JPH06262275A - 金属塑性加工用金型 - Google Patents

金属塑性加工用金型

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JPH06262275A
JPH06262275A JP7636793A JP7636793A JPH06262275A JP H06262275 A JPH06262275 A JP H06262275A JP 7636793 A JP7636793 A JP 7636793A JP 7636793 A JP7636793 A JP 7636793A JP H06262275 A JPH06262275 A JP H06262275A
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die
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Atsuo Shiotani
敦夫 塩谷
Takeshi Fujihira
剛 藤平
Masaki Kobayashi
正樹 小林
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属を塑性加工する金型の基材表面に最適な
膜厚でなるダイヤモンド状カーボンまたはダイヤモンド
の少なくとも１種の被膜を被覆し、基材と被膜との付着
性および被膜の表面精度に優れるようにした金属塑性加
工用金型を提供する。 【構成】 金属，合金またはセラミックス焼結体の基材
でなる塑性加工用金型の少なくとも金属の被加工物が成
形加工される成形面にダイヤモンド状カーボンおよびダ
イヤモンドの中の少なくとも１種を主成分とする膜厚
０．５〜８μｍの被膜を形成した金属塑性加工用金型。 【効果】 従来から曲げ成形加工用金型として用いられ
ている超硬合金，被覆超硬合金またはセラミックス焼結
体に比べて、特に金属の曲げ成形加工用金型として用い
た場合に、約７〜１０．５倍も長寿命になるという優れ
た効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属や合金、特にＴ
ｉ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｐｂ等の金
属、ハンダ，ＳＵＳ等の合金またはこれらの被膜を形成
した被加工物を塑性加工するために適する金属塑性加工
用金型に関し、塑性加工の中でもせん断加工，曲げ加
工，しぼり加工，深しぼり加工，張出し加工，フランジ
加工，スピニング加工等に適し、具体的には、例えば半
導体の曲げ加工用金型や缶成形用金型として最適な金属
塑性加工用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、塑性加工用金型の中でもガラスや
樹脂の被加工物からレンズ等を成形する光学素子成形用
金型には、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンド状カー
ボン薄膜を形成した金型についての提案が多数行われて
おり、その代表的なものに特開昭６１−１８３１３４号
公報および特開昭６１−２８１０３０号公報がある。
【０００３】一方、塑性加工用金型の中でも半導体のリ
ードフレームの曲げ加工用金型には、ダイス鋼，超硬合
金またはセラミックス焼結体からなる金型、もしくはこ
れらの金型の表面にＣｒ，炭化チタンまたは窒化チタン
の被膜を形成させた被覆金型が実用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の代表例とし
ての特開昭６１−１８３１３４号公報および特開昭６１
−２８１０３０号公報には、ダイヤモンド薄膜またはダ
イヤモンド状カーボン薄膜を形成した光学素子成形用金
型について記載されている。この両公報に記載されてい
る金型は、数百度に加熱された鉛やアルカリ元素を大量
に含有するガラス素子と金属や合金でなる金型とが反応
し、付着またはガラス素子の変色や表面荒れが生じると
