JP4729070B2 - 磁気ディスク用アルミニウム合金基板及び磁気ディスク用アルミニウム合金基板の打抜きプレス用金型 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ディスク用アルミニウム合金基板（以下この明細書では「ブランク材」の意味で使用する。）及び磁気ディスク用アルミニウム合金基板の打抜きプレス用金型に関するものである。

磁気ディスク用基板（以下単に「基板」と言う。）の打抜きプレス用金型（プッシュバック方式）は、図１でその概略を示すように、アルミニウム合金素条１をドーナツ状に打抜くために上下に対向配置された下型２と上型３とから構成されている。
下型２は外周のダイス２０と中央のホールパンチ２１とを備え、上型３はダイス２０とホールパンチ２１との間に下降するように配置されたパンチ３０と、その外周へダイス２０と相対するように配置されたストリッパ３１とを備えている。なお、図１ではパンチ４と相対する下型２のノックアウトは省略されている。

基板は以下のように製造される。
下型２と上型３の間にアルミニウム合金素条１を矢印方向に供給し、ダイス２０とストリッパ３１により素条１を挟んで保持し、パンチ３０を所定の圧力でダイス２０とホールパンチ２１の間に先端部が突入するように下降させ、ダイス２０とパンチ３０により外縁が規定され、ホールパンチ２１とパンチ３０により内縁が規定されたドーナツ状の基板を打抜く。
製品基板よりやや大きな寸法に打抜かれた基板は、打抜きによる歪みを除くため加圧焼鈍を行った後、サブストレート加工（内外周部の研削、表面研削）⇒メッキ加工⇒研磨加工による仕上げの工程をへて製品基板とされる。

パンチ３０の外径とダイス２０の内径との差及びパンチ３０の内径とホールパンチ２１の外径との差（打抜き上必要なクリアランス）により、図９で示すように、基板１０には打抜き加工時に上面外縁部にバリ１０ｂが形成され、下面外縁部にダレ（端面ダレ）１０ａが形成される。バリ及び端面ダレは内縁部にも形成される。基板１０の半径方向のダレ１０ａの大きさｗはダレ幅であり、厚み方向の大きさｈはダレ深さである。打抜き時の外径側のクリアランスは、内径側のクリアランスより設計上大きくする必要があり、外縁部の端面ダレの方が内縁部のそれよりも大きくなるので、加工上外縁部の端面ダレが問題となる。

すなわち、一定寸法下で製品基板の記憶密度の向上と記憶領域の拡大を図るには、基板１０は製品基板の寸法に見合うサブストレート１１（図９）を加工するのに許容されるダレ深さｈの限度で、ダレ幅ｗの部分を研削により除去する必要がある。したがって、基板の端面ダレ（特にダレ深さｈ）が大きければ大きいほど、サブストレート加工時の研削代を大きく設計する必要があり、研削時間の長時間化と研削量の増大により製造コストが上昇する。近時は記憶密度の向上によって基板の厚肉化（例えば厚み１．３ｍｍ前後から１．８ｍｍ強に）が要請されており、素条が厚いほど端面ダレが大きくなる傾向がある。
このような端面ダレを小さくするために、基板の外縁を打抜くためのダイスの打抜き面に、刃先に連続して外周方向に下り傾斜する傾斜部（傾斜角度０．１〜１５°）を形成することが提案されている（後記特許文献１を参照）。
しかしながら、ダイスの刃先に連続して外周方向に下り傾斜する傾斜部を形成すると、基板外縁部のダレ幅をある程度小さくすることはできるが、ダレ深さの改善にはあまり効果がなく、しかも金型寿命を低下させる。
また、クリアランスを小さくして端面ダレを改善することはできるが、金型の寿命に悪影響を与えるので量産性に適しない。
特開２００３−２２３７１４号公報

本発明が解決しようとする課題は、まず端面ダレが小さく、サブストレート加工時の研削代が少なく、生産性に優れた磁気ディスク用アルミニウム合金基板を提供することにあり、そのために、打抜き時に基板外縁部の端面ダレ（特にダレ深さ）を一層小さくすることができる磁気ディスク用アルミニウム合金基板の製造方法、及び当該製造方法を円滑かつ確実に実施することができる打抜きプレス用金型を提供することにある。

