JP5441050B2 - 転写金型用入れ子の製造方法及び転写金型用入れ子並びにそれらに用いられる転写金型用入れ子部材 - Google Patents

Description

本発明は、転写金型用入れ子の製造方法及び転写金型用入れ子並びにそれらに用いられる転写金型用入れ子部材に関し、より具体的には容易かつ低コストで製造が可能で転写精度及び安定性に優れた転写金型用入れ子の製造方法及び転写金型用入れ子並びにそれらに用いられる転写金型用入れ子部材に関する。

携帯電話を始めとする多くの電子機器やデジタル家電の高機能化、高精度化及び小型化に伴い、これらを構成している構成部品も高精度化、小型化、及び微細化する必要がある。これらの量産に使用される金型も、同様に高精度化、小型化、微細化することが要求され、金型の製造においては品質の安定化、低価格化、短納期化を満足した上で、高精度化、小型化、微細化に対応することが要求される。

ここで、小型化、微細化した部品を量産する場合、同時に数十〜数百個の部品が製造できる複数個取り金型が使用される。このため、複数個取り金型を製造する場合、金型素材で構成された１つのブロック内に工作機械（例えば、マシニングセンタ）を用いて部品の反転形状を複数個形成した後、熟練工が手磨きによる仕上げ加工を行なっている。このため、部品の反転形状が小型化、微細化すれば、工具形状の制約から反転形状の形状精度が低下し、更に仕上げ加工においては形状誤差、形状のばらつきという問題が生じる。更に、手磨きで仕上げるためには多くの時間を必要とするため、金型品質の安定化、納期短縮化にも対応できないという問題が生じる。

そこで、製造しようとする部品形状を有する原型（マスター型）を１つ正確に作製し、この原型を超塑性金属からなるブロックで上下から挟んで加圧して原型の形状をブロックに転写することで、品質が安定した（形状誤差、形状のばらつきのない）金型を短納期で製造する方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

しかしながら、特許文献１、２に記載された発明では、超塑性金属素材で構成されたブロックで原型を両側から挟み込んで反転形状が転写された分割金型を作製するため、製品上における分割位置の位置決めが非常に難しく、形状誤差及び形状ばらつきを防止して品質が安定した複数個取り金型を製造することが困難となる。また、ブロックを高温で加熱するためブロック表面が酸化し、金型の表面性状にばらつきが生じるという問題がある。更に、超塑性金属を使用するので、金型の特性が超塑性金属の特性の影響を受けて、従来の金型と比較して使用方法に制約を受け、寿命も変動する可能性が高いという問題もある。

特許文献３には、液相と固相が混合された半溶融状態になるように金型鋼を加熱後、セラミックス製の型枠内に充填してマスター形状を転写し金型を製作する方法が開示されている。この方法の場合、金型鋼を半溶融状態とするために、１２００〜１５４０℃まで加熱する必要がある。そのため、型枠にはセラミックスを使用する必要があり、コスト上昇の要因となる。また、金型鋼を半溶融状態から冷却し凝固させるため、鏡面を得ることが困難である。

これらの問題点を解決するために、本発明者らは、図６に示すように、軟化温度（９００〜１２００℃）まで加熱した所定形状の金型素材からなるブロック２４に対し、１２００℃を超える高温で高い強度、硬度及び耐変形性を有するセラミックス等の素材で製作されたマスター型１２を押圧することで、製品形状をブロック２４に転写し、これを冷却してマスター型１２から離型して得られる、マスター型１２の反転形状が転写されたブロック２４をモールドベースに固定して転写金型を製作する方法を考案した（特許文献４参照）。

