JP3332199B2

JP3332199B2 - 放電加工用電極線の製造方法

Info

Publication number: JP3332199B2
Application number: JP18998596A
Authority: JP
Inventors: 幸一田村; 正義青山; 孝光木村; 克男関田; 隆裕佐藤
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 2002-10-07
Anticipated expiration: 2016-07-01
Also published as: JPH1015740A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤ放電加工に
用いられる放電加工用電極線に関し、特に、高速加工性
及び耐熱断線性を向上させ、製造コストの低減を実現す
るための放電加工用電極線の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ放電加工は、電極線となる細い金
属ワイヤ（放電加工用電極線）を巻き取りつつ被加工物
に対して三次元の送りをかけ、金属ワイヤを電極にして
被加工物に放電を行いながら被加工物を溶断して糸鋸式
の加工を行うもので、特定形状の電極を使用しないで高
精度に三次元形状の製品を創成することができる。特
に、加工の困難な超硬合金等の加工が高精度に行えるた
め、近年、実用範囲が広がりつつある。

【０００３】従来より用いられている放電加工用電極線
には、例えば、６５重量％Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ黄銅電
極線がある。「伸銅技術研究会誌」２６、（１９８７）
Ｐ１８１（発表者：折茂、石橋、奥野、尚）に記載のよ
うに、組成中のＺｎ（亜鉛）濃度が高いほど、加工速度
を向上できることが知られている。

【０００４】加工速度の向上は生産性の向上につながる
ことから、Ｚｎを芯材に含みながら加工速度を高めるた
めの提案が種々なされている。例えば、５０％以上のＺ
ｎを含む合金を芯材に被覆した電極線（特公昭５７−５
６４８号公報）、Ｃｕ−Ｚｎ系合金芯材の表面にＣｕ−
Ｚｎ相を有する線材（特開昭６１−１９７１２６号公
報）、Ｚｎ等の低融点金属元素の濃度が金属線の外表面
ほど高くなっている線材（特公平４−３５５４３号公
報）、銅被覆鋼線に導電性の良い金属を被覆した複合電
極線（特公昭５７−５７２１号公報）、銅被覆鋼線の表
面に合金層を設け、そのＺｎの濃度が外表面に向かって
高くなるようにした電極線（特公平２−４９８４９号公
報）、銅合金にＺｎ又はＺｎ合金を浸漬焼鈍させて表面
にＺｎ富化層を形成した電極線製造方法（特開昭６２−
２１８０２６号公報）、銅合金線の表面に所定の厚みの
Ｃｕ−Ｚｎ合金層を設け、更にＣｕ−Ｚｎ合金層の表面
に所定厚のＺｎ層を設けた電極線（特開昭６１−１１７
０２１号公報）、熱伝導性に優れたＣｕ合金、具体的に
はＣｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｃｏ及びＴｉの中から選ん
だ１種あるいは２種以上の元素を０．０３〜５．０重量
％含有した合金（特開昭５９−１３４６２４号公報）、
Ｃｕ合金をＺｎ等の溶融浴に通して酸化を防ぎつつ冷却
する電極線製造方法（特開昭５９−１２３７５２）等を
上げることができる。

【０００５】以上、列挙した放電加工用電極線及びその
製造方法は、いずれも高速加工のためにＺｎ濃度が母材
より高いＣｕ−Ｚｎ系合金層、あるいはＺｎ層を設けた
ものであり、基本的には特公昭５７−５６４８号公報に
示すＺｎを含む金属被覆層を設けた電極線の延長上に位
置付けされるものである。また、放電加工の際には張力
を付与して加工するため、張力を高めるために６５％Ｃ
ｕ−３５％Ｚｎ黄銅線にＣｒ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、Ａｌ等の元素を添加した電極線も提案されて
いる。また、以上、列挙した各放電加工用電極線及びそ
の製造方法では、いずれも表面へＺｎを含む合金層を形
成させる方法として電気メッキ法あるいは溶融メッキ法
などが用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の放電加
工用電極線及びその製造方法によると、Ｚｎを表面層に
用いたことにより、加工速度の向上を図っているが、更
なる加工速度の向上が望まれている。また、従来の放電
加工用電極線及びその製造方法によると、表面へＺｎを
含む合金層を形成させる方法として電気メッキ法を用い
た場合には、被覆が厚くなると、メッキ時間が長くなる
などの作業効率が悪くなり、設備が高価となり、廃液処
理が必要となるという欠点がある。また、溶融メッキ法
を用いた場合には、設備，製造コストは安いが、浴通過
中に芯材が軟化して所望の引張強度が得られないこと
や、メッキ浴中のＺｎ濃度が変化し易く、偏肉を生じ易
いという欠点がある。

