(57)【要約】【目的】冷間鍛造用金型の表面に形成される硬質被膜の摩耗や剥離を防止することにより、冷間鍛造用金型により鍛造される成形品のかじりを抑制できる冷間鍛造用金型及びその製造方法を提供すること。【解決手段】冷間鍛造用金型１は、金型意匠面２に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の硬質被膜３を備え、硬質被膜３は、表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型意匠面に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を備え、
前記被膜は、表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下であることを特徴とする冷間鍛造用金型。
【請求項２】
前記被膜は、膜厚が１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造用金型。
【請求項３】
前記金型意匠面は、硬化層深さ２００μｍ以下の窒化が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷間鍛造用金型。
【請求項４】
ショットピーニングにより前記金型意匠面に凹凸を形成した後に前記被膜が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の冷間鍛造用金型。
【請求項５】
前記ショットピーニング時におけるメディアは、投射速度１００ｍ／秒以下で投射されたことを特徴とする請求項４に記載の冷間鍛造用金型。
【請求項６】
ショットピーニングにより金型意匠面に表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下になるように凹凸を形成する凹凸形成工程と、
前記凹凸形成工程を行った後に、ＰＶＤ法により前記金型意匠面に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を形成する被膜形成工程とを備えたことを特徴とする冷間鍛造用金型の製造方法。
【請求項７】
ショットピーニングにより金型意匠面に凹凸を形成する被覆前凹凸形成工程と、
前記被覆前凹凸形成工程を行った後に、ＰＶＤ法により前記金型意匠面に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を形成する被膜形成工程と、
前記被膜形成工程を行った後に、ショットピーニングにより前記被膜に表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下になるように凹凸を形成する被覆後凹凸形成工程とを備えたことを特徴とする冷間鍛造用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間鍛造用金型及びその製造方法に関し、更に詳しくは、冷間鍛造用金型にショットピーニングやコーティングを施すことにより、冷間鍛造用金型により鍛造される成形品（高張力鋼板）のかじりを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のＣＯ２排出量削減や、衝突安全性の確保のためには、車体の軽量化や高剛性化が必要であり、高張力鋼板の使用比率が急速に高まっている。しかしながら、高張力鋼板は、高強度であるため、冷間鍛造用金型により高張力鋼板をプレス加工する場合、鋼材が冷間鍛造用金型と激しい摩擦を起こし、油膜切れが生じることで、鋼材の冷間鍛造用金型への微小焼付きが発生して、かじりと呼ばれる欠陥（成形品である高張力鋼板に生じる筋状の疵）が発生し易い。このような欠陥が生じた成形品は、製品として使用できない。
そこで、この問題を解決すべく、鉄との親和性の低い硬質被膜をＰＶＤ法等の方法で冷間鍛造用金型にコーティングすることが試行されている。
【０００３】
また、このほかにも、金型の寿命延長等が可能な表面処理技術として、従来より種々の技術が提案されている。
例えば、温熱間鍛造金型は、金型表面に窒化処理が施され、窒化された金型表面は、窒化化合物層により細かな凹凸が形成されている。そして、温熱間鍛造時においては、金型の摩耗を抑制するために、その金型表面に潤滑材が塗布される。潤滑材は、黒鉛やＢＮ等の固体潤滑作用を有する粉末を水で希釈したものからなり、潤滑材の金型表面への塗布は、温熱間鍛造時に金型へ吹き付けることによりなされる。
窒化化合物層による細かな凹凸には塗布された潤滑材が入り込むが、この凹凸に入り込んだ潤滑材によって潤滑作用が保持され金型の摩耗が抑制される。また、窒化化合物層が剥がれても鍛造中の熱で金型表面が酸化されると、酸化された表面にも窒化化合物層と同様に細かな凹凸が形成され、この凹凸によって潤滑材が保持される。従って、窒化化合物層が剥がれても金型の摩耗が抑制される。
【０００４】
