JP5135479B2 - プレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形される被成形体に接触する面上に焼き付き防止用の保護膜が形成されたプレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法に関し、特に、ＰＶＤ法により形成された保護膜の耐焼き付き性を向上させたプレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法に関する。

プレス成形用の金型は、被成形体に対して剪断加工及び曲げ加工を繰り返す用途で使用されることから、被成形体の金属材料との間に摩擦が生じ、金型の表面には、摩擦熱による焼き付きが発生しやすい。この焼き付きを防止するために、潤滑剤を使用した場合においては、プレス加工後の被成形体に脱脂処理等を施す必要があるため、プレス成形後の後処理が煩雑になるという問題点がある。

この問題点を解決するために、近時のプレス成形用の金型には、被成形体に接触する成形面上に、焼き付き防止用の保護膜を形成することが行われている。例えば、特許文献１には、ＣＶＤ法（化学蒸着法）又はＰＶＤ法（物理蒸着法）等により、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の潤滑性を有する硬質保護膜を、金型の表面に形成する技術が開示されている。この特許文献１においては、保護膜の表面粗さを最大高さＲ_ｙで８μｍ以下とすれば、工具の耐久性が向上することが開示されており、保護膜の表面粗さＲ_ｙを小さくするために、ダイヤモンドラッピング等により研磨することが開示されている（特許文献１の段落００３５、００４７等）。

特許文献２には、金型等の耐摩耗性が必要とされる工具の製造方法が開示されており、工具の基体表面に、ＰＶＤ法の１つであるアーク式イオンプレーティング法により保護膜を形成すると、陰極の金属材料の一部が飛散して保護膜に付着し、直径が１乃至５μｍの球状のマクロ粒子により、工具寿命が低下することが開示されている。このマクロ粒子は、ドロップレットとよばれている。ＰＶＤ法により保護膜を形成する場合においては、ＣＶＤ法等の場合に比して、保護膜は表面が滑らかになるように形成される。よって、一般的に、ドロップレットは、除去されず、ドロップレットを除去する処理を行うと、局所的に工具の基体表面が露出し、保護膜の効果が得られなくなるという問題点がある。特許文献２においては、ドロップレットをラッピング処理等により機械的に除去した後、ラッピング処理後の保護膜上に、更に第２層目の被膜を形成することにより、ドロップレットが除去されることにより形成された凹部を埋めている（特許文献２の段落０００２乃至００１６）。

特許文献３には、Ｃｏ及びＮｉの一方又は双方を含有する保護膜が開示されており、保護膜にＣｏ及びＮｉを添加することにより、保護膜が潤滑剤を吸着する能力が向上し、これにより、保護膜表面の摩擦係数を低くできることが開示されている。また、特許文献２と同様に、特許文献３にも、ＰＶＤ法により保護膜を形成した場合に、ドロップレットが付着することが開示されている。しかし、特許文献３においては、保護膜に付着したドロップレットは、適度の密度で存在する場合には、被成形体に接触することにより順次脱落していき、保護膜表面の最終的な摩擦係数は小さくなると記載されている。一方、特許文献３には、保護膜の表面粗さが、最大高さＲ_ｙで０．６μｍを超えた場合、保護膜を設けた効果が小さくなることが記載されており、これを防止するために、ラッピングによりドロップレットを除去することも開示されている。この場合には、特許文献２と同様に、ラッピング処理後の保護膜上に、更に第２層目の被膜を形成している（特許文献３の段落００２９乃至００３５等）。

特開２００５−３０５５１０号公報 特開２００５−２８５４４号公報 特開２００８−３１０１１号公報

しかしながら、上記従来の技術には以下に示す問題点がある。特許文献１においては、保護膜の表面粗さが粗い場合に、表面をラッピングすることにより、金型の耐焼き付き性は改善している。しかし、保護膜の表面粗さを最大高さＲ_ｙで管理しているため、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、突出部の先端１０１のみがラッピングにより除去される。よって、ラッピング後には、凹部１０２が残り、これにより、凹部がノッチとして作用して衝撃破壊又は疲労破壊しやすいという問題点がある。また、ラッピング後においても、突出部の側部には、傾きが急峻な斜面１０３が残り、これにより、突出部間に研磨滓が凝着しやすいという問題点がある。なお、保護膜の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１に規定された十点平均粗さＲ_ｚ及び算術平均粗さＲ_ａで管理した場合にも同様である。

