(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶ダイヤモンドを用いたベアリング内径Ｄが５０μｍ以下のダイヤモンドダイスにおいて、
エクジットは凹形の曲面で形成され、リダクションの角度が１０度以上１６度以下、ベアリングの長さが０．２Ｄ以上１．０Ｄ以下、バックリリーフの長さが０．２Ｄ以上０．７Ｄ以下、バックリリーフの角度は１０度以上２０度以下であることを特徴とするダイヤモンドダイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金線、ステンレス線、タングステン線など各種線材を５０μｍ以下に伸線加工するのに用いる単結晶ダイヤモンドダイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、線材の伸線用として、天然ダイヤモンドを使用したもの、人造単結晶ダイヤモンドを使用したもの、さらにはダイヤモンド焼結体を使用したものが知られている。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。この孔の加工方法の例として、レーザにより穿孔を行い、研磨針を用いて超音波研磨を行うなどの方法により孔の内面を所定の形状に仕上げるものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ダイヤモンドダイスに要求される性能として、伸線加工時の抵抗が小さく断線しないことや、伸線加工後の線材の品質すなわち表面粗さが小さく残留応力、カールが少ないことなどが要求される。
【０００４】
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、上記のような伸線加工後の径が５０μｍ以下のものでは、より断線しやすいという問題がある。さらに、ステンレス線、タングステン線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ことがある。
【０００５】
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の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、前述のような穿孔及び研磨を行っても、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、僅かに非対称になる傾向がある。非対称の形状に仕上がった場合には、伸線加工を行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。特に伸線加工後の径が５０μｍ以下のダイヤモンドダイスでは、線材がカールし易い。線材がカールするのを極力防止するために、伸線機内で線材をダイスに供給する角度やダイスの取付位置を細かく調整しているが、この調整には非常に手間がかかる。また、線材をスプールに巻き取る際に容易に巻き取れるよう、ダイスを傾斜させて意識的に線癖を付けることもあるが、この場合にも線癖の度合いを調整するのに時間がかかることになる。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解決するものであり、ダイスの孔加工を容易に行うことができ、伸線加工時の真直度及び線材の品質を向上させると共に、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高品質なダイヤモンドダイスを提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のダイヤモンドダイスは、適切な形状のバックリリーフを設けるとともに、リダクションの形状、ベアリングの長さ及び径、エクジットの形状を最適にすることで、伸線加工時の真直度及び線材の品質を向上させることができ、ダイヤモンドダイスの孔加工が容易にできるものである。この特徴とするところは、単結晶ダイヤモンドを用いたベアリング内径Ｄが５０μｍ以下のダイヤモンドダイスにおいて、エクジットは凹形の曲面で形成され、リダクションの角度が１０度以上１６度以下、ベアリングの長さは０．２Ｄ以上１．０Ｄ以下、バックリリーフの長さが０．２Ｄ以上０．７Ｄ以下、バックリリーフの角度を１０度以上２０度以下としたことである
【０００８】
本発明の第１の特徴として、バックリリーフを設けていることがあげられる。このバックリリーフを設けるために、エクジットを凹形の曲面としている。エクジットを凹形の曲面とするのは、ベアリング及びバックリリーフの部分の高精度な研磨を容易に行うためである。ベアリングの径が５０μｍ以下のダイヤモンドダイスでは従来の凸形の曲面であると、孔の出口から研磨を行う部分までの距離が長く、精密な研磨に高い技能を要した。後述のように、線材の品質を向上させるために、ベアリングやバックリリーフの部分の高精度な加工が必要になる。このために、エクジットを凹形にすることが必要になる。
【０００９】
バックリリーフの長さを０．２Ｄ以上にするのは、ステンレス、タングステンなどの硬質線材の伸線加工時にベアリングが欠けるのを防止するためである。伸線加工時にはベアリングの出口部分すなわちバックリリーフとの境界付近に大きな面圧がかかる。前述のように、凹形曲面のエクジットを設けた本発明のダイヤモンドダイスでは、この面圧によりベアリングが欠けやすいという問題が発生する。これを防止するために０．２Ｄ以上にする必要がある。
【００１０】
また、０．７Ｄ以下とするのは、第一の理由として、バックリリーフの面の研磨を容易にするためである。このようにすることで、均一にしかも面粗度が小さくなるように研磨することができ、伸線加工時に線材がぶれるのを防止する。第二の理由として、伸線加工する線材の口出しをする場合に線材をつかみやすくするためである。バックリリーフが長すぎると、口出しが困難になり線材をつかみにくくなる。これらの効果を向上させるために、より好ましくは、０．２Ｄ以上０．４Ｄ以下とする。
【００１１】
さらに、バックリリーフの角度を１０度以上２０度以下とするのは、ベアリングの部分で加工された線材の応力を適切に解放するために必要な角度である。この角度にすることで、線材の品質が向上する。
【００１２】
リダクションの角度を１０度以上とするのは潤滑効果を向上させるためであり、１６度以下とするのは、ダイスの面圧が大きくなりすぎないようにするためである。リダクションの角度によって、潤滑効果が悪くなったり、ダイスの面圧が大きくなって線材が断線したり、ダイスの摩耗が大きくなったりする。これを防止するために、ベアリングの長さを限定するとともに、リダクションの角度を１０度以上１６度以下にする必要がある。より好ましくは、ステンレス、タングステンなどの硬質線材では１０度以上１４度以下、銅線、金線、アルミ線などの軟質線材では１２度以上１６度以下とするのが良い。
