JP7212872B1 - 成形金型部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置コストの低減及び製造時間の短縮が可能な成形金型部品の製造方法及び製造装置の提供。【解決手段】拡散接合炉１の容器５内で第１の金型部品素材３１と第２の金型部品素材３２とを加圧密着させて昇温し、第１の金型部品素材３１と第２の金型部品素材３２とを拡散接合する拡散接合工程と、拡散接合工程後の高温状態の第１及び第２の金型部品素材３１，３２を、容器５内で急冷する焼入れ工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、入子や分流子などの成形金型部品の製造方法及び製造装置に関する。

入子や分流子などの成形金型部品の製造において、拡散接合工程の後に焼入れ工程を行なう方法が公知である（例えば特許文献１）。拡散接合工程では、第１の金型部品素材と第２の金型部品素材とを、真空加熱炉内で加圧密着させた状態で昇温して拡散接合する。焼入れ工程では、拡散接合され徐冷された第１及び第２の金型部品素材を、真空加熱炉から取出して熱処理炉内に設置し、加熱後急冷して焼入れを行なう。

特許第５１１３５４９号公報

上記従来の製造方法では、拡散接合工程を行なう真空加熱炉と焼入れ工程を行なう熱処理炉とが必要であるため、装置コストが増大する。また、拡散接合された第１及び第２の金型部品素材を、真空加熱炉内で徐冷した後に真空加熱炉内から取出し、熱処理炉内に設置して焼入れを行なうので、第１及び第２の金型部品素材を真空加熱炉内で徐冷する冷却時間と、焼入れのために熱処理炉内で第１及び第２の金型部品素材を加熱する加熱時間とが必要であり、製造時間が増長する。

そこで本開示は、装置コストの低減及び製造時間の短縮が可能な成形金型部品の製造方法及び製造装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本開示の第１の態様の成形金型部品の製造方法は、拡散接合炉の容器内で第１の金型部品素材と第２の金型部品素材とを加圧密着させて昇温し、第１の金型部品素材と第２の金型部品素材とを拡散接合する拡散接合工程と、拡散接合工程後の高温状態の第１及び第２の金型部品素材を、容器内で急冷する焼入れ工程と、を備える。

上記方法では、拡散接合炉の容器内で拡散接合工程と焼入れ工程とを行なうので、焼入れ工程を行なうための熱処理炉を別途設ける必要がなく、装置コストを低減することができる。また、拡散接合された第１及び第２の金型部品素材を拡散接合炉内で徐冷せず、高温状態の第１及び第２の金型部品素材を拡散接合炉内で急冷して焼入れを行なうので、拡散接合された第１及び第２の金型部品素材を徐冷する時間及び焼入れのために再加熱する時間を省略することができ、製造時間を短縮することができる。

本開示の第２の態様の製造方法は、第１の態様の製造方法であって、容器には、容器内の気体を吸引して排出する吸引口と、不活性ガスを冷却ガスとして容器内へ供給する冷却ガス供給口とが設けられる。拡散接合工程では、冷却ガス供給口から容器内への不活性ガスの供給を停止した状態で、容器内の気体を吸引口から排出して容器内を真空化する。焼入れ工程では、容器内の気体を吸引口から継続して排出しながら、冷却ガス供給口から不活性ガスを容器内へ供給することにより、第１及び第２の金型部品素材を急冷する。

上記方法では、焼入れ工程において、吸引口からの気体の吸引を継続することにより不活性ガスを容器内に流通させるので、不活性ガスを容器内に流通させるための手段を別途設ける必要がなく、装置コストを低減することができる。また、第１及び第２の金型部品素材を冷却する冷却ガスとして不活性ガスを用いるので、第１及び第２の金型部品素材の酸化を抑制することができる。

本開示の成形金型部品の製造装置は、容器と、容器内で第１の金型部品素材と第２の金型部品素材とを加圧密着させて保持する保持手段と、保持手段に保持された第１及び第２の金型部品素材を加熱する加熱手段と、容器内の気体を吸引して排出する吸引口と、を有する拡散接合炉と、容器に設けられ、不活性ガスを冷却ガスとして容器内へ供給する冷却ガス供給口と、を備える。吸引口と冷却ガス供給口とは、第１及び第２の金型部品素材を挟んで対峙する。

