(57)【要約】【課題】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製造方法及び転写金型を提供する。【解決手段】離型性を有する製品と同一形状の原型１０が平板１１上に形成されたマスター型１２を高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材で作製する第１工程と、高温で軟化性を示す金型素材で構成されたブロック１３をマスター型１２に対向させて加熱炉内に配置し、金型素材の軟化温度域まで加熱してマスター型１２及びブロック１３同士を押圧しブロック１３にマスター型１２の反転形状を転写する第２工程と、マスター型１２の反転形状が転写されたブロック１３を冷却しブロック１３に形成された平板１１の反転形状部分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ブロック１３をモールドベース１４に固定して転写金型１５を形成する第３工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１２００℃を超える高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材を用いて、離型性を有する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を作製する第１工程と、
高温で軟化性を示す金型素材で構成された所定形状のブロックを前記マスター型に対向させて加熱炉内に配置し、前記金属素材を９００℃以上１２００℃以下の温度域まで加熱して前記マスター型及び前記ブロック同士を押圧し該ブロック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ブロックを冷却して前記マスター型から離型し、前記ブロックに形成された前記マスター型の前記平板の反転形状部分の基準高さ位置がモールドベースの表面の高さ位置に一致するように前記ブロックを前記モールドベースに固定して転写金型を形成する第３工程とを有することを特徴とする転写金型製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の転写金型製造方法において、前記モールドベースに複数の取付け部を形成し、該各取付け部に前記マスター型の反転形状が転写された前記ブロックをそれぞれ固定することを特徴とする転写金型製造方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の転写金型製造方法において、前記ブロックは、高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す高温用素材で構成された保持部材に形成された凹部に挿入され、前記マスター型に対向する面のみが該保持部材から露出していることを特徴とする転写金型製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の転写金型製造方法において、前記保持部材には、前記ブロックに前記マスター型の反転形状を転写する際に排除される前記金型素材の収容が可能な空間部が前記凹部に連通して形成されていることを特徴とする転写金型製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の転写金型製造方法において、前記ブロックで前記マスター型に対向する側には、前記マスター型の反転形状より小さい概略反転形状が予め形成されていることを特徴とする転写金型製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の転写金型製造方法において、前記マスター型及び前記ブロックの加熱は、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転写金型製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の転写金型製造方法において、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ブロックの冷却速度を調整し該ブロックの熱処理を行なうことを特徴とする転写金型製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の転写金型製造方法で製造したことを特徴とする転写金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型樹脂レンズ、小型ガラスレンズ等の小物成形や半導体封止に使用する金型を製造する転写金型製造方法及び転写金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話に代表されるように多くの電子機器やデジタル家電では、開発の方向性が高機能化、高精度化、及び小型化に向いている。そして、これらの製品が高精度化、小型化すれば、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。一方、量産部品の製造には、一般に金型が使用されており、部品が高精度化、小型化、微細化すれば、金型も高精度化、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、納期短縮化を満足した上で、高精度化、小型化、微細化に対応することが要求される。
【０００３】
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つのブロック内に部品の反転形状を工作機械（例えば、マシニングセンタ）を用いて複数個形成した後、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。そして、形状誤差、形状のばらつきが発生すると、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、金型品質が安定した（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）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５２−７３２６号公報
【特許文献２】実開昭４９−１０１０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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転写金型を低価格かつ短納期で製造できる転写金型製造方法及び転写金型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う第１の発明に係る転写金型製造方法は、１２００℃を超える高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材を用いて、離型性を有する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を作製する第１工程と、
高温で軟化性を示す金型素材で構成された所定形状のブロックを前記マスター型に対向させて加熱炉内に配置し、前記金属素材を９００℃以上１２００℃以下の温度域まで加熱して前記マスター型及び前記ブロック同士を押圧し該ブロック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ブロックを冷却して前記マスター型から離型し、前記ブロックに形成された前記マスター型の前記平板の反転形状部分の基準高さ位置がモールドベースの表面の高さ位置に一致するように前記ブロックを前記モールドベースに固定して転写金型を形成する第３工程とを有する。
【０００８】
第１の発明に係る転写金型製造方法において、前記モールドベースに複数の取付け部を形成し、該各取付け部に前記マスター型の反転形状が転写された前記ブロックをそれぞれ固定することができる。
