JP2005144528A - 金型、その製造方法及び成形加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑剤の保持性能が高く高寿命のプレス金型、その製造方法及びプレス成形加工方法を提供する。
【解決手段】 プレス金型１の成形型部４の先端部にテーパ部２とポンチ部３が形成されている。テーパ部２とポンチ部３は、金型部材の表面にＣｒ被膜とＤＬＣ被膜からなる硬質被膜を形成してなり、成形型部４のうちのノズルプレートと接触する成形型面４には、複数の凹部１０からなる潤滑剤溜１１が形成されている。ノズルプレートをプレス成形加工する場合には、潤滑剤溜１１に潤滑剤を供給して溜められるので潤滑剤の保持性能が向上し、ノズルプレートとプレス金型１との間の摩擦が小さく摺動性が高く維持される。
【選択図】 図２

Description

本発明は金型に関し、特に、供給された潤滑剤の保持性能の高い金型、その製造方法及び成形加工方法に関するものである。

従来、ワークを成形するための種々の金型やその金型による成形方法が提案されている。例えば、特許文献１には、オリフィスバックシートとオリフィスシートからなるインクジェットノズルの製造方法とその製造方法に用いられるポンチ( 金型に相当) が記載されている。このインクジェットノズルの製造方法においては、ダイス上に載置されたシートに円錐状のポンチの先端部をプレスして、ポンチの先端の形状と同じ凹部をシートに形成し、その後、ポンチが打ち込まれた面とは反対側の面に形成された凸部をラップ盤により研削してシートに微細穴を形成し、オリフィスバックシートを製造する。
特公昭６３−４８７１４号公報

しかし、特許文献１の技術では、ポンチ、特にポンチのうちでもシートと接触する部分は破損や摩耗が激しく、ポンチの寿命が短いといった問題が生じていた。特に、インクジェットノズルのノズル穴のように数μｍ〜数十μｍ程度の微細加工をプレスによって成形加工する場合には、ポンチの先端部も同程度の細さになるため、破損や摩耗などによりポンチの寿命が非常に短くなっている。そこで、近年、このようなポンチを含む金型に潤滑剤を供給しつつ、ワークを成形する成形加工方法が採用されている。しかし、このように潤滑剤を供給しても、金型の表面は滑らかなため、潤滑剤は直ぐに流出してしまい、金型の寿命を延ばすのにも限界がある。そこで、潤滑剤を常時供給するといった方法も考えられるが、経済的でなく、製造コストの増大に繋がるといった別の問題が生じる。

本発明の目的は、潤滑剤の保持性能が高く高寿命の金型、その製造方法及び成形加工方法を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、ワークとの間に潤滑剤を介在させた状態でワークの成形加工に用いる金型において、前記金型の表面のうちの少なくともワークと接触する成形型面には、徴小深さの潤滑剤溜が形成されているものである。

この金型又はワークに潤滑剤を供給し、その供給された潤滑剤が金型とワークとの間に介在した状態で、金型によってワークが成形加工されると、金型の表面のうちの少なくともワークと接触する成形型面に形成された徴小深さの潤滑剤溜に供給された潤滑剤が溜められて、金型の成形型面とワークの表面との間で高い潤滑性が保持された状態で、ワークが成形加工される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記金型の少なくとも前記成形型面には、金型の母材よりも硬質の硬質被膜が形成されているものである。この金型によれば、金型の母材よりも硬質の硬質被膜が形成された成形型面によってワークが成形加工される。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記硬質被膜はＤＬＣ被膜からなるものである。この金型によれば、ＤＬＣ被膜が形成された成形型面によってワークが成形加工される。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記潤滑剤溜では、前記ＤＬＣ被膜が除去されているものである。この金型によれば、ＤＬＣ被膜が除去された潤滑剤溜に潤滑剤が溜められ、ワークの成形に伴って、潤滑剤が潤滑剤溜から少しずつ流出する。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記硬質被膜は、Ｗ被膜又はＣｒ被膜の何れかとＤＬＣ被膜とから構成され、前記Ｗ被膜又はＣｒ被膜はＤＬＣ被膜と金型の母材との間に形成され、前記潤滑剤溜では、Ｗ被膜又はＣｒ被膜が露出しているものである。この金型によれば、成形型面にＷ被膜又はＣｒ被膜の何れかが形成され、そのＷ被膜又はＣｒ被膜の表面にＤＬＣ被膜が形成され、潤滑剤溜を形成するためにＷ被膜又はＣｒ被膜が露出するまでＤＬＣ被膜が除去されるが、このＷ被膜又はＣｒ被膜によって母材が露出されない。

