JP5473711B2 - 樹脂成形用積層金型およびその製造法 - Google Patents
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Description
片面当たり2.5〜50.0μm厚さの銅めっき層を両面に持つ銅めっき鋼板を素材として、樹脂成形製品の形状および冷媒流路の配置に基づいて設計されたカットパターンを形成してなる複数の金属シート部材を、それぞれの銅めっき層同士が密着するように重ね合わせて積層体とする工程(積層工程)、
前記積層体を1.5〜6.0MPaの積層方向圧力が付与された状態として、10Pa以下の減圧雰囲気下で780〜950℃に加熱保持することにより、各銅めっき層密着部分で拡散接合させる工程(拡散接合工程)、
を有する樹脂成形用積層金型の製造法が提供される。
(1)従来より低面圧・低温で健全な拡散接合が可能となり、低コスト化とともに、積層金型の大型化にも対応しやすくなる。
(2)接合時に溶融金属が生成しないので、ろう付け接合で問題となるろう材のはみ出しに起因する寸法精度の悪化および流路の狭窄化が回避される。
(3)鋼材を主体とする積層構造により、高強度の金型が低コストで得られる。
(4)研磨などの活性化処理を行うことなく健全な拡散接合が実現できるので、金型の生産性向上および生産コスト低減が図れる。
(5)金属シート部材間にインサート材を挟む必要がないので、金型の生産性向上および生産コスト低減が図れる。
〔積層工程〕
まず、両面に銅めっき層を有する銅めっき鋼板を素材として、金属シート部材を作製する。銅めっき鋼板としては、前述の鋼層21を構成するための鋼種をめっき原板とする電気銅めっき鋼板が採用できる。銅めっき層の銅純度は例えば99.0%以上であることが好適である。通常の電気銅めっき鋼板はこの要求を満たすものである。銅めっき層の片面当たりの厚さは前述の銅層22の目標厚さを考慮して概ねその1/2とすればよい。具体的には片面当たりの銅めっき層の厚さは例えば2.5〜50.0μmの範囲とすることができる。
次に、上記の積層体を真空炉に装入し、真空引きを行って10Pa以下の減圧雰囲気とする。1Pa以下とすることがより好ましく、0.5Pa以下とすることが一層好ましい。積層体に1.5〜6.0MPaの積層方向圧力を付与した状態で、780〜950℃の温度範囲に保持する。積層方向圧力は、各銅めっき層間に付与される面圧の平均(平均面圧)である。均等な積層方向圧力が付与されるように、樹脂成形面(図1では4A、4B)に勘合する形状の表面を有する治具などを用いて圧力を付与することが望ましい。必要に応じて治具との間の拡散接合を防止するために離型剤を塗布することができる。
めっき原板として、焼入れ・焼戻し処理または恒温変態処理(これらを調質熱処理と呼ぶ)により硬質化させることができる鋼種を適用した場合は、拡散処理によって得られた積層構造体を調質熱処理に供することができる。恒温変態処理の代表例としてはオーステンパーが挙げられる。銅層22は調質熱処理の影響を受けないので、調質熱処理の条件は通常のバルク鋼材に対して行われている条件に準じることができる。ただし、加熱温度は銅層22が溶融しないように1050℃を超えない範囲とする。このような熱処理によって鋼層21の断面硬さが300HV以上となるようにすることが好ましい。鋼種や熱処理条件によって鋼層21の断面硬さを350HV以上、あるいはさらに400HV以上にコントロールすることも可能である。
積層構造体と金属プレート部材(図1の12A、12Bや、13A、13Bなど)を接合した積層金型を製造する場合は、前述のように拡散接合の工程で両者を接合することもできるが、積層構造体を作製した後、別途、積層構造体と金属プレート部材とを接合することもできる。その接合方法としてはろう材を用いたろう付け法や、ボルト・ナットなどの締結部品により締結する方法などが挙げられる。
接合不良率(%)=[接合欠陥のトータル長さ]/[断面内銅層の全長]×100 …(1)
〔熱処理A〕
オーステンパー処理(鋼層500HV狙い); 810℃×20分保持→300℃×30分保持→空冷
〔熱処理B〕
焼入れ・焼戻し処理(鋼層450HV狙い); 850℃×20分保持→油冷(60℃)→400℃×60分保持→空冷
・熱処理Aによる鋼層の平断面の平均硬さ;495HV
・熱処理Bによる鋼層断面均硬さ;452HV
また、銅層は調質熱処理前の段階と同様に健全な拡散接合状態が保たれ、鋼層/銅層界面についての接合状態にも異常はみられなかった。
2 樹脂充填空洞
3 冷媒流路
4A、4B 樹脂成形面
11A、12A 積層構造体
12A、12B 金属プレート部材
13A、13B 金属プレート部材
21 鋼層
22 銅層
Claims (9)
- 銅めっき鋼板からなる複数のシート部材を、それぞれの銅めっき層同士が密着するように重ね合わせて1.5〜6.0MPaの積層方向圧力が付与された状態として拡散接合してなる積層構造体を持ち、その積層構造体の内部には冷媒流路が三次元的に配置されている樹脂成形用積層金型。
- 前記積層構造体を構成する鋼層は、300HV以上の断面硬さを有する鋼からなる請求項1に記載の樹脂成形用積層金型。
- 前記積層構造体を構成する鋼層は、Cr含有量が10.5〜32.0質量%のステンレス鋼からなる請求項1または2に記載の樹脂成形用積層金型。
- 前記積層構造体を構成する銅層の平均厚さが1層当たり5〜100μmである請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂成形用積層金型。
- 前記積層構造体の樹脂成形面に対して背面側に、肉厚3mm以上の金属プレート部材が接合されている請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂成形用積層金型。
- 内部に冷媒流路を有する樹脂成形用積層金型を製造するに際し、
片面当たり2.5〜50.0μm厚さの銅めっき層を両面に持つ銅めっき鋼板を素材として、冷媒流路の配置に基づいて設計されたカットパターンを形成してなる複数の金属シート部材を、それぞれの銅めっき層同士が密着するように重ね合わせて積層体とする工程(積層工程)、
前記積層体を1.5〜6.0MPaの積層方向圧力が付与された状態として、10Pa以下の減圧雰囲気下で780〜950℃に加熱保持することにより、各銅めっき層密着部分で拡散接合させる工程(拡散接合工程)、
を有する樹脂成形用積層金型の製造法。 - 前記銅めっき鋼板は、厚さ0.05〜4.0mmの鋼板をめっき原板とするものである請求項6に記載の樹脂成形用積層金型の製造法。
- 前記銅めっき鋼板は、焼入れ・焼戻し処理または恒温変態処理を施したときに硬さ300HV以上となる化学組成を有する鋼板をめっき原板とするものである請求項6または7に記載の樹脂成形用積層金型の製造法。
- 前記拡散接合工程により得られた積層構造体に、焼入れ・焼戻し処理または恒温変態処理を施し、当該積層構造体を構成する鋼層の硬さを300HV以上とする工程(調質熱処理工程)を有する、請求項8に記載の樹脂成形用積層金型の製造法。
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