(57)【要約】  本発明は、炭化タングステン、炭化チタン、炭化ニオブ、任意にＴａＣ、コバルト、クロム、任意にニッケル、鉄、モリブデンを含む超硬合金工具に関する。材料の組成は、良好な耐食性ならびに高い硬度および耐摩耗性を持つ通常よりも軽い材料を提供する。これらの性質は、冷間成形操作のためのパンチ工具の製造にとって特に興味深い。これらの材料でできた冷間成形工具は、はるかに良好な性能、特により安定な性能およびはるかに長い寿命を持つであろう。【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、平均粒度が２μｍ未満の７０〜９０のＷＣと、２〜８のＴｉＣ、１〜９のＮｂＣおよび０〜３のＴａｃと、５〜２０のバインダー相とから実質的に成り、該バインダー相が、重量％で１０〜９８のＣｏ、０〜５０のＮｉ、２〜１５のＣｒ、０〜５０のＦｅおよび０〜１０のＭｏから成る超硬合金の、アルミニウムまたはスチール飲料缶を製造するためのパンチ。
【請求項２】
前記超硬合金が、重量％で、７５〜８５のＷＣと、２〜６のＴｉＣおよび２〜７のＮｂＣ、０〜１のＴａＣと、８〜１３のバインダー相とから実質的になる、請求項１に記載のパンチ。
【請求項３】
前記超硬合金が、重量％で、７０〜９０のＷＣと、２〜８のＴｉＣおよび１〜９のＮｂＣと、５〜２０のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で２５〜６０のＣｏ、３５〜５０のＮｉおよび５〜１５のＣｒからなる、請求項１に記載のパンチ。
【請求項４】
前記超硬合金が、重量％で、７５〜８５のＷＣと、２〜６のＴｉＣおよび２〜７のＮｂＣと、８〜１３のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で２５〜６０のＣｏ、３５〜５０のＮｉおよび５〜１５のＣｒからなる、請求項３に記載のパンチ。
【請求項５】
前記超硬合金が、重量％で、７０〜９０のＷＣと、２〜８のＴｉＣおよび１〜９のＮｂＣと、５〜２０のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で１０〜３０のＣｏ、５〜１５のＣｒ、２５〜４５のＮｉ、２５〜４５のＦｅおよび１〜１０のＭｏからなる、請求項１に記載のパンチ。
【請求項６】
前記超硬合金が、重量％で、７５〜８５のＷＣと、２〜６のＴｉＣおよび２〜７のＮｂＣと、８〜１３のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で１０〜３０のＣｏ、５〜１５のＣｒ、２５〜４５のＮｉ、２５〜４５のＦｅおよび１〜１０のＭｏからなる、請求項５に記載のパンチ。
【請求項７】
前記超硬合金が、重量％で、７０〜９０のＷＣと、２〜８のＴｉＣおよび１〜９のＮｂＣと、８〜１４のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で９５〜９７のＣｏおよび３〜５のＣｒからなる、請求項１に記載のパンチ。
【請求項８】
前記超硬合金が、重量％で、７５〜８５のＷＣと、２〜６のＴｉＣ、２〜７のＮｂＣと、９．５〜１２．５のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で９５〜９７のＣｏおよび３〜５のＣｒからなる、請求項７に記載のパンチ。
【請求項９】
アルミニウムまたはスチール飲料缶の製造の深絞りおよびしごき操作のための請求項１〜８に記載のパンチの使用。
【請求項１０】
