プレス加工金型用工具の補修方法
【課題】ＤＬＣ膜の形成方法を検討することで、研磨実施後もプレス加工金型用工具の加工面にＤＬＣ膜が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具の側面と加工面に同等の特性を有するＤＬＣ膜を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供する。
【解決手段】被加工材をプレスにより成型加工又は打ち抜き加工を行うためのプレス加工金型用工具の補修方法であって、摩耗したプレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂを研磨する工程と、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａをマスキング材１０で保護する工程と、研磨した加工面４３ｂにＤＬＣ膜４１を形成する工程と、を有するものである。
【解決手段】被加工材をプレスにより成型加工又は打ち抜き加工を行うためのプレス加工金型用工具の補修方法であって、摩耗したプレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂを研磨する工程と、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａをマスキング材１０で保護する工程と、研磨した加工面４３ｂにＤＬＣ膜４１を形成する工程と、を有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレスにより成型加工や打ち抜き加工を行うための金型に用いられる工具、即ち、プレス加工金型用工具の補修方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要の堅調な増加が見込まれる発光ダイオード（ＬＥＤ）製品やパワーモジュール製品では、リードフレーム（ＬＦ）と呼ばれる部品が用いられる。
【０００３】
ＬＦは、鉄や銅、又はアロイ材のような金属材料を圧延加工により薄い板状にした金属条と呼ばれるものを材料として、プレス機により成型加工や打ち抜き加工を施すことで導線パターンを形成し、その後、錫や銀等のめっきを施すことで製造される。
【０００４】
このプレスプロセスを用いたＬＦの製造は、リールｔｏリール方式で行われることが多く、プレス機には金属条を搬送するための送り装置が備えられており、金型として順送金型が用いられる。ＬＦに必要な導線パターンは製品種類毎に異なるため、専用の金型が必要になる。金型内には、成型加工や打ち抜き加工を施すために、主にＷＣ基超硬合金材料やＳＫＤ材のような鋼材で形成される凸型工具（パンチ）が通常上型に、凹型工具（ダイ）が下型に設置されている。
【０００５】
プレスプロセスでは、先ず、金属条が金型内のパンチとダイの間に設置された状態で、通常上型が下降することで金属条は上型と下型で挟まれ、位置が固定される。次いで、プレス機により所定の荷重が加えられることで、パンチとダイの形状に応じた成型加工や打ち抜き加工が施される。その後、荷重が開放され、上型が上昇することで、金属条の固定も開放され、次に、プレス機に設置された送り装置により、金属条は順送方向に一定量だけ送り出される。このようにして加工された１回分の動作を１ショットと呼ぶ。
【０００６】
ところで、プレスプロセスでは金属条を所定の形状に変形させるため、プレス加工金型用工具であるパンチやダイには材料と接触する際の衝撃力、材料を変形させる過程での接触にて発生する摩擦力等の様々な負荷が発生する。
【０００７】
プレスプロセスは連続的に繰り返し行われるため、前記のような負荷は蓄積していき、加工寸法の異常やバリの発生といった問題、被加工材（金属条）の残渣堆積や摩耗によりパンチやダイが破損する等の問題が生じる。
【０００８】
このような問題を解決するために様々な方法が検討されているが、特に特許文献１で示されるような硬質な膜、即ちＤＬＣ膜をパンチへ形成する技術、更には膜表面改質を行った特許文献２に示されるようなＤＬＣ膜は、前記のような問題を解決するための効果が高いと考えられる。
【０００９】
ＤＬＣ膜は、図４，５に示すようなアークイオンプレーティング装置４０により形成される。このアークイオンプレーティング装置４０を用いてＤＬＣ膜４１を形成する際には、装置中央に設けられた材料保持部４２にプレス加工時に先端となる部分を上向きにしてプレス加工金型用工具４３を設置する。
【００１０】
なお、材料保持部４２には温度調節機構が設置されており、プレス加工金型用工具４３の温度を制御することが可能である。また、材料保持部４２には回転機構も設置されており、材料保持部４２は回転しながら次のエッチング処理や膜形成処理を受けることが可能であるため、より均一な処理が可能となっている。
【００１１】
次に、装置扉を閉めて、装置内部を密封状態にする。そして、ガス導入口４４から例えばアルゴンガス等のプロセスガス４５を導入し、バイアス電源４６から所定の電圧を印加することで、プラズマ処理によりプレス加工金型用工具４３の表面をエッチングし、膜形成性を向上させる。その後、プロセスガス４５はガス排出口４７から排出される。
【００１２】
次に、再びガス導入口４４からアルゴンガス等のプロセスガス４５を導入し、プレス加工金型用工具４３にはバイアス電源４６より電圧を印加する。同時にプレス加工金型用工具４３の側面４３ａに対して直交する方向に配置されたグラファイトのターゲット４８に接続されたアーク電源４９を投入することで、アーク放電が発生し、ターゲット４８が蒸発、イオン化し、ＤＬＣ膜材料としてプレス加工金型用工具４３に付着、凝集することでＤＬＣ膜４１が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２２０７３号公報
【特許文献２】特開２００９−６４７０号公報
【特許文献３】特開２００９−２４２１４１号公報
【特許文献４】特開２００９−１６６０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、このようにして形成されるＤＬＣ膜４１は、ターゲット４８と直交する方向に面するプレス加工金型用工具４３の側面４３ａでは、強固に形成されるが、ターゲット４８からの放電方向と平行方向となるプレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂでは、側面４３ａと比較すると膜材料が付着し難くなるため強固なＤＬＣ膜４１とならない。
