JPH11124649A

JPH11124649A - 炭化タングステン系超硬合金製金型用部品

Info

Publication number: JPH11124649A
Application number: JP28825897A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Ueki; 光生植木; Kazue Ito; 一恵伊藤
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd; Enomoto Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp; Enomoto Co Ltd
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】耐衝撃性、耐塑性変形性、耐摩耗性および抗
折力に優れ、特に打抜き型に適した超硬合金製金型用部
品；およびこれを用いて加工されるプレス加工部品、特
にリードフレームを提供する。【解決手段】炭化タングステンを主成分とする硬質相
およびコバルトを主成分とする結合相を含む超硬合金製
金型用部品において、該結合相が超硬合金の６〜１４重
量％であり、該炭化タングステンの平均粒径が２．５〜
４．５μm であり、かつ１．０μm 未満の粒径を有する
微粒炭化タングステンの含有率が、該炭化タングステン
全体に対し、５面積％以下であることを特徴とする炭化
タングステン系超硬合金製金型用部品；およびそれを用
いて加工されたプレス加工部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化タングステン
系超硬合金製金型用部品に関し、さらに詳しくは、耐衝
撃性、耐塑性変形性および抗折力に優れ、特に打抜き型
に適した炭化タングステン−コバルト系超硬合金製金型
用部品に関する。さらに本発明は、このような金型用部
品により加工されたプレス加工部品、特にリードフレー
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、炭化タングステンを主成分とす
る硬質相と、コバルトを主成分とする結合相とからなる
超硬合金は、硬さ、耐摩耗性、耐欠損性、靭性、強度な
どに優れた特性を有していることから、切削工具、耐摩
耗工具、土木鉱山工具に代表される工具として用いられ
ている。

【０００３】一方、半導体装置の組み立て工程において
は、半導体チップをリードフレームやパッケージに固定
し、チップの電極部とリードフレームのリードをワイヤ
で結線し、樹脂などで封止した後、リードの曲げ加工を
行っている。この従来の成形金型用部品の材料は、焼入
れ鋼や超硬合金であり、研磨による表面仕上げ加工を施
して加工部を形成している。

【０００４】このような曲げ加工を行うための金型用部
品の耐摩耗性を向上させ、加工精度を上げ、しかもリー
ドフレーム材料やはんだとの化学反応を抑制して、金型
用部品の寿命を向上させる目的で、特開平８−２０４０
９３号公報には、平均結晶粒径が１μm 以下の炭化タン
グステン粒子から硬質相が構成され、鉄、コバルトおよ
び／またはニッケルから構成される結合相の平均厚みが
０．１５μm 以下であるリードフレームの曲げ加工用の
金型用部品が開示されている。

【０００５】一般に、リードフレームは、薄板状の素材
から同一形状の部品を大量に生産することから、打抜き
加工によって製造される。しかしながら、上記のような
曲げ加工を行うための金型用部品では、打抜き加工を行
うための金型用部品に必要な耐衝撃性や耐摩耗性が得ら
れない。

【０００６】特公昭４５−１３２１２号公報、特開平１
−８２４５号公報および特開平１−２４７５５２号公報
には、サブミクロンの微粒炭化タングステンからなる硬
質相と、ニッケルを主成分としてクロムが添加された結
合相を含む超硬合金が開示されており、これらの超硬合
金が、耐食性を有し、フェライト用金型として適するこ
とが記載されている。しかしながら、これら３件の公報
に記載されている超硬合金は、耐衝撃性を必要とする打
抜き工具として用いると、チッピングや微小欠損などの
ために寿命が短い。

