ワイヤ放電加工用被覆電極線及びその製造方法
【課題】導電性および放電加工性能が良好なワイヤ放電加工用被覆電極線及びその製造方法を提供するものである。
【解決手段】本発明に係るワイヤ放電加工用被覆電極線６は、心材１の外周に２層以上の被覆層２，３，４，５を有し、断面四角形で、外周角部にＲ状の円コーナー部Ｒを有するものである。
【解決手段】本発明に係るワイヤ放電加工用被覆電極線６は、心材１の外周に２層以上の被覆層２，３，４，５を有し、断面四角形で、外周角部にＲ状の円コーナー部Ｒを有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工用電極線に係り、特に、被覆型のワイヤ放電加工用電極線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なワイヤ放電加工用電極線として、Ｃｕ−Ｚｎ合金単体からなる断面円形の電極線が活用されている。この電極線は、加工速度、加工精度などの放電特性に優れていると共に、コスト的にも有利な特質を有している。このタイプの電極線の放電加工速度及び加工精度等をもっと向上させるには、電極線をＺｎ濃度が高いＣｕ−Ｚｎ合金で形成することが望ましい。しかしながら、Ｃｕ−Ｚｎ合金中のＺｎ濃度が４０重量％を超えると、伸線加工性が著しく低下し、電極線の製造が困難となるので、Ｚｎ濃度が４０重量％以下のＣｕ−Ｚｎ合金が使用されてきた。
【０００３】
近年、ワイヤ放電加工用電極線の高速加工性が重視されるようになっている。このため、Ｃｕ−２．０重量％Ｓｎ合金などのＣｕ合金からなる心材の周りに、従来よりもＺｎ濃度が高いＣｕ−Ｚｎ合金層を被覆した被覆型の放電加工用電極線が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、心材の表面にＺｎ濃度の高い被覆層を形成する手法として、心材の表面にＺｎメッキを施す方法が種々提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、高温引張強度が高い銅合金のひとつとしてＣｕ−Ｚｒ合金がある。このＣｕ−Ｚｒ合金を用いた被覆型の放電加工用電極線として、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、Ｃｕ−３８％〜５０％重量Ｚｎ合金層を形成したものが挙げられる（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３３９６６４号公報
【特許文献２】特開平６−１９０６３５号公報
【特許文献３】特開平９−２２５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
放電加工用電極線の温度は、放電加工中、一般に２００℃〜４００℃に上昇すると言われており、電極線自体に熱の負荷が加わる一方、加工速度および加工精度を上げるための張力負荷も加わることから、高温中での引張強度および導電性が高いことが要求されている。
【０００８】
しかし、一般に用いられている被覆電極線は、高温強度および導電性が高くないため、加工速度をもっと上げようとすると断線が生じる。前述した特許文献３記載の放電加工用電極線は、高温引張強度が高いＣｕ−Ｚｒ材料を心材に用いているため、高温引張強度は高まるものの、耐熱性に寄与する導電性および高いＺｎ濃度を得るためのバランスが難しく、加工速度を大きく上げることができなかった。
【０００９】
また、前述した特許文献２記載の放電加工用電極線は、心材の表面にＺｎ濃度の高い被覆層を有しているため、加工精度は向上するものの、Ｚｎメッキで形成した純Ｚｎ層の層厚が薄いことから放電加工時に純Ｚｎ層が瞬時に蒸発してしまい、放電加工速度の十分な向上は望めないといった問題があった。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、導電性および放電加工性能が良好なワイヤ放電加工用被覆電極線及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、従来材より導電性が良く、瞬時的な放電範囲が広く、高Ｚｎ濃度の被覆層を有する被覆電極線を提供するため、従来材と比べて放電性能、断線限界、放電加工速度が著しく向上され、良好な加工精度と面精度を有する放電加工用被覆電極線を提供することを目的とする。
【００１２】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、心材の外周に２層以上の被覆層を有するワイヤ放電加工用被覆電極線において、断面四角形で、外周角部にＲ状の円コーナー部を有することを特徴とするワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１３】
請求項２の発明は、上記心材を電極線のある側面に偏心して配置し、その偏心した側の側面を除く３つの側面を放電加工面とした請求項１記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１４】
請求項３の発明は、上記被覆層が内層側に純Ｚｎ層を外層側に合金層を有し、上記心材と純Ｚｎ層の界面及び純Ｚｎ層と合金層の界面に、Ｃｕ−Ｚｎ系金属間化合物の反応層をそれぞれ有する請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１５】
請求項４の発明は、上記被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．０５〜０．２５、上記各反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比が０．００２〜０．００５である請求項１から３いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１６】
請求項５の発明は、上記心材が偏心した側の被覆層の厚さｔ３が、その反対側の被覆層の厚さｔ４より薄く、ｔ３／ｔ４の比が０．２〜０．８である請求項１から４いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１７】
請求項６の発明は、上記各反応層はＺｎ濃度が傾斜した層であり、上記心材と上記純Ｚｎ層の界面の反応層は、Ｚｎ濃度が内側から外側に向かって連続的に増加し、逆に、純Ｚｎ層と上記合金層の界面の反応層は、Ｚｎ濃度が内側から外側に向かって連続的に減少する請求項１から５いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１８】
請求項７の発明は、上記被覆層が、内層側に純Ｚｎ層を、外層側にＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金層を有する請求項１から６いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１９】
請求項８の発明は、上記各反応層がＣｕ−６０〜９０重量％Ｚｎという組成の金属間化合物で構成される請求項３から７いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００２０】
請求項９の発明は、上記心材が、
純Ｃｕ、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加した合金、
又はＦｅ基合金、
で構成される請求項１から８いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００２１】
請求項１０の発明は、心材の外周に２層以上の被覆層を有するワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法において、断面四角形の心材の外周に上記被覆層を形成した後、熱処理による拡散処理および表面処理を施すことで、心材と被覆層との界面及び被覆層同士の界面で原子を拡散させると共に、再配列させることによって、各界面にそれぞれ反応層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法である。
