衝頭的製作方法
2023-05-30 15:54:26 4
專利名稱：衝頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及在模製工件時使用的衝頭。
背景技術：
已經提出了各種模具和採用這些模具的模製方法以便模製出工件。例如，JP昭57-208250A已經披露了一種由有孔背片和有孔片生產噴墨噴嘴的方法以及在該方法中所使用的衝頭。生產噴墨噴嘴的這種方法如下進行。將圓錐形衝頭的頂端部分壓靠在設置於模具上的片上，由此在該片中形成根據衝頭的頂端形狀成形的凹入部分。然後，通過研磨機對形成在該片的與抵靠著衝頭的表面相反的表面上的凸形部分進行研磨，由此在該片中形成微孔。這樣，生產出有孔背片。
發明內容
然而在JP昭57-208250A中所披露的技術中，存在一個問題，即衝頭尤其是衝頭的與該片接觸的一部分斷裂或嚴重磨損，從而衝頭的壽命較短。具體地說，在通過模製形成從數微米量級到數十微米量級的範圍內的微孔例如噴墨噴嘴的噴嘴孔時，衝頭的壽命由於斷裂、摩擦磨損等而變得非常短，因為衝頭的頂端部分必須與每個微孔一樣狹小。因此，近年來已經採用在給包含衝頭的模具供應潤滑劑的同時模製工件的方法。但是，由於模具的表面如此平滑從而即使在這樣供應潤滑劑的情況下潤滑劑也立即流出，所以在延長模具壽命方面存在限制。因此，可以設想一直供應潤滑劑的方法，但是存在另一個問題，即該方法不經濟，使得生產成本增大。
本發明提供一種衝頭，其中使得潤滑劑保持性能足夠高從而抑制衝頭斷裂或磨損。
根據本發明的一個方面，一種在潤滑油介於衝頭和工件之間的情況下模製該工件時使用的衝頭包括在衝頭的端部處的筆直部分、和直徑增大部分。該筆直部分沿著軸向方向延伸。筆直部分包括在其端部處的端面和側面。該端面沿著與軸向方向垂直的徑向方向延伸。該側面與端面連接。該直徑增大部分與筆直部分連接。該直徑增大部分的在筆直部分和直徑增大部分之間的連接部分處的沿著徑向方向的寬度與筆直部分的沿著徑向方向的寬度相同。直徑增大部分的沿著徑向方向的寬度隨著離筆直部分的距離增大而增大。筆直部分的端面和側面中的至少一個形成有凹坑。
根據這種結構，當筆直部分的端部壓靠在工件上以進行模製時，供應給筆直部分或供應給工件的一部分潤滑劑保留在該凹坑中，由此使在筆直部分和工件之間的潤滑性保持較高。為此，防止了衝頭斷裂或磨損，從而延長衝頭的壽命。
根據本發明的另一個方面，提供一種在潤滑油介於衝頭和工件之間的情況下模製該工件時使用的衝頭。該衝頭包括在衝頭的端部處的直徑增大部分。該直徑增大部分包括沿著與衝頭的軸向方向垂直的徑向方向延伸的端面。直徑增大部分的寬度隨著離端面的距離增大而增大。直徑增大部分的端面形成有凹坑。
根據這種結構，當直徑增大部分的端部壓靠在工件上以進行模製時，供應給直徑增大部分或供應給工件的一部分潤滑劑保留在該凹坑中，由此使在直徑增大部分和工件之間的潤滑性保持較高。為此，防止了衝頭斷裂或磨損，從而延長衝頭的壽命。
筆直部分的側面可以形成有多個凹坑。根據這種結構，當將筆直部分壓靠在工件上時，能夠使在筆直部分的側面和工件之間的潤滑性保持更高。為此，能夠長時間降低在筆直部分的側面和工件之間的摩擦力，從而能夠更大地延長衝頭的壽命。
此外，筆直部分的端面可以形成有多個凹坑。根據該結構，當將衝頭壓靠在工件上時，能夠使在衝頭和工件之間的接觸壓力最高的端面處的潤滑性保持更高。由此，能夠更大地延長衝頭的壽命。
此外，衝頭還可以包括基材。可以在該基材的表面上形成塗膜。該塗膜具有(i)比基材的摩擦係數低的摩擦係數和(ii)比基材的硬度大的硬度中的至少一個。塗膜可以包括具有DLC塗膜的表面層。根據這種結構，能夠延長衝頭的壽命。
此外，該塗膜在DLC塗膜和基材之間還可以包括中間層，該中間層具有鉻塗膜和鎢塗膜中的一種。根據該結構，能夠防止DLC塗膜與基材分離。
此外，凹坑可以具有不穿過DLC塗膜的深度。根據該結構，能夠防止在形成凹坑時產生出的熱傳遞給基材。因此，在基材表面上沒有形成任何熱影響層。由此，能夠防止基材的耐久性由於熱的影響而變差。