なお、ＪＩＳ Ｂ０６０１の表面粗さの規定においては、図１０に示すように、表面の凹凸部間の斜面１０３の傾斜が急峻な場合（図１０（ａ））と緩やかな場合（図１０（ｂ））とで、同一の平均粗さが算出されるため、両者には、同一の高さとなるようなラッピングが施される。よって、図１０に示すように、耐摩耗性に大きく影響を及ぼす凹凸部の斜面の傾斜に差異が生じ、金型の耐焼き付き性にばらつきが生じるという問題点がある。

特許文献２においては、ドロップレットを除去した後、ラッピング処理後の保護膜上に更に被膜を形成することにより、保護膜の耐摩耗性の低下を防止している。しかしながら、特許文献２においては、第２層目の被膜の厚さ及び表面粗さを管理する技術は、何等開示されていない。よって、被成形体に直接接触する保護膜表面の表面状態が不明である。

特許文献３においても、特許文献１と同様に、保護膜の表面粗さを最大高さＲ_ｙで管理しているため、金型が衝撃破壊又は疲労破壊しやすくなり、研磨滓が凝着しやすいという問題点がある。なお、特許文献３においては、第２層目の被膜により、所望の表面粗さが確保されると記載されているものの、被成形体に直接接触する第２層目の被膜については、研磨していない。即ち、特許文献３においては、第２層目の被膜に所定の表面粗さ（最大高さＲ_ｙ）を得るためには、実際に保護膜を形成する金型とは別に設けられた試験片により、所定の表面粗さが得られる被膜厚さを検討する必要があり、また、第２層目の被膜における表面粗さにばらつきが生じる虞もあり、生産性が低いという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ＰＶＤ法により形成された保護膜を有するプレス成形用金型において、高い耐焼き付き性を有するプレス成形用金型及びプレス成形金型用保護膜の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス成形用金型は、少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜が形成されたプレス成形用金型において、前記保護膜は、ＰＶＤ法により形成されており、その表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、前記選択区間の端部からｎ番目の分割点が、ｎ−１番目の分割点から前記選択区間が延びる方向にｄＸｎ、高さ方向にｄＺｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺ_ｎ／ｄＸ_ｎ）としたときに、下記数式１から算出される二乗平均平方根ＲΔｑが０．０３２以下であることを特徴とする。本発明のプレス成形用金型は、保護膜の表面粗さが各分割点における表面の傾きから算出された二乗平均平方根ＲΔｑにより管理されている。即ち、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４年、以下同じ）及びＪＩＳ Ｂ００３１（１９９４年、以下同じ）の規定より、各分割点における表面の傾きから二乗平均平方根ＲΔｑが算出され、この値ＲΔｑを０．０３２以下とすることにより、耐焼き付き性が向上する。

また、本発明において、スキューネスＲｓｋが１以下であることが好ましい。なお、このスキューネスＲｓｋは、下記数式２にて表される。即ち、前記Ｎ個に分割した個別区間の高さをＺｎとして、選択区間の二乗平均平方根高さＺｑを下記数式３で表す。そして、個別区間の高さＺｎの三乗の和を区間の分割数Ｎで除した三乗平均を、数式３の二乗平均平方根高さＺｑの三乗で除して得た数式が、下記数式２で示すスキューネスＲｓｋである。

更に、本発明に係るプレス成形用金型において、例えば前記保護膜は、前Ａｌを５０原子％以上含有する金属材を陰極とするＰＶＤ法により形成されたものである。

前記保護膜は、例えば前記被成形体に接触する側にＴｉＡｌＮ系の材料からなる第１薄膜が形成されたものである。この場合に、例えば前記保護膜は、前記成形面上に形成されたＣｒＮ系の材料からなる第２薄膜が形成され、この第２薄膜上に前記第１薄膜が形成されていることが好ましい。

本発明に係るプレス成形金型用保護膜の製造方法は、プレス成形用金型の少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜を形成するプレス成形金型用保護膜の製造方法において、反応ガス雰囲気中で、前記保護膜となる金属材料を陰極として、前記成形面上にＰＶＤ法により保護膜を形成する工程と、この保護膜の表面を研磨する工程と、を有し、前記保護膜の表面を研磨する工程は、前記保護膜の表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、前記選択区間の端部からｎ番目の分割点が、ｎ−１番目の分割点から前記選択区間が延びる方向にｄＸ_ｎ、高さ方向にｄＺ_ｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺ_ｎ／ｄＸ_ｎ）としたときに、前記数式１から算出される二乗平均平方根ＲΔｑを０．０３２以下となるように研磨するものであることを特徴とする。