【０００９】
第１の発明に係る転写金型製造方法において、前記ブロックは、高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す高温用素材で構成された保持部材に形成された凹部に挿入され、前記マスター型に対向する面のみが該保持部材から露出していることが好ましい。
ここで、前記保持部材には、前記ブロックに前記マスター型の反転形状を転写する際に排除される前記金型素材の収容が可能な空間部が前記凹部に連通して形成されていることが好ましい。
【００１０】
第１の発明に係る転写金型製造方法において、前記ブロックで前記マスター型に対向する側には、前記マスター型の反転形状より小さい概略反転形状が予め形成されていることが好ましい。
【００１１】
第１の発明に係る転写金型製造方法において、前記マスター型及び前記ブロックの加熱は、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。
【００１２】
第１の発明に係る転写金型製造方法において、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ブロックの冷却速度を調整し該ブロックの熱処理を行なうことが好ましい。
【００１３】
前記目的に沿う第２の発明に係る転写金型は、第１の発明に係る転写金型製造方法で製造される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜７記載の転写金型製造方法においては、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を用いるので、ブロックにはマスター型の平板と原型の反転形状が同時に形成され、平板の反転形状部分を基準としてブロックをモールドベースに固定することでブロックの位置決めを正確に行なうことができ、精度の高い転写金型を低価格かつ短納期で製造することができる。
【００１５】
特に、請求項２記載の転写金型製造方法においては、複数のブロックをモールドベースに固定する際に各ブロックの位置決めを正確かつ容易に行なうことができ、形状誤差及び形状ばらつきがなく、同一の表面性状を備えた製品が成形できる複数個取り転写金型を低価格かつ短納期で製造することができる。
【００１６】
請求項３記載の転写金型製造方法においては、マスター型及びブロック同士を押圧しても保持部材の外形は変化しないので、保持部材を介することでブロックをモールドベースに容易に固定することができる。
請求項４記載の転写金型製造方法においては、マスター型の反転形状がブロックに転写される際、ブロックは保持部材の凹部に挿入され露出面はマスター型に押圧されて密閉状態となるが、保持部材にはブロックにマスター型の反転形状が転写される際に排除される金型素材の体積に相当する体積を有する空間部が凹部に連通して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排除され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ブロックに確実に転写することができる。
請求項５記載の転写金型製造方法においては、ブロックにマスター型の概略反転形状が予め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迅速に転写することができる。
【００１７】
請求項６記載の転写金型製造方法においては、加熱を真空中又は不活性ガス雰囲気中で行なうので、ブロックの酸化を防止して、表面性状が優れた転写金型を製造できる。
請求項７記載の転写金型製造方法においては、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ブロックの熱処理（焼き入れ）を行なうことができ、転写金型表面の硬度を高くして、転写金型寿命を長くできる。
【００１８】
請求項８記載の転写金型においては、マスター型の平板と原型の反転形状が同時に形成されたブロックを、平板の反転形状部分を基準としてモールドベースに固定して形成されているので、ブロックの位置決めが正確に行なわれ、精度の高い転写金型となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
ここで、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る転写金型製造方法の説明図、図２は同転写金型製造方法で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、図３は変形例に係るブロックの説明図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る転写金型製造方法で用いるブロックの説明図である。
【００２０】
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る転写金型製造方法は、１２００℃を超える高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材を用いて、離型性を有する製品と同一形状の原型１０が、例えば、平面視して円形の平板１１の上に形成されたマスター型１２を作製する第１工程と、金型素材で構成された所定形状、例えば、平面視して平板１１と同一径の円柱状のブロック１３をマスター型１２に対向させて加熱炉内に配置し、金型素材が軟化性を示す９００℃以上１２００℃以下の温度域まで加熱してマスター型１２及びブロック１３同士を押圧し、ブロック１３にマスター型１２の反転形状を転写する第２工程と、マスター型１２の反転形状が転写されたブロック１３を冷却してマスター型１２から離型し、モールドベース１４に固定して転写金型１５を形成する第３工程とを有している。なお、マスター型１２では、その側部に凹みが存在しない。以下、詳細に説明する。
【００２１】
マスター型１２の製造に使用する１２００℃を超える高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材として、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以上であるジルコニア（セラミックスの一例）であれば使用できる。そして、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。
【００２２】
所定形状のブロック１３を構成する素材としては、高温で軟化性を示す金型素材、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼が利用できる。そして、図２に示すように、ブロック１３は、一面側をマスター型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する。ここで、マスター型１２は、高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材、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、ブロック１３の他面側には、高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材、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円柱状の加圧部材２０が配置されている。そして、マスター型１２、ブロック１３、及び加圧部材２０の先側は、高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す素材、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１１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、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。
