(57)【要約】【課題】適正なクリアランスの管理を容易にしつつ加工耐久性も高い次元で両立し得るプレス加工用金型およびプレス加工方法を提供する。【解決手段】本発明のプレス加工用金型は、パンチ部及びダイ部を用いて金属材をプレス加工するプレス加工用金型であって、前記パンチ部と前記ダイ部の一方における前記金属材と接する加工表面にはダイヤモンド膜が被覆され、前記パンチ部と前記ダイ部の他方における前記金属材と接する加工表面にビッカース硬さＨｖ８０００以下の表面処理膜が被覆されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチ部及びダイ部を用いて金属材をプレス加工するプレス加工用金型であって、
前記パンチ部と前記ダイ部の一方における前記金属材と接する加工表面にはダイヤモンド膜が被覆され、
前記パンチ部と前記ダイ部の他方における前記金属材と接する加工表面にビッカース硬さＨｖ８０００以下の表面処理膜が被覆されている、
ことを特徴とするプレス加工用金型。
【請求項２】
前記表面処理膜は、ビッカース硬さＨｖが１０００〜８０００であるダイヤモンドライクカーボンである請求項１に記載のプレス加工用金型。
【請求項３】
前記表面処理膜の厚みは、前記ダイヤモンド膜の厚みよりも薄い請求項１又は２に記載のプレス加工用金型。
【請求項４】
前記ダイ部に前記ダイヤモンド膜が被覆され、前記パンチ部に前記表面処理膜が被覆されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレス加工用金型。
【請求項５】
前記金属材が缶材であって、前記パンチ及び前記ダイを用いて少なくとも缶胴部を形成する絞りしごき加工が行われる請求項１〜４のいずれか一項に記載のプレス加工用金型。
【請求項６】
金属材をパンチ部及びダイ部を用いてプレス加工するプレス加工方法であって、
前記パンチ部と前記ダイ部の一方における前記金属材と接する加工表面にはダイヤモンド膜が被覆され、
前記パンチ部と前記ダイ部の他方における前記金属材と接する加工表面にビッカース硬さＨｖ８０００以下の表面処理膜が被覆されている、
ことを特徴とするプレス加工方法。
【請求項７】
前記金属材はクーラントを介して前記パンチ部及び前記ダイ部によって缶胴部となるようにプレス加工される請求項６に記載のプレス加工方法。
【請求項８】
前記クーラントの油分が４．０体積％以下である請求項６又は７に記載のプレス加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス加工用金型およびプレス加工方法に関し、より具体的には例えばアルミニウム製の缶を成形するのに好適なプレス加工用金型とその加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からプレス加工は工業製品を安価で大量に生産する製造方法として用いられてきている。かようなプレス加工は種々の被加工材を加工するのに適しており、被加工材の一例として例えば鋼、銅やアルミニウムなどの金属材の他、チタン、マグネシウムなどが例示できる。
【０００３】
上記した工業製品の一例としては、例えば缶材が例示できる。例えば特許文献１に例示する２ピースで構成される缶材は、上記したごときプレス加工用金型を用いて絞りしごき加工によって缶胴部などが成形される。
【０００４】
一方でプレス加工を行うプレス加工用金型はパンチ部とダイ部とを備え、これらの間が適正なクリアランスにより離間された状態で被加工材がプレス成形される。
プレス加工においてパンチ部及びダイ部は過酷な環境下に置かれることから、例えば特許文献２〜５に示すように金型の加工表面にダイヤモンド膜やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜などの炭素膜を被覆することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第６０１２８０４号
【特許文献２】特開２０１３−１６３１８７号公報