【００１５】
このような状態を改善するために、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂと直交する方向にもターゲット４８を設置することが検討されているが、複数方向からＤＬＣ膜４１が形成されると、異方向から膜材料が付着することでＤＬＣ膜構成が混合した混合膜となる。段階的に方向を変化させてもＤＬＣ膜４１が複数層になる等の副作用が発生し、逆にＤＬＣ膜強度や密着強度の低下に繋がる。
【００１６】
このため、従来技術のＤＬＣ膜４１が形成されたプレス加工金型用工具４３によるプレス加工においては、加工面４３ｂのＤＬＣ膜４１は脆く、所定の耐摩耗性効果が得られない。
【００１７】
また、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂのＤＬＣ膜４１が剥離することで、側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１の端部（エッジ）が露出するため、側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１の破壊を早める等の問題がある。
【００１８】
更に、ＤＬＣ膜４１を形成することで、プレス加工金型用工具４３の摩耗を低減することは可能であるが、０（ゼロ）にすることは困難である。プレス加工金型用工具４３は一定量摩耗することで、正常な加工が困難となるため、所定の摩耗量に到達した際には加工面４３ｂを研磨することで加工性を回復させる。そのため、加工面４３ｂに形成されたＤＬＣ膜４１は、研磨を施す際に同時に除去されてしまうという問題がある。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、ＤＬＣ膜の形成方法を検討することで、研磨実施後もプレス加工金型用工具の加工面にＤＬＣ膜が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具の側面と加工面に同等の特性を有するＤＬＣ膜を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的を達成するために創案された本発明は、被加工材をプレスにより成型加工又は打ち抜き加工を行うためのプレス加工金型用工具の補修方法であって、摩耗した前記プレス加工金型用工具の加工面を研磨する工程と、前記プレス加工金型用工具の側面をマスキング材で保護する工程と、研磨した前記加工面にＤＬＣ膜を形成する工程と、を有することを特徴とするプレス加工金型用工具の補修方法である。
【００２１】
前記ＤＬＣ膜を形成する工程は、アークプレーティング法により行い、前記加工面がターゲットと直交するように配置することを特徴とする。
【００２２】
前記マスキング材は、前記ＤＬＣ膜を形成する工程で保持される箇所を除いて形成されることを特徴とする。
【００２３】
前記加工面は、その表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように研磨することを特徴とする。
【００２４】
前記ＤＬＣ膜は、その膜厚が０．３μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成することを特徴とする。
【００２５】
前記プレス加工金型用工具は、ビッカース硬度測定法によりＨＶが１０００以上２０００以下のＷＣ基超硬合金材料又はＳＫＤ材からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＤＬＣ膜の形成方法を検討することで、研磨実施後もプレス加工金型用工具の加工面にＤＬＣ膜が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具の側面と加工面に同等の特性を有するＤＬＣ膜を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法におけるＤＬＣ膜の形成工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法で補修されたプレス加工金型用工具を示す図である。
【図４】アークイオンプレーティング装置を示す図である。
【図５】従来のプレス加工金型用工具の補修方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２９】
本発明の好適な実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法は、被加工材をプレスにより成型加工又は打ち抜き加工を行うためのものであって、摩耗したプレス加工金型用工具の加工面を研磨する工程と、プレス加工金型用工具の側面をマスキング材で保護する工程と、研磨した加工面にＤＬＣ膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００３０】
先ず、図１（ａ）に示すように、ビッカース硬度測定法によりＨＶが１０００以上２０００以下のＷＣ基超硬合金材料又はＳＫＤ材からなるプレス加工金型用工具４３（例えば、パンチ）について、図４，５に示したようなアークイオンプレーティング法によりＤＬＣ膜４１を形成するためのアークイオンプレーティング装置４０を用いて、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂにＤＬＣ膜４１を形成する。
【００３１】
具体的には、図５に示したように、装置中央に設置された材料保持部４２にプレス加工金型用工具４３の先端となる部分を上向きにして設置する。その後、装置扉を閉めて、ガス排出口４７から装置内の空気をポンプを用いて排出し、真空状態とする。
【００３２】
そして、真空状態を保持しながらガス導入口４４からアルゴンガスを導入し、材料保持部４２に設置されたバイアス電源４６より負の電圧を印加することで、プラズマ放電を発生させ、プレス加工金型用工具４３の表面に所謂ドライエッチング処理を施した後、電圧印加を停止し、アルゴンガスをガス排出口４７より排出する。
【００３３】
その後、再びガス導入口４４からアルゴンガスを導入し、材料保持部４２を回転させる。また、材料保持部４２に設置された温度調節機構を操作し、プレス加工金型用工具４３が所定の温度となるように調整する。
【００３４】