いう問題をダイヤモンド薄膜もしくはダイヤモンド状カ
ーボン薄膜により解決しようとしたものである。
【０００５】高温で軟化したガラス素子に比べて、高硬
度で、かつ高摩擦力の生じる、例えば半導体のリードフ
レームのような金属の曲げ加工においては、特にリード
フレームの表面に形成されているハンダ等の溶接用ろう
材による影響が大きく、実際に、ダイス鋼，超硬合金，
セラミックス焼結体またはこれらの表面にＣｒ，炭化チ
タンもしくは窒化チタンの被膜を形成した金型でもって
ハンダ被膜付リードフレームの曲げ加工を行うと、金型
へのハンダの付着、金型の表面荒れおよびリードフレー
ムの形状不良に至って、金型が短寿命になるという問題
がある。
【０００６】本発明は、上述のような問題点を解決した
ものであって、具体的には、金属，合金またはセラミッ
クス焼結体の基材でなる金型の表面に、最適な膜厚を有
するダイヤモンド状カーボンもしくはダイヤモンドの少
なくとも１種の被膜を被覆した、基材と被膜との付着性
および被膜の表面精度に優れた金属塑性加工用金型の提
供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、半導体の
リードフレームの曲げ加工用金型の長寿命化について検
討していた所、リードフレームの表面にメッキされてい
るハンダ被膜が金型の寿命に大きく影響を及ぼしている
こと、金型の表面にダイヤモンド状カーボンおよびダイ
ヤモンドの中の少なくとも１種の被膜を被覆し、被膜厚
さを制御することにより金型の基材と被膜との付着性を
調整でき、かつリードフレームの形状不良も生じさせ
ず、長寿命の金型とすることができるという知見を得
て、本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】すなわち、本発明の金属塑性加工用金型
は、金属，合金またはセラミックス焼結体の基材でなる
塑性加工用金型の少なくとも金属の被加工物が成形加工
される成形面にダイヤモンド状カーボンおよびダイヤモ
ンドの中の少なくとも１種を主成分とする膜厚０．５〜
８μｍの被膜を形成したことを特徴とするものである。
【０００９】本発明の金型における基材は、具体的に
は、例えばダイス鋼，高速度鋼等の鉄系材料、従来の超
硬合金、ＴｉＣ系サーメット，Ｔｉ（ＣＮ）系サーメッ
ト，Ｓｉ3Ｎ4系セラミックス焼結体，サイアロン系セラ
ミックス焼結体，ＳｉＣ系セラミックス焼結体，ＺｒＯ
2系セラミックス焼結体，Ａｌ2Ｏ3系セラミックス焼結
体を挙げることができる。
【００１０】これらの基材の表面に形成する被膜の膜質
は、ダイヤモンド状カーボンのみからなる場合、ダイヤ
モンド状カーボンとダイヤモンドとが混在している場
合、ダイヤモンドのみからなる場合、ダイヤモンドの膜
とダイヤモンド状カーボン膜とが積層している場合、ま
たはこれらに、さらに数％のカーボンの混在した場合を
挙げることができる。これらの膜質の内、特に、被覆直
後の被膜表面の面精度および基材と被膜の付着性から、
ダイヤモンド状カーボンでなることが好ましい。
【００１１】被膜の膜厚は、０．５μｍ未満では、被加
工物である金属との付着が顕著になって短寿命となるこ
と、逆に８μｍを超えて厚くなると、被膜表面の面精度
の低下および被膜の剥離が容易となって短寿命となる。
好ましくは、膜厚は、１μｍ〜５μｍ、より好ましく
は、２μｍ〜４μｍである。
【００１２】被膜は、従来から確認されている、電気抵
抗，光透過率，硬さがダイヤモンドの性質またはダイヤ
モンド状カーボンの性質にあるもので、具体的には、特
に被膜表面からのヌープ硬さが８００ｋｇ／ｍｍ2以上
からなるものである。基材が超硬合金，サーメットまた
はセラミックス焼結体の硬質材料でなる場合には、被膜
表面からのヌープ硬さは、２５００ｋｇ／ｍｍ2以上か
らなるものが好ましい。
【００１３】基材の表面に被膜を形成する場合に、基材
の表面部または被膜へ悪影響を及ぼすものの１つにカー
ボンがあり、このカーボンの影響を緩和する効果、また
は基材の材質、例えばＺｒＯ2系セラミックス焼結体や
Ａｌ2Ｏ3系セラミックス焼結体等の酸化物系セラミック