【０００７】また、特開平２−９７６４０号公報には、
サブミクロンの微粒炭化タングステンからなる硬質相
と、コバルトおよび／またはニッケルならびに炭化クロ
ムを含有する結合相を含む精密金型用超硬合金が開示さ
れており、該超硬合金が、ガラスやプラスチックを成形
するための金型用部品として適することが記載されてい
る。さらに、Metal Powder Report （１９８７年）５１
２頁の表１には、サブミクロンの微粒炭化タングステン
からなる硬質相に、コバルトとニッケルからなる結合
相、および添加物として炭化クロムを含有する超硬合金
について記載されている。この両方の先行技術に記載さ
れた超硬合金は、耐食性、硬さ、強度が優れているが、
耐衝撃性を必要とする打抜き工具として用いると、チッ
ピングや微小欠損などのために寿命が短い点で、上記と
同様である。

【０００８】特開平８−３１９５３２号公報には、超硬
合金全体に対してニッケルを５〜１５重量％と、該ニッ
ケルに対して重量比で３〜１３％の炭化クロムとからな
る結合相と、平均粒径１．１〜３．５μm の炭化タング
ステンを含む硬質相からなることを特徴とする打抜き工
具用超硬合金が開示され、該超硬合金が、従来品に比べ
て打抜き加工において耐食性、耐欠損性および耐衝撃性
に顕著に優れており、長い寿命が得られることが記載さ
れている。

【０００９】しかしながら、最近の低コストおよび高品
質に対するニーズの増大に伴い、上記の特徴に加えてさ
らに耐久性に優れた金型用部品が要望されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐衝
撃性、耐塑性変形性、耐摩耗性および抗折力に優れ、特
に打抜き型に用いた場合に優れた耐久性を示す超硬合金
製金型用部品を提供することである。本発明の他の目的
は、そのような金型用部品により加工されたプレス加工
部品、特にリードフレームを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、超硬合金の
硬質相の主成分として、従来の金型用部品として用いら
れていないような粗い粒子であり、かつ粒度分布を特定
の範囲にした、比較的均一に近い粒径を有する炭化タン
グステンを用いることにより、上記の目的を達成できる
ことを見出して、本発明を完成させるに至った。

【００１２】すなわち、本発明の炭化タングステン系超
硬合金製金型用部品は、炭化タングステンを主成分とす
る硬質相およびコバルトを主成分とする結合相を含む超
硬合金製金型用部品において、該結合相が超硬合金の６
〜１４重量％であり、該炭化タングステンの平均粒径が
２．５〜４．５μm であり、かつ１．０μm 未満の粒径
を有する微粒炭化タングステンの含有率が、任意の面ま
たは断面における該炭化タングステンの全面積の５面積
％以下であることを特徴とする。また、本発明のプレス
加工部品、特にリードフレームは、このような金型用部
品を用いて加工されたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の炭化タングステン系超硬
合金製金型用部品における超硬合金は、炭化タングステ
ンを主成分とする硬質相とコバルトを主成分とする結合
相を含み、あるいはこれに、さらに周期律表の４ａ、５
ａおよび６ａ族元素の炭化物、炭窒化物、炭酸化物、炭
窒酸化物およびこれらの相互固溶体の少なくとも１種か
らなる立方晶構造の化合物相を含み、不可避的な不純物
を含有していてもよい。

【００１４】結合相は、超硬合金全体に対して６〜１４
重量％である。結合相が６重量％未満では、硬さは高い
が靭性が低く、パンチとして用いた場合に微小チッピン
グが発生しやすく、特に直径が微細または肉厚が薄いパ
ンチとして用いると折損に至る場合がある。逆に結合相
が１４重量％を越えて多くなると、硬さが低くなりすぎ
て耐摩耗性が低下し、パンチとして用いた場合に、先端
面にダレが発生しやすくなる。

【００１５】結合相は、コバルトが該結合相の５０体積
％以上であり、９０体積％以上であることが好ましく、
耐衝撃性が重要な場合には、実質的にコバルトのみから
なることがさらに好ましい。結合相の金属成分として
は、コバルトのほか、耐食性や非磁性が重要な場合に
は、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｗ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｖ、Ｃ
ｏ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｖ、Ｃｏ−Ｗ−Ｃｒなど
が例示される。