【０００７】従って、本発明の目的は、高速加工性及び
耐熱断線性を向上させ、製造コストの低減を実現し得る
放電加工用電極線の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、Ｃｕ−Ｚｒ合金の芯材を不活性ガス中で走
行加熱しながら直ちに水冷して溶体化処理し、前記溶体
化処理の済んだ前記芯材の外周表面に、１０μｍ以下の
微粉粒からなるＣｕ−Ｚｎ粉又はＺｎ粉とＣｕ−Ｚｎ粉
の混合物を樹脂沈降防止剤及び溶剤と攪拌してスラリー
状としたものを、走行ラインで均一に連続塗布した後、
不活性ガス雰囲気中で温度７００〜９５０℃、走行速度
１〜５ｍ／ｍｉｎの条件で加熱焼結し、Ｃｕ−Ｚｎから
なる表面層を形成することを特徴とする。

【０００９】上記構成によれば、走行加熱しながら直ち
に水冷する溶体化処理により、９５０℃，３時間の加熱
処理後直ちに水冷する一般的な溶体化処理と比較して処
理時間を短縮化できるので、製造コストの低減が可能と
なる。また、溶体化処理により、ＺｒがＣｕ中に固溶
し、Ｃｕ−Ｚｒ合金は耐熱性等の所要の特性を有するよ
うになる。従って、溶体化処理したＣｕ−Ｚｒを芯材に
使用することにより、放電加工時に電極線が加熱されて
も、加工時の張力に耐え、断線を防ぐことができる。ま
た、芯材の表面にＺｎ又はＣｕ−Ｚｎからなる表面層を
形成することにより、加工速度の向上が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
に係る放電加工用電極線の製造装置を示す構成図であ
る。この製造装置１０は、図１（ａ）に示すように、直
径１３ｍｍの溶体化処理していない押出材としてのＣｕ
−０．１６ｗｔ％Ｚｒ（ジルコニウム）線６をノンスリ
ップ加工機によって直径５．６ｍｍまで伸線し（皮むき
加工を２回行う。）、その後直径５．６を直径０．９ｍ
ｍまで冷間伸線を行い、直径０．９ｍｍのＣｕ−０．１
６ｗｔ％Ｚｒ線７を得る伸線部８と、このＣｕ−０．１
６ｗｔ％Ｚｒ線７を不活性ガス（Ｎ₂，Ａｒ等）中で加
熱炉内を９００℃×１ｍ／ｍｉｎの温度条件で走行させ
ながら直ちに水冷して溶体化処理を行い、芯材２を得る
溶体化処理部９とを具備している。

【００１１】また、製造装置１０は、図１（ｂ）に示す
ように、溶体化処理部９によって溶体化処理された直径
０．９ｍｍのＣｕ−０．１６ｗｔ％Ｚｒ線の芯材２がセ
ットされ、この芯材２を繰り出すペイオフ１１と、第１
層のＣｕ−Ｚｎ粉末スラリーを収容する第１の容器１２
と、スラリーの溶剤成分を蒸発させる第１の熱風乾燥部
１３と、第２層の粉末スラリーを収容する第２の容器１
４と、スラリーの溶剤成分を蒸発させる第２の熱風乾燥
部１５と、不活性ガス（Ｎ₂，Ａｒ等）を導入する導入
管１６ａ及び不活性ガスを排出する排出管１６ｂを備
え、不活性ガス（Ｎ₂，Ａｒ等）雰囲気中で７００〜９
５０℃，１〜５ｍ／ｍｉｎの温度条件で加熱を行う加熱
電気炉１６と、冷却水１７ａが入った水槽１７と、線材
を定速で巻き取る定速巻取り機１８と、線材を整列させ
つつ巻き取る整列巻取り機１９とを具備している。

