JPH026108A - 金型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は金型及びその製造方法に係り、特に金型の表面
硬度を高めるよう構成した金型及びそのｗＡ造方法に関
する。

従来の技術 例えばビデオディスクあるいはコンパクトディスク等の
樹脂成形品は、第７図に示す如く、射出成形用の金型内
に溶融樹脂が注入されることにより所定形状に成形され
る。金型は、第７図中、固定金型１（内面に複数の冷却
溝１ａを有する）と、固定金型１の内側端面に固定され
た鏡面ブロック２と、可動金型３（内面に複数の冷却溝
３８を有する）と、可動金型３の内側端面に固定された
プレート４と、鏡面ブロック２とプレート４との間に介
在するスタンパ−５と、スタンパ−５の外周に設けられ
鏡面ブロック２に固定されたストッパー６とよりなる。

スタンパ−５の表面には成形するディスクの記録面に対
応する凹凸形状のパターンが形成されており、スタンパ
−５は可動金型３、プレート４の中央孔３ｂ、４ｂを貫
通するビン７により支持されている。又、ストッパ６の
段部６ａはスタンパ−５の熱変形を考慮して、スタンパ
−５の周縁部より難問している。従って、ディスク成形
時においては、固定金型１の中央の挿入口１ｂに嵌入す
るスクリュー８より溶融樹脂が上記金型内、即ち鏡面ブ
ロック２、スタンパ−５、ストッパ６により画成された
キャビティ（空間）内に注入されてディスク１０が成形
される。

その際、スタンパ−５は熱により伸縮する材質（例えば
ニッケル合金等）で形成されているため、溶融樹脂の注
入に伴い外周方向に伸びる。そして、冷却溝１ａ、３ａ
に冷却水が流れているので、スタンパ−５は注入後冷却
されると共に内周方向に縮む。

スタンパ−５が上記伸縮動作を繰り返すため、スタンパ
−５とプレート４との間に硬度の高い硬質異物が侵入す
ると、スタンパ−５の伸縮に伴いその都度可成りの圧力
下で摩擦が繰り返され、その結果プレート４及びスタン
パ−５が損傷してしまうといった不都合が生ずる。特に
、第８図に示す如く、スタンパ−５の裏面を研磨する砥
石より剥れた砥粒９がスタンパ−５に食い込んでいる場
合、溶融樹脂注入時スタンバ−５はプレート４に高硬度
の砥粒９が当接した状態のまま、矢印Ｘ方向に伸縮変位
することになる。これにより、プレート４の表面が砥粒
９の摺動により削られてしまうばかりか、スタンパ−５
自体が突状に変形してしまう。さらに、砥粒９によって
削られたプレート４の切粉がスタンパ−５の裏面に付着
して凸状のバンプ発生の原因になり、ディスク１０表面
に凹部ができてしまいディスク１０は成形不良となる。

そこで、金型の表面硬度を高めるべく、種々の方法が考
えられている。その方法としては、■耐摩耗性に優れた
高硬度を有する特殊金属（例えば超硬合金等）をそのま
ま使用して金型を製作する方法、■金型の表面に耐摩耗
性を有する金属としてのクロムをめっきしてＷ！賀被被
膜形成する方法、■窒化チタン等の硬質物質を付与して
金型を製作する方法、■セラミックスを金型の表面に溶
射して金型の表面硬度を高める方法、等がある。

発明が解決しようとする課題 しかるに、上記従来の方法では、■の場合、金型自体を
表面硬度の高い材料で製作するため加工が難しく、２段
階加工が必要であり加工の手間が余計にかかるので加工
費が高価になる。又、上記■の場合、クロムめっきでは
必要な硬度が得られず、さらに強度を保持するためめっ
き厚を厚くすると加工費が高価になる。又、上記■の場
合、窒化チタンでは樹脂注入時の押圧強度を充分保持で
きない。又、上記■の場合、セラミックスを溶射しても
、セラミックス層の厚さが充分でなく、しかも面精度が
劣る。このように、従来の方法■〜■では夫々上記のよ
うな課題があり、金型の耐摩耗性を効果的に向上させる
ことが難しいといった課題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決した金型及びその製造
方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び作用 本発明は、金型本体を超塑性合金により形成し、超塑性
合金の超塑性現象により金型本体の表面に高硬度を有す
る高硬度部材を接合してなり、金型の表面硬度を高め耐
摩耗性を向上させるようにしたものである。

