JPH05337741A - ワイヤ放電加工用電極線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高温強度が高く、加工速度を高く
しても断線頻度が少なく、放電加工作業の効率を高くで
きるワイヤ放電加工用電極線を製造する方法の提供を目
的とする。 【構成】 本発明は、鋼線に１０〜７０％の被覆率で銅
を被覆してなる銅被覆鋼線の外周面に亜鉛メッキ処理を
施して亜鉛層を形成した後、この亜鉛層が消失して亜鉛
が下地の銅と全て合金化するように不活性雰囲気中にお
いて熱処理を施すことにより、銅地から表層に向かって
亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつけられた厚さ１
〜１５μｍであって、外表面側に亜鉛濃度５５〜６５％
の外層を、中間に亜鉛濃度４０〜４８％の中間層を、内
面側に亜鉛濃度４０％以下の内層をそれぞれ有する銅ー
亜鉛合金層を形成するものである。 【効果】 本発明によれば、加工速度を高くすることが
でき、経済性にも優れたワイヤ放電加工用電極線を得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電による溶融作用に
より、被加工物（加工対象物）を加工するワイヤ放電加
工に用いられる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】図４は、一般的なワイヤ放電加工法の概
略を説明するものである。この加工法は、被加工物１に
予め開けたスタート穴２に電極線３を挿通し、この電極
線３を挿通方向（図４では矢印の方向）に走行させなが
ら、電極線３とスタート穴２の内壁面との間で放電さ
せ、かつ、被加工物１を挿通方向と直交する方向に移動
させることにより、移動軌跡に沿って被加工物１を溶融
させて所定の形状に加工する方法である。この図におい
て、電極線３は例えば供給リール４から連続的に送り出
され、被加工物１の両側のコロ５を通って巻き取りリー
ル６に巻き取られるとともに、この巻き取りリール６と
コロ５との間に配されるテンションローラ７によって張
力を調整されるようになっている。また、図示しない
が、放電加工部分には加工液が供されて、電極線３の冷
却および加工屑の除去等を行なうようになっている。

【０００３】従来、このようなワイヤ放電加工に使用さ
れる電極線３としては、直径０.０５〜０.３ｍｍ程度の
銅線、黄銅線（Ｃｕ６５％，Ｚｎ３５％合金）、さらに
は亜鉛メッキ銅線、亜鉛メッキ黄銅線や亜鉛メッキ銅被
覆鋼線（例えば特公昭５７−５６４８号）、あるいは特
殊用途としてタングステン線、モリブデン線等が用いら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの電
極線３は、放電加工中、約３００℃の高温に熱せられ、
電極素材自体に大きな熱的負担が加わる一方、安定放電
を維持して加工精度、加工速度を上げるために行われる
テンションローラ７の張力調整時の張力も加わることか
ら高温強度（高温時における引張強度）が高いことが要
求されている。しかしながら、銅線は電極線としての細
線への伸線加工性は良いものの、引張強度が小さく、使
用中に断線して放電加工作業の効率を著しく低下させる
おそれがある。また、黄銅線は、室温での引張強度が銅
線の２倍程度の強さであるが、３００℃前後の高温強度
は銅よりわずかに高い程度であり、加工速度を上げよう
とすると、やはり断線する傾向がある。

【０００５】さらに、亜鉛メッキ銅線、亜鉛メッキ黄銅
線の場合、亜鉛による放電安全性は増加されるものの、
亜鉛メッキ皮膜が存在する分だけ高温強度が低下し、加
工速度を上げようとすると、やはり断線する傾向があ
る。また亜鉛メッキ銅被覆鋼線の場合には、前述の電極
線に比較して加工速度の向上効果はあるがまだ充分とは
言えず、さらに加工面に銅の付着が生ずる等の問題があ
る。さらにまた、タングステン線、モリブデン線は高温
強度は高いが、伸線加工性が悪く、かつ消耗品として使
用される電極線としては高価である等の問題点があっ
た。

【０００６】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
ので、高温強度が高く、加工速度を高くしても断線頻度
が少なく、放電加工作業の効率を高くすることができる
とともに、経済性にも優れているワイヤ放電加工用電極
線を製造する方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記事情に鑑みてなされたもので、鋼線に１０〜７０％の
被覆率で銅を被覆してなる銅被覆鋼線の外周面に亜鉛メ
ッキ処理を施して亜鉛層を形成した後、この亜鉛層が消
失して亜鉛が下地の銅と全て合金化するように不活性雰
囲気中において熱処理を施すことにより、銅地から表層
に向かって亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつけら
れた厚さ１〜１５μｍであって、外表面側に亜鉛濃度５
５〜６５％の外層を、中間に亜鉛濃度４０〜４８％の中
間層を、内面側に亜鉛濃度４０％以下の内層をそれぞれ
有する銅ー亜鉛合金層を形成するものである。

