JPH07164040A

JPH07164040A - ダイヤモンド線引きダイス

Info

Publication number: JPH07164040A
Application number: JP6216459A
Authority: JP
Inventors: Thomas R Anthony; トーマス・リチャード・アンソニイ; Bradley E Williams; ブラッドリィ・アール・ウイリアムス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 1995-06-27
Also published as: EP0642852A1; US5363687A

Abstract

(57)【要約】【目的】線引きダイス材のダイヤモンドの品質向上に
よりダイス自体の耐久性を高め、また線引き穴の摩耗度
を均一化すると同時に耐摩耗性を向上させる。【構成】品質向上のため微孔・介在物を排除すべくダ
イス材(11)としてＣＶＤダイヤモンドを使用する。ダイ
ス本体の広い面二面を各々、大径粒子の上面(13)（第一
表面・ワイヤ出口側に相当）及び小径粒子の底面(15)
（第二表面・ワイヤ入口側に相当）とする。ダイヤモン
ド結晶の成長方向は底面(15)から上面(13)に向けてであ
り、結晶の〈１１０〉方向がこれら両面に垂直となるよ
うにする。更に、ワイヤの直径を決定する実質的に円形
の断面を持つワイヤ支持部分(17)は、底面(15)よりも上
面(13)に接近して位置すると共に、好適には単一のダイ
ヤモンド結晶(27)内に位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド線引きダイ
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】タングステン、銅、鉄、モリブデン、及
び、ステンレス鋼等の金属ワイヤは、ダイヤモンドダイ
スを通して金属を引き抜くことにより製造される。しか
し、単結晶ダイヤモンドダイスは製造が難しく、欠け・
割れを起こしやすく、また線引き中に生ずる極限的圧力
のため突如破壊することもしばしばである。

【０００３】単結晶線引きダイスに関し、「ダイヤモン
ドの性質と応用(Properties and Applications of Diam
ond)」（Wilks ら、バタワース−ハイネマン社[Butterw
orth-Heinemann Ltd] 、1991年）の第 505〜 507頁には
以下のような報告がある。「最良の選択となる（結晶学
的）方向はさほど自明ではない。なぜなら、ワイヤはダ
イスを通る時その周囲表面がダイヤモンドを 360°全方
位に亙る各平面に於て摩損するが、それらの平面の摩滅
速度は互いに少しずつ異なるからである。したがって、
元来は円形である穴が拡大するばかりでなく、その形状
が損なわれてゆく。しかし〈１１０〉方向ならば、耐摩
耗性の｛００１｝及び｛０１１｝方向の側の穴をワイヤ
が摩擦するので有利である」。

【０００４】低品質の天然ダイヤモンドに随伴する問題
を幾らか回避できるダイヤモンドダイスは、天然ダイヤ
モンドや合成ダイヤモンドの微小結晶か、ダイヤモンド
結晶かが圧縮した、微孔入りの集合体を含んで成る。こ
のような多結晶硬質集合体の欠点は、米国特許第 4,01
6,736号にあるように、微孔及び軟質介在物の存在に起
因する。これらの微孔や介在物は直径10ミクロンを超え
ることがある。上記特許にある改良法はこの微孔を充填
する流動性金属源として超硬合金(metal cemented carb
ide)ジャケットを利用し、改良線引きダイスを得てい
る。

【０００５】欧州特許出願第0 494 799 A1号は、穿孔さ
れて支持体に装着された多結晶ＣＶＤダイヤモンド層を
記載する。該出願の第２欄、第26〜30行によると、「Ｃ
ＶＤダイヤモンドの結晶方向の分布はやや乱雑なので、
挿入物を使用する間の摩滅が確実により均一化する」。
また第３欄、第50〜54行によれば、「多結晶ＣＶＤダイ
ヤモンド層10に於けるダイヤモンドの方向は、平面内す
なわち層10の表面14及び16に平行に、殆どの微結晶が
（１１１）結晶軸を持つような方向であり得る」。

