JPS6347023A - 放電加工用電極 - 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】 発明の背景 本発明は、放電加工（ＥＤＭ）用電極ならびにこれを用
いた放電加工方法および装置に関する。

従来の放電加工用のワイヤ電極部材および装置の１例が
米国特許第４，２８７．４０４号に記載されており、こ
の特許では導電性金属ワイヤに、亜鉛、カドミウム、錫
、鉛、アンチモンおよびビスマスよりなる群から選ばれ
た金属または合金を５０重量％以」二含有する活性表面
層を設ける。好適な装置では、この活性表面被膜は、加
工操作中連続的に、普通の金属ワイヤの外表面に電解メ
ツキにより形成する。このように加工品を加工している
間に活性表面を連続的に補充すると、当然のことに、装
置の組立および運転がより複雑（こなる。

上述した従来のワイヤ電極部材の切削速度は、コア金属
が銅または黄銅であるとき、最適であるとされており、
鋼のコア部材では、導電性を増すために銅か銀での被覆
を要するとされている。従って、この電極部材に望まし
い機械的強度を与えるには、上述した高導電性の内層を
用いることがらくるコストの上昇を背負い込まないので
あれば、導電性をある程度犠牲にせざるを得ない。」−
述した従来の電極部材に被覆する活性表面被膜は、蒸発
温度が低いことも、加工領域での電極部材の破損を避け
るためには必要であるとされている。

従って、放電加工に適当な電極部材で上述した欠点を克
服するとともに、この型式の加工操作での切削速度を上
げることが依然として望ましい。

もう一つの望ましい目的は、使用するワイヤ電極部材に
帰せられる部分について、放電加工を行うのに必要とさ
れる方法および装置を簡略化することにある。

本発明のこれらの目的および他の目的は以下の詳しい説
明から明らかになるであろう。

発明の概要 意外なことに、特定の炭素活性表面被膜により放電加工
の切削速度が、特により小径のワイヤ電極のとき、向上
し、これにより一層精密な加工操作を行うことが可能に
なることを見出した。後者の点で、より大径のワイヤ電
極部材では通例、より速い切削速度を用いているので、
加工された金属物体の表面層」二も向上できる。従って
、１．０ミクロンのように薄く、導電性金属ワイヤの表
面に密着結合された炭素被膜を用いれば、各種の金属含
有基体」二に被覆したとき、本発明の効果が発揮される
。望ましい密着性炭素被膜に特に有用な金属含有基体は
、種々の公知技術で金属または金属合金ワイヤコア」−
に形成した酸化物表面よりなる。例えば、「黒色」タン
グステンまたはモリブデンワイヤは、シー・ジエイφス
ミセルズ（Ｃ１Ｊ、　Ｓｍ１ｔｈｅｌｌｓ　）著「タン
グステン（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ）　Ｊ、チャツプマン・ア
ンド争ホール（Ｃｈａｐｍａｎ　ａｎｄＨａｌｌ）刊（
１９５２年）に記載されているように、そのようなワイ
ヤをダイを通して引き抜くことにより得られ、本発明の
ワイヤ電極部材として好ましい。このようにして得られ
る複合電極部材は、相対的に高い機械的強度と相対的に
高い融点の両方を有する耐火金属コアと、金属基体に結
合され融点の低い特定の耐火金属酸化物の金属含有内層
と、多孔質酸化物内層に結合された黒鉛の不連続表面被
膜とからなる。

本発明による別の好適なワイヤ電極部材では、変性形態
の鉄合金金属コアワイヤ、例えばデュメット（Ｄｕｍｅ
ｔ　）またはキュメット（Ｃｕｍｅｔ　）　　（ともに
ゼネラル・エレクトリック社の商品）を用いる。これら
はその銅クラツド表面が、活性な炭素表面層を密着性結
合できるように酸化されている。

代表的には０．００４−０．０１０インチの直径を有す
るこの種のワイヤ電極部材を製造するには、銅クラツド
ワイヤを慣用手段で熱酸化し、しかる後酸化されたワイ
ヤを炭素潤滑剤表面被膜で被覆し、最後にこの炭素被覆
ワイヤの直径をダイで、黒色耐火金属ワイヤについて先
に説明したのと同じ方法で減径する。たｖし、上記ワイ
ヤ引抜きは通常の周囲温度で行う。本発明に従って密着
性炭素表面被膜を導電性金属含有基体に固着するために
考えられるさらに他の手段は、公知の化学的蒸着技術で
あり、これにより金属基体をまず炭素で被覆し、しかる
後前述したように減径する。