【００１２】図２は図１に示す製造装置１０によって製
造された放電加工用電極線の断面図である。この放電加
工用電極線１は、Ｃｕ−０．０２〜０．１６ｗｔ％Ｚｒ
合金の芯材２と、この芯材２の表面に被覆されたＣｕ−
Ｚｎ合金の表面層３とから構成される。

【００１３】第１層のＣｕ−Ｚｎ粉末スラリーは、アク
リル系樹脂（７％），樹脂沈降防止剤（１％）及び溶剤
（トルエン＋キシレン２３％）の配合液中にＺｎ粉（６
９％）を混合したものである。

【００１４】第２層のＣｕ−Ｚｎ粉末スラリーは、上記
アクリル系樹脂（７％），樹脂沈降防止剤（１％）及び
溶剤（トルエン＋キシレン２３％）の配合液中にＣｕ−
２０ｗｔ％Ｚｎ合金粉とＺｎ粉を加えて５０％濃度のＺ
ｎスラリーとなるように調合したものである。

【００１５】Ｚｎ粉及びＣｕ−Ｚｎ粉は、１０μｍ以下
の微粉粒であり、スラリーの粘度は約１０００ｃｐｓで
ある。これらのスラリーは、図示しないポンプによりそ
れぞれの第１及び第２の容器１２，１４に循環供給され
て芯材２の外周表面に付着され、直径１．０〜１．５ｍ
ｍサイズのテフロンダイスで絞って芯材２表面に塗布さ
れる。その後、熱風乾燥により芯材２表面にＺｎを含む
表面層３が形成させ、高温雰囲気中で焼結される。

【００１６】次に、本装置１０による電極線１の一製造
方法を図３の工程図を参照して説明する。まず、伸線部
８では、直径１３ｍｍの溶体化処理していないＣｕ−
０．１６ｗｔ％Ｚｒ線６をノンスリップ加工機によって
直径５．６ｍｍまで伸線し、その後直径５．６を直径
０．９ｍｍまで冷間伸線を行い、直径０．９ｍｍのＣｕ
−０．１６ｗｔ％Ｚｒ線７を得る（１００）。次に、溶
体化処理部９では、伸線部８からのＣｕ−０．１６ｗｔ
％Ｚｒ線７を不活性ガス（Ｎ₂，Ａｒ等）中で加熱炉内
を９００℃×１ｍ／ｍｉｎの温度条件で走行させながら
直ちに水冷して溶体化処理を行い、芯材２を得る（１０
１）。

【００１７】次に、この溶体化処理した直径０．９ｍｍ
のＣｕ−０．１６ｗｔ％Ｚｒからなる芯材２をペイオフ
１１にセットする。ペイオフ１１から芯材２を第１の容
器１２に繰り出す。第１の容器１２にて、ペイオフ１１
から繰り出された芯材２の外周表面に第１層のＣｕ−Ｚ
ｎ粉末スラリーを塗布し（１０２）、これを第１の熱風
乾燥部１３にて乾燥させ、スラリーの溶剤成分を蒸発さ
せる（１０３）。

【００１８】第２の容器１４にて、第１層のＣｕ−Ｚｎ
粉末スラリーの外周面に第２層のＣｕ−Ｚｎ粉末スラリ
ーを塗布し（１０４）、これを第２の熱風乾燥部１５に
て乾燥させ、スラリーの溶剤成分を蒸発させる（１０
５）。

【００１９】第２の熱風乾燥部１５を通過した線材を不
活性ガス（Ｎ₂，Ａｒ等）雰囲気中で７００〜９５０
℃，１〜５ｍ／ｍｉｎの温度条件で加熱電気炉１６内を
走行させ、表面層（Ｃｕ−Ｚｎ合金層）３を形成する
（１０６）。表面層３が形成された線材（電極線１）を
水槽１７にて表面酸化物を洗浄除去し（１０７）、定速
巻取り機１８を経て整列巻取り機１９に巻き取る。

