JPH11277160A

JPH11277160A - プレス用ダイヤモンド被覆絞りダイス

Info

Publication number: JPH11277160A
Application number: JP10100081A
Authority: JP
Inventors: Masao Murakawa; 正夫村川; Sadao Takeuchi; 貞雄竹内; Kazunori Nakatake; 万能中武; Manabu Yamashita; 学山下
Original assignee: Asahi Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Asahi Seiki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】冷間圧延鋼板等をプレス金型により絞り加工
する場合であっても、ダイス基体のダイス穴内壁面に被
覆したダイヤモンド皮膜が容易に剥離、破壊することが
なく、寿命の長いプレス用ダイヤモンド被覆絞りダイス
を提供すること。【解決手段】超硬合金からなるダイス基体１０、３０
の中央にはダイス穴１２、３２を設け、ダイス穴１２、
３２には、被加工材を絞り込むための上テーパ部１４、
３６と、ダイス軸心と平行な成形ストレート部１６、３
８とを設けると共に、必要に応じてダイス穴３２上端に
は開口ストレート部３４を設け、ダイス穴１２、３２内
面をエッチング処理した後、ダイス穴１２、３２の温度
を９００℃以上１１００℃以下の温度に加熱した状態
で、ダイス穴１２、３２内壁面にダイヤモンド膜２２、
４４を被覆し、徐冷することによりプレス用ダイヤモン
ド被覆絞りダイス１、２を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド被覆
絞りダイスに関し、さらに詳しくは、順送型プレス、ト
ランスファプレス等において絞り加工を行う際に用いる
プレス用絞りダイスに好適なダイヤモンド被覆絞りダイ
スに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】順送型プレス、トランスファプレス等で
行われる絞り加工は、板状のブランクをダイスとポンチ
を用いて底付きの容器に加工する方法であり、材料が周
辺からダイス穴に絞り込まれる際に、ダイスと被加工材
との間に大きな摩擦力が発生する。そのため、絞り加工
用のダイス（以下、単に「絞りダイス」という）には、
通常、耐摩耗性の高いダイス鋼、超硬合金等が使用され
ている。

【０００３】しかし、耐摩耗性の高い超硬合金等を用い
た場合であっても、成形個数が数十万個を越えると製品
表面に条痕が入るため、数十万個成形する毎に絞りダイ
スのダイス穴内壁面をラッピングする作業が不可欠であ
るという問題があった。この問題を解決するには、絞り
ダイスのダイス穴内壁面に基材である超硬合金より硬い
物質、例えば、ダイヤモンド膜を被覆して、絞りダイス
の耐摩耗性を高めることが有効と考えられるが、超硬合
金をダイス基体とし、そのダイス穴内壁面にダイヤモン
ド膜を厚く被覆したプレス用絞りダイスはまだ知られて
いない。

【０００４】そこで、これに類似する技術として、プレ
ス用ダイスの技術分野ではないが、特開昭６４−６２２
１３号公報には、ダイヤモンドとの密着力を高めるため
に、超硬合金からなる基材の表面にタングステン（Ｗ）
等からなる厚さ０．５μｍ〜３μｍの皮膜を形成し、基
材を７００℃に加熱した状態で、気相合成法により基材
上に形成した前記皮膜の上に厚さ２〜５０μｍのダイヤ
モンド被膜を成膜したダイヤモンド被覆線引きダイスが
開示されている。

【０００５】また、やはりプレス用ダイスと異なる技術
分野として、特開平３−１１４６１０号公報には、ダイ
ヤモンドの黒鉛化を阻止するために、超硬合金からなる
基材の表面からコバルト（Ｃｏ）を酸洗除去し、基材を
７００℃〜８００℃に加熱した状態で、ＣＶＤ法により
基材上に厚さ５０〜１５０μｍのダイヤモンド被膜を成
膜した線引きダイスが開示されている。

【０００６】一方、プレス用ダイスの技術分野では、例
えば、特開平８−９００９２号公報には、ダイヤモンド
被膜ではないが、超硬合金等からなる基材表面に厚さ
０．５〜５μｍのダイヤモンドライクカーボン膜を被覆
したアルミニウム板の深絞りに用いられる無潤滑絞り金
型が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、線材等
の抽伸用の線引きダイスは、通常、無垢の線材を元の外
径寸法よりも小さな所定の寸法に成形するためのダイス
であり、線材は一定方向に連続的に流れるものである。
そのため、線引きダイスの受ける圧力も連続し、かつ一
定方向である。