【特許文献３】特開平１０−１３７８６１号公報
【特許文献４】特開平１１−２７７１６０号公報
【特許文献５】特開平１−３０６０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のとおりプレス加工用金型は厳しい加工環境に置かれることから、例えばダイ部などの加工表面を種々の表面処理膜で被覆することが行われている。このような表面処理膜としては、高い滑り特性を持ち、且つプレス時の被加工材による凝着を抑制し得る材質が適宜選択され、特にダイヤモンド膜やＤＬＣ膜などの炭素膜で加工表面が被覆されることが望ましい。
しかしながら、上記した特許文献を含む従来技術では以下に示す課題が未解決であり、改善の余地は未だに大きいと言える。
【０００７】
すなわち、例えば上記した缶材においては近年では缶胴部の薄肉化が進んでおり、このような背景からプレス加工用金型においても厳格なクリアランスの管理と加工耐久性が要求されている。
しかしながら例えばプレス加工用金型におけるダイ部やパンチ部にＤＬＣ膜を形成したのでは、繰り返し行われるプレス加工に耐えられず加工耐久性に難があることは否めない。一方でプレス加工用金型におけるダイ部やパンチ部にダイヤモンド膜を形成すれば優れた加工耐久性を得る点では望ましいものの、ダイヤモンド膜を被覆した部材は寸法制御に難があって厳格なクリアランスの管理には不向きである。
【０００８】
本発明は上記した課題を一例として解決することを鑑み、適正なクリアランスの管理を容易にしつつ加工耐久性も高い次元で両立し得るプレス加工用金型およびプレス加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態におけるプレス加工用金型は、（１）パンチ部及びダイ部を用いて金属材をプレス加工するプレス加工用金型であって、前記パンチ部と前記ダイ部の一方における前記金属材と接する加工表面にはダイヤモンド膜が被覆され、前記パンチ部と前記ダイ部の他方における前記金属材と接する加工表面にビッカース硬さＨｖ８０００以下の表面処理膜が被覆されている、ことを特徴とする。
【００１０】
なお、上記した（１）に記載のプレス加工用金型においては、（２）前記表面処理膜は、ビッカース硬さＨｖが１０００乃至８０００であるダイヤモンドライクカーボンであることが好ましい。
【００１１】
また上記した（１）又は（２）に記載のプレス加工用金型においては、（３）前記表面処理膜の厚みは、前記ダイヤモンド膜の厚みよりも薄いことが好ましい。
【００１２】
また上記した（１）〜（３）のいずれかに記載のプレス加工用金型においては、（４）前記ダイ部に前記ダイヤモンド膜が被覆され、前記パンチ部に前記表面処理膜が被覆されていることが好ましい。
【００１３】
また上記した（１）〜（４）のいずれかに記載のプレス加工用金型においては、（５）前記金属材が缶材であって、前記パンチ及び前記ダイを用いて少なくとも缶胴部を形成する絞りしごき加工が行われることが好ましい。
【００１４】
さらに上記目的を達成するため、本発明の一実施形態におけるプレス加工方法は、（６）金属材をパンチ部及びダイ部を用いてプレス加工するプレス加工方法であって、前記パンチ部と前記ダイ部の一方における前記金属材と接する加工表面にはダイヤモンド膜が被覆され、前記パンチ部と前記ダイ部の他方における前記金属材と接する加工表面にビッカース硬さＨｖ８０００以下の表面処理膜が被覆されていることを特徴とする。
【００１５】
なお、上記した（６）に記載のプレス加工方法においては、（７）前記金属材はクーラントを介して前記パンチ部及び前記ダイ部によって缶胴部となるようにプレス加工されることが好ましい。
【００１６】