【００１６】硬質相は、超硬質合金全体に対して８６〜
９４重量％である。炭化タングステンが該硬質相の５０
体積％以上であり、９０体積％以上であることが好まし
く、耐衝撃性が重要な場合には、実質的に炭化タングス
テンのみからなることがさらに好ましい。耐摩耗性や高
温特性が重要な場合には、硬質相と結合相との他に、超
硬合金全体の５重量％以下の、立方晶構造の化合物相を
含んでいてもよい。この場合、該化合物相は、周期律表
の４ａ、５ａおよび６ａ族元素の炭化物、炭窒化物、炭
酸化物、炭窒酸化物ならびにそれらの相互固溶体から選
ばれる１種以上からなり、たとえば炭化チタン、炭化ジ
ルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニ
オブ、炭化タンタル、Ｗ−Ｔａ−Ｔｉ複合炭化物などが
挙げられる。

【００１７】本発明の金型用部品のひとつの特徴である
炭化タングステンの平均粒径は、超硬合金の任意の面ま
たは断面の顕微鏡の視野において、任意の直線によって
ヒットされる単位長さ当たりの粒子の数、および任意の
単位面積に含まれる粒子の数からFullman の式によって
得られる値として、２．５〜４．５μm である。平均粒
径が２．５μm 未満では、パンチ作業による耐衝撃性が
劣るために、微小欠損が発生し、４．５μm を越えると
硬度、抗折力および耐摩耗性が低下する。

【００１８】本発明の金型用部品におけるもうひとつの
特徴である炭化タングステンの粒度分布は、任意の面ま
たは断面の顕微鏡の視野における面積含有率として規定
される。本発明に用いられる硬質合金の炭化タングステ
ンは、粒径が１．０μm 未満の微粒炭化タングステンの
含有率が、炭化タングステン全体に対して５面積％以下
であり、できるだけ少ないことが好ましい。該含有率が
５面積％を越えると耐衝撃性が低下する。

【００１９】さらに、該炭化タングステンは、粒径が
６．０μm を越える粗粒炭化タングステンの含有率が、
炭化タングステン全体に対して５面積％以下であること
が好ましく、できるだけ少ないことがさらに好ましい。
該含有率が５面積％を越えると硬度および抗折力が低下
する。

【００２０】また、該炭化タングステンは、上述のよう
な微粒および粗粒の炭化タングステンの含有率ができる
だけ小さいことが好ましいので、２．０〜５．０μm の
粒径を有する中粒炭化タングステンの含有率が、炭化タ
ングステン全体に対して５０〜９０面積％であることが
好ましく、７０〜９０面積％であることがさらに好まし
い。なお、該中粒炭化タングステンが９０面積％を越え
るためには、さらに選別工程を必要とする。

【００２１】本発明の超硬合金製金型用部品は、上述の
平均粒径および粒径分布を有する炭化タングステンを、
コバルトおよび他の必要に応じて配合される成分ととも
に、従来から行われている粉末冶金法の製法により、た
とえば、ボールミルやアトライターなどによる混合粉砕
工程；スリップキャスト、押出し成形、金型成形などの
粉末成形工程；仮焼結（脱ワックス）；必要に応じて粉
末成形体の機械加工工程；および焼結工程を経て得るこ
とができる。

【００２２】本発明の超硬合金製金型用部品は、成形体
がプレス加工部品、とりわけリードフレームまたはモー
タコア部品である場合、特にリードフレームの中でも発
光ダイオード用リードフレームである場合に、優れた耐
衝撃性と耐摩耗性を示すという顕著な効果を示す。さら
には加工方法が打抜き加工である場合には、その効果が
特に顕著であり、成形性に優れて、高品質の仕上りが得
られる。したがって、本発明の超硬合金製金型用部品
は、このような用途に用いられることが好ましい。一
方、本発明の超硬合金製金型用部品は、各種の用途のう
ち、被加工材料が鉄系材料からなり、特に軟鉄系材料か
らなる場合に、その効果が顕著に発揮され、このような
材料の加工に用いられることが好ましい。