温度調整の後、バイアス電源４６より材料保持部４２を通じてプレス加工金型用工具４３に負の電圧を印加する。同時に、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａに対して直交する方向に配置されたグラファイトのターゲット４８に接続されたアーク電源４９を投入することで、アーク放電が発生し、ターゲット４８が蒸発、イオン化し、ＤＬＣ膜材料としてプレス加工金型用工具４３に付着、凝集することでＤＬＣ膜４１を形成する。
【００３５】
次いで、このように従来技術と同様の方法によりＤＬＣ膜４１が形成されたプレス加工金型用工具４３について、図１（ｂ）に示すように、プレス加工金型用工具４３が摩耗した際に実施している研削砥石を用いた加工面４３ｂの研磨を実施する。この際の研磨量としては、０．０５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下程度とし、加工面４３ｂに関しては、その表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように研磨すると良い。なお、加工面４３ｂの表面粗さは適宜設定することができるが、あまりにも粗いとＤＬＣ膜４１を形成する際にその粗面に沿って膜が成長するためあまり好ましくはない。
【００３６】
加工面４３ｂの研磨後、図１（ｃ）に示すように、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂを除いた部分にマスクとなるようにマスキング材１０（例えば、テフロン製の粘着テープ）を貼り付けて保護する。このとき、後述する加工面４３ｂへのＤＬＣ膜４１の形成の際に、材料保持部４２に保持されて密着する箇所に関しては、装置内の雰囲気に暴露されないことから、それ自体がマスク効果としてあり、且つ、材料保持部４２とプレス加工金型用工具４３とは電気的に導通している必要があるため、特にマスキング材１０は設けない。なお、マスキング材１０に関しては、テフロン製の粘着テープ以外であっても、加工面４３ｂへのＤＬＣ膜４１の形成後の除去性が高く、また、マスキング材１０で保護した部分にＤＬＣ膜４１が形成されないようなマスク効果を有しているものであれば良い。
【００３７】
次いで、図２に示すように、装置中央に設置された材料保持部４２に、今度は加工面４３ｂがターゲット４８と直交するようにプレス加工金型用工具４３を横向きに設置する。その後は初めにＤＬＣ膜４１を形成したときと同様にして、先ず、装置扉を閉めて、ガス排出口４７から装置内の空気をポンプを用いて排出し、真空状態とする。
【００３８】
そして、真空状態を保持しながらガス導入口４４からアルゴンガスを導入し、材料保持部４２に設置されたバイアス電源４６より負の電圧を印加することで、プラズマ放電を発生させ、プレス加工金型用工具４３の表面にドライエッチング処理を施した後、電圧印加を停止し、アルゴンガスをガス排出口４７より排出する。
【００３９】
その後、再びガス導入口４４からアルゴンガスを導入し、材料保持部４２を回転させ、バイアス電源４６より材料保持部４２を通じてプレス加工金型用工具４３に負の電圧を印加する。同時に、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂに対して直交する方向に配置されたターゲット４８に接続されたアーク電源４９を投入することで、アーク放電が発生し、ターゲット４８が蒸発、イオン化し、ＤＬＣ膜材料としてプレス加工金型用工具４３に付着、凝集することで追加のＤＬＣ膜４１を形成する。このとき、追加のＤＬＣ膜４１は、その膜厚が０．３μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成すると良い。
【００４０】
最後に、図３に示すように、プレス加工金型用工具４３からマスキング材１０を剥離し、プレス加工金型用工具４３の補修が完了する。
【００４１】
以上説明した本実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法の作用を従来技術と対比して説明する。
【００４２】
従来技術によって形成されたＤＬＣ膜４１を有するプレス加工金型用工具４３の場合、側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１の強度は比較的良好であることから、プレス加工金型用工具４３の耐摩耗性向上について一定の効果が見られた。
【００４３】
しかし、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂに形成されたＤＬＣ膜４１は、側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１と比較して、強度、密着性等が劣ることから、プレス加工金型用工具４３の耐摩耗性向上効果はあまり見られず、結果的にはプレス加工金型用工具４３の長寿命化を図ることは困難であった。
【００４４】
これに対し、本実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法では、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１を変化させることなく、つまりはＤＬＣ膜４１の膜厚の増加等による寸法の変動等を発生させない状態で、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂにも側面４３ａに形成されているＤＬＣ膜４１と同等以上の強度や密着性を有する追加のＤＬＣ膜４１を形成することが可能となった。
【００４５】
これにより、プレス加工金型用工具４３の先端部の耐摩耗性が向上し、プレス加工金型用工具４３の長寿命化を図ることができ、最終的には金型のコスト低減にも繋げることができる。
【００４６】
また、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂの摩擦力低減効果による滑り性の向上により、被加工材（金属条）の残渣堆積によるプレス加工金型用工具４３の破損リスクの低減や、打ち抜きカスとの密着力低減によるカス上がり現象の発生リスクの抑制も見込まれる。
【００４７】
更には、従来はＤＬＣ膜４１の形成後のプレス加工金型用工具４３は一定量の摩耗を経た後にプレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂを研磨することで、同時に加工面４３ｂに形成されたＤＬＣ膜４１も完全に除去されていたことに対し、本実施の形態では、ＤＬＣ膜４１自体の摩耗又はプレス加工金型用工具４３の摩耗による研磨等の際に、繰り返しＤＬＣ膜４１を形成することが可能であるため、その効果を維持することが可能である。
