JP2002018649A - 放電加工用多孔性電極線の構造 - Google Patents

放電加工用多孔性電極線の構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極線の表面積を大きくし、放電加工時に加
工液との接触面積を増加させ、冷却速度を一層速くして
加工速度を改善した放電加工用電極線を提供する。 【解決手段】 放電加工用電極線として、前記線は、芯
線と、前記芯線上に形成された合金層、そして前記合金
層上に形成されて前記芯線より低い気化温度を有する第
２金属からなる鍍金層を含み、前記鍍金層は、銅を含む
第１金属からなり、前記芯線上に形成される溶融鍍金過
程で前記第１金属と第２金属の拡散反応によって形成さ
れて前記層の中に最も高い硬度を有し、前記合金層及び
鍍金層は、電極線の長さ方向に対して大凡直交するクラ
ックを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電加工用多孔性
電極線の構造に関する。特に、本発明は、改善された加
工速度を有する放電加工用多孔性電極線の構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１は、一般的な放電加工方法の概略を
説明するものである。その放電加工方法は、被加工物１
に予め開けたスタート穴７に電極線２を挿通し、この電
極線２を挿通方向に走行させながら、電極線２とスター
ト穴７の内壁面との間で高周波電圧を印加することで、
その間でアークを発生させ、被加工物１を溶融し、加工
液及び電極線、被加工物等の瞬間的気化爆発力によって
溶融物を除去するもので、所定の形状に加工する方法で
ある。このような放電加工の原理によって放電加工機に
は、電源供給装置、電極線移送装置、被加工物の移送装
置、そして加工液循環装置が設けられている。
【０００３】被加工物移送装置は、矢印で示すように電
極線２に対して直交方向に移動され、電極線２は供給リ
ール３から連続的に送り出され、被加工物の両側のコロ
５、５′を通って巻き取りリール４に巻き取られる。こ
の際、被加工物１と電極線２との間に高周波電圧が印加
されて切削加工が行われ、加工時に発生する熱を除去す
るための脱イオン純水が加工部分に加工液として供給さ
れる。放電加工の効率、特に加工速度は、加工液の供給
流速、加工電流密度、そして放電波形及び周波数等に密
接な関係があり、このような要素の調節によって改善が
可能であると知られている。
【０００４】従来から電極線としては、純銅線が使用さ
れていたが、純銅は伸率が優れて細線加工が容易し、か
つ電気導電性が良いためである。しかし、純銅の電極線
は引張り強さが低いので、放電加工時に張力をあまり大
きく掛けられないために電極線の振動を抑えることが出
来ず、加工精度が悪く、又断線しやすく、更に加工速度
が遅い等の諸欠点があった。そのため、特殊加工用とし
てモリブデン線、タングステン線等の精密加工用の高強
度線が用いられたり、又一般の加工用にはは６５／３５
黄銅線を代表する黄銅電極線が広く使用されるようにな
っている。
【０００５】黄銅電極線は、純銅に比べて約２倍以上の
引張り強さがあり、かつその合金成分である亜鉛の存在
によって放電安定性、気化爆発力等が向上し、そのため
銅線より加工速度を速くすることが出来るという長所を
有している。然し近年、放電加工の利用拡大に伴って尚
一層強度及び加工速度向上の要望が強く、黄銅にＡｌ、
Ｓｉ等の微量元素を添加して強度と加工速度を向上させ
ている電極線等が開発されている。黄銅合金での亜鉛の
含量が高くなれば高くなるほど加工速度の増加が期待さ
れるが、亜鉛含量が４０％を越えると脆弱なβ状が形成
されるので細線としての伸線が容易でなくなる。
