金属部材のプレス加工方法およびプレス加工用金型
【課題】チタン部材やマグネシウム合金部材といった加工の難しい金属部材をプレス加工するのに好適な金属部材のプレス加工方法およびそのプレス加工用金型を提供する。
【解決手段】プレス加工用金型は金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成された最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部と、微細凹凸部に含まれる複数の頂上部の一部だけが露出するように微細凹凸部に形成されたフッ素樹脂膜とを有し、フッ素樹脂膜が微細凹凸部の表面に密着している。
【解決手段】プレス加工用金型は金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成された最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部と、微細凹凸部に含まれる複数の頂上部の一部だけが露出するように微細凹凸部に形成されたフッ素樹脂膜とを有し、フッ素樹脂膜が微細凹凸部の表面に密着している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絞り加工、曲げ加工、鍛造加工等の金属部材のプレス加工方法およびそのプレス加工に用いるプレス加工用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チタン、マグネシウム、アルミニウムといった金属からなる部材（以下「金属部材」という）のプレス加工や、樹脂製品、ゴム製品等の成形加工に金型が用いられている。金型を用いてプレス加工や成形加工を行うときは、金型と金属部材や樹脂製品等との潤滑性や離型性（剥がれやすさ）が求められ、金型が金属部材や樹脂製品等から剥がれやすいことが望ましい。
【０００３】
従来、金型を金属部材や樹脂製品等から剥がれやすくすることに関して、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の超硬質膜を金型に形成する技術（例えば、特許文献１参照）や、フッ素樹脂塗料を塗布するなどして金型にフッ素樹脂膜を形成する技術（例えば、特許文献２，３，４参照）が知られていた。フッ素樹脂膜は柔軟であり、金型を繰り返し使用することによって剥離や損傷が起こりやすいため、特許文献２〜４に記載されている技術では、フッ素樹脂膜の耐久性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５４４１８号公報
【特許文献２】特開２００４−７４６４６号公報
【特許文献３】特開平９−１９３１６４号公報
【特許文献４】特開平５−２４５８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２〜４に記載されている各従来技術によれば、フッ素樹脂膜そのもの自体の強度を高めることができる。
【０００６】
しかし、これらの従来技術は、樹脂製品、ゴム製品等の成形加工に用いる金型を対象にした技術であり、絞り加工、曲げ加工、鍛造加工といった金属部材のプレス加工に用いる金型には適用することが困難であった。樹脂製品、ゴム製品等の成形加工に用いる金型は金型によって形成される空間（隙間）に樹脂等を流し込み所望の形を形成するためのいわば型枠として用いられている。
【０００７】
例えば図１９に示すような金型１００，１０１があったとすると、これらの金型１００，１０１では、樹脂等に接触する内側部分の表面にフッ素樹脂膜１０２が形成される。そうすると、そのフッ素樹脂膜１０２は、樹脂１０３から金型１００，１０１の内側表面と交差する方向の圧力ｆ１を受けることになる。
【０００８】
一方、金属部材のプレス加工に用いる金型として、図２０に示すような金型２００，２０１，２０２があったとする。これらの金型２００，２０１，２０２を用いて金属部材２０３の曲げ加工を行うときは、金型２０２が矢印Ｐの方向に動くが、その際、金型２００，２０１，２０２は金属部材２０３の表面に強力に押しつけられたり、こすりつけられたりしている。そのため、金型２００，２０１，２０２は金属部材２０３から、金型の表面と交差する方向の圧力ｆ２だけでなく、表面に沿った方向の圧力ｆ３も受けている。
【０００９】
表面と交差する方向の圧力ｆ２はフッ素樹脂膜に対して、金型の表面に押しつけるように作用するが、表面に沿った方向の圧力ｆ３はフッ素樹脂膜に対して、金型の表面に沿って削り取るようにして作用する。したがって、従来技術のようにして強度を高めたフッ素樹脂膜を金型２００，２０１，２０２の表面に形成したとしても、圧力ｆ３のような表面に沿った方向の強力な圧力がかかることによって、フッ素樹脂膜が金型の表面に沿った方向に削り取られやすくフッ素樹脂膜が金型の表面からすぐに剥がれてしまう。そのため、フッ素樹脂膜を金型と金属部材との潤滑性や離型性を良くするために皮膜（潤滑皮膜）にしている金型では、プレス加工を繰り返し行えないという課題があった。
【００１０】
一方、金属部材の中でも、純チタンやチタン合金からなる金属部材（以下「チタン部材」という）、マグネシウム合金からなる金属部材（以下「マグネシウム合金部材」という）は金型との溶着を起こしやすいため、従来、潤滑油等の潤滑剤を用いてプレス加工が行われており、潤滑剤を用いないドライ環境下で加工することが極めて困難であった。
【００１１】
チタン部材やマグネシウム合金部材について、潤滑剤を用いることなくドライ環境下でプレス加工を行うためには、フッ素樹脂膜を潤滑皮膜として金型に形成することが望ましい。
【００１２】
しかしながら、前述のとおりフッ素樹脂膜は耐久性に乏しくフッ素樹脂膜を形成している金型では、プレス加工を繰り返し行えなかったため、従来はテフロンシート（テフロンは登録商標）等のシート状部材を用いることによってドライ環境下での加工が行われていた。このようなドライ環境下での加工では、例えば絞り加工の場合に絞りを繰り返し行えない、複雑な形状の加工ができない等の加工に制約を伴うしコスト高になるといった課題があった。
【００１３】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、金属部材のプレス加工方法およびそのプレス加工に用いるプレス加工用金型において、フッ素樹脂膜を潤滑皮膜としていても、プレス加工が繰り返し行えるように金型の耐久性を高めるとともに、チタン部材やマグネシウム合金部材といった加工の難しい金属部材（難加工金属部材）について、テフロンシート等のシート状部材を用いなくてもドライ環境下での加工が行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は、金型を用いた金属部材のプレス加工方法であって、最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部を金型の表面における金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成し、最大表面粗さを越える厚さのフッ素樹脂膜を微細凹凸部に形成してプレス加工用金型を製造し、フッ素樹脂膜が金属部材と直に接触するようにプレス加工用金型を用いてプレス加工を行う金属部材のプレス加工方法を特徴とする。
【００１５】
このプレス加工方法では、プレス加工用金型の表面に微細凹凸部が形成されているので、金型の表面積が拡大され、その微細凹凸部の表面にフッ素樹脂膜が形成されているので、フッ素樹脂膜が微細凹凸部の凹凸にひっかかり、表面に沿ってずれないように微細凹凸部がフッ素樹脂膜をつなぎ止めている。また、フッ素樹脂膜が金属部材の広範囲にわたって直に接し、摩擦係数を低く抑える。フッ素樹脂膜が微細凹凸部の凹部に入り込んでいてそのフッ素樹脂膜がプレス加工の際、潤滑剤となる。そのため、フッ素樹脂膜が金属部材と直に接触するようにプレス加工用金型を用いてプレス加工を行うことで、潤滑剤やテフロンシート等のシート状部材がなくても難加工金属部材のプレス加工が行える。
【００１６】
また、上記プレス加工方法では、金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下になるようにして微細凹凸部を形成し、金型が超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下になるようにして微細凹凸部を形成することが好ましい。
【００１７】
最大表面粗さを上記の範囲にすることで摩擦係数を低い値に抑えつつ微細凹凸部によるフッ素樹脂膜のつなぎ止め効果が得られる。
【００１８】
さらにまた、上記プレス加工方法では、プレス加工を繰り返し行うときに微細凹凸部にフッ素樹脂を塗布することが好ましい。
【００１９】
このようにすると、プレス加工で失われたフッ素樹脂膜が塗布したフッ素樹脂によって微細凹凸部に補給される。
【００２０】
上記プレス加工方法では、温度範囲が１０℃からフッ素樹脂の連続使用最高温度の範囲に設定された常温から温間域でプレス加工を行うことが好ましい。この温度範囲では、特にチタン部材やマグネシウム部材の展延性が高まり、成形が容易になる。
【００２１】
そして、本発明は、金属部材のプレス加工に用いるプレス加工用金型であって、金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成された最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部と、微細凹凸部に形成されたフッ素樹脂膜とを有し、フッ素樹脂膜が微細凹凸部の表面に密着していることを特徴とするプレス加工用金型を提供する。
【００２２】
この金型では、表面に微細凹凸部が形成されているので、金型の表面積が拡大され、その微細凹凸部の表面にフッ素樹脂膜が形成されているので、フッ素樹脂膜が微細凹凸部の凹凸にひっかかり、表面に沿ってずれないように微細凹凸部がフッ素樹脂膜をつなぎ止めている。また、フッ素樹脂膜が金属部材の広範囲にわたって直に接し、摩擦係数を低く抑える。フッ素樹脂膜が微細凹凸部の凹部に入り込んでいてそのフッ素樹脂膜がプレス加工の際、潤滑剤となる。
【００２３】
このプレス加工用金型の場合、微細凹凸部は、金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下に形成され、金型が超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
