JPWO2008111215A1 - ダイヤモンドダイスおよびそれを用いた線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

高品質のダイヤモンドダイスを提供することを目的とする。ダイヤモンドダイス（４）は、入口（１１）から挿入された線材（１００）と接触するベアリング領域（１ｄ）と、ベアリング領域（１ｄ）に連なり、入口（１１）側に配置されるリダクション領域（１ｃ）と、ベアリング領域（１ｄ）およびリダクション領域（１ｃ）を貫通するように軸（１５）に沿って入口から出口まで延びる孔（１４）を規定する側壁（１３）とを備える。入口（１１）から孔（１４）に挿入された線材（１００）がベアリング領域（１ｄ）を経由して出口（１２）から引抜かれる。ベアリング領域（１ｄ）での孔の内径をＤとし、軸（１５）を含み軸（１５）と平行な面でダイヤモンドダイス（４）を切断したときに現われる断面において、ベアリング領域（１ｄ）とリダクション領域（１ｃ）との境界部（１７）より孔（１４）の軸（１５）方向に１．０Ｄの長さだけ入口（１１）側にある側壁（１３）の第一点（１３１）と、ベアリング領域（１ｄ）とリダクション領域（１ｃ）との境界部（１７）より孔（１４）の軸方向に３．０Ｄの長さだけ入口（１１）側にある側壁（１３）の第二点（１３２）とを結ぶ直線（１３５）が、軸方向に対して１５度以上３０度以下の角度θ１をなす。ベアリング領域（１ｄ）とリダクション領域（１ｃ）との境界部（１７）は曲面とされる。

Description

本発明は、線材の伸線加工を行なうためのダイヤモンドダイスに関し、より特定的には、タングステン線などの熱間伸線加工を行なうのに適したダイヤモンドダイスに関するものである。

従来、線材の伸線加工を行なう工具として、天然ダイヤモンド、人造単結晶ダイヤモンド、および焼結ダイヤモンドを使用したダイヤモンドダイスが知られている。これらのダイヤモンドダイスは、ダイヤモンドからなるダイス本体がステンレス鋼などの金属製のケースに一体に保持され、ダイヤモンドの部分には線材を通し伸線加工するための孔が形成されている。このようなダイヤモンドダイスの例として、たとえば図５で示すような形状の孔を有するものがある。孔の加工方法として、レーザにより孔を開け、研磨針を用いてこの孔の超音波研磨を行なう方法があり、これにより孔の内面を所定の形状に仕上げることができる。

ダイヤモンドダイスに要求される品質として、伸線加工時の抵抗が小さく、線材が断線しないことが挙げられる。また、伸線加工時の線材の品質すなわち表面粗さが小さく、残留応力やカールが少ないことが要求される。カールとは、線材をダイスにより伸線した際に線材に付く曲げ癖のことである。伸線加工時の抵抗や断線については、リダクションやベアリングの形状が影響するが、伸線加工時の径が５０μｍ以下のものは、より断線しやすいという問題があり、さらに、ステンレス線、タングステンなどの硬質線材においては、この伸線加工時の抵抗によりベアリングの部分が欠けるという問題も発生するおそれがある。

線材の品質については、孔の形状や面粗さなどが影響する。線材の面粗さは、リダクションやベアリング部分の面粗さが影響し、線材のカールはリダクションやベアリングの形状の精度が影響する。孔の加工について、前述のような孔開けおよび研磨を行なっても、リダクションやベアリングの形状は孔の中心線に対して完全な対称形にすることは困難であり、わずかに非対称になる傾向がある。非対称に仕上がった場合には、伸線加工を行なった際に加工した線材がカールする原因となり、伸線された線材の真直度が悪くなる。

このような問題を解決するものとして、図５で示すような形状のダイヤモンドダイスでベアリングの内径Ｄを５０μｍ以下とし、エグジット領域１ｆは凹型の曲面で形成され、リダクション領域１ｃの角度が１０度以上１６度以下であり、ベアリング領域１ｄの長さが０．２Ｄ以上１．０Ｄ以下、バックリリーフ領域１ｅの長さが０．２Ｄ以上０．７Ｄ以下、バックリリーフ領域１ｅの角度が１０度以上２０度以下のダイヤモンドダイスが、たとえば特開２００２−１０２９１７号公報（特許文献１）に開示されている。

このダイヤモンドダイスは、容易に加工できる孔の形状とし、伸線時の真直度および線材の品質を向上させるとともに伸線加工時の抵抗を軽減して、断線しにくく、ダイヤモンドの欠けが発生しにくいダイスにできる。
特開２００２−１０２９１７号公報