【００２３】

【作用】本発明の金型用部品に用いられる超硬合金は、
結合相の主成分がコバルトであることと、硬質相の主成
分である炭化タングステンが２．５〜４．５μm の平均
粒径、および特定の粒度分布、すなわち粒径１．０μm
未満の微粒炭化タングステンの含有率を５面積％以下に
抑制された粒径分布を有することとの相乗効果により、
特に優れた耐衝撃性と耐摩耗性を金型用部品に与える。

【００２４】

【実施例】

実施例１〜９、比較例１〜６各種の平均粒径および粒度分布を有する炭化タングステ
ン粉末を用意した。これと、平均粒径１．３μm のコバ
ルト粉末とを、表１に示す配合組成になるように、ステ
ンレス製ポットに超硬合金製ボールとともに仕込み、混
合と粉砕を行って、それぞれ出発原料粉末を調製した。
これらを加圧成形して粉末成形体とした後、圧力５×１
０^-2Torrの減圧中で、温度１，４００℃に１時間保持す
ることによって焼結を行い、それぞれの焼結体を得た。

【００２５】焼結体の断面から得た倍率１，５００倍の
金属用光学顕微鏡写真を用いて、硬質相の炭化タングス
テン粒子の平均粒径と粒度分布を求めた。その結果は、
表１に示すとおりであった。

【００２６】

【表１】

【００２７】これらの焼結体の硬さと抗折力を、ＪＩＳ
Ｂ４０５３によって測定した。その結果は、表２に示
すとおりであった。さらに、該焼結体から図１の左側に
断面図を、右側にその上部の拡大断面図を示す形状の丸
パンチを作製した。ついで、これらのパンチを用い、表
３に示す条件で各１．８×１０⁶ 回の鉄系材料の打抜き
加工を行い、加工後の先端部の直径Ａおよび先端部側面
の摩耗幅Ｂを測定して、その差から、パンチ先端径の摩
耗量と先端の縦方向の摩耗量を求めた。その結果は、表
２に示すとおりであり、本発明による金型用部品の摩耗
量は、比較例による金型用部品に比べて著しく小さい値
を示した。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】実施例１０〜１６表４に示す配合比で、コバルトにクロム、タングステ
ン、バナジウムまたはニッケルを併用して結合相を形成
させたほかは実施例１〜９と同様にして実施例１０〜１
３、また炭化タングステンに炭化チタン、炭化タンタル
またはＷ−Ｔａ−Ｔｉ複合炭化物を併用して硬質相を形
成させたほかは実施例１〜９と同様にして実施例１４〜
１６の超硬合金用原料粉末をそれぞれ調製した。それら
を用いて、実施例１〜９と同様にして焼結を行い、焼結
体の平均粒径と粒度分布を求めた。その結果を表４に示
す。

【００３１】

【表４】

【００３２】これらの焼結体について、実施例１〜９と
同様に硬さと抗折力を測定した。さらに、表３に示す条
件で、すなわちクリアランスを変えた以外は実施例１〜
９と同様にして丸パンチを作製し、各１．５×１０⁶ 回
の打抜き加工を行った後の摩耗量を測定した。それらの
結果を、まとめて表５に示す。

【００３３】

【表５】

【００３４】実施例１７、比較例７、８表６に示すように、実施例２、比較例４および比較例６
で得られた焼結体を用いて、発光ダイオード用リードフ
レームを成形するための金型用部品であるパンチを作製
した。パンチの斜視図を図２、先端部の平面図を図３、
側面図を図４に示す。これらのパンチを用いて、表３に
示す条件で各２．３×１０⁶ 個のリードフレームの打抜
き加工を行った。その後、図３の○内の数字で示すリー
ドフレームの位置１〜１０における、パンチ先端部の幅
Ｃ、および図３に示す先端部の側面の幅Ｄの加工前後の
測定値から、それぞれの摩耗量を求めた。リードフレー
ムの位置１と１０、２と９、３と８、４と７および５と
６のそれぞれの摩耗量の平均値は、表６および表７に示
すとおりであり、本発明による金型用部品の摩耗量は、
比較例による金型用部品に比べて著しく少なかった。