以上詳述したように、本発明によれば、金属部材のプレス加工方法およびそのプレス加工に用いるプレス加工用金型において、フッ素樹脂膜を潤滑皮膜としていても、プレス加工が繰り返し行えるように金型の耐久性を高めるとともに、チタン部材やマグネシウム合金部材といった難加工金属部材について、ドライ加工を行えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係るプレス加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】ブランクホルダの微細凹凸部およびフッ素樹脂膜を含む表面を模式的に示す断面図で図３の２−２線断面図である。
【図３】ブランクホルダの表面を模式的に示す平面図である。
【図４】ブランクホルダの微細凹凸部およびフッ素樹脂膜と、金属板との接している部分を模式的に示す断面図である。
【図５】プレス加工の際、フッ素樹脂膜が変形する様子を模式的に示す断面図である。
【図６】プレス加工後の微細凹凸部およびフッ素樹脂膜を模式的に示す断面図である。
【図７】別のフッ素樹脂膜と微細凹凸部を模式的に示す断面図である。
【図８】プレス加工用金型の製造工程を模式的に示す側面図で、（Ａ）は製造前の金型、（Ｂ）は表面に微細凹凸部を形成した後の金型、（Ｃ）は微細凹凸部の表面にフッ素樹脂膜を形成した後の金型を示している。
【図９】絞り加工で製造した成型品の一例を示した写真である。
【図１０】最大表面粗さが０．５μｍの場合の摩擦係数の変化を調べる実験結果を示し、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフである。
【図１１】最大表面粗さが５μｍの場合の摩擦係数の変化を調べる実験結果を示し、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフである。
【図１２】最大表面粗さが１４．８μｍの場合の摩擦係数の変化を調べる実験結果を示し、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフである。
【図１３】最大表面粗さが３３μｍの場合の摩擦係数の変化を調べる実験結果を示し、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフである。
【図１４】耐久性が向上することを確認するための実験結果を示し、（Ａ）はプライマーを用いないフッ素樹脂コート技術でフッ素樹脂膜を形成した場合、（Ｂ）はＰＴＦＥからなるフッ素樹脂膜を形成した場合、（Ｃ）はワンコートでフッ素樹脂膜を形成した場合を示している。
【図１５】試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数が上昇する前のもともとの摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図１６】（Ａ）は、試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数が上昇した後、２００Ｎ(５分)で摩擦試験を行ったときの摩擦係数の変化を示すグラフ、（Ｂ）は、再塗装後の摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図１７】（Ａ）は、再塗装前の別の試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数の変化を示すグラフ、（Ｂ）は、再塗装をした後の摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図１８】（Ａ）は、一部の頂上部だけがフッ素樹脂膜で覆われることなく露出しているときの金型表面の写真、（Ｂ）は、より多くの頂上部がフッ素樹脂膜で覆われることなく露出しているときの金型表面の写真である。
【図１９】従来の樹脂成型用の金型と樹脂の一例を示す断面図である。
【図２０】従来のプレス加工用の金型と金属部材の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２７】
（プレス加工装置の構造）
まず、図１を参照してプレス加工装置１０について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプレス加工装置の概略構成を示す図である。プレス加工装置１０は、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法を実施するための装置であって、ドライプレスによって金属部材のプレス加工を行う装置である。なお、本実施の形態において、プレス加工とは、機械により、金型等の工具を用いて金属部材を変形加工することを意味し、剪断、絞り、曲げ、張出し、鍛造、押出し、圧印といった塑性加工全般を意味するものとしている。また、ドライプレスとは、潤滑剤およびテフロンシート等のシート状部材を一切用いないドライ環境下でのプレス加工を意味している。
【００２８】
プレス加工装置１０は図１に示すように、本発明にかかるプレス加工用金型としてのダイス１およびブランクホルダ２と、パンチ３とを有している。プレス加工装置１０はダイス１とブランクホルダ２との間に挟み込んだ板状の金属部材である金属板１１について、プレス加工を行い所望の成形品に加工する装置である。
【００２９】
ダイス１とブランクホルダ２とは、それぞれ微細凹凸部１ａ、２ａと、フッ素樹脂膜５とを有し、そのフッ素樹脂膜５が潤滑皮膜として形成されている。図１においてダイス１とブランクホルダ２のドットを付した部分に微細凹凸部１ａ、２ａが形成され、その表面にフッ素樹脂膜５が形成されている。プレス加工装置１０では、ドライプレスを行い、プレス加工の際、潤滑剤およびテフロンシート等のシート状部材を一切用いないので、ダイス１やブランクホルダ２が金属板１１と直に接している。
【００３０】
プレス加工装置１０では、プレス加工に用いる金型のうち、金属板１１と接する部分の主たる構成はダイス１、ブランクホルダ２およびパンチ３に分けられる。そのうち、ダイス１と、ブランク抑え力が必要なブランクホルダ２とについてはフッ素樹脂膜５が必須である。パンチ３は摩擦保持力が必要なため、フッ素樹脂膜５を必要としない。
【００３１】
このようなことから、ダイス１は、図１に示すように、プレス加工開始時点で金属板１１と接する部分およびその周囲に微細凹凸部１ａとフッ素樹脂膜５が形成され、ブランクホルダ２は、プレス加工開始時点で金属板１１と接する部分に微細凹凸部２ａとフッ素樹脂膜５が形成されている。
【００３２】
前述のとおり、微細凹凸部１ａ、２ａはダイス１とブランクホルダ２のそれぞれの表面の一部分に形成されている。ダイス１とブランクホルダ２は、プレス加工を行う際それぞれの表面全体のうちの一部分が金属板１１に接するが、その金属板１１と接する部分の中でプレス加工中、金属板１１から強力な圧力を受け得る部分に微細凹凸部１ａ、２ａが形成されている。
【００３３】
微細凹凸部１ａ、２ａは肉眼ではその形状や大きさが明確に認識できないほど微細で、すなわちとても細かく、かつ不規則で複雑に入り組んだ凹凸を有している。図２に示すように、微細凹凸部２ａ（１ａも同様）の凹凸とは、大きさ、間隔がばらばらで規則性のない表面のでこぼこを意味し、後述する頂上部、底部および凹部が多数含まれている。ここで、図２はブランクホルダ２の微細凹凸部２ａおよびフッ素樹脂膜５を含む表面を模式的に示す断面図で図３の２−２線断面図、図３はブランクホルダ２の表面を模式的に示す平面図である。なお、図２、図３では、ブランクホルダ２の微細凹凸部２ａを示しているが、ダイス１の微細凹凸部１ａも、図示はしないが微細凹凸部２ａと同様の構造を有している。
【００３４】
微細凹凸部２ａは複数の頂上部Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９、Ｐ１１を含む多数の頂上部と、複数の底部Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０を含む多数の底部とを有している。この微細凹凸部２ａ（微細凹凸部１ａも同様）は、ブランクホルダ２（ダイス１）の表面について、ブラスト処理等の表面処理を施して最大表面粗さ（本実施の形態では、最大高さ粗さＲｚともいい、詳しくは後述する）が３μｍ以上２５μｍ以下になるようにして形成されている。なお、微細凹凸部２ａにおいて、頂上部とは、微細凹凸部２ａの高さの基準となる基準ラインＬよりも外側に突出している部分の先端およびその周囲、底部とは、基準ラインＬよりも内側に凹んでいる部分の先端およびその周囲を意味し、凹部とは、頂上部以外の部分を意味している。
【００３５】
最大表面粗さとは、例えば図２に示した微細凹凸部２ａでは、複数の頂上部の中で最も外側に突出している頂上部（図２では、頂上部Ｐ５）と、複数の底部の中で最も凹んでいる底部（図２では、底部Ｐ４）との高さの差ｈ１を用いて評価される表面粗さである。すなわち、最大表面粗さ（最大高さ粗さＲｚ）が３．０μｍであるとは、ｈ１が３．０μｍであることを意味している。表面粗さとして、複数の底部または頂上部Ｐ１〜Ｐ１１の高さの差の平均をとって評価する手法もあるが、本実施の形態では、最大高さ粗さＲｚを採用している。
【００３６】
ダイス１とブランクホルダ２は、鋼等の金属を用いて形成されているが、凹部がある程度の大きさになるようにするには、最大表面粗さをある程度の大きさにする必要がある。ダイス１とブランクホルダ２の表面に微細凹凸部１ａ、２ａを形成することによって、図２に示すように、ダイス１とブランクホルダ２の表面に大きさや形状が不規則な凹部が多数現れ、その凹部すべてを塞ぐようにしてフッ素樹脂膜５の一部が凹部の中に入り込んでいる。
【００３７】
凹部に入り込んでいるフッ素樹脂膜５の体積をある程度の大きさにするとともに、微細凹凸部２ａの凹凸を複雑に入り組んだ構造にするには、少なくとも最大表面粗さを３μｍ以上にすることが好ましい。一方、最大表面粗さを大きくすれば凹部に入り込むフッ素樹脂膜５の体積も増加するが、微細凹凸部２ａはプレス加工中に金属板１１から強力な圧力を受け得るので、最大表面粗さが２５μｍを越えるまでに大きくなると基準ラインＬから突出している部分がプレス加工中に折れたり砕けたりしやすく好ましくない。また、ダイス１やブランクホルダ２の摩擦係数が高くなりすぎるおそれもある。
【００３８】
したがって、微細凹凸部１ａ，２ａの最大表面粗さは３μｍ以上２５μｍ以下にすることが好ましい。例えば、ダイス１とブランクホルダ２を超硬合金鋼以外の鋼を用いて製造するときは、最大表面粗さをやや大きめの１０μｍ以上２５μｍ以下とすることが好ましく、特に後述する実施例からみて、最大表面粗さを１４．８μｍ〜１５μｍ程度にすることがいっそう好ましい。また、超硬合金鋼は超硬合金鋼以外の鋼よりも硬くて丈夫なので、ダイス１とブランクホルダ２を超硬合金鋼を用いて製造するときは、最大表面粗さをやや小さめの３μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３９】
