JPH06190635A - ワイヤ放電加工用電極線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、放電による溶融作用により被加工
物を加工するワイヤ放電加工用電極線の製造方法の提供
を目的とする。 【構成】 本発明は、銅を有する芯線の外周に亜鉛層を
被覆し、更に熱処理を施して銅亜鉛合金層を形成するワ
イヤ放電加工用電極線の製造方法において、前記亜鉛層
の外周に外部銅層を被覆して被覆線材を形成した後に、
この被覆線材に熱処理を施して亜鉛層中の亜鉛を芯線の
銅部分と外部銅層とに拡散させて銅亜鉛合金層を形成す
るものである。 【効果】 本発明によれば、外部銅層が熱処理時におい
て線材最外周からの亜鉛の蒸発を防止する。従って熱処
理前に設けた亜鉛層中の亜鉛を所望量確実に拡散させて
所望厚さの銅亜鉛合金層を形成することができる。よっ
て線材最外周部分に亜鉛の存在しない部分が生じていな
い、ワイヤ放電加工用電極線を容易に製造することでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電による溶融作用に
より、被加工物（加工対象物）を加工するワイヤ放電加
工に用いられるワイヤ放電加工用電極線の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、一般的なワイヤ放電加工法の概
略を説明するものである。このワイヤ放電加工法は、被
加工物１に予めあけておいたスタート孔２に電極線３を
挿通し、この電極縁３を挿通方向（図３では矢印ａの方
向）に走行させながら、電極線３とスタート孔２の内壁
面との間で放電を生じさせ、かつ、被加工物１を挿通す
る方向と直交する方向に電極線３を移動させることによ
り、その移動軌跡に沿って被加工物１を溶融させて所定
の形状に加工する方法である。図３において、電極線３
は、例えば、供給リール４から連続的に送り出され、被
加工物１の両側のコロ５、５を通って巻取リール６に巻
き取られるとともに、この巻取リール６とコロ５との間
に配置されるテンションローラ７によって電極線３の張
力が調節されるようになっている。また、放電加工部分
には、図面では省略したが、加工液が供給されて電極線
３の冷却と加工屑の除去がなされるようになっている。

【０００３】従来、上述のワイヤ放電加工に使用される
電極線３としては、直径０.０５〜０.３ｍｍ程度の鋼
線、黄銅線（Ｃｕ６５％、Ｚｎ３５％の合金線）、亜鉛
メッキ黄銅線、あるいは、特殊用途として使用されるタ
ングステン線、モリブデン線などが用いられている。

【０００４】ところが、これらの電極線３は、放電加工
中、約３００℃の高温に熱せられ、電極線３の素材自体
に大きな熱的負担が加わる一方、安定放電を維持して加
工精度と加工速度を上げるために行なわれるテンション
ローラ７の張力調節時の張力も加わることから、高温強
度（高温時における引張強度）が高いことが要求され
る。しかしながら、銅線は、電極線としての細線への伸
線加工性は良好であるものの、引張強度が小さく、使用
中に断線して放電加工作業の作業性を著しく低下させる
おそれがある。また、黄銅線は、室温での引張強度が銅
線の２倍程度の強さであるが、３００℃前後の高温強度
は、銅よりもわずかに高い程度であり、加工速度を向上
しようとすると、やはり断線する傾向がある。また、亜
鉛メッキ銅線は、表面亜鉛層の存在によって放電安定性
は増加されるものの、亜鉛メッキ皮膜が存在する分だけ
高温強度が低下するので、加工速度を上げようとする
と、やはり断線する傾向がある。更に、タングステン
線、モリブデン線は高温強度は高いものの、伸線加工性
が悪く、かつ、消耗品として使用される電極線としては
高価であるなどの問題がある。

【０００５】そこで本発明の出願人にあっては、このよ
うな背景に鑑み、先に、特公平２ー４９８４８号明細
書、特公平２ー４９８４９号明細書などにおいて特殊な
構造のワイヤ放電加工用電極線を特許出願している。こ
れらのワイヤ放電加工用電極線は、鋼線に１０〜７０％
の被覆率で銅を被覆してなる銅被覆鋼線を芯材とし、こ
の銅被覆鋼線に０.１〜１５μｍの厚さの銅ー亜鉛合金
層を設け、この銅亜鉛合金層の平均亜鉛濃度を１０重量
％以上で５０重量％未満とする構造、あるいは、前記銅
亜鉛合金層に銅地から表層に向かって亜鉛濃度が高くな
るように濃度勾配をつけた技術に関するものである。