此外，基材可以包括具有碳化物的硬質合金，該碳化物包括選自由碳化鎢、碳化釩、碳化鈦和碳化鉭組成的組中的至少一種。該硬質合金的碳化物的平均粒徑可以等於或大於0.05μm，且小於0.3μm。根據這種結構，能夠使橫向斷裂強度較高。
圖1為透視圖，顯示出其上應用根據本發明第一實施方案的衝頭的衝壓模的一部分。
圖2為在圖1中所示的衝頭的放大透視圖。
圖3為放大剖視圖，顯示出在圖2中所示的衝頭的結構。
圖4A至4D為剖視圖，順序顯示出生產衝壓模的步驟。
圖5A至5C為剖視圖，順序顯示出生產噴嘴板的步驟。
圖6為放大透視圖，顯示出其上應用根據本發明第二實施方案的衝頭的衝壓模。
圖7A至7C為剖視圖，順序顯示出生產噴嘴板的步驟。
具體實施例方式
下面將參照這些附圖對本發明的實施方案進行說明。雖然這些實施方案都是其中將本發明應用於用於對噴墨頭的噴嘴板進行模製的衝頭的實施例，但是本發明也能夠應用於其它模製製品的模製。
圖1為透視圖，顯示出採用根據本發明第一實施方案的衝頭的衝壓模的一部分。如圖1所示，衝壓模1包括主體部分2和衝頭3，該衝頭3形成在主體部分2的下端部處以便用於模製。衝壓模1的衝頭3用於對噴嘴板的基板21(參見圖5A至5C)進行模製。主體部分2具有向下變細的圓錐形部分11和從該圓錐形部分11的下端向下延伸的柱形部分12。
圖2為在圖1中所示的衝頭3的放大透視圖。如圖2所示，作為衝壓模1的端部的衝頭3具有與柱形部分12的下端連接的截頭圓錐形錐體部分(直徑增大部分)5、和與該錐體部分5的下端連接的柱形筆直部分6。該衝頭3與主體部分2形成為一體。
錐體部分5如下形成，使得沿著與衝頭3的軸向方向垂直的徑向方向的直徑隨著從主體部分2的柱形部分12的下端朝向衝頭3的筆直部分6的上端靠近而逐漸線性減小。筆直部分6具有圓形端面6a，該圓形端面6a平行於與衝頭3的軸向方向垂直的方向。該筆直部分6其形狀為柱狀，從而能夠形成噴嘴板25的噴嘴26的排出口27。錐體部分5的下端的直徑及形狀與筆直部分6的上端的直徑及形狀完全相同。
圖3為放大剖視圖，顯示出在圖2中所示的衝頭的筆直部分6的結構。錐體部分5具有與在圖3中所示的筆直部分6相同的結構，除了在錐體部分5中沒有形成凹坑10之外。如圖3所示，筆直部分6具有與主體部分2成一體的壓模構件15和比該壓模構件15硬的硬塗膜16。壓模構件15按照如下方式形成，即將由Vickers硬度(HV)為1500的硬質合金(燒結碳化物)製成的壓模材料機械加工成壓模構件15的形狀。壓模構件15的硬質合金為通過對按照預定比例製備出的碳化鎢、碳化釩、碳化鈦、碳化鉭、碳化鉻和金屬鈷的混合物進行燒結獲得的合金。在該合金中的碳化物的平均粒徑等於或大於0.05μm，並且小於0.3μm。例如，如果在硬質合金中的碳化物的粒徑小於0.05μm，則每個粉末粒子的表面積變大，從而引起如下問題，即每個粉末粒子的碳化加速或者這些粒子易於聚集。如果碳化物的粒徑等於或大於0.3μm，則在衝頭3的表面上的碳化物粒子可能掉落。這樣引起如下問題，即在掉落之後保留相對較大的凹入部分，由此造成以這些凹入部分用作裂開起始點的裂開，並且由於該裂開傳播而導致強度降低。因此，在壓模構件15由含有如上所述平均粒徑等於或大於0.05μm並且小於0.3μm的碳化物的硬質合金製成時，顯著改善了衝壓模1的強度。為此，改善了衝頭3的橫向斷裂強度，從而能夠抑制在通過衝頭3形成微孔時衝頭3斷裂。
硬塗膜16具有形成在壓模構件15的表面上的鎢(W)塗膜17和形成在該W塗膜17的表面上的類金剛石碳(DLC)塗膜18。W塗膜17形成為厚度大約為0.5μm的中間層，用來防止DLC塗膜18從壓模構件15的表面剝離。這是因為在DLC塗膜18中含有的碳和W塗膜17之間的結合力較大，並且在W塗膜17和由硬質合金製成的壓模構件15之間的結合力較大，從而與DLC塗膜18直接形成在由硬質合金製成的壓模構件15上的情況相比DLC塗膜18幾乎不能從壓模構件15上剝離。
