JP2004142079A - ワイヤ放電加工用電極線の製造方法及びその製造方法を用いて製造したワイヤ放電加工用電極線 - Google Patents
ワイヤ放電加工用電極線の製造方法及びその製造方法を用いて製造したワイヤ放電加工用電極線 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高温引張強度が高く、かつ、放電加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線の製造方法及びその製造方法を用いて製造した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２０の製造方法は、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材３１の外周に、順に、Ｚｎ層３２、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層３３を有する被覆線材３０に拡散熱処理を施して、心材４１の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層４２を有する線材４０を形成し、この線材４０に時効析出処理を施すものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線２０の製造方法は、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材３１の外周に、順に、Ｚｎ層３２、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層３３を有する被覆線材３０に拡散熱処理を施して、心材４１の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層４２を有する線材４０を形成し、この線材４０に時効析出処理を施すものである。
【選択図】 図１
Description
【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の製造方法及びその製造方法を用いて製造した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の製造方法及びその製造方法を用いて製造した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。このため、このタイプの電極線の構成材として、一般的に、３２〜３６重量％のＺｎを含むＣｕ−Ｚｎ合金、すなわちＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金（６５／３５黄銅線）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、例えば、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】
【特許文献１】
特開平５−３３９６６４号公報
また、放電加工用電極線は、一般に放電加工中、２００〜４００℃に上昇すると言われており、電極線自体に熱的負荷が加わると共に、加工速度及び加工精度を上げるために張力負荷も加わることから、高温での引張強度が高いことが要求されている。ところが、一般に用いられているＣｕ−Ｚｎ電極線や被覆電極線は、高温強度が高くないため、加工速度を上げるべく放電加工電流を増加させると、ワイヤ温度が上昇して断線が生じてしまう。
【０００５】
高温引張強度が高い銅合金の一つとしてＣｕ−Ｚｒ合金がある。このＣｕ−Ｚｒ合金を用いた被覆型の放電加工用電極線として、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、順に、Ｚｎ層、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を有する被覆線材に、５５０〜６００℃×２〜４ｈｒの拡散熱処理を施すことで、心材の外周にＣｕ−３８〜５０重量％Ｚｎ合金層を形成したものが挙げられる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−１７２５２９号公報（
【特許請求の範囲】、
及び
【０００７】〜
【０００８】）
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−３３９６６４号公報に記載された被覆型の放電加工用電極線の製造方法は、心材の周りに、Ｃｕ−３８〜４９重量％ＺｎからなるＣｕ−Ｚｎ合金層を押出被覆するものであった。ここで、Ｃｕ−Ｚｎ合金層のＺｎ濃度が３８〜４９重量％と高いことから、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の単一層を形成するには、熱間押出被覆を行う必要があり、製造コストが非常に高くなるという問題があった。また、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の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、その結果、生産性が良好でないという問題があった。
【０００９】
また、特開２００２−１７２５２９号公報に記載された被覆型の放電加工用電極線は、拡散熱処理として５５０〜６００℃×２〜４ｈｒの熱処理を行っているが、高温強度を向上させるための時効析出処理としては熱処理温度が高過ぎることから、Ｃｕ−Ｚｒ合金の機械的特性を最大限に発揮できていなかった。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、高温引張強度が高く、かつ、放電加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線の製造方法及びその製造方法を用いて製造したワイヤ放電加工用電極線を提供することにある。
【００１１】
