特許 7630050 伸線ダイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-05

(45)【発行日】2025-02-14

(54)【発明の名称】伸線ダイス

(51)【国際特許分類】

   B21C 3/02 20060101AFI20250206BHJP

【ＦＩ】

B21C3/02 K

B21C3/02 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024544520

(86)(22)【出願日】2024-03-26

(86)【国際出願番号】 JP2024011945

【審査請求日】2024-07-25

(31)【優先権主張番号】P 2023060736

(32)【優先日】2023-04-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000220103

【氏名又は名称】株式会社アライドマテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】倉本 康平

(72)【発明者】

【氏名】木村 公一朗

【審査官】豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０７３４２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２２／０４４８０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２２／２３９６９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／０８８０４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０３－２５４３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－０９２４０９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５８－４１９２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｃ ３／０２

Ｂ２１Ｃ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベアリングの直径Ｄが、１００μｍ未満の伸線ダイスであって、
平均粒径が５００ｎｍ以下の実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドに孔が設けられ、
リダクション角度は、４°以上１４°以下で、
前記ベアリングの長さは、２０％Ｄ以上１００％Ｄ以下で、
前記ベアリングと、ベルまたはアプローチとの同芯度は１．０μｍ以下で、
前記ベアリングの孔の真円度は、０．５μｍ以下である、伸線ダイス。

【請求項2】

前記リダクション角度は５°以上１２°以下である、請求項１に記載の伸線ダイス。

【請求項3】

前記ベアリングの長さは３０％Ｄ以上７０％Ｄ以下である、請求項１または２に記載の伸線ダイス。

【請求項4】

前記ベアリングと、前記ベルまたは前記アプローチとの同芯度は０．８μｍ以下である、請求項１または２に記載の伸線ダイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は伸線ダイスに関する。本出願は、２０２３年４月４日に出願した日本特許出願である特願２０２３－０６０７３６号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

従来、伸線ダイスは、たとえば国際公開第２００８／０８８０４８号に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２００８／０８８０４８号

【発明の概要】

【0004】

本開示の伸線ダイスは、ベアリングの直径Ｄが、１００μｍ未満の伸線ダイスであって、
平均粒径が５００ｎｍ以下の実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドに孔が設けられ、
リダクション角度は、４°以上１４°以下で、
ベアリング長さは、２０％Ｄ以上１００％Ｄ以下で、
ベアリングと、ベルまたはアプローチとの同芯度は１．０μｍ以下で、
ベアリングの孔の真円度は、０．５μｍ以下である。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、実施の形態に従ったバインダレス多結晶ダイヤモンドダイスの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

[本開示が解決しようとする課題]
従来の伸線ダイスにおいては、細線化が困難であるという問題があった。

【0007】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0008】

本開示の伸線ダイスは、ベアリングの直径Ｄが、１００μｍ未満の伸線ダイスであって、平均粒径が５００ｎｍ以下の実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドに孔が設けられ、リダクション角度は、４°以上１４°以下で、ベアリング長さは、２０％Ｄ以上１００％Ｄ以下で、ベアリングと、ベルまたはアプローチとの同芯度は１．０μｍ以下で、ベアリングの孔の真円度は、０．５μｍ以下である。

【0009】

（ダイヤモンド）
実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドは、いわゆるバインダが存在しないダイヤモンドである。代表的なものの一例として、超高圧高温下で非ダイヤモンド炭素をダイヤモンドに直接変換させて製造したダイヤモンドがあり、バインダレスダイヤモンドとして知られている。なお、本願における平均粒径とは、以下のようにして求めたものとする。まず、多結晶ダイヤモンドの焼結体組織をＳＥＭまたはＴＥＭで観察し、画像処理で個々の粒子（一次粒子）を抽出してその粒子の面積を算出し、その面積を円形と仮定した場合の直径を粒径とする。そして、単位面積（たとえば５０μｍ×５０μｍ）あたりの各粒子の粒径の平均値を平均粒径とする。

【0010】

ダイス孔は、一般的には伸線方向に垂直な断面において円形状とされる。
（構造）
伸線ダイスは、上流側から順にベル、アプローチ、リダクション、ベアリング、バックリリーフおよびエクジットを有する。

【0011】

リダクションにおけるダイス孔の開き角度であるリダクション角度は４°以上１４°以下である。リダクション角度が１４°を超えるとまたは４°未満となると、伸線ダイスの寿命が短くなる。リダクション角度は５°以上１２°以下であることが好ましい。