次に、フッ素樹脂膜５は微細凹凸部１ａ、２ａのそれぞれの表面に形成されている。フッ素樹脂膜５は微細凹凸部１ａ、２ａに含まれる多数の頂上部のうちの一部だけがフッ素樹脂膜５によって覆われることなく露出するような厚さを有している。微細凹凸部２ａの場合、フッ素樹脂膜５は図３に示すように複数の頂上部Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９、Ｐ１１のうち、最も突出している頂上部Ｐ５だけが露出し、他の頂上部はすべて覆われるような厚さを有している。そのため、フッ素樹脂膜５は、微細凹凸部１ａ、２ａのそれぞれの最大表面粗さよりやや小さい厚さを有している。
【００４０】
フッ素樹脂膜５は、微細凹凸部１ａ、２ａの表面に密着するとともに、すべての凹部を塞ぐようにして凹部に入り込んで形成されている。
フッ素樹脂膜５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシアルカン(ＰＦＡ)等のフッ素樹脂をコーティングすることによって形成することができる。本実施の形態では、フッ素樹脂の直接コーティングとフッ素樹脂が剥離しやすいこととを考慮して、プライマーを混合した混合フッ素樹脂を微細凹凸部１ａ、２ａの表面にコーティングすることによって、フッ素樹脂膜５を形成している（詳しくは後述する）。
【００４１】
（プレス加工装置の動作内容）
続いて、以上の構成を有するプレス加工装置１０の動作内容を図１とともに図４〜図７を参照して説明する。図４はブランクホルダ２の微細凹凸部２ａおよびフッ素樹脂膜５と、金属板１１との接している部分を模式的に示す断面図、図５はプレス加工の際、フッ素樹脂膜５が変形する様子を模式的に示す断面図である。また、図６はプレス加工後の微細凹凸部２ａおよびフッ素樹脂膜５を模式的に示す断面図、図７は別のフッ素樹脂膜と微細凹凸部２ａを模式的に示す断面図である。
【００４２】
プレス加工装置１０では、例えば円形状の金属板１１をダイス１とブランクホルダ２とに直に接するようにして挟みこみ、その片側から図示しない油圧装置でパンチ３を金属板１１に押し付けることによってプレス加工を行う。
【００４３】
パンチ３の進入に伴い金属板１１が押されて変形する。その際、金属板１１がダイス１とブランクホルダ２とに対して強力に押し付けられながら、パンチ３の進入方向に動きつつ変形する。
【００４４】
すると、フッ素樹脂膜５は、最も突出している頂上部Ｐ５だけが露出する厚さに形成されており、他の頂上部はすべてフッ素樹脂膜５によって被覆されている。そのため、フッ素樹脂膜５が金属板１１の広範囲にわたって直に接することになってダイス１およびブランクホルダ２と、金属板１１との間の摩擦係数を低く抑え、滑りを良くする潤滑剤として作用する。
【００４５】
しかも、フッ素樹脂膜５は、微細凹凸部１ａ、２ａの表面に密着している。ダイス１とブランクホルダ２は、表面に微細凹凸部１ａ、２ａが形成されていることによって表面積が拡大されている。また、形状や大きさが不規則で複雑に入り組んだ凹凸が形成され、形状や大きさが不規則な多数の凹部にフッ素樹脂膜５が入り込んでいることによって、フッ素樹脂膜５が微細凹凸部１ａ、２ａの凹凸にしっかりとひっかかっている。そのため、表面に沿ってずれないように微細凹凸部１ａ、２ａがフッ素樹脂膜５をしっかりとつなぎ止める作用を発揮する。
【００４６】
一方、複数の頂上部のうち、頂上部Ｐ５だけはフッ素樹脂膜５で覆われることなく露出しているので、フッ素樹脂膜５の厚さ方向全体が頂上部Ｐ５を含むいずれかの頂上部によって受け止められるようになっている。
【００４７】
プレス加工の際、フッ素樹脂膜５に対し、ブランクホルダ２の表面に沿った方向の圧力（図４の圧力Ｆ２）が金属板１１から作用する。その圧力Ｆ２は、フッ素樹脂膜５をダイス１やブランクホルダ２の表面に沿った方向に削り取るように作用するが、凹部および頂上部が圧力Ｆ２の方向と交差する方向に形成されているので、凹部および頂上部が圧力Ｆ２によるフッ素樹脂膜５の動きを邪魔し、フッ素樹脂膜５の剥離を阻止しようとする。
【００４８】
そのうえ、微細凹凸部１ａ、２ａの凹凸は大きさや形状が不規則で複雑に入り組んだ構造になっていて、図２に示したようにひとつひとつの凹部の表面にも細かな凹凸が形成されている。そのため、フッ素樹脂膜５が微細凹凸部１ａ、２ａに密着する度合いは規則的な凹凸が形成されている場合よりも高くなっている。
【００４９】
したがって、プレス加工の際、ダイス１とブランクホルダ２の表面にフッ素樹脂膜５が留まりやすく、その結果、フッ素樹脂膜５が金属板１１との間に発生する摩擦係数を抑える潤滑剤としての機能を効果的に発揮する。よって、ダイス１とブランクホルダ２は、フッ素樹脂膜５が軟質な潤滑皮膜となっていても、プレス加工が繰り返し行えるように耐久性が高いものとなっている。
【００５０】
ここで、図７に示すように、頂上部Ｐ５を含むすべての頂上部が覆われるほどの厚さ（すなわち、最大表面粗さよりも大きい厚さ）を備えたフッ素樹脂膜１０５が金型の表面に形成されていた場合を考える。この金型の場合、フッ素樹脂膜１０５のうち、一部が凹部に入り込まずにその外側に出た表層部１０６（図７のドットを付した部分）となってしまう。表層部１０６は表面に沿った方向に頂上部が一切存在していないため、頂上部によるつなぎ止めを何ら受けることができない。そのため、プレス加工の際に表面に沿った方向の圧力を受けると簡単に剥がれてしまう。
【００５１】
ダイス１とブランクホルダ２の表面に微細凹凸部１ａ、２ａを形成すれば、フッ素樹脂膜５に対するつなぎ止め効果は期待できるものの、形成するフッ素樹脂膜の厚さを、頂上部の一部だけが露出するような厚さにしないと、フッ素樹脂膜に潤滑剤としての機能を発揮しにくい無駄が生じやすく好ましくない。
【００５２】
一方、プレス加工の際、図４に示すように、微細凹凸部１ａ，２ａおよびフッ素樹脂膜５が金属板１１から、微細凹凸部１ａ，２ａの表面に交差する方向の圧力Ｆ１とともに、表面に沿った方向の圧力Ｆ２を受ける。フッ素樹脂膜５は柔軟なため、圧力Ｆ１、Ｆ２によって例えば図５に示すように変形するが、凹部に入り込んでいる部分のうち、上側の部分は下側の部分よりも相対的に凹部によって受け止められ難い。
【００５３】
例えば図２に示したように、凹部２ｂに入り込んでいる部分のフッ素樹脂膜５は、上側の部分ほど頂上部Ｐ１、Ｐ３および底部Ｐ２との間隔が広がって微細凹凸部１ａ，２ａの表面への密着の度合いが低くなるし、金属板１１からは圧力Ｆ１、Ｆ２をより受けやすくなる。そのため、プレス加工によって、フッ素樹脂膜５の一部が微細凹凸部１ａ，２ａの表面に沿った方向に剥離することもある。
【００５４】
その結果、図６に示すように、フッ素樹脂膜５の厚さが少し薄くなり、頂上部Ｐ５のほか、頂上部Ｐ５の次に突出している頂上部Ｐ３、Ｐ７が露出することもある。しかしながら、それでも、隣接する２つの頂上部の間において、フッ素樹脂膜５が微細凹凸部１ａ，２ａの表面に密着しながら凹部に入り込んで残っている。この凹部の中に残留しているフッ素樹脂膜５がプレス加工中に圧力Ｆ１によって変形して微細凹凸部１ａ，２ａの表面と金属板１１との間に入り、双方の摩擦係数を低下させて滑りを良くする潤滑剤として作用する。そのため、ダイス１とブランクホルダ２を用いることによって、潤滑性が高いまま繰り返し金属板１１のプレス加工を行うことができる。
【００５５】
このように、プレス加工装置１０は、フッ素樹脂膜５による潤滑性の良さを十分に活用しながらドライプレスを行えるので、チタン部材やマグネシウム合金部材といった金型との溶着を起こしやすい金属部材のプレス加工に極めて良好なものとなっている。
【００５６】
一方、プレス加工装置１０によって金属板１１のプレス加工を繰り返し行うと、次第に凹部に入り込んでいるフッ素樹脂膜５が喪失していく。すると、次第に潤滑剤が減っていくことになるため、ダイス１とブランクホルダ２と、金属板１１との間の摩擦係数が上昇していき、特にチタン部材やマグネシウム合金部材といった金型との溶着を起こしやすい金属部材のプレス加工には好ましくない事態が起こりえる。
【００５７】
このようなプレス加工を繰り返し行うときは、好ましくは摩擦係数がある決められた規定値を越えたときは、液状のフッ素樹脂をスプレーで噴霧するなどしてダイス１とブランクホルダ２の少なくとも微細凹凸部１ａ，２ａの表面にフッ素樹脂を塗布することが好ましい。こうすると、繰り返しのプレス加工で失われたフッ素樹脂膜５が噴霧したフッ素樹脂によって微細凹凸部１ａ，２ａに補給されるのでフッ素樹脂膜５による潤滑性を蘇らせることができる。こうすることで、プレス加工装置１０では、金属部材のプレス加工がさらに繰り返し行えるようになる。なお、この場合の規定値は、後述する実施例からみて、０．２程度とすることができる。
【００５８】
特に、プレス加工装置１０によって、チタン部材やマグネシウム部材のプレス加工をするときは、温度範囲が１０℃からフッ素樹脂の連続使用最高温度（２８８℃）の範囲に設定された常温温間から温間域でプレス加工を行うことが好ましい。この温度範囲では、特にチタン部材やマグネシウム部材の展延性が高まり、成形が容易になるからである。
【００５９】
（プレス加工用金型の製造方法）
次に、プレス加工用金型の製造方法として、前述のブランクホルダ２の製造方法を例にとって図８を参照して説明する。図８はプレス加工用金型の製造工程を模式的に示す側面図で、（Ａ）は製造前の金型、（Ｂ）は表面に微細凹凸部を形成した後の金型、（Ｃ）は微細凹凸部の表面にフッ素樹脂膜を形成した後の金型を示している。
【００６０】
図８（Ａ）に示すように、ダイス１およびブランクホルダ２を製造するときは、まず鋼等の金属を用いて所望の形状の金型２２を形成する。次に、図８（Ｂ）に示すように、金型２２の表面における金属板１１と接する部分の少なくとも一部分にブラスト処理を施して表面を粗し、微細凹凸部２ａを形成する。このとき、金型が超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下になるようにする。また、金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下になるようにする。
【００６１】
