(57)【要約】【課題】加工精度が良好で、加工コストが安価なプラスチック部品の成形に用いられる金型及びその製造方法を提供する。【解決手段】母材２の表面が放電加工により所定の形状に形成された金型１であり、母材２の表面に放電加工による加工変質層３が除去されずに残存し、加工変質層３に圧縮方向の応力が付加されて、圧縮方向の残留応力を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電加工により形成された加工変質層が残存し、該加工変質層に圧縮方向の残留応力を有していることを特徴とする金型。
【請求項２】
前記圧縮方向の残留応力が、前記加工変質層に対する粒子の噴射により付加されたものであることを特徴とする請求項１記載の金型。
【請求項３】
ワイヤーハーネス用コネクタの成形に用いることを特徴とする請求項1又は２記載の金型。
【請求項４】
放電加工を施して所定の金型形状に加工を行う放電加工工程と、上記放電加工工程で生じた加工変質層を残存し該加工変質層に圧縮方向の残留応力を付加する応力付加工程とを備えることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項５】
前記応力付加工程が、放電加工面に粒子を０．３ＭＰａ以下の圧力で噴射して圧縮方向の残留応力を付加するものであることを特徴とする請求項４記載の金型の製造方法。
【請求項６】
前記応力付加工程が、不定形の粒子を噴射する工程と、球状の粒子を噴射する工程とからなることを特徴とする請求項４又は５に記載の金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック部品等の成形に用いられる金型及びその製造方法に関するものであり、特にワイヤーハーネスにおけるコネクタ等の小型のプラスチック部品の成形に好適に用いられる金型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ワイヤーハーネスでは、ワイヤーの接続部分に小型のプラスチック部品からなるコネクタが用いられている。このようなワイヤーハーネス用コネクタは、所定の金型にプラスチックを射出成形することで所定の形状に製造されている。
【０００３】
コネクタの成形に用いられる金型は、一般に、金属の母材の表面を放電加工することで所定の形状に形成されている。しかし、放電加工を施した金型は、加工面となる金型表面に、引張り方向の残留応力が残ってしまう。引っ張り方向の残留応力は、金型の強度を低下させ、金型寿命を短くするという問題があった。そこで、放電加工を施した金型表面に、圧縮方向の残留応力を発生させて、金型の強度低下を改良する方法が公知である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の方法は、放電加工面にアルミナ等の不定形の粒子を噴射して加工変質層を完全除去する第１工程と、スチール、セラミック、ガラスビーズ等の球状の粒子を噴射して表面荒さを調整するとともに圧縮方向の残留応力を付加する第２工程とを行う方法である。
【０００５】
また上記特許文献２に記載の方法は、金型表面に衝撃塑性加工を施した後、加工表面に０ＭＰａ超〜１０００ＭＰａ、深さ０．２ｍｍの位置に３００ＭＰａ以上降伏応力以下の残留応力を付加した後、電解研磨、エメリー紙研磨、ワイヤー放電等により、上記処理を施した部分を厚さ０．３ｍｍ〜１ｍｍ未満の範囲で除去するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２０７５６３号公報
【特許文献２】特開２００８−７３７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法をワイヤーハーネス用金型に適用して、加工変質層を完全除去してしまうと、金型の寸法の変化が大きくなってしまうという問題があった。ワイヤーハーネス用金型は、部品寸法が小さな精密金型であり、加工変質層を全部除去してしまうと、除去前後の寸法変化が大きくなりすぎる。また上記特許文献１の方法では、第１工程及び第２工程の合計の加工時間が２０分程度かかっており、加工時間が長くなり、加工コストが上昇してしまう。
【０００８】
また上記特許文献２に記載の方法をワイヤーハーネス用金型に適用しようとすると、電解研磨等により表面の研磨を０．３〜１ｍｍ行うため、加工量が大きく、加工コストが上昇してしまうという問題があった。また、金型の加工量が大きくなると、金型の加工精度にも悪影響を与えると考えられる。