【０００６】米国特許４，２７８，４０４号には銅線、
黄銅線の表面に亜鉛、又は亜鉛合金を被覆させた電極線
について開示している。即ち、銅、黄銅、又は鉄等のよ
うに引張り強さと電気導電度が比較的に高い材料で芯線
を、これらよりも気化温度が低い亜鉛、カドミウム、
錫、鉛、アンチモン、ビスマス及びその合金などの材料
を芯線の鍍金層に電気鍍金された電極線及びその製造方
法が示されている。それにより、電極線に要求されてい
る引張り強さと通電は芯線で果たし、気化温度が低い材
料のメッキによって冷却速度及び洗浄力を向上させて加
工速度を一層増加することが出来る。又、鍍金層は、加
工時に熱によって気化されやすいので芯線を熱衝撃から
保護する役割をする時もある。このように亜鉛線の製造
方法は、最終伸びられた細線に電気鍍金方法によって亜
鉛鍍金等を提供することが出来、適当な直径の線材に亜
鉛等の電気鍍金の後、最終細線のため伸線作業も可能で
ある。
【０００７】又、他の加工速度の改善方法は、米国特許
４，９７７，３０３号に開示されている。この方法によ
ると金属芯線に熱処理の後、芯線との拡散反応によって
混合合金層を形成することが出来る、亜鉛、カドミウ
ム、又はその合金を芯線に鍍金段階と、鍍金された芯線
を少なくとも７００℃以上の酸化雰囲気で熱処理して芯
線金属と鍍金金属との間に拡散を発生させて混合合金
層、例えば、銅亜鉛合金層を形成する段階と、前記熱処
理された鍍金線の加工硬化が伴う細線段階を含んでい
る。この際、電極線の構造は芯線と芯線を囲む混合合金
層と最外郭酸化層から構成される。この際、酸化層は、
放電加工時の電極線と被加工物との間の短絡を改善する
役割をするので、加工速度とは実質的に無関係であり、
前記のような構造を有する鍍金された電極線の加工速度
は前記のような銅−亜鉛合金層を形成する熱処理段階で
あるが、その原因は明確に知られていない。
【０００８】又、米国特許４、６８６、１５３には亜鉛
合金の鍍金された銅覆鋼線を開示する。芯線内の鋼線に
よって機械的引張り強さを高めて優れた加工精密度を提
供し、被覆された銅を用いて高い導電度を提供すること
が出来る。このような鍍金電極線は、銅覆鋼線に亜鉛が
電気鍍金、又は融溶鍍金された後、熱処理段階を通して
銅−亜鉛の合金層を形成したものである。特に亜鉛含量
が４０−５０重量％である時、単に亜鉛鍍金された銅覆
鋼線より向上された加工速度が得られた。このような鍍
金電極線は、亜鉛鍍金された銅覆鋼線と銅の被覆されて
いる芯線と、銅−亜鉛合金層で構成され、この時の合金
層での亜鉛の含量は１０−５０重量％の範囲であるが、
４０−５０重量％が望ましい。このような電極線の製造
方法は、銅覆鋼線芯線を提供する段階と、亜鉛を前記芯
線に電気鍍金する段階と、前記亜鉛鍍金された芯線を細
線で伸線する段階と、加熱して亜鉛鍍金層を銅−亜鉛合
金層に転換させ、亜鉛の濃度が１０−５０重量％の範囲
であり、望ましい範囲は４０−５０重量％であり、芯線
からの円周方向に次第に亜鉛濃度が増加されるようにす
る熱処理段階を含む。また、前記伸線段階で熱処理段階
が先に行われることもあり、亜鉛鍍金は溶融鍍金によっ
て形成されることもできる。
【０００９】前述のように、従来技術には亜鉛のような
溶融点と気化温度が芯線金属よりも低い材料で芯線に鍍
金して加工速度を向上させ、さらに亜鉛層に熱処理して
銅を含む芯線金属と拡散反応を通して銅−亜鉛合金層を
形成することで一層改善された加工速度が得られた。し
かし、これらの特許に開示された技術は鍍金材料、即ち
芯線より気化温度が低い金属の選択によって加工速度を
向上させるので材料の固有な性質によって加工速度の向
上が制限された。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電極線の表
