(57)【要約】【課題】  改善されたワイヤ放電加工用電極線を提供する。【解決手段】  ワイヤ放電加工用電極線は、芯材と、その芯材の外周表面を覆う１種以上の被覆層とを含み、それらの芯材および１種以上の被覆層は互いに異なる材質を有し、１種以上の被覆層の各々はＣｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｓ、Ｍｇ、およびＩｎからなるグループから選択された金属またはその金属を含む合金からなり、１種以上の被覆層の少なくとも一層の表面に異なる材質の粒状物質が分散させられている。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、
前記芯材の外周表面を覆う１種以上の被覆層とを含み、
前記芯材および前記１種以上の被覆層は互いに異なる材質を有し、
前記１種以上の被覆層の各々は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｓ、Ｍｇ、およびＩｎからなるグループから選択された金属またはその金属を含む合金からなり、
前記１種以上の被覆層の少なくとも一層の表面上に異なる材質の粒状物質が分散していることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
【請求項２】
前記粒状物質の平均粒径が前記電極線の線径の１／３０００以上で１／１０未満であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項３】
前記芯材の外周表面に直接接している第１の前記被覆層はＣｕ−Ｚｎ合金からなり、この第１被覆層の表面上に異なる材質の粒状物質が分散していることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項４】
前記粒状物質がＣｕ−Ｚｎ合金からなり、この合金のＺｎ濃度が前記第１被覆層のＺｎ濃度より高いことを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項５】
前記第１被覆層がＣｕ−３７〜５５ｗｔ％Ｚｎ合金で、前記粒状物質がＣｕ−４９〜７０ｗｔ％Ｚｎ合金であることを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項６】
前記粒状物質は、β相およびβ’相の少なくとも一方とγ相とを含むことを特徴とする請求項４または５に記載のワイヤ放電加工用電極線
【請求項７】
前記粒状物質が、Ｃｕ、Ｚｎ、またはＣｕ−Ｚｎ合金の酸化物であることを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項８】
前記１種以上の被覆層の最外層がＡｇ、Ｓｎ、Ｃｓ、Ｚｎ、Ｃｕ、およびＣｕ−Ｚｎ合金からなるグループから選択された金属または合金であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項９】
前記最外層が不連続体であることを特徴とする請求項８に記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項１０】
前記最外層の最大厚さが前記電極線の線径の１／６０００以上で１／４０未満であることを特徴とする請求項８または９に記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項１１】
前記電極線の横断面において前記１種以上の被覆層中に占める前記粒状物質の面積割合が０．０５％以上で３０％未満であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
【請求項１２】
請求項１に記載のワイヤ放電加工用電極線を製造するための方法であって、前記芯材の外周表面上にＣｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｐ、およびＩｎからなるグループから選択された金属またはその金属を含む合金の少なくとも１種以上の被覆層を形成する工程と、前記１種以上の被覆層の少なくとも一層上に異なる材質の粒状物質を分散させる工程とを含むことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
【請求項１３】