【0012】

ベアリングの長さは、２０％Ｄ以上１００％Ｄ以下で、ベアリングと、ベルまたはアプローチとの同芯度は１．０μｍ以下で、ベアリングの孔の真円度は、０．５μｍ以下である。好ましくは、ベアリングの長さは３０％Ｄ以上７０％Ｄ以下である。好ましくは、前記ベアリングと、前記ベルまたは前記アプローチとの同芯度は０．８μｍ以下である。

【0013】

図１は、実施の形態に従ったバインダレス多結晶ダイヤモンドダイスの断面図である。図１で示すように、実施の形態１に従った伸線用のダイス１はダイス孔１ｈを有する。ダイス１は、上流側から順にベル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およびエクジット１ｆを有する。

【0014】

ベル１ａはダイス孔１ｈの最も上流側に位置している。ベル１ａを規定するダイス孔１ｈの側面の接線１２ａ，１３ａのなす角度αはベル角である。ベル１ａは、伸線される線材および潤滑材の入口に該当する。

【0015】

アプローチ１ｂは、ベル１ａの下流に設けられる。ベル１ａとアプローチ１ｂとの境界において、ダイス孔１ｈの傾きが連続的に変化していてもよく、非連続的に変化していてもよい。アプローチ１ｂを規定するダイス孔１ｈの側面の接線１２ｂ，１３ｂのなす角度βはアプローチ角である。

【0016】

リダクション１ｃは、アプローチ１ｂの下流に設けられる。アプローチ１ｂとリダクション１ｃとの境界において、ダイス孔１ｈの傾きが連続的に変化していてもよく、非連続的に変化していてもよい。リダクション１ｃを規定するダイス孔１ｈの側面の接線１２ｃ，１３ｃのなす角度γはリダクション角である。

【0017】

ベアリング１ｄは、リダクション１ｃの下流に設けられる。リダクション１ｃとベアリング１ｄとの境界において、ダイス孔１ｈの傾きが連続的に変化していてもよく、非連続的に変化していてもよい。ベアリング１ｄを規定するダイス孔１ｈの直径Ｄは一定である。ベアリング１ｄは円筒形状である。ベアリング１ｄは、ダイス孔１ｈにおいて最も直径が小さい部分である。

【0018】

バックリリーフ１ｅは、ベアリング１ｄの下流に設けられる。ベアリング１ｄとバックリリーフ１ｅとの境界において、ダイス孔１ｈの傾きが連続的に変化していてもよく、非連続的に変化していてもよい。バックリリーフ１ｅを規定するダイス孔１ｈの側面の角度θはバックリリーフ角である。

【0019】

エクジット１ｆは、バックリリーフ１ｅの下流に設けられる。ベアリング１ｄとバックリリーフ１ｅとの境界において、ダイス孔１ｈの傾きが連続的に変化していてもよく、非連続的に変化していてもよい。バックリリーフ１ｅを規定するダイス孔１ｈの側面の角度φはエクジット角である。

【0020】

リダクション１ｃの直径をＲＤとすると、ＲＤとＤとの間には、Ｄ＜ＲＤ≦１．０５０Ｄの関係が成立する。そのため、上記関係の直径ＲＤを有する部分がリダクション１ｃである。リダクション１ｃの断面積はベアリング１ｄの断面積の１００％を超え１１０％以下である。

【0021】

ベアリング１ｄの長さはＬである。ＬとＤとの間には、２０％Ｄ≦Ｌ≦１００％Ｄの関係が成立する。好ましくは、３０％Ｄ≦Ｌ≦７０％Ｄの関係が成立する。ダイス孔１ｈの直径がＤの部分がベアリング１ｄである。

【0022】

（ダイス孔１ｈの形状の特定方法）
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およびエクジット１ｆの形状を測定するためには、ダイス孔１ｈに転写材（たとえば、株式会社ストルアス製、レプリセット）を充填して、ダイス孔１ｈの形状を転写したレプリカを作製する。このレプリカを、透過照明の付いた工具顕微鏡を使い、ダイス孔１ｈの輪郭を明確にして、図１のダイス孔１ｈのようなダイス孔１ｈの断面図を得る。

