JP6680055B2 - ワイヤ放電加工用電極線 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤ放電加工用電極線に関するものである。

ワイヤ放電加工においては、液体中に浸漬された被加工物と電極線との間に電圧が印加され、放電によって生じた熱により被加工物が溶融することにより、被加工物が加工される。ワイヤ放電加工に用いられる電極線（ワイヤ放電加工用電極線）としては、鋼からなる芯線の表面に銅−亜鉛合金（Ｃｕ−Ｚｎ合金）からなる被覆層が形成されたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１５−７１２２１号公報

鋼からなる芯線の表面にＣｕ−Ｚｎ合金からなる被覆層が形成された上記電極線では、芯線が引張強度を主に担い、被覆層が導電性および放電性を主に担う。そのため、被覆層が剥離した場合、導電性および放電性が不十分となるおそれがある。そこで、被覆層の剥離が抑制されたワイヤ放電加工用電極線を提供することを目的の１つとする。

本発明に従ったワイヤ放電加工用電極線は、鋼からなる芯線と、芯線の表面を被覆し、銅−亜鉛合金からなる被覆層と、を備える。芯線の表面には、鋼の結晶粒界に沿って延びる凹部が形成されている。そして、被覆層は、凹部に侵入している。

上記ワイヤ放電加工用電極線によれば、被覆層の剥離が抑制されたワイヤ放電加工用電極線を提供することができる。

電極線の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。 芯線の表面付近の状態を示す概略断面図である。 電極線の製造方法の概略を示すフローチャートである。 原料鋼線の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。 パテンティング工程終了時における原料鋼線の表面付近の状態を示す概略断面図である。 Ｃｕ層形成工程およびＺｎ層形成工程を説明するための概略断面図である。 合金化工程を説明するための概略断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願のワイヤ放電加工用電極線は、鋼からなる芯線と、芯線の表面を被覆し、銅−亜鉛合金からなる被覆層と、を備える。芯線の表面には、鋼の結晶粒界に沿って延びる凹部が形成されている。そして、被覆層は、凹部に侵入している。

本願のワイヤ放電加工用電極線においては、芯線の表面に、鋼の結晶粒界に沿って延びる凹部が形成されている。そして、被覆層が当該凹部に侵入している。そのため、アンカー効果によって被覆層が芯線から剥離することが抑制される。このように、本願のワイヤ放電加工用電極線によれば、被覆層の剥離が抑制されたワイヤ放電加工用電極線を提供することができる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、凹部の深さは、０．５μｍ以上２μｍ以下であってもよい。凹部の深さを０．５μｍ以上とすることにより、十分なアンカー効果が得られる。凹部の深さを２μｍ以下とすることにより、凹部の形成が芯線の強度に与える影響を抑制することができる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、被覆層は、４５質量％以上９５質量％以下の亜鉛を含んでいてもよい。このように高い亜鉛濃度を有する被覆層は脆い。このような場合でも、本願のワイヤ放電加工用電極線によれば、被覆層の剥離を抑制することができる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、被覆層はγ相を含んでいてもよい。γ相を含む被覆層は脆い。このような場合でも、本願のワイヤ放電加工用電極線によれば、被覆層の剥離を抑制することができる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、引張強さが２０００ＭＰａ以上３２００ＭＰａ以下であってもよい。このような範囲の引張強さを有することにより、ワイヤ放電加工において断線することが抑制される。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、被覆層の硬度は３００ＨＶ以上４００ＨＶ以下であってもよい。このようにすることにより、被覆層に十分な強度を付与することができる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、被覆層の厚みは１μｍ以上８μｍ以下であってもよい。被覆層の厚みは１μｍ未満の場合、ワイヤ放電加工用電極線の導電性および放電性が不十分となるおそれがある。一方、被覆層の厚みが８μｍを超えると、ワイヤ放電加工用電極線の太さが過大となり精密な加工が阻害される。また、ワイヤ放電加工用電極線の太さを大きくすることなく被覆層の厚みを大きくすると、芯線が細くなり、引張強さが不十分となるおそれがある。被覆層の厚みを１μｍ以上８μｍ以下とすることにより、このような問題を回避することができる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、芯線は０．６質量％以上１．１質量％以下の炭素を含んでいていてもよい。炭素の含有量を０．６質量％以上とすることにより、ワイヤ放電加工用電極線に十分な強度を付与することが容易となる。炭素の含有量を１．１質量％以下とすることにより、ワイヤ放電加工用電極線の製造段階における加工が容易となる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、線径は２０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。線径を２０μｍ以上とすることにより、十分な強度を確保することが容易となる。線径を２００μｍ以下とすることにより、精密な加工が容易となる。