請求項１に記載のワイヤ放電加工用電極線を製造するための方法であって、少なくとも表面層にＣｕを含む前記芯材の外周表面上にＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、およびＭｇからなるグループから選択された金属またはその金属を含む合金の１種以上の被覆層を形成する工程と、その後に熱処理によって複数の拡散層を形成する工程と、その後に伸線加工を施す工程とを含むことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理の前に前記芯材上に前記１種以上の金属または合金の被覆層を形成する工程において、前記芯材に直接接する被覆層としてＺｎ層が形成されることを特徴とする請求項１３に記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
【請求項１５】
前記拡散層の少なくとも一層はβ相およびβ’相の少なくとも一方とγ相とを含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
【請求項１６】
前記複数の拡散層を形成する工程の後に、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、およびＣｓからなるグループから選択された金属またはその金属を含む合金の１種以上の被覆層を形成する工程をさらに含み、その後に前記伸線加工の工程を施すことを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工に使用する電極線の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤ放電加工は、ワイヤ放電加工用電極線と称される線状の加工電極と被加工物との間で水または油などの加工液を介して間欠的な放電を起こさせながら、被加工物をワイヤ放電加工用電極線に対して相対的に移動させることによって、被加工物を所望の形状に溶融切断する方法である。この方法は、各種の金型の製造などに利用されている。このようなワイヤ放電加工においては、被加工物の仕上がり加工精度および仕上がり表面状態が良好なこと、電極線からの物質が被加工物に付着しないこと、および放電加工時間が短いことなどのような放電加工特性が要求される。そして、このようなワイヤ放電加工に使用される放電加工用電極線としては、電極線として優れた伸線加工性および強度を有するという理由から、従来から黄銅線が用いられている。
【特許文献１】特開２００１−１５０２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最近では、加工電源の改良進歩に伴って、放電加工速度および精度を向上させることができる電極線が望まれている。特に、高電圧でかつ短時間のパルスの繰返し電圧を付与するようなワイヤ放電加工機の電源を使用するような場合において、放電加工速度および精度を高めることのできる電極線が望まれている。
【０００４】
しかしながら、従来の黄銅線を使用した放電加工用電極線では十分に速い放電加工速度を得ることができなかった。そして、黄銅線では、電極線から被加工物への物質の付着量も多く、被加工物の切断表面性状が荒く、また高速で放電加工しようとすれば電極線が断線しやすいという欠点もあった。
【０００５】
また、ＣｕまたはＣｕ合金からなる芯材にＺｎ層を被覆したものや、Ｚｎ層被覆後に熱処理を施して拡散によって芯材の表面層にＣｕ−Ｚｎ合金を生じさせかつその最外表面に酸化皮膜が存在するワイヤ放電加工用電極線も一部で使用されている。しかしながら、前者では被加工物の切断表面性状は改善されるが十分に速い放電加工速度を得ることができず、後者では放電加工速度はある程度改善されるが被加工物の切断表面性状が十分に改善されず、また放電加工を開始する前の電極線の位置決めが容易でないという問題があった。さらに、芯材とその芯材の外周に形成された被覆層とを備えた従来のワイヤ放電加工用電極線は、黄銅線と比較して放電加工特性は向上するが、電極線自身と給電ガイドと案内用ガイドダイスの磨耗損傷が激しくて寿命が短くなって、放電加工コストがかなり高くなるという問題があった。
【０００６】
それゆえ、本願発明の目的は、放電加工時間を短くすることができ、電極線からの物質が被加工物に付着しにくく、さらには被加工物の切断表面性状が滑らかになるワイヤ放電加工用電極線を低価格で提供することにある。本願発明はまた、電極線の位置決めも容易に行なうことができかつ給電ガイドや案内用ガイドダイスの寿命を短縮させることなく、総合的に放電加工コストを低減し得るワイヤ放電加工用電極線を提供することをも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、ワイヤ放電加工用電極線は、芯材と、その芯材の外周表面を覆う１種以上の被覆層とを含み、それらの芯材および１種以上の被覆層は互いに異なる材質を有し、１種以上の被覆層の各々はＣｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｓ、Ｍｇ、およびＩｎからなるグループから選択された金属またはその金属を含む合金からなり、１種以上の被覆層の少なくとも一層の表面に異なる材質の粒状物質が分散していることを特徴としている。
