JP7745860B1 - パンチおよびパンチの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単に被膜を形成した以上にパンチの耐久性を向上させることができるようにする。
【解決手段】パンチは、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチであって、ランドに、PVD(Physical Vapor Deposition)による被膜が成膜されていて、被膜の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、被膜の表面に凹凸が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明はパンチおよびパンチの製造方法に関し、特に、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチおよびパンチの製造方法に関する。

鍛造の圧造による成形または穴あけには、金型として、パンチやダイス（ダイ）が用いられる。各種の被膜を形成した金型も用いられている。

パンチと、内面にＣｒＮ層とＴｉＡｌＮ層との積層構造を有する被膜を形成したダイとを備えた鍛造用金型を使用し、ダイ内にワークを挿入した後、そのワークを後方押し出し成形する等速ジョイント用外輪の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、パンチの表層部に酸素を含む硫化鉄粒子と窒化鉄粒子からなる化合物層を有する表面処理を施した鍛造用パンチを用いて、１０００乃至１２００℃の鋼材を鍛造する際に、水溶性高分子系潤滑剤を表面温度が２５０乃至３５０℃のパンチ表面に噴霧または塗布することにより該パンチ表面に厚さ３５μｍ以上の被膜を付着させ、前記水溶性高分子系潤滑剤を使用してパンチの温度が表面から３ｍｍの位置で２５０乃至３５０℃になるように冷却・潤滑しながら前方押出しまたは後方押出し鍛造することを特徴とする鋼材の熱間鍛造方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、ダイおよびパンチの少なくとも被加工部材と接する部位の表面にＮｉ－Ｐ、Ｃｒ、窒化物、硼化物、炭素化合物、チタン化合物、タングステン化合物、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状結晶のうち少なくとも一つを含む被膜を形成するとともに、上記ダイおよびパンチの摩擦係数が８５％以下に設定された部位の表面に形成された上記被膜中にＢ、Ｃ、Ｆまたは窒化物、硼化物、炭素化合物、フッ化物、硫化物のうち少なくとも一つを含む潤滑性物質が添加されている金型もある（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１０－２４７１８８号公報 特許第４２２４２１９号公報 特開平９－２５３７７０号公報

しかしながら、パンチに被膜を形成し、被膜の構成を変更するだけでは、パンチの耐久性を向上させるのには限界があった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、単に被膜を形成した以上にパンチの耐久性を向上させることができるようにするものである。

本発明の一側面のパンチは、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチであって、ランドに、PVD(Physical Vapor Deposition)による被膜が成膜されていて、被膜の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、被膜の表面に凹凸が形成されていて、凹凸は、被膜の表面から被膜の膜厚の３分の１から３分の２の深さに達し、凹凸によって、ランドの被膜の全体の面積に対して１５％以上３０％以下（３０％を除く）の面積が凹む。

被膜の表面において凹凸をなす形状の輪郭は、単一閉曲線または多角形とすることができる。

ランドの周に、凹凸をなす形状をらせん状に配列して、被膜の表面に凹凸を形成することができる。

被膜の表面に円形、楕円、長円またはオーバルの輪郭の形状を配列して、被膜の表面に凹凸を形成することができる。

被膜に前記形状の穴を配列することで、凹凸を形成することができる。

被膜に配列されている穴の被膜の表面における直径を、２０μｍから１００μｍとすることができる。

被膜に形状の突起を配列することで、凹凸を形成することができる。

被膜に、TiN膜、TiAlN膜、CrN膜、TiCN膜またはDLC（Diamond Like Carbon）膜を含ませることができる。

被膜を、多層の膜から構成することができる。

本発明の一側面の製造方法は、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチの製造方法であって、パンチの本体にランドを形成し、ランドに、PVDによる被膜を成膜し、被膜の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、被膜の表面に凹凸を形成し、凹凸は、被膜の表面から被膜の膜厚の３分の１から３分の２の深さに達し、凹凸によって、ランドの被膜の全体の面積に対して１５％以上３０％以下（３０％を除く）の面積が凹むものである。

