JP5231486B2 - 放電加工用電極線 - Google Patents

Description

本発明は、放電加工用電極線に関する。

半導体リードフレームの金型などに使用されている精密なワイヤ放電加工は、電極線の細径化が進んでいる。特に、線径０．１ｍｍ以下の細径放電加工用電極線は、高強度が必須であるため、芯線に高強度高炭素鋼線、その外周に放電加工性を良好にするＣｕとＺｎの合金被覆層、または、１層目にＣｕ、２層目にＺｎの２層構造のものなどが、製品化され、流通している。

しかし、これらの電極線は放電加工時に高温に曝されるため、耐熱性の低い素材では、放電加工時に高い張力で加工ができなかった。そのため急激な高温化による爆発により電極線の振動が大きくなり、切断精度が悪くなるという問題点があった。

放電加工用電極線に関しては、従来から種々の提案がなされており、例えば、特開平０３−１１１１２６号公報（下記特許文献１）には、硬鋼線、ステンレス鋼線、黄銅線等の金属線の表面に銅の被覆層を形成し、さらにその上に亜鉛の被覆層を形成することにより、全被覆層の厚さが０．２〜２０μｍを有する２層構造の被覆層を形成し、上記被覆層のいずれか一方又は両層にわたって平均粒径が１０μｍ以下の黒鉛粒子を分散してなることにより、放電加工による熱で銅が溶けて、被加工物に融着することがなく、安定した放電が得られ、加工速度を向上させることができる放電加工用電極線が記載されている。

しかし、特許文献１の方法は、被覆中に黒鉛粒子を分散させる必要があり、製造工程が複雑で製造コストが高いという問題点があった。

また、特開平０９−１０３９２２号公報（下記特許文献２）には、引張強さが２００〜３００Ｋｇｆ／ｍｍ² 、線径が０．０５〜０．２０ｍｍのステンレス鋼から成り、かつ導電率が１〜３％であることにより、被加工物の加工精度や表面粗さを飛躍的に向上でき、放電加工後の表面研磨工程を必要とせず、かつ、電極線の製造コストや放電加工機の維持管理コストを低減できるワイヤ放電加工用電極線が記載されている。

しかし、特許文献２は、被覆を行わないステンレス鋼線を用いるため、放電加工性能が十分でないという問題点があった。

特開平０３−１１１１２６号公報 特開平０９−１０３９２２号公報

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、放電エネルギーを増大させても引張強度の低下が抑制でき、被加工物の切断精度を向上させることができるうえ、加工速度を向上させることができる放電加工用電極線を提供することを課題とする。

本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）ステンレス鋼線を芯線とし、該芯線の外周にニッケル（Ｎｉ）を被覆し、次いで銅（Ｃｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）を順次被覆した電極線であって、引張強さが１９００Ｎ/ｍｍ²以上であることを特徴とする放電加工用電極線。
（２）前記ニッケル（Ｎｉ）の厚さが０．０１〜２．０μｍであることを特徴とする（１）に記載の放電加工用電極線。
（３）前記電極線の常温における引張強さが１９００〜３２００Ｎ/ｍｍ²であって、該電極線の４００℃における引張強さが、常温における引張強さの７０％以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の放電加工用電極線。
（４）前記電極線の伸線加工後の断面外径がφ０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか一項に記載の放電加工用電極線。
（５）前記銅（Ｃｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）を合金化する熱処理を施したことを特徴とする（１）〜（４）のいずれか一項に記載の放電加工用電極線。
（６）熱間引張加工により真直加工を施したことを特徴とする（１）〜（５）のいずれか一項に記載の放電加工用電極線。

本発明によれば、放電エネルギーを増大させても引張強度の低下が抑制でき、被加工物の切断精度を向上させることができるうえ、加工速度を向上させることができる放電加工用電極線を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

以下に本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の放電加工用電極線を例示する断面図である。図１（a）に示すように、本発明の放電加工用電極線は、ステンレス鋼線を芯線1とし、該芯線1の外周にニッケル（Ｎｉ）２を被覆し、次いで銅（Ｃｕ）３及び亜鉛（Ｚｎ）４を順次被覆した電極線であって、引張強さが１９００Ｎ/ｍｍ²以上であることを特徴とする。