【０００６】前記構造のワイヤ放電加工線を製造するに
は、図４（ａ）に示す断面構造の鋼線１１に銅層１２を
被覆した銅被覆鋼線１３を用い、これに電気亜鉛メッキ
を施して亜鉛層１４を形成し、メッキ複合線１５を得
る。次にこのメッキ複合線１５に、不活性ガス雰囲気中
において高温で数時間程度、例えば３００℃で１時間程
度加熱する熱処理を施してから伸線加工を施すことで図
４（ｂ）に示す構造のワイヤ放電加工用電極線１６を得
ることができる。この電極線１６は、中心部の鋼線１と
その外周に被覆された銅層１２とその外周に被覆された
銅亜鉛合金層１７とから構成され、先の特許出願の明細
書にも記載したように、加工速度を早くすることがで
き、加工精度に優れ、断線頻度も少なく、経済性にも優
れたものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者は、前
述の製造方法に従って電極線１６を種々製造し、放電加
工に実際に供してみたが、この製造段階と加工段階にお
いて、以下に説明する問題点を生じた。第１に、図４
（ａ）に示すように表面に亜鉛層１４を有するメッキ複
合線１５に高温で熱処理を施すと、表面の亜鉛が加熱に
より一部蒸発し、亜鉛の一部が消失して合金成分濃度が
所望の濃度から低下する傾向があり、電極線１６が本来
有するはずの加工性が阻害されるおそれがあった。

【０００８】次に、メッキ複合線１５を前述の如く熱処
理した場合、表面から亜鉛が蒸発した部分に凹凸を生
じ、電極線１６の表面性を低下させる場合があり、電極
線１６が本来所有するはずの加工性が阻害されたり、放
電加工時にカスを発生する現象が見られた。なお、前記
表面部分での亜鉛の蒸発現象は、亜鉛の沸点が９０７℃
と低いことに起因するものと思われる。そして、このよ
うな問題は、特に、高い生産性を得ようとする目的か
ら、メッキ複合線１５に高温の熱処理を施した場合に生
じやすいものである。

【０００９】そこで本発明者は、前記メッキ複合線１５
に８５０℃で５分間熱処理を施し、得られた電極線１６
の断面の濃度分析をＸ線マイクロアナライザの線分析法
により行なった。濃度分析の結果を図５に示す。図５に
示す結果から明らかなように、電極線１６の表面に近い
部分において、図５の矢印ｅに示すように数μｍにわた
り亜鉛濃度の著しく低い部分が見られ、実質的に亜鉛の
存在していない部分を生じていることが判明した。従っ
て、この亜鉛の存在していない部分が電極線１６の加工
特性に悪影響を及ぼしているものと思われる。

【００１０】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、表面近傍部分に亜鉛の存在しない部分を無くする
ことができ、表面近傍部分に規定量の亜鉛が存在するよ
うに構成できるとともに、規定厚さの銅亜鉛合金層を従
来よりも低温かつ短時間の熱処理で生成させることがで
きるワイヤ放電加工用電極線の製造方法の提供を目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、銅を有する芯線の外周に亜鉛
層を被覆し、更に熱処理を施して銅亜鉛合金層を形成す
るワイヤ放電加工用電極線の製造方法において、前記亜
鉛層の外周に外部銅層を被覆して被覆線材を形成した後
に、この被覆線材に熱処理を施して亜鉛層中の亜鉛を芯
線の銅部分と外部銅層とに拡散させて銅亜鉛合金層を形
成するものである。

【００１２】

【作用】亜鉛層の外周に設けた外部銅層が熱処理時にお
いて線材最外周からの亜鉛の蒸発を防止する。従って線
材の外周部に亜鉛が所望量確実に拡散する。よって亜鉛
の存在しない部分が生じない。また、亜鉛層中の亜鉛
が、亜鉛層の内側の芯線の銅部分と、亜鉛層の外側の外
部銅層の両方に拡散して銅亜鉛合金層が生成されるの
で、亜鉛の拡散距離が従来よりも短くなり、拡散距離が
短い分だけ熱処理時間が短縮される。よって必要厚さの
銅亜鉛合金層を拡散により形成してワイヤ電極線を製造
する場合、前記２つの効果の相乗効果により、所望の濃
度の所望の厚さの銅亜鉛合金層を従来よりも短時間ある
いは低温の熱処理で製造でき、生産性が向上する。