本発明の他の側面の製造方法は、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチの製造方法であって、パンチの本体にランドを形成し、本体におけるランドの部分の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、本体におけるランドの部分の表面に凹凸を形成し、凹凸が形成された本体におけるランドの部分に、PVDによる被膜を成膜し、被膜の表面における凹凸は、被膜の表面から被膜の膜厚の３分の１から３分の２の深さに達し、被膜の表面における凹凸によって、ランドの被膜の全体の面積に対して１５％以上３０％以下（３０％を除く）の面積が凹むものである。

以上のように、本発明によれば、単に被膜を形成した以上にパンチの耐久性を向上させることができる。

本発明の実施の形態のパンチ１１の構成の例を示す側面図である。 パンチ１１の先端側を拡大して示す拡大図である。 被膜の断面を拡大して示す拡大断面図である。 被膜の表面に形成された凹凸の形状の例を示す図である。 被膜の表面に形成された凹凸の形状の他の例を示す図である。 パンチ１１の製造方法の例を説明するフローチャートである。 パンチ１１の製造方法の他の例を説明するフローチャートである。 被膜３２の表面に形成された実際の凹凸の形状を示す図である。 被膜３２に形成された実際の凹部４１の深さの測定結果を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、発明の詳細な説明に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、発明の詳細な説明に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の詳細な説明中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

本発明の一側面のパンチは、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチ（例えば、図２のパンチ１１）であって、ランド（例えば、図２のランド２２）に、PVD(Physical Vapor Deposition)による被膜が成膜されていて、被膜の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状（例えば、図４の凹部４１）が配列されることで、被膜の表面に凹凸が形成されている。

以下、図１乃至図９を参照して、本発明の実施の形態のパンチについて説明する。

まず、本発明の一実施の形態のパンチ１１の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態のパンチ１１の構成の例を示す側面図である。図２は、パンチ１１の先端側を拡大して示す拡大図である。図３は、被膜の断面を拡大して示す拡大断面図である。図４は、被膜の表面に形成された凹凸の形状の例を示す図である。

パンチ１１は、鍛造の際、コンテナ穴または材料内部に入り込み、荷重を与える金型部品である。ここで材料は、鍛造の成形の対象となる、鉄鋼、アルミニウム合金、銅合金、チタン合金またはマグネシウム合金などの金属材料である。パンチ１１は、ポンチまたはピンなどとも称される。パンチ１１は、対となるダイ（ダイス）と共に金型を構成する。すなわち、パンチ１１は、ダイと共に、上下方向または水平方向に一対の金型を構成する。

パンチ１１は、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いられる。例えば、パンチ１１は、全体として、丸棒状に形成されている。パンチ１１は、ダイにより取り囲まれている材料に押し付けられて成形をする。

パンチ１１は、材料に押し付けて成形をするために、その表面が、鍛造品の寸法または形状に合うような形状をした強固な金属体であると言える。

パンチ１１は、一体に金属で形成されている。パンチ１１は、先端部２１、ランド２２、刃先２３、シャンク２４およびヘッド２５を含み構成されている。先端部２１は、ダイにより取り囲まれている材料に押し付けられる部分である。ランド２２は、先端部２１に近接している側面に形成されている。ランド２２は、冷間鍛造の圧造による成形の際、ダイとの隙間であって、材料を金型外に流出させるための平行な隙間を形作る型面部分である。または、ランド２２は、冷間鍛造の圧造による穴あけの際、ダイと噛み合って、材料に孔（穴）を形成するためのダイとの所定の平行な隙間を形作る型面部分である。

先端部２１およびランド２２は、冷間鍛造の圧造により成形される成形品の形状または孔の形状に対応した形状とされる。

刃先２３は、パンチ１１の先端部２１側に、先端部２１およびランド２２に続いて形成される部分である。刃先２３は、先端部２１およびランド２２を含む部分の名称としても用いられる。刃先２３は、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけの際に、対となるダイに挿入される。例えば、刃先２３は、ランド２２に対して僅かに細く形成されている。

シャンク２４は、鍛造機に取り付けるために設けられている取り付け部である。すなわち、パンチ１１は、シャンク２４が保持されることで、鍛造機に取り付けられる。例えば、シャンク２４は、刃先２３に比較して太く形成されている。ヘッド２５は、いわゆるパンチ頭部であり、鍛造機から加えられるパンチ１１の長手方向の力を受ける。例えば、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけするとき、パンチ１１のヘッド２５には、図１中の左側から右側の向きの力が鍛造機から加えられて、先端部２１が材料に押し付けられる。例えば、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけの後、パンチ１１のヘッド２５には、図１中の右側から左側の向きの力が鍛造機から加えられて、材料から刃先２３が抜き取られる。