與硬質合金壓模構件15相比，形成為硬塗膜16的表面層的DLC塗膜18摩擦係數較低且較硬。在W塗膜17的表面上形成厚度大約為1.5μm的DLC塗膜18。在形成DLC塗膜18時能夠根據DLC塗膜18的氫含量來調節DLC塗膜18的強度。DLC塗膜18能夠形成為具有從數百到接近金剛石的HV的大約8000的Vickers硬度(HV)的硬塗膜。在該實施方案中，在W塗膜17上形成比W塗膜(HV430)17和壓模構件(HV1500)15硬的具有HV3600的DLC塗膜18。該DLC塗膜18為耐磨性和可滑動性非常優異的塗膜，因為該DLC塗膜18相對於SUS430的摩擦係數大約為0.1或者更小。為此，能夠延長衝頭3的壽命。W塗膜17和DLC塗膜18的厚度已經以實施例的方式顯示出。這些厚度可以小於或大於上述值，但是這些厚度可以優選確定成使得壓模構件15的耐久性不被熱影響層損害，如稍後將描述的一樣，在形成凹坑10時，在受到由聚焦離子束方法產生出的熱影響的基材表面中產生該熱影響層。雖然從如上所述的良好耐磨性、可滑動性和長壽命方面看優選的是DLC塗膜18比壓模構件15硬，但是該硬度關係不是一直必要的，而DLC塗膜18的摩擦係數低於壓模構件15也是一個重要要求。也就是說，減小DLC塗膜18的摩擦係數以及增大DLC塗膜18的硬度起到有助於長壽命的效果。
如圖2和3所示，向外打開從而能夠使潤滑劑暫時保存在凹坑10中的凹入的凹坑10形成在衝頭3的筆直部分6的表面中，即形成在DLC塗膜18的表面中。例如，每個凹坑10的開口形如側邊大約為3μm的正方形。這些凹坑10形成在筆直部分6的端面6a和外圓周側面6b中，但是在錐體部分5的外圓周側面中沒有形成任何凹坑10。因為如上所述在錐體部分5中沒有形成任何凹坑10，則如稍後將描述的一樣，當通過衝壓模1生產噴嘴板25時，能夠防止凹坑10的痕跡留在基板21的模製表面上。如圖3所示，這些凹坑10形成為沒有穿過DLC塗膜18。因為這些凹坑10如上所述在深度方向上沒有到達W塗膜17，所以每個凹坑10的底面離壓模構件15的表面相對較遠。為此，能夠防止在如稍後將描述的一樣通過聚焦離子束方法形成凹坑10時產生出的熱傳遞給壓模構件15。因此，防止壓模構件15的硬質合金中含有的金屬鈷在熱的作用下熔融。因此，沒有任何熱影響層形成為改性層，並且能夠防止壓模構件15的耐久性變差。
這些凹坑10可以如下形成，從而這些凹坑10的底面的總面積佔據筆直部分6的表面積(即，端面6a的面積和外圓周側面6b的面積的總和)的20％-80％。如果這些凹坑10的底面的總面積的比率小於20％，則幾乎不能改善潤滑劑保持性能。如果凹坑10的總面積的比率大於80％，則幾乎不能改善潤滑劑保持性能和沒有形成凹坑10的區域的耐久性，因為這些凹坑10形成在筆直部分6的大部分中。與在外圓周側面6b中相比，這些凹坑10以更高的分布密度形成在筆直部分6的端面6a中，因為端面6a需要高可滑動性，因為在模製基板21時端面6a首先與基板21接觸。因此，在能夠防止衝頭3的強度降低的同時，能夠改善潤滑劑保持性能。因此，能夠改善衝頭3的可滑動性、耐久性和耐磨性。
接著將參照圖4A至4D對生產衝壓模1的方法進行說明。圖4A至4D為剖視圖，順序顯示出生產衝壓模的步驟。首先，將由硬質合金製成的壓模材料切割成主體部分2的形狀和衝頭3的形狀，由此製備出壓模構件15。在該情況中，考慮稍後將形成的W塗膜17和DLC塗膜18的厚度來確定壓模構件15的外徑，從而能夠將所得到的衝頭3配合到噴嘴板25的噴嘴26的排出口27的內徑上。然後，如圖4B和4C所示，通過非平衡磁控(UBM)濺射方法在圖4A中所示的壓模構件15的表面上連續形成W塗膜17和DLC塗膜18。
在形成W塗膜17和DLC塗膜18的情況中，採用鎢(W)作為靶進行濺射以形成具有預定厚度的W塗膜17。其後，在採用W進行濺射的同時並行地採用石墨(碳)作為靶進行濺射。在該情況中，如下改變該過程，從而隨著該過程前進，W的濺射速率逐漸減小，並且相對地石墨的濺射速率逐漸增大。也就是說，插入鎢與碳的組成比率連續改變的梯度組成層。最後，只進行石墨的濺射。因此，在W塗膜17的表面上形成具有預定厚度的DLC塗膜18。因為如上所述將梯度組成層插入在位於W塗膜17和DLC塗膜18之間的邊界區域中，所以改善了在兩個塗膜17和18之間的接觸，從而基於膨脹係數方面的差異緩和殘餘應力。順便提及，圖4C示意性地顯示出以這種方式獲得的所得到的薄膜結構。W塗層17包括W層17a和梯度組成層17b。要指出的是，W塗層17的詳細結構只顯示在圖4C中，而在其它附圖中省略了。此外，為了說明方便，W層17a和梯度組成層17b可以共稱為W塗層17。
