JP6286470B2 - 金型の表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は金型の表面処理方法に関し，より詳細には，離型性が良く長寿命の金型を提供することのできる，金型の表面処理方法に関する。

樹脂や金属の成型に使用する金型では，成型材料と接触して付形する成型面に形成された切削痕や研磨痕，ツールマーク等の加工痕やその他の凹凸が形成されていると，この凹凸が成型品の表面に転写されて製品の見栄えを悪くするだけでなく，金型成型面の凹凸と，この凹凸が転写されて形成された成型品の表面凹凸とが噛み合うことで，成型品を金型から引き抜き難くする。

そのため，通常，金型の成型面は，切削加工等によって所定の形状に加工された後，その表面が鏡面となるまで平滑に研磨する，磨き仕上げとするのが一般的である。

このような磨き仕上げは，従来，熟練工が手作業により行っていたため，多大な労力と時間が費やされており，その結果，金型の製作費を高める原因となっていると共に，金型の製作に長時間を要するものとなっていた。

このような熟練工の手磨きによる磨き仕上げに代えて，機械によって鏡面研磨を行う方法も提案されている。

このような鏡面研磨方法の一例として，弾性体から成る核に砥粒を付着させた弾性研磨材を被加工物の表面に対し傾斜させて噴射又は投射して，弾性研磨材に被加工物の表面を滑走させることで鏡面研磨を可能としたものや，放電加工や切削加工後の金型表面に電子ビームを照射して溶融させて平坦化することにより鏡面とする方法も提案されており，また，材料を一旦チャッキングして固定すれば切削から鏡面仕上げ加工までの一連の処理を自動で行うことができる５軸制御マシニングセンター等も販売されている。

しかし，前述した弾性研磨材を使用した鏡面研磨では，手作業による鏡面研磨に比較して加工時間を短縮できるものの，複雑な形状の金型の加工には対応できない場合がある。

また，電子ビームの照射によって鏡面加工を行う加工装置や，５軸制御マシニングセンターは高価であるため導入時に多大な初期投資が必要であると共に，電子ビームによる鏡面化では金型の表面を溶融させ，表面張力を利用して平坦に凝固させることで鏡面を得ているため，表面部分が結晶質となり面圧に対し弱くなることから，金型を短寿命とする。

なお，以上のいずれの方法によっても金型の表面を鏡面に研磨することは可能であるが，樹脂成型用の金型等において抜き勾配が小さくゼロに近付くと，金型の表面が鏡面に研磨されていても成型品が金型の表面に張り付いてしまい成型後の引き抜きが困難となる場合がある。

また，金型の表面は引き抜き等に際し成型品の表面と摩擦接触することで摩耗し，特に，耐熱性や高強度化の要求からガラス，セラミックス，金属粉末などがフィラーとして添加される樹脂成型材料の成型を行う場合，金型の摩耗寿命が著しく低下する。

そのため，良好な離型性と耐摩耗性を兼ね備えた金型を，比較的簡単に，かつ低コストで得ることのできる金型の表面処理方法に対する要望は大きい。

なお，金型の表面処理方法に関するものではないが，本願の出願人は，金属成品の耐摩耗性等を向上させ得る，一般には熱処理として知られる浸炭を常温で行う方法として，金属材料から成る金属成品の表面に，炭化物粉体を噴射し，前記炭化物粉体中の炭素元素を金属成品の表面に拡散させる常温浸炭処理方法を提案している（特許文献１）。

また，このような常温浸炭処理方法を，金型表面に対しダイヤモンド，ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ），又は窒化炭素などの炭素系硬質被膜を形成する際の母材前処理として行うことで，母材の表面付近の炭素量を増大させ，その上に形成される炭素系硬質被膜との馴染みを良好なものとすることで炭素系硬質被膜の付着強度の向上が得られることを開示する（特許文献２参照）。

特許第３２４２０６０号公報 特許第４３０７９１２号公報

先行技術文献として紹介した文献中，特許文献１に記載されている常温浸炭方法では，既知のブラスト加工装置を使用して金属成品の表面に炭化物粉体を噴射するという比較的簡単な処理により，炭化物粉体中の炭素元素を金属成品の表面に拡散，浸透させることができ，これにより，浸炭炉等を使用して熱処理と共に行う既知の浸炭に比較して極めて簡単な方法で金属成品の表面付近の炭素量を増大させて表面硬度を上昇させることで耐摩耗性を向上させることができるものとなっている。

