專利名稱：沖頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在模制工件時使用的沖頭。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了各種模具和采用這些模具的模制方法以便模制出工件。例如，JP昭57-208250A已經(jīng)披露了一種由有孔背片和有孔片生產(chǎn)噴墨噴嘴的方法以及在該方法中所使用的沖頭。生產(chǎn)噴墨噴嘴的這種方法如下進行。將圓錐形沖頭的頂端部分壓靠在設(shè)置于模具上的片上，由此在該片中形成根據(jù)沖頭的頂端形狀成形的凹入部分。然后，通過研磨機對形成在該片的與抵靠著沖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(chǎn)出有孔背片。

發(fā)明內(nèi)容
然而在JP昭57-208250A中所披露的技術(shù)中，存在一個問題，即沖頭尤其是沖頭的與該片接觸的一部分?jǐn)嗔鸦驀?yán)重磨損，從而沖頭的壽命較短。具體地說，在通過模制形成從數(shù)微米量級到數(shù)十微米量級的范圍內(nèi)的微孔例如噴墨噴嘴的噴嘴孔時，沖頭的壽命由于斷裂、摩擦磨損等而變得非常短，因為沖頭的頂端部分必須與每個微孔一樣狹小。因此，近年來已經(jīng)采用在給包含沖頭的模具供應(yīng)潤滑劑的同時模制工件的方法。但是，由于模具的表面如此平滑從而即使在這樣供應(yīng)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(shè)想一直供應(yīng)潤滑劑的方法，但是存在另一個問題，即該方法不經(jīng)濟，使得生產(chǎn)成本增大。
本發(fā)明提供一種沖頭，其中使得潤滑劑保持性能足夠高從而抑制沖頭斷裂或磨損。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種在潤滑油介于沖頭和工件之間的情況下模制該工件時使用的沖頭包括在沖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(cè)面。該端面沿著與軸向方向垂直的徑向方向延伸。該側(cè)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(cè)面中的至少一個形成有凹坑。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)筆直部分的端部壓靠在工件上以進行模制時，供應(yīng)給筆直部分或供應(yīng)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，防止了沖頭斷裂或磨損，從而延長沖頭的壽命。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種在潤滑油介于沖頭和工件之間的情況下模制該工件時使用的沖頭。該沖頭包括在沖頭的端部處的直徑增大部分。該直徑增大部分包括沿著與沖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(jù)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)直徑增大部分的端部壓靠在工件上以進行模制時，供應(yīng)給直徑增大部分或供應(yīng)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，防止了沖頭斷裂或磨損，從而延長沖頭的壽命。
筆直部分的側(cè)面可以形成有多個凹坑。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)將筆直部分壓靠在工件上時，能夠使在筆直部分的側(cè)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(cè)面和工件之間的摩擦力，從而能夠更大地延長沖頭的壽命。
此外，筆直部分的端面可以形成有多個凹坑。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，當(dāng)將沖頭壓靠在工件上時，能夠使在沖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，能夠更大地延長沖頭的壽命。
此外，沖頭還可以包括基材。可以在該基材的表面上形成涂膜。該涂膜具有(i)比基材的摩擦系數(shù)低的摩擦系數(shù)和(ii)比基材的硬度大的硬度中的至少一個。涂膜可以包括具有DLC涂膜的表面層。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠延長沖頭的壽命。
此外，該涂膜在DLC涂膜和基材之間還可以包括中間層，該中間層具有鉻涂膜和鎢涂膜中的一種。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠防止DLC涂膜與基材分離。
此外，凹坑可以具有不穿過DLC涂膜的深度。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠防止在形成凹坑時產(chǎn)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于熱的影響而變差。
此外，基材可以包括具有碳化物的硬質(zhì)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(zhì)合金的碳化物的平均粒徑可以等于或大于0.05μm，且小于0.3μm。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠使橫向斷裂強度較高。


