JP2783746B2 - Processing jig - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムや軟鉄な
どの軟質金属の表面に有機質膜が形成された金属を加工
し、例えば缶などの容器を製造するための加工用治具に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing jig for processing a metal having an organic film formed on the surface of a soft metal such as aluminum or soft iron to produce a container such as a can.
【０００２】[0002]
【従来技術】従来より、塑性変形を用いた金属加工法と
しては、圧延加工、引抜加工、せん断加工、曲げ加工、
絞り加工、圧縮加工、転造などが知られている。これら
の加工を行うには、被加工金属を塑性変形させるために
ポンチやダイスなどの加工用治具が用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, metal working methods using plastic deformation include rolling, drawing, shearing, bending, and the like.
Drawing, compression, and rolling are known. To perform these processes, a processing jig such as a punch or a die is used to plastically deform the metal to be processed.
【０００３】これらの治具は、被加工金属と接触し、場
合によっては摺動しながら塑性変形を行わしめるため
に、治具自体耐摩耗性が高く、摩擦係数が低い、即ち摺
動特性に優れていることが要求されている。このような
観点から従来より加工用治具としては超硬合金製のもの
が最も一般的に用いられている。[0003] Since these jigs come into contact with the metal to be processed and, in some cases, undergo plastic deformation while sliding, the jigs themselves have high wear resistance and a low friction coefficient, that is, have low sliding characteristics. It is required to be excellent. From such a viewpoint, a jig made of cemented carbide is most generally used as a processing jig.
【０００４】また、特に缶詰、清涼飲料缶、ビール缶な
どの食料貯蔵用容器においては、食品中の成分による缶
材料の腐蝕や、缶材料成分の食品への漏出を防止するた
めに、アルミニウムや軟鉄などの金属の表面に薄い有機
質膜が被覆されている。この有機質膜は、おもにエポキ
シ系の樹脂やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）な
どからなり、厚さは数μｍと非常に薄い。これらの容器
を加工する際には、有機質膜上から金属を塑性変形させ
なければならないが、加工時にフィルムに傷がついて缶
材料が露出すると、食品を汚染したり、食品による缶材
料の腐蝕が生じたりする原因となる。そのため、加工時
にフィルムを破損しないように超硬合金製の治具を鏡面
研磨し、その鏡面部を用いて加工することが一般的に行
われている。[0004] In addition, especially in food storage containers such as cans, soft drink cans, and beer cans, aluminum or aluminum is used to prevent corrosion of the can material by components in the food and leakage of the can material components into the food. A thin organic film is coated on the surface of a metal such as soft iron. The organic film is mainly made of an epoxy resin or PET (polyethylene terephthalate), and has a very small thickness of several μm. When processing these containers, the metal must be plastically deformed from above the organic film.However, if the film is damaged during processing and the can material is exposed, the food can be contaminated or the food can be corroded. Or cause it to occur. For this reason, it is common practice to mirror-polish a cemented carbide jig so as not to damage the film during processing, and process using the mirror surface.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、加工
用治具として超硬合金などの焼結体を用いる場合、焼結
体中には微小なボイドが必然的に存在し、超硬合金の表
面を鏡面加工してもその鏡面にはそのボイドが露出して
いる。このように表面にボイドが存在するような治具を
用いて軟質金属を加工した場合、ボイドに金属が詰ま
り、溶着するビルドアップ現象が生じ、これにより加工
後の金属製品の表面に荒れが生じるといった問題があ
る。そのため、治具を再使用するために治具の表面をダ
イヤモンド粉などで再研磨する工程が必要となり、それ
に伴い治具自体の寸法が変化するなどの問題が生じる。However, when a sintered body such as a cemented carbide is used as a processing jig, minute voids are inevitably present in the sintered body, and the surface of the cemented carbide is small. Even if the surface is mirror-finished, the void is exposed on the mirror surface. When a soft metal is processed using a jig having a void on the surface as described above, the void is clogged with metal and a build-up phenomenon occurs in which the metal is welded, thereby causing a roughened surface of the processed metal product. There is a problem. Therefore, a step of re-polishing the surface of the jig with diamond powder or the like is necessary in order to reuse the jig, which causes a problem that the dimensions of the jig itself change.