本発明に従って放電加工を行う方法は、一般に、帯電し
たワイヤ電極部材を金属加工品のごく近くで両者間に火
花放電を起すように移動し、ここで上記ワイヤ電極部材
は導電性金属ワイヤに密着性炭素表面被膜を設けてなり
、上記加工品の表面と移動するワイヤ電極部材との間の
ギャップ空間に流動する誘電液体を接触させ、上記火花
放電で加工品から金属を、ワイヤ電極部材から炭素を除
去し、そしてこのように除去された金属および炭素をギ
ャップ空間から流動誘電液体で運び出す工程を含む。こ
の一部変更した方法によれば、通常のＥＤＭ装置、例え
ば市販のＥＬＯＸ装置に、単一パスモードの操作では、
本発明のワイヤ電極材料のスプール１つを装備する。放
電加工操作中に表面黒鉛層は揮発し、その結果強いエネ
ルギー移動が起るので、揮発した副生物がギャップ空間
を速い除去速度で効果的にフラッシング（洗い流し）す
る。前述した通りの構成の好ましい黒色モリブデンワイ
ヤ電極でこのような方式の操作を行う場合、一度使った
ワイヤを交換用黒鉛被覆でもう一度再被覆し、加工操作
に再使用することができる。

従って、本発明によれば再使用できるワイヤ電極部材が
提供され、これはＥＤＭ装置製造業者および使用業者に
とってコスト的に有利であることが理解できる。本発明
のすぐれたワイヤ電極部材は、すでに市販されているＥ
ＤＭ装置の操作の面でも利点をもっている。具体的には
、ワイヤ電極部材を通常上記装置内で案内手段、例えば
ローラ、プーリなどを用いて移送し、この案内手段は電
極部祠を作動位置、すなわちギャップ空間位置に位置決
めする役目も果す。通常、１対の案内部材を上記位置で
鉛直または水平方向に向け、加工品を両案内部材間にそ
れぞれ長さ方向または横方向加工できるように配置する
。従来の電極部材は、移動時に、上記ギャップ空間で振
動し、望ましい加工工程の妨げとなることが認められて
いる。本発明の黒色モリブデンワイヤ電極部材は大きな
剛性を有し、このような振動を軽減し、特に上述した互
に離した案内部材を互に横方向に移動して加工を対角線
方向に行う場合に、振動を軽減する。さらに、本発明の
炭素表面被膜は潤滑性が良好で、ＥＤＭ装置での摩擦が
小さくなり、このことも本発明の利点の１つである。

好適実施例の説明 第１図に、本発明のワイヤ電極部材１０をその他の点で
は通常どうりの放電加工（ＥＤＭ）装置の操作に用いた
状態にて、路線図として示す。このワイヤ電極部材１０
を１対の案内ローラ１２および１４間に架は渡して、鉛
直方向下方へ移動させるとともに、火花放電（図示せず
）を生じさせ、こうして加工を行う。このようにして加
工される金属の加工品１６を上述の移動中の電極ワイヤ
部材のごく近くに、上記ワイヤ電極部材と加工品を通常
のＥＤＭ電気囲路に適切に接続したときに、両者間に火
花放電を生じる距離に配置する。さらに具体的には、電
気回路には、上記電極部祠に接触する１対のブラシ接点
１８および２０を用い、これらの接点１８および２０を
それぞれ導線２４および２６により通常のＥＤＭ電源２
２に接続する。ＥＤＭ電源をもう１本の導線２８で電気
接続して必要な電気回路を完成する。また、流れる誘電
流体１７、例えば脱イオン水をギャップ空間位置に供給
し、火花放電の加工品への作用により生じる金属粒子を
、本ワイヤ電極部材からこのような使用中に揮発する炭
素粒子とともに除去する。

切削速度の比較を次表に示す。すなわち、従来の黄銅お
よびモリブデンのワイヤ電極で」り定した切削速度を、
本発明の改良形炭素被覆電極部利と比較して示す。この
比較試験では、厚さ１インチの焼入れした工具鋼板より
なる加工品を、市販のＥＬＯＸ機で表中に示す通りの直
径を有するワイヤ電極部材を用いて、−に連の通りに加
工した。使用中の種々の電極部材についての電圧および
電流の測定値も次表に示してあり、これらは本発明の効
果として、過剰な電力消費が起らないことを示唆してい
る。

