JP2006136952A - 放電加工用電極線 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、かつタングステン製放電加工用電極線とほぼ同様の加工性能を備えた放電加工用電極線を提供する。
【解決手段】芯材の組成を、炭素含有量０．５０〜１．２０重量％の鋼材を焼入れ、焼戻しして得られる焼戻しマルテンサイト組織とすることにより、高温時での電極線の引張り強度を、タングステン製放電加工用電極線の引張り強度とほぼ同じ程度にすることができ、その結果、高張力下での放電加工の可能な放電加工用電極線を得ることが可能となる。また、芯材が鋼材であるので、タングステンに較べて素材コストおよび製造コストが安価なため、黄銅被覆鋼線とほぼ同様な製品コストの放電加工用電極線を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤ放電加工の工具電極として用いられる電極線に関し、特に低コストでありながら性能に優れた放電加工用電極線に関する。

ワイヤ放電加工は、細いワイヤを電極線として、加工液（純度の高い水や軽油）を放電部位に供給し、電極線と被加工物（金型やダイスなど）に電圧をかけ、電極線に張力をかけた状態で連続走行させながら、被加工物と電極線との間で加工液中においてパルス状の放電を繰り返し発生させ、この放電エネルギーにより、被加工物を加工するものである。

上記放電は、溶融、爆発、飛散、冷却、スラッジ除去の工程で構成されており、電極線と被加工物とが連続して接近することにより、上記の放電加工が繰り返し実行され、被加工物を所定の形状に加工するものである。

近年、精密機器はコンパクト化の傾向にあり、被加工品の寸法、形状の更なる微小化、精密化の必要性が高まっている。これに伴って、放電加工精度（表面粗度および寸法精度）をより一層向上することが要求されている。

寸法、形状が微小な被加工品を加工するには、電極線の線径をできるだけ小さくする必要がある。また、放電加工精度には、放電加工時の爆発によって発生する振動が大きく影響するから、電極線には高い張力をかける必要がある。よって、加工精度の高い微小な被加工物を放電加工する場合、より細く（例えば直径が５０μｍ）て高い引張り強さを有する電極線が要求される。

このような要求に対処した放電加工用電極線として、例えば特許第２６６９４３６号明細書に記載のような、タングステンを素材とした放電加工用電極線が提供されている。以下この放電加工用電極線を「タングステン製放電加工用電極線または従来例２」という。
このタングステン製放電加工用電極線は、引張り強さが高いので、高張力下での放電加工を行うことができるものの、放電加工時におけるワイヤ表面での爆発の大きさを制御することが困難であるため、爆発の大きさが極めて不均一となるという特性を有するので、比較的大きな爆発と微小な爆発とが混在して生じてしまい、高度な加工精度を得ることができない。また、素材コストおよび製造コストが高いため、製品が高価になるという問題点がある。

タングステン製放電加工用電極線の上記のような問題点を解決した放電加工用電極線として、特許文献１に記載のような放電加工用電極線が提案されている。この放電加工用電極線は、ピアノ線材を芯材とし、この芯材の表面に銅の下層と亜鉛の上層とを順次被覆し、最終断面直径を０．１０ｍｍ以下に形成した構成となっている。以下この放電加工用電極線を「黄銅被覆鋼線または従来例１」という。

この黄銅被覆鋼線は、製造コストが、上述のタングステン製放電加工用電極線に較べて約１／５〜１／８と極めて安価であり、かつ、タングステン製放電加工用電極線よりも放電加工時におけるワイヤ表面での爆発の大きさを制御することが容易であるため、爆発の大きさをほぼ均一となるように制御できるという特性を有するので、比較的大きな爆発と微小な爆発とが混在して生じてしまうことがないという長所を有するものの、引張り強さが低いため、放電加工を低い張力のもとで行わざるを得ず、その結果、加工速度が低く、かつ加工面粗さのばらつきが大きい。つまり性能の点で劣るので、この黄銅被覆鋼線は微細加工に適用できないという課題がある（図２参照）。
特開２０００−１０７９４３号公報