【００１３】以下、図面を参照して本発明の製造方法の
一例について説明する。本発明方法によりワイヤ電極線
を製造するには、例えば、図１（ａ）に示すような芯線
（銅被覆鋼線）２０を製造する。前記芯線２０におい
て、銅被覆鋼線を用いる場合には、鋼線などの芯材１８
にクラッド圧着法などを施して銅層１９を被覆する方
法、芯材１８に銅管を被せて伸線加工することで銅層１
９を形成する方法、あるいは、芯材１８にメッキなどの
手段により銅層１９を被覆する方法などの通常知られて
いる方法によれば良い。この場合の銅被覆率は、１０〜
７０％の範囲とすることが好ましい。ここで銅被覆率と
は、鋼線などの芯材１８と銅層１９を合わせた全体の断
面積に対する銅層１９部分の断面積の割合を意味してい
る。なお、芯線２０として前記銅被覆鋼線の代わりに、
銅線、銅合金線などを用いることもできる。

【００１４】前記芯線２０を得たならば、これを塩化亜
鉛浴中に浸積し、電気亜鉛メッキ処理を施すことにより
芯線の外周面に所定厚さの亜鉛層２１を形成する。ここ
で形成する亜鉛層の厚さは、後述するワイヤ電極線が完
成した状態で銅亜鉛合金層の厚さが０.１〜１５μｍの
範囲になるように必要十分な厚さの層を形成するものと
する。次に亜鉛層２１の外周面に所定厚さの外部銅層２
２を形成して図１（ａ）に示す被覆線材２３を得る。こ
こで外部銅層２２の厚さは、０.５〜２０μｍ程度が好
ましい。この銅層の厚さを０.５μｍ以下とすると、後
述する熱処理の際に外部銅層２２に拡散した亜鉛が線材
の外周面から蒸発するおそれがあるので好ましくなく、
また、外部銅層２２の厚さを２０μｍを越える厚さにす
ると、最外周部分に外部銅層２２が残留してしまうので
好ましくない。外部銅層２２の形成方法は、シアン化銅
などのメッキ液を用いて行なう電気メッキ、置換メッ
キ、あるいは、化学メッキなどの常法を採用することが
できる。

【００１５】次いで、被覆線材２３に、加熱炉などを用
いて不活性ガス雰囲気中（例えば、窒素ガス雰囲気中）
において３００〜５００℃で１〜６時間加熱する熱処理
を施し、亜鉛層２１中の亜鉛を銅層１９と外部銅層２２
の両方に拡散させ、しかる後に全体を伸線加工して例え
ば直径０.２ｍｍ程度になるように仕上げることによ
り、図１（ｂ）に示す断面構造のワイヤ放電加工用電極
線２５を得ることができる。この電極線２５は、中心部
の芯材となる鋼線２６と、その外周に形成された銅層２
７と、その外周に形成された銅亜鉛合金層２８とから構
成されている。

【００１６】前記熱処理時において、亜鉛層２１は銅層
１９と外部銅層２２に挟まれているので、亜鉛は両方の
層に拡散する。この亜鉛の拡散により銅亜鉛合金層２７
が容易に生成される。即ち、例えば従来のように亜鉛を
線材の内方側の一方向に拡散させて規定厚さの銅亜鉛合
金層を形成する場合よりも、亜鉛を線材の内方側と外方
側の２方向に拡散させる方が拡散距離が短くなり、その
分の熱処理時間を短縮でき、熱処理温度も低くできる。
従って、生産性を高めることができる。また、被覆線材
２３の最外層に、亜鉛よりも蒸発温度が高い外部銅層２
２を設けているので、熱処理により拡散する亜鉛は被覆
線材２３の外周面から蒸発することがない。よって亜鉛
層２１に含まれる亜鉛が全て拡散されて銅亜鉛層２８が
生成するので、亜鉛が存在しない部分を生じない。よっ
て、所望の加工性を備えたワイヤ放電加工用電極線２５
を得ることができる。