なお、上記した（６）又は（７）に記載のプレス加工方法においては、（８）前記クーラントの油分が４．０体積％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、互いに硬度の異なるダイヤモンド膜とＨｖ８０００以下の表面処理膜とがパンチ部及びダイ部にそれぞれ被覆されるため、相対的に硬度の低い表面処理膜によってクリアランスの調整を容易にしつつ高い加工耐久性も同時に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態におけるプレス加工用金型の模式図である。
【図２】被加工材としての金属材をプレス加工する際の状態を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、適宜図面を参照しつつ本発明のプレス加工用金型およびプレス加工方法について具体的に説明する。
＜プレス加工用金型＞
まず実施形態のプレス加工用金型１００について図１および２を参照しつつ説明する。
図１などに示されるとおり、プレス加工用金型１００は、金属材をプレス加工する機能を有し、しごき加工用のパンチ部１１およびダイ部２１を備えるように構成されている。
【００２０】
なお本実施形態におけるプレス加工は、例えば金属材を絞り加工（Ｄｒａｗ加工）する態様、しごき加工（Ｉｒｏｎｉｎｇ加工）する態様、絞りしごき加工（ＤＩ加工）する態様などの成形加工が含まれる。
以下では金属材を缶体に成形するしごき加工を例にして説明するが、本発明はかような缶体のプレス加工に限定されず、感光ドラムなどの他の形状にしごき加工する形態にも適用が可能である。
【００２１】
本実施形態における被加工材としての金属材は、プレス加工に供される限り特に制限はないが、例えばアルミニウム、鉄、鋼、銅、チタンなど公知の種々の金属材の他、それらの合金材、クラッド材や、有機樹脂等を積層させたプレコート材等が適用できる。このうち缶体を成形する場合には上記した金属材のうちアルミニウムが特に好適である。
【００２２】
金属材３から缶胴部を成形するしごき加工では、同図に示すとおりダイ部２１とパンチ部１１との間に、前工程でフランジ状に加工された絞りカップの金属材３が介在した状態でパンチ部１１によってプレス加工（この場合はしごき加工）が施される。
このときパンチ部１１の側面１１ａとダイ部２１の先端対向面２１ａとの間のクリアランスＣは、工程や製品によっても異なるが、例えば飲料用アルミニウム缶の場合、最終的に、１００μｍ程度に設定されるとともにその誤差範囲は±数μｍ（例えば２〜５μｍ）しか許容されない。これに加え、上述のとおり例えば金属材から缶体をプレス加工する場合には量産化に耐え得る程度の高い加工耐久性も必要となる。
【００２３】
そこで本実施形態のプレス加工用金型１００においては、パンチ部１１とダイ部２１の一方における金属材３と接する加工表面にはダイヤモンド膜ＤＦを被覆し、さらにパンチ部１１とダイ部２１の他方における金属材３と接する加工表面にビッカース硬さＨｖ８０００以下の表面処理膜ＳＦを被覆することとした。
【００２４】
かようなプレス加工用金型１００は、少なくとも被加工材としての缶材から缶胴部を形成するしごき加工において好適に用いることができる。
以下、本実施形態におけるダイヤモンド膜ＤＦとＨｖ８０００以下の表面処理膜ＳＦとを併用する本発明の意義について詳述する。
【００２５】
まずプレス加工は基本的に厳しい加工環境となることが想定されることから、例えばダイ部のうち少なくとも被加工材と接する加工表面には低摩擦化や耐久性付与を目的として表面処理膜が被覆されることがある。この点については、近年では成膜性や硬度の観点から特許文献２などに例示されるとおりＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜の活用が検討されている。
【００２６】
ここで上記した特許文献を含む多くの従来技術では相対的に高い負荷がかかるダイ部に着目しているが、一方で、実用化時の大量生産においては、ダイ部と比較すれば軽微ではあるものの、パンチ部にも摩耗や被加工材の凝着等の損傷が見られる。このことから、安定した成形性や金型の耐久性なども鑑みるとパンチ部の側にも何らかの表面処理膜が被覆されることが望ましいと言える。
【００２７】
