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技術 積層金型及び積層金型の製造方法

出願人 南条装備工業株式会社株式会社積層金型日新製鋼株式会社
発明者 長尾誠高尾典佳谷村敏和山崎久男山崎拓哉奥学西田幸寛山崎和信清水秀雄
出願日 2008年10月16日 (11年6ヶ月経過) 出願番号 2008-267829
公開日 2010年4月30日 (10年0ヶ月経過) 公開番号 2010-094903
状態 特許登録済
技術分野 チル鋳造・ダイキャスト 鋳型又は中子及びその造型方法 プラスチック等の成形用の型
主要キーワード 各金属体 熱媒体供給路 接触接合 ボロン粉末 形状加工後 プラスチック射出成形金型 拡散接合性 型駆動装置
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重要な関連分野

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図面 (6)

課題

特殊な装置又は特殊な治具を使用することなく製造可能であり、金型として必要な強度を有する積層金型及びその製造方法を提供する。

解決手段

金属体の一部又は全部にフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材を使用し、該金属体に熱媒体流路を加工した後、加工した金属体を含め積層する金属体の接合面を研磨し、これらを積層し、圧力2MPa以下、温度1250℃以下の条件で、積層された金属体に対し、加圧装置により積層された金属体の積層方向にのみ加圧すると共に、加圧方向と直交する方向への金属体の変形量を拘束しながら拡散接合しその後に形状加工し積層金型を得る。

概要

背景

金型を用いて樹脂成形品を製造する場合、生産性向上の点から成形時間の短縮が求められている。例えば金型のキャビティ空間溶融樹脂充填し、冷却後に型開きを行ない、樹脂成形品を製造する射出成形等においては、樹脂が充填されるキャビティ空間を形成する金型の成形面近傍冷却水路を設けることが冷却速度を高めるために効率的であるが、従来の一般的な金型においては、ガンドリルを使用して冷却水路が加工されていたので、直線状の水路とならざるを得ず、樹脂が充填されるキャビティ空間を形成する成形面に沿った水路配置が困難であった。そのため樹脂成形品を効果的に冷却することができず、結果として成形時間を短縮することが難しかった。

これに対して、本発明者らは複数枚の薄い金属板などを用い、これら金属板に予め冷却水路に該当する部分を加工し、これを積層、接合形状加工して金型とする積層金型を開発し、既に特許出願を行っている(例えば特許文献1参照)。この積層金型は、複雑なキャビティ空間を有する金型であっても、薄い金属板を加工した後に積層するので、一枚一枚の金属板の加工は容易であり、キャビティ空間に沿う形で冷却水路を設けることができる。これにより樹脂成形の成形時間を短縮することができる。
特開2006−82096号公報

概要

特殊な装置又は特殊な治具を使用することなく製造可能であり、金型として必要な強度を有する積層金型及びその製造方法を提供する。金属体の一部又は全部にフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材を使用し、該金属体に熱媒体流路を加工した後、加工した金属体を含め積層する金属体の接合面を研磨し、これらを積層し、圧力2MPa以下、温度1250℃以下の条件で、積層された金属体に対し、加圧装置により積層された金属体の積層方向にのみ加圧すると共に、加圧方向と直交する方向への金属体の変形量を拘束しながら拡散接合しその後に形状加工し積層金型を得る。

目的

本発明の目的は、特殊な装置又は特殊な治具を使用することなく製造可能であり、金型として必要な強度を有する積層金型及びその製造方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

複数の金属体が積層、接合、加工され形成された積層金型であって、金属体の一部又は全部がフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材であり、接合方法拡散接合であることを特徴とする積層金型。

請求項2

複数の金属体を積層、接合、加工し形成する積層金型の製造方法であって、金属体に熱媒体流路を加工する熱媒体流路加工工程、熱媒体流路を加工した金属体を含め積層する金属体の接触面を研磨する研磨工程、研磨した金属体を積層する積層工程、積層された金属体を拡散接合により接合する接合工程及び接合された金属体を形状加工する形状加工工程を備え、金属体の一部又は全部がフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材であり、前記接合工程において圧力2MPa以下、温度1250℃以下の条件で拡散接合をすることを特徴とする積層金型の製造方法。