【００２２】
請求項１１の発明は、上記心材の外周に、先ず純Ｚｎ層を設け、その純Ｚｎ層の周りにＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金層を設けた後、上記熱処理を施す請求項１０記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法である。
【００２３】
請求項１２の発明は、良好な伸線加工を行うために、上記被覆層が被覆された心材に表面プラズマ熱処理を行い、表面の硬い高Ｚｎ濃度合金層だけを熱処理し、中の柔らかい心材は熱処理されないようにする請求項１０又は１１記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法である。
【００２４】
請求項１３の発明は、上記被覆層が被覆された心材を横方向に走行させ、プラズマ熱処理技術により、中間の溶融温度の低い純Ｚｎ層を短時間で融かし、中心の心材を重力の作用で下に沈ませて心材を電極線のある側面に偏心させ、心材周りに厚さが不均一な被覆層を形成する請求項１０から１２いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るワイヤ放電加工用被覆電極線は、断面四角形の心材と純Ｚｎ層との界面および純Ｚｎ層とＣｕ−Ｚｎ合金層との界面にそれぞれ反応層を設けた四角形電極線であるため、放電加工性能が良好となるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態を添付図面により説明する。
【００２７】
本発明の好適一実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線の横断面図を図１に示す。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線６は、心材１の外周に順に反応層４、純Ｚｎ層２、反応層５および合金層３を設けた断面四角形状の被覆電極線である。反応層４、純Ｚｎ層２、反応層５および合金層３が、２層以上の被覆層を構成する。また、電極線６は、その外周角部にＲ状の円コーナー部Ｒを有する。
【００２９】
被覆層の厚さは、一側（ある側面（図１中では下面））の被覆層の厚さｔ３が、三側（ある側面の反対側の面（図１中では上面））の被覆層ｔ４より薄く（ｔ３＜ｔ４）、ｔ３／ｔ４の比は０．２〜０．８の範囲で、加工精度及びワイヤの高温引張強度などの要求に応じて調整される。また、純Ｚｎ層２の層厚は合金層３よりも厚くされる。
【００３０】
合金層３はＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金で、および各反応層４，５はＣｕ−６０〜９０重量％Ｚｎという組成の金属間化合物で構成され、高加工速度や高加工精度等の要求に応じて、各層４，５，３の成分、組成が調整される。
【００３１】
被覆層の層厚と電極線６全体の長辺の長さ（電極線６のある側面に隣接する側面の高さ）ａとの比は０．０５〜０．２５、反応層４，５の層厚ｔ１、ｔ２（電極線６全体の短辺ｂ方向における層厚）と電極線６全体の長辺の長さａとの比が０．００２〜０．００５となるように、心材１のサイズおよび各層４，２，５，３の層厚が調整される。
【００３２】
各反応層４，５の厚さ方向における内側から外側への距離Ｐ（Ｐ１〜Ｐ２，Ｐ３〜Ｐ４）とＺｎ濃度の関係を図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、反応層４のＺｎ濃度は、被覆層の内側から外側に向かってＣ１〜Ｃ２と連続的に増加する傾斜層となっている。また、図３（ｂ）に示すように、反応層５のＺｎ濃度は、被覆層の内側から外側に向かってＣ３〜Ｃ４と連続的に減少する傾斜層となっている。この結果、組織の観点から捉えると、電極線６は、心材１と各層２，３が反応層４，５を介して一体となった線材となる。
【００３３】
心材１の構成材は、導電率が高く、強度が高く、かつ高温強度が高い材料であれば、特に限定するものではなく、例えば、
純銅、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加した合金、
又はＦｅ基合金、
が挙げられる。
【００３４】
合金層３のＺｎ濃度を３２〜４６重量％としたのは、Ｚｎ濃度が３２％重量％未満だと放電加工速度を向上させる効果が十分に得られないためであり、Ｚｎ濃度が４６％を超えると伸線加工性が著しく低下するためである。
【００３５】
被覆層の層厚と電極線６全体の長辺の長さａとの比を０．０５〜０．２５としたのは、０．０５未満だと、放電加工時に被覆層のＺｎが瞬時に消耗してしまい、放電加工速度の十分な向上および加工精度の向上が期待できないためである。また、０．２５を超えると、電極線６全体に占める被覆層の断面積が増加し、電極線６の高温強度および導電率の低下を招いてしまい、放電加工速度の十分な向上が期待できなくなるためである。
【００３６】
四角形の電極線において、一側の被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い。ｔ３／ｔ４の比を０．２〜０．８としたのは、ｔ３／ｔ４が０．８を超えると、電極線６全体に占める被覆層の断面積が増加し、電極線６の高温強度及導電率の低下を招いてしまい、放電加工速度の十分な向上及び加工精度の向上ができない為である。また、０．２未満だと、放電加工時、一側の被覆層のＺｎが瞬時に消耗してしまい、心材１の冷却効果の低下を招いてしまい、放電加工速度の十分な向上が期待できなくなる為である。
【００３７】
反応層４，５の層厚ｔ１、ｔ２と電極線６全体の長辺の長さａとの比をそれぞれ０．００２〜０．００５としたのは、０．００２未満だと、心材１と被覆層を構成する各層２，３が十分に密着しなくなり、電極線６自体の引張強度の低下を招くためである。また、０．００５を超えると（拡散を過剰に行うと）、伸線加工に伴って、脆い反応層４，５の部分で破断が生じて均一変形しなくなり、伸線時に断線が発生したり、電極線６自体の引張強度の低下を招くためである。
【００３８】
一方、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線は、次のように製造される。
【００３９】
先ず、断面四角形の心材１の周りに、順に純Ｚｎ層２、合金層３を設けて被覆層を形成した後、様々な熱処理（拡散処理）および表面熱処理を施すことで、心材１と純Ｚｎ層２との界面、及び純Ｚｎ層２と合金層３との界面で原子を相互に拡散させると共に、再配列させる。これによって、心材１と純Ｚｎ層２、及び純Ｚｎ層２と合金層３の各界面に反応層４，５が形成され、ワイヤ放電加工用被覆電極線６が得られる。
【００４０】
熱処理方法としては、特別な短時間熱処理方法、例えば、表面プラズマ熱処理技術が必要である。具体的には、伸線加工できるように、表面の硬い高Ｚｎ濃度の銅合金だけを熱処理でき、中の柔らかい低Ｚｎ濃度の心材１は熱処理しないこと、また、Ｚｎの蒸発を防止することが可能な、短時間の熱処理技術（例えば、プラズマ熱処理や通電アニラ熱処理など）が必要である。ここで言うプラズマ熱処理（イオン衝撃熱処理とも言う）は、イオン浸炭、イオン窒化などの減圧雰囲気中で、陰極とした処理物と陽極の間に起こるグロー放電を利用した表面熱処理である。
【００４１】
また、被覆層が形成された心材１を横方向（水平方向）に走行させると共に、その表面をプラズマ熱処理技術を利用して熱処理するのに伴い、被覆層中間の溶融温度の低い純Ｚｎ層２を短時間で融かすことで、中心の心材１が重力の作用で下に少し沈み、図１に示したように心材１が電極線のある側面に偏心され、心材１の周りに厚さが不均一な被覆層を有する電極線６が得られる。