このプレス成形金型用保護膜の製造方法において、前記保護膜の表面を研磨する工程は、更に、スキューネスＲｓｋが１以下となるように、表面を研磨することが好ましい。

本発明のプレス成形用金型は、ＰＶＤ法により金型の表面に形成された保護膜が、任意の選択区間において、パラメータＲΔｑによりその表面粗さが規定されている。このパラメータＲΔｑは、任意の選択区間が複数の個別区間に分割され、各分割点における表面の傾斜により算出されるため、最大高さ等による表面粗さに比して、保護膜の表面状態を精度よく管理できる。そして、このパラメータＲΔｑを０．０３２以下とすれば、プレス用金型に高い耐焼き付き性を得ることができる。

また、本発明においては、保護膜の表面状態が複数に分割された各分割区間の傾斜によって管理され、研磨後の保護膜はその傾斜が小さい。よって、ラッピング後の凹部をノッチとする金型の衝撃破壊及び疲労破壊を防止でき、研磨滓の凝着も防止できる。よって、本発明によれば、プレス用金型の寿命を飛躍的に向上させることができる。

よって、本発明の製造方法により製造されたプレス成形金型用保護膜によれば、プレス成形用金型の耐焼き付き性を高め、寿命を向上させることができる。

本発明に係るプレス成形用金型における保護膜の表面を示すＳＥＭ写真（５００倍）である。 ラッピング後の表面粗さが大きい保護膜の表面を示すＳＥＭ写真（５００倍）である。 従来のラッピング後の保護膜の表面を示すＳＥＭ写真（５００倍）である。 （ａ）乃至（ｃ）は本発明のプレス成形用金型における保護膜の表面粗さの調節方法を従来の表面粗さの調整方法と対比して示す図である。 パラメータＲΔｑに対するプレス成形用金型のショット可能数の変化を示すグラフ図である。 板材のプレス成形を示す模式図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施例における各試験片の表面粗さの測定結果を示す図である。 スキューネスと表面状態との関係を示す模式図である。 （ａ），（ｂ）は、表面粗さを最大高さで規定した場合におけるラッピング前後の保護膜の表面を一例として示す図である。 （ａ），（ｂ）は表面粗さを従来の基準により規定した場合における表面状態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係るプレス成形用金型について説明する。本発明におけるプレス成形用金型は、例えば図６に示すようなプレス成形機１０におけるダイ１１及びパンチ１２等であって、以下のように使用される。即ち、パンチ１２上に被成形体の例えば板材２を載置した後、例えば弾性部材により、パッド１３等を介して弾性力を印加することにより、板材２をパンチ１２上に固定する。この状態で板材２の上からダイ１１を下降させて、ダイ１１とパンチ１２との間に板材２を挟み込むことにより、板材２を所定の形状にプレス成形する。

この図６に示す例においては、ダイ１１及びパンチ１２には、板材２に剪断加工及び曲げ加工を繰り返すため、板材２に接触する部分には、摩擦が発生し、摩擦熱が生じ、これにより、ダイ１１及びパンチ１２の表面に焼き付きが生じて、使用することができなくなる。

この焼き付きを防止するために、本発明のプレス成形用金型は、少なくとも被成形体に接触する成形面上に、焼き付き防止用の保護膜が形成されている。本発明においては、保護膜は、例えばイオンプレーティング等のＰＶＤ法により形成されている。

この保護膜は、例えばＡｌを５０原子％以上含有する金属材を陰極（ターゲット）とするＰＶＤ法により形成されたものである。即ち、ターゲットとなる金属材は、例えば５２乃至５５原子％のＡｌを含有する。金属材は、Ａｌ以外に、例えばＴｉ：２０乃至２２原子％、Ｃｒ：２０乃至２２原子％及びＳｉ：５原子％程度を含有する。

そして、本発明における保護膜は、例えばＮをプロセスガスとして、上記金属材が金型の表面に蒸着されることにより、ＴｉＡｌＮ系の材料からなる薄膜（第１薄膜）が例えば１乃至５μｍの厚さで形成されたものである。このＴｉＡｌＮ系の保護膜は、従来から保護膜として使用されており、ＰＶＤ法により形成されることにより、その表面には、蒸発源の陰極金属の一部が蒸発した際に、イオン化できなかった金属が飛散して付着したドロップレットが形成される。保護膜上にドロップレットが付着したままプレス成形を行うことは、プレス成形用金型の焼き付きの原因となるため、本発明においては、ドロップレットは、研磨により除去されている。この際、本発明においては、従来使用されている表面粗さの基準に代えて、ＪＩＳ Ｂ０６０１及びＪＩＳ Ｂ００３１に規定された二乗平均平方根ＲΔｑを用い、このパラメータＲΔｑが０．０３２以下となるように管理されている。即ち、パラメータＲΔｑは、保護膜の表面の任意の区間を抜き出し、それを複数の個別区間に分割し、分割数をＮとし、選択区間の端部からｎ番目の分割点がｎ−１番目の分割点から選択区間が延びる方向にｄＸ_ｎ、高さ方向にｄＺ_ｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺ_ｎ／ｄＸ_ｎ）としたときに、各分割点における傾斜の二乗平均値の平方として、前記数式１により算出される。例えば１乃至４ｍｍの区間を１６６８乃至６６６７分割して、パラメータＲΔｑが算出される。