表 電極の種類　　　　　　　　　　　切削速度　　ギャッ
プ電圧　ギャップ電流（材料と直径）　　　　　　　　
　　（Ｉｎ２／ｈｒ）　　　　（Ｖ）　　　　　　　（
Ａ）黄銅０．００６Ｉｎ　　　　　　　　　　　　５．
　４　　　　５０　　　　　３．　０モリブデン（裸）
　　０．００８Ｉｎ　　　　　　３．　６　　　　５０
　　　　　　−モリブデン（黒）　　０．００６Ｉｎ　
　　　　　４．　８　　　　５０　　　　　　−デュメ
ット（黒鉛被覆）＋１．（１（１８１ｎ　　　３．３　
　　　５０　　　　　３．０黄銅０．００４Ｉｎ　　　
　　　　　　　　　３．　９　　　　５０　　　　　３
．　０モリブデン（裸）　　０．００４Ｉｎ　　　　　
　３．　０　　　　５０　　　　　３．　０モリブデン
（黒）　　０．００４１ｎ　　　　　　４．　２　　　
　４５　　　　　３．　５モリブデン（黒）　　０．０
０４１ｎ　　　　　　４．　　Ｏ４５３，４（注）Ｉｎ
−インチ 上表のデータは、現在精密加工用に採用されている細い
ワイヤ径で、本発明の好適な黒色モリブデン電極部材の
切削速度が優れていることをはりきりと証明している。

さらに、比較の目的で試験した直径０．００４インチの
黄銅電極では切削結果も不安定で、このワイヤ径での適
用可能性を欠ＩＱ　　　−４ｒバ いていることが示された。他方、炭素被覆デュメット電
極部材について上述した比較の低い切削速度は、単に、
所望の改良を達成するのに十分な厚さの黒鉛被覆が被着
されていないことを示している。

第２図に、本発明による代表的なワイヤ電極部材の複合
構造を斜視図として示す。具体的には、本ワイヤ電極部
材１０は、導電性金属コア３０の表面に特定の酸化され
た内層３２が形成され、この内層３２はその上に堆積さ
れる表面炭素被膜３４との冶金結合を形成する役目を果
す。このような目的に有用と認められる特定の銅酸化物
は、電気絶縁性酸化第二銅がワイヤ電極部材の使用中に
炭素表面層の有効な結合媒体として作用しないことを確
かめたので、半導電性材料である酸化第一銅である。こ
のような冶金結合は本発明によるすぐれた金属除去（切
削）機構を得る上で臨界的であるわけではないが、冶金
結合は、本発明の複合電極部材の機械的一体性を高め、
また恐らくは加工品からのさらに迅速な金属除去に有用
な、厚さの大きい炭素表面被膜の電極部材への堆積をさ
らに良好にするはずである。この点で、銅クラツド・デ
ュメットまたはキュメット・ワイヤを酸化して多孔質酸
化物表面層を形成し、これに黒鉛被膜を密着状態で結合
すると、上述した試験過程で切削速度が２０％以上速く
なる。

第３および４図の顕微鏡写真は、上述した加工済みの鋼
ロツド表面を示す倍率５００倍の走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）写真である。第３図は直径０．００４インチの黄
銅ワイヤ電極部材で得た加工品表面を示し、一方第４図
は、上記加工品を本発明の直径０．００４インチの黒色
モリブデンワイヤ電極部材で加工した際に得られる同様
の写真である。第３図と較べて第４図の方がはるかに滑
らかな表面仕上げであることは、本発明の別の効果の証
明である。本数良形ＥＤＭ装置の使用者にとって次のよ
うなまた別の利点がある。本発明の黒色モリブデン電極
部材を使った場合には、鋼の加工品を黄銅電極部材を使
って可能と認められた深さより著しく深くまで加工でき
、電極部材の機械的破損の恐れもない。この最後の点に
関連して、」二足モリブデン電極部材で得られる浸透深
さは、黄銅電極部材で得られる深さの２倍以」二であっ
た。

