JP2004330352A - ワイヤ放電加工用電極線及びそれを用いた表面改質方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線10は、心材11の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたものであって、心材11の外周にTi又はTi合金層12を設けたものである。
【選択図】 図1
Description
【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、及びワイヤ放電加工用電極線を用いて被加工物の表面改質を行う方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ワイヤ放電加工用電極線として、Cu−Zn合金の電極線が活用されている。この電極線は、加工速度、加工精度などの放電特性に優れており、更にコスト的にも有利な特質を有している。
【0003】
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(65/35黄銅))が使用されてきたが、近年、ワイヤ放電加工用電極線においては、特に高速加工性が重視されるようになっている。このため、例えば、Cu−2.0重量%Sn合金、Cu−0.3重量%Sn合金などのCu合金で構成される心材の周りに、従来よりもZn濃度の高いCu−Zn合金層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(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、放電加工によって被加工物の加工表面を改質する方法として、被加工物を加工液中に配置すると共に、加工液中にシリコンを粉末状態にして混入し、被加工物の加工表面に被膜を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−339664号公報
【特許文献2】
特開平2−83119号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の汎用の単一合金線(65/35黄銅線)や特許文献1記載の電極線は、加工速度の向上や被加工物の加工表面の精度向上を目的にしたものであって、被加工物の表面改質を行うことはできない。
【0007】
特許文献2記載の方法は、被加工物の加工表面に被膜を形成することができるものの、加工液中にシリコン粉末を混入する工程等を必要とするため、放電加工に要する工程数が多くなるという問題があった。また、特許文献2記載の方法は、シリコン粉末を加工液中に均一に分散させるための循環装置を必要とするため、装置コストの上昇を招くという問題があった。さらに、特許文献2記載の方法は、金型などを加工する型彫り加工機への適用を主眼としており、ワイヤ状(又は線状)の電極を用いるものではない。よって、微細加工が要求されるリードフレーム用金型や、厚物の被加工物に対して加工を行うことは困難であった。
【0008】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、放電特性が良好で、かつ、被加工物の表面改質が可能なワイヤ放電加工用電極線及びそれを用いた表面改質方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、第1の発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記被覆層がTi又はTi合金層を有するものである。
【0010】
また、第2の発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にTi又はTi合金層を設けたものである。
【0011】
また、第3の発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にTi又はTi合金層を設け、そのTi又はTi合金層の外周にCu−Zn合金層を設けたものである。
【0012】
また、第4の発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にCu−Zn合金層を設け、そのCu−Zn合金層の外周にTi又はTi合金層を設けたものである。
【0013】
ここで、被覆層が、その最外層に純Zn層を有していてもよい。また、Cu−Zn合金層のZn濃度が32〜46重量%であることが好ましい。さらに、心材は、
純Cu線、
Cu−0.02〜0.2重量%Zr合金線、
Cu−0.15〜0.25重量%Sn−0.15〜0.25重量%In合金線、
Cu−0.15〜0.70重量%Sn合金線、
Cu−0.15〜0.70重量%In合金線、
Cu−5〜30重量%Zn合金線、
Cu−5〜30重量%ZnにZr、Cr、Si、Mg、Al、Fe、P、Ni、Ag、Snの内の少なくとも1種を添加してなる合金線、
Cu−0.2〜20重量%Ag合金線、
Fe基合金線、
銅被覆鋼線、
銅合金被覆鋼線、
又は銅及び銅合金被覆複合線で構成されることが好ましい。
【0014】
導電性が良好な心材の外周に、被覆層としてTi又はTi合金層を配することで、放電特性が良好で、かつ、被加工物の表面改質が可能なワイヤ放電加工用電極線が得られる。
【0015】
一方、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線を用いた表面改質方法は、上述したワイヤ放電加工用電極線を用いて被加工物の放電加工を行い、被加工物とワイヤ電極との間に放電を生じさせ、その放電エネルギーによって、電極線の被覆層を構成するTi又はTi合金の単体又はその化合物で構成される被膜を被加工物の加工表面に形成し、被加工物の表面改質を行うものである。
