JP2000202543A - 金型材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 プリント配線板用の金型材料の製造方法にお
いて、２種類の異種金属材料からなる熱間工具鋼の金型
材料の製造方法を提供する。 【解決手段】母材２に生材（溶製材）を用い、この母材
を中心に該母材の両面に焼入れ処理材である刃材１を配
置し、熱間等方加圧法処理をし、前記２種類の異種類の
金属材料を拡散接合によって一体化した複合材料６Ａと
した後、母材の厚さ方向の中央部で切断し、この切断面
を仕上げ処理をして金型部品材料とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板用
の金型に使用する金型材料の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板には、部品挿入用の丸
穴、角穴、長円穴や大型部品を固定するための取付穴、
部品実装後にプリント配線板を分割するためのスリット
形状穴、これらの穴の他に、部品実装自動機対応用のガ
イド穴が設けられており、またプリント配線板の外周を
打抜くために金型が必要である。

【０００３】このプリント配線板用のプレス金型につい
て、図４に示すプレス金型の部分的構造断面図に基づい
て説明する。まず、プレス金型は上型４０と下型５０に
大別でき、この上型４０と下型５０の間にプリント配線
板３９を設置し、プレス機に取付けた上型４０が下降し
て、プリント配線板３９を打抜くことになる。上型４０
にはシェダー３１と呼ばれる上刃型、外周抜きダイ３
２、ポンチ矢を挿入固定しているポンチプレート３３、
さらにポンチ矢の抜けを防止するバッキングプレート３
４とポンチ矢３５が取付けられている。下型５０には抜
きポンチ３６と呼ばれる下刃型、外周抜きポンチ３７、
台プレート３８などが取付けられている。金型では刃型
と呼ばれる上型４０のシェダー３１と下型５０の抜きポ
ンチ３６の材質、及び加工構造、加工方法、加工精度な
どが重要なポイントとなっている。

【０００４】この刃型であるシェダー３１と抜きポンチ
３６に使う金型材料について説明する。図３は従来の金
型材料の斜視図を示すもので、単一材質の金型材料８を
使って成形していた。この単一材質の金型材料８は焼入
れ処理がされていない生材（溶製材）として炭素工具
鋼、炭素鋼あるいは合金工具鋼を使って焼入れ処理をし
ない方法があり、またはシェダー３１や抜きポンチ３６
の穴明け仕上後に焼入れ処理をしてロックウェル硬度Ｈ
ＲＣ５６°〜５８°にする焼入れ用材料の合金工具鋼を
使用していた。この金型材料の厚みＴ８は通常１０〜１
５mmで、打抜くプリント配線板３９のサイズ、形状、穴
密度、材質、板厚、および目標金型寿命などの観点から
金型材料の厚みＴ８を決定している。また、金型材料の
幅、長さ、サイズはプリント配線板サイズより８０〜１
２０mmだけ大きなサイズとして設定している。

【０００５】尚、この金型のシェダー３１と抜きポンチ
３６の焼入れ処理は、穴明け仕上後に処理すると穴密度
や残存肉厚の不均一、残存部の接続強度不足の影響か
ら、金型加工表面の反り、ネジレや穴位置精度、穴間寸
法精度、スリット幅、角穴寸法精度に関する不良が発生
しやすく、また、穴明け加工前に焼入れ処理をした硬い
材料を使う場合は穴明け加工、仕上加工、ネジ切り加工
などの加工速度が大幅に遅くなり、切削性も悪く、加工
精度が低下する問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来では、図４に示す
ようなシェダー３１や抜きポンチ３６の金型材料８は単
一材質を用いているため、焼入れ処理のできない生材
（溶製材）の材質を選択するか、あるいは焼入れ処理用
の材質を用い、穴明け仕上後に焼入れ処理をする工法の
材質とするか、または焼入れ処理の施されている材質の
金型材料を用い最初から硬度の硬い材質に穴明け加工を
するかを選択し決定しなければならない。一方、最近の
プリント配線板の高密度化、高精度、高品質および長寿
命の要求に応えるには生材（溶製材）の材質や穴明け仕
上後に焼入れ処理をする材質は不適当となっている。す
なわち、焼入れ処理の施されている硬度の硬い材質を金
型材料として穴明け加工をすることになる。この金型材
料および加工工法に関する問題点は穴明け加工、テーパ
ー穴加工、ニゲ穴加工、プレス抜けカス逃げ穴加工、ネ
ジ切り加工などの加工速度が生材に比べ４０〜６０％と
大幅に遅くなり、硬い金型材質のため切削性も大幅に低
下し、切削工具も焼入れ材料用の特殊刃物を使用するこ
とになり、さらに加工条件や切削工具の寿命交換管理が
難しく、穴位置精度、穴間寸法精度、穴の垂直度などの
仕上り精度が生材（溶製材）より２０〜３０％低下す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる従来の
問題を解決したプリント配線板用の金型材料の製造方法
を提供することにある。プリント配線板の金型材料にお
いて、母材に生材（溶製材）を用い、この母材を中心に
該母材の両面に焼入れ処理材である刃材を配置し、熱間
等方加圧法処理をし、前記２種類の異種類の金属材料を
拡散接合によって一体化した複合材料とした後、母材の
厚さ方向の中央部で切断し、この切断面を仕上げ処理を
して金型部品材料とするものである。

