(57)【要約】【課題】長期間安定した線径及び真円度を得られる伸線ダイスを提供すること。【解決手段】超高圧高温下で非ダイヤモンド型炭素から焼結助剤や触媒の添加なしに変換焼結されて得られたダイヤモンド多結晶体であって、当該ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子の平均粒径が５０ｎｍより大きく２５００ｎｍ未満であり、純度が９９％以上であり、かつ、該ダイヤモンド焼結粒子のＤ９０粒径が（平均粒径＋平均粒径×０．９）以下であるダイヤモンド多結晶体からなることを特徴とする伸線ダイス。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高圧高温下で非ダイヤモンド型炭素から焼結助剤や触媒の添加なしに変換焼結されて得られたダイヤモンド多結晶体であって、当該ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子の平均粒径が５０ｎｍより大きく２５００ｎｍ未満であり、純度が９９％以上であり、かつ、該ダイヤモンド焼結粒子のＤ９０粒径が（平均粒径＋平均粒径×０．９）以下であるダイヤモンド多結晶体からなることを特徴とする伸線ダイス。
【請求項２】
前記ダイヤモンド焼結粒子のＤ９０粒径が（平均粒径＋平均粒径×０．７）以下であることを特徴とする請求項１に記載の伸線ダイス。
【請求項３】
前記ダイヤモンド焼結粒子のＤ９０粒径が（平均粒径＋平均粒径×０．５）以下であることを特徴とする請求項１に記載の伸線ダイス。
【請求項４】
前記ダイヤモンド多結晶体の硬度が１００ＧＰａ以上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伸線ダイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高硬度金属線材などを伸線する伸線ダイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、伸線ダイスの材質として単結晶ダイヤモンドが用いられている（特許文献１参照）。しかし、単結晶ダイヤモンドはその結晶方位に依存して摩耗量が異なることから（偏摩耗）、使用時間の経過にともない目的の線径及び真円度が得られないといった問題がある。例えば単結晶ダイヤモンドの（１１１）面と（１００）面ではその摩耗量は大幅に異なる。このため、単結晶ダイヤモンド製ダイスでは、そのダイス孔内面の周囲方向は様々な結晶方位であるため、使用開始当初は円形であっても、短時間で摩耗しやすい面の摩耗が進行して円形が崩れで６角形などの多角形の内面に拡がる。その結果、目的の線径及び真円度が得られなくなる問題がある。
【０００３】
一方、上記の多角形（偏摩耗）対策として、焼結ダイヤモンドを用いる場合がある（特許文献２参照）。焼結ダイヤモンドはダイヤモンド粒子をコバルト等の金属結合材を用いて焼結しており、ダイヤモンド粒子間にはその金属結合材が存在している。しかし、金属結合材部分はダイヤモンド粒子よりも軟らかいため短時間で摩耗が進行する。結合材が減少すればダイヤモンド粒子の脱落も起こり、ダイス孔が拡がり長期間安定した線径及び真円度が得られないといった問題点がある。また、酸を使って結合材を除去して使用する場合もあるが、ダイヤモンド粒子同士の結合力が低いため、粒が脱落して同様に目的の線径及び真円度が得られなくなる問題がある。
【０００４】
また、金属結合材を含まない多結晶ダイヤモンドとして、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法）によって得られた多結晶ダイヤモンドがあり、これをダイスの材料として用いたものがある（特許文献３参照）。しかしながら、この多結晶ダイヤモンドは粒子間結合力が小さいため摩耗寿命が短いといった問題点がある。
【特許文献１】特開２００２−１０２９１７号公報
【特許文献２】特開２００７−９０３７１号公報
【特許文献３】特開平８−２２９６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、伸線ダイスにおいて、従来の単結晶ダイヤモンドや金属結合材を含むダイヤモンド焼結体を用いたダイスよりも長期間安定した線径及び真円度が得られるダイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、ダイス材料として、コバルト等の金属結合材を含まないダイヤモンド多結晶体であって、当該ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子の平均粒径が５０ｎｍより大きく２５００ｎｍ未満であり、純度が９９％以上であり、かつ、該焼結体粒子のＤ９０粒径が（平均粒径＋０．９×平均粒径）以下で構成されるダイヤモンド多結晶体を用いることにより、ダイスによって長期間安定した線径及び真円度を得られることを見出して本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本件発明は以下に記載するとおりの伸線ダイスである。
（１）超高圧高温下で非ダイヤモンド型炭素から焼結助剤や触媒の添加なしに変換焼結されて得られたダイヤモンド多結晶体であって、当該ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子の平均粒径が５０ｎｍより大きく２５００ｎｍ未満であり、純度が９９％以上であり、かつ、該ダイヤモンド焼結粒子のＤ９０粒径が（平均粒径＋平均粒径×０．９）以下であるダイヤモンド多結晶体からなることを特徴とする伸線ダイス。