請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、前記潤滑剤溜は複数の凹部からなるものである。この金型によれば、金型に供給された潤滑剤は、潤滑剤溜を構成する複数の凹部に溜められる。

請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかの発明において、前記潤滑剤溜は前記成形型面の２０〜８０％の領域に形成されたものである。この金型では、成形型面の２０〜８０％の領域に形成された潤滑剤溜に潤滑剤がためた状態で成形加工される。

請求項８の発明は、請求項６の発明において、前記潤滑剤溜は、前記成形型面のうち成形時にワークに先に接触する部分にそれ以外の成形型面よりも多く形成されているものである。この金型によれば、潤滑剤溜が多く形成され、潤滑剤が多く溜められている部分から先にワークに接触して、ワークが成形加工される。

請求項９の発明は、請求項１〜８の発明において、前記金型は、プレス金型である。この金型によれば、ワークが成型加工によって成形される。

請求項１０の発明は、ワークの成形加工に用いる金型部材を有する金型を製造する方法において、前記金型部材の表面にその母材よりも硬質の硬質被膜を形成する被膜形成工程と、前記硬質被膜の表面に徴小深さの潤滑剤溜を形成する潤滑剤溜形成工程とを備えたものである。

この金型の製造方法によれば、被膜形成工程において、金型部材の表面にその母材よりも硬質の硬質被膜を形成し、次に、潤滑剤溜形成工程において、潤滑剤の保持性能を高めるための徴小深さの潤滑剤溜を硬質被膜の表面に形成し、ワークの成形加工に用いる金型が製造される。

請求項１１の発明は、ワークの成形加工に用いる金型部材を有する金型を製造する方法において、前記金型部材の表面に徴小深さの潤滑剤溜を形成する潤滑剤溜形成工程と、前記金型部材の表面にその母材よりも硬質の硬質被膜を形成する被膜形成工程とを備えたものである。

この金型の製造方法によれば、潤滑剤溜形成工程において、潤滑剤の保持性能を高めるための徴小深さの潤滑剤溜を金型部材の表面に形成し、次に、被膜形成工程において、徴小深さの潤滑剤溜を形成した金型部材の表面に、母材よりも硬質の硬質被膜を形成して、ワークの成形加工に用いる金型が製造される。

請求項１２の発明は、請求項１１又は１２の発明において、前記潤滑剤溜形成工程では、集束イオンビーム又はレーザーにより潤滑剤溜を形成するものである。この金型の製造方法によれば、硬質被膜又は金型部材の一部が集束イオンビーム又はレーザーによって除去されて、潤滑剤溜が形成される。

請求項１３の発明は、請求項１１又は１２の発明において、前記潤滑剤溜形成工程では、プラズマにより潤滑剤溜を形成するものである。この金型の製造方法によれば、硬質被膜又は金型部材の一部がプラズマによって除去されて、潤滑剤溜が形成される。

請求項１４の発明は、請求項１０〜１３の何れの発明において、前記被膜形成工程では、硬質被膜であるＤＬＣ被膜が形成されるものである。この金型製造方法によれば、金型部材の表面に摩擦係数の低いＤＬＣ被膜が形成される。

請求項１５の発明は、ワークの成形加工に用いる金型部材を有する金型の製造方法において、前記金型部材の一部を覆うマスク部材を配置するマスク工程と、前記マスク部材によって覆われていない金型部材に、その母材よりも硬質な硬質被膜を形成する被膜形成工程とを備えたものである。即ち、マスク工程において、マスクによって覆われて硬質被膜が形成されていない部分が、硬質被膜が形成された部分に対して凹んで凹部が形成され、この凹部が潤滑剤溜となる。

請求項１６の発明は、金型を用いてワークを成形加工する成形加工方法において、少なくともワークと接触する成形型面に徴小深さの潤滑剤溜が形成された金型によって、前記潤滑剤溜に潤滑剤を溜めた状態で、ワークの成形加工を行うものである。この成形加工方法によれば、金型の表面のうちの少なくともワークと接触する成形型面に形成された徴小深さの潤滑剤溜に供給された潤滑剤が溜められた状態で、ワークが金型によって成形加工される。

請求項１７の発明は、請求項１６の発明において、前記潤滑剤溜に潤滑剤を溜めるための潤滑剤の供給は、複数回の成形毎に行われるものである。この成形加工方法によれば、１回の成形加工毎に潤滑剤の供給が行われるのではなく、複数回の成形毎に潤滑剤の供給が行われて、潤滑剤溜に潤滑剤が溜められる。