【0023】

断面図において、内径が最も狭くかつ円筒状の部分をベアリング１ｄとする。ベアリングの直径をＤとする。断面図において、ベアリング１ｄに隣接してベアリング１ｄの上流に位置し、内径ＲＤがＤ＜ＲＤ≦１．０５０Ｄを満たす部分をリダクション１ｃとする。断面図において、ベアリング１ｄに隣接してベアリング１ｄの下流に位置し、内径ＢＤがＤ＜ＢＤ≦１．０２５Ｄを満たす部分をバックリリーフ１ｅとする。

【0024】

リダクション角γの測定にあたっては、ダイス孔１ｈの断面図において、リダクション１ｃの基準点１１ｃ（ＲＤ＝１．０５０Ｄの部分）において両側面に接線１２ｃ，１３ｃを引き、２つ接線１２ｃ，１３ｃのなす角度をリダクション角γとする。

【0025】

（同芯度の測定方法）
ベル１ａまたはアプローチ１ｂ、とベアリング１ｄとの同芯度の測定は、たとえば測定装置としてキーエンス製デジタルマイクロスコープ（ＶＨＸ８０００）を用いる。測定条件は倍率：×２，５００倍、照明は透過照明とする。中心線１ｐと平行な方向からダイス孔１ｈを観察して、白く光って見える領域の輪郭を求める。ダイス孔１ｈの直径Ｄに対して、１５０～２５０％Ｄの範囲にある白く光って見える領域の最も外側にある輪郭（ベルまたはアプローチ部）をベル１ａまたはアプローチ１ｂの輪郭とする。その輪郭から円を近似して円の中心をベル１ａまたはアプローチ１ｂの中心とする。同様にベアリング１ｄの輪郭を求める。その輪郭から円を近似して円の中心をベアリング１ｄの中心とする。ベル１ａまたはアプローチ１ｂの中心とベアリング１ｄの中心との距離Ｗを同芯度という。

【0026】

（真円度の測定方法）
本願では、真円度は、ダイスで伸線加工した線材の直径を３６０度の各方向で測定した時の、最大の径と最小の径との差を真円度とする。測定は、セルサ社製ワイヤー線径測定機（ＬＤＳＮ）を使い、伸線した線材の直径を３６０度にわたって２５０点測定した。この２５０点の測定値の最大値と最小値との差を真円度とする。線材にダイス孔１ｈの形状（ベアリング１ｄの形状）が転写されて、ベアリング１ｄの真円度が線材に反映される。

【0027】

ベアリング１ｄの真円度は上記の手順で求めたベアリング１ｄの輪郭において円近似により求めたベアリング１ｄの中心からの距離の最大値と最小値との差である。

【0028】

［本開示の実施形態の詳細］
（実施例１）
（ＢＬ（バインダレス）ダイヤモンドダイスの伸線評価）
ダイス素材の違いによる性能の確認を行うため、下記３種類の同形状ダイスを用意し評価を行った。

【0029】

ダイス素材
Ａ．バインダレスＰＣＤダイス、Ｂ．単結晶ダイヤモンドダイス、Ｃ．バインダを含むＰＣＤダイス、３種類を準備した。Ａ．バインダレスＰＣＤダイス、のダイヤモンドの平均粒径は０．０５μｍ（５０ｎｍ）である。これらの形状を表１および表２に示す。

【0030】

【表1】

【0031】

【表2】

【0032】

表１および２において「ＢＬＰＣＤ」とは、超高圧高温下で非ダイヤモンド炭素をダイヤモンドに直接変換させて製造したダイヤモンドで、バインダが存在せず実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドをいう。

【0033】

「ＰＣＤ粒径１μｍ」とは平均粒径が１μｍの多結晶ダイヤモンドで構成され、バインダを５体積％以上含み残部がダイヤモンドである多結晶ダイヤモンドをいう。

【0034】

このダイスを用いてＳＵＳ線材を、線速５００ｍ／ｍｉｎで、油性潤滑条件において伸線した。直径Ｄがφ０．０８ｍｍであれば伸線前の線径はφ０．０８７ｍｍとした。直径Ｄがφ０．１０ｍｍであれば伸線前の線径はφ０．１０９ｍｍとした。直径Ｄがφ０．０４ｍｍであれば伸線前の線径はφ０．０４３５ｍｍとした。直径Ｄがφ０．１５ｍｍであれば伸線前の線径はφ０．０１６４ｍｍとした。これらのＳＵＳ線材を各ダイスで伸線加工を行い、伸線後の線材の真円度が０．３μｍになるか、または伸線開始後１００ｍの時点の伸線された線材の線径と比べた時の線径の増加分が０．３μｍであるか、となればダイスの寿命とした。または、線材にカール（反り、Ｒが３０ｍｍ未満）が発生すればダイスの寿命とした。その結果を表３および表４に示す。