【００４８】
以上要するに本発明によれば、ＤＬＣ膜４１の形成方法を検討することで、研磨実施後もプレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂにＤＬＣ膜４１が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａと加工面４３ｂに同等の特性を有するＤＬＣ膜４１を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供することができる。
【００４９】
なお、前述したアークイオンプレーティング法では、表面にドロップレット（陰極材料の微粒子）が付着形成されやすい。このドロップレットを捕集、除去するための機構を有するフィルタードアーク蒸着装置を用いて膜を形成する技術があり、このような技術を用いた膜の形成においても、本発明を適用することができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａと加工面４３ｂに同一種の膜を形成するものとしたが、例えば、加工の際に作用する負荷に対して、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａと加工面４３ｂに形成する膜の膜厚を変更したり、例えば、ＤＬＣ膜ではなく、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎ，Ａｌを単体又は混合して形成する異種材料による膜を形成したりすることも考えられる。
【００５１】
その他、ＣＶＤ法やＰＶＤ法のような蒸着、スパッタリング技術全般に対しても、本発明の適用の可能性が考えられる。
【実施例】
【００５２】
先ず、ＷＣ基超硬合金材料を材料として形成されたパンチについて、比較例１としてＤＬＣ膜のような硬質膜を一切形成していないパンチを準備し、比較例２として従来技術により形成されたＤＬＣ膜を有するパンチを準備した。次に、全てのパンチに対し、パンチが摩耗した際に実施している研削砥石を用いた加工面の研磨を同様に実施した。そして、実施例１として比較例２のパンチの中から一部について、本発明を用いてパンチの加工面にもＤＬＣ膜が形成されたパンチを準備した。
【００５３】
これら３種類のパンチを金型に組み込み、銅系の金属条を材料として、少なくとも百万ショットを超える一定のショット数のプレス加工を実施した。次いで、それぞれのパンチを金型から取り外し、パンチと加工された金属条の状態について比較評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
パンチ摩耗に関しては、比較例１ではパンチの著しい摩耗が確認されたが、比較例２と実施例１ではパンチのエッジ部と側面に若干の摩耗が確認されたが、パンチ自体の摩耗は少なかった。
【００５６】
ＤＬＣ膜剥離に関しては、比較例１ではそもそもＤＬＣ膜を形成していないため、評価対象から除外した。比較例２においては、パンチの加工面にＤＬＣ膜が存在せず、パンチの側面に形成されたＤＬＣ膜の端部が露出していることから、その部分を起点にパンチの側面に形成されたＤＬＣ膜の一部が剥離しているものが確認された。一方で、実施例１においては、ＤＬＣ膜の端部が露出していないため、起点は存在せず、ＤＬＣ膜の剥離も確認されなかった。
【００５７】
金属条被加工形状に関しては、ＬＦ製品の設計寸法と実寸法の差を評価対象としたが、比較例１の寸法差が最も大きくなり、次いで比較例２、最も寸法差が小さいものが実施例１であった。但し、比較例２と実施例１には大きな差は確認されなかった。
【００５８】
被加工材バリ発生に関しては、比較例１では加工部の至る所に打ち抜き加工時に発生したバリが確認された。比較例２でも比較例１ほどではないもののバリの発生が確認された。一方で、実施例１においては、製品機能を低下させるようなバリの発生はほぼ確認されなかった。
【００５９】
被加工材残渣堆積に関しては、被加工材に付着している汚染物や加工屑のパンチと被加工材とが接触する部分への堆積を評価した。比較例１では多数堆積している様子が確認された。比較例２ではＤＬＣ膜が形成されているパンチの側面においては、あまり堆積している様子は確認されなかったが、パンチの加工面に堆積している様子が確認された。実施例１においては、パンチの側面及び加工面の両方にＤＬＣ膜が形成されている効果のため、堆積物はほぼ確認されなかった。
【００６０】
カス上がり不良に関しては、発生数は少ないものの、比較例１及び２においては発生が確認された。一方で、実施例１においては発生が確認されなかった。
【００６１】
よって、本発明によれば、研磨実施後もプレス加工金型用工具の加工面にＤＬＣ膜が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具の側面と加工面に同等の特性を有するＤＬＣ膜を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ マスキング材
４０ アークイオンプレーティング装置
４１ ＤＬＣ膜
４２ 材料保持部
４３ プレス加工金型用工具
４３ａ 側面
４３ｂ 加工面
４４ ガス導入口
４５ プロセスガス
４６ バイアス電源
４７ ガス排出口
４８ ターゲット
４９ アーク電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレスにより成型加工や打ち抜き加工を行うための金型に用いられる工具、即ち、プレス加工金型用工具の補修方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要の堅調な増加が見込まれる発光ダイオード（ＬＥＤ）製品やパワーモジュール製品では、リードフレーム（ＬＦ）と呼ばれる部品が用いられる。
【０００３】
ＬＦは、鉄や銅、又はアロイ材のような金属材料を圧延加工により薄い板状にした金属条と呼ばれるものを材料として、プレス機により成型加工や打ち抜き加工を施すことで導線パターンを形成し、その後、錫や銀等のめっきを施すことで製造される。
【０００４】
このプレスプロセスを用いたＬＦの製造は、リールｔｏリール方式で行われることが多く、プレス機には金属条を搬送するための送り装置が備えられており、金型として順送金型が用いられる。ＬＦに必要な導線パターンは製品種類毎に異なるため、専用の金型が必要になる。金型内には、成型加工や打ち抜き加工を施すために、主にＷＣ基超硬合金材料やＳＫＤ材のような鋼材で形成される凸型工具（パンチ）が通常上型に、凹型工具（ダイ）が下型に設置されている。
