JPS6257824A - ワイヤ放電加工用電極線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は高強度であり、かつ加工粒度、加工速度をも
向上せしめたワイヤ放電加工用電極線に関するものであ
る。

〈従来技術とその問題点〉 ワイヤ放電加工方法は、被工作物と電極線との間に放電
を行わせ、該電極線と被工作物とを相対的に移動させて
被工作物を所望の形状に切断加工するものである。ワイ
ヤ放電加工方法は、従来から実施されている方法であり
、これに使用する電極線の良否が加工速度や加工精度、
被工作物の表面性状などに直接大きな影響をおよぼすた
め、加工に適した材料を用いることが必要である。

一般に電極線に要求される特性として次のようなものが
挙げられる。

（１）高加工速度 （２）被工作物の寸法精度が高いこと、加工面の表面が
十分なめらかであること、 （３）作業性が良いこと（作業中の断線が少ないこと、
など）、 （４）経済性（消耗品であるのでできるだけ安価である
こと）、 加工速度は、電８ｉ線と被工作物との間の放電が十分安
定していると、高速にできるが、被工作物の表面粗度が
大きくなり肌荒れが発生する。被工作物の寸法精度を高
めるためには、電極線の径を小さくし、かつ、その偏差
を小さくすること、また、加工時にできるだけ高い張力
を与えて「線ふれ」を小さくする必要がある。

放電の安定性、高抗張力特性に対する要求から、今まで
にも種々の電極線材が用いられてぃる。従来用いられて
来た材料の線径は、０．０５〜０゜２５ｍｍφ程度であ
り、この範囲内で比較的線径の大きい材料は、放電加工
特性を上げるために種々の機能化金属を添加した銅や黄
銅を主体としたものが多い。

線径の小さい線材料としては、高抗張力特性を与えるた
めに、種々の機能化金属を添加したタングステンを主体
としたものなどが多い。たとえば、最近の特許では、特
開昭５９−２２２５４６は、銅にＺｎ１Ｏ〜４０ｗｔ％
とＴｉやＢｅを０．０５〜３ｗｔ％添加したものであり
、特開昭５９−２２２５４７は銅にＺｎ２０〜４０ｗｔ
％とＳ　ｉ　０．１〜５ｗｔ％添加したものである。

従来の電極線材は、次のような点で上記の要求をみたし
ていない。

まず、銅系では抗張力が十分高くなく、断線しやすく、
また、加工速度も大きくない。また黄銅系は２１４系よ
り加工速度は大きいが十分ではなく、加工作業性や被工
作物の寸法結反と表面粗度の面で要求を満足しない。ま
た黄銅系は銅系より伸線加工が困難である。タングステ
ン系は高価である上に、伸線加工が困難であり、放電加
工性の面でも不十分である。

〈発明の目的〉 本発明の目的は、従来の電極線材が、加工速度が不十分
である点を大幅に改善し、厚肉の被工作物に対しても高
い加工精度と十分平滑な加工面を保証し、断線発生の頻
度が極めて小さく、また電極線の直線性も良好で結線の
自動化もより容易に実現され、さらに軽量で表面の摺動
性が良い新規なワイヤ放電加工用電極線を十分に経済性
のある価格で提供しようとするものである。

〈発明の構成〉 本発明は、強化金属を付着せしめた少なくとも１本の炭
素繊維に、断面積が７〜５００−の円面積と等しくなる
ように機能化金属を付着せしめてなることを特徴とする
ワイヤ放電加工用電極線である。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

本発明では、電極線母材として、炭素繊維を用いる。炭
素繊維は、耐熱性、耐薬品性にすぐれ、電気や熱の良導
体であるばかりでなく、熱衝撃にも強く、また自己ｆｆ
情性を有する。また可撓性も具備し高強度、高弾性率を
特徴とし、比重も銅の１７３以下である。

この材料は、１０００℃程度の温度の不活性気相中で焼
成すると２００にｇｆ／−以上の抗張力が与えられ、さ
らに２０００℃以上の不活性気相中で焼成すると、３０
０　Ｋｇｆ／−以上の抗張力をもつようになる。１００
０℃程度の温度で焼成したものは、２５００℃以上の温
度で焼成したものより７０％以下の製造コストで作られ
る。しかしながら、２５００℃以上の温度で焼成した炭
素繊維でさえ、従来実用化されていた銅や黄銅などの金
属を母材とした電極線より１７３以下の製造コストであ
る。