放電加工は、電極線に高い張力を張ることにより、安定した加工速度と、良好な切断精度が得られる。しかし、加工速度を高めるため、放電エネルギーを大きくすると、すなわち、電圧及び電流が大きいほど、電極線が加熱される。このため高強度の電極線を使用しても、耐熱性が悪いと、高い張力で加工することが出来ないため、安定した加工速度と、良好な切断精度を得ることができなくなる。

本発明においては、芯線を耐熱性の優れたステンレス鋼線とすることにより、放電エネルギーを大きくしても高い張力が得られ、そして、加工速度の向上を図ることができる。本発明においては、ステンレス鋼の種類は問わないが、汎用性の観点からＳＵＳ３０４や、高強度化が図れる高窒素ステンレス鋼などのステンレス鋼が好ましい。

また、従来の電極線では、放電加工による電極線温度が上昇するため、電極線の送り速度低下させることができなかった。

本発明の放電加工用電極線は、電極線温度が上昇しても耐熱性に優れるので、電極線の送り速度を下げて、電極線の消耗の低減を図ることができる。

また、従来の精密加工のための細径放電加工電極線の考え方は、芯線に高強度のものを適用し高強度を維持し、その外層に放電加工性を向上させるためのＣｕとＺｎの合金被覆層、または、１層目にＣｕ、２層目にＺｎの２層構造のものなど被覆層を設けていた。すなわち、芯線で高強度化を図り、外層被覆で放電加工性の向上を図ることの２つの機能を組み合わせて造られたものである。

この２つの機能だけでは、高強度化を図っても、放電加工時の高温になると高い張力で加工することができないため、安定した加工速度と、良好な切断精度を得ることができなかった。

前記課題を解決するため、本発明では、芯線は高強度化を図るだけでなく、高強度化と高耐熱性の２つの機能をもたせ、次いで芯材よりも熱拡散性が高く、且つ線膨張率の低い素材であるニッケル（Ｎｉ）を被覆し、放電により発生する熱を拡散し、膨張を低減することで歪みの抑制を図る。最外層に、放電加工性の向上を図るための素材である銅（Ｃu）及び亜鉛（Ｚｎ）の被覆をすることとした。即ち、本発明の放電加工用電極線は、強度維持機能、耐熱機能、歪み抑制機能、および放電加工の向上機能を合わせ持つ放電加工用電極線である。

これにより前記課題となる被加工物の切断精度の向上や、放電エネルギーを大きくしても張力の低下が抑制される。すなわち放電加工性の向上。更に、電極線の送り速度を遅くしても、従来と同等量の切断が可能な、すなわち、経済性にも良い、放電加工電極線を提供することができる。

また、放電により発生した熱の芯線への熱伝導を抑制するためには、前記ニッケル（Ｎｉ）の厚さは、０．０１〜２．０μｍとすることが好ましい。前記電極線の常温における引張強さは、１９００〜３２００Ｎ/ｍｍ²であって、該電極線の４００℃における引張強さが、常温における引張強さの７０％以上であることが好ましい。

また、前記電極線の伸線加工後の断面外径は適用する放電加工装置の型式に合せてφ０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍであることが好ましい。
また、前記銅（Ｃｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）の被覆は、それぞれ独立の層でもよいが、図1（ｂ）に示すように熱処理を施して合金化することにより密着性を高めることができる。

なお、前記電極線に熱間引張加工により真直加工を施すことにより、放電加工時の振動をさらに低減することができるだけでなく、自動結線を良好に行うことができる。

本発明を下記条件で実施した結果を表１に示す。本実施例の基本的な製造プロセスは、芯材のステンレス鋼線或いは、高炭素鋼線を用い、必要機能を備えるための被覆を施したものに、強加工を行い製品線径まで仕上げ、更に真直熱処理を施したものである。下表の実施例は、線径０．０５ｍｍに仕上げたもので評価を行った。