特開昭５２−７３２６号公報 実開昭４９−１０１０２３号公報 特表２００５−５２０６９１号公報 特開２００８−３０７８５６号公報

しかしながら、特許文献４記載の方法では、マスター型１２の反転形状が形成されるブロック２４が、高温で高強度、高硬度、かつ耐変形性を示す高温用素材で構成された保持部材２５に形成された凹部にマスター型１２に対向する面のみを露出させて挿入された状態でマスター型１２の形状をブロックに転写する。保持部材２５用の高温用素材（例えば、１０００℃における引っ張り強度が１５０ＭＰａ以上、ビッカース硬度が１００以上である素材）としては、高価なタングステン及びモリブデン等が使用されるため、特許文献４記載の方法には、転写金型の製造コストが高くなる問題がある。また、マスター型１２の反転形状を形成するために金型素材のブロック２４を薄板状に加工する必要があり、これもコスト上昇を招く要因となっている。更に、保持部材２５に挿入されたブロック２４の固定が不十分な場合には、マスター型の押圧時にブロック２４が折れ曲がり、転写精度が低下するという問題が生じる。このような問題を回避するために、ブロック２４と保持部材２５の凹部との間にろう材等の接合材シート２６を挟み込んだ状態でブロック２４を保持部材２５に挿入後加熱処理し、溶融した接合材シート２６でブロック２４と保持部材２５とを接合させる方法も考えられる。しかしながら、この場合には、部品点数の増大に伴う製造コストの上昇、位置決め精度の低下等の問題が生じるおそれがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、製品が高精度、小型化、微細化しても形状の誤差及びばらつきを防止した複数個取り転写金型を低価格かつ短納期で製造できる転写金型用入れ子の製造方法及び転写金型用入れ子並びにそれらに用いられる転写金型用入れ子部材を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明の第１の態様は、１２００℃を超える高温で高い強度、硬度及び耐変形性を有する素材を用いて、製品と同一形状の原型が形成されたマスター型を作製する第１工程と、１２００℃以下の温度で軟化する金型素材で構成され、前記マスター型の形状が転写される転写面から所定の距離を隔てた内部に、前記マスター型の反転形状を転写する際に該マスター型により排除される部分に位置する前記金型素材が進入可能な空間部が形成された柱状の入れ子部材を、前記転写面側で前記マスター型に対向させて加熱炉内に配置し、前記金型素材が軟化する温度域まで前記入れ子部材を加熱して前記マスター型及び前記入れ子部材同士を押圧し該入れ子部材の転写面側に該マスター型の反転形状を転写する第２工程と、前記マスター型の反転形状が転写された前記入れ子部材を冷却して前記マスター型から離型する第３工程とを有することを特徴とする転写金型用入れ子の製造方法を提供することにより上記課題を解決するものである。

金型素材で構成された柱状の入れ子部材にマスター型の形状を転写するため、高価なモリブデン等の高温用素材を用いた保持部材や接合材シートが不要となる。そのため、薄板状のブロックにマスター型の形状を転写する場合よりも、部品点数を減少できると共に、ブロックの位置決めや押圧時のブロックの折れ曲がり等の問題を回避できる。そのため、従来法に比べ、マスター型の反転形状がより忠実に転写された転写金型用入れ子を、低コストかつ短時間で製造できる。
また、金型素材の軟化温度よりも高温（＞１２００℃）で高い強度、硬度及び耐変形性を有する素材を用いて作製されたマスター型を用いるので、入れ子部材への反転形状の転写時にマスター型が熱により変形を受けにくい。そのため、マスター型の反転形状の転写精度を向上できる。
更に、マスター型の反転形状が転写される際に、マスター型により排除される部分に位置する金型素材が進入可能な空間部が形成されているので、金型素材のうち、マスター型の反転形状をブロックに転写する際にマスター型により排除される部分は空間部に進入することができ、マスター型の反転形状を転写面上に確実に転写することができる。

本発明の第１の態様に係る転写金型用入れ子の製造方法において、前記入れ子部材には、前記空間部として前記転写面の反対側の面から該転写面側に向かう穴が形成されていてもよい。
単に所定の大きさ及び深さの穴を開けるだけであるため、空間部を形成する工程が単純になり、入れ子部材の製造工程を簡素化できると共に、転写金型用入れ子の製造コストを低減できる。

この場合、前記第２工程において、前記入れ子部材の加熱温度よりも融点及び分解温度の高い無機粉体を前記穴の底部に充填した状態で前記マスター型及び前記入れ子部材同士を押圧してもよい。
穴の底部に充填された無機粉体は、マスター型の反転形状を転写する際にマスター型により排除される部分に位置する金型素材からの応力を受け流動することにより、応力を分散するクッション材として作用する。そのため、応力集中による変形や割れ等を抑制し、マスター型の反転形状の転写精度を更に向上できる。

