JPS61252025A - ワイヤ放電加工用電極線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】 「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
放電加工用電極線およびその製造方法に関づるものであ
る。

「従来の技術」 第２図は、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。この加工法は、被加工物１に予め開けたス
タート穴２に電極線３を挿通し、この電極線３を挿通方
向（第２図では矢印の方向）に走行させながら、電極線
３とスタート穴２の内壁面との間で放電させ、かつ、被
加工物１を挿通方向と直交する方向に移動させることに
より、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。この図において、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を通って巻き取りリール６に巻き取
られるとともに、この巻き取りリール６とコロ５との間
に配されるテンションローラ７によって張力を調整され
るようになっている。また、図示しないが、放電加工部
分には加工液が供されて、電極線３の冷却および加工屑
の除去等を行なうようになっている。

従来、このようなワイヤ放電加工に使用される電極線３
としては、直径０．０５〜０．３ＩＩｌｉ程度の銅線、
黄銅線（Ｃｕ６５％、Ｚｎ３５％合金）、亜鉛メッキ黄
銅線、あるいは特殊用途としてタングステン線、モリブ
デン線等が用いられている。

［発明が解決しようとする問題点」 ところで、これらの電極線３は、放電加工中、約３００
℃の高温に熱せられ、電極素材自体に大きな熱的負担が
加わる一方、安定放電に維持して加工精度、加工速度を
上げるために行われるテンションローラ７の張力調整時
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ている。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いものの、
引張強度が小さく、使用中に新線して放電加工作業の効
率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、３
００℃前後の高温強度は銅よりわずかに高い程度であり
、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。

ざらに、亜鉛メッキ黄銅線の場合、亜鉛による放電安全
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、低下し、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。ざらにまた、タングス
テン線、モリブデン線は高温強度は高いが、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
高価である等の問題点があった。

「問題点を解決するための手段」 本発明のワイヤ放電加工電極線は、従来のワイヤ電極線
における前述の問題点を解決するためになされたもので
、１０〜７０％の被覆率ｒ銅を被覆した銅被覆鋼線の外
周面に０．１〜１５μｍの厚さにわたって、銅地から表
層に向かって亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつけ
られ、かつ硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子が分散した
銅一亜鉛合金層を設け、さらにこの上に硫化亜鉛、硫化
銅および炭素粒子からなる黒色被膜で被覆したものであ
る。

また、本発明のワイヤ放電加工電極線の製造方法は、銅
被覆鋼線の外周面に、含イオウ有礪化合物を含有する添
加剤を加えた亜鉛メッキ浴で、電気亜鉛メッキによって
亜鉛層を形成した後、伸線加工を施し、さらに熱処理を
施して、銅一亜鉛合金層を形成させ、この合金層中に硫
化亜鉛、硫化鋼および炭素粒子が分散し、かつ銅地から
表層にわたって亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつ
けられ、吐鉛層を完全に銅一亜鉛合金層に変化せしめる
とともに最外層に硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子から
なる黒色被膜を生成せしめる方法である。

前記ワイヤ放電加工用電極線（以下、ワイヤ電極線と言
う。）において銅被黄銅線の銅の被覆率が１０％未満で
あると、導電率が低くなるため、放電性能が低下して加
工速度が上がらず、７０％より大きいと高温強度が低く
なるため、張ツノを上げた場合に断線しやすくなる。ま
た、銅一亜鉛合金層が存在しないと銅地が露出している
ため放電性能、すなわち、加工速度が奢るしく低下する
。

さらに、その銅一亜鉛合金層も、銅地から表層に向かっ
て亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配を有する銅一亜鉛
合金層でない場合は、十分な加工速度増加が得られない
。

さらに、その濃度勾配を有するとともに硫化亜鉛、硫化
銅および炭素粒子が分散した銅一亜鉛合金層の厚さが、
０．１μＩ未満であると、十分な放電性能が得られず、
加工速度の増大効果が得られないかもしくは、被加工物
（主として、鋼鉄材料の場合）の鉄分と電極線の銅分と
が溶融反応を起こして、加工面に付着する傾向が大とな
り、加工精度が悪くなる。濃度勾配を有する銅一亜鉛合
金層の厚さが１５μｍより厚いと強度低下が生じて断線
しやすくなり、また熱処理時間が長くなったり設備費が
高くつくなど経済的に不利になる。