請求項１の発明によれば、金型の成形型面に形成された潤滑剤溜に塗布された潤滑剤を保持することで、潤滑剤の保持性能を向上させることができ、この結果、金型とワークとの間で高い潤滑性を維持することができ、金型の破損や摩耗を防ぎ、金型の長寿命化を実現することができる。

請求項２の発明によれば、ワークと接触する成形型面に母材よりも硬質の硬質被膜を形成することで、金型の破損を防ぎ、金型を長寿命化することができる。

請求項３の発明によれば、摩擦係数が非常に低いＤＬＣ被膜を成形型面に形成することで、金型の摩耗を防ぎ、更に、金型を長寿命化することができる。

請求項４の発明によれば、潤滑剤溜の底面にＤＬＣ被膜が形成されている構成に比べ、潤滑剤が潤滑剤溜から少しずつ流出するので、潤滑剤を供給する労力や時間を大幅に削減することができる。

請求項５の発明によれば、潤滑剤溜においても母材が露出することなく、Ｗ被膜又はＣｒ被膜によって母材が保護されているので、母材を錆や破損等から保護し、金型を長寿命化することができる。

請求項６の発明によれば、複数の凹部により潤滑剤溜を構成することで、１つの凹部により潤滑剤溜を構成する場合に比べ、潤滑剤を分散させて保持することができるので、成形型面の潤滑性を一部に偏ることなく均一に向上させることができる。また、連続的に形成された溝等の場合は成形時に潤滑剤が溝に沿って流れて流出するが、複数の凹部により潤滑剤溜を構成することで、成形加工時に夫々の凹部の中で保持されるので、潤滑剤の保持性能を向上させることができる。

請求項７の発明によれば、成形型面の２０％以上の領域に潤滑剤溜を形成することで、成形型面の潤滑性を高い状態で維持することができる。一方、成形型面の８０％以下の領域にのみ潤滑剤溜を形成することで、隣接する潤滑剤溜の間の間隔を大きく取ることができ、隣接する潤滑剤溜間の破損を防ぐことができる。

請求項８の発明によれば、ワークに先に接触し、ワークからの押圧力が大きく、破損の多い部分に潤滑剤溜を多く形成し、それ以外の部分に形成される潤滑剤溜を少なく形成することで、金型の強度を維持しつつ、金型の潤滑性を向上させることができる。

請求項９の発明によれば、請求項１〜８と同様の効果を奏することができる。

請求項１０の発明により製造された金型は、請求項２の発明と同様の効果を奏することができる。

請求項１１の発明により製造された金型は、請求項２の発明と同様の効果を奏することができる。

請求項１２の発明によれば、微細加工が可能な集束イオンビーム又はレーザーにより潤滑剤溜を形成することで、微細な潤滑剤溜を迅速に、且つ正確に形成することができる。

請求項１３の発明によれば、プラズマにより開口面積の大きい多数の潤滑剤溜を同時にエッチングすることができる。

請求項１４の発明によれば、硬質被膜として摩擦係数の低いＤＬＣ被膜を形成することで、金型の成形型面の摩耗を低減することができる。

請求項１５の発明により製造された金型は、請求項２と同様の効果を奏することができる。

請求項１６の発明によれば、潤滑剤溜に潤滑剤が溜められた状態で成形加工するので、成形加工する際に、金型とワークとの間から潤滑剤が流出することを防ぎ、潤滑剤の保持性能を向上させることができる。従って、一度の潤滑剤の供給によって長時間の間、高い潤滑性を維持することができ、金型の破損や摩耗を防ぎ、金型を長寿命化することができる。

請求項１７の発明によれば、潤滑剤の供給を複数回の成形加工毎に行えばよいので、成形加工を簡単化することができる。

本願の発明は、ワークとの間に潤滑剤を介在させた状態でワークの成形加工に用いる金型において、金型の表面のうちの少なくともワークと接触する成形型面に徴小深さの潤滑剤溜を形成したことを特徴とするものであり、本願の発明は、その金型、その金型の製造方法、その金型を用いた成形加工方法を含むものである。

以下、本願の発明の実施例を図面を参照して説明する。本実施例は、インクジェットプリンタのノズルプレートを成形加工するためのプレス金型、そのプレス金型の製造方法及びノズルプレートのプレス成形加工方法に本発明を適用した一例であり、特に、プレス金型の潤滑油保持性能を高め、ノズルプレート素材との間に潤滑剤を介在させた状態で成形加工することを可能にするものである。