【０００８】これに対し、プレス成形用の絞りダイス
は、板状のブランクまたは所定の外径を有する有底筒状
の材料から、それより小さな外径を有する底付き容器に
成形するためのダイスであり、外径を小さくするという
点では線引きダイスと同様であるが、素材は、パンチの
一方向の運動によってダイス内に絞り込まれ、逆方向の
運動によってダイス外に排出されるものである。そのた
め、絞りダイスは、ストローク数に対応した絞り込み時
の正応力と、戻し時（ノックアウト）の比較的小さな負
応力の繰り返し衝撃応力を受けることになる。

【０００９】そのため、特開昭６４−６２２１３号公報
及び特開平３−１１４６１０号公報に開示された線引き
ダイスと同様の方法を用い、ダイス穴内壁面にダイヤモ
ンドを被覆して絞りダイスとした場合には、絞り加工中
に発生する繰り返しの正・負応力によりダイヤモンド皮
膜の剥離、破壊が容易に生じ、ダイスの寿命が短いとい
う問題があった。

【００１０】また、絞りダイスであっても、特開平８−
９００９２号公報に開示されているように、ダイス基体
にダイヤモンドライクカーボン膜を被覆する方法では、
膜厚を厚くするとダイヤモンドライクカーボン膜が剥離
するために、膜厚は５μｍ以下に限定される。そのた
め、これを素材が冷間圧延鋼板の絞り加工に用いた場合
には、わずか数回の絞り加工で被膜の剥離、破壊が生
じ、生産に使用できないという問題があった。

【００１１】本発明が解決しようとする課題は、冷間圧
延鋼板等、比較的硬い材料をプレス金型により絞り加工
する場合であっても、ダイス穴内壁面に被覆したダイヤ
モンド皮膜が容易に剥離、破壊することのない、長寿命
のプレス用ダイヤモンド被覆絞りダイスを提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るプレス用ダイヤモンド被覆絞りダイス
は、筒状雌型のダイスと雄型のパンチで被加工材に絞り
加工を行う際に用いるものであって、超硬合金を基材と
するダイス基体の成形ストレート部を含むダイス穴内壁
面にダイヤモンド膜を被覆してなることを要旨とするも
のである。

【００１３】ここで、前記ダイス基体のダイス穴内壁面
には、被加工材を絞り込むためのダイス軸心と平行な筒
型をした成形ストレート部を有することが好ましい。成
形ストレート部がないと、ダイス基体によるダイヤモン
ド膜の保持力が弱くなり、寿命の長い絞りダイスが得ら
れない。

【００１４】また、前記ダイヤモンド膜の被膜厚さは、
少なくとも前記成形ストレート部で５０μｍ以上、３０
０μｍ以下であることが好ましい。ダイヤモンド膜の厚
さが５０μｍ未満では、成膜過程の冷却中に発生する熱
応力や、絞り加工中に発生する引張応力により、ダイヤ
モンド膜が破壊する場合があるので好ましくない。ま
た、ダイヤモンド膜の厚さを３００μｍより厚くして
も、絞りダイスの長寿命化にはあまり寄与しないので、
実益がない。なお、前記ダイヤモンド膜は、前記ダイス
基体のダイス穴内壁面にＣＶＤ法により形成するとよ
い。

【００１５】また、ダイス基体としては、高い硬度と剛
性を有する超硬合金が好適である。中でも、Ｃｏ含有量
が約６％以下であるＪＩＳＢ４０５３で規定されるＫ
１０相当の組成を有する超硬合金は、高い硬度と剛性を
有することに加え、ダイヤモンド膜に対する高い膜付着
力が得られるので、絞りダイス用のダイス基体として特
に優れている。

【００１６】また、前記ダイス基体のダイス穴内壁面
は、前記ダイス穴内壁面の成形ストレート部の絞り込み
入口端より漸次拡径となるテーパ部が延設され、さらに
該テーパ部の最大径部よりダイス端面まではダイス軸心
と平行な内壁面を有する開口ストレート部が延設されて
いることが好ましい。開口ストレート部を設けると、開
口ストレート部と成形ストレート部の双方でダイヤモン
ド膜が強固に保持されることになるので、絞りダイスの
寿命をさらに長くすることが可能となる。さらに、前記
プレス加工を行うプレスは、順送型プレスもしくはトラ
ンスファプレスが好ましい。

【００１７】上記構成を有する本発明に係るダイヤモン
ド被覆絞りダイスは、超硬合金からなるダイス基体のダ
イス穴内壁面の温度を高温に保持した状態で、ダイス穴
内壁面にダイヤモンド膜を厚く成膜し、室温まで徐冷す
ることにより得られるものである。超硬合金の熱膨張係
数は、ダイヤモンドの熱膨張係数より大きいために、成
膜後の冷却過程において、ダイヤモンド膜がダイス基体
により焼きばめされた状態となり、ダイヤモンド膜中に
熱膨張係数差に起因する圧縮応力が発生する。