【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の製造方法は、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、順に、Ｚｎ層、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層を有する被覆線材に拡散熱処理を施して、心材の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層を有する線材を形成し、この線材に時効析出処理を施すものである。また、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、順に、Ｚｎ層、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層を有する被覆線材に急速加熱・急冷の拡散熱処理を施して、心材の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層を有する線材を形成し、この線材に時効析出処理を施すものである。
【００１２】
より具体的には、請求項３に示すように、プラズマ加熱又は赤外線加熱により、上記急速加熱・急冷の拡散熱処理を行う。
【００１３】
また、請求項４に示すように、上記拡散熱処理として、５００〜８００℃×０．５〜６ｍｉｎの熱処理を行う。
【００１４】
請求項５に示すように、上記時効析出処理として、３８０〜５２０℃×０．５〜２ｈｒの熱処理を行う。
【００１５】
請求項６に示すように、上記心材の外周に形成する高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層として、Ｃｕ−４１〜４９重量％Ｚｎ合金層を形成する。
【００１６】
このように、Ｃｕ−Ｚｒ合金からなる心材を有する被覆線材に、所定の温度・時間の拡散熱処理を施した後、所定の温度・時間の時効析出処理を施すようにしたため、心材の機械的特性、高温引張強度を最大限に引き出すことができる。
【００１７】
一方、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、上述したワイヤ放電加工用電極線の製造方法を用いて製造したものである。また、心材の外周に、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を有するワイヤ放電加工用電極線において、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、Ｃｕ−４１〜４９重量％Ｚｎ合金層を有し、かつ、４００℃での引張強度が２００〜６００ＭＰａであるものである。
【００１８】
このように、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法を用いることで、強度が高く、かつ、放電加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法のフローを示す概略図を図１に示す。
【００２１】
先ず、図３に示すように、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材３１の外周に、順に、Ｚｎ層３２、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金（好ましくはＣｕ−３５重量％前後Ｚｎ合金）層３３を有する被覆線材３０を形成する。具体的には、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材３１の外周に、純Ｚｎテープを縦添えする（又は巻回す）。その後、純Ｚｎテープからなる層の外周にＣｕ−Ｚｎテープを縦添えすると共に、その突き合わせ部に溶接処理を施し、心材３１の外周に、順に、Ｚｎ層３２、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層３３を有する被覆線材３０を形成する。
【００２２】
次に、この被覆線材３０を、図１に示すようにプラズマ加熱炉（又は赤外線加熱炉）１１に通して、被覆線材３０に急速加熱・急冷の拡散熱処理を施す。具体的には、５００〜８００℃、好ましくは５５０〜７５０℃、特に好ましくは６００〜７００℃の温度、０．５〜６ｍｉｎ、好ましくは０．５〜４ｍｉｎ、特に好ましくは１〜３ｍｉｎの時間の拡散熱処理を施す。これによって、被覆線材３０におけるＺｎ層３２のＺｎ原子が、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層３３及び心材３１の外層部に拡散する。その結果、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層３３及び心材３１の外層部のＺｎ濃度が高まり、図４に示すように心材４１の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層（拡散層）４２を有する線材４０が形成される。
【００２３】
次に、この線材４０を、図１に示すように伸線ダイス１２に通して、線材４０に第１伸線加工（冷間の縮径加工）を施す。
【００２４】
次に、この伸線後の線材４０を、図１に示すように加熱炉１３に通して、線材４０に時効析出処理を施す。具体的には、３８０〜５２０℃、好ましくは３８０〜４５０℃、特に好ましくは４００℃前後の温度、０．５〜２ｈｒ、好ましくは０．５〜１．５ｈｒ、特に好ましくは１ｈｒ前後の時間の時効析出処理を施す。これによって、図２に示すように心材２１の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層（拡散層）２２を有する本発明に係るワイヤ放電加工用電極線２０が得られる。
【００２５】
得られた電極線２０を、図１に示すように伸線ダイス１４に通して、電極線２０に第２伸線加工（冷間の縮径加工）を施して所望の線径に形成することで、最終製品５０が得られる。この第２伸線加工では、所望の線径が得られるまで、電極線２０を複数台の伸線ダイス１４に通す。また、線材４０に対する最終製品の減面率は、９５％以上、好ましくは９８％以上、特に好ましくは９９％以上である。尚、本発明に係る製造方法においては、拡散熱処理後および時効析出処理後にそれぞれ伸線加工を行う場合について説明を行ったが、時効析出処理後にまとめて伸線加工を行ってもよい。