面積を大きくし、放電加工時に加工液との接触面積を増
加させ、冷却速度を一層速くして加工速度を改善した放
電加工用電極線を提供することを目的とする。又、本発
明は、加工液が電極線の外部のみならず内部でも接触し
て冷却速度を速くして加工速度を改善した放電加工用電
極線を提供することを目的とする。
【００１１】又、本発明は、多孔性電極線の製造におい
て、付加的の段階を必要としないで、同時に線の表面積
を大きくする放電加工用電極線の製造方法を提供するこ
とを目的とする。又、本発明は、加工の精密度を阻害し
ないで、同時に加工時の洗浄力が向上された電極線を提
供することを他の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】これらの本発明の目的
は、銅を含む第１金属からなる第１直径の線材を提供す
る段階と、前記線材を前記第１金属より低い気化温度を
有する第２金属の溶融されている鍍金槽を一定時間に通
過させて前記線材の表面に前記第１金属と第２金属の拡
散反応によって前記第１金属及び第２金属より硬度が高
く、伸率が低い合金層を形成し、その上に第２金属から
なる鍍金層を形成するための溶融鍍金段階と、前記合金
層と鍍金層が形成された前記線材を第２直径がなるよう
に伸線して前記合金層の高い硬度と低い伸率によって前
記合金層及び鍍金層にクラックを形成させる段階とを含
む。この時の第１金属は、純銅、又は３６−６７重量％
の銅と３３−３７重量％との亜鉛からなる黄銅が使用さ
れることが出来る。又は、第２金属では亜鉛、アルミニ
ウム、錫、又はその合金が使用されることが出来る。
【００１３】特に、本発明において、第１金属からなる
第１直径の線材に第２金属が一定の厚さで鍍金されるよ
うに鍍金槽に一定時間の間浸けられる必要がある。この
時、前記一定期間は鍍金槽の長さと第１直径の線材を巻
き取る速度によって決まる。従って、速く巻けば鍍金槽
の長さは、長い方が望ましく、鍍金槽が短いとゆっくり
巻かなければならない。巻取速度と鍍金槽の長さは、線
材に３−１０μｍの厚さの鍍金層を形成することができ
れば良い。
【００１４】このような電極線の製造方法は、電極線の
機械的の性質を安定化させるために製造された電極線を
熱処理する段階を経ることも可能である。又、必要に応
じて合金層上に第２金属層、即ち、鍍金を除去する段階
を経ることも可能である。このような方法によって製造
された放電加工用多孔性電極線は、芯線と、前記芯線上
に形成された合金層並びに鍍金層を含み；前記芯線層
は、銅を含む第１金属からなり；前記芯線上に形成され
る合金層は、溶融鍍金過程で前記第１金属と前記第１金
属よりも低い気化温度を有する第２金属の拡散反応によ
って形成されて複数の前記層の中で最も高い硬度を有
し；前記合金層は電極線の長さ方向に対して直角をなす
クラックを含む。
【００１５】これらの構造は、第１直径の線材の第１金
属より低い気化温度を有する第２金属が溶融されている
鍍金槽を一定時間に通過しながら線材の表面に前記第１
金属と第２金属の拡散反応によって前記第１金属及び第
２金属より硬度が高く、伸率が低い合金層になり、その
上に第２金属からなる鍍金層が形成された線材を第２直
径になるように伸線して形成されるので、この時の最終
製品では合金層と鍍金層とに囲まれた第１金属部分が芯
線になる。これらの構造で前記合金層及び鍍金層のクラ
ックを含む多孔は、前記鍍金された芯線が伸線される時
形成されたものである。
【００１６】放電加工用電極線として鍍金層が除去され
た放電加工用電極線は、芯線と、前記芯線上に形成され
た合金層を含み；前記芯線層は、銅を含む第１金属から
なり；前記芯線上に形成される合金層は溶融鍍金過程で