更に、前記第２工程において、前記入れ子部材の加熱温度で高い強度、硬度及び耐変形性を有する素材からなり、前記入れ子部材の転写面と反対側の面から、前記入れ子部材を構成する前記金型素材のうち、前記反転形状の転写時に前記マスター型により排除され、前記穴に進入する部分の頂点までの距離と等しい長さを有する棒状体を、前記入れ子部材の転写面と反対側から、前記入れ子部材に形成された前記穴に抜き差し自在に挿入した状態で、前記マスター型及び前記入れ子部材同士を押圧してもよい。
入れ子部材を構成する金型素材のうち、マスター型の反転形状の転写時にマスター型により排除され、穴に進入する部分の頂点（以下、「頂点」と略称する。）には、特に応力が集中しやすいが、入れ子部材の転写面と反対側の面から頂点までの距離と等しい長さの棒状体を入れ子部材に形成された穴に挿入した状態でマスター型及び入れ子部材同士を押圧することにより、頂点において金型素材が棒状体と接触することにより、金型素材の過度の変形や、それに起因する割れ等を抑制できる。

本発明の第１の態様に係る転写金型用入れ子の製造方法において、前記マスター型及び前記入れ子部材の加熱を、真空中又は不活性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。
加熱を真空中又は不活性ガス雰囲気中で行なうので、入れ子部材の酸化を防止して、表面性状が優れた転写金型を製造できる。

本発明の第１の態様に係る転写金型用入れ子の製造方法において、不活性ガスを前記加熱炉内に供給して前記マスター型の反転形状が転写された前記入れ子部材の冷却速度を調整し該入れ子部材の熱処理を行なってもよい。
不活性ガスを加熱炉内に供給することで、マスター型の反転形状が転写された入れ子部材の熱処理（焼き入れ）を行なうことができ、表面の硬度を高くして転写金型の寿命を長くできる。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様に係る転写金型用入れ子の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする転写金型用入れ子を提供することにより上記課題を解決するものである。
転写金型用入れ子は、品質及び形状精度が高く、微細かつ複雑な形状の部品の製造に適用可能な転写金型の製造に使用できる。また、安価かつ容易に製造でき、量産にも適しているので、多数個取り転写金型にも好適に使用することができる。

本発明の第３の態様は、１２００℃以下の温度で軟化する金型素材で構成され、柱状の形状を有し、製品と同一形状の原型が平板上に形成されたマスター型の形状が転写される転写面から所定の距離を隔てた内部に、前記マスター型の反転形状を転写する際に、マスター型により排除される部分に位置する前記金型素材が進入可能な空間部が形成されていることを特徴とする転写金型用入れ子部材を提供することにより上記課題を解決するものである。
マスター型の反転形状が転写される際にマスター型により排除される部分が進入可能な空間部が形成されているので、マスター型の反転形状をブロックに転写する際に前記マスター型により排除される部分に位置する金型素材は空間部に進入することができ、マスター型の反転形状を転写面上に確実に転写することができる。

本発明の第３の態様に係る転写金型用入れ子部材において、前記空間部として前記転写面の反対側の面から該転写面側に向かう穴が形成されていることが好ましい。
単に所定の大きさ及び深さの穴を開けるだけであるため、空間部を形成する工程が単純になり、転写金型用入れ子部材の製造コストを低減できる。

