(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成型用のキャビティ形成金型を形成するための原形を形成する原形形成工程と、前記原形において少なくとも前記キャビティ形成金型のキャビティ形成面となるべき部分に機械加工を施して前記キャビティ形成金型を仕上げる機械加工工程と、を有する樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法において、
前記原形形成工程では、ニッケル−リンを含む焼結用粉末に対するパルス通電加圧焼結法によりニッケル−リンの焼結体を形成した後、該焼結体と所定形状の鋼材からなる母材との間にニッケル−リンを含む焼結用粉末を配置し、この状態でパルス通電加圧焼結法により、前記焼結体と前記母材とを接合して前記原形を形成し、
前記機械加工工程では、少なくとも前記焼結体において前記キャビティ形成面となるべき部分に前記機械加工を施すことを特徴とするキャビティ形成金型の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記原形形成工程において、前記ニッケル−リンの焼結体と前記母材とを接合する際、当該焼結体と前記母材との間に配置した前記のニッケル−リンを含む焼結用粉末と、前記母材との間には、鉄系の焼結用粉末を配置しておくことを特徴とするキャビティ形成金型の製造方法。
【請求項３】
樹脂成型用のキャビティ形成金型を形成するための原形を形成する原形形成工程と、前記原形において少なくとも前記キャビティ形成金型のキャビティ形成面となるべき部分に機械加工を施して前記キャビティ形成金型を仕上げる機械加工工程と、を有する樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法において、
前記原形形成工程では、所定形状の鋼材からなる母材に隣接する位置にニッケル−リンを含む焼結用粉末を配置し、この状態でパルス通電加圧焼結法により、前記母材に対してニッケル−リンの焼結体が接合された前記原形を形成し、
前記機械加工工程では、少なくとも前記焼結体において前記キャビティ形成面となるべき部分に前記機械加工を施すことを特徴とするキャビティ形成金型の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記原形形成工程では、前記母材と前記のニッケル−リンを含む焼結用粉末との間に鉄系の焼結用粉末を配置しておくことを特徴とするキャビティ形成金型の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項において、
前記原形形成工程では、パルス通電加圧焼結法により前記ニッケル−リンの焼結体を形成する際、当該焼結体において前記キャビティ形成面となるべき部分に接するパンチのプレス面に所定の凹凸を形成しておくことにより、前記焼結体に対して前記パンチの凹凸を転写することを特徴とするキャビティ形成金型の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項において、
前記パルス通電加圧焼結法は、放電プラズマ焼結法、放電焼結法、プラズマ活性化焼結法のうちのいずれかの焼結法であることを特徴とするキャビティ形成金型の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項において、
前記機械加工工程では、前記ニッケル−リンの焼結体をダイヤモンドバイトにより切削することを特徴とするキャビティ形成金型の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に規定する方法で製造されたことを特徴とするキャビティ形成金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法、キャビティ形成金型、およびこのキャビティ形成金型を用いて成型された樹脂成型品に関するものである。さらに詳しくは、キャビティ形成金型の原形を形成するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック非球面レンズなどといった超精密部品を成型するための金型において、成型品としての樹脂が注入される空間をキャビティという。このキャビティは、成型品の品質を支配するので、寸法などに高い精度が求められる。このため、キャビティを形成する金型（キャビティ形成金型）の製造方法においては、図１１を参照して以下に説明するように、ダイヤモンドバイト切削により仕上げ加工が行われる。