【０００８】請求項２記載の発明は前記事情に鑑みてな
されたもので、前記熱処理の前工程あるいは後工程とし
て、伸線加工を施すものである。

【０００９】

【作用】本発明方法により得られるワイヤ放電加工用電
極線（以下、ワイヤ電極線と言う。）において、銅被覆
鋼線の銅の被覆率が１０％未満であると、導電率が低く
なるため、放電性能が低下して加工速度が上がらず、７
０％より大きいと高温強度が低くなるため、張力を上げ
た場合に断線しやすくなる。また、銅−亜鉛合金層が存
在しないと銅地が露出しているため放電性能、すなわ
ち、加工速度が著しく低下する。

【００１０】また、その濃度勾配を有する銅−亜鉛合金
層の厚さが１μｍ未満であると、十分な放電性能が得ら
れない。濃度勾配を有する銅−亜鉛合金層の厚さが１５
μｍより厚くなっても、加工速度の向上効果はそれ以上
期待できず、メッキ時間や熱処理時間が長くなるだけで
経済的に不利となる。さらに、銅−亜鉛合金層として、
特定の亜鉛濃度を含む層が外表面から内部へ向かって亜
鉛濃度を段階的に減少させるようにしたのは、従来の濃
度の勾配のない場合に比較して、加工速度が著しく向上
することを見出したためである。すなわち、種々検討の
結果、外表面側に亜鉛濃度５５〜６５％の層を、中間に
亜鉛濃度４０〜４８％の層を、内面側に亜鉛濃度４０％
以下の層を配した構成が特に加工速度の向上に効果的で
あることが認められた。

【００１１】この理由は明らかではないが、例えば、銅
−亜鉛合金層の亜鉛濃度勾配のない単一層が形成されて
いる場合と比較して考えられることは、濃度勾配が存在
すると、ワイヤ電極線の円周方向の導体抵抗は表面が大
きく、内部にいくにつれ、銅の導体抵抗の値まで連続的
に減少していく。同一放電電流で比較した場合には、外
表面ほど温度が高くなり、逆に溶融温度は亜鉛濃度が高
い外表面ほど低いために、結果的には外表面から均一に
放電がなされるものと推定される。

【００１２】これに反して、濃度勾配を有していない従
来のものは、銅表面に、Ｚｎ５０％以上の均一層がメッ
キされたままであり、この構造の場合に、放電がどこか
で発生すると、さらに継続してその部分に放電が集中
し、大きな放電痕跡が生じて、下地の銅が露出しやす
く、被加工物に銅が付着しやすくなって、断線しやすく
なるものと考えられる。

【００１３】また、外表面側の亜鉛濃度５５〜６５％の
層と、中間の亜鉛濃度４０〜４８％の層と、内面側の亜
鉛濃度４０％以下の層とは、必ずしも合金層内で連続し
ている必要はなく、各層間に亜鉛濃度が連続するような
別の層が存在してもよい。さらに、外表面側の亜鉛濃度
５５〜６５％の層の厚さは全合金層の１０〜８０％程
度、中間の亜鉛濃度４０〜４８％の層の厚さは、全合金
層の５〜８５％程度、内面側の亜鉛濃度４０％以下の層
の厚さは、同じく５〜５０％程度とされる。そして、最
も好ましくは、銅−亜鉛合金層中の亜鉛濃度が平均して
５０％未満となるように例えば、外層が５０％前後、中
間の層が３０％前後、内層が２０％前後となるようにす
ることである。

【００１４】更に、前記の濃度勾配を有する銅ー亜鉛合
金層を形成する場合、不活性雰囲気中で熱処理して亜鉛
を拡散させるならば、得られる銅ー亜鉛合金層の外表面
側に酸化物を生じることがなく、その外表面側がポーラ
スになることもないので、銅ー亜鉛合金層の表面が平滑
な面に仕上がる。このため、使用時にスムースに走行
し、ワイヤ電極線を支持するワイヤガイドなどに目詰ま
りして断線するなどの事故が生じない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明すると、図１に
示すように、この例のワイヤ電極線は、銅被覆鋼線１１
が芯材とされ、その外周面に１〜１５μｍの範囲のほぼ
一定の厚さで銅−亜鉛合金層１２が設けられ、全体の直
径が約０．２ｍｍに形成されたものである。前記銅被覆
鋼線１１は、いわゆる鋼線あるいは鉄線に１０〜７０％
の被覆率で銅を被覆してなるものである。ただし、被覆
率とは、全体の断面積に対する銅部分の断面積の割合を
意味している。そして、銅−亜鉛合金層１２は図２に拡
大して示すように、この例では３層構造となっており外
表面から亜鉛濃度５５〜６５％の外層１３、亜鉛濃度４
０〜４８％の中間層１４および亜鉛濃度４０％以下の内
層１５とから構成されている。

