(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のコア（１）の周囲に、α相以外の相として存在するＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物からなる被膜層（２）を有し、さらにその外側にα相として存在するＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層（３）を有する三層構造であって、前記被膜層（３）の厚さが５〜１５μｍであることを特徴とするワイヤ放電加工機用電極線。
【請求項２】
前記被膜層（２）が、β相からなるＣｕ−Ｚｎ合金であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のワイヤ放電加工機用電極線。
【請求項３】
前記コア（１）がＣｕ−Ｚｒ合金からなることを特徴とする請求の範囲第１項記載のワイヤ放電加工機用電極線。
【請求項４】
前記コア（１）がＣｕ−Ｚｒ合金からなることを特徴とする請求の範囲第２項記載のワイヤ放電加工機用電極線。
【請求項５】
前記コア（１）がＣｕ−Ｚｎ合金からなることを特徴とする請求の範囲第１項記載のワイヤ放電加工機用電極線。
【請求項６】
前記コア（１）がＣｕ−Ｚｎ合金からなることを特徴とする請求の範囲第２項記載のワイヤ放電加工機用電極線。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ワイヤ放電加工機の放電加工用電極線に関するものである。
背景技術
ワイヤ放電加工機は、電極線と被加工物とのあいだの放電によって被加工物の加工を行なうものである。
加工速度の向上をはかるため、芯材（コア）の周囲をＣｕ−Ｚｎ系の金属間化合物からなる被膜層で被覆したワイヤ放電加工機用電極線の例が、たとえばＨＩＴＡＣＨＩ  ＣＡＢＬＥ  ＲＥＶＩＥＷ  Ｎｏ．１８（Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９９）に開示されている。この電極線の断面写真を図８に示す。図８は電極線の表面付近を拡大したものであり、コアの周囲を覆うＣｕ−Ｚｎ系の金属間化合物の被膜層を見て取ることができる。図８において、筋状に見えるものは金属間化合物のβ相、その周りがα相であり、β相の周りをα相がとりまいている。また、電極線の最外周部分はα相のみとなっている。
α相と比較してＺｎ濃度の高いβ相は、放電によって気化して被加工物を吹きとばし、加工速度を向上させる効果を有しているが、反面、金属組成的には脆く、電極線の製造工程における冷間伸線の際に割れが生じやすいという欠点も有している。図８の電極線は、加工の難しいβ相を加工性に優れるα相がとりまいているため、冷間伸線時の割れや断線などを生じることなく、容易に細い径へと加工することが可能である。
さらに同様な放電加工機用電極線が、特開平９−３００１３６号公報明細書に開示されている。この電極線における半径方向のＺｎ濃度の分布を、図９に示す。電極線の表面付近はα相であり、Ｚｎの濃度が３０ｗｔ％程度である。Ｚｎの濃度が４０ｗｔ％を超えると、α相とは結晶構造が異なるβ相やγ相が現れる。表面からの深さが５〜３０μｍの位置においては、Ｚｎの濃度は３５〜４５ｗｔ％の範囲に分布しており、β相とα相とが混在し比較的高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ系の金属間化合物が形成されている。
すでに述べたように、β相やγ相は放電加工中のスラッジを飛散させる効果を有し、加工速度を高めることを可能にする反面、金属組成的には脆く、電極線の製造工程における冷間伸線加工が難しい。
そこで、従来のワイヤ放電加工機用電極線では、β相とα相からなるＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物の層で芯材（コア）の周囲を被覆している。このため、このＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物の層のＺｎ濃度を高め、加工速度の向上をはかるには限界があった。また、β相をα相が取り巻いた構造であるため、本来β相が持っている電極線剛性向上の効果を十分発揮することができなかった。
本発明はかかる課題を解決するものであり、被膜層のＺｎ濃度を高め、加工速度を向上させることを目的とする。また、電極線の剛性を向上させ、加工中の電極線の振動を抑制することにより被加工物の除去を効率的に行ない、加工速度と加工精度を向上させることを目的とする。
発明の開示
本発明は、ワイヤ放電加工機用電極線を、導電性のコア（１）、α相以外の相として存在するＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物からなる被膜層（２）、さらにその外側にα相として存在するＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層（３）の三層構造から構成し、前記被膜層（３）の厚さを５〜１５μｍとしたことを特徴とする。