【００４２】
最後に、この電極線６を伸線ダイスに通し、電極線６に適宜縮径加工（冷間伸線加工）を施して所望のサイズに形成することで、最終製品が得られる。縮径加工は、所望のサイズが得られるまで、電極線６に伸線ダイス加工及び熱処理を繰り返し実施するようにしてもよい。
【００４３】
本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線６は、導電性を向上させるため、電極線の断面形状を円形から四角形にして電極線の通電面積を大きくしている。これにより、導電性が良くなり、より低抵抗となる結果、高温で放電加工する時、従来の電極線と比べて生じる熱が減って温度が低くなり、電極線自体の熱的負担が減少される。よって、加工精度をさらに上げるために、加える張力負荷をさらに高めることができる。
【００４４】
また、図２（ａ）に示すように、従来の電極線２１は断面円形であるため、放電２２が生じる箇所は電極線２１と被加工物２３が最も近接している部分だけであり、放電２２は点放電である。従来の電極線２１は、点放電で放電箇所が少ないため、放電加工速度の更なる高速化、放電の安定性（被加工物２３の所定の位置に放電２２を生じさせること）の点でやや難があった。これに対して、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線６は断面四角形であるため、被加工物２３に面する電極線６の３つの側面で放電２２が生じ、放電２２は面放電である。このワイヤ放電加工用被覆電極線６は、面放電で放電箇所が多いため、放電加工速度を更に高めることができると共に、放電の安定性もより高まる。電極線６の外周角部は円コーナー部Ｒとなっていることから、電極線６の外周角部において放電２２が集中することはなく、面放電が可能となる。円コーナー部Ｒの面取り半径は、放電２２が集中しない範囲で、電極線６のサイズに応じて適宜調整される。
【００４５】
また、ワイヤ放電加工用被覆電極線６は、被覆層の内層側に１００％の高濃度Ｚｎ（純Ｚｎ層２）を有するため、優れた放電性能を持つ一方、放電加工の経過に伴って多量のＺｎが蒸発することにより、その蒸発時の気化熱で電極線６の冷却効果が向上して、電極線６に加わる熱の負担をもっと下げることができる。その結果、放電加工電流を増加させても、一般電極線より温度上昇を低く抑えることができ、電極線６の断線限界が向上するため、放電加工速度および加工精度の向上を図ることができる。
【００４６】
また、放電加工する時、電極線６の一方側（電極線６における心材１が偏心した側の側面）は放電させないため、一方側に引張強度が低い被覆層を厚く被せる必要はないと考えると、一方側の被覆層を薄めにすることができる。しかし、心材１の高温冷却効果を向上させるには、適当な高Ｚｎ濃度の被覆層が必要なため、電極線６の残りの３つの側面、特にある側面の反対側の面に適切な厚さで被覆層を被せることで、電極線６の高温強度に寄与する導電性の向上を図ることができ、加工速度を大きく上げることができる。
【００４７】
また、心材１と純Ｚｎ層２との界面および純Ｚｎ層２と合金層３との界面に、それぞれ反応層４，５を設けることで、心材１と被覆層を構成する各層２，３間の密着性が良好となる。その結果、引張強度が向上し、放電加工性能が良好なワイヤ放電加工用被覆電極線６を得ることができる。
【００４８】
本実施の形態に係る電極線６によれば、導電性が良好な心材１を用い、この心材１の周りに純Ｚｎ層２を設けることで、放電加工性能が更に良好となる。また、放電加工時における外層側のＣｕ−Ｚｎ合金層３及び反応層５の消耗によって純Ｚｎ層２が露出すると、この純Ｚｎ層２が放電するため、放電特性が良好となり、優れた加工精度が得られる。この時、純Ｚｎ層２は、Ｃｕ−Ｚｎ合金層３及び反応層５で被覆されていると共に、Ｃｕ−Ｚｎ合金層３よりも層厚が厚く、十分な層厚を有しているため、従来の電極線のように放電加工時に純Ｚｎ層２が瞬時に蒸発することはない。
【００４９】
また、放電加工の経過に伴って純Ｚｎ層２は徐々に蒸発するが、その蒸発時の気化熱によって電極線６、特に心材１の冷却効果が向上する。このため、放電加工速度を上げるべく、放電加工電流を増加させても、一般の黄銅線よりも電極線６の温度上昇を低く抑えることができ、電極線６自体の熱的負担が減少する。その結果、電極線６自体の断線限界が向上するため、放電加工速度の向上を図ることができる。また、従来の断面円形の電極線よりも、断面四角形の本実施の形態に係る電極線６の方が放電範囲が広いことから、放電加工速度の向上を図ることが出来る。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
（実施例１）
長辺、短辺の長さが２．５ｍｍ、２．０ｍｍで、Ｃｕ−０．１６重量％Ｚｒからなる心材の周りに、順に厚さ０．２５ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。
【００５３】
次に、この被覆線材に伸線加工、熱処理を施し、心材の外周に、順に層厚ｔ１の内側反応層、層厚ｔ２の外側反応層を有するサイズａ，ｂの四角形ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２３、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５４】
（実施例２）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５５】
（比較例１）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．４０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２９５、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５６】
（比較例２）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．０４ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．０２ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．０４５、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５７】
（比較例３）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．０２ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００１〜０．００２、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５８】
（比較例４）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．０２ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００５〜０．００６、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５９】
（比較例５）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．２とした。
【００６０】
（比較例６）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．９とした。
【００６１】
（従来例１）
Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ合金の単体で、外径がφ０．３５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。
【００６２】
