JP2009291856A - 放電加工用電極線 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な放電加工が可能な低コストの放電加工用電極線を提供すること。
【解決手段】対峙する第一平坦面３および第二平坦面４と、第一平坦面３および第二平坦面４の一方を接続して外方に突出している第一凸状曲面５と、第一平坦面３および第二平坦面４の他方を接続して外方に突出している第二凸状曲面６とで囲まれてなる断面を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤ放電加工の工具電極として用いられる電極線に関し、特に低コストでありながら、性能に優れた放電加工用電極線に関する。

ワイヤ放電加工は、細いワイヤを電極線として、加工液（純度の高い水や軽油）を放電部位に供給し、電極線と被加工物に電圧を負荷し、電極線に張力を付加した状態で連続走行させながら、加工液中において被加工物と電極線との間でパルス状の放電を繰り返し発生させ、この放電エネルギーにより被加工物を加工するものである。

上記放電は、溶融、爆発、飛散、冷却およびスラッジ除去の工程で構成されており、電極線と被加工物とが連続して接近することにより、放電加工が繰り返し実行され、被加工物を所定の形状に加工するものである。

近年、精密機器はコンパクト化の傾向にあり、被加工物の寸法および形状の更なる微小化と精密化の必要性が高まっている。これに伴って、放電加工精度（表面粗度および寸法精度）をより一層向上することが要求されている。

寸法と形状が微小な被加工物の加工やスリット加工等を行うには、電極線の線径をできるだけ小さくする必要がある。また、放電加工精度には放電加工時の爆発によって発生する振動が大きく影響するから、電極線には高い張力を付加する必要がある。よって、微小な被加工物を高い加工精度で放電加工する場合、より細くて（例えば、直径５０μｍ程度）、高い引張り強さを有する電極線が要求される。

このような要求に対処する放電加工用電極線として、例えば、特許文献１に記載されている、タングステンを素材とした放電加工用電極線が知られている。この特許文献１に記載された放電加工用電極線は、引張り強さが高いので、高張力下で放電加工を行うことができるものの、放電加工時におけるワイヤ表面での爆発の大きさを制御することが困難であるため、爆発の大きさが極めて不均一となるという特性を有するので、比較的大きな爆発と微小な爆発とが混在してしまい、高い加工精度を得ることができない。また、タングステンを素材としているので、素材コストおよび製造コストが高いため、製品が高価になるという問題がある。

また、特許文献２には、ピアノ線を芯材とし、この芯材の表面に銅の下層と亜鉛の上層とを順次被覆し、最終断面直径を０．１０mm以下にした黄銅被覆放電加工用電極線が記載されている。この黄銅被覆放電加工用電極線の製造コストは特許文献１記載のタングステン製放電加工用電極線の約１／５ないし１／８であって極めて安価であり、且つ、放電加工時におけるワイヤ表面での爆発の大きさを制御することがタングステン製放電加工用電極線より容易であるため、比較的大きな爆発と微小な爆発とが混在しないようにすることは可能であるが、引張り強さが低いため、放電加工を低い張力のもとで行わざるを得ず、その結果、加工速度が低く、且つ加工面粗さのばらつきが大きいという欠点がある。従って、この黄銅被覆放電加工用電極線は微細加工に使用することはできない。

さらに、特許文献３には、図４に示すような矩形断面を有する放電加工機用ワイヤー１１が記載されている。同文献には、図４に示すワイヤー１１は、カッテイング深さを比較的大きくしたり、ワークとの近接面積を広くとれるので一度に広い幅を同時に放電加工することができると記載されている。しかし、図４に示すような矩形断面のワイヤーの場合、図５に示すように、ワイヤー１２の鋭利な角部に放電１３が集中するため、均一な分散放電ができず、被加工物１４を微細に加工することは困難である。

また、図６に示すように、楕円形断面のワイヤー１５においては、長径側の頂点のみならず、短径側の頂点でも放電１６が生じるので、加工代（放電で除去される部分）が大きくなり、この場合も被加工物１７を微細に加工することは困難である。
特許第２６６９４３６号明細書 特開２０００−１０７９４３号公報 実用新案登録第３００２７８３号公報

本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、微細な放電加工が可能な低コストの放電加工用電極線を提供することにある。

微細な放電加工を実行するためには、その放電加工用電極線は以下に説明するような条件を満たす必要がある。

放電加工時の爆発によって発生する振動の影響を極力受けないようにするため緊張させた状態で電極線を走行させるので、高い引張り強さを備えていることが必要である。当然のことながら、微細加工をするためには、電極線の直径はできるだけ小さいことが好ましい。これらの高い引張り強さと細径化の条件については、図４に示す矩形断面のワイヤー１１は、断面積が一般的な球形断面線より大きいので引張り強さが高く、短径側の幅Ｗを小さくすることにより細径化を達成することができる。ところが、上記したように、矩形断面のワイヤーでは鋭利な角部に放電が集中するという欠点があるので、均一な分散放電ができない。