種々の他の成型品、特に、乾電池ケーシングおよびエアゾール缶などの管状ケーシングの製造の深絞りおよびしごき操作のための請求項１〜８に記載のパンチの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形または他の方法で材料を加工するための改善された超硬合金工具、具体的にはツーピース飲料缶の製造に使用される工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ツーピース缶は、絞り及び壁部のしごき加工によりつくられる。一般に、ツーピース缶は、金属板材から金属円板を打ち抜いてつくられる。金属の「カップ」が円板からつくられる。形成されたカップは、缶胴形成パンチ（body-forming punch）により押されて、絞りリング、再絞りリングおよびしごきリングとして知られる複数の環状リングを含む缶胴形成ダイス（body-forming die）を通る。缶胴形成パンチと複数のリングの間のクリアランスは次第に小さくなり、カップ壁の厚さが低減されカップが細長くなる。このプロセスは一般的にしごき操作と呼ばれる。これは、工具に高い摩耗を起こす特に負荷の大きい操作であり、この操作は寸法変化及び潤滑条件に敏感である。毎年膨大な量の飲料缶が製造されているので、製造プロセスにおけるわずかな改良でも膨大な節約につながりうる。
【０００３】
ダイス、パンチなど、材料に所望の形状、形態または仕上状態を付与する工具は、極めて高い硬度、圧縮強度及び剛性という特徴を持たなければならない。これは、金属または類似材料を成形する際に特に必要とされる。大量生産用の市販の材料加工工具は、反復され連続する応力および摩滅から起こる摩耗、腐食およびチッピングにも耐えなければならない。また、これらの工具は、周囲の液体媒体（冷却液／潤滑剤）により損傷が発生しないために良好な耐食性も示さなければならない。
【０００４】
これらの性質に加え、他の性質もパンチ工具にとって非常に重要である。この種の工具は非常に速く動くので、重量が少しでも減れば、コストおよび工具寿命の両方の点で、非常に大きな改善になるであろう。実際に、工具が軽くなれば、プロセスを実施するのに要するエネルギーが減り、ラムの曲がりも小さくなる。この後者の効果により、工具パック（tool-pack）内のパンチの配列がはるかによくなり、対抗工具（antagonist tool）すなわちしごきダイスに与える損傷も少なくなる。結果として、両工具（パンチおよびダイス）は、曲げ効果の低減により、操作中の損傷が少なくなるであろう。
【０００５】
これらの工具も、狭い公差に合わせて設計および加工できる材料からつくられなければならず、幅広い操作条件に亘って寸法安定性を維持しなければならない。
【０００６】
耐摩耗性および耐食性を向上させる一つの手段が特開平０３−２５８４２４に記載されており、バインダー相に０．１６〜０．４８重量％のクロムを加え、炭化タングステンおよび炭化タンタルの細粒分散相を持つものである。
【０００７】
材料密度の低減と共に耐摩耗性および耐食性の両方を達成する別の手段が米国特許第５，７３６，６５８号に記載されている。これは、より良い耐食性を示すニッケル系合金の使用および炭化タングステンより軽い材料である炭化チタンの添加に関連する。しかし、バインダー相がニッケル系材料よりも耐摩耗性が高くなりうるので利点も限られている。さらに、耐摩耗性は、目標とする硬さのレベルを上げることにより著しく向上する。８８から９１Ｒａ（約１１５０から１４５０ＨＶ３０に相当）の硬さ目標が、標準グレードにおおよそ匹敵する耐摩耗性レベルを確実にすると述べられている。最後に、バインダー相にコバルトが添加されていないので、このグレードは非磁性であり、パンチ工具に磁性材料を必要とする缶製造機（can maker）には決定的な欠点になりうる。
【０００８】
欧州特許公開公報ＥＰ１５５７２３０は、高い耐摩耗性、高い縁部保持力（edge retention）および高い縁部靭性（edge toughness）を要する金属切削操作に特に有用な、１０〜１２重量％のＣｏ、３重量％未満のＴａＣ、１〜５．５重量％のＮｂＣ、３〜５重量％のＴｉＣおよび残部ＷＣの超硬合金体を開示している。
【０００９】