圖1為透視圖，顯示出其上應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的沖頭的沖壓模的一部分。
圖2為在圖1中所示的沖頭的放大透視圖。
圖3為放大剖視圖，顯示出在圖2中所示的沖頭的結(jié)構(gòu)。
圖4A至4D為剖視圖，順序顯示出生產(chǎn)沖壓模的步驟。
圖5A至5C為剖視圖，順序顯示出生產(chǎn)噴嘴板的步驟。
圖6為放大透視圖，顯示出其上應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的沖頭的沖壓模。
圖7A至7C為剖視圖，順序顯示出生產(chǎn)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(fā)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(fā)明應(yīng)用于用于對噴墨頭的噴嘴板進行模制的沖頭的實施例，但是本發(fā)明也能夠應(yīng)用于其它模制制品的模制。
圖1為透視圖，顯示出采用根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的沖頭的沖壓模的一部分。如圖1所示，沖壓模1包括主體部分2和沖頭3，該沖頭3形成在主體部分2的下端部處以便用于模制。沖壓模1的沖頭3用于對噴嘴板的基板21(參見圖5A至5C)進行模制。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中所示的沖頭3的放大透視圖。如圖2所示，作為沖壓模1的端部的沖頭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。該沖頭3與主體部分2形成為一體。
錐體部分5如下形成，使得沿著與沖頭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的下端朝向沖頭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平行于與沖頭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中所示的沖頭的筆直部分6的結(jié)構(gòu)。錐體部分5具有與在圖3中所示的筆直部分6相同的結(jié)構(gòu)，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(gòu)件15和比該壓模構(gòu)件15硬的硬涂膜16。壓模構(gòu)件15按照如下方式形成，即將由Vickers硬度(HV)為1500的硬質(zhì)合金(燒結(jié)碳化物)制成的壓模材料機械加工成壓模構(gòu)件15的形狀。壓模構(gòu)件15的硬質(zhì)合金為通過對按照預(yù)定比例制備出的碳化鎢、碳化釩、碳化鈦、碳化鉭、碳化鉻和金屬鈷的混合物進行燒結(jié)獲得的合金。在該合金中的碳化物的平均粒徑等于或大于0.05μm，并且小于0.3μm。例如，如果在硬質(zhì)合金中的碳化物的粒徑小于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于聚集。如果碳化物的粒徑等于或大于0.3μm，則在沖頭3的表面上的碳化物粒子可能掉落。這樣引起如下問題，即在掉落之后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，并且由于該裂開傳播而導(dǎo)致強度降低。因此，在壓模構(gòu)件15由含有如上所述平均粒徑等于或大于0.05μm并且小于0.3μm的碳化物的硬質(zhì)合金制成時，顯著改善了沖壓模1的強度。為此，改善了沖頭3的橫向斷裂強度，從而能夠抑制在通過沖頭3形成微孔時沖頭3斷裂。
硬涂膜16具有形成在壓模構(gòu)件15的表面上的鎢(W)涂膜17和形成在該W涂膜17的表面上的類金剛石碳(DLC)涂膜18。W涂膜17形成為厚度大約為0.5μm的中間層，用來防止DLC涂膜18從壓模構(gòu)件15的表面剝離。這是因為在DLC涂膜18中含有的碳和W涂膜17之間的結(jié)合力較大，并且在W涂膜17和由硬質(zhì)合金制成的壓模構(gòu)件15之間的結(jié)合力較大，從而與DLC涂膜18直接形成在由硬質(zhì)合金制成的壓模構(gòu)件15上的情況相比DLC涂膜18幾乎不能從壓模構(gòu)件15上剝離。
與硬質(zhì)合金壓模構(gòu)件15相比，形成為硬涂膜16的表面層的DLC涂膜18摩擦系數(shù)較低且較硬。在W涂膜17的表面上形成厚度大約為1.5μm的DLC涂膜18。在形成DLC涂膜18時能夠根據(jù)DLC涂膜18的氫含量來調(diào)節(jié)DLC涂膜18的強度。DLC涂膜18能夠形成為具有從數(shù)百到接近金剛石的HV的大約8000的Vickers硬度(HV)的硬涂膜。在該實施方案中，在W涂膜17上形成比W涂膜(HV430)17和壓模構(gòu)件(HV1500)15硬的具有HV3600的DLC涂膜18。該DLC涂膜18為耐磨性和可滑動性非常優(yōu)異的涂膜，因為該DLC涂膜18相對于SUS430的摩擦系數(shù)大約為0.1或者更小。為此，能夠延長沖頭3的壽命。W涂膜17和DLC涂膜18的厚度已經(jīng)以實施例的方式顯示出。這些厚度可以小于或大于上述值，但是這些厚度可以優(yōu)選確定成使得壓模構(gòu)件15的耐久性不被熱影響層損害，如稍后將描述的一樣，在形成凹坑10時，在受到由聚焦離子束方法產(chǎn)生出的熱影響的基材表面中產(chǎn)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(yōu)選的是DLC涂膜18比壓模構(gòu)件15硬，但是該硬度關(guān)系不是一直必要的，而DLC涂膜18的摩擦系數(shù)低于壓模構(gòu)件15也是一個重要要求。也就是說，減小DLC涂膜18的摩擦系數(shù)以及增大DLC涂膜18的硬度起到有助于長壽命的效果。