実施例１，２、比較例１〜６、及び従来例１における各電極線の心材組成（重量％）、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の組成（重量％）、各層厚／ａ、加工精度及び放電加工試験時の放電加工速度を表１に示す。
【００６３】
ここで、加工精度は、従来例１の電極線の加工精度を１．０とした時の相対精度である。また、放電加工速度は、従来例１の電極線の放電加工速度を１．００とした時の相対速度である。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１に示すように、実施例１，２の各電極線は、いずれも加工精度が３．０以上と高く、従来例１と比べて著しく向上した。また、放電加工速度はそれぞれ２．５，２．４といずれも２．０以上であり、従来例１と比べて放電加工速度が約１４０〜１５０％も向上した。
【００６６】
これに対して、比較例１の電極線は、被覆層の層厚／ａの値が限定範囲（０．０５〜０．２５）よりも大きい０．２９５であるため、放電加工速度を十分に向上させることができなかった。また、比較例２の電極線は、被覆層の層厚／ａが限定範囲（０．０５〜０．２５）よりも小さい０．０４５であるため、放電加工速度が１．６しか得られず、放電加工速度を十分に向上させることができなかった。また、放電性能が良くないため、加工精度も１．５と低かった。
【００６７】
比較例３，４の電極線は、反応層の層厚／ａの値が限定範囲（０．００２〜０．００５）を満足していないため、伸線性が良好でなく、電極線の作製が不可能であった。よって、高温引張試験および放電加工試験を行うことができなかった。
【００６８】
比較例５，６の電極線は、被覆層の厚さｔ３／ｔ４の値が限定範囲（０．２〜０．８）を満足していないため、放電加工速度及び加工精度を十分に向上させることができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線の横断面図である。
【図２】従来材及び本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線の、放電加工時の放電加工状態を示す横断面図である。図２（ａ）は従来のワイヤ放電加工用被覆電極線、図２（ｂ）は本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【図３】図１における各反応層のＺｎ濃度分布を示す図である。図３（ａ）は内層側の反応層、図３（ｂ）は外層側の反応層である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 心材
２ 純Ｚｎ層（被覆層）
３ 合金層（被覆層）
４，５ 反応層（被覆層）
６ ワイヤ放電加工用被覆電極線
Ｒ 円コーナー部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工用電極線に係り、特に、被覆型のワイヤ放電加工用電極線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なワイヤ放電加工用電極線として、Ｃｕ−Ｚｎ合金単体からなる断面円形の電極線が活用されている。この電極線は、加工速度、加工精度などの放電特性に優れていると共に、コスト的にも有利な特質を有している。このタイプの電極線の放電加工速度及び加工精度等をもっと向上させるには、電極線をＺｎ濃度が高いＣｕ−Ｚｎ合金で形成することが望ましい。しかしながら、Ｃｕ−Ｚｎ合金中のＺｎ濃度が４０重量％を超えると、伸線加工性が著しく低下し、電極線の製造が困難となるので、Ｚｎ濃度が４０重量％以下のＣｕ−Ｚｎ合金が使用されてきた。
【０００３】
近年、ワイヤ放電加工用電極線の高速加工性が重視されるようになっている。このため、Ｃｕ−２．０重量％Ｓｎ合金などのＣｕ合金からなる心材の周りに、従来よりもＺｎ濃度が高いＣｕ−Ｚｎ合金層を被覆した被覆型の放電加工用電極線が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、心材の表面にＺｎ濃度の高い被覆層を形成する手法として、心材の表面にＺｎメッキを施す方法が種々提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、高温引張強度が高い銅合金のひとつとしてＣｕ−Ｚｒ合金がある。このＣｕ−Ｚｒ合金を用いた被覆型の放電加工用電極線として、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｚｒ合金からなる心材の外周に、Ｃｕ−３８％〜５０％重量Ｚｎ合金層を形成したものが挙げられる（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３３９６６４号公報
【特許文献２】特開平６−１９０６３５号公報
【特許文献３】特開平９−２２５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
放電加工用電極線の温度は、放電加工中、一般に２００℃〜４００℃に上昇すると言われており、電極線自体に熱の負荷が加わる一方、加工速度および加工精度を上げるための張力負荷も加わることから、高温中での引張強度および導電性が高いことが要求されている。
【０００８】
しかし、一般に用いられている被覆電極線は、高温強度および導電性が高くないため、加工速度をもっと上げようとすると断線が生じる。前述した特許文献３記載の放電加工用電極線は、高温引張強度が高いＣｕ−Ｚｒ材料を心材に用いているため、高温引張強度は高まるものの、耐熱性に寄与する導電性および高いＺｎ濃度を得るためのバランスが難しく、加工速度を大きく上げることができなかった。
【０００９】
また、前述した特許文献２記載の放電加工用電極線は、心材の表面にＺｎ濃度の高い被覆層を有しているため、加工精度は向上するものの、Ｚｎメッキで形成した純Ｚｎ層の層厚が薄いことから放電加工時に純Ｚｎ層が瞬時に蒸発してしまい、放電加工速度の十分な向上は望めないといった問題があった。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、導電性および放電加工性能が良好なワイヤ放電加工用被覆電極線及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、従来材より導電性が良く、瞬時的な放電範囲が広く、高Ｚｎ濃度の被覆層を有する被覆電極線を提供するため、従来材と比べて放電性能、断線限界、放電加工速度が著しく向上され、良好な加工精度と面精度を有する放電加工用被覆電極線を提供することを目的とする。
【００１２】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、心材の外周に２層以上の被覆層を有するワイヤ放電加工用被覆電極線において、断面四角形で、外周角部にＲ状の円コーナー部を有することを特徴とするワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１３】
請求項２の発明は、上記心材を電極線のある側面に偏心して配置し、その偏心した側の側面を除く３つの側面を放電加工面とした請求項１記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１４】
請求項３の発明は、上記被覆層が内層側に純Ｚｎ層を外層側に合金層を有し、上記心材と純Ｚｎ層の界面及び純Ｚｎ層と合金層の界面に、Ｃｕ−Ｚｎ系金属間化合物の反応層をそれぞれ有する請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１５】
請求項４の発明は、上記被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．０５〜０．２５、上記各反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比が０．００２〜０．００５である請求項１から３いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１６】
