JP3855681B2 - ワイヤ放電加工用電極線の製造方法 - Google Patents

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に係り、特に、所望の亜鉛濃度を有するＣｕ（銅）−Ｚｎ（亜鉛）合金被覆層と、優れた伸線加工性を得るためのワイヤ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】
Ｃｕ−Ｚｎ合金を用いたワイヤ放電加工用電極線は、加工速度、加工精度などの放電特性に優れるほか、コスト的にも有利であるという特徴を有している。これまで、このタイプの電極線としては、３２〜３６重量％のＺｎを含む単一合金線（Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ合金、すなわち６５／３５黄銅線）が使用されてきた。しかし、近年、高速加工性が重視されるようになってきた。このため、特開平５−３３９６６４号公報に示されるように、Ｃｕ−２．０重量％Ｓｎ合金、Ｃｕ−０．３重量％Ｓｎ合金などの銅合金による心材の表面に、従来よりも亜鉛濃度の高いＣｕ−Ｚｎ合金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。また、心材の上に亜鉛濃度の高いＣｕ−Ｚｎ合金層を得る方法として、心材の上に亜鉛層を被覆し、その後、長時間の拡散熱処理を行う方法が種々提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のワイヤ放電加工用電極線の製造方法によると、特開平５−３３９６６４号公報の場合、Ｃｕ−Ｚｎ合金の被覆層におけるＺｎ濃度が３８〜４９重量％という高濃度なため、単一層を形成するためには、製造コストが非常に高くなる熱間押し出しに依存せざるを得ず、しかも、被覆層の亜鉛濃度が３８〜４９重量％という高濃度であるために脆弱であり、伸線加工性が著しく悪く、生産性が劣るという問題がある。
【０００４】
また、上記したように、心材上にＺｎ濃度の高いＣｕ−Ｚｎ合金層を得る方法は、非常に長い熱処理時間による拡散処理であるため、生産性が悪くなる。この場合、生産性を向上させる手段として、次の方法が考えられる。
（１）生産性向上のために熱処理温度を高くする。
（２）大量の被覆材をボビンに巻きつけて一括して熱処理をする。
しかし、（１）の方法では、高温中では亜鉛が蒸発してしまい、所望の亜鉛濃度を得ることができない。また、（２）の方法では、一括して熱処理する場合、被覆材同士が隣接して接触しているため、熱処理によって表面の亜鉛が拡散して接着してしまい、その後の加工が困難になる。以上のように、従来技術では、所望の亜鉛濃度を得ながら、ワイヤ放電加工用電極線の生産性及び伸線加工性を向上させることは困難であった。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、製造コストを上げることなく所望の亜鉛濃度を有するＣｕ−Ｚｎ合金被覆層を得ることができ、さらに伸線加工性及び生産性に優れるワイヤ放電加工用電極線の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、銅または銅合金からなる心材の表面にＺｎテープを縦添えすることにより亜鉛層を設け、前記亜鉛層の表面にＣｕ−Ｚｎテープを縦添えすることによりＣｕ−Ｚｎ層を設けて複合線材を形成し、前記複合線材に縮径加工を施した後、熱処理を行って前記亜鉛層中の亜鉛を前記Ｃｕ−Ｚｎ層中に拡散させることによりＣｕ−Ｚｎ合金層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法を提供する。
【０００７】
この方法によれば、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を形成する前に縮径加工を行えば、亜鉛濃度の低いＣｕ−Ｚｎ層の部分を縮径対象にできるため、伸線加工性が損なわれない。そして、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の形成後においては、亜鉛層中の亜鉛がＣｕ−Ｚｎ合金層に拡散することにより、Ｃｕ−Ｚｎ合金層は亜鉛の蒸発を伴わない所望の亜鉛濃度になっているため、優れた放電加工性能が得られる。