しかしながら、窒化化合物層による凹凸の場合、摩耗の抑制効果が十分ではないという問題があった。そのため、近年では、金型の摩耗を抑制するために、窒化化合物層よりも硬い硬質被膜（ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ等）を金型表面にコーティングする技術が開発実用化されている。
【０００５】
ＣｒＮ被膜を形成した技術としては、例えば、特許文献１に、金型基材の表面をダイヤモンドペースト（＃３０００メッシュ）にて面粗度調整した後、窒化層を形成し、洗浄後、マルチアーク法によりＣｒＮからなる硬化層を形成した熱間又は温間加工用金型が開示されている。また、特許文献２に、溶融金属を注入するためのキャビティの内壁にＣｒＮよりなる表面処理膜が形成された鋳造用金型が開示されている。
【０００６】
また、金型の寿命延長等を可能とする他の表面処理技術として、ショットピーニングを行う技術が提案されている。
例えば、特許文献３には、熱処理（窒化処理、浸炭窒化処理も含む意味）をした金型（ＳＫＤ，ＳＫＨ）に鉄系投射材と同等の比重の一般的なショットピーニングサイズの投射材（粒子径１２５μｍ）を６０〜１００ｍ／秒で投射することにより、平滑な金型表面を得るとともに、最大の残留圧縮応力値を得る技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献４には、マンドレルや成形金型等の工具に窒化層やＴｉＮ硬質被膜を形成し、その上からショット粒径を４０〜２００μｍとし、ショットの噴射速度を１００ｍ／秒としてショットピーニングすることにより、マンドレルの摩耗やヘアクラックを抑制して長寿命化を図る技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−０９２９０９
【特許文献２】特開平１０−１３７９１５
【特許文献３】特開２００３−１９１１６６
【特許文献４】特開２００３−２５３４２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の冷間鍛造用金型にコーティングされた鉄との親和性の低い硬質被膜は、強い摩擦を受けることで、冷間鍛造用金型の硬質被膜が摩耗して、ついには剥離を起こしてしまい、かじりの抑制に十分な効果を発揮することができなかった。
また、上記の温熱間鍛造金型の摩耗を抑制するための硬質被膜（ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ等）は、下地の金型に均一にコーティングされるため、コーティング後の表面粗さが機械加工又はラップ加工された金型の表面粗さとほぼ同じ（つるつるの状態）であった。従って、潤滑材のノリが悪く、潤滑材が流れてしまい、潤滑材の保持力が低かった。また、この硬質被膜は、耐酸化性が高いため被膜が酸化されにくい。従って、金型表面に微細な凹凸が発生せず、潤滑材の保持力が低く、潤滑不足で却って摩耗が促進されるという問題があった。
また、特許文献１に開示の温間又は熱間鍛造用金型は、硬化膜の剥離を防止して密着性を高めることを主目的としてＣｒＮ硬化層を設けたものである。密着力を高めるには、できるだけ表面に凹凸が無く、平らであればあるほどよいため、密着力を高めるための硬質被膜の形成の仕方では、耐摩耗性という観点では、やはり潤滑材の保持力が低く、潤滑不足で却って摩耗が促進されるという問題が解消されなかった。
更に、特許文献２に開示の鋳造用金型は、鋳物材料の付着や堆積を低減し、鋳物を離型するときの引抜力を低減することを主目的として、離型材の代わりにＣｒＮ被膜を形成し、優れた離型性を得ようとしたものである。離型性を高めるには、できるだけ表面に凹凸が無く、平らであることが望ましい。そもそも、鋳造用金型は鍛造用金型とでは用途が全く異なる。
【００１０】
また、特許文献３及び４に開示のショットピーニング技術は、いずれも、金型表面に窒化処理等の硬質層を形成させた後でショットピーニングを行うものである。そして、特許文献３及び４のショットピーニング技術は、圧縮残留応力付与により表面亀裂発生を抑制し、疲労強度を向上させようとするものである。従って、潤滑材の保持力を良好に維持できる凹凸を形成することを目的として、特許文献３及び４に開示のショットピーニング技術を用いて硬質層の上からショットピーニングを行うと、窒化処理等により形成した硬質層が割れるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷間鍛造用金型の表面に形成される硬質被膜の摩耗や剥離を防止することにより、冷間鍛造用金型により鍛造される成形品のかじりを抑制できる冷間鍛造用金型及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明者等は、冷間鍛造用金型の表面の摩耗や剥離を防止し、成形品のかじりを抑制するための手法を研究し、金型意匠面を硬質被膜で被覆すると金型表面が硬くなるという知見を得た。また、本発明者等は、硬質被膜の被覆前に、ショットピーニングにより金型意匠面に凹凸を形成しておくと、その上から硬質被膜を被覆したときにその凹凸形状が硬質被膜に反映されて、その硬質被膜にも凹凸ができ、そのような硬質被膜による凹凸が長期間にわたって潤滑材の保持力を維持することができるという知見を得た。これにより、プレス加工時の冷間鍛造用金型の表面の摩耗や剥離を大幅に防止でき、かつ、成形品のかじりも併せて抑制できるという知見を得た。