【０００８】つまり、本発明は金型構成部品の中で最も
重要な刃型部材であるシェダー３１と抜きポンチ３６に
使用する刃型部品材料を図１に示すような生材（溶製
材）である母材２と焼入れ処理材である刃材１を熱間等
方加圧法（ＨＩＰ）処理を施し、この２種類の異種の金
属材料を拡散接合することにより熱間工具鋼の複合材料
５Ａを製造する。このことによって、単一材質では得る
ことのできない複数の特性すなわち、刃材１には耐摩耗
性と靭性に富んだ焼入れ処理材を、母材２には生材（溶
製材）の材質であるため切削加工性、耐振強度、柔軟性
に優れた特性の母材２からなる複合材料を設計、製造で
きる。上述の２種類の異種金属材料を拡散接合してでき
た熱間工具鋼の複合材料５Ａを金型材料として用い、シ
ェダー３１と抜きポンチ３６を製作し、切削加工性の改
良と金型精度の向上、金型加工速度アップや作業管理の
簡易化による生産性アップおよびプレス打抜きされるプ
リント配線板の品質向上が達成できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図２は本発明の実施例を示す図面であ
る。まず図１に示すような例えば、刃材１には焼入れ処
理材である合金工具鋼を、母材２には生材（溶製材）で
ある炭素鋼を選択し、２種類の異種金属材料からなる複
合材料を作る際に、この構成のまま熱間等方加圧法（Ｈ
ＩＰ）処理をすると、バイメタル構造となっているた
め、１０００℃以上の温度で熱間等方加圧法処理をする
影響や金型加工による切削反応熱、焼入れ処理熱などに
より複合材料の反り、ネジレが発生する。従って、図２
（ａ）に示すように母材２である生材（溶製材）を中心
にし、この両面に刃材１を配置し、サンドイッチ構造に
重ね合せて複合材料６Ａとし熱間等方加圧法処理を施
し、その熱間等方加圧法処理完了後、母材２の厚さ方向
の中央部で切断分割し、この切断面を仕上げ処理をして
図１の熱間工具鋼の複合材料５Ａの状態に完成させる。

【００１０】尚、刃材１となる焼入れ処理材は合金工具
鋼か高速度工具鋼を、母材２となる生材（溶製材）には
炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼あるいは、すでに熱処
理が施されているプリハードン鋼から要望する特性に対
応できる刃型部品材料を選択して、２種類の異種金属を
拡散接合して複合一体化することができる。

【００１１】

【実施例】図２を参照して、本発明による実施例を説明
する。まず、プリント配線板用の金型における金型部品
の構造の中で最も重要である刃型部材、すなわちシェダ
ー３１と抜きポンチ３６に使用される刃型部品材料を従
来の単一材質から、本発明による２種類の異種金属材料
を熱間等方加圧法（ＨＩＰ）処理によって、拡散接合し
て刃型部品材料を作製する工程について図２の斜視図、
構造図で説明する。図２（ａ）に示すように、刃型部材
の刃材１は焼入れ処理材である合金工具鋼とし大同特殊
鋼株式会社製のＤＣ５３を用い、厚さ５．３mm、幅２１
０mm、長さ６１０mmの同寸法のものを２枚と、刃型部品
の母材２として炭素鋼であるＳ５５Ｃを用い、厚さ３５
mm、幅２１０mm、長さ６１０mmの１枚とを、母材２の両
面に刃材１が配置されるようにサンドイッチ構造として
重ねる。この材料の幅、長さ、サイズは処理効率、板取
り効率を考慮して２〜８枚の熱間工具鋼の複合材料５Ａ
が得られるようにサイズを決める。