本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板の打抜きプレス用金型は、第１に前記課題を解決するため、厚さ１．２９２から１．８４ｍｍまでのアルミニウム合金素条をドーナツ状に打抜くためのダイス，パンチ及びストリッパを備えたプレス用金型であって、ダイスの打抜き面に内縁が刃先を構成する所定幅ａが０．０１ｍｍよりも大きい平坦部を有する凸条部を形成し、前記凸条部の外周部は先下がり傾斜した傾斜部を含む凸条部の幅ｂは０．２ｍｍよりも大きく１０ｍｍ以下であることを特徴としている。
第２に前記凸条部の高さｃは０．０５ｍｍよりも大きくアルミニウム合金素条の厚みｔの１／２以下であることを特徴としている。

本発明によれば、アルミニウム合金素条をドーナツ状に打抜く過程において、スケルトンのダイスとの接触面の内縁部にストリッパの方向に所定量窪んだ所定幅ａ１の平坦部を形成する（前記ダイスの刃先凸条部の平坦部により形成される）ことにより、打抜き時に前記平坦部に隣接する基板外縁部の端面ダレの形成が抑制され、特にダレ深さが小さくなる。

本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板の打抜きプレス用金型によれば、ダイスの打抜き面に内縁が刃先を構成する所定幅ａの平坦部を有する凸条部が形成してあるので、アルミニウム合金素条をドーナツ状に打抜く時に、スケルトンのダイスとの接触面には、内縁部に連続してダイスの平坦部と対応するようにストリッパ方向に窪んだ所定幅の平坦部が形成され、スケルトンの前記平坦部形成部分は他の部分より肉厚方向に圧縮される。この圧縮により当該圧縮部分の素条の材料は、その一部が打抜かれつつある基板の方向（図３の矢印ｄの方向）に流れて、形成されつつある基板外縁部が内縁方向に圧迫されるため、基板の端面ダレの形成が抑制され、これにより特にダレ深さが小さくなる。したがって、前記本発明に係る製造方法を円滑かつ確実に実施することができる。

以下図面を参照しながら、本発明に係る製造方法と打抜きプレス用金型の最良実施形態を説明する。
第１実施形態
図１は本発明に係る打抜きプレス用金型の第１実施形態を示す概断面略図、図２は図１の金型のＣ部の拡大断面図、図３は図２の金型を用いて素条を打抜く時の部分拡大断面図である。

金型の基本構造は前述したので、特徴を有するダイスの具体的形態について以下説明する。
上型３と相対配置される下型２のダイス２０には、その打抜き面（ストリッパ３１と相対する面）の内縁側に内縁が刃先部２０ａを構成する所定幅ａの平坦部を有する高さｃの凸条部２０ｂが形成されている。この凸条部２０ｂの外周部（外周壁）は垂直であり、凸条部２０ｂの外周方向の打抜き面は凸条部２０ｂの高さｃだけ窪んだ逃げ部２０ｄとなっている。
下型２と上型３の材質には、冷間金型用の合金工具鋼（ＳＫＤ）、高速度工具鋼（ＳＫＨ）その他の通常使用される金型材料が使用される。

図３を参照しながら、第１実施形態の金型の作用とアルミニウム合金基板の製造方法の実施形態について説明する。
下型２と上型３の間にはアルミニウム合金素条１が間欠的に供給される。供給された素条１をダイス２０とストリッパ３１で挟んで固定し、パンチ３０を所定の圧力で下降させて打抜いた後元のレベルに上昇させ、打抜かれた基板１０をノックアウト２２等により金型外にノックアウトする。

図３で示す上記打抜きの過程においては、素条１のスケルトン１２のダイス２０との接触面の内縁部に、ダイス２０の前記凸条部２０ｂが打抜き圧力によりストリッパ３１の方向にめり込み、スケルトン１２の当該部分に窪んだ平坦部１２ａが形成される。
この平坦部１２ａが形成されるとき素条１の当該部分は板厚方向に圧縮され、当該部分の材料の一部が同図矢印ｄのように打抜かれつつある基板１０の方向に流れる。このとき、基板１０の外縁部はその内縁部の方向に強く圧迫されるので、基板１０の下面外縁部における端面ダレ１０ａの形成が抑制され、形成される端面ダレ１０ａはダレ幅及びダレ深さともに小さくなる。実験によれば、素条１が厚肉であるほどダレ深さが抑制される傾向を示した。
このように基板１０の端面ダレ（特にダレ深さ）が小さくなるため、サブストレート加工時の半径方向の必要研削量が小さくなり、研削時間も短くなるので製品基板をより低コストで製造することができる。
なお、スケルトン１２の下面内縁部に窪んだ平坦部１２ａが形成されるとき、素条１の当該部分の材料の他の一部は逃げ部２０ｄの方向に流れる。