如圖2和3所示，向外打開從而能夠使?jié)櫥瑒簳r保存在凹坑10中的凹入的凹坑10形成在沖頭3的筆直部分6的表面中，即形成在DLC涂膜18的表面中。例如，每個凹坑10的開口形如側(cè)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(cè)面6b中，但是在錐體部分5的外圓周側(cè)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，則如稍后將描述的一樣，當(dāng)通過沖壓模1生產(chǎn)噴嘴板25時，能夠防止凹坑10的痕跡留在基板21的模制表面上。如圖3所示，這些凹坑10形成為沒有穿過DLC涂膜18。因為這些凹坑10如上所述在深度方向上沒有到達W涂膜17，所以每個凹坑10的底面離壓模構(gòu)件15的表面相對較遠。為此，能夠防止在如稍后將描述的一樣通過聚焦離子束方法形成凹坑10時產(chǎn)生出的熱傳遞給壓模構(gòu)件15。因此，防止壓模構(gòu)件15的硬質(zhì)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，并且能夠防止壓模構(gòu)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的底面的總面積占據(jù)筆直部分6的表面積(即，端面6a的面積和外圓周側(cè)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于20％，則幾乎不能改善潤滑劑保持性能。如果凹坑10的總面積的比率大于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(qū)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(cè)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，因為在模制基板21時端面6a首先與基板21接觸。因此，在能夠防止沖頭3的強度降低的同時，能夠改善潤滑劑保持性能。因此，能夠改善沖頭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(chǎn)沖壓模1的方法進行說明。圖4A至4D為剖視圖，順序顯示出生產(chǎn)沖壓模的步驟。首先，將由硬質(zhì)合金制成的壓模材料切割成主體部分2的形狀和沖頭3的形狀，由此制備出壓模構(gòu)件15。在該情況中，考慮稍后將形成的W涂膜17和DLC涂膜18的厚度來確定壓模構(gòu)件15的外徑，從而能夠?qū)⑺玫降臎_頭3配合到噴嘴板25的噴嘴26的排出口27的內(nèi)徑上。然后，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(gòu)件15的表面上連續(xù)形成W涂膜17和DLC涂膜18。
在形成W涂膜17和DLC涂膜18的情況中，采用鎢(W)作為靶進行濺射以形成具有預(yù)定厚度的W涂膜17。其后，在采用W進行濺射的同時并行地采用石墨(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，并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(xù)改變的梯度組成層。最后，只進行石墨的濺射。因此，在W涂膜17的表面上形成具有預(yù)定厚度的DLC涂膜18。因為如上所述將梯度組成層插入在位于W涂膜17和DLC涂膜18之間的邊界區(qū)域中，所以改善了在兩個涂膜17和18之間的接觸，從而基于膨脹系數(shù)方面的差異緩和殘余應(yīng)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(jié)構(gòu)。W涂層17包括W層17a和梯度組成層17b。要指出的是，W涂層17的詳細結(jié)構(gòu)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涂層17。
然后，如圖4D所示，通過聚焦離子束方法在沖頭3的筆直部分6的端面6a和外圓周側(cè)面6b中以相應(yīng)預(yù)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，采用液態(tài)鎵作為離子源，并且將加速電壓和射束電流分別設(shè)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涂膜18中形成凹坑10。重復(fù)該凹坑形成過程，從而在筆直部分6的端面6a和外圓周側(cè)面6b中形成凹坑10。這樣，完成具有帶有凹坑10的沖頭3的沖壓模1的生產(chǎn)。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涂膜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(jié)構(gòu)上防止沖頭3的強度尤其是筆直部分6的強度降低。