続いて、下塗り塗装を行って乾燥・焼成を行う。その後、金型２２に対して、ディスパージョン塗装、静電粉体塗装、流動浸漬塗装、スプレー塗装等を含むフッ素樹塗装を行ってから焼成・冷却を行う工程を繰り返してフッ素樹脂の重ね塗りを行う。こうして、図８（Ｃ）に示すように、微細凹凸部２ａの表面に最大表面粗さよりも厚さの厚いフッ素樹脂膜１５を形成する。この場合、プライマーとフッ素樹脂の混合塗料を塗布することができるが、プライマーを塗布した後、フッ素樹脂を塗布してもよい。
【００６２】
それから、プレス加工装置１０により、フッ素樹脂膜１５付きの金型２２をダイス１およびブランクホルダ２として用いることによって予めプレス加工を行い、あるいはその他の手段でフッ素樹脂膜１５を表面に沿って除去することによって前述したフッ素樹脂膜５を形成する。このとき、微細凹凸部２ａに含まれる複数の頂上部のうち、最も高さの高い頂上部を含む一部の頂上部だけがフッ素樹脂膜５で覆われないように露出するようにする。ここまでの工程を実行することによって、フッ素樹脂膜５を備えたプレス加工用金型としてのブランクホルダ２を製造することができる。
【００６３】
プレス加工の進行に伴って金型の表面は、例えば図１８（Ａ）に示すようになっていて、ほとんどの頂上部はフッ素樹脂膜５で覆われているものの、一部の頂上部だけはフッ素樹脂膜５で覆われることなく露出する。さらにプレス加工を行うと、フッ素樹脂膜５がその表面に沿って一部剥離されることで、より多くの頂上部が露出することになる。この場合におけるプレス加工用金型の表面は例えば図１８（Ｂ）に示すようになる。
【実施例１】
【００６４】
次に、プレス加工装置１０に関する実施例について説明する。この実施例では、金属板１１として、純チタンからなる厚さ０．８ｍｍの板材を用い、これを深絞り加工によってカップ状に成形した。純チタンは常温でも十分な延性を発揮し、特性からみるとプレス加工に適した金属材料である。
【００６５】
しかしながら、純チタンは活性な金属であるため、ダイス１とブランクホルダ２に微細凹凸部１ａ，２ａおよびフッ素樹脂膜５を形成せずにプレス加工を行うと、金属板１１とダイス１との焼き付きが発生してしまい、カップ状に成形することが困難である。プレス加工装置１０では、ダイス１とブランクホルダ２に微細凹凸部１ａ，２ａおよびフッ素樹脂膜５が形成されているため、フッ素樹脂膜５が潤滑剤として作用し、その結果、金属板１１を図９に示すようなカップ状に成形することができた。
【００６６】
一方、純チタンからなる金属板１１をプレス加工する場合、金属板１１の表面に酸化皮膜を形成し、さらに焼き付き防止効果が高いとされる二酸化モリブデン固体潤滑剤を用いることによって、微細凹凸部１ａ，２ａおよびフッ素樹脂膜５を形成していないダイス１とブランクホルダ２でもカップ状に成形することができる。しかし、酸化皮膜を形成すれば、金属板１１が傷むし酸化皮膜を形成するのにコストもかかる、製品によっては酸化皮膜をプレス加工後に剥離しなければならないといった課題が未解決のまま残ってしまう。また、固体潤滑剤をオイルやグリース中に分散させて用いているときは洗浄を要することもある。このような課題はプレス加工装置１０を用いることによって未解決のまま残ることなくすべて解決することができる。
【実施例２】
【００６７】
続いて、最大表面粗さの大きさが異なる複数の基材を用意して摩擦係数の変化を調べる実験を行った。基材は、超硬合金鋼以外の鋼からなる板状のものを４つ用意し、そのそれぞれに最大表面粗さが０．５μｍ、５μｍ、１４．８μｍ、３３μｍの４通りの異なった値の微細凹凸部を形成して、そのそれぞれの表面に同じフッ素樹脂膜５を形成した。実験は図示しないボールオンディスク型摩擦試験機を用い、５分毎に１００Ｎ，２００，４００，６００，８００，１０００Ｎと順次荷重を大きくして行った。この実験の結果は、図１０〜図１３に示すとおりである。各図において、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフ（縦軸は摩擦係数、横軸は摩擦距離（ｍ））である。
【００６８】
図１０に示すように、最大表面粗さが０．５μｍでは、摩擦距離が数ｍになっただけで摩擦係数が０．２を越えてしまっている。また、図１１に示すように、最大表面粗さが５μｍでは、摩擦距離が５０数ｍあたりで摩擦係数が０．２を越えているものの、４０ｍ程度までは摩擦係数が０．１程度に収まっている。さらに、図１２に示すように、最大表面粗さが１４．８μｍでは、摩擦距離が６０ｍ程度になるまで摩擦係数が一貫して０．１程度に収まっている。そして、図１３に示すように、最大表面粗さが３３μｍでは、摩擦距離が数ｍになっただけで摩擦係数が０．２を越えてしまっている。
【００６９】
以上の結果、摩擦係数が一貫して０．１程度に収まっているという点からみて、４種類の最大表面粗さの中では、最大表面粗さを１４．８μｍにするのが最も好ましく、次いで５μｍが好ましいことが確認できた。また、最大表面粗さが０．５μｍおよび３３μｍの場合はいずれも摩擦係数が０．１程度に収まらず好ましくないことが確認できた。
【実施例３】
【００７０】
さらに、微細凹凸部に様々なフッ素樹脂膜５を形成したことによって、耐久性が向上することを確認するための実験を行った。実験は実施例２と同様の試験機を用い同じ要領で行った。実験の結果は図１４に示すとおりである。（Ａ）はプライマーを用いないフッ素樹脂コート技術（ハイパーコート）でフッ素樹脂膜を形成した場合、（Ｂ）はＰＴＦＥからなるフッ素樹脂膜を形成した場合、（Ｃ）はワンコートでフッ素樹脂膜を形成した場合を示している。いずれの場合も、摩擦距離が６０ｍ程度になるまで摩擦係数が一貫して０．１程度に収まっているため、耐久性が向上していることが確認できた。
【実施例４】
【００７１】
次に、液状のフッ素樹脂を塗布したことにより、微細凹凸部における耐久性が再生されることを確認するための実験を行った。実験では、実施例３の実験でフッ素樹脂膜が一部剥離し、摩擦係数が上昇した試験片（ＴＦ５０）に液状のフッ素樹脂をスプレーで塗布（スプレー塗装ともいう）して、実施例３と同じ試験機を用いて同様の実験を行った。実験に先立ち、試験片に対して２００Ｎ(５分)で摩擦試験を行って再塗装前の摩擦係数を確認したあと、スプレー塗装を行い、ハンドドライヤーで乾燥させた。実験は、スプレーによる再塗装をした試料で２００Ｎ（１５分）、４００Ｎ（１０分）、６００Ｎ（５分)、８００Ｎ（５分)の摩擦耐久試験を行った。
【００７２】
ここで、図１５は、試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数が上昇する前のもともとの摩擦係数の変化を示すグラフである。図１６（Ａ）は、試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数が上昇した後、２００Ｎ(５分)で摩擦試験を行ったときの摩擦係数の変化を示すグラフ、図１６（Ｂ）は、再塗装後の摩擦係数の変化を示すグラフである。図１５、図１６から明らかなとおり、再塗装によって元々の値よりも低い値の良好な摩擦係数を示すことおよび耐久性が向上することが確認できた。また、図１７（Ａ）は、再塗装前の別の試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数の変化を示すグラフ、図１７（Ｂ）は、再塗装をした後の摩擦係数の変化を示すグラフである。図１７から明らかなとおり、再塗装によって別の試験片でも良好な摩擦係数を示すことが確認できた。また、図１６（Ｂ）からみて再塗装をするときの摩擦係数の規定値は０．１５〜０．１８程度が好ましいと考えられる。
【００７３】
以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明を適用することによって、フッ素樹脂膜を潤滑皮膜として、プレス加工が繰り返し行えるように金型の耐久性を高めるとともに、チタン部材やマグネシウム合金部材といった難加工金属部材について、ドライ加工を行えるようになる。
【符号の説明】
【００７５】
１…ダイス、２…ブランクホルダ、３…パンチ、５…フッ素樹脂膜、１０…プレス加工装置、１１…金属板、１ａ，２ａ…微細凹凸部、Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９、Ｐ１１…頂上部、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０…底部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絞り加工、曲げ加工、鍛造加工等の金属部材のプレス加工方法およびそのプレス加工に用いるプレス加工用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チタン、マグネシウム、アルミニウムといった金属からなる部材（以下「金属部材」という）のプレス加工や、樹脂製品、ゴム製品等の成形加工に金型が用いられている。金型を用いてプレス加工や成形加工を行うときは、金型と金属部材や樹脂製品等との潤滑性や離型性（剥がれやすさ）が求められ、金型が金属部材や樹脂製品等から剥がれやすいことが望ましい。
【０００３】
従来、金型を金属部材や樹脂製品等から剥がれやすくすることに関して、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の超硬質膜を金型に形成する技術（例えば、特許文献１参照）や、フッ素樹脂塗料を塗布するなどして金型にフッ素樹脂膜を形成する技術（例えば、特許文献２，３，４参照）が知られていた。フッ素樹脂膜は柔軟であり、金型を繰り返し使用することによって剥離や損傷が起こりやすいため、特許文献２〜４に記載されている技術では、フッ素樹脂膜の耐久性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５４４１８号公報
【特許文献２】特開２００４−７４６４６号公報
【特許文献３】特開平９−１９３１６４号公報
【特許文献４】特開平５−２４５８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２〜４に記載されている各従来技術によれば、フッ素樹脂膜そのもの自体の強度を高めることができる。
【０００６】
しかし、これらの従来技術は、樹脂製品、ゴム製品等の成形加工に用いる金型を対象にした技術であり、絞り加工、曲げ加工、鍛造加工といった金属部材のプレス加工に用いる金型には適用することが困難であった。樹脂製品、ゴム製品等の成形加工に用いる金型は金型によって形成される空間（隙間）に樹脂等を流し込み所望の形を形成するためのいわば型枠として用いられている。
【０００７】