本開示の第３の態様の製造方法は、第２の態様の製造方法であって、吸引口と冷却ガス供給口とは、第１及び第２の金型部品素材を挟んで対峙する。

上記装置及び方法では、吸引口と冷却ガス供給口とが第１及び第２の金型部品素材を挟んで対峙し、第１及び第２の金型部品素材の外面上を通過するように不活性ガスが冷却ガス供給口から吸引口へ流通するので、第１及び第２の金型部品素材を不活性ガスによって効率良く冷却することができる。

本開示によれば、装置コストの低減及び製造時間の短縮が可能な成形金型部品の製造方法及び製造装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る成形金型部品の製造装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 図１のII-II矢視断面図である。 図１のIII-III矢視断面図である。 本実施形態の製造方法における温度と時間との関係を模式的に示す図である。 従来の製造方法における温度と時間との関係を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の成形金型部品は、例えばアルミダイカスト金型を構成する入子や分流子などの部品であり、図１～図３に示すように、第１の金型部品素材３１と第２の金型部品素材３２とを拡散接合することによって製造される。なお、成形金型部品は、溶融した原料を金型内で成形した後、金型内で急速に冷却する成形金型を構成する部品であればよく、例えば、アルミダイカスト以外のダイカスト金型や樹脂成形金型や重力鋳造金型などを構成する任意の部品が本実施形態の製造方法の対象となり得る。

第１の金型部品素材３１は、例えば熱間工具鋼であり、有底のテーパ穴３３を有する円柱体状に形成される。第２の金型部品素材３２は、例えば無酸素銅であり、テーパ軸体状に形成され、第１の金型部品素材３１のテーパ穴３３に押圧挿入される。第１及び第２の金型部品素材３１，３２は、第１の金型部品素材３１のテーパ穴３３が上方に開口し、テーパ穴３３に第２の金型部品素材３２が挿入された状態で、後述する拡散接合炉２内に設置される。なお、第１及び第２の金型部品素材３１，３２の材質及び形状は、上記に限定されず、任意に設定可能である。

成形金型部品の製造装置１は、拡散接合炉２と、真空ポンプ３と、不活性ガス供給装置４と、を備える。

拡散接合炉２は、真空加熱炉によって構成され、容器（真空容器）５と、容器５内で第１の金型部品素材３１と第２の金型部品素材３２とを加圧密着させて保持する保持機構（保持手段）６と、保持機構６に保持された第１及び第２の金型部品素材３１，３２を加熱するヒータなどの発熱体（加熱手段）７と、容器５内の気体を吸引して排出する吸引口８と、を有する。容器５は、略水平に倒伏した円柱状空間を内側（容器５内）に区画し、容器５内を開放可能に密閉する。

保持機構６は、第１及び第２の金型部品素材３１，３２の上面に載置される円板状の上支持板１１と、第１の金型部品素材３１の下面が載置される円板状の下支持板１２と、下支持板１２を下方から支持する台座１３と、上支持板１１の上面から容器５の上方外部へ延びる加圧ロッド１４と、容器５に対して固定される雌ネジ部１５と、を有する。雌ネジ部１５は、加圧ロッド１４の上部に形成された雄ネジ部１６と螺合する。第１及び第２の金型部品素材３１，３２は、上支持板１１と下支持板１２との間に上下から挟まれた状態（加圧密着状態）で保持される。容器５の外部で加圧ロッド１４の上端部を回すことにより上支持板１１が昇降し、第１及び第２の金型部品素材３１，３２に対する押圧力が減増する。なお、保持機構６は上記構成に限定されず、他の構成であってもよい。

発熱体７は、保持機構６に保持された第１及び第２の金型部品素材３１，３２の外周を囲むように容器５内に設けられる。吸引口８は、容器５の上部に設けられて容器５の内部と外部とを連通する。吸引口８には、吸引管１７を介して真空ポンプ３が接続される。なお、容器５内には、容器５内の温度や第１及び第２の金型部品素材３１，３２の温度を検出するための温度センサ（図示省略）が設けられる。

不活性ガス供給装置４は、不活性ガス（例えば、窒素ガス）を貯留する貯留タンク（図示省略）と、貯留タンクに接続されるガス供給管１８と、ガス供給管１８の下流端に接続され容器５の内部へ延びるガス供給ノズル１９と、を備える。ガス供給ノズル１９の下流端は、容器５内に設けられ、不活性ガスを冷却ガスとして容器５内へ供給する冷却ガス供給口２０を構成する。ガス供給管１８には、容器５内への不活性ガスの供給を停止可能に許容する開閉バルブ２１が設けられている。