【０００８】
このように被覆層の表面に異なる材質の粒状物質が分散していることによって、局所的な集中放電を抑制してきめ細かでかつ発生頻度の高い放電を維持することが容易になり、放電加工時間を短くすることができ、電極線からの物質が被加工物に付着しにくくなり、さらには被加工物の切断表面性状が滑らかになることが見出された。
【０００９】
なお、粒状物質の形状は、球状、多角形状などのほかに、どのような形状であってもよい。粒状物質の平均粒径は、電極線の線径の１／３０００以上で１／１０未満であることが好ましい。なぜならば、粒状物質の直径が電極線の線径の１／３０００未満では加工速度の高速化の効果が少なく、１／１０以上では高速化の効果が飽和しかつ給電ガイドや案内用ガイドダイスの寿命に悪影響を与えるからである。
【００１０】
芯材の外周表面に直接接している第１の被覆層はＣｕ−Ｚｎ合金からなり、この被覆層の表面に異なる材質の粒状物質が分散していることが好ましい。また、粒状物質がＣｕ−Ｚｎ合金からなり、この合金のＺｎ濃度が第１被覆層のＺｎ濃度より高いことが好ましい。さらに、第１被覆層がＣｕ−３７〜５５質量％Ｚｎ合金で、粒状物質がＣｕ−４９〜７０質量％Ｚｎ合金であることが好ましい。さらにまた、粒状物質は、Ｃｕ−Ｚｎ合金のβ相およびβ’相の少なくとも一方とγ相とを含むことが好ましい。なぜならば、第１被覆層のＣｕ−Ｚｎ合金のＺｎ濃度が３７質量％未満では高速化の効果が少なく、５５質量％より多くなれば細線への伸線加工が困難となってコストアップになるからである。また、粒状物質のＣｕ−Ｚｎ合金のＺｎ濃度が４９質量％未満では高速化の効果が少なく、７０質量％を超えれば高速化の効果が飽和しかつ給電ガイドや案内用ガイドダイスの寿命に悪影響を与えるからである。なお、粒状物質は、Ｃｕ−Ｚｎ合金のβ相およびβ’相の少なくとも一方とγ相とを含むことが好ましいが、Ｃｕ、Ｚｎ、またはＣｕ−Ｚｎ合金の酸化物であってもよい。
【００１１】
さらに、１種以上の被覆層の最外層がＡｇ、Ｓｎ、Ｃｓ、Ｚｎ、Ｃｕ、およびＣｕ−Ｚｎ合金からなるグループから選択された金属または合金である場合に、高速化の効果がより優れていることが見出された。この場合には、最外層が放電時に気化しやすいかまたは熱伝導性が優れている等の特性を有しているので、電極線の放電時の温度上昇を抑制するように作用することができ、厳しい放電加工条件下でも電極線の断線を発生させることなく、より高速の放電加工が可能になると考えられる。また、複数の被覆層の最外層を金属または合金で形成すれば、一般に硬度が高い化合物被覆層が給電ガイドや案内用ガイドダイスの磨耗や損傷を助長して寿命を短くさせることもなく、放電加工をスタートさせる前の電極線の位置決め作業も容易に行なわれ得る。なお、その最外層は、連続的層であってもよいし、不連続的層であってもよい。また、最外層の最大厚さは電極線の線径の１／６０００以上で１／４０未満であることが好ましい。なぜならば、最外層の最大厚さが１／６０００未満では高速化の効果が少なく、１／４０以上では高速化の効果が飽和するからである。
【００１２】
さらに、電極線の横断面において１種以上の被覆層中に占める粒状物質の面積割合が０．０５％以上で３０％未満であれば、高速加工と被加工物の表面平滑性をより一層両立させることができる。すなわち、１種以上の被覆層中に占める粒状物質の面積割合が０．０５％未満では高速化の効果が十分でなく、３０％を超えれば表面平滑化の効果が十分でなくなる。
【００１３】
上述のワイヤ放電加工用電極線の製造方法に関しては、芯材にＣｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｓ、Ｍｇ、およびＩｎからなるグループから選択された金属またはその金属を含む合金のからなる１種以上の被覆層を形成する工程と、形成された被覆層の少なくとも一層の表面に異なる材質の粒状物質を分散させる工程を経ることによって、放電加工時間を短くすることができ、かつ電極線からの物質が被加工物に付着しにくく、被加工物の切断表面性状が滑らかになるワイヤ放電加工用電極線を低価格で提供し得ることが見出された。
【００１４】
より具体的には、少なくとも表面層にＣｕを含む芯材の外周表面に、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、およびＭｇからなるグループから選択された金属またはそれを含む合金の被覆層の１種以上を形成する工程と、その後に熱処理によって複数の拡散層を形成する工程と、その後に伸線加工を施す工程を含む製造方法を適用することができる。