【0016】
上述したワイヤ放電加工用電極線を用いて被加工物の放電加工を行うことで、良好な放電特性で放電加工を行うことができ、かつ、被加工物の表面改質を行うことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0018】
本発明の好適一実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図1に示す。
【0019】
図1に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線10は、心材11の外周に、Ti層(又はTi合金層)12を設けたものである。電極線10の被覆層は、Ti層12の単層で構成される。
【0020】
被覆層の層厚tと直径Dとの比(t/D)は、0.10〜0.20、好ましくは0.12〜0.15である。本実施の形態においては、被覆層はTi層12の1層であるため、t/DはTi層12の層厚と直径Dとの比と言い換えることができる。
【0021】
心材11は、
純Cu線、
Cu−0.02〜0.2重量%Zr合金線、
Cu−0.15〜0.25重量%Sn−0.15〜0.25重量%In合金線、
Cu−0.15〜0.70重量%Sn合金線、
Cu−0.15〜0.70重量%In合金線、
Cu−5〜30重量%Zn合金線、
Cu−5〜30重量%ZnにZr、Cr、Si、Mg、Al、Fe、P、Ni、Ag、Snの内の少なくとも1種を添加してなる合金線、
Cu−0.2〜20重量%Ag合金線、
Fe基合金線、
銅被覆鋼線、
銅合金被覆鋼線、
又は銅及び銅合金被覆複合線で構成される。ここで、Fe基合金としては、導電率の高いものが好ましい。これらの線材で心材11を構成することで、電極線10の導電率が向上し、放電特性を向上させることができる。
【0022】
次に、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線を用いた表面改質方法について説明する。
【0023】
上述した電極線10を用いて被加工物(図示せず)に対して放電加工(切断加工)を行う。放電加工は、被加工物を加工液中に配置した状態で行われる。加工液は、油(例えば灯油などの液状炭化水素)又はシリコン油などを主成分とするものである。
【0024】
次に、被加工物及び電極線10(ワイヤ電極)との間に電圧を印可することで、被加工物とワイヤ電極との間に放電が生じる。その放電エネルギーによって、電極線10の被覆層が蒸発し、被覆層を構成するTi(又はTi合金)の単体及び/又はその化合物で構成される被膜が、被加工物の加工表面に付着形成され、被加工物の表面改質がなされる。この被覆層のTiが蒸発する際、Tiと加工液とが反応してTi化合物、例えばTiC等が生成する。
【0025】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【0026】
本実施の形態に係る電極線10によれば、高導電性、高耐熱性を有する心材11の外周に、被覆層として優れた耐食性を有するTi層12を設けており、この電極線10を用いて放電加工を行うことで、放電加工時に、被覆層を構成するTi(又はTi合金)が消耗紛として被加工物(図示せず)の加工表面に移行し(付着し)、被加工物の加工表面に被膜が形成される。被膜を構成するTi化合物は硬度が非常に高く、耐摩耗性に優れていることから、被膜の形成によって被加工物の表面改質がなされ、被加工物表面の耐食性及び耐摩耗性が向上する。ここで、被加工物表面の被膜は、ワイヤ放電加工と同時に形成することができることから、容易、かつ、安価に表面改質を行うことができる。
【0027】
また、本実施の形態に係る電極線10は、従来のワイヤ放電加工用電極線と同様に、被加工物の複雑な微細加工及び厚物の被加工物の加工が可能である。よって、微細加工が要求されるリードフレーム用金型や、厚さが300mm以上の厚物の被加工物にも容易に適用することができる。
【0028】
以上より、本実施の形態に係る電極線10によれば、従来の電極線と同等以上の放電特性で放電加工を行うことができ、かつ、放電加工と同時に被加工物の表面改質処理も行うことができることから、表面改質処理工程の簡略化を図ることができ、生産性の大幅な向上を期待することができる。延いては、被加工物の生産コストの低減を図ることができる。
【0029】
本実施の形態に係る電極線10を用いた表面改質方法においては、被加工物の加工(切り出し)と同時に表面改質を行う場合について説明を行ってきたが、切り出しは行わず、表面改質のみを行うようにしてもよい。例えば、予め汎用の黄銅電極線等を用いて被加工物を切り出しておき、その切り出した被加工物の加工表面近傍を、本実施の形態に係る電極線10を用いて放電加工を行うことで、被加工物の表面改質のみを行うこともできる。
【0030】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0031】
本発明の別の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図2に示す。尚、図1と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【0032】
図2に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線20は、心材11の外周に、Ti層(又はTi合金層)22を設け、Ti層22の外周にCu−Zn合金層23を設けたものである。電極線20の被覆層は、Ti層22及びCu−Zn合金層23の2層で構成される。