【０００５】
プレスプロセスでは、先ず、金属条が金型内のパンチとダイの間に設置された状態で、通常上型が下降することで金属条は上型と下型で挟まれ、位置が固定される。次いで、プレス機により所定の荷重が加えられることで、パンチとダイの形状に応じた成型加工や打ち抜き加工が施される。その後、荷重が開放され、上型が上昇することで、金属条の固定も開放され、次に、プレス機に設置された送り装置により、金属条は順送方向に一定量だけ送り出される。このようにして加工された１回分の動作を１ショットと呼ぶ。
【０００６】
ところで、プレスプロセスでは金属条を所定の形状に変形させるため、プレス加工金型用工具であるパンチやダイには材料と接触する際の衝撃力、材料を変形させる過程での接触にて発生する摩擦力等の様々な負荷が発生する。
【０００７】
プレスプロセスは連続的に繰り返し行われるため、前記のような負荷は蓄積していき、加工寸法の異常やバリの発生といった問題、被加工材（金属条）の残渣堆積や摩耗によりパンチやダイが破損する等の問題が生じる。
【０００８】
このような問題を解決するために様々な方法が検討されているが、特に特許文献１で示されるような硬質な膜、即ちＤＬＣ膜をパンチへ形成する技術、更には膜表面改質を行った特許文献２に示されるようなＤＬＣ膜は、前記のような問題を解決するための効果が高いと考えられる。
【０００９】
ＤＬＣ膜は、図４，５に示すようなアークイオンプレーティング装置４０により形成される。このアークイオンプレーティング装置４０を用いてＤＬＣ膜４１を形成する際には、装置中央に設けられた材料保持部４２にプレス加工時に先端となる部分を上向きにしてプレス加工金型用工具４３を設置する。
【００１０】
なお、材料保持部４２には温度調節機構が設置されており、プレス加工金型用工具４３の温度を制御することが可能である。また、材料保持部４２には回転機構も設置されており、材料保持部４２は回転しながら次のエッチング処理や膜形成処理を受けることが可能であるため、より均一な処理が可能となっている。
【００１１】
次に、装置扉を閉めて、装置内部を密封状態にする。そして、ガス導入口４４から例えばアルゴンガス等のプロセスガス４５を導入し、バイアス電源４６から所定の電圧を印加することで、プラズマ処理によりプレス加工金型用工具４３の表面をエッチングし、膜形成性を向上させる。その後、プロセスガス４５はガス排出口４７から排出される。
【００１２】
次に、再びガス導入口４４からアルゴンガス等のプロセスガス４５を導入し、プレス加工金型用工具４３にはバイアス電源４６より電圧を印加する。同時にプレス加工金型用工具４３の側面４３ａに対して直交する方向に配置されたグラファイトのターゲット４８に接続されたアーク電源４９を投入することで、アーク放電が発生し、ターゲット４８が蒸発、イオン化し、ＤＬＣ膜材料としてプレス加工金型用工具４３に付着、凝集することでＤＬＣ膜４１が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２２０７３号公報
【特許文献２】特開２００９−６４７０号公報
【特許文献３】特開２００９−２４２１４１号公報
【特許文献４】特開２００９−１６６０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、このようにして形成されるＤＬＣ膜４１は、ターゲット４８と直交する方向に面するプレス加工金型用工具４３の側面４３ａでは、強固に形成されるが、ターゲット４８からの放電方向と平行方向となるプレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂでは、側面４３ａと比較すると膜材料が付着し難くなるため強固なＤＬＣ膜４１とならない。
【００１５】
このような状態を改善するために、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂと直交する方向にもターゲット４８を設置することが検討されているが、複数方向からＤＬＣ膜４１が形成されると、異方向から膜材料が付着することでＤＬＣ膜構成が混合した混合膜となる。段階的に方向を変化させてもＤＬＣ膜４１が複数層になる等の副作用が発生し、逆にＤＬＣ膜強度や密着強度の低下に繋がる。
【００１６】
このため、従来技術のＤＬＣ膜４１が形成されたプレス加工金型用工具４３によるプレス加工においては、加工面４３ｂのＤＬＣ膜４１は脆く、所定の耐摩耗性効果が得られない。
【００１７】
また、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂのＤＬＣ膜４１が剥離することで、側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１の端部（エッジ）が露出するため、側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１の破壊を早める等の問題がある。
【００１８】
更に、ＤＬＣ膜４１を形成することで、プレス加工金型用工具４３の摩耗を低減することは可能であるが、０（ゼロ）にすることは困難である。プレス加工金型用工具４３は一定量摩耗することで、正常な加工が困難となるため、所定の摩耗量に到達した際には加工面４３ｂを研磨することで加工性を回復させる。そのため、加工面４３ｂに形成されたＤＬＣ膜４１は、研磨を施す際に同時に除去されてしまうという問題がある。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、ＤＬＣ膜の形成方法を検討することで、研磨実施後もプレス加工金型用工具の加工面にＤＬＣ膜が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具の側面と加工面に同等の特性を有するＤＬＣ膜を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的を達成するために創案された本発明は、被加工材をプレスにより成型加工又は打ち抜き加工を行うためのプレス加工金型用工具の補修方法であって、摩耗した前記プレス加工金型用工具の加工面を研磨する工程と、前記プレス加工金型用工具の側面をマスキング材で保護する工程と、研磨した前記加工面にＤＬＣ膜を形成する工程と、を有することを特徴とするプレス加工金型用工具の補修方法である。