そこで、本発明者は、高い引張り強さと細径化と均一な分散放電という３つの条件を満たした放電加工用電極線として、次のような特徴を備えたものを想到したのある。

すなわち、本発明の放電加工用電極線は、対峙する第一平坦面（後記する図１の番号３）および第二平坦面（後記する図１の番号４）と、第一平坦面および第二平坦面の一方を接続して外方に突出している第一凸状曲面（後記する図１の番号５）と、第一平坦面および第二平坦面の他方を接続して外方に突出している第二凸状曲面（後記する図１の番号６）とで囲まれてなる断面を有することを特徴としている。

加工方向の先端面を第一凸状曲面とし、加工方向の後端面を第二凸状曲面とし、第一平坦面および第一凸状曲面の接続点と第二平坦面および第一凸状曲面の接続点とを結ぶ直線をＡとし、第一平坦面および第一凸状曲面の接続点と第一凸状曲面の最大凸状点とを結ぶ直線をＥとし、上記直線Ａと直線Ｅとがなす角度をαとし、第二平坦面および第一凸状曲面の接続点と第一凸状曲面の最大凸状点とを結ぶ直線をＦとし、上記直線Ａと直線Ｆとがなす角度をβとした場合、３°≦α、β≦５１°であることが好ましい。

第一平坦面と第二平坦面との間隔は、加工方向の先端面側から後端面側に向かって、等しいか又は狭くなっていることが好ましい。

本発明の放電加工用電極線は第一凸状曲面および第二凸状曲面を有するので、第一凸状曲面または第二凸状曲面を加工先端として放電加工を行えば、その凸状曲面により加工方向への放電が分散され、鋭利な角部を有しないので、加工箇所以外の部分に放電が生じることはない。その結果、加工方向へ放電が集中するので、加工代（放電によって除去される部分）が少なく、微細な加工が可能になる。

このような効果を最大限に発揮するためには、凸状曲面が所定の曲面形状を備えることが必要である。加工方向の先端面を第一凸状曲面とし、加工方向の後端面を第二凸状曲面とし、上記のように定義される直線Ａと直線Ｅとがなす角度をαとし、上記のように定義される直線Ａと直線Ｆとがなす角度をβとした場合、αおよびβは３°以上とすることにより曲面の効果を得ることができ、αおよびβは５１°以下にすることにより、第一凸状曲面の最大凸状部に放電が集中することはない。

以上のように、本発明の放電加工用電極線は、微細な加工が可能であり、断面積が一般的な球形断面線より大きいので引張り強さが高く、第一平坦面と第二平坦面との間隔は、加工方向の先端面側から後端面側に向かって、等しいか又は狭くすることにより細径化を達成することができる。

図１は、本発明の放電加工用電極線の断面の一実施例を模式的に示す図である。図１において、１はピアノ線からなる芯材で、２は黄銅メッキ層である。この異形線は、ピアノ線からなる芯材の表面に黄銅メッキ層を設けた球形断面の線材を上下一対または上下左右二対のローラで圧延することにより得た。この放電加工用電極線は、対峙する第一平坦面３および第二平坦面４と、第一平坦面３および第二平坦面４の一方を接続して外方に突出している第一凸状曲面５と、第一平坦面３および第二平坦面４の他方を接続して外方に突出している第二凸状曲面６とで囲まれてなる断面を有している。

図２に示すように、第一平坦面３および第一凸状曲面５の接続点と第二平坦面４および第一凸状曲面５の接続点とを結ぶ直線をＡとし、第一平坦面３および第一凸状曲面５の接続点と第一凸状曲面５の最大凸状点５ａとを結ぶ直線をＥとし、上記直線Ａと直線Ｅとがなす角度がαで、第二平坦面４および第一凸状曲面５の接続点と第一凸状曲面５の最大凸状点５ａとを結ぶ直線をＦとし、上記直線Ａと直線Ｆとがなす角度がβで、第一平坦面３および第二凸状曲面６の接続点と第二平坦面４および第二凸状曲面６の接続点とを結ぶ直線をＣとし、第一平坦面３および第二凸状曲面６の接続点と第二凸状曲面６の最大凸状点６ａとを結ぶ直線をＧとし、上記直線Ｃと直線Ｇとがなす角度がγで、第二平坦面４および第二凸状曲面６の接続点と第二凸状曲面６の最大凸状点６ａとを結ぶ直線をＨし、上記直線Ｃと直線Ｈとがなす角度がδである。