しかし，この常温浸炭方法では，前述したように金属製品の表面に炭化物粉体を噴射，衝突させることにより浸炭を行うものであるために，金属粉体の表面には炭化物粉体との衝突によって形成された無数の凹凸の形成により表面が粗れるために，この方法を金型の表面処理に適用した場合，金型の耐摩耗性を向上させることができたとしても，離型性を向上させることができず，金型表面を鏡面に研磨した場合に比較して離型性は低下するものと予想される。

これに対し，前述した浸炭処理方法を，金型に対するダイヤモンドやＤＬＣなどの炭素系硬質被膜を形成する際の下地処理に適用する場合，この下地処理によって母材の表面付近の炭素量が増加することで，この母材上に形成される炭素系硬質被膜との馴染みが良好なものとなり，炭素系硬質被膜の付着強度を向上させることができ，また，炭素系硬質被膜の形成により金型の表面粗さが改善されることで耐摩耗性のみならず離型性の向上も得られるものと考えられる。

しかし，ダイヤモンドやＤＬＣなどの炭素系硬質被膜の形成は，スパッタリング法などによって行われるため，これらの成膜方法に使用する高価な真空成膜装置を準備する必要があり，しかも，真空度やガス圧等の条件を厳密に管理した上で成膜を行う必要があるために，処理に比較的長時間を要すると共にコストが嵩む。

しかも，ダイヤモンドやＤＬＣなどの炭素系硬質被膜が高い付着強度で形成されているとはいえ，炭素系硬質被膜が摩耗したり剥離したりすれば，離型性も低下する。

なお，離型性を向上させる方法としては，離型剤の使用も考えられ，このような離型剤を使用することで，金型表面の摩耗等を防止する効果についても一定の向上が得られることが予想されるが，環境破壊などにつながるおそれのある離型剤の使用は可及的に少なくすることが望ましい。

そこで本発明は，上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり，鏡面に研磨する場合よりも離型性が良く，しかも，極めて簡単な処理により，低コストかつ短時間で離型性の向上と金型の表面硬度の向上を同時に得ることができ，その結果，離型剤の使用量についても減らすことができる金型の表面処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために，本発明の金型の表面処理方法は，
金型の表面に対し，ＪＩＳ Ｒ６００１（１９８７）の粒度分布において♯２２０以下の粒径で，かつ多角形状を有する炭化物粉体を０．２MPa以上の噴射圧力で乾式噴射して，前記炭化物粉体中の炭素元素を前記金型の表面に拡散させる前処理工程と，
前記前処理後の前記金型表面に，該金型の母材硬度と同等以上の硬度を有し，かつ，ＪＩＳ Ｒ６００１（１９８７）の粒度分布において♯２２０以下の粒径である球状粉体を０．２MPa以上の噴射圧力で乾式噴射すると共に衝突させて，前記金型の表面に無数の円弧状の微小な窪みを形成する後処理工程から成り，
前記両処理工程により前記後処理工程のみに比して短時間で加工痕を除去し，かつ，前記後処理工程のみによる硬度を超える硬度上昇を生じさせる調整を行うことを特徴とする（請求項１）。

なお，本発明の方法で処理対象とする前記金型は，樹脂成型用金型，特にエラストマーやゴムなどの弾性を有する樹脂の成型に使用する金型に対する適用が効果的である（請求項２）。

以上で説明した本発明の構成により，本発明の方法で表面処理を行った金型では，以下の顕著な効果を得ることができた。

前処理工程において♯２２０以下の粒径を有する多角形状の炭化物粉体を０．２MPa以上の噴射圧力で乾式噴射したことで，放電加工や切削加工によって金型表面に生じた放電硬化層や軟化層の除去や，切削，研削及び磨き加工時に生じた方向性を持つ加工痕（切削痕，研磨痕，ツールマーク等）を除去する表面の調整作業を比較的容易に，かつ短時間で行うことができると共に，炭化物粉体中の炭素元素を金型の表面に拡散，浸透させることができ，これにより金型の表面硬度を向上させることができた。