また、炭素繊維の表面には、ＣＶＤ、ＰＶＤ、などの各
種の方法で種々の金属を付着させることが可能である。

したがって、本発明ではこの炭素繊維に、放電加工時に
高い機能を発揮せしめる各種の金属を効果的に付着せし
め、ワイヤ放電加工用電極線とする。

炭素繊維としては、単繊維のものあるいはこれらを複数
本まとめたストランドを用いることができ、それぞれに
ついて以下に説明する。

本発明は、高抗張力かつ電気伝導度の高い炭素繊維の単
繊維あるいはこれを結束したスライドの表面に断面積が
７〜５００−φの円面積と等しくなるように、放電加工
時に高い機能を発揮せしめる金属を付着させて高い加工
精度で被工作物を成形加工することを可能にした電極線
に関するものである。

近年、加工速度は飛曜的に向上し、現在では２００ｍ１
／分にも達している。加工速度高速化のために電極線に
要求される特性としては、「放電エネルギーの増大」、
「高張力化」などである。

放電エネルギーを増大させるためには、電気伝導率の良
い材料が適している。炭素繊維電極線材の電気抵抗、熱
伝導率などの特性は銅などの金属と比較すると、劣るが
融点が高いので、電流密度が大きくとれる。

一方、抗張力の方は、最高で４００にｇｆ／−程度まで
の従来にない良好な特性の材料が利用できる。

すなわち、本発明においては炭素繊維を利用する。炭素
繊維は上述したように優れた抗張力とともに、自己潤滑
性、しなやかさ、機能化金属被着性などの電極線加工性
を有する。このような炭素繊維は電極加工線とするとき
に、単繊維で細線用電極線として用いてもよいし、ある
いは単繊維を複数本束ねたストランドとしてより太線の
電極線として用いてもよい。

単繊維の炭素繊維を電極線として利用する場合には、第
１図に示すように、炭素繊維の単繊維１上に予め強化金
属２を付着せしめた上で、後述する機能化金属３を付着
させ、これを電極線とする。

単繊維の炭素繊維を束ねたストランドを電極線として利
用する場合には、第２図に示すように、予め強化金属２
を付着せしめて炭素繊維の単繊維１を束ねたストラント
ドに後述する機能化金属３を付着させ、これを電極線と
する。

上述したように予め強化金属を付着せしめた炭素繊維の
単繊維上に機能化金属を付着せしめた電極線において、
機能化金属の付着膜厚はｏ、ｉ〜５０−程度にするのが
よい。その理由は、機能化金属の膜厚がｏ、ｉ−未満で
あると、付着金属の機能が十分に発揮されず、５０−を
こえると、電極線の材料特性が十分発揮されなくなるた
めである。また電極線の太さは、断面積が７〜５ｏ−φ
の円面積と等しくなるようにするのがよい。従来細線仕
様の電極線の直径は３０−φであったが、本発明ではこ
れにより細くすることはできるものの、加工精度や加工
面平滑度などの改善のためには７戸φ以上とするのがよ
く、５０Ｉｆｆｉφをこえると、加工精度が悪くなるた
めである。

また、予め強化金属を付着せしめた炭素繊維のストラン
ド外周上に機能化金属を付着せしめた電極線において、
機能化金属の付着膜厚は０．１〜ｔｏｏＩａ程度にする
のがよい。機能化金属の膜厚がＯ，ｔ　＃ａ未満である
と、付着金属の機能が十分発揮されず、１００−をこえ
ると、電極線の材料特性が七分発揮されなくなるためで
ある。また、この場合の電極線の太さは断面積が５０〜
５００％φの円面積と等しくなるようにするのがよい。

電極線が５０−φ未満であると、加工速度が低下し、５
００−φをこえると、加工精度が悪くなるためである。

本発明においては、上述したように予め強化金属を付着
せしめた炭素繊維の少なくとも１本の単繊維あるいはこ
れを束ねたストランド上に第１図または第２図に示すよ
うに機能化金属を付着せしめる。ここで、強化金属とは
、炭素繊維単味あるいは金属単味の特性を複合化するこ
とにより併せて利用し、所望の目的に沿って十分に機能
を発揮させるべく添加した金属をいう。本発明において
は、炭素繊維の導電性の向上を目的に金属強化を行う。

