工速度を十分に向上させることができなかった。また、比較例４の電極線は、［ｔ１＋ｔ２］／Ｄの値（０．１７）が限定範囲よりも大きいため、高温引張強度が１．６しか得られず、引張強度を十分に向上させることができなかった。
【００５０】
比較例５，６の電極線は、ｔ３／Ｄの値（０．００１８，０．００７５）がそれぞれ限定範囲（０．００２６〜０．００５６）を満足していないため、伸線性が良好でなく、電極線の作製が不可能であった。よって、高温引張試験および放電加工試験を行うことができなかった。
【００５１】
【発明の効果】
以上要するに本発明に係るワイヤ放電加工用電極線によれば、心材と純Ｚｎ層との界面および純Ｚｎ層とＣｕ−Ｚｎ合金層との界面に、それぞれ反応層を設けることで、電極線の放電加工性能が良好とな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の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】図１における反応層のＺｎ濃度分布を示す図である。図２（ａ）は内側反応層のＰ１−Ｐ２間のＺｎ濃度分布図であり、図２（ｂ）は外側反応層のＰ３−Ｐ４間のＺｎ濃度分布図である。
【符号の説明】
１０  ワイヤ放電加工用電極線
１１  心材
１２  内側反応層（反応層）
１３  純Ｚｎ層
１４  外側反応層（反応層）
１５  Ｃｕ−Ｚｎ合金層
【図１】
2004306239.tif 000004
【図２】
2004306239.tif 000005