【００１６】このようなワイヤ電極線は、次のような方
法で製造される。例えば、０.４９ｍｍの直径を有する
銅被覆鋼線に硫酸亜鉛浴により電気亜鉛メッキ処理を施
して所定の厚さの電気亜鉛メッキ層を形成し、次いで
０.２ｍｍの線径まで伸線加工する。次いで、窒素ガス
雰囲気中において３００℃で２時間加熱し、銅被覆鋼線
と亜鉛層との間で銅−亜鉛合金層を形成させ、亜鉛層を
完全に銅−亜鉛合金層に変化させる。ここで３００℃、
２時間の加熱条件は、目的とする銅−亜鉛合金層の濃度
勾配を出現させるのに充分であり、実験によれば、温度
４００℃のとき時間６０分以上、５００℃では１５分以
上で可能であり、さらに高温度では、より短時間で可能
である。

【００１７】このようにして形成されたワイヤ電極線
は、銅被覆鋼線１１を芯材としているため、優れた高温
強度および導電率を備え、また銅−亜鉛合金層１２は表
面から亜鉛濃度５５〜６５％の外層１３、亜鉛濃度４０
〜４８％の中間層１４および亜鉛濃度４０％以下の内層
１５の３層からできており、これによりワイヤ電極線全
体に均一な放電が生じて加工速度の向上がはかれる。

【００１８】更に、前記の濃度勾配を有する銅ー亜鉛合
金層１２を形成する場合、不活性雰囲気中で熱処理して
亜鉛を拡散させるならば、得られる銅ー亜鉛合金層１２
の外表面側に酸化物を生じることがなく、その外表面側
がポーラスになることもないので、銅ー亜鉛合金層１２
の表面が平滑な面に仕上がる。このため、使用時にスム
ースに走行し、ワイヤ電極線を支持するワイヤガイドな
どに目詰まりして断線するなどの事故が生じない。

【００１９】以下、実験結果について説明し、前述の作
用について明らかにする。表１は、３０％銅比率の銅被
覆鋼線１１に銅−亜鉛合金層１２の厚さ、および合金層
の成分を種々変えて、加工速度と経済性について比較し
たものである。比較ワイヤとして、通常の電気メッキ方
法により亜鉛メッキおよび銅−亜鉛合金メッキを行って
加工速度を試験した。このうち、亜鉛メッキ１μｍで濃
度勾配をつけないものの加工速度を１.０としたときの
比率で、他の例の加工速度を示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】ただし、放電加工としては、厚さ２０ｍｍ
の被加工物（ＳＫＤ−１１）から３０ｍｍ角の板材を切
り取る加工を行なった。このときの加工条件は次のとお
りである。 印加電圧 ：１１０Ｖ パルス時間 ：ＯＮ→５μｓ ＯＦＦ→５μｓ ピーク電流 ：１０Ａ コンデンサ容量：０．８μｓ 加工液 ：純水 電極線張力 ：７５０ｇｆ

【００２２】表１から明らかなように、濃度勾配を有す
るようにした本発明のワイヤ電極線は、濃度勾配のない
比較ワイヤよりも著しく加工速度が向上していることが
わかる。さらに、濃度勾配のない、合金メッキ線は加工
速度が劣るばかりでなく、経済的にも作りにくい。温度
勾配のあるもののうち、外表面の亜鉛濃度が１００％で
あるものはメッキ厚さが厚いときは加工速度の向上効果
があるが、これは最外層の亜鉛層の有無に関係なく、よ
り下側の層で効果を発揮しているものである。又、合金
層厚さが１μｍとうすい場合には、外表面の亜鉛濃度は
５０％未満となり、加工速度の向上効果もない。合金層
厚さがより厚くなると、加工速度の向上効果があること
が認められるが、最外層の亜鉛濃度が５５〜６５％の方
がより早い加工速度となっていることが認められる。