【００１３】
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、本発明に係る冷間鍛造用金型は、金型意匠面に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を備え、前記被膜は、表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下であることを要旨とする。
【００１４】
この場合に、前記被膜は、膜厚が１μｍ以上２０μｍ以下であるとよい。
【００１５】
上記いずれの場合においても、前記金型意匠面は、硬化層深さ２００μｍ以下の窒化が施されていてもよい。
【００１６】
そして、上記いずれの場合においても、ショットピーニングにより前記金型意匠面に凹凸を形成した後に前記被膜が形成されていることが望ましい。
このときに、前記メディアは、投射速度１００ｍ／秒以下で投射されたものであるとよい。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係る冷間鍛造用金型の製造方法は、
ショットピーニングにより金型意匠面に表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下になるように凹凸を形成する凹凸形成工程と、
前記凹凸形成工程を行った後に、ＰＶＤ法により前記金型意匠面に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を形成する被膜形成工程とを備えたことを要旨とする。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明に係る他の冷間鍛造用金型の製造方法は、
ショットピーニングにより金型意匠面に凹凸を形成する被覆前凹凸形成工程と、
前記被覆前凹凸形成工程を行った後に、ＰＶＤ法により前記金型意匠面に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の被膜を形成する被膜形成工程と、
前記被膜形成工程を行った後に、ショットピーニングにより前記被膜に表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下になるように凹凸を形成する被覆後凹凸形成工程とを備えたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る冷間鍛造用金型は、金型意匠面に所定の表面粗さＲａの凹凸が形成された硬質被膜を備えたものであるため、硬質被膜からなる凸部は、硬く、且つ、所定の表面粗さＲａであるため摩耗しにくい。また、硬質被膜に形成された凹凸は、所定の表面粗さＲａであるため潤滑材の保持力が良好となり、摩擦が低減され得る。従って、硬質被膜に形成された凹凸は、長期間に亘って潤滑材の保持力を維持することができ、硬質被膜の摩耗や剥離を防止できるため、成形品の冷間鍛造用金型への微小焼付きを防止でき、よって、成形品のかじりを抑制することができる。すなわち、本発明に係る冷間鍛造用金型は、硬質被膜と表面粗さＲａ（凹凸）との相乗効果により、硬質被膜の摩耗や剥離を防止でき、且つ、成形品のかじりを抑制できる。従って、本発明に係る冷間鍛造用金型は、金型寿命を延ばすことができ、当該冷間鍛造用金型及びこれにより鍛造される各種成形品のコストの低廉化が図られる。
【００２０】
本発明に係る冷間鍛造用金型の製造方法は、上記構成を備えたものであるから、金型表面の表面粗さＲａをいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下とすることができる。この方法により得られる冷間鍛造用金型は、本発明に係る冷間鍛造用金型と同様の効果が得られる。
また、本発明に係る冷間鍛造用金型の製造方法は、ショットピーニングを硬質被膜の形成前に行うものであるため、硬質被膜を形成してからショットピーニングする場合に比べて硬質被膜が割れないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。
（冷間鍛造用金型）
図１に示す本発明の一実施形態に係る冷間鍛造用金型１は、ＪＩＳ ＳＫＤ１１に代表される冷間ダイス鋼及びその改良鋼からなるものであればよいが、材質は、特に限定されるものではない。