【００２１】
前記ＤＬＣ膜を形成する工程は、アークプレーティング法により行い、前記加工面がターゲットと直交するように配置することを特徴とする。
【００２２】
前記マスキング材は、前記ＤＬＣ膜を形成する工程で保持される箇所を除いて形成されることを特徴とする。
【００２３】
前記加工面は、その表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように研磨することを特徴とする。
【００２４】
前記ＤＬＣ膜は、その膜厚が０．３μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成することを特徴とする。
【００２５】
前記プレス加工金型用工具は、ビッカース硬度測定法によりＨＶが１０００以上２０００以下のＷＣ基超硬合金材料又はＳＫＤ材からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＤＬＣ膜の形成方法を検討することで、研磨実施後もプレス加工金型用工具の加工面にＤＬＣ膜が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具の側面と加工面に同等の特性を有するＤＬＣ膜を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法におけるＤＬＣ膜の形成工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法で補修されたプレス加工金型用工具を示す図である。
【図４】アークイオンプレーティング装置を示す図である。
【図５】従来のプレス加工金型用工具の補修方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２９】
本発明の好適な実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法は、被加工材をプレスにより成型加工又は打ち抜き加工を行うためのものであって、摩耗したプレス加工金型用工具の加工面を研磨する工程と、プレス加工金型用工具の側面をマスキング材で保護する工程と、研磨した加工面にＤＬＣ膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００３０】
先ず、図１（ａ）に示すように、ビッカース硬度測定法によりＨＶが１０００以上２０００以下のＷＣ基超硬合金材料又はＳＫＤ材からなるプレス加工金型用工具４３（例えば、パンチ）について、図４，５に示したようなアークイオンプレーティング法によりＤＬＣ膜４１を形成するためのアークイオンプレーティング装置４０を用いて、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂにＤＬＣ膜４１を形成する。
【００３１】
具体的には、図５に示したように、装置中央に設置された材料保持部４２にプレス加工金型用工具４３の先端となる部分を上向きにして設置する。その後、装置扉を閉めて、ガス排出口４７から装置内の空気をポンプを用いて排出し、真空状態とする。
【００３２】
そして、真空状態を保持しながらガス導入口４４からアルゴンガスを導入し、材料保持部４２に設置されたバイアス電源４６より負の電圧を印加することで、プラズマ放電を発生させ、プレス加工金型用工具４３の表面に所謂ドライエッチング処理を施した後、電圧印加を停止し、アルゴンガスをガス排出口４７より排出する。
【００３３】
その後、再びガス導入口４４からアルゴンガスを導入し、材料保持部４２を回転させる。また、材料保持部４２に設置された温度調節機構を操作し、プレス加工金型用工具４３が所定の温度となるように調整する。
【００３４】
温度調整の後、バイアス電源４６より材料保持部４２を通じてプレス加工金型用工具４３に負の電圧を印加する。同時に、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａに対して直交する方向に配置されたグラファイトのターゲット４８に接続されたアーク電源４９を投入することで、アーク放電が発生し、ターゲット４８が蒸発、イオン化し、ＤＬＣ膜材料としてプレス加工金型用工具４３に付着、凝集することでＤＬＣ膜４１を形成する。
【００３５】
次いで、このように従来技術と同様の方法によりＤＬＣ膜４１が形成されたプレス加工金型用工具４３について、図１（ｂ）に示すように、プレス加工金型用工具４３が摩耗した際に実施している研削砥石を用いた加工面４３ｂの研磨を実施する。この際の研磨量としては、０．０５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下程度とし、加工面４３ｂに関しては、その表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように研磨すると良い。なお、加工面４３ｂの表面粗さは適宜設定することができるが、あまりにも粗いとＤＬＣ膜４１を形成する際にその粗面に沿って膜が成長するためあまり好ましくはない。
【００３６】
加工面４３ｂの研磨後、図１（ｃ）に示すように、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂを除いた部分にマスクとなるようにマスキング材１０（例えば、テフロン製の粘着テープ）を貼り付けて保護する。このとき、後述する加工面４３ｂへのＤＬＣ膜４１の形成の際に、材料保持部４２に保持されて密着する箇所に関しては、装置内の雰囲気に暴露されないことから、それ自体がマスク効果としてあり、且つ、材料保持部４２とプレス加工金型用工具４３とは電気的に導通している必要があるため、特にマスキング材１０は設けない。なお、マスキング材１０に関しては、テフロン製の粘着テープ以外であっても、加工面４３ｂへのＤＬＣ膜４１の形成後の除去性が高く、また、マスキング材１０で保護した部分にＤＬＣ膜４１が形成されないようなマスク効果を有しているものであれば良い。
【００３７】
次いで、図２に示すように、装置中央に設置された材料保持部４２に、今度は加工面４３ｂがターゲット４８と直交するようにプレス加工金型用工具４３を横向きに設置する。その後は初めにＤＬＣ膜４１を形成したときと同様にして、先ず、装置扉を閉めて、ガス排出口４７から装置内の空気をポンプを用いて排出し、真空状態とする。
【００３８】