」ユ述した説明から明らかなように、本発明によれば全
般に有用な放電加工用電極が得られ、その使用のために
はその他の点では通常どうりの方法および装置に若干の
変更を加える。しかし、当業者には明らかなように、本
発明の要旨から逸脱することなく、上に具体的に開示し
たこと以外に、コア金属に組成変更を行ったり、炭素表
面被膜をコアに的確に接着させる目的でコアに中間層を
被着したりすることができる。例えば、電極部材の活性
炭素表面に対して適当な結合兼支持基体を形成するにあ
たり、上述した中間結合層をさらに他の低融点金属と、
火花放電により加熱されたとき比較的高い蒸気圧を呈す
る非金属とて形成することが考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による改良ＥＤＭ装置の主要構成要素を
示す路線図、 第２図は本発明の好適なワイヤ電極部材の斜視図で、そ
の３要索複合構造を示し、 第３図は黄銅ワイヤ電極部材で製造した加工済み加工品
表面の金属組織状態を示す顕微鏡写真、そして 第４図は本発明の改良ワイヤ電極部材で加工した場合の
加工品表面の金属組織についての顕微鏡写真である。 １０・・・ワイヤ電極部材、１２．１４・・・案内ロー
ラ、１６・・・金属加工品、１７・・・誘電流体、２２
・・・電源、３０・・・金属コア、３２・・・内層、３
４・・・炭素表面被膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性金属ワイヤに密着性炭素表面被膜を設けてな
   る放電加工用電極。 ２、上記炭素表面被膜が黒鉛である特許請求の範囲第１
   項記載の電極。 ３、上記炭素表面被膜が金属基体に金属含有下地層で結
   合されている特許請求の範囲第１項記載の電極。 ４、上記導電性金属ワイヤが相対的に高い機械的強度を
   有する特許請求の範囲第１項記載の電極。 ５、上記導電性金属ワイヤが相対的に高い機械的強度と
   相対的に高い融点を有する特許請求の範囲第１項記載の
   電極。 ６、上記導電性金属ワイヤが耐火金属である特許請求の
   範囲第１項記載の電極。 ７、上記導電性金属ワイヤがモリブデンである特許請求
   の範囲第６項記載の電極。 ８、上記導電性金属ワイヤが半導電性酸化物表面を有す
   る鉄合金である特許請求の範囲第１項記載の電極。 ９、相対的に高い機械的強度と相対的に高い融点を有す
   る導電性金属ワイヤと、金属基体に結合された融点の低
   い金属含有内層と、この内層に結合された密着性炭素表
   面被膜とを具える放電加工用電極。 １０、帯電したワイヤ電極部材を金属加工品のごく近く
   で両者間に火花放電を起すように移動し、ここで上記ワ
   イヤ電極部材は導電性金属ワイヤに密着性炭素表面被膜
   を設けてなり、上記加工品の表面と移動するワイヤ電極
   部材との間のギャップ空間に流動する誘電液体を接触さ
   せ、上記火花放電で加工品から金属を、ワイヤ電極部材
   から炭素を除去し、そしてこのように除去された金属お
   よび炭素をギャップ空間から流動誘電液体で運び出す工
   程を含む放電加工方法。 １１、上記炭素表面被膜が黒鉛である特許請求の範囲第
   １０項記載の方法。 １２、上記導電性金属ワイヤが相対的に高い機械的強度
   と相対的に高い融点を有する特許請求の範囲第１０項記
   載の方法。 １３、移動するワイヤ電極部材を、加工される加工品の
   表面に対して案内部材により、長さ方向および横方向両
   方の加工ができるように配置する特許請求の範囲第１０
   項記載の方法。 １４、上記案内部材を相互に横方向に移動して、上記ワ
   イヤ部材をギャップ空間で著しく振動させることなく対
   角線方向の加工を可能にする特許請求の範囲第１１項記
   載の方法。 １５、上記ワイヤ電極部材が、相対的に高い機械的強度
   と相対的に高い融点を有する導電性金属ワイヤと、金属
   基体に結合された融点の低い金属含有内層と、この内層
   に結合された密着性炭素表面被膜とを具える特許請求の
   範囲第１０項記載の方法。 １６、上記火花放電により炭素と内層の一部との両方を
   揮発除去する特許請求の範囲第１５項記載の方法。 １７、ワイヤ電極部材を加工品のごく近くに移動させる
   とともに、そのギャップ空間に火花放電を発生させ、こ
   れにより加工品を加工する放電加工装置において、 上記ワイヤ電極部材が導電性金属ワイヤに密着性炭素表
   面被膜を設けてなることを特徴とする放電加工装置。 １８、上記炭素表面被膜が黒鉛である特許請求の範囲第
   １７項記載の装置。 １９、上記導電性金属ワイヤが相対的に高い機械的強度
   と相対的に高い融点を有する特許請求の範囲第１７項記
   載の装置。 ２０、さらに、移動するワイヤ電極部材を加工される加
   工品の表面に対して位置決めする案内部材を具える特許
   請求の範囲第１７項記載の装置。 ２１、上記案内部材を相互に移動して、上記ワイヤ部材
   をギャップ空間で著しく振動させることなく対角線方向
   の加工品の加工を可能にする特許請求の範囲第２０項記
   載の装置。