冷間鍛造用金型１は、金型意匠面２に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の硬質被膜３を備える。硬質被膜３をこのような材質としたのは、単に金型意匠面２を窒化するよりも硬いため、摩耗しにくい、すなわち、耐摩耗性に優れるからである。また、硬質被膜３が摩耗しにくいと、その剥離が防止され、冷間鍛造用金型１により鍛造された成形品（高張力鋼板）の微小焼付きが防止され、かじりが抑制されるからである。もっとも、金型意匠面２は、硬化層深さ２００μｍ以下の窒化が施されていても良い。
【００２２】
金型意匠面２は、表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下である。金型意匠面２の表面粗さＲａをこの範囲としたのは、この表面粗さＲａを「金型意匠面２の表面に形成される硬質被膜３の表面粗さＲａ」に反映させるためである。その理由は、反映された硬質被膜３の表面粗さＲａが、０．０５μｍ未満では潤滑材の十分な保持力が得られず、硬質被膜３の摩耗を防止する効果があまりなく、０．５０μｍ超では金型表面４の凹凸が大きすぎるために、却ってかじりを促進させるからである。そこで、金型意匠面２の表面粗さＲａをこの範囲とした。金型意匠面２の表面粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下がより好ましく、０．１０μｍ以上０．２５μｍ以下が更に好ましい。もっとも、硬質被膜３の表面粗さＲａをこれらの範囲にすることができるならば、金型意匠面２の表面粗さＲａは、これらの範囲に限定されない。
【００２３】
硬質被膜３は、ショット時に被成形材（ワーク）と接触するものであり、表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下である。硬質被膜３の表面粗さＲａをこの範囲としたのは、０．０５μｍ未満では潤滑材の十分な保持力が得られず、硬質被膜３の摩耗を防止する効果があまりないからであり、０．５０μｍ超では金型表面４の凹凸が大きすぎるために、却ってかじりを促進させるからである。硬質被膜３の表面粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下がより好ましく、０．１０μｍ以上０．２５μｍ以下が更に好ましい。
【００２４】
硬質被膜３の膜厚は、単層多層に拘わらず全体で１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。硬質被膜３の膜厚をこの範囲としたのは、１μｍ未満では硬質被膜３の摩耗や剥離を防止する効果が小さく、２０μｍ超ではコーティング時間が長くなり、経済的に不利だからである。硬質被膜３を多層で構成する場合には、その積層順は特に限定されない。
【００２５】
（冷間鍛造用金型の製造方法）
本発明の一実施形態に係る冷間鍛造用金型１は、例えば、ＪＩＳ ＳＫＤ１１に代表される冷間ダイス鋼及び改良鋼からなる金型を用いて、以下の（１）凹凸形成工程及び（２）被膜形成工程をこの順序で行うことにより製造することができる。尚、下記の（１）凹凸形成工程は、後述する（３）被覆後凹凸形成工程を行う場合には、特に、被覆前凹凸形成工程ともいう。
【００２６】
（１）凹凸形成工程（被覆前凹凸形成工程）
凹凸形成工程では、ショットピーニングにより金型意匠面２に表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下（より好ましくは、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下、更により好ましくは、０．１０μｍ以上０．２５μｍ以下）になるように凹凸を形成する。この凹凸は、旋盤加工面のように一方向からは凹凸があるが、他方向からは凹凸がないようなものでは効果が得られない。そこで、いずれの方向から測定しても所定の表面粗さＲａになるように凹凸を形成する。そのためには、ショットピーニングは、メディアを投射速度（面に当たるときの直前の速度）１００ｍ／秒以下で投射することにより行うとよく、あるいは、金属製の直径１００μｍ以下のメディアを投射圧（投射しはじめの圧）０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下、投射距離１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下で投射することにより行うとよい。
【００２７】
凹凸形成工程が被覆前凹凸形成工程に該当する場合（後述する（３）被覆後凹凸形成工程を行う場合）には、被覆後凹凸形成工程において表面粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下になればよいため、被覆前凹凸形成工程を行ったときの表面粗さＲａは、特に限定されないが、０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下が好ましい。従って、ショットピーニングは、金属製のメディアを投射速度１００ｍ／秒で投射することにより行うとよく、あるいは、金属製の直径１００μｍ以下のメディアを投射圧０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下、投射距離１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下で投射することにより行うことが好ましい。