【００１５】
なお、熱処理の前に芯材上に１種以上の金属または合金の被覆層を形成する工程において、芯材に直接接する被覆層としてＺｎ層を形成することが好ましい。また、複数の拡散層を形成する工程において、形成される拡散層の少なくとも一層はβ相とγ相あるいはβ’相とγ相を含むことが好ましい。さらに、複数の拡散層を形成する工程の後に、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、およびＣｓからなるグループから選択された金属またはそれを含む合金からなる１種以上の被覆層をさらに形成する工程を含むことが好ましい。
【００１６】
すなわち、本発明において、異なる材質の粒状物を分散させて電極線を製造する場合に、加工性の低い相を熱拡散反応によって形成させ、次の伸線加工工程によってその加工性の低い相を細分して粒状物として分散させることが可能であることが見出された。さらに、加工性の低い拡散反応相の表面に加工性の良好な材料層を形成すれば、伸線加工時に粒状物をより均一に分散させることが可能であることが見出された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下において、本発明の実施の形態のより具体的な例として、種々の実施例を説明する。
【００１８】
（実施例１）
線径０．８ｍｍφのＣｕ−０．５質量％Ｓｎ合金芯材上にＺｎ層を厚さ約３５μｍにめっきし、さらにその上にＭｇ層を厚さ約５μｍにめっきした素材を準備し、これに４００℃で３０時間の拡散熱処理を施した。この拡散熱処理によって、芯材上にＣｕ−約４０質量％Ｚｎ層とその上のＭｇ−約５０質量％Ｚｎ層が形成され、Ｍｇ層は残存していなかった。
【００１９】
拡散熱処理された素材は、厚さ約５μｍのＳｎ層がめっきされ、その後に０．２ｍｍφまで伸線加工された。こうして得られた実施例１の電極線における構造的特徴が、表１中で電極線Ｎｏ．１の特徴として要約されている。
【００２０】
表１から分かるように、最外層の薄いＳｎ層は、伸線加工によって引き伸ばされた結果として不連続状態になっていた。また、Ｍｇ−約５０質量％Ｚｎ層は、硬くて脆い性質を有し、伸線加工によって粉砕されて粒状物質になっていた。Ｍｇ−Ｚｎ合金の状態図によれば、約５０質量％Ｚｎ近傍の組成領域においてＭｇ7Ｚｎ3の金属間化合物が形成され得ることが示されている。一般に金属間化合物は、硬くて脆い性質を有している。
【００２１】
なお、粒状物質の粒径は、以下のようにして測定された。まず、電極線の横断面を顕微鏡観察し、画像処理によって各粒子の断面積が測定される。そして、その粒子の断面積に相当する面積を有する円の直径を求めて、これが粒径とみなされた。
【００２２】
表１中の粒状物質に関する「割合」は、電極線の横断面において芯材上に形成された全ての被覆層の面積中に占める粒状物質の面積割合を表している。
【００２３】
（実施例２）
線径０．９ｍｍφの銅被覆鋼線芯材上にＺｎ層を厚さ約４０μｍに形成した素材を準備し、これに３８０℃で５０時間の熱処理を施した。この熱処理によって、芯材上にＣｕ−約３５質量％Ｚｎ層、Ｃｕ−約４５質量％Ｚｎ層、およびＣｕ−約５０質量％Ｚｎ層がこの順に形成されていた。
【００２４】
熱処理された素材は、厚さ約２μｍのＡｇ層がめっきされ、その後に０．２ｍｍφまで伸線加工された。こうして得られた実施例２の電極線における構造的特徴も、表１中で電極線Ｎｏ．２の特徴として要約されている。
【００２５】
表１から分かるように、Ｃｕ−約５０質量％Ｚｎ層は、硬くて脆い性質を有し、伸線加工によって粉砕されて粒状物質になっていた。なお、Ｃｕ−Ｚｎ合金の状態図によれば、約５０質量％Ｚｎ近傍の組成領域においてはβ相および／またはβ’相にγ相が混在し得ることが示されている。ここで、β’層はβ層と同じ組成を有しているが規則格子化された状態であって、β相に比べて硬い性質を有している。γ層はＣｕ5Ｚｎ8金属間化合物を主成分とする相であって、β’層に比べても、さらに硬くて脆い性質を有していることが知られている。
【００２６】
（実施例３）
線径１．０ｍｍφのＣｕ−２０質量％Ｚｎ合金芯材上にＺｎ層を厚さ約５０μｍに形成した素材を準備し、これを８５０℃で９０秒間維持した後に急冷する熱処理を施した。この熱処理では、８５０℃に設定された炉内を９０秒間で素材を通過させ、その後に素材が水冷された。この熱処理によって、芯材上にＣｕ−約４５質量％Ｚｎ層およびＣｕ−約５９質量％Ｚｎ層がこの順に形成されていた。
【００２７】