ところで、タングステン線などの熱間伸線加工では、潤滑材として固体のカーボンを含むものが使用される。このような潤滑材を使用する伸線加工においては、特許文献１のダイヤモンドダイスでは潤滑効果が不足し、ダイヤモンドダイスの寿命が短くなるおそれがある。また、単純に潤滑材が供給されやすい形状とするだけでは、伸線加工時の真直度が悪くなったり線材の歪みが発生して品質を低下させるおそれがある。このようなことから、本発明は固体のカーボンを含んだような潤滑材を使用した場合でも十分な潤滑効果が得られ、寿命も向上させることができ、伸線加工時の真直度や線材の品質を向上させることができるダイヤモンドダイスを提供することを目的とする。

この発明に従ったダイヤモンドダイスは、入口から挿入された線材と接触するベアリング領域と、ベアリング領域に連なり、ベアリング領域よりも入口側に配置されるリダクション領域と、ベアリング領域およびリダクション領域を貫通するように軸に沿って入口から出口まで延びる孔を規定する側壁とを備える。ベアリング領域での孔の内径をＤとし、軸を含み軸と平行な面でダイヤモンドダイスを切断したときに現われる断面において、ベアリング領域とリダクション領域との境界部より孔の軸方向に１．０Ｄの長さだけ入口側にある側壁の第一点と、ベアリング領域とリダクション領域との境界部より孔の軸方向に３．０Ｄの長さだけ入口側にある側壁の第二点とを結ぶ直線が、孔の軸方向に対して１５度以上３０度以下の角度をなし、ベアリングとリダクション領域との境界部は曲面とされる。

このように構成されたダイヤモンドダイスでは、入口側であるリダクション領域の傾斜を大きくしているため、潤滑材の十分な潤滑効果を得ることができる。

好ましくは、境界部分から第二点までの間が滑らかに湾曲する曲面である。
好ましくは、境界部分と第一点とを結ぶ線と軸とのなす角度は４から７度である。

好ましくは、境界部分を構成する曲面は半径Ｒが５０μｍ以上の球面である。
この発明に従った線材の製造方法は、線材を準備する工程と、線材を上記のダイヤモンドダイスの入口から挿入して出口から引抜くことでベアリング部で伸線加工を行なう工程とを備える。

好ましくは、線材はタングステン線であり、伸線加工を行なう工程は熱間で伸線加工を行なう工程を含む。

好ましくは、線材はステンレス線または銅線であり、伸線加工を行なう工程は冷間で伸線加工を行なう工程を含む。

この発明の実施の形態に従ったダイヤモンドダイスの平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２中のダイヤモンドを拡大して示す断面図である。 線材が挿入されたダイヤモンドダイスの断面図である。 従来のダイヤモンドダイスの断面図である。

符号の説明

１ｃ リダクション領域、１ｄ ベアリング領域、４ ダイヤモンドダイス、１１ 入口、１２ 出口、１３ 側壁、１４ 孔、１５ 軸、１００ 線材。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に従ったダイヤモンドダイスの平面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１および図２を参照して、ダイヤモンドダイス４は、中心に位置するダイヤモンド１と、ダイヤモンド１の周りに設けられたダイヤモンド１を保持する焼結合金２と、焼結合金２を保持するケース３とを有する。

ダイヤモンド１は焼結合金２に嵌め合わされている。ダイヤモンド１は、単結晶ダイヤモンドまたは多結晶ダイヤモンドのいずれであってもよい。また、ダイヤモンド１は天然ダイヤモンドまたは人造ダイヤモンドのいずれであってもよい。

図３は、図２中のダイヤモンドを拡大して示す断面図である。図３を参照して、ダイヤモンド１は入口１１および出口１２を有し、入口１１側から線材が挿入され、線材は出口１２側から排出される。ダイヤモンド１は、入口１１側からベル領域１ａ、アプローチ領域１ｂ、リダクション領域１ｃ、ベアリング領域１ｄ、バックリリーフ領域１ｅおよびエグジット領域１ｆを有する。

また、合成ダイヤモンドの合成方法として、高温高圧でダイヤモンドを合成する方法を採用することもできる。さらに、ダイヤモンドを合成する方法として気相成長によりダイヤモンドを合成する方法も採用することができる。

入口１１から出口１２まで連なる孔１４がダイヤモンド１に設けられており、孔１４は側壁１３により規定される。側壁１３の傾斜は中心軸としての軸１５に対して徐々に変化している。なお、図３で示す断面では、孔１４は軸１５に対して対称な形状に構成されている。ベアリング領域１ｄに近づくにつれて孔の直径は小さくなる。さらに、孔１４を規定する側壁１３の傾きはベアリング領域１ｄに近づくにつれて小さくなり、ベアリング領域１ｄに近づくにつれて側壁１３と軸１５とのなす角が小さくなる。ベアリング領域１ｄとリダクション領域１ｃとの境界部１７を構成する曲面は、滑らかな球面であり、その半径Ｒは５０μｍ以上とされる。

