(57)【要約】  ０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍの全径（Ｄ）を有するとともに、鋼製の内側鋼コア（２）と該鋼コア（２）を包囲する外側被覆（３）とを備え、かつ、費用対効果が高いと同時に、求められる機械的要求及び電気的要求を満たす、ワイヤ電極（１）を提供するために、被覆（３）が鉄−亜鉛合金層（４）を有し、鉄−亜鉛合金層の厚さ（ｄ）がその最薄部において全径（Ｄ）の５％を超え、その最厚部において全径（Ｄ）の２５％未満とすることが提案されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍの全径（Ｄ）を有し、鋼製の内側鋼コア（２）と該鋼コア（２）を包囲する外側被覆（３）とを備える、放電加工用のワイヤ電極（１）であって、前記被覆（３）が鉄−亜鉛合金層（４）を有し、前記鉄−亜鉛合金層の厚さ（ｄ）が、その最薄部において全径（Ｄ）の５％を超え、その最厚部において全径（Ｄ）の２５％未満であることを特徴とする、ワイヤ電極（１）。
【請求項２】
前記鉄−亜鉛合金層（４）が前記被覆（３）内に連続的な電流伝導経路を形成することを特徴とする、請求項１に記載のワイヤ電極。
【請求項３】
前記鉄−亜鉛合金層（４）が、複数の層要素（８）が密に詰まった形態をとり、前記複数の層要素（８）が互いに接触していることを特徴とする、請求項２に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項４】
前記鉄−亜鉛合金層（４）の鉄の含有量が５０ｗｔ％以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項５】
前記鉄−亜鉛合金層（４）の亜鉛の含有量が６０ｗｔ％以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項６】
前記鉄−亜鉛合金層（４）の亜鉛の含有量が鉄−亜鉛合金層（４）の外表面に向かって増加することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項７】
前記全径（Ｄ）が０．２ｍｍ以下であり、前記鋼コア（２）の前記鋼が０．２ｗｔ％〜０．６ｗｔ％の炭素を含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項８】
前記鋼コア（２）が１０００Ｎ／ｍｍ２〜３０００Ｎ／ｍｍ２の破壊強度を有することを特徴とする、請求項７に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項９】
前記全径（Ｄ）が０．２０ｍｍより大きく、前記鋼コア（２）の前記鋼が０．２ｗｔ％以下の炭素を含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項１０】
前記鋼コア（２）が３００Ｎ／ｍｍ２〜１１００Ｎ／ｍｍ２の破壊強度を有することを特徴とする、請求項９に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項１１】
前記鋼コア（２）が、張力を受けたときに、塑性域において塑性変形可能であるように構成され、該塑性域において少なくとも１０％の伸長を有することを特徴とする、請求項９又は１０に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項１２】
前記鋼コア（２）が５０００〜１０，０００の比透磁率μｒを有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項１３】
前記鋼コア（２）が６ｗｔ％以下の割合でケイ素を含有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項１４】
前記鋼コア（２）が１５μΩｃｍ未満の電気比抵抗を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項１５】
前記被覆（３）が純亜鉛製の外側亜鉛層（５）を有し、該亜鉛層（５）は外側から前記鉄−亜鉛合金（４）を被包することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【請求項１６】
