JPH0323010A - 伸線ダイスおよびその製造方法 - Google Patents

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） 本発明は、金属の線材の引き抜き加工に用いられる伸線
ダイスおよびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 鋼、銅等の金属材料の綿材の加工には、通常、中心に穴
を有するダイスに素材を通し、引き抜くことによって丸
形または異形の断面形状に断面を縮小する引き抜き加工
が行われている。これに用いられる装置は伸線機と呼ば
れるが、伸線をおこなう穴を有する部品は伸線ダイスと
呼ばれ、従来、鋼製ダイス、超硬合金製ダイス、ダイヤ
モンド製ダイスが用いられてきた。鋼製ダイスは最も古
くから用いられてきたダイスで高炭素鋼や高クロム鋼が
用いられてきたが、耐摩耗性が劣るために、現在ではほ
とんど用いられないようになってきた。

超硬合金製ダイスは、主戒分のタングステンカーバイド
を８０〜９５％含有する他に、コバルトや炭素を数％含
有してなる焼結合金であり、硬度が鋼より優れており、
耐摩耗性がよいので現在種々の金属材料の伸線に広く用
いられている。

金属材料の伸線には、硬度が高く、耐摩耗性にすぐれ、
表面平滑性のよいダイスを用いることが必要である。す
なわち、金属材料の伸線では、線材と同様に伸線ダイス
にも非常に大きなせん断応力が働くので、高硬度で、耐
摩耗性にすぐれた耐久性のよいダイスが望ましい。ダイ
スの耐久性が劣っていると摩耗が激しく、伸線中にダイ
スの内径が広がるために、線材が正確な線径に伸線され
なくなる。同時にダイスの表面平滑性が失われるために
、伸線される金属材料の線材の表面も平滑でなくなる。

ダイスが劣化すると伸線工程中でもダイスの交換が必要
となり、伸線工程の操業率改善からも耐久性のすぐれた
ダイスが望ましい。伸線ダイスの高耐久性には、高硬度
で耐摩耗性に優れて、表面が平滑で低摩擦係数であるこ
とが重要である。鋼や銅等の金属の伸線加工においては
、加工の性質上一定の高温に保ちにくいので多くの場合
冷間で行なわれるが、生産性の向上のために最近では伸
線速度を８００ｍ．／分以上で行なう高速加工が主流に
なってきた。この様に伸線ダイスは非常に過酷な条件で
用いられるために、その耐久性の一層の向上が要請され
ていた。ダイヤモンド製ダイスは、その優れた硬さを利
用して、超硬合金では加工しにくい細線に使用されてい
るが、大きなダイヤモンドが必要となり、また非常に高
価である（例えば、「機械工学便覧」日本機械学会発行
　昭和５５年）。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、耐摩耗性が超硬合金製ダイスよりすぐれ、さ
らに製造コストが超硬合金製ダイスと同等である伸線ダ
イスとその製造方法を提供するものである。金属材料の
伸線工程において、伸線ダイスの長寿命化と低コスト化
が達威されれば、伸線経費が大幅に改善されるが、本発
明はそれを可能にするものである。

（課題を解決するための手段および作用）本発明は上記
課題を解決するために、超硬合金製の伸線ダイスの穴の
内面に硬度、耐摩耗性にすぐれた硬質炭素膜を形威した
ものであり、硬質炭素膜は気相法で蒸着するものである
。

本発明でいう硬質炭素膜とは次のようなものである。元
素の構戒の主体は炭素であり、天然ダイヤモンドに準ず
る硬度を持ち、非晶質で電子線回折像はハローパターン
を示す。ラマンスベクトルでは１５８０ｃｍ−’付近と
１３６０Ｃ１１−’付近に非晶質特有の広いピークを示
す。硬質炭素の薄膜を走査型電子顕微鏡で１０，０００
倍程度に拡大して観察すると、結晶粒が認められない一
様で平滑な膜である。硬質炭素膜は一般に炭化水素化合
物を原料とした気相合或法によって生或され、約４Ｑａ
ｔｏａ＋％以下の水素を含有している。水素は炭素原子
のダングリングポンドの部分に入り、非晶質状態が安定
化されかつ高硬度の構造になると考えられている。適量
の水素が存在することで、硬質炭素は天然ダイヤモンド
に準ずる高い硬度を示すものと推測される。

硬質炭素膜中の水素が多過ぎると軟らかい有機質の膜に
なる。そのため本発明の硬質炭素膜としては、水素の割
合は膜中に３５ａｔｏｍ％以下、好ましくは５〜３Ｑａ
ｔｏｒ６％のものが適している。このような硬質炭素膜
はビノカース硬度４０００〜７０００で摩擦係数０．　
１〜０．２で天然ダイヤモンドに次ぐ物性を示すことが
知られている。

