JP2005254311A - 異形線伸線用ダイヤモンドダイス - Google Patents

Abstract

【課題】 線径が０．１ｍｍ未満の異形線を伸線するためのダイヤモンドダイスで、ダイヤモンドが欠けにくくて寿命が長く、断線や潤滑不良を防止し、高精度な伸線加工ができる異形線伸線用ダイヤモンドダイスを提案する。
【解決手段】 ダイヤモンドをダイス本体とし、前記ダイヤモンドに形成された穴のうちベアリング部の正面形状が四角形である異形線伸線用ダイヤモンドダイスで、前記四角形の相対する面の距離Ｄが０．１ｍｍ未満であり、前記穴のベルからベアリングにかけての面は、前記ダイヤモンドの厚み方向において滑らかな曲面で形成する。前記穴の滑らかな曲面は、単一Ｒの面または複合Ｒの面からなり、Ｒの大きさは０．５ｍｍ〜１．８ｍｍとする。また、前記ベアリングの長さは、０．０５Ｄ〜０．３Ｄ、リダクションの角度は、６°以上２０°未満とするのが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、線材の断面を四角形、特に長方形や正方形に伸線加工するための異形線伸線用ダイヤモンドダイスに関し、特に伸線加工後の線材の一辺の長さが０．１ｍｍ未満の超極細異形線伸線用のダイヤモンドダイスに関する。

従来家電製品や自動車などに使われている電動モータには巻線が使用されている。さらには、マイクロマシンなどに使うモータや、スピーカー用ボイスコイルなどの形状を小型化しようとする要望が高くなってきている。断面が正方形の線は巻線にした時にスペース効率が高く、丸線に比べると同一パワーを２７％少ない容積で出すことができる。このため、正方形の巻線を使うことにより携帯電話や車載用のスピーカーユニット、電子機器やモータのコイルなどで大幅な小型化、軽量化、コスト低減を計ることができる。

このような巻線を製造するにはダイスが用いられるが、断面が四角形の線材であるがためにねじれが大きな問題になり、ねじれの少ない巻線を製造できるダイスとして、本出願人が提案した異形線伸線用ダイヤモンドダイスがある。このダイヤモンドダイスは、ダイス本体にダイヤモンドを用い、ベアリング部の正面形状を四角形とし、相対する面の距離が０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下、ベアリング長さは０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、コーナー部のＲを０．０２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下としたものである。（例えば、特許文献１参照）
特開２００３−２４５７１１号公報

しかしながら、最近ではより細い巻線が要求され、巻線の断面において四角形の相対する面の距離が０．１ｍｍ未満のものが要求されるようになった。このような超極細の巻線を加工するためのダイヤモンドダイスを上記特許文献１のダイヤモンドダイスと同様に製造したとしても、研磨中にダイヤモンドが欠けたりする可能性がある。また、ダイヤモンドも研磨不十分となり、線切れや線キズが発生し短寿命になる可能性がある。また、ダイスの穴がより細くなるため、穴形状の高精度な加工も容易ではなくなる上、伸線加工時には潤滑不良を起こしやすくなり、ダイヤモンドの摩耗量が多くなって寿命が短くなる。また、伸線後の線材の精度も悪化しやすい。特に、本発明のように穴形状が異形のものでは、一般の丸穴のダイスに比べて潤滑不良を起こしやすいという問題が生じやすい。

以上のようなことから、本発明は線材の断面において四角形の相対する面の距離が０．１ｍｍ未満の異形線を伸線するためのダイヤモンドダイスで、ダイヤモンドが欠けにくくて寿命が長いことに加え、線材が断線しにくくて潤滑不良も起こしにくく、高精度な伸線加工ができる異形線伸線用ダイヤモンドダイスを提案するものである。

本発明の異形線伸線用ダイヤモンドダイスは、ダイヤモンドをダイス本体とし、前記ダイヤモンドに形成された穴のうちベアリング部の正面形状が四角形である異形線伸線用ダイヤモンドダイスであって、
前記四角形の相対する面の距離Ｄが０．１ｍｍ未満であり、前記穴のベルからベアリングにかけての面は、前記ダイヤモンドの厚み方向において滑らかな曲面で形成されている。また、前記穴の滑らかな曲面は、単一Ｒの面または複合Ｒの面からなり、Ｒの大きさは０．５ｍｍ〜１．８ｍｍとする。さらに、前記ベアリングの長さは０．０５Ｄ〜０．３Ｄとする。

ダイス本体の材料としては、焼結ダイヤモンドや単結晶ダイヤモンドを使用できるが、加工性の観点から焼結ダイヤモンドを使用するのが好ましい。焼結ダイヤモンドは、焼結体の中に導電性のある金属結合材を含むので焼結体自身が導電性を持っており、レーザによる加工の他、放電加工なども使用できるためである。単結晶ダイヤモンドでは、コーナー部のＲが小さいものは製作が困難である。