請求項５の発明は、上記心材が偏心した側の被覆層の厚さｔ３が、その反対側の被覆層の厚さｔ４より薄く、ｔ３／ｔ４の比が０．２〜０．８である請求項１から４いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１７】
請求項６の発明は、上記各反応層はＺｎ濃度が傾斜した層であり、上記心材と上記純Ｚｎ層の界面の反応層は、Ｚｎ濃度が内側から外側に向かって連続的に増加し、逆に、純Ｚｎ層と上記合金層の界面の反応層は、Ｚｎ濃度が内側から外側に向かって連続的に減少する請求項１から５いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１８】
請求項７の発明は、上記被覆層が、内層側に純Ｚｎ層を、外層側にＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金層を有する請求項１から６いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００１９】
請求項８の発明は、上記各反応層がＣｕ−６０〜９０重量％Ｚｎという組成の金属間化合物で構成される請求項３から７いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００２０】
請求項９の発明は、上記心材が、
純Ｃｕ、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加した合金、
又はＦｅ基合金、
で構成される請求項１から８いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【００２１】
請求項１０の発明は、心材の外周に２層以上の被覆層を有するワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法において、断面四角形の心材の外周に上記被覆層を形成した後、熱処理による拡散処理および表面処理を施すことで、心材と被覆層との界面及び被覆層同士の界面で原子を拡散させると共に、再配列させることによって、各界面にそれぞれ反応層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法である。
【００２２】
請求項１１の発明は、上記心材の外周に、先ず純Ｚｎ層を設け、その純Ｚｎ層の周りにＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金層を設けた後、上記熱処理を施す請求項１０記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法である。
【００２３】
請求項１２の発明は、良好な伸線加工を行うために、上記被覆層が被覆された心材に表面プラズマ熱処理を行い、表面の硬い高Ｚｎ濃度合金層だけを熱処理し、中の柔らかい心材は熱処理されないようにする請求項１０又は１１記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法である。
【００２４】
請求項１３の発明は、上記被覆層が被覆された心材を横方向に走行させ、プラズマ熱処理技術により、中間の溶融温度の低い純Ｚｎ層を短時間で融かし、中心の心材を重力の作用で下に沈ませて心材を電極線のある側面に偏心させ、心材周りに厚さが不均一な被覆層を形成する請求項１０から１２いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るワイヤ放電加工用被覆電極線は、断面四角形の心材と純Ｚｎ層との界面および純Ｚｎ層とＣｕ−Ｚｎ合金層との界面にそれぞれ反応層を設けた四角形電極線であるため、放電加工性能が良好となるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態を添付図面により説明する。
【００２７】
本発明の好適一実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線の横断面図を図１に示す。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線６は、心材１の外周に順に反応層４、純Ｚｎ層２、反応層５および合金層３を設けた断面四角形状の被覆電極線である。反応層４、純Ｚｎ層２、反応層５および合金層３が、２層以上の被覆層を構成する。また、電極線６は、その外周角部にＲ状の円コーナー部Ｒを有する。
【００２９】
被覆層の厚さは、一側（ある側面（図１中では下面））の被覆層の厚さｔ３が、三側（ある側面の反対側の面（図１中では上面））の被覆層ｔ４より薄く（ｔ３＜ｔ４）、ｔ３／ｔ４の比は０．２〜０．８の範囲で、加工精度及びワイヤの高温引張強度などの要求に応じて調整される。また、純Ｚｎ層２の層厚は合金層３よりも厚くされる。
【００３０】
合金層３はＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金で、および各反応層４，５はＣｕ−６０〜９０重量％Ｚｎという組成の金属間化合物で構成され、高加工速度や高加工精度等の要求に応じて、各層４，５，３の成分、組成が調整される。
【００３１】
被覆層の層厚と電極線６全体の長辺の長さ（電極線６のある側面に隣接する側面の高さ）ａとの比は０．０５〜０．２５、反応層４，５の層厚ｔ１、ｔ２（電極線６全体の短辺ｂ方向における層厚）と電極線６全体の長辺の長さａとの比が０．００２〜０．００５となるように、心材１のサイズおよび各層４，２，５，３の層厚が調整される。
【００３２】
各反応層４，５の厚さ方向における内側から外側への距離Ｐ（Ｐ１〜Ｐ２，Ｐ３〜Ｐ４）とＺｎ濃度の関係を図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、反応層４のＺｎ濃度は、被覆層の内側から外側に向かってＣ１〜Ｃ２と連続的に増加する傾斜層となっている。また、図３（ｂ）に示すように、反応層５のＺｎ濃度は、被覆層の内側から外側に向かってＣ３〜Ｃ４と連続的に減少する傾斜層となっている。この結果、組織の観点から捉えると、電極線６は、心材１と各層２，３が反応層４，５を介して一体となった線材となる。
【００３３】
心材１の構成材は、導電率が高く、強度が高く、かつ高温強度が高い材料であれば、特に限定するものではなく、例えば、
純銅、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加した合金、
又はＦｅ基合金、
が挙げられる。
【００３４】
合金層３のＺｎ濃度を３２〜４６重量％としたのは、Ｚｎ濃度が３２％重量％未満だと放電加工速度を向上させる効果が十分に得られないためであり、Ｚｎ濃度が４６％を超えると伸線加工性が著しく低下するためである。
【００３５】
被覆層の層厚と電極線６全体の長辺の長さａとの比を０．０５〜０．２５としたのは、０．０５未満だと、放電加工時に被覆層のＺｎが瞬時に消耗してしまい、放電加工速度の十分な向上および加工精度の向上が期待できないためである。また、０．２５を超えると、電極線６全体に占める被覆層の断面積が増加し、電極線６の高温強度および導電率の低下を招いてしまい、放電加工速度の十分な向上が期待できなくなるためである。
【００３６】
四角形の電極線において、一側の被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い。ｔ３／ｔ４の比を０．２〜０．８としたのは、ｔ３／ｔ４が０．８を超えると、電極線６全体に占める被覆層の断面積が増加し、電極線６の高温強度及導電率の低下を招いてしまい、放電加工速度の十分な向上及び加工精度の向上ができない為である。また、０．２未満だと、放電加工時、一側の被覆層のＺｎが瞬時に消耗してしまい、心材１の冷却効果の低下を招いてしまい、放電加工速度の十分な向上が期待できなくなる為である。