【００３５】

【表６】

【００３６】

【表７】

【００３７】

【発明の効果】本発明によって、耐衝撃性、耐塑性変形
性、耐摩耗性および抗折力に優れ、特に打抜き型に適し
た超硬合金製金型用部品が得られる。本発明の金型用部
品を用いて、発光ダイオード用リードフレームのような
鉄系材料の精密コイニング加工を含む打抜き加工を、容
易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１〜１６および比較例１〜６において作
製した丸パンチの断面図である（単位：mm）。

【図２】実施例１７および比較例７、８において作製し
たリードフレーム打抜き用パンチの斜視図である。

【図３】実施例１７および比較例７、８において作製し
たリードフレーム打抜き用パンチの先端部の平面図であ
る。

【図４】実施例１７および比較例７、８において作製し
たリードフレーム打抜き用パンチの断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化タングステンを主成分とする硬質相
およびコバルトを主成分とする結合相を含む超硬合金製
金型用部品において、該結合相が超硬合金全体の６〜１４重量％であり、該炭
化タングステンの平均粒径が２．５〜４．５μm であ
り、かつ１．０μm 未満の粒径を有する微粒炭化タング
ステンの含有率が、任意の面または断面における該炭化
タングステンの全面積の５面積％以下であることを特徴
とする該炭化タングステ系超硬合金製金型用部品。
【請求項２】６．０μm を越える粒径を有する粗粒炭
化タングステンの含有率が、任意の面または断面におけ
る上記炭化タングステンの全面積の５面積％以下であ
る、請求項１記載の炭化タングステン系超硬合金製金型
用部品。
【請求項３】２．０〜５．０μm の粒径を有する中粒
炭化タングステンの含有率が、任意の面または断面にお
ける上記炭化タングステンの全面積の５０〜９０面積％
である、請求項１または２記載の炭化タングステン系超
硬合金製金型用部品。
【請求項４】硬質相が上記超硬合金全体の８６〜９４
重量％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭
化タングステン系超硬合金製金型用部品。
【請求項５】周期律表の４ａ、５ａおよび６ａ族元素
の炭化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物およびこれ
らの相互固溶体の少なくとも１種からなる立方晶構造の
化合物相を、上記超硬合金全体の５重量％以下含有す
る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化タングス
テン系超硬合金製金型用部品。
【請求項６】結合相中のコバルトが９０体積％以上で
ある、請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化タング
ステン系超硬合金製金型用部品。
【請求項７】超硬合金製金型用部品が、プレス加工部
品の加工用である、請求項１〜６のいずれか１項に記載
の炭化タングステン系超硬合金製金型用部品。
【請求項８】プレス加工部品が、リードフレームまた
はモータコア部品である、請求項７記載の炭化タングス
テン系超硬合金製金型用部品。
【請求項９】リードフレームが、発光ダイオード用リ
ードフレームである、請求項８記載の炭化タングステン
系超硬合金製金型用部品。
【請求項１０】プレス加工部品が、鉄系材料からな
る、請求項７〜９のいずれか１項に記載の炭化タングス
テン系超硬合金製金型用部品。
【請求項１１】請求項１〜６のいずれか１項に記載の
炭化タングステン系超硬合金製金型用部品を用いて加工
されたプレス加工部品。
【請求項１２】請求項１〜６のいずれか１項に記載の
炭化タングステン系超硬合金製金型用部品を用いて加工
されたリードフレーム。