熱処理された素材は、その表面に付加的なめっき層が施されることなく、０．２ｍｍφまで伸線加工された。こうして得られた実施例３の電極線における構造的特徴も、表１中で電極線Ｎｏ．３の特徴として要約されている。この実施例３において、Ｃｕ−約５９質量％Ｚｎ層は、硬くて脆いγ相のみからなっている。
【００２８】
（実施例４）
線径０．８ｍｍφのＣｕ−２０質量％Ｚｎ合金芯材上にＺｎ層を厚さ約３８μｍにめっきした素材を準備し、これに３９０℃で４５時間の熱処理を施した。この熱処理によって、芯材上にＣｕ−約４５質量％Ｚｎ層およびＣｕ−約６５質量％Ｚｎ層がこの順に形成されていた。
【００２９】
熱処理された素材は、厚さ約１０μｍのＺｎ層がめっきされ、その後に０．２ｍｍφまで伸線加工された。こうして得られた実施例４の電極線における構造的特徴も、表１中で電極線Ｎｏ．４の特徴として要約されている。この実施例４においても、Ｃｕ−約６５質量％Ｚｎ層は、硬くて脆いγ相のみからなっている。
【００３０】
（実施例５）
線径０．８ｍｍφのＣｕ−２０質量％Ｚｎ合金芯材上にＺｎ層を厚さ約４０μｍにめっきした素材を準備し、これを８７０℃に６０秒間維持した後に急冷する熱処理を施した。この熱処理によって、芯材上にＣｕ−約４５質量％Ｚｎ層およびＣｕ−約５５質量％Ｚｎ層がこの順に形成されていた。
【００３１】
熱処理された素材は、厚さ約１０μｍのＺｎ層がめっきされ、その後に０．３ｍｍφまで伸線加工された。こうして得られた実施例５の電極線における構造的特徴も、表１中で電極線Ｎｏ．５の特徴として要約されている。この実施例５において、Ｃｕ−約５５質量％Ｚｎ層は、β相および／またはβ’相とγ相とからなっている。
【００３２】
（実施例６）
線径０．２ｍｍφの鋼線芯材上に厚さ１０μｍの銅層とさらにその上に厚さ１０μｍのＺｎ層をめっきした素材を準備し、これに３８０℃で１０時間の熱処理を施した。この熱処理によって、芯材上にＣｕ−約３８質量％Ｚｎ層およびＣｕ−約４９質量％Ｚｎ層がこの順に形成されていた。
【００３３】
熱処理された素材は、その表面に付加的なめっき層が施されることなく、０．０５ｍｍφまで伸線加工された。こうして得られた実施例６の電極線における構造的特徴も、表１中で電極線Ｎｏ．６の特徴として要約されている。本実施例６における粒状物質Ｃｕ−約４９質量％Ｚｎ中でも、β相および／またはβ’相に少量のγ相が混在し得る。
【００３４】
（従来例）
従来例による電極線の１例であって被覆層を有しないＣｕ−３５．２質量％Ｚｎの放電加工用電極線が、本発明による電極線に対する比較の対象として採用された。
【００３５】
なお、以上の種々の実施例と従来例による電極線のいずれにおいても、塑性加工（伸線加工）の影響による線癖をなくすために、伸線加工の後に軽く通電熱処理が行なわれている。そして、各実施例において最終的に得られた電極線は、いずれも表面が滑らかで線癖のない伸直性に優れたものであった。
【００３６】
【表１】
2005254408.tif 000002
【００３７】
表１に示された電極線をワイヤ放電加工機に取付けて同一条件の下で放電加工を行なって、放電加工速度、被加工物の切断面における付着物量、被加工物の表面性状、電極線の断線回数、給電ガイドや案内用ガイドダイスの寿命、および断線時の自動給線性について調査し、その結果が表２に示されている。なお、放電加工速度は、単位時間当りの加工断面積（加工送り速度と被加工物厚さの積）として求められた後に、従来の電極による放電加工速度を基準の１．０とする比率として示されている。また、被加工物の切断面における付着物量も、従来の電極線を用いた場合を１００とする相対的な比率で示されている。さらに、給電ガイドや案内用ガイドダイスの寿命についても、従来の電極線を用いた場合を１００とする相対的な比率で示されている。なお、被加工物としてはＪＩＳ規格におけるＳＫＤ−１１材が用いられ、その厚さは６０ｍｍであった。
【００３８】
【表２】
2005254408.tif 000003
【００３９】
表１および表２から分かるように、本発明による放電加工用電極線は、従来のものに比べて放電加工特性（加工速度、被加工物の表面性状など）が著しく向上し、また自動給線性にも優れて電極線の位置決めも容易に行なうことができ、かつ給電ガイドや案内用ガイドダイスの寿命を短縮させることなく、総合的に放電加工コストを低減させることができる。
【００４０】
なお、上述の粒状物質の代わりにＣｕ、Ｚｎ、およびＣｕ−Ｚｎ合金のいずれかの酸化物からなる粒状物質を含む電極線であっても、本発明の効果を同等以上に発揮させることができる。そのような酸化物粒状物質は、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＣｕ−Ｚｎ合金のいずれかの層を形成した後に、酸化性雰囲気中で熱処理し、その後に伸線加工することによって形成することができる。