【００３７】
反応層４，５の層厚ｔ１、ｔ２と電極線６全体の長辺の長さａとの比をそれぞれ０．００２〜０．００５としたのは、０．００２未満だと、心材１と被覆層を構成する各層２，３が十分に密着しなくなり、電極線６自体の引張強度の低下を招くためである。また、０．００５を超えると（拡散を過剰に行うと）、伸線加工に伴って、脆い反応層４，５の部分で破断が生じて均一変形しなくなり、伸線時に断線が発生したり、電極線６自体の引張強度の低下を招くためである。
【００３８】
一方、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線は、次のように製造される。
【００３９】
先ず、断面四角形の心材１の周りに、順に純Ｚｎ層２、合金層３を設けて被覆層を形成した後、様々な熱処理（拡散処理）および表面熱処理を施すことで、心材１と純Ｚｎ層２との界面、及び純Ｚｎ層２と合金層３との界面で原子を相互に拡散させると共に、再配列させる。これによって、心材１と純Ｚｎ層２、及び純Ｚｎ層２と合金層３の各界面に反応層４，５が形成され、ワイヤ放電加工用被覆電極線６が得られる。
【００４０】
熱処理方法としては、特別な短時間熱処理方法、例えば、表面プラズマ熱処理技術が必要である。具体的には、伸線加工できるように、表面の硬い高Ｚｎ濃度の銅合金だけを熱処理でき、中の柔らかい低Ｚｎ濃度の心材１は熱処理しないこと、また、Ｚｎの蒸発を防止することが可能な、短時間の熱処理技術（例えば、プラズマ熱処理や通電アニラ熱処理など）が必要である。ここで言うプラズマ熱処理（イオン衝撃熱処理とも言う）は、イオン浸炭、イオン窒化などの減圧雰囲気中で、陰極とした処理物と陽極の間に起こるグロー放電を利用した表面熱処理である。
【００４１】
また、被覆層が形成された心材１を横方向（水平方向）に走行させると共に、その表面をプラズマ熱処理技術を利用して熱処理するのに伴い、被覆層中間の溶融温度の低い純Ｚｎ層２を短時間で融かすことで、中心の心材１が重力の作用で下に少し沈み、図１に示したように心材１が電極線のある側面に偏心され、心材１の周りに厚さが不均一な被覆層を有する電極線６が得られる。
【００４２】
最後に、この電極線６を伸線ダイスに通し、電極線６に適宜縮径加工（冷間伸線加工）を施して所望のサイズに形成することで、最終製品が得られる。縮径加工は、所望のサイズが得られるまで、電極線６に伸線ダイス加工及び熱処理を繰り返し実施するようにしてもよい。
【００４３】
本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線６は、導電性を向上させるため、電極線の断面形状を円形から四角形にして電極線の通電面積を大きくしている。これにより、導電性が良くなり、より低抵抗となる結果、高温で放電加工する時、従来の電極線と比べて生じる熱が減って温度が低くなり、電極線自体の熱的負担が減少される。よって、加工精度をさらに上げるために、加える張力負荷をさらに高めることができる。
【００４４】
また、図２（ａ）に示すように、従来の電極線２１は断面円形であるため、放電２２が生じる箇所は電極線２１と被加工物２３が最も近接している部分だけであり、放電２２は点放電である。従来の電極線２１は、点放電で放電箇所が少ないため、放電加工速度の更なる高速化、放電の安定性（被加工物２３の所定の位置に放電２２を生じさせること）の点でやや難があった。これに対して、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線６は断面四角形であるため、被加工物２３に面する電極線６の３つの側面で放電２２が生じ、放電２２は面放電である。このワイヤ放電加工用被覆電極線６は、面放電で放電箇所が多いため、放電加工速度を更に高めることができると共に、放電の安定性もより高まる。電極線６の外周角部は円コーナー部Ｒとなっていることから、電極線６の外周角部において放電２２が集中することはなく、面放電が可能となる。円コーナー部Ｒの面取り半径は、放電２２が集中しない範囲で、電極線６のサイズに応じて適宜調整される。
【００４５】
また、ワイヤ放電加工用被覆電極線６は、被覆層の内層側に１００％の高濃度Ｚｎ（純Ｚｎ層２）を有するため、優れた放電性能を持つ一方、放電加工の経過に伴って多量のＺｎが蒸発することにより、その蒸発時の気化熱で電極線６の冷却効果が向上して、電極線６に加わる熱の負担をもっと下げることができる。その結果、放電加工電流を増加させても、一般電極線より温度上昇を低く抑えることができ、電極線６の断線限界が向上するため、放電加工速度および加工精度の向上を図ることができる。
【００４６】
また、放電加工する時、電極線６の一方側（電極線６における心材１が偏心した側の側面）は放電させないため、一方側に引張強度が低い被覆層を厚く被せる必要はないと考えると、一方側の被覆層を薄めにすることができる。しかし、心材１の高温冷却効果を向上させるには、適当な高Ｚｎ濃度の被覆層が必要なため、電極線６の残りの３つの側面、特にある側面の反対側の面に適切な厚さで被覆層を被せることで、電極線６の高温強度に寄与する導電性の向上を図ることができ、加工速度を大きく上げることができる。
【００４７】
また、心材１と純Ｚｎ層２との界面および純Ｚｎ層２と合金層３との界面に、それぞれ反応層４，５を設けることで、心材１と被覆層を構成する各層２，３間の密着性が良好となる。その結果、引張強度が向上し、放電加工性能が良好なワイヤ放電加工用被覆電極線６を得ることができる。
【００４８】
本実施の形態に係る電極線６によれば、導電性が良好な心材１を用い、この心材１の周りに純Ｚｎ層２を設けることで、放電加工性能が更に良好となる。また、放電加工時における外層側のＣｕ−Ｚｎ合金層３及び反応層５の消耗によって純Ｚｎ層２が露出すると、この純Ｚｎ層２が放電するため、放電特性が良好となり、優れた加工精度が得られる。この時、純Ｚｎ層２は、Ｃｕ−Ｚｎ合金層３及び反応層５で被覆されていると共に、Ｃｕ−Ｚｎ合金層３よりも層厚が厚く、十分な層厚を有しているため、従来の電極線のように放電加工時に純Ｚｎ層２が瞬時に蒸発することはない。
【００４９】
また、放電加工の経過に伴って純Ｚｎ層２は徐々に蒸発するが、その蒸発時の気化熱によって電極線６、特に心材１の冷却効果が向上する。このため、放電加工速度を上げるべく、放電加工電流を増加させても、一般の黄銅線よりも電極線６の温度上昇を低く抑えることができ、電極線６自体の熱的負担が減少する。その結果、電極線６自体の断線限界が向上するため、放電加工速度の向上を図ることができる。また、従来の断面円形の電極線よりも、断面四角形の本実施の形態に係る電極線６の方が放電範囲が広いことから、放電加工速度の向上を図ることが出来る。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
（実施例１）
長辺、短辺の長さが２．５ｍｍ、２．０ｍｍで、Ｃｕ−０．１６重量％Ｚｒからなる心材の周りに、順に厚さ０．２５ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。
【００５３】
次に、この被覆線材に伸線加工、熱処理を施し、心材の外周に、順に層厚ｔ１の内側反応層、層厚ｔ２の外側反応層を有するサイズａ，ｂの四角形ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２３、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５４】
（実施例２）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５５】