【０００６】また、表面に有機質膜が形成された金属を
超硬合金製治具により加工する場合、長期間にわたって
有機質膜と摺動させると有機質膜が加工用治具の表面に
凝着を起こすという問題がある。治具の表面でこのよう
な凝着が起こると、摺動面で有機質同士が高摩擦係数で
摺動することになるため、被加工金属表面の有機質膜が
破損しやすくなり、治具を再度研磨する必要が生ずると
いう問題があった。When a metal having an organic film formed on the surface is processed by a jig made of cemented carbide, if the organic film is slid over a long period of time, the organic film adheres to the surface of the processing jig. There is a problem. When such adhesion occurs on the surface of the jig, the organic substances slide with a high friction coefficient on the sliding surface, so that the organic film on the surface of the metal to be processed is easily damaged, and the jig is re-mounted. There is a problem that polishing is required.
【０００７】さらに、有機質膜が部分的に被覆形成され
た金属を加工する場合には、有機質膜と治具が摺動する
のと同時に、有機質膜が存在しない被加工金属のエッジ
部とも治具が摺動するため、治具として有機質膜との摺
動特性が良好であると同時にビルドアップ現象が生じに
くいことが要求されるが、従来の治具では金属とビルド
アップが必然的に生じるために加工時にビルドアップし
た部分により有機質膜の破損が頻繁に起こるのが現状で
あった。Further, when processing a metal on which an organic film is partially coated, the jig is slid at the same time as the jig is slid on the organic film and the edge of the metal to be processed where no organic film is present. Is required to have good sliding properties with the organic film as a jig and not to cause build-up phenomena at the same time. However, conventional jigs inevitably cause build-up with metal. In the current situation, damage to the organic film frequently occurs due to the parts built up during processing.
【０００８】また、最近では製品の軽量化、低コスト化
に際して、例えば絞り加工などを行う場合に製品の肉厚
を薄くする傾向にある。このような場合、成型圧を小さ
くすることが必要であるが、従来の治具では摩擦係数が
高いため、有機質膜に傷が入りやすく、成型圧力を下げ
ることが困難であった。In recent years, in order to reduce the weight and cost of a product, the thickness of the product tends to be reduced when, for example, drawing is performed. In such a case, it is necessary to reduce the molding pressure. However, the conventional jig has a high friction coefficient, so that the organic film is easily damaged, and it is difficult to reduce the molding pressure.
【０００９】これらの問題を解消するために固体又は液
体の潤滑剤が用いられているが、これらの効果も十分で
なく、長期間の使用により前述したような治具の表面状
態が悪化し、製品に対して悪影響を及ぼすことは避けら
れないのが現状であった。また、前述したような食品保
存用容器のような用途においては、食品の汚染を防ぐ意
味でも、潤滑剤はできる限り使用を抑えるのが望まし
い。[0009] Solid or liquid lubricants have been used to solve these problems, but their effects are not sufficient, and the long-term use deteriorates the surface condition of the jig as described above. At present, it is inevitable that the product will have an adverse effect. In addition, in applications such as the aforementioned food storage containers, it is desirable to suppress the use of lubricants as much as possible from the viewpoint of preventing contamination of foods.
【００１０】また、最近では、金属加工用治具の表面に
ダイヤモンド膜を形成して耐摩耗性を向上させることも
提案されているが、摩擦係数低減の点について十分に検
討されておらず、まして軟質金属の加工における溶着や
有機質膜の破損などの問題については全く検討されてい
ない。In recent years, it has been proposed to form a diamond film on the surface of a metal working jig to improve wear resistance. However, reduction of friction coefficient has not been sufficiently studied. Furthermore, no problem has been considered at all about problems such as welding and breakage of organic films in the processing of soft metals.
【００１１】よって、本発明の目的は、アルミニウムや
軟鉄などを含む軟質金属、特にその表面が有機質膜によ
って覆われているものを加工する際に、優れた摺動特性
を有し、金属の溶着や有機質膜の破損や凝着を抑制する
ことのできる長寿命の加工用治具を提供することを目的
とするものである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a metal having excellent sliding characteristics when processing a soft metal containing aluminum or soft iron, particularly, a metal whose surface is covered with an organic film. It is an object of the present invention to provide a long-life processing jig capable of suppressing breakage and adhesion of an organic film.