【０００６】ＣＶＤ薄膜に関しその他の結晶方向も知ら
れている。Anthony らの米国特許第5,110,579号は、そ
の図３Ａにあるように、実質的に透明なダイヤモンド結
晶柱が底面に垂直に〈１１０〉方向を持つ、透明な多結
晶ダイヤモンド薄膜を記載している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＣＶＤダイヤモンドは
高純度で一定品質が得られるので、天然ダイヤモンドの
内で入手はしやすいが品質の低いものよりも使用上好ま
しい。またＣＶＤダイヤモンドは付随しがちな微孔を排
除して作製できるので、高温高圧法で作製された多結晶
ダイヤモンドよりもしばしば好適である。しかし、ＣＶ
Ｄ線引きダイスの構造は更に改良した方が良い。詳細に
は、耐摩耗性を高めかつ摩耗度を均一化し得る、ＣＶＤ
ダイヤモンド線引きダイスの粒子構造の改良が特に俟た
れる。

【０００８】ゆえに、耐摩耗性を高めかつ摩耗度を均一
化し得る構造を有する稠密で微孔のないＣＶＤダイヤモ
ンド線引きダイスを得ることが望ましい。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定の
直径を持つワイヤを線引きするためのダイスであって、
大径ダイヤモンド粒子の領域に第一表面及び小径ダイヤ
モンド粒子の領域に第二表面を備えたＣＶＤダイヤモン
ド本体と、該本体を貫通する開口部であって、ワイヤ直
径を決定する実質的に円形の断面を有するワイヤ支持部
分であって小径ダイヤモンド粒子領域にある上記第二表
面よりも上記大径ダイヤモンド粒子領域にある上記第一
表面により接近して位置するワイヤ支持部分を備えた開
口部と、を備えて成る線引きダイスが提供される。

【００１０】好適実施例によれば、線引き用のダイス
は、片面から他面に向かう軸心に沿ってダイス本体を貫
通する開口部を備えており、同時に、その軸心に実質的
に沿ってダイヤモンド粒子の〈１１０〉方向が伸びる。
別の好適実施例によると、粒子方向は上記の軸心に平行
であり、ワイヤ支持部分は実質的に全て、単一のダイヤ
モンド粒子の内部に存在する。

【００１１】

【実施例】図１は、ＣＶＤダイヤモンド層で製造された
ダイヤモンド線引きダイス11を示す。このようなダイス
は、典型的には、ＣＶＤダイヤモンド層を成膜基材から
取り外してから切り出す。この層は好適な厚みに薄膜化
(thin)され得る。ダイス素材板の広い相互対向面は、機
械研磨によるか、レーザ研磨やイオン式薄膜化(ionthin
ning)その他の化学的手法等の別法により平滑化及び／
或いは薄膜化されて、所望の表面に仕上げられる。好適
には、導電性ＣＶＤダイヤモンド層は放電研削(electro
-discharge machining) で、また絶縁性フィルムはレー
ザで、各々切断されて、円板形、正方形、或いは、その
他の対称形状に形成される。線引きに使用する場合は、
このとき加わる軸心方向の力に耐え得るようダイス11の
外周が支持体に装着される。

【００１２】図１に更に詳細に示したように、線引きダ
イス11は、平行に隔てられた平坦な表面13及び15に対す
る垂直軸心に沿って配置した開口部12を有する。本記載
の目的のために、以降では表面13を「上面」13、表面15
を「底面」15と呼ぶ。開口部12はワイヤの所望径により
決定される適当な径を有する。開口部12にある垂直穿孔
部17は、線引きされるワイヤの所望の最終直径を決定す
る円形断面を有する。垂直穿孔部17から、開口部12が、
出口テーパ19に於ては上面13に向けて、また入口テーパ
21に於ては底面15に向けて、各々外向きに広がる。線引
きされるワイヤはまず入口テーパ21を通過し、ここで、
垂直穿孔部17や出口テーパ19を通過する前の径の初期縮
小が行なわれる。

【００１３】入口テーパ21は出口テーパ19よりも長く軸
心方向に伸びる。したがって、垂直穿孔部17は、底面15
よりも上面13に近い。入口テーパ21は、底面15に接して
広めに開いた大テーパ25と、垂直穿孔部17及び大テーパ
25の間にやや狭まって伸びた小テーパ23を備える。開口
部12を形成するには、好適には、まず予備穿孔をレーザ
で開け、次に、ダイヤモンド微粒子のスラリーと共に超
音波振動するピンを用いて、既知の手法で開口部12を研
磨穿孔する。