前記第１金属と前記第１金属より低い気化温度を有する
第２金属の拡散反応によって形成されて前記複数の層の
中に最も高い硬度を有し；前記合金層は電極線の長さ方
向に対して直交をなすクラックを含む多孔性からなる構
造を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】このような本発明について、実施
例を詳細に説明する。図２は、放電加工用多孔性電極線
の製造方法を示す図である。この図を参照し、０．９ｍ
ｍの直径からなる亜鉛３５重量％、銅６５重量％からな
る黄銅の中間線材１２が提供される。この中間線材１２
を黄銅よりも低い気化温度を有する亜鉛が溶融されてい
る鍍金槽を一定時間通過させて中間線材１２の表面に亜
鉛からなる鍍金槽を溶融鍍金するが、この際の中間線材
１２はその界面で鍍金槽１０に溶融されている亜鉛と黄
銅との拡散反応によって黄銅及び亜鉛より硬度が高いと
共に伸率が低い合金層が形成され、その上に亜鉛鍍金層
が形成される。このように形成された合金層は、最も高
い硬度を有する。
【００１８】図３（ａ）は、黄銅からなる中間線材に亜
鉛層が鍍金された断面写真であり、図３（ｂ）は、図３
（ａ）の一部分を拡大した写真である。図３（ｂ）を参
照し、中間線材１２に合金層と亜鉛鍍金層が次第に形成
されていることが見られる。合金層及び亜鉛鍍金層が形
成された中間線材１２は伸線装置１４で適切な直径、例
えば０．０５ないし０．３５ｍｍに伸線される。この
時、中間線材１２と亜鉛鍍金層間の合金層は最も強い硬
度を有し、他の層と硬度及び伸率が違うためにこの合金
層に伸線されながら亜鉛鍍金層には伸線される方向に対
して大略直交するクラックが生じ、スポンジ状の多孔性
構造になる。このような細線は、熱処理段階を経て機械
的性質を一層安定化させることが出来る。
【００１９】図４（ａ）は前述の伸線された多孔性の表
面を示す写真であり、図４（ｂ）は本発明によった多孔
性電極線の断面写真である。図４（ａ）を参照し、電極
線の表面には電極線の長さ方向に対して大略直角方向に
クラックが発生していることが分かる。このようなクラ
ックは、合金層が伸線されて生じ、図４（ｂ）に示すよ
うにこのクラックによって合金層及び亜鉛鍍金層はスポ
ンジ形状の多孔層とされていることが見られる。
【００２０】このような構造の多孔性電極線は、黄銅か
らなる芯線２１と、これを囲んでいる亜鉛鍍金層２３を
含んでいる。ここで使用される芯線２１を通して電極線
として要求される電気導電度及び機械的引張り強さが満
たされ、亜鉛鍍金層２３は、芯線２１に使用される材料
より亜鉛のように溶融点及び気化温度が低い材料を使用
して放電加工時に芯線を保護し、加工速度を向上させ
る。又、同時に前記鍍金層２３は多孔性構造を有するの
で、従来の電極線よりも優れた冷却速度が得られる。こ
れは多孔性構造によって電極線の表面積が相当に増加し
て放電加工時の加工液との接触面積が増加するためであ
る。同一な材料において、このような冷却能力の向上は
放電加工時の電極線の温度を従来の電極線よりも同一な
条件でもっと低く維持することが出来るので、相対的
電気導電度を向上させるので加工速度をもっと向上させ
ることが出来、芯線２１の機械的な引張り強さを高温
で相対的に向上することが出来る。従って、本発明によ
って冷却能力が向上された多孔性電極線は、従来の鍍金
電極線より少なくとも１５％以上の加工速度の向上及び
加工精密度の向上が可能である。鍍金に使用される材料
に要求される性質は溶融点及び気化温度が芯線よりも低
く、銅又は黄銅の芯線金属に溶融鍍金されることもあ
り、溶融鍍金時に銅と拡散反応を通して比較的硬度が高
い合金層を形成することが出来る金属でなければならな
い。このような金属には亜鉛、アルミニウム、錫等を含