請求項3

前記拡散接合は、積層された金属体に対し、加圧装置により積層された金属体の積層方向加圧すると共に、加圧方向と直交する方向への金属体の変形量を拘束しながら拡散接合することを特徴とする請求項2に記載の積層金型の製造方法。

請求項4

さらに拡散接合後に該金属体を熱処理し、該金属体のビッカース硬さを150以上としたことを特徴とする請求項1に記載の積層金型。

請求項5

前記フェライトマルテンサイト複相鋼が、質量%でC:0.5%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.2%以下、S:0.08%以下、Ni:3.0%以下、Cr:9〜25%、N:1.0%以下を含有し、かつ上記範囲において、A=420C−11.5Si+7Mn+23Ni−11.5Cr+470N+189・・・(1)で表される式(1)のA値が、40〜90を満足するように前記元素を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の積層金型。

請求項6

前記フェライトマルテンサイト複相鋼が、質量%でC:0.5%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.2%以下、S:0.08%以下、Ni:3.0%以下、Cr:9〜25%、N:1.0%以下を含有し、かつ上記範囲において、A=420C−11.5Si+7Mn+23Ni−11.5Cr+470N+189・・・(1)で表される式(1)のA値が、40〜90を満足するように前記元素を含有し、さらにTi、Nbの1種以上を合計で1.0質量%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の積層金型。

技術分野

0001

本発明は、複数の金属体が積層、接合、加工され形成された積層金型及びその製造方法に関し、特に金属体の接合に拡散接合を用いる積層金型及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

金型を用いて樹脂成形品を製造する場合、生産性向上の点から成形時間の短縮が求められている。例えば金型のキャビティ空間溶融樹脂充填し、冷却後に型開きを行ない、樹脂成形品を製造する射出成形等においては、樹脂が充填されるキャビティ空間を形成する金型の成形面近傍冷却水路を設けることが冷却速度を高めるために効率的であるが、従来の一般的な金型においては、ガンドリルを使用して冷却水路が加工されていたので、直線状の水路とならざるを得ず、樹脂が充填されるキャビティ空間を形成する成形面に沿った水路配置が困難であった。そのため樹脂成形品を効果的に冷却することができず、結果として成形時間を短縮することが難しかった。

0003

これに対して、本発明者らは複数枚の薄い金属板などを用い、これら金属板に予め冷却水路に該当する部分を加工し、これを積層、接合、形状加工して金型とする積層金型を開発し、既に特許出願を行っている(例えば特許文献1参照)。この積層金型は、複雑なキャビティ空間を有する金型であっても、薄い金属板を加工した後に積層するので、一枚一枚の金属板の加工は容易であり、キャビティ空間に沿う形で冷却水路を設けることができる。これにより樹脂成形の成形時間を短縮することができる。
特開2006−82096号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで近年、金型を用いて製造する樹脂成形品の大型化が進み、これに伴いこれに使用する金型も大型化している。金型は大型化するに伴い、除熱がより困難となるため積層金型はこの点でも有利である。積層金型の製造過程において、金属板、金属ブロックなどの金属体の接合強度を高める必要がある場合には、拡散接合が用いられる。拡散接合は、金属体の接合に優れた方法であるが、積層した金属体を加圧する必要がある。大型の積層金型を製造する場合には大きな荷重が必要となるため、加圧装置も大型の加圧装置を用いる必要があり、場合によっては、特殊な加圧装置を準備する必要も生じる。金型の製造コストを含めトータル経済性を考えれば、特殊な装置を使用することなく汎用的な装置で、また簡便な方法で大型の積層金型を製造可能なことが望ましいことは言うに及ばない。

0005

大型の積層金型を製造するに際し、小型の積層金型を製造した後にこれらを繋ぎ合わせれば、大型の加圧装置を使用することなく汎用的な装置で大型の積層金型を製造することも可能であるが、高精度の成形面及び高い剛性を有する積層金型を得ることは容易ではない。また金属体を拡散接合する際にインサート材を使用することで、加圧圧力を低下させることも可能であるが、金型の用途によっては、インサート材を好まないものもある。