【００１８】ダイス穴には、ダイス基体の軸心と平行な
成形ストレート部が設けられているので、成膜過程の冷
却時に発生する熱応力は、成形ストレート部で最大とな
り、この熱応力によりダイヤモンド膜がダイス基体にし
っかりと保持される。しかも、ダイヤモンド膜の厚さを
所定の範囲内としているので、熱応力によりダイヤモン
ド膜が破損することもない。

【００１９】さらに、このようなダイスを絞り加工に用
いた場合には、テーパ部により被加工材が成形ストレー
ト部に滑らかに絞り込まれると共に、絞り加工の際にダ
イヤモンド膜中に発生する引張応力と、成膜後の冷却過
程で発生した圧縮応力とが相殺されるので、絞り加工中
に生ずるダイヤモンド膜の弾性変形が小さくなる。これ
により、比較的大きな繰り返し衝撃応力が発生する絞り
加工を行っても、ダイヤモンド膜が剥離、破壊すること
はなく、ダイヤモンド被覆絞りダイスを長寿命化するこ
とが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）
は、本発明の第１の実施の形態に係るプレス用ダイヤモ
ンド被覆絞りダイス１（以下、単に「ダイス１」とい
う）の断面図を示したものである。

【００２１】図示されるように、ダイス１は、超硬合金
からなるダイス基体１０の中央部に被加工材（図示せ
ず）を絞り加工するダイス穴１２が形成されている。ま
た、ダイス穴１２の内壁面には、ダイヤモンド膜２２が
成膜されている（ダイヤモンド膜を誇張して示す。）。

【００２２】ダイス基体１０に設けられたダイス穴１２
は、被加工材を絞り込むためのダイス軸心と平行な絞り
成形面である成形ストレート部１６のダイス軸方向両端
縁より、ダイス軸外方向に向けて漸次拡径となる上テー
パ部１４と、下テーパ部１８からなっている。上テーパ
部１４は、被加工材がインサートされる側に位置する。

【００２３】上テーパ部１４は、成形ストレート部１６
からダイス基体１０の上面１０ａに向かって６０゜の角
度で広がる円錐状のテーパである。また、成形ストレー
ト部１６は、直径４．２ｍｍ、長さ３ｍｍの円筒形にな
っており、成形ストレート部１６と上テーパ部１４と
は、１Ｒのアール面２０ａで滑らかに繋がっている。ま
た、下テーパ部１８は、成形ストレート部１６からダイ
ス基体１０の下面１０ｂに向かって３０゜の角度で広が
る円錐状のテーパであり、成形ストレート部１６と下テ
ーパ部１８とは、０．５Ｒのアール面２０ｂで滑らかに
繋がっている。

【００２４】また、ダイヤモンド膜２２は、成形ストレ
ート部１６において、膜厚が５０μｍ〜３００μｍとな
るように成膜されている。上テーパ部１４及び下テーパ
部１８では、成形ストレート部１６から遠ざかるにつれ
て、その膜厚は漸次薄くなっている。

【００２５】ここで、ダイス基体１０は、高い硬度と剛
性を有する材料であることを要する。硬度及び剛性が低
い材料では、絞り加工を行った際にダイス基体１０の弾
性変形や塑性変形が大きくなり、ダイス基体１０の中央
に設けられるダイス穴１２内壁面に被覆したダイヤモン
ド膜が剥離したり、破損する場合があるからである。

【００２６】ダイス基体１０として用いられる超硬合金
は、周知のようにＷＣ粒子をＣｏバインダーで結合した
合金であり、Ｃｏ量が少なくなるほど、硬度及び剛性が
増加する。また、Ｃｏ等の鉄系金属は、ダイヤモンドの
黒鉛化を助長するので、Ｃｏ含有量が少なくなるほど、
ダイス基体１０とダイヤモンド膜２２との膜付着力が増
加する。これらを勘案すると、絞り加工用のダイス基体
１０としては、Ｃｏ含有量が約６％以下であるＪＩＳ
Ｂ４０５３で規定されるＫ１０相当の組成を有する超硬
合金が特に好適である。

【００２７】また、アール面２０ａは、絞り加工の際
に、上テーパ部１４から成形ストレート部１６にワーク
（図示せず）を滑り込ませるためのものであり、アール
面２０ａ、上テーパ部１４及び成形ストレート部１６
は、絞り加工時に大きな繰り返し衝撃荷重を受け、破壊
しやすくなっている。従って、アール面２０ａの大きさ
及び上テーパ部１４のテーパ角度は、ダイス寿命に大き
く影響するので、寸法精度、ワークの材質、絞り率等を
考慮して、最適な値を設定する必要がある。