む。従って、このような電極線は細線で伸線される時に
芯線と鍍金層との間の伸率の差によって鍍金層に多孔性
構造を形成することが出来る。
【００２１】図３（ａ）のように、この電極線の表面に
は比較的均一な分布のクラックが形成されている。この
ようなクラックは、大凡に電極線の長さ方向に対して直
交方向に形成され、又クラックは部分的には粒間で形成
されていることもあるが、大体は粒界クラックであるこ
とが分かる。一方、電極線の表面は鋭い突出部ではな
く、大凡に均一な電極線の外周面を有している。従っ
て、放電加工時の電極線でほこりが発生する可能性が少
なく、むしろこのようなクラックを有する多孔性構造に
よって加工時の被加工物で発生したほこり等のクラック
を通して除去されることが出来るので、洗浄力が従来の
鍍金線に比べてもっと増加することが期待される。
【００２２】［実施例］６３−６７重量％の銅と３３−
３７重量％の亜鉛の成分比を有する直径０．９ｍｍの黄
銅線を中間線材で準備する。この中間線材に溶融鍍金を
実施する。溶融鍍金の材料は、亜鉛、アルミニウム、錫
及びこれらの合金が使用されることも出来、特に亜鉛溶
融鍍金が望ましい。通常の溶融鍍金の工程で鍍金される
中間線材は、アルカリ脱脂及び酸洗を通過して全処理さ
れた後、塩化アンモニウムフラックスを通過する。この
ようなフラックス処理された中間線材は、亜鉛溶融槽を
通過して溶融亜鉛が鍍金されるが、この槽の温度は４０
０−５００℃に維持されて中間線材は１−１０秒の間に
鍍金されて所定の亜鉛層及び銅−亜鉛の合金層が形成さ
れる。この時に中間線材と亜鉛が接触する境界面では拡
散反応によって銅−亜鉛合金層が生じ、その上には亜鉛
層が生ずる形態になる。この時、形成される銅−亜鉛合
金層は線材中で最も硬度が高い部分であり、芯線より伸
率が低い。
【００２３】この時、黄銅線材の表面には１−２μｍの
銅−亜鉛合金層が形成され、最外郭に３−１０μｍの亜
鉛層が形成される。これらの亜鉛及び銅−亜鉛合金層
は、粗密した亜鉛鍍金層である。この合金層の形成によ
って溶融亜鉛鍍金層は、中間線材と優れた密着性を提供
する。
【００２４】前記のような溶融亜鉛鍍金された中間線材
は、空気中に冷却された後、伸線を通して０．０５−
０．３０ｍｍ等の要求される直径を有する細線が作られ
る。伸線段階で一部分の最外郭亜鉛層が除去されること
が出来る。この時、伸線された細線の合金層は、芯線よ
り伸率が低く硬度が高いので伸線を通した細線加工中に
合金層に均一にクラックを発生させて多孔性構造が形成
される。このようなクラックは主に粒界で伝播され、又
これらのクラックの方向は、伸線が線の長さ方向になさ
れているので線長さ方向に大凡に垂直方向に形成され
る。その後、細線加工された線は、３００−６００℃の
温度雰囲気で約１−２秒間熱処理されて芯線の機械的性
質を安定化させて多孔性電極線が完成される。
【００２５】
【発明の効果】このような電極線は、通常の亜鉛鍍金さ
れた線に比べて少なくとも１５％以上の加工速度が向上
し、又このような加工速度の改善は、線表面の多孔性構
造によって表面積が増加して加工液によって冷却速度が
速くなるためである。一方、前記多孔性線の表面は、全
体的に均一な円周表面を維持しながら表面形態が突出部
を含まないので加工の精密度に不利した影響を及ばな
く、むしろ多孔性によって加工し発生する端くれが容易
に除去することが出来るため、洗浄力が優れるので加工
精密度の向上が期待される。従って、本発明によった線
の製造方法により、従来の方法に比べて追加工程の必要
がなく、加工速度と洗浄力が従来の亜鉛鍍金線に比べて
向上された多孔性鍍金電極線を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は一般の放電加工機の構成及びその原理を