【００１２】[0012]
【問題点を解決するための手段】本発明者は上記目的に
対して検討を重ね、加工用治具に対して硬質炭素膜を形
成する場合の各種の成膜方法や、生成される炭素膜の特
性、表面形状について詳細に検討したところ、所定の基
体の表面にその摺動面における表面粗さＲｍａｘが１μ
ｍ以下と表面平滑性に優れ、しかも表面部に存在する
０．５μｍ以上の微小なボイド状欠陥の存在密度が１ｍ
ｍ2 当たり１０6 個以下の硬質炭素膜を被覆形成するこ
と、そして、その基体を相対密度が９９％以上、表面粗
さＲｍａｘが１μｍ以下のセラミックス、超硬合金、サ
ーメットのうちのいずれかにより形成し、かつ硬質炭素
膜をダイヤモンドとダイヤモンド以外の炭素質により形
成した加工用工具を用いることにより前記目的が達成さ
れることを知見した。なお、ここでいう微小なボイド状
欠陥とは膜の表面に存在する孔部ないし凹部を指す。Means for Solving the Problems The inventor of the present invention has studied the above objects and has studied various film forming methods for forming a hard carbon film on a processing jig. When the characteristics and surface shape of the substrate were examined in detail, the surface roughness Rmax of the sliding surface of the predetermined substrate was 1 μm.
m and excellent surface smoothness, and the density of minute void-like defects of 0.5 μm or more existing on the surface is 1 m
coating and forming 10 6 or less hard carbon films per m 2 , and forming the substrate with any one of ceramics, cemented carbide, and cermet having a relative density of 99% or more and a surface roughness Rmax of 1 μm or less. It has been found that the above-mentioned object is achieved by using a working tool formed and formed with a hard carbon film made of diamond and carbonaceous materials other than diamond. Here, the minute void-like defect means a hole or a concave portion present on the surface of the film.
【００１３】以下、本発明を詳述する。本発明の加工用
治具は、所定の母材の表面に形成する硬質炭素膜を被覆
してなるものであるが、特にその膜の表面粗さを１μｍ
以下に制御することが重要である。これは、被加工物と
の接触部において治具の表面粗さが加工後の製品の表面
状態に大きく影響を与えるためで、膜の表面粗さが１μ
ｍを越えると、軟質金属や有機質膜との摺動時に炭素膜
に金属が付着して、加工製品の表面が荒れたり、有機質
膜が破損したりする原因となるためで、特に０．５μｍ
以下であることが望ましい。Hereinafter, the present invention will be described in detail. The processing jig of the present invention is formed by coating a hard carbon film formed on the surface of a predetermined base material, and particularly, the surface roughness of the film is 1 μm.
It is important to control: This is because the surface roughness of the jig at the contact portion with the workpiece greatly affects the surface state of the product after processing.
If it exceeds m, the metal adheres to the carbon film when sliding with the soft metal or the organic film, causing the surface of the processed product to be rough or the organic film to be damaged.
It is desirable that:
【００１４】なお、成膜後の炭素膜の表面粗さがこの範
囲内であることが最もよいが、成膜後の表面粗さＲｍａ
ｘが１μｍを越えるような場合には膜を研磨することに
よって表面粗さを調整することが可能である。The surface roughness of the carbon film after film formation is best within this range, but the surface roughness after film formation Rma
When x exceeds 1 μm, the surface roughness can be adjusted by polishing the film.
【００１５】また、本発明によれば、被覆膜の表面部に
存在する０．５μｍ以上のボイド状欠陥の存在密度が１
ｍｍ2 当たり１０6 個以下であることが重要である。こ
れは、被加工物表面の有機質膜と摺動する時に、有機質
膜がボイド欠陥部に入り込んでちぎれ、炭素膜の摺動面
に残存するという現象が観察されるが、この表面に残存
する有機質膜と被加工物表面の有機質膜同士が溶着しあ
って、有機質膜の破損を招来せしめる原因となるからで
ある。According to the present invention, the density of void-like defects of 0.5 μm or more existing on the surface of the coating film is 1%.
It is important that there be no more than 10 6 per mm 2 . This is because, when sliding with the organic film on the surface of the workpiece, the organic film breaks into the void defect and is torn off, and remains on the sliding surface of the carbon film. This is because the film and the organic film on the surface of the workpiece are welded to each other, which may cause damage to the organic film.