本発明によると、従来法に比べ少ない部品点数で簡単に高品質な転写金型用入れ子を製造できる。また、マスター型の反転形状を転写する際のマスター型及び入れ子部材の両者について、変形や劣化を低減できるため、転写精度にも優れている。したがって、本発明により提供される転写金型用入れ子は、高精度化、小型化及び微細化に加え、品質の安定化、低価格化、短納期化に対する要求を満足できる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の一実施の形態に係る転写金型用入れ子の製造方法の説明図である。 同転写金型用入れ子の製造方法で用いられる入れ子部材の構造を示す説明図である。 （Ａ）は同転写金型用入れ子の製造方法で入れ子部材にマスター型の反転形状を転写する際の説明図であり、（Ｂ）はマスター型と入れ子部材との押圧部位近傍の部分拡大図である。 同転写金型用入れ子の製造方法で製造される転写金型用入れ子の構造を示す説明図である。 変形例に係る転写金型用入れ子の製造方法で用いられる入れ子部材の構造を示す説明図である。 従来例に係る転写金型用入れ子の製造方法で入れ子部材（ブロック）にマスター型の反転形状を転写する際の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態に係る転写金型用入れ子の製造方法、それに用いられる入れ子部材及び同方法により製造される転写金型用入れ子について説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る転写金型製造方法は、１２００℃を超える高温で高い強度、硬度及び耐変形性を有する素材を用いて、製品と同一形状の原型１４が、例えば、平面視して円形の平板１５の上に形成されたマスター型１２を作製する第１工程と（図１（Ａ）参照）、１２００℃以下の温度で軟化する金型素材で構成され、マスター型１２に形成された原型１４の形状（以下、「マスター型（１２）の反転形状（１２ａ）」という。）が転写される転写面から所定の距離を隔てた内部に、マスター型（１２）の反転形状１２ａを転写する際にマスター型１２により排除される部分に位置する金型素材が進入可能な空間部１３が形成された、例えば円柱状の入れ子部材１１を転写面側でマスター型１２に対向させて加熱炉（図示しない）内に配置し、金型素材が軟化する温度域まで入れ子部材１１を加熱してマスター型１２及び入れ子部材１１同士を押圧し、入れ子部材１１の転写面側にマスター型１２の反転形状を転写する第２工程（図１（Ｂ）参照）と、マスター型（１２）の反転形状１２ａが転写された入れ子部材１１を冷却してマスター型１２から離型する第３工程（図１（Ｃ）参照）とを有している。なお、本実施の形態では円柱状の入れ子部材１１を用いた場合を例にとって説明しているが、入れ子部材１１の形状は特に制限されず、例えば、四角柱状であってもよい。
以下、各工程について詳細に説明する。

（１）第１工程
第１工程において、マスター型１２の製造に使用することができる素材としては、１２００℃を超える高温で高強度、高硬度、かつ耐変形性を示す素材としては、例えば、１０００℃における抗折強度が３００ＭＰａ以上、ビッカース硬度が１３００以上である任意の素材が挙げられ、一例として、ジルコニア（セラミックスの一例）が挙げられる。

マスター型１２の製造は、ジルコニアのブロックを工作機械の一例であるマシニングセンタ１６にダイヤモンド工具１７を取付けて湿式加工することにより行なわれる。なお、マスター型１２を製造する際に使用する素材としては、ジルコニアの他に、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等の高温構造用セラミックス、タングステンやモリブデン等の高融点金属、又はサーメット等を使用できる。

（２）第２工程
入れ子部材１１を構成する素材としては、１２００℃以下の温度で軟化する金型素材、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼が使用できる。この場合において、金型素材が軟化する温度は、９００〜１２００℃である。図２に示すように、本実施の形態に係る転写金型用入れ子（１０）の製造方法に用いられる入れ子部材１１において、転写面側の反対側の面から転写面側に向かって、マスター型（１２）の反転形状１２ａを転写する際にマスター型１２により排除される部分に位置する金型素材が進入可能な空間部の一例として、円形の穴１３が開けられている。なお、図２の側面図の左側は、上面図に示す一点鎖線Ａ−Ａ’及びＢ−Ａ’で切断した断面を示す。

穴１３の径は、転写面側に形成されるマスター型（１２）の反転形状１２ａの大きさ及び形状等に応じて適宜決定される。穴１３の径が小さすぎると、マスター型（１２）の反転形状１２ａを転写する際にマスター型１２により排除される部分に位置する金型素材が十分に進入できず、製造される転写金型用入れ子１０の変形や内部応力の蓄積等の原因となる。一方、穴１３の径が大きすぎると、入れ子部材１１の側壁が薄くなりすぎ、十分な強度及び耐久性を確保できなくなる。なお、穴１３は必ずしも円形である必要はなく、入れ子部材１１に転写されるマスター型（１２）の反転形状１２ａに応じて任意の形状とすることができる。また、穴１３は入れ子部材１１の転写面と反対側の面の中心以外の位置に開けられていてもよく、複数の穴１３が開けられていてもよい。その場合、複数の穴１３の形状、大きさ及び深さは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。