この圧延時に、圧下率を種々変更することにより、上記α、β、γおよびδの角度が異なる電極線を得た。なお、同じ電極線の場合、α、β、γおよびδの角度はすべて等しく、この角度が異なる点を除いて、凸状曲面部を有するすべての電極線の直線部ＡとＣの長さはともに０．０３０mmであり、第一平坦面３および第一凸状曲面５の接続点と第一平坦面３および第二凸状曲面６の接続点とを結ぶ直線Ｂと、第二平坦面４および第一凸状曲面５の接続点と第二平坦面４および第二凸状曲面６の接続点とを結ぶ直線Ｄの長さはともに０．１００mmである。

また、比較のために、ピアノ線からなる芯材の表面に黄銅メッキ層を設けた球形断面の電極線（直径０．０３０mm）も用意した。

そして、これらの電極線７を三菱電機社製の放電加工機（図示せず）にセットして、図３において、電極線７の加工方向の先端面を第一凸状曲面５とし、加工方向の後端面を第二凸状曲面６として、電極線７により厚みｔが１０mmであるＳＫＤ１１鋼製の鋼材８をＬ方向に切削した。この切削時の電極線７のワイヤ送り速度は１０mm／分で、Ｌ方向に５mm切削するまでに要した切削時間と、切削加工後の切削面９の最大高さ粗さを測定した。切削時間は切削速度に直接関わるものであり、切削速度で比較するために、球形断面の電極線の切削時間を凸状曲面部を有する電極線の切削時間で除することによって得た相対的切削速度の数値と、凸状曲面部を有する電極線による切削加工後の切削面９の最大高さ粗さを球形断面の電極線による切削加工後の切削面９の最大高さ粗さで除することによって得た相対的面精度の数値とを以下の表１に示す。

相対的切削速度の数値が大きい方が切削速度が速いということであり、相対的面精度の数値が小さいということは、切削面の平滑性が優れていることを示している。表１に明らかなように、αとして３°ないし５１°を採用することにより、切削速度は速くなり、切削面の平滑性が向上することが分かる。

図２において、直線Ａと、直線Ｂと、直線Ｃと、直線Ｄとで形成される面が矩形であって、直線Ａと直線Ｃは長さが等しく、直線Ｂと直線Ｄは長さが等しく、直線Ｂおよび直線Ｄは直線Ａおよび直線Ｃの２倍以上の長さであることが好ましい。より微細な加工が可能になるからである。

図１および図２に示す実施例においては、加工方向の先端面側である第一凸状曲面５のみならず、加工方向の後端面側である第二凸状曲面６も所定の曲面形状を備えるように、角度α、β、γおよびδを規定したが、加工方向の後端面側である第二凸状曲面６のγおよびδは必ずしも３°ないし５１°の間にある必要はなく、第二凸状曲面６は曲面であればよい。また、細径化を達成するために、第一平坦面３と第二平坦面４との間隔は、加工方向の先端面側（第一凸状曲面５）から後端面側（第二凸状曲面６）に向かって、図１に示すように等しいか、又は狭くなっていることが好ましい。

本発明の放電加工用電極線の断面の一実施例を模式的に示す図である。 本発明の放電加工用電極線の凸状曲面の曲がり程度を表すα、β、γおよびδの角度を説明する図である。 放電加工による切削加工方法を説明する図である。 従来の放電加工機用ワイヤーの断面を示す図である。 従来の放電加工用電極線による加工状況を説明する図である。 従来の放電加工用電極線による加工状況を説明する別の図である。

符号の説明

１ 芯材
２ 黄銅メッキ層
３ 第一平坦面
４ 第二平坦面
５ 第一凸状曲面
５ａ 最大凸状点
６ 第二凸状曲面
６ａ 最大凸状点
７ 電極線
８ 鋼材
９ 切削面

Claims (3)

1. 対峙する第一平坦面および第二平坦面と、第一平坦面および第二平坦面の一方を接続して外方に突出している第一凸状曲面と、第一平坦面および第二平坦面の他方を接続して外方に突出している第二凸状曲面とで囲まれてなる断面を有することを特徴とする放電加工用電極線。
2. 加工方向の先端面を第一凸状曲面とし、加工方向の後端面を第二凸状曲面とし、
   第一平坦面および第一凸状曲面の接続点と第二平坦面および第一凸状曲面の接続点とを結ぶ直線をＡとし、第一平坦面および第一凸状曲面の接続点と第一凸状曲面の最大凸状点とを結ぶ直線をＥとし、上記直線Ａと直線Ｅとがなす角度をαとし、
   第二平坦面および第一凸状曲面の接続点と第一凸状曲面の最大凸状点とを結ぶ直線をＦとし、上記直線Ａと直線Ｆとがなす角度をβとした場合、
   ３°≦α、β≦５１°であることを特徴とする請求項１記載の放電加工用電極線。
3. 第一平坦面と第二平坦面との間隔は、加工方向の先端面側から後端面側に向かって、等しいか又は狭くなっていることを特徴とする請求項２記載の放電加工用電極線。

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