【００１６】なお、本発明において、加工用治具の基体
としては、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミック
ス、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金やＴｉＣ，ＴｉＣＮを主成
分とするサーメットを用いることができるが、これらの
中でも特に、窒化ケイ素を主体とするセラミックスが硬
質炭素膜との付着力が高いことから、これを用いること
が望ましい。In the present invention, as the base of the processing jig, ceramics such as silicon nitride and silicon carbide, WC-Co-based cemented carbide, and cermet containing TiC or TiCN as a main component can be used. However, among these, it is desirable to use ceramics mainly composed of silicon nitride because they have a high adhesive force to the hard carbon film.
【００１７】本発明の加工用治具における硬質炭素膜を
形成するには、一般的なマイクロ波プラズマＣＶＤ法、
熱フィラメントＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法、熱
プラズマＣＶＤ法などが知られているが、これらの方法
は、一般に成膜できる領域が小さいため、本発明の加工
用治具の必要な部位前面に成膜するためには、何度かに
分けて成膜しなければならない。また、熱フィラメント
法の場合は、治具形状にあわせてフィラメントを張るこ
とにより、ある程度大きな面積にも成膜は可能である
が、毎回張り替えるなどの操作を必要とするため、汎用
性、生産性に欠けるという問題がある。In order to form a hard carbon film in the processing jig of the present invention, a general microwave plasma CVD method,
A hot filament CVD method, a high-frequency plasma CVD method, a thermal plasma CVD method, and the like are known. However, since these methods generally have a small area in which a film can be formed, they are formed on the front surface of a required portion of the processing jig of the present invention. In order to form a film, the film must be divided into several parts. In the case of the hot filament method, it is possible to form a film on a relatively large area by stretching the filament in accordance with the jig shape. There is a problem of lack of sex.
【００１８】そこで、本発明における加工用治具を製造
するためには、成膜方法として、電子サイクロトロンプ
ラズマＣＶＤ法（以下、ＥＣＲプラズマ法という）を採
用する。この方法による製造方法について、図１をもと
に説明する。反応炉１内には炭素膜が形成される母材２
が設置されている。また、反応炉の周囲には反応炉内に
プラズマを発生させるためのマイクロ波発生装置３およ
び磁界を発生させるための電磁コイル４が配置されてい
る。Therefore, in order to manufacture the processing jig according to the present invention, an electron cyclotron plasma CVD method (hereinafter, referred to as an ECR plasma method) is employed as a film forming method. A manufacturing method according to this method will be described with reference to FIG. A base material 2 on which a carbon film is formed in a reaction furnace 1
Is installed. A microwave generator 3 for generating plasma in the reactor and an electromagnetic coil 4 for generating a magnetic field are arranged around the reactor.
【００１９】かかる装置を用いて成膜する場合には、反
応炉内に炭素膜生成用ガスとして少なくとも炭素を含有
する原料ガスを、場合により水素などのキャリアガスと
共にガス導入路５を経由して炉内に導入する。そして、
反応炉内を圧力１ｔｏｒｒ以下の低圧力に維持すると同
時に、導波管６により２．４５ＧＨｚのマイクロ波を炉
内に導入する。それと同時に電磁コイル４により約８７
５ガウス以上のレベルの磁界を印加する。これにより、
電子はサイクロトロン周波数ｆ＝ｅＢ／２πｍ（ｅ：電
子の電荷、Ｂ：磁束密度、ｍ：電子の質量）に基づき、
サイクロトロン運動を起こす。この周波数がマイクロ波
の周波数（２．４５ＧＨｚ）と一致するとき、即ち、磁
束密度Ｂが８７５ガウスとなる時に、電子サイクロトロ
ン共鳴が生じる。これにより電子はマイクロ波のエネル
ギーを著しく吸収して加速され、中性分子に衝突し電離
を起こさせ、低圧力でも高密度のプラズマを生成するよ
うになる。なお、このときの基体の温度を１５０〜１２
００℃に保持することにより、基体表面に硬質炭素膜を
形成することができる。When a film is formed using such an apparatus, a raw material gas containing at least carbon as a gas for forming a carbon film is supplied through a gas introduction path 5 together with a carrier gas such as hydrogen, if necessary, into a reaction furnace. Introduce into furnace. And
While maintaining the inside of the reaction furnace at a low pressure of 1 torr or less, a microwave of 2.45 GHz is introduced into the furnace through the waveguide 6. At the same time, about 87
A magnetic field of a level of 5 gauss or more is applied. This allows
Electrons are based on cyclotron frequency f = eB / 2πm (e: electron charge, B: magnetic flux density, m: electron mass)
Trigger cyclotron movement. When this frequency coincides with the microwave frequency (2.45 GHz), that is, when the magnetic flux density B becomes 875 Gauss, electron cyclotron resonance occurs. As a result, the electrons are remarkably absorbed by the microwave energy, accelerated, collide with neutral molecules and cause ionization, and generate high-density plasma even at a low pressure. At this time, the temperature of the substrate was set to 150 to 12
By maintaining the temperature at 00 ° C., a hard carbon film can be formed on the substrate surface.