然後，如圖4D所示，通過聚焦離子束方法在衝頭3的筆直部分6的端面6a和外圓周側面6b中以相應預定的分布密度形成具有微小深度的凹坑10。具體地說，在該情況中，採用液態鎵作為離子源，並且將加速電壓和射束電流分別設定為30KV和1.3nA。用具有聚焦成大約10nm的射束直徑的聚焦離子束13掃描將形成每個凹坑10的位置大約1分鐘，由此在DLC塗膜18中形成凹坑10。重複該凹坑形成過程，從而在筆直部分6的端面6a和外圓周側面6b中形成凹坑10。這樣，完成具有帶有凹坑10的衝頭3的衝壓模1的生產。在該實施方案中，由聚焦離子束形成的每個凹坑10的深度受到限制，使得DLC塗膜18的薄部保持在凹坑10的底部下方。因此，能夠防止中間層(W膜17a)和梯度組成層17b的特性在凹坑形成過程期間變差，從而能夠在結構上防止衝頭3的強度尤其是筆直部分6的強度降低。
接著，將對採用衝壓模1衝壓模製具有從大約30μm至大約100μm的厚度的不鏽鋼基板21以生產噴嘴板25的方法進行說明。噴嘴板25設置在噴墨頭的最外表面上。用於噴射由壓電元件等加壓的墨水的噴嘴26形成在噴嘴板25中。
圖5A至5C為剖視圖，順序顯示出生產噴嘴板的步驟。為了模製，首先如圖5A所示將基板21放置在具有模孔20a的模座20上並固定和保持到該模座20上。將用作潤滑劑的潤滑油塗敷或噴塗在衝壓模1的衝頭3的筆直部分6的整個表面上，從而將潤滑油保存在凹坑10中。在該情況中，衝壓模1的潤滑劑保持性能高到使得每次完成單個衝壓模製循環時不塗敷或噴塗潤滑油。也就是說，能夠間歇地不論什麼時候完成多個衝壓模製循環時塗敷或噴塗潤滑油。例如，在採用由NIHONKOHSAKUYU CO.，LTD.製造的潤滑劑G-6220FS從而一小時進行大約3600個衝壓模製循環的情況中，可以一小時供應潤滑劑一次或每3000個循環供應潤滑劑一次。
然後，如圖5B所示，在使衝壓模1向下朝向基板21運動的同時，以如下衝程量將基板21壓靠在衝頭3上，該衝程量使得衝頭3不穿透基板21。這樣，衝壓模製出基板21。在該情況中，在衝頭3的筆直部分6和錐體部分5中的每個部分的表面層上形成相對於SUS430具有例如0.1或更低的低摩擦係數的DLC塗膜18。而且，潤滑油保存在筆直部分6的凹坑10中。因此，從基板21作用在衝頭3上的摩擦力變得非常小。這是因為獨立的凹坑10按照在衝頭3的筆直部分6的端面6a中均勻分布的方式形成，所以能夠在衝頭3和基板21之間的接觸壓力最大的端面6a中保持較高的潤滑性。此外，由於端面6a與基板21接觸，在形成在端面6a中的凹坑10中的潤滑油繞基板21和外圓周側面6b之間運行，從而降低在外圓周側面6b和基板21之間的摩擦力。另外，獨立的凹坑10按照在筆直部分6的外圓周側面6b中均勻分布的方式形成。因此，更大地降低了在外圓周側面6b和基板21之間的摩擦力。因此，使衝頭3的可滑動性保持很高，從而延長衝頭3的壽命。此後，在使基板21以噴嘴間距的間隔或以噴嘴排間距的間隔運動的同時，重複該模製過程與噴嘴26的數目相等的次數。這樣，衝壓模製出基板21。然後，如圖5C所示，在衝壓模製之後，用研磨機研磨基板21的包含朝向基板21的與衝壓模1相反的一側突出的凸形部分19等的下表面部分(圖5B中所示虛線的下側)，由此使每個噴嘴26的噴射口27打開。這樣，完成了該噴嘴板25。
由於如上所述凹坑10形成在衝壓模1的衝頭3的筆直部分6的表面中，所以衝頭3能夠保持潤滑油。當將衝頭3的筆直部分6壓靠在基板21上以進行衝壓模製時，將潤滑油一點一點地提供給在衝頭3和基板21之間的摩擦面，從而能夠保持低摩擦狀態。為此，使在筆直部分6和基板21之間的潤滑性保持較高。因此，防止了衝頭3斷裂和磨損，從而在延長衝頭3的壽命的同時延長了衝壓模1的壽命。而且，因為這些凹坑10形成在筆直部分6的端面6a和外圓周側面6b中，所以能夠長時間保持潤滑油保持狀態。