【００２６】
このようにして得られた最終製品５０は、４００℃前後での引張強度が２００〜６００ＭＰａ、好ましくは３００〜４５０ＭＰａ、特に好ましくは３２０〜４２０ＭＰａの、優れた高温引張特性を有するものとなる。ここで言う４００℃前後とは、４００℃±２５℃、好ましくは４００℃±１０℃、特に好ましくは４００℃±５℃である。
【００２７】
各数値範囲を限定した理由を、以下に説明する。
【００２８】
拡散層４２のＺｎ濃度を４１〜４９重量％と限定したのは、Ｚｎ濃度が４１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４９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。
【００２９】
また、拡散熱処理の温度を５００〜８００℃、処理時間を０．５〜６ｍｉｎと限定したのは、温度が５００℃未満、処理時間が０．５ｍｉｎ未満だと拡散層４２中の拡散が不十分となるためであり、温度が８００℃、処理時間が６ｍｉｎを超えると心材４１の高温強度が低下するためである。この限定範囲において、熱処理温度が低温の時は熱処理時間を長くし、また、熱処理温度が高温の時は熱処理時間を短くする。
【００３０】
また、時効析出処理の温度を３８０〜５２０℃、処理時間を０．５〜２ｈｒと限定したのは、温度が３８０℃未満、処理時間が０．５ｈｒ未満だと時効析出が不十分で、高温強度及び導電率を向上させる効果が十分に得られないためであり、温度が５２０℃、処理時間が２ｈｒを超えると心材（Ｃｕ−Ｚｒ合金）２１中に粗大な析出物が生成して、高温強度が低下するためである。この限定範囲において、熱処理温度が低温の時は熱処理時間を長くし、また、熱処理温度が高温の時は熱処理時間を短くする。
【００３１】
本発明においては、ワイヤ放電加工用電極線２０を構成するための心材３１として、Ｃｕ−Ｚｒ系合金を用いた場合について説明を行ったが、Ｃｕ−Ｚｒ系合金に特に限定するものではなく、Ｃｕ−Ｃｒ系合金などの一般的な析出強化型Ｃｕ合金であってもよい。
【００３２】
また、本発明においては、急速加熱・急冷の拡散熱処理を施すための加熱炉として、プラズマ加熱炉（又は赤外線加熱炉）を用いた場合について説明を行ったが、これらに特に限定するものではなく、急速加熱・急冷の熱処理が可能な慣用の加熱装置が全て適用可能である。
【００３３】
ここで、高温引張強度が高い銅合金の一つであるＣｕ−Ｚｒ合金を用いた従来の被覆型放電加工用電極線（例えば、特開２００２−１７２５２９号公報に記載された被覆型の放電加工用電極線）は、被覆線材に対し、拡散熱処理として５５０〜６００℃×２〜４ｈｒの熱処理を施しているが、高温強度を向上させるための時効析出処理としては熱処理温度が高過ぎることから、Ｃｕ−Ｚｒ合金の機械的特性を最大限に発揮できていなかった。
【００３４】
よって、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線２０の製造方法においては、先ず、被覆線材３０に、急速加熱・急冷の拡散熱処理、具体的には５００〜８００℃×０．５〜６ｍｉｎの拡散熱処理を施して、心材４１の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層４２を有する線材４０を形成している。次に、この線材４０に３８０〜５２０℃×０．５〜２ｈｒの時効析出処理を施すようにしている。
【００３５】
この拡散熱処理の際、プラズマ加熱炉（又は赤外線加熱炉）１１を用いて拡散熱処理を行うことで、被覆線材３０の表面層を急速に、加熱・急冷することができる。その結果、拡散熱処理時において、５００〜８００℃という高温の熱処理を行っているにも関わらず、心材３１に対する熱的負荷を抑制することが可能となり、心材（Ｃｕ−Ｚｒ合金）４１の高温強度を低下させることなく、拡散層４２を形成することができる。
【００３６】
その結果、電極線２０の内層部である心材２１を、高温引張強度が高いＣｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金で構成し、かつ、その心材２１に対して機械的特性、特に高温引張強度を最大限に発揮させるべく最適な拡散熱処理及び時効析出処理を施すことで、電極線２０の放電加工速度の向上を図ることができる。また、電極線２０の外層部であるＣｕ−Ｚｎ合金層２２は、放電加工性が良好な高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金で構成している。
【００３７】
これによって、高温（２００〜４００℃）における引張強度が高い電極線２０は、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、断線が生じるおそれが殆どなく、従来の６５／３５黄銅線単体からなる電極線と比較して放電加工速度を著しく向上（例えば、２５％以上も向上）させることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
【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。
【００４０】
（実施例１）
線径がφ２．０ｍｍで、Ｃｕ−０．１６重量％Ｚｒからなる心材の外周に、順に、厚さ０．１４ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．２ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ層を有する被覆線材を形成する。
【００４１】
次に、この被覆線材を走行させながらプラズマ加熱炉に通して、６００℃×３ｍｉｎの拡散熱処理を行い、Ｃｕ−０．１６重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、Ｃｕ−４４重量％ＺｎからなるＣｕ−Ｚｎ合金層を有する線材を形成する。この線材に第１伸線加工を施し、線径がφ１．２ｍｍの線材に形成する。