最初に、プレス金型１について説明する。図１に示すように、プレス金型１は、本体部とその下端部分に形成された成形に供する成形型部４を有し、本体部は円錐部１ａとその下端から下方へ延びる円柱部１ｂを有し、成形型部４でノズルプレート素材１６ａ( 図５参照) を成形加工するものである。図２に示すように、プレス金型１の先端部分の成形型部４は、円柱部１ｂの下端に連なる部分円錐状のテーパ部２と、このテーパ部２の下端に連なる円柱状のポンチ部３とを一体形成したものである。尚、テーパ部２の表面の一部( 図２の点線より下側部分) と、ポンチ部３の表面が、ノズルプレート素材１６ａと接触する成形型面５に相当する。

テーパ部２は、プレス金型１の本体部の円柱部１ｂ( 直径約５０μｍ) の下端から、ポンチ部３( 直径約２０μｍ) の上端に亙って直径が小さくなるように形成されている。ポンチ部３は、ノズルプレート１６のノズル孔１７の吐出口１７ａ( 図５−３参照) を成形できるように直径約２０μｍの円柱状に形成されている。

図３に示すように、成形型部４をなすテーパ部２とポンチ部３の構造について説明する。テーパ部２とポンチ部３は、本体部と一体の金型部材７と、Ｃｒ(クロム)被膜８と、ＤＬＣ( ダイヤモンドライクカーボン) 被膜９からなる。金型部材７は、プレス金型１の母材であり、この金型部材７は高硬質のクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４１５）からなる金型素材をを金型部材７の形状に切削加工後浸炭焼入れを施したものである。

Ｃｒ被膜８は、金型部材７の表面からＤＬＣ被膜９が剥離するのを防ぐために、金型部材７の表面に約０. ５μｍの厚さに形成されている。このＣｒ被膜８は、後述するように潤滑剤溜１１を形成するためにＤＬＣ被膜９の一部が除去されても残り、Ｃｒ被膜８は金型部材７を覆って金型部材７を保護し、具体的には、金型部材７を酸化や破損などから保護する。尚、Ｃｒ被膜８とＤＬＣ被膜９が硬質被膜に相当し、Ｃｒ被膜８はＤＬＣ被膜９と金型部材７との間に形成されている。

ＤＬＣ被膜９は、金型部材７を構成するクロムモリブデン鋼よりも硬質の被膜であって、Ｃｒ被膜８の外周面に約１. ５μｍの厚さに形成されている。このＤＬＣ被膜９は、被膜形成時の水素含有量によってその硬度を調整することができ、ＨＶ( ビッカース硬さ) で、数１００からダイヤモンドのＨＶに近い８０００程度の高硬度被膜に形成することができ、本構成では、Ｃｒ被膜８(ＨＶ２００)や金型部材７(ＨＶ２００)よりも高硬度なＤＬＣ被膜９(ＨＶ８００)が形成されている。ＤＬＣ被膜９の摩擦係数は約０. １以下であり、耐摩耗性及び摺動性において非常に優れた被膜である。尚、Ｃｒ被膜８とＤＬＣ被膜９の厚さは一例に過ぎず、前記の値よりも小さくてもよく、大きくてもよい。

成形型面５に潤滑剤を溜めて潤滑剤の保持性能を高め、ノズルプレート素材１６ａと成形型面５との間の摩擦抵抗を減らして摺動性を高く維持するために、成形型面５に対応する領域のＤＬＣ被膜９には、徴小深さの複数の凹部１０からなる潤滑剤溜１１が形成されている。これら凹部１０は、例えば一辺が約３μｍの正方形状である。これら凹部１０は、その底面にＣｒ被膜８が露出するように形成されている。凹部１０の深さは、ＤＬＣ被膜９の厚さ（約１．５μｍ）とほぼ同程度の徴小な深さであり、プレス成形後のノズルプレート１６の成形形状に影響を与えるものではない。尚、凹部１０では、ＤＬＣ被膜９が除去されＣｒ被膜８が露出している。

前記凹部１０は、成形型面５の全面積に対して２０〜８０％の比率となるように形成することが望ましい。２０％未満の場合は、潤滑剤保持性能を殆ど高めることができず、８０％を超える場合は成形型面５の大部分に潤滑剤溜１１が形成されるため、潤滑剤保持性能を高めるのが困難となる上、凹部１０が形成されない領域の耐久性を高めるのが困難になる。さらに、ノズルプレート素材１６ａを成形加工する際に、ノズルプレート素材１６ａに先に接触し、高い摺動性を必要とする成形型面５の先端部には、それ以外の部分に比べ、凹部１０が多く( 高い分布密度で) 形成されている。従って、プレス金型１の強度低下を防止しつつ、潤滑剤の保持性能を向上させ、プレス金型１の摺動性と耐久性や耐磨耗性を高めることができる。