【００２８】これに対し、アール面２０ｂは、成形スト
レート部１６と下テーパ部１８とを滑らかに繋ぐだけで
あり、ダイス寿命には影響しないので、アール面２０ｂ
及び下テーパ部１８のテーパ角度は、加工の容易性等を
考慮して任意に設定すればよい。

【００２９】次に、図１（ａ）に示すダイス基体１０の
ダイス穴１２内壁面にダイヤモンド膜２２を被覆するた
めの装置について説明する。図２は、熱フィラメント方
式によるダイヤモンド合成装置の概略構成図であり、ダ
イヤモンド合成装置５０は、反応容器５２と、水素ガス
供給源５８と、バブラ６０とを備えている。

【００３０】反応容器５２は、上部に観察窓５２ａを備
え、反応容器５２内部の状態を目視により観察できるよ
うになっている。また、下部には、試料台５２ｂを備
え、ダイヤモンド膜２２を被覆するダイス基体１０を載
置できるようになっている。さらに、反応容器５２内に
はフィラメント５４が備えられ、図示しない制御装置を
介してフィラメント５４の発熱量を調整できるようにな
っている。

【００３１】反応容器５２は、排気口５６ａを介して図
示しない真空ポンプに接続されており、反応容器５２内
を所定の真空度に調整できるようになっている。また、
反応容器５２に設けられた水素ガス導入口５６ｂは、水
素ガス導入管６２ａを介して水素ガス供給源５８に接続
されており、元弁６４ａ及び電磁弁６４ｂにより、反応
容器５２内に導入する水素量を調節できるようになって
いる。

【００３２】さらに、水素ガス導入管６２ａは、途中で
分岐し、水素ガスの一部を分岐管６２ｂを介してバブラ
６０に送るようになっている。また、バブラ６０は、原
料ガス導入管６２ｃを介して反応容器５２に設けられた
原料ガス導入口５６ｃと接続されており、原料ガス導入
管６２ｃに設けられた電磁弁６４ｃにより流量を調整し
ながら、水素ガスをキャリアとして原料ガスを反応容器
５２内に送れるようになっている。

【００３３】次に、図２に示すダイヤモンド合成装置５
０を用いて、ダイス基体１０のダイス穴１２内壁面にダ
イヤモンド膜２２を成膜する方法について説明する。ま
ず、超硬合金からなるダイス基体１０のダイス穴１２に
形成された成形ストレート部１６の内径を、仕上げ寸法
より１００〜６００μｍ大きめに製作する。

【００３４】また、この時、ダイヤモンド膜２２を成膜
する前に、ダイス穴１２内壁面のエッチング処理を行う
とよい。エッチング処理を行うと、ダイス穴１２内壁面
にミクロな凹凸が形成されて密着面積が増大し、ダイス
穴１２内壁面とダイヤモンド膜２２との膜付着力を増す
ことができるためである。具体的には、ダイス基体１０
の酸洗いを行い、ダイス穴１２内壁面からＣｏを溶出す
ればよい。

【００３５】エッチング処理後、ダイス基体１０を試料
台５２ｂ上に載置し、ダイス穴１２内にフィラメント５
４を通す。次いで、図示しない真空ポンプを用いて反応
容器５２内を排気した後、元弁６４ａ及び電磁弁６４
ｂ、６４ｃを開き、所定の真空度となるように、水素ガ
ス導入口５６ｂ及び原料ガス導入口５６ｃから水素ガス
と原料ガスとを反応容器５２内に導入する。

【００３６】次いで、フィラメント５４に通電し、ダイ
ス基体１０のダイス穴１２内壁面が９００℃〜１１００
℃に加熱されるようにすると、原料ガスが分解して、ダ
イス穴１２内壁面にダイヤモンド膜２２がゆっくりと厚
く生成する。そして、所定時間が経過し、ダイヤモンド
膜２２が所定の厚さ（７０μｍ〜３２０μｍ）に成膜さ
れたところでフィラメント５４への通電を停止し、ダイ
ス基体１０を徐冷する。

【００３７】そして、ダイス穴１２内壁面に形成された
ダイヤモンド膜２２の内、少なくともワーク（図示せ
ず）と接触し、絞り加工作用を行う上テーパ部１４の下
方部分と、絞り径を定める成形ストレート部１６につい
て、ワークが所定の絞り径となるようにラッピング加工
を施せば、ダイス１が完成する。

【００３８】なお、原料ガスについては、一般にエタノ
ールが用いられるが、メタン、一酸化炭素等を用いても
よく、特に限定されるものではない。また、ダイス基体
１０は、ダイス穴１２の内径が決まっており、従って、
フィラメント５４とダイス基体１０との間隔も決まって
いるので、ダイス穴１２内壁面の温度の調整は、フィラ
メント５４温度、フィラメント５４の線径、ピッチ、長
さを適宜調整することにより行えばよい。