0006

これらのことから特殊な装置、治具を使用することなく、汎用的な装置を使用して製造可能な積層金型及び積層金型の製造方法の開発が求められている。もちろんこの積層金型は射出成形用金型に限ったものではなく、他の用途に使用される積層金型についても同じであり、大型の積層金型のみならず比較的小さい積層金型の製造にも当てはまることである。

0007

本発明の目的は、特殊な装置又は特殊な治具を使用することなく製造可能であり、金型として必要な強度を有する積層金型及びその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

請求項1に記載の本発明は、複数の金属体が積層、接合、加工され形成された積層金型であって、金属体の一部又は全部がフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材であり、接合方法が拡散接合であることを特徴とする積層金型である。

0009

請求項2に記載の本発明は、複数の金属体を積層、接合、加工し形成する積層金型の製造方法であって、金属体に熱媒体流路を加工する熱媒体流路加工工程、熱媒体流路を加工した金属体を含め積層する金属体の接触面を研磨する研磨工程、研磨した金属体を積層する積層工程、積層された金属体を拡散接合により接合する接合工程及び接合された金属体を形状加工する形状加工工程を備え、金属体の一部又は全部がフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材であり、前記接合工程において圧力2MPa以下、温度1250℃以下の条件で拡散接合をすることを特徴とする積層金型の製造方法である。

0010

請求項3に記載の本発明は、請求項2に記載の積層金型の製造方法において、前記拡散接合は、積層された金属体に対し、加圧装置により積層された金属体の積層方向に加圧すると共に、加圧方向と直交する方向への金属体の変形量を拘束しながら拡散接合することを特徴とする。

0011

請求項4に記載の本発明は、請求項1に記載の積層金型において、さらに拡散接合後に該金属体を熱処理し、該金属体のビッカース硬さを150以上としたことを特徴とする。

0012

請求項5に記載の本発明は、請求項1に記載の積層金型において、前記フェライトマルテンサイト複相鋼が、質量%でC:0.5%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.2%以下、S:0.08%以下、Ni:3.0%以下、Cr:9〜25%、N:1.0%以下を含有し、かつ上記範囲において、
A=420C−11.5Si+7Mn+23Ni−11.5Cr+470N+189
・・・(1)
で表される式(1)のA値が、40〜90を満足するように前記元素を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする。

0013

請求項6に記載の本発明は、請求項1に記載の積層金型において、前記フェライトマルテンサイト複相鋼が、質量%でC:0.5%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.2%以下、S:0.08%以下、Ni:3.0%以下、Cr:9〜25%、N:1.0%以下を含有し、かつ上記範囲において、
A=420C−11.5Si+7Mn+23Ni−11.5Cr+470N+189
・・・(1)
で表される式(1)のA値が、40〜90を満足するように前記元素を含有し、さらにTi、Nbの1種以上を合計で1.0質量%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする。

発明の効果

0014

請求項1に記載の本発明によれば、本発明に係る積層金型は、材料の一部又は全部がフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材であるので、当該材料を拡散接合する際、金型の製造に一般的に使用される炭素工具鋼合金工具鋼などに比較して低い加圧圧力で接合させることが可能である。このため大型の積層金型であっても特殊な加圧装置又は特殊な治具を用いることなく、汎用的な加圧装置を使用して拡散接合を行なうことができる。また材料の一部又は全部がフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材であるので、熱処理を行なうことで強度の高い金型とすることもできる。

0015

請求項2に記載の本発明によれば、本発明に係る積層金型の製造方法は、圧力2MPa以下、温度1250℃以下の条件で拡散接合を行なうので、このため大型の積層金型であっても特殊な加圧装置を用いることなく、汎用的な加圧装置を使用して拡散接合を行なうことができる。また材料の一部又は全部がフェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材であるので、熱処理を行なうことで強度の高い金型とすることもできる。