図１は本発明に係るプレス成形用金型における保護膜の表面を示すＳＥＭ写真、図２はラッピング後の表面粗さが大きい保護膜の表面を示すＳＥＭ写真、図３は従来のラッピング後の保護膜の表面を示すＳＥＭ写真である。なお、これらの図１乃至３における拡大倍率は、夫々５００倍である。従来、ドロップレットをラッピングする際には、ラッピング後の保護膜の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１に規定された最大高さＲ_ｙ、十点平均粗さＲ_ｚ又は算術平均粗さＲ_ａで管理しているため、図４（ｂ）に示すように、表面の凹凸部の先端のみがラッピングにより除去され、保護膜の表面には、図３に示すように、凸部の先端及び凹部には、鋭利な角部が残る。そうすると、保護膜が衝撃破壊又は疲労破壊しやすくなったり、研磨滓が凝着して金型の寿命が短くなるという問題点があったり、保護膜表面の凹凸部間の斜面の傾斜が急峻な場合と緩やかな場合とで金型の耐焼き付き性にばらつきが生じるという問題点がある。しかしながら、本発明においては、上記のようにパラメータＲΔｑにより、各分割点における傾斜により表面の粗さが管理され、パラメータＲΔｑが０．０３２以下となるように研磨されることにより、図４（ｃ）に示すように、表面の凹凸は、均一に平滑となるように研磨され、図１に示すように、保護膜の表面には、鋭利な部分は残されていない。これにより、本発明においては、上記のような問題は発生せず、プレス成形される例えば金属板と保護膜との間の摩擦を大きく低減でき、金型の焼き付きが防止されることにより、プレス成形用金型の寿命を飛躍的に向上させることができる。なお、保護膜の表面粗さをパラメータＲΔｑにより管理した場合においても、ＲΔｑが０．０３２を超えている場合には、図２に示すように、保護膜の表面には、凹部が残り、本発明の効果を十分に得ることができない。

ここで、本発明におけるパラメータＲΔｑの数値限定理由について、図５を参照して説明する。図５はパラメータＲΔｑに対するプレス成形用金型のショット可能数の変化を示すグラフ図である。なお、グラフ図中の各プロットは、後述する実施例の試験結果を示し、白丸のプロットは、ＴｉＡｌＮ系の保護膜をアークイオンプレーティング法により形成した場合、黒丸のプロットは、ＴｉＣ系の保護膜をアークイオンプレーティング法により形成した場合、三角形のプロットは、ＶＣ系の保護膜を溶融塩浸漬法により形成した場合、四角形のプロットはＴｉＮ系の保護膜をアークイオンプレーティング法により形成した場合を示す。そして、図５の実線は、ＴｉＡｌＮ系の保護膜における耐久試験結果を基に算出されたＲΔｑに対するプレス成形用金型のショット可能数の関係を示す。図５に示すように、パラメータＲΔｑが０．０３２を超えている領域においては、プレス成形用金型のショット可能数は、３００回未満であり、金型の寿命が短い。しかし、パラメータＲΔｑが０．０３２以下になると、ショット可能数が飛躍的に増加し、ショット可能数は１０００回以上となり、パラメータＲΔｑが０．０３０において、ショット可能数は、６０００回となる。このように、保護膜の表面粗さの管理にパラメータＲΔｑを用いることにより、金型の耐久寿命を飛躍的に向上させることができる。図５に示すように、パラメータＲΔｑは、０．０３２以下であればよく、０．０３０以下であることが好ましい。しかし、これらの数値に限定されず、パラメータＲΔｑは、小さければ小さい程よい。なお、図５に示すように、ＶＣ系の保護膜を溶融塩浸漬法により形成した場合においては、パラメータＲΔｑが０．０２程度まで小さくなっても、プレス成形用金型のショット可能数は、２０００回程度であり、アークイオンプレーティング法等のＰＶＤ法に比して、寿命向上の効果は小さい。よって、本発明においては、保護膜はアークイオンプレーティング法等のＰＶＤ法により形成されていることが好ましい。