【００４２】
次に、この線材を走行させながら加熱炉に通して、４００℃×１ｈｒの時効析出処理を行い、電極線を形成する。この電極線に第２伸線加工を施し、線径がφ０．２５ｍｍの最終製品（ワイヤ放電加工用電極線）を作製する。
【００４３】
（実施例２）
拡散熱処理が７００℃×１ｍｉｎ、時効析出処理が５００℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４４】
（比較例１）
拡散熱処理が４００℃×１ｍｉｎ、時効析出処理が４００℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４５】
（比較例２）
拡散熱処理が９００℃×１ｍｉｎ、時効析出処理が４００℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４６】
（比較例３）
拡散熱処理が６００℃×３ｍｉｎ、時効析出処理が３５０℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４７】
（比較例４）
拡散熱処理が６００℃×３ｍｉｎ、時効析出処理が６００℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４８】
（従来例１）
Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ合金からなる電極線母材に縮径加工を施し、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４９】
実施例１，２、比較例１〜４、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％）、拡散熱処理及び時効析出処理の条件、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。
【００５０】
ここで、高温引張強度は、従来例１の４００℃における引張強度（２３０ＭＰａ）を１．００とした時の相対値で評価した。また、放電加工速度は、従来例１における電極線の放電加工速度を１．００とした時の相対速度で評価した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１に示すように、実施例１，２の各電極線の高温引張強度は１．７０（３９１ＭＰａ）、１．５０（３４５ＭＰａ）であり、従来例１と比べて高温引張特性をが５０〜７０％も向上した。その結果、各電極線の放電加工速度は１．４２、１．４０となり、従来例１と比べて放電加工速度を約４０％も向上させることができた。
【００５３】
これに対して、比較例１の電極線は、拡散熱処理温度が限定範囲（５００〜８００℃）よりも低い４００℃であるため、Ｚｎ層の拡散が不十分で、未拡散のＺｎが残留していた。このため、高温引張強度は１．２０、放電加工速度は１．２２しか得られず、放電加工速度を向上させる効果が不十分であった。
【００５４】
また、比較例２の電極線は、拡散熱処理温度が限定範囲（５００〜８００℃）よりも高い９００℃であるため、心材であるＣｕ−Ｚｒ合金の高温強度が低下してしまった。このため、高温引張強度は従来例１よりも低い０．８０となってしまった。その結果、放電加工速度は１．１０しか得られず、放電加工速度を向上させる効果が不十分であった。
【００５５】
また、比較例３の電極線は、時効析出処理温度が限定範囲（３８０〜５２０℃）よりも低い３５０℃であるため、時効析出が不十分であった。このため、心材の高温引張強度を最大限に向上することができず、電極線の高温引張強度は１．３０にとどまった。また、時効析出が不十分であるため、心材の導電率を最大限に向上させることができなかった。その結果、放電加工速度は１．１５しか得られず、放電加工速度を向上させる効果が不十分であった。
【００５６】
また、比較例４の電極線は、時効析出処理温度が限定範囲（３８０〜５２０℃）よりも高い６００℃であるため、粗大な析出物が生成してしまった。このため、心材の高温引張強度が比較例３よりも低下してしまい、電極線の高温引張強度は１．２５となった。その結果、放電加工速度は１．２４しか得られず、放電加工速度を向上させる効果が不十分であった。
【００５７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００５８】
（１） 本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法によれば、Ｃｕ−Ｚｒ合金からなる心材を有する被覆線材に、所定の温度・時間の拡散熱処理を施した後、所定の温度・時間の時効析出処理を施すようにしたことで、心材の機械的特性、高温引張強度を最大限に引き出すことができる。
【００５９】
（２） （１）のワイヤ放電加工用電極線の製造方法を用いることで、強度が高く、かつ、放電加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法のフローを示す概略図である。
【図２】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図３】拡散熱処理前の被覆線材の横断面図である。
【図４】拡散熱処理後の被覆線材の横断面図である。
【符号の説明】
２０ ワイヤ放電加工用電極線
３０ 被覆線材
３１ 心材
３２ Ｚｎ層
３３ Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層
４０ 線材
４１ 心材
４２ 拡散層（高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層）