前記鉄−亜鉛合金層（４）がアルミニウム及び／又はマグネシウムを含有し、アルミニウムの含有量は８ｗｔ％未満であり、マグネシウムの含有量は５ｗｔ％未満であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のワイヤ電極（１）。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍの全径を有し、かつ、鋼製の内側鋼コアと該鋼コアを包囲する外側被覆とを有する放電加工用のワイヤ電極に関する。
本発明は、さらに、そのようなワイヤ電極を製造する方法に関する。
【０００２】
導入部で言及した種類のワイヤ電極は、独国特許出願公開第１９６  ３５  ７７５号明細書により既に知られている。同明細書において開示されたワイヤ電極は、黄銅層に包囲された鋼コアからなる。黄銅は、α相と称される相を形成する。このα黄銅は、β黄銅からなる外層に包囲される。
【０００３】
米国特許出願公開第２００４／０８９６３６号明細書は、鋼コアを有するワイヤ電極を開示しており、該鋼コアは、細いワイヤの形態をとり、亜鉛又は亜鉛−アルミニウム合金の被覆層により包囲される。
【０００４】
欧州特許出願公開第０７９４０２６号明細書は、鋼コアと該鋼コアを包囲する銅、ニッケル、又は亜鉛の被覆とを備えたワイヤ電極を記載している。
仏国特許出願公開第２９３６７２７号明細書は、鉄−亜鉛合金の外側被覆層を有する金属コアを備えたワイヤ電極を記載している。鉄−亜鉛合金は、ワイヤ電極のその後の伸線加工により割れて、被覆にクラックが生じる。
【０００５】
これらの財産権において記載されたワイヤにおいて、コアは炭素鋼又は合金鋼からなる。提案された鋼コアは、加工ゾーンにおける高い機械的応力にも確実に耐えられるよう、高い引張強度を有するように構成されている。実際、高い応力を受けるワイヤは、ワークピースの加工時に壊れにくく、また所望の位置から外れにくいため、ワイヤが最大限の引張応力下にあると都合がよい。そのため、このようなワイヤの製造業者達は、提案されたワイヤ電極のコアの材料となる鋼の引張強度を最大化することを試みた。
【０００６】
しかしながら、これらの提案されたワイヤは、以下のような短所の影響を受けていた。すなわち、従来の放電加工機は、ワイヤを巻き出し、送り、案内するための機械的装置を備え、該装置は一式の壊れやすいプラスチック製のプーリと搬送ベルトとを備えている。これらの装置は、より軟質の黄銅製のワイヤ用に構成されてきたため、鋼製ワイヤの使用により早期損耗が生じ、ダウンタイムや維持費の増加をもたらすであろう。
【０００７】
実際には、鋼コアを有するワイヤ電極の直径は、各仕様に応じて異なり得るはずである。毛髪程度の細めのワイヤは、確かに十分な可撓性をもともと有する。しかしながら、細めのワイヤは、ワークピースを加工する際の破断を避けるために、高い引張強度を有していなければならない。一方、より大径のワイヤ電極は、破断に対してはより強い。しかしながら、より大径のワイヤ電極の可撓性や延性は、巻き出しシステム、自動線掛けシステム、案内システム、及びワイヤ切断システムの要件について、多くの場合不十分である。
【０００８】
さらに、鋼コアは導電性が低い。これにより、好ましくない局所的な加熱が生じる可能性があり、そのように加熱されたワイヤ電極が破断する可能性がある。
公知の黄銅ワイヤ電極は、加工対象のワークピースの方を向いた表面に、有効量の亜鉛を含有する。亜鉛の瞬間的な蒸発及び酸化により、ワークピースの溶融した金属粒子がワイヤ電極の後方にある加工スロットに堆積することを防ぐ。このような堆積物は、望ましくないワイヤの破損を招き、ワイヤ電極の加工性能を著しく低下させることになる。したがって、加工中に被覆材が速やかに酸化するワイヤを使用すると、より有利である。この場合、黄銅に含まれる銅は、導電性に関して利点があるにもかかわらず、使用しないほう方がよい。亜鉛と合金化された鉄は、その被酸化性のため、銅の優れた代替品と考えられてきた。しかし、これまでに提案されたワイヤ電極は、早期損耗という特徴を有する被覆層を備えるため、これら被覆層の合金の効果を妨げていた。
【０００９】
本発明は、費用対効果が高いと同時に、ワイヤ電極に対する機械的要求及び電気的要求を満たす、導入部で言及した種類のワイヤ電極を提供することを目的とする。
本発明は、被覆が鉄−亜鉛合金層を有しており、鉄−亜鉛合金層の厚さが最薄部において全径の５％を超え、最厚部において全径の２５％未満である点において、この目的を達成する。
【００１０】