機能化金属とは、電子放出が十分に容易（すなわち仕事
関数か小さい）であり、かつ沸点が低いなどのワイヤ放
電加工時に高い機能を登皿廿１．める金属をいう。

強化金属としては、Ｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｆ
、Ｓｉ、Ｖ。

Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｗ’、Ｍｏ、ＭｎＪ：ｏ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ　、Ｃｕなどの単体、Ｎｉ−Ｔｉ　Ｎｉ−Ｃｒなどの
合金、あるいはこれら単体、合金にＡ２を加えた複合体
などを挙げることができる。これらの強化金属を炭素繊
維に付着せしめる方法としては、ＣＶＤ　（化学的蒸着
）、真空蒸着、スパッタリング、イオンブレーティング
などのＰＶＤ　（物理的蒸着）、電気めっき、化学めっ
き、溶射、溶融引き抜き鍛造法などを挙げることができ
、これらを所要に応じ利用し、所要の膜厚に付着させる
ことができる。

このような機能化金属としては、Ｓｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ
。

Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｎｂ、ｔ
（ｆ、Ｔａなどの単体、Ｎｉ−Ｃｕ　、　（：ｕ−Ｚｎ
　、　Ｎｉ−Ｚｎなどの合金、さらにはこれら単体、合
金にＡＪＺを加えた複合体などを挙げることができる。

これらの機能化金属を予め強化金属を付着せしめた炭素
繊維に付着せしめる方法としては、ＣＶＤ　（化学的蒸
着）、真空蒸着、スパッタリング、イオンブレーティン
グなどのＰＶＤ（物理的蒸着）、電気めっき、化学めっ
き、溶射、溶融引抜き鍛造法などを挙げることができ、
これらを所要に応じ利用し、所要の膜厚に付着させるこ
とができる。

〈実施例〉 以下に本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。

（実施例１） ２５５０℃の温度で焼成された太さ１０−の炭素繊維の
単繊維（抗張力３７５　Ｋｇｆ／ｍ、曲りぐせ５％以下
／１１）上に強化金属として電気めっき法によりＣｕを
付着させ、この上に電気めっき法によりＣｕとＺｎを機
能化金属として複合的に付着せしめ太さ１５−の電極線
を得た。

比較材として、３０Ｐφの太さで、抗張力が１２０　Ｋ
ｇｆ／−のタングステン線を用い、加工条件を同一にし
て被工作物（ＳＫＤ−１１）の板厚と加工速度との関係
、加工送り速度増加率と加工溝幅との関係、面粗度と加
工回数との関係を調べ、その結果をそれぞれ第３図、第
４図および第５図に示す。

同一加工条件での被工作物の板厚と加工速度の比較結果
を第２図に示す。本発明による電極線の値を点線で、従
来線のそれを実線で示す。本発明による電極線を用いる
と、従来の電極線を用いた場合より２倍以上の加工速度
で加工を行うことができる。また、従来の電極線で加工
した時に最大の加工速度となる板厚の約２．５倍の板厚
の被工作物に対して本発明による電極線により最大加工
速度の加工が実現される。

従来線の電極線との加工精度を比較するために加工溝幅
と加工送り速度との関係を解析した。これを第３図に示
す。これは、平均加工電圧を４０〜ＳＯＶの間のある一
定値に制御し、加工電源の電気的条件を変えて加工送り
速度を大幅に変化させて測定したものである。本発明に
関わる電極線で加工した場合は、線径が小さいことの効
果もあって、従来線で加工した場合より、溝幅が１１５
以下になり、加工速度を大きくしてもその値はほとんど
変化しない。本発明に基づく電極線では０．５μＩ以下
の加工精度が実現される。

セカンドカットによる面粗度改善の改善を第４図で説明
する。同図から明らかなように、本発明による電極線で
加工すると、従来の電極線で加工した場合に比べて加工
面粗度は格段に改善され、Ｒｍａｘが０．５μｌ以下の
極めて平滑な加工面を得られる。

このように、加工精度、加工面粗度ともに飛躍的に改善
されたので、精密被工作物（たとえば金型）の加工が極
めて容易となり、仕上りのための後工程であるラッピン
グ加工などの大幅な工数削減が実現された。

この電極線の曲りぐせは従来線の１１５以下であり、自
動結線が容易で、材料の摺動性が良好なので断線回数も
少なくなり、作業能率は従来の電極線を用いた場合の５
倍以上に向上した。