當基板21在稍微傾斜的同時放置在模座上時，可以在衝壓模1相對於基板21傾斜的情況下進行衝壓。即使在該情況中，通過在形成於衝頭3中的凹坑10中保持的潤滑油也降低作用在筆直部分6的端面6a和基板21的表面之間的橫向摩擦。因此，能夠防止衝頭3由於彎曲而斷裂。在衝壓模製之後當從基板21中將衝頭3拔出時，能夠降低作用在錐體部分5和筆直部分6中的每個部分的側面與每個噴嘴26的表面之間的摩擦力。因此，能夠降低作用在衝頭3上的拉伸應力，從而防止衝頭3斷裂或磨損。
接著，將參照圖6對根據第二實施方案的衝頭進行說明。圖6為其上應用根據第二實施方案的衝頭的衝壓模的放大透視圖。如圖6所示，根據該實施方案的衝壓模101具有主體部分102和衝頭103。主體部分102設有向下延伸的柱形部分112。該衝頭103形成在主體部分102的下端部處以便在模製中使用。衝壓模101的衝頭103用於按照與在第一實施方案中相同的方式將基板121模製成噴嘴板125。第二實施方案的衝壓模101與衝壓模1大致相同，除了在衝壓模101中沒有形成衝頭3的筆直部分6之外。
如圖6所示，衝頭103(用作直徑增大部分)形如如下錐體，從而該衝頭103的與衝頭103的軸向方向垂直的直徑隨著從柱形部分112的下端朝向衝頭103的端部靠近而逐漸線性減小。衝頭103具有圓形端面103a，該圓形端面103a平行於與衝頭103的軸向方向垂直的方向。按照在端面103a中均勻分布的方式形成與凹坑10完全相同的凹坑110。另一方面，在衝頭103的外圓周側面103b中沒有形成任何凹坑110。因為如上所述在形成為傾斜面的外圓周側面103b中沒有形成凹坑110，所以當通過衝壓模101在基板121中形成每個噴嘴126時，這些凹坑110的痕跡不留在基板121的模製表面上。
雖然下面將對衝頭103的結構進行說明，但是將參照圖3進行說明，同時在括號中顯示出第二實施方案的附圖標記，因為該衝頭103與根據第一實施方案的衝頭3大致相同。與根據第一實施方案的衝頭3類似，衝頭103具有與主體部分102成一體的壓模構件115和比該壓模構件115硬的硬塗膜116。在該實施方案中，壓模構件115按照將由HV200的鉻鉬鋼(SCM415)製成的壓模材料機械加工成壓模構件115的形狀然後滲碳並硬化這樣一種方式來形成。硬塗膜116具有形成在壓模構件115的表面上的鉻(Cr)塗膜117和形成在該Cr塗膜117的表面上的DLC塗膜118。Cr塗膜117按照與W塗膜17相同的方式形成為具有大約0.5μm的厚度。形成為硬塗膜116的表面層的DLC塗膜118為比由鉻鉬鋼製成的壓模構件115硬的HV800的塗膜。在Cr塗膜117的表面上形成厚度大約為1.5μm的DLC塗膜118。也就是說，衝頭103由與在第一實施方案中的壓模構件15和硬塗膜16的材料不同的材料製成，但是該衝頭103具有大致相同的效果。順便提及，就硬塗膜116的性質而言，硬塗膜116不必如在根據第一實施方案的衝頭3的情況中一樣比壓模構件115硬。硬塗膜116可以在摩擦係數方面比壓模構件115低，例如硬塗膜116相對於SUS430的摩擦係數可以為0.1或更低。
接著，下面將對生產衝壓模101的方法進行說明。可以按照與根據第一實施方案的衝壓模1大致相同的方式生產該衝壓模101。也就是說，將由鉻鉬鋼製成的壓模材料機械加工成主體部分102的形狀和衝頭103的形狀然後滲碳並硬化，由此製備出壓模構件115。在該情況下，考慮稍後將形成的Cr塗膜117和DLC塗膜118的厚度來確定壓模構件115的外徑，從而能夠將所得到的衝頭103配合到每個噴嘴的內徑上。然後，通過非平衡磁控(UBM)濺射方法在壓模構件115的表面上連續形成Cr塗膜117和DLC塗膜118。
在形成Cr塗膜117和DLC塗膜118的情況中，在採用Cr作為靶進行濺射以形成具有預定厚度的Cr塗膜117之後，在採用Cr進行濺射的同時並行地採用石墨(碳)作為靶進行濺射。在該情況中，改變該過程，從而隨著該過程前進，Cr的濺射速率逐漸減小，並且石墨的濺射速率逐漸增大。在Cr塗膜117的表面上形成DLC塗膜118。此外在該實施方案中，如上所述但是沒有在圖3中顯示出，在Cr塗膜117和DLC塗膜118之間插入了包括Cr和碳的梯度組成層。