その後，前処理が行われた後の金型表面に対し，金型の母材硬度と同等以上の硬度を有する♯２２０以下の粒径を有する球状粉体を０．２MPa以上の噴射圧力で乾式噴射することで，金型の表面に無数の円弧状の微小な窪みを形成することで，金型の表面粗さが改善されると共に，球状粉体の衝突時に衝突部の金型表面で生じた加熱と冷却に伴う瞬間熱処理によって金型の表面硬度の更なる向上が得られると共に離型性についても向上させることができた。

このように，本発明では，２種類の粉体を前後して噴射するという比較的簡単な構成により金型の表面硬度の向上による長寿命化と離型性の向上という効果を，低コストかつ短時間の処理で得ることができた。

また，このように，ブラスト加工によって行う表面処理により金型の離型性と寿命を向上させることができたことで，離型剤の使用量を減らし，場合によっては離型剤の使用自体を止めることができ，成型時におけるコストの低減が可能であると共に，環境負荷の小さな方法で成型を行うことが可能となった。

更に前述した表面処理により，金型の寿命拡大や離型性の向上により，不良率が低減して，成型品の製造コストを大幅に低減させることができ，また，従来手磨きにより鏡面仕上げとしていた金型の仕上げ処理を，特別な用途の金型以外は，ブラスト処理によって仕上げることが可能となり，手磨きを行う必要がなくなった分，金型製造のコストの大幅な低減が可能になると共に，短納期での納品が可能となった。

更に，樹脂成型用の金型，特にゴムやエラストマー等の弾性体の成型に使用する金型では，金型の寿命よりも汚れによる離型性の低下が成型不良を発生させる原因となっており，そのため，このような樹脂成型用金型では金型を押出機などから定期的に取り外してクリーニングを行う必要があるが，本発明の方法で表面処理を行った金型では，離型性が良く，汚れが付着し難くなることで，クリーニングの回数を大幅に減らすことができ，生産性を向上させることができるため製品の製造コストの低減が可能となった。

（Ａ）は前処理工程後の試験片の表面電子顕微鏡写真（５００倍），（Ｂ）は炭化物粉体を噴射した後の試験片表面の拡大図。 （Ａ）は後処理工程後の試験片の表面電子顕微鏡写真（５００倍），（Ｂ）は球状粉体を噴射した後の試験片表面の拡大図。 試験片の表面からの深さと硬度の関係を示したグラフ（表面硬度・表面粗さの確認試験結果のグラフ）。 噴射粉体の粒子状態を示す写真であり，（Ａ）は前処理工程で使用する炭化物粉体（ＳｉＣ♯４００：１００倍），（Ｂ）は後処理工程で使用する球状粉体（ＦＨＢ♯４００：１００倍）。

次に，本発明の実施形態につき添付図面を参照しながら以下説明する。

〔全体構成〕
本発明の金型の表面処理方法では，金型の表面に多角形状の炭化物粉体を乾式噴射する前処理工程と，この前処理後の金型表面に対し，金型の母材と同等以上の硬度を有する球状粉体を乾式噴射する後処理工程によって構成される。

〔金型〕
本発明の表面処理方法で処理対象とする金型は，所謂「金型」として使用されるものであれば，金属成型用，樹脂成型用など，成型材の材質については特に限定されず，各種用途の金型に対し適用可能である。

また，本発明で処理対象とする金型には，射出成型金型やブロー成型金型のように，金型内に形成された空間内に導入された成型材料を付形する密閉式の金型（モールド）の他，プレス金型，引き抜き型等のように，閉塞された空間を持たない開放型の金型（ダイ）のいずれも含む。

金型の母材としては，プリハードン鋼，焼入焼戻し鋼，抽出硬化鋼，耐食鋼，非磁性鋼などの金型の母材として既知の各種材質のものを対象とすることができ，また，鋼以外の金属，例えば非鉄金属製の金型に対し適用することも可能である。

なお，抜き勾配がゼロに近付く程，離型性が低下するという問題は，冷却による収縮が大きい樹脂材料の成型において顕著に生じると共に，このような付着は，密閉式の金型（モールド）のコア（凸型）側において顕著に生じることから，本発明の表面処理は，樹脂成型用の密閉式金型（モールド）のコア側の表面処理に対して適用することが効果的であるが，これに限定されず，金型の表面中，成型材料と接触する部分の表面に対する処理に適用可能である。