【００１２】次に図２（ａ）で示すサンドイッチ構造で
重ねた材料の接合界面には、熱間等方加圧法処理を行う
際の圧力媒体であるガスが入り込まないよう真空パック
にて密封する。この密封処理をするためのカプセル１０
を図２（ｂ）に示す。カプセル１０は金属板を溶接しフ
タ１０Ａをして真空パックとする。その次に熱間等方加
圧法処理をする装置で、あらゆる方向から均等に加わる
不活性ガス圧力１１００kg／cm２の等方圧力と加熱温度
１２００℃との相乗効果を利用して加圧処理を行うもの
である。熱間等方加圧法処理後、図２(ｂ)のカプセル１
０を切断、切削により除去する。この熱間等方加圧法処
理装置は図２(ｃ)に示すような高圧の不活性ガスを供給
する高圧円筒１１、高温の加熱能力を備えたヒーター１
２、処理装置の気密を保持する上蓋１３と下蓋１４、ガ
スの導入口１５などから構成されている。この熱間等方
加圧法処理では、処理品１６は熱間等方加圧法処理後、
炉冷するため焼入れが不十分となり、再度、合金工具鋼
をロックウェル硬度ＨＲＣ５６°〜５８°となるよう焼
入れ処理をすることもある。その後熱間等方加圧法処
理、焼入れ処理の完了した複合材料を図２(ｄ)に示すよ
うに母材２の厚さ方向の中央部３Ａで切断し、また、こ
の材料の幅、長さサイズも所望する幅、長さサイズ３Ｂ
に切断する。この切断面は切断仕上げをして平滑にす
る。

【００１３】尚、本発明の実施にあたり２種類の異種金
属材料の選定では、刃材１にはロックウェル硬度ＨＲＣ
５６°〜５８°と硬くできる焼入れ処理可能となる合金
工具鋼のＳＫＳ３，ＳＫＤ１１，大同特殊鋼株式会社製
ＤＣ５３，または高速度工具鋼のＳＫＨ５１，ＳＫＨ５
７を用いた。母材２には切削加工性、耐震強度、柔軟性
に優れた炭素鋼のＳ５０Ｃ，Ｓ５５Ｃ，炭素工具鋼のＳ
ＫＳ３，合金工具鋼のＳＫ３３，およびプリハードン鋼
のＳＣＭや双葉電子工業株式会社のＨＰＭ１，ＦＰＨ４
０を組み合せて用いた。その中でも刃材１としては合金
工具鋼のＳＫＤ１１とＤＣ５３が、母材２では炭素鋼の
Ｓ５５Ｃと炭素工具鋼のＳＫ３および合金工具鋼のＳＫ
Ｓ３との、それぞれ各１種類づつの組み合せをし、要望
される特性に対して良好な金型部品材料を作製すること
ができた。

【００１４】

【発明の効果】本発明の効果を下記に列記する。 １．プリント配線板用の金型の刃型部品材料として、上
表面には切刃として必要な厚みだけ焼入れ処理材料を、
この下には耐圧耐震強度が強く、切削加工性の良い生材
料とからなる２種類の異種金属による熱間工具鋼の複合
材料を開発し、製造できた。 ２．２種類の異種金属材料からなる複合材料をこの構成
のまま熱間等方加圧法処理をすると、バイメタル構造と
なっているため複合材料の反り、ネジレが発生するが、
複合材料を母材を中心にし、この両面に刃材を配置しサ
ンドイッチ構造に重ね合せて複合材料とし、熱間等方加
圧法処理による拡散接合によって一体化した後、母材の
厚さ方向の中央部で切断した複合材料は反り、ネジレが
１／５となった。 ３．この熱間工具鋼の複合材料を金型の刃型部品材料と
して使用し、穴明け加工速度を３０〜４０％向上でき
た。 ４．この熱間工具鋼の複合材料を金型の刃型部品材料と
して使用し、穴の仕上り精度を２０〜３０％向上でき
た。 ５．従来の焼入れ処理材料の厚み１３〜１８mmに比べ熱
間工具鋼の複合材料の焼入れ処理材料の厚み２〜５mmと
薄くなり、作業管理や切削工具の交換管理が簡単となっ
て、金型品質も安定化した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による金型材料の斜視図。

【図２】本発明の実施例を説明する斜視図と構造図。

【図３】従来の技術による金型材料の斜視図。

【図４】金型構造を説明する断面図。

【符号の説明】

１…刃材 Ｔ１…刃材の厚み ２…母材 Ｔ２…母材の厚
み ５Ａ…熱間工具鋼の複合材料 ６Ａ…複合材料 ８…単一材質の金型材料 １０…カプセル １０Ａ…カプセルのフタ １１…高圧円筒 １２…ヒータ
ー １３…上蓋 １４…下蓋 １５…ガスの導入口 １６…処理品 ３１…
シェダー ３２…外周抜きダイ ３３…ポンチプレート ３４…バッ
キングプレート ３５…ポンチ矢 ３６…抜きポンチ ３７…外周抜きポン
チ ３８…台プレート ３９…プリント配線板 ４０…プレス
金型の上型 ５０…プレス金型の下型。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント配線板の金型材料において、母
   材を中心として該母材の両面に焼入れ処理材である刃材
   を配置し、熱間等方加圧法処理による拡散接合によって
   一体化した後、母材の厚さ方向の中央部で切断し、該切
   断面を仕上げ処理をして金型部品材料とすることを特徴
   とする金型材料の製造方法。