接著，將對采用沖壓模1沖壓模制具有從大約30μm至大約100μm的厚度的不銹鋼基板21以生產(chǎn)噴嘴板25的方法進行說明。噴嘴板25設(shè)置在噴墨頭的最外表面上。用于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(chǎn)噴嘴板的步驟。為了模制，首先如圖5A所示將基板21放置在具有模孔20a的模座20上并固定和保持到該模座20上。將用作潤滑劑的潤滑油涂敷或噴涂在沖壓模1的沖頭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，沖壓模1的潤滑劑保持性能高到使得每次完成單個沖壓模制循環(huán)時不涂敷或噴涂潤滑油。也就是說，能夠間歇地不論什么時候完成多個沖壓模制循環(huán)時涂敷或噴涂潤滑油。例如，在采用由NIHONKOHSAKUYU CO.，LTD.制造的潤滑劑G-6220FS從而一小時進行大約3600個沖壓模制循環(huán)的情況中，可以一小時供應(yīng)潤滑劑一次或每3000個循環(huán)供應(yīng)潤滑劑一次。
然后，如圖5B所示，在使沖壓模1向下朝向基板21運動的同時，以如下沖程量將基板21壓靠在沖頭3上，該沖程量使得沖頭3不穿透基板21。這樣，沖壓模制出基板21。在該情況中，在沖頭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于SUS430具有例如0.1或更低的低摩擦系數(shù)的DLC涂膜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作用在沖頭3上的摩擦力變得非常小。這是因為獨立的凹坑10按照在沖頭3的筆直部分6的端面6a中均勻分布的方式形成，所以能夠在沖頭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，由于端面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(cè)面6b之間運行，從而降低在外圓周側(cè)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(cè)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(cè)面6b和基板21之間的摩擦力。因此，使沖頭3的可滑動性保持很高，從而延長沖頭3的壽命。此后，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，重復(fù)該模制過程與噴嘴26的數(shù)目相等的次數(shù)。這樣，沖壓模制出基板21。然后，如圖5C所示，在沖壓模制之后，用研磨機研磨基板21的包含朝向基板21的與沖壓模1相反的一側(cè)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(cè))，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。
由于如上所述凹坑10形成在沖壓模1的沖頭3的筆直部分6的表面中，所以沖頭3能夠保持潤滑油。當(dāng)將沖頭3的筆直部分6壓靠在基板21上以進行沖壓模制時，將潤滑油一點一點地提供給在沖頭3和基板21之間的摩擦面，從而能夠保持低摩擦狀態(tài)。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，防止了沖頭3斷裂和磨損，從而在延長沖頭3的壽命的同時延長了沖壓模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(cè)面6b中，所以能夠長時間保持潤滑油保持狀態(tài)。
當(dāng)基板21在稍微傾斜的同時放置在模座上時，可以在沖壓模1相對于基板21傾斜的情況下進行沖壓。即使在該情況中，通過在形成于沖頭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，能夠防止沖頭3由于彎曲而斷裂。在沖壓模制之后當(dāng)從基板21中將沖頭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(cè)面與每個噴嘴26的表面之間的摩擦力。因此，能夠降低作用在沖頭3上的拉伸應(yīng)力，從而防止沖頭3斷裂或磨損。
接著，將參照圖6對根據(jù)第二實施方案的沖頭進行說明。圖6為其上應(yīng)用根據(jù)第二實施方案的沖頭的沖壓模的放大透視圖。如圖6所示，根據(jù)該實施方案的沖壓模101具有主體部分102和沖頭103。主體部分102設(shè)有向下延伸的柱形部分112。該沖頭103形成在主體部分102的下端部處以便在模制中使用。沖壓模101的沖頭103用于按照與在第一實施方案中相同的方式將基板121模制成噴嘴板125。第二實施方案的沖壓模101與沖壓模1大致相同，除了在沖壓模101中沒有形成沖頭3的筆直部分6之外。
如圖6所示，沖頭103(用作直徑增大部分)形如如下錐體，從而該沖頭103的與沖頭103的軸向方向垂直的直徑隨著從柱形部分112的下端朝向沖頭103的端部靠近而逐漸線性減小。沖頭103具有圓形端面103a，該圓形端面103a平行于與沖頭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，在沖頭103的外圓周側(cè)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(cè)面103b中沒有形成凹坑110，所以當(dāng)通過沖壓模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的模制表面上。
