JP3129197B2 - プリント配線板用の金型材料 - Google Patents

プリント配線板用の金型材料

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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0011Working of insulating substrates or insulating layers
    • H05K3/0044Mechanical working of the substrate, e.g. drilling or punching

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  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

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
のプレス金型に使用する金型材料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】従来の技術による図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
処理用の材質であって穴明け仕上後に焼入れ処理をする
工法に適した材質とするか、または焼入れ処理の施され
ている材質の金型材料で最初からの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を提供する
ことにある。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HIP処理(熱間
等方加圧法)を施し、この2種類の異種の金属材料を拡
散接合して熱間工具鋼の複合材料5Aを製造する。これ
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は耐摩耗性と靭性に富み、母材2は切
削加工性、耐振強度、柔軟性に優れた特性の複合材料を
設計、製造できる。上述の2種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。
【0008】
【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、この構造のままHIP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HIP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組み合せて複合材料6Aとし
HIP処理を施し、そのHIP処理完了後、母材2の中
央で切断分割し、切断仕上をして図1の熱間工具鋼の複
合材料5Aの状態に完成させる。
【0009】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
接合一体化することができる。
【0010】
【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HIP処理(熱間等方加圧法)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は焼入れ処理材とし、合金工具鋼である大
同特殊鋼株式会社製のDC53を用い、厚さ5.3mm、
幅210mm、長さ610mmの同寸法の板状材を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35mm、幅210mm、長さ610mmの板状材を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。この板状材料の幅、長さ、
サイズは処理効率、板取り効率を考慮してプリント配線
板用の金型材料の2〜8枚の熱間工具鋼複合材料5A
が得られるようにサイズを決める。
【0011】次に図2(a)でサンドイッチ構造で重ね
た材料の接合界面に、HIP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HIP処理装置で、あらゆ
る方向から均等に加わる不活性ガス圧力1100kg/cm
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。HIP処理後、図2(b)のカプセ
ル10を切断、切削により除去する。このHIP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12、
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HIP処理で
は、処理品16はHIP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H
RC56°〜58°となるよう焼入れ処理をすることも
ある。その後HIP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の中央部3Aで切断
し、また、幅、長さサイズも所望する幅、長さサイズ3
Bに切断する。この切断面は切断仕上をして平滑にす
る。
【0012】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、各1種類づつの組み合せをし、要望される特
性に対して良好な刃型部品材料を作製することができ
た。
【0013】
【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複合材
料5Aを開発し、製造できた。 2.この熱間工具鋼複合材料5A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。 3.この熱間工具鋼複合材料5A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。 4.従来の焼入れ処理材料の厚み13〜18mmに比べ熱
間工具鋼複合材料5A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 3A…母材の中央切断 3B…サイズ切断 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21D 37/20 B21D 37/01 B23K 20/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プリント配線板の穴あけ及び外周加工を
    施す金型に用いるシェダー(31)と抜きポンチ(3
    6)において、不活性ガスを圧力媒体とする熱間等方加
    圧法によって、厚さ,幅,長さからなる板状材の2種類
    の異種金属を重ねて拡散接合し、板状材の複合材料とす
    ることを特徴とするプリント配線板用の金型材料。
  2. 【請求項2】 熱間等方加圧法によって2種類の異種金
    属を拡散接合して複合材料とするプリント配線板用の金
    型材料において、母材を中心に、この母材の両面に刃材
    を設けて熱間等方加圧法処理で接合一体化した後、母材
    の中央部で切断し、金型の刃型部品材料として用いるこ
    とを特徴とするプリント配線板用の金型材料。
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