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は、上記問題点を解決しようとするものであり、加工精度が良好で、加工コストが安価な金型及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の金型は、放電加工により形成された加工変質層が残存し、該加工変質層が圧縮方向の残留応力を有していることを要旨とするものである。
【００１１】
本発明の金型の製造方法は、放電加工を施して所定の金型形状に加工を行う放電加工工程と、上記放電加工工程で生じた加工変質層を残存し該加工変質層に圧縮方向の残留応力を付加する応力付加工程とを備えることを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の金型は、放電加工による加工変質層に圧縮方向の残留応力を有しているので、金型の強度が上昇し、金型の寿命を伸ばすことができる。更に、加工変質層を除去しないことにより、金型寸法が大きく変化することがないので、金型寸法の精度が良好である。また加工変質層を除去しないので、金型に反りが発生することもない。更に、加工変質層を除去しないので、短時間で加工を行うことができ、加工コストが上昇することもないといった効果を有する。
【００１３】
本発明の金型の製造方法は、放電加工を施して所定の金型形状に加工を行う放電加工工程と、上記放電加工工程で生じた加工変質層を残存し該加工変質層に圧縮方向の残留応力を付加する応力付加工程とを有するものであるから、寸法精度の良好な金型が確実に得られる。更に加工時間も短時間でよく加工コストが安価である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の金型の一例を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の金型の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は疲労試験に用いる試験片の斜視図であり、（ｂ）は疲労試験方法の説明図である。
【図４】実施例、比較例の疲労試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の金型の一例を示す断面図である。図１に示すように、本発明の金型１は、母材２の表面が放電加工により所定の形状に形成されている。そして母材２の表面には、放電加工による加工変質層３が除去されずに残存している。更に金型１は、加工変質層３に圧縮方向の応力を付加して、加工変質層３が圧縮方向の残留応力を有している。
【００１６】
加工変質層３の圧縮方向の応力からなる残留応力は、金型１の表面の加工変質層３に対して粒子を噴射することにより付加されたものである。この圧縮方向の応力を付加するための粒子の噴射は、加工変質層３を除去せず、金型寸法が変化しない噴射圧力、噴射時間等の噴射条件で行えばよい。
【００１７】
以下、本発明の金型の製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の金型の製造方法の各工程を示す断面図である。本発明の金型の製造方法は、先ず図２（ａ）に示すように母材２を準備して母材２の表面に放電加工を施す放電加工工程を行う。放電加工工程を行うと、図２（ｂ）に示すようにで、母材２の表面が所定の金型形状に形成される。また同図に示すように、母材２の表面には放電加工による加工変質層３が形成される。
【００１８】
金型に凹凸を形成する放電加工方法としては、公知の放電加工装置等を用いた方法が利用できる。また母材２は、ワイヤーハーネス用コネクタ等の小型プラスチック部品の成形用金型に通常用いられる金属材料が利用できる。
【００１９】
次いで図２（ｃ）に示すように、応力付加工程では、噴射装置４を用いて上記放電加工工程において生じた加工変質層３に粒子を噴射して、圧縮方向の応力を付加する。このとき、粒子の噴射は金型寸法が変化しないように行い、加工変質層３を完全に除去せずに、加工変質層３が残存している状態で圧縮方向の応力を付加する。粒子の噴射に用いる噴射装置４は、ブラスト装置等の研掃装置を利用することができる。
【００２０】