〔前処理工程〕
本工程は，金型の表面に多角形状の炭化物粉体を乾式噴射し，金型製造時の放電加工や切削加工によって金型表面に生じた放電硬化層や軟化層の除去や，切削，研削及び磨き加工時に生じた方向性を持つ加工痕（切削痕，研磨痕，ツールマーク等）を除去する等して表面を調整すると共に，炭化物粉体中の炭素元素を金型の表面に拡散，浸透させて，常温下での浸炭を行う。

使用する炭化物粉体としては，例えばＢ₄Ｃ，ＳｉＣ（ＳｉＣ（α）），ＴｉＣ，ＶＣ，グラファイト，ダイヤモンド等の炭化物の粉体を使用することができ，好ましくはＳｉＣ，より好ましくはＳｉＣ（α）を使用する。

使用する炭化物粉体は，前述した放電硬化層や軟化層の除去，方向性を持つ加工痕の除去を比較的短時間で行うことができる切削力を発揮するよう，一例として図４（Ａ）に示すような多角形状の粉体を使用する。

このような多角形状の炭化物粉体は，一例として焼成した炭化物系セラミックを破砕後，フルイ分けすることによって得ることができる。

使用する粉体の粒径としては，炭素元素の拡散浸透を得るに必要な噴射速度を得るために，ＪＩＳ Ｒ６００１（１９８７）で規定する粒度分布における♯２２０以下の粒径のもの，好ましくは♯２４０以下の粒径の所謂「微粉」を使用する。

このような炭化物粉体を被処理成品に噴射する方法としては，乾式で粉体を噴射可能であれば既知の各種のブラスト装置を使用することができ，噴射速度や噴射圧力の調整が比較的容易であることから，エア式のブラスト装置の使用が好ましい。

このエア式のブラスト加工装置としては，直圧式，吸込式の重力式，あるいは他のブラスト装置等種々のものがあるが，このうちのいずれのものを使用しても良く，噴射圧力０．２MPa以上で乾式噴射することができる性能を備えたものであれば，特にその型式等は限定されない。

以上のような炭化物粉体を，前述のブラスト装置により成型材料と接触する部分の金型表面に高速で乾式噴射すると，放電加工や切削加工による金型の製造時に生じた放電硬化層や軟化層，方向性を持った加工痕などが除去されて金型の表面が無方向に調整される。

また，炭化物粉体の金型表面への衝突により，炭化物粉体が衝突した部分の金型表面では局部的に温度上昇が起こると共に，炭化物粉体も加熱されて熱分解し，前記炭化物粉体の炭化物中の炭素元素が金型の表面に拡散浸透することで，この部分の炭素量が増加し，前処理工程を行った後の金型表面の硬度が大幅に上昇する。

このように，本発明の前処理では，ブラスト処理により炭化物粉体を被処理成品に衝突させたときの前記炭化物粉体の温度上昇による加熱分解とその分解により生成した前記炭化物粉体中の炭素元素の被処理成品への拡散浸透により，浸炭処理を行うものである。

この方法による前処理によれば，金型に対する炭素元素の拡散浸透は，その最表面付近において最も顕著で，増加する炭素量も多く，そして，被処理成品の内部に向かって前記拡散により増加する炭素量，従って，当該深さにおける炭素量が被処理成品表面から深くなるにつれて徐々に減少して一定の深さで炭素量が未処理の状態に迄減少する傾斜構造となる。

なお，前記炭化物粉体が被処理成品に衝突したときに炭化物粉体及び被処理成品が部分的に温度上昇するとはいえ，この温度上昇は局部的かつ，瞬間的なものであることから，浸炭炉内で金型全体を加熱して行う一般的な浸炭処理におけるような熱処理による被処理成品の歪みや相変態等が生じることもなく，また，微細な炭化物が生成されるため密着強度が高く，浸炭異状層も生じない。

このようなブラストによる炭素元素の拡散浸透の原理をより詳細に説明するために，一般に行われるガス浸炭処理を例に挙げてその比較において説明すると，一般のガス浸炭法では，浸炭性の雰囲気ガスとしては，メタン（ＣＨ₄），プロパン（Ｃ₃Ｈ₈），又はブタン（Ｃ₄Ｈ₁₀）の炭化水素ガスと，空気を一定割合で混合したものを原料として使用する。