図３および図４を参照して、ダイヤモンドダイス４は、入口１１から挿入された線材１００と接触するベアリング領域１ｄと、ベアリング領域１ｄに連なり、入口１１側に配置されるリダクション領域１ｃと、ベアリング領域１ｄおよびリダクション領域１ｃを貫通するように軸１５に沿って入口１１から出口１２まで延びる孔１４を規定する側壁１３とを備える。入口１１から孔１４に挿入された線材１００がベアリング領域１ｄを経由して出口１２から引抜かれる。ベアリング領域１ｄでの孔１４の内径をＤとし、軸１５を含む軸１５と平行な面でダイヤモンドダイス４を切断したときに現われる断面（図２から４の断面）において、ベアリング領域１ｄとリダクション領域１ｃとの境界部１７より孔１４の軸１５方向に１．０Ｄの長さだけ入口１１側にある側壁１３の第一点１３１と、ベアリング領域１ｄとリダクション領域１ｃとの境界部１７より孔１４の軸１５方向に３．０Ｄの長さだけ入口１１側にある側壁１３の第二点１３２とを結ぶ直線１３５が、孔１４の軸１５方向に対して１５度以上３０度以下の角度θ１をなし、ベアリング領域１ｄとリダクション領域１ｃとの境界部１７は曲面とされている。境界部１７から第二点１３２までの間が滑らかに湾曲する面である。

境界部１７と第一点１３１とを結ぶ直線１３４と軸１５とのなす角度θ２は４度以上７度以下である。この発明に従った線材の製造方法は、線材１００を準備する工程と、線材１００を上記のダイヤモンドダイス４に入口１１から挿入して出口１２で引抜くことでベアリング領域１ｄで伸線加工を行なう工程を備える。

本発明および従来のダイヤモンドダイスについて、図１から４（本発明）および図５（従来例）で示す孔形状を有するダイヤモンドダイスを作製した。線径φは１５μｍ、３０μｍ、５０μｍの３種類のものを作製した。また、ダイヤモンド１の厚み（軸方向長さ）は１．０ｍｍのものを使用した。

これらのダイヤモンドダイスを用いて、タングステン線、ステンレス線、銅線の３種類の線材についてそれぞれ伸線加工を行なった。本発明および比較例のダイヤモンドダイスの仕様と試験結果を、線材、線径、ダイヤモンドの結晶方位の違いごとに表１から表１２に示す。

結晶方位は、孔の軸１５に対して垂直な方向の面、すなわちダイヤモンドの上面と下面の結晶方位を示す。仕様については、上記の線径、線材および結晶方位の違い以外に、１００から３００％Ｄの角度の違い、滑らかな面の位置の違いも含めて仕様を決めた。

なお、１００％−３００％Ｄの角度θ１が３５度以上のものは孔１４の入口１１の径が大きくなりすぎて、上面の平坦な部分がほとんどなくなってしまうため作製できなかった。角度が３５度のものを作製するには、ダイヤモンドの直径を大きくすることで可能とはなるが材料を大きくする必要があり無駄が生じるため製造不可とした。

リダクション角度θ２（０％−１００％Ｄの角度）については、減面率を極力同じにするために、線径φ＝１５μｍのものはすべて４度とし、線径φ＝３０μｍのものは６度とし、線径φ＝５０μｍのものは７度とした。

伸線加工を行なうに当たり、上記各仕様のダイヤモンドダイスを伸線加工装置へ取付けて線材がカールしなくなるまでダイヤモンドダイスの伸線加工装置への取付角度などの調整を行なった上で、伸線加工を行なった。タングステン線は潤滑材として固体カーボンを使用した熱間伸線加工を行なった。ステンレス線と銅線に対しては、潤滑材として水溶性油剤を用いた冷間伸線加工を行なった。熱間伸線加工とは、材料の焼きなまし温度を超えてワイヤを伸線加工することをいい、タングステンの場合は温度７５０度以上の加工をいう。冷間伸線加工とは、常温程度で伸線加工を行なうことをいう。

寿命については、ベアリング領域が摩耗して線材の直径が所定の公差から外れた時点の伸線距離を寿命と判断した。各線径および線材で１００％−３００％Ｄの角度が２２．５度、滑らかな面の位置がベアリング上端から３００％Ｄまでのものを寿命指数が１００として、これを基準に他の仕様のダイスの寿命指数を算出した。その結果を表１から表１２に示す。