【００２０】上記製造方法において用いられる炭素含有
原料ガスとしては、メタン、エタン、プロパンなどの炭
化水素ガスの他にＣｘＨｙＯｚ（ｘ、ｙ、ｚはいずれも
１以上）で示されるような有機化合物やＣＯ、ＣＯ2 な
どのガスを用いることもできる。Examples of the carbon-containing raw material gas used in the above-described production method include hydrocarbon compounds such as methane, ethane, and propane, and organic compounds such as CxHyOz (where x, y, and z are at least one). Gases such as CO and CO 2 can also be used.
【００２１】これらのガスの配合比率や種類は、特開昭
６０−１９１９７号や特開昭６１−１８３１９８号など
に開示される公知の方法のいずれを用いても本発明の効
果に何ら影響を及ぼさない。The mixing ratio and type of these gases have no effect on the effects of the present invention regardless of any of the known methods disclosed in JP-A-60-19197 and JP-A-61-183198. Has no effect.
【００２２】本発明によれば、硬質炭素膜表面のボイド
数を低減する方法としては、まず、硬質炭素膜を被覆す
る基体表面の表面粗さが小さく、且つボイドが少ないこ
とが必要である。これは基体の凹凸が薄い硬質炭素膜の
摺動面に反映されるためであり、具体的には基体の表面
粗さＲｍａｘが１μｍ以下であり、また基体の密度が９
９％以上であることが必要である。このような高密度の
基体は、例えば公知の熱間静水圧焼成法に基づき１００
０気圧以上の高圧下で焼成することにより得ることがで
きる。According to the present invention, as a method for reducing the number of voids on the surface of the hard carbon film, first, it is necessary that the surface of the substrate covering the hard carbon film has small surface roughness and few voids. This is because the unevenness of the substrate is reflected on the sliding surface of the thin hard carbon film. Specifically, the surface roughness Rmax of the substrate is 1 μm or less, and the density of the substrate is 9 μm or less.
It needs to be 9% or more. Such a high-density substrate can be formed, for example, by a known hot isostatic pressing method.
It can be obtained by firing under a high pressure of 0 atm or more.
【００２３】また、硬質炭素膜のボイドはダイヤモンド
膜の結晶性にも影響される。つまり、結晶性が高いダイ
ヤモンド膜では膜を構成するダイヤモンド粒子が多角形
状に大きく成長するために、膜表面における粒子間に隙
間が多量に存在し、この隙間がボイドを形成することに
なる。これに対して、成膜過程で炭素源ガスを適正量よ
り比較的多量に導入すると、基体表面での炭素のダイヤ
モンド化よりも炭素が過剰に供給されるために、ダイヤ
モンド以外の炭素質が析出し膜の結晶性はわずかに低下
する。このようにダイヤモンドとダイヤモンド以外の炭
素質からなる膜では、ダイヤモンドの粒成長が抑制され
るために、粒子が微細化すると同時に隙間が炭素質によ
り埋められるために、前述したようなボイドの少ない硬
質炭素膜を形成することができる。The voids in the hard carbon film are also affected by the crystallinity of the diamond film. That is, in a diamond film having high crystallinity, diamond particles constituting the film grow large in a polygonal shape, so that a large amount of gaps exist between the particles on the film surface, and these gaps form voids. On the other hand, if a relatively large amount of a carbon source gas is introduced during the film formation process, carbon is supplied in excess of the diamond formation of carbon on the substrate surface, and carbonaceous materials other than diamond are deposited. The crystallinity of the film is slightly reduced. As described above, in the film made of diamond and carbonaceous material other than diamond, since the grain growth of diamond is suppressed, the particles are refined and the gaps are filled with carbonaceous material. A carbon film can be formed.