実施例 第１図及び第２図に本発明の第１実施例を示す。

尚、第１図中、前述の第７図と同一部分には同一符号を
付して、その説明は省略する。

両図中、可動金型１１は超塑性合金（本実施例ではステ
ンレス系の超塑性合金を使用する）を母材として製作さ
れている。ＩＴｒ動金型金型１１側裏面１１ａには複数
の冷却１１１ｂが設けられ、中心にはスタンパ−５のビ
ン７が挿通される中央孔１１Ｇが穿設されている。又、
可動金型１１は超塑性合金であるが、他の金属と同様加
ｒが容易である。尚、この超塑性合金は所定の温度に加
熱すると低い応力で超塑性を発生する材質として知られ
ており、超塑性としては微細結晶粒超塑性によるものを
使用する。

本発明では後述するように上記の微細結晶粒超塑性現象
を利用するものであり、この微細結晶粒超塑性は超塑性
合金の融点く絶対温度）の１７２以上の高温で結晶粒を
１０〜１μ膳以下に微細化し、低応力を加えると発生す
る。又微細結晶粒超塑性で得られる超塑性合金の表面は
、微細結晶組織であるため極めて平滑な鏡面状態を加工
によって得られる。

上記可動金型１１の裏面１１ａには例えばニッケル合金
により形成された円盤状のインサータ１２（中央孔１２
ａを有する）を介して極めて高い硬度を有する円盤状の
セラミック板１３が接合されている。尚、セラミック板
１３は比較的厚く、中心には中央孔１３ａが設けられて
いる。

可動金型１１の裏面１１ａとインサータ１２とは、前述
した超塑性現象により原子接合されている。これにより
可動金型１１の冷却５ｌｌｂはインサータ１２によりそ
の開口部分を隙間なく塞がれることになり、冷却水の漏
れが防止される。又、インサータ１２とセラミック板１
３とはニッケル合金の原子がセラミック板１３の表面に
拡散し、接合される。このように、セラミック板１３は
所定の厚さを有するもののインサータ１２を介して可動
金型１１の表面に強固に接合される。

尚、インサータ１２には可動金型１１とセラミック板１
３とを接合する役目を有するとともに、熱処理時、可動
金型１１とセラミック板１３との熱膨張との差による熱
応力を吸収する役目も有している。

可動金型１１は上記のように接合されたセラミック板１
３によりその表面硬度及び耐熱強度が高められている。

よって、硬質異物がスタンバ−５の裏面に食い込んでい
る状態で樹脂注入時スタンパ−５が熱により伸縮しても
、セラミック板１３の表面は損傷せず、可動金型１１の
表面は耐摩耗性が向上し、長期間の使用も可能となる。

又、セラミック板１３は所定以上の厚さを有するため、
可動金型１１の表面強度が向上し、溶ｍ１ｉｉ１脂注入
時の応力が作用してもその表面に亀裂が生じない。

しかもセラミック板１３は表面にピンホールがなく、面
精度が高く、摩耗係数が低い。さらにはセラミック板１
３は耐食性も有している。

ここで、上記金型の製造方法、即ち上記可動金型１１に
セラミック板１３を接合する工程につき第３図（Ａ）〜
（Ｃ）を参照して説明する。

まず、第３図（Ａ）に示す如く、超塑性合金により形成
された可動金型１１を用意する。尚１．可動金型１１の
方面１１ａには複数の冷却溝１１ｂが設けられ、中心に
は中央孔１１Ｇが穿設されている。

次に、第３図（Ｂ）に示す如く、可動金型１１の裏面１
１ａ上にインサータ１２を密着状態となるようｔ置し、
さらにインサータ１２上にセラミック板１３を載置する
。

従って、可動金型１１は第３区（Ｃ）に示す如く、イン
サータ１２、セラミック板１３が面対向して載置された
状態で類１４内に挿入される。類１４内のａ度は超塑性
が発生しうる所定の温度、本実施例では約８００〜１１
００℃の＾温に保たれ、可動金型１１等は約１０〜４０
分間加熱される。尚、この温度は超塑性合金の融点の１
／２以上の温度である。

このような熱処理を施した後、例えば鍛造機を使用して
セラミック板１３を比較的低い荷重く本実施例では約１
０Ｋｙ／７（およそＩＭＰに等しい）の押圧力）で加圧
することにより、可動金型１１の裏面１１ａにおいては
前述した微細結晶粒超塑性現象が発生し、極めて平面度
の高い鏡面状態となる。さらに、インサータ１２及びセ
ラミック板１３が裏面１１ａに密着しているため、超塑
性により表面１１ａの結晶粒がインサータ１２表面の微
細な凹凸部分に食い込み、原子レベルの接合面積が拡大
し、可動金型１１とインサータ１２とは強固に接合され
る。

即ち、インサータ１２の表面とセラミック板１３の表面
との間では、ニッケル合金の原子がセラミック板１３の
結晶内に透過して拡散する。従って、インサータ１２と
セラミック板１３との間においても、強固な接合が行な
われる。このように、可動金型１１の材質を超塑性合金
とすることにより、高硬度を有するセラミック板１３を
容易に接合することができる。