【００２８】
尚、上記いずれの場合においても、投射速度１００ｍ／秒以下としたのは、表面粗さＲａを過度に粗くすることなく最適化し、かじりを悪化させないようにするためである。ちなみに、投射速度１００ｍ／秒超の条件は、疲労強度向上に寄与できても、表面粗さＲａが過度に粗くなる。
また、ショットピーニングを行う前に、予め、金型意匠面２には、硬化層深さ２００μｍ以下の窒化を施しておいてもよい。その理由は、金型表面を硬化させて、被膜の密着性を向上させるためである。
【００２９】
（２）被膜形成工程
次の被覆形成工程では、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法により金型意匠面２に４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上を含む炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、及び、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属の一種又は二種以上とＳｉ及びＡｌの一種又は二種とを含む窒化物からなる群から選ばれる一種又は二種以上からなる単層又は多層の硬質被膜３を形成する。硬質被膜３は、既にショットピーニングにより凹凸が形成された金型意匠面２に形成されるため、金型意匠面２の凹凸形状が硬質被膜３の表面形状として反映される。従って、硬質被膜３は、表面粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下（より好ましくは、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下、更により好ましくは、０．１０μｍ以上０．２５μｍ以下）となる。あるいは、硬質被膜３は、後述する（３）被覆後凹凸形成工程を行う場合には、被覆後凹凸形成工程におけるショットピーニングにより、硬質被膜３の表面粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下（より好ましくは、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下、更により好ましくは、０．１０μｍ以上０．２５μｍ以下）とされる。
また、硬質被膜３の表面粗さＲａは、任意の二方向で測定したときに、その差が５０％以内であることが望ましい。
以上の構成を備えた硬質被膜３は、凸部が硬く、且つ、所定の表面粗さＲａであるため摩耗しにくい。また、凹凸は、所定の表面粗さＲａであるため潤滑材の保持力が良好である。従って、硬質被膜の摩耗や剥離を防ぐことができ、その硬質被膜に形成された凹凸は、長期間に亘って潤滑材の保持力を維持することができる。このように、硬質被膜３が摩耗しにくく、潤滑材の保持力を維持できると、摩擦が低減され、硬質被膜３の剥離が防止され、冷間鍛造用金型１により鍛造される成形品（高張力鋼板）の微小焼付きが防止され、かじりが抑制される。
【００３０】
硬質被膜３を形成するために行われるＰＶＤ法としては、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタ蒸着のいずれでもよいが、特に、イオンプレーティングが好ましい。イオンプレーティング法は、蒸発させた金属をイオン化し、この金属イオンを反応性ガス雰囲気下で電界により加速して処理品表面（金型意匠面２）に付着させるものであるが、金属を蒸発させる方法としてはカソードアーク放電を用いる方法やホロカソード式のいずれでもよい。イオンプレーティングが好ましいのは、ＣＶＤ法に比べて低温で処理できるため、冷間鍛造用金型１の熱影響による軟化を防止でき、再焼入れによる歪みを小さくできるためである。また、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、分子線エピタキシー法を用いてもよい。
【００３１】
イオンプレーティング法により硬質被膜３を形成する場合には、イオン化した金属を加速する電界電圧は１０〜５００Ｖが好ましい。また、反応性ガスとしては、メタン等の炭化水素系ガスや窒素を使用し、その圧力は０．１〜１０Ｐａのうちから選択すればよい。
このとき、硬質被膜３は、単層多層に拘わらず全体で膜厚が１μｍ以上２０μｍ以下になるように形成するのが好ましい。多層の場合には、下層側から上層側へ順番に種類を変更して繰返しＰＶＤ法を行えばよい。
【００３２】
尚、硬質被膜３の形成に先立って金型意匠面２にイオン照射を行ってもよい。この場合は、４Ａ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、６Ａ族（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）金属等の金属イオンやＡｒイオンを用いて行い、このイオン照射の時にイオンを加速する電界電圧は５００〜２０００Ｖが好ましい。