（２）前記ダイヤモンド焼結粒子のＤ９０粒径が（平均粒径＋平均粒径×０．７）以下であることを特徴とする（１）に記載の伸線ダイス。
（３）前記ダイヤモンド焼結粒子のＤ９０粒径が（平均粒径＋平均粒径×０．５）以下であることを特徴とする（１）に記載の伸線ダイス。
（４）前記ダイヤモンド多結晶体の硬度が１００ＧＰａ以上であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の伸線ダイス。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の伸線ダイスによれば、従来の単結晶ダイヤモンドや金属結合材を含むダイヤモンド焼結体を用いたダイスに比べて長期間安定した線径及び真円度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
まず、本発明に係る伸線ダイスを構成するダイヤモンド多結晶体について以下に詳述する。
本発明のダイスの材料である、コバルト等の金属結合材を含まない実質的にダイヤモンド単相（純度９９％以上）のダイヤモンド多結晶体は、原料である黒鉛（グラファイト）やグラッシーカーボン、アモルファスカーボンなどの非ダイヤモンド型炭素を超高圧高温下（温度１８００〜２６００℃、圧力１２〜２５ＧＰａ）で、触媒や溶媒なしに直接的にダイヤモンドに変換させ、同時に焼結させることによって得ることができる。この様にして得られた多結晶ダイヤモンドからなるダイスには単結晶を用いたダイスに見られる様な偏摩耗は起こらない。
【００１０】
伸線ダイスを構成するダイヤモンド多結晶体の硬度は１００ＧＰａ以上であることが好ましい。ダイヤモンド多結晶体の硬度が１００ＧＰａ未満であるとダイスの寿命が短くなる。このため、本発明においては、ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子の平均粒径を５０ｎｍより大きく２５００ｎｍ未満とすることにより伸線ダイスとして必要な硬度を確保する。一方、平均粒径が５０ｎｍ以下及び２５００ｎｍ以上の場合、硬度が１００ＧＰａ未満となり、短時間で摩耗が進行するため、長期間安定した線径及び真円度は得られない。
【００１１】
また、本発明においては、ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子のＤ９０粒径を（平均粒径＋０．９×平均粒径）以下とする。これは異常摩耗を抑制するためである。
また、Ｄ９０粒径が（平均粒径＋０．７×平均粒径）以下であることがより好ましく、Ｄ９０粒径が（平均粒径＋０．５×平均粒径）以下であることが更に好ましい。
上記の構成に加えて本発明においてはダイヤモンド多結晶体におけるダイヤモンドの純度を９９％以上とする。
【００１２】
上記の構成を備えたダイヤモンド多結晶体をダイス材料として用いることにより、ダイスは長期間安定した線径及び真円度を得ることができる。
なお、本発明における平均粒径はＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いた測定による数平均粒子径であり、その測定方法の詳細は後述する。
【００１３】
ダイヤモンド多結晶体の焼結粒子の平均粒径及びＤ９０粒径は、出発原料の粒径や焼結条件を制御することにより制御することができる。
ダイヤモンド多結晶体において、平均粒径の数値とＤ９０粒径の数値とが上記の関係を満たす場合を具体的な数値で示すと次の通りである。
例１：平均粒径６０ｎｍの場合、Ｄ９０粒径は１１４ｎｍ以下
例２：平均粒径１００ｎｍの場合、Ｄ９０粒径は１９０ｎｍ以下
例３：平均粒径５００ｎｍの場合、Ｄ９０粒径は９５０ｎｍ以下
【００１４】
また、本発明におけると同様に、超高圧高温下で非ダイヤモンド型炭素材料から焼結助剤や触媒の添加なしに変換焼結された緻密で高純度な多結晶ダイヤモンド体を得る方法は例えば下記の文献に記載されている。
非特許文献１：ＳＥＩテクニカルレビュー１６５（２００４）６８（角谷ら）
特許文献４：特開２００７−２２８８８号公報
特許文献５：特開２００３−２９２３９７号公報
【００１５】
上記の非特許文献１、特許文献４、５に記載の方法で得られるダイヤモンド多結晶体を用いてダイスを製作しその線径及び真円度を調べると、非特許文献１記載のものは平均粒径の約１０倍程度の異常成長粒があるためか、また特許文献４に記載のものは添加した粗い原料から変換した粗粒ダイヤモンドを含むためか、先ずその大きな粒子部分で摩耗が極端に進行することがわかった。その結果、線引き時間が経過するにつれて、線径が拡大、また真円度が悪くなるなど、目的の線径及び真円度が得られないという問題点がある。
【００１６】
そこで、安定した目的の線径及び真円度を得るためには、極端に摩耗する部分を無くすことが必要で、その為には、焼結体粒径の粒径分布を制御することが必要であることがわかった。そこで、粒径分布を制御したダイスを製作すると、極端に摩耗する粒子は無くなり、長期間安定した目的の線径及び真円度を得ることができた。また、特許文献５に記載のものも非特許文献１と同様の製造方法であるためか、異常粒成長があり、非特許文献１記載のものと同様の問題がある。
【００１７】