そして、真空状態を保持しながらガス導入口４４からアルゴンガスを導入し、材料保持部４２に設置されたバイアス電源４６より負の電圧を印加することで、プラズマ放電を発生させ、プレス加工金型用工具４３の表面にドライエッチング処理を施した後、電圧印加を停止し、アルゴンガスをガス排出口４７より排出する。
【００３９】
その後、再びガス導入口４４からアルゴンガスを導入し、材料保持部４２を回転させ、バイアス電源４６より材料保持部４２を通じてプレス加工金型用工具４３に負の電圧を印加する。同時に、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂに対して直交する方向に配置されたターゲット４８に接続されたアーク電源４９を投入することで、アーク放電が発生し、ターゲット４８が蒸発、イオン化し、ＤＬＣ膜材料としてプレス加工金型用工具４３に付着、凝集することで追加のＤＬＣ膜４１を形成する。このとき、追加のＤＬＣ膜４１は、その膜厚が０．３μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成すると良い。
【００４０】
最後に、図３に示すように、プレス加工金型用工具４３からマスキング材１０を剥離し、プレス加工金型用工具４３の補修が完了する。
【００４１】
以上説明した本実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法の作用を従来技術と対比して説明する。
【００４２】
従来技術によって形成されたＤＬＣ膜４１を有するプレス加工金型用工具４３の場合、側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１の強度は比較的良好であることから、プレス加工金型用工具４３の耐摩耗性向上について一定の効果が見られた。
【００４３】
しかし、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂに形成されたＤＬＣ膜４１は、側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１と比較して、強度、密着性等が劣ることから、プレス加工金型用工具４３の耐摩耗性向上効果はあまり見られず、結果的にはプレス加工金型用工具４３の長寿命化を図ることは困難であった。
【００４４】
これに対し、本実施の形態に係るプレス加工金型用工具の補修方法では、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａに形成されたＤＬＣ膜４１を変化させることなく、つまりはＤＬＣ膜４１の膜厚の増加等による寸法の変動等を発生させない状態で、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂにも側面４３ａに形成されているＤＬＣ膜４１と同等以上の強度や密着性を有する追加のＤＬＣ膜４１を形成することが可能となった。
【００４５】
これにより、プレス加工金型用工具４３の先端部の耐摩耗性が向上し、プレス加工金型用工具４３の長寿命化を図ることができ、最終的には金型のコスト低減にも繋げることができる。
【００４６】
また、プレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂの摩擦力低減効果による滑り性の向上により、被加工材（金属条）の残渣堆積によるプレス加工金型用工具４３の破損リスクの低減や、打ち抜きカスとの密着力低減によるカス上がり現象の発生リスクの抑制も見込まれる。
【００４７】
更には、従来はＤＬＣ膜４１の形成後のプレス加工金型用工具４３は一定量の摩耗を経た後にプレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂを研磨することで、同時に加工面４３ｂに形成されたＤＬＣ膜４１も完全に除去されていたことに対し、本実施の形態では、ＤＬＣ膜４１自体の摩耗又はプレス加工金型用工具４３の摩耗による研磨等の際に、繰り返しＤＬＣ膜４１を形成することが可能であるため、その効果を維持することが可能である。
【００４８】
以上要するに本発明によれば、ＤＬＣ膜４１の形成方法を検討することで、研磨実施後もプレス加工金型用工具４３の加工面４３ｂにＤＬＣ膜４１が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａと加工面４３ｂに同等の特性を有するＤＬＣ膜４１を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供することができる。
【００４９】
なお、前述したアークイオンプレーティング法では、表面にドロップレット（陰極材料の微粒子）が付着形成されやすい。このドロップレットを捕集、除去するための機構を有するフィルタードアーク蒸着装置を用いて膜を形成する技術があり、このような技術を用いた膜の形成においても、本発明を適用することができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａと加工面４３ｂに同一種の膜を形成するものとしたが、例えば、加工の際に作用する負荷に対して、プレス加工金型用工具４３の側面４３ａと加工面４３ｂに形成する膜の膜厚を変更したり、例えば、ＤＬＣ膜ではなく、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎ，Ａｌを単体又は混合して形成する異種材料による膜を形成したりすることも考えられる。
【００５１】
その他、ＣＶＤ法やＰＶＤ法のような蒸着、スパッタリング技術全般に対しても、本発明の適用の可能性が考えられる。
【実施例】
【００５２】
先ず、ＷＣ基超硬合金材料を材料として形成されたパンチについて、比較例１としてＤＬＣ膜のような硬質膜を一切形成していないパンチを準備し、比較例２として従来技術により形成されたＤＬＣ膜を有するパンチを準備した。次に、全てのパンチに対し、パンチが摩耗した際に実施している研削砥石を用いた加工面の研磨を同様に実施した。そして、実施例１として比較例２のパンチの中から一部について、本発明を用いてパンチの加工面にもＤＬＣ膜が形成されたパンチを準備した。
【００５３】
これら３種類のパンチを金型に組み込み、銅系の金属条を材料として、少なくとも百万ショットを超える一定のショット数のプレス加工を実施した。次いで、それぞれのパンチを金型から取り外し、パンチと加工された金属条の状態について比較評価を実施した。その結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