さらに、最外層に生成された厚み０．１〜５μｍの硫化
亜鉛、硫化銅および炭素粒子からなる黒色皮膜が存在し
ない場合、初期放電（ワイヤ電極線が被加工物との間で
放電を開始する時）においておだやかな万遍なく分散さ
れた放電とならず、局部的集中放電が生じることがあり
、断線しやすくなる。この黒色皮膜の厚さが０．１μ−
未満では上記効果が得られず、５μ個を越えると強度低
下が大きくなって不都合を来す。

「実施例」 以下、本発明の好適な実施例を説明すると、第１図に示
すように、このワイヤ電極線は、銅被覆鋼線１１が芯材
とされ、その外周面に０．１〜１５μｌの絶間の厚さで
、硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子が分散されかつ銅地
から表層に向かって亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配
がつけられた銅一亜鉛合金層１２が設けられ、さらに最
外層に硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子からなる厚み０
゜１〜５μ鴎の黒色皮ｗＡ１３が設けられ、全体の直径
が約０．２１１１に形成されたものである。前記銅被覆
鋼線１１はいわゆる鋼線あるいは鉄線、合金鋼線等の鋼
線に１０〜７０％の被覆率で銅を被覆してなるものであ
る。ただし、ここでの被覆率とは、全体の断面積に対す
る胴部分の断面積の割合を意味している。

このようなワイヤ電極線は例えば次のような方法で製造
される。例え−ば、０．４９１ｒＡの直径を有する銅被
覆鋼線を、含イオウ有機化合物を含有する添加剤を加え
た塩化亜鉛浴（ＩＪ中に塩化亜鉛４２ｇ、塩化アンモニ
ウム２１０（Ｊを含有する水浴液）中に浸漬し、電気亜
鉛メッキ処理°を施す。

上記含イオウ有機化合物を含有する添加剤としては、ア
ルキル硫酸エステルナトリウム、アルキルベンゼンスル
フオン酸ナトリウム、オレフィン硫酸エステルナトリウ
ムなどの陰イオン界面活性剤やアルキルピリジニウム硫
酸塩などの陽イオン界面活性剤などの分子内にイオウを
含む界面活性剤が、メッキ浴に対する悪影響がなく主に
使用されるが、この他に芳香族カルボン酸塩、水溶性カ
チオンポリマー、芳香族アルデヒド、高級アルコールな
ども使用できる。これにより、銅被覆鋼線の外周面に、
上記添加剤が含有２分散された所定厚さの亜鉛層が形成
される。この際、この亜鉛層の表層にも上記添加剤を所
定量付着させておく。

ついで、この亜鉛メッキ層が形成された銅被覆鋼線に伸
線加工を施して全体の直径が０．２１１としたのち、オ
ーブン等を用いて大気中で加熱して熱処理を施す。この
熱処理により、亜鉛層は銅地から表層に向けて亜鉛濃度
が高くなるような濃度勾配がつけられた銅一亜鉛合金層
に変化するとともに添加剤中のイオウが亜鉛および銅と
反応し、有機物が炭化して上記合金中に硫化亜鉛、硫化
銅および炭素粒子が分散し、かつ同時に上記合金層上に
合金層から析出した硫化亜鉛、硫化鋼および炭素粒子か
らなる黒色皮膜が生成される。

このようにして、形成されたワイヤ電極線は、銅被覆鋼
線１１を芯材としているため、優れた高温強度および導
電率を備え、また銅地から表層に向って亜鉛濃度が高く
なるようなＷＪ度勾配がつけられ、かつ硫化亜鉛、硫化
銅および炭素粒子を分散した銅一亜鉛合金層１２の存在
により優れた放電性能を発揮する。さらに銅−亜鉛合金
ＩＩＪ１２によって放電時における被加工物への銅の付
着が防止される。さらに最外層に硫化亜鉛および硫化銅
および炭素粒子からなる黒色皮膜１３を有するため、初
期放電にＪ５いて集中放電とならず、おだやかな万遍な
く分散された放電となり、以後の放電が全周に渡って比
較的均一な放電となり断線しにくくなる。