雖然下面將對沖頭103的結(jié)構(gòu)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(biāo)記，因為該沖頭103與根據(jù)第一實施方案的沖頭3大致相同。與根據(jù)第一實施方案的沖頭3類似，沖頭103具有與主體部分102成一體的壓模構(gòu)件115和比該壓模構(gòu)件115硬的硬涂膜116。在該實施方案中，壓模構(gòu)件115按照將由HV200的鉻鉬鋼(SCM415)制成的壓模材料機械加工成壓模構(gòu)件115的形狀然后滲碳并硬化這樣一種方式來形成。硬涂膜116具有形成在壓模構(gòu)件115的表面上的鉻(Cr)涂膜117和形成在該Cr涂膜117的表面上的DLC涂膜118。Cr涂膜117按照與W涂膜17相同的方式形成為具有大約0.5μm的厚度。形成為硬涂膜116的表面層的DLC涂膜118為比由鉻鉬鋼制成的壓模構(gòu)件115硬的HV800的涂膜。在Cr涂膜117的表面上形成厚度大約為1.5μm的DLC涂膜118。也就是說，沖頭103由與在第一實施方案中的壓模構(gòu)件15和硬涂膜16的材料不同的材料制成，但是該沖頭103具有大致相同的效果。順便提及，就硬涂膜116的性質(zhì)而言，硬涂膜116不必如在根據(jù)第一實施方案的沖頭3的情況中一樣比壓模構(gòu)件115硬。硬涂膜116可以在摩擦系數(shù)方面比壓模構(gòu)件115低，例如硬涂膜116相對于SUS430的摩擦系數(shù)可以為0.1或更低。
接著，下面將對生產(chǎn)沖壓模101的方法進行說明?？梢园凑张c根據(jù)第一實施方案的沖壓模1大致相同的方式生產(chǎn)該沖壓模101。也就是說，將由鉻鉬鋼制成的壓模材料機械加工成主體部分102的形狀和沖頭103的形狀然后滲碳并硬化，由此制備出壓模構(gòu)件115。在該情況下，考慮稍后將形成的Cr涂膜117和DLC涂膜118的厚度來確定壓模構(gòu)件115的外徑，從而能夠?qū)⑺玫降臎_頭103配合到每個噴嘴的內(nèi)徑上。然后，通過非平衡磁控(UBM)濺射方法在壓模構(gòu)件115的表面上連續(xù)形成Cr涂膜117和DLC涂膜118。
在形成Cr涂膜117和DLC涂膜118的情況中，在采用Cr作為靶進行濺射以形成具有預(yù)定厚度的Cr涂膜117之后，在采用Cr進行濺射的同時并行地采用石墨(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，并且石墨的濺射速率逐漸增大。在Cr涂膜117的表面上形成DLC涂膜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涂膜117和DLC涂膜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沖頭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涂膜118并且在壓模構(gòu)件115的表面中不產(chǎn)生由于熱而改性的熱影響層。這些凹坑10以預(yù)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的沖頭103的沖壓模101的生產(chǎn)。
接著，將對采用沖壓模101沖壓模制具有從大約30μm至大約100μm的厚度的不銹鋼基板121以生產(chǎn)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(chǎn)噴嘴板的步驟。為了模制，首先如圖7A所示將基板121放置在具有?？?0a的模座20上并固定和保持到該模座20上。將用作潤滑劑的潤滑油涂敷或噴涂在沖壓模101的沖頭103的整個表面上，從而將潤滑油保存在形成于端面103a中的凹坑10中。
然后，如圖7B所示，在使沖壓模101向下朝向基板121運動的同時，以如下沖程量將基板121壓靠在沖頭103上，該沖程量使得沖頭103不穿過基板121。這樣，沖壓模制出基板121。在該情況中，潤滑油保存在沖頭103的凹坑110中。因此，從基板121作用在沖頭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按照在沖頭103的端面103a中均勻分布的方式形成，從而能夠在沖頭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(chǎn)生出的摩擦力。另外，因為保存在這些凹坑110中的潤滑油由于沖頭103和基板121之間的接觸而繞行到外圓周側(cè)面103b處，所以也能夠降低在外圓周側(cè)面103b和基板121之間的摩擦力。此后，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，重復(fù)該模制過程與噴嘴126的數(shù)目相等的次數(shù)。這樣，沖壓模制出基板121。然后，如圖7C所示，在沖壓模制之后，用研磨機研磨基板121的包含朝向基板121的與沖壓模101相反的一側(cè)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(cè))，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。