図４はダイス２０の打抜き面全面が平坦である金型を使用した打抜き状態を比較例的に示した拡大断面図であるが、ダイス２０の打抜き面が平坦であると、同図で示すように打抜き時に基板１０側の外縁部が内縁方向に圧迫されないか、あるいは圧迫されてもその力が小さいため、端面ダレ１０ａの形成は抑制されず、端面ダレ１０ａはダレ幅及びダレ深さともに大きくなる。

凸条部２０ｂの頂部である平坦部の幅ａが小さ過ぎると、凸条部２０ｂの破損や急速な磨耗等により金型寿命が低下し（短くなり）、その幅ａが１０ｍｍを超えると素条１の次に打抜かれる部分（次ワーク）に変形や損傷等を生じ易くなる。したがって、凸条部２０ｂの上面の幅ａは０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであるのが好ましい。
凸条部２０ｂの高さ（逃げ部２０ｄの深さ）ｃが小さ過ぎると前記のような端面ダレ抑制の効果が小さくなり、その高さｃが素条１の板厚ｔの１／２を越えると金型寿命が低下する。したがって、凸条部２０ｂの高さｃは０．０５ｍｍ〜素条１の板厚ｔ×１／２以下であるのが好ましい。

第２実施形態
図５は本発明に係る打抜きプレス用金型の第２実施形態を示す部分拡大断面図であり、ダイス２０における凸条部２０ｂの外周部（外周壁）は外周方向へ先下がり状の傾斜部２０ｃに形成されている。このように、凸条部２０ｂの外周部を傾斜部２０ｃとすることにより、打抜き時にスケルトン側の内縁部分の材料の逃げ部２０ｄ方向への流れが円滑になり、金型寿命に好影響を与える（寿命が長くなる）。
凸条部２０ｂの傾斜部２０ｃを含む幅ｂは、当該傾斜部２０ｃの傾斜角度θ（平面の幅ａ）の大きさにもよるが、概ね１０ｍｍ以下であるのが好ましく、１０ｍｍを超えると直後の後続ワークに悪影響（変形や破損）を与える可能性が大きくなる。
傾斜部２０ｃの傾斜角度θは特に限定されない。
この実施形態の金型の他の構成や作用効果は、第１実施形態の金型と同様であるのでそれらの説明は省略する。

第３実施形態
図６は本発明に係る打抜きプレス用金型の第３実施形態を示す部分拡大断面図であり、第２実施形態の金型と同様な目的でダイス２０における凸条部２０ｂの外周の傾斜部２０ｃを断面凹円弧状に形成したものである。
この実施形態においても、凸条部２０ｂの傾斜部２０ｃを含む幅ｂは、概ね１０ｍｍ以下であるのが第２実施形態と同様な意味で好ましい。
凹円弧状の傾斜部２０ｃの円弧の大きさである半径Ｒは特に限定されないが、次の式で求められる値の範囲内であるのが好ましい。
式：R={(ｂ−ａ)２＋ｃ２}／（２ｃ）
この実施形態の金型の他の構成や作用効果は、第２実施形態の金型と同様であるのでそれらの説明は省略する。

第４実施形態
図７は本発明に係る打抜きプレス用金型の第４実施形態を示す概断面略図であり、ホールパンチ２１の打抜き面に以下の特徴を有する。
ホールパンチ２１の打抜き面には、刃先２１ａを構成する外縁側に所定幅ａ’の平坦部を有する高さｃ’の凸条部２１ｂが形成されている。この凸条部２１ｂの内周部（内周壁）は垂直であり、凸条部２１ｂよりも内周方向の打抜き面は凸条部２１ｂの高さｃ’だけ窪んだ逃げ部２１ｄとなっている。

ホールパンチ２１の打抜き面の外縁側に前記のような凸条部２１ｂを形成すると、パンチ３０が下降して素条（図示しない）を打抜くとき、素条の当該部分の材料の一部が打ち抜かれつつある基板の方向（外周方向）に流れ、当該基板の内縁部はその外縁方向に強く圧迫されるので、基板の下面内縁部における端面ダレの形成が抑制され、形成される端面ダレはダレ幅及びダレ深さともに小さくなる。特にダレ深さが小さくなり、その傾向は素条の肉厚が厚いほど顕著にあらわれる。