次いで、実験例を示して、これらワイヤ電極線の作用効
果を明確にする。

本実験例では、銅被覆鋼線１１の銅の被覆率、銅地から
表層に向かって亜鉛濃度が高くなるような濃度勾配がつ
けられ、かつ硫化曲鉛、硫化銅および炭素粒子を分散し
た銅一亜鉛合金層１２の厚さおよび硫化亜鉛、硫化銅お
よび炭素粒子よりなる黒色皮ｇ！１３の厚さを種々の値
に設定した直径０．２ｍｍのライ１フ電極と、同じく直
径０．２１１１８の通常の銅線、黄銅線（Ｃｕ６５％、
Ｚｎ３５％）、亜鉛めっぎ黄銅線、および濃度勾配のつ
いていない銅一亜鉛合金層の銅被覆鋼線について加工中
における加工速度、加工精度、断線頻度（高温強度、放
電安定性）および経済性を評価する比較試験を行なった
。

この比較試験の結果を第１表に示す。ただし、放電加工
としては、厚さ２０１ＩＩｌの被加工物（ＳＫＤ−１１
）から３０１１ＩＩ１１角の板材を切り取る加工を行な
った。このときの加工条件は次のとうりである。

印加電圧　　　：１１０Ｖ パルス時間　　二〇Ｎ→５μ５ ＯＦＦ→５μｓ ピーク電流　　：１０Ａ コンデンサ言伝：０．８μＦ 加工液　　　　：ＫＡ水 電極線張力　　ニア５０Ｑｆ また、加工速度は、銅線の加工速度（０，８ｍｍＺ分）
を基準として、これを１としたときの比率で表わした。

加工精度は、切り取った板材の寸法誤差の範囲の広さく
最大値と最小値の差）を狭い順に、Ａ（０，０１ｍｍ未
満）、Ｂ（０，０１〜０゜０３ｎ＋ｍ）　、　Ｃ（０，
０３ｍｎより大）で表ワシタ。

断線頻度は、断線回数の少ない順にＡ（断線なく安定）
、Ｂ（１）（加工速度を上げると断線あり、）、Ｂ（２
）（張力を７５０ｏｆより大きくすると断線あり）、Ｂ
（３）（放電初期−ワイヤ電極が被加工物との間で放電
を開始する時に断線することがある。）Ｃ（断線頻発）
で表わした。さらに、経済性は黄銅線の製造コストを基
準としてそれより安価にできる場合を○、高価になる場
合を×で表わした。

第１表から明らかなように、ワイヤ電極線のうち、銅被
覆率が１０〜７０％、かつ上記銅一亜鉛合金層の厚さが
０．１〜１５μｍおよび上記黒色皮膜の厚さが０．１〜
５μｌという本発明の条件を満たすものは、銅線、黄銅
線、亜鉛めっき黄銅線および濃度勾配を６だない亜鉛−
銅合金層層で被覆された銅被覆鋼線を含む他の電極線に
比べて、加工速度、加工精度、耐断線性および経済性と
もに優れていることがわかる。

なお、直径０．１９６ｕ被覆率６０％の銅被覆鋼線を芯
材とし上記添加剤を含む硫酸亜鉛浴（１）中に硫酸０．
１４モル、ＦｆＡ酸曲鉛０．２３モルを含む水溶液）中
に浸漬し電気亜鉛メッキを施して厚さ２μ■の添加剤が
分散し、かつ表層に添加剤が付着した亜鉛層を形成し、
しかる後に、オーブンを用いて大気中で１時間熱処理す
ることにより得られたワイヤ電極線と同じくオーブンの
代わりに５００℃に設定した管状炉中を通過させる熱処
理を行うことにより得られたワイヤ電極線も上記実験例
における本発明の条件を満たすワイヤ電極線の試験結果
と同様に優れた結果を得ることができた。また、前記０
．４９ｍのものから０．２履のものを得る工程において
伸線加工を熱処理の後に行った場合も同様の結果が得ら
れた。

なお、大気中で熱処理するため当然亜鉛および銅の一部
が酸化し、酸化亜鉛および酸化銅が生成され、これらが
黒色被膜に共存しているものと思われる。

このことから明らかなように、本発明の製造方法におい
ては、添加剤を内部に分散し、かつ表Ｒ１にも付着させ
た亜鉛層を外周面に設番ノた銅被覆鋼線に熱処理を施し
て亜鉛層を、硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子が分散し
、かつ銅塊から表層に向って亜鉛濃度が高くなるような
濃度勾配がつけられた銅一亜鉛合金層に変化させ、かつ
硫化亜鉛。