例えば図１９に示すような金型１００，１０１があったとすると、これらの金型１００，１０１では、樹脂等に接触する内側部分の表面にフッ素樹脂膜１０２が形成される。そうすると、そのフッ素樹脂膜１０２は、樹脂１０３から金型１００，１０１の内側表面と交差する方向の圧力ｆ１を受けることになる。
【０００８】
一方、金属部材のプレス加工に用いる金型として、図２０に示すような金型２００，２０１，２０２があったとする。これらの金型２００，２０１，２０２を用いて金属部材２０３の曲げ加工を行うときは、金型２０２が矢印Ｐの方向に動くが、その際、金型２００，２０１，２０２は金属部材２０３の表面に強力に押しつけられたり、こすりつけられたりしている。そのため、金型２００，２０１，２０２は金属部材２０３から、金型の表面と交差する方向の圧力ｆ２だけでなく、表面に沿った方向の圧力ｆ３も受けている。
【０００９】
表面と交差する方向の圧力ｆ２はフッ素樹脂膜に対して、金型の表面に押しつけるように作用するが、表面に沿った方向の圧力ｆ３はフッ素樹脂膜に対して、金型の表面に沿って削り取るようにして作用する。したがって、従来技術のようにして強度を高めたフッ素樹脂膜を金型２００，２０１，２０２の表面に形成したとしても、圧力ｆ３のような表面に沿った方向の強力な圧力がかかることによって、フッ素樹脂膜が金型の表面に沿った方向に削り取られやすくフッ素樹脂膜が金型の表面からすぐに剥がれてしまう。そのため、フッ素樹脂膜を金型と金属部材との潤滑性や離型性を良くするために皮膜（潤滑皮膜）にしている金型では、プレス加工を繰り返し行えないという課題があった。
【００１０】
一方、金属部材の中でも、純チタンやチタン合金からなる金属部材（以下「チタン部材」という）、マグネシウム合金からなる金属部材（以下「マグネシウム合金部材」という）は金型との溶着を起こしやすいため、従来、潤滑油等の潤滑剤を用いてプレス加工が行われており、潤滑剤を用いないドライ環境下で加工することが極めて困難であった。
【００１１】
チタン部材やマグネシウム合金部材について、潤滑剤を用いることなくドライ環境下でプレス加工を行うためには、フッ素樹脂膜を潤滑皮膜として金型に形成することが望ましい。
【００１２】
しかしながら、前述のとおりフッ素樹脂膜は耐久性に乏しくフッ素樹脂膜を形成している金型では、プレス加工を繰り返し行えなかったため、従来はテフロンシート（テフロンは登録商標）等のシート状部材を用いることによってドライ環境下での加工が行われていた。このようなドライ環境下での加工では、例えば絞り加工の場合に絞りを繰り返し行えない、複雑な形状の加工ができない等の加工に制約を伴うしコスト高になるといった課題があった。
【００１３】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、金属部材のプレス加工方法およびそのプレス加工に用いるプレス加工用金型において、フッ素樹脂膜を潤滑皮膜としていても、プレス加工が繰り返し行えるように金型の耐久性を高めるとともに、チタン部材やマグネシウム合金部材といった加工の難しい金属部材（難加工金属部材）について、テフロンシート等のシート状部材を用いなくてもドライ環境下での加工が行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は、金型を用いた金属部材のプレス加工方法であって、最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部を金型の表面における金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成し、最大表面粗さを越える厚さのフッ素樹脂膜を微細凹凸部に形成してプレス加工用金型を製造し、フッ素樹脂膜が金属部材と直に接触するようにプレス加工用金型を用いてプレス加工を行う金属部材のプレス加工方法を特徴とする。
【００１５】
このプレス加工方法では、プレス加工用金型の表面に微細凹凸部が形成されているので、金型の表面積が拡大され、その微細凹凸部の表面にフッ素樹脂膜が形成されているので、フッ素樹脂膜が微細凹凸部の凹凸にひっかかり、表面に沿ってずれないように微細凹凸部がフッ素樹脂膜をつなぎ止めている。また、フッ素樹脂膜が金属部材の広範囲にわたって直に接し、摩擦係数を低く抑える。フッ素樹脂膜が微細凹凸部の凹部に入り込んでいてそのフッ素樹脂膜がプレス加工の際、潤滑剤となる。そのため、フッ素樹脂膜が金属部材と直に接触するようにプレス加工用金型を用いてプレス加工を行うことで、潤滑剤やテフロンシート等のシート状部材がなくても難加工金属部材のプレス加工が行える。
【００１６】
また、上記プレス加工方法では、金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下になるようにして微細凹凸部を形成し、金型が超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下になるようにして微細凹凸部を形成することが好ましい。
【００１７】
最大表面粗さを上記の範囲にすることで摩擦係数を低い値に抑えつつ微細凹凸部によるフッ素樹脂膜のつなぎ止め効果が得られる。
【００１８】
さらにまた、上記プレス加工方法では、プレス加工を繰り返し行うときに微細凹凸部にフッ素樹脂を塗布することが好ましい。
【００１９】
このようにすると、プレス加工で失われたフッ素樹脂膜が塗布したフッ素樹脂によって微細凹凸部に補給される。
【００２０】
上記プレス加工方法では、温度範囲が１０℃からフッ素樹脂の連続使用最高温度の範囲に設定された常温から温間域でプレス加工を行うことが好ましい。この温度範囲では、特にチタン部材やマグネシウム部材の展延性が高まり、成形が容易になる。
【００２１】
そして、本発明は、金属部材のプレス加工に用いるプレス加工用金型であって、金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成された最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部と、微細凹凸部に形成されたフッ素樹脂膜とを有し、フッ素樹脂膜が微細凹凸部の表面に密着していることを特徴とするプレス加工用金型を提供する。
【００２２】
この金型では、表面に微細凹凸部が形成されているので、金型の表面積が拡大され、その微細凹凸部の表面にフッ素樹脂膜が形成されているので、フッ素樹脂膜が微細凹凸部の凹凸にひっかかり、表面に沿ってずれないように微細凹凸部がフッ素樹脂膜をつなぎ止めている。また、フッ素樹脂膜が金属部材の広範囲にわたって直に接し、摩擦係数を低く抑える。フッ素樹脂膜が微細凹凸部の凹部に入り込んでいてそのフッ素樹脂膜がプレス加工の際、潤滑剤となる。
【００２３】
このプレス加工用金型の場合、微細凹凸部は、金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下に形成され、金型が超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
以上詳述したように、本発明によれば、金属部材のプレス加工方法およびそのプレス加工に用いるプレス加工用金型において、フッ素樹脂膜を潤滑皮膜としていても、プレス加工が繰り返し行えるように金型の耐久性を高めるとともに、チタン部材やマグネシウム合金部材といった難加工金属部材について、ドライ加工を行えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係るプレス加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】ブランクホルダの微細凹凸部およびフッ素樹脂膜を含む表面を模式的に示す断面図で図３の２−２線断面図である。
【図３】ブランクホルダの表面を模式的に示す平面図である。
【図４】ブランクホルダの微細凹凸部およびフッ素樹脂膜と、金属板との接している部分を模式的に示す断面図である。
【図５】プレス加工の際、フッ素樹脂膜が変形する様子を模式的に示す断面図である。
【図６】プレス加工後の微細凹凸部およびフッ素樹脂膜を模式的に示す断面図である。
【図７】別のフッ素樹脂膜と微細凹凸部を模式的に示す断面図である。
【図８】プレス加工用金型の製造工程を模式的に示す側面図で、（Ａ）は製造前の金型、（Ｂ）は表面に微細凹凸部を形成した後の金型、（Ｃ）は微細凹凸部の表面にフッ素樹脂膜を形成した後の金型を示している。
【図９】絞り加工で製造した成型品の一例を示した写真である。
【図１０】最大表面粗さが０．５μｍの場合の摩擦係数の変化を調べる実験結果を示し、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフである。
【図１１】最大表面粗さが５μｍの場合の摩擦係数の変化を調べる実験結果を示し、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフである。
【図１２】最大表面粗さが１４．８μｍの場合の摩擦係数の変化を調べる実験結果を示し、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフである。
【図１３】最大表面粗さが３３μｍの場合の摩擦係数の変化を調べる実験結果を示し、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフである。
【図１４】耐久性が向上することを確認するための実験結果を示し、（Ａ）はプライマーを用いないフッ素樹脂コート技術でフッ素樹脂膜を形成した場合、（Ｂ）はＰＴＦＥからなるフッ素樹脂膜を形成した場合、（Ｃ）はワンコートでフッ素樹脂膜を形成した場合を示している。
【図１５】試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数が上昇する前のもともとの摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図１６】（Ａ）は、試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数が上昇した後、２００Ｎ(５分)で摩擦試験を行ったときの摩擦係数の変化を示すグラフ、（Ｂ）は、再塗装後の摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図１７】（Ａ）は、再塗装前の別の試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数の変化を示すグラフ、（Ｂ）は、再塗装をした後の摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図１８】（Ａ）は、一部の頂上部だけがフッ素樹脂膜で覆われることなく露出しているときの金型表面の写真、（Ｂ）は、より多くの頂上部がフッ素樹脂膜で覆われることなく露出しているときの金型表面の写真である。
