JP2018099773A

JP2018099773A - 放電加工用電極線

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Publication number: JP2018099773A
Application number: JP2018021485A
Authority: JP
Inventors: 辻　隆之; Takayuki Tsuji; 隆之辻; 黒田　洋光; Hiromitsu Kuroda; 洋光黒田; 哲哉徳光; Tetsuya Tokumitsu; 木村　孝光; Takamitsu Kimura; 孝光木村; 洋輔芝; Yosuke Shiba; 寛松崎; Hiroshi Matsuzaki; 裕一小室; Yuichi Komuro; 慎悟雨宮; Shingo Amamiya
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2034-11-07
Also published as: JP6558605B2

Abstract

【課題】芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線において放電加工の際の自動結線性に優れる放電加工用電極線を提供する。【解決手段】銅又は銅合金からなる芯材の外周が亜鉛を含む被覆層により被覆されており、前記被覆層は、前記芯材上の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のγ相からなる内層と、前記内層の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のε相からなる外層とを有し、鉛直に垂らしたときの鉛直方向に沿った軸に対する反り量が４０ｍｍ／ｍ〜８０ｍｍ／ｍである放電加工用電極線。【選択図】図１

Description

本発明は、放電加工用電極線及びその製造方法に関する。

銅又は銅合金からなる芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線（例えば特許文献１〜３参照）は、銅又は銅合金からなる芯材のみの放電加工用電極線に比べて、被加工物の加工部分の面精度が良いという利点がある。

特開２００２−１２６９５０号公報特許３５４９６６３号公報米国特許８，０６７，６８９号公報

しかし、従来の亜鉛被覆を有する放電加工用電極線によると、ボビン等に巻きつけコイル状で熱処理をして製造した場合、曲り癖が強く付くため、放電加工の際の自動結線性が低下する。例えば、上記の亜鉛被覆を有する放電加工用電極線が放電加工中に何らかの影響で断線した場合、加工していた被加工物の加工部分へ放電加工用電極線を自動で、素早く（高速度で）挿通することが難しい。特に、被加工物の厚さが厚い場合等において、放電加工用電極線を自動で挿通する距離が長くなると、放電加工用電極線を自動で結線することがさらに難しくなる。

そこで、本発明の目的は、芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線において放電加工の際の自動結線性に優れる放電加工用電極線を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、下記の放電加工用電極線を提供する。

［１］銅又は銅合金からなる芯材の外周が亜鉛を含む被覆層により被覆されており、前記被覆層は、前記芯材上の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のγ相からなる内層と、前記内層の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のε相からなる外層とを有し、鉛直に垂らしたときの鉛直方向に沿った軸に対する反り量が４０ｍｍ／ｍ〜８０ｍｍ／ｍである放電加工用電極線。
［２］前記外層は、最外層である前記［１］に記載の放電加工用電極線。
［３］前記芯材は、黄銅からなる前記［１］又は［２］に記載の放電加工用電極線。

本発明によれば、芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線において放電加工の際の自動結線性に優れる放電加工用電極線を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線の構造を示す横断面図である。Ｘ線回折強度の測定結果を示しており、各焼鈍温度におけるε相（ＣｕＺｎ_５）の（０００１）強度の測定結果である。Ｘ線回折強度の測定結果を示しており、各焼鈍温度におけるγ相（Ｃｕ_５Ｚｎ_８）の（３３２）強度の測定結果である。Ｘ線回折強度の測定結果を示しており、各焼鈍温度におけるη相（Ｚｎ）の（１００）強度の測定結果である。実施例及び比較例の真直性の評価結果を示すグラフである。真直性の測定方法を示す図である。真直性と自動結線性の関係性の評価を行うための装置の概略を示す図である。

〔放電加工用電極線〕
図１は、本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線の構造を示す横断面図である。
本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線１０は、図１に示されるように、銅又は銅合金からなる芯材１の外周が亜鉛を含む被覆層２により被覆されており、被覆層２は、芯材１上の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のγ相を含む内層２Ａと、内層２Ａの外周を被覆する銅−亜鉛系合金のε相を含む外層２Ｂとを有し、ε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、γ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きいことを特徴とする。