【0033】
被覆層の層厚tと直径Dとの比(t/D)は、0.10〜0.20、好ましくは0.12〜0.15である。本実施の形態においては、被覆層はTi層22及びCu−Zn合金層23の2層であるため、各層23,24の層厚と直径Dとの比が存在する。Ti層22の層厚と直径Dとの比は、0.05〜0.10、好ましくは0.05〜0.08である。また、Cu−Zn合金層23の層厚と直径Dとの比は、0.05〜0.10、好ましくは0.07〜0.09である。ここで、Ti層22の層厚及びCu−Zn合金層23の層厚は、放電特性及び表面改質性の兼ね合いに応じて適宜決定されるものである。
【0034】
Cu−Zn合金層23を構成するCu−Zn合金のZn濃度を32〜46重量%としたのは、Zn濃度が32重量%未満だと電極線20の放電特性が著しく低下してしまうからである。また、Zn濃度が46重量%を超えると伸線加工性が著しく低下してしまい、伸線加工時に断線が生じるからである。
【0035】
本実施の形態に係る電極線20は、前実施の形態に係る電極線10の外周にCu−Zn合金層23を設けた構造である。本実施の形態に係る電極線20によれば、被覆層の外層側に放電特性に優れるCu−Zn合金層23を形成することで、電極線20の放電加工速度が大幅に向上する。また、被覆層の内層側にはTi層22が配されていることから、前実施の形態に係る電極線10と同様に、放電加工の際に被加工物の表面改質を行うことができる。
【0036】
本発明の更に別の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図3に示す。尚、図2と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【0037】
図3に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線30は、前実施の形態に係る電極線20の被覆層の構造において、Ti層(又はTi合金層)22とCu−Zn合金層23の形成位置を逆にしたものである。
【0038】
本実施の形態に係る電極線30においても、前実施の形態に係る電極線20と同様に、電極線30の放電加工速度の向上及び放電加工の際における被加工物の表面改質を同時に達成することができる。
【0039】
一方、図1〜図3における電極線10,20,30の変形例を、図4〜図6に電極線40,50,60として示すように、被覆層の最外層として純Zn層44を有していてもよい。ここで、被覆層における純Zn層44の層厚と直径Dとの比は、0.01〜0.05、好ましくは0.01〜0.03である。この比が小さすぎると、つまり純Zn層44の層厚が薄すぎると、純Zn層44の良好な放電性能を十分に発揮させることができず、放電加工速度の向上が期待できない。また、この比が大きすぎると、つまり純Zn層44の層厚が厚すぎると、電極線全体に占める純Zn層44の断面積の割合が増加し、電極線自体の引張強度及び導電率の低下を招いてしまい、放電加工速度の向上が期待できなくなる。
【0040】
各電極線40,50,60は、被覆層の最外層に、所定の層厚の純Zn層44を有していることで、電極線10,20,30と比較して放電加工速度が更に向上する。また、当然ながら、純Zn層44の内層側にはTi層12,22が配されていることから、放電加工と同時に被加工物の表面改質処理を行うことができる。
【0041】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【0042】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基いて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0043】
(実施例1)
心材として直径が4.0mmのCu−0.19Sn−0.2In合金線(単位:重量%)を用い、この心材を肉厚0.7mmのTiパイプ内に挿入した後、伸線加工と熱処理を繰り返して行うことで、線径が0.25mmの電極線を作製した。
【0044】
(実施例2)
心材として直径が4.0mmのCu−0.19Sn−0.2In合金線(単位:重量%)を用い、この心材を肉厚0.3mmのTiパイプ内に挿入して伸線加工を施し、線径を4.0mmに調整する。その線材を肉厚0.4mmのCu−35Zn合金パイプ(単位:重量%)内に挿入した後、伸線加工と熱処理を繰り返し行うことで、線径が0.25mmの電極線を作製した。
【0045】
(実施例3)
実施例1で作製した線径が0.25mmの電極線に、厚さ0.005mmの電気Znめっきを施した後、伸線加工を施して、線径が0.25mmの電極線を作製した。
【0046】
(比較例1)
心材として直径が4.0mmのCu−0.19Sn−0.2In合金線(単位:重量%)を用い、この心材を肉厚0.3mmのTiパイプ内に挿入して伸線加工を施し、線径を4.0mmに調整する。その線材を肉厚0.4mmのCu−30Zn合金パイプ(単位:重量%)内に挿入した後、伸線加工と熱処理を繰り返し行うことで、線径が0.25mmの電極線を作製した。
【0047】
(比較例2)
心材として直径が4.0mmのCu−0.19Sn−0.2In合金線(単位:重量%)を用い、この心材を肉厚0.3mmのTiパイプ内に挿入して伸線加工を施し、線径を4.0mmに調整する。その線材の外周に肉厚0.4mmのCu−48Zn合金層を熱間押出し被覆した後、伸線加工と熱処理を繰り返し行うことで、線径が0.25mmの電極線を作製した。
【0048】
(従来例1)
Cu−35Zn(単位:重量%)の合金単体で、直径が0.25mmの電極線を作製した。
【0049】