按照與在第一實施方案中相同的方式通過聚焦離子束方法在衝頭103的端面103a中形成凹坑110，這些凹坑110具有如下的微小深度，從而這些凹坑110不穿過DLC塗膜118並且在壓模構件115的表面中不產生由於熱而改性的熱影響層。這些凹坑10以預定的分布密度形成在端面103a中。這樣，完成了具有形成有凹坑110的衝頭103的衝壓模101的生產。
接著，將對採用衝壓模101衝壓模製具有從大約30μm至大約100μm的厚度的不鏽鋼基板121以生產噴嘴板125的方法進行說明。該噴嘴板125與噴嘴板25相同。
圖7A至7C為剖視圖，順序顯示出生產噴嘴板的步驟。為了模製，首先如圖7A所示將基板121放置在具有模孔20a的模座20上並固定和保持到該模座20上。將用作潤滑劑的潤滑油塗敷或噴塗在衝壓模101的衝頭103的整個表面上，從而將潤滑油保存在形成於端面103a中的凹坑10中。
然後，如圖7B所示，在使衝壓模101向下朝向基板121運動的同時，以如下衝程量將基板121壓靠在衝頭103上，該衝程量使得衝頭103不穿過基板121。這樣，衝壓模製出基板121。在該情況中，潤滑油保存在衝頭103的凹坑110中。因此，從基板121作用在衝頭103上的摩擦力變得非常小。也就是說，因為這些獨立的凹坑110按照在衝頭103的端面103a中均勻分布的方式形成，從而能夠在衝頭103和基板121之間的接觸壓力最大的端面103a中保持較高的潤滑性。因此能夠降低在端面103a中產生出的摩擦力。另外，因為保存在這些凹坑110中的潤滑油由於衝頭103和基板121之間的接觸而繞行到外圓周側面103b處，所以也能夠降低在外圓周側面103b和基板121之間的摩擦力。此後，在使基板121以噴嘴間距的間隔或以噴嘴排間距的間隔運動的同時，重複該模製過程與噴嘴126的數目相等的次數。這樣，衝壓模製出基板121。然後，如圖7C所示，在衝壓模製之後，用研磨機研磨基板121的包含朝向基板121的與衝壓模101相反的一側突出的凸形部分119等的下表面部分(圖7B中所示虛線的下側)，由此使每個噴嘴126的排出口127打開。這樣，完成了該噴嘴板125。
由於如上所述凹坑110形成在衝壓模101的衝頭103的端面103a中，所以衝頭103能夠保持潤滑油。通過該結構，當將衝頭103壓靠在基板121上以進行衝壓模製時，在衝頭103和基板121之間的潤滑性保持較高。因此，能夠降低當將衝頭103壓靠在基板121上時和當從基板121中將衝頭103拔出時所產生出的摩擦力，從而防止衝頭103斷裂和磨損。因此在延長衝頭103的壽命的同時延長了衝壓模101的壽命。而且，因為根據第二實施方案的衝頭103形如錐體，所以與根據第一實施方案的衝頭3相比幾乎沒有應力集中處。由此，更大地延長了衝頭103的壽命。
雖然上面已經對本發明的實施方案進行了說明，但是本發明並不限於這些實施方案。在不脫離權利要求的範圍的情況下可以作出各種改變。例如，這些凹坑10、110具有的深度使得這些凹坑10、110不穿過DLC塗膜18、118且不到達W塗膜17、Cr塗膜117。可選的是，這些凹坑10、110可以具有如下深度，該深度使得這些凹坑10、110穿過DLC塗膜18、118並且到達W塗膜17、Cr塗膜117和壓模構件15、115。例如，在從潤滑劑的粘度和衝頭的表面粗糙度中能夠知道油膜厚度時，優選每個凹坑的深度為油膜厚度的大約0.1倍至大約5倍。在每個凹坑的深度不小於油膜厚度的0.1倍時，能夠改善潤滑劑保持性能。此外，在每個凹坑的深度不大於油膜厚度的5倍時，能夠改善保存在這些凹坑中的潤滑劑的供應特性。此外，可以只形成一個凹坑10、110。該衝頭可以具有與錐體部分5等同的錐體部分、與筆直部分6等同的筆直部分、以及使錐體部分和筆直部分相互平滑連接的曲面部分。該衝頭可以具有代替錐體部分5的曲面部分(直徑增大部分)，從而該曲面部分具有朝向筆直部分6逐漸變小的直徑以及設置作為平滑曲面的外圓周側面。在這些情況中，這些凹坑優選只形成在筆直部分中。根據該結構，能夠實現與在第一實施方案中相同的效果。該衝頭可以只具有曲面部分(直徑增大部分)，該曲面部分具有朝向其端面逐漸變小的直徑，並具有設置作為平滑曲面的外圓周側面。此外在該情況中，凹坑可以只形成在端面中。根據該結構，能夠實現與在第二實施方案中相同的效果。雖然已經對凹坑10同時形成在筆直部分6的端面6a中和筆直部分6的外圓周側面6b中的情況對第一實施方案進行了說明，但是這些凹坑10可以形成在任一表面中。在該情況中，如果凹坑10形成在端面6a中，則與凹坑10形成在外圓周側面6b中的情況相比，能夠進一步降低在基板和衝頭之間的摩擦力。