発明例１〜８は、芯線にＳＵＳ３０４ステンレス鋼線（ステンレスＡ）もしくは窒素を添加したステンレス鋼（ステンレスＢ）を使用し、Ｎｉを被覆し、次いでＣｕ、更に次いでＺｎを被覆し、拡散ありの場合は合金化熱処理したもので、それぞれ加工度を変えて強加工を実施し、引張強さの異なるもを作製した。尚、評価時のＮｉの厚みは０．０１〜０．２μmとし、Ｃｕ及びＺｎを合金化したものの厚みは5μmになるようにした。発明例１〜１０は、４００℃における引張強度が常温における引張強度を１００とした場合に比べて７０％以上であり、かつ、加工速度は従来材である比較例４に比べて１０％以上向上することが確認された。

比較例１〜４、および発明例１〜４は、拡散処理を行ったもので、比較例５〜８、および発明例５〜８は、拡散処理を行わなかったものである。比較例１は、Ni被覆を行わなかったため、加工速度が低かった。発明例１は、Ni被覆を行ったので、加工速度が高かった。発明例２は、Ni被覆の厚さが0.15μｍであり、ステンレスＡを用いて拡散処理を行ったものの中では、加工速度が最も高かった。

発明例３は、Ni被覆の厚みが２μｍであり芯線の断面積が小さいため、引張強さが低くなったが、加工速度は比較例８に比べて高かった。比較例２は、Ni被覆の厚みが３μｍであり、芯線の断面積が小さくなり過ぎて引張強さが低く発明範囲外であり、そのため加工速度が比較例８より小さくなった。比較例３は、芯線の引張強さを低くして、加工速度が高かった発明例２と同じく、Ni被覆の厚さを0.15μｍとしたが、加工速度が比較例８よりも低かった。発明例４は、ステンレスＡよりも引張強さの高いステンレスＢを用いたため、加工速度がステンレスＡよりも更に高かった。

比較例４は、芯線が炭素鋼なので４００℃における引張強さが低かった。比較例５は、Ni被覆を行わなかったため、加工速度が低かった。発明例５は、Ni被覆を行うことにより、加工速度が高かった。発明例６は、Ni被覆の厚さが0.15μｍであり、ステンレスＡを用いて拡散処理を行わなかったものの中では、加工速度が最も高かった。発明例７は、Ni被覆の厚みが２μｍであり芯線の断面積が小さいため、引張強さが低くなったが、加工速度は比較例８に比べて高かった。

比較例６は、Ni被覆の厚みが３μｍであり、芯線の断面積が小さくなり過ぎて引張強さが低く発明範囲外であり、そのため加工速度が比較例８より小さくなった。比較例７は、芯線の引張強さを低くして、加工速度が高かった発明例６と同じく、Ni被覆の厚さを0.15μｍとしたが、加工速度が比較例８よりも低かった。発明例８は、ステンレスＡよりも引張強さの高いステンレスＢを用いたため、加工速度がステンレスＡよりも更に高かった。比較例８は、炭素鋼なので４００℃における引張強さが低かった。以上の実施例により、本発明の効果が確認された。

本発明の放電加工用電極線を例示する断面図である。

１ 芯線
２ Ｎｉ被覆
３ Ｃｕ被覆
４ ＺＮ被覆
５ Ｃｕ及びＺｎ合金化被覆

Claims (6)

1. ステンレス鋼線を芯線とし、該芯線の外周にニッケル（Ｎｉ）を被覆し、次いで銅（Ｃｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）を順次被覆した電極線であって、引張強さが１９００Ｎ/ｍｍ²以上であることを特徴とする放電加工用電極線。
2. 前記ニッケル（Ｎｉ）の厚さが０．０１〜２．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電極線。
3. 前記電極線の常温における引張強さが１９００〜３２００Ｎ/ｍｍ²であって、該電極線の４００℃における引張強さが、常温における引張強さの７０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電加工用電極線。
4. 前記電極線の伸線加工後の断面外径がφ０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放電加工用電極線。
5. 前記銅（Ｃｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）を合金化する熱処理を施したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の放電加工用電極線。
6. 熱間引張加工により真直加工を施したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の放電加工用電極線。
   

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