0016

請求項3に記載の本発明によれば、拡散接合は、積層された金属体に対し、加圧装置により積層された金属体の積層方向に加圧すると共に、加圧方向と直交する方向への金属体の変形量を拘束しながら拡散接合するので、加圧装置で加える荷重を積層された金属体に効率的に加えることができ、結果として大型の積層金型であっても特殊な加圧装置を用いることなく、汎用的な加圧装置を使用して拡散接合を行なうことができる。

0017

請求項4に記載の本発明によれば、拡散接合後に該金属体を熱処理し、該金属体のビッカース硬さを150以上とするので、強度及び/又は耐摩耗性に優れる金型を製造することができる。

0018

請求項5に記載の本発明によれば、積層金型の材料の一部又は全部であるフェライトマルテンサイト複相鋼を特定の成分に限定する。これにより金型としてより適した硬度に調整することができる。

0019

請求項6に記載の本発明によれば、積層金型の材料の一部又は全部であるフェライトマルテンサイト複相鋼を特定の成分に限定する。これによりさらに硬度を向上させることが可能となると共に加工性がさらに向上するので、積層金型の製造が容易となる。

発明を実施するための最良の形態

0020

図1は、本発明の実施の一形態としての積層金型を含む射出圧縮成形用金型1の概略的構成を示す断面図である。射出圧縮成形用金型1は、固定型3と可動型5とを備える。固定型3は、固定側取付板7と固定側取付板7に固定された固定側型板9を有し、固定側型板9のうち可動型5と対向する面には固定側成形面11が形成され、固定側成形面11近傍には固定側成形面11に沿うように熱媒体流通可能な熱媒体流路13が設けられている。また固定側型板9には、溶融樹脂を供給する樹脂供給路15及び樹脂供給路15に接続し、固定型3と可動型5とを型締めしたとき形成されるキャビティ空間に溶融樹脂を供給するゲート17が設けられている。また固定型3は、型締めの際のガイドとなるガイドポスト19を備える。

0021

可動型5は、可動側取付板21と可動側取付板21に固定された可動側型板23を有し、可動側型板23うち固定型3と対向する面には可動側成形面25が形成されている。また可動型5は、固定型3のガイドポスト19が嵌込む受け穴27を有する。

0022

上記のように構成される射出圧縮成形用金型1は、公知の射出圧縮成形用金型と同様に、可動型5の上部に設置された型駆動装置33により可動型5が上下動し、固定型パーティング面29と可動型パーティング面31とを少し開いた状態で固定側成形面11と可動側成形面25とで構成されるキャビティ空間に溶融樹脂を充填し、その後型締め熱媒体供給路に例えば冷却水を流し金型を冷却する冷却、型開きの各工程を経て成形品が製造される。

0023

本実施形態に示す射出圧縮成形用金型1において、固定側成形面11が形成された固定側型板9は、複数枚の金属体が積層接合され形成された積層金型である。このため固定側成形面11が複雑であるにも係らず、固定側成形面11近傍に、固定側成形面11に沿うように熱媒体流路13を設けることができる。ここで使用可能な金属体の一部又は全部は、フェライトマルテンサイト複相鋼である。フェライトマルテンサイト複相鋼からなる鋼材を使用することで、当該材料を拡散接合する際、金型の製造に一般的に使用される炭素工具鋼、合金工具鋼などに比較して加圧圧力を低下させることが可能である。このため大型の金型であっても特殊な加圧装置又は治具を用いることなく、汎用的な加圧装置を使用して拡散接合を行なうことができる。また、材料を上記のように選定することで焼入れ焼戻しが可能となり、これら熱処理によりビッカース硬さを150以上の金型とすることもできる。なお、積層金型においてフェライトマルテンサイト複相鋼を部分的に使用しないことも可能である。例えば、金型内において,硬さをさほど必要としない部分には、拡散接合性を損なわないフェライト単相ステンレス鋼を用いることが可能である。また、拡散接合において過大な加圧圧力を必要としない部分においては、炭素工具鋼や合金工具鋼と同程度の拡散接合性を有するマルテンサイト単相オーステナイト単相のステンレス鋼を用いることが可能である。

