JPH02268917A

JPH02268917A - 線引きダイス用素材および該素材を用いた線引きダイス

Info

Publication number: JPH02268917A
Application number: JP1088517A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Sato; 周一佐藤; Kazuo Tsuji; 辻　一夫; Akihito Yoshida; 晃人吉田; Nobuo Urakawa; 浦川　信夫
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1990-11-02
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: KR940002036B1; JPH0712485B2; KR900016045A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は銅の巻線、スチールコード、ステンレス線、
溶接棒等の伸線に用いるダイヤモンド単結晶線引きダイ
ス用素材および該素材を用いた線引きダイスに関するも
のである。

〈従来の技術とその課題〉従来、ダイヤモンドダイスの多くは天然のダイヤモンド
原石を用い、（１１０）面あるいは（１１１）面を研摩
した後、該研摩面の垂直面を研摩し、当該垂直研摩面よ
り観察しながらレーザーまたは放電あるいは超音波ラッ
ピングを用いて（１１０）面あるいは（１１１）面に垂
直に伸線用の穴開けを行なっていた。

また近年、温度差法を用いた高品質なグイヤモンドが合
成可能となり、一部市販されている。

しかしながら、これらのダイヤモンドよりなるダイスを
用いても伸線寿命が大きくばらつくという問題があった
。

特に天然ダイヤモンドを用いたダイスの場合のばらつき
は極めて大きかった。

まず天然ダイヤモンドを用いた場合の欠点について更に
詳しく説明すると、天然ダイヤモンドは一般に（１１０）面に垂直に穴を開
けた場合がもつとも摩耗量が少な（、寿命も長いといわ
れてきた（潤滑、Ｖｏｌ１２．Ｎｏ１ｌ、　１９６７゜
Ｐ５）。

しかしながら、天然ダイヤモンドには次のような欠点が
あり、寿命のバラツキが大きかった。

■　ダイヤモンド結晶の外形が融解していたり、均一成
長しておらず、正確な（１１０）面を判定するのは困難
である。

このため目的とする方位に穴を開けることができず、短
寿命となるものが多かった。

■　同一結晶中に、硬い部分と軟らかい部分があり、伸
線中に一部のみ偏摩耗を生じ、真円からずれることによ
って寿命になることが多い。

次に、従来の合成ダイヤモンドを用いた場合の欠点につ
いて説明する。

合成ダイヤモンドの場合、 ■　合成したそのままの形状または若干研摩した状態で
使用されることが多い。ダイス用途に適している形状は
（１００）面を主とする六面体である。このため（１０
０）面に垂直に穴を開けるため、摩耗量が多く寿命が短
い。

■　結晶中に窒素濃度のむらがある。このため、濃い処
と薄い処では摩耗量に差が生じ、偏摩耗を生じ、寿命に
なることが多い。

■　結晶成長面または研摩面のまま、伸線ダイスをホル
ダーに固定しようとすると、摩擦係数が少ないため、大
きな応力をかけて固定する必要があった。このため、ダ
イスに不必要な応力がかかり、伸線中に割れる場合があ
る。

く課題を解決するための手段〉この発明は上述した従来の問題を解決するべ（検討の結
果、得られたものである。

即ち、この発明は結晶中の窒素含有量が２０〜４００ｐ
ｐｍである合成ダイヤモンドＩｂ型単結晶を使用し、伸
線方向と垂直な二平面のうち少なくとも一平面が（１１
１）　Ｗ開面であるダイヤモンド単結晶線引きダイス用
素材および該素材を用いて該（１１１）劈開面を基準面
とし、伸線用穴の中心線と該劈開面のなす角度が８７〜
９３度以内であるダイヤモンド単結晶線引きダイスを提
供するものである。

〈作用〉この発明は上記のように、 ■　温度差法で合成したＩｂ型ダイヤモンド単結晶を用
い、該結晶中の窒素濃度が２０〜４００ｐｐｍのものを
用いた。

■　伸線方向を＜ｔｉｉ＞方向とし、穴開は方向のズレ
を少なくするため、基準面として（１１１）面の劈開面
を用いた。

■　ダイスとホルダーの固定を十分にするため、四側面
のうち少なくとも一面はレーザー等で切断し、面粗さを
悪（し、摩擦力を増加させた。

■　伸線寿命のバラツキを少なくするためには穴の中心
線が真の＜１１１〉方向に対して±３度以内に入ること
が重要である（（１１１）９開面に対しては８７〜９３
度以内）。