この混合ガスを加熱すると，吸熱反応により一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ₂），窒素（Ｎ₂）が発生するが，浸炭は主としてこのＣＯガスが次式で表される熱解離をして生じた活性炭素が，鋼中のＦｅと反応することで行われる。
２ＣＯ＝Ｃ＋ＣＯ₂

すなわち，鋼の母材表面に，ＣＯガスが単に外力や加熱その他の物理的方法によって簡単に除去できるような物理的付着をしただけでは，鋼中のＦｅとＣＯガスが反応を起こすことはできないが，さらに熱その他のエネルギーをある一定以上与えるとＣＯガスはＦｅの表面に活性化吸着をする。この活性化吸着をしたＣＯガスは，二酸化炭素と炭素に熱解離をし，この反応により生じた活性炭素が，１０００℃程度にまで加熱されてＣを固溶できる面心立方のγ構造となった鋼中のＦｅ格子内に拡散して浸炭現象を起こすものと考えられる。

ここで，ガス浸炭処理においては，前述のように鋼中のＦｅを，Ｃを固溶できる面心立方のγ構造とするために，被処理成品である鋼材全体を一様に加熱していることから，炭素は被処理成品の内部にまで拡散浸透し易く，条件にもよるが浸炭層の厚さも１〜１．５mm程度と比較的厚く，前述した本願の母材前処理のように，内部にいくに従い徐々に炭素の増加量が減少する傾斜構造とはなり難いものとなっている。

上記の従来のガス浸炭処理における現象を考慮すると，本発明の前処理においては，以下に示すような炭素の拡散現象が行われると考えられる。

例えば，炭素鋼から成る金型の表面に炭化物粉体を噴射し，被処理成品の母材表面に衝突させると跳ね返るが，衝突後は速度が遅くなる。衝突前と衝突後の速度の比，すなわち反発係数は被処理成品の材質，硬度により異なるが，失われた運動エネルギーは，エネルギー不変の法則から，音以外にその大部分は熱エネルギーに変換される。熱エネルギーは衝突時に被処理成品の衝突部が変形することによる内部摩擦と考えられるが，被処理成品は常温噴射された炭化物粉体が衝突した変形部分のみで熱交換が行われるので，炭化物粉体が衝突した金型の表面部分は部分的に高温となる。また，この衝突部分は，粉体粒径に対応して極めて微少面積で行われ，急熱・急冷が瞬時に反復される。このとき炭化物粉体側も被処理成品の表面で加熱されるために熱分解し，炭化物粉体中の活性炭素が被処理成品に活性化吸着し，拡散するものと考えられる。

しかし，一般的な浸炭のように被処理成形品を一様に加熱することが行われていない本発明の母材前処理方法にあっては，炭化物粉体との衝突により被処理成品は部分的に加熱されるものの，この加熱は炭化物粉体が衝突した表面部分において局部的に生じるものであり，被処理成品の内部に向かうにつれて，この衝突により生じた熱の影響は急速に減少する。そのために，本発明の方法による前処理にあっては，金型の表面から内部に向かうに従って炭素が拡散し難くなっており，その結果，内部に向かうに従って炭素量が減少する，前述した傾斜構造を伴った浸炭が行われているものと考えられる。

また，本発明で用いる炭化物粉体は前述の通り炭化物から成り，この炭化物は一般に金属に比べ密度が低いために（例 ＳｉＣ：３．２g/cm³，Ｂ₄Ｃ：２．５g/cm³）金型に対して高速で噴射しても衝突時の変形は少ない。そのため，本発明にあっては，金型全体を高温に加熱する必要のある従来のガス浸炭処理方法などに比べ金型の変形を少なくした浸炭処理が可能である。

〔後処理工程〕
本工程は，前述した前処理工程における処理後の金型表面に，更に，球状粉体を乾式噴射して，金型表面に無数の円弧状の微小な窪みを形成して離型性の向上が得られる表面形状に加工すると共に，更なる表面硬度の向上を行う。

使用する球状粉体としては，処理対象とする金型の硬度と同等以上の硬度を有するものであれば特にその材質は限定されず，例えば各種金属製のものの他，セラミックス製のものを使用することもでき，前述した炭化物粉体と同様の材質のもの（炭化物）を使用することもできる。