0024

さらにフェライトマルテンサイト複相鋼が、質量%でC:0.5%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.2%以下、S:0.08%以下、Ni:3.0%以下、Cr:9〜25%、N:1.0%以下を含有し、かつ上記範囲において、
A=420C−11.5Si+7Mn+23Ni−11.5Cr+470N+189
・・・(1)
で表される式(1)のA値が、40〜90を満足するように前記元素を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることがより好ましい。

0025

Cは、フェライトマルテンサイト複相鋼に不可避的に含まれる元素であるが、固溶強化により鋼の強度、硬さを向上させるという特徴も有する。また高温δフェライト相を抑制させる上で有効な元素である。しかし過剰の添加は鋼の加工性、靭性及び製造性を低下させるので、C含有量の上限を0.5質量%とした。

0026

またSiは、フェライトマルテンサイト複相鋼に不可避的に含まれる元素であるが、Siは、フェライト形成元素であり、固溶強化により鋼の強度、硬さを向上させるという特徴も有する。特にマルテンサイト相に固溶してこれを硬化させ、冷間加工後の強度を大きくする。さらに時効処理においては歪み時効により時効硬化能を促進する。このようにSiは種々の効果があるが、過度の添加は高温割れを誘発しやすいなど、製造上の問題も生じる。このためSiの上限は2.0質量%とした。

0027

またMnは、オーステナイト生成成分であり、高温域でのδフェライト相の生成を抑制する。しかし多量のMn含有は焼鈍後の残留オーステナイト量を多くし、強度低下の原因となると共に、鋼の製造性も低下させる。従ってMn含有量は2.0質量%以下とした。

0028

またPは、固溶強化能が大きい元素であるが、靭性に悪影響を与えることがあるため、通常許容されている程度の0.2質量%以下とした。

0029

またSは、熱間圧延での耳切れ発生の面から好ましくない元素であり、低いほど好ましい。S量の上限としては通常許容されている程度の0.08質量%以下とした。

0030

またNiは、高温領域でのδフェライトの生成を抑制する作用を呈する。また、析出硬化能を向上させる上でも有効な成分である。多量のNi含有は、焼鈍後の残留オーステナイト量を多くし、強度低下の原因となるので、3.0質量%以下とした。

0031

またCrは、ステンレス鋼の必須の成分であり、特にフェライト相を安定させる元素である。9質量%以上の添加により、金型製造時の各種熱処理の段階でも酸化スケール生成及びそれに起因する損傷がないレベルまで耐酸化性が向上する。25質量%以上の添加は靭性低下及び475℃脆化感受性の著しい上昇を招くので、9〜25%とした。

0032

またNは、フェライトマルテンサイト複相鋼に不可避的に含まれる元素であるが、固溶強化により鋼の強度、硬さを向上させるという特徴も有する。また、高温で生成するδフェライト相を抑制させる上で有効な元素である。しかし過剰の添加は鋼の加工性、靭性及製造性を低下させるので、1.0質量%以下とした。

0033

また式(1)のA値を40〜90に制御することで、拡散接合時組織が20〜80%のフェライトを含む組織となり、かつ、鋼が熱処理後にフェライト・マルテンサイト複合組織となるため、ビッカース硬さで150以上を安定して達成することができる。この値が40以下では完全フェライトもしくはそれに近い組織となり、ビッカース硬さで150以上の硬さを安定して維持することが困難となる。またA値が90を超えると、製造性、特に熱間加工性が低下する。

0034

さらにフェライトマルテンサイト複相鋼が、質量%でC:0.5%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.2%以下、S:0.08%以下、Ni:3.0%以下、Cr:9〜25%、N:1.0%以下を含有し、かつ上記範囲において、
A=420C−11.5Si+7Mn+23Ni−11.5Cr+470N+189
・・・(1)
で表される式(1)のA値が、40〜90を満足するように前記元素を含有し、さらにTi、Nbの1種以上を合計で1.0質量%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなればさらにより好ましい。