【００１７】

【実施例】銅被覆率３０％の外径０.４９ｍｍの銅被覆
鋼線を塩化亜鉛浴（１リットル中に塩化亜鉛４２ｇ、塩
化アンモニウム２１０ｇを含有する水溶液）中に浸積
し、電気亜鉛メッキ処理を施して銅被覆鋼線の外周に厚
さ１０μｍの亜鉛層を形成する。次いで亜鉛層を被覆し
た線材をシアン化銅２３ｇ／ｌ、シアン化ナトリウム３
４ｇ／ｌを含むストライクメッキ浴でメッキを１μｍ付
けた後、シアン化銅４１ｇ／ｌ、シアン化ナトリウム５
６ｇ／ｌ、水酸化ナトリウム１５ｇ／ｌと市販の添加剤
を加えた溶液中で処理を施して厚さ５μｍの外部銅層を
形成した。続いて銅層を形成した線材全体を無酸化炉中
に挿入し、窒素ガス雰囲気中において８５０℃に５分間
加熱する熱処理を施して銅亜鉛合金層を形成し、しかる
後に伸線加工を施して全体の直径が０.２ｍｍのワイヤ
放電加工用電極線を得た。

【００１８】得られた電極線について、その直径方向の
成分分析をＸマイクロ線アナライザの線分析法により行
なった結果、図２に示す結果が得られた。

【００１９】図２に示す結果から明らかなように、本発
明方法を実施してワイヤ放電加工用電極線を製造するこ
とで、銅亜鉛合金層を電極線の外周部に確実に形成する
ことができ、本発明方法によれば、最外層近傍部分に亜
鉛の存在しない部分を生じることなくワイヤ放電加工用
電極線を製造することができた。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明方法によれ
ば、熱処理による亜鉛の拡散により銅亜鉛合金層を形成
してワイヤ電極線を製造する方法において、亜鉛層の外
周に外部銅層を設けるので、この外部銅層が熱処理時に
おいて線材最外周からの亜鉛の蒸発を防止する。従って
熱処理前に設けた亜鉛層中の亜鉛を所望量確実に拡散さ
せて所望厚さの銅亜鉛合金層を形成することができる。
よって線材最外周部分に亜鉛の存在しない部分が生じて
いない、ワイヤ放電加工用電極線を容易に製造すること
できる。また、亜鉛層中の亜鉛を亜鉛層の内側の芯線の
銅部分と、亜鉛層の外側の外部銅層の両方に拡散して銅
亜鉛合金層を生成させるので、亜鉛の拡散距離が従来よ
りも短くなり、拡散距離が短い分だけ熱処理時間を短縮
することができる。よって必要厚さの銅亜鉛合金層を亜
鉛の拡散により形成してワイヤ電極線を製造する場合、
前記２つの効果の相乗効果により、所望の濃度の所望の
厚さの銅亜鉛合金層を従来よりも短時間の熱処理で製造
することができ、生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明方法の一例を説明するためのもの
で、図１（ａ）は被覆線材の断面図、図１（ｂ）はワイ
ヤ放電加工用電極線の断面図である。

【図２】図２は図１（ｂ）に示すワイヤ放電加工用電極
線の断面構造と成分濃度との関係を示す図である。

【図３】図３は一般的なワイヤ放電加工法の概要を示す
ための斜視図である。

【図４】図４は従来方法の一例を説明するためのもの
で、図４（ａ）は被覆線材の断面図、図４（ｂ）は従来
のワイヤ放電加工用電極線の断面図である。

【図５】図５は図４（ｂ）に示す従来のワイヤ放電加工
用電極線の断面構造と成分濃度との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 被加工物、 ３ 電極線、 １８ 芯線、 １９ 銅層、 ２１ 亜鉛層、 ２２ 外部銅層、 ２３ 被覆線材、 ２５ ワイヤ放電加工用電極線、 ２８ 銅亜鉛合金層、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅を有する芯線の外周に亜鉛層を被覆
   し、更に熱処理を施して銅亜鉛合金層を形成するワイヤ
   放電加工用電極線の製造方法において、 前記亜鉛層の外周に外部銅層を被覆して被覆線材を形成
   した後に、この被覆線材に熱処理を施して亜鉛層中の亜
   鉛を芯線の銅部分と外部銅層とに拡散させて銅亜鉛合金
   層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線
   の製造方法。