JPH0724978B2

JPH0724978B2 - 放電切削加工用ワイヤ電極およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0724978B2
Application number: JP2226780A
Authority: JP
Inventors: ブリフォドジャン―ポール
Original assignee: シャルミーユテクノロジエスア
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: EP0415501A1; JPH03170230A; US5196665A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、良好な導電性、ならびに良好な機械的性質、
熱的性質および電気的性質、特に良好な破断強度および
良好な導電率を有するコアを具え、該コアが低い融点お
よび気化温度を有する金属を含有していて熱遮蔽作用を
するフィルムで被覆されている放電切削加工用ワイヤ電
極、その製造方法およびその使用方法に関するものであ
る。

（背景技術）放電切削加工はワイヤ電極を既知タイプの駆動装置によ
って供給ユニットからリクレイマー（reclaimer）ユニ
ットに連続的に変動させて行う。ワイヤ電極の経路に沿
って、切削加工（machining）すべき導電性部分の両側
に通常２個の案内を設け、これらの案内によってワイヤ
電極は切削加工すべき部分に対して正確に位置決めさ
れ、切削加工すべき部分を通って走行する。これらの２
個の案内の間の区域は「切削加工区域」と呼ばれる。ま
た、放電加工機は、切削加工すべき部分から放電加工に
よって材料を除去するために、この切削加工区域に沿っ
て電極ワイヤと切削加工すべき部分との間に逐次の電気
インパルスを発生させる電流の供給を受ける。この切削
加工区域は水または水溶液のような切削液で洗浄する。
材料が除去されるにつれて、切削加工すべき部分をワイ
ヤ電極の中心線に対して垂直または斜の平面内で所定の
経路に従って移動させる。この相対的な移動は切削加工
すべき部分において所定の切削を達成するよう数値制御
される。

よく知られているように、ワイヤ電極を使用する放電切
削加工において達成される生産量および切削加工速度
は、このワイヤ電極を流れる電流密度によって決まり、
張力が作用すると同時に温度上昇が起こる場合にはワイ
ヤ電極の破断強度によって決まる。実際に、精密切削加
工は切削加工すべき部分の両側に設置された２個の案内
の間でワイヤ電極に適切に張力を作用させた場合にのみ
達成される。事実、ワイヤ電極によって切削されたみぞ
孔の端縁の位置を正確に決めるには、これらの案内の位
置に着目すれば十分である。また、ワイヤ電極の受ける
張力を増大することにより、ワイヤ電極の振動は隅角部
における欠陥と同様に減少する。前記欠陥は主としてワ
イヤ電極の撓みに起因する。従って、ワイヤ電極は比較
的高い張力（普通1kg/cm²〜4kg/cm²）と同時に、スパー
クおよびジュール効果に起因する温度上昇に耐える必要
がある。良好な導電性を有する金属は一般的に機械抵抗
が低いので、高速切削加工に適したワイヤ電極を製造す
るのが困難であることはこれによって説明される。

改善されたワイヤ電極を得るために下記のように多大の
努力がなされている： −スイス国特許第526,365号に記載されている装置は、
ワイヤ電極が切削加工区域を通過する前に、ワイヤ電極
を常温線引することができ、これにより確実にワイヤ電
極をまっすぐにし、その機械的強度を高めることができ
る。初期に使用された銅の代わりに黄銅を使用し、また
機械的引張強度の一層大きい他の合金を使用することが
試みられた； −スイス国特許第620,621号に記載されているように、
複合ワイヤ電極、例えば鋼コアが銅のような良好な導電
性を有する金属で被覆されている複合電極が試みられ
た； −スイス国特許第620,621号および同620,622号は、ワイ
ヤコアを熱遮蔽作用をする融点および気化温度の低い金
属の堆積物で保護することを提案している。次いで、こ
の堆積物をスイス国特許第633,739号に提案されている
ように、半導体フィルム、例えば気化温度の低い金属酸
化物からなる半導体フィルムで被覆して短絡を消滅させ
ることができる； −この堆積物はいくつかの層を重ねることによって達成
される。この場合にも、スイス国特許第633,739号に記
載されているように、例えば４個の厚さ２ミクロンの亜
鉛層を銅、銅合金、モリブデン合金、銅クラッド鋼また
は銅合金クラッド鋼のコアの上に重ね、これを酸化性雰
囲気中で逐次焼きなまして表面上に酸化亜鉛フィルムを
形成する。この焼なまし処理によってCu原子および亜鉛
原子の拡散が起こり、純粋な亜鉛が消失して後にCu/Zn
合金が残る。これにより亜鉛合金と酸化亜鉛とを交互に
重ねた層が生成する； −欧州特許第173,786号は、切削加工速度を増大するた
めに、ワイヤ電極を酸化性雰囲気下に焼なました後に加
工硬化してその性質を改善することを提案している； −同様に、特開昭60−104,616号および同61−76,215
は、例えば亜鉛層と銅層とを交互に重ね、次いで減面率
85％以上で十分に高い温度において熱間線引き加工して
適当な拡散を確実に行わせるか、あるいは線引き加工の
次に焼なまし処理を数段階行ってこの拡散を達成する。