雖然已經針對在將衝頭3、103壓靠在基板21、121上以進行衝壓模製之前將潤滑油供應給衝頭3、103的情況對這些實施方案進行了說明，但是可以在將衝頭3、103壓靠在基板21、121上以進行衝壓模製之前將潤滑油塗敷或噴塗在基板21、121的表面上。在該情況中，當將衝頭3、103壓靠在基板21、121上時，供應給基板21、121的潤滑油放在凹坑10、110中，從而在基板21、121和衝頭3、103之間的潤滑性保持較高。雖然這些凹坑是通過聚焦離子束方法形成的，但是這些凹坑可以通過採用毫微微秒雷射器、準分子雷射器、紫外線雷射器等進行雷射蝕刻來形成。在每個凹坑的開口面積較大時，可以通過蝕刻例如等離子蝕刻來形成這些凹坑。
雖然已經針對硬塗膜16、116形成在衝壓模1、101中的情況對這些實施方案進行了說明，但是硬塗膜16、116不是必要的，而是可以根據模具形狀和壓模構件的金屬材料而消除。在如上所述消除了硬塗膜16、116時，這些凹坑可以直接形成在端部中具有筆直部分的壓模構件的表面中，或者直接形成在端側中具有錐體部分的壓模構件的端面中。具體地說，根據第一實施方案的壓模構件15由含有平均粒徑等於或大於0.05μm且小於0.3μm的碳化物的硬質合金製成。研磨表面(該表面)優良，並且幾乎不出現作為斷裂起始點的開裂。因此，可以不形成硬塗層16。在該情況中，凹坑可以形成在壓模構件15的筆直部分6的表面中。
在這些實施方案中，DLC塗膜18、118形成為衝壓模1、101的表面層。可選的是，可以形成硬塗膜例如CrN塗膜來代替DLC塗膜，只要該硬塗膜比壓模構件硬以有助於耐磨性和降低摩擦力。
這些實施方案示例性地顯示出壓模構件15、115由通過對按照預定比例製備出的碳化鎢、碳化釩、碳化鈦、碳化鉭、碳化鉻和金屬鈷的混合物進行燒結獲得的合金(硬質合金)製成。可選的是，壓模構件15、115可以由其它硬質材料例如高速鋼製成。
已經針對採用液態潤滑劑作為潤滑劑的情況對這些實施方案進行了說明。可選的是，可以採用納米級粒子潤滑劑。在該情況中，可以採用二氧化矽(直徑大約10nm至大約40nm)、二氧化鈦(直徑大約為20nm)、氧化鋁(直徑大約為10nm)等的粒子。
已經針對將本發明應用於用來形成噴墨頭的噴嘴板的噴嘴的衝壓模的衝頭的情況對這些實施方案進行了說明。可選的是，本發明可以應用於其它各種衝壓模，例如用於半導體引線框的衝壓模和用於對鋸床或汽車的部件進行模製的衝壓模。
權利要求
1.一種衝頭，用於在潤滑油介於衝頭和工件之間的情況下模製該工件，該衝頭包括在衝頭的端部處的筆直部分(6)，該筆直部分(6)沿著軸向方向延伸，該筆直部分(6)包括在其端部處的端面(6a)，該端面(6a)沿著與所述軸向方向垂直的徑向方向延伸；和側面(6b)，該側面(6b)與端面(6a)連接；以及與筆直部分(6)連接的直徑增大部分(5)，該直徑增大部分(5)的在筆直部分(6)和直徑增大部分(5)之間的連接部分處的沿著徑向方向的寬度與筆直部分(6)的沿著徑向方向的寬度相同，該直徑增大部分(5)的沿著徑向方向的寬度隨著離筆直部分(6)的距離增大而增大，其中筆直部分(6)的端面(6a)和側面(6b)中的至少一個形成有凹坑(10)。
2.如權利要求1所述的衝頭，其中直徑增大部分(5)還包括沒有形成任何凹坑的側面。
3.如權利要求1所述的衝頭，其中筆直部分(6)的側面(6b)形成有多個凹坑(10)。
4.如權利要求1所述的衝頭，其中筆直部分(6)的端面(6a)形成有多個凹坑(10)。
5.如權利要求3所述的衝頭，其中凹坑(10)的底面面積總和與筆直部分(6)的表面積的比率在20％至80％的範圍內。