本発明は、上述したタングステン製放電加工用電極線および黄銅被覆鋼線の有する問題点乃至課題を解決し、低コストでかつ性能にすぐれた放電加工用電極線を提供しようとするものである。

本発明は、放電加工用電極線を、最終線径ｄが０．０１mm（１０μｍ）〜０．１mm（１００μｍ）で、極細鋼線の芯材と同芯材の表面に施された真鍮メッキ層とから形成するとともに、上記芯材の組成を、炭素含有量０．５〜１．２０重量％の鋼材を焼入れ、焼戻しして得られる「焼戻しマルテンサイト組織」とすることで課題解決の手段としている。

芯材の組成を、炭素含有量０．５〜１．２０重量％の鋼材を焼入れ、焼戻しして得られる焼戻しマルテンサイト組織とすることにより、後述する通り、高温時での電極線の引張り強度を、タングステン製放電加工用電極線の引張り強度とほぼ同じ程度にすることができ、その結果、タングステン製放電加工用電極線とほぼ同程度の張力下での放電加工が可能な放電加工用電極線を得ることが可能となる。
また、芯材が鋼材であるので、タングステンに較べて素材のコストが安価なため、黄銅被覆鋼線とほぼ同様な製造コストで放電加工用電極線を得ることができる。

また、上記放電加工用電極線において、上記真鍮メッキ層の当該放電加工用電極線の断面積全体に占める割合を、５〜２０％に設定することで課題解決の手段としている。

この構成により、従来の黄銅被覆鋼線とほぼ同様の導電性能の放電加工用電極線を得ることができる。つまり、従来のタングステン製放電加工用電極線の、放電加工時におけるワイヤ表面での爆発の大きさを制御することが困難であるため、爆発の大きさが極めて不均一となるという特性を有するので、比較的大きな爆発と微小な爆発とが混在して生じてしまい、高度な加工精度が得られない、という問題点を解決した放電加工用電極線を得ることができる。

上述の通り、本発明は、極細鋼線の芯材と同芯材の表面に施された真鍮メッキ層とからなる放電加工用電極線において、上記芯材の組成を、炭素含有量０．５〜１．２０重量％の鋼材を焼入れ、焼戻しして得られる焼戻しマルテンサイト組織としたことにより、タングステン製放電加工用電極線の引張り強度とほぼ同じ程度にすることができ、その結果、タングステン製放電加工用電極線とほぼ同程度の張力下での放電加工が可能な放電加工用電極線を得ることが可能となる。また、タングステン製放電加工用電極線よりもはるかに安価な放電加工用電極線を得ることができる。
また、真鍮メッキ層の当該放電加工用電極線の断面積全体に占める割合を、５〜２０％に設定したことにより、従来の黄銅被覆鋼線とほぼ同様の導電性能の放電加工用電極線を得ることができる。つまり、放電加工時における爆発の大きさの制御をタングステン製放電加工用電極線よりも容易に行なうことができるため、爆発の大きさをほぼ均一となるように制御できるという特性を有するので、比較的大きな爆発と微小な爆発とが混在して生じてしまうことがないという長所を有しながら、タングステン製放電加工用電極線とほぼ同程度の張力下での放電加工が可能なため、加工速度、加工面粗さ、ばらつきの小さい、すなわち高度な加工精度を有する放電加工用電極線を得ることができる。

以下、本発明を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態の放電加工用電極線の断面図、図２は製品コスト（横軸）と性能（縦軸）との関係を示すグラフ、図３は温度（横軸）と引張り強度（縦軸）との関係を示す高温強度グラフ、図４は加工面粗さの比較グラフである。

図１に示すように、本発明の一実施形態の放電加工用電極線１０は、最終線径ｄが０．０１mm（１０μｍ）〜０．１mm（１００μｍ）で、極細鋼線の芯材１と、この芯材１の表面に施された真鍮メッキ層２とで形成されている。
そして、芯材１の組成は、炭素含有量０．５〜１．２０重量％の鋼材を焼入れ、焼戻しして得られる「焼戻しマルテンサイト組織」であり、また、真鍮メッキ層２の放電加工用電極線１０の断面積全体に占める割合が、５〜２０％に設定された構成となっている。