【００３９】以上のような工程を経て、寿命の長いダイ
ス１が得られるのは、以下の理由による。すなわち、超
硬合金の熱膨張係数は、５〜６ｘ１０^-6／℃であるのに
対し、ダイヤモンドの熱膨張係数は、２〜３ｘ１０^-6／
℃であり、超硬合金の約半分である。そのため、ダイヤ
モンド膜２２を成膜した後の冷却過程において、ダイヤ
モンド膜２２中には、超硬合金とダイヤモンドの熱膨張
係数差に応じた圧縮の熱応力が発生する。

【００４０】ここで、ダイス基体１０とダイヤモンド膜
２２の界面に発生した熱応力の内、垂直応力成分のみが
ダイヤモンド膜２２の保持に寄与するが、ダイス穴１２
に設けられた成形ストレート部１６は、ダイス基体１０
の軸心に平行になっているので、成形ストレート部１６
に発生する熱応力は、垂直応力成分のみとなる。その結
果、ダイヤモンド膜２２を保持する力は、成形ストレー
ト部１６で最も高くなり、ダイス基体１０によりダイヤ
モンド膜２２がしっかりと保持される。

【００４１】また、絞り加工の際には、ダイヤモンド膜
２２中に引張応力が発生するが、この引張応力は、冷却
過程においてダイヤモンド膜２２中に発生した圧縮の熱
応力により相殺される。その結果、熱応力がない場合に
比べて、絞り加工の際に生ずるダイヤモンド膜２２の弾
性変形が小さくなるので、比較的大きな繰り返し衝撃応
力が発生する絞り加工を連続して行っても、ダイヤモン
ド膜２２が破損したり、剥離しにくくなり、ダイス１の
長寿命化が達成される。

【００４２】さらに、成形ストレート部１６は、アール
面２０ａを介して上テーパ部１４に繋がれているが、上
テーパ部１４を設けることにより、ワークが成形ストレ
ート部１６に滑らかに絞り込まれ、絞り加工の際にダイ
ス基体１０とダイヤモンド膜２２の界面に発生するせん
断応力が低減されるので、この点もダイス１の長寿命化
に寄与している。

【００４３】なお、ダイヤモンド膜２２に発生する熱応
力は、成膜時の温度に依存し、成膜温度が高いほど熱応
力は大きくなる。そのため、ダイヤモンド膜２２を破損
させることなくダイス基体１０のダイス穴１２内壁面に
ダイヤモンド膜２２を被覆するには、成膜時のダイス穴
１２内壁面、特に成形ストレート部１６内壁面の温度を
適正化する必要がある。また、絞り加工中に発生する引
張応力を相殺し、ダイヤモンド膜２２の弾性変形を抑制
するには、ダイヤモンド膜２２の膜厚をある程度厚く
し、ダイヤモンド膜２２で支えることができる総荷重を
大きくする必要がある。

【００４４】そのためには、ダイヤモンド膜２２の膜厚
は、成形ストレート部１６において、５０μｍ以上とす
る必要がある。膜厚が５０μｍ未満では、熱応力がダイ
ヤモンド膜２２の破壊強度を越え、冷却中にダイヤモン
ド膜２２が破壊するおそれがあるからである。また、破
損しない場合であっても、絞り加工を行ったときにダイ
ヤモンド膜２２が大きく弾性変形し、容易に剥離、破壊
する場合があるからである。但し、膜厚を３００μｍよ
り厚くしても、長寿命化にはあまり寄与せず、むしろ高
コストとなるので、膜厚は３００μｍ以下が好ましい。

【００４５】また、成膜時の成形ストレート部１６内壁
面の温度は、９００℃以上１１００℃以下が好ましい。
成形ストレート部１６内壁面の温度が９００℃未満で
は、ダイヤモンド膜２２中に発生する熱応力が小さくな
り、絞り加工中にダイヤモンド膜２２が大きく弾性変形
し、剥離、破壊が生ずる場合があるからである。また、
成形ストレート部１６内壁面の温度が１１００℃を超え
ると、熱応力がダイヤモンド膜２２の破壊強度を超え、
破壊するおそれがあるので好ましくない。

【００４６】さらに、上述のように比較的高い温度でダ
イヤモンド膜２２を成膜した後にダイス基体１０を急冷
すると、ダイヤモンド膜２２中に不均一、かつ、大きな
熱応力が発生し、ダイヤモンド膜２２が破壊する場合が
あるので、成膜後は徐冷することが必要である。