由于如上所述凹坑110形成在沖壓模101的沖頭103的端面103a中，所以沖頭103能夠保持潤滑油。通過該結(jié)構(gòu)，當(dāng)將沖頭103壓靠在基板121上以進行沖壓模制時，在沖頭103和基板121之間的潤滑性保持較高。因此，能夠降低當(dāng)將沖頭103壓靠在基板121上時和當(dāng)從基板121中將沖頭103拔出時所產(chǎn)生出的摩擦力，從而防止沖頭103斷裂和磨損。因此在延長沖頭103的壽命的同時延長了沖壓模101的壽命。而且，因為根據(jù)第二實施方案的沖頭103形如錐體，所以與根據(jù)第一實施方案的沖頭3相比幾乎沒有應(yīng)力集中處。由此，更大地延長了沖頭103的壽命。
雖然上面已經(jīng)對本發(fā)明的實施方案進行了說明，但是本發(fā)明并不限于這些實施方案。在不脫離權(quán)利要求的范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涂膜18、118且不到達W涂膜17、Cr涂膜117?？蛇x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涂膜18、118并且到達W涂膜17、Cr涂膜117和壓模構(gòu)件15、115。例如，在從潤滑劑的粘度和沖頭的表面粗糙度中能夠知道油膜厚度時，優(yōu)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于油膜厚度的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于油膜厚度的5倍時，能夠改善保存在這些凹坑中的潤滑劑的供應(yīng)特性。此外，可以只形成一個凹坑10、110。該沖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。該沖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(shè)置作為平滑曲面的外圓周側(cè)面。在這些情況中，這些凹坑優(yōu)選只形成在筆直部分中。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)與在第一實施方案中相同的效果。該沖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，并具有設(shè)置作為平滑曲面的外圓周側(cè)面。此外在該情況中，凹坑可以只形成在端面中。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)與在第二實施方案中相同的效果。雖然已經(jīng)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(cè)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(cè)面6b中的情況相比，能夠進一步降低在基板和沖頭之間的摩擦力。
雖然已經(jīng)針對在將沖頭3、103壓靠在基板21、121上以進行沖壓模制之前將潤滑油供應(yīng)給沖頭3、103的情況對這些實施方案進行了說明，但是可以在將沖頭3、103壓靠在基板21、121上以進行沖壓模制之前將潤滑油涂敷或噴涂在基板21、121的表面上。在該情況中，當(dāng)將沖頭3、103壓靠在基板21、121上時，供應(yīng)給基板21、121的潤滑油放在凹坑10、110中，從而在基板21、121和沖頭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采用毫微微秒激光器、準(zhǔn)分子激光器、紫外線激光器等進行激光蝕刻來形成。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(jīng)針對硬涂膜16、116形成在沖壓模1、101中的情況對這些實施方案進行了說明，但是硬涂膜16、116不是必要的，而是可以根據(jù)模具形狀和壓模構(gòu)件的金屬材料而消除。在如上所述消除了硬涂膜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(gòu)件的表面中，或者直接形成在端側(cè)中具有錐體部分的壓模構(gòu)件的端面中。具體地說，根據(jù)第一實施方案的壓模構(gòu)件15由含有平均粒徑等于或大于0.05μm且小于0.3μm的碳化物的硬質(zhì)合金制成。研磨表面(該表面)優(yōu)良，并且?guī)缀醪怀霈F(xiàn)作為斷裂起始點的開裂。因此，可以不形成硬涂層16。在該情況中，凹坑可以形成在壓模構(gòu)件15的筆直部分6的表面中。
在這些實施方案中，DLC涂膜18、118形成為沖壓模1、101的表面層?？蛇x的是，可以形成硬涂膜例如CrN涂膜來代替DLC涂膜，只要該硬涂膜比壓模構(gòu)件硬以有助于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(gòu)件15、115由通過對按照預(yù)定比例制備出的碳化鎢、碳化釩、碳化鈦、碳化鉭、碳化鉻和金屬鈷的混合物進行燒結(jié)獲得的合金(硬質(zhì)合金)制成?？蛇x的是，壓模構(gòu)件15、115可以由其它硬質(zhì)材料例如高速鋼制成。
已經(jīng)針對采用液態(tài)潤滑劑作為潤滑劑的情況對這些實施方案進行了說明?？蛇x的是，可以采用納米級粒子潤滑劑。在該情況中，可以采用二氧化硅(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(jīng)針對將本發(fā)明應(yīng)用于用來形成噴墨頭的噴嘴板的噴嘴的沖壓模的沖頭的情況對這些實施方案進行了說明?？蛇x的是，本發(fā)明可以應(yīng)用于其它各種沖壓模，例如用于半導(dǎo)體引線框的沖壓模和用于對鋸床或汽車的部件進行模制的沖壓模。
