JPH03170230A - 放電切削加工用ワイヤ電極およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、良好な導電性、ならびに良好な機械的性質、
熱的性質および電気的性質、特に良好な破断強度および
良好な導電率を有するコアを具え、該コアが低い融点お
よび気化温度を有する金属を含有していて熱遮蔽作用を
するフィルムで被覆されている放電切削加工用ワイヤ電
極、その製造方法およびその使用方法に関ず′るもので
ある。

（背景技術） 放電切削加工はワイヤ電極を既知タイプの駆動装置によ
って供給ユニットからりクレイマー（ｒｅｃＩａｉｎ＋
ｅｒ）ユニットに連続的に移動させて行う。ワイヤ電極
の経路に沿って、切削加工（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）ずべ
き導電性部分の両側に通常２個の案内を設け、これらの
案内によってワイヤ電極は切削加工すべき部分に対して
正確に位置決めされ、切削加工すべき部分を通って走行
する。これらの２個の案内の間の区域は「切削加工区域
」と呼ばれる。また、放電加工機は、切削加工すべき部
分から放電加工によって材料を除去するために、この切
削加工区域に沿って電極ワイヤと切削加工すべき部分と
の間に逐次の電気インパルスを発生させる電流の供給を
受ける。この切削加工区域は水または水溶液５ のような切削液で洗浄する。材料が除去されるにつれて
、切削加工すべき部分をワイヤ電極の中心線に対して垂
直または斜の平面内で所定の経路に従ってＶ・動させる
。この相対的な移動は切削加工すべき部分において所定
の切削を達或するよう数値制御される。

よく知られているように、ワイヤ電極を使用する放電切
削加工において達威される生産量および切削加工速度は
、このワイヤ電極を流れる電流密度によって決まり、張
力が作用すると同時に温度上昇が起こる場合にはワイヤ
電極の破断強度によって決まる。実際に、精密切削加工
は切削力］１工ずべき部分の両側に設置された２個の案
内の間でワイヤ電極に適切に張力を作用させた場合にの
み達威される。事実、ワイヤ電極によって切削されたみ
ぞ孔の端縁の位置を正確に決めるには、これらの案内の
位置に着目すれば十分である。また、ワイヤ電極の受け
る張力を増大することにより、ワイヤ電極の振動ば隅角
部における欠陥と同様に減少する。前記欠陥は主として
ワイヤ電極の撓みに６ 起因する。従って、ワイヤ電極は比較的高い張力（普通
１キロ〜４キロ）と同時に、スパークおよびジュール効
果に起因する温度上昇に耐える必要がある。良好な導電
性を有する金属は一般的に機械抵抗が低いので、高速切
削加工に適したワイヤ電極を製造するのが困難であるこ
とはこれによって説明される。

改善されたワイヤ電極を得るために下記のように多大の
努力がなされている： −スイス国特許第５２６，　３６５号に記載されている
装置は、ワイヤ電極が切削加工区域を通過する前に、ワ
イヤ電極を常温線引することができ、これにより確実に
ワイヤ電極をまっすぐにし、その機械的強度を高めるこ
とができる。初期に使用された銅の代わりに黄銅を使用
し、また機械的引張強度の一層大きい他の合金を使用す
ることが試みられた； 一スイス国特許第６２０，　６２１号に記載されている
ように、複合ワイヤ電極、例えば綱コアが銅のような良
好な導電性を有する金属で被覆されている複合電極が試
みられた； スイス国特許第６２０，６２１号および同６２０，６２
２号は、ワイヤコアを熱遮蔽作用をする融点および気化
温度の低い金属の堆積物で保護することを提案している
。次いで、この堆積物をスイス国特許第６３３，　７３
９号に提案されているように、半導体フィルム、例えば
気化温度の低い金属酸化物からなる半導体フィルムで被
覆して短絡を消滅させることができる； この堆積物はいくつかの層を重ねることによって達威さ
れる。この場合にも、スイス国特許第６３３，７３９号
に記載されているように、例えば４個の厚さ２くクロン
の亜鉛層を銅、銅合金、モリブデン合金、銅クラッド鋼
または銅合金クラッド鋼のコアの上に重ね、これを酸化
性雰囲気中で逐次焼きなまして表面上に酸化亜鉛フィル
ムを形威する。この焼なまし処理によってＣｕ原子およ
び亜鉛原子の拡散が起こり、純粋な亜鉛が消失して後に
Ｃｕ／Ｚｎ合金が残る。これにより亜鉛合金と酸化亜鉛
とを交互に重ねた層が生成する； 一欧州特許第１．７３，７８６号は、切削加工速度を増
大ずるために、ワイヤ電極を酸化性雰囲気下に焼なまし
た後に加工硬化してその性質を改善することを提案して
いる； 一同様に、特開昭６０−１０４，６１６号および同６１
−７６，２１５は、例えば亜鉛層と銅層とを交互に重ね
、次いで減面率８５％以上で十分に高い温度において熱
間線引き加工して適当な拡散を確実に行わせるか、ある
いは線引き加工の次に焼なまし処理を数段階行ってこの
拡散を達戒する。