次に、プレス金型１の製造方法（請求項７の製造方法）について図４を参照して説明する。最初に、金型部材製作工程において、クロムモリブデン鋼からなる金型素材を切削加工し、浸炭焼入れを施す( 図４−１) ことにより、金型部材７を製作する。このとき、ポンチ部３の外径は、ノズルプレート１６のノズル孔１７の吐出口１７ａの内径、Ｃｒ被膜８の厚さ、ＤＬＣ被膜９の厚さに基づいて、金型部材７のテーパ部２とポンチ部３を形成する。次に、被膜形成工程において、ＵＢＭスパッタリング( アンバランスドマグネトロンスパッタリング) 法によって、この金型部材７の成形型部４の表面にＣｒ被膜８とＤＬＣ被膜９を連続的に形成する。

このＣｒ被膜８とＤＬＣ被膜９を形成する場合、最初に、Ｃｒをターゲットとしてスパッタリングを行ってＣｒ被膜８を所定の厚さ成膜し( 図４−２) 、その後、Ｃｒのスパッタリングを継続しつつ、グラファイトをターゲットとするスパッタリングを同時並行的に行い、このＣｒとグラファイトのスパッタリングの比率を徐々に小さくしグラファイトのスパッタリングの比率が徐々に大きくなるように移行して、Ｃｒ被膜８の表面にＤＬＣ被膜９を成膜する( 図４−３) 。

次に、潤滑剤溜形成工程において、集束イオンビーム法によって、潤滑剤溜１１を構成する徴小深さの複数の凹部１０を成形型面５に所定の分布密度で形成する。この場合、具体的には、イオン源として液体ガリウムを用い、加速電圧３０ＫＶ、ビーム電流１. ３ｎＡに設定し、ビーム径を約１００ｎｍまで集束させた集束イオンビーム１５を、各凹部１０を形成する位置で約１分程度スキャンさせて( 図４−４) 、Ｃｒ被膜８が露出するように各凹部１０を形成する( 図２, 図３) 。

次に、以上説明したプレス金型１を用いて、厚さ約７５〜１００μｍのステンレス製のノズルプレート素材１６ａをプレス成形加工してノズルププレート１６を製造する方法について説明する。このノズルプレート１６は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッド本体の最外面に設けられるものであり、圧電素子などにより加圧されたインクが吐出される複数のノズル孔１７が形成されたものである。

成形加工に際して、まず、ノズルプレート素材１６ａを、ダイス穴２０ａが形成されたダイス側金型２０にセットして固定保持し、プレス金型１の成形型部４の全表面に潤滑剤としての潤滑油を塗布又は散布し、潤滑剤溜１１に潤滑油を収容した状態にする( 図５−１) 。プレス金型１のうちの、ノズルプレート素材１６ａと接触する成形型面５に複数の凹部１０からなる潤滑剤溜１１が形成され、潤滑剤の保持性能が非常に高いため、この潤滑剤の塗布又は散布を１回のプレス成形加工毎に行う必要はなく、複数回のプレス成形毎に行えばよい。例えば、日本工作油社製のＧ−６２２０ＦＳを潤滑剤として用い、このプレス成形加工を１時間に約３６００回行うとした場合、１時間に一度か又は３０００回に一度潤滑剤を供給すればよい。

次に、ポンチ部３がノズルプレート素材１６ａを貫通しない程度のストローク量で、プレス金型１をノズルプレート素材１６ａに向かって下降駆動させ、ノズルプレート素材１６ａをプレス成形加工する( 図５−２) 。プレス金型１の潤滑剤溜１１には、潤滑剤が溜められているため、ノズルプレート素材１６ａから成形型部４に作用する摩擦力が著しく小さくなり、成形型部４の摺動性が高く維持されることになる。以下、ノズルプレート素材１６ａをノズルピッチずつ移動させたり或いはノズル列間距離移動させながら、この成形工程をノズル孔１７の数だけ繰り返してノズルプレート素材１６ａをプレス成形加工する。次に、プレス成形後に、ノズルプレート素材１６ａのうちの、プレス金型１の反対側に突出した突部１８などを含むノズルプレート素材１６ａの下面部( 図５−２における点線から下側) を研削盤などにより研削して、ノズル孔１７の吐出口１７ａを開口させ、ノズルプレート１６が完成する( 図５−３) 。

