JP3090009B2 - 放電加工用電極線 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤ放電加工に
用いられる放電加工用電極線、特に、最外層にＣｕ−Ｚ
ｎ合金層を設けた構成の放電加工用電極線に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ放電加工は、電極線となる細いワ
イヤ（タングステン、黄銅等）を巻き取りつつ被加工物
に対して三次元の送りをかけ、ワイヤを電極にして被加
工物に放電を行いながら被加工物を溶断して糸鋸式の加
工を行うもので、特定形状の電極を使用しないで高精度
に三次元形状の製品を作成することができる。特に、加
工の困難な超硬合金等の加工も高精度に行えるため、近
年、実用範囲が広がりつつあり、例えば、機械的な切削
や切断加工が困難な金型等の加工にも用いられている。

【０００３】最近の金型加工分野においては、より高精
度化、高速度化の要求が高く、直径０．１ｍｍ以下で１
５０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の高引張強度、２０％ＩＡＣＳ
以上の高導電率特性を有する極細電極線の出現が待たれ
ている。

【０００４】この種の要求を満たす電極線として、従来
より引張強度の高いＷ（タングステン）単体の電極線が
用いられている。従来、高張力電極線として用いられて
いるＷ電極線の引張強度は約４００ｋｇｆ／ｍｍ² であ
り、この値は汎用黄銅電極線の約４倍の強度を有するた
め、高精度化のために線径を０．１ｍｍ以下に極細化し
ても加工精度を低下させる原因となる電極線の振動を防
止するに十分な張力を負荷することができる。

【０００５】しかし、タングステンは希少金属の１つで
あり、また、難加工材でもある。このため、極細電極線
が消耗品であることを考えると非常に高価なものにな
る。また、Ｗ電極線を用いた場合、強度が高くなりす
ぎ、電極線に電圧を印加する送り出しリール及び巻き取
りリールの磨耗が激しく、接触抵抗の変化等により不安
定な放電現象が生じ易い。

【０００６】そこで、最近では、汎用電極線である黄銅
（Ｃｕ−３５％Ｚｎ）電極線とＷ電極線の中間の引張強
さを有する複合電極線が用いられている。この複合電極
線の詳細については、例えば、特開昭５６−１２６５２
８号公報に記載があり、その構造は図４に示す如くであ
る。すなわち、コア部としての高張力鋼線２０１に対
し、同軸にＣｕ−Ｚｎ（黄銅）合金層２０２を被覆した
構成である。

【０００７】このような構成により、高精度加工に十分
で、送り出しリール及び巻き取りリールとの磨耗が少な
い適度な引張強度である約１５０〜２００ｋｇｆ／ｍｍ
² の値が得られ、しかも安価に製造することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の放電加
工用電極線によると、構成材に引張強度の低いＣｕ−Ｚ
ｎ合金を被覆に用いているため、複合電極線としての引
張強度を確保するには、複合電極線のテンションメンバ
ーであるコア部の高抗張力鋼の割合を大きくしなければ
ならない。

【０００９】また、高抗張力鋼の導電率はせいぜい１０
％ＩＡＣＳ程度であり、複合電極線としての導電率が低
下し、放電加工電流（放電加工の高速化に不可欠であ
る）を高くすることが難しいという問題がある。

【００１０】そこで本発明は、高引張強度及び高導電率
の両特性を備え、放電加工の高精度化及び高速度化を達
成することのできる放電加工用電極線を提供することを
目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、焼鈍状態で１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上
の常温引張強さを有する金属からなる芯材と、この芯材
に対し同軸に形成されるＮｂ又はＮｂ合金とＣｕ（銅）
又はＣｕ合金の２相による分散強化型複合体層と、この
分散強化型複合体層の直上に被覆されるＺｎ又はＣｕ−
Ｚｎ（亜鉛）合金層とを備えた構成にしている。

【００１２】複合材の塑性加工では、各構成材間の変形
抵抗の差が大きすぎるとネッキング現象と称される塑性
不安定現象が発生し、断線等のトラブルが起こりやすく
なる。この発明では、Ｎｂ／Ｃｕ分散強化型複合体の強
度、即ち、変形抵抗が高くなるため、塑性不安定現象の
発生を防止するためには変形抵抗の高い材料を芯材とし
て用いる必要がある。焼鈍状態で１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以
上の常温引張強さを有する金属であれば、常温での減面
加工により歪硬化し、その結果、塑性不安定現象の発生
を防止でき、良好な減面加工性を維持できる。

【００１３】また、上記構成によれば、Ｎｂ（又はＮｂ
合金）とＣｕ（又はＣｕ合金）による２相分散強化型複
合体は分散組織を有し、この分散組織においては複合則
が通用せず、大きな引張強度を有するようになる。ま
た、Ｃｕ（又はＣｕ合金）は分散組織になっても存在
し、分散強化型複合体層は高導電率を備えている。した
がって、最外層にＺｎ又はＣｕ−Ｚｎ合金層を配して
も、高引張強度及び高導電率の特性を備えた放電加工用
電極線を得ることができ、放電加工の高精度化及び高速
度化が低価格で実現することができる。