粒子の噴射による応力付加工程は、第１噴射工程で、アルミナのような角のある不定形の粒子を噴射し、第２噴射工程で、ガラスビーズのような球状の粒子を噴射するのが好ましい。第１噴射工程及び第２噴射工程のいずれも、加工変質層３を完全に除去しないように噴射する。上記第１噴射工程で用いられる不定形の粒子は、金型の母材よりも高い硬度の粒子であればよい。また不定形の粒子は、アルミナ以外の他の不定形の粒子を用いてもよい。上記第２噴射工程で用いられる球状の粒子は、金型の母材よりも高い硬度の球状の粒子であればよく、ガラスビーズ以外にスチール、セラミック等の粒子を用いることができる。
【００２１】
このように応力の付加を、不定形の粒子を用いた第１噴射工程と、球状の粒子を用いた第２噴射工程との二つの噴射工程に分けて行うことにより、以下の利点がある。先ず第１噴射工程では、不定形の角のある粒子を噴射することで、加工変質層３に圧縮方向の残留応力を確実に付与することができる。次いで第２噴射工程では、第１噴射工程において角のある不定形の粒子の噴射により金型の表面が荒れた部分が、球状の粒子の噴射で研磨されて平滑になる。しかも球状の粒子の噴射により、加工変質層３に圧縮方向の応力も更に付与される。
【００２２】
第１噴射工程、第２噴射工程で、加工変質層３を除去しない具体的な噴射条件の一例は、以下の通りである。第１噴射工程は、不定形粒子の粒径が、２０〜４０μｍであるのが好ましい。また不定形の粒子を噴射する圧力は、０．３ＭＰａ以下であるのが好ましく、更に好ましくは０．１〜０．２ＭＰａの範囲である。また不定形の粒子の噴射時間は、３０秒以下であるのが好ましく、更に好ましくは２０秒以下である。上記の噴射条件は、加工距離が５０〜１５０ｍｍの場合である。
【００２３】
第２噴射工程は球状の粒子の粒径が、１０〜３０μｍの範囲であるのが好ましい。また球状の粒子を噴射する圧力は、０．３ＭＰａ以下であるのが好ましく、更に好ましくは０．１〜０．２ＭＰａの範囲である。また球状の粒子の噴射時間は３０秒以下であるのが好ましく、更に好ましくは２０秒以下である。
【００２４】
〔実験例〕
上記の放電加工層を除去せず２段階で粒子を噴射して圧縮方向の応力を付加した場合の効果を検証する実験を行った。実験には図３（ａ）に示す形状の試験片５を用いた。試験片５は、厚さ１．２ｍｍの工具鋼製板状体の所定の部分（図中斜線で示した部分）に放電加工を施して放電加工部６を形成した。試験片５の放電加工部６以外の部分は研削加工により形成した。試験片５には、疲労試験器に取り付けるための固定用の取り付け穴７が設けられている。この試験片５の放電加工部６に、粒径３０μｍの不定形アルミナ粒子を用いて空気圧力０．１〜０．２ＭＰａ、距離５０〜１５０ｍｍで約１０秒未満噴射し、次いで、放電加工部６に、粒径２０μｍのガラスビーズを用いて、空気圧力０．１〜０．２ＭＰａ、金型までの距離５０〜１５０ｍｍで約１０秒未満噴射して、圧縮方向の応力を付加した。この粒子噴射後の試験片５の放電加工部６の断面組織を顕微鏡観察したところ、表面に加工変質層が残存していることが確認できた。
【００２５】
更に試験片５の疲労試験を行った。比較のために、放電加工を行って放電加工部を形成したが、圧縮方向の応力を付加しないかった試験片（放電加工のみ）についても試験を行った。試験の結果を図４のグラフに示す。尚、疲労試験方法は下記の通りである。
【００２６】
疲労試験方法は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７５「金属平板の平面曲げ疲れ試験方法」に準じて行った。図３（ｂ）に示すように、試験器８の固定部９に試験片５の取り付け穴７を用いて取り付け、図中試験片５の上方を支持体１０で支持し、繰り返し速度が６００ｃｐｍとして試験片５の表面に曲げ応力を加え、破壊までの繰り返し数を測定した。
【００２７】
図４のグラフに示すように、疲労試験の結果、圧縮方向の応力を付加したもの（放電加工＋応力付加）は、放電加工のみのものと比較して繰り返し回数が多くなっており、強度の向上が確認できた。
【００２８】
本発明の金型は、大きさとして一辺が１０ｍｍ以下程度の小型の精密な小型プラスチック部品の成形に好適であり、特に自動車用ワイヤーハーネスのコネクタ等の部品の成形に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  金型
２  母材
３  加工変質層
４  噴射装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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