【０００３】
キャビティ形成金型を製造するには、従来、図１１に示すように、まず、第１の工程ＳＴ５１において、ＳＫＤ６１などといった２％〜５％のクロムを含む鋼材からなる母材６１を準備した後、第２の工程ＳＴ５２において、２０〜２００μｍの誤差範囲で粗加工して原形６２を形成する。次に、第３の工程ＳＴ５３において焼き入れ、焼き戻しを行なう。
【０００４】
次に、第４の工程ＳＴ５４において、原形６２のうち、少なくともキャビティを形成する面に対して無電解ニッケル−リンめっきを行ない、膜厚が１００μｍ〜２００μｍの厚いニッケルーリンめっき層６３を形成した後、第５の工程ＳＴ５５において、温度が３００〜４００℃の熱処理を行い、ニッケルーリンめっき層６３の応力を除去するとともに、硬度（ＨＲＣ）を５０〜５４とする。
【０００５】
次に、第６の工程ＳＴ５６において、原形６２の全体に砥石による外径加工を行なって基準面を形成した後、第７の工程ＳＴ５７において、ニッケルーリンめっき層６３に対してダイヤモンドバイト切削による粗形状加工を行う。しかる後に、第８の工程ＳＴ５８において、キャビティ形成面６４のニッケルーリンめっき層６３に対してダイヤモンドバイト切削による仕上げ加工を行い、キャビティ形成金型６０を仕上げる。ここで、ダイヤモンドバイト切削加工で削られる深さは、５０〜１００μｍの範囲であるため、ニッケル−リンめっき層６３については、少なくとも１００μｍ〜２００μｍの膜厚が必要である。
【０００６】
このような製造方法において、鋼材に対してダイヤモンドバイト切削加工を直接、行なう方法では、高い加工精度を得ることができないが、ニッケル−リンめっき層６３は、表層が非結晶（アモルファス）状態であるため、結晶化している部分をダイヤモンドバイト切削加工する場合と違って、結晶粒界に起因する段差が発生しないなど、高い精度で加工することができる。特に、リン濃度を１０〜１５％に設定したニッケル−リンの無電解めっきによれば、ダイモンドバイト切削加工に必要な硬度および靭性が得られるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、無電解ニッケル−リンめっきは、図１２を参照して以下に説明するように、かなり手間のかかる処理である。すなわち、図１２に示すように、無電解ニッケル−リンめっき工程では、まず、原形６２に対して超音波洗浄、マスキング６６、ストライク処理を行なった後、めっき槽６７内でめっき処理を行い、しかる後に、洗浄してから熱処理工程ＳＴ５３に回送する必要がある。
【０００８】
このため、従来の製造方法は、製造コストが高く、かつ、金型の製作期間も長いという問題点がある。特に、ダイヤモンドバイト切削を行なう深さからみて、無電解ニッケル−リンめっき層６３としては、厚さが１００〜２００μｍもの厚い膜が必要であるため、この点からいっても、製造コストが高い。また、このような厚いめっき層６３を形成すると、めっき層６３に気泡が入り込みやすく、かつ、熱処理を行なったときにめっき層６３に剥がれや歪みが発生しやすい。その結果、高い精度でダイヤモンド切削加工を行なえず、歩留まりが低下するという問題点もある。さらに、めっき処理では、めっき液６８の組成などといっためっき条件の管理に多大な費用が発生するとともに、クロム１３％鋼の表面には無電解めっきが行なえないなど母材の材質が制限されるという問題点もある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、所定形状の鋼材からなる母材に対して無電解ニッケル−リンめっきを行なわなくてもダイヤモンドバイト切削加工などの機械加工を高い精度で行なえるようにすることにより、製造コストを低減でき、かつ、歩留まりの向上を図ることのできる樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法、およびこの方法で製造したキャビティ形成金型を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、樹脂成型用のキャビティ形成金型を形成するための原形を形成する原形形成工程と、前記原形において少なくとも前記キャビティ形成金型のキャビティ形成面となるべき部分に機械加工を施して前記キャビティ形成金型を仕上げる機械加工工程とを有する樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法において、前記原形形成工程では、ニッケル−リンを含む焼結用粉末に対するパルス通電加圧焼結法によりニッケル−リンの焼結体を形成した後、該焼結体と所定形状の鋼材からなる母材との間にニッケル−リンを含む焼結用粉末を配置し、この状態でパルス通電加圧焼結法により、前記焼結体と前記母材とを接合して前記原形を形成し、前記機械加工工程では、少なくとも前記焼結体において前記キャビティ形成面となるべき部分に前記機械加工を施すことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、キャビティ形成金型のキャビティ形成面については、無電解めっきではなく、ニッケル−リンを含む焼結用粉末に対するパルス通電加圧焼結法により形成し、このような焼結部分に対して、機械加工を施す。