【００２０】その後、整列巻取り機１９に巻き取った電
極線１を直径０．９ｍｍから直径０．２ｍｍまで冷間伸
線して放電加工用電極線１を得る（１０８）。以上の加
熱走行ラインでＣｕ−Ｚｒ合金からなる芯材２の外周表
面にＣｕ−Ｚｎからなる表面層３が加熱焼結される。

【００２１】

【実施例】次に、上記表面層形成工程１０６を９００
℃，１ｍ／ｍｉｎの温度条件で走行処理した結果を図４
乃至図６を参照して説明する。図４は上記洗浄除去工程
（１０７）後、冷間伸線工程（１０８）前の直径０．９
ｍｍの放電加工用電極線１の断面を示す顕微鏡写真であ
る。このときの直径０．９ｍｍの芯材２の外周表面に
は、厚さ４５〜５０μｍのＣｕ−Ｚｎ合金層である表面
層３が形成されていた。図５は上記冷間伸線工程（１０
８）により直径０．２ｍｍに伸線した放電加工用電極線
１の断面を示す顕微鏡写真、図６はその放電加工用電極
線１の表面層３からの距離とＺｎ濃度の関係を示す特性
図である。このときの直径０．２ｍｍの芯材２の外周表
面には、厚さ１０〜２０μｍ程度の約Ｃｕ−３０〜４５
％Ｚｎの表面層３が形成されていた。

【００２２】

【表１】表１は直径０．９ｍｍの芯材２の外周表面に第１層のス
ラリーとしてＺｎ粉末（１００％）を塗布して乾燥した
後、第２層のスラリーとしてＣｕ−Ｚｎ粉の混合比率を
変化させたスラリーを調合して加熱焼結した結果を示す
ものである。Ｃｕ−Ｚｎ合金層は、Ｚｎ粉及びＣｕ−Ｚ
ｎ粉の組合せによって調整することも可能である。すな
わち、比較例１に示すように、第１層及び第２層のスラ
リーが共にＺｎ粉の場合は、芯材２の境界はＺｎの拡散
が主となるため、２０μｍ程度より厚い合金層は得られ
ない。また、比較例３に示すように、第１層のスラリー
がＺｎ粉、第２層のスラリーがＣｕ−２０％Ｚｎ粉の場
合は、Ｚｎの拡散とＣｕ−Ｚｎ合金層の反応状態を生ず
るが、やはり合金層膜がそれ程成長しない。そこで、実
施例３に示すように、Ｃｕ−２０％Ｚｎ粉にＺｎ粉を加
えてＣｕ−５０％Ｚｎ粉スラリーを第２層にして加熱焼
結したところ、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の反応が大きくなる結
果、目標とするＣｕ−Ｚｎ合金層とすることが可能とな
った。また、実施例１乃至３に示すように、スラリーの
混合比率は、合金形成膜厚及び加工性を評価すると、Ｃ
ｕ−３０〜５０％Ｚｎ濃度が良好な結果が得られてい
る。

【００２３】

【表２】表２は図３の表面層形成工程（１０６）における走行加
熱温度による評価結果を示すものである。６００℃及び
１０００℃で処理した比較例４，５の合金形成膜厚は、
２，２０μｍとばらつきがあるのに対し、７００〜９５
０℃で処理した実施例４〜６の合金形成膜厚は、３０〜
６０μｍと安定している。

【００２４】上述した放電加工用電極線１の製造方法に
よれば、以下の効果が得られる。芯材２のＣｕ−Ｚｒ合
金のＺｒ含有量を０．０２〜０．１６ｗｔ％とすること
により、耐熱強度に優れる。また、Ｚｎ粉及びＣｕ−２
０〜５０％Ｚｎ粉は、１層あるいは複数層に組み合わせ
て加熱焼結することにより、高い濃度のＺｎ層が可能と
なる。この結果、加工速度の向上が顕著となる。また、
Ｃｕ−Ｚｒ合金の芯材２は導電性も高く、その外周表面
層に高濃度のＺｎ層を形成させることができるので、安
定した放電性が得られ、加工速度も向上する。また、芯
材２のＣｕ−Ｚｒ合金線は、走行溶体化処理によっても
耐熱強度が得られることから、高導電性および高耐熱性
の電極線とすることができ、製造コストの低減を図るこ
とができる。また、Ｚｎ粉，Ｃｕ−Ｚｎ粉の粒子を１０
μｍとすることにより、樹脂，溶剤とよく混合されたス
ラリーとなり、芯材２の外周表面に均一に塗布すること
ができる。また、Ｃｕ−Ｚｒ合金の芯材２の外周に表面
層３を加熱焼結を施すための温度条件は、７００〜９５
０℃、走行速度は１〜５ｍ／ｍｉｎで行うことにより、
任意のＣｕ−Ｚｎの膜厚層が可能となり、線材のサイ
ズ，用途等に対応することができる。