【図１９】従来の樹脂成型用の金型と樹脂の一例を示す断面図である。
【図２０】従来のプレス加工用の金型と金属部材の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２７】
（プレス加工装置の構造）
まず、図１を参照してプレス加工装置１０について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプレス加工装置の概略構成を示す図である。プレス加工装置１０は、本発明の実施の形態に係るプレス加工方法を実施するための装置であって、ドライプレスによって金属部材のプレス加工を行う装置である。なお、本実施の形態において、プレス加工とは、機械により、金型等の工具を用いて金属部材を変形加工することを意味し、剪断、絞り、曲げ、張出し、鍛造、押出し、圧印といった塑性加工全般を意味するものとしている。また、ドライプレスとは、潤滑剤およびテフロンシート等のシート状部材を一切用いないドライ環境下でのプレス加工を意味している。
【００２８】
プレス加工装置１０は図１に示すように、本発明にかかるプレス加工用金型としてのダイス１およびブランクホルダ２と、パンチ３とを有している。プレス加工装置１０はダイス１とブランクホルダ２との間に挟み込んだ板状の金属部材である金属板１１について、プレス加工を行い所望の成形品に加工する装置である。
【００２９】
ダイス１とブランクホルダ２とは、それぞれ微細凹凸部１ａ、２ａと、フッ素樹脂膜５とを有し、そのフッ素樹脂膜５が潤滑皮膜として形成されている。図１においてダイス１とブランクホルダ２のドットを付した部分に微細凹凸部１ａ、２ａが形成され、その表面にフッ素樹脂膜５が形成されている。プレス加工装置１０では、ドライプレスを行い、プレス加工の際、潤滑剤およびテフロンシート等のシート状部材を一切用いないので、ダイス１やブランクホルダ２が金属板１１と直に接している。
【００３０】
プレス加工装置１０では、プレス加工に用いる金型のうち、金属板１１と接する部分の主たる構成はダイス１、ブランクホルダ２およびパンチ３に分けられる。そのうち、ダイス１と、ブランク抑え力が必要なブランクホルダ２とについてはフッ素樹脂膜５が必須である。パンチ３は摩擦保持力が必要なため、フッ素樹脂膜５を必要としない。
【００３１】
このようなことから、ダイス１は、図１に示すように、プレス加工開始時点で金属板１１と接する部分およびその周囲に微細凹凸部１ａとフッ素樹脂膜５が形成され、ブランクホルダ２は、プレス加工開始時点で金属板１１と接する部分に微細凹凸部２ａとフッ素樹脂膜５が形成されている。
【００３２】
前述のとおり、微細凹凸部１ａ、２ａはダイス１とブランクホルダ２のそれぞれの表面の一部分に形成されている。ダイス１とブランクホルダ２は、プレス加工を行う際それぞれの表面全体のうちの一部分が金属板１１に接するが、その金属板１１と接する部分の中でプレス加工中、金属板１１から強力な圧力を受け得る部分に微細凹凸部１ａ、２ａが形成されている。
【００３３】
微細凹凸部１ａ、２ａは肉眼ではその形状や大きさが明確に認識できないほど微細で、すなわちとても細かく、かつ不規則で複雑に入り組んだ凹凸を有している。図２に示すように、微細凹凸部２ａ（１ａも同様）の凹凸とは、大きさ、間隔がばらばらで規則性のない表面のでこぼこを意味し、後述する頂上部、底部および凹部が多数含まれている。ここで、図２はブランクホルダ２の微細凹凸部２ａおよびフッ素樹脂膜５を含む表面を模式的に示す断面図で図３の２−２線断面図、図３はブランクホルダ２の表面を模式的に示す平面図である。なお、図２、図３では、ブランクホルダ２の微細凹凸部２ａを示しているが、ダイス１の微細凹凸部１ａも、図示はしないが微細凹凸部２ａと同様の構造を有している。
【００３４】
微細凹凸部２ａは複数の頂上部Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９、Ｐ１１を含む多数の頂上部と、複数の底部Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０を含む多数の底部とを有している。この微細凹凸部２ａ（微細凹凸部１ａも同様）は、ブランクホルダ２（ダイス１）の表面について、ブラスト処理等の表面処理を施して最大表面粗さ（本実施の形態では、最大高さ粗さＲｚともいい、詳しくは後述する）が３μｍ以上２５μｍ以下になるようにして形成されている。なお、微細凹凸部２ａにおいて、頂上部とは、微細凹凸部２ａの高さの基準となる基準ラインＬよりも外側に突出している部分の先端およびその周囲、底部とは、基準ラインＬよりも内側に凹んでいる部分の先端およびその周囲を意味し、凹部とは、頂上部以外の部分を意味している。
【００３５】
最大表面粗さとは、例えば図２に示した微細凹凸部２ａでは、複数の頂上部の中で最も外側に突出している頂上部（図２では、頂上部Ｐ５）と、複数の底部の中で最も凹んでいる底部（図２では、底部Ｐ４）との高さの差ｈ１を用いて評価される表面粗さである。すなわち、最大表面粗さ（最大高さ粗さＲｚ）が３．０μｍであるとは、ｈ１が３．０μｍであることを意味している。表面粗さとして、複数の底部または頂上部Ｐ１〜Ｐ１１の高さの差の平均をとって評価する手法もあるが、本実施の形態では、最大高さ粗さＲｚを採用している。
【００３６】
ダイス１とブランクホルダ２は、鋼等の金属を用いて形成されているが、凹部がある程度の大きさになるようにするには、最大表面粗さをある程度の大きさにする必要がある。ダイス１とブランクホルダ２の表面に微細凹凸部１ａ、２ａを形成することによって、図２に示すように、ダイス１とブランクホルダ２の表面に大きさや形状が不規則な凹部が多数現れ、その凹部すべてを塞ぐようにしてフッ素樹脂膜５の一部が凹部の中に入り込んでいる。
【００３７】
凹部に入り込んでいるフッ素樹脂膜５の体積をある程度の大きさにするとともに、微細凹凸部２ａの凹凸を複雑に入り組んだ構造にするには、少なくとも最大表面粗さを３μｍ以上にすることが好ましい。一方、最大表面粗さを大きくすれば凹部に入り込むフッ素樹脂膜５の体積も増加するが、微細凹凸部２ａはプレス加工中に金属板１１から強力な圧力を受け得るので、最大表面粗さが２５μｍを越えるまでに大きくなると基準ラインＬから突出している部分がプレス加工中に折れたり砕けたりしやすく好ましくない。また、ダイス１やブランクホルダ２の摩擦係数が高くなりすぎるおそれもある。
【００３８】
したがって、微細凹凸部１ａ，２ａの最大表面粗さは３μｍ以上２５μｍ以下にすることが好ましい。例えば、ダイス１とブランクホルダ２を超硬合金鋼以外の鋼を用いて製造するときは、最大表面粗さをやや大きめの１０μｍ以上２５μｍ以下とすることが好ましく、特に後述する実施例からみて、最大表面粗さを１４．８μｍ〜１５μｍ程度にすることがいっそう好ましい。また、超硬合金鋼は超硬合金鋼以外の鋼よりも硬くて丈夫なので、ダイス１とブランクホルダ２を超硬合金鋼を用いて製造するときは、最大表面粗さをやや小さめの３μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３９】
次に、フッ素樹脂膜５は微細凹凸部１ａ、２ａのそれぞれの表面に形成されている。フッ素樹脂膜５は微細凹凸部１ａ、２ａに含まれる多数の頂上部のうちの一部だけがフッ素樹脂膜５によって覆われることなく露出するような厚さを有している。微細凹凸部２ａの場合、フッ素樹脂膜５は図３に示すように複数の頂上部Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９、Ｐ１１のうち、最も突出している頂上部Ｐ５だけが露出し、他の頂上部はすべて覆われるような厚さを有している。そのため、フッ素樹脂膜５は、微細凹凸部１ａ、２ａのそれぞれの最大表面粗さよりやや小さい厚さを有している。
【００４０】
フッ素樹脂膜５は、微細凹凸部１ａ、２ａの表面に密着するとともに、すべての凹部を塞ぐようにして凹部に入り込んで形成されている。
フッ素樹脂膜５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシアルカン(ＰＦＡ)等のフッ素樹脂をコーティングすることによって形成することができる。本実施の形態では、フッ素樹脂の直接コーティングとフッ素樹脂が剥離しやすいこととを考慮して、プライマーを混合した混合フッ素樹脂を微細凹凸部１ａ、２ａの表面にコーティングすることによって、フッ素樹脂膜５を形成している（詳しくは後述する）。
【００４１】
（プレス加工装置の動作内容）
続いて、以上の構成を有するプレス加工装置１０の動作内容を図１とともに図４〜図７を参照して説明する。図４はブランクホルダ２の微細凹凸部２ａおよびフッ素樹脂膜５と、金属板１１との接している部分を模式的に示す断面図、図５はプレス加工の際、フッ素樹脂膜５が変形する様子を模式的に示す断面図である。また、図６はプレス加工後の微細凹凸部２ａおよびフッ素樹脂膜５を模式的に示す断面図、図７は別のフッ素樹脂膜と微細凹凸部２ａを模式的に示す断面図である。
【００４２】
プレス加工装置１０では、例えば円形状の金属板１１をダイス１とブランクホルダ２とに直に接するようにして挟みこみ、その片側から図示しない油圧装置でパンチ３を金属板１１に押し付けることによってプレス加工を行う。
【００４３】
パンチ３の進入に伴い金属板１１が押されて変形する。その際、金属板１１がダイス１とブランクホルダ２とに対して強力に押し付けられながら、パンチ３の進入方向に動きつつ変形する。
【００４４】
すると、フッ素樹脂膜５は、最も突出している頂上部Ｐ５だけが露出する厚さに形成されており、他の頂上部はすべてフッ素樹脂膜５によって被覆されている。そのため、フッ素樹脂膜５が金属板１１の広範囲にわたって直に接することになってダイス１およびブランクホルダ２と、金属板１１との間の摩擦係数を低く抑え、滑りを良くする潤滑剤として作用する。
【００４５】
しかも、フッ素樹脂膜５は、微細凹凸部１ａ、２ａの表面に密着している。ダイス１とブランクホルダ２は、表面に微細凹凸部１ａ、２ａが形成されていることによって表面積が拡大されている。また、形状や大きさが不規則で複雑に入り組んだ凹凸が形成され、形状や大きさが不規則な多数の凹部にフッ素樹脂膜５が入り込んでいることによって、フッ素樹脂膜５が微細凹凸部１ａ、２ａの凹凸にしっかりとひっかかっている。そのため、表面に沿ってずれないように微細凹凸部１ａ、２ａがフッ素樹脂膜５をしっかりとつなぎ止める作用を発揮する。