本発明の目的は、既知のワイヤ電極の利点、例えば、ス
イス国特許第620,622号および同第633,739号（これらの
スイス国特許は日本国特許第1,343,259号に相当する）
に記載されているような熱遮蔽作用、良好な濡れ特性お
よび短絡の消滅を維持すると共に、既知のワイヤ電極の
機械強度を改善することにある。

（発明の開示）本発明の目的は、良好な機械的性質を有する導電性材料
のコアと、これを被覆する多層に重ねた薄い層のフィル
ムとからなり、該フィルムは少なくとも１種の高導電性
金属からなる複数個の層を有し、これらの高導電性金属
層は前記高導電性金属より低い融点および気化温度を有
する金属を含有する層によって分離され、前記低い融点
および気化温度を有する金属は２個の層のうちの１個の
層のみに存在することを特徴とする放電切削加工用ワイ
ヤ電極によって達成され、本発明の放電加工切削用ワイ
ヤ電極は低い融点および気化温度を有する金属の薄い層
および高導電性金属の薄い層を、良好な機械的性質を有
する導電性材料から作られたコアの上に交互に重ね、最
後に低い融点および気化温度を有する金属の層を設け、
次いでこれらの重ねた層を常温線引して、これらの金属
が隣接層のなかに拡散することなく、ワイヤを常温成形
することを特徴とする放電切削加工用ワイヤ電極の製造
方法によって製造される。

よく知られているように、既知のワイヤ電極の構成、従
って性質は、その製造中に受ける熱処理によって変動す
る。例えば、銅層と亜鉛層とが隣接している場合には、
融解によって銅原子が亜鉛のなかに溶解するかあるいは
相互拡散が起こって、これらの金属のそれぞれの原子が
隣接層のなかに拡散する。この現象はスイス国特許第63
3,739号および同第646,083号に明瞭に記載されている。
相互拡散が起こる場合には、拡散する金属量はワイヤ電
極のコアからその表面までの距離によって変化する。例
えば、銅層又は黄銅層の上に亜鉛層を堆積させて作った
積層ワイヤ電極の場合には、黄銅の異なる相に従って結
晶組織の異なる層が得られる。合金はコアから表面に向
って次第に亜鉛含有量が多くなる。黄銅の各相は異なる
性質も持っているので、この結果ワイヤ電極の半径に沿
って性質の変化する逐次の層が生成する。既に、スイス
国特許第646,083号は、所定の順序で堆積させた異なる
層の間で相互拡散を行わせて、濃度分布を各深さにおい
て必要な性質に適合させる可能性、すなわち表面では亜
鉛含有量を多くし、表面からの深さが深くなるにつれて
ニッケル含有量を多くする可能性を指摘している。

しかし、このような現象は制御するのが困難である。そ
の理由は、得られる合金の結晶組織および機械的性質
が、特に拡散の起こる温度ならびに存在する銅および亜
鉛のパーセントによって左右されるからである。従っ
て、得られるワイヤ電極がどのような性質を示すかを予
知するのが困難である。銅層および亜鉛層を具える上述
のワイヤ電極の例では、黄銅γ（亜鉛約60〜70％）は極
めて脆い相であり、前記層が数ミクロンより厚い場合に
は破断の危険を伴い、また相β特に相αは満足な機械的
強度を有しているが、制御が可能であるとしても、適当
な妥協を達成するのは困難である。それは、相αおよび
βは亜鉛を少量しか含有していないので、熱遮蔽作用が
相γ程顕著でないからである。