表１から１２において「滑らかな面の位置」とは、１００％Ｄ付近に形成された滑らかな面から穴の入口側の方へ面を見ていったときに、急激に面の半径Ｒの大きさが変わるか、直線があらわれる位置をいう。すなわち、「滑らかな面の位置」からベアリング領域側では、側壁１３が滑らかな曲面で構成される。

伸線加工の結果概要については以下に説明する。
（１） １００％−３００％Ｄの角度の違いについて、タングステン線では本発明１から３と従来例１とを比較すると、本発明のものはいずれも寿命が安定して長いのに対し、角度の小さいものは寿命が短くなり断線することも増える。この傾向は、線径が大きくなっても同じ傾向である。具体的には、本発明６から８と従来例７、本発明９から１１と従来例８を比較すればわかる。結晶方位が異なっても同じ傾向である。この点は本発明１２から１４と従来例９を比較すればわかる。なお、線径が小さいほど寿命が短くなる傾向が顕著に見られる。

以上の傾向は、ステンレス線や銅線でも同じように見られる。
（２） 滑らかな面の位置の違いについて、タングステン線では本発明１、４、５と従来例４とを比較すると、本発明のものはいずれも寿命が安定して長いのに対し、従来のものでは寿命が短くなり断線しやすくなる傾向にある。これは潤滑材の流れが悪くなるためであると思われる。従来品では、１００％−３００％Ｄの角度を変えてもこの傾向は変わらない。これは従来例４から６で見られる。１００％−３００％Ｄの角度θ１が重要と思われる。

以上の傾向は、ステンレス線や銅線でも見られるが、固体潤滑材を使用するタングステン線で顕著に見られ、水溶性油剤を使用するステンレス線や銅線では潤滑材が流れやすいため顕著な差は見られにくい。

以上の結果より、本発明のダイヤモンドダイスは、潤滑材の流れが向上し、潤滑性を向上させるとともに断線を防止でき、線材の品質を向上させることができる。特に、タングステン線のような硬質線材の熱間伸線加工で固体潤滑材を使用する場合にも、十分な潤滑効果が得られ、顕著な効果が得られる。

Claims (7)

1. 入口（１１）から挿入された線材（１００）と接触するベアリング領域（１ｄ）と、
   前記ベアリング領域（１ｄ）に連なり、前記ベアリング領域（１ｄ）よりも前記入口（１１）側に配置されるリダクション領域（１ｃ）と、
   前記ベアリング領域（１ｄ）および前記リダクション領域（１ｃ）を貫通するように軸（１５）に沿って入口（１１）から出口（１２）まで延びる孔（１４）を規定する側壁（１３）とを備えた、ダイヤモンドダイス（１）であって、
   前記ベアリング領域（１ｄ）での孔（１４）の内径をＤとし、前記軸（１５）を含み前記軸（１５）と平行な面で前記ダイヤモンドダイスを切断したときに現われる断面において、前記ベアリング領域（１ｄ）と前記リダクション領域（１ｃ）との境界部（１７）より前記孔（１４）の軸方向に１．０Ｄの長さだけ入口（１１）側にある側壁（１３）の第一点（１３１）と、前記ベアリング領域（１ｄ）と前記リダクション領域（１ｃ）との境界部（１７）より前記孔（１４）の軸方向に３．０Ｄの長さだけ入口（１１）側にある側壁（１３）の第二点（１３２）とを結ぶ直線（１３５）が、前記孔（１４）の軸（１５）方向に対して１５度以上３０度以下の角度θ１をなし、前記ベアリング領域（１ｄ）と前記リダクション領域（１ｃ）との境界部（１７）は曲面とされる、ダイヤモンドダイス。
2. 前記境界部（１７）から前記第二点（１３２）までの間が滑らかに湾曲する曲面である、請求の範囲１に記載のダイヤモンドダイス。
3. 前記境界部（１７）と前記第一点（１３１）とを結ぶ線（１３４）と前記軸（１５）とのなす角度θ２は４から７度である、請求の範囲１に記載のダイヤモンドダイス。
4. 前記境界部（１７）を構成する曲面は半径Ｒが５０μｍ以上の球面である、請求の範囲１に記載のダイヤモンドダイス。
5. 線材（１００）を準備する工程と、
   線材（１００）を請求の範囲１に記載のダイヤモンドダイスの入口（１１）から挿入して出口（１２）から引抜くことで前記ベアリング部（１ｄ）で伸線加工を行なう工程とを備えた、線材の製造方法。
6. 前記線材（１００）はタングステン線であり、前記伸線加工を行なう工程は熱間で伸線加工を行なう工程を含む、請求の範囲５に記載の線材の製造方法。
7. 前記線材（１００）はステンレス線または銅線であり、前記伸線加工を行なう工程は冷間で伸線加工を行なう工程を含む、請求の範囲５に記載の線材の製造方法。

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