ス焼結体でなる場合における基材と被膜との付着性を向
上させる効果を高揚するために、基材と被膜との間に、
周期律表の４ａ，５ａ，６ａ，族の金属，Ｓｉまたはこ
れらの炭化物，窒化物，炭窒化物の中の少なくとも１種
の単層もしくは多層でなる層厚０．１〜１０μｍの中間
層を形成させることも好ましい。
【００１４】本発明の金型は、市販されている従来の基
材を所定の金型にした後、少なくとも成形面を鏡面（ラ
ップ研摩）仕上げし、この成形面の表面に従来から行わ
れている化学気相合成法（ＣＶＤ法），物理蒸着法（Ｐ
ＶＤ法）又はプラズマＣＶＤ法でもって被膜を形成する
ことにより作製することができる。
【００１５】
【作用】本発明の金属塑性加工用金型は、０．５〜８μ
ｍの膜厚でなる被膜が基材との付着性を高める作用を
し、被覆自体の硬さを初めとする諸特性が被加工物であ
る金属との摩擦摩耗時における耐付着性を高める作用を
しているものである。
【００１６】
【実施例１】市販されているＷＣー６％Ｃｏの超硬合金
を用いて、図１の縦断面図に示したポンチ金型（１３×
１５×５０ｍｍ）とダイ金型（２０×１５×３５ｍｍ）
を成形し、被加工物と接触するそれぞれの成形面を鏡面
研摩した後、従来から行われているイオンプレーティン
グ法（ポンチ金型およびダイ金型の基材：３００℃、キ
ャリアガス：Ｃ６Ｈ６、被膜厚さ：処理時間でもって調
整）でもってダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣと記載）
の被膜を形成し、表１に示す本発明品１〜５および本発
明を外れた比較品１を得た。
【００１７】また、市販されているＳｉ3Ｎ4系セラミッ
クス焼結体を用いて、上述と同様のポンチ金型とダイ金
型を成形し、同様に成形面を鏡面研摩後、従来のマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法（基材：９００℃、キャリアガ
ス：ＣＨ4＋Ｈ2、処理時間：３時間）でもってダイヤモ
ンド（ＤＩＡと記載）の被膜を形成し、表１に示す本発
明品６を得た。これらの内、本発明品４，５，６は、ラ
ップ，エッチング等で被膜表面を滑らかにした。
【００１８】さらに、上述のポンチ金型およびダイ金型
に成形したＷＣー６％Ｃｏ超硬合金の表面に、従来のＣ
ＶＤ法でもってＴｉＣの被膜を形成して比較品２とし、
被膜の形成してないＷＣー６％超硬合金を比較品３、被
膜の形成してないＳｉ3Ｎ4系セラミックス焼結体を比較
品４とした。
【００１９】こうして得た本発明品１〜６および比較品
１〜４の金型を用いて、１０ ×１５ ×０．３ｍｍ板のＦ
ｅーＮｉ合金（４２％Ｎｉ）の表面に１０μｍ厚のハン
ダメッキ処理した被加工物でもって、図１に示した曲げ
金型による曲げ成形テストを行った。（曲げ成形テスト
条件は、無潤滑、加工スピード：６０ストローク／ｍｉ
ｎ、油圧プレスによる）曲げ成形テストは、ポンチ，ダ
イの金型へのハンダ付着から生じる被加工物の平坦度，
キズによる不良発生までの加工成形回数を求め、従来か
ら用いられている比較品３の成形回数に対する相対比を
求めて表１に併記した。
【００２０】なお、表１に示した被膜の膜厚は、顕微鏡
の写真から測定し、膜質はラマン分光分析とヌープ硬さ
から確認した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【実施例２】市販されたいるＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2系セラ
ミックス焼結体，ＺｒＯ2系セラミックス焼結体および
ダイス鋼をそれぞれ３０φ×８ｍｍに成形し、表面を鏡
面とした後、従来のＣＶＤ法でもって、表２に示したＴ
ｉ（Ｃ，Ｎ），ＴｉＮの中間層を形成し、次いで中間層
の表面に実施例１の本発明品３と略同様に処理してＤＬ
Ｃ被膜を形成し、表２に示した本発明品７，８，１０を
得た。また、本発明品１０の内、中間層の形成処理を施
さず、他は同様に処理して、本発明品９を得た。
【００２３】こうして得た本発明品７〜１０と実施例１