【００１４】ここで、前記芯材の体積率は３０％以下、
前記分散強化型複合体層は体積率が３０％以上、及び前
記Ｚｎ又はＣｕ−Ｚｎ合金層は体積率が６５％以下にす
ることが望ましい。

【００１５】この構成によれば、電極線の体積率を最適
に設定したことにより、放電加工用電極線として用いる
線径にあって所望の引張強度及び導電率が得られる。

【００１６】そして、前記分散強化型複合体層は、Ｎｂ
又はＮｂ合金によるシートとＣｕ又はＣｕ合金によるシ
ートとを積層状態に密巻きにして積層複合体とし、前記
積層複合体を減面加工して、分散組織を形成した構成に
することができる。

【００１７】この構成によれば、Ｎｂ（又はＮｂ合金）
によるシートとＣｕ（又はＣｕ合金）によるシートとを
積層状態に密巻きにした複合体に対し、減面加工を施す
ことによりＣｕ（又はＣｕ合金）が分散相となって分散
組織が形成され、引張強度が高くなる。したがって、最
外層にＺｎ又はＣｕ−Ｚｎ合金層を配しても、高引張強
度及び高導電率の特性を備えた放電加工用電極線を得る
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明による放電加工用電
極線の第１の実施の形態を示す断面図である。

【００１９】本発明による放電加工用電極線１００は、
芯材としてＮｂ（又はＮｂ合金）線１０１が用いられ、
このＮｂ線１０１の外周には同軸にＮｂ（又はＮｂ合
金）／Ｃｕ（又はＣｕ合金）２相分散強化型複合体層１
０２が設けられている。更に、Ｎｂ／Ｃｕ２相分散強化
型複合体層１０２には、Ｃｕ−Ｚｎ合金層１０３が被覆
されている。芯材としては、Ｎｂ（又はＮｂ合金）線に
替えて炭素鋼等による高抗張力材を用いることができ
る。

【００２０】Ｎｂ／Ｃｕ２相分散強化型複合体層１０２
は、ＮｂとＣｕのシート材を積層及び密巻きして作られ
た複合体であり、高引張強度と高導電率を兼ね備えてい
る。このＮｂ／Ｃｕ２相分散強化型複合体層１０２に対
し、Ｎｂ線１０１はＣｕよりも強度が大きい芯材として
機能するものである。

【００２１】最外層のＣｕ−Ｚｎ合金層１０３は放電加
工性を支配する重要な部分である。そこで、放電加工特
性の良好なＺｎをＣｕに添加（Ｚｎ＝１０〜５０ｗｔ
％）したＣｕ−Ｚｎ合金を用いている。

【００２２】ここで、上記の積層複合体が高引張強度特
性を有するＮｂ／Ｃｕ２相分散強化型複合体に変化する
様子について説明する。

【００２３】Ｎｂシート材１０２ａとＣｕシート材１０
２ｂを積層し、図２の（ａ）に示すように複合体に加工
した後、減面加工を施すと図２の（ｂ）の様に皺状に変
形したＮｂ層１０２ｃとＣｕ層１０２ｄが形成され、組
織が層状から崩れていく。そして、最終的には、図２の
（ｃ）の様に、片方の層が分散相になった分散組織に変
化する。ここでは、Ｃｕ層１０２ｄが分散相１０２ｆに
なり、Ｎｂ層１０２ｃがＮｂ相１０２ｅになる。

【００２４】層状組織が崩れない領域では、複合則が成
立し、積層複合体自体の引張強度が低く、複合電極線の
強度メンバーとして適用することは困難である。これに
対し、層状組織が崩れ、分散組織になるにしたがってＮ
ｂ／Ｃｕ複合体の引張強度は複合則が適用できなくな
り、最大、約２５０ｋｇｆ／ｍｍ² に達する引張強度が
得られるようになる。この結果、複合電極線の強度メン
バーとして適用可能な複合体を得ることができる。そし
て、このＮｂ／Ｃｕ複合体においては、分散組織になっ
ても高導電率のＣｕが存在することにより、Ｎｂ／Ｃｕ
２相分散強化型複合体層１０２は高い導電率特性を備え
ることになる。

【００２５】

【実施例】本発明者らは、図１の構成による放電加工用
電極線を製作した。

【００２６】製作に際しては、実施例１，２（図１の構
成による）の２例について、図６に示す条件で行った。
すなわち、線径（ｍｍ）及び体積率（％）を適宜変え、
各々における引張強度（ｋｇｆ／ｍｍ² ）と導電率（％
ＩＡＣＳ）を測定した。また、１つの比較例（図７に示
した従来技術によるもの）を従来技術により製作した。
なお、図６の体積率の欄における「Ｃｕ−Ｚｎ」は図１
のＣｕ−Ｚｎ合金層１０３に相当し、「Ｎｂ／Ｃｕ」は
Ｎｂ／Ｃｕ２相分散強化型複合体層１０２に相当し、
「Ｎｂ」はＮｂ線１０１に相当する。