かような観点も鑑みて、本実施形態ではパンチ部１１とダイ部２１の双方の加工表面に対して表面処理膜を被覆することとした。するとパンチ部１１とダイ部２１における表面処理膜の組み合わせは、以下の表１に示すパターンが想定できる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
まずパターンＡについて検討する。
このパターンＡの組み合わせは表面処理膜が形成されないケースであり、例えばクーラントなど潤滑剤を用いたプレス加工などでも実施されている。なお、「一方の工具」と「他方の工具」については、以下では一例として「一方の工具」をパンチ部１１とし、「他方の工具」をダイ部２１として説明する。しかしながら本発明はこの例に限られずこれとは逆の構成で「一方の工具」をダイ部２１などとしてもよい。
【００３０】
例えば製缶工程におけるしごき加工では、プレス加工用金型１００も厳しい加工環境下に置かれることは上述のとおりである。この場合、プレスするごとに各工具に摩耗や焼き付きあるいは被加工材の凝着・堆積などの諸問題が発生することが容易に想像できる。
かような課題は他方の工具に表面処理膜を形成したパターンＢやパターンＣにおいても、少なくともコーティング処理がない一方の工具の側で同様な課題が発生してしまう。
【００３１】
したがって加工品質を維持し工具の摩耗や焼き付きを抑制するためには、「一方の工具」と「他方の工具」の加工表面が表面処理膜で被覆されることが必要となる。
この点でたしかにパターンＤやパターンＥは耐摩耗性や耐焼き付き性をある程度は担保できるが、依然として以下に述べる問題が解消しない。
【００３２】
すなわちパターンＤに示すように「一方の工具」と「他方の工具」でＤＬＣ膜を形成した場合においても、コーティング無しに比べれば耐摩耗性などは向上するものの、そもそもＤＬＣ膜はその特性上において膜厚を厚くすることが困難であり、耐久性に改善の余地がある。
【００３３】
さらには双方の工具がほぼ同じ硬度であるため、例えば何らかの事情で工具同士が衝突した場合にはいずれの方で破損が生じるか予測できず、これにより破損被害が拡大してしまう懸念もある。
【００３４】
さらにパターンＥにおいても上記した破損被害の拡大の懸念が同様にある上に、ダイヤモンド膜はその性質上の問題、例えば成膜時の温度が高く基材の寸法変化を伴うことや厚膜化による成膜厚み（膜厚）のバラツキ、また硬度が高く容易に研磨できない等の理由から寸法の調整が非常に困難であり、金型間における寸法管理が難しくコスト増の要因となってしまう。上述のとおり製缶におけるしごき加工でも±数μｍの寸法管理が求められる状況では、このパターンＥの組み合わせで運用することは現実的とは言えない。
【００３５】
そこで本実施形態では、パターンＦに示すとおり、「一方の工具」であるパンチ部１１の加工表面に表面処理膜ＳＦとしてＤＬＣ膜を、「他方の工具」であるダイ部２１の加工表面にダイヤモンド膜ＤＦをそれぞれ被覆することとした。
【００３６】
なお上述のとおり「一方の工具」をパンチ部１１、「他方の工具」をダイ部２１としているが、ダイ部２１に表面処理膜ＳＦとしてＤＬＣ膜を被覆してパンチ部１１にダイヤモンド膜ＤＦを被覆するなど逆の組み合わせで構成してもよい。ただし、一般的には、ダイ部２１の方がパンチ部１１よりも過酷な加工負荷を受けることが多く、かような点では加工耐久性を全体的に向上させるためダイ部２１にダイヤモンド膜ＤＦを被覆し、さらにパンチ部１１には表面処理膜ＳＦとしてＤＬＣ膜を被覆することが好適である。
以下、それぞれの被膜について詳述する。
【００３７】
＜ダイヤモンド膜ＤＦ＞
図２に示すとおり、本実施形態のダイヤモンド膜ＤＦはダイ部２１の加工表面（被加工材としての金属材３と接する面）に形成されている。
かようなダイヤモンド膜ＤＦの形成方法については形成可能な限り制限はないが、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法を用いた形態や物理蒸着（ＰＶＤ）を用いた形態など公知の形成方法を適用できる。