本発明のダイヤモンドダイスは、超極細の四角線の伸線加工用であり、四角形の相対する面の距離、すなわち四角形の一辺の距離が０．１ｍｍ未満のものを対象としている。このような四角形の穴を有するダイスでは、丸穴のダイスに比べて線材との接触面積が大きくなる上、潤滑不良になりやすい。そのためダイヤモンドが摩耗して穴の形状が変形しやすくなるばかりでなく、摩擦力の増加により線材が断線する問題が発生する。特に本発明のように超極細線を伸線加工する場合、僅かな摩擦力の増加によっても断線する問題が発生するが、穴のベルからベアリングにかけての面をダイヤモンドの厚み方向において滑らかな曲面で形成することで、線材接触面積が小さくなり、潤滑不良を起こしにくくなる。よって、ダイヤモンドの摩耗と線材の断線を防止できる。

また、前記穴のベルからベアリングにかけての面は、ダイヤモンドの厚み方向において滑らかな曲面で形成することが重要である。コーナー部は特に潤滑不良を起こしやすく、ダイヤモンドの摩耗や線材の断線が発生しやすいので、これらを防止するために必要である。

そして上記の穴の滑らかな曲面は、単一Ｒの面または複合Ｒの面からなることが好ましい。このような面にすることで、急激な摩擦力の変化がなくなり、断線を防止できる。もちろん、潤滑剤がより供給されやすくなり、ダイヤモンドの摩耗を防止できるのは上記と同様である。

リダクションの角度は、６°以上２０°未満とすることが好ましい。６°未満であるとリダクションと線材との接触面積が大きくなりすぎて伸線時の抵抗が大きくなり、断線しやすくなる。また、２０°以上では、リダクションと線材との接触面積が小さくなり、リダクションの一部分に伸線時の抵抗が集中するため、やはり断線しやすくなる。

ベアリング部の四角形のコーナー部のＲは、０．３Ｄ以下とすることが好ましい。コーナー部のＲが小さくなれば、伸線された線材のコーナーＲも小さくなり、この線材をモータの巻線などに使用する場合、高密度に巻くことができるので、モータの小型化が可能になる。

本発明の異形線伸線用ダイヤモンドダイスは、線材の断面が四角形で一辺の長さが０．１ｍｍ未満という超極細線の伸線加工が可能であり、伸線加工中の断線も起こりにくい。また、潤滑不良が起こりにくい形状なので、摩耗しにくく高精度な伸線加工が連続的にできる。

本発明の異形線伸線用ダイヤモンドダイスについて図面を用いてその概要を説明する。図１は、ダイスケースに収めて使用できる状態の断面図である。ダイス本体１が本発明に関する部分であり、ダイス本体１を収納するケース２及びダイス本体１を取り付けるための焼結合金３とで構成されている。図２は、ダイス本体１の正面図である。ダイス本体１は、超硬合金製サポートリング４と焼結ダイヤモンド５からなる。そして中心部は、伸線されるべき線材が接触しながら通る穴内面６と貫通穴７から構成される。穴内面６はさらに細分化されていて、図３にその詳細を示す。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆと順にベル、アプローチ、リダクション、ベアリング、バックリリーフ、エクジットに分かれており、正面から見た形状が四角形となっている。

本願発明のダイスでは、貫通穴７により形成された穴内面６のうち少なくともベル６ａからベアリング６ｄにかけての面は、ダイヤモンドの厚み方向において滑らかな曲面で形成されている。すなわち、従来の形状のようにベル６ａ、アプローチ６ｂ、リダクション６ｃ、ベアリング６ｄの各々が直線的に形成され、各々の境界部分に丸みを設けたものとは異なり、各部位全体が滑らかな曲面で形成される。この曲面は、単一Ｒの曲面または複合Ｒの曲面で形成されており、お互いの境界部は明確には分からない形状になっている。

本発明の対象とする伸線加工後の線径は０．１ｍｍ未満であり、従来にはない細い線径である。このような極細線を伸線加工する場合に、ベル６ａからベアリング６ｄにかけての面が従来の形状のようであると、各部位の境界部分に設けた丸みの部分で抵抗が変化するため断線しやすい。本発明のように各部位全体が滑らかな曲面で形成されていると、伸線抵抗の大きな変化が無く、極細線であっても断線しにくくなる。また、潤滑剤を供給する点においても、従来の形状では各部位の境界部分で潤滑不良を起こしやすく、また、ダイヤモンドと線材との摩擦力が位置によって異なることになるため断線しやすくなる。