パンチ１１は、先端部２１、ランド２２、刃先２３、シャンク２４およびヘッド２５を含み一体の本体３１により形成されている。本体３１は、炭素工具鋼、低合金工具鋼、高合金工具鋼、高速度鋼または粉末高速度工具鋼などの金属よりなる。

図２および図３に示されるように、ランド２２の表面には、被膜３２が形成されている。被膜３２は、PVD(Physical Vapor Deposition)による被膜である。ここで、PVDとは、抵抗加熱や電子ビームによる加熱、またはスパッタリングなど物理的な方法で金属や化合物などを蒸発させ、基材（対象物（この場合、本体３１））上に堆積させて皮膜を得る方法である。PVDの代表的な方法として、真空蒸着、イオンプレーティングおよびスパッタリングが挙げられる。例えば、ランド２２の表面には、イオンプレーティングにより被膜３２が形成されている。イオンプレーティングは、蒸着物質にプラズマ中で正電荷を付与し、基材に負電荷を付与することにより、蒸着させる手法である。被膜３２は、PVDによる被膜なので、被膜３２の材料の種類が豊富であり、特に被膜３２として多元系合金を用いることができる。また、被膜３２は、PVDによる被膜なので、より低温で被膜３２を成膜でき、本体３１の鈍りや寸法変化を抑制することができる。

被膜３２は、TiN(Titanium Nitride（窒化チタン）)膜、TiAlN（Titanium Aluminium Nitride（窒化チタンアルミニウム））膜、CrN(Chromium Nitride（窒化クロム）)膜、TiCN(Titanium Carbon Nitride（炭化チタン）)膜またはDLC（Diamond Like Carbon）膜の少なくともいずれか一つを含む。被膜３２は、TiN層、TiAlN層、CrN層、TiCN層またはDLC層などを含む多層の膜からなるようにしてもよい。例えば、被膜３２の膜厚は、１μｍ乃至５μｍとされる。

図３および図４に示されるように、被膜３２の表面には、凹凸が形成されている。図３において、横方向は、図１および図２における横方向に対応する。なお、図３において、横方向の縮尺と縦方向の縮尺は異なる。図４において、縦方向は、図１および図２における横方向に対応する。図４において、横方向は、ランド２２の周方向に対応する。つまり、図４において、横方向は、円筒状のランド２２を、円筒の側面として平面に展開した場合の周（図１および図２における縦方向）に沿う方向に対応する。

被膜３２の表面の凹凸は、被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状の凹部４１および凸部４２が繰り返されるように配置されることで形成されている。すなわち、被膜３２の表面の凹凸は、凹部４１および凸部４２が配列されることで形成されている。配列するとは、均等な間隔で並んでいる等間隔配列、互い違いに配列される千鳥配列、ランダムな間隔で並んでいるランダム間隔配列、所定のパターンの間隔で並んでいるパターン配列などを含み、所望の間隔で列に並べること、および列の向きに交差する方向に所定のずれが生じるように並べることを含む意味である。

被膜３２の表面には、複数の凹部４１が形成されている。凸部４２は、被膜３２の表面において、凹部４１以外の部分である。凹部４１は、それぞれ、被膜３２の表面において円形の輪郭の穴である。例えば、凹部４１は、それぞれ、球冠（spherical cap）（平面により切断された球の一部）状に形成されている。なお、例えば、凹部４１は、それぞれ、任意の曲面状に形成してもよいし、底面が平になるように形成するようにしてもよいし、断面が直線状の斜面となるように形成するようにしてもよい。

図３に示されるように、凹部４１は、本体３１には到達しない。すなわち、凹部４１は、被膜３２内での凹みである。言い換えれば、凹部４１の深さは、被膜３２の膜厚未満とされている。

例えば、凹部４１は、被膜３２の表面に複数形成されていて、被膜３２の表面に、一定の間隔で配置されている。すなわち、凹部４１は、被膜３２の表面に、配列されている。例えば、凹部４１は、ランド２２の表面において、所定の方向に１列に並びつつ、１条のらせん状に配置されている。より具体的には、凹部４１は、ランド２２の表面において、パンチ１１の長手の方向に１列に並びつつ、１条のらせん状に配置されている。