【００３８】
ここで、ダイヤモンド膜ＤＦの厚みについては、上記した公知の手法に基づいて形成される合理的な範囲の厚みを適用できる。かようなダイヤモンド膜ＤＦの厚みとしては、一例として５〜３０μｍ程度であることが好ましい。
【００３９】
なおダイヤモンド膜ＤＦは少なくともダイ部２１の上記した加工表面に形成されていればよいが、他の部分に形成されていてもよい。
また、本実施形態のダイヤモンド膜ＤＦにおけるビッカース硬さＨｖは１００００〜１２０００であることが好ましい。
【００４０】
＜表面処理膜ＳＦ＞
また図２に示すとおり、本実施形態の表面処理膜ＳＦはパンチ部１１の加工表面（被加工材としての金属材３と接する面）に形成されている。
【００４１】
本実施形態の表面処理膜ＳＦは、上記したダイヤモンド膜ＤＦよりも相対的に硬度が低くなるように設定された表面処理膜である。かような表面処理膜ＳＦとしては、ビッカース硬さＨｖが１０００〜８０００であるダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）であることが好ましい。
【００４２】
さらに上記したダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）においては、その中でも水素を含有しない水素フリーＤＬＣ膜が本実施形態として好適である。このような水素フリーＤＬＣ膜（テトラヘドラルアモルファスカーボン構造を有するＤＬＣ膜）は、例えばビッカース硬さＨｖ６０００程度の硬さを有してなるので、加工耐久性が良く、プレス加工時に対となるダイヤモンド膜ＤＦとの相性も良好となるからである。
【００４３】
かようなダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）の形成方法に特に制限はなく、例えばガスを原料として使用してチャンバー内で当該ガスを分解して成膜する化学蒸着（ＣＶＤ）法や、固体カーボンを原料として使用して炭素を蒸発させて成膜する物理蒸着（ＰＶＤ）法など公知の形成方法を適用できる。
【００４４】
表面処理膜ＳＦの厚みについても上記した公知の手法に基づいて形成される合理的な範囲の厚みを適用できるが、一例として０．１〜１０μｍ程度が好ましい。具体的には、本実施形態における表面処理膜ＳＦの厚みは、ダイヤモンド膜ＤＦの厚みよりも薄くなるように設定されている。このような構成を採用することで以下に述べる利点を享受することが可能となる。すなわち、まず上記の厚みを具備した表面処理膜ＳＦは、ダイヤモンド膜ＤＦよりも薄膜であるため、成膜による寸法誤差がそもそも小さい。これに加えて当該表面処理膜ＳＦのビッカース硬さはＨｖ８０００以下とダイヤモンドに比べて軟質であるため、公知のダイヤモンド砥粒を用いることで容易に研磨が可能であり加工コストを低減できるばかりでなく、目的の金型寸法を高精度に仕上げることができる。
なおダイヤモンド膜ＤＦは少なくともダイ部２１の上記した加工表面に形成されていればよいが、他の部分に形成されていてもよい。
【００４５】
また本実施形態では表面処理膜ＳＦとしてダイヤモンドライクカーボン膜を用いたが、ダイヤモンド膜ＤＦより硬度が低く上記した課題を達成可能な限りにおいて、特に制限されることはなく、例えばビッカース硬さＨｖ３２００〜３８００程度のＴｉＣ膜や、Ｈｖ３０００〜３５００程度のＴｉＣＮ膜など他の表面処理膜を用いてもよい。
【００４６】
＜プレス加工方法＞
次に本実施形態におけるシームレス缶体の缶胴部を形成するしごき加工に好適なプレス加工方法について説明する。
【００４７】
本実施形態においては、アルミニウム等の金属材３をパンチ部及びダイ部を用いてプレス加工するプレス加工方法であって、これらパンチ部とダイ部の一方における金属材と接する加工表面にはダイヤモンド膜が被覆され、他方における金属材と接する加工表面にビッカース硬さＨｖ８０００以下の表面処理膜が被覆されていることを特徴としている。
【００４８】
