(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部の貫通孔を加工面とする線引きチップと、これの外周面に嵌着された補強リングからなる金属線引きダイスの複合加工チップにおいて、
上記線引きチップを、分散相形成成分として酸化マグネシウムおよび／または酸化バリウムを３〜１２質量％含有し、残りが実質的にダイヤモンドからなる組成を有するダイヤモンド基燒結材料で構成し、
かつ上記補強リングを、結合相形成成分としてＣｏを１０〜１５質量％含有し、残りが実質的に炭化タングステンからなる組成を有する超硬合金で構成すると共に、
上記線引きチップにおける上記補強リングとの嵌着面部に、表面から０．０１〜０．１ｍｍの深さに亘ってＣｏ拡散層が存在すること、
を特徴とする線引きチップと補強リングが高い接合強度を有する金属線引きダイスの複合加工チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、線引きチップがきわめて高い接合強度で補強リングに嵌着支持された金属線引きダイスの複合加工チップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、金属線引きダイスの中心部に位置し、実質的に線引き加工に携わる複合加工チップが、中心部の貫通孔を加工面とする線引きチップと、これの外周面に嵌着された補強リングからなり、また前記線引きチップが各種のダイヤモンド基燒結材料で構成され、かつ前記補強リングが各種の超硬合金で構成されることも知られている。
さらに上記の金属線引きダイスの複合加工チップが、まずダイヤモンド基燒結材料製線引きチップを、圧力：５〜９ＧＰａ、温度：１４００〜２５００℃の超高圧高温加熱条件下で焼結して製造し、ついでこの線引きチップの外周部に、焼結後超硬合金製補強リングとなる原料混合粉末の圧粉体を配置し、通常の条件で前記圧粉体を、例えば真空焼結することによって製造されることも良く知られるところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年、金属線引き加工は、一段と高速化および細線化し、さらに高加工率化する傾向にあり、これに伴ない、金属線引きダイスの複合加工チップにおいては、これにかかる負荷（荷重）が一段と増大するばかりでなく、これ自体の温度も著しく上昇する苛酷な条件下での操業を強いられるようになるが、従来の複合加工チップは、前記の苛酷な条件下での操業ではダイヤモンド基燒結材料製線引きチップと超硬合金製補強リングとの接合強度が十分でないために、これら両者間に剥離が発生し易く、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述の観点から、金属線引きダイスの複合加工チップを構成するダイヤモンド基燒結材料製線引きチップと超硬合金製補強リングとの接合強度の一段の向上を図るべく研究を行なった結果、
（ａ）上記の複合加工チップの線引きチップを構成するダイヤモンド基燒結材料を、原料粉末としてダイヤモンド粉末のほかに、焼結性促進成分として炭酸マグネシウム(以下、ＭｇＣＯ3で示す)粉末および／または炭酸バリウム（以下、ＢａＣＯ3で示す）粉末を用いて超高圧高温加熱条件下で焼結することにより製造した、ＭｇＣＯ3および／またはＢａＣＯ3：５〜１５質量％含有し、残りが実質的にダイヤモンドからなる組成を有するダイヤモンド基燒結材料に特定し、このダイヤモンド基燒結材料製線引きチップに、例えば真空中、１０００〜１４００℃の温度に所定時間加熱保持の条件で熱処理を施すと、前記ダイヤモンド基燒結材料の構成成分であるＭｇＣＯ3およびＢａＣＯ3が酸化マグネシウム(以下、ＭｇＯで示す)および酸化バリウム（以下、ＢａＯで示す）に化学変化すると同時に、前記ＭｇＯおよびＢａＯ中に分散した状態で微細な気孔が形成されるようになり、この結果前記ダイヤモンド基燒結材料は、９２〜９９％の理論密度比をもつようになると共に、ＭｇＯおよび／またはＢａＯを３〜１２質量％含有するようになること。
【０００５】
（ｂ）上記（ａ）のダイヤモンド基燒結材料製線引きチップに対する補強リングとして、結合相形成成分としてＣｏを１０〜１５質量％含有し、残りが実質的に炭化タングステン（ＷＣで示す）からなる組成を有する超硬合金を適用すると、この補強リングの焼結時に結合相形成成分であるＣｏが前記ダイヤモンド基燒結材料中に微細に分散分布する気孔を充填するように拡散侵入し、このＣｏ成分の拡散侵入は構成成分であるＭｇＯおよびＢａＯによって促進されることと相俟って、前記線引きチップにおける前記補強リングとの嵌着面部に、表面から所定深さに亘ってＣｏ拡散層が形成されるようになること。