更に、熱処理時の最外層はＣｕ−Ｚｎ層であって亜鉛層ではないため、線材同士の接着を考える必要がなく、複数の線材を一括に熱処理することで生産性の向上が可能になるほか、亜鉛層及びＣｕ−Ｚｎ層にテープを用いることができるために生産性が向上する。以上により、所望の亜鉛濃度と優れた放電加工性能を有し、生産性及び伸線加工性を向上可能なワイヤ放電加工用電極線を安価に製造することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、（ｉ）銅または銅合金からなる心材の表面に亜鉛層を被覆し、（ii）更に、この亜鉛層の表面にＣｕ−Ｚｎ層を被覆して被覆線材（複合線材）を得、(iii) 縮径加工（伸線加工）を行わずに或いは縮径加工を行ってから、前記被覆線材に熱処理を施して亜鉛層中の亜鉛をＣｕ−Ｚｎ層中に拡散させることにより、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を形成したワイヤ放電加工用電極線を得るものである。上記の方法により、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の亜鉛濃度を高めることができる。この様に、亜鉛層中のＺｎをＣｕ−Ｚｎ層中に拡散させることにより、Ｃｕ−Ｚｎ合金層中のＺｎ濃度が高められ、放電加工性が向上する。また、伸線加工後にＣｕ−Ｚｎ合金層のＺｎ濃度を高めているため、伸線加工性や生産性に影響を与えることがない。
【０００９】
さらに、本発明者らは、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を形成する際に、その表面に亜鉛濃度が３８重量％以下の外層を有するように形成することにより、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の内層の亜鉛濃度が高くとも、伸線加工性を確保できることを見い出した。これにより、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を形成した後であっても、伸線加工を行うことが可能になる。また、本発明者らは、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の形成した後、その表面に亜鉛層を被覆することにより、最外層となる亜鉛層により更に放電加工性を向上できることを見い出した。
【００１０】
さらに、本発明者らは、心材の組成について種々の検討を行った。その結果、Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ（ジルコニウム）合金、Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ（錫）−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ（インジウム）合金、Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ、Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、またはＣｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金に対し、Ｚｒ、Ｃｒ（クロム）、Ｓｉ（珪素）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｐ（リン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｇ（銀）、Ｓｎの少なくとも１つ以上を添加した合金からなる心材が、放電加工性能を向上させるための導電性と耐熱性を付与できることを見い出した。その一例を後記する〔表１〕に示している。さらにまた、心材の材質として、Ｃｕ−０．０５〜５重量％Ａｇ合金も有効である。
【００１１】