球状粉体は，前述したように金型の表面に無数の円弧状の微小な凹部を形成することができるよう，球状のものを使用する〔図４（Ｂ）参照〕。

このような球状粉体は，金属系の材質のものについてはアトマイズ法により，セラミック系のものについては破砕後，溶融することにより得ることができる。使用する粉体の粒径としては，衝突により金型表面を塑性変形させて半円形状の凹部（ディンプル）を形成するために必要な噴射速度を得るために，ＪＩＳ Ｒ６００１（１９８７）に規定する粒度分布における♯２２０以下の粒径のもの，好ましくは♯２４０以下の粒径の「微粉」を使用する。

また，このような球状粉体を金型の表面に噴射する方法としては，前処理工程の説明中で炭化物粉体の噴射方法として説明したと同様，乾式噴射が可能なものであれば既知の各種のブラスト装置を使用することができ，噴射圧力０．２MPa以上で噴射することができる性能を備えたものであれば，特にその型式等は限定されない。

以上のような球状粉体を，前述のブラスト装置により金型表面のうち，前述した前処理工程の処理対象とした部分の表面に対し行う。

この，球状粉体の衝突により，球状粉体との衝突部分で金型表面が塑性変形を生じ，前処理工程で多角形状の炭化物粉体との衝突による切削によって金型表面に形成された鋭利な形状の山頂を有する凹凸が潰されて金型の表面全体に無数の円弧状の窪み（ディンプル）がランダムに形成されることで表面粗さが改善されると共に，離型性が向上する。

また，球状粉体との衝突時に生じた発熱によって，衝突部で局部的な加熱と冷却が瞬間的に生じる，瞬間熱処理が行われると共に，円弧状の窪みが形成された際の塑性変形により金型の表面が微結晶化して加工硬化を起こし，前処理工程後の状態に比較して金型の表面硬度が更に向上し，しかも，表面が塑性変形することで圧縮残留応力が付与されることにより，金型の疲労強度等についても向上される，所謂「ショットピーニング」によって得られる効果も同時に付与されているものと考えられる。

以下に，本発明の表面処理方法に関し行った試験結果を実施例として説明する。

〔表面硬度・表面粗さの確認試験〕
（１）試験の概要
未処理の試験片，前記試験片に対し多角形状の炭化物粉体の噴射（前処理に相当）のみを行った場合，球状粉体の噴射（後処理に相当）のみ行った場合，及び，多角形状の炭化物粉体の噴射（前処理に相当）と球状粉体の噴射（後処理に相当）の双方を行った場合のそれぞれにおける表面硬度，表面粗さの違いを測定する。

（２）試験片
試験片として，市販のアルメンストリップ試験片（Ｎ片）を使用した。このアルメンストリップの製造メーカーが公称するスペックを下記の表１に示す。

（３）処理方法
ノズル径φ９mmのノズルを装着した重力式ブラスト加工装置（株式会社不二製作所製「ＳＧＫ−４」）を使用して，下記の表２に記載の処理条件でブラスト加工を行った。

なお，後処理に使用した球状粉体は，セラミック系の硬質ビーズ（ポッターズ・バロディーニ株式会社「ＦＨＢ」シリーズ）♯４００（粒子径５３〜３８μm）である。
この球状粉体の組成及び物性を表３に示す。

（４）測定結果
上記各処理における試験片の表面硬度と表面粗さ〔算術平均粗さＲａ，十点平均粗さＲｚ：いずれもJIS B 0601(1994) 〕を触針法により測定した結果を，表４に示す。
また，試験片の表面からの深さと硬度の関係を，図３に示す。

（５）考察
(5-1) 前処理のみ
試験片に対し多角形状の炭化物粉体(ＳｉＣ)を噴射する前処理のみを行ったものでは，炭化物粉体（ＳｉＣ）中の炭素元素の拡散浸透（浸炭）によるものと思われる表面硬度の上昇が確認されているが，この表面硬度の上昇はＨＶで５０の上昇に止まっている。

なお，多角形状の炭化物粉体（ＳｉＣ）を噴射した後の試験片の表面を図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す。炭化物粉体を噴射した後の試験片の表面は，表面粗さが増大しており，しかも，上記各処理を行ったものの中で，最も表面が粗い状態となった（表４参照）。