【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の製造方法及びその製造方法を用いて製造した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の製造方法及びその製造方法を用いて製造した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。このため、このタイプの電極線の構成材として、一般的に、３２〜３６重量％のＺｎを含むＣｕ−Ｚｎ合金、すなわちＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金（６５／３５黄銅線）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、例えば、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】
【特許文献１】
特開平５−３３９６６４号公報
また、放電加工用電極線は、一般に放電加工中、２００〜４００℃に上昇すると言われており、電極線自体に熱的負荷が加わると共に、加工速度及び加工精度を上げるために張力負荷も加わることから、高温での引張強度が高いことが要求されている。ところが、一般に用いられているＣｕ−Ｚｎ電極線や被覆電極線は、高温強度が高くないため、加工速度を上げるべく放電加工電流を増加させると、ワイヤ温度が上昇して断線が生じてしまう。
【０００５】
高温引張強度が高い銅合金の一つとしてＣｕ−Ｚｒ合金がある。このＣｕ−Ｚｒ合金を用いた被覆型の放電加工用電極線として、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、順に、Ｚｎ層、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を有する被覆線材に、５５０〜６００℃×２〜４ｈｒの拡散熱処理を施すことで、心材の外周にＣｕ−３８〜５０重量％Ｚｎ合金層を形成したものが挙げられる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−１７２５２９号公報（
【特許請求の範囲】、
及び
【０００７】〜
【０００８】）
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−３３９６６４号公報に記載された被覆型の放電加工用電極線の製造方法は、心材の周りに、Ｃｕ−３８〜４９重量％ＺｎからなるＣｕ−Ｚｎ合金層を押出被覆するものであった。ここで、Ｃｕ−Ｚｎ合金層のＺｎ濃度が３８〜４９重量％と高いことから、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の単一層を形成するには、熱間押出被覆を行う必要があり、製造コストが非常に高くなるという問題があった。また、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の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、その結果、生産性が良好でないという問題があった。
【０００９】
また、特開２００２−１７２５２９号公報に記載された被覆型の放電加工用電極線は、拡散熱処理として５５０〜６００℃×２〜４ｈｒの熱処理を行っているが、高温強度を向上させるための時効析出処理としては熱処理温度が高過ぎることから、Ｃｕ−Ｚｒ合金の機械的特性を最大限に発揮できていなかった。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、高温引張強度が高く、かつ、放電加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線の製造方法及びその製造方法を用いて製造したワイヤ放電加工用電極線を提供することにある。
【００１１】
【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の製造方法は、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、順に、Ｚｎ層、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層を有する被覆線材に拡散熱処理を施して、心材の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層を有する線材を形成し、この線材に時効析出処理を施すものである。また、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、順に、Ｚｎ層、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層を有する被覆線材に急速加熱・急冷の拡散熱処理を施して、心材の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層を有する線材を形成し、この線材に時効析出処理を施すものである。
【００１２】
より具体的には、請求項３に示すように、プラズマ加熱又は赤外線加熱により、上記急速加熱・急冷の拡散熱処理を行う。
【００１３】
また、請求項４に示すように、上記拡散熱処理として、５００〜８００℃×０．５〜６ｍｉｎの熱処理を行う。
【００１４】
請求項５に示すように、上記時効析出処理として、３８０〜５２０℃×０．５〜２ｈｒの熱処理を行う。
【００１５】
請求項６に示すように、上記心材の外周に形成する高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層として、Ｃｕ−４１〜４９重量％Ｚｎ合金層を形成する。
【００１６】
このように、Ｃｕ−Ｚｒ合金からなる心材を有する被覆線材に、所定の温度・時間の拡散熱処理を施した後、所定の温度・時間の時効析出処理を施すようにしたため、心材の機械的特性、高温引張強度を最大限に引き出すことができる。
【００１７】
一方、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、上述したワイヤ放電加工用電極線の製造方法を用いて製造したものである。また、心材の外周に、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を有するワイヤ放電加工用電極線において、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、Ｃｕ−４１〜４９重量％Ｚｎ合金層を有し、かつ、４００℃での引張強度が２００〜６００ＭＰａであるものである。