さらに、前記被膜層（２）を、β相からなるＣｕ−Ｚｎ合金とするとよい。
また、前記コア（１）をＣｕ−Ｚｒ合金から形成するとよい。
さらに、前記コア（１）をＣｕ−Ｚｎ合金から形成してもよい。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１
本発明の一実施の形態における放電加工機用電極線を、図１を用いて説明する。図１は電極線の断面を表わしている。本発明の電極線は、導電性のコア１の周りにα相以外のＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物からなる被膜層２を形成し、さらにその外周にα相のＣｕ−Ｚｎ合金からなる被膜層３を形成した三層構造からなる。被膜層２を構成するＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物はα相以外とし、その厚さを極限まで大きくした。α相以外の相の厚さが増すことにより、電極線製造時の伸線加工の加工性が低下するため、α相からなる被膜層３の厚さを可能な限り増加させた。
本発明による電極線の断面写真を図２に示す。α相であるＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３とα相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２がはっきりと分離し、コア１を含めた三層構造となっていることがわかる。
α相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２では、α相であるＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３にくらべ、Ｚｎ濃度が大きい。図３に、本発明の電極線について、断面半径方向のＺｎ濃度の分布を示す。電極線の表面から０〜１５μｍの範囲にはα相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３が存在し、Ｚｎ濃度は３５ｗｔ％程度である。電極線の表面から１５〜４０μｍの範囲にはα相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２が存在し、Ｚｎ濃度は４５ｗｔ％程度である。
ワイヤ放電加工機での加工において、被加工物と電極線との間に一発（一回）の放電が生じると、電極線の放電発生部位は半径方向に５〜１０μｍ程度消耗する。したがって、本発明によって、α相のＣｕ−Ｚｎ金属化合物の被膜層３の厚さを５〜１５μｍとしても、１〜３回の放電が同位置で発生することにより、Ｚｎ濃度が高いα相以外のＣｕ−Ｚｎ金属化合物の被膜層２が表面に露出される。α相以外のＣｕ−Ｚｎ金属化合物、特にα相のＺｎ濃度を上げた場合、  はじめに現れるβ相は、放電によって被加工物を気化して吹き飛ばす効果がα相と比較して大きくなる。よって、表面にα相以外のＣｕ−Ｚｎ金属化合物の被膜層２が現れることで、放電による加工速度を高めることが可能になる。
図４に、α相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さと加工速度との関係を示す。α相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２の厚さは２５μｍで一定とした。図４から明らかなように、α相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さが１５μｍ以下であれば、加工速度はほぼ一定である。つまり、α相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さを１５μｍ以下とすれば、１〜２回の放電でα相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２が表面に露出するため、加工速度を高めることが可能である。
α相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さが５μｍ以下となると、電極線製造時の伸線性が極端に悪化する。したがって、α相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さは、５μｍよりは大きくかつ１５μｍを超えないように選択するのがよい。