上記ワイヤ放電加工用電極線の長手方向に垂直な断面において、被覆層の面積率は１５％以上４５％以下であってもよい。このようにすることにより、十分な引張強さを確保しつつ所望の導電性および放電性を得ることが容易となる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、導電度が１０％ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）以上２０％ＩＡＣＳ以下であってもよい。このようにすることにより、ワイヤ放電加工用電極線に適切な導電性を付与することができる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、芯線の表面を含む領域には、炭素の含有量が１質量％以下であって芯線の内部に比べて炭素含有量が低い層が形成されていてもよい。このようにすることにより、芯線の表面に鋼の結晶粒界に沿って延びる凹部を形成することが容易となる。

上記ワイヤ放電加工用電極線において、長手方向に垂直な断面における芯線の真円度は０．５μｍ以上６μｍ以下であってもよい。このようにすることにより、適切な深さの凹部を芯線の表面に形成することが容易となる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかるワイヤ放電加工用電極線の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態におけるワイヤ放電加工用電極線である電極線１は、鋼からなる芯線１０と、芯線１０の表面１１を被覆し、銅−亜鉛合金からなる被覆層２０とを備える。芯線１０を構成する鋼は、たとえば０．６質量％以上１．１質量％以下の炭素を含む。芯線１０を構成する鋼としては、たとえばＪＩＳ規格Ｇ３５０２に規定されるピアノ線材を採用することができる。被覆層２０を構成する銅−亜鉛合金は、たとえば４５質量％以上９５質量％以下の亜鉛を含む。被覆層２０を構成する銅−亜鉛合金は、γ相を含んでいてもよい。被覆層２０を構成する銅−亜鉛合金は、添加元素として銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、カドミウム（Ｃｄ）および水銀（Ｈｇ）からなる群から選択される１種以上の元素を含んでいてもよい。このような添加元素が含まれることにより、加工速度を上昇させることができる。被覆層２０の厚みは、たとえば１μｍ以上８μｍ以下である。

図２は、図１の芯線１０と被覆層２０との界面付近を拡大して示す図である。図２を参照して、芯線１０を構成する鋼は多結晶体であって、内部に結晶粒界１２が形成されている。芯線１０の表面１１には、鋼の結晶粒界１２に沿って延びる凹部１３が形成されている。凹部１３の深さは、たとえば０．５μｍ以上２μｍ以下である。そして、被覆層２０は、凹部１３に侵入している。

電極線１においては、芯線１０の表面１１に、鋼の結晶粒界１２に沿って延びる凹部１３が形成されている。そして、被覆層２０が凹部１３に侵入している。そのため、アンカー効果によって被覆層２０が芯線１０から剥離することが抑制されている。このように、電極線１は、被覆層２０の剥離が抑制されたワイヤ放電加工用電極線となっている。

電極線１の引張強さは、２０００ＭＰａ以上３２００ＭＰａ以下とすることが好ましい。これにより、ワイヤ放電加工において断線することが抑制される。電極線１の引張強さは、２３００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下とすることがより好ましい。

電極線１において、被覆層２０の硬度は３００ＨＶ以上４００ＨＶ以下とすることが好ましい。これにより、被覆層２０に十分な強度を付与することができる。

電極線１の線径は２０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。線径を２０μｍ以上とすることにより、十分な強度を確保することが容易となる。線径を２００μｍ以下とすることにより、精密な加工が容易となる。