【００３３】
上記（１）及び（２）の工程を行って得られる冷間鍛造用金型１に、更に、以下の（３）被覆後凹凸形成工程を行ってもよい。
（３）被覆後凹凸形成工程
次の被覆後凹凸形成工程では、ショットピーニングにより硬質被膜３に表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下（より好ましくは、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下、更により好ましくは、０．１０μｍ以上０．２５μｍ以下）になるように凹凸を形成する。この凹凸は、旋盤加工面のように一方向からは凹凸があるが、他方向からは凹凸がないようなものでは効果が得られない。そこで、いずれの方向から測定しても所定の表面粗さＲａになるように凹凸を形成する。そのために、ショットピーニングは、セラミック製又はガラス製のメディアを投射速度１００ｍ／秒で投射することにより行うとよく、あるいは、セラミック製又はガラス製の直径１００μｍ以下のメディアを投射圧０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下、投射距離１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下で投射することにより行えばよい。ここで、金属製のメディアではなく、セラミック製又はガラス製のメディアを使用するのは、硬質被膜３は硬質ではあるが脆いため、金属製のメディアでは硬質被膜３が割れるおそれがあるためである。また、メディアを投射速度１００ｍ／秒以下で投射するのは、上記と同様の理由によるものである。
【００３４】
被覆後凹凸形成工程においても、更に、ショットピーニングを行う理由は、微細な凹凸（表面粗さＲａにして０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下、より好ましくは、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下、更により好ましくは、０．１０μｍ以上０．２５μｍ以下）の形成を促進させるとともに、金型意匠面２及び硬質被膜３の表面に圧縮残留応力を付与することにより硬質被膜３の密着性を向上させ、更に、冷間鍛造用金型１の金型寿命を改善するためである。
また、次の理由もある。被膜形成工程でイオンプレーティングをすると、蒸発せずに液体のまま硬質被膜３の表面に半球状のドロップレットというものが付着する。このドロップレットは油溜まりとしては作用しないため、これをなくすためには、硬質被膜３を形成した後にもショットピーニングを行うとよい。
【００３５】
（作用）
上記の冷間鍛造用金型の製造方法によれば、ショットピーニングにより金型意匠面２に表面粗さＲａがいずれの方向から測定しても０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下になるように凹凸が形成され、その上にＰＶＤにより硬質被膜３が形成される。従って、金型意匠面２の凹凸形状が硬質被膜３の表面形状として反映され、硬質被膜３は表面粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下となる。このようにして製造された冷間鍛造用金型１は、硬質被膜３に形成された凸部が硬く、且つ、所定の表面粗さＲａであるため摩耗しにくい。また、硬質被膜３に形成された凹凸は、所定の表面粗さＲａであるため潤滑材の保持力が良好である。従って、潤滑材の保持力は、硬質被膜３からなる凹凸により長時間に亘って維持される。
このように、硬質被膜３が摩耗しにくく、潤滑材の保持力を維持できると、硬質被膜３の剥離が防止され、冷間鍛造用金型１により鍛造される成形品（高張力鋼板）の微小焼付きが防止され、かじりが抑制される。
これらの相乗効果により、冷間鍛造用金型１は、摩耗が抑制され、金型寿命が延び、成形品の品質向上を図ることができる。
【００３６】
硬質被膜３が形成された冷間鍛造用金型１に、更に、ショットピーニングを施せば、硬質被膜３の表面粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下となるような凹凸形成が更に促進され、圧縮残留応力の付与により密着性が高まる他、ドロップレットが除去される。これにより、冷間鍛造用金型１は、硬質被膜３の摩耗や剥離が更に防止され、冷間鍛造用金型１により鍛造される成形品（高張力鋼板）の微小焼付きが防止され、かじりが抑制される。これらの相乗効果により、冷間鍛造用金型１は、摩耗が抑制され、金型寿命が延び、成形品の品質向上を図ることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（パンチ及びダイの作製）