本発明は、主として放電加工に求められる機械的特性をワイヤ電極に与える鋼コアを備えた、ワイヤ電極を提供する。このワイヤ電極は、同じく放電加工に求められる十分な導電性という電気的特性を、主に、ワイヤ電極の全径に対して５％から２５％という求められる電気的特性に必要な厚さを有する、鉄−亜鉛合金層を備えた被覆によって備える。本発明において求められる鉄−亜鉛合金層の最小厚さ及び最大厚さは、ワイヤ電極の全径の範囲に対する最適妥協点を表している。このように、上記の２つの特性は、放電加工に十分な程度に提供されている。一方、本発明によるワイヤ電極の導電率は、黄銅ワイヤの導電率に近くなっている。また、一般に入手し得る放電加工機との適合性がある破壊強度も達成されている。必要な範囲を超える厚さを有する鉄−亜鉛合金層は、確かにワイヤ電極にとって十分な導電性を提供するであろう。しかしながら、鉄−亜鉛合金層が厚すぎると、ワイヤ電極の破壊強度を低下させるため、放電加工中にワイヤ電極の破断を招く。他方で、鉄−亜鉛合金層が薄過ぎると、鋼コアが比較的導電性の低い導体であり、電流が主に鉄−亜鉛合金層を通って流れるため、ワイヤ電極の導電性が不十分になることを意味する。
【００１１】
鉄−亜鉛合金層の厚さがワイヤ径の約５％である場合、ワイヤ破断の可能性を低減するように放電加工機の加工パラメータを設定する必要がある。しかしながら、パラメータのこのような変更は、加工性能を損なう可能性がある。
【００１２】
本発明によるワイヤ電極の鉄−亜鉛合金層は、さらに、加工には絶対に必要な鉄及び亜鉛が、使用中あまりに早く使い果たされることがないよう、十分な量の鉄及び亜鉛が加工ゾーンに導入されることを確実にする。
【００１３】
層の「厚さ」という用語は、ワイヤ電極の片側における該層の単なる厚さと解するべきである。
好適には、本発明によるワイヤ電極は、ワイヤ電極の長手方向において連続的に導電性である電流経路を、被覆内に形成する。そのために、鉄−亜鉛合金層は、連続的に導電性を有し、途切れないように構成されている。この導通性を有する構成により、所定の寸法を有する鉄−亜鉛合金層は、確実に、電気抵抗のより少ない電流経路を被覆内に連続的に形成する。本発明においては、層の導通性がどのようにしてもたらされるにしても、それが基本原則である。したがって、例えば本発明において、鉄−亜鉛合金層が、断面において鋼コアの周囲に同心円を形成する複数の合金相を有することも可能である。鉄−亜鉛合金層は３つの相からなっていてもよく、そのうち２つが優勢であってもよい。
【００１４】
しかしながら、本発明の好適な構成によれば、鉄−亜鉛合金層は、相互に接触している層要素が密に詰まった状態（ｄｉｃｈｔｅ  Ｐａｃｋｕｎｇ）を形成する。層要素間の接触がなければ、層要素間の導電性の接続がなく、鉄−亜鉛合金を通って支障なく電流が流れることはできないため、層要素間の接触は必要である。換言すれば、鉄−亜鉛合金層は、ワイヤ電極の動作中に、被覆における電流密度がゼロに低下しないようにする。層要素という用語は、任意の形状、すなわち、例えば膜状、薄片状、板状、粒状、クラスタ状等の合金部を包含することを意図している。層要素は、例えば顕微鏡を用いて特定されてもよく、顕微鏡での分析の前に、任意選択的に、適切な化学的処理を行ってもよい。換言すれば、層要素は、例えば異なる合金相からなる膜、薄片、板、粒、又はクラスタの密な構造を形成する。この密に詰まった状態は、有利には気密的に詰まった状態である。
【００１５】
鉄−亜鉛合金層の連続的な形成と、相互に接触する層要素の気密的な集合体の両方によって、望ましくない酸化プロセスに対する鋼コアの保護が改善される。コアの鉄は酸化されやすい金属であるため、保管状態が悪く、保護が不十分なワイヤは、劣化して使用できなくなる可能性がある。ワイヤコイルの巻線上に形成され得る酸化物は、複数の望ましくない効果を生じる可能性がある。第一に、ワイヤの直径が不均一かつ制御不能に増加するため、放電加工機の巻き出しシステムの動作に中断を生じさせる結果となる。第二に、ワイヤコイル同士が互いに張り付いて、ワイヤ電極が巻きつけられたスプールからワイヤ電極を巻き出すことがより困難になるため、加工の精度が損なわれる。第三に、表面が酸化されたワイヤは、加工ワイヤに電流を供給する装置を損傷あるいは破壊さえし得る放電を引き起こす。
【００１６】
したがって、鋼コアを酸化から保護することが必須であり、このため、鉄−亜鉛合金層の、本発明により規定される厚さが必要となる。従来技術において提案されている局所的にクラックの入ったコアの被覆は、逆にコアを外部に露出させるため、上記の錆の発生を可能にしてしまう。