なお以下では、一例としてシームレス缶体の製缶工程におけるしごき加工における適用例を説明するが、本発明はこのしごき加工用途に限定されるものではない。
すなわち、不図示の打ち抜き加工における打ち抜き用パンチ部及び打ち抜き用ダイ部の加工表面（金属材３と接触する面）へ同様に適用してもよいし、絞り加工における絞り加工用パンチ部、絞り加工用ダイ部及びしわ押え治具の加工表面（金属材３と接触する面）に適用してもよい。
【００４９】
このとき、少なくとも上記したしごき加工におけるプレス加工においては、被加工材としての金属材は、クーラントＬＱ（図１参照）を介してパンチ部１１及びダイ部２１によってシームレス缶体となるようにプレス加工されることが好ましい。
【００５０】
なおクーラントＬＱとしては、プレス時の潤滑性付与や金型の冷却を達成する限りにおいて公知の種々の液体を適用することができる。特に、その成分中に油分を含有しているものが好ましく挙げられるが、油分を含まないクーラントであってもよく、例えば純水などの水をクーラントとして使用してもよい。なお、こうした比較的油分の少ないクーラントを用いて加工を行うと潤滑性が不足するため、通常の超硬合金製の金型では被加工材が金型の加工面に焼き付き、このため良好な加工を行うことが出来ない。これに対して上記したダイヤモンド膜やＤＬＣ膜で被覆された金型を用いた場合、これらの表面処理は軟質金属、特にアルミニウムとの反応性が悪く、耐焼き付き性に優れるため、水のような油分の少ないクーラントを用いた場合でも問題なく成形ができる。このようなクーラントを用いることで、後の洗浄工程で用いる洗浄剤や薬剤などの脱脂剤の使用量が削減できる。さらには排水処理性にも優れるため、排水リサイクル等を行った場合にはリサイクル率の向上が見込め、排水量の削減ひいては環境負荷の低減が可能となる。
【００５１】
本実施形態におけるクーラントＬＱにおいて、上記した油分としては、一般的な水溶性金属加工油剤組成物に含まれる油分が挙げられる。この油分としては、天然油分であってもよいし、合成油分であってもよい。
天然油分としては例えば、パラフィン系、ナフテン系、芳香族系等の鉱物油が挙げられる。また、脂肪酸グリセライドも天然油分として挙げることができる。
合成油分としては例えば、ポリオレフィン等の炭化水素系、脂肪酸エステル等のエステル系、ポリアルキレングリコール等のエーテル系、パーフルオロカーボン等の含フッ素系、リン酸エステル等の含リン系、ケイ酸エステル等の含ケイ素系、等を挙げることができる。
上記に挙げた油分としては、単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００５２】
なお、上記した水溶性金属加工油剤としては、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ２２４１に規定されるＡ１種（エマルション型）、Ａ２種（ソリュブル型）、Ａ３種（ソリューション型）、の水溶性金属加工油剤等を挙げることができる。
また、ＪＩＳ規格においては規定されていないが、いわゆるシンセティックタイプ（鉱物油を含まず、化学合成された油分を含む金属加工油剤）と呼ばれる水溶性金属加工油剤を挙げることもできる。
【００５３】
本実施形態において、上記油分のクーラントＬＱ中における濃度としては、４．０体積％以下であることが好ましい。この場合、本実施形態において油分を含んだクーラントＬＱを使用する場合には、まず４．０体積％を超える含有量の油分を含む原液を調製して、これを使用時まで保管し、使用する際にこの原液を水等の溶媒で希釈して油分の濃度が４．０体積％以下であるクーラントを調製してもよい。
すなわち、油分のクーラントＬＱ中における濃度は、使用状態において４．０体積％以下であればよい。
【００５４】
また、クーラントＬＱ中における油分以外の成分としては、一般的な水溶性金属加工油剤組成物に含まれる成分、例えば、水、界面活性剤、さび止め剤、極圧添加剤、カップリング剤、非鉄金属防食剤、防腐剤、消泡剤、キレート剤、着色料、香料、等を適宜含んでいてもよい。