本発明の目的は、既知のワイヤ電極の利点、例えば、ス
イス国特許第６２０　，　６２２号および同第６３３７
３９号に記載されているような熱遮蔽作用、短絡の消滅
および良好な吸収能を維持すると共に、既知のワイヤ電
極の機械強度を改善することにある。

（発明の開示） 本発明の目的は、良好な機械的性質を有する導電性材料
のコアと、これを被覆する多層に重ねた薄い層のフィル
ムとからなり、該多層のうちの若９ 千の層は少くとも１種の高導電性金属からなり、前記若
干の層は前記高導電性金属より低い融点および気化温度
を有する金属を含有する層によって分離され、前記低い
融点および気化温度を有する金属は２個の層のうちの１
個の層のみに存在することを特徴とする放電切削加工用
ワイヤ電極によって達威され、本発明の放電加工切削用
ワイヤ電極は低い融点および気化温度を有する金属の薄
い層および高導電性金属の薄い層を、良好な機械的性質
を有する導電性材料から作られたコアの上に交互に重ね
、最後に低い融点および気化温度を有する金属の層を設
け、次いでこれらの重ねた層を常温線引して、これらの
金属が隣接層のなかに拡散することなく、ワイヤを常温
成形することを特徴とする放電切削加工用ワイヤ電極の
製造方法によって製造される。

よく知られているように、既知のワイヤ電極の構威、従
って性質は、その製造中に受ける熱処理によって変動す
る。例えば、銅層と亜鉛層とが隣接している場合には、
融解によって銅原子が亜鉛１０ のなかに溶解するかあるいは相互拡散が起こって、これ
らの金属のそれぞれの原子が隣接層のなかに拡散する。

この現象はスイス国特許第６３３，７３９号および同第
６４６，０８３号に明瞭に記載されている。

相互拡散が起こる場合には、拡散する金属量はワイヤ電
極のコアからその表面までの距離によって変化する。例
えば、銅層又は黄銅層の上に亜鉛層を堆積させて作った
積層ワイヤ電極の場合には、黄銅の異なる相に従って結
晶組織の異なる層が得られる。合金はコアから表面に向
って次第に亜鉛含有量が多くなる。黄銅の各相は異なる
性質も持っているので、この結果ワイヤ電極の半径に沿
って性質の変化する逐次の層が生戒ずる。既に、スイス
国特許第６４６，０８３号は、所定の順序で堆積させた
異なる層の間で相互拡散を行わせて、濃度分布を各深さ
において必要な性質に適合させる可能性、すなわち表面
では亜鉛含有量を多くし、表面からの深さが深くなるに
つれてニッケル含有量を多くする可能性を指摘している
。

しかし、このような現象は制御するのが困難で１ １ ある。その理由は、得られる合金の結晶組織および機械
的性質が、特に拡散の起こる温度ならびに存在する銅お
よび亜鉛のパーセントによって左右されるからである。

従って、得られるワイヤ電極がどのような性質を示すか
を予知するのが困難である。銅層および亜鉛層を具える
上述のワイヤ電極の例では、黄銅γ　（亜鉛約６０〜７
０％）は極めて脆い相であり、前記層が数ξクロンより
厚い場合には破断の危険を伴い、また相β特に相αは満
足な機械的強度を有しているが、制御が可能であるとし
ても、適当な妥協を達戒するのは困難である。