【００１７】
放電加工機におけるワイヤ電極の最も効果的な利用を可能にするために、ワイヤの機械的特性は、それぞれの要件に正確に合致していなければならない。全ての用途に同じワイヤ電極を使用することはできない。さらに、それぞれの要件に応じて、ワイヤ電極の特性を目的に合うように選択する必要がある。このことは、ワイヤ電極の寸法及びワイヤ電極の冶金組成物の両方についても当てはまり、これらの因子を互いに対して調整することが必要である。全径の大きなワイヤ電極の場合は、例えばワイヤ電極の剛性を低下させることが必要である。逆に、全径の小さいワイヤ電極の場合、破壊強度を増加させることが必要である。この意味において、全径が０．２ｍｍより大きい第１カテゴリのワイヤ電極と、全径が０．２ｍｍ以下の第２カテゴリのワイヤ電極という２つのカテゴリに、全径を分類することができる。
【００１８】
本発明の更なる変形例において、全径は０．２０ｍｍ未満であり、鉄−亜鉛合金層における鉄の含有量は最大で５０ｗｔ％である。これは、鉄−亜鉛合金層における鉄−亜鉛合金の全ての相についていえる。本発明において、鉄−亜鉛合金層は、鉄及び亜鉛の他に、不純物又は意図的に導入した添加物質をも含み得る。これら添加物質の金属の含有量は、加工時に予測される効果を生じさせるために、注意深く計量されなければならない。
【００１９】
好適には、鉄−亜鉛合金層中の亜鉛含有量は、外側に向かって、すなわち鉄−亜鉛合金層の鋼コアから離れる側に向かって増加する。
鉄−亜鉛合金層中の亜鉛含有量が６０ｗｔ％以上であると、特に有利である。
【００２０】
全径が０．２０ｍｍ未満である場合、鋼コアの鋼が０．２ｗｔ％〜０．６ｗｔ％の炭素を含有していると、更に有利である。
このような寸法を有するワイヤ電極の場合、鋼コアが１０００Ｎ／ｍｍ２〜３０００Ｎ／ｍｍ２の破壊強度を有すると更に都合がよい。
【００２１】
全径が０．２０ｍｍ以上の場合、鋼コアの鋼は、最大０．２ｗｔ％の炭素を含有していると有利である。
好適には、全径が０．２０ｍｍ以上のワイヤ電極の引張強度は、３００Ｎ／ｍｍ２〜１１００Ｎ／ｍｍ２である。
【００２２】
好適には、鋼コアは、張力を受けると塑性域においては塑性変形可能であるように構成され、その塑性域において少なくとも１０％の伸長を有する。ワイヤが増大していく張力を受ける場合には、ワイヤ電極が弾性変形する張力の範囲がある。弾性変形においては、ワイヤ電極の長さが増加する一方、全径は減少する。そして、張力がゼロに戻ると、ワイヤ電極は元の形状に戻り、再び元の全径になる。しかしながら、張力が最大弾性変形を超えると、ワイヤ電極は塑性変形する。この変形は不可逆的である。したがって、張力がゼロに戻っても、ワイヤ電極は変形したままとなる。これは、もちろんワイヤ電極が破断する事態を生じさせることもある。したがって、塑性域は、上記の閾値とワイヤ電極が破断する張力との間における張力の範囲である。ワイヤ電極がその塑性状態において最大１０％の伸長を有する場合、破断後のワイヤ電極の自由端の全径は、ワイヤ電極が容易に線掛け可能である程度に小さい。多くの市販の放電加工機において、自動的に線掛け可能であることは、使用し得るワイヤ電極の重要な要件である。したがって、このように開発された本発明のワイヤ電極は、一般的な巻き出し装置、自動線掛け装置、ガイド装置、及び切断装置に問題なく使用することができる。塑性域においてワイヤ電極の約１０パーセントの伸長を生じさせるには、様々な可能な選択肢がある。例えば、ワイヤ電極を適切に加熱することにより、又は鋼コア及び被覆の適切な冶金組成を用いることにより、伸長を生じさせることができる。
【００２３】
既に上記で説明したように、鋼の導電性は、要求を満たすには不十分である場合が多い。本発明によれば、主要な電流経路が、より優れた導電体であるワイヤ電極の被覆内に延びているため、鋼コアの安価な鋼には過剰な電流負荷がかからない。侵食放電の一般的な周波数は、５０ｋＨｚの範囲である。そのため、表皮効果と呼ばれる効果により、ワイヤ電極の外縁において電流密度が増加し、このことが更に被覆による電流の引き取りを支援する。コア内を流れる電流は、境界面付近で被覆に、すなわち鉄−亜鉛合金層内に移動する。このため、鋼コアの鋼は、この効果を促進して電流がほぼ全て被覆内を流れるよう、有利に構成される。したがって、鋼コアは、５０００〜１０、０００の透磁率μｒを有する鋼から形成されることが好ましい。本発明において好適である、鋼コアのそのような鋼は、最大で６ｗｔ％のケイ素を含有する。