例えば、相γを生成させずに黄銅βの割合を可能な最大
限にすることにより破断強度の改善を試みる場合には、
求める目標の１つ、すなわち表面における亜鉛含有量を
多くして熱遮蔽作用を維持すると共に、銅がさらに堆積
するのを回避するという目標を達成することができな
い。これは黄銅βが70〜40％の銅含有量に相当するから
である。従って、表面において亜鉛含有量が多く、しか
も破断強度の大きいワイヤ電極を得るのは不可能であっ
た。

しかし、本発明においては、銅および亜鉛を0.1〜１ミ
クロン程度の極めて薄い層として交互に堆積させる。熱
処理後に得られる黄銅の異なる相は極めて薄い層（0.1
〜0.5又は１ミクロン程度の層）として生成する。従っ
て、黄銅γ層はもはや上述の欠点を持っていない。これ
は黄銅γ層が可成り大きい可撓性を有し、満足な機械的
強度および破断強度を与えるからである。しかも、黄銅
γ層は亜鉛含有量が大きく、放電加工における耐摩耗性
が大きいという利点を有する。従って、このγ相を生成
しないようにする必要はなく、またこれは当を得ないこ
とである。

また、これらの極めて薄い層は拡散時間を短縮できるこ
とを意味する。従って、これによって一層良好な制御
が、特に亜鉛層および銅層の適当な厚さを選定する際
に、達成される。特に、このことはワイヤ電極の使用中
に放電加工機において直接拡散を行わせることができる
ので、熱処理をワイヤ電極の製造工程から省くことがで
きることを意味する。

既知方法により、良好な機械的性質を有する導電性コア
の上に高導電性金属と、この金属またはその合金より低
い融点および気化温度を有する金属とを交互に重ねて極
めて薄い金属層を堆積させる。これらの２種の金属は相
互に拡散させることができる。次いで、このようにして
得られるワイヤ電極を加工硬化して所要の最終直径にす
る。拡散は放電加工機において直接行わせる。拡散は例
えば、ワイヤ電極が放電加工機を通過する前にワイヤ電
極に施す焼なまし工程中、あるいはワイヤ電極が切削加
工区域に入った時にワイヤ電極を加熱する際に、放電加
工機において直接行う。

本発明のワイヤ電極は、従来のワイヤ電極とは異なり、
いくつかの極めて薄い高導電性金属層と、低い融点およ
び気化温度を有する金属を含有し、前記高導電性金属層
を分離する極めて薄い層とを有する。これに対し、既知
のワイヤ電極においては、極めて薄い金属層は、これら
の２種の金属がそれぞれ隣接層のなかに相互に拡散する
結果、これらの２種の金属の合金からなる。

これが、本発明のワイヤ電極では表面において亜鉛含有
量を多くして十分な熱遮蔽作用を達成すると共に、内側
層における亜鉛含有量を低く維持することができるの
で、本発明のワイヤ電極が一層良好に破断に耐えること
ができ、また電流および熱を伝えることができる理由で
ある。この結果、高速放電切削加工に必要な電気的性
質、熱的性質および機械的性質を、既知のワイヤ電極に
おいて可能であったより一層良好に妥協させることがで
きる。

可能な構成の１つによれば、本発明のワイヤ電極はその
コアから表面まで数倍増大する亜鉛濃度および数分の一
に減少する亜鉛濃度を有することができる。

上述のように本発明は銅層と亜鉛層とを逐次交互に重ね
られていることに基づく好ましい構成の形態に関するも
のである。しかし、他の金属または合金または金属化合
物も有利に使用することができる。従って、亜鉛より低
い気化温度を有する金属であるカドミウム、鉛、アンチ
モン、ビスマスおよびこれらの金属の合金は熱遮蔽作用
をすることができる。しかし、亜鉛を堆積させた場合に
得られる結果は極めて満足できるものである。その理由
は、この金属が浸蝕され易いことがもはや欠点ではな
く、ワイヤ電極の表面が浸蝕除去されるにつれて亜鉛含
有量の多い他の層が逐次露出し、表面に近いこれらの層
は比較的良好な耐浸蝕性を与える黄銅（黄銅γまたは
β）から構成することができるからである。