次に、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１及び図２は、本発明の製造方法の第１の実施の形態における主要なステップを示す。図１には複合線材を製造した状態が示され、図２には、図１の複合線材に熱処理を施して亜鉛層中のＺｎをＣｕ−Ｚｎ層中に拡散させて、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を形成し、線材２０を得た状態が示されている。銅および銅合金からなる心材１の表面に亜鉛層２を被覆し、さらに亜鉛層２の表面にＣｕ−Ｚｎ層３を被覆することにより、図１の複合線材（被覆線材）４が得られる。ここで、亜鉛層２は、心材１の表面にＺｎテープを縦添え（心材１の長さ方向に添えて）被覆することにより形成される。さらに、亜鉛層２の表面にＣｕ−Ｚｎテープ３を縦添えした後、その突合せ部を溶接して複合線材４を形成し、この複合線材４を熱処理して亜鉛層２中の亜鉛をＣｕ−Ｚｎ層３中に拡散させれば、図２に示すように、最外層にＣｕ−Ｚｎ合金層５が形成された線材２０が得られる。この時のＣｕ−Ｚｎ合金層５の亜鉛濃度は、３８〜５０重量％になるようにする。ここで、熱処理後のＣｕ−Ｚｎ合金層５の亜鉛濃度を３８〜５０重量％としたのは、亜鉛濃度が３８重量％以下だと放電加工性能の向上が望めず、５０重量％以上だと伸線加工性が著しく低下することが判明したためである。
【００１２】
上記の様に、亜鉛層２を形成した後、亜鉛層２の表面にＣｕ−Ｚｎテープ３を縦添えし、その突合せ部を溶接して複合線材４を形成することにより、Ｚｎテープを縦添え被覆する工程と、Ｃｕ−Ｚｎテープ３の突合せ部を溶接して複合線材４を形成する工程とを連続的に行えるようになるので、製造コストの低減が顕著になる。本発明の第１の実施の形態によれば、複合線材４の最外層にＣｕ−Ｚｎ層３が形成されているため、線材をボビンなどに巻きつけて線材同士が接触している状態で一括して熱処理を行っても、線材同士の接着を防止できる。この熱処理方法は、生産性の劣る走行熱処理法と比較して、低コスト化が可能になるという利点がある。さらに、複合線材４の最外層にはＣｕ−Ｚｎ層３が形成されているため、亜鉛の蒸発を防止でき、所望の亜鉛濃度を確実に得ることが可能になり、効率的に且つ安定した品質の線材を得ることができる。
【００１３】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、本発明の製造方法の第２の実施の形態を示す。図３は、図１に示された複合線材４に熱処理を施した後の状態を示した線材３０の横断面図であり、Ｃｕ−Ｚｎ合金層５に、亜鉛濃度が３８重量％以下の外層５ｂ層が形成されるように熱処理を施したものである。
【００１４】
まず、図１に示すように、第１の実施の形態と同様にして、心材１の表面に亜鉛層２及びＣｕ−Ｚｎ層３を被覆形成する。その後、図３に示すＣｕ−Ｚｎ合金層５を熱処理によって得る際、熱処理後のＣｕ−Ｚｎ合金層５の表面に位置する外層５ｂの亜鉛濃度は、３８重量％以下となるように、内層５ａの亜鉛濃度は３８〜５０重量％になるようにする。これによって、線材３０を得る。ここで、熱処理後のＣｕ−Ｚｎ合金層５の内層５ａの亜鉛濃度を３８〜５０重量％としたのは、亜鉛濃度が３８重量％以下だと放電加工性能の向上が望めず、５０重量％以上だと伸線加工性が著しく低下することが判明したためである。外層５ｂの亜鉛濃度を３８重量％以下としたのは、亜鉛濃度の高い内層５ａは脆弱であるが、外層５ｂの亜鉛濃度が低ければ、伸線加工性が低下しないことを見い出したことによる。これにより、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の平均した亜鉛濃度が高くなっていても、十分な伸線加工性が得られ、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の形成後の伸線が可能になる。なお、外層５ｂの亜鉛濃度を低くするには、熱処理時間および熱処理温度を所定の条件に設定すればよい。
【００１５】
〔第３の実施の形態〕
図４は、本発明の製造方法の第３の実施の形態を示す。図４は、図２に示した線材２０又は図３に示した線材３０の最外層となっているＣｕ−Ｚｎ合金層５の表面に、亜鉛層７を被覆して得られた線材４０の横断面を示している。Ｃｕ−Ｚｎ合金層５に亜鉛層７を被覆することにより、図２の線材２０又は図３の線材３０に比べ、放電加工性能を著しく向上させることができる。亜鉛層７を被覆する方法としては、電気めっき法、溶融めっき法など、従来より常用的に用いられている方法を適用することができる。
〔第４の実施の形態〕