しかし、今のところ従来の超硬合金は好ましい材料としてのその地位を維持しているようである。これは主に、非磁性が要求される場合の約１１重量％のコバルトバインダーまたは９重量％の合金添加ニッケル系バインダーを有する中粒／粗粒のグレードである。両グレードは上述のもの（それぞれ１２５０および１３７５ＨＶ３０）とよく一致する硬度を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来技術工具より良好な性質を与える、より微細な炭化タングステンおよびガンマ相と組み合わせた耐食性バインダーの利用により、特にアルミニウムまたはスチールのツーピース飲料缶の製造において冷間成形および絞り操作のための工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の重要な特徴の１つは、当分野で使用される冷却液／潤滑剤に対して超硬合金の非常に良好な耐食性を得るための特定のバインダーデザインの利用に関する。十分な磁性を維持するために、この合金バインダーは、常にかなりの量のコバルトを含む。それに加えクロムも含み、任意にニッケル、モリブデンおよび鉄も含む。
【００１２】
超硬合金は、高い耐摩耗性に達するために高い硬度を示す。これは、非常に微細な炭化タングステンの使用と、いわゆるガンマ相である立方晶炭化物の添加とを組み合わせて得られる。この後者の相は炭化チタン、炭化ニオブを含有し、任意に少量の炭化タンタルを含有する。さらに、バインダー含有量は、金属円板のパンチングに好適な材料の高い靭性を維持するに十分なほど高い。この超硬合金の組成は、実施例１に示されるとおり、材料密度の低減と組み合わされた良好な耐食性ならびに高い硬度および耐摩耗性を与える。
【００１３】
パンチが、重量％で、７０〜９０、好ましくは７５〜８５のＷＣ、２〜８、好ましくは２〜６、最も好ましくは３〜５のＴｉＣ、１〜９、好ましくは２〜７のＮｂＣ、０〜３、好ましくは０〜１のＴａＣおよび５〜２０、好ましくは８〜１３のＣｏのバインダー相から基本的になり、Ｃｒが添加され、任意にＮｉ、ＦｅおよびＭｏから選択される１種又は複数の元素が添加されている超硬合金からできている場合、従来技術工具よりも良好な性質を持つ、冷間成形および絞り操作、特に深絞りおよびしごき操作のためのパンチが得られることが驚くべきことに見いだせた。より詳細には、バインダー組成は、やはり重量％で、１０〜９８のＣｏ、０〜５０のＮｉ、２〜１５のＣｒ、０〜５０のＦｅおよび０〜１０のＭｏである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の特定の実施形態において、超硬合金の組成は、通常の微量不純物の他は、上記に列記したもののみである。
【００１５】
超硬合金構造は、
２μｍ未満、好ましくは０．３〜１．５μｍの平均粒度を持つＷＣ、
平均粒度が０．５から５μｍのガンマ相
を含む。
【００１６】
材料は、選択された組成によって、１５００〜１８００  ＨＶ３０の硬度を持つ。
【００１７】
本発明の一実施形態において、超硬合金は、重量％で、７０〜９０、好ましくは７５〜８５のＷＣであって平均粒度が０．８〜１．２μｍあるいは０．３〜０．５μｍのＷＣと、２〜８、好ましくは２〜６、最も好ましくは３〜５のＴｉＣおよび１〜９、好ましくは２〜７のＮｂＣと、５〜２０、好ましくは８〜１３のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で、２５〜６０のＣｏ、５〜１５のＣｒおよび３５〜５０のＮｉからなる。
【００１８】
本発明の他の実施形態において、超硬合金は、重量％で、７０〜９０、好ましくは７５〜８５のＷＣであって平均粒度が０．３〜０．５μｍのＷＣと、２〜８、好ましくは２〜６、最も好ましくは３〜５のＴｉＣ、１〜９および好ましくは２〜７のＮｂＣと、５〜２０、好ましくは８〜１３のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で、１０〜３０のＣｏ、５〜１５のＣｒ、２５〜４５のＮｉ、２５〜４５のＦｅおよび１〜１０のＭｏからなる。
【００１９】
さらに他の本発明の実施形態において、超硬合金は、重量％で７０〜９０、好ましくは７５〜８５のＷＣであって平均粒度が０．８〜１．２μｍのＷＣと、２〜８、好ましくは２〜６、最も好ましくは３〜５のＴｉＣおよび１〜９、好ましくは２〜７のＮｂＣと、８〜１４、好ましくは９．５〜１２．５のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で、９５〜９７のＣｏおよび３〜５のＣｒからなる。