実施例1〜3、比較例1,2、及び従来例1の各電極線における心材組成、被覆層の構造、放電加工速度、及び耐食性を表1に示す。
【0050】
放電加工速度の測定は、実施例1〜3、比較例1,2、及び従来例1の各電極線を用いて、鋼材(SKD−11〔JIS規格〕)からなり、厚さ50mmの被加工物に対して放電加工を行うことで測定した。ここで、放電加工速度は、従来例1の電極線の放電加工速度を1.0としたときの相対値である。
【0051】
耐食性の評価は、加工後の各被加工物を王水中へ10分浸漬し、被加工物の腐食具合いを外観観察することで行った。ここで、耐食性の評価は、全く腐食が認められないものを○、腐食が著しいものを×とした。
【0052】
【表1】
【0053】
表1に示すように、実施例1〜3の各電極線は、従来例1と比較して放電加工速度が10〜25%も向上していた。また、実施例1〜3の各電極線を用いて放電加工を行った被加工物と従来例1の電極線を用いて放電加工を行った被加工物とを比較すると、従来例1の電極線を用いて放電加工を行った被加工物は腐食が著しかった。これに対して、実施例1〜3の各電極線を用いて放電加工を行った被加工物は全く腐食が認められず、優れた耐食性を示した。このことから、実施例1〜3の各電極線を用いて被加工物の放電加工を行うことで、被加工物の表面に耐食性に優れた被膜を形成できることがわかる。
【0054】
比較例1の電極線は、耐食性は優れていたものの、被覆層におけるCu−Zn合金層のZn濃度が低すぎるため、放電加工速度の向上が殆ど認められなかった。また、比較例2の電極線は、Cu−Zn合金層のZn濃度が高すぎるため、伸線加工中に断線が生じ、電極線を作製することができなかった。
【0055】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、放電特性が良好で、かつ、被加工物の表面改質が可能なワイヤ放電加工用電極線が得られるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図2】本発明の別の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図3】本発明の更に別の好適一実施形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図4】図1の変形例を示す横断面図である。
【図5】図2の変形例を示す横断面図である。
【図6】図3の変形例を示す横断面図である。
【符号の説明】
10 ワイヤ放電加工用電極線
11 心材
12 Ti層(Ti又はTi合金層)
Claims (8)
- 心材の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記被覆層がTi又はTi合金層を有することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
- 心材の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にTi又はTi合金層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
- 心材の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にTi又はTi合金層を設け、そのTi又はTi合金層の外周にCu−Zn合金層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
- 心材の周りに少なくとも1層の被覆層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の外周にCu−Zn合金層を設け、そのCu−Zn合金層の外周にTi又はTi合金層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
- 上記被覆層が、その最外層に純Zn層を有する請求項1から4いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
- 上記Cu−Zn合金層のZn濃度が32〜46重量%である請求項3から5いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
- 上記心材は、
純Cu線、
Cu−0.02〜0.2重量%Zr合金線、
Cu−0.15〜0.25重量%Sn−0.15〜0.25重量%In合金線、
Cu−0.15〜0.70重量%Sn合金線、
Cu−0.15〜0.70重量%In合金線、
Cu−5〜30重量%Zn合金線、
Cu−5〜30重量%ZnにZr、Cr、Si、Mg、Al、Fe、P、Ni、Ag、Snの内の少なくとも1種を添加してなる合金線、
Cu−0.2〜20重量%Ag合金線、
Fe基合金線、
銅被覆鋼線、
銅合金被覆鋼線、
又は銅及び銅合金被覆複合線、
で構成される請求項1から6いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。 - 請求項1から7いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線を用いて被加工物の放電加工を行い、被加工物とワイヤ電極との間に放電を生じさせ、その放電エネルギーによって、電極線の被覆層を構成するTi又はTi合金の単体又はその化合物で構成される被膜を被加工物の加工表面に形成し、被加工物の表面改質を行うことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線を用いた表面改質方法。
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