なお、例えば、凹部４１は、ランド２２の表面において、所定の方向に２列に並びつつ、２条のらせん状に配置するようにしてもよい。より具体的には、凹部４１は、ランド２２の表面において、パンチ１１の長手の方向に２列に並びつつ、２条のらせん状に配置するようにしてもよい。

このように、凹部４１は、ランド２２の表面において、１条または複数条のらせん状に配置されている。すなわち、凹部４１は、ランド２２の表面において、らせん状に配置することができる。

例えば、被膜３２の表面における、凹部４１の面積は、被膜３２の表面の全体の２０％とされている。被膜３２の表面における、凹部４１の面積は、被膜３２の表面の全体の５％以上５０％以下が好ましい。この場合、パンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数に増加が認められた。

より好ましくは、被膜３２の表面における、凹部４１の面積は、被膜３２の表面の全体の１０％以上４０％以下である。この場合、パンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数が大幅に増加した。パンチ１１の耐久性を追求する場合には、凹部４１の面積は、被膜３２の表面の全体の１５％以上３０％以下とされる。この場合、パンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数が著しくに増加した。

例えば、凹部４１の深さは、被膜３２の表面から、被膜３２の膜厚の２分の１に達する。凹部４１の深さは、被膜３２の表面から、被膜３２の膜厚の４分の１から４分の３に達する深さが好ましい。この場合、パンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数が明らかに増加した。

より好ましくは、凹部４１の深さは、被膜３２の表面から、被膜３２の膜厚の３分の１から３分の２までに達する深さである。この場合、パンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数が極めて顕著に増加した。パンチ１１の耐久性を追求する場合には、凹部４１の深さは、被膜３２の表面から、被膜３２の膜厚の５分の２から５分の３までに達する深さとされる。この場合、パンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数が著しくに増加し、ランド２２の焼き付きが明らかに少なくなった。

図５は、被膜３２の表面に配列される凹凸の形状の他の例を示す図である。例えば、図５（Ａ）に示されるように、被膜３２の表面には、複数の凹部６１が形成されている。凹部６１の輪郭は、被膜３２の表面において楕円形とされている。被膜３２の表面において、凹部６１以外の部分は、凸部である。

例えば、図５（Ｂ）に示されるように、被膜３２の表面には、複数の凹部６２が形成されている。凹部６２の輪郭は、被膜３２の表面において長円形とされている。被膜３２の表面において、凹部６２以外の部分は、凸部である。

なお、凹部の輪郭は、被膜３２の表面においてたまご形またはオーバル形とすることもできる。

例えば、図５（Ｃ）に示されるように、被膜３２の表面には、複数の凹部６３が形成されている。凹部６３の輪郭は、被膜３２の表面において角丸長方形とされている。被膜３２の表面において、凹部６３以外の部分は、凸部である。

なお、凹部の輪郭は、被膜３２の表面において長方形、正方形、台形などの四角形とすることもできる。さらに、凹部の輪郭は、被膜３２の表面において三角形、五角形または六角形などの凸多角形とすることもできる。さらにまた、凹部の輪郭は、被膜３２の表面において歯車形（歯車の回転軸に直交する断面における断面形状）または星形（星形多角形）などの凹多角形とすることもできる。

また、凹部４１、凹部６１または凹部６２の輪郭を、それぞれ、ランド２２の表面において、円形、楕円形、長円形とすると説明し、凹部の輪郭を、たまご形またはオーバル形とすることもできると説明したが、凸部４２の輪郭を、それぞれ、ランド２２の表面において、円形、楕円形、長円形、たまご形またはオーバル形とすることもできる。この場合、凸部４２を残すように、凹部を削ることで、凸部４２の輪郭を、所定の形状とすることもできる。同様に、凹部６３の輪郭を、ランド２２の表面において、角丸長方形とすると説明し、凹部の輪郭は、長方形、正方形、台形などの四角形、三角形、五角形または六角形などの凸多角形または歯車形または星形などの凹多角形とすることもできると説明したが、凸部４２の輪郭を、それぞれ、ランド２２の表面において、四角形、凸多角形または凹多角形とすることもできる。