電極線１の長手方向に垂直な断面において、被覆層２０の面積率は１５％以上４５％以下とすることが好ましい。これにより、十分な引張強さを確保しつつ所望の導電性および放電性を得ることが容易となる。

電極線１において、導電度は１０％ＩＡＣＳ以上２０％ＩＡＣＳ以下であることが好ましい。これにより、電極線１に適切な導電性を付与することができる。

電極線１において、芯線１０の表面１１を含む領域には、炭素の含有量が１質量％以下であって芯線１０の内部に比べて炭素含有量が低い層（図２参照；電極線１の長手方向に垂直な断面において、表面１１の外形形状に対する内接円１８よりも表面１１側の領域に対応する層）が形成されていてもよい。これにより、芯線１０の表面１１に鋼の結晶粒界に沿って延びる凹部１３を形成することが容易となる。

電極線１において、長手方向に垂直な断面における芯線１０の真円度は０．５μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。これにより、適切な深さの凹部１３を芯線１０の表面１１に形成することが容易となる。ここで、図２を参照して、真円度とは、電極線１の長手方向に垂直な断面における表面１１の外形形状に対する外接円１９と内接円１８との直径の差を意味する。

次に、本実施の形態の電極線１の製造方法の一例について説明する。図３を参照して、本実施の形態における電極線１の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として原料鋼線準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、たとえばＪＩＳ規格Ｇ３５０２に規定されるピアノ線材からなる鋼線が準備される。具体的には、図４を参照して、所望の電極線１の線径を考慮して適切な線径を有する原料鋼線５０が準備される。原料鋼線５０の長手方向に垂直な断面は円形である。原料鋼線５０は、たとえば圧延工程および伸線工程を含むプロセスにより準備される。

次に、工程（Ｓ２０）としてパテンティング工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された原料鋼線５０に対してパテンティングが実施される。具体的には、原料鋼線５０がオーステナイト化温度（Ａ_１点）以上の温度域に加熱された後、Ｍ_ｓ点よりも高い温度域まで急冷され、当該温度域で保持される熱処理が実施される。これにより、原料鋼線５０の鋼組織がラメラ間隔の小さい微細パーライト組織となる。

ここで、一般に、パテンティング処理において原料鋼線５０をＡ_１点以上の温度域に加熱する処理は、脱炭の発生を抑制する観点から酸素分圧を極力低減した不活性ガス雰囲気中において実施される。しかし、本実施の形態のパテンティング処理においては、意図的に酸素分圧を上昇させた雰囲気中において原料鋼線５０をＡ_１点以上の温度域に加熱する処理が実施される。図５は、パテンティング処理終了後における原料鋼線５０の表面５１付近を拡大して示す概略断面図である。図５を参照して、意図的に酸素分圧を上昇させた雰囲気中において原料鋼線５０をＡ_１点以上の温度域に加熱する処理が実施されることにより、原料鋼線５０の表面５１において脱炭が発生する。本実施の形態において、結晶粒全体が脱炭状態となるフェライト脱炭は生じておらず、結晶粒界５７に沿って脱炭が発生する部分脱炭が生じている。その結果、表面５１から結晶粒界５７に沿って延びる脱炭領域５８が形成される。

次に、工程（Ｓ３０）としてＣｕ層形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）が実施された原料鋼線５０の表面に銅層（Ｃｕ層）が形成される。具体的には、図４および図６を参照して、原料鋼線５０の表面５１を覆うように、銅層５２が形成される。銅層５２は、たとえばめっきにより形成することができる。

次に、工程（Ｓ４０）としてＺｎ層形成工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）が実施された原料鋼線５０の表面に亜鉛層（Ｚｎ層）が形成される。具体的には、図６を参照して、原料鋼線５０の表面５１上に形成された銅層５２の表面５３を覆うように、亜鉛層５４が形成される。亜鉛層５４は、たとえばめっきにより形成することができる。