【0035】

【表3】

【0036】

【表4】

【0037】

表３および４の「寿命」において「Ａ」は６０ｋｍ以上、「Ｂ」は３０ｋｍ超－６０ｋｍ未満、「Ｃ」は３０ｋｍ以下の寿命であったことを示す。

【0038】

「線径拡大量」とは伸線開始後１００ｍ時点の線径と伸線後３０ｋｍ時点の線径との差をいう。線径は、ダイスで伸線加工した線材の直径を３６０度の各方向で測定した時の平均値とする。測定はセルサ社製ワイヤー線径測定機（ＬＤＳＮ）を使い、伸線加工した線材の直径を３６０度にわたって２５０点測定した。線径拡大量がマイナスの試料も存在する。これは、ＢＬＰＣＤのような高硬度のダイヤを使うと、リング摩耗が発生し、伸線時に線材が削れて細くなることがあるからである。

【0039】

「カール状態」は伸線後の線材の反りのＲが５０ｍｍ以上であれば「Ａ」、Ｒが３０ｍｍ以上５０ｍｍ未満であれば「Ｂ」、Ｒが３０ｍｍ未満であれば「Ｃ」とした。

【0040】

寿命が「Ｃ」であったダイスでは、カール状態が初期から悪く、伸線加工が進むにつれて悪化して３０ｋｍの伸線ができなかったため、寿命を迎えた状態でのベアリングの真円度を「真円度（３０ｋｍ伸線後）」に記載した。

【0041】

試料番号１６６では、５ｋｍ伸線した段階で断線が発生した。評価継続できなかったため伸線を中止した。

【0042】

表３および表４より、リダクション角度が１４°以下、ベアリング長さが２０％Ｄ以上１００％Ｄ以下、ベアリングとベルまたはアプローチとの同芯度は１．０μｍ以下、ベアリングの孔の真円度が０．５μｍ以下であると、寿命、カール状態（初期）、カール状態（３０ｋｍ）の評価においてＢ以上の評価が得られていることが分かる。

【0043】

より好ましくは、リダクション角度が５°以上１２°以下であると評価Ａが増加していることが分かる。さらに、ベアリング長さ３０％Ｄ以上７０％Ｄ以下の範囲であれば、評価Ａが増加していることが分かる。さらに、同芯度が０．８μｍ以下であれば評価Ａが増加していることが分かる。

【0044】

（付記１）
ベアリングの直径Ｄが、１００μｍ未満の伸線ダイスであって、
平均粒径が５００ｎｍ以下の実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドに孔が設けられ、
リダクション角度は、４°以上１４°以下で、
前記ベアリングの長さは、２０％Ｄ以上１００％Ｄ以下で、
前記ベアリングと、ベルまたはアプローチとの同芯度は１．０μｍ以下で、
前記ベアリングの孔の真円度は、０．５μｍ以下である、伸線ダイス。

【0045】

（付記２）
前記リダクション角度は５°以上１２°以下である付記１に記載の伸線ダイス。

【0046】

（付記３）
前記ベアリングの長さは３０％Ｄ以上７０％Ｄ以下である、付記１または２に記載の伸線ダイス。

【0047】

（付記４）
前記ベアリングと、前記ベルまたは前記アプローチとの同芯度は０．８μｍ以下である、付記１から３のいずれか１項に記載の伸線ダイス。

【0048】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0049】

１ ダイス、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、１ｈ ダイス孔、１ｐ 中心線、１１ｃ 基準点、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 接線。

【要約】

伸線ダイスは、ベアリングの直径Ｄが、１００μｍ未満の伸線ダイスであって、平均粒径が５００ｎｍ以下の実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドに孔が設けられ、リダクション角度は、４°以上１４°以下で、前記ベアリングの長さは、２０％Ｄ以上１００％Ｄ以下で、前記ベアリングと、ベルまたはアプローチとの同芯度は１．０μｍ以下で、前記ベアリングの孔の真円度は、０．５μｍ以下である。

【図1】