前記凸条部２１ｂの内周部は、同図の二点鎖線で示されているように先下がり状の傾斜部２１ｃに形成するのが、金型寿命に好影響を与えるので好ましい。
幅ａ’，傾斜部２１ｃを含めた凸条部２１ｂの幅ｂ’、及び凸条部２１ｂの高さｃ’の好ましい値は、同様な理由でダイスにおける凸条部２０ｂにおける幅ａ，ｂ及び高さｃの好ましい値とほぼ同様である。

第１実施形態〜第３実施形態の金型（ダイス）であって、ダイス２０における凸条部２０ｂの平坦部の幅ａ，傾斜部２０ｃを含む凸条部２０ｂの幅ｂ，高さｃを種々変化させた各実施例のダイス、及び図４（凸形状なし）並びに図８（刃先の傾斜部の角度θ＝１４°、平坦部幅ａ＝０）の形態の各比較例のダイスを試作し、３．５インチサイズ用のアルミニウム合金基板を打抜き、それらの基板の端面ダレ（ダレ幅ｗ及びダレ深さｈ）のサイズを測定した。それらの測定結果を表１に示した。
なお、実施例８と実施例１６のダイスは、凸条部２０ｂにおける傾斜部２０ｃが先下がり状でなく、その傾斜角度θが９０°を超えている例である。
また、各ダイスについて金型寿命の評価を行うとともに次のワークへの影響を調べた。金型寿命の評価は、図４の形態のダイスを使用した金型の通常の打抜き回数（５００万回）を基準として基準以上を○、基準未満を×と表示し、次のワークへの影響は、変形や損傷が発生しなかった場合を○、発生した場合を×と表示した。

金型寸法，素条，打抜条件やダレの測定方法等の条件は次のとおりである。
金型寸法
ダイス内径： ９６．０ｍｍ
パンチ外径： ９５．８ｍｍ
ノックアウト外径：９５．８ｍｍ
ストリッパ内径： ９６．４ｍｍ
アルミニウム合金素条
材質：ＪＩＳ５０８６
板厚ｔ：１．８４ｍｍ、１．２９２ｍｍ
打抜条件
プッシュバック方式による連続打抜
２００ｔｏｎプレス
ダレ測定方法
測定器：輪郭形状測定器（フォームコーダ ＥＦ−１２），株式会社小坂研究所
触針先端の曲率半径：２５μｍ
印加荷重：３０ｍＮ
走査速度：０．０５ｍｍ／ｓ
ダレ幅ｗ及びダレ深さｈ：図９のように、水平姿勢の基板裏面にダレ幅の二倍以上の距離間隔で基準点Ａ，Ｂを設定し、基準点Ａ，Ｂを結んだ外周方向への延長線を水平基準線とし、基板外周縁の突端であるダレ深さ開始点から下方ヘの垂直な延長線を垂直基準線とする。基板下面の水平基準線から離れ始めるダレ幅開始点から両基準線の交点までをダレ幅ｗとし、ダレ深さ開始点から両基準線の交点までをダレ深さｈとした。表１におけるダレ幅ｗ及びダレ深さｈの数値は、基板５０枚につき各１箇所（基板周方向でダレが最大の箇所）でそれぞれダレ幅とダレ深さとを測定した測定値の平均値である。
なお、表１には素条板厚ｔに対する平均ダレ幅ｗ及び平均ダレ深さｈの比（ｗ／ｔ，ｈ／ｔ）を併せて示した。