(5-2) 後処理のみ
試験片に対し球状粉体を噴射する後処理のみを行ったものでは，未処理のものに比較して瞬間熱処理によるものと思われるＨＶで１００の表面硬度の上昇が得られた（表４参照）。

また，球状粉体を噴射した後の試験片の表面も，未処理のものに対し表面粗さが増大していたが，多角形状の炭化物粉体を噴射する前処理のみを行った後の試験片の表面に比較して，表面粗さは小さなものであった（表４参照）。

(5-3) 複合処理（前処理と後処理の組合せ）
多角形状の炭化物粉体を噴射して行った前処理と，この前処理後の表面に対し球状粉体を噴射して行った後処理を組合せて行った複合処理では，未処理の試験片に比較して表面硬度がＨＶで１９０上昇しており，前処理における浸炭と，後処理における瞬間熱処理の複合効果により，最も硬度が上昇したものと考えられる。

なお，球状粉体を噴射した後の試験片の表面を図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す。複合処理を行った後の試験片の表面粗さは，前処理のみを行ったもの〔図１（Ａ）及び図１（Ｂ）〕との比較において大幅に改善されていた。また，後処理のみを行ったものとの比較においても，若干の改善が見られた（表４参照）。

ここで，処理後の表面粗さという点にのみ着目すれば，多角形状の炭化物粉体を噴射して行う前処理工程を省略して，球状粉体を噴射して行う後処理のみを行った場合と，前処理と後処理の複合処理を行った場合とでは，比較的近い数値となっている。

しかし，前処理工程を省略し，球状粉体の噴射のみで試験片の表面に生じている加工痕を消そうとした場合，その処理には長時間を要し，前述した複合処理のように，前処理で多角形状の炭化物粉体を噴射することにより試験片の表面に生じている加工痕を除去するなどして無方向性としておき，その上で球状粉体の噴射を行う処理とした方が，全体としても処理時間を短縮することができた。

しかも，前処理で炭化物粉体を噴射することにより行う浸炭と，後処理で行う瞬間熱処理により，前処理と後処理をそれぞれ単独で行った場合の硬度上昇の合計値を越える硬度上昇，従って両者の相乗効果以上の硬度上昇が得られることが確認されている。

なお，図３に示すように，炭化物粉体の噴射後に生じる表面硬度の上昇は，試験片の表面部分において最大で，表面からの深さが増すに従い徐々に低下してやがて未処理の母材硬度となることから，試験片に対する浸炭は，炭素量が被処理成品表面から深くなるにつれて徐々に減少して一定の深さで炭素量が未処理の状態に迄減少する，前述した傾斜構造となっているものと推察される。

〔金型の寿命・離型性の確認試験〕
（１）試験の概要
用途の異なる４種類の金型に対し，ブラスト処理を行っていないもの（磨き品又は切削加工品），多角形状の炭化物粉体の噴射と球状粉体の噴射を共に行ったもの（実施例），及び，球状粉体の噴射のみを行ったもの（比較例）のそれぞれについて，金型の表面硬度，寿命，及び離型性を比較した。

寿命は，未処理品の金型，実施例及び比較例の処理を行った金型をそれぞれ使用して樹脂の成型を行い，成形不良，又は離型不良のいずれかが生じた時点のショット数を寿命として評価した。

また，離型性は，金型の表面に対する成型品及び成型材料の付着状態と，成型不良の発生有無を目視により確認して評価した。

（２）処理条件
実施例１〜４で処理対象とした金型と，各金型に対する炭化物粉体の噴射処理（前処理）及び球状粉体の噴射処理（後処理）の処理条件を下記の表５に示す。
各処理に使用したブラスト加工装置は，いずれも重力式ブラスト加工装置（株式会社不二製作所製「ＳＧＫ−４」）である。

なお，比較例１〜４は，実施例１〜４における「後処理」に対応する処理のみを行ったものである。但し，比較例１〜４は，各実施例の「後処理」よりも球状粉体の噴射時間を長く取り，加工痕が消失するまで噴射を行うものとした。この比較例の噴射時間は，下記の表５における「後処理」の「噴射時間」欄に，( )を付して表示した。

（３）試験結果
ブラスト加工を行っていない金型（磨き品又は切削加工品），実施例の金型（実施例１〜４），及び，比較例の金型（比較例１〜４）の表面硬度，寿命，及び離型性を測定した結果を，下記の表６に示す。