このように、被膜３２の表面において、凹部を単一閉曲線が囲む形状とすることができる。また、被膜３２の表面において、凹部を多角形が囲む形状とすることができる。

さらに、被膜３２の表面において、凸部を単一閉曲線が囲む形状とすることができる。また、被膜３２の表面において、凸部を多角形が囲む形状とすることができる。

このように、被膜３２の表面において単一閉曲線が囲む凹凸をなす形状または被膜３２の表面において多角形が囲む凹凸をなす形状が繰り返されるように形成されることで、被膜３２の表面に凹凸が形成されている。

すなわち、被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が繰り返されるように配置されることで、被膜３２の表面に凹凸が形成されていると言える。言い換えると、被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、被膜３２の表面に凹凸が形成されている。

次に、図６のフローチャートを参照して、パンチ１１の製造方法の例を説明する。ステップ１１において、パンチ１１の本体３１に、ランド２２が形成される。例えば、ステップ１１において、切削加工若しくは粉末冶金により成形、焼き入れまたは焼きなましなどの熱処理または研磨などにより、パンチ１１の本体３１に、ランド２２が形成される。ステップＳ１２において、ＰＶＤによりランド２２に被膜３２が形成される。例えば、ステップＳ１２において、ランド２２の表面に、イオンプレーティングにより被膜３２が形成される。

ステップＳ１３において、被膜３２の表面において閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、被膜３２の表面に凹凸が形成される。例えば、ステップＳ１３において、被膜３２の表面に、凹部４１、凹部６１または凹部６２が繰り返されるように配置されて、被膜３２の表面に凹凸が形成される。例えば、ステップＳ１３において、被膜３２の表面に、凹部６３が繰り返されるように配置されて、被膜３２の表面に凹凸が形成される。このように、ステップＳ１３において、被膜３２の表面において単一閉曲線または多角形の輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、被膜３２の表面に凹凸が形成される。例えば、ステップＳ１３において、被膜３２の表面に、レーザー加工（レーザー除去加工）により凹凸が形成される。このように、ステップＳ１３において、被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、被膜３２の表面に凹凸が形成される。

このように、パンチ１１の本体３１にランド２２が形成され、ランド２２に、PVDにより被膜３２が成膜され、被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、被膜３２の表面に凹凸が形成される。

次に、図７のフローチャートを参照して、パンチ１１の製造方法の他の例を説明する。ステップ３１において、パンチ１１の本体３１に、ランド２２が形成される。ステップ３１の手順は、ステップ１１の手順と同様なので、その詳細の説明は省略する。

ステップＳ３２において、本体３１におけるランド２２の部分の表面において閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、本体３１におけるランド２２の部分の表面に凹凸が形成される。例えば、ステップＳ３２において、本体３１におけるランド２２の部分の表面に、凹部４１、凹部６１または凹部６２のいずれかと同様の形状の凹部が繰り返されるように配置されて、本体３１におけるランド２２の部分の表面に凹凸が形成される。例えば、ステップＳ３２において、本体３１におけるランド２２の部分の表面に、凹部６３と同様の形状の凹部が繰り返されるように配置されて、本体３１におけるランド２２の部分の表面に凹凸が形成される。このように、ステップＳ３２において、本体３１におけるランド２２の部分の表面において単一閉曲線または多角形の輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、本体３１におけるランド２２の部分の表面に凹凸が形成される。例えば、ステップＳ３２において、本体３１におけるランド２２の部分の表面に、レーザー加工（レーザー除去加工）により凹凸が形成される。このように、ステップＳ３２において、本体３１におけるランド２２の部分の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、本体３１におけるランド２２の部分の表面に凹凸が形成される。

ステップＳ３３において、ＰＶＤによりランド２２に被膜３２が形成される。すなわち、ステップＳ３３において、本体３１におけるランド２２の部分の表面に、ＰＶＤにより被膜３２が形成される。例えば、ステップＳ３３において、本体３１におけるランド２２の部分の表面に、イオンプレーティングにより被膜３２が形成される。より具体的には、ステップＳ３３において、本体３１におけるランド２２の部分の表面に、ＰＶＤにより一定の膜厚の被膜３２が形成され、被膜３２の表面には、本体３１におけるランド２２の部分の表面に形成されている凹凸に対応した凹凸が形成される。