を特徴とするものであり、特に上記■〜■に大きな特徴
を有するのである。

次に、上記■〜■の特徴についてさらに詳しく説明する
。

■　窒素濃度の特徴合成ダイヤモンド中に含有される窒素は孤立分散型（Ｉ
ｂ型）である。

一般にＩｂ型合成ダイヤモンドでは窒素が多いと摩耗量
が少な（なる傾向にある。

逆にその量が数百ｐｐｍを超えると、摩耗量が増加しは
じめる。このように摩耗量と窒素含有量とには相関があ
る。

この発明では摩耗量が少な（、かつ偏摩耗の原因となる
結晶中に窒素濃度分布のむらが生じない濃度範囲は２０
〜４００ｐｐｍの範囲内であることを見出したのである
。

従って、この範囲外で使用すると、窒素濃度の濃い処と
薄い処で結晶が均一に摩耗しなくなり、伸線穴が真円か
らずれ、寿命となる場合や、伸線穴径が短時間の伸線で
大きく摩耗し、寿命となる場合が生じた。

■の作用本発明者らは合成ダイヤモンドの摩耗に関して天然ダイ
ヤモンド程の異方性は少ないことを見出した。

具体的に述べると、＜１００＞方向の摩耗量は多いが、
＜１１１〉方向と＜１１０＞方向では殆んど摩耗量に差
がないことを見出した。摩耗量を決定する最大の因子は
〈ｌｌｌ〉方向からのずれ角であることを見出した。（
ＩＩＩ）面は＜ＩＩＤ方向に垂直な面であることから、
＜１１１〉方向からのずれを極力減少させるためには、
（１１１１面の劈開面を基準面にして垂直に伸線穴を開
けることが極めて有効であることがわかった。

温度差法による人工合成ダイヤモンドを用いると、成長
した各面が極めて明瞭に判定できるため、所定の大きさ
および方向の（１１１）面を容易に襞間することができ
、かつ該劈開面は平滑であることがわかった。

合成ダイヤモンドの代りに天然ダイヤモンドを用いると
、結晶の面が明瞭でないため、正確な（１１１）面の方
向がわからず、平滑な舅開面は得られなかった。

多くの場合、劈開面上に段差がついたり、ループ状にな
ったり、途中から別の（Ｉｌｌ）　劈開面があられれた
りした。

また伸線穴を垂直に開けるには、基準面となる該（１１
１）面の面粗さが極めて重要であり、１００μｍ以内に
する必要があることがわかった。

但し、ここでいう面粗さとは第３図に示す合成ダイヤモ
ンド単結晶襞開面の断面図において、（１１１）　Ｗ開
面１同志の段差６を示すものである。

２はレーザー切断側面である。また（１１１）面の劈開
面を判定するにはこの段差の大きさおよび個数も重要な
因子であって、３０１１ｍ−１ｏｏ　ｐｍの段差が１Ｉ
ＩＩＩＩＩ長当り３個以内であることが必要であること
が判った。

段差の数が４個以上になると、（ｉｌｌ）面の襞間部分
が判定できなくなった。

このため、＜１１１＞方向に正確に伸線穴を開けること
が困難となった。

■の作用合成ダイヤモンドの場合、成長したそのままの面は天然
ダイヤモンドに比較して平滑であるため、成長面を利用
してホルダーに固定する場合、大きな応力をかけて固定
する必要があった。

また固定面を研摩した場合も同様に大きな応力を必要と
した。。

このため、ダイス内部に必要以上の圧縮応力がかかり、
伸線中に割れる場合が多かった。

この発明では、固定面の少なくとも一面をレーザー等で
カットし、面粗さを増大させて摩擦係数を大きくするこ
とにより低圧力でホルダーに固定することを可能とし、
上述の問題点を解決したのである。

この場合、固定面の面粗さは５〜１１００ＩＩの範囲が
適当であり、５μｍ以下では摩擦係数が小さくなって固
定のために大きな圧力を必要とし、また１００１１ｍ以
上では凹凸部に応力集中が生じて、逆に固定部分から亀
裂の発生する場合が生じた。