（４）考察
(4-1) 処理時間
比較例１〜４では，球状粉体の噴射のみで金型表面に残っている加工痕を消して無方向性とするためには，対応する実施例１〜４で行う前処理及び後処理の噴射時間のトータルの時間よりも長い時間，球状粉体の噴射を行うことが必要であり，本発明のように，前処理と後処理という二段階の処理によって行うことが，加工時間を短縮する上で有利であることが確認された。

(4-2) 表面硬度及び寿命
実施例１〜４の金型及び比較例１〜４の金型共に，磨き品又は切削加工品に対し表面硬度及び寿命のいずれも向上していることが確認されたが，比較例１〜４に比べ，実施例１〜４の金型の方が表面硬度及び寿命の増加が大きく，本発明のように，前処理と後処理という二段階の表面処理を行うことが，金型の表面硬度と寿命を増大させる上で有利であることが確認された。

なお，実施例１及び比較例１では，球状粉体として炭化物であるハイス鋼（炭素１．３％）を使用したことで，この球状粉体の噴射によって，金型の表面には球状の微小な窪みの形成や瞬間熱処理と同時に，浸炭も行われており，浸炭と瞬間熱処理との相乗効果によって表面硬度の上昇が得られているものと推察できる。

しかし，このような浸炭と瞬間熱処理との相乗効果によって硬度が上昇しているものと推察される比較例１の金型も，実施例１の金型との比較において表面硬度と寿命が劣るものとなっていることから，一回の処理で浸炭と瞬間熱処理の効果を同時に付与する場合に比較して，本発明のように，前処理工程と後処理工程を分け，このうち前処理工程で浸炭を行い，その後，瞬間熱処理や円弧状の窪みを形成する後処理を行う複合処理とすることは，前述したようにトータルでの処理時間を短縮できるだけでなく，表面硬度の向上と，これに伴う寿命を向上させる効果をより一層高めることができることが確認された。

(4-3) 表面粗さ及び離型性
実施例１〜４及び比較例１〜４のいずれも磨き品に対し表面粗さが増大したが，いずれも磨き品に対し離型性が向上していることが確認され，金型表面に対し球状粉体を噴射する処理が，鏡面研磨を行う場合よりも金型の離型性を向上させる上で有効であることが確認された。

なお，自己潤滑性を有する樹脂として知られるナイロンを成型対象とする金型を処理対象とした実施例２及び比較例２，成型収縮率が小さい材料として知られるポリプロピレンを成型対象とする金型を処理対象とした実施例３及び比較例３では，実施例及び比較例のいずれ共に良好な離型性が得られることが確認されているが，ウレタンエラストマー又はゴムのように金型表面に付着し易い成型材料を対象とする金型を処理対象とした実施例１，比較例１，実施例４，比較例４では，実施例１及び実施例４の金型の方が，比較例１及び比較例４の金型よりも良好な離型性を発揮することが確認されている。

このことから，本発明のように前処理と後処理の二段階の処理を複合的に行うことは，エラストマーやゴムなどの離型性の悪い成型材料用の成型金型においても離型性を向上させることができることが確認された，球状粉体の噴射のみ（後処理に対応する工程のみ）で表面処理を行う場合に比較して離型性の向上という点でも有利であることが確認された。

Claims (2)

1. 金型の表面に対し，ＪＩＳ Ｒ６００１（１９８７）の粒度分布において♯２２０以下の粒径で，かつ多角形状を有する炭化物粉体を０．２MPa以上の噴射圧力で乾式噴射して前記炭化物粉体中の炭素元素を前記金型の表面に拡散させる前処理工程と，
   前記前処理後の前記金型表面に，該金型の母材硬度と同等以上の硬度を有し，かつ，ＪＩＳ Ｒ６００１（１９８７）の粒度分布において♯２２０以下の粒径である球状粉体を０．２MPa以上の噴射圧力で乾式噴射すると共に衝突させて，前記金型の表面に無数の円弧状の微小な窪みを形成する後処理工程から成り，
   前記両処理工程により前記後処理工程のみに比して短時間で加工痕を除去し，かつ，前記後処理工程のみによる硬度を超える硬度上昇を生じさせる調整を行うことを特徴とする金型の表面処理方法。
2. 前記金型が，樹脂成型用金型である請求項１記載の金型の表面処理方法。