なお、第１薄膜と基材である金型との密着性の向上及び保護膜全体の耐圧性の向上を目的として、金型の表面には、例えばＣｒＮ系の材料からなる下地となる保護膜（第２薄膜）が例えば２乃至５μｍの厚さで形成されていてもよい。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の保護膜の二乗平均平方根ＲΔｑを０．０３２以下とすると共に、更に、保護膜のスキューネスＲｓｋを１以下とするものである。スキューネスＲｓｋは、歪み度ともいわれ、対象となる面の山谷の対称性を示す目安になる。

このスキューネスＲｓｋは、上記数式２にて表される。即ち、Ｎ個に分割した個別区間の高さをＺｎとして、選択区間の二乗平均平方根高さＺｑを前記数式３で表した場合、個別区間の高さＺｎの三乗の和を区間の分割数Ｎで除した三乗平均を、数式３の二乗平均平方根高さＺｑの三乗で除して得た数式が、前記数式２で示すスキューネスＲｓｋである。このスキューネスは、表面に高い突起が存在する場合にはプラスの値になり、突起とピット（谷）が対称な場合には、０に近づき、ピットが多い表面の場合にはマイナスの値を示す。スキューネスの値は、研磨後に表面に残留した少数の突起及びピットの存在に敏感であり、Ｒａ及びＲΔｑで比較すると、ほぼ同様の値を示す表面であっても、スキューネスは異なる値を示すことがある。本発明者等は、しごき率が高い板成形の場合には、表面に残留した突起が少数であっても、そこを起点として、焼き付き及び応力の集中による皮膜の損傷が生じることを見いだした。これらの変化は、Ｒａ及びＲΔｑでは捉えきれないものであり、使用条件が厳しい（板強度が高いか、しごき率が高い）場合には、上記Ｒａ及びＲΔｑと共に、スキューネスを併用して皮膜の状態及び金型寿命を判断すべきものである。

本発明者等は、スキューネスＲｓｋの値が、１以下の場合に、しごき率が高い条件であっても、皮膜の損傷及び焼き付きが生じることなく、長寿命の成型用金型表面が得られることを見いだした。このスキューネスの値は、好ましくは、０．７以下である。また、スキューネスＲｓｋの値がマイナスの大きな値になるということは、表面に深いピットが増えることを意味している。ピットは突起に比較すると、金型の寿命への影響は少ないが、鋼板強度が低い場合等において、ピットの部分に鋼板が圧入され、焼き付きの起点となることが皆無とはいえない。このため、スキューネスＲｓｋは−１以上であることが好ましく、より好ましくは、−０．７以上である。

図８はスキューネスＲｓｋと表面状態との関係を示す模式図である。図８（ａ）に示す表面状態は、スキューネスＲｓｋがプラスに大きく、焼き付きが発生しやすいものである。一方、図８（ｅ）に示す表面状態は、スキューネスＲｓｋがマイナスに大きく、焼き付きにくいものである。表面に存在する突起及びピットの数が、相対的に少ない場合には、これらの表面をＲａ，Ｒｙ及びＲΔｑで判別することは困難である。

次に、本発明のプレス成形金型用保護膜の製造方法について説明する。先ず、プロセスガスの例えば窒素ガスが供給されているチャンバ内に保護膜形成対象の金型を導入する。そして、例えばバイアス電源に接続された例えばロータリーテーブル上に金型を載置する。真空チャンバの側壁には、アーク電源に接続された例えば平板状のターゲットが設けられている。ターゲットは、例えば５２乃至５５原子％のＡｌを含有し、更にＴｉ：２０乃至２２原子％、Ｃｒ：２０乃至２２原子％及びＳｉ：５原子％程度を含有する金属板であり、双方の電源から電力を供給すると、金型とターゲットとの間にアーク放電が生じ、ターゲットの表面には、アークスポットが形成される。このアークスポットに集中する電気エネルギーにより、金属材中のＡｌ、Ｔｉ、及びＣｒ等の成分が瞬時に蒸発・イオン化し、真空チャンバ内に飛散する。そして、各イオン化した金属粒は、プロセスガスの例えばＮと反応して、金型の方面に薄膜状に付着し、保護膜が形成される。金型の表面に保護膜が所定の厚さで形成されたら、真空チャンバから保護膜付きの金型を取り出す。