（比較例１）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．４０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２９５、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５６】
（比較例２）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．０４ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．０２ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．０４５、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５７】
（比較例３）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．０２ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００１〜０．００２、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５８】
（比較例４）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．０２ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００５〜０．００６、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．５とした。
【００５９】
（比較例５）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．２とした。
【００６０】
（比較例６）
実施例１と同じ心材の周りに、順に厚さ０．２０ｍｍの純Ｚｎ層、厚さ０．１２５ｍｍのＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金層を形成する。その後は実施例１と同様にし、ワイヤ放電加工用電極線を作製した。ここで、被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．２０、反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．００２〜０．００５、一側被覆層の厚さｔ３は三側の被覆層ｔ４より薄い、ｔ３／ｔ４の比は０．９とした。
【００６１】
（従来例１）
Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ合金の単体で、外径がφ０．３５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。
【００６２】
実施例１，２、比較例１〜６、及び従来例１における各電極線の心材組成（重量％）、Ｃｕ−Ｚｎ合金層の組成（重量％）、各層厚／ａ、加工精度及び放電加工試験時の放電加工速度を表１に示す。
【００６３】
ここで、加工精度は、従来例１の電極線の加工精度を１．０とした時の相対精度である。また、放電加工速度は、従来例１の電極線の放電加工速度を１．００とした時の相対速度である。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１に示すように、実施例１，２の各電極線は、いずれも加工精度が３．０以上と高く、従来例１と比べて著しく向上した。また、放電加工速度はそれぞれ２．５，２．４といずれも２．０以上であり、従来例１と比べて放電加工速度が約１４０〜１５０％も向上した。
【００６６】
これに対して、比較例１の電極線は、被覆層の層厚／ａの値が限定範囲（０．０５〜０．２５）よりも大きい０．２９５であるため、放電加工速度を十分に向上させることができなかった。また、比較例２の電極線は、被覆層の層厚／ａが限定範囲（０．０５〜０．２５）よりも小さい０．０４５であるため、放電加工速度が１．６しか得られず、放電加工速度を十分に向上させることができなかった。また、放電性能が良くないため、加工精度も１．５と低かった。
【００６７】
比較例３，４の電極線は、反応層の層厚／ａの値が限定範囲（０．００２〜０．００５）を満足していないため、伸線性が良好でなく、電極線の作製が不可能であった。よって、高温引張試験および放電加工試験を行うことができなかった。
【００６８】
比較例５，６の電極線は、被覆層の厚さｔ３／ｔ４の値が限定範囲（０．２〜０．８）を満足していないため、放電加工速度及び加工精度を十分に向上させることができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線の横断面図である。
【図２】従来材及び本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線の、放電加工時の放電加工状態を示す横断面図である。図２（ａ）は従来のワイヤ放電加工用被覆電極線、図２（ｂ）は本実施の形態に係るワイヤ放電加工用被覆電極線である。
【図３】図１における各反応層のＺｎ濃度分布を示す図である。図３（ａ）は内層側の反応層、図３（ｂ）は外層側の反応層である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 心材
２ 純Ｚｎ層（被覆層）
３ 合金層（被覆層）
４，５ 反応層（被覆層）
６ ワイヤ放電加工用被覆電極線
Ｒ 円コーナー部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材の外周に２層以上の被覆層を有するワイヤ放電加工用被覆電極線において、断面四角形で、外周角部にＲ状の円コーナー部を有することを特徴とするワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項２】
上記心材を電極線のある側面に偏心して配置し、その偏心した側の側面を除く３つの側面を放電加工面とした請求項１記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項３】
上記被覆層が内層側に純Ｚｎ層を外層側に合金層を有し、上記心材と純Ｚｎ層の界面及び純Ｚｎ層と合金層の界面に、Ｃｕ−Ｚｎ系金属間化合物の反応層をそれぞれ有する請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項４】
上記被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．０５〜０．２５、上記各反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比が０．００２〜０．００５である請求項１から３いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項５】
上記心材が偏心した側の被覆層の厚さｔ３が、その反対側の被覆層の厚さｔ４より薄く、ｔ３／ｔ４の比が０．２〜０．８である請求項１から４いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項６】
上記各反応層はＺｎ濃度が傾斜した層であり、上記心材と上記純Ｚｎ層の界面の反応層は、Ｚｎ濃度が内側から外側に向かって連続的に増加し、逆に、純Ｚｎ層と上記合金層の界面の反応層は、Ｚｎ濃度が内側から外側に向かって連続的に減少する請求項１から５いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項７】
上記被覆層が、内層側に純Ｚｎ層を、外層側にＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金層を有する請求項１から６いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項８】