以上に述べたように、同一の装置を用い、同一の加工条
件で、同一の被工作物に対する加工特性を、従来の電極
線と比較した処、主要なすべての面で、太雷極腺の舟位
性が明らかになった。とりわけ、本発明の電極線は、高
い加工精度の工作ができるので精密被工作物の加工に効
果を発揮する。

本実施例では、上記の製作条件の電極線の効用を従来線
の場合と比較して述べたが、他の種々の強化金属および
機能化金属を付着させた電極線に関しても本実施例と同
等以上の効果が得られることが確認されている。

（実施例２） 実施例１と同様にして強化金属としてＣｕを付着させた
炭素繊維の単繊維を束ねて太さ１８０−としたストラン
ドに実施例１と同様にして機能化金属としてＣｕとＺｎ
を付着せしめ、太さ２００Ｐの電極線を得た。

比較材として、２００−φの太さで、抗張力が１１０Ｋ
ｇｆ／−程度の亜鉛コーティング黄銅線を用い、実施例
１と同様の比較を行い、その結果を第６図、第７図およ
び第８図に示す。

第６図は、両電極線について同一加工条件における被工
作物の板厚と加工速度との関係を比較したものである。

同図中、点線は、本発明による電極線の値、実線は従来
の電極線の値である。本発明の電極線を使用した場合は
、従来のものよりも加工速度が格段に大きく、板厚の大
きい被工作物に対して加工速度が最大どなる。

第７図は、本発明の電極線の加工速度増加効果を説明す
るものである。

同図では５本発明の電極線の単位時間当りの加工面積を
Ｆとし、従来線のもののそれをＦ′どし・Ｃ１加工速度
増加率を、（Ｆ／Ｆ　’　−１）なる値にて表示してい
る。同一平均面粗さの加工面仕上げの加工を、ファース
トカットで得る場合、従来の電極線を用いた時のよりも
高い加工速度がとれることがわかる。特に、平均面粗さ
の大きい加工を行う際に、この効果は大きい。

セカンドカットによる加工面粗度の改善効果も第４図に
示すように、従来線より格段に良好であり、Ｒｍａｘが
０．５μｍ以の加工面が容易に得られる。

本発明に関わる電極線は、自己潤滑作用が太きいので、
ワイヤ表面が滑らかになり、放電が安定して行われるの
で、上述のような大きな効果が得られる。

前述のように曲りぐせが小さいので、自動結線が容易で
あるばかりでなく、材料の摺動特性が良好なので、断線
回数も少ない。従って、作業性は従来の５倍以上になっ
た。

本実施例では、上記の製造条件の電極線の効用を従来の
金属電極線と比較して述べたが、他の種々の強化金属お
よび機能化金属を付着させた電極線に関しても本実施例
と同等以上の効果が得られることが確認されている。

〈発明の効果〉 本発明の電極線は、予め強化金゛属を付着せしめた細く
て抗張力が大きい炭素繊維の単繊維あるいはこれらを束
ねたストランド上に加工性能を高める機能化金属を付着
せしめているため、従来線よりもより細径とすることが
できる。また、電極線を用いた場合、従来線より加工速
度を大きく、線ふれを小さくすることができ、さらに、
加工面相さ、加工溝幅と６に小さくでき精密加工を高速
度で行うことができるようになった。

本発明の電極線は曲りぐせも小さいので自動結線も容易
で、軽量で自己潤滑性もあるので断線頻度も小さく、従
来の細線加工に利用さｉｌでいるタングステン線などに
比較して極めて安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のワイヤ放電加工用？ｆ極
線の部分断面斜視図である。 第３図、第４図および第５図は第１図に示す本発明の電
極線の性能を示すグラフである。 第６図、第７ト１および第８図は第２図に示す本発明の
電極線の性能を示すグラフである。 符号の説明 １・・・炭素繊維、２・−機能化金属 は１　　　光叩＋　　　Ｔ　　　北　　　制　　　−１
Ｆ　Ｉ　Ｇ、　１ ７．１ ＦＩＧ、３ Ｃ ａ　　　　渾　（ｍｍ　） ＦＩＧ、４ 力Ｏｌｄ　’Ｊ’Ａｌｌ　　（ｍｍｚｍｉｎ）Ｆ　Ｉ　
Ｇ、　５ ＦＩＧ、６ オ反　　　　／ｊ（ｍｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強化金属を付着せしめた少なくとも１本の炭素繊維に、
   断面積が７〜５００μｍの円面積と等しくなるように機
   能化金属を付着せしめてなることを特徴とするワイヤ放
   電加工用電極線。