ベアリングの長さは、ベアリングの正面形状が四角形でその四角形の相対する面の距離をＤとした場合に、０．０５Ｄ〜０．３Ｄとすることが重要である。従来の公知のダイスでは０．４Ｄ程度にするものが多いが、本発明では上記のように従来のダイスと比べて短くする。より効果を大きくするためには、０．０５Ｄ〜０．１５Ｄとするのが好ましい。一般に、ベアリングの長さは、ダイスの寿命向上すなわちダイヤモンドの摩耗防止や形状変化防止の点からは長い方が好ましい。しかしながら、本発明のような極細線の場合、断線する問題が大きいため、ベアリングを長くすることはできない。断線防止のためには、ダイヤモンドと線材の接触面積を小さくすることと単位面積あたりの摩擦力を小さくするという二つの点から対策が必要である。そのため、まず線材接触面積を小さくする点からベアリングを短くした。これにより摩擦力が低減される。また、滑らかな曲面にすることで接触面積が小さくなり、潤滑剤の供給が切れることは防止され、伸線抵抗を安定させることができるので、断線防止効果が極めて大きくなる。さらに、ベアリングを研磨加工する場合にも、ベアリング長さが長いと表面粗さの小さい滑らかな面にするのが困難であるが、短いので高精度な研磨加工が可能になり、これによっても伸線抵抗を安定させるという効果が生じる。

リダクションの角度は、６°以上２０°未満になっている。リダクションは、伸線加工において線材の形状や寸法を所定の形状に近づけるために、最も加工に寄与する部位である。従って、伸線加工時にこの部分で発生する抵抗は、断線に影響することになる。ここの角度が小さくなれば、単位面積あたりの抵抗は小さくなるが、接触面積が増えるため全体の抵抗は増すことになる。また、角度が大きくなれば、その逆の傾向が見られる。従って、単位面積あたりの抵抗と接触部分全体の抵抗とのバランスを取ることが重要になり、その好ましい範囲が６°以上２０°未満になる。

本発明のダイヤモンドダイスは、モータの巻線などに使用する。このような用途では、高密度に巻く必要があるため、線材のコーナＲは小さいほど好ましい。そのため、ベアリング部の四角形のコーナー部のＲは、０．３Ｄ以下としている。

ダイス用素材には、従来から単結晶ダイヤモンドや、焼結ダイヤモンドなどがある。そしてこれらのダイヤモンドは地球上で最も硬い材料とされていて、加工は困難を極める。いくら耐摩耗性に優れた材料でも加工できなければ使用できない。従って適度な加工性を持っていることは重要なことである。例えば上記した単結晶ダイヤモンドは、レーザーによる加工と、古来のダイヤモンド砥粒などによる研磨加工に限定される。これに対して、焼結ダイヤモンドは、レーザーの他に放電加工などもできる。その理由は、焼結体の中には導電性のある金属結合材を含むことで焼結体自身が導電性を持つからである。

以上のようなことから、本願発明では焼結ダイヤモンドを用いた。単結晶ダイヤモンドでは、コーナー部のＲが小さいものは製作が困難であり、仮に製作できたとしてもコ−ナー部の小さなＲにより、亀裂などが発生しやすくなる。

本願発明の対象のダイスの穴加工は放電加工により行う。放電加工はよく知られているように、放電電極を製作しておいて、その放電電極と被加工物との間に放電を起こして、その電気エネルギーにより焼結ダイヤモンドを除去する方法である。

放電加工性の容易な材料の場合は、一つの電極で多数の加工ができる。しかしながら、本発明のようにダイヤモンドを加工する場合は、一つのダイス用の穴を加工するために複数個の放電電極が必要である。そこでできるだけ形状をそろえた電極をあらかじめ準備しておいて、複数本の電極で加工する。放電により電極自体の形状が変形すると、次の電極に取り替える。

また、放電加工時に除去する材料の体積は少ない方が形状精度は維持されやすく高精度な加工ができるので、焼結ダイヤモンドの厚さは薄いことが望ましい。本発明では、１．０ｍｍ以下のものが好ましい。

また、コーナ部のＲを小さくするには、焼結ダイヤモンド構成するダイヤモンドの粒径が小さくなければならない。本願発明ではダイヤモンドの平均粒径が６μｍ以下の焼結ダイヤモンドを用いるのが好ましい。

（実施例１）
本発明のダイヤモンドダイスの第１の例として、図４及び図５に示す形状のものを製作した。図４は正面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。ダイス本体１の材料として、平均粒径５μｍのダイヤモンド粒子で構成される焼結ダイヤモンドのみからなる厚みが２．５ｍｍのダイス用ブランクを準備した。この素材は、一般に市販されているもので、焼結ダイヤモンド５のみからなる円柱状のものである。焼結ダイヤモンド５の直径は、５．２ｍｍであり、ダイス本体１の直径もこれに相当する。この素材をワイヤー放電加工により切断して厚みを薄くし、切断面をダイヤモンド砥石により研削加工した。