次に、上述したプレス金型１、プレス金型の製造方法及びプレス成形加工方法の作用及び効果について説明する。プレス金型１のＤＬＣ被膜９に、複数の凹部１０からなる潤滑剤溜１１を形成するので、潤滑剤を潤滑剤溜１１に溜め、潤滑剤の保持性能を向上させ、潤滑剤切れを防止でき、ノズルプレート素材１６ａとプレス金型１との間の潤滑性を高く維持して安定させ、プレス金型１の磨耗を抑制し、耐久性を高めることができる。

特に、仮に、ノズルプレート素材１６ａが少し傾斜した状態でセットされ、このプレス金型１がノズルプレート素材１６ａに対して傾斜してプレスされる時には、プレス金型１の表面に形成された潤滑剤溜１１に保持された潤滑剤によって、プレス金型１の底面とノズルプレート素材１６ａの表面との間に作用する横方向の摩擦が低減され、折れ曲がりによるプレス金型１の破損を防ぐことができる。また、プレス成形加工後、プレス金型１をノズルプレート素材１６ａから引き抜く際に、テーパ部２とポンチ部３の側面とノズル孔１７の表面との間に作用する摩擦を低減することができ、ポンチ部３に作用する引っ張り応力を低減し、ポンチ部３の破断や折損を抑制することができる。

複数の凹部１０は徴小深さに形成されているので、成形後のノズルプレート１６の形状に影響を与えることなく上述の効果が得られる。潤滑剤溜１１は、複数の独立した凹部１０からなり、それらが成形型面５の全域にほぼ均等に配置され、ポンチ部３の下端面に高い分布密度で配置されているので、成形型面５の全域に亙って潤滑剤を溜めて保持することができ、潤滑剤の保持性能を向上させることができる。成形型面５には、摩擦係数の極めて低い高硬度のＤＬＣ被膜９が形成されているので、成形型部４の摩耗を大幅に低減することができる。摩擦係数が低いことで、境界潤滑部分、即ち、固体接触部における発熱が抑えられることで、潤滑油の劣化を抑えることができる。更に、ノズルプレート素材１６との噛み合いを防ぐことができ、成形後のノズルプレート１６のダメージがない。

尚、潤滑剤溜１１は、適当な長さの複数の溝状凹部に形成してもよい。但し、この場合、溝状凹部の長さをあまり大きくすると、溝状凹部内で潤滑剤が流動しやすくなるから、潤滑剤保持性能を高めにくくなる。また、ＤＬＣ被膜９は、その性質上、潤滑剤をはじく性質があるが、Ｃｒ被膜８が露出するまでＤＬＣ被膜９が除去されているため、凹部１０の底面にＤＬＣ被膜９が形成されている場合に比べて潤滑剤がほとんどはじかれることがなく、潤滑剤が凹部１０から少しずつ流出するので、潤滑剤を供給する労力や時間を大幅に削減することできる。また、凹部１０には、金型部材７が露出しないようにＣｒ被膜８が除去されず残されているので、金型部材７を錆や破損等から保護することができる。

上述したプレス金型の製造方法においては、微細加工の可能な集束イオンビーム法により凹部１０を形成するので、直径約２０μｍの小径のポンチ部３にも複数の凹部１０を正確に形成することができる。更に、ＤＬＣ被膜９を集束イオンビーム１５によって除去することで、凹部１０の底面を平坦にすることができる。

以上説明した、プレス金型１、プレス金型の製造方法及びプレス成形加工方法を部分的に変更した変更例について説明する。

１）上述のプレス金型１においては、先端部の表面にＣｒ被膜８とＤＬＣ被膜９を成膜したが、これら被膜８, ９は必ずしも必須の構成ではなく、金型の形状や、金型部材を構成する金属材料に応じて適宜省略可能である。このように両被膜８，９を省略する場合には、金型部材の表面部に直接潤滑剤溜を形成すればよい。

２）上述のプレス金型１においては、ＤＬＣ被膜９を表面に成膜したが、ＤＬＣ被膜の代わりにＣｒＮ被膜などの硬質被膜を成膜してもよく、硬質被膜は金型部材よりも硬質の耐磨耗と摩擦低減に寄与するものであればよい。

３）上述の実施例では、ＤＬＣ被膜９の厚さと同じ約１. ５μｍの深さの凹部１０を形成したが、凹部１０の深さは、必ずしも、ＤＬＣ被膜９の厚さと同じにする必要はない。 例えば、潤滑剤の粘度や成形型面の表面粗さから、油膜の厚さがわかる場合には、この油膜の厚さに対して０. １〜５倍程度の深さの凹部を形成することが望ましい。凹部の深さを油膜の厚さに対して０. １倍以上にすることで、潤滑剤の保持性能を向上させることができると共に、５倍以下にすることで、凹部に溜められた潤滑剤の供給性を向上させることができる。