6.如權利要求1所述的衝頭，其中筆直部分(6)的端面(6a)形成有多個凹坑(10)；筆直部分(6)的側面(6b)形成有多個凹坑(10)；並且筆直部分(6)的端面(6a)在凹坑(10)的分布密度方面高於筆直部分(6)的側面(6b)。
7.如權利要求1所述的衝頭，還包括基材(15)，其中在該基材(15)的表面上形成塗膜(16)；並且該塗膜(16)具有(i)比基材(15)的摩擦係數低的摩擦係數和(ii)比基材(15)的硬度大的硬度中的至少一個。
8.如權利要求7所述的衝頭，其中塗膜(16)包括表面層(18)，該表面層(18)包括DLC塗膜。
9.如權利要求8所述的衝頭，其中塗膜(16)在DLC塗膜(18)和基材(15)之間還包括中間層(17)，該中間層(17)包括鉻塗膜和鎢塗膜中的一種。
10.如權利要求9所述的衝頭，其中中間層(17)包括基本由鉻和鎢中的一種構成的金屬層(17a)，該金屬層形成在基材(15)上；以及由鉻和碳或由鎢和碳製成的梯度組成層(17b)，該梯度組成層(17b)形成在金屬層(17a)上。
11.如權利要求8所述的衝頭，其中凹坑(10)具有不穿過DLC塗膜(18)的深度。
12.如權利要求1至11中任一項所述的衝頭，其中基材(15)包括包含碳化物的硬質合金，該碳化物包括選自由碳化鎢、碳化釩、碳化鈦和碳化鉭組成的組中的至少一種；並且該硬質合金的碳化物的平均粒徑等於或大於0.05μm，且小於0.3μm。
13.一種衝頭，用於在潤滑油介於衝頭和工件之間的情況下模製該工件，該衝頭包括在衝頭的端部處的直徑增大部分(103)，該直徑增大部分(103)包括沿著與衝頭的軸向方向垂直的徑向方向延伸的端面(103a)，直徑增大部分(103)的寬度隨著離端面(103a)的距離增大而增大，其中直徑增大部分(103)的端面(103a)形成有凹坑(110)。
14.如權利要求13所述的衝頭，其中直徑增大部分(103)還包括沒有形成任何凹坑的側面。
15.如權利要求13所述的衝頭，其中直徑增大部分(103)的端面(103a)形成有多個凹坑(110)。
16.如權利要求13所述的衝頭，還包括基材(115)，其中在該基材(115)的表面上形成塗膜(116)；並且該塗膜(116)具有(i)比基材(115)的摩擦係數低的摩擦係數和(ii)比基材(115)的硬度大的硬度中的至少一個。
17.如權利要求16所述的衝頭，其中塗膜(116)包括表面層(118)，該表面層(118)包括DLC塗膜。
18.如權利要求17所述的衝頭，其中塗膜(116)在DLC塗膜(118)和基材(115)之間還包括中間層(117)，該中間層(117)包括鉻塗膜和鎢塗膜中的一種。
19.如權利要求18所述的衝頭，其中中間層(117)包括基本由鉻和鎢中的一種構成的金屬層，該金屬層形成在基材(115)上；以及由鉻和碳或由鎢和碳製成的梯度組成層，該梯度組成層形成在金屬層上。
20.如權利要求17所述的衝頭，其中凹坑(110)具有不穿過DLC塗膜(118)的深度。
21.如權利要求13至20中任一項所述的衝頭，其中基材(115)包括包含碳化物的硬質合金，該碳化物包括選自由碳化鎢、碳化釩、碳化鈦和碳化鉭組成的組中的至少一種；並且該硬質合金的碳化物的平均粒徑等於或大於0.05μm，且小於0.3μm。
全文摘要
一種在潤滑油介於衝頭和工件之間的情況下模製該工件時使用的衝頭包括在其端部處的筆直部分、和直徑增大部分。該筆直部分包括在其端部處的端面和側面。該筆直部分沿著軸向方向延伸。該端面沿著與軸向方向垂直的徑向方向延伸。該側面與端面連接。該直徑增大部分與筆直部分連接。該直徑增大部分的在筆直部分和直徑增大部分之間的連接部分處的沿著徑向方向的寬度與筆直部分的寬度相同。直徑增大部分的沿著徑向方向的寬度隨著離筆直部分的距離增大而增大。筆直部分的端面和側面中的至少一個形成有凹坑。
文檔編號B21J3/00GK1840260SQ20061006805
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月24日 優先權日2005年3月29日
發明者伊藤敦, 中本光 申請人:兄弟工業株式會社