【００２４】
こうした鋼は、変圧器の積層体の製造においても使用される。好適には、鋼コアは１５μΩｃｍ未満の電気抵抗率を有する。
好適には、被覆は、鉄−亜鉛合金層を包囲する純亜鉛の外層を有する。亜鉛は、微細加工にとって興味深い特性を有し、より良好な電気的接触を生じさせる。さらに、亜鉛の存在は、計測上の理由から非常に重要である。
【００２５】
マグネシウムやアルミニウムなどの他の金属も、放電加工について興味深い特性を提供する。鉄−亜鉛合金層におけるこれらの物質の存在は、例えばワークピースの加工を加速させ得る。したがって、好適には、鉄−亜鉛合金層はアルミニウム及び／又はマグネシウムを含有し、アルミニウムの含有量が８ｗｔ％未満であり、マグネシウムの含有量が５ｗｔ％未満である。このように形成された鉄−亜鉛合金層は、鋼コアの付近において、拡散した鉄の成分を適切に含有している。鉄は、例えば熱処理による拡散中に、鋼コアから被覆内に拡散する。これらの種類の合金は、製造コストの更なる低減を可能にする。
【００２６】
０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍの全径を有する放電加工用ワイヤ電極の製造方法の場合、鉄と亜鉛とからなる連続的な鉄−亜鉛合金層は、例えば、ワイヤ電極の全径から合金層の所望の厚さｄを差し引いたものに相当する直径を有する鋼からなる鋼コア上に堆積される。
【００２７】
好適には、ワイヤ電極は、鉄−亜鉛合金層の堆積後にその最終直径まで伸線加工され、合金層の断裂を回避するために、全径は、例えば最大０．０１ｍｍまで、可能な限り減少させられる。
【００２８】
製造工程の開始時に使用される鋼コアの直径が、完成時のワイヤ電極の最終直径に近い場合にのみ、上記の利点を得ることができる。このような状況において維持されるべき公差は、例えば＋０．００２ｍｍから−０．００４ｍｍの範囲である。伸線工程は、例えば鋼コア上への鉄−亜鉛合金層の堆積に続いて行われるが、補正を確実にすることを意図しており、全径を所定の閾値未満に減少させてはならない。なぜならば、それが鉄−亜鉛合金層を破壊して鋼コアを露出させることになるからである。これは、ワイヤ電極の導電性に悪影響を与えるのみならず、露出した鋼コア中の鉄の望ましくない酸化にもつながる。したがって、好適には、被覆した鋼コアの伸線中に、ワイヤ電極の全径が適切に減少させられる。これにより電流伝導層の連続性が維持され、ワイヤ電極の電気抵抗は増加しない。
【００２９】
例えば、製造方法において、亜鉛層がまず鋼コア上に堆積される。その後、このように被覆されたワイヤは、焼なましをしてもよく、その際、所望の鉄−亜鉛合金層を形成するように、鉄の粒子が亜鉛層内に拡散する。すると、ワイヤ電極は、上記の安全基準を順守しながらも、最終直径、すなわち完成時のワイヤ電極の全径まで伸線加工され得る。
【００３０】
堆積された亜鉛層の構造、ひいてはそれに続く鉄−亜鉛合金層の構造は、選択された堆積工程に依存する。亜鉛が電解手段によって鋼コア上に堆積される場合、固態での堆積となる。このため、鉄をコアから被覆内に移動させることにより鉄−亜鉛合金を生じさせるためには、熱拡散が不可欠である。その過程において、ワイヤが加熱され、複数の同心状の相からなる合金が生じる。高亜鉛相は、鉄−亜鉛合金層の低亜鉛相より延性が高い。高亜鉛相は、鋼コアから離れる側の、鉄−亜鉛合金層の外縁に位置する。他方のより脆性の高い鉄−亜鉛合金相は、対照的に、鋼コアに隣接する内縁に形成される。この構造は、放電加工ワイヤには非常に有利であり、したがって、より脆性の高い相を延性のある相で被包することが可能となるため、ワイヤ電極は、鉄−亜鉛合金層が破壊されることなく厳しい制限内で伸線可能になる。さらに、有利な高亜鉛層が周辺部に生成される。それに加えて、やはり有利な多価のワイヤ電極が提供される。
【００３１】
これも本発明における堆積工程といえる、浸漬と呼ばれる方法の場合、外層は液態で堆積される。各被覆層は、鋼ワイヤを液体亜鉛又は鉄−亜鉛混合液に浸漬することにより塗布される。この場合、相形成はより複雑であり、溶液の種類と温度に左右される。したがって、１回の浸漬工程は、電解蒸着とそれに続く熱拡散に代わることができる。
【００３２】
めっき浴（浸漬）もまた、正確な冶金相を直接的に形成すること、及び／又はアルミニウム、マグネシウムあるいはニッケルなどの他の金属を鉄−亜鉛合金層内に導入することを可能にする。アルミニウム及びマグネシウムは、電解により堆積させることができない。