0035

フェライトマルテンサイト複相鋼において、Ti、Nbは、鋼中に炭窒化物として微細分散析出することにより、鋼の成形性を向上させるため、複雑な形状の金型が容易に製造できるようになる。加えて時効熱処理を施すことにより析出硬化するため、硬さの向上にも寄与する。一方で、1質量%以上の添加は製造性を顕著に低下させるため、Ti、Nbを1種以上を合計で1.0質量%以下の含有量とした。

0036

可動側型板23は、一般的な金型と同様に、金属ブロックを切削加工して形成されるため、樹脂成形用金型材として一般的に使用されるSK材、SKS材、SKD材、工具鋼、ステンレス鋼などを使用することができる。もちろん可動側型板23を固定側型板9と同様に、積層金型としてもよいことはもちろんであり、この場合には固定側型板9と同様の材料を使用する。

0037

次に本発明に係る積層金型の製造方法の一実施形態として、図1に示した積層金型からなる固定側型板9の製造要領を示す。図2は固定側型板9の製造手順を説明するフローチャートである。図3は固定側型板9に設けられた熱媒体流路13の加工要領を説明するための部分断面図である。図4は複数の金属体を積層した積層体を拡散接合するときの拡散接合要領を説明するための模式図である。図5は積層体を接合した後の状態を示す断面図である。

0038

固定側型板9は、大略的には複数枚の比較的薄い金属板に、熱媒体流路13を形成する溝、スリット、又は孔などを加工した後、これら金属板を含め固定側型板9を構成する金属体を積層し、これを拡散接合した後に成形面の加工を行ない形成される積層金型であるので、熱媒体流路13の形状が複雑であっても、薄い金属板を使用すれば、一枚一枚の金属板の加工は比較的単純となるため、容易に複雑な熱媒体流路13を有する固定側型板9を得ることができる。

0039

まずステップS1では、固定側型板9の外形形状、固定側成形面11の形状、熱媒体流路13、樹脂供給路15及びゲート17の形状及び配置等の3次元CADデータを基にスライスデータの作成を行う。スライスデータの作成は予めスライスデータを作成するためのプログラムインストールしたコンピュータを用いて行う。コンピュータはインストールされたプログラムに従い、入力された3次元CADデータから金属体41の厚さ、各金属体41毎のスライスデータを作成する。スライスデータは、固体側型板9の外形形状、熱媒体流路13、樹脂供給路15、ゲート17及び金属体41を積層するときの位置決め用基準穴(図示を省略)などである。なお、後述のステップS5の拡散接合において、金属体41の厚さが減少することが予想されるときは、この点を予め考慮し、各金属体41毎のスライスデータを作成することが好ましい。

0040

各金属体41は厚さにより金属板43、金属ブロック45に大別され、いかなる厚さの金属板43又は金属ブロック45を使用するかは、入手容易性、価格のほか、熱媒体流路13、樹脂供給路15、ゲート17の形状、配置、特に複雑な形状を有する熱媒体流路13の形状、配置を考慮し決定することが望ましい。熱媒体流路13が複雑な形状を有する場合には、その部分の金属体として厚さの薄い金属板43a〜43iを使用することで、一枚一枚の金属板43の加工すべき形状が単純化され、加工が容易となる。一方で熱媒体流路13、樹脂供給路15、ゲート17を有さない部分、又はこれらを有するもののその形状が単純で、加工も容易な場合は金属体として厚い金属板43j又は金属ブロック45(45a〜45c)を使用することができる。各金属体41にいかなる合金成分の鋼を使用するかは、積層金型を製造する際の拡散接合性と、金型に要求される強度および耐食性のレベルを考慮し決定することが好ましい。上述したように、拡散接合性と金型強度を両立させるためには、本願で規定したフェライトマルテンサイト複相鋼を使用し、その他の強度を必要としない部分にはフェライト単相鋼を、拡散接合時の加圧圧力をさほど必要としない部分にはマルテンサイト単相のステンレス鋼を使用すればよい。フェライトマルテンサイト複相鋼としては、例えば12mass%のCrを含有するSUS410系や、16mass%のCrを含有するSUS430系のステンレス鋼を使用すると、十分な拡散接合性を有し、しかも高いレベルで強度と耐食性を有する積層金型が得られる。