芯材１は、銅又は銅合金からなる。銅合金としては特に限定されるものではないが、黄銅であることが好ましい。

芯材１の外周に設けられた亜鉛を含む被覆層２は、亜鉛めっき又は亜鉛合金めっき、好ましくは、亜鉛めっきを施すことにより設けられる。

被覆層２は、芯材１上の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のγ相を含む内層２Ａと、内層２Ａの外周を被覆する銅−亜鉛系合金のε相を含む外層２Ｂとを有する。γ相とは、一般的に、Ｃｕ_５Ｚｎ_８で表され、Ｃｕ濃度が４５〜３５質量％程度、Ｚｎ濃度が５５〜６５質量％程度のＣｕ−Ｚｎ合金である。また、ε相とは、一般的に、ＣｕＺｎ_５で表され、Ｃｕ濃度が２４〜１２質量％程度、Ｚｎ濃度が７６〜８８質量％程度のＣｕ−Ｚｎ合金である。ε相を含む外層２Ｂは、最外層であることが好ましい。β相からなる層やη相からなる層は、有していないことが好ましいが、本発明の効果を奏する限りにおいて存在していてもよい。なお、γ相を含む内層２Ａは、γ相を内層中に８５質量％以上含むことが好ましく、９０質量％以上含むことがより好ましく、９５質量％以上含むことがさらに好ましく、１００質量％含むことが最も好ましい。また、ε相を含む外層２Ｂは、ε相を外層中に８５質量％以上含むことが好ましく、９０質量％以上含むことがより好ましく、９５質量％以上含むことがさらに好ましく、１００質量％含むことが最も好ましい。

被覆層２は、外層２Ｂ中のε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、内層２Ａ中のγ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きい。ε相の（０００１）Ｘ線回折強度は、γ相の（３３２）Ｘ線回折強度の３倍以上であることが好ましく、４倍以上であることがより好ましい。上限は特に限定されるものではないが、２０倍以下であることが好ましい。ε相の（０００１）Ｘ線回折強度は、５００〜１２００ｃｐｓであることが好ましく、６００〜１１００ｃｐｓであることがより好ましい。また、γ相の（３３２）Ｘ線回折強度は、３０〜５５０ｃｐｓであることが好ましく、４００〜５００ｃｐｓであることがより好ましい。Ｘ線回折強度は、薄膜法（入射Ｘ線を低角度（例えば１０°）に固定させることによりＸ線の侵入深さを浅くして表面層の分析感度を高める手法）により測定したピーク強度を比較したものである。

被覆層２の厚さは、全体として、１〜２０μｍであることが好ましい。層厚比は、外層２Ｂ／内層２Ａ＝４／１〜１／１であることが好ましい。

本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線１０を鉛直に垂らしたときの鉛直方向に沿った軸に対する反り量は、８０ｍｍ／ｍ以下であることが好ましい。また、放電加工用電極線１０の長手方向における上記反り量の最大値と最小値の差が３０ｍｍ／ｍ以下であることが好ましい。

〔放電加工用電極線の製造方法〕
本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線の製造方法は、銅又は銅合金からなる芯材の外周が亜鉛を含む被覆層により被覆されている放電加工用電極線の製造方法において、前記芯材の外周に亜鉛めっき又は亜鉛合金めっきを１回施す工程と、めっきを施した前記芯材を伸線する工程と、伸線後に、前記被覆層が銅−亜鉛系合金のγ相を含む内層と、前記内層の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のε相を含む外層とを有し、前記ε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、前記γ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きくなる熱処理条件で熱処理を施す工程とを含むことを特徴とする。

亜鉛めっき又は亜鉛合金めっきを１回施す工程及び伸線する工程は、公知の方法により行なうことができる。

伸線後に熱処理を施す工程を経ることにより、前述の本発明の実施の形態に係る放電加工用電極線を製造することができる。熱処理条件は、好ましくは、１００〜１２０℃、３〜２４時間、より好ましくは１００〜１２０℃、３〜１８時間の範囲内で、前述の内層２Ａ及び外層２Ｂを形成できるように調整する。熱処理温度及び時間は、電極線の径や被覆層の厚さによって、適宜、調整する。例えば、１００℃で熱処理する場合、電極線の径がφ０．２０であれば、６〜１０時間程度が好ましく、電極線の径がφ０．２５であれば、１０〜１７時間程度が好ましい。また、例えば、１００℃で熱処理する場合、被覆層の厚さが１．５μｍ未満であれば、３〜７時間程度が好ましく、被覆層の厚さが１．５μｍ以上であれば、７〜１８時間程度が好ましい。