また、穴１３の底面から転写面までの距離ｄは、マスター型（１２）の反転形状１２ａを転写する際に変形する部分の厚さを決定し、穴１３の径の場合と同様に、転写面側に形成されるマスター型（１２）の反転形状１２ａの大きさ及び形状、金型素材の強度及び延展性等に応じて適宜決定される。穴１３の底面から転写面までの距離ｄが小さすぎると、マスター型（１２）の反転形状１２ａが形成された部分が変形及び破損しやすくなり、転写精度及び転写金型用入れ子１０の耐久性を損なうおそれがある。一方、穴１３の底面から転写面までの距離ｄが大きすぎると、マスター型（１２）の反転形状１２ａを転写するために高温に加熱する必要が生じたり、第２工程においてマスター型１２及び入れ子部材１１同士を押圧するのに必要な荷重が増大したりするおそれがある。

図３（Ａ）、及び同図において円で囲んだ部位の部分拡大図である図３（Ｂ）に示すように、転写金型用入れ子１０の製造方法において、入れ子部材１１は、一面側（転写面側）をマスター型１２に対向させて加熱炉内に配置され、加熱炉内を真空にして加熱される。なお、図３（Ｂ）においてマスター型（１２）の反転形状１２ａが転写された入れ子部材１１については、後述する図４の上面図に示すＡ−Ａ”で切断した断面を示す。

ここで、マスター型１２は、高温で高強度、高硬度、かつ耐変形性を示す素材、例えば、セラミックスの一例であるアルミナで構成された支持台１８を介して、加熱炉の炉床部材１９上に載置されている。また、入れ子部材１１の他面側（穴１３が開けられた面の側）には、例えば、セラミックスの一例であるアルミナ等の、高温で高い強度、硬度及び耐変形性を示す素材や、冷却用のウォータージャケットを備えたステンレス鋼等で構成された加圧部材（図１では一例として円柱状の場合について図示しているが形状は特に制限されない）２０が配置されている。また、マスター型１２、入れ子部材１１、及び加圧部材２０の先側は、高温で高強度、高硬度、かつ耐変形性を示す素材、例えば、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等の高温構造用セラミックスで構成され平板１５の直径と同一長さの内径を有し、支持台１８上に載置された円筒状の収納部材２１内に収納されている。なお、収納部材２１の内部形状は、平板１５の形状に応じて、平板１５が陥入可能な形状に適宜変更される。また、収納部材２１を用いずにマスター型１２及び入れ子部材１１同士を押圧してもよい。

加圧部材２０は図示しない荷重伝達部材を介して加熱炉の外部に設けられた加圧装置のピストンに連結し、炉床部材１９は図示しない荷重支持部材を介して加圧装置のフレームで支持されている。

このとき、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、入れ子部材１１の加熱温度よりも融点及び分解温度の高い無機粉体の一例である砂２８を穴１３の底部に充填した状態でマスター型１２及び入れ子部材１１同士を押圧してもよい。穴１３の底部に充填された砂２８は、反転形状１２ａを転写する際にマスター型１２により排除される部分に位置する金型素材からの応力を受け流動することにより、応力を分散するクッション材として作用する。そのため、応力集中による変形や割れ等を抑制し、反転形状１２ａの転写精度を更に向上できる。

砂２８の粒径及び粒子の形状は、マスター型１２及び入れ子部材１１同士を押圧する際に適度な流動性を有し、応力を分散できる限りにおいて特に制限されないが、好ましい粒径は２０μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましい形状は球状又は略球状である。また、穴１３に充填する砂２８の量が多すぎると、押圧時に入れ子部材１１及びマスター型１２に対し過度の圧力が加わり、これらの変形や破壊の原因となるおそれがあり、逆に少なすぎると十分な応力緩和効果が得られないため、適当な量に調節される。

無機粉体としては、上で例示した砂２８以外にも、入れ子部材１１の加熱温度（例えば、９００〜１２００℃）において融解及び分解しない任意の材質のものを用いることができ、具体例としては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等の高温構造用セラミックスの粉体が挙げられる。