吸引口８と冷却ガス供給口２０とは、保持機構６に保持された第１及び第２の金型部品素材３１，３２を挟んで対峙する位置に配置されている。第１及び第２の金型部品素材３１，３２を挟んで対峙するとは、各々が第１及び第２の金型部品素材３１，３２を通り、且つ互いに直交する３つの仮想の平面であって、各平面が容器５内を２つの空間に分割する３つの分割面の何れに対しても、吸引口８と冷却ガス供給口２０とが互いに異なる空間に位置することを意味する。本実施形態では、第１及び第２の金型部品素材３１，３２を通る水平面（第１の分割面）２２に対し、吸引口８は一方の空間（図２中の上側の空間）に、冷却ガス供給口２０は他方の空間（図２中の下側の空間）にそれぞれ位置し、第１及び第２の金型部品素材３１，３２を通る第１の鉛直面（第２の分割面）２３に対し、吸引口８は一方の空間（図３中の下側の空間）に、冷却ガス供給口２０は他方の空間（図３中の上側の空間）にそれぞれ位置し、第１及び第２の金型部品素材３１，３２を通り第１の鉛直面２３に直交する第２の鉛直面（第３の分割面）２４に対し、吸引口８は一方の空間（図３中の左側の空間）に、冷却ガス供給口２０は他方の空間（図３中の右側の空間）にそれぞれ位置する。

次に、成形金型部品の製造方法について説明する。

本実施形態の製造方法は、素材加工工程と、拡散接合準備工程と、拡散接合工程（接合工程）と、熱処理工程と、製品加工工程とを備える。熱処理工程は、焼入れ工程と、焼戻し工程とを含む。

素材加工工程では、切削加工等により、第１の金型部品素材３１を有底のテーパ穴３３を有する円柱体状に形成し、第２の金型部品素材３２を、テーパ穴３３に押圧挿入されるテーパ軸体状に形成する。

拡散接合準備工程では、発熱体７による加熱を開始せず、真空ポンプ３を停止し、ガス供給管１８の開閉バルブ２１を閉止した状態で、拡散接合炉２の容器５を開けて、第１及び第２の金型部品素材３１，３２を容器５内に設置し、保持機構６によって加圧密着させて保持する。第１及び第２の金型部品素材３１，３２は、第１の金型部品素材３１のテーパ穴３３が上方に開口し、テーパ穴３３に第２の金型部品素材３２が挿入された状態で保持される。

拡散接合工程では、ガス供給管１８の開閉バルブ２１が閉止した状態（容器５内への不活性ガスの供給を停止した状態）で、真空ポンプ３を駆動し、容器５内の気体を吸引口８から吸引して排出し、容器５内を減圧（真空化）する。本実施形態では、拡散接合工程の間、真空ポンプ３を停止せずに継続して駆動する。また、発熱体７による加熱を開始し、容器５内（及び／又は第１又は第２の金型部品素材３１，３２）が目標温度（例えば９５０℃）に達した後、圧力と温度とを所定時間（例えば２時間）維持して拡散接合を生じさせ、所定時間経過後に発熱体７による加熱を終了する（図４中に実線で示す）。なお、容器５内の残留酸素を低減するため、真空ポンプ３の駆動後であって加熱開始前に、開閉バルブ２１を一時的に開放して不活性ガスの供給を許容してもよい。また、保持機構６による第１及び第２の金型部品の押圧力を、拡散接合工程中に変化させてもよい。また、拡散接合のために必要な温度及び時間は、上記に限定されず、任意に設定可能である。

焼入れ工程では、拡散接合工程後の第１及び第２の金型部品素材３１，３２を容器５内に設置し、真空ポンプ３の駆動を継続したまま、ガス供給管１８の開閉バルブ２１を開放する。すなわち、容器５内の気体（冷却ガス供給口２０から供給された不活性ガスを含む）を吸引口８から継続して排出しながら、冷却ガス供給口２０から不活性ガスを容器５内へ供給する（容器５内の負圧によって不活性ガスが冷却ガス供給口２０から容器５内に吸引される）。不活性ガスの供給により、第１及び第２の金型部品素材３１，３２が急冷される（図４中に破線で示す）。なお、焼入れ工程では、保持機構６による第１及び第２の金型部品素材３１，３２の押圧力を拡散接合工程から変化（例えば低減や解除）させてもよい。