〔本発明の実施形態の効果〕
本発明の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）芯材の外周に亜鉛被覆を有する放電加工用電極線において真直性が改善されたことにより放電加工の際の自動結線性に優れる放電加工用電極線及びその製造方法を提供できる。例えば、黄銅線のみからなる放電加工用電極線に匹敵する自動結線のし易さを持つ放電加工用電極線を得ることができる。また、亜鉛濃度の高いε相を含む外層２Ｂを最外層に設けることにより、放電加工特性が更に優れる放電加工用電極線を得ることができる。（２）被加工物の他の加工部位へ加工作業を切り替える段取り工程において、被加工物のごく僅かな大きさの孔へ自動で素早く放電加工用電極線を挿通させることができるため、加工作業の切り替えが行いやすい。
（３）１回のめっき工程で製造できるため生産性に優れる。
（４）コイル状に巻いた状態で熱処理（焼鈍）しても巻き癖の少ない放電加工用電極線が得られるため、自動結線性が改善されるのみならず、生産性にも優れる。

次に実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

〔Ｘ線回折強度の測定〕
下記の方法により放電加工用電極線を製造し、Ｘ線回折強度の測定を行なった。図２Ａ〜Ｃは、Ｘ線回折強度の測定結果を示しており、図２Ａは各焼鈍温度におけるε相（ＣｕＺｎ_５）の（０００１）強度の測定結果であり、図２Ｂは各焼鈍温度におけるγ相（Ｃｕ_５Ｚｎ_８）の（３３２）強度の測定結果であり、図２Ｃは各焼鈍温度におけるη相（Ｚｎ）の（１００）強度の測定結果である。なお、図２Ａ〜Ｃにおける２５℃のプロットは、焼鈍しなかった放電加工用電極線の測定結果である。

芯材１としての黄銅線（線径：１．２ｍｍ）上に電解亜鉛めっき法により厚さ約１０μｍの亜鉛めっき層を形成した。亜鉛めっきを施した芯材１を線径が０．２０ｍｍ（めっき層１．７μｍ）になるまで伸線した後、ボビン（Ｆ１０：胴径１００ｍｍ）に巻き取り、この状態で焼鈍を行ない、各１０ｋｇの放電加工用電極線を製造した。焼鈍条件は、４０〜１６０℃（４０、６０、８０、１００、１２０、１６０℃）、３時間及び８時間である。

図２Ａ及び２Ｂより、焼鈍温度１２０℃以下において、焼鈍時間３時間及び８時間のいずれも、ε相の（０００１）Ｘ線回折強度が、γ相の（３３２）Ｘ線回折強度の２倍よりも大きいことが分かる。なお、８時間焼鈍品は、焼鈍温度１００℃でη相（Ｚｎ）の（１００）Ｘ線回折強度が０となり、３時間焼鈍品は、焼鈍温度１２０℃でη相（Ｚｎ）の（１００）Ｘ線回折強度が０となった（図２Ｃ）。η相は純Ｚｎ相であり、軟らかいため摩耗粉が出やすく、放電加工機のパスライン上でカスとして溜まる。そのため、η相は熱処理で無くした方が良く、そのためには１００℃以上の熱処理が必要であることが分かる。
上記より１００℃〜１２０℃の熱処理が最適である。

〔真直性の評価〕
下記の方法により放電加工用電極線を製造し、真直性の評価を行なった。図３は、実施例及び比較例の真直性の評価結果を示すグラフである。また、図４は、真直性の測定方法を示す図である。

芯材１としての黄銅線（線径：１．２ｍｍ）上に電解亜鉛めっき法により厚さ約１０μｍの亜鉛めっき層を形成した。亜鉛めっきを施した芯材１を線径が０．２０ｍｍ（めっき層１.７μｍ）になるまで伸線した後、ボビン（Ｆ３５０：胴径３４０ｍｍ）に巻き取り、この状態で焼鈍を行ない、各３００ｋｇの放電加工用電極線を製造した。焼鈍条件は、１００℃、８時間（実施例１）、１６０℃、３時間（比較例１）である。

真直性は、図４に示すように、放電加工用電極線を鉛直に垂らしたときの鉛直方向に沿った軸に対する１ｍあたりの反り量（図４において「Ｄ」（幅）として示される）を測定することで評価した。ボビン外側の放電加工用電極線から順におよそ１０〜１５ｋｇおきに反り量を測定した。ボビン内側ほど径が小さくなるため、反り量が大きくなる。

図３より、実施例１では、反り量が全長に亘って、８０ｍｍ／ｍ以下（４０〜７０ｍｍ／ｍの範囲内）であったことが分かる。反り量の最大値と最小値の差が３０ｍｍ／ｍ以下であった。一方、比較例１では、反り量が６０〜１００ｍｍ／ｍの範囲内であり、ボビン外側から７５ｋｇあたりの電極線から反り量が８０ｍｍ／ｍ以上となった。