更に、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、入れ子部材１１の加熱温度で高い強度、硬度及び耐変形性を有する素材からなり、入れ子部材１１の転写面と反対側の面から、入れ子部材１１を構成する金型素材のうち、マスター型（１２）の反転形状１２ａの転写時にマスター型１２により排除され、穴１３に進入する部分の頂点までの距離（Ｌ）と等しい長さを有するセラミックス丸棒（棒状体の一例）２９を、入れ子部材１１の転写面と反対側から、入れ子部材１１に形成された穴１３に抜き差し自在に挿入した状態でマスター型１２及び入れ子部材１１同士を押圧してもよい。入れ子部材１１を構成する金型素材のうち、マスター型（１２）の反転形状１２ａの転写時にマスター型１２により排除され、穴１３に進入する部分の頂点には特に応力が集中しやすいが、長さＬのセラミックス丸棒２９を、入れ子部材１１の転写面と反対側から、入れ子部材１１に形成された穴１３に挿入した状態でマスター型１２及び入れ子部材１１同士を押圧することにより、頂点において金型素材がセラミックス丸棒２９と接触することにより、金型素材の過度の変形や、それに起因する割れ等を抑制できる。

セラミックス丸棒２９は、円形の穴１３に抜き差し自在に挿入できるように、例えば、穴１３と同一の形状を有し、穴１３よりもわずかに小さな径を有している。穴１３が円以外の楕円、矩形等の形状を有する場合には、それらの形状を有していてもよい。しかし、セラミックス丸棒２９は、穴１３に抜き差し自在に挿入でき、マスター型（１２）の反転形状１２ａの転写時に穴１３に収容された金型素材の頂点に接触できれば穴１３と必ずしも同一形状である必要はない。
また、セラミックス丸棒２９の長さＬは、入れ子部材１１の高さ及びマスター型１２上に形成された原型１４の形状から計算することができ、計算値と同一の長さにしてもよいが、計算値よりも短くし、セラミックス丸棒２９の上にバネ等を更に挿入した状態で押圧を行い、バネによりセラミックス丸棒２９をマスター型（１２）の反転形状１２ａ側に付勢するようにしてもよい。

セラミックス丸棒２９には、入れ子部材１１の加熱温度（例えば、９００〜１２００℃）で高い強度、硬度及び耐変形性を有する任意の素材を用いることができ、その具体例としては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等の高温構造用セラミックスが挙げられる。或いは、セラミックス以外に、入れ子部材１１の加熱温度で軟化しない金属素材を用いてもよい。

以上のような構成とすることにより、マスター型１２及び入れ子部材１１を、入れ子部材１１が軟化する９００℃以上で１２００℃以下の軟化温度域に加熱し、加圧部材２０を支持台１８に向けて移動すると、マスター型１２及び入れ子部材１１同士が押圧される。このとき、マスター型１２、加圧部材２０、及び収納部材２１は変形せず、入れ子部材１１のみが変形する。そして、入れ子部材１１は、マスター型１２、加圧部材２０、及び収納部材２１で囲まれた状態で加圧されて変形するので、入れ子部材１１の一面側がマスター型１２の表面に密着するように変形し、入れ子部材１１の一面側にマスター型１２の反転形状が転写される。ここで、マスター型１２及び入れ子部材１１同士の押圧の際には、両者の間に、例えば８０〜１８０ｋｇの荷重を負荷し、マスター型１２の反転形状を入れ子部材１１に転写する。

（３）第３工程
マスター型１２の反転形状を入れ子部材１１表面に転写後、入れ子部材１１の冷却を開始する。入れ子部材１１の冷却は、例えば、加熱炉の加熱を停止し、温度の低い不活性ガス、例えば、室温の窒素ガスを供給しながら加熱炉内を排気することにより行なう。これにより、マスター型１２の反転形状が転写された入れ子部材１１の急冷による熱処理（焼き入れ）を行なうことができ、入れ子部材１１の硬度を向上できる。なお、窒素ガスの加熱炉内への供給においては、平均降温速度が、例えば１０〜３０℃／秒となるように窒素ガス供給量及び排出量を調整する。入れ子部材１１の冷却が終了後、加熱炉から取り出したマスター型１２から入れ子部材１１を離型する（図１（Ｃ）参照）。このようにして、入れ子部材１１の転写面側にマスター型（１２）の反転形状１２ａが形成された転写金型用入れ子１０が得られる。