0041

ステップS2では、ステップS1のスライスデータに基づき各金属体41の加工を行う。金属体41の加工は、熱媒体流路13を形成する溝、スリット、又貫通孔の加工が主であり、このほか金属材料から所定の形状の金属体41の切断、金属体41を積層するときの位置決め用の基準穴(図示省略)の穿設、さらに必要に応じて樹脂供給路15、ゲート17を形成する溝、スリット、又貫通孔の加工を行なう。このとき熱媒体供給路13の位置、形状が複雑であっても、厚さの薄い金属板43を使用すれば一枚一枚に加工すべき形状は比較的単純となり、公知のCADCAMNC装置又はCNC装置を使用することで容易にかつ精度よく加工することができる。ここでは公知の加工装置を使用いることが可能であり、例えば金属板43の切断、スリット又は又貫通孔の加工にはレーザ加工装置を、金属板43を貫通しない溝の加工にはミルを用いた切削加工装置などを使用することができる。これら装置は単独で又は組合せて使用可能なことは言うまでもない。図3では、薄い金属板43a〜43iにスリットを設け、それを積層し熱媒体流路13とする例を示している。このため熱媒体流路13の断面に段差が表れている。使用する金属板43a〜43iの厚さを薄くすれば段差は小さくなり、また段差が生じないように傾斜したスリットを設けることも可能なことは言うまでもない。

0042

ステップS3では、熱媒体流路13を形成する溝、スリット、又貫通孔を加工した金属板43を含め積層する各金属体41の接合面、具体的には各金属体の表面と裏面の両方を研磨する。この研磨は、後工程である各金属体を拡散接合するときの接合強度の向上等を目的に行なうものであり、公知の研磨装置研磨方法により行うことができる。研磨の程度としては、中心線平均粗さRaが1.0μm以下となることが金属体41同士の密着度、接合強度の向上の点から好ましい。

0043

次にステップS4で金属体41を所定の順番に積層する。金属体41には、位置決め用の基準穴(図示省略)が穿設されているので、基準ピン(図示省略)を使用することで正確な位置決めを行うことができる。

0044

積層が終了した金属体41は、ステップS5で接合を行う。接合は拡散接合で行なう。拡散接合要領は次の通りである。積層した金属体41の外壁面全体を囲むように、金属体41の外壁面49と所定の隙間δを有した状態で金属板47(47a〜47f)を配置する。これらを加熱炉内(図示を省略)に設置し、加熱炉内を真空、例えば加熱炉内の圧力を1×10−3torr(0.13Pa)〜1×10−5torr(0.0013Pa)とし、加熱しながらプレス装置(図示省略)を用いて積層した金属体41にのみ鉛直方向(積層方向)に荷重を加え、積層した金属体41を加圧する。このとき、積層した金属体41へ加える加圧圧力は2MPa以下、加熱温度は1250℃以下とする。積層した金属体41を鉛直方向に加圧すると、積層された金属体41は、水平方向に膨張しようとするけれども、外周を取り囲むように金属板47が配置されているので、水平方向への膨張が拘束される。この結果、プレス装置(図示省略)で加える荷重が逃げることなく積層した金属体41に加わり、積層した金属体41へ加える加圧圧力が2MPa以下、加熱温度が1250℃以下であっても、接合力の強い接合体53を得ることができる。また拡散接合時の加圧圧力、加熱温度を上記のように設定することで、汎用の拡散接合炉、加圧装置を使用することができる。なお加熱炉内を真空とする代わりに加熱炉内を窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気としてもよい。