４）上述の実施例においては、外形が正方形状の凹部１０を形成したが、凹部の形状は正方形状に限定されるものではなく、円形状、多角形状などどのような形状でもよく、また、複数の螺旋溝形状や格子溝形状の凹部でもよい。

５）上述の実施例においては、潤滑剤として液体の潤滑油を採用したが、ナノレベルの粒子からなる潤滑剤を採用してもよい。この場合、酸化シリコン( 直径約１０〜４０ｎｍ),酸化チタン( 直径約２０ｎｍ),酸化アルミニウム( 直径約１０ｎｍ) などの粒子を適用することができる。

６）プレス金型を以下のような製造方法( 請求項８に相当) に基づいて製造してもよい。まず、金型部材製作工程において、前記実施例と同様にクロムモリブデン鋼製の金型部材を製作し、次に、潤滑剤溜形成工程において、金型部材の成形型面の表面部に集束イオンビームによって徴小深さの複数の凹部からなる潤滑剤溜を形成し、次に、被膜形成工程において、Ｃｒ被膜とＤＬＣ被膜をＵＢＭスパッタリングによって成膜し、プレス金型を製造してもよい。尚、金型部材の凹部にＣｒ被膜とＤＬＣ被膜とが形成されても、潤滑剤を溜めるのに十分な徴小深さの凹部がＣｒ被膜とＤＬＣ被膜に形成されるように、金型部材の凹部が集束イオンビームにより形成されている。但し、このように金型部材の成形型面にイオンビームにより凹部を形成する場合、金型部材を構成する硬質金属材料によっては、凹部の底面に大きな凹凸が形成されるものもあるので、凹部の底面が極力平坦になるような硬質金属材料を選択することが望ましい。

７）上述のプレス金型の製造方法においては、集束イオンビーム法によって凹部１０を形成したが、フェムト秒レーザ, エキシマレーザ, 紫外線レーザなどによるレーザエッチングによってＤＬＣ被膜又は金型部材の所望の領域を除去して凹部を形成してもよい。また、凹部の開口面積が大きい場合には、プラズマエッチングなどのエッチングによりＤＬＣ被膜の一部を除去して凹部を形成してもよい。尚、プラズマエッチングの場合、ＤＬＣ被膜を残す部分を覆うマスクを行う必要があるが、ビームやレーザーによる場合はマスクをする必要がない。

８）上述の実施例においては、インクジェットのノズルプレート素材１６ａにノズル孔１７を形成するためのプレス金型１とその製造方法、その金型を用いた成形加工方法に本発明を適用した場合を例として説明したが、その他種々のプレス成形用の金型、例えば、半導体のリードフレーム用のプレス金型や、ミシン又は車の部品を成形するためのプレス金型と、その製造方法、プレス成形加工方法に本発明を適用することもできる。

９）上述の実施例においては、焼き入れ鋼(クロムモリブデン鋼)で金型部材７を構成したが、超硬(例えば、微量コバルトを含むタングステンカーバイド(Ｗ-Ｃ-Ｃｏ,ＨＶ１０００〜２０００))にて構成してもよい。そしてＤＬＣ被膜としては超硬よりも硬くても良いが、超硬よりも硬度が低いＤＬＣ被膜を形成してもよい。

１０）超硬の材質で金型部材を構成する場合には、Ｃｒ被膜の代わりに、Ｗ(タングステン)被膜を形成し、そして上層にＤＬＣ被膜を同様に形成する。この場合において、ＤＬＣ被膜の傾斜材料はＷである。

１１）上述した実施例のプレス金型の製造方法とは異なり、金型部材７Ａの表面の一部にマスク部材３０(例えば、フォトレジスト(感光樹脂))を配置して、金型部材７Ａの表面をマスク部材３０によって覆うマスク工程と、そのマスク部材３０によって覆われていない金型部材７Ａにその母材よりも硬質な硬質被膜(例えば、Ｃｒ被膜８ＡとＤＬＣ被膜９Ａ)を形成する被膜形成工程とを備えた製造方法であってもよい。即ち、この製造方法によれば、硬質被膜８Ａ,９Ａが形成されていない部分が、硬質被膜８Ａ,９Ａが形成された部分よりも凹んでおり、その凹部１０Ａが潤滑剤溜１１Ａとなる。尚、その凹部１０Ａでは母材である金型部材７Ａが露出する。