〔真直性と自動結線性の関係性の評価〕
下記の方法により放電加工用電極線を製造し、真直性（反り量＝幅）が自動結線率に及ぼす影響について評価を行なった。図５は、真直性と自動結線性の関係性の評価を行うための装置の概略を示す図である。

（実施例）
芯材１としての黄銅線（線径：１．２ｍｍ）上に電解亜鉛めっき法により厚さ約１０μｍの亜鉛めっき層を形成した。亜鉛めっきを施した芯材１を線径が０．２５ｍｍ（めっき層２．１μｍ）になるまで伸線した後、ボビン（Ｆ−３５０：胴径３４０ｍｍ）に巻き取り、この状態で焼鈍を行ない、その後、ボビン（Ｐ−５ＲＴ：胴径１００ｍｍ）に巻き替え、各５ｋｇの放電加工用電極線を製造した。焼鈍条件は、１００℃、８時間で設定し、真直性（反り量）が４０〜８０ｍｍの放電加工用電極線を製造した。

（比較例）
芯材１としての黄銅線（線径：１．２ｍｍ）上に電解亜鉛めっき法により厚さ約１０μｍの亜鉛めっき層を形成した。亜鉛めっきを施した芯材１を線径が０．２５ｍｍ（めっき層２．１μｍ）になるまで伸線した後、ボビン（Ｆ−３５０：胴径３４０ｍｍ）に巻き取り、この状態で焼鈍を行ない、その後、ボビン（Ｐ−５ＲＴ：胴径１００ｍｍ）に巻き替え、各５ｋｇの放電加工用電極線を製造した。焼鈍条件は、１６０℃、３時間で設定し、真直性（反り量）が９０〜１１０ｍｍの放電加工用電極線を製造した。

製造した実施例又は比較例の電極線１０を図５に示すように装置にセットし、加工物２０の加工を行なった。具体的には、電極線１０を上部ガイドダイス２２Ａ及び下部ガイドダイス２２Ｂに通し、加工物２０に孔２０ａをあける加工を行なった。上部ノズル２１Ａ及び下部ノズル２１Ｂは、電極線１０を孔２０ａに自動挿入することを助長するジェット水流を噴射する（約２ｋｇｆ/ｃｍ²の水圧とΦ２ｍｍの水柱によって電極線を覆い、下穴への挿入を助ける役目をする）ものである。上部ノズル２１Ａの下端から下部ノズル２１Ｂの上端までの距離が図５に示すＺ軸高さＨであり、加工機の大きさによって０．１ｍｍ〜１５００ｍｍに設定可能である。本実施例では、加工機は三菱電機社製の商品名：ＦＫ−Ｋを用い、下穴をΦ３ｍｍに固定し、Ｚ軸高さＨを５０、１００、１５０ｍｍに設定してそれぞれ試験を行った。Ｚ軸高さが大であるほど、自動結線が困難となる。断線した電極線１０は、ローラー２３及び回収ローラー２４を介して、スクラップワイヤ２５として回収した。

測定回数は、連続５０回とし、Ｚ軸高さ５０、１００、１５０ｍｍのいずれにおいても自動結線率８０％以上が実用上問題の無いレベルであると定義した。なお、結線は１回失敗すると自動的にリトライされるが、１回で成功した場合のみを成功としてカウントした。結果を表１に示す。

表１より、真直性（反り量）８０ｍｍ以下の電極線において、Ｚ軸高さ５０、１００、１５０ｍｍのいずれにおいても自動結線率８０％以上であったことが分かる。すなわち、本発明の放電加工用電極線では、自動で挿通する距離が長くなった場合でも、高い自動結線率を維持することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々に変形実施が可能である。

１：芯材、２：被覆層、２Ａ：内層（γ相）、２Ｂ：外層（ε相）
１０：電極線
２０：加工物、２０ａ：孔
２１Ａ：上部ノズル、２１Ｂ：下部ノズル
２２Ａ：上部ガイドダイス、２２Ｂ：下部ガイドダイス
２３：ローラー、２４：回収ローラー、２５：スクラップワイヤ

Claims

銅又は銅合金からなる芯材の外周が亜鉛を含む被覆層により被覆されており、
前記被覆層は、前記芯材上の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のγ相からなる内層と、前記内層の外周を被覆する銅−亜鉛系合金のε相からなる外層とを有し、
鉛直に垂らしたときの鉛直方向に沿った軸に対する反り量が４０ｍｍ／ｍ〜８０ｍｍ／ｍである放電加工用電極線。
前記外層は、最外層である請求項１に記載の放電加工用電極線。
前記芯材は、黄銅からなる請求項１又は２に記載の放電加工用電極線。