実施例１〜１８及び比較例１〜５について、５９ＨＲＣに調質されたＪＩＳ ＳＫＤ１１を図２に示すパンチ及びダイに加工したものを用意した。
そして、実施例１，４，６，９〜１１，１３，１６，１７及び比較例２〜４のダイの下地表面（図２の破線で示した部分）には、各々に全硬化層厚さ０．０５ｍｍのプラズマ窒化処理を施した。
【００３８】
次に、実施例１〜１８及び比較例２〜５のダイの表面（図２の破線で示した部分）にショットピーニングによりメディアを投射して微小な凹凸を付与した。このとき、ショットピーニングは、実施例１〜１８及び比較例３〜５については、スチール製で粒径が１００μｍ以下のメディアを用いて、投射速度１００ｍ／秒で行った。このとき、投射圧は、０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下、投射距離は、１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下となった。比較例２については、スチール製で粒径が５００μｍのメディアを用いて、投射速度１５０ｍ／秒で行った。このとき、投射圧は、０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下、投射距離は、１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下となった。
【００３９】
次に、実施例１〜１８及び比較例１〜２のダイの表面（図２の破線で示した部分）に、イオンプレーティング法で硬質被膜を被覆した。このとき、アルゴンイオンボンボードを実施する電界電圧は５００〜１０００Ｖ、被覆を実施する電界電圧は５０〜３００Ｖ、反応性ガスの圧力は１〜１０Ｐａとした。各実施例及び各比較例の具体的な条件は、表１に示す被膜種類等に応じて、これらの中から選択した。多層の場合（実施例１３〜１５）には、繰返しイオンプレーティング法を行った。尚、実施例１３〜１５の多層被膜は、同表で左側の被膜を先に被覆し、右側の被膜を後で被覆した。すなわち、実施例１３を例にとるとＴｉＮを先に被覆してから、ＣｒＮを被覆した。
【００４０】
次に、実施例４，５，７，８，１１，１４，１５，１７及び比較例２〜５のダイの表面（図２の破線で示した部分）には、再度、ショットピーニングにより表面に微小な凹凸を付与した。このとき、ショットピーニングは、各実施例及び比較例３〜５については、セラミック製又はガラス製で粒径が１００μｍ以下のメディアを用いて、投射速度１００ｍ／秒で行った。このとき、投射圧は、０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下、投射距離は、１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下となった。比較例２については、ガラス製で粒径が５００μｍのメディアを用いて、投射速度１５０ｍ／秒で行った。このとき、投射圧は、０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下、投射距離は、１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下となった。
【００４１】
以上の手順で実施例１〜１８及び比較例１〜５のパンチ及びダイを得た。尚、図２の破線部分にのみ表面処理を施したのは、その他の部分では微小焼付きが防止され、かじりが発生しないからである。
そして、実施例１〜１８及び比較例１〜５について、同図に示すダイの表面（図２の破線で示した部分）の被膜厚さ（μｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）を測定した。表面粗さＲａは、任意の直交する二方向から測定した結果である。結果を表１にまとめて示す。
【００４２】
（ハット曲げ試験）
実施例１〜１８及び比較例１〜５について、図２に示すパンチ及びダイを用いて、以下の条件でハット曲げ試験を行った。ハット曲げ試験は、ワークとして用いた下記の高張力鋼板にかじりが発生するまでワークを一回ごとに取り替えながら繰返し行った。
＜ハット曲げ試験条件＞
（１）ストローク  ５０ｍｍ
（２）ワーク  ９８０ＭＰａ級高張力鋼板、１．５ｍｍ厚、表面処理無し
（３）潤滑材  刷毛で塗布した防錆油
（４）冷間鍛造用金型（パンチ及びダイ）の素材  ＳＫＤ１１
表１に、ワークにかじりが発生するまでの個数を併せて示す。
図３に、表１に示したハット曲げ試験の結果をグラフで示す。図３のグラフは、ワークにかじりが発生するまでの加工個数を表面粗さＲａとの関係で示したものである。
【００４３】
【表１】
2009061465.tif 000003
【００４４】
（評価）
まず、比較例１〜３と比較例４，５との比較によれば、比較例１〜３のように硬質被膜を形成すると、それらの表面粗さＲａに関わらず、比較例４の単なる窒化のみのものや、比較例５の単なる残留圧縮応力付与のものに比べ、かじり発生に至るまでの加工個数が大幅に増加することがわかった。そのため、硬質被膜の形成が、かじりの抑制に効果があることがわかった。また、比較例４と５とを比べると、下地窒化をしたものは、下地窒化をしなかったものに比べ、かじり発生に至るまでの加工個数が大幅に増えたため、下地窒化もかじりの抑制に効果があることがわかった。