【００４７】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１（ｂ）は、本発
明の第２の実施の形態に係るプレス用ダイヤモンド被覆
絞りダイス２（以下、単に「ダイス２」という）の断面
図を示したものである。ダイス基体３０に設けられたダ
イス穴３２は、成形ストレート部３８、漸次拡径の上テ
ーパ部３６、その端部からダイス軸方向にストレートな
開口ストレート部３４と、第１の実施の形態と同様の下
テーパ部４０とからなっている。

【００４８】開口ストレート部３４は、ダイス基体３０
の上面３０ａ側に設けられ、直径６ｍｍ、長さ２ｍｍの
円筒形を呈している。また、開口ストレート部３４と上
テーパ部３６の境目４２ａは、要求される形状に応じ
て、アール面取り加工を施す。

【００４９】ダイス基体３０のその他の部分について
は、図１（ａ）に示すダイス基体１０と同様であり、テ
ーパ角度６０゜の上テーパ部３６と直径４．２ｍｍ、長
さ３ｍｍの成形ストレート部３８とが１Ｒのアール面４
２ｂにより滑らかに繋がれ、さらに、成形ストレート部
３８とテーパ角３０゜の下テーパ部４０とが０．５Ｒの
アール面４２ｃにより滑らかに繋がれているものであ
る。

【００５０】そして、ダイス基体３０を、図２に示すダ
イヤモンド合成装置５０を用い、上述と同様の手順に従
ってダイヤモンド合成を行うと、ダイス基体３０のダイ
ス穴３２内壁面にダイヤモンド膜４４が厚く成膜された
ダイス２が得られる。なお、フィラメント５４に近い位
置にある成形ストレート部３８部分の膜厚がもっとも厚
く、開口ストレート部３４、上テーパ部３６及び下テー
パ部４０の膜厚が薄くなる点は、図１（ａ）に示すダイ
ス１と同様である。

【００５１】このようにして得られたダイス２は、開口
ストレート部３４を備えているために、ＣＶＤ法により
ダイヤモンド膜４４を形成した後にダイス基体３０の冷
却により径方向に収縮した時にダイス基体３０の方がダ
イヤモンド被膜より収縮が大きいから、テーパ状よりも
大きな焼きばめ効果によりしっかりと付着される。ダイ
ス２は、特に、成形ストレート部３８の他に、開口スト
レート部３４を備えており、成形ストレート部３８のみ
ならず、開口ストレート部３４でもそのような焼きばめ
効果が生じ、ダイス１よりも更にしっかりとしたダイヤ
モンド膜４４の締め付けがなされる。そのため、成形ス
トレート部１６のみを有するダイス１よりも、ダイス寿
命をさらに長くすることが可能となる。

【００５２】（実施例１）図２に示すダイヤモンド合成
装置を用いて、ダイス基体１０のダイス穴１２内壁面に
ダイヤモンド膜２２を被覆することにより、図１（ａ）
に示すようなダイス１を作製した。

【００５３】なお、ダイヤモンド膜２２の成膜は、表１
に示すように、線径０．２ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍ、巻
き数２１回のフィラメント５４を用い、フィラメント５
４の温度を２２００℃とし、反応容器５２内の真空圧力
が１００Ｔｏｒｒとなるように、エタノールを１．５〜
２ｖｏｌ％含む水素ガスを１００ｃｍ³／ｍｉｎの速度
で導入することにより行った。この場合、合成速度は２
〜３μｍ／ｈである。

【００５４】

【表１】

【００５５】所定時間経過後、ダイヤモンド膜２２の厚
さが約１００μｍとなったところで、フィラメント５４
の通電を止め、ダイス基体１０を反応容器５２内で徐冷
した。徐冷後、ダイス基体１０を反応容器５２より取り
出し、上テーパ部１４の下方と、成形ストレート部１６
をワークが所定の絞り径となるようにラッピング加工し
た。加工後のダイヤモンド膜２２の厚さは、成形ストレ
ート部１６で７５μｍであった。

【００５６】得られたダイス１について絞り加工試験を
行った。加工機には、トランスファプレス４５ｔｏｎを
用い、被加工材には、冷間圧延鋼板ＳＰＣＥ（ＪＩＳ
Ｇ３１４１）０．４ｔ材を用いた。また、ダイス１は、
最終絞り工程用のダイスとして用い、加工条件は、加工
速度７０ｓｐｍ、絞り率０．８９、しごき率１３％と
し、加工油を被加工材に塗布しながら絞り加工を行っ
た。