上記各反応層がＣｕ−６０〜９０重量％Ｚｎという組成の金属間化合物で構成される請求項３から７いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項９】
上記心材が、
純Ｃｕ、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加した合金、
又はＦｅ基合金、
で構成される請求項１から８いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項１０】
心材の外周に２層以上の被覆層を有するワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法において、断面四角形の心材の外周に上記被覆層を形成した後、熱処理による拡散処理および表面処理を施すことで、心材と被覆層との界面及び被覆層同士の界面で原子を拡散させると共に、再配列させることによって、各界面にそれぞれ反応層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法。
【請求項１１】
上記心材の外周に、先ず純Ｚｎ層を設け、その純Ｚｎ層の周りにＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金層を設けた後、上記熱処理を施す請求項１０記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法。
【請求項１２】
良好な伸線加工を行うために、上記被覆層が被覆された心材に表面プラズマ熱処理を行い、表面の硬い高Ｚｎ濃度合金層だけを熱処理し、中の柔らかい心材は熱処理されないようにする請求項１０又は１１記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法。
【請求項１３】
上記被覆層が被覆された心材を横方向に走行させ、プラズマ熱処理技術により、中間の溶融温度の低い純Ｚｎ層を短時間で融かし、中心の心材を重力の作用で下に沈ませて心材を電極線のある側面に偏心させ、心材周りに厚さが不均一な被覆層を形成する請求項１０から１２いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法。
【請求項１】
心材の外周に２層以上の被覆層を有するワイヤ放電加工用被覆電極線において、断面四角形で、外周角部にＲ状の円コーナー部を有することを特徴とするワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項２】
上記心材を電極線のある側面に偏心して配置し、その偏心した側の側面を除く３つの側面を放電加工面とした請求項１記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項３】
上記被覆層が内層側に純Ｚｎ層を外層側に合金層を有し、上記心材と純Ｚｎ層の界面及び純Ｚｎ層と合金層の界面に、Ｃｕ−Ｚｎ系金属間化合物の反応層をそれぞれ有する請求項１又は２記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項４】
上記被覆層の層厚と電極線全体の長辺の長さａとの比は０．０５〜０．２５、上記各反応層の層厚ｔ１、ｔ２と電極線全体の長辺の長さａとの比が０．００２〜０．００５である請求項１から３いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項５】
上記心材が偏心した側の被覆層の厚さｔ３が、その反対側の被覆層の厚さｔ４より薄く、ｔ３／ｔ４の比が０．２〜０．８である請求項１から４いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項６】
上記各反応層はＺｎ濃度が傾斜した層であり、上記心材と上記純Ｚｎ層の界面の反応層は、Ｚｎ濃度が内側から外側に向かって連続的に増加し、逆に、純Ｚｎ層と上記合金層の界面の反応層は、Ｚｎ濃度が内側から外側に向かって連続的に減少する請求項１から５いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項７】
上記被覆層が、内層側に純Ｚｎ層を、外層側にＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金層を有する請求項１から６いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項８】
上記各反応層がＣｕ−６０〜９０重量％Ｚｎという組成の金属間化合物で構成される請求項３から７いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項９】
上記心材が、
純Ｃｕ、
Ｃｕ−０．０２〜０．２重量％Ｚｒ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．２５重量％Ｓｎ−０．１５〜０．２５重量％Ｉｎ合金、
Ｃｕ−０．１５〜０．７０重量％Ｓｎ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％Ｚｎ合金、
Ｃｕ−０．２〜２０重量％Ａｇ合金、
Ｃｕ−５〜３０重量％ＺｎにＺｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎの内の少なくとも１種を添加した合金、
又はＦｅ基合金、
で構成される請求項１から８いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線。
【請求項１０】
心材の外周に２層以上の被覆層を有するワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法において、断面四角形の心材の外周に上記被覆層を形成した後、熱処理による拡散処理および表面処理を施すことで、心材と被覆層との界面及び被覆層同士の界面で原子を拡散させると共に、再配列させることによって、各界面にそれぞれ反応層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法。
【請求項１１】
上記心材の外周に、先ず純Ｚｎ層を設け、その純Ｚｎ層の周りにＣｕ−３０〜４６重量％Ｚｎという組成の合金層を設けた後、上記熱処理を施す請求項１０記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法。
【請求項１２】
良好な伸線加工を行うために、上記被覆層が被覆された心材に表面プラズマ熱処理を行い、表面の硬い高Ｚｎ濃度合金層だけを熱処理し、中の柔らかい心材は熱処理されないようにする請求項１０又は１１記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法。
【請求項１３】
上記被覆層が被覆された心材を横方向に走行させ、プラズマ熱処理技術により、中間の溶融温度の低い純Ｚｎ層を短時間で融かし、中心の心材を重力の作用で下に沈ませて心材を電極線のある側面に偏心させ、心材周りに厚さが不均一な被覆層を形成する請求項１０から１２いずれかに記載のワイヤ放電加工用被覆電極線の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１３６５７９（Ｐ２００７−１３６５７９Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３１３９３（Ｐ２００５−３３１３９３）
【出願日】平成１７年１１月１６日（２００５．１１．１６）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１６日（２００５．１１．１６）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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