【０００６】
（ｃ）上記（ａ）および（ｂ）の複合加工チップを構成する線引きチップと補強リングは、線引きチップの補強リングとの嵌着面部に形成されたＣｏ拡散層の表面からの深さが０．０１〜０．１ｍｍである場合にきわめて高い接合強度を示し、高温高負荷の苛酷な条件下の実用に際しても剥離することがなく、兆基に亘ってすぐれた性能を発揮するようになること。
以上（ａ）〜（Ｃ）に示される研究結果を得たのである。
【０００７】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたもので、中心部の貫通孔を加工面とする線引きチップと、これの外周面に嵌着された補強リングからなる金属線引きダイスの複合加工チップにおいて、
上記線引きチップを、分散相形成成分としてＭｇＯおよび／またはＢａＯを３〜１２質量％含有し、残りが実質的にダイヤモンドからなる組成を有するダイヤモンド基燒結材料で構成し、
かつ上記補強リングを、結合相形成成分としてＣｏを１０〜１５質量％含有し、残りが実質的にＷＣからなる組成を有する超硬合金で構成すると共に、
上記線引きチップにおける上記補強リングとの嵌着面部に、表面から０．０１〜０．１ｍｍの深さに亘ってＣｏ拡散層が存在させること、
により線引きチップと補強リングとの接合強度を著しく向上せしめた金属線引きダイスの複合加工チップに特徴を有するものである。
【０００８】
なお、この発明の複合加工チップにおいて、これを構成するダイヤモンド基燒結材料製線引きチップのＭｇＯおよび／またはＢａＯの含有割合を３〜１２質量％としたのは、その含有割合が３質量％未満では、十分な焼結性が得られないばかりでなく、この成分のもつＣｏ拡散侵入促進作用を満足に発揮することができず、さらに熱処理時に形成される微細な気孔の割合も少なくなって、嵌着面部に形成されるＣｏ拡散層の深さを０．０１ｍｍ以上にするのが困難になり、一方その含有割合が１２質量％を越えると強度が急激に低下するようになるという理由によるものであり、望ましくは５〜８質量％の含有がよい。
【０００９】
また、同じく超硬合金製補強リングのＣｏの含有割合を１０〜１５質量％としたのは、その含有割合が１０質量％未満では、線引きチップの補強リングとの嵌着面部にＣｏ拡散層を所定の深さに亘って形成するのに長時間を要するようになって実用的でなく、一方その含有割合が１５質量％を越えると補強リング自体の強度が急激に低下するようになるという理由に基づくものであり、望ましくは１１〜１４質量％の含有がよい。
【００１０】
さらに、同じく線引きチップにおける補強リングとの嵌着面部に形成されるＣｏ拡散層の表面からの深さを０．０１〜０．１ｍｍとしたのは、その深さが０．０１ｍｍ未満では補強リングとの間に所望のすぐれた接合強度を確保することができず、したがって表面より０．０１ｍｍ以上の深さに亘ってＣｏを拡散侵入させる必要があるが、０．１ｍｍを越えた深さまでＣｏを拡散侵入させるには長時間の熱処理を必要とし、実用的でないという理由によるものであり、望ましくは０．０４〜０．０８ｍｍとするのがよい。
【００１１】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明の複合加工チップを実施例により具体的に説明する。
まず、原料粉末として、いずれも９９．９８質量％の純度を有し、かつ４〜１０μｍの範囲内の所定の平均粒径をもった各種のダイヤモンド粉末、平均粒径：３μｍを有する純度：９６．８質量％のＭｇＣＯ3粉末、同じく２μｍの平均粒径を有する純度：９７．５質量％のＢａＣＯ3粉末を用意し、これら原料粉末をＴａ製カプセル内に、下方部をダイヤモンド粉末が占め、上方部をＭｇＣＯ3粉末および／またはＢａＣＯ3粉末が占める層状に充填し、この原料粉末充填カプセルを通常のベルト型超高圧高温発生装置に装入し、圧力および保持時間をそれぞれ７ＧＰａおよび３０分間と一定とするが、加熱温度（焼結温度）を２１５０〜２４００℃の範囲内の所定温度とする条件（この場合焼結後のダイヤモンド基燒結材料中のＭｇＣＯ3および／またはＢａＣＯ3の含有量はダイヤモンド粉末の粒度および焼結温度によって調整される）で焼結し、表１に示される組成をもったダイヤモンド基燒結材料素材を製造し、ついでこれら素材にいずれも真空中、温度：１１００℃に１０分間保持の条件で熱処理、すなわちＭｇＣＯ3をＭｇＯに、またＢａＣＯ3をＢａＯに化学変化させ、同時に生成した前記ＭｇＯおよびＢａＯ内に微細な気孔を形成する熱処理を施して、同じく表１に示される組成および理論密度比もったものとし、さらにこれにＹＧＡレーザーにて直径：２ｍｍ×厚さ：１ｍｍの寸法をもったチップに切り出すことにより本発明複合加工チップを構成するダイヤモンド基燒結材料製線引きチップ（以下、本発明線引きチップという）Ａ〜Ｍをそれぞれ製造した。