硫化銅および炭素粒子よりなる黒色皮膜を生成させる工
程が優れた品質のワイヤ電極線を得るための重要な工程
であることがわかる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば次のような優れた
効果を得ることができる。

■　１０〜７０％の被覆率で銅を被覆した銅被覆鋼線を
芯材としたので、高い導電率を維持しながら、かつ高温
強度を高めることができる。づなわち、高電流が流れて
も、ジュール熱によるワイヤ電極線の昇温が少ないので
、さらに加工速度を早めるために、高電流を流してワイ
ヤ電極線が昇温しても、高温強度が高いので断線を防止
し、放電加工作業の効率を高めることができる。

■　導電率の良好な銅被覆鋼線の外周面に０．１〜１５
μｌの厚さにわたって、硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒
子を分散し、かつ銅塊から表層に向かって亜鉛濃度が高
くなるような濃度勾配がつ番ブられた銅一亜鉛合金層を
設【プたのｒ放電性能が向上し、かつ銅層の表面露出に
よる被加工物への銅の付着が防止されて、加工精度が高
められるとともに、加工速度の低下を防止することがで
きる。

■　最外層に０．１〜５μｍの厚さにわたって、硫化亜
鉛、硫化銅および炭素粒子よりなる黒色皮膜を設けたの
で、初期放電において集中放電とならず、おだやかな万
遍なく分散された放電となり断線を防止することができ
る。

■　素材的に伸線加工性が良好でかつ安価にｗｌ造する
ことができる。つまり、本発明のワイヤ電極線は鋼、銅
、銅一亜鉛合金層、黒色被膜の特性が極めて良好に利用
、調整され、これらの相乗作用によって前記■■Ｏ■の
効果をも得るものである。

■　銅被覆鋼線の外周面に含イオウ有機化合物を含有す
る添加剤を内部に分散し、かつ表層に付着せしめた亜鉛
層を電気メッキで設け、ついで熱処理を施すことによっ
て、硫化亜銅、硫化銅および炭素粒子が分散し、かつ銅
塊から表層に向（プて亜鉛濃度が高くなるような銅一亜
鉛合金層と、これの外層に硫化亜銅、硫化銅および炭素
粒子からなる黒色皮膜が得られ、放電性能の安定したワ
イヤ電極線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のワイヤ放電加工用電極線の実施例を示
す横断面図、第２図は一般的なワイヤ放電加工法の概略
を説明する概略斜視図である。 １１・・・・・・銅被覆鋼線、１２・・・・・・銅一亜
鉛合金層、１３・・・・・・Ｌに邑皮膜。 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼線に１０〜７０％の被覆率で銅を被覆してなる
   銅被覆鋼線が芯材とされ、この銅被覆鋼線には厚さ０．
   １〜１５μｍの、硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子が分
   散しかつ銅地から表層に向かって亜鉛濃度が高くなるよ
   うな濃度勾配がつけられた銅一亜鉛合金層が設けられ、
   さらにこの上に硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子からな
   る０．１〜５μｍの黒色被膜が設けられたことを特徴と
   する放電加工用ワイヤ電極線。
2. （２）鋼線に銅を被覆してなる銅被覆鋼線の外周面に、
   含イオウ有機化合物を含有する添加剤を加えた亜鉛メッ
   キ浴で電気亜鉛メッキ処理を施して、添加剤を内部に介
   在させかつ表層に付着させた状態で亜鉛層を形成したの
   ち、熱処理を施して硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒子が
   分散し、かつ銅地から表層に向かって亜鉛濃度が高くな
   るような濃度勾配がつけられた銅一亜鉛合金層を生成せ
   しめるとともに最外層に硫化亜鉛、硫化銅および炭素粒
   子からなる黒色被膜を生成せしめることを特徴とする放
   電加工用ワイヤ電極線の製造方法。
3. （３）前記熱処理の前工程あるいは後工程として伸線加
   工を施すことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   放電加工用ワイヤ電極線の製造方法。