本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更例をも包含するものである。

本発明の実施例に係るプレス金型の要部斜視図である。 プレス金型の成形型部の拡大斜視図である。 プレス金型の成形型部の構造を示す部分拡大断面図である。 プレス金型製造途中の金型部材の要部断面図である。 プレス金型製造途中のＣｒ被膜を形成した金型部材の要部断面図である。 プレス金型製造途中のＣｒ被膜とＤＬＣ被膜を形成した金型部材の要部断面図である。 プレス金型製造途中の潤滑剤溜形成工程を示す金型部材の要部断面図である。 プレス成形加工時の初期状態おけるプレス金型とノズルプレート素材などを示す図である。 プレス成形加工時のプレス状態におけるプレス金型とノズルプレート素材などを示す図である。 プレス成形後に研削加工したノズルプレートの要部拡大断面図である。 プレス金型製造途中の金型部材にマスク部材を被せて硬質被膜を形成したプレス金型の要部断面図である。

符号の説明

１ プレス金型
２ テーパ部
３ ポンチ部
４ 成形型部
５ 成形型面
７ 金型部材
８ Ｃｒ被膜
９ ＤＬＣ被膜
１０ 凹部
１１ 潤滑剤溜
１５ 集束イオンビーム
１６ ノズルプレート
３０ マスク部材

Claims (17)

1. ワークとの間に潤滑剤を介在させた状態でワークの成形加工に用いる金型において、
   前記金型の表面のうちの少なくともワークと接触する成形型面には、徴小深さの潤滑剤溜が形成されていることを特徴とする金型。
2. 前記金型の少なくとも前記成形型面には、金型の母材よりも硬質の硬質被膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
3. 前記硬質被膜はＤＬＣ被膜からなることを特徴とする請求項２に記載の金型。
4. 前記潤滑剤溜では、前記ＤＬＣ被膜が除去されていることを特徴とする請求項３に記載の金型。
5. 前記硬質被膜は、Ｗ被膜又はＣｒ被膜の何れかとＤＬＣ被膜とから構成され、
   前記Ｗ被膜又はＣｒ被膜はＤＬＣ被膜と金型の母材との間に形成され、
   前記潤滑剤溜では、Ｗ被膜又はＣｒ被膜が露出していることを特徴とする請求項４に記載の金型。
6. 前記潤滑剤溜は複数の凹部からなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の金型。
7. 前記潤滑剤溜は前記成形型面の２０〜８０％の領域に形成されたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の金型。
8. 前記潤滑剤溜は、前記成形型面のうち成形時にワークに先に接触する部分にそれ以外の成形型面よりも多く形成されていることを特徴とする請求項６に記載の金型。
9. 前記金型は、プレス金型であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の金型。
10. ワークの成形加工に用いる金型部材を有する金型を製造する方法において、
    前記金型部材の表面にその母材よりも硬質の硬質被膜を形成する被膜形成工程と、
    前記硬質被膜の表面に徴小深さの潤滑剤溜を形成する潤滑剤溜形成工程と、
    を備えたことを特徴とする金型の製造方法。
11. ワークの成形加工に用いる金型部材を有する金型を製造する方法において、
    前記金型部材の表面に徴小深さの潤滑剤溜を形成する潤滑剤溜形成工程と、
    前記金型部材の表面にその母材よりも硬質の硬質被膜を形成する被膜形成工程と、
    を備えたことを特徴とする金型の製造方法。
12. 前記潤滑剤溜形成工程では、集束イオンビーム又はレーザーにより潤滑剤溜を形成することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の金型の製造方法。
13. 前記潤滑剤溜形成工程では、プラズマにより潤滑剤溜を形成することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の金型の製造方法。
14. 前記被膜形成工程では、硬質被膜であるＤＬＣ被膜が形成されることを特徴とする請求項１０〜１３の何れかに記載の金型の製造方法。
15. ワークの成形加工に用いる金型部材を有する金型を製造する方法において、
    前記金型部材の一部を覆うマスク部材を配置するマスク工程と、
    前記マスク部材によって覆われていない金型部材に、その母材よりも硬質な硬質被膜を形成する被膜形成工程と、
    を備えたことを特徴とする金型の製造方法。
16. 金型を用いてワークを成形加工する成形加工方法において、
    少なくともワークと接触する成形型面に徴小深さの潤滑剤溜が形成された金型によって、前記潤滑剤溜に潤滑剤を溜めた状態で、ワークの成形加工を行うことを特徴とする成形加工方法。
17. 前記潤滑剤溜に潤滑剤を溜めるための潤滑剤の供給は、複数回の成形毎に行われることを特徴とする請求項１６に記載の成形加工方法。
    
    
    
    
    
    
    

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