次に、第４図及び第５図に本発明の第２実施例を示す。

両図中、超塑性合金を母材として製作された可動金型１
１の裏面１１ａに、超塑性合金により円盤状に形成され
たプレート１５（中央孔１５ａを有する）が接合されて
いる。プレート１５には円盤状のインサータにッケル合
金製）１６を介して高硬度を有するセラミック板１７が
接合されている。即ち、セラミック板１７はプレート１
５、インサータ１６を介して可動金型１１の裏面１１ａ
に一体的に接合されている。ここで、上記金型の製造方
法につき第６図（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。

まず、第６図（Ａ）中、可動金型１１上に超塑性合金製
のプレート１５を面対向させて載置する。

この状態のまま、これらを類１４内に挿入し、約８００
〜１１００℃の温度に約１０〜４０分間加熱する。

可動金型１１とプレート１５とは超塑性合金同士であり
、加熱模炉１４より取り出しプレート１５を例えばＩ造
機で加圧することより、超塑性現象が生じ相互に原子結
合される。

次に、第６図（Ｃ）に示す如く、可動金型１１に接合さ
れたプレート１５上にインサータ１６を面対向させて載
置し、さらにインサータ１６上にセラミック板１７を載
置する。そして、このように！Ｉ４重された状態のまま
、これらを第６図（Ｄ）に示す如く類１４内に挿入する
。

尚、類１４内は約１０〜４０分の間約４００〜７００℃
の温度に加熱される。その結果、ろう付けの原理により
プレート１５に密着するインサータ１６は原子結合され
る。さらに、インサータ１６とセラミック板１７との間
においても、ニッケル合金の原子がセラミック板１７内
に拡散して相互に結合される。

かしくて、超塑性合金製の可動金型１１、プレート１５
を用いて、上記熱処理を施すことにより所定の厚さを有
するセラミック板１７は可動金型１１に一体的に結合さ
れる。

尚、上記実施例では可動金型とセラミック板との間にイ
ンサータあるいは超塑性合金製のプレート等を介在させ
たが、このインサータ及びプレートは必らずしも必要な
ものではなく、無くても良い。又、上記各実施例は射出
成形用の可動金型を例に挙げて説明したが、これに限ら
ないのは勿論であり、例えば固定金型を超塑性合金によ
り形成してその表面にセラミック板を接合するようにし
ても良い。

又、上記実施例ではディスクを成形する金型として説明
したが、本発明は他のものを成形する金型にも適用でき
、さらにはスタンバ−の無い金型にも適用できる。

又、上記実施例では高硬度部材としてセラミック板を用
いたが、これに限らず極めて硬度の高い金属板、例えば
超硬合金等を用いても良い。

発明の効果 上述の如り１１本発明になる金型及びその製造方法は、
表面硬度の高い高硬度部材を金型本体の表面に強固に接
合することができ、金型が硬質異物等により損傷したり
、あるいは成形工程の繰り返しによる摩耗が減少し、金
型の耐摩耗性を向上させて寿命をより延ばずことができ
る。さらに、簡単な熱処理加工を施すだけで超塑性現象
が起きるので、高硬度部材を容易に接合でき、しかも、
金型本体が超塑性合金を母材としているため、通常の金
属と同様に容易に加工することができ加工費を安価にで
きる。又高硬度部材の厚さを厚くしても接合強度が保持
されるため、厚みのある高硬度部材を金型本体に接合で
き、溶融樹脂注入時の応力が作用しても高硬度部材に亀
裂が生ずることもなく、金型全体の強度がより高められ
る等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明になる金型の第１実施例を説
明するための縦断面図、及びその要部拡大図、第３図は
可動金型にセラミック板を接合する工程を説明するため
の工程図、第４図及び第５図は本発明の第２実施例の縦
断面図及びその要部拡大図、第６図は第２実施例の可動
金型にセラミック板を接合する工程を説明するための工
程図、第７図及び第８図は従来の金型を説明するための
縦断面図及びその要部拡大図である。 １１・・・可動金型、１２．１６・・・インサータ、１
３．１７・・・セラミック板、１４・・・炉、１５・・
・プレート。 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 （Ｂ） （Ｄ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金型本体を超塑性合金により形成し、前記超塑性
   合金の超塑性現象により前記金型本体の表面に高硬度を
   有する高硬度部材を接合してなることを特徴とする金型
   。
2. （２）超塑性合金により形成された金型本体と、高硬度
   を有する高硬度部材とを互いに対向させ、前記金型本体
   と高硬度部材とを対向状態のまま炉内に載置し、所定時
   間加熱し加圧することにより超塑性を発生させ前記金型
   本体と高硬度部材とを接合してなることを特徴とする金
   型の製造方法。