【００１８】
このように、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法を用いることで、強度が高く、かつ、放電加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法のフローを示す概略図を図１に示す。
【００２１】
先ず、図３に示すように、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材３１の外周に、順に、Ｚｎ層３２、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金（好ましくはＣｕ−３５重量％前後Ｚｎ合金）層３３を有する被覆線材３０を形成する。具体的には、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材３１の外周に、純Ｚｎテープを縦添えする（又は巻回す）。その後、純Ｚｎテープからなる層の外周にＣｕ−Ｚｎテープを縦添えすると共に、その突き合わせ部に溶接処理を施し、心材３１の外周に、順に、Ｚｎ層３２、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層３３を有する被覆線材３０を形成する。
【００２２】
次に、この被覆線材３０を、図１に示すようにプラズマ加熱炉（又は赤外線加熱炉）１１に通して、被覆線材３０に急速加熱・急冷の拡散熱処理を施す。具体的には、５００〜８００℃、好ましくは５５０〜７５０℃、特に好ましくは６００〜７００℃の温度、０．５〜６ｍｉｎ、好ましくは０．５〜４ｍｉｎ、特に好ましくは１〜３ｍｉｎの時間の拡散熱処理を施す。これによって、被覆線材３０におけるＺｎ層３２のＺｎ原子が、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層３３及び心材３１の外層部に拡散する。その結果、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層３３及び心材３１の外層部のＺｎ濃度が高まり、図４に示すように心材４１の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層（拡散層）４２を有する線材４０が形成される。
【００２３】
次に、この線材４０を、図１に示すように伸線ダイス１２に通して、線材４０に第１伸線加工（冷間の縮径加工）を施す。
【００２４】
次に、この伸線後の線材４０を、図１に示すように加熱炉１３に通して、線材４０に時効析出処理を施す。具体的には、３８０〜５２０℃、好ましくは３８０〜４５０℃、特に好ましくは４００℃前後の温度、０．５〜２ｈｒ、好ましくは０．５〜１．５ｈｒ、特に好ましくは１ｈｒ前後の時間の時効析出処理を施す。これによって、図２に示すように心材２１の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層（拡散層）２２を有する本発明に係るワイヤ放電加工用電極線２０が得られる。
【００２５】
得られた電極線２０を、図１に示すように伸線ダイス１４に通して、電極線２０に第２伸線加工（冷間の縮径加工）を施して所望の線径に形成することで、最終製品５０が得られる。この第２伸線加工では、所望の線径が得られるまで、電極線２０を複数台の伸線ダイス１４に通す。また、線材４０に対する最終製品の減面率は、９５％以上、好ましくは９８％以上、特に好ましくは９９％以上である。尚、本発明に係る製造方法においては、拡散熱処理後および時効析出処理後にそれぞれ伸線加工を行う場合について説明を行ったが、時効析出処理後にまとめて伸線加工を行ってもよい。
【００２６】
このようにして得られた最終製品５０は、４００℃前後での引張強度が２００〜６００ＭＰａ、好ましくは３００〜４５０ＭＰａ、特に好ましくは３２０〜４２０ＭＰａの、優れた高温引張特性を有するものとなる。ここで言う４００℃前後とは、４００℃±２５℃、好ましくは４００℃±１０℃、特に好ましくは４００℃±５℃である。
【００２７】
各数値範囲を限定した理由を、以下に説明する。
【００２８】
拡散層４２のＺｎ濃度を４１〜４９重量％と限定したのは、Ｚｎ濃度が４１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４９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。
【００２９】
また、拡散熱処理の温度を５００〜８００℃、処理時間を０．５〜６ｍｉｎと限定したのは、温度が５００℃未満、処理時間が０．５ｍｉｎ未満だと拡散層４２中の拡散が不十分となるためであり、温度が８００℃、処理時間が６ｍｉｎを超えると心材４１の高温強度が低下するためである。この限定範囲において、熱処理温度が低温の時は熱処理時間を長くし、また、熱処理温度が高温の時は熱処理時間を短くする。
【００３０】
また、時効析出処理の温度を３８０〜５２０℃、処理時間を０．５〜２ｈｒと限定したのは、温度が３８０℃未満、処理時間が０．５ｈｒ未満だと時効析出が不十分で、高温強度及び導電率を向上させる効果が十分に得られないためであり、温度が５２０℃、処理時間が２ｈｒを超えると心材（Ｃｕ−Ｚｒ合金）２１中に粗大な析出物が生成して、高温強度が低下するためである。この限定範囲において、熱処理温度が低温の時は熱処理時間を長くし、また、熱処理温度が高温の時は熱処理時間を短くする。
【００３１】
本発明においては、ワイヤ放電加工用電極線２０を構成するための心材３１として、Ｃｕ−Ｚｒ系合金を用いた場合について説明を行ったが、Ｃｕ−Ｚｒ系合金に特に限定するものではなく、Ｃｕ−Ｃｒ系合金などの一般的な析出強化型Ｃｕ合金であってもよい。
【００３２】
また、本発明においては、急速加熱・急冷の拡散熱処理を施すための加熱炉として、プラズマ加熱炉（又は赤外線加熱炉）を用いた場合について説明を行ったが、これらに特に限定するものではなく、急速加熱・急冷の熱処理が可能な慣用の加熱装置が全て適用可能である。