示す概略的断面図。
【図２】図２は放電加工用多孔性電極線の製造方法を示
す断面図。
【図３】図３（ａ）は黄銅からなる中間線材に合金層並
びに亜鉛層が鍍金された断面写真、図３（ｂ）は図３
（ａ）の写真の一部分を拡大した写真。
【図４】図４（ａ）は本発明による多孔性電極線の表面
写真、図４（ｂ）は本発明による多孔性電極線の断面写
真。
【符号の説明】
１２ 中間線材 １４ 伸線装置 ２１ 芯線 ２３ 亜鉛鍍金層
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 2/38 Ｃ２３Ｃ 2/38 10/28 10/28 28/02 28/02 Ｆターム(参考） 3C059 AA01 AB05 DA06 DB03 4K027 AA02 AA06 AA25 AB07 AB28 AB42 AB46 AB48 AC73 4K028 CA01 CB04 CC01 CC05 CD03 4K044 AA06 AB04 BA10 BB03 BC05 CA11 CA12 CA62 CA67

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放電加工用電極線として、前記線は、芯
    線と、前記芯線上に形成された合金層、そして前記合金
    層上に形成されて前記芯線より低い気化温度を有する第
    ２金属からなる鍍金層を含み、 前記鍍金層は、銅を含む第１金属からなり、 前記芯線上に形成される溶融鍍金過程で前記第１金属と
    第２金属の拡散反応によって形成されて前記層の中に最
    も高い硬度を有し、 前記合金層及び鍍金層は、電極線の長さ方向に対して大
    凡直交するクラックを含むことを特徴とする、多孔性か
    らなる電極線。
  2. 【請求項２】 前記合金層及び鍍金層のクラックは、前
    記芯線が電極線の長さ方向に伸線されながら形成された
    ものであることを特徴とする、請求項１記載の多孔性か
    らなる電極線。
  3. 【請求項３】 前記第１金属は、黄銅であることを特徴
    とする、請求項１、又は２記載の電極線。
  4. 【請求項４】 前記第２金属は亜鉛、アルミニウム、又
    は錫であることを特徴とする、請求項３記載の電極線。
  5. 【請求項５】 前記第２金属は亜鉛、アルミニウム、又
    は錫であることを特徴とする、請求項２記載の電極線。
  6. 【請求項６】 放電加工用電極線として前記電極線は、 芯線と、前記芯線上に形成された合金層を含み、 前記芯線層は、銅を含む第１金属からなり、 前記芯線上に形成された合金層は、溶融過程で前記第１
    金属と前記第１金属より低い気化温度を有する第２金属
    の拡散反応によって形成されて前記層の中に最も高い硬
    度を有し、 前記合金層は電極線の長さ方向に対して大略直角をなす
    クラックを含むことを特徴とする、多孔性からなる電極
    線。
  7. 【請求項７】 前記合金層のクラックは、前記芯線が電
    極線の長さ方向に伸線されながら形成されたものである
    ことを特徴とする、請求項６記載の電極線。
  8. 【請求項８】 前記第１金属は、黄銅であることを特徴
    とする、請求項６、又は７記載の電極線。
  9. 【請求項９】 前記第２金属は、亜鉛、アルミニウム、
    又は錫であることを特徴とする、請求項８記載の電極
    線。
  10. 【請求項１０】 前記第２金属は、亜鉛、アルミニウ
    ム、又は錫であることを特徴とする、請求項７記載の電
    極線。
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