本発明で対象とする基材は、超硬合金であるがこれは先
にも説明した様に主威分のタングステンカーバイドを８
０〜９５％含有する他に、コバルトや炭素を数％含有し
てなる焼結合金である。硬質炭素膜は、タングステン等
の炭素と共有結合性の高い結合をする材料を基材として
用いた場合には、膜の付着力の優れたコーティングとす
ることができる。基材と膜との付着力が強固でなくては
、たとえ膜自身が非常に高硬度であっても基材一膜の界
面で膜の剥離がおこって実用には適さない。

特に本発明では、実施例で説明するように、ダイスの温
度を高温に保ち、かつ高速イオンをダイスに照射するた
めに、タングステンカーバイド超硬合金と硬質炭素膜と
の付着性をきわめてよくすることができる。

一般的に、伸線ダイスの形状は、第２図に示したように
円錐形穴２１を有し、一方の開口部２２から伸線される
線材、捧材が入り、他方の開口部２３から伸線された線
材、棒材がでてくる。この伸線ダイスの穴の内面に、気
相法を用いて、硬質炭素膜１１を形威したものの断面図
を第１図に示した。

以下に本発明の方法について説明する。既に述べた様に
、従来の伸線ダイスには、タングステンカーバイドを主
戒分として８０〜９５％含有し、コバルトや炭素を焼結
剤として数％含有してなる超硬合金が使用されているが
、本発明ではこの超硬合金製の伸線ダイスに気相法で硬
質炭素膜の蒸着を行なうものである。本発明に用いる硬
質炭素膜の気相蒸着法としては、従来からよく用いられ
ているプラズマＣＶＤ法（例えば、「プラズマと戒膜の
基礎」日刊工業新聞社発行、昭和６１年）やイオン化蒸
着法等を用いることができるが、膜の基材への付着性．
膜質の均一性，膜表面の平滑性，生産性という点から、
特開昭５９−１７４５０７号公報、特開昭５９−１７４
５０８号公報等に開示されているようなイオン化蒸着法
が好ましい。

第３図にイオン化蒸着装置の原理図を示す。減圧下に硬
質炭素膜の原料となる炭化水素ガスを導入し、これをグ
ロー放電と赤熱フィラメント３３によりイオン化させ、
′ｇ１磁石３４の広がり磁場でこのイオンを引き出す．
電磁石で覆われたこの部分をイオン源という。引き出さ
れたイオンは負のバイアス電圧がかけられた基材３ｌに
向かって加速され、基材に衝突，蒸着する． 原料ガスとしては、メタン，エタン．アセチレン，ベン
ゼン等の容易に気体として導入できる炭化水素を用いれ
ば良いが、中でもメタンが好ましい。水素ガスを前述の
原料ガスの希釈ガスとして用いてもさしつかえない。容
器内の圧力は、プラズマを発生させてしかもイオンを加
速することが必要なため、Ｉ　Ｘ　１　０−＆Ｔｏｒｒ
からｌ　Ｔｏｒｒでよいが、膜質．膜生或速度の点から
Ｉ　Ｘ　１　０　”’ＴｏｒｒからｌＸ　１　０−’Ｔ
ｏｒｒが望ましい。基材の温度とし、では室温（２５℃
程度）から６００゜Ｃとすると良好な薄膜が形威される
．その範囲内でも特に室温（２５℃程度）から３００゜
Ｃが好ましい範囲である。基材温度が６００゜Ｃよ゛り
も高くなると作成される膜は黒鉛状になりやすく、また
たとえ硬質炭素膜ができても放冷して室温に戻すと、基
材と膜との間の残留熱応力が大きくなり、その後の使用
中に膜が剥離し易くなる。

基材とイオン源との間のバイアス電圧は−５０Ｖから−
１５００Ｖとし、中でも−５００ｖから−ＩＯＯＯＶが
好ましい範囲である。炭化水素イオンがバイアス電圧に
より加速されて基材に衝突すると、衝突エネルギーによ
り衝突したイオンのＣ−Ｈ結合が切れて、、水素原子は
弾き出されてしまう．この、水素原子が弾き出される量
は、衝突するイオンの運動エネルギー即ちバイアス電圧
に従っており、バイアス電圧が小さ過ぎると水素が多い
有機的な軟らかい膜になりやすく、バイアス電圧が高過
ぎると黒鉛状の膜になり、さらには膜の自己スッパタリ
ングが生じ威膜速度が低下する。