それは、相αおよびβは亜鉛を少量しか含有していない
ので、熱遮蔽作用が相Ｔ程顕著でないからである。

例えば、相Ｔを生成させずに黄銅βの割合を可能な最大
限にすることにより破断強度の改善を試みる場合には、
求める目標の１つ、すなわち表面における亜鉛含有量を
多くして熱遮蔽作用を維持すると共に、銅がさらに堆積
するのを回避するという目標を達戒することができない
。これは黄銅一１２ βが７０〜４０％の銅含有量に相当するからである。

従って、表面において亜鉛含有量が多く、しかも破断強
度の大きいワイヤ電極を得るのは不可能であった。

しかし、本発明においては、銅および亜鉛を０．１〜１
ミクロン程度の極めて薄い層として交互に堆積させる。

熱処理後に得られる黄銅の異なる相は極めて薄い層（０
．１〜０．５又は１ごクロン程度の層）として生戒する
。従って、黄銅Ｔ層はもはや上述の欠点を持っていない
。これは黄銅Ｔ層が可戒り大きい可撓性を有し、満足な
機械的強度および破断強度を与えるからである。しかも
、黄銅Ｔ層は亜鉛含有量が大きく、放電加工における耐
摩耗性が大きいという利点を有する。従って、このγ相
を生威しないようにする必要はなく、またこれは当を得
ないことである。

また、これらの極めて薄い層は拡散時間を短縮できるこ
とを意味する。従って、これによって一層良好な制御が
、特に亜鉛層および銅層の適当な厚さを選定する際に、
達成される。特に、このこ１３ とはワイヤ電極の使用中に放電加工機において直接拡散
を行わせることができるので、熱処理をワイヤ電極の製
造工程から省くことができることを意味する。

既知方法により、良好な機械的性質を有する導電性コア
の上に高導電性金属と、この金属またはその合金より低
い融点および気化温度を有する金属とを交互に重ねて極
めて薄い金属層を堆積させる。これらの２種の金属は相
互に拡散させることができる。次いで、このようにして
得られるワイヤ電極を加工硬化して所要の最終直径にす
る。拡散は放電加工機において直接行わせる。拡散は例
えば、ワイヤ電極が放電加工機を通過する前にワイヤ電
極に施す焼なまし工程中、あるいはワイヤ電極が切削加
工区域に入った時にワイヤ電極を加熱する際に、放電加
工機において直接行う。

本発明のワイヤ電極は、従来のワイヤ電極とは異なり、
いくつかの極めて薄い高導電性金属層と、低い融点およ
び気化温度を有する金属を含有し、前記高導電性金属層
を分離する極めて薄い層とを１４ イ１１る。これに対し、既知のワイヤ電極においては、
極めて薄い金属層は、これらの２４ｆＪ．の金属がそれ
ぞれ隣接層のなかに相互に拡散する桔果、これらの２種
の金属の合金からなる。

これが、本発明のワ・ｆヤ電極では表面において亜鉛含
有星を多くして１＝分な熱遮蔽作用を達成すると共に、
内側層における亜鉛含有蚕を低く維持することができる
ので、本発明のり・ｆヤ電極が一層良奸に破断に耐える
ことができ、また電流および熱を伝えることができる理
由である。この結果、高速放電切削加工に必要な電気的
性質、熱的性質および機械的性質を、既知のワイヤ重極
において可能であったまり−層良好に妥協させることが
できる。

可能な構或の１つによれば、本発明のワイヤ電極はその
コアから表面まで数倍増人する亜鉛濃度および数分の−
に滅少ずる亜鉛濃度を有することができる。

上述のように本発明は銅層と亜鉛層とを逐次交互に重ね
られていることに基づく好ましい構或の形態に関するも
のである。しかし、他の金属または合金または金属化合
物も有利に使用することができる。従って、亜鉛より低
い気化温度を有する金属であるカト共ウム、鉛、アンチ
モン、ビスマスおよびこれらの金属の合金は熱遮蔽作用
をすることができる。しかし、亜鉛を堆積させた場合に
得られる結果は極めて満足できるものである。その理由
は、この金属が浸蝕され易いことがもはや欠点ではなく
、ワイヤ電極の表面が浸蝕除去されるにつれて亜鉛含有
量の多い他の層が逐次露出し、表面に近いこれらの層は
比較的良好な耐浸蝕性を与える黄銅（黄銅Ｔまたはβ）
から構成することができるからである。