0045

またこのように積層した金属体41の外周全体を拘束した状態で拡散接合を行なうことで、加圧圧力も低く抑えることが可能で、かつ金属体41の水平方向の変形量が拘束されているので拡散接合時の金属体41の変形を抑制することができる。この結果、拡散接合後の接合体53中の熱媒体流路13等の位置が接合前の状態と殆ど変わらず、これらを形状加工した後の金型において熱媒体流路13等を所定の位置に高精度に配置することができる。

0046

積層した金属体41の外壁面49全体を囲むように配置する金属板47は、ステンレス鋼である必要はなく、比較的安価な炭素鋼などを使用することが経済的であり、板厚も所定の厚さのものに限定されるものではない。また積層した金属体41の外壁面49全体を囲むように配置する部材を板材とすることで、加工、移動も容易となり好ましい。積層した金属体41の外壁面49全体を囲むように配置する金属板47と積層した金属体41との隙間δは、積層した金属体41に加える荷重、それに伴う変形量及び積層した金属体41、配置する金属板47の熱膨張を考慮し適宜決定すればよく、隙間δを例示すれば1〜2mm程度である。積層した金属体41の外壁面49全体を囲むように配置する金属板47と積層した金属体41とが接触接合するおそれがあるような場合には、金属板47の内壁面51にボロン粉末のような離型剤を塗布すればよい。

0047

次工程では接合体53を熱処理する(ステップS6)。ここで行う熱処理は接合体53の硬度を上げ、固定側型板9の強度、耐摩耗性を向上させる目的で行なう処理であり、樹脂成形用の金型で一般的に行なわれる公知の焼入れ、焼戻しである。これら熱処理法は、例えば、福島有一,よくわかるプラスチック射出成形金型設計,日刊工業新聞社,2005年,p40などに記載されている。この熱処理では、最終的に固定側型板9のビッカース硬度を150以上とすることが好ましい。これにより強度に優れた固定側型板9を得ることができる。なお熱処理工程は、金型の使用用途によっては必ずしも行なう必要はなく、次工程(ステップS7)の形状加工後に熱処理を行い、その後必要に応じて再度の形状加工を行なうようにしてもよい。

0048

熱処理を行なった接合体53は、次工程で形状加工を行い金型として仕上げある(ステップS7)。形状加工は、一般的な樹脂成形用金型と同様に、公知のCAD/CAM、NC装置又はCNC装置を使用することで容易にかつ精度よく加工することができる。ここでは公知の切削加工、研削加工装置を使用ことが可能である。なお熱処理操作を形状加工後に行う場合には、拡散接合された接合体53を形状加工するとき、その後の熱処理操作に伴う変形分を考慮し、仕上げ代を残した状態で行い、熱処理操作後に最終的な形状加工を行なうことが効率的である。

0049

本発明に係る積層金型は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもなく、要旨を逸脱しない範囲で変形することが可能である。例えば、上記実施形態では、積層金型からなる固定側型板9の製造方法において、金属体41を拡散接合するとき、外周拘束部材として金属板47を用いる例を示したけれども、金属板47に代え金属ブロックを使用してもよい。

図面の簡単な説明

0050

本発明の実施の一形態としての積層金型を含む射出圧縮成形用金型1の概略的構成を示す断面図である。
図1の積層金型からなる固定側型板9の製造手順を説明するフローチャートである。
図1の積層金型からなる固定側型板9に設けられた熱媒体流路13の加工要領を説明するための部分断面図である。
図1の積層金型からなる固定側型板9の製造方法のうち複数の金属体を積層した積層体を拡散接合するときの拡散接合要領を説明するための模式図である。
図1の積層金型からなる固定側型板9の製造方法のうち複数の金属体を接合した後の状態を示す断面図である。

符号の説明

0051

1射出圧縮成形用金型
3固定型
5可動型
7固定側取付板
9固定側型板
11 固定側成形面
13熱媒体流路
15樹脂供給路
17ゲート
19ガイドポスト
21可動側取付板
23可動側型板
25可動側成形面
27受け穴
29 固定型パーティング面
31 可動型パーティング面
33型駆動装置
41金属体
43金属板
45金属ブロック
47 金属板
49 金属体の外壁面
51 金属板の内壁面
53 接合体

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