【００３３】
更なる適切な実施形態及び本発明の利点は、図面中の各図を参照して本発明の例示的な実施形態の以下の記載の発明主題を構成しており、図面中において、同一の参照符号は同様の効果を有する構成要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のワイヤ電極の例示的実施形態を、概略断面図によって、より明確に示している。
【図２】本発明のワイヤ電極の例示的実施形態を、概略断面図によって、より明確に示している。
【図３】本発明のワイヤ電極の例示的実施形態を、概略断面図によって、より明確に示している。
【図４】板形態の層要素が密に詰まった鉄−亜鉛合金層の、大きく拡大された概略図である。
【図５】相互に隣接するクラスタの形態の層要素が密に詰まった鉄−亜鉛合金層の、大きく拡大された概略図である。
【図６】０．１ｍｍの各全径を有するワイヤ電極の破断応力と電力損失とを、それぞれの鉄−亜鉛合金層の厚さの関数として示す図である。
【図７】０．２ｍｍの全径を有するワイヤ電極の破断応力と電力損失とを、鉄−亜鉛合金層の厚さの関数として示す図である。
【図８】０．２５ｍｍの全径を有するワイヤ電極の破断応力と電力損失とを、鉄−亜鉛合金層の厚さの関数として示す図である。
【図９】０．３ｍｍの全径を有するワイヤ電極の破断応力と電力損失とを、鉄−亜鉛合金層の厚さの関数として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明によるワイヤ電極１の例示的な実施形態を、概略断面図で示している。ワイヤ電極１は、断面がほぼ円形であり、ほぼ一定の全径Ｄを有して長手方向に延びている。ワイヤ電極の全径Ｄは、図１において明確に示されている。ワイヤ電極１は、適切な鋼からなる中心鋼コア２を有する。鋼コア２は、例示的な実施形態においては鉄−亜鉛合金層４のみからなる被覆３によって被包されている。
【００３６】
図１に示されるワイヤ電極１は、０．１ｍｍの全径Ｄを有する。鉄−亜鉛合金層４の厚さｄは１２μｍである。鉄−亜鉛合金層４の鉄の含有量は、２５ｗｔ％〜２９ｗｔ％である。鋼コア２の炭素の含有量は０．５ｗｔ％である。
【００３７】
図２は、本発明によるワイヤ電極１の更なる例示的な実施形態を示しているが、被覆３は、鉄−亜鉛合金層４に加えて、鉄−亜鉛合金層４を外側から被包する亜鉛層５を備える。これにより、最終加工に有利な外側の高亜鉛層が提供される。また、多価ワイヤが実現される。
【００３８】
図３は、本発明によるワイヤ電極１の更なる実施形態を拡大断面図で示しており、ワイヤ電極１の一部のみが視認可能である。ワイヤ電極１は、ここでも、鉄−亜鉛合金層４からなる被覆３により包囲された鋼コア２を有する。鉄−亜鉛合金層４が複数の同心円状の相からなる層（相レイヤ）５、６、７を有することが見てとれるが、相レイヤ５はγ相であり、相レイヤ６はδ相であり、相レイヤ７はξ相である。このため、鉄−亜鉛合金層４の亜鉛の含有量は、相レイヤ５から相レイヤ７へと徐々に増加する。したがって、相レイヤ６及び７は、内側のより脆性が高い相レイヤ５に比べて延性が高い。この配置は、鉄−亜鉛合金層４が破壊される危険性をかなり低減させる。
【００３９】
図４及び５は、それぞれ、本発明によるワイヤ電極１の更なる例示的な実施形態を示し、やはり部分断面図で示されている。特に視認できるのは、鉄−亜鉛合金層４の構造であり、該構造は、図４のワイヤ電極１の場合も図５のワイヤ電極１の場合も、密に詰まった状態の複数の層要素８からなり、層要素８は、互いに異なる複数の合金相を形成する。層要素８同士は、鉄−亜鉛合金層４内に連続的な電流伝導経路を形成するように、互いに接触している。層要素８の亜鉛の含有量は、層要素８毎に変わり得るものであって、図４に示される例示的な実施形態では６５ｗｔ％から７５ｗｔ％であり、外側に向かって、すなわち被覆３の鋼コア２から離れる側に向かって増加する。冶金学的理由から、亜鉛の含有量は外側に向かって徐々に（言い換えれば線形的に）増加するわけではない。さらに、亜鉛の含有量はここでは段階的に変化し、どの相においても、その相がコアからより遠くに配置されるほど、亜鉛の含有量がより多くなる。
【００４０】
図４に示すワイヤ電極１の場合、層要素８は、互いに絡み合って配置された複数の薄板として構成されている。対照的に、図５は、互いに隣接するクラスタ又はブロックとして構成された層要素８を示している。図４及び５に示される例示的な実施形態のそれぞれにおいて、層要素８は、鉄−亜鉛合金層４が鋼コア２の周囲に気密性のバリアを形成していることにより、鋼コア２の鉄成分が腐食性の大気酸素から保護されるように、密に詰まった状態となっている。