【００２７】そして、Ｃｕ−Ｚｎ合金層１０３には実施
例１，２及び比較例共に、Ｃｕ−３５ｗｔ％Ｚｎ合金
（ＪＩＳ Ｃ２７００）を用いた。また、Ｎｂ／Ｃｕ２
相分散強化型複合体層１０２には、厚さ０．２ｍｍの工
業用純Ｎｂシートと厚さ０．１２ｍｍの工業用純銅シー
トを密巻きにした積層複合体を母材に用いて形成した。
更に、Ｎｂ線１０１には工業用純Ｎｂ材を使用した。そ
して、比較例の芯材には０．２５ｗｔ％炭素を含有した
炭素鋼を用いた。

【００２８】図３から明らかなように、本発明による実
施例１，２は、いずれも引張強度が１６２ｋｇｆ／ｍｍ
² 以上で且つ２０％ＩＡＣＳ以上の導電率が得られてい
る。これに対して比較例は、引張強度は十分な値が得ら
れるものの、コア部が導電率の低い炭素鋼であるため、
十分な導電率を得ることができない。

【００２９】以上の実施例から、複合則によりＮｂ／Ｃ
ｕ２相分散強化型複合体層１０２の引張強度を逆算する
と、最大約２５０ｋｇｆ／ｍｍ² になる。したがって、
引張強度が最大でも約１００ｋｇｆ／ｍｍ² のＣｕ−Ｚ
ｎ合金と複合する場合、Ｎｂ／Ｃｕ２相分散強化型複合
体層１０２の体積率は少なくとも３５％以上でなけれ
ば、放電加工の高精度及び高速化に必要な特性を得られ
ないことがわかる。

【００３０】なお、本発明においては、Ｎｂ／Ｃｕ２相
分散強化型複合体層１０２を製作するに際し、Ｎｂシー
トとＣｕシートを積層して巻き寿司形に巻き取るように
したが、これに限定されるものではない。例えば、単純
に積み上げた積層複合体から形成されるＮｂ／Ｃｕ２相
分散強化型複合体層にしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上より明らかな如く、本発明によれ
ば、Ｎｂ（又はＮｂ合金）とＣｕ（又はＣｕ合金）の２
相による分散強化型複合体層を、焼鈍状態で１０ｋｇｆ
／ｍｍ ² 以上の常温引張強さを有する金属からなる芯材
に対し同軸に形成したので、最外層にＣｕ−Ｚｎ合金層
を配しても、高引張強度及び高導電率の特性を備えた放
電加工用電極線を得ることができ、放電加工の高精度化
及び高速度化を低価格に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放電加工用電極線の第１の実施の
形態を示す断面図である。

【図２】積層複合体がＮｂ／Ｃｕ２相分散強化型複合体
に変化する様子を示す説明図である。

【図３】本発明の実施結果及び構成条件を示す説明図で
ある。

【図４】従来の放電加工用電極線の構成を示す断面図で
ある。

【符号の説明】１００ 放電加工用電極線 １０１ Ｎｂ線 １０２ Ｎｂ／Ｃｕ２相分散強化型複合体層 １０２ｆ 分散相 １０２ｅ Ｎｂ相 １０３ Ｃｕ−Ｚｎ合金層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 守男 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社 システムマテリアル研究所 内 (72)発明者 中川 和彦 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社 システムマテリアル研究所 内 (72)発明者 山中 務 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社 システムマテリアル研究所 内 (72)発明者 木村 孝光 茨城県日立市川尻町４丁目10番１号 日 立電線株式会社 豊浦工場内 (56)参考文献 特開 平９−150323（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−57585（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−156021（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−238523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−29235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−221925（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−501101（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23H 1/00 - 7/24

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焼鈍状態で１０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の常温
   引張強さを有する金属からなる芯材と、 前記芯材に対し同軸に形成されるＮｂ又はＮｂ合金とＣ
   ｕ又はＣｕ合金の２相による分散強化型複合体層と、 前記分散強化型複合体層の直上に被覆されるＺｎ又はＣ
   ｕ−Ｚｎ合金層とを具備することを特徴とする放電加工
   用電極線。
2. 【請求項２】前記芯材は体積率が３０％以下、前記分散
   強化型複合体層の体積率が３５％以上、及び前記Ｚｎ又
   はＣｕ−Ｚｎ合金層は体積率が６５％以下であることを
   特徴とする請求項１記載の放電加工用電極線。
3. 【請求項３】前記分散強化型複合体層は、Ｎｂ又はＮｂ
   合金によるシートとＣｕ又はＣｕ合金によるシートとを
   積層状態に密巻きにして積層複合体とし、前記積層複合
   体を減面加工して、分散組織を形成した構成であること
   を特徴とする請求項１記載の放電加工用電極線。