【００４５】
実施例１〜１８は、比較例１〜３よりも、かじり発生に至るまでの加工個数が大幅に増えた。
まず、比較例１が、かじり発生に至るまでの加工個数が少なかった理由は、比較例１は被覆前ショットも被覆後ショットも行っていないため、実施例１〜１８に比べて表面粗さＲａが細かすぎたためといえる。換言すれば、その理由は、比較例１は、その表面粗さＲａが細かすぎたために潤滑材の保持力が低い、あるいは、潤滑材を弾き、硬質被膜の摩耗や剥離が生じて、ワーク（高張力鋼板）がダイと微小焼付きを起こし、かじりが発生しやすくなったためといえる。
【００４６】
次に、比較例２が、被覆前ショットも被覆後ショットも行っているにも拘わらず、かじり発生に至るまでの加工個数が少なかった理由は、実施例１〜１８に比べて表面粗さＲａが粗すぎたためといえる。換言すれば、その理由は、比較例２は、その表面粗さＲａが粗すぎたために凹凸の凸部の摩耗が促進され、剥離が生じ、ワーク（高張力鋼板）がダイと微小焼付きを起こし、かじりが発生しやすくなったためといえる。また、このような結果になった理由は、比較例２の投射速度を１５０ｍ／秒にしたため表面粗さＲａが粗くなったことも原因と考えられる。
【００４７】
次に、比較例３が、被覆前ショットも被覆後ショットも行い、且つ、表面粗さＲａも実施例１〜１８と大きな違いは無いにも係わらず、かじり発生に至るまでの加工個数が少なかった理由は、表面粗さＲａがＸ方向とＹ方向とで差があった（粗さ異方性があった）ためといえる。換言すれば、その理由は、比較例３は、その表面粗さＲａに粗さ異方性があったために、潤滑材がある方向へ流れてしまい、その結果、潤滑材の保持力が弱くなり、硬質被膜の摩耗や剥離が生じて、高張力鋼板がダイと微小焼付きを起こし、かじりが発生しやすくなったためといえる。
【００４８】
これに対し、実施例１〜１８は、硬質被膜は、凹凸を形成し、その凸部が硬く、且つ、所定の表面粗さＲａ（０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下）の凹凸を形成し、凹部に潤滑材の油溜まりができるため、摩擦が減少して硬質被膜の摩耗や剥離が生じにくくなったといえる。また、実施例１〜１８は、凹凸が少なくとも任意の二方向から測定した場合に所定の表面粗さＲａ（０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下）に収まっていたため、潤滑材の保持力が良好であったといえる。従って、実施例１〜１８は、硬質被膜と表面粗さＲａ（凹凸）との相乗効果により、比較例１〜５よりも、硬質被膜の摩耗や剥離を抑制でき、潤滑材の保持力を維持することができ、その結果、ワーク（高張力鋼板）がダイと微小焼付きを起こすことが抑制され、これにより、かじりの発生が抑制されたといえる。
【００４９】
また、図３のグラフによれば、表１に示した結果と同様に、実施例１、１６は、かじりが発生するまでの加工個数が比較例２よりも顕著に多いことが確認できた。また、実施例１、１８同士を比べると被覆後ショットを行った方が、被覆後ショットを行わなかったものに比べて全体としては、かじりが発生するまでの加工個数が多い傾向があることがわかった。図３のグラフから、硬質被膜の表面粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．５０μｍ以下が好ましく、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下がより好ましく、０．１０μｍ以上０．２５μｍ以下が更により好ましいことがわかった。
【００５０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る冷間鍛造用金型及びその製造方法は、金型摩耗を抑制することにより金型寿命を改善でき、成形品の品質を改善できるため、金型メーカーや金型を用いて各種製品を製造するメーカーにとって産業上の利用価値が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】冷間鍛造用金型１の表面部分の断面を示す図である。
【図２】ハット曲げ試験に用いたパンチ及びダイの形状を示す図である。
【図３】ハット曲げ試験の結果を示すグラフであり、ワークにかじりが発生するまでの加工個数を表面粗さＲａとの関係で示したグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１  冷間鍛造用金型
２  金型意匠面
３  硬質被膜
４  金型表面
【図１】
2009061465.tif 000004
【図２】
2009061465.tif 000005
【図３】
2009061465.tif 000006