このように、パンチ１１の本体３１にランド２２が形成され、本体３１におけるランド２２の部分の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、本体３１におけるランド２２の部分の表面に凹凸が形成され、凹凸が形成された本体３１におけるランド２２の部分に、PVDにより被膜３２が成膜される。

図８および図９は、実際に形成された凹部４１の形状の測定結果を示す図である。図８は、被膜３２の表面に形成された実際の凹凸の形状を示す図である。図９は、被膜３２に形成された実際の凹部４１の深さの測定結果を示す図である。図８および図９における被膜３２の膜厚は、４μｍである。図８および図９における凹部４１は、レーザー加工により形成されている。凹部４１は、ランド２２の表面に対して、相対的に移動しながら、切削されるので、楕円または長円に近い形状となっている。被膜３２の表面において、１つの凹部４１の直径は、４８．４１０μｍであった。また、被膜３２の表面からの１つの凹部４１の深さは、２．０７０２μｍに達した。なお、被膜３２の表面において、２つの凹部４１の間隔は、概ね１００μｍ乃至１２０μｍであった。

図９に示されるように、凸部４２の面は、平滑に形成されている。

図８および図９に示される凹部４１が形成されたパンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数は、一定の膜厚の被膜をランドに形成したパンチの冷間鍛造に使用できる回数に比較して、約２倍であった。なお、一定の膜厚の被膜をランドに形成したパンチの冷間鍛造に使用できる回数は、ランドに被膜を形成していないパンチの冷間鍛造に使用できる回数に比較して、約２倍であった。従って、図８および図９に示される凹部４１が形成されたパンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数は、ランドに被膜を形成していないパンチの冷間鍛造に使用できる回数に比較して、約４倍となった。

このように、単に被膜を形成した以上にパンチの耐久性を向上させることができる。

なお、パンチ１１の冷間鍛造に使用できる回数を測定した結果からすると、１つの凹部４１の直径は、被膜３２の表面において、２０μｍから１００μｍが好ましい。

なお、凹部として、ランド２２に、１条または複数条の溝をらせん状に掘ることもできる。

このように、ランド２２に被膜３２を形成し、被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、被膜３２の表面に凹凸を形成するようにしたので、冷間鍛造するとき、加圧されると、凹凸の近傍の被膜３２がより小さな力で変形して、被膜３２による変形抵抗がより小さいままで定常的な潤滑状態になるので、被膜切れが起きにくくなる。

また、ランド２２に被膜３２を形成し、被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、被膜３２の表面に凹凸を形成するようにしたので、冷間鍛造するとき、液体潤滑剤を用いると、被膜３２の表面の凹部に液体潤滑剤を保持できるようになり、ランド２２の面全体において、より均一に、表面の凹部において液体潤滑を維持しやすくなり、これにより、面圧が上昇しても、表面の凸部において境界潤滑膜の破壊が抑制され、凝着が発生しにくくなる。

以上のように、単に被膜を形成した以上にパンチの耐久性を向上させることができる。

なお、ＰＶＤによりランド２２に被膜３２を形成するとき、マスキングすることにより、被膜３２の表面に凹凸を形成するようにしてもよい。また、エッチングにより、被膜３２の表面に凹凸を形成するようにしてもよい。

パンチ１１は、冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いる。パンチ１１には、ランド２２が設けられている。ランド２２に、PVDによる被膜３２が成膜されている。被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、被膜３２の表面に凹凸が形成されている。

被膜３２の表面において凹凸をなす形状の輪郭は、単一閉曲線または多角形とすることができる。

被膜３２の表面に、被膜３２の膜厚の３分の１から３分の２の深さの凹凸であって、被膜３２の表面の面積に対して１０％以上４０％以下の面積が凹む凹凸を形成することができる。