【００１２】
さらに、原料粉末として４．３μｍの平均粒径を有する純度：９９．９６％のＷＣ粉末、および１．３μｍの平均粒径を有する純度：９９．９１％のＣｏ粉末を別途用意し、これら原料粉末を表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥して混合粉末とし、一方上記本発明線引きチップＡ〜Ｍのそれぞれを金型にセットし、これの外周面に沿って同じく表２に示される組み合わせで前記混合粉末を充填し、これに０．１ＧＰａの圧力を付加した状態で高周波加熱で９００〜１２００℃の範囲内の所定温度に加熱のホットプレス焼結を施して、前記本発明線引きチップＡ〜Ｍのそれぞれの外周面が実質的に配合組成と同じ組成を有する超硬合金からなる補強リング素材で取り巻かれ、前記本発明線引きチップＡ〜Ｍのそれぞれにおける前記補強リング素材との溶着面部に、それぞれ表２に示される深さに亘ってＣｏ拡散層が形成された複合加工チップ素材を成形し、この素材に研摩加工を施して外形：４ｍｍ×厚さ：１ｍｍの寸法とし、さらに中心部にＹＧＡレーザーを用いて直径：０．１ｍｍの貫通孔（線引き加工面）を形成することにより本発明複合加工リング１〜１３を製造した。
【００１３】
また、比較の目的で、原料粉末として、同じく９９．９８質量％の純度を有し、かつ２〜１５μｍの範囲内の所定の平均粒径をもったダイヤモンド粉末と平均粒径：２μｍを有する純度：９８．６質量％のＣｏ粉末を用い、これら原料粉末をＴａ製カプセル内に、下方部をダイヤモンド粉末が占め、上方部をＣｏ粉末が占める層状に充填する以外は実質的に同一の条件で表３に示される組成をもったダイヤモンド基燒結材料製線引きチップを製造し、このダイヤモンド基燒結材料製線引きチップの外周面に嵌着される補強リングを、原料粉末として４．３μｍの平均粒径を有する純度：９９．９６％のＷＣ粉末、２．３μｍの平均粒径を有する純度：９９．１４％のＣｒ粉末、および１．３μｍの平均粒径を有する純度：９９．９１％のＣｏ粉末を用いる以外は同一の条件で製造して、表３に示される組成とすことにより従来複合加工リング１〜６をそれぞれ製造した。
【００１４】
ついで、これらの本発明複合加工リング１〜１３および従来複合加工リング１〜６をそれぞれダイスケースの中心部にセットし、
加工材：０．２ｍｍの直径を有するステンレス鋼細線、
加工率：１０％、
伸線速度：４０ｋｍ／ｈｒ、
伸線長さ：３００ｋｍ、
の高速高加工率条件でステンレス鋼細線の線引き加工を行ない、線引き加工後のそれぞれの複合加工リングにおける線引きチップと補強リングの接合面のせん断強度（外側の補強リングを固定した状態で内側の線引きチップを下方に打ち抜くのに要する荷重）を測定した。これらの測定結果を表２，３に示した。
また、それぞれの複合加工リングの任意縦断面を顕微鏡観察し、線引きチップと補強リングの接合面の状況を観察したところ、同じく表２，３に示される結果を示した。
【００１５】
【表１】
0004253832.tif 000002
【００１６】
【表２】
0004253832.tif 000003
【００１７】
【表３】
0004253832.tif 000004
【００１８】
【発明の効果】
表１〜３に示される結果から、本発明複合加工リング１〜１３は、いずれもこれを構成する線引きチップと補強リングが強固に接合しており、これは難加工材であるステンレス鋼細線を高速高加工率条件で線引き加工しても接合面に剥離現象の発生しないことからも明らかであり、一方従来複合加工リング１〜６は、いずれも線引きチップと補強リングの接合強度が十分でないために、上記の高速高加工率条件での線引きでは、接合面に剥離現象が発生し、これが原因で使用寿命の短命化は避けられないこと明らかである。
上述のように、この発明の金属線引きダイスの複合加工チップは、これを構成する線引きチップと補強リングがきわめて高い接合強度を有するので、金属線引き加工の一段の高速化および細線化し、さらに高加工率化に十分満足に対応し、長期に亘ってすぐれた性能を発揮するものである。