イオン源での磁束密度はＩＯＯＧからＩＯＯＯＧの範囲
が適当であり、３００Ｇから５００Ｇがより好ましい範
囲である。詳細な製造条件は、装置内のガス導入口の配
置，イオン源の大きさ，基材の位置などによって変化す
るので適宜、最適条件を設定することが望ましい。

以上の方法で第１図に示す様に、硬質炭素膜が蒸着され
たダイスが作成される。この方法で作成されたダイスは
、硬度がビッカース硬度で４０００〜７０００を示し、
従来の超硬合金製のダイスに比べて、耐久性が著しく向
上しダイス寿命が大幅にのびる。

また、硬質炭素膜は、摩擦係数も０．　１〜０．２であ
り、表面平滑性もよいので、線材、棒材の滑りがよくな
り伸線された材料の表面の平滑性、光沢が優れている。

以下に実施例でさらに詳細に説明する． 〔実施例〕 実施例ｌ 第２図に示す様に表面を鏡面仕上げ加工した穴径が４ｆ
ｆＩＩＩ１の超硬合金製（タングステンカーバイドを９
２％、コバルトを５％、炭素を３％含有する）伸線ダイ
スを蒸着前処理として塩酸で洗浄し表面部のコバルトを
除去した。次にこのダイスの穴の内面に、第３図のイオ
ン化蒸着装置を用いて、メタンガスを原料として気圧Ｉ
　Ｘ　１　０−”Ｔｏｒｒ，基材バイアス電圧−８　０
　０　Ｖ，基材温度３００゜Ｃ　イオン電流２　ｔａ　
Ａ　／　ｃｎの条件で６０分間蒸着した。

作威されたダイスは、表面が平滑で、かつ剥離のない約
２ｎ厚の硬質炭素膜が一様にコーティングされていた。

この膜の水素含有量は１３ａｔｏｍ％であり、電子線回
折像はハローパターンを示した。

ラマンスベクトルでは１５８叶『１付近と１３６０ｃｍ
＋−’付近に広いピークを示した。蒸着が不要な部分に
はマスキングを行い、硬質炭素膜が蒸着しないようにし
た。

この伸綿ダイスを用いて、直径４ＩＩＩＩＩ１の鋼ワイ
ヤーの伸線を行ったところ、３５００ｋｇの鋼製ワイヤ
ーの伸線が行えた。比較のために従来の超硬合金製のダ
イスで伸線を行なうと６００ｋｇの伸線で劣化し、交換
が必要となった。

また、伸線された線の表面についても、本発明のダイス
を使用したものは、従来の超硬合金製のダイスで伸線を
行ったものより光沢があった。

実施例２ 穴径が３飾に加工された超硬合金製（タングステンカー
バイドを９５％、コバルトを３％、炭素を２％含有する
）伸線ダイスに実施例ｌと同様の前処理を行った後、第
３図に示した装置を用いて硬質炭素膜の蒸着を行った。

蒸着の条件は原料ガスに純メタンをもちい、圧力１　０
−’Ｔｏｒｒ、加速電圧６００Ｖ、基材温度３００’Ｃ
，イオン電流２．３ｍＡ／ｃｆｆｌでおこなった。蒸着
が不要な部分はマスクをつけて硬質炭素膜が付着しない
ようにした。

この様にして作った伸線ダイスを用いて直径３ｍの銅線
の伸線をおこなったところ、６　０　０　０ｋｇの伸線
が可能であった。比較のために従来の超硬合金製ダイス
で伸線を行うと８００ｋｇで劣化した。

また、伸線された線の表面についても、ダイスを使用し
たものは、従来の超硬合金製のダイスで伸線を行ったも
のより光沢があった。

（発明の効果） 以上説明した様に本発明に従い、超硬合金製の伸線ダイ
スに硬質炭素膜を形戒することにより、低コストで耐摩
耗性のすぐれたダイスの製造が可能になり、その結果、
金属材料の伸線上程の経費が大幅に改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、硬質炭素膜１１を設けた伸線ダイスの断面図
である。 第２図は、硬質炭素膜が蒸着されていない通常の伸線ダ
イスの断面図である。 第３図は、イオン化蒸着装置の概略図である。 ３ｌ：基材伸線ダイス、３２：グリッド、３３：フィラ
メント、３４：電磁石、３５：ガス導入管。 第１図 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　超硬合金製の伸線ダイスの穴の内面に硬質炭素
   膜を設けてなる伸線ダイス。
2. （２）　超硬合金製の伸線ダイスの穴の内面に気相法に
   より硬質炭素膜を蒸着することを特徴とする伸線ダイス
   の製造方法。