次に、金型の表面に形成された保護膜を研磨する。従来のラッピングにおいては、例えば回転式工具によるハンドラッピングを実施したり、表面粗さの番数が小さい例えば６００番以下のスポンジ状研磨材を用いてラッピングを施している。即ち、従来は、保護膜の表面を研磨しすぎることを恐れて、軟質の研磨材を使用していた。しかしながら、本発明においては、例えばフェルトを固形化した比較的硬質の研磨材に、例えば表面粗さが３０００番程度となるようにダイヤモンドペーストを塗布してラッピングを実施する。これにより、従来の研磨方法によるドロップレットの研磨不足を解消し、十分に保護膜の表面を研磨することができる。

本発明においては、表面粗さのパラメータＲΔｑが０．０３２以下となるように研磨することにより、表面の凹凸は、均一に平滑となるように研磨され、図１に示すように、保護膜の表面には、鋭利な部分は残されない。又は、ＲΔｑが０．０３２以下、及びスキューネスＲｓｋが１以下になるように、表面粗さを管理する。これにより、保護膜が衝撃破壊又は疲労破壊しやすくなったり、研磨滓が凝着して金型の寿命が短くなるか、又は金型の耐焼き付き性にばらつきが生じるという問題点は発生しない。また、プレス成形される例えば金属板と保護膜との間の摩擦を大きく低減でき、金型の焼き付きが防止されることにより、プレス成形用金型の寿命を飛躍的に向上させることができる。

保護膜の研磨の際には、その表面粗さの管理にパラメータＲΔｑを用いるか、又はＲΔｑとスキューネスＲｓｋとを併用する。即ち、ＲΔｑは、保護膜の表面の任意の区間を抜き出し、それを複数の個別区間に分割し、分割数をＮとし、選択区間の端部からｎ番目の分割点がｎ−１番目の分割点から選択区間が延びる方向にｄＸ_ｎ、高さ方向にｄＺ_ｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺ_ｎ／ｄＸ_ｎ）としたときに、各分割点における傾斜の二乗平均値の平方として前記数式１により算出される。例えば１乃至４ｍｍの区間を１６６８乃至６６６７分割して、パラメータＲΔｑが算出される。また、スキューネスＲｓｋは、Ｎ個に分割した個別区間の高さをＺｎとして、選択区間の二乗平均平方根高さＺｑを数式３で表した場合、個別区間の高さＺｎの三乗の和を区間の分割数Ｎで除した三乗平均を、数式３の二乗平均平方根高さＺｑの三乗で除して得たものである。

なお、金型の表面に、例えばＣｒＮ系の材料からなる下地となる保護膜（第２薄膜）を形成する場合においては、上記第１薄膜の形成に先立ち、ターゲットとして金属Ｃｒと５０原子％以下の４属、５属又は６Ａ属の金属元素を含有するターゲットを使用して、アークイオンプレーティングにより形成すればよい。

以下、本発明の構成による効果について、その実施例を比較例と比較して説明する。先ず、本発明の第１実施例について説明する。プレス成形用の金型の表面に、保護膜を形成した。本実施例における金型は、ＳＫＤ１１相当の鋼を硬さが６０ＨＲＣとなるように調質したダイ及びパンチである。保護膜の形成は、溶融塩浸漬（ＴＤ）法又はアークイオンプレーティング法による。溶融塩浸漬法においては、ＶＣ系の塩浴中に金型を浸漬して表面にＶＣ系の保護膜を形成した後、焼入れ・焼戻し処理を施し、その後、ラッピング処理を施すことにより、保護膜を８μｍの厚さで形成した。また、アークイオンプレーティング法においては、ターゲット（陰極）材として、Ｔｉ：５０原子％及びＡｌ：５０原子％（但し、各成分中には不可避的不純物も含まれる）を使用し、チャンバ中に導入するプロセスガスとして窒素ガス又は窒素とメタン等の炭化水素との混合ガスを使用し、各プロセスガス雰囲気中でアークイオンプレーティング法により、金型の表面にＴｉＣ系、ＴｉＮ系又はＴｉＡｌＮ系の保護膜を種々の厚さで形成した。