導電層に関しては、銅または銅合金または所定の酸化銅
濃度を有する銅、あるいは気化温度の低い金属を含有す
る隣接層のなかに拡散する他の金属またはその合金また
は銅以外の金属を含有する化合物を使用することができ
る。ただし、前記気化温度の低い金属は導電層のなかに
拡散するものとする。

コアから表面までの逐次の層の厚さおよび組成も変化さ
せることができる。ワイヤ電極のコアは全体を金属、合
金または結晶性もしくは非結晶性の金属化合物、特に良
好な引張強度を有しかつ大きな電流密度を許容するもの
から作ることができる。その例としては銅、黄銅、鋼、
銅で被覆された鋼、タングステンおよびモリブデンがあ
るが、使用できる材料は上述の例に限定されるものでは
ない。異なる金属または合金からなるいくつかの層を作
ることができる。

本発明の好適例の１つでは、ワイヤ電極を半導体フィル
ム例えば酸化亜鉛フィルムで被覆する。これは、スイス
国特許第633,739号に記載されているように、短絡を実
際に消滅できることを意味する。他の金属酸化物、例え
ばスイス国特許第633,739号に記載されているもの、す
なわちCuO₂,Cu₂O,MgO,PbO,MnO₂,CdO,In₂O₃,TiO₂およびT
iO、または薄い層にするとある電位差を越えた場合に導
電性になる絶縁物、例えばAl₂O₃を使用することができ
る。また、非金属材料、例えば種々の金属の炭化物、ホ
ウ化物、ケイ化物、硫化物および窒化物を使用すること
ができる。

スイス国特許第633,739号に記載されているように、本
発明のワイヤ電極が放電加工機を通過する際に受ける熱
処理は表面に多孔質組織を生成する。多孔質組織は良好
は吸収性、従って切削液による冷却が促進されることを
意味する。この性質は切削加工速度を高めることができ
る。

本発明の他の例では、ワイヤが切削加工区域およびワイ
ヤ案内を滑動して通るのを助けるためのフィルム、また
は耐蝕性フィルムでワイヤを被覆することができる。し
かし、ワイヤ電極が既に酸化物フィルムを有している場
合には、このフィルムが腐食から保護する作用をするの
で、耐蝕性フィルムは不必要である。

ワイアコアを被覆するフィルムは高導電性金属（例えば
銅）の２つの層の間に１つの層が設けられている重ねた
極めて薄い層から構成されているので、本発明のワイヤ
電極は、既知のワイヤ電極とは異なり、高導電性層がワ
イヤ電極の表面の極めて近くに位置するという他の利点
を有する。これに対し、既知のワイヤ電極では高導電性
層に到達するまでの厚さが数ミクロンであるか、あるい
は前記高導電性層が拡散によって亜鉛合金に変化する。
また、高導電性層は下側の高導電性層等から極めて薄い
層のみによって分離されている。この結果、切削加工用
電流の供給が改善される。また、本発明のワイヤ電極は
既知のものより良好な熱伝導率を有するので、熱は本発
明のワイヤ電極中を既知のワイヤ電極におけるよりも極
めて容易に伝達する。従って、ジュール効果による温度
上昇が小さくなり、ワイヤ電極は一層迅速に冷却され、
電流密度を一層大きくすることができ、これは切削加工
速度を高めることができることを意味する。上述のよう
に局部的温度上昇の種々の原因が除去されるので、本発
明のワイヤ電極は既知のワイヤ電極より破断の危険が小
さい。

本発明の他の利点は本発明の新規なアイヤ電極の製造方
法にあり、この方法では熱処理がもはや不必要であり、
放電加工時のスパークによって放出される熱またはワイ
ヤ電極が切削加工区域を通過する前にワイヤを焼なます
ために使用される熱は拡散を生じさせるのに十分であ
る。これに対し、積層ワイヤ電極の場合には各層を被着
させた後に熱処理を行う必要があるのが通例である。従
って、スイス国特許第633,739号に記載されているよう
に、亜鉛層と酸化亜鉛層とを交互に重ねたいくつかの層
を有するワイヤ電極の場合には、各亜鉛層を被着させた
後に焼なましを行う。同様に、特開昭61−76,215号は数
回の熱間線引き加工操作および焼なまし操作を推奨して
いる。