図５に、α相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２の厚さと加工速度との関係を示す。α相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さは１５μｍで一定とした。Ｚｎ濃度が大きいα相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２を厚くするほど、加工速度は向上する。
直径０．３ｍｍの電極線の場合、α相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２の厚さを２０〜４０μｍとすれば、放電加工中に被膜層２が消耗してなくなってしまうことがなく、加工が安定するとともに加工速度を著しく高めることができる。
最外周の被膜層３を除く電極線の全断面をα相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物とすることができないのは、電極線製造時の加工性に問題が生じるからである。
ワイヤ電極線の直径０．３ｍｍを例としているが、直径０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであれば、同様の効果を得ることができる。なぜなら、ワイヤ電極線を保持するために加えられる張力に対し断線せずに耐えうるだけのコア１の径が必要であり、ゆえに被膜層２、被膜層３を含めた電極線の最小直径としては０．１ｍｍ程度が必要となる。また、最大直径はいくら大きくてもかまわないが、ワイヤ電極線の製造上の理由、および放電加工機に適用して工業的に意味のある範囲としては、０．４ｍｍ程度である。なお、ワイヤ電極線の直径が０．３ｍｍの場合、コア１の直径は０．２２ｍｍ程度になる。
実施の形態２
本実施の形態では、直径０．２２ｍｍのコア１の周囲に、β相のＣｕ−Ｚｎ合金からなる被膜層２を厚さ３０μｍに形成し、さらにその外周にα相のＣｕ−Ｚｎ合金からなる被膜層３を厚さ１０μｍに形成した三層構造の電極線とした。
図６に、この電極線による加工速度を従来の電極線と比較して示す。従来の電極線としては、直径０．２２ｍｍのコアの周囲に、β相をα相が取り囲んだ構成のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の層を厚さ２０μｍに形成し、さらにその外周に５μｍ以下の厚さのα相のＣｕ−Ｚｎ合金層を設けたものを使用した。コアの材質は、本実施の形態の電極線および従来の電極線とも、Ｚｎ濃度が３５ｗｔ％のＣｕ−Ｚｎ合金とした。
図６において、横軸は放電エネルギーＩＰ、縦軸は加工速度であり、本実施の形態による電極線を曲線Ｓ１で、従来の電極線を曲線Ｐ１で示している。本実施の形態による電極線は、従来の電極線に比べ最大で３０ｍｍ２／ｍｉｎの加工速度の向上が見られ、工業上たいへん有用であることがわかる。
実施の形態３
ワイヤ放電加工時に、電極線は非常に高い温度にさらされる。そこで、本実施の形態では、高温下でも導電率および強度の低下が少なく、電極線の振動を抑制できるＣｕ−Ｚｒ合金をコア１として用い、その外側にα相以外のＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物からなる被膜層２を形成し、さらにその外周にα相のＣｕ−Ｚｎ合金からなる被膜層３を形成した三層構造の電極線とした。
図７に、この電極線による加工速度を従来の電極線と比較して示す。従来の電極線としては、Ｃｕ−Ｚｎ合金からなる直径０．２２ｍｍのコアの周囲に、β相をα相が取り囲んだ構成のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の層を厚さ２０μｍに形成し、さらにその外周に５μｍ以下の厚さのα相のＣｕ−Ｚｎ合金層を設けたものを使用した。
図７において、横軸は放電エネルギーＩＰ、縦軸は加工速度であり、本実施の形態による電極線を曲線Ｓ２で、従来の電極線を曲線Ｐ２で示している。本実施の形態による電極線は、α相以外のＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物からなる被膜層２による、放電によって生じるスラッジを飛散させる効果に加え、導電率の向上によるエネルギ損失低減により、実際に放電に寄与するエネルギーが増加し、従来の電極線に比べ３０ｍｍ２／ｍｉｎ程度加工速度を向上させることができ、工業上たいへん有用である。
また、Ｃｕ−Ｚｒ合金のコア１にかえて、引張強度が一段と強いためより電極線の振動を抑制でき、安価で容易に入手することのできるＣｕ−Ｚｎ合金を用いても、被膜層２および被膜層３による加工速度の向上という効果は同様に得られる。
実施の形態４
本実施の形態では、Ｃｕ−Ｚｒ合金からなるコア１の周囲に、β相のＣｕ−Ｚｎ合金からなる被膜層２を形成し、さらにその外周にα相のＣｕ−Ｚｎ合金からなる被膜層３を形成した三層構造の電極線とした。
