JP2010094903A - 積層金型及び積層金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図２

Description

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。

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に溶融樹脂を充填し、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に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

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の経済性を考えれば、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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を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。

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。

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。

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の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や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。

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。

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。また高温で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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また式（１）のＡ値を４０〜９０に制御することで、拡散接合時の組織が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。

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。

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に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。

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、樹脂成形用の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。

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。

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。

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を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の基準穴（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。

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、入手の容易性、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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

Claims (6)

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、接合方法が拡散接合であることを特徴とする積層金型。
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。
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請求項２に記載の積層金型の製造方法。
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。
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。
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。

Images