【００２０】
本発明に使用される超硬合金は、硬質成分を形成する粉体およびバインダーを形成する粉体から調製されるが、それらはともに湿式粉砕され、乾燥され、所望の形状のボディに圧縮され、焼結される。
【００２１】
本発明は、冷間成形および絞り操作、特にアルミニウムおよびスチール飲料缶製造の深絞りおよびしごきプロセスにおける、高い硬度、向上した耐摩耗性および耐食性を示すより軽い材料を生み出す複合硬質相（complex hard phase）および耐食性バインダーを持つ上記の超硬合金のパンチの使用にも関する。しかし、本発明は、種々の他の成型品、特に、乾電池ケーシングおよびエアゾール缶などの管状ケーシングの製造での使用に広い適用性を持つ。
【実施例】
【００２２】
〔実施例１〕
以下の表１による組成を持つ本発明の超硬合金ボディ４種を調製し、特性評価した（サンプルＣからＦ）。従来技術ＡおよびＢは、絞りおよび壁部しごき（ＤＷＩ）操作のためのＳａｎｄｖｉｋの標準グレードである。サンプルＡは、磁性を示す１１重量％のバインダー（コバルト系）を持つ中程度の粗さの粒度を持ち、Ｂは、磁性を示さない９重量％のバインダー（ニッケル系）を持つ中程度の粗さの粒度を持つ。従って、磁性グレードが要求される場合Ａが使用され、非磁性グレードが必要な場合Ｂが使用される。
【００２３】
【表１】
2010514934.tif 000002
【００２４】
超硬合金分野で利用されている規格、すなわち密度にはＩＳＯ  ３３６９：１９７５、硬度にはＩＳＯ  ３８７８：１９８３および耐摩耗性にはＡＴＭ  Ｂ６１１−８５を利用して性質を測定した。
【００２５】
耐食性は、脱イオン水で３重量％に希釈した実際の潤滑剤調合物（缶胴製造機のために使用される）の中での浸漬試験を利用して特性評価した。浸漬は１５日間５０℃で実施したが、これはＤＷＩプロセスでの潤滑剤温度に相当する。浸漬前後で超硬合金サンプルの重量を量った。結果を以下の表２に示す。
【００２６】
【表２】
2010514934.tif 000003
【００２７】
このように従来技術Ａと比べると、以下の表３に示すように本発明は多くの改善点を（全てのパラメータに対して）示す。
【００２８】
【表３】
2010514934.tif 000004
【００２９】
結論づけると、密度は１０％超減っており、硬度は２０％超増加している。耐摩耗性は６０％超から５００％超増加した。
【００３０】
耐食性は、浸出による重量損失が５０％超減ると非常に向上する。
【００３１】
従来技術Ｂ（耐食性グレード）と比べると、以下の表４に示すように本発明はやはり多くの改善点を示す。
【００３２】
【表４】
2010514934.tif 000005
【００３３】
表から、密度は１０％超減っており、硬度は１０％超増加していることがわかる。
【００３４】
耐摩耗性は、３０％超から４００％超増加している。
【００３５】
耐食性はわずかに向上または基準の片方Ｂに近いが、これは基準Ｂがすでに良好な耐食性を有する事実に一致する。
【００３６】
したがって、従来技術ＡまたはＢに比べると、本発明ははるかに良好な性質（１０％超から５００％超）を示す。
【００３７】
〔実施例２〕
実施例１のサンプルＣでできたパンチを製造し、アルミニウム缶製造用に試験した。サンプルＣに比べた改善点を定量するために、Ｓａｎｄｖｉｋプレミアムグレードでできたパンチも製造し、同時に試験した。プレミアムグレードの挙動は、実施例１の従来技術サンプルＡおよびＢの一方より良好であることに留意されたい。したがって、従来技術ＡおよびＢと比べる場合、本発明の利益はさらに重要である。
【００３８】
全体で、それぞれサンプルＣのグレードのパンチ２つおよびＳａｎｄｖｉｋプレミアムグレードのパンチ５つを試験した。より正確には、各パンチの試験は、許容できる形状および寸法にパンチを戻すために再研磨が必要になる前に製造された缶の数の監視および記録を含んだ。修理が不可能になるまで試験を続けた。