【００５５】
このように本実施形態のシームレス缶体のしごき加工においては、クーラントＬＱが介在した状態でパンチ部１１及びダイ部２１によってプレス加工が施されるようにしてもよい。
例えば金属材３がアルミニウムの場合にはプレス加工によってアルミニウム粉が発生することがあり、このアルミニウム粉が金型や成形品に付着することで欠陥となってしまう。これに対して本実施形態によればクーラントＬＱが介在した状態でシームレス缶体のしごき加工を行うため、かような加工中に生じるアルミニウム粉を適切に除去することが可能となっている。
【００５６】
なお本発明は、上記したクーラントＬＱを介してのプレス加工の他にも、クーラントを介在させないドライ環境下でのプレス加工においても適用は可能である。ただしかようなドライ環境下でのプレス加工の場合、プレスによって生じる加工熱を冷却させるために、金型内部へ冷却管等を設ける必要がある。これにより装置全体が複雑化するばかりか、加工熱による被加工材料の強度低下が生じるため、加工限界が低くなってしまう可能性もある。こうした理由により、本実施形態においては、クーラントを介在させないドライ環境下でも加工耐久性の向上は見込めるものの、クーラントを介在させた状態で加工することがより好ましいといえる。
【実施例】
【００５７】
＜実施例１＞
実施形態で詳述したプレス加工用金型１００を用いて、絞り加工後における金属材（絞りカップ）３を用いて、しごき加工を行って缶胴部を有する缶体（シームレス缶体）を形成した。なお本実施例１では、しごき加工時にクーラントＬＱとして水を用い、またはクーラントＬＱを介在させずに缶胴部を有する缶体を成形加工した。
【００５８】
このうちパンチ部１１の加工表面に被覆した表面処理膜ＳＦとして水素フリーＤＬＣ膜（ビッカース硬さＨｖ６０００程度）を、公知の物理蒸着法（ＡＩＰ法）によって厚さ１μｍとなるように形成した（膜厚１μｍ）。
一方でダイ部２１の加工表面に被覆したダイヤモンド膜ＤＦとしては、公知の化学蒸着法（熱フィラメント法）によって厚さ約１０μｍとなるように形成した。
【００５９】
実施例１におけるしごき加工は、以下に説明する前工程を経てから油圧プレスにて行った。
まず、板厚０．２９ｍｍのアルミニウム板（Ａ３００４）を公知のクランクプレスにて打ち抜き、絞り加工を経てφ９５ｍｍの浅底絞りカップを得た。
そして得られた浅底絞りカップを、油圧プレスのブランクホルダにセットし、パンチ部１１を速度１ｍ／ｓにて移動させて加工を行った。より詳細な加工経過としては、まずφ６６ｍｍの再絞りを行い、そのまま三回のしごき加工を経て、最終的に板厚１００μｍの缶体を得た。
【００６０】
この時、雄型（パンチ部１１側）となるしごきパンチおよびブランクホルダには上述のＤＬＣ膜を被覆し、雌型（ダイ部２１側）となる絞りダイスおよびしごきダイスには上述のダイヤモンド膜を被覆した。
上記した加工方法にて連続して１００缶の加工を行い、パンチ部１１およびダイ部２１へのアルミニウムの凝着を目視にて確認した。
【００６１】
この目視による評価は以下の基準で行った。
〇：パンチ部１１およびダイ部２１へのアルミニウムの凝着を視認できない。
△：パンチ部１１およびダイ部２１の少なくとも一方への凝着が確認できた。
×：加工中に破胴してしまい缶体を得ることが出来なかった。
【００６２】
＜実施例２＞
しごき加工時にクーラントを介在させなかったこと以外については、実施例１と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
【００６３】
＜比較例１＞
雌型（ダイ部２１側）となる絞りダイスおよびしごきダイスに対し、雄型（パンチ部１１側）と同じＤＬＣ膜を被覆した以外は、実施例１と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
【００６４】
＜比較例２＞
雄型（パンチ部１１側）となるしごきパンチおよびブランクホルダには表面処理が成されていない超硬合金を用いた以外は、実施例１と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