次に、芯材（鋼材）１の製造方法の一例について説明する。
線径が５．５ｍｍで炭素含有量０．５０〜１．２０重量％の硬鋼線材の原線をパテンチング、伸線加工を繰り返して０．５ｍｍ程度の線径に仕上げ、これに焼入れ、焼戻しを施して母材の組織をオーステナイト組織から焼入れマルテンサイト組織に変態させて中間線材を得る。
その後、この中間線材に、銅メッキに続いて亜鉛メッキを施し、その後、熱拡散処理にて真鍮メッキとし、さらに伸線加工を繰り返すことにより、所望寸法の放電加工用電極線を得る。
中間線材の線径は、最終線径と目的とする引張り強さから決定される。
なお、上記工程におかる焼入れ、焼戻し処理は、最終工程で行ってもよい。
最終線径は０．０１〜０．１０ｍｍで各種加工物や加工形状に応じて決定される。また、引張り強さは、原線の炭素含有量やパテンチング処理を施すときの線径あるいは温度もしくは最終伸線工程での減面率などで調整することができる。

線径５．５ｍｍの炭素含有量０．８２重量％のピアノ線材にパテンチング、伸線加工を繰り返して０．５ｍｍの線径に仕上げ、これに焼入れ、焼戻し処理を施して、線材に焼戻しマルテンサイト組織を形成させて中間線材を得る。
その後、この中間線材に、銅メッキに続いて亜鉛メッキを施し、その後、熱拡散処理させて真鍮メッキとし、これに再度伸線加工を施すことにより、最終線径０．０５０mm（５０μｍ）の放電加工用電極線を得た。
上記銅メッキ、亜鉛メッキは電気メッキで行った。また仕上がった放電加工用電極線の真鍮メッキ層の厚みは、最終線径の断面積の１０％となるよう調整した。

芯材（鋼材）１の径が０．０４５mm（４５μｍ）で最終径が０．０５０mm（５０μｍ）の、上記構成の放電加工用電極線１０を使用して実験を行い、以下に述べる通りの結果が得られた。なお、この実験において、比較の対象とした「タングステン製放電加工用電極線（従来例２）」および「黄銅被覆鋼線（従来例１）」は、いずれもそれらの最終径は０．０５０mm（５０μｍ）であり、また、実験時の張力はいずれの電極線についても１．５Ｎである。

図３は、各放電加工用電極線の常温から約４００°Ｃまでの間の引張り強度についての実験の結果を示すものである。
このグラフ中の「黒丸」点がこの放電加工用電極線１０の強度を示し、「白丸」点がタングステン製放電加工用電極線の強度を示し、「黒四角」点が黄銅被覆鋼線の強度を示している。
このグラフは、（１）放電加工用電極線１０がワークとの間で放電を発生している箇所の放電加工用電極線１０の表面温度に相当する温度と考えられる約４００°Ｃにおける引張り強度については、タングステン製放電加工用電極線より少し劣るものの、黄銅被覆鋼線よりも強度は大きい。
（２）しかしながら、放電を発生している箇所の前後付近（例えば３００°Ｃおよびそれよりも低い温度の部分）での引張り強度はタングステン製放電加工用電極線と殆ど変わらない。
ということを示している。

放電加工用電極線の引張り強度は、加工精度に影響するものであるから、上記のこと、すなわち、この放電加工用電極線１０は引張り強度の点においてタングステン製放電加工用電極線と殆ど変わらない、ということは、同電極線１０に、タングステン製放電加工用電極線の場合とほぼ同程度の張力下での放電加工が可能であることを意味している。また、加工精度黄銅被覆鋼線よりも高い張力下での放電加工が可能であるということは、図３に示す実験結果からみて明らかである。

次に、これらの放電加工用電極線を使用して、ワークを放電加工で切断した実験結果について説明する。
実験は、ワークとして、厚さ１５ｍｍのＳＫＤ１１材を用い、加工時の電極線の速度は７ｍ／ｍｉｍである。
加工（放電加工によるワーク切断加工）速度（ｍｍ² ／ｍｉｎ）については、表１に示すような結果が得られた。