【００３３】
ここで、高温引張強度が高い銅合金の一つであるＣｕ−Ｚｒ合金を用いた従来の被覆型放電加工用電極線（例えば、特開２００２−１７２５２９号公報に記載された被覆型の放電加工用電極線）は、被覆線材に対し、拡散熱処理として５５０〜６００℃×２〜４ｈｒの熱処理を施しているが、高温強度を向上させるための時効析出処理としては熱処理温度が高過ぎることから、Ｃｕ−Ｚｒ合金の機械的特性を最大限に発揮できていなかった。
【００３４】
よって、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線２０の製造方法においては、先ず、被覆線材３０に、急速加熱・急冷の拡散熱処理、具体的には５００〜８００℃×０．５〜６ｍｉｎの拡散熱処理を施して、心材４１の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層４２を有する線材４０を形成している。次に、この線材４０に３８０〜５２０℃×０．５〜２ｈｒの時効析出処理を施すようにしている。
【００３５】
この拡散熱処理の際、プラズマ加熱炉（又は赤外線加熱炉）１１を用いて拡散熱処理を行うことで、被覆線材３０の表面層を急速に、加熱・急冷することができる。その結果、拡散熱処理時において、５００〜８００℃という高温の熱処理を行っているにも関わらず、心材３１に対する熱的負荷を抑制することが可能となり、心材（Ｃｕ−Ｚｒ合金）４１の高温強度を低下させることなく、拡散層４２を形成することができる。
【００３６】
その結果、電極線２０の内層部である心材２１を、高温引張強度が高いＣｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金で構成し、かつ、その心材２１に対して機械的特性、特に高温引張強度を最大限に発揮させるべく最適な拡散熱処理及び時効析出処理を施すことで、電極線２０の放電加工速度の向上を図ることができる。また、電極線２０の外層部であるＣｕ−Ｚｎ合金層２２は、放電加工性が良好な高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金で構成している。
【００３７】
これによって、高温（２００〜４００℃）における引張強度が高い電極線２０は、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、断線が生じるおそれが殆どなく、従来の６５／３５黄銅線単体からなる電極線と比較して放電加工速度を著しく向上（例えば、２５％以上も向上）させることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
【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。
【００４０】
（実施例１）
線径がφ２．０ｍｍで、Ｃｕ−０．１６重量％Ｚｒからなる心材の外周に、順に、厚さ０．１４ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．２ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ層を有する被覆線材を形成する。
【００４１】
次に、この被覆線材を走行させながらプラズマ加熱炉に通して、６００℃×３ｍｉｎの拡散熱処理を行い、Ｃｕ−０．１６重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、Ｃｕ−４４重量％ＺｎからなるＣｕ−Ｚｎ合金層を有する線材を形成する。この線材に第１伸線加工を施し、線径がφ１．２ｍｍの線材に形成する。
【００４２】
次に、この線材を走行させながら加熱炉に通して、４００℃×１ｈｒの時効析出処理を行い、電極線を形成する。この電極線に第２伸線加工を施し、線径がφ０．２５ｍｍの最終製品（ワイヤ放電加工用電極線）を作製する。
【００４３】
（実施例２）
拡散熱処理が７００℃×１ｍｉｎ、時効析出処理が５００℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４４】
（比較例１）
拡散熱処理が４００℃×１ｍｉｎ、時効析出処理が４００℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４５】
（比較例２）
拡散熱処理が９００℃×１ｍｉｎ、時効析出処理が４００℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４６】
（比較例３）
拡散熱処理が６００℃×３ｍｉｎ、時効析出処理が３５０℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４７】
（比較例４）
拡散熱処理が６００℃×３ｍｉｎ、時効析出処理が６００℃×１ｈｒである以外は実施例１と同様にし、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４８】
（従来例１）
Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ合金からなる電極線母材に縮径加工を施し、線径がφ０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【００４９】
実施例１，２、比較例１〜４、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％）、拡散熱処理及び時効析出処理の条件、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。
【００５０】
ここで、高温引張強度は、従来例１の４００℃における引張強度（２３０ＭＰａ）を１．００とした時の相対値で評価した。また、放電加工速度は、従来例１における電極線の放電加工速度を１．００とした時の相対速度で評価した。
【００５１】
【表１】