【００４１】
実際に放電加工に用いられるワイヤ電極１の全径Ｄは、０．０５ｍｍから０．４ｍｍまで様々である。用途に応じた寸法とされ得る本発明のワイヤ電極の製造においては、各用途について、ある特性を向上させることが別の特性の低下を招くという意味において互いに相反する場合もある５つの特性の間で、最も適切な妥協点を見出す必要がある。これらの特性は、以下のとおりである。
−  ワイヤ電極全体の導電性、
−  機械的荷重に耐えるための破壊強度、
−  放電加工中の損耗に関する鉄−亜鉛合金層の強度、
−  鋼コアをさびから保護する鉄−亜鉛合金層の能力、
−  鋼コアの適切な透磁率。
【００４２】
鋼は、銅や黄銅よりも費用対効果が非常に高い材料である。これは、黄銅からなる同等の特性を備えたワイヤ電極に対する決定的な利点である。
本発明のワイヤ電極の製造に用いられる本発明の方法は、鋼コアの延性及び鋼コア上に堆積された被覆の延性に依存する。しかしながら、被覆された鋼コアの延性が不十分な場合は、その後に行われる伸線工程を省くか、あるいは伸線工程を小規模に限定するかのいずれかにする必要がある。放電加工の分野においては、例えば自動線掛けの場合など、その用途の要件を考慮すると、本発明のワイヤ電極のある程度の塑性変形が不可欠である。したがって、本発明のワイヤ電極が使用される機械によっては、ワイヤ電極の線掛けを平易にするアニール装置を備えるものもある。低炭素鋼の場合、ワイヤ電極の十分な塑性変形は、温度の上昇によって実現される。
【００４３】
可塑性は、線掛けに有用である。ワイヤ電極を準備する際、ワイヤのネッキングが生じることを可能にするため、ワイヤが尖り、放電加工機の上端部及び下端部のガイドを通して線掛けすることができる。
【００４４】
鋼コアの鋼における炭素濃度を増加させると鋼コアの弾性係数が増加するため、弾性係数は８０００ｋｇ／ｍｍ２から１６、０００ｋｇ／ｍｍ２の間で変動し得る。全径０．２５ｍｍのワイヤの場合、例えば５０ｍｍの最小曲げ半径は、炭素濃度を増加させることにより２倍になり得る。したがって、鋼コアを有し、全径が０．２５ｍｍを超え、破壊強度が２０００Ｎ／ｍｍ２を超える従来技術のワイヤ電極は、放電加工機には不向きである。これらの剛性の高いワイヤは、現在使用されている機械に供給することがかなり困難であり、機械を損傷させる可能性すらある。実際に使用される機械の大多数は、また、加工ゾーンの後ろに配置された切断機を通常備えている。この切断機の最大せん断力は制限されている。を超える全径と、０．２ｗｔ％を超える炭素濃度とを有するワイヤ電極は、不十分にしか切断されないか、あるいは全く切断されないため、切断装置への損傷を排除することができない。０．２５ｍｍの直径と１３００Ｎ／ｍｍ２を超える破壊強度とを有する従来公知のワイヤ電極は、一般に大多数の放電加工機の切断装置及び搬送装置には適さない。
【００４５】
所与のワイヤ直径について十分な破壊強度を達成するために、被覆がコアより低い機械的強度を有する限りにおいて、被覆の厚さを減少させることが可能である。既に説明したように、ワイヤ電極の機械的強度にはコアが主に関与する。したがって、コアの直径は、十分な機械的強度を確保できるだけの大きさでなくてはならない。それに対して、鋼コアが導体としての能力が低いため、ワークピースの加工とそれに伴う被覆の損耗時にさえも全体としての導電性を提供するために、被覆は最小限の厚さを有しなければならない。
【００４６】
鋼コア用の鋼を選択する際には、それぞれの鋼の磁気特性を考慮することも必要である。鋼コアを通って流れる電流は、切断工程には不都合であり、かつ、加工ゾーンにおけるワイヤ電極の湾曲を生じさせて切断精度を低下させる、磁場を生成し得る。これらの欠点を回避するために、本発明のワイヤ電極の鋼は、できる限り低い保磁性を有する。低保磁性の鋼は主に低炭素鋼であるが、低炭素鋼は同時に、必要とされる機械的強度を有する。これは、鋼コア中のケイ素含有量を設定することにより実現される。本発明においては、変圧器の積層体の製造に用いられる鋼が、鋼コアの製造にも非常に適していることが認識されている。
【００４７】