【００１３】
また、リダクションの角度がばらついているとカールが発生し易いので、線材のカールを防止する観点から、リダクション半角のばらつきは、孔の軸に対して１度以内とするのが望ましい。これにより伸線加工時に線材のカールを防止する効果がより向上する。
【００１４】
ベアリングの長さを０．２Ｄ以上にするのは、線材の加工を行うために必要な長さであり、これより短いとベアリングの摩耗が早く、ダイヤモンドダイスの寿命が短くなる。また、１．０Ｄ以下にすることで、伸線加工時の抵抗を不必要に高くすることがなく、引き抜き抵抗を軽減できるので、線材の断線が防止される。ベアリングの部分は全体にわたり略一定の径とすることが好ましいが、この場合は特に、伸線抵抗及び断線防止の観点から１．０Ｄ以下とする必要がある。本発明では、伸線加工後の線径が５０μｍ以下のものとしており、細い線ではより断線しやすい問題が発生するが、１．０Ｄ以下にすることで断線が防止される。断線防止とダイスの寿命向上の観点から、より好ましくは、ステンレス、タングステンなどの硬質線材では０．２Ｄ以上１．０Ｄ以下、銅線、金線、アルミ線などの軟質線材では０．２Ｄ以上０．６Ｄ以下とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態については、実施例の項で詳しく説明する。
【００１６】
【実施例】
図１（ａ）は、本発明のダイヤモンドダイスの平面図、（ｂ）は断面図、図２は本発明のダイヤモンドダイスの孔の部分の拡大断面図、図３は従来のダイヤモンドダイスの孔の部分の拡大断面図である。１はダイヤモンド、２は焼結合金、３は金属製のケースである。ダイヤモンド１は焼結合金２で保持されており、焼結合金２はケース３に固着されている。
【００１７】
本実施例では、ダイヤモンド１の厚みが６００μｍのダイヤモンドダイスを例にあげて説明する。
【００１８】
主に図２を参照して、ダイヤモンド１には孔が形成されており、上が入口側、下が出口側で、線材を伸線加工する際には入口側から線材を供給する。ダイヤモンド１の孔は、入口側から順にベル１ａ、アプローチ１ｂ、リダクション１ｃ、ベアリング１ｄ、バックリリーフ１ｅ、エクジット１ｆが形成されている。
【００１９】
（実施例１）
金線など軟質線材の伸線加工を行うダイヤモンドダイスとして、リダクション１ｃの長さ１００μｍ、角度は１２度、ベアリング１ｄの径は２５μｍ、長さは１０μｍ、バックリリーフ１ｅの長さは６μｍ、角度は１５度のものを用意した。
【００２０】
なお、リダクション１ｃの長さについては、本実施例のように１００μｍ程度にするのが適当である。この長さを長くしすぎると加工がしにくくなり、ベル１ａが狭くなる。逆にいえば、１００μｍ程度にすることで、ベル１ａを広くすることができ、伸線加工時に僅かに削られた金属粉が排出されやすい効果も生じる。また、エクジット１ｆの形状は、ベアリング１ｄやバックリリーフ１ｅの精密な研磨を容易にするため、凹形の曲面形状にする必要がある。この形状により、口出しをしやすくでき、伸線加工時に僅かに削られた金属粉が裏側から排出されやすくなる効果も生じる。
【００２１】
以上のようにして製作したダイヤモンドダイスを使い、伸線加工装置への取り付け、カール調整、伸線加工についての試験を行った。カール調整については、伸線加工後の線材がカールしなくなるまで調整するのに要する時間を測定した。また、比較例として、従来のダイヤモンドダイスについても試験を行った。
【００２２】
（実施例２）
ステンレス線など硬質線材の伸線加工を行うダイヤモンドダイスとして、リダクション１ｃの長さ１００μｍ、角度は１２度、ベアリング１ｄの径は２０μｍ、長さは１０μｍ、バックリリーフ１ｅの長さは８μｍ、角度は１５度のものを用意した。比較例として、従来のダイヤモンドダイスについても試験を行った。実施例１、２及び比較例の仕様及び結果を表１に示す。なお、比較例２、３、４については、ベアリングとエクジットの境界部にバックリリーフを設けず、半径数μｍの微少なＲを設けたものとした。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
本発明のダイヤモンドダイスと比較例のダイヤモンドダイスを取り付け及び調整を行った結果、所定の真直度が出るように調整できるまでの時間は、本発明のものが比較例に比べて、１／２の時間で可能であった。また、硬質線材を伸線加工したときの線材の断線についても、本発明のものは少なく断線しにくかった。さらにはベアリングの欠けについても、本発明のものは発生せず、高品質な加工ができるダイヤモンドダイスであることが確認された。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように、ベアリング内径Ｄが５０μｍ以下のダイヤモンドダイスにおいて、バックリリーフを設けるとともにエクジットの形状を凹形曲面とすることで、ベアリング及びバックリリーフの精密な研磨ができ、面粗度が向上するので、伸線加工後の線材の品質が向上し安定する。また、リダクションの角度を１０度以上１６度以下にすることで、潤滑効果が良くなりダイスの面圧が高くならないので、摩耗が少なくなり、ダイヤモンドダイスの寿命が向上する。さらに精密に研磨されたベアリングとの組み合わせにより、線材のカールが防止され真直度が向上するので、ダイヤモンドダイスを装置に取り付けたときの調整が短時間で行える。ベアリングとバックリリーフの長さを適切なものにすることで、線材の伸線抵抗を低くして断線を防止できる。また、伸線加工時の抵抗によりベアリングの部分が欠けるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のダイヤモンドダイスの平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明のダイヤモンドダイスの孔の部分を示した説明図である。
【図３】従来のダイヤモンドダイスの孔の部分を示した説明図である。
【符号の説明】
１    ダイヤモンド
１ａ  ベル
１ｂ  アプローチ
１ｃ  リダクション
１ｄ  ベアリング
１ｅ  バックリリーフ
１ｆ  エクジット
２    焼結合金
３    ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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