表１に示すように、実施例１，２の各電極線の高温引張強度は１．７０（３９１ＭＰａ）、１．５０（３４５ＭＰａ）であり、従来例１と比べて高温引張特性をが５０〜７０％も向上した。その結果、各電極線の放電加工速度は１．４２、１．４０となり、従来例１と比べて放電加工速度を約４０％も向上させることができた。
【００５３】
これに対して、比較例１の電極線は、拡散熱処理温度が限定範囲（５００〜８００℃）よりも低い４００℃であるため、Ｚｎ層の拡散が不十分で、未拡散のＺｎが残留していた。このため、高温引張強度は１．２０、放電加工速度は１．２２しか得られず、放電加工速度を向上させる効果が不十分であった。
【００５４】
また、比較例２の電極線は、拡散熱処理温度が限定範囲（５００〜８００℃）よりも高い９００℃であるため、心材であるＣｕ−Ｚｒ合金の高温強度が低下してしまった。このため、高温引張強度は従来例１よりも低い０．８０となってしまった。その結果、放電加工速度は１．１０しか得られず、放電加工速度を向上させる効果が不十分であった。
【００５５】
また、比較例３の電極線は、時効析出処理温度が限定範囲（３８０〜５２０℃）よりも低い３５０℃であるため、時効析出が不十分であった。このため、心材の高温引張強度を最大限に向上することができず、電極線の高温引張強度は１．３０にとどまった。また、時効析出が不十分であるため、心材の導電率を最大限に向上させることができなかった。その結果、放電加工速度は１．１５しか得られず、放電加工速度を向上させる効果が不十分であった。
【００５６】
また、比較例４の電極線は、時効析出処理温度が限定範囲（３８０〜５２０℃）よりも高い６００℃であるため、粗大な析出物が生成してしまった。このため、心材の高温引張強度が比較例３よりも低下してしまい、電極線の高温引張強度は１．２５となった。その結果、放電加工速度は１．２４しか得られず、放電加工速度を向上させる効果が不十分であった。
【００５７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００５８】
（１） 本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法によれば、Ｃｕ−Ｚｒ合金からなる心材を有する被覆線材に、所定の温度・時間の拡散熱処理を施した後、所定の温度・時間の時効析出処理を施すようにしたことで、心材の機械的特性、高温引張強度を最大限に引き出すことができる。
【００５９】
（２） （１）のワイヤ放電加工用電極線の製造方法を用いることで、強度が高く、かつ、放電加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法のフローを示す概略図である。
【図２】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図３】拡散熱処理前の被覆線材の横断面図である。
【図４】拡散熱処理後の被覆線材の横断面図である。
【符号の説明】
２０ ワイヤ放電加工用電極線
３０ 被覆線材
３１ 心材
３２ Ｚｎ層
３３ Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層
４０ 線材
４１ 心材
４２ 拡散層（高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層）
Claims (8)
- Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、順に、Ｚｎ層、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層を有する被覆線材に拡散熱処理を施して、心材の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層を有する線材を形成し、この線材に時効析出処理を施すことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、順に、Ｚｎ層、Ｃｕ−３２〜３７重量％Ｚｎ合金層を有する被覆線材に急速加熱・急冷の拡散熱処理を施して、心材の外周に高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層を有する線材を形成し、この線材に時効析出処理を施すことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- プラズマ加熱又は赤外線加熱により、上記急速加熱・急冷の拡散熱処理を行う請求項２記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- 上記拡散熱処理として、５００〜８００℃×０．５〜６ｍｉｎの熱処理を行う請求項１から３いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- 上記時効析出処理として、３８０〜５２０℃×０．５〜２ｈｒの熱処理を行う請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- 上記心材の外周に形成する高Ｚｎ濃度のＣｕ−Ｚｎ合金層として、Ｃｕ−４１〜４９重量％Ｚｎ合金層を形成する請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- 請求項１から６いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法を用いて製造したことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
- 心材の外周に、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を有するワイヤ放電加工用電極線において、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、Ｃｕ−４１〜４９重量％Ｚｎ合金層を有し、かつ、４００℃での引張強度が２００〜６００ＭＰａであることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
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