工程（Ｓ３０）および（Ｓ４０）において形成される銅層５２および亜鉛層５４の厚みは、被覆層２０を構成する所望の銅−亜鉛合金の成分組成を考慮して決定することができる。また、銅層５２および亜鉛層５４の形成順は上記の順に限られず、亜鉛層５４を形成した後に銅層５２を形成してもよい。

次に、工程（Ｓ５０）として合金化工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ３０）および（Ｓ４０）において形成された銅層５２および亜鉛層５４に対して合金化処理が実施される。具体的には、銅層５２および亜鉛層５４を有する原料鋼線５０に対して、たとえば２００℃以上５００℃以下の温度域に加熱して１時間以上６時間以下の時間保持する熱処理が実施される。これにより、図６および図７を参照して、銅層５２および亜鉛層５４が合金化され、銅−亜鉛合金からなる被覆層５６が得られる。

次に、工程（Ｓ６０）として伸線工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、表面５１を覆うように被覆層５６が形成された原料鋼線５０が伸線加工（引抜き加工）される。これにより、芯線１０と、芯線１０の表面１１を被覆する被覆層２０とを備える電極線１が得られる。原料鋼線５０および被覆層５６は、それぞれ電極線１の芯線１０および被覆層２０に対応する。

ここで、図５を参照して、原料鋼線５０の表面５１には、工程（Ｓ２０）において結晶粒界５７に沿って延びる脱炭領域５８が形成されている。脱炭領域５８は、炭素の含有量が少なく、強度が低い領域である。そのため、図５および図２を参照して、工程（Ｓ６０）における伸線加工により、脱炭領域５８は容易に変形し、凹部１３が形成される。そして、凹部１３には、被覆層２０が侵入する。その結果、被覆層２０が、脆い材料である銅−亜鉛合金（たとえば４５質量％以上９５質量％以下の亜鉛を含む銅−亜鉛合金）であっても、アンカー効果によって工程（Ｓ６０）において被覆層２０が芯線１０から剥離することを抑制することができる。このようにして、本実施の形態の電極線１が得られる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願のワイヤ放電加工用電極線は、鋼からなる芯線と、芯線の表面を被覆し、銅−亜鉛合金からなる被覆層とを備えるワイヤ放電加工用電極線に、特に有利に適用され得る。

１ 電極線
１０ 芯線
１１ 表面
１２ 結晶粒界
１３ 凹部
１８ 内接円
１９ 外接円
２０ 被覆層
５０ 原料鋼線
５１ 表面
５２ 銅層
５３ 表面
５４ 亜鉛層
５６ 被覆層
５７ 結晶粒界
５８ 脱炭領域

Claims (13)

1. 鋼からなる芯線と、
   前記芯線の表面を被覆し、銅−亜鉛合金からなる被覆層と、を備え、
   前記芯線の表面には、鋼の結晶粒界に沿って延びる凹部が形成されており、
   前記被覆層は、前記凹部に侵入しており、
   前記凹部の深さは、０．５μｍ以上である、ワイヤ放電加工用電極線。
2. 前記凹部の深さは、２μｍ以下である、請求項１に記載のワイヤ放電加工用電極線。
3. 前記被覆層は、４５質量％以上９５質量％以下の亜鉛を含む、請求項１または２に記載のワイヤ放電加工用電極線。
4. 前記被覆層はγ相を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
5. 引張強さが２０００ＭＰａ以上３２００ＭＰａ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
6. 前記被覆層の硬度は３００ＨＶ以上４００ＨＶ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
7. 前記被覆層の厚みは１μｍ以上８μｍ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
8. 前記芯線は０．６質量％以上１．１質量％以下の炭素を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
9. 線径が２０μｍ以上２００μｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
10. 長手方向に垂直な断面において、前記被覆層の面積率は１５％以上４５％以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
11. 導電度が１０％ＩＡＣＳ以上２０％ＩＡＣＳ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
12. 前記芯線の表面を含む領域には、炭素の含有量が１質量％以下であって前記芯線の内部に比べて炭素含有量が低い層が形成されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。
13. 長手方向に垂直な断面において、前記芯線の真円度は０．５μｍ以上６μｍ以下である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工用電極線。