【００２３】
以上のような構成とすることにより、マスター型１２及びブロック１３を、ブロック１３が顕著な軟化性を示す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及びブロック１３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、ブロック１３のみが変形する。そして、ブロック１３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、ブロック１３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、ブロック１３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及びブロック１３同士の押圧は、マスター型１２とブロック１３間に、例えば８０〜１８０ｋｇの荷重を負荷しマスター型１２の反転形状をブロック１３に転写する。
【００２４】
マスター型１２の反転形状をブロック１３表面に転写後、ブロック１３の冷却を開始する。ブロック１３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、室温の窒素ガスを加熱炉内に供給しながら排出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ブロック１３の急冷による熱処理（焼き入れ）を行なうことができ、ブロック１３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。そして、ブロック１３の冷却が終了すると、加熱炉から取り出したマスター型１２からブロック１３を離型し、ブロック１３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内に形成した取付け部２２にブロック１３をそれぞれ固定する。
【００２５】
ブロック１３にはマスター型１２の平板１１と原型１０の反転形状が形成されるので、ブロック１３の平坦面を基準としてブロック１３をモールドベース１４に固定するようにすると、モールドベース１４の表面の高さ位置にブロック１３に形成された平板１１の反転形状部分の高さ位置が一致して、ブロック１３の位置決めを正確に行なうことができる。このため、原型１０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ブロック１３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１４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複数個取り転写金型１５を容易に製造することができる。
【００２６】
図３に示すように、マスター型１２に対向して加熱炉内に配置されたブロック２３においては、マスター型１２に対向するブロック２３の一面側にマスター型１２の概略反転形状２３ａが予め形成されている。概略反転形状２３ａ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ブロック２３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１２の反転形状をブロック２３に迅速に転写することができる。更に、マスター型１２の反転形状が形成されたブロック２３をモールドベース１４内に取付ける際に必要なブロック２３周囲の加工量も少なくできる。
【００２７】
図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る転写金型製造方法は、本発明の第１の実施の形態に係る転写金型製造方法と比較して、マスター型１２の反転形状が形成されるブロック２４が、マスター型１２に対向する面のみを露出させて、高温で高強度、高硬度、かつ難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２６に挿入されていることが特徴となっており、第２の実施の形態に係る転写金型製造方法における各工程の内容は第１の実施の形態に係る転写金型製造方法における各工程の内容と同一である。このため、保持部材２５の凹部２６に挿入されたブロック２４に関してのみ説明する。
【００２８】
ブロック２４を構成する素材としては、高温で軟化性を示す金型素材、例えば、マルテンサイト系ステンレス合金が利用できる。また、保持部材２５を構成する高温で高強度、高硬度、かつ難変形性を示す高温用素材として、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以上であるタングステン、モリブデン等が使用できる。更に、保持部材２５には、ブロック２４にマスター型１２の反転形状を転写する際に、ブロック２４内に圧入されるマスター型１２の原型１０部分が排除した金型素材の収容が可能な空間部２６ａが凹部２６に連通して形成されている。
このため、マスター型１２の反転形状がブロック２４に転写される際、ブロック２４は保持部材２５の凹部２６に挿入され露出面はマスター型１２に押圧されて密閉状態となるが、マスター型１２の反転形状がブロック２４に転写される際に排除される金型素材は空間部２６ａに進入することができ、マスター型１２の反転形状をブロック２４に確実に転写することができる。
【００２９】
ブロック２４が変形しても保持部材２５は変形しないので、保持部材２５の外形及び寸法をモールドベース１４内に形成した取付け部２２に嵌入可能な形状及び寸法に形成しておくと、マスター型１２の反転形状が形成されたブロック２４と一体化した保持部材２５をモールドベース１４の取付け部２２に容易に固定することができる。ここで、ブロック２４にはマスター型１２の平板１１と原型１０の反転形状が形成されているので、ブロック２４に形成された平板１１の反転形状部分を基準として、保持部材２５と一体化したブロック２４を取付け部２２に固定することで、モールドベース１４に対するブロック２４の高さ位置の位置決めを正確に行なうことができる。その結果、複数のブロック２４をモールドベース１４に固定してする際にも各ブロック２４の高さ位置の位置決めを正確かつ容易に行なうことができ、形状誤差及び形状ばらつきがない複数個取り転写金型を形成できる。
【００３０】
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、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。
更に、第２の実施の形態で、ブロックのマスター型に対向する側にマスター型の概略反転形状を予め形成しておいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る転写金型製造方法の説明図である。
【図２】同転写金型製造方法で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。
【図３】変形例に係るブロックの説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る転写金型製造方法で用いるブロックの説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０：原型、１１：平板、１２：マスター型、１３：ブロック、１４：モールドベース、１５：転写金型、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：取付け部、２３、ブロック、２３ａ：概略反転形状、２４：ブロック、２５：保持部材、２６：凹部、２６ａ：空間部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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