ワイヤ電極の製造速度は本発明によって高められる。そ
れは、ワイヤ電極が被覆および常温成形（cold−formin
g）または常温線引きのステーションを迅速に通過する
ので、温度上昇、焼なまし工程または冷却工程が無くな
るからである。本発明によれば、時間、空間、経費およ
びエネルギーコストが節減されるのは明らかである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】良好な機械的性質を有する導電性材料のコ
アと、これを被覆する多層に重ねた薄い層のフィルムと
からなり、該フィルムは少くとも１種の高導電性金属か
らなる複数個の層を有し、これらの高導電性金属層は前
記高導電性金属より低い融点および気化温度を有する金
属を含有する層によって分離され、前記低い融点および
気化温度を有する金属は２個の前記高導電性金属層の間
に１個の分離層のみとして存在することを特徴とする放
電切削加工用ワイヤ電極。
【請求項２】低い融点および気化温度を有する金属と高
導電性金属とは、相互に拡散して合金を形成することが
できることを特徴とする請求項１記載のワイヤ電極。
【請求項３】同じ層のなかに結晶組織の異なる少くとも
２種の合金が存在することを特徴とする請求項２記載の
ワイヤ電極。
【請求項４】コアが高導電性金属と低い融点および気化
温度を有する金属との合金から作られていることを特徴
とする請求項１記載のワイヤ電極。
【請求項５】フィルムが交互に重ねた銅層および亜鉛層
からなることを特徴とする請求項１記載のワイヤ電極。
【請求項６】銅、黄銅、鋼または銅クラッド鋼のコア
と、これを被覆する交互に重ねた極めて薄い銅層および
亜鉛層又は亜鉛合金層とからなることを特徴とする請求
項１記載のワイヤ電極。
【請求項７】外側層が亜鉛からなることを特徴とする請
求項６記載のワイヤ電極。
【請求項８】外側層が半導体からなることを特徴とする
請求項１記載のワイヤ電極。
【請求項９】外側層が酸化亜鉛からなることを特徴とす
る請求項８記載のワイヤ電極。
【請求項１０】請求項１記載のワイヤ電極を製造するに
当り、低い融点および気化温度を有する金属の薄い層および高
導電性金属の薄い層を、良好な機械的性質を有する導電
性材料から作られたコアの上に交互に重ね、最後に低い
融点および気化温度を有する金属の層を設け、次いでこれらの重ねた層を常温線引して、これらの金属
が隣接層のなかに拡散することなく、ワイヤを常温成形
することを特徴とする放電切削加工用ワイヤ電極の製造方
法。
【請求項１１】請求項１記載のワイヤ電極を放電加工機
で使用するに当り、放電加工機に装着したワイヤ電極を切削加工前または切
削加工中に熱処理して、低い融点および気化温度を有す
る金属と高導電性金属とからなる合金層を拡散によって
生成することを特徴とするワイヤ電極の使用方法。
【請求項１２】交互に重ねた銅層および亜鉛層または亜
鉛合金層からなり、切削加工すべきみぞ孔に入り込むワ
イヤの部分が黄銅と黄銅βとを重ねた層を有し、黄銅β
は30〜60％の亜鉛を含有することを特徴とする請求項11
記載の使用方法。
【請求項１３】交互に重ねた銅層および亜鉛層または亜
鉛合金層からなり、切削加工すべきみぞ孔に入り込むワ
イヤの部分が厚さ0.5ミクロン未満の60％より多量の亜
鉛を含有する黄銅γ層を有することを特徴とする請求項
11記載の使用方法。
【請求項１４】交互に重ねた銅層および亜鉛層または亜
鉛合金層からなり、切削加工すべきみぞ孔に入り込むワ
イヤの部分には、60％より多量の亜鉛を含有する黄銅の
層と30〜60％の亜鉛を含有する黄銅の層とが、８ミクロ
ンより厚い厚さで交互に重ねられていることを特徴とす
る請求項11記載の使用方法。