図４に、このようにして得られる転写金型用入れ子１０の上面図、側面図（左側は、上面図に示す一点鎖線Ａ−Ａ’及びＢ−Ａ’で切断した断面を示す）及び底面図（転写面側から見た図）を示す。転写面側には、マスター型（１２）の形状の反転形状１２ａがキャビティとして形成されている。また、上面側から転写面側に向かって穴（空間部）１３が形成されており、マスター型（１２）の反転形状１２ａの転写時にマスター型１２により排除された部分に位置する金型素材が穴１３の内部に進入している（穴１３の底面が、マスター型（１２）の反転形状１２ａと同様に上方に向かって凸となっている）。

図１（Ｃ）に示すように、入れ子部材１１に形成されたマスター型１２の平板１１の反転形状部分（平坦面）の基準高さ位置がモールドベース１４の表面の高さ位置に一致するように、モールドベース１４内に形成した、転写金型用入れ子１０が陥入可能な形状及び大きさを有する入れ子取付け部２３に転写金型用入れ子１０をそれぞれ固定することにより。転写金型が得られる。なお、図１（Ｃ）では、一例として入れ子部材１１が円柱状の場合について図示しているが、入れ子部材１１が角柱等の他の形状を有する場合には、それに応じて入れ子取付け部２３の形状は適宜変更される。

転写金型用入れ子１０の転写面側には、マスター型１２の平板１５とマスター型（１２）の反転形状１２ａが形成されているので、転写面上の平坦面を基準として転写金型用入れ子１０をモールドベース２２に固定するようにすると、モールドベース２２の表面の高さ位置に入れ子部材１１に形成された平板１５の反転形状部分の高さ位置が一致して、転写金型用入れ子１０の位置決めを正確に行なうことができる。このため、原型１４の形状、寸法、及び表面性状が同一の反転形状が転写された複数の転写金型用入れ子１０を、その高さ位置が同一になるように位置決めを行ないながらモールドベース２２に固定すると、形状誤差、形状ばらつき、及び表面性状のばらつきがない高品質の転写金型を容易に製造できる。なお、図１（Ｃ）において、モールドベース２２上の入れ子取付け部２３を１つだけ図示しているが、もちろん複数個の入れ子取付け部２３が設けられていてよく、この場合には、複数個取り転写金型を容易に製造することができる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、第１工程において作製されるマスター型は、平板の上に形成されたものでなくてもよい。また、入れ子部材に転写面と反対側の面から転写面側に向かって開けられた穴は、一定の径を有するものでなくてもよく、転写面側に向かって径が拡大又は縮小していてもよい。或いは、入れ子部材に形成される空間部は、転写面と反対側の面から転写面側に向かって開けられた穴でなくてもよく、任意の方法により形成された外部に連通していない閉鎖した空洞であってもよい。

本実施の形態において、ブロックとマスター型の加熱を真空中で行なったが、不活性ガス雰囲気中、例えば、窒素ガス雰囲気中又はアルゴンガス雰囲気中で行なうこともできる。また、加熱炉でマスター型の反転形状が転写されたブロックの冷却速度を調整し熱処理（急冷）を行なう場合、アルゴンガスを加熱炉内に供給することにより行なうこともできる。また、上記実施の形態においては、円柱状の入れ子部材を使用したが、角柱状であってもよく、モールドベースへの取り付け時の位置決めを容易にするために、キー等の突出部や平面部を側面の一部に設けてもよい。

更に、図５（上面図を省略するが、左側は、図２、図３（Ａ）及び図４と同様の断面を示す。）に示すように、入れ子部材１１の転写面側にマスター型（１２）の概略反転形状１２ｂを予め形成しておいてもよい。転写面側にマスター型（１２）の概略反転形状１２ｂを形成することで、マスター型１２の反転形状が形成される際の転写面近傍における軟化変形量を少なくすることができ、マスター型の反転形状を入れ子部材に迅速に転写することができる。また、金型素材の変形する領域が縮小するため、図２に示す入れ子部材１１よりも、例えば、穴１３の大きさを小さくすることもできる。