【００４６】
一方、複数の頂上部のうち、頂上部Ｐ５だけはフッ素樹脂膜５で覆われることなく露出しているので、フッ素樹脂膜５の厚さ方向全体が頂上部Ｐ５を含むいずれかの頂上部によって受け止められるようになっている。
【００４７】
プレス加工の際、フッ素樹脂膜５に対し、ブランクホルダ２の表面に沿った方向の圧力（図４の圧力Ｆ２）が金属板１１から作用する。その圧力Ｆ２は、フッ素樹脂膜５をダイス１やブランクホルダ２の表面に沿った方向に削り取るように作用するが、凹部および頂上部が圧力Ｆ２の方向と交差する方向に形成されているので、凹部および頂上部が圧力Ｆ２によるフッ素樹脂膜５の動きを邪魔し、フッ素樹脂膜５の剥離を阻止しようとする。
【００４８】
そのうえ、微細凹凸部１ａ、２ａの凹凸は大きさや形状が不規則で複雑に入り組んだ構造になっていて、図２に示したようにひとつひとつの凹部の表面にも細かな凹凸が形成されている。そのため、フッ素樹脂膜５が微細凹凸部１ａ、２ａに密着する度合いは規則的な凹凸が形成されている場合よりも高くなっている。
【００４９】
したがって、プレス加工の際、ダイス１とブランクホルダ２の表面にフッ素樹脂膜５が留まりやすく、その結果、フッ素樹脂膜５が金属板１１との間に発生する摩擦係数を抑える潤滑剤としての機能を効果的に発揮する。よって、ダイス１とブランクホルダ２は、フッ素樹脂膜５が軟質な潤滑皮膜となっていても、プレス加工が繰り返し行えるように耐久性が高いものとなっている。
【００５０】
ここで、図７に示すように、頂上部Ｐ５を含むすべての頂上部が覆われるほどの厚さ（すなわち、最大表面粗さよりも大きい厚さ）を備えたフッ素樹脂膜１０５が金型の表面に形成されていた場合を考える。この金型の場合、フッ素樹脂膜１０５のうち、一部が凹部に入り込まずにその外側に出た表層部１０６（図７のドットを付した部分）となってしまう。表層部１０６は表面に沿った方向に頂上部が一切存在していないため、頂上部によるつなぎ止めを何ら受けることができない。そのため、プレス加工の際に表面に沿った方向の圧力を受けると簡単に剥がれてしまう。
【００５１】
ダイス１とブランクホルダ２の表面に微細凹凸部１ａ、２ａを形成すれば、フッ素樹脂膜５に対するつなぎ止め効果は期待できるものの、形成するフッ素樹脂膜の厚さを、頂上部の一部だけが露出するような厚さにしないと、フッ素樹脂膜に潤滑剤としての機能を発揮しにくい無駄が生じやすく好ましくない。
【００５２】
一方、プレス加工の際、図４に示すように、微細凹凸部１ａ，２ａおよびフッ素樹脂膜５が金属板１１から、微細凹凸部１ａ，２ａの表面に交差する方向の圧力Ｆ１とともに、表面に沿った方向の圧力Ｆ２を受ける。フッ素樹脂膜５は柔軟なため、圧力Ｆ１、Ｆ２によって例えば図５に示すように変形するが、凹部に入り込んでいる部分のうち、上側の部分は下側の部分よりも相対的に凹部によって受け止められ難い。
【００５３】
例えば図２に示したように、凹部２ｂに入り込んでいる部分のフッ素樹脂膜５は、上側の部分ほど頂上部Ｐ１、Ｐ３および底部Ｐ２との間隔が広がって微細凹凸部１ａ，２ａの表面への密着の度合いが低くなるし、金属板１１からは圧力Ｆ１、Ｆ２をより受けやすくなる。そのため、プレス加工によって、フッ素樹脂膜５の一部が微細凹凸部１ａ，２ａの表面に沿った方向に剥離することもある。
【００５４】
その結果、図６に示すように、フッ素樹脂膜５の厚さが少し薄くなり、頂上部Ｐ５のほか、頂上部Ｐ５の次に突出している頂上部Ｐ３、Ｐ７が露出することもある。しかしながら、それでも、隣接する２つの頂上部の間において、フッ素樹脂膜５が微細凹凸部１ａ，２ａの表面に密着しながら凹部に入り込んで残っている。この凹部の中に残留しているフッ素樹脂膜５がプレス加工中に圧力Ｆ１によって変形して微細凹凸部１ａ，２ａの表面と金属板１１との間に入り、双方の摩擦係数を低下させて滑りを良くする潤滑剤として作用する。そのため、ダイス１とブランクホルダ２を用いることによって、潤滑性が高いまま繰り返し金属板１１のプレス加工を行うことができる。
【００５５】
このように、プレス加工装置１０は、フッ素樹脂膜５による潤滑性の良さを十分に活用しながらドライプレスを行えるので、チタン部材やマグネシウム合金部材といった金型との溶着を起こしやすい金属部材のプレス加工に極めて良好なものとなっている。
【００５６】
一方、プレス加工装置１０によって金属板１１のプレス加工を繰り返し行うと、次第に凹部に入り込んでいるフッ素樹脂膜５が喪失していく。すると、次第に潤滑剤が減っていくことになるため、ダイス１とブランクホルダ２と、金属板１１との間の摩擦係数が上昇していき、特にチタン部材やマグネシウム合金部材といった金型との溶着を起こしやすい金属部材のプレス加工には好ましくない事態が起こりえる。
【００５７】
このようなプレス加工を繰り返し行うときは、好ましくは摩擦係数がある決められた規定値を越えたときは、液状のフッ素樹脂をスプレーで噴霧するなどしてダイス１とブランクホルダ２の少なくとも微細凹凸部１ａ，２ａの表面にフッ素樹脂を塗布することが好ましい。こうすると、繰り返しのプレス加工で失われたフッ素樹脂膜５が噴霧したフッ素樹脂によって微細凹凸部１ａ，２ａに補給されるのでフッ素樹脂膜５による潤滑性を蘇らせることができる。こうすることで、プレス加工装置１０では、金属部材のプレス加工がさらに繰り返し行えるようになる。なお、この場合の規定値は、後述する実施例からみて、０．２程度とすることができる。
【００５８】
特に、プレス加工装置１０によって、チタン部材やマグネシウム部材のプレス加工をするときは、温度範囲が１０℃からフッ素樹脂の連続使用最高温度（２８８℃）の範囲に設定された常温温間から温間域でプレス加工を行うことが好ましい。この温度範囲では、特にチタン部材やマグネシウム部材の展延性が高まり、成形が容易になるからである。
【００５９】
（プレス加工用金型の製造方法）
次に、プレス加工用金型の製造方法として、前述のブランクホルダ２の製造方法を例にとって図８を参照して説明する。図８はプレス加工用金型の製造工程を模式的に示す側面図で、（Ａ）は製造前の金型、（Ｂ）は表面に微細凹凸部を形成した後の金型、（Ｃ）は微細凹凸部の表面にフッ素樹脂膜を形成した後の金型を示している。
【００６０】
図８（Ａ）に示すように、ダイス１およびブランクホルダ２を製造するときは、まず鋼等の金属を用いて所望の形状の金型２２を形成する。次に、図８（Ｂ）に示すように、金型２２の表面における金属板１１と接する部分の少なくとも一部分にブラスト処理を施して表面を粗し、微細凹凸部２ａを形成する。このとき、金型が超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下になるようにする。また、金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下になるようにする。
【００６１】
続いて、下塗り塗装を行って乾燥・焼成を行う。その後、金型２２に対して、ディスパージョン塗装、静電粉体塗装、流動浸漬塗装、スプレー塗装等を含むフッ素樹塗装を行ってから焼成・冷却を行う工程を繰り返してフッ素樹脂の重ね塗りを行う。こうして、図８（Ｃ）に示すように、微細凹凸部２ａの表面に最大表面粗さよりも厚さの厚いフッ素樹脂膜１５を形成する。この場合、プライマーとフッ素樹脂の混合塗料を塗布することができるが、プライマーを塗布した後、フッ素樹脂を塗布してもよい。
【００６２】
それから、プレス加工装置１０により、フッ素樹脂膜１５付きの金型２２をダイス１およびブランクホルダ２として用いることによって予めプレス加工を行い、あるいはその他の手段でフッ素樹脂膜１５を表面に沿って除去することによって前述したフッ素樹脂膜５を形成する。このとき、微細凹凸部２ａに含まれる複数の頂上部のうち、最も高さの高い頂上部を含む一部の頂上部だけがフッ素樹脂膜５で覆われないように露出するようにする。ここまでの工程を実行することによって、フッ素樹脂膜５を備えたプレス加工用金型としてのブランクホルダ２を製造することができる。
【００６３】
プレス加工の進行に伴って金型の表面は、例えば図１８（Ａ）に示すようになっていて、ほとんどの頂上部はフッ素樹脂膜５で覆われているものの、一部の頂上部だけはフッ素樹脂膜５で覆われることなく露出する。さらにプレス加工を行うと、フッ素樹脂膜５がその表面に沿って一部剥離されることで、より多くの頂上部が露出することになる。この場合におけるプレス加工用金型の表面は例えば図１８（Ｂ）に示すようになる。
【実施例１】
【００６４】
次に、プレス加工装置１０に関する実施例について説明する。この実施例では、金属板１１として、純チタンからなる厚さ０．８ｍｍの板材を用い、これを深絞り加工によってカップ状に成形した。純チタンは常温でも十分な延性を発揮し、特性からみるとプレス加工に適した金属材料である。
【００６５】
しかしながら、純チタンは活性な金属であるため、ダイス１とブランクホルダ２に微細凹凸部１ａ，２ａおよびフッ素樹脂膜５を形成せずにプレス加工を行うと、金属板１１とダイス１との焼き付きが発生してしまい、カップ状に成形することが困難である。プレス加工装置１０では、ダイス１とブランクホルダ２に微細凹凸部１ａ，２ａおよびフッ素樹脂膜５が形成されているため、フッ素樹脂膜５が潤滑剤として作用し、その結果、金属板１１を図９に示すようなカップ状に成形することができた。
【００６６】
一方、純チタンからなる金属板１１をプレス加工する場合、金属板１１の表面に酸化皮膜を形成し、さらに焼き付き防止効果が高いとされる二酸化モリブデン固体潤滑剤を用いることによって、微細凹凸部１ａ，２ａおよびフッ素樹脂膜５を形成していないダイス１とブランクホルダ２でもカップ状に成形することができる。しかし、酸化皮膜を形成すれば、金属板１１が傷むし酸化皮膜を形成するのにコストもかかる、製品によっては酸化皮膜をプレス加工後に剥離しなければならないといった課題が未解決のまま残ってしまう。また、固体潤滑剤をオイルやグリース中に分散させて用いているときは洗浄を要することもある。このような課題はプレス加工装置１０を用いることによって未解決のまま残ることなくすべて解決することができる。
【実施例２】
【００６７】
続いて、最大表面粗さの大きさが異なる複数の基材を用意して摩擦係数の変化を調べる実験を行った。基材は、超硬合金鋼以外の鋼からなる板状のものを４つ用意し、そのそれぞれに最大表面粗さが０．５μｍ、５μｍ、１４．８μｍ、３３μｍの４通りの異なった値の微細凹凸部を形成して、そのそれぞれの表面に同じフッ素樹脂膜５を形成した。実験は図示しないボールオンディスク型摩擦試験機を用い、５分毎に１００Ｎ，２００，４００，６００，８００，１０００Ｎと順次荷重を大きくして行った。この実験の結果は、図１０〜図１３に示すとおりである。各図において、（Ａ）は基材表面を顕微鏡で撮影した写真を示し、（Ｂ）は摩擦係数の変化を調べるグラフ（縦軸は摩擦係数、横軸は摩擦距離（ｍ））である。