【００２４】本発明の加工用治具は、有機質膜が被覆さ
れたアルミニウム、軟鉄あるいはこれらを主体とする合
金などの材料を加工する際に有効であり、治具として
は、例えば食料品の缶詰や飲料水の製缶工程で、絞り加
工に用いられるダイス、ポンチなどに有用である。The processing jig of the present invention is effective when processing a material such as aluminum or soft iron coated with an organic film or an alloy mainly composed of these. Examples of the jig include canned foodstuffs. It is useful for dies and punches used for drawing in the can making process of drinking water and drinking water.
【００２５】[0025]
【作用】本発明によれば、加工用治具の表面にダイヤモ
ンドなどの硬質炭素膜を形成するとともに、その表面粗
さが小さく、且つ表面部に存在する微小なボイド状欠陥
の存在密度を所定以下に制御することにより、すぐれた
耐摩耗性を有すると同時に被加工物を傷つけることなく
被加工物の加工が可能となる。According to the present invention, a hard carbon film such as diamond is formed on the surface of a processing jig, the surface roughness thereof is small, and the density of minute void-like defects existing on the surface portion is determined. By performing the control described below, it is possible to process the workpiece without damaging the workpiece while having excellent wear resistance.
【００２６】これにより、有機質膜が被覆されたアルミ
ニウムや軟鉄などの金属を加工する際に、被加工物との
接触においてすぐれた耐摩耗性を有するとともに摩擦係
数を小さくすることができるとともに、上記軟質金属の
治具への溶着を抑制することができる。金属の溶着が防
止されるため、有機質膜に傷をつけることなく加工する
ことが可能となる。With this, when processing a metal such as aluminum or soft iron coated with an organic film, not only can it have excellent wear resistance in contact with a workpiece but also have a small friction coefficient. Welding of the soft metal to the jig can be suppressed. Since the metal is prevented from being welded, the processing can be performed without damaging the organic film.
【００２７】また、本発明における硬質炭素膜は摩擦係
数が低く、成型圧が低圧でも加工が可能となるために肉
厚の薄い金属の加工を行うことができる。Further, the hard carbon film of the present invention has a low friction coefficient and can be processed even at a low molding pressure, so that a thin metal can be processed.
【００２８】[0028]
実施例１ 図１に示したような装置を用いて、反応炉内に直径が４
０ｍｍ、表面粗さＲｍａｘが０．１μｍのＡｌ2 Ｏ3 お
よびＹ2 Ｏ3 を助剤として含有する表１に示すような密
度を有する窒化珪素質焼結体からなる半径４．７６３ｍ
ｍのボール形状基体を設置した。その後、ＥＣＲプラズ
マＣＶＤ法により、最大２ｋガウスの強度の磁場を印加
するとともに、マイクロ波出力３．５ｋＷの条件で、基
体温度８００℃、炉内圧力０．３ｔｏｒｒの条件で基体
表面に成膜を行った。なお、反応ガスとしてはメタンガ
ス、二酸化炭素および水素ガスをそれぞれ表１に示す流
量比で混合したものを用いて炭素膜が約５μｍの膜厚と
なるように成膜した。Example 1 Using a device as shown in FIG.
A radius of 4.763 m comprising a silicon nitride sintered body having a density as shown in Table 1 containing 0 mm and Al 2 O 3 and Y 2 O 3 having a surface roughness Rmax of 0.1 μm as an auxiliary agent.
m-shaped ball-shaped substrate was set. Thereafter, a magnetic field having a maximum intensity of 2 kGauss is applied by ECR plasma CVD, and a film is formed on the surface of the substrate under the conditions of a microwave output of 3.5 kW, a substrate temperature of 800 ° C., and a furnace pressure of 0.3 torr. went. The reaction gas was formed by mixing methane gas, carbon dioxide, and hydrogen gas at the respective flow ratios shown in Table 1 so that the carbon film had a thickness of about 5 μm.
【００２９】得られた炭素膜の表面粗さＲｍａｘを触針
式表面粗さ計により評価するとともに、膜の表面を走査
型電子顕微鏡により観測しその直径が０．５μｍ以上の
ボイド状欠陥の存在密度を求めた。The surface roughness Rmax of the obtained carbon film is evaluated by a stylus-type surface roughness meter, and the surface of the film is observed by a scanning electron microscope to determine the presence of void-like defects having a diameter of 0.5 μm or more. The density was determined.