導電層に関しては、銅または銅合金または所定の酸化ｗ
４濃度を有する銅、あるいは気化温度の低い金属を含有
する隣接層のなかに拡散する他の金属またはその合金ま
たは銅以外の金属を含有する化合物を使用することがで
きる。ただし、前記気化温度の低い金属は導電層のなか
に拡散するものとする。

？アから表面までの逐次の層の厚さおよび組成も変化さ
・已ることかできる。ｉノイヤ？Ｅ極のコアは全体を金
属、合金または結晶性もしくは非結晶性の金属化合物、
特に良好な引張強度を有しかつ大きな電流密度を許容す
るものから作ることができる。その例としては銅、黄銅
、鋼、銅で被覆された鋼、タングステンよ冫，１、び士
リブテ′ンがあるが、使用できる材料は１一述の例６こ
限定されるものではない。異なる金属または合金からな
るいくつかの１？弓を１乍る、二とができる。

本発明の好適例の１つでは、ワイヤ電極を半導体フィル
ム例えば酸化亜鉛フィルムで被覆する。

これは、スイス国特許第６３３，７３９号に記載されて
いるように、短絡を実際に消滅できることを意味する。

他の金属酸化物、例えばスイス国特許第６３３，　７３
９号に記載されているもの、すなわちＣｕ０２，Ｃｕ２
０．　ＭｇＯ＋　ＰｂＯ，　ＭｎＯ２，　ＣｄＯ，　Ｉ
ｎｚ０３，　’ｒｉｏ■およびＴｉＯ　、またＬｉ′；
ｉ４い層にずるとある電位差を越えた場合に導電性にな
る絶縁物、例えばＡｈＯｚを使用することができる。ま
た、非金属祠料、例えば種１７ 々の金属の炭化物、ホウ化物、ゲイ化物、硫化物および
窒化物を使用することができる。

スイス国特許第６３３，７３９号に記載されているよう
に、本発明のワイヤ電極が放電加工機を通過する際に受
ける熱処理は表面に多孔質組織を生威ずる。多孔質組織
は良好な吸収性、従って切削液による冷却が促進される
ことを意味する。このＰ［質は切削加工速度を高めるこ
とができる。

本発明の他の例では、ワイヤが切削加工区域およびワイ
ヤ案内を滑動して通るのを助けるためのフィルム、また
は耐蝕性フィルムでワイヤを被覆することができる。し
かし、ワイヤ電極が既に酸化物フィルムを有している場
合には、このフィルムが腐食から保護する作用をするの
で、耐蝕性フィルムは不必要である。

ワイヤコアを被覆するフィルムは高導電性金属（例えば
銅）の２つの層の間に１つの層が設けられている重ねた
極めで薄い層から構威されているので、本発明のワイヤ
電極は、既知のワイヤ電極とは異なり、高導電性層がワ
イヤ電極の表面の極１８ めて近くに位置するという他の利点を有する。これに対
し、既知のワイヤ電極では高導電性層に到達するまでの
厚さが数ミクロンであるか、あるいは前記高導電性層が
拡散によって亜鉛合金に変化する。また、高導電性層は
下側の高導電性層等から極めて薄い層のみによって分離
されている。この粘果、切削加−１−用電流の供給が改
善される。また、本発明のり・ｆヤ電極は既知のものよ
り良好な熱イ云専率をイ１ずるので、熱し』、木允１リ
１のワイヤ電松中を既知のワイヤ電極におけるよりも極
めて容易に伝達する。従って、ジュール効果Ｃこよる温
度上シ，′，が小さくなり、・ノイヤ′心独は−１（／
（瓜連に冷却され、篭流密度を一層大きくすることがで
き、これは切削加工速度を高めることができることを意
味する。上述のように局部的温度上昇の種々の原因が除
去されるので、本発明のワイヤ電極は既知のワイヤ電極
より破断の危険が小さい。

本発明の他の利点は本発明の新規なワイヤ電極の製造方
法ｔこあり、この方法では熱処理がもはや不必要であり
、ｈ文電加工時のスパークによって放ｌ ９ 出される熱またはワイヤ電極が切削加工区域を通過する
前にワイヤを焼なまずために使用される熱は拡散を生し
させるの６こ十分である。これに対し、積層ワイヤ電極
の場合には各層を被着さセた後に熱処理を行う必要があ
るのが通例である。従って、スイス国特許第６３３，７
３９号に記載されているよ・うに、亜鉛層と酸化亜鉛層
とを交互に重ねたいくつかの層を有するワイヤ電極の場
合には、各亜鉛層を被着させた後に焼なましを行も。同
様心こ、特ＩＦ昭６１〜７６，　２１５号は数回の熱間
線引き加工操作および焼なまし操作を推奨している。