本発明において、図６〜図９は、所与の全径について、鋼コアの機械的強度とワイヤ電極の全体的な導電性を容易に確立することを可能にする。これらの図は、それぞれ０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ及び０．３ｍｍの全径を有するワイヤ電極を示している。
【００４８】
各横座標は、鉄−亜鉛合金層の厚さをミクロンで示している。縦座標は、電力損失をＷａｔｔ／ｃｍで、またワイヤの破断応力をＮで示しており、両方の変数について同じ数目盛が有効である。
【００４９】
０．１ｍｍのワイヤ直径に対して１０Ａ、０．２ｍｍのワイヤ直径に対して３５Ａ、０．２５ｍｍのワイヤ直径に対して６０Ａ、０．３ｍｍのワイヤ直径に対して９０ＡのＲＭＳ電流を用いて、様々な電力が達成された。このＲＭＳ電流は、鋸歯状電気パルスの連続により生成され、特性曲線の勾配は３００Ａ／μｓより大きかった。被覆層の電気比抵抗は６μΩ・ｃｍであり、コアの電気比抵抗は１０μΩ・ｃｍであった。
【００５０】
図６〜９のそれぞれで１と表記されている曲線は、鋼コアにおける電力損失を示す。各曲線２は、被覆層における電力損失を示し、曲線３は、全体の電力損失を示し、曲線４は鋼コアの破断応力を示す。各曲線５は、鉄−亜鉛合金層が５０％損耗した（これは、放電加工時におけるワイヤの一般的な損耗に対応する）場合の、被覆されたワイヤ電極の破断応力を示す。横線６は、通常の機械において、表示された全径を有するワイヤ電極が受ける最大の機械的な破断応力を示す。
【００５１】
予測されるように、全ての図において、鉄−亜鉛合金層の厚さが増加するとともに鉄−亜鉛合金層における電力損失が増加し、ワイヤ電極の全体的な機械的強度が低下する。
鉄−亜鉛合金層がそれぞれのＡ点（曲線２と曲線１の交点）の右側の値に対応する厚さに設定された場合、鉄−亜鉛合金層における電力損失が増加して、鋼コアの電力損失に近づく。しかしながら、層の厚さが増加すると、機械的強度が低下する。下回ると放電加工工程においてワイヤ電極が破損し得る閾値よりも機械的強度を低下させないことが望ましい。この閾値は、最大破断応力（曲線５）が放電加工機の最大引張応力（曲線６）より低くなるＢ点において到達する。したがって、最適な層の厚さは、Ａ点の右側にあって、かつＢ点の左側にある値である。
【００５２】
曲線の分析が示すところによると、鉄−亜鉛合金層４はワイヤの全径の５％〜２５％でなければならない。これにより選択された被覆の厚さに応じて様々なワイヤを製造することができ、（薄い被覆層を備えた）ワイヤ電極は、仕上げ加工により適しており、（厚めの被覆層を備えた）別のワイヤ電極は、速い加工速度に対して、あるいはフラッシング条件が悪い場合において、より高い能力を発揮する。
【００５３】
実施された試験の結果、被覆のない単純な鉄製のワイヤは、切断中に切断されたワークピースから生じる再堆積物が形成されて破損の可能性が高くなるため、非常に低い加工速度のみを許容するという結論に達した。この挙動は、純銅層の挙動に一致する。純亜鉛からなる被覆も、切断速度を十分なレベルまで上げることはないであろう。その理由は、純亜鉛の融点が低いことから見て、損耗率が高いことにある。例えば厚さ２５ミクロンといった非常に厚い純亜鉛の被覆層であっても、切断工程の速度を増加させることはない。鉄−亜鉛合金層のみが、銅−亜鉛被覆を有するワイヤ電極の切断速度に匹敵する程度までワイヤ電極の切断速度を増加させることを可能にする。したがって、鉄−亜鉛合金層は、無被覆の鋼ワイヤ又は純亜鉛層を有する鋼ワイヤより損耗しにくいことが推測できる。これに対して、鉄−亜鉛合金層が薄すぎると、十分な効果を奏することができない。そのようなワイヤ電極は、純鋼ワイヤの特性に近い特性を有する。しかしながら、鉄−亜鉛合金層の厚さが著しく増加し、従来公知のレベルを超えて増加した場合、驚いたことに、再堆積が大きく減少し得ることが認められた。鉄−亜鉛合金層は、このように亜鉛−銅合金層とは全く異なっている。鉄−亜鉛合金層は、ワイヤの通過後に再堆積物がないため、材料除去量を増加させ、最終工程の数を減少させることができる。
【００５４】
要約すると、鉄−亜鉛合金層の厚さが、従来公知のワイヤ電極における厚さよりもかなり大きくなければならないということができる。
【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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【国際調査報告】
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