なお、表１の数値は、切断回数１０回の平均値である。
表１に示す実験結果から、この実施形態の放電加工用電極線１０の加工速度は、タングステン製放電加工用電極線（従来例２）よりも優れており、かつ黄銅被覆鋼線（従来例１）の約１．５倍の加工速度であることが判明した。

さらに、加工面粗さについての実験結果は図４に示す通りでる。
図４の縦軸は加工面粗さＲｚをμｍの単位で示しており、図４のグラフは１０回の切断実験の切断面の計測結果を示している。図４のグラフが示す通り、この放電加工用電極線１０は、従来例１、２の放電加工用電極線に較べて加工面粗さのばらつきが極めて少ない。図４のグラフ中の白丸点は各放電加工用電極線による切断面の加工面粗さの平均値を示している。

さらに、加工溝の幅寸法を計測した。加工溝の幅寸法の計測は、オリンパス光学工業株式会社製、走査型共焦点レーザ顕微鏡（型式、ＯＬＳ１２００）により行なった。
表２にその結果を示す。

表２に示す実験結果から、次のことが判明した。
（１）平均値を比較すると、本実施形態の電極線１０によれば、従来例１や従来例２の電極線よりも小さい値が得られる。すなわち本実施形態の電極線１０によれば、従来例１や従来例２の電極線による加工に較べて、より電極線の径に近い切断溝幅の切断が可能となる。
（２）加工溝の幅（寸法）の範囲（ばらつき）においても、本実施形態の電極線１０は、従来例１の電極線の約３／４、従来例２の電極線の約１／３である。すなわち本実施形態の電極線１０によれば、従来例１や従来例２の電極線による加工に較べて、より高度の加工精度が得られる。
（３）最終径が５０μｍ（ｄ）の電極線に対する加工溝の幅（寸法）の比率は、
本実施形態の電極線１０：1.44d 〜1.54d
従来例１の電極線 ：1.46d 〜1.59d
従来例２の電極線 ：1.45d 〜1.70d
である。

これらのデータは、加工精度において、この放電加工用電極線１０は従来例１や従来例２のものよりも優れているということを示している。

放電加工用電極線の性能は、加工面粗さ、加工溝幅（これらを総称して「加工精度」という）および加工速度の各要素を総合したもので表されることから、この放電加工用電極線１０は、これらの各要素においてタングステン製放電加工用電極線とほぼ同程度の数値乃至それ以上の性能を備えている。さらに製造コストはタングステン製放電加工用電極線よりも遙かに安価である。
これらを総合して示すと図２に示す通りである。すなわち、この実施形態の放電加工用電極線１０は、製造コストは従来の黄銅被覆鋼線とほぼ同様でありながら、性能において従来のタングステン製放電加工用電極線とほぼ同様乃至それ以上の性能を備えたものである。

以上詳述したように、この実施形態の放電加工用電極線１０によれば、低コストでかつ性能にすぐれた放電加工用電極線を得ることができる。

本発明の一実施形態の放電加工用電極線の断面図である。 製造コスト（横軸）と加工性能（縦軸）との関係を示すグラフである。 温度（横軸）と引張り強度（縦軸）との関係を示す高温強度グラフである。 加工面粗さの比較グラフである。

符号の説明

１：芯材
２：真鍮メッキ層
１０：放電加工用電極線

Claims (2)

1. 最終線径ｄが０．０１mm（１０μｍ）〜０．１mm（１００μｍ）で、極細鋼線の芯材と、同芯材の表面に施された真鍮メッキ層とからなる放電加工用電極線において、
   上記芯材の組成が、炭素含有量０．５〜１．２０重量％の鋼材を焼入れ、焼戻しして得られる焼戻しマルテンサイト組織であることを特徴とする放電加工用電極線。
2. 上記真鍮メッキ層の当該放電加工用電極線の断面積全体に占める割合が、５〜２０％であることを特徴とする請求項１記載の放電加工用電極線。