焼戻し工程では、焼入れ工程後の第１及び第２の金型部品素材３１，３２を容器５内に設置したまま、ガス供給管１８の開閉バルブ２１を閉止し、発熱体７による加熱を開始し、容器５内（及び／又は第１又は第２の金型部品素材３１，３２）が目標温度（拡散接合工程よりも低い目標温度）に達した後、圧力と温度とを所定時間（拡散接合工程とは別に設定した所定時間）維持して焼戻しを行ない、所定時間経過後に発熱体７による加熱を終了する（図４中に一点鎖線で示す）。

製品加工工程では、焼戻し工程後の第１及び第２の金型部品素材３１，３２を、切削加工等によって所望の形状に形成する。

本実施形態によれば、拡散接合炉２の容器５内で拡散接合工程と焼入れ工程と焼戻し工程とを行なうので、焼入れ工程及び焼戻し工程を行なうための熱処理炉を別途設ける必要がなく、装置コストを低減することができる。

拡散接合された第１及び第２の金型部品素材３１，３２を拡散接合炉２内で徐冷せず、高温状態の第１及び第２の金型部品素材３１，３２を拡散接合炉２内で急冷して焼入れを行なうので、従来のように拡散接合後の第１及び第２の金型部品素材を拡散接合炉内で徐冷し、熱処理炉内で第１及び第２の金型部品素材の焼入れ及び焼戻しを行なう場合（図５参照）と比較して、拡散接合後の第１及び第２の金型部品素材を拡散接合炉内で徐冷する時間、拡散接合後の第１及び第２の金型部品素材を拡散接合炉から取出して熱処理炉内に設置する時間、及び焼入れのために熱処理炉内で第１及び第２の金型部品素材を再加熱する時間を省略することができ、製造時間を短縮することができる。

焼入れ工程において、吸引口８からの気体の吸引を継続することにより、不活性ガスを容器５内に流通させるので、不活性ガスを容器５内に流通させるための手段を別途設ける必要がなく、装置コストを低減することができる。また、第１及び第２の金型部品素材３１，３２を冷却する冷却ガスとして不活性ガスを用いるので、第１及び第２の金型部品素材３１，３２の酸化を抑制することができる。

また、吸引口８と冷却ガス供給口２０とが第１及び第２の金型部品素材３１，３２を挟んで対峙するので、冷却ガス供給口２０から吸引口８へ向かって流れる不活性ガスの少なくとも一部は、第１及び第２の金型部品素材３１，３２の外面上を通過する。このため、第１及び第２の金型部品素材３１，３２を不活性ガスによって効率良く冷却することができる。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、焼戻し工程を拡散接合炉２内で行なっているが、焼入れ工程の後に第１及び第２の金型部品素材３１，３２を拡散接合炉２から取出し、他の加熱炉で焼戻し工程を行なってもよい。

本発明は、成形金型部品の製造方法及び製造装置に広く適用することができる。

１：製造装置
２：拡散接合炉
３：真空ポンプ
４：不活性ガス供給装置
５：容器
６：保持機構（保持手段）
７：発熱体（加熱手段）
８：吸引口
１７：吸引管
１８：ガス供給管
１９：ガス供給ノズル
２０：冷却ガス供給口
３１：第１の金型部品素材
３２：第２の金型部品素材

Claims (2)

1. 拡散接合炉の容器内で第１の金型部品素材と第２の金型部品素材とを加圧密着させて昇温し、前記第１の金型部品素材と前記第２の金型部品素材とを拡散接合する拡散接合工程と、
   前記拡散接合工程後の高温状態の前記第１及び第２の金型部品素材を、前記容器内で急冷する焼入れ工程と、を備え、
   前記容器には、前記容器内の気体を吸引して排出する吸引口と、不活性ガスを冷却ガスとして前記容器内へ供給する冷却ガス供給口とが設けられ、
   前記拡散接合工程では、前記冷却ガス供給口から前記容器内への不活性ガスの供給を停止した状態で、前記容器内の気体を前記吸引口から排出して前記容器内を真空化し、
   前記焼入れ工程では、前記容器内の気体を前記吸引口から継続して排出しながら、前記冷却ガス供給口から不活性ガスを前記容器内へ供給することにより、前記第１及び第２の金型部品素材を急冷する
   ことを特徴とする成形金型部品の製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法であって、
   前記吸引口と前記冷却ガス供給口とは、前記第１及び第２の金型部品素材を挟んで対峙する
   ことを特徴とする成形金型部品の製造方法。

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