權(quán)利要求
1.一種沖頭，用于在潤滑油介于沖頭和工件之間的情況下模制該工件，該沖頭包括在沖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(cè)面(6b)，該側(cè)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(cè)面(6b)中的至少一個形成有凹坑(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的沖頭，其中直徑增大部分(5)還包括沒有形成任何凹坑的側(cè)面。
3.如權(quán)利要求1所述的沖頭，其中筆直部分(6)的側(cè)面(6b)形成有多個凹坑(10)。
4.如權(quán)利要求1所述的沖頭，其中筆直部分(6)的端面(6a)形成有多個凹坑(10)。
5.如權(quán)利要求3所述的沖頭，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％的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的沖頭，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(cè)面(6b)形成有多個凹坑(10)；并且筆直部分(6)的端面(6a)在凹坑(10)的分布密度方面高于筆直部分(6)的側(cè)面(6b)。
7.如權(quán)利要求1所述的沖頭，還包括基材(15)，其中在該基材(15)的表面上形成涂膜(16)；并且該涂膜(16)具有(i)比基材(15)的摩擦系數(shù)低的摩擦系數(shù)和(ii)比基材(15)的硬度大的硬度中的至少一個。
8.如權(quán)利要求7所述的沖頭，其中涂膜(16)包括表面層(18)，該表面層(18)包括DLC涂膜。
9.如權(quán)利要求8所述的沖頭，其中涂膜(16)在DLC涂膜(18)和基材(15)之間還包括中間層(17)，該中間層(17)包括鉻涂膜和鎢涂膜中的一種。
10.如權(quán)利要求9所述的沖頭，其中中間層(17)包括基本由鉻和鎢中的一種構(gòu)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制成的梯度組成層(17b)，該梯度組成層(17b)形成在金屬層(17a)上。
11.如權(quán)利要求8所述的沖頭，其中凹坑(10)具有不穿過DLC涂膜(18)的深度。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的沖頭，其中基材(15)包括包含碳化物的硬質(zhì)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；并且該硬質(zhì)合金的碳化物的平均粒徑等于或大于0.05μm，且小于0.3μm。
13.一種沖頭，用于在潤滑油介于沖頭和工件之間的情況下模制該工件，該沖頭包括在沖頭的端部處的直徑增大部分(103)，該直徑增大部分(103)包括沿著與沖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(quán)利要求13所述的沖頭，其中直徑增大部分(103)還包括沒有形成任何凹坑的側(cè)面。
15.如權(quán)利要求13所述的沖頭，其中直徑增大部分(103)的端面(103a)形成有多個凹坑(110)。
16.如權(quán)利要求13所述的沖頭，還包括基材(115)，其中在該基材(115)的表面上形成涂膜(116)；并且該涂膜(116)具有(i)比基材(115)的摩擦系數(shù)低的摩擦系數(shù)和(ii)比基材(115)的硬度大的硬度中的至少一個。
17.如權(quán)利要求16所述的沖頭，其中涂膜(116)包括表面層(118)，該表面層(118)包括DLC涂膜。
18.如權(quán)利要求17所述的沖頭，其中涂膜(116)在DLC涂膜(118)和基材(115)之間還包括中間層(117)，該中間層(117)包括鉻涂膜和鎢涂膜中的一種。
19.如權(quán)利要求18所述的沖頭，其中中間層(117)包括基本由鉻和鎢中的一種構(gòu)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制成的梯度組成層，該梯度組成層形成在金屬層上。
20.如權(quán)利要求17所述的沖頭，其中凹坑(110)具有不穿過DLC涂膜(118)的深度。
21.如權(quán)利要求13至20中任一項所述的沖頭，其中基材(115)包括包含碳化物的硬質(zhì)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；并且該硬質(zhì)合金的碳化物的平均粒徑等于或大于0.05μm，且小于0.3μm。
全文摘要
一種在潤滑油介于沖頭和工件之間的情況下模制該工件時使用的沖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(cè)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(cè)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(cè)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(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者伊藤敦, 中本光 申請人:兄弟工業(yè)株式會社