本発明は、高精度化、小型化及び微細化に加え、品質の安定化、低価格化、短納期化を満足することを併せて要求される金型の製造に利用できる。本発明が適用される金型の一例としては、携帯電話を始めとする多くの電子機器やデジタル家電等に使用される微細かつ複雑な形状を有する各種部品の製造に使用される多数個取り金型が挙げられるが、それに限定されないのはもちろんである。

１０ 転写金型用入れ子
１１ 入れ子部材
１２ マスター型
１２ａ 反転形状
１２ｂ 概略反転形状
１３ 穴
１４ 原型
１５ 平板
１６ マシニングセンタ
１７ ダイヤモンド工具
１８ 支持台
１９ 炉床部材
２０ 加圧部材
２１ 収納部材
２２ モールドブロック
２３ 入れ子取付け部
２４ ブロック
２５ 支持部材
２６ 空間部
２７ 接合材シート
２８ 砂
２９ セラミックス丸棒

Claims (9)

1. １２００℃を超える高温で高い強度、硬度及び耐変形性を有する素材を用いて、製品と同一形状の原型が形成されたマスター型を作製する第１工程と、
   １２００℃以下の温度で軟化する金型素材で構成され、前記マスター型の形状が転写される転写面から所定の距離を隔てた内部に、前記マスター型の反転形状を転写する際に該マスター型により排除される部分に位置する前記金型素材が進入可能な空間部が形成された柱状の入れ子部材を、前記転写面側で前記マスター型に対向させて加熱炉内に配置し、前記金型素材が軟化する温度域まで前記入れ子部材を加熱して前記マスター型及び前記入れ子部材同士を押圧し該入れ子部材の転写面側に該マスター型の反転形状を転写する第２工程と、
   前記マスター型の反転形状が転写された前記入れ子部材を冷却して前記マスター型から離型する第３工程とを有することを特徴とする転写金型用入れ子の製造方法。
2. 前記入れ子部材には、前記空間部として前記転写面の反対側の面から該転写面側に向かう穴が形成されていることを特徴とする請求項１記載の転写金型用入れ子の製造方法。
3. 前記第２工程において、前記入れ子部材の加熱温度よりも融点及び分解温度の高い無機粉体を前記穴の底部に充填した状態で前記マスター型及び前記入れ子部材同士を押圧することを特徴とする請求項２記載の転写金型用入れ子の製造方法。
4. 前記第２工程において、前記入れ子部材の加熱温度で高い強度、硬度及び耐変形性を有する素材からなり、前記入れ子部材の転写面と反対側の面から、前記入れ子部材を構成する前記金型素材のうち、前記反転形状の転写時に前記マスター型により排除され、前記穴に進入する部分の頂点までの距離と等しい長さを有する棒状体を、前記入れ子部材の転写面と反対側から、前記入れ子部材に形成された前記穴に抜き差し自在に挿入した状態で、前記マスター型及び前記入れ子部材同士を押圧することを特徴とする請求項３記載の転写金型用入れ子の製造方法。
5. 前記マスター型及び前記入れ子部材の加熱を、真空中又は不活性ガス雰囲気中で行なうことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の転写金型用入れ子の製造方法。
6. 不活性ガスを前記加熱炉内に供給して前記マスター型の反転形状が転写された前記入れ子部材の冷却速度を調整し該入れ子部材の熱処理を行なうことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の転写金型用入れ子の製造方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の転写金型用入れ子の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする転写金型用入れ子。
8. １２００℃以下の温度で軟化する金型素材で構成され、柱状の形状を有し、製品と同一形状の原型が平板上に形成されたマスター型の形状が転写される転写面から所定の距離を隔てた内部に、前記マスター型の反転形状を転写する際に該マスター型により排除される部分に位置する前記金型素材が進入可能な空間部が形成されていることを特徴とする転写金型用入れ子部材。
9. 前記空間部として前記転写面の反対側の面から該転写面側に向かう穴が形成されていることを特徴とする請求項８記載の転写金型用入れ子部材。

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