表１で示された結果によれば、素条板厚１．８４ｍｍのケースにおける実施例１〜８は、比較例１，２に対して平均ダレ幅ｗ平均ダレ深さｈともに小さく、十分な有意差を示した。
板厚１．２９２ｍｍのケースにおける実施例９〜１６は、比較例３，４に対して平均ダレ幅ｗ及び平均ダレ深さｈともに実施例１２，１５のダレ幅（比較例４の５５０．７μｍに対してそれぞれ５５１．２μｍ，５５６．４μｍ）を除いていずれも小さく、特にダレ深さについて有意差を示した。
以上のように、ダイスの刃先部に連続して所定幅ａの平坦部を有する凸条部２０ｂを形成した効果は、特にダレ深さの抑制について顕著である。さらに、素条板厚が厚いほどダレ深さ改善の効果は一層顕著である。
なお、基板の端面ダレのサイズは素条板厚に比例して小さくなるので、ダイスの打抜き面に前述のような凸条部２０ｂを形成した場合のダレ深さｈを抑制する効果は、製品板厚が５０ミル（１．２７ｍｍ。１ミル＝１インチ／１０００≒０．０２５４ｍｍ。通常、板厚１．２９２ｍｍの基板を板厚５０ミルの製品に仕上げる。）以上の場合には顕著であるが、製品板厚が５０ミル未満と小さくなればなるほど有意差はなくなる。すなわち、例えば３１．５ミルや４０ミルのように薄い板厚の製品基板を製造する場合は、素条板厚も薄いので、本発明に係る打抜きプレス用金型の効果はほとんどなくなる。
上記によれば、本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板は、ダイス，パンチ及びストリッパを備えたプレス用金型によりドーナツ状に打抜かれた磁気ディスク用アルミニウム合金基板において、先端の曲率半径が２５μｍの触針を用い、印加荷重３０ｍＮ，走査速度０．０５ｍｍ／ｓの条件で測定した外周端面の平均ダレ深さが１５０μｍ以下であることを特徴としている。
なお、前記の平均ダレ深さとは、多数の基板につき各１箇所（基板周方向でダレが最大の箇所）で測定したダレ深さの平均値である。

また、実施例１〜５と実施例６〜８との比較、及び実施例９〜１３と実施例１４〜１６との比較によれば、凸条部２０ｂの平面の幅ａは１０ｍｍ以下、凸条部２０ｂの高さｃは０．０５〜素条１の板厚の１／２、凸条部２０ｂの傾斜部２０ｃを含む幅ｂは概ね１０ｍｍ以下であるのが、それぞれ好ましいことが判る。
さらに、凸条部２０ｂの傾斜部２０ｃが先下がり状でなくその傾斜角度θが９０°を５．７°上回っており、かつ平坦部の幅ａが１０ｍｍを超えている実施例８，１６の例では、金型寿命及び次ワークに対して悪影響を与えている。したがって、傾斜部２０ｃは先下がり状であるのが好ましい。

本発明はプッシュバック方式の金型のほか、ダイスを使用する他の方式の打抜きプレス用金型のダイスにも実施することができる。

本発明の第１実施例の打抜きプレス用金型の概略を示す断面図である。 図１の金型のＣ部の拡大断面図である。 第１実施形態の金型により素条を打ち抜いている状態を示す部分拡大断面図である。 ダイスの打抜き面全面が平坦である金型を使用した打抜き状態を比較例的に示した拡大断面図である。 第２実施形態の金型のダイスの部分拡大断面図である。 第３実施形態の金型のダイスの部分拡大断面図である。 第４実施形態の金型のパンチとホールパンチの部分拡大断面図である。 比較例２，４の金型におけるダイスの部分拡大断面図である。 打抜かれた基板の部分拡大断面図である。

１ アルミニウム合金素条
１０ 基板
１１ サブストレート
１２ スケルトン
２ 下型
２０ ダイス
２０ａ，２１ａ 刃先部
２０ｂ，２１ｂ 凸条部
２０ｃ，２１ｃ 傾斜部
２０ｄ，２１ｄ 逃げ部
２１ ホールパンチ
２２ ノックアウト
３ 上型
３０ パンチ
３１ ストリッパ
ａ，ａ’ 凸条部の平坦部の幅
ｂ，ｂ’ 傾斜部を含む凸条部の幅
ｃ，ｃ’ 凸条部の高さ

Claims (2)

1. 厚さ１．２９２から１．８４ｍｍまでのアルミニウム合金素条をドーナツ状に打抜くためのダイス，パンチ及びストリッパを備えたプレス用金型であって、ダイスの打抜き面に内縁が刃先を構成する所定幅ａが０．０１ｍｍよりも大きい平坦部を有する凸条部を形成し、前記凸条部の外周部は先下がり傾斜した傾斜部を含む凸条部の幅ｂは０．２ｍｍよりも大きく１０ｍｍ以下であることを特徴とする、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の打抜きプレス用金型。
2. 前記凸条部の高さｃは０．０５ｍｍよりも大きくアルミニウム合金素条の厚みｔの１／２以下である、請求項１に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金基板の打抜きプレス用金型。

Images