【００６８】
図１０に示すように、最大表面粗さが０．５μｍでは、摩擦距離が数ｍになっただけで摩擦係数が０．２を越えてしまっている。また、図１１に示すように、最大表面粗さが５μｍでは、摩擦距離が５０数ｍあたりで摩擦係数が０．２を越えているものの、４０ｍ程度までは摩擦係数が０．１程度に収まっている。さらに、図１２に示すように、最大表面粗さが１４．８μｍでは、摩擦距離が６０ｍ程度になるまで摩擦係数が一貫して０．１程度に収まっている。そして、図１３に示すように、最大表面粗さが３３μｍでは、摩擦距離が数ｍになっただけで摩擦係数が０．２を越えてしまっている。
【００６９】
以上の結果、摩擦係数が一貫して０．１程度に収まっているという点からみて、４種類の最大表面粗さの中では、最大表面粗さを１４．８μｍにするのが最も好ましく、次いで５μｍが好ましいことが確認できた。また、最大表面粗さが０．５μｍおよび３３μｍの場合はいずれも摩擦係数が０．１程度に収まらず好ましくないことが確認できた。
【実施例３】
【００７０】
さらに、微細凹凸部に様々なフッ素樹脂膜５を形成したことによって、耐久性が向上することを確認するための実験を行った。実験は実施例２と同様の試験機を用い同じ要領で行った。実験の結果は図１４に示すとおりである。（Ａ）はプライマーを用いないフッ素樹脂コート技術（ハイパーコート）でフッ素樹脂膜を形成した場合、（Ｂ）はＰＴＦＥからなるフッ素樹脂膜を形成した場合、（Ｃ）はワンコートでフッ素樹脂膜を形成した場合を示している。いずれの場合も、摩擦距離が６０ｍ程度になるまで摩擦係数が一貫して０．１程度に収まっているため、耐久性が向上していることが確認できた。
【実施例４】
【００７１】
次に、液状のフッ素樹脂を塗布したことにより、微細凹凸部における耐久性が再生されることを確認するための実験を行った。実験では、実施例３の実験でフッ素樹脂膜が一部剥離し、摩擦係数が上昇した試験片（ＴＦ５０）に液状のフッ素樹脂をスプレーで塗布（スプレー塗装ともいう）して、実施例３と同じ試験機を用いて同様の実験を行った。実験に先立ち、試験片に対して２００Ｎ(５分)で摩擦試験を行って再塗装前の摩擦係数を確認したあと、スプレー塗装を行い、ハンドドライヤーで乾燥させた。実験は、スプレーによる再塗装をした試料で２００Ｎ（１５分）、４００Ｎ（１０分）、６００Ｎ（５分)、８００Ｎ（５分)の摩擦耐久試験を行った。
【００７２】
ここで、図１５は、試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数が上昇する前のもともとの摩擦係数の変化を示すグラフである。図１６（Ａ）は、試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数が上昇した後、２００Ｎ(５分)で摩擦試験を行ったときの摩擦係数の変化を示すグラフ、図１６（Ｂ）は、再塗装後の摩擦係数の変化を示すグラフである。図１５、図１６から明らかなとおり、再塗装によって元々の値よりも低い値の良好な摩擦係数を示すことおよび耐久性が向上することが確認できた。また、図１７（Ａ）は、再塗装前の別の試験片（ＴＦ５０）の摩擦係数の変化を示すグラフ、図１７（Ｂ）は、再塗装をした後の摩擦係数の変化を示すグラフである。図１７から明らかなとおり、再塗装によって別の試験片でも良好な摩擦係数を示すことが確認できた。また、図１６（Ｂ）からみて再塗装をするときの摩擦係数の規定値は０．１５〜０．１８程度が好ましいと考えられる。
【００７３】
以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明を適用することによって、フッ素樹脂膜を潤滑皮膜として、プレス加工が繰り返し行えるように金型の耐久性を高めるとともに、チタン部材やマグネシウム合金部材といった難加工金属部材について、ドライ加工を行えるようになる。
【符号の説明】
【００７５】
１…ダイス、２…ブランクホルダ、３…パンチ、５…フッ素樹脂膜、１０…プレス加工装置、１１…金属板、１ａ，２ａ…微細凹凸部、Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９、Ｐ１１…頂上部、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０…底部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を用いた金属部材のプレス加工方法であって、
最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部を前記金型の表面における前記金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成し、
前記最大表面粗さを越える厚さのフッ素樹脂膜を前記微細凹凸部に形成してプレス加工用金型を製造し、
前記フッ素樹脂膜が前記金属部材と直に接触するように前記プレス加工用金型を用いてプレス加工を行うことを特徴とする金属部材のプレス加工方法。
【請求項２】
前記金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下になるようにして前記微細凹凸部を形成し、前記金型が前記超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下になるようにして前記微細凹凸部を形成することを特徴とする請求項１記載の金属部材のプレス加工方法。
【請求項３】
前記プレス加工を繰り返し行うときに前記微細凹凸部にフッ素樹脂を塗布することを特徴とする請求項１または２記載の金属部材のプレス加工方法。
【請求項４】
温度範囲が１０℃からフッ素樹脂の連続使用最高温度の範囲に設定された常温から温間域で前記プレス加工を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の金属部材のプレス加工方法。
【請求項５】
金属部材のプレス加工に用いるプレス加工用金型であって、
前記金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成された最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部と、
前記微細凹凸部に形成されたフッ素樹脂膜とを有し、
前記フッ素樹脂膜が前記微細凹凸部の表面に密着していることを特徴とするプレス加工用金型。
【請求項６】
前記微細凹凸部は、前記金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下に形成され、前記金型が前記超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下に形成されていることを特徴とする請求項５記載のプレス加工用金型。
【請求項１】
金型を用いた金属部材のプレス加工方法であって、
最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部を前記金型の表面における前記金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成し、
前記最大表面粗さを越える厚さのフッ素樹脂膜を前記微細凹凸部に形成してプレス加工用金型を製造し、
前記フッ素樹脂膜が前記金属部材と直に接触するように前記プレス加工用金型を用いてプレス加工を行うことを特徴とする金属部材のプレス加工方法。
【請求項２】
前記金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下になるようにして前記微細凹凸部を形成し、前記金型が前記超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下になるようにして前記微細凹凸部を形成することを特徴とする請求項１記載の金属部材のプレス加工方法。
【請求項３】
前記プレス加工を繰り返し行うときに前記微細凹凸部にフッ素樹脂を塗布することを特徴とする請求項１または２記載の金属部材のプレス加工方法。
【請求項４】
温度範囲が１０℃からフッ素樹脂の連続使用最高温度の範囲に設定された常温から温間域で前記プレス加工を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の金属部材のプレス加工方法。
【請求項５】
金属部材のプレス加工に用いるプレス加工用金型であって、
前記金属部材と接する部分の少なくとも一部分に形成された最大表面粗さが３μｍ以上２５μｍ以下の微細な凹凸を備えた微細凹凸部と、
前記微細凹凸部に形成されたフッ素樹脂膜とを有し、
前記フッ素樹脂膜が前記微細凹凸部の表面に密着していることを特徴とするプレス加工用金型。
【請求項６】
前記微細凹凸部は、前記金型が超硬合金鋼からなるときは最大表面粗さが３μｍ以上１０μｍ以下に形成され、前記金型が前記超硬合金鋼以外の鋼からなるときは最大表面粗さが１０μｍ以上２５μｍ以下に形成されていることを特徴とする請求項５記載のプレス加工用金型。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−２００９１２（Ｐ２０１１−２００９１２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７０７６３（Ｐ２０１０−７０７６３）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（５０６２０９４２２）地方独立行政法人 東京都立産業技術研究センター (134)
【出願人】（５９２２４３００３）日建塗装工業株式会社 (6)
【出願人】（５１００８２４５５）
【出願人】（５１００８３７１７）
【出願人】（５１００８３７０６）
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（５０６２０９４２２）地方独立行政法人 東京都立産業技術研究センター (134)
【出願人】（５９２２４３００３）日建塗装工業株式会社 (6)
【出願人】（５１００８２４５５）
【出願人】（５１００８３７１７）
【出願人】（５１００８３７０６）
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【Ｆターム（参考）】
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