パンチ摩耗に関しては、比較例１ではパンチの著しい摩耗が確認されたが、比較例２と実施例１ではパンチのエッジ部と側面に若干の摩耗が確認されたが、パンチ自体の摩耗は少なかった。
【００５６】
ＤＬＣ膜剥離に関しては、比較例１ではそもそもＤＬＣ膜を形成していないため、評価対象から除外した。比較例２においては、パンチの加工面にＤＬＣ膜が存在せず、パンチの側面に形成されたＤＬＣ膜の端部が露出していることから、その部分を起点にパンチの側面に形成されたＤＬＣ膜の一部が剥離しているものが確認された。一方で、実施例１においては、ＤＬＣ膜の端部が露出していないため、起点は存在せず、ＤＬＣ膜の剥離も確認されなかった。
【００５７】
金属条被加工形状に関しては、ＬＦ製品の設計寸法と実寸法の差を評価対象としたが、比較例１の寸法差が最も大きくなり、次いで比較例２、最も寸法差が小さいものが実施例１であった。但し、比較例２と実施例１には大きな差は確認されなかった。
【００５８】
被加工材バリ発生に関しては、比較例１では加工部の至る所に打ち抜き加工時に発生したバリが確認された。比較例２でも比較例１ほどではないもののバリの発生が確認された。一方で、実施例１においては、製品機能を低下させるようなバリの発生はほぼ確認されなかった。
【００５９】
被加工材残渣堆積に関しては、被加工材に付着している汚染物や加工屑のパンチと被加工材とが接触する部分への堆積を評価した。比較例１では多数堆積している様子が確認された。比較例２ではＤＬＣ膜が形成されているパンチの側面においては、あまり堆積している様子は確認されなかったが、パンチの加工面に堆積している様子が確認された。実施例１においては、パンチの側面及び加工面の両方にＤＬＣ膜が形成されている効果のため、堆積物はほぼ確認されなかった。
【００６０】
カス上がり不良に関しては、発生数は少ないものの、比較例１及び２においては発生が確認された。一方で、実施例１においては発生が確認されなかった。
【００６１】
よって、本発明によれば、研磨実施後もプレス加工金型用工具の加工面にＤＬＣ膜が存在することが可能であり、且つ、プレス加工金型用工具の側面と加工面に同等の特性を有するＤＬＣ膜を形成することが可能なプレス加工金型用工具の補修方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ マスキング材
４０ アークイオンプレーティング装置
４１ ＤＬＣ膜
４２ 材料保持部
４３ プレス加工金型用工具
４３ａ 側面
４３ｂ 加工面
４４ ガス導入口
４５ プロセスガス
４６ バイアス電源
４７ ガス排出口
４８ ターゲット
４９ アーク電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材をプレスにより成型加工又は打ち抜き加工を行うためのプレス加工金型用工具の補修方法であって、
摩耗した前記プレス加工金型用工具の加工面を研磨する工程と、
前記プレス加工金型用工具の側面をマスキング材で保護する工程と、
研磨した前記加工面にＤＬＣ膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項２】
前記ＤＬＣ膜を形成する工程は、アークイオンプレーティング法により行い、前記加工面がターゲットと直交するように配置することを特徴とする請求項１に記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項３】
前記マスキング材は、前記ＤＬＣ膜を形成する工程で保持される箇所を除いて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項４】
前記加工面は、その表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように研磨することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項５】
前記ＤＬＣ膜は、その膜厚が０．３μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項６】
前記プレス加工金型用工具は、ビッカース硬度測定法によりＨＶが１０００以上２０００以下のＷＣ基超硬合金材料又はＳＫＤ材からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項１】
被加工材をプレスにより成型加工又は打ち抜き加工を行うためのプレス加工金型用工具の補修方法であって、
摩耗した前記プレス加工金型用工具の加工面を研磨する工程と、
前記プレス加工金型用工具の側面をマスキング材で保護する工程と、
研磨した前記加工面にＤＬＣ膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項２】
前記ＤＬＣ膜を形成する工程は、アークイオンプレーティング法により行い、前記加工面がターゲットと直交するように配置することを特徴とする請求項１に記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項３】
前記マスキング材は、前記ＤＬＣ膜を形成する工程で保持される箇所を除いて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項４】
前記加工面は、その表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように研磨することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項５】
前記ＤＬＣ膜は、その膜厚が０．３μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【請求項６】
前記プレス加工金型用工具は、ビッカース硬度測定法によりＨＶが１０００以上２０００以下のＷＣ基超硬合金材料又はＳＫＤ材からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプレス加工金型用工具の補修方法。
【図４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７１１３７（Ｐ２０１３−７１１３７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０５２６（Ｐ２０１１−２１０５２６）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]