その後、各保護膜を研磨した。研磨の際には、各保護膜の表面を、表面粗さ測定器（東京精密社製、製品名：ＨＡＮＤＹＳＵＲＦ Ｅ−３５Ｂ、高さ方向の分解能０．０１μｍ）に設けられた触針式変位型ピックアップ（先端形状：円錐形、先端径：５μｍ）によりトレースし、トレース結果を解析ソフト（東京精密社製、製品名：ＴｉＭＳ Ｌｉｇｈｔ）により解析し、ＪＩＳ Ｂ０６０１及びＪＩＳ Ｂ００３１に準拠してパラメータＲΔｑを算出することにより管理した。このとき、測定結果のカットオフ値λｃは０．８ｍｍとし、測定長ｌｎは４．０ｍｍとした。同時に、各実施例及び比較例において、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定された算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｙを算出した。各実施例及び比較例の保護膜が形成されたダイ１１及びパンチ１２を、図６に示すようにプレス成形機１０に設置し、パンチ１２上に金属板２を載置した後、例えば弾性部材により、パッド１３等を介して弾性力を印加することにより、板材２をパンチ１２上に固定した。この状態で、板材２の上からダイ１１を下降させて、ダイ１１とパンチ１２との間に板材２を挟み込むことにより、板材２をプレス成形した。金属板２としては、板厚が３．２ｍｍの熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ５９０）を使用し、潤滑油なし（ワーク材の防錆材のみ）でプレス成形した。なお、加工速度は４０ｓｐｍ（ｓｈｏｔ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）、しごき率（板厚減肉量／元の板厚）を７％とした。各実施例及び比較例におけるショット可能数の測定結果を表１に示す。また、実施例Ｎｏ．３、比較例Ｎｏ．４、Ｎｏ．７及びＮｏ．８については、上記表面粗さ測定器によりトレースし、トレース結果を上記解析ソフトにより解析した。解析した保護膜の表面粗さ曲線を、夫々図７（ａ）乃至（ｄ）に示す。

表１に示すように、本発明の構成を満足する実施例Ｎｏ．１乃至３は、溶融塩浸漬法によって保護膜を形成した比較例Ｎｏ．４、並びにパラメータＲΔｑが０．０３２を超えた比較例Ｎｏ．５乃至８に比して、ショット可能数が飛躍的に向上し、３０００ショットでも焼き付きが発生しなかった。

表１に示すように、比較例Ｎｏ．６と比較例Ｎｏ．８とを比較すると、算術平均粗さＲ_ａが等しくなっているが、ショット可能数は、１２０回と９４５回とで大きな差異が生じている。同様に、実施例Ｎｏ．１と比較例Ｎｏ．８とを比較すると、十点平均粗さＲ_ｚが０．８０程度であるが、ショット可能数は１２０回と３０００回以上とで大きな差異が生じている。しかし、本発明のパラメータＲΔｑは、ショット可能数との間に、明確に相関関係を有している。即ち、図７（ａ）（比較例Ｎｏ．７）及び図７（ｂ）（比較例Ｎｏ．８）に示すように、ＲΔｑが０．０３２を超えている場合においては、保護膜の表面は、凹凸の双方が大きく、ＲΔｑの減少とともに、凹凸が小さくなる。そして、パラメータＲΔｑが０．０３２以下となると、図７（ｃ）（実施例Ｎｏ．３）に示すように、保護膜の表面の凹凸は、極めて小さくなる。よって、本発明によれば、パラメータＲΔｑにより、表面粗さを管理しながら研磨を実施することにより、プレス成形用金型の寿命を確実に向上させることができる。なお、図７（ｄ）（比較例Ｎｏ．４）は溶融塩浸漬法により保護膜を形成しているので、ドロップレットの付着はなく、本発明のパラメータＲΔｑによって表面粗さを管理する効果が小さくなっている。

次に、本発明の第２実施例について説明する。第１実施例と同様の方法で、ＴｉＡｌＮ系の保護膜を約１０μｍの厚さに金型上に形成し、種々の条件を変えて研磨を行った。研磨後の各保護膜の表面を、表面粗さ測定器（東京精密社製、製品名：ＨＡＮＤＹＳＵＲＦ Ｅ−３５Ｂ、高さ方向の分解能：０．０１μｍ）に設けられた触針式変位型ピックアップ（先端形状：円錐形、先端径：５μｍ）によりトレースし、トレース結果を解析ソフト（東京精密社製、製品名ＴｉＭＳ Ｌｉｇｈｔ）により解析し、ＪＩＳ Ｂ０６０１及びＪＩＳ Ｂ００３１に準拠してパラメータＲｓｋを算出することにより管理した。このとき、測定結果のカットオフ値λｃは０．８ｍｍとし、測定長ｌｎは４．０ｍｍとした。同時に、各実施例及び比較例において、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定された算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ及び二重平均平方根傾斜ＲΔｑを算出した。各実施例及び比較例の保護膜が形成されたダイ１１及びパンチ１２を、図６に示すようにプレス成形機１０に設置し、パンチ１２上に金属板２を載置した後、例えば弾性部材により、パッド１３等を介して弾性力を印加することにより、板材２をパンチ１２上に固定した。この状態で、板材２の上からダイ１１を下降させて、ダイ１１とパンチ１２との間に板材２を挟み込むことにより、板材２をプレス成形した。金属板２としては、板厚が３．２ｍｍの熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ５９０）を使用し、潤滑油なし（ワーク材の防錆材のみ）でプレス成形した。なお、加工速度は４０ｓｐｍ（ｓｈｏｔ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）、しごき率（板厚減肉量／元の板厚）を１０％とした。各実施例及び比較例におけるショット可能数の測定結果を表２に示す。