【００６５】
＜比較例３＞
雄型（パンチ部１１側）となるしごきパンチおよびブランクホルダに表面処理が成されていない超硬合金を用い、雌型（ダイ部２１側）となる絞りダイスおよびしごきダイスには上述のＤＬＣ膜を被覆した以外は、実施例１と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
【００６６】
＜比較例４＞
雄型（パンチ部１１側）となるしごきパンチおよびブランクホルダ、および、雌型（ダイ部２１側）となる絞りダイスおよびしごきダイスの双方に、表面処理が成されていない超硬合金を用いた以外は、実施例１と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
【００６７】
＜比較例５＞
雄型（パンチ部１１側）となるしごきパンチおよびブランクホルダ、および、雌型（ダイ部２１側）となる絞りダイスおよびしごきダイスの双方に、表面処理が成されていない超硬合金を用いたこと、さらにクーラントとしてエマルションを用いた以外は、実施例１と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
以上の実施例１、２および比較例１〜５の表面処理仕様と評価結果を表１に示す。
【００６８】
【表２】
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【００６９】
表１の結果について説明する。
まず比較例５は、金型への表面処理を行わず、油分を４．０体積％以上含むエマルションをクーラントとして用いる一般的なＤＩ加工の条件である。
この比較例５においても製缶数が増加するとパンチ部１１、ダイ部２１の両方に摩耗が見られるが、数十缶レベルでは大きな問題はなく加工が可能である。
一方で比較例５から比較例４のようにクーラントを油分が４．０体積％以下である水に変更すると、潤滑性が足りず加工中に破胴し缶体を得ることが出来ない。
【００７０】
比較例２〜３について、上記特許文献でも説明したようなダイ部２１側のみにダイヤモンド膜を被覆させた場合（比較例２）、加工が厳しいダイ部２１側での低摩擦化が可能となるため、缶体は一応得られる。しかしながらこのような加工条件では、数十缶レベルの成形で表面処理をしていないパンチ部１１側へのアルミニウムの凝着が見られ、これに起因して缶内面に傷などが生じてしまう。そのため、製缶数が増加するにつれ凝着範囲が拡大し、いずれ破胴に至ると考えられる。
【００７１】
また、比較例３のようにＤＬＣ膜をダイ部２１側に用いた場合、加工自体は出来るものの、加工が厳しいダイ部２１側では耐焼き付き性が足りず、これに起因して金型へのアルミニウムの凝着が見られる。
【００７２】
比較例１はパンチ部１１側とダイ部２１の両側にＤＬＣ膜をつけた場合であり、このような加工条件でもダイ部２１側へのアルミニウムの凝着が見られ、数十缶レベルでの加工はできるものの、製缶数が増加するにつれ凝着範囲が拡大し、いずれ破胴に至ると考えられる。
【００７３】
これに対して実施例１〜２に示す実施例の構成であれば、パンチ部１１側およびダイ部２１側のいずれにもアルミニウムの凝着が見られず、すなわち、加工耐久性に優れるばかりか、油分の少ない環境下においても問題なく加工が可能であることが示された。
【００７４】
以上説明した実施形態および実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、特に優れた耐摩耗性と金型管理コストの低減を両立することが必要なプレス加工用金型に対して好適に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１００  プレス加工用金型
１１  パンチ部
２１  ダイ部
３  金属材（被加工材）
【図１】
2020069502.tif 000005
【図２】
2020069502.tif 000006