【００３９】
これらの記録から、製造された缶の最低個数、製造された缶の最大個数、グレードあたり製造された缶の平均最低個数、グレードあたり製造された缶の平均最大個数およびパンチあたりの缶の平均総製造個数を決めた。
【００４０】
以下の表５は、Ｓａｎｄｖｉｋプレミアムグレードに比べた本発明のサンプルＣの改善点をまとめて示す。
【００４１】
【表５】
2010514934.tif 000006
【００４２】
したがって、Ｓａｎｄｖｉｋプレミアムグレードに比べ、本発明ははるかに高い製造レベルを示す。缶の最低個数が６倍以上になり、全体的な平均製造量が２倍以上になったので挙動ははるかにより安定している。
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月26日(2009.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、平均粒度が２μｍ未満の７０〜９０のＷＣと、２〜８のＴｉＣ、１〜９のＮｂＣおよび０〜３のＴａｃと、５〜２０のバインダー相とから成り、該バインダー相が、重量％で１０〜９８のＣｏ、０〜５０のＮｉ、２〜１５のＣｒ、０〜５０のＦｅおよび０〜１０のＭｏから成る超硬合金の、アルミニウムまたはスチール飲料缶を製造するためのパンチ。
【請求項２】
前記超硬合金が、重量％で、７５〜８５のＷＣと、２〜６のＴｉＣおよび２〜７のＮｂＣ、０〜１のＴａＣと、８〜１３のバインダー相とからなる、請求項１に記載のパンチ。
【請求項３】
前記超硬合金が、重量％で、７０〜９０のＷＣと、２〜８のＴｉＣおよび１〜９のＮｂＣと、５〜２０のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で２５〜６０のＣｏ、３５〜５０のＮｉおよび５〜１５のＣｒからなる、請求項１に記載のパンチ。
【請求項４】
前記超硬合金が、重量％で、７５〜８５のＷＣと、２〜６のＴｉＣおよび２〜７のＮｂＣと、８〜１３のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で２５〜６０のＣｏ、３５〜５０のＮｉおよび５〜１５のＣｒからなる、請求項３に記載のパンチ。
【請求項５】
前記超硬合金が、重量％で、７０〜９０のＷＣと、２〜８のＴｉＣおよび１〜９のＮｂＣと、５〜２０のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で１０〜３０のＣｏ、５〜１５のＣｒ、２５〜４５のＮｉ、２５〜４５のＦｅおよび１〜１０のＭｏからなる、請求項１に記載のパンチ。
【請求項６】
前記超硬合金が、重量％で、７５〜８５のＷＣと、２〜６のＴｉＣおよび２〜７のＮｂＣと、８〜１３のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で１０〜３０のＣｏ、５〜１５のＣｒ、２５〜４５のＮｉ、２５〜４５のＦｅおよび１〜１０のＭｏからなる、請求項５に記載のパンチ。
【請求項７】
前記超硬合金が、重量％で、７０〜９０のＷＣと、２〜８のＴｉＣおよび１〜９のＮｂＣと、８〜１４のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で９５〜９７のＣｏおよび３〜５のＣｒからなる、請求項１に記載のパンチ。
【請求項８】
前記超硬合金が、重量％で、７５〜８５のＷＣと、２〜６のＴｉＣ、２〜７のＮｂＣと、９．５〜１２．５のバインダー相とからなり、該バインダー相は、重量％で９５〜９７のＣｏおよび３〜５のＣｒからなる、請求項７に記載のパンチ。
【請求項９】
アルミニウムまたはスチール飲料缶の製造の深絞りおよびしごき操作のために使用する請求項１〜８のいずれか１項に記載のパンチ。
【請求項１０】
乾電池ケーシングおよびエアゾール缶の製造における深絞りおよびしごき操作のために使用する請求項１〜８のいずれか１項に記載のパンチ。
【国際調査報告】
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