【００３０】さらにこの膜の摺動特性を評価するため
に、上記炭素膜が形成されたボールと、エポキシ樹脂の
有機質膜が５μｍの厚みで被覆されたアルミニウム板を
用いてボール−オン−ディスク法により摺動試験を行っ
た。摺動条件は、荷重９．８Ｎ、摺動速度０．１ｍ／ｓ
ｅｃ、室温、大気中、無潤滑で３０分間連続試験を行っ
た。この試験により、摩擦係数および有機質膜の傷の状
態、ボールの摩耗状態について評価を行った。比較のた
め、超硬合金のボール（試料Ｎo.２）に対しても同様な
摺動試験を行った。その結果を表１および表２に示し
た。Further, in order to evaluate the sliding characteristics of this film, a ball-on-disk method was carried out using a ball on which the carbon film was formed and an aluminum plate coated with an organic epoxy resin film to a thickness of 5 μm. A sliding test was carried out. The sliding conditions were a load of 9.8 N and a sliding speed of 0.1 m / s.
ec, a continuous test was performed at room temperature, in the air, and without lubrication for 30 minutes. Through this test, the coefficient of friction, the state of scratches on the organic film, and the state of wear of the ball were evaluated. For comparison, a similar sliding test was performed on a cemented carbide ball (Sample No. 2). The results are shown in Tables 1 and 2.
【００３１】[0031]
【表１】 [Table 1]
【００３２】[0032]
【表２】 [Table 2]
【００３３】表１および表２から明らかなように、本発
明に基づく炭素膜が被覆された試料Ｎo.１のボールでは
摩擦係数が０．０５であったのに対し、試料Ｎo.２の超
硬合金ボールでは、摩擦係数は０．１であり、明らかに
本発明品は摩擦係数が小さくなっていた。また、炭素膜
を被覆した試料Ｎo.１のボールとの摺動後に有機質膜に
は傷が全く認められなかったが、試料Ｎo.２の超硬合金
ボールと摺動させた有機質膜にはところどころに傷が認
められた。As is clear from Tables 1 and 2, the friction coefficient of the ball of the sample No. 1 coated with the carbon film according to the present invention was 0.05, whereas the coefficient of friction of the ball of the sample No. 2 was more than 0.05. For the hard alloy balls, the coefficient of friction was 0.1, and the product of the present invention clearly had a small coefficient of friction. Although no scratch was found on the organic film after sliding with the ball of the sample No. 1 coated with the carbon film, the organic film slid with the cemented carbide ball of the sample No. 2 was somewhere. The wound was observed.
【００３４】さらに、本発明の炭素膜を被覆した試料Ｎ
o.１のボールは摺動後もまったく摩耗した痕跡は認めら
れず、摺動部はもとの状態と変わりがなかったが、試料
Ｎo.２の超硬合金ボール表面には摺動痕の幅にほぼ等し
い大きさの痕が認められ、面状態が悪化していた。この
超硬合金ボール表面の摺動痕を赤外吸収分光法により評
価したところ、エポキシ樹脂が存在していることが確認
され、表面に有機質膜を構成する樹脂が凝着しているこ
とがわかった。Further, the sample N coated with the carbon film of the present invention
The ball of No. 1 did not show any trace of wear even after sliding, and the sliding portion did not change from the original state. However, the surface of the cemented carbide ball of Sample No. 2 showed no sliding mark. A mark having a size almost equal to the width was observed, and the surface condition was deteriorated. When the sliding marks on the surface of the cemented carbide ball were evaluated by infrared absorption spectroscopy, it was confirmed that an epoxy resin was present, indicating that the resin constituting the organic film had adhered to the surface. Was.
【００３５】また、本発明の試料Ｎo.３、４、５も試料
Ｎo.１と同様に摺動後に有機質膜には傷が全く認められ
ず、また摺動後でも全く摩耗したり、有機物が凝着した
痕跡は認められず、摺動部はもとの状態と変わりがなか
った。Also, in Samples Nos. 3, 4, and 5 of the present invention, no damage was found on the organic film after sliding, as in Sample No. 1, and even after sliding, the organic film was completely worn and organic matter was not removed. No trace of adhesion was observed, and the sliding portion was unchanged from the original state.