■の作用実際にダイスを作製し、伸線する場合、＜ＩＩＤ方向か
らのずれ角が最大の摩耗量に関する因子である。

この場合、ずれ角が大きくなると、摩耗量は増加する。

この発明では該ずれ角が（１１１）　ｌ開面に対し、８
９〜９１度の間にあれば、最少の摩耗量となることが判
明し、長寿命で寿命のバラツキの少ない線引きダイスの
提供を可能にしたものである。

また＜ＩＩＤ方向からのずれ角を小さくするための穴開
は方法としては、成長した（ｉｌｌ）面に垂直に開ける
場合も同様の効果があるが、この場合は任意の寸法のダ
イス形状に仕上がらないという問題点と（１１１）面の
大きな原石を選択しなければならないという欠点がある
。

〈実施例〉以下、この発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１圧力５．５ＧＰａ、温度１３００〜１４００℃の条件で
溶媒種を変え、温度差法を用い、窒素濃度がｌＯ〜５０
０ｐｐｍの０．４〜０．６ｃｔのＩｂ型ダイヤモンド単
結晶を５個合成した。

これらの合成ダイヤモンドを（１１１）面で襞間し、１
．５’ｍｍの板状とした。

この板状結晶をレーザーで切断し、２°Ｑ１ｍＸ１．５
ｔの六面体を得た。

さらにレーザーで切断した１つの側面を研摩してダイス
用素材を得た。研摩面はほぼ（１１０）面であった。

舅開面の面粗さを測定すると、６０ＩＩＩＩ＋であった
。

またレーザーカット面（３側面）の面粗さは４０ｕｍで
あった。

か（して得たダイス用素材を用いて第１図に示す工程に
よってそれぞれ線引祭ダイスの加工を行なった。なお各
工程の状態は第２図の通りである。

まず、第２図（ａ）の素材Ａ（１・・・劈開面、２・・
・レーザー切断側面）にレーザーで下穴３をあけたのち
（第２図（ｂ）　）　、超音波加工により下穴の表面を
平滑にした（第２図（Ｃ））。さらに、逆方向からレー
ザーで裏加工４を行ない（第２図（ｄ））、次いで超音
波加工により該裏加工後の表面を平滑にした（第２図（
ｅ））。最後に伸線穴５にワイヤを通しながら仕上げ加
工を行なって伸線ダイスを得た（第２図（ｆ））。

伸線径はφ４０μｍであった。

各伸線ダイスをホルダーに固定したのち伸線機にかけ、
銅線の伸線を行なった。

その結果は第１表に示した。

第表＊＊　線径大：全面がほぼ一様に摩耗し、伸線の径が大
きくなりすぎる。

上表から窒素濃度が２０〜４００ｐｐｍの範囲の本発明
の実施例が良好であることが認められた。

実施例２圧力５．５ＧＰａ、温度１３５０℃の条件でＦｅ　−５
ＯＮｉ溶媒を用い、温度差法で０．３ｃｔのダイヤモン
ドを６個作製し、実施例１と同様の工程で１．４°ｍｍ
Ｘ１．１’、伸線径φ３０ｕｍの線引きダイスを３個作
製した。

１．４’ｍｍの平面を劈開面とし、伸線穴は１．１’の
厚み方向にあけた。

りに研摩によって１．１ｔの板を作製したのち、実施例
１と同様の工程で１．４°ｍｍＸ１．１ｔ、伸線径φ３
０１ｍの線引きダイスに加工した。伸線穴は研摩面（１
，４’ｍｍ）に垂直に開けた。

また各結晶中の窒素含有量は８０〜１１００ｐｐの範囲
であった。この窒素含有量は赤外吸収における１１３０
ｃｍ−’の吸収係数を測定し、その値より推定した。劈
開面の面粗さは５０〜６０１Ｉｍであった。