次に、型彫放電加工機により所定の異形ダイス形状に成形し、研磨加工を行った。このようにして作製したダイス本体１をステンレス製のケース２に固定した。この固定方法は、焼結合金３により固定するものとした。

以上の方法により、ベアリング部６ｄの穴のサイズが、一辺は０．０５ｍｍ、コーナー部のＲの大きさは１０μｍのダイスを得た。このダイヤモンドダイスにより、一辺が０．０６ｍｍの銅線の伸線加工をした結果、コーナー部のＲは１０μｍであり、線材表面の光沢も優れたものであった。

（実施例２）
本発明のダイヤモンドダイスの第２の例として、図２および図３に示す形状のものを製作した。図２は正面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。ダイス本体１の材料として、平均粒径３μｍのダイヤモンド粒子で構成される焼結ダイヤモンド及びその外周が超硬合金からなる厚みが２．３ｍｍのダイス用ブランクを準備した。この素材は、一般に市販されているものであり、焼結ダイヤモンド５の直径は４ｍｍである。この素材をワイヤー放電加工により切断して厚みを薄くし、切断面をダイヤモンド砥石により研削加工した。

次に、型彫放電加工機により所定の異形ダイス形状に成形し、研磨加工を行った。このようにして作製したダイス本体１をステンレス製のケース２に固定した。この固定方法は、焼結合金３により固定するものとした。

以上の方法により、ベアリング部６ｄの穴のサイズが、一辺は０．０７ｍｍ、コーナー部のＲの大きさは１７μｍのダイスを得た。このダイヤモンドダイスにより、一辺が０．０８ｍｍの銅線の伸線加工をした結果、コーナー部のＲは１７μｍであり、線材表面の光沢も優れたものであった。なお、本発明のダイヤモンドダイスでは穴６は滑らかな曲面で形成されるため、図２〜５において穴６の各部位の境界部は明確には現れないが、説明のために境界部を点線で表している。

（比較例）
比較例として、図６に示す従来の穴形状のダイヤモンドダイスを製作した。穴の形状の成形は、型彫放電加工機によったが、穴の各部位ごとに放電電極を取り替えながら所定の角度に成形する方法により行った。放電加工により下穴の成形加工を行った後、研磨加工を行って各部位の境界部に丸みを形成して仕上げた。

以上の方法により、ベアリング部６ｄの穴のサイズが、一辺は０．０７ｍｍ、コーナー部のＲの大きさは１７μｍのダイスを得た。このダイヤモンドダイスにより、一辺が０．０８ｍｍの銅線の伸線加工をした結果、断線が多く、使用できなかった。

本発明は、線材の断面を丸以外の角形状で線径を０．１ｍｍ未満に伸線加工するための異形線用ダイヤモンドダイスに利用することができる。

本発明のダイヤモンドダイスの使用状態を示す断面図。 本発明のダイス本体の例を示す正面図。 本発明のダイス本体の例で、図２のＡ−Ａ断面図。 本発明のダイス本体の別の例を示す正面図。 本発明のダイス本体の別の例で、図４のＢ−Ｂ断面図。 従来のダイス本体の例を示す正面図。 従来のダイス本体の例で、図６のＣ−Ｃ断面図。

符号の説明

１ ダイス本体
２ ケース
３ 焼結合金
４ 超硬合金製サポートリング
５ 焼結ダイヤモンド
６ 穴内面
６ａ ベル
６ｂ アプローチ
６ｃ リダクション
６ｄ ベアリング
６ｅ バックリリーフ
６ｆ エクジット
７ 貫通穴

Claims (5)

1. ダイヤモンドをダイス本体とし、前記ダイヤモンドに形成された穴のうちベアリング部の正面形状が四角形である異形線伸線用ダイヤモンドダイスであって、
   前記四角形の相対する面の距離Ｄが０．１ｍｍ未満であり、前記穴のベルからベアリングにかけての面は、前記ダイヤモンドの厚み方向において滑らかな曲面で形成されることを特徴とする異形線伸線用ダイヤモンドダイス。
2. 前記穴の滑らかな曲面は、単一Ｒの面または複合Ｒの面からなり、Ｒの大きさは０．５ｍｍ〜１．８ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の異形線伸線用ダイヤモンドダイス。
3. 前記ベアリングの長さは、０．０５Ｄ〜０．３Ｄであることを特徴とする請求項１または２に記載の異形線伸線用ダイヤモンドダイス。
4. リダクションの角度は、６°以上２０°未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の異形線伸線用ダイヤモンドダイス。
5. 前記ベアリング部の四角形のコーナー部のＲは、０．３Ｄ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の異形線伸線用ダイヤモンドダイス。

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