図７に、本実施の形態の電極線による加工速度を曲線Ｓ３で示す。β相のＣｕ−Ｚｎ系金属間化合物からなる被膜層２による放電によって生じるスラッジを飛散させる効果に加え、導電率の向上によるエネルギ損失低下により、実際に放電に寄与するエネルギーが向上し、前記実施の形態３と同様に加工速度を向上させることができ、工業上たいへん有用である。
また、Ｃｕ−Ｚｒ合金のコア１にかえて、引張強度が一段と強いためより電極線の振動を抑制でき、安価で容易に入手することのできるＣｕ−Ｚｎ合金を用いても、被膜層２および被膜層３による加工速度の向上という効果は同様に得られる。
産業上の利用可能性
本発明の実施の形態１によれば、α相であるＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さを５〜１５μｍとしたので、α相以外のＣｕ−Ｚｎ系金属化合物からなる被膜層２の厚さを厚くしても、断線や割れなどを生じることなく容易に細線径の電極線へと加工することが可能であると同時に、α相以外のＣｕ−Ｚｎ系金属化合物からなりＺｎ濃度が高い被膜層２によって、高い加工速度を得ることが可能である。
本発明の実施の形態２によれば、α相であるＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さを５〜１５μｍとしたので、β相のＣｕ−Ｚｎ合金からなる被膜層２の厚さを厚くしても、断線や割れなどを生じることなく容易に細線径の電極線へと加工することが可能である。しかも、Ｚｎ濃度が高く放電時に被加工物を飛散させる効果が大きいβ相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層２によって、高い加工速度を得ることが可能である。また、β相によって電極線の剛性は向上し、加工中の電極線の振動が抑制されることにより被加工物の除去を効率的に行ない、加工速度と加工精度を向上させることが可能である。
本発明の実施の形態３によれば、α相であるＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さを５〜１５μｍとしたので、α相以外のＣｕ−Ｚｎ系金属化合物からなる被膜層２の厚さを厚くしても、断線や割れなどを生じることなく容易に細線径の電極線へと加工することが可能であると同時に、α相以外のＣｕ−Ｚｎ系金属化合物からなりＺｎ濃度が高い被膜層２によって、高い加工速度を得ることが可能である。そのうえ、コアとしてＣｕ−Ｚｒ合金を用いたことで、高温時でも導電率が低下せず、電極線での放電エネルギーの損失を抑制し、加工速度を向上させることが可能になる。
また、コア１として、引張強度が高いＣｕ−Ｚｎ合金を用いることで、電極線の振動を抑制し、加工速度を向上させることができる。
本発明の実施の形態４によれば、α相であるＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さを５〜１５μｍとしたので、β相のＣｕ−Ｚｎ合金からなる被膜層２の厚さを厚くしても、断線や割れなどを生じることなく容易に細線径の電極線へと加工することが可能である。しかも、Ｚｎ濃度が高く放電時に被加工物を飛散させる効果が大きいβ相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層２によって、高い加工速度を得ることが可能である。また、β相によって電極線の剛性は向上し、加工中の電極線の振動が抑制されることにより被加工物の除去を効率的に行ない、加工速度と加工精度を向上させることが可能である。そのうえ、コアとしてＣｕ−Ｚｒ合金を用いたことで、高温時でも導電率が低下せず、電極線での放電エネルギーの損失を抑制し、加工速度を向上させることが可能になる。
また、  コア１として、引張強度が高いＣｕ−Ｚｎ合金を用いることで、電極線の振動を抑制し、加工速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による放電加工機用電極線の断面を表わす図である。
図２は本発明による放電加工機用電極線の断面写真である。
図３は本発明の放電加工機用電極線について、断面半径方向のＺｎ濃度の分布を示した図である。
図４はα相のＣｕ−Ｚｎ合金の被膜層３の厚さと加工速度との関係を示した図である。
図５はα相以外のＣｕ−Ｚｎ金属間化合物の被膜層２の厚さと加工速度との関係を示した図である。
図６は本発明の実施の形態２による放電加工機用電極線について、加工速度を従来の電極線と比較して示した図である。
図７は本発明の実施の形態３および実施の形態４による放電加工機用電極線について、加工速度を従来の電極線と比較して示した図である。
図８は従来の放電加工機用電極線の断面写真である。
図９は従来の放電加工機用電極線について、断面半径方向のＺｎ濃度の分布を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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