【００１４】線引きダイスは、正方形、六角形、八角
形、或いは、その他の多角形も用いられるが典型的には
円板形である。ダイスの厚みは好適には約 0.4〜10mm
で、多角形の場合の径長さ(length)或いは円板形の場合
の直径は、好適には約１〜20mmである。好適な厚みは
0.3〜10mm、好適な径は１〜５mmである。線引きダイス
に適した開口部或いは穿孔部12は、典型的には 0.030〜
5.0mmの直径を持つ。斯く製造された線引きダイスは所
望の均一な性質を持つワイヤの線引きに使用できる。こ
の線引きダイスは複数の穿孔部を含むこともでき、各々
の穴の直径及び形状は同一でも異なっていても良い。

【００１５】本発明のダイヤモンド線引きダイス素材板
を作製するための好適手法はAnthony らの米国特許第
5,110,579号に述べられている。該特許の方法による
と、ダイヤモンドはフィラメント法によりモリブデン等
の基材上に化学蒸着にて成膜される。この方法では、所
望の厚みになるまで素材板を成長させダイヤモンド薄膜
を形成する上で適当な時間、その実施例に述べられてい
るような適当な混合物をフィラメント上に流す。この特
許に述べられているように、好適な薄膜は底面に対し垂
直に〈１１０〉方向を持つ実質的に透明なダイヤモンド
結晶柱の集合である。隣接するダイヤモンド結晶間の粒
界に於て下垂(dangling)炭素結合が水素原子により飽和
されていると好適であり、この場合、ラマンスペクト
ル、赤外、及び、Ｘ線での分析によると、炭素原子のう
ち少なくとも50％が四面体結合しているものと考えられ
ている。またＨ、Ｆ、Ｃｌ、Ｏ等の原子も下垂炭素原子
を飽和し得るものと期待されている。

【００１６】図３の多結晶ダイヤモンド薄膜の断面図
は、底面に対し垂直に〈１１０〉方向を持つ実質的に透
明なダイヤモンド結晶柱の集合を詳しく示している。本
発明に用いられる好適な薄膜は、上記の特許に説明され
たように、隣接するダイヤモンド結晶間の粒界に於て下
垂炭素結合が水素原子により好適には飽和されている点
を含めた上記の諸特性を有する。

【００１７】本発明で使用する際は、好適には、線引き
ダイスの底面15はダイヤモンド薄膜の成膜中モリブデン
基材に接していた初期成膜表面に相当し、上面13は化学
蒸着過程に晒されていた表面となるようダイヤモンド薄
膜を配置する。線引きダイスのこの配置法により、図３
に示したような顕微鏡的構造が得られる。基材に初めに
蒸着するダイヤモンドは、ダイヤモンド粒子或いは個々
のダイヤモンド結晶の核となる。図３に示したように、
個々の結晶は軸心方向すなわち上面13及び底面15に対し
垂直な方向に成長するので、これら両面13及び15に平行
な平面に沿って測定される断面積が増大する。図２は、
ダイヤモンド粒子が最大幅を取る部位である上面13の様
子を示す。

【００１８】本発明の好適実施例では、垂直穿孔部17
は、好適には、実質的に全て、単一のダイヤモンド粒子
の内部に存在する。図３のように、垂直穿孔部17はダイ
ヤモンド粒子27の内部に位置する。〈１１０〉粒子方向
は、好適には薄膜の広い面に対し垂直であり、〈１１
０〉の周囲に関しては粒子方向は乱雑に配列する。好適
な成膜法は、前述のようにフィラメント法である。ダイ
ヤモンド薄膜のその他の好適特性は、熱伝導率が約４ワ
ット／cm−Ｋ以上であることなどである。薄膜は、好適
には、不透明ではなく、透明或いは半透明であって、水
素及び酸素を 100万部当たり約１部以上含有する。ダイ
ヤモンド薄膜は、 100万部当たり１部未満の、触媒材料
である鉄、ニッケル、或いは、コバルト等を好適には含
有する。また10億部当たり10部を超え 100万部当たり10
部に満たないＳｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｔｉ、Ｚｒ、或いは、Ｈｆを含有し得る。さらに、 100
万部当たり１部を超えるハロゲンすなわちフッ素、塩
素、臭素、或いは、ヨウ素をも好適には含有し得る。更
なる添加物として、目的添加物の形態で存在するＮ、
Ｂ、Ｏ、及び、Ｐも含有し得る。本発明で使用され得る
薄膜は、マイクロ波ダイヤモンド作製法など別法でも作
製し得ることが期待される。