【００２３】また、図３は表１において合金層厚さが１
５μｍで、表面からの各層の亜鉛濃度が５８％、４５
％、０〜４５％のワイヤ電極線の合金層についての亜鉛
および銅の濃度分布をエレクトロンプローブマイクロア
ナライザー（ＥＰＭＡ）で測定した結果を示すものであ
る。図３において、実線が銅の濃度分布を破線が亜鉛の
濃度分布をそれぞれ示す。図３から明らかなように、こ
の例のものは、外表面側に亜鉛濃度５７％前後の外層が
形成され、中間に亜鉛濃度４４％前後の中間層が形成さ
れ、内面側に亜鉛濃度４０％以下の内層が形成されてい
ることが明らかになった。

【００２４】表２は、前記と同等の濃度勾配を有するワ
イヤ電極線に対する銅の比率の影響についての結果であ
る。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から、銅比率が１０％未満では導電率
が低いため加工電流が大きくとれないで放電性能が低下
し、加工速度が上がらない。また、銅の比率が８０％以
上に多くなると高温強度が不足しているために、加工電
流を上げようとすると断線が生じるため、加工速度も低
めとなっている。また、経済的なつくりやすさも加味し
て銅比率は１０〜７０％が最適である。なお、実施例で
は亜鉛メッキを電気亜鉛メッキしたが、これは限定され
るものではなく、他の方法例えば溶融メッキ方法によっ
ても、濃度勾配を設けるのは、その後の熱処理によるも
のであり、メッキ方法の違いによる効果の違いはない。
また、熱処理後に伸線加工を施すこともできる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような優れた効果を得ることができる。 １０〜７０％の被覆率で銅を被覆した鋼線を芯材と
したので、高い導電率を維持しながら、高温強度を高め
たワイヤ放電加工用電極線を製造することができる。 導電率の良好な銅被覆鋼線の外周面に、１〜１５μ
ｍの銅−亜鉛合金層を形成するので、放電性能を向上さ
せることができ、銅層の表面露出による被加工物への銅
の付着を防止できて、加工速度の向上をなしたワイヤ放
電加工用電極線を得ることができる。 銅−亜鉛合金層に表層に向って亜鉛濃度が高くなる
ような濃度勾配をつけ、この銅ー亜鉛合金層に、外表面
側に亜鉛濃度５５〜６５％の外層を中間に亜鉛濃度４０
〜４８％の中間層を内面側に亜鉛濃度４０％以下の内層
をそれぞれ形成することにより、放電加工時に均一放電
を生じさせることができ、結果的に加工速度を向上させ
ることができるワイヤ放電加工用を得ることができる。 銅被覆鋼線の外周面に亜鉛層を設け、これを不活性
雰囲気中で熱処理することにより、銅被覆鋼線と亜鉛層
との間に、銅−亜鉛合金層を設け、亜鉛層と完全に銅−
亜鉛合金層に変化させるようにし、かつ特定の亜鉛の濃
度勾配を形成するので、均一な銅−亜鉛合金層が得ら
れ、これによって放電性能の安定したワイヤ放電加工用
電極線を経済的に製造することができる。また、不活性
雰囲気中で熱処理して亜鉛を拡散させるならば、得られ
る銅ー亜鉛合金層の外表面側に酸化物を生じることがな
く、その外表面側がポーラスになることもないので、銅
ー亜鉛合金層の表面が平滑な面に仕上がる。このため、
使用時にスムースに走行し、ワイヤ放電加工用電極線を
支持するワイヤガイドなどに目詰まりして断線する事故
を生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のワイヤ放電加工用電極線の実
施例を示す横断面図である。

【図２】図１の要部を拡大して示した断面図である。

【図３】本発明のワイヤ放電加工用電極線の合金層の銅
および亜鉛の濃度分布を示すグラフである。

【図４】一般的なワイヤ放電加工法の概略を説明する概
略斜視図である。

【符号の説明】

１１…銅被覆鋼線、 １２…銅−亜鉛合金層、 １３…外層、 １４…中間層、 １５…内層、

フロントページの続き (72)発明者 山口 哲夫 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼線に１０〜７０％の被覆率で銅を被覆
   してなる銅被覆鋼線の外周面に亜鉛メッキ処理を施して
   亜鉛層を形成した後、この亜鉛層が消失して亜鉛が下地
   の銅と全て合金化するように不活性雰囲気中において熱
   処理を施すことにより、銅地から表層に向かって亜鉛濃
   度が高くなるような濃度勾配がつけられた厚さ１〜１５
   μｍであって、外表面側に亜鉛濃度５５〜６５％の外層
   を、中間に亜鉛濃度４０〜４８％の中間層を、内面側に
   亜鉛濃度４０％以下の内層をそれぞれ有する銅ー亜鉛合
   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. 【請求項２】 前記熱処理の前工程あるいは後工程とし
   て、伸線加工を施すことを特徴とする請求項１記載のワ
   イヤ放電加工用電極線の製造方法。