この表２に示すように、しごき率が１０％のように高い場合に、ＲΔｑが０．０３２以下であっても、スキューネスＲｓｋが１を超える場合は、ショット可能回数が１４００以下となるときがある。これに対し、スキューネスＲｓｋが１以下の場合は、ショット可能回数は１５００回を超えている。但し、実施例１２及び１３は、ショット回数が１５００回超まで可能であったが、１５００回の近傍で一部に皮膜の損傷が認められた。しかし、この実施例１２及び１３でも、製品の焼き付きは発生していない。このように、実施例１に比して厳しい成形条件の実施例２の場合は、ＲΔｑに加えて、スキューネスＲｓｋを併用して、表面の仕上状態を管理することが、金型寿命の向上に有効であることがわかる。

１０：プレス成形機、１１：ダイ、１２：パンチ、１３：パッド、２：板材（金属板）

Claims (7)

1. 少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜が形成されたプレス成形用金型において、
   前記保護膜は、ＰＶＤ法により形成されており、その表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、前記選択区間の端部からｎ番目の分割点が、ｎ−１番目の分割点から前記選択区間が延びる方向にｄＸ_ｎ、高さ方向にｄＺ_ｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺ_ｎ／ｄＸ_ｎ）としたときに、下記数式から算出される二乗平均平方根ＲΔｑが０．０３２以下であることを特徴とするプレス成形用金型。
   

   
2. 前記Ｎ個に分割した個別区間の高さをＺｎとして、この高さＺｎの三乗の和を区間の分割数Ｎで除した三乗平均を、下記数式にて示す選択区間の二乗平均平方根高さＺｑの三乗で除して得た下記数式Ｒｓｋで表されるスキューネスが１以下であることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形用金型。
   

   

   
   

   
3. 前記保護膜は、Ａｌを５０原子％以上含有する金属材を陰極とするＰＶＤ法により形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形用金型。
4. 前記保護膜は、前記被成形体に接触する側にＴｉＡｌＮ系の材料からなる第１薄膜が形成されたものであることを特徴とする請求項３に記載のプレス成形用金型。
5. 前記保護膜は、前記成形面上に形成されたＣｒＮ系の材料からなる第２薄膜が形成され、この第２薄膜上に前記第１薄膜が形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載のプレス成形用金型。
6. プレス成形用金型の少なくとも被成形体に接触する成形面上に、プレス成形時の焼き付きを防止するための保護膜を形成するプレス成形金型用保護膜の製造方法において、
   反応ガス雰囲気中で、前記保護膜となる金属材料を陰極として、前記成形面上にＰＶＤ法により保護膜を形成する工程と、この保護膜の表面を研磨する工程と、を有し、
   前記保護膜の表面を研磨する工程は、前記保護膜の表面から抜き出された任意の選択区間を複数の個別区間に分割し、その分割数をＮとし、前記選択区間の端部からｎ番目の分割点が、ｎ−１番目の分割点から前記選択区間が延びる方向にｄＸｎ、高さ方向にｄＺｎ移動した位置にあるとして、前記ｎ番目の分割点における表面の傾斜を（ｄＺ_ｎ／ｄＸ_ｎ）としたときに、下記数式から算出される二乗平均平方根ＲΔｑを０．０３２以下となるように研磨するものであることを特徴とするプレス成形金型用保護膜の製造方法。
   

   
7. 前記保護膜の表面を研磨する工程は、更に、前記Ｎ個に分割した個別区間の高さをＺｎとして、この高さＺｎの三乗の和を区間の分割数Ｎで除した三乗平均を、下記数式にて示す選択区間の二乗平均平方根高さＺｑの三乗で除して得た下記数式Ｒｓｋをスキューネスとしたとき、スキューネスが１以下となるように、研磨するものであることを特徴とする請求項６に記載のプレス成形金型用保護膜の製造方法。
   
   

   

   
   

   

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