側面のレーザー切断面の面粗さは２５〜３０１Ｉｍであ
った。

また、研摩面の面粗さはＯ，１１１ｍであった。

Ｘ線を用いた結晶方位測定装置により劈開面または研摩
面と伸線穴のなす角度を測ったのち銅線の伸線を行なっ
た。

その結果は第２表に示した。

ダイスが寿命となった原因はすべて線径が大きくなりす
ぎたためである。

第表上記第２表から劈開面を用いた方がよく、がっ〈ｌ１１
〉方向と劈開面又は研摩面のなす角が８７〜９３度の範
囲で良好な結果が得られ、８９〜９１度の範囲で最良の
性能、を示すことが認められた。

実施例３５．５ＧＰａ、　１３５０℃の圧力温度条件でＦｅ　−
５ＯＮｉ溶媒を用い、温度差法にてＱ、　８ｃｔのダイ
ヤモンドを１個作製し、襞間により０．６ｃｔの平板を
２枚作製した。

それぞれの板から実施例１と同様にして１°ｍｍＸ０．
６ｔのダイスを２個作製した。伸線径はφ３０Ｂ＋Ｉｍ
であった。

また、天然ダイヤモンドを２個購入し、（１１１）面と
思われる部分を襞間し、約０．６ｔの板を２枚作製し、
実施例１と同様にして１°ｍｍＸ０．６’のダイスを２
個作製した。

合成ダイヤモンドの窒素濃度は９ｏｐｐｍであった。天
然ダイヤモンドは１２５０ｐｐｍと２０００ｐｐｍであ
った。

結果は第３表に示した。

第　　３　　表上表から１００μ以下の面粗さで良好な伸線結果が得ら
れることが認められた。

実施例４５．３ＧＰａ、　１３００℃の圧力、温度条件でＦｅ　
−３ＯＮｉの溶媒を用いて０．５〜０．６ｃｔのダイヤ
モンドを５個作製した。窒素含有量は４０〜５００ｐｐ
ｍであった。

実施例１と同様の方法で２°ｍｍＸ１．５’のダイスを
５個作製した。

そのうちの１個のレーザーカット面を全て研摩した。レ
ーザー条件を変えて切断したちの４個を作製した。その
後レーザー切断面の１個面をそれぞれ研摩した。

研摩面は（１１０）と０１２）面であった。

かくして得た各ダイスをホルダーに固定して伸線テスト
を行なったところ第４表に示す結果が得られた。

第表上表から側面の面粗さが５〜１００　ｐｍの本実施例の
ものが良好であることが認められた。

〈発明の効果〉以上説明したように、この発明によれば特定した窒素含
有量の合成ダイヤモンドを用い、劈開面を伸線穴の基準
面とすることにより、伸線寿命が長く、バラツキの少な
いダイヤモンド単結晶ダイス用素材およびダイスが得ら
れることが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は線引ダイス製造の工程を示す説明図、第２図は
第１図の工程における加工状態を示す説明図、第３図は
合成ダイヤモンド単結晶の劈開面の状態を示す断面図で
ある。１・・・劈開面　　　　　　２・・・レーザー切断側面
３・・・下穴　　　　　　　４・・・裏加工５・・・伸
線穴　　　　　　６・・・段差Ａ・・・素材出願人代理人　　弁理士　　和　１）　間第図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）結晶中の窒素含有量が２０〜４００ｐｐｍである
合成ダイヤモンドＩｂ型単結晶を使用し、伸線方向と垂
直な二平面のうち少なくとも一平面が（１１１）劈開面
であることを特徴とするダイヤモンド単結晶線引きダイ
ス用素材。
（２）劈開面の面粗さが１００μｍ以下であることを特
徴とする請求項（１）記載のダイヤモンド単結晶線引き
ダイス用素材。
（３）劈開面以外の少なくとも一側面が未研摩面または
成長面ではなく面粗さが５〜１００μｍ以内にあること
を特徴とする請求項（１）記載のダイヤモンド単結晶線
引きダイス用素材。
（４）結晶中の窒素含有量が２０〜４００ｐｐｍである
合成ダイヤモンドＩｂ型単結晶であって、伸線方向と垂
直な二平面のうち少なくとも一平面が（１１１）劈開面
であるダイヤモンド単結晶線引きダイス用素材を用い、
該（１１１）劈開面を基準面とし、伸線用穴の中心線と
該劈開面のなす角度が８７〜９３度以内にあることを特
徴とするダイヤモンド単結晶線引きダイス。