【００１９】また、上記のような好適な導電性を有する
ＣＶＤダイヤモンドは、マイクロ波ＣＶＤ及びＤＣジェ
ットＣＶＤ等の別法によっても作製され得ることが期待
される。好適には、得られるＣＶＤダイヤモンド薄膜は
Ｎ、Ｓ、Ｇｅ、Ａｌ、及び、Ｐを各々 100ppm 未満の量
で含み得るが、更に多量に含んでも適切な薄膜が作製さ
れ得るものと期待される。

【００２０】好適には、薄膜の最終成膜表面に接した薄
膜大粒子領域に穿孔部の主要摩擦面が存在する限りに於
て、垂直穿孔部17は単一のダイヤモンド粒子27の中に位
置する。最適には、垂直穿孔部17は完全にダイヤモンド
粒子27の内部に位置する。実質的に開口部12全体が単一
の粒子或いは結晶の内部に位置するのが最適である。本
発明を要約すれば、ＣＶＤダイヤモンド線引きダイス
は、ダイヤモンド初期成膜表面に接した小径ダイヤモン
ド粒子と、対向面に接した大径ダイヤモンド粒子と、ワ
イヤの直径を決定する実質的に円形の断面を持ち初期成
膜表面よりも大径粒子領域である対向面により接近して
位置したワイヤ支持部分を有する開口部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダイヤモンド線引きダイスの断面図である。

【図２】図１の線引きダイスの一部の拡大平面図であ
る。

【図３】図２の線引きダイス部分の断面図である。

【符号の説明】

１１ダイヤモンド線引きダイス１２開口部１３上面１５底面１７垂直穿孔部１９出口テーパ２１入口テーパ２３大テーパ２５小テーパ２７開口部の位置する単一のダイヤモンド粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の直径を持つワイヤを線引きするた
めのダイスであって、大径ダイヤモンド粒子の領域に第一表面及び小径ダイヤ
モンド粒子の領域に第二表面を備えたＣＶＤダイヤモン
ド本体と、該本体を貫通する開口部であって、ワイヤ直径を決定す
る実質的に円形の断面を有するワイヤ支持部分であって
小径ダイヤモンド粒子領域にある上記第二表面よりも上
記大径ダイヤモンド粒子領域にある上記第一表面により
接近して位置するワイヤ支持部分を備えた開口部と、を
備えて成る線引きダイス。
【請求項２】前記第二表面がダイヤモンド初期成膜表
面に相当する請求項１の線引きダイス。
【請求項３】前記第二表面から前記第一表面に向かう
軸心に沿って前記開口部が前記本体を貫通すると共に、
上記本体はその軸心に実質的に沿って伸びる〈１１０〉
方向を持つダイヤモンド粒子を含む、請求項１の線引き
ダイス。
【請求項４】前記ワイヤ支持部分が、円形断面を持つ
垂直穿孔部を含んで成る請求項３の線引きダイス。
【請求項５】前記開口部が、前記垂直穿孔部から前記
第一表面に向けて一方向に外向きにテーパ状に広がると
共に前記第二表面に向けて上記と逆方向に外向きにテー
パ状に広がる請求項３の線引きダイス。
【請求項６】前記一方向への前記外向きテーパがワイ
ヤ出口テーパを形成し、前記第二表面に向かう上記と逆
方向への前記外向きテーパが入口テーパを形成する請求
項５の線引きダイス。
【請求項７】前記入口テーパが出口テーパよりも軸心
方向に長く伸びた請求項６の線引きダイス。
【請求項８】片面から他面にかけて測定された前記本
体の厚みが約 0.3〜10ミリメータである請求項５の線引
きダイス。
【請求項９】前記ダイヤモンドが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍ
ｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、或いは、
これらの合金、の中から選択された基材上にフィラメン
ト法化学蒸着により成膜した請求項５の線引きダイス。
【請求項１０】前記ダイヤモンドが、前記第二表面に
対し垂直に〈１１０〉方向を持つ実質的に透明なダイヤ
モンド結晶柱の薄膜を含んで成る請求項５の線引きダイ
ス。