上記の問題は、本発明のように、ダイスの材料として、平均粒径が５０ｎｍより大きく２５００ｎｍ未満であり、純度が９９％以上であり、かつ、焼結体粒径のＤ９０粒径を（平均粒径＋０．９×平均粒径）以下としたダイヤモンド多結晶体を用いることにより解決することができる。
【実施例】
【００１８】
本発明に係るダイスの実施形態の一例を以下に示す。
まず、測定・評価方法について説明する。
＜平均粒径、Ｄ９０粒径＞
本発明における焼結体粒径、Ｄ９０は透過型電子顕微鏡により倍率１０〜５０万倍で写真撮影像を元にして画像解析を実施することで得られる。
以下にその詳細方法を示す。
まず、透過型電子顕微鏡で撮影した撮影像を元に焼結体を構成する結晶粒の粒径分布を測定する。具体的には、画像解析ソフト（例えば、Scion Corporation社製、ScionImage）を用いて、個々の粒子を抽出し、抽出した粒子を２値化処理して各粒子の面積（Ｓ）を算出する。そして、各粒子の粒径（Ｄ）を、同じ面積を有する円の直径（Ｄ＝２√（Ｓ／π））として算出する。
次に、上記で得られた粒径分布をデータ解析ソフト（例えば、OriginLab社製Origin、Parametric Technology社製Mathchad等）によって処理し、Ｄ５０（平均粒径）、Ｄ９０粒径を算出する。
以下に記載する実施例、比較例では透過型電子顕微鏡として日立製作所製Ｈ−９０００を用いた。
【００１９】
＜硬度＞
実施例、比較例においては、硬度測定はヌープ圧子を用いて測定荷重を４．９Ｎとして実施した。
＜線引き性の評価＞
得られた多結晶体を用いてΦ２０．０μｍのダイスを作製した。このダイスで線材としてφ２３μｍのステンレス線を用い、ダイス径がφ２０．２μｍに拡がるまでの線引き時間を測定することにより、線引き性を評価した。
【００２０】
［実施例１］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が１００ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．９×平均粒径）以下の１８０ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が２００ｎｍでかつＤ９０粒径が３７０ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は１１０ＧＰａと非常に高いものであった。このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の３．０倍であった。
【００２１】
［実施例２］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が１１０ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．７×平均粒径）以下の１７５ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が２３０ｎｍでかつＤ９０粒径が３８０ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は１１５ＧＰａと非常に高いものであった。
このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の４．５倍であった。
【００２２】
［実施例３］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が９５ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．５×平均粒径）以下の１３５ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が１８０ｎｍでかつＤ９０粒径が２６０ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は１２５ＧＰａと非常に高いものであった。
このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の５．５倍であった。
【００２３】
［実施例４］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が３０ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．５×平均粒径）以下の４０ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が５５ｎｍでかつＤ９０粒径が８０ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は１０５ＧＰａと非常に高いものであった。
このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の３．２倍であった。
【００２４】
［実施例５］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が３０ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．５×平均粒径）以下の４０ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において、実施例４よりも長時間かけて直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が５６０ｎｍでかつＤ９０粒径が８３０ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は１２０ＧＰａと非常に高いものであった。
このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の２．９倍であった。
【００２５】
［実施例６］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が３０ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．５×平均粒径）以下の４０ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において、実施例５よりもさらに長時間かけて直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が１１００ｎｍでかつＤ９０粒径が１６００ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は１１２ＧＰａと非常に高いものであった。
このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の２．５倍であった。
【００２６】
［実施例７］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が３０ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．５×平均粒径）以下の４０ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において実施例６よりもさらに長時間かけて直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が２４００ｎｍでかつＤ９０粒径が３５００ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は１０２ＧＰａと非常に高いものであった。
このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の２．２倍であった。
【００２７】
［比較例１］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が１００ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋１．１×平均粒径）以下の２１０ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が２００ｎｍでかつＤ９０粒径が４００ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は１１２ＧＰａと非常に高いものであった。
このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の１．４倍であった。
【００２８】
［比較例２］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が２０ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．９×平均粒径）以下の３７ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が４５ｎｍでかつＤ９０粒径が８０ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は９５ＧＰａと若干柔らかいものであった。  このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の１．１倍であった。
【００２９】
［比較例３］
ダイヤモンドの原料となる非ダイヤモンド型炭素として、その平均粒径が１００ｎｍでかつＤ９０粒径が（平均粒径＋０．９×平均粒径）以下の１８０ｎｍである黒鉛（グラファイト）を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が２７００ｎｍでかつＤ９０粒径が３９００ｎｍのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は９１ＧＰａと若干柔らかいものであった。
このダイヤモンド多結晶体から作製したダイスの線引性を評価したところ、線引き時間は単結晶品の１．１倍であった。
【００３０】
表１に上記実施例及び比較例におけるダイヤモンド多結晶体の焼結粒子の平均粒径、Ｄ９０粒径、係数（Ｋ）、硬度及び摩耗量の各数値を示した。なお、係数（Ｋ）は次式（１）で定義されるものである。
Ｄ９０粒径＝平均粒径＋平均粒径×Ｋ  ・・・（１）
【００３１】
表１に上記実施例及び比較例におけるダイヤモンド多結晶体の焼結粒子の平均粒径、Ｄ９０粒径、係数（Ｋ）、硬度及び線引き時間の各数値を示した。なお、係数（Ｋ）は次式（１）で定義されるものである。
Ｄ９０粒径＝平均粒径＋平均粒径×Ｋ  ・・・（１）
【００３２】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明で用いる多結晶ダイヤモンドは、従来の単結晶ダイヤモンドや金属結合材を含むダイヤモンド焼結体に比べて偏摩耗することがなく長期間安定して加工することができるので、伸線ダイスの用途に好適に使用することができる。