ランド２２の周に、凹凸をなす形状をらせん状に配列して、被膜３２の表面に凹凸を形成することができる。

被膜３２の表面に円形、楕円、長円またはオーバルの輪郭の形状を配列して、被膜３２の表面に凹凸を形成することができる。

被膜３２に円形、楕円、長円またはオーバルの輪郭の形状の穴を配列することで、凹凸を形成することができる。

被膜３２に配列されている穴の被膜３２の表面における直径は、２０μｍから１００μｍとすることができる。

被膜３２に円形、楕円、長円またはオーバルの輪郭の形状の突起を配列することで、凹凸を形成することができる。

被膜３２に、TiN膜、TiAlN膜、CrN膜、TiCN膜またはDLC（Diamond Like Carbon）膜を含ませることができる。

被膜３２を、多層の膜から構成することができる。

パンチ１１は、パンチ１１の本体３１にランド２２を形成し、ランド２２に、PVDによる被膜３２を成膜し、被膜３２の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、被膜の表面に凹凸を形成することにより製造される。

また、パンチ１１は、パンチ１１の本体３１にランド２２を形成し、本体３１におけるランド２２の部分の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、本体３１におけるランド２２の部分の表面に凹凸を形成し、凹凸が形成された本体３１におけるランド２２の部分に、PVDによる被膜３２を成膜することにより製造される。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１ パンチ， ２１ 先端部， ２２ ランド， ２３ 刃先， ２４ シャンク， ２５ ヘッド， ３１ 本体， ３２ 被膜， ４１ 凹部， ４２ 凸部， ６１乃至６３ 凹部

Claims (11)

1. 冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチにおいて、
   ランドに、PVD(Physical Vapor Deposition)による被膜が成膜されていて、
   前記被膜の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状が配列されることで、前記被膜の表面に凹凸が形成されていて、
   前記凹凸は、前記被膜の表面から前記被膜の膜厚の３分の１から３分の２の深さに達し、
   前記凹凸によって、前記ランドの前記被膜の全体の面積に対して１５％以上３０％以下（３０％を除く）の面積が凹む
   パンチ。
2. 請求項１に記載のパンチにおいて、
   前記被膜の表面において凹凸をなす前記形状の輪郭は、単一閉曲線または多角形であるパンチ。
3. 請求項１に記載のパンチにおいて、
   前記ランドの周に、凹凸をなす前記形状がらせん状に配列されることで、前記被膜の表面に凹凸が形成されている
   パンチ。
4. 請求項１に記載のパンチにおいて、
   前記被膜の表面に円形、楕円、長円またはオーバルの輪郭の前記形状が配列されることで、前記被膜の表面に凹凸が形成されている
   パンチ。
5. 請求項４に記載のパンチにおいて、
   前記被膜に前記形状の穴が配列されることで、凹凸が形成されているパンチ。
6. 請求項５に記載のパンチにおいて、
   前記被膜に配列されている前記穴の前記被膜の表面における直径は、２０μｍから１００μｍであるパンチ。
7. 請求項４に記載のパンチにおいて、
   前記被膜に前記形状の突起が配列されることで、凹凸が形成されているパンチ。
8. 請求項１に記載のパンチにおいて、
   前記被膜は、TiN膜、TiAlN膜、CrN膜、TiCN膜またはDLC（Diamond Like Carbon）膜を含むパンチ。
9. 請求項８に記載のパンチにおいて、
   前記被膜は、多層の膜からなるパンチ。
10. 冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチの製造方法において、
    前記パンチの本体にランドを形成し、
    前記ランドに、PVDによる被膜を成膜し、
    前記被膜の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、前記被膜の表面に凹凸を形成し、
    前記凹凸は、前記被膜の表面から前記被膜の膜厚の３分の１から３分の２の深さに達し、
    前記凹凸によって、前記ランドの前記被膜の全体の面積に対して１５％以上３０％以下（３０％を除く）の面積が凹む
    製造方法。
11. 冷間鍛造の圧造による成形または穴あけに用いるパンチの製造方法において、
    前記パンチの本体にランドを形成し、
    本体における前記ランドの部分の表面において曲線または複数の直線で閉じられた輪郭の凹凸をなす形状を配列することで、本体における前記ランドの部分の表面に凹凸を形成し、
    凹凸が形成された本体における前記ランドの部分に、PVDによる被膜を成膜し、
    前記被膜の表面における凹凸は、前記被膜の表面から前記被膜の膜厚の３分の１から３分の２の深さに達し、
    前記被膜の表面における凹凸によって、前記ランドの前記被膜の全体の面積に対して１５％以上３０％以下（３０％を除く）の面積が凹む
    製造方法。