【００５７】ダイス１による最終絞り加工を行う前のワ
ーク４６は、図３（ａ）に示すように、トランスファプ
レスの前工程において板状のブランクから成形された有
底のカップ状容器である。このワーク４６を、図４
（ａ）に示すように、上パンチ７２及びノックアウト７
４で挟み、ダイス１のダイス穴１２に誘導する。

【００５８】上パンチ７２及びノックアウト７４を下降
させるに伴い、上テーパ部１４に沿ってワーク４６が成
形ストレート部１６に滑り込み、外径の絞りと板厚のし
ごきが同時に行われる。そして、予め定められたストロ
ーク分だけ上パンチ７２及びノックアウト７４を下降さ
せると、外径が絞り込まれたワーク４７となる（図４
（ｂ））。次いで、上パンチ７２及びノックアウト７４
を同時に上昇させると、ダイス１からワーク４７を取り
出すことができる。

【００５９】このようにして得られたワーク４７は、図
３（ｂ）に示すように、上縁にテーパ部を有する有底の
筒状容器となっているので、このワーク４７の底部をピ
アシングにより打ち抜き、さらに上部のテーパ部をトリ
ミングすれば、図３（ｃ）に示すような形状を有する最
終製品４８が得られる。

【００６０】ダイス１を用いて図３（ａ）に示すワーク
４６の絞り加工を連続して行ったところ、約２４０万個
の生産が可能であり、この２４０万個を成形する間、ワ
ーク４７の表面仕上がりは鏡面を有していた。ダイス鋼
や超硬工具のダイスでは、生産個数が数十万個に達する
とワーク４７表面に条痕が入るために、数十万個生産す
る毎にラッピング作業が必要であったが、本発明に係る
ダイス１では、約２４０万個生産してもダイス穴１２の
ラッピング加工は不要であり、著しく生産性が向上する
ことがわかった。

【００６１】（実施例２）実施例１と同様の手順に従
い、ダイス基体３０のダイス穴３２内壁面にダイヤモン
ド膜４４を被覆することにより、図１（ｂ）に示すよう
なダイス２を得た。得られたダイス２を用い、実施例１
と同様の手順に従い、図３（ａ）に示すワーク４６に絞
り加工試験を行った。

【００６２】得られたダイス２は、成形個数が１０００
万個を越えてもダイヤモンド膜４４の剥離、破壊は認め
られず、ワーク４７の表面仕上がりは鏡面を呈してい
た。本実施例のダイス２については、現在も使用中であ
るが、成形個数が１０００万個を越えても使用に耐えて
おり、この間、ダイス穴３２のラッピング加工は全く不
要であった。

【００６３】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の改変が可能である。例えば、上記実施の形態では、ア
ール面２０ａ、４２ｂを共に１Ｒとしているが、ワーク
加工上、差し障りがない限り、アール面２０ａ、４２ｂ
の曲率半径を大きくしてもよく、これによりダイス寿命
をさらに長くすることが可能となる。

【００６４】また、上記実施の形態では、ダイヤモンド
被覆絞りダイスをトランスファプレスの最終絞り工程用
のダイスとして用いた例について示したが、本発明に係
るダイヤモンド被覆絞りダイスは、最終絞り工程用に限
定されるものではなく、絞り率の大きな強加工が行われ
る中間工程用の絞りダイスとしても用いることができ、
さらには、順送りプレスあるいはトランスファプレスの
みならず、単一のダイスを有する通常のプレスに用いる
絞りダイスとしても使用することができる。

【００６５】また、上記実施の形態では、ダイス穴に開
口ストレート部を設けることにより、ダイヤモンド被覆
絞りダイスの耐久性がさらに向上することが明らかとな
ったが、このような構成は、当然、絞りダイスよりも負
荷が小さい線引きダイスにも応用することができ、これ
により線引きダイスの耐久性をさらに向上させることが
可能となる。

【００６６】さらに、成形ストレート部の直径、長さ、
上テーパ部のテーパ角等は、上記実施の形態で用いられ
ている数値に何ら限定されるものではなく、製品寸法、
仕上げ精度、ワークの材質、絞り率等を考慮して、適宜
選択すればよく、これにより上記実施の形態と同様の効
果が得られるものである。

【００６７】

【発明の効果】本発明に係るプレス用ダイヤモンド被覆
絞りダイスによれば、超硬合金を基材とするダイス基体
のダイス穴内壁面にダイヤモンド膜を被覆したので、比
較的大きな繰り返し衝撃応力が発生する絞り加工を連続
して行っても、ダイヤモンド膜が剥離したり破壊したり
することがなく、ダイス寿命が長くなるという効果があ
る。

【００６８】また、前記ダイス基体のダイス穴内壁面に
は、被加工材を絞り込むためのダイス軸心と平行な成形
ストレート部を有しているので、被加工材を筒状に絞り
加工するのに適していることはもとより、ダイヤモンド
膜がダイス基体のダイス穴内壁面にしっかりと付着し、
ダイス寿命が長くなるという効果がある。