で得た本発明品３，６を用いて、ピンオンディスク法
（３ピン）による摩擦試験を行い、その結果を表２に示
した。摩擦試験条件は、ピン：３×４×３０ｍｍのステ
ンレスに３×４×１．５ｍｍのハンダを接着、ディス
ク：３０φ×８ｍｍの上記試料、雰囲気：大気中乾式、
摩擦速度：０．３ｍ／ｓ、接触面圧：２．７〜１９．４
ｋｇｆ／ｃｍ2（荷重１〜７ｋｇｆ）ピンのハンダ面と
ディスク面を接触させた状態で１，２，３，４，５，６
ｋｇｆ荷重で各５ｍｉｎ間摩擦させた後、さらに７ｋｇ
ｆ荷重で６０ｍｉｎ間摩擦させて、ディスクに付着した
ハンダの状態を観察し、表２に記載した。
【００２４】比較として、実施例１で得た比較品２，３
とＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2系セラミックス焼結体（比較品
５），ＺｒＯ2系セラミックス焼結体（比較品６）およ
びダイス鋼（比較品７）をそれぞれ３０φ×８ｍｍに成
形し、これらをそれぞれディスクとして用いて、上記摩
擦試験を行い、その結果を表２に併記した。表２におけ
る比較品２，３，５，６，７の摩擦試験では、２ｋｇｆ
荷重においてハンダ付着が発生し、その結果を示したも
のである。
【００２５】尚、表２に示した中間層および被膜は、実
施例１と同様にして確認したものである。
【００２６】
【表２】
【００２７】
【発明の効果】本発明の金属塑性加工用金型は、特に、
金属の曲げ成形加工用金型として用いた場合に、従来か
ら曲げ成形加工用金型として用いられている超硬合金，
被覆超硬合金またはセラミックス焼結体に比べて、金属
でなる被加工物の表面キズ，変形等が発生し難く、軟質
金属の被加工物もしくは軟質金属の被覆された被加工物
を曲げ成形加工した場合においても被加工物から金型へ
の軟質金属の付着が生じ難く、約７〜１０．５倍も長寿
命になるという顕著な効果がある。
【００２８】従って、本発明の金属塑性加工用金型は、
半導体のリードフレームの曲げ加工に代表される、電機
部品や機械部品に用いられている金属を塑性加工するた
めの金型として、優れた効果を発揮することができる産
業上有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポンチ金型とダイ金型を用いて被加工物を曲げ
成形テストしたときの縦断面の概略図である。
【符号の説明】
１ ポンチ金型 ２ ダイ金型 ３ 成形後の被加工物

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属，合金またはセラミックス焼結体の
    基材でなる塑性加工用金型において、該塑性加工用金型
    の少なくとも金属の被加工物が成形加工される成形面に
    ダイヤモンド状カーボンおよびダイヤモンドの中の少な
    くとも１種を主成分とする膜厚０．５〜８μｍの被膜を
    形成したことを特徴とする金属塑性加工用金型。
  2. 【請求項２】 金属，合金またはセラミックス焼結体の
    基材でなる塑性加工用金型において、該塑性加工用金型
    の少なくとも金属の被加工物が成形加工される成形面に
    周期律表の４ａ，５ａ，６ａ，族の金属，Ｓｉまたはこ
    れらの炭化物，窒化物，炭窒化物の中の少なくとも１種
    の単層もしくは多層でなる層厚０．１〜１０μｍの中間
    層と該中間層の表面にダイヤモンド状カーボンおよびダ
    イヤモンドの中の少なくとも１種を主成分とする膜厚
    ０．５〜８μｍの被膜とを形成したことを特徴とする金
    属塑性加工用金型。
  3. 【請求項３】 上記被膜は、該被膜表面からのヌープ硬
    さが８００ｋｇ／ｍｍ2以上からなることを特徴とする
    請求項１または２記載の金属塑性加工用金型。
  4. 【請求項４】 上記塑性加工用金型は、半導体のリード
    フレームの曲げ加工に用いられることを特徴とする請求
    項１または２記載の金属塑性加工用金型。
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