１ノイＡ・′ＩＥ極の製込速度ｔ．ｌ：本発明に，ｌ、
一，て１１゜リ１められる。それは、ワイヤ電極が被覆
および常温或形（ｃｏｌｄ−ｆｏｒｍｉｎｇ）または常
温線引きのステーションを迅速に通過するので、温度」
二昇、焼なまし工程または冷却工程が無くなるからであ
る。本発明によれば、時間、空間、経費およびエネルギ
ーコス１・が節減されるのは明らかである。

２０ 平成 ２ 年１１月２７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．良好な機械的性質を有する導電性材料のコアと、こ
   れを被覆する多層に重ねた薄い層のフィルムとからなり
   、該多層のうちの若干の層は少くとも１種の高導電性金
   属からなり、前記若干の層は前記高導電性金属より低い
   融点および気化温度を有する金属を含有する層によって
   分離され、前記低い融点および気化温度を有する金属は
   ２個の層のうちの１個の層のみに存在することを特徴と
   する放電切削加工用ワイヤ電極。 ２．低い融点および気化温度を有する金属と、高導電性
   金属とが相互に拡散して所定の組織および組成を有する
   合金を形成することができることを特徴とする請求項１
   記載のワイヤ電極。 ３．同じ層のなかに結晶組織の異なる少くとも２種の合
   金が存在することを特徴とする請求項２記載のワイヤ電
   極。 ４．コアが高導電性金属と低い融点および気化温度を有
   する金属との合金から作られていることを特徴とする請
   求項１記載のワイヤ電極。 ５．フィルムが交互に重ねた銅層および亜鉛層からなる
   ことを特徴とする請求項１記載のワイヤ電極。 ６．銅、黄銅、鋼又は銅クラッド鋼のコアと、これを被
   覆する交互に重ねた極めて薄い銅層および亜鉛層又は亜
   鉛合金層とからなることを特徴とする請求項１記載のワ
   イヤ電極。７．外側層が亜鉛からなることを特徴とする
   請求項６記載のワイヤ電極。 ８．外側層が半導体からなることを特徴とする請求項１
   記載のワイヤ電極。 ９．外側層が酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項
   ８記載のワイヤ電極。 １０．請求項１記載のワイヤ電極を製造するに当り、 低い融点および気化温度を有する金属の薄 い層および高導電性金属の薄い層を、良好な機械的性質
   を有する導電性材料から作られたコアの上に交互に重ね
   、最後に低い融点および気化温度を有する金属の層を設
   け、 次いでこれらの重ねた層を常温線引して、 これらの金属が隣接層のなかに拡散することなく、ワイ
   ヤを常温成形する ことを特徴とする放電切削加工用ワイヤ電極の製造方法
   。 １１．請求項１記載のワイヤ電極を放電加工機で使用す
   るに当り、 放電加工機に装着したワイヤ電極を切削加 工前または切削加工中に熱処理して、低い融点および気
   化温度を有する金属と高導電性金属とからなる合金層を
   拡散によって生成することを特徴とするワイヤ電極の使
   用方法。 １２．交互に重ねた銅層および亜鉛層または亜鉛合金層
   からなり、切削加工すべきみぞ孔に入り込むワイヤの部
   分が黄銅と黄銅βとを重ねた層を有し、黄銅βは３０〜
   ６０％の亜鉛を含有することを特徴とする請求項１１記
   載の使用方法。 １３．交互に重ねた銅層および亜鉛層または亜鉛合金層
   からなり、切削加工すべきみぞ孔に入り込むワイヤの部
   分が厚さ０．５ミクロン未満の６０％より多量の亜鉛を
   含有する黄銅ｒ層を有することを特徴とする請求項１１
   記載の使用方法。 １４．交互に重ねた銅層および亜鉛層または亜鉛合金層
   からなり、切削加工すべきみぞ孔に入り込むワイヤの部
   分には、６０％より多量の亜鉛を含有する黄銅の層と３
   ０〜６０％の亜鉛を含有する黄銅の層とが、８ミクロン
   より厚い厚さで交互に重ねられていることを特徴とする
   請求項１１記載の使用方法。