【００６９】また、前記ダイヤモンド膜の被膜厚さを、
少なくとも前記成形ストレート部で５０μｍ以上とすれ
ば、成膜後に生じる熱応力や、絞り加工の際に生じる引
張応力による被膜の剥離や破壊が抑制されるという効果
がある。

【００７０】また、前記ダイス基体として、コバルト含
有率６％以下のＫ１０相当超硬合金を用いると、ダイス
基体自身が高い硬度と剛性を有することに加え、ダイヤ
モンド膜との膜付着力を大きくすることができるので、
ダイヤモンド膜の剥離、破壊が抑制され、ダイス寿命が
長くなるという効果がある。

【００７１】さらに、前記ダイス基体のダイス穴内壁面
に、前記ダイス穴内壁面の成形ストレート部の絞り込み
入口端より漸次拡径となるテーパ部を延設し、さらに該
テーパ部の最大径よりダイス端面まではダイス軸心と平
行な内壁面を有する開口ストレート部を延設すると、成
形ストレート部のみを有する場合と比べて、ダイヤモン
ド膜を保持する力が大きくなり、さらにダイス寿命が長
くなるという効果がある。

【００７２】以上のように、本発明に係るプレス用ダイ
ヤモンド被覆絞りダイスは、ダイス寿命が従来のダイス
鋼あるいは超硬合金からなる絞りダイスに比較して数
倍、あるいはダイス形状によっては十倍以上に達するも
のであり、これをトランスファプレス、順送りプレス等
において絞りダイスとして用いれば、ダイスのラッピン
グ作業が不要となり、プレス加工の生産性を著しく向上
させることができるものであり、産業上、その効果の極
めて大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプレス用ダイヤモンド被覆絞りダ
イスの断面図である。

【図２】熱フィラメント方式によるダイヤモンド合成装
置の概略構成図である。

【図３】図３（ａ）は絞り加工前のワーク、図３（ｂ）
は絞り加工後のワーク、図３（ｃ）は、最終製品を示す
断面図である。

【図４】ダイスによる絞り加工の過程を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１、２プレス用ダイヤモンド被覆絞りダイ
ス１０、３０ダイス基体１２、３２ダイス穴１４、３６上テーパ部１６、３８成形ストレート部２２、４４ダイヤモンド膜３４開口ストレート部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ３０Ｂ 13/00 Ｂ３０Ｂ 13/00 Ｆ (72)発明者村川正夫埼玉県南埼玉郡白岡町新白岡３丁目４番５号 (72)発明者竹内貞雄埼玉県浦和市元町２−１−２元町シティー803 (72)発明者中武万能愛知県尾張旭市旭前町新田洞5050番地の１旭精機工業株式会社内 (72)発明者山下学愛知県尾張旭市旭前町新田洞5050番地の１旭精機工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状雌型のダイスと雄型のパンチで被加
工材に絞り加工を行う際に用いるプレス用絞りダイスで
あって、超硬合金を基材とするダイス基体の成形ストレート部を
含むダイス穴内壁面にダイヤモンド膜を被覆してなるこ
とを特徴とするプレス用ダイヤモンド被覆絞りダイス。
【請求項２】前記ダイヤモンド膜の被膜厚さが、少な
くとも前記ダイス穴内壁面の成形ストレート部で５０μ
ｍ以上、３００μｍ以下であることを特徴とする請求項
１に記載のプレス用ダイヤモンド被覆絞りダイス。
【請求項３】前記ダイス基体が、コバルト含有率６％
以下のＫ１０相当超硬合金であることを特徴とする請求
項１又は２に記載のプレス用ダイヤモンド被覆絞りダイ
ス。
【請求項４】前記ダイヤモンド膜は、前記ダイス基体
のダイス穴内壁面にＣＶＤ法により形成されていること
を特徴とする請求項１、２又は３に記載のプレス用ダイ
ヤモンド被覆絞りダイス。
【請求項５】前記ダイス基体のダイス穴内壁面は、前
記ダイス穴内壁面の成形ストレート部の絞り込み入口端
より漸次拡径となるテーパ部が延設され、さらに該テー
パ部の最大径部よりダイス端面まではダイス軸心と平行
な内壁面を有する開口ストレート部が延設されているこ
とを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のプレス
用ダイヤモンド被覆絞りダイス。
【請求項６】前記プレス加工を行うプレスが、順送型
プレスもしくはトランスファプレスであることを特徴と
する請求項１、２、３、４又は５に記載のプレス用ダイ
ヤモンド被覆絞りダイス。