図３に、本発明の製造方法の第４の実施の形態を示す。図３は、本発明の第２の実施の形態の説明で用いたものであるが、これを流用する。本発明の第４の実施の形態における図３は、図１に示した複合線材４を特定の１度の熱処理により、２層のＣｕ−Ｚｎ合金層５が形成された状態を示している。２層に形成された外層５ｂの亜鉛濃度は、内層５ａの亜鉛濃度よりも低く形成され、これにより伸線加工性が著しく向上する。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造方法による実施例について説明する。また、実施例の効果を明確にするために、比較例（実施例と同様にＣｕ−Ｚｎ合金層さらには最外層を被覆層として有するが、特性が劣るもの）及び従来例（被覆層を有しないもの）についても説明する。なお、以下に示す化学組成の単位は、全て重量％である。
（実施例１）
心材として、直径が４．０mmのＣｕ−０．１９Ｓｎ−０．２Ｉｎ合金線を用いた。この心材に、厚さ０．２mm、幅１３mmのＺｎテープを縦添え被覆して線材を製作した。この線材上に厚さ０．５０mmの黄銅（Ｃｕ−３５Ｚｎ）テープを縦添えし、その突合せ部を溶接して直径が５．４mmの複合線材を形成した。この複合線材に６００℃で４時間の熱処理を施し、Ｃｕ−４６Ｚｎの合金層を形成した。こうして得られた線材を複数の伸線ダイスに通して縮径加工し、線径が０．２５mmの電極線を作製した。
【００１７】
（実施例２）
心材として直径が４．０mmのＣｕ−０．１９Ｓｎ−０．２Ｉｎ合金線を用いた。この心材に、厚さ０．２mm、幅１３mmのＺｎテープを縦添え被覆して線材を得た。この線材上に厚さ０．５０mmの黄銅（Ｃｕ−３５Ｚｎ）テープを縦添えし、その突合せ部を溶接し、直径５．４mmの複合線材を形成した。この複合線材に６００℃で２時間の熱処理を施し、Ｃｕ−３５Ｚｎの合金層を外層に形成し、内層にはＣｕ−４６Ｚｎの合金層を形成した。さらに、この複合線材を複数の伸線ダイスに通して縮径加工し、線径が０．２５mmの電極線を作製した。
【００１８】
（実施例３）
心材としてＣｕ−０．１６Ｚｒを用い、他は実施例１と同じにし、線径０．２５mmの電極線を作製した。
（実施例４）
心材としてＣｕ−０．１６Ｚｒを用い、他は実施例２と同じにし、線径０．２５mmの電極線を作製した。
（実施例５）
心材としてＣｕ−１０Ｚｎを用い、他は実施例１と同じにし、線径０．２５mmの電極線を作製した。
（実施例６）
心材としてＣｕ−１０Ｚｎを用い、他は実施例２と同じにし、線径０．２５mmの電極線を作製した。
（実施例７）
実施例１と同様に、直径が５．４mmの複合線材を形成した。この複合線材に５５０℃で２時間の熱処理を施し、外層の亜鉛濃度が内層の亜鉛濃度よりも低くなるように、２層のＣｕ−Ｚｎ合金層を形成した。こうして得られた線材を複数の伸線ダイスに通して、縮径加工し線径が０．２５mmの電極線を作製した。
【００１９】
（比較例１）
心材として直径４．０mmのＣｕ−０．１９Ｓｎ−０．２Ｉｎ合金線を用い、この線材上に厚さ０．８０mmの黄銅テープ（Ｃｕ−３５Ｚｎ）を縦添えし、突合せ部を溶接し、直径５．６mmの複合線材を形成した。この複合線材に亜鉛を被覆した後、８５０℃の加熱炉に通して熱処理を施し、Ｃｕ−４３Ｚｎの合金層を形成した。最後に、この複合線材を複数の伸線ダイスに通して縮径加工し、線径が０．２５mmの電極線を作製した。
（比較例２）
心材として直径４．０mmのＣｕ−０．１９Ｓｎ−０．２Ｉｎ合金線を用い、この線材上に厚さ０．８０mmの黄銅テープ（Ｃｕ−３５Ｚｎ）を縦添えし、突合せ部を溶接して、直径５．６mmの複合線材を形成した。この複合線材に亜鉛を被覆し、８５０℃の加熱炉に通して熱処理を施し、Ｃｕ−４３Ｚｎの合金層を形成した。さらに、最外層に０．１mmの亜鉛を被覆し、この複合線材を複数の伸線ダイスに通して縮径加工し、線径０．２５mmの電極線を作製した。
【００２０】
（従来例１，２）
Ｃｕ−３５Ｚｎの合金により構成された直径０．２５mmの単一構成による電極線（従来例１）と、Ｃｕ−４０Ｚｎの合金により構成された直径０．２５mmの単一構成による電極線（従来例２）を作製した。〔表１〕は、実施例１〜７の構造、伸線加工性、放電加工速度、生産性を示し、〔表２〕は、比較例１，２および従来例１，２の構造、伸線加工性、放電加工速度、生産性を示している。なお、放電加工速度は、従来例１を１．０としたときの指数、また、生産性は比較例１を１．０としたときの指数で示している。表中の○印は伸線加工性が容易であることを示し、△印はやや難しいことを示している。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