【００２５】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々な実施の形態が可能である。例えば、芯材２
のＣｕ−Ｚｒ合金線の走行溶体化は、Ｚｎ粉及びＣｕ−
Ｚｎ粉の塗布後に施してよい。すなわち、溶体化しない
芯材２をペイオフ１１より繰り出して粉末スラリーを塗
布して乾燥し、加熱焼結後に直ちに水冷処理することに
よっても同様の耐熱性が得られることから、さらにコス
ト低減を図ることが可能である。また、表面層３のＺｎ
濃度は高い程加工速度が向上するので、粉末スラリーの
組合せを第１層のスラリーとしてＣｕ−Ｚｎ粉スラリー
とし、第２層のスラリーとしてＺｎ粉スラリーのように
してもよく、さらに、第３層を用いて塗布することも可
能である。これにより、目的に応じた合金層厚さあるい
はＺｎ濃度を調整することができる。また、表面層３の
Ｃｕ−３０〜５０ｗｔ％Ｚｎ粉の配合形態は、Ｚｎ粉と
Ｃｕ粉の組合せ又はＣｕ−Ｚｎ合金粉とＺｎ粉の組合せ
でもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、芯
材の表面にＺｎ又はＣｕ−Ｚｎからなる表面層を形成す
ることにより、高速加工性の向上を図ることができる。
また、溶体化処理により、ＺｒがＣｕ中に固溶し、Ｃｕ
−Ｚｒ合金は耐熱性を有するようになるので、耐熱断線
性の向上を図ることができる。また、走行加熱しながら
直ちに水冷する溶体化処理により、９５０℃，３時間の
加熱処理後直ちに水冷する一般的な溶体化処理と比較し
て処理時間を短縮化できるので、製造コストの低減が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電加工用電極線の製造装置を示
す構成図である。

【図２】図１の製造装置で製造された放電加工用電極線
の断面図である。

【図３】本発明に係る放電加工用電極線の一製造工程を
示す工程図である。

【図４】伸線前の直径０．９ｍｍの放電加工用電極線の
断面を示す顕微鏡写真である。

【図５】直径０．２ｍｍに伸線した放電加工用電極線の
断面を示す顕微鏡写真である。

【図６】直径０．２ｍｍに伸線した放電加工用電極線の
表面層からの距離とＺｎ濃度の関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１放電加工用電極線２芯材３表面層９溶体化処理部１０製造装置１２第１の容器１３第１の熱風乾燥部１４第２の容器１５第２の熱風乾燥部１６加熱電気炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤隆裕茨城県日立市川尻町４丁目10番１号日立電線株式会社豊浦工場内審査官神崎孝之 (56)参考文献特開平４−176849（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−218026（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−134624（ＪＰ，Ａ) 特開平５−177443（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−153805（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−4834（ＪＰ，Ａ) 特開平３−68734（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−129629（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23H 7/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｕ−Ｚｒ合金の芯材を不活性ガス中で走
行加熱しながら直ちに水冷して溶体化処理し、前記溶体
化処理の済んだ前記芯材の外周表面に、１０μｍ以下の
微粉粒からなるＣｕ−Ｚｎ粉又はＺｎ粉とＣｕ−Ｚｎ粉
の混合物を樹脂沈降防止剤及び溶剤と攪拌してスラリー
状としたものを、走行ラインで均一に連続塗布した後、
不活性ガス雰囲気中で温度７００〜９５０℃、走行速度
１〜５ｍ／ｍｉｎの条件で加熱焼結し、Ｃｕ−Ｚｎから
なる表面層を形成し、冷間伸線を行うことを特徴とする
放電加工用電極線の製造方法。