【００３６】また、試料Ｎo.６は、基体の表面粗さが大
きく膜の表面粗さも１μｍを越え、本発明の範囲外であ
り、摺動中に有機質膜を傷つけることがわかった。試料
Ｎo.７は、膜の表面粗さが小さくても炭素膜の結晶性が
非常に良いため、ボイド欠陥密度が大きく本発明の範囲
外となったが、有機質膜の一部が摺動中にボイド部に巻
き込まれて欠損し治具の表面に付着しているのが観察さ
れた。In Sample No. 6, the surface roughness of the substrate was large and the surface roughness of the film exceeded 1 μm, which was outside the scope of the present invention, and it was found that the organic film was damaged during sliding. In sample No. 7, the void defect density was large and out of the range of the present invention because the crystallinity of the carbon film was very good even if the surface roughness of the film was small. It was observed that the wire was caught in the void portion and was lost and adhered to the surface of the jig.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の加工用治
具は、優れた耐摩耗性を有すると同時に被加工物を傷つ
けることなく被加工物の加工が可能で、特に有機質膜が
被覆されたアルミニウムや軟鉄などの軟質金属を加工す
る際に、被加工物との接触において優れた耐摩耗性を有
し摩擦係数を小さくすることができるとともに、軟質金
属の治具への溶着を抑制すると同時に有機質膜に傷をつ
けることなく加工することが可能となる。しかも、成型
圧が低圧でも加工が可能となるために肉厚の薄い金属の
加工を行うことができる。As described in detail above, the processing jig of the present invention has excellent abrasion resistance and can process a workpiece without damaging the workpiece. When processing coated soft metals such as aluminum and soft iron, it has excellent wear resistance in contact with the workpiece and can reduce the coefficient of friction, and can also weld soft metals to jigs. At the same time, processing can be performed without damaging the organic film. In addition, since processing can be performed even at a low molding pressure, a metal having a small thickness can be processed.
【図１】電子サイクロトロンプラズマＣＶＤ法を説明す
るための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an electron cyclotron plasma CVD method.
【符号の説明】 １ 反応炉 ２ 母材 ３ マイクロ波発生装置 ４ 電磁コイル ５ ガス導入路 ６ 導波管[Description of Signs] 1 Reactor 2 Base material 3 Microwave generator 4 Electromagnetic coil 5 Gas introduction path 6 Waveguide
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｂ６５Ｄ 6/14 Ｂ６５Ｄ 6/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI // B65D 6/14 B65D 6/14
Claims (1)
が１μｍ以下のセラミックス、超硬合金、サーメットの
うちのいずれかからなる基体表面に、ダイヤモンドとダ
イヤモンド以外の炭素質からなる硬質炭素膜が形成さ
れ、該硬質炭素膜の摺動面における表面粗さＲｍａｘが
１μｍ以下であり、且つ摺動面に存在する０．５μｍ以
上のボイド状欠陥の存在密度が１ｍｍ2 当たり１０6 個
以下であることを特徴とするアルミニウムなどの軟質金
属を含有する金属あるいは合金の表面に有機質膜が形成
された金属を加工するための加工用治具。(1) a relative density of 99% or more and a surface roughness (Rmax);
A hard carbon film made of diamond and carbonaceous material other than diamond is formed on the surface of a substrate made of any one of ceramics, cemented carbide, and cermet having a thickness of 1 μm or less, and the surface roughness of the sliding surface of the hard carbon film is A metal containing a soft metal such as aluminum, wherein Rmax is 1 μm or less, and the existence density of void defects of 0.5 μm or more present on the sliding surface is 10 6 or less per 1 mm 2 or A processing jig for processing metal with an organic film formed on the surface of the alloy.
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| JP5099589A JP2783746B2 (en) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | Processing jig |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP5099589A JP2783746B2 (en) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | Processing jig |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH06304679A JPH06304679A (en) | 1994-11-01 |
| JP2783746B2 true JP2783746B2 (en) | 1998-08-06 |
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Family Applications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
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- 1993-04-26 JP JP5099589A patent/JP2783746B2/en not_active Expired - Fee Related
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| KR20230006600A (en) | 2018-10-31 | 2023-01-10 | 도요세이칸 그룹 홀딩스 가부시키가이샤 | Jig for metal plastic working |
Also Published As
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| JPH06304679A (en) | 1994-11-01 |
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