〔表１〕及び〔表２〕によれば、実施例１および２の放電加工用電極線は、従来例に比べて約３０〜４０％の高い放電加工速度を示した。さらに、比較例に比べても約１０〜２０％の高い放電加工速度が得られ、且つ３〜６倍の高い生産性を示している。また、心材を変えた実施例３〜７においても、ほぼ同等の性能と生産性が得られることがわかる。このように、本発明に基づけば、高性能のワイヤ放電加工用電極線を低コストに提供することが可能になる。
【００２４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造方法によれば、銅または銅合金からなる心材の表面に亜鉛層を被覆し、この亜鉛層上にＣｕ−Ｚｎ層を被覆した後、熱処理を施して亜鉛層中の亜鉛をＣｕ−Ｚｎ層中に拡散させてＣｕ−Ｚｎ合金層を形成するようにしたので、所望の亜鉛濃度と優れた放電加工性能を有し、生産性及び伸線加工性を向上させることのできるワイヤ放電加工用電極線を安価に製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造方法の第１の実施の形態の主要なステップにおける断面図である。
【図２】 図１の複合線材に熱処理を施して亜鉛層中の亜鉛をＣｕ−Ｚｎ層中に拡散させて、Ｃｕ−Ｚｎ合金層を形成した状態を示す断面図である。
【図３】 本発明の製造方法の第２又は第４の実施の形態の最終工程における断面図である。
【図４】 本発明の製造方法の第３の実施の形態の最終工程における断面図である。
【符号の説明】
１ 心材
２ 亜鉛層
３ Ｃｕ−Ｚｎ層
４ 複合線材
５ Ｃｕ−Ｚｎ合金層
７ 亜鉛層
２０，３０，４０ 線材

Claims (8)

1. 銅または銅合金からなる心材の表面にＺｎテープを縦添えすることにより亜鉛層を設け、前記亜鉛層の表面にＣｕ−Ｚｎテープを縦添えすることによりＣｕ−Ｚｎ層を設けて複合線材を形成し、前記複合線材に縮径加工を施した後、熱処理を行って前記亜鉛層中の亜鉛を前記Ｃｕ−Ｚｎ層中に拡散させることによりＣｕ−Ｚｎ合金層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
2. 銅または銅合金からなる心材の表面にＺｎテープを縦添えすることにより亜鉛層を設け、前記亜鉛層の表面にＣｕ−Ｚｎテープを縦添えすることによりＣｕ−Ｚｎ層を設けて複合線材を形成し、前記複合線材に熱処理を施して前記亜鉛層中の亜鉛を前記Ｃｕ−Ｚｎ層中に拡散させることによりＣｕ−Ｚｎ合金層を形成した後、縮径加工を施したことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
3. 前記心材は、Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ、Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、またはＣｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金に、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａ１、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１つが添加された合金であることを特徴とする請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
4. 前記心材は、Ｃｕ−０．０５〜５重量％Ａｇ合金であることを特徴とする請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
5. 前記Ｃｕ−Ｚｎ合金層は、亜鉛濃度が３８〜５０重量％であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
6. 前記Ｃｕ−Ｚｎ合金層の形成は、その表面に亜鉛濃度が３８重量％以下の外層を有するように形成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
7. 前記Ｃｕ−Ｚｎ合金層の形成は、一度の熱処理により内層と該内層より亜鉛濃度が低い外層を有するように形成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
8. 前記Ｃｕ−Ｚｎ合金層のさらにその外側に亜鉛層を被覆することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。

Images