従って、無電解めっきを行なわなくても、機械加工が可能な厚いニッケル−リンの部分を短時間で形成できるので、製造コストを低減することができるとともに、金型の製作期間を短縮できる。また、めっき処理と違って、パルス通電加圧焼結法は加圧下で行なうので、焼結体では大きな気泡が入り込むことがなく、かつ、熱処理を行なったときにめっき層に剥がれや歪みが発生するということもないので、歩留まりも向上する。さらに、無電解めっきと違って、条件管理が容易で、かつ、母材の材質が制限されることもない。それ故、キャビティ形成金型の製造コストを低減でき、かつ、歩留まりの向上を図ることができる。
【００１２】
この場合、前記原形形成工程において、前記ニッケル−リンの焼結体と前記母材とを接合する際、当該焼結体と前記母材との間に配置した前記のニッケル−リンを含む焼結用粉末と、前記母材との間には、鉄系の焼結用粉末を配置しておくことが好ましい。このように構成すると、ニッケル−リンの焼結体と母材との間に配置した焼結用粉末は、焼結後、焼結体および母材のいずれに対しても強い力で接合するので、焼結後、母材から焼結体が剥げ落ちるということがない。
【００１３】
また、本発明の別の形態では、樹脂成型用のキャビティ形成金型を形成するための原形を形成する原形形成工程と、前記原形において少なくとも前記キャビティ形成金型のキャビティ形成面となるべき部分に機械加工を施して前記キャビティ形成金型を仕上げる機械加工工程と、を有する樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法において、前記原形形成工程では、所定形状の鋼材からなる母材に隣接する位置にニッケル−リンを含む焼結用粉末を配置し、この状態でパルス通電加圧焼結法により、前記母材に対してニッケル−リンの焼結体が接合された前記原形を形成し、前記機械加工工程では、少なくとも前記焼結体において前記キャビティ形成面となるべき部分に前記機械加工を施すことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、キャビティ形成金型のキャビティ形成面については、無電解めっきではなく、ニッケル−リンを含む焼結用粉末に対するパルス通電加圧焼結法により形成し、このような焼結部分に対して、機械加工を施す。従って、無電解めっきを行なわなくても、機械加工が可能な厚いニッケル−リンの部分を短時間で形成できるので、製造コストを低減することができるとともに、金型の製作期間を短縮できる。また、めっき処理と違って、パルス通電加圧焼結法は加圧下で行なうので、焼結体では大きな気泡が入り込むことがなく、かつ、熱処理を行なったときにめっき層に剥がれや歪みが発生するということもないので、歩留まりも向上する。さらに、無電解めっきと違って、条件管理が容易で、かつ、母材の材質が制限されることもない。それ故、キャビティ形成金型の製造コストを低減でき、かつ、歩留まりの向上を図ることができる。
【００１５】
この場合、前記原形形成工程では、前記母材と前記のニッケル−リンを含む焼結用粉末との間に鉄系の焼結用粉末を配置しておくことが好ましい。このように構成すると、母材から焼結体が剥げ落ちるということがない。
【００１６】
本発明において、前記原形形成工程では、パルス通電加圧焼結法により前記ニッケル−リンの焼結体を形成する際、当該焼結体において前記キャビティ形成面となるべき部分に接するパンチのプレス面に所定の凹凸を形成しておくことにより、前記焼結体に対して前記パンチの凹凸を転写することが好ましい。このように構成すると、原形に対して機械加工を行なわなくても、必要な凹凸を原形に予め形成しておけるので、機械加工時間を短縮できる。
【００１７】
本発明において、前記パルス通電加圧焼結法は、放電プラズマ焼結法、放電焼結法、プラズマ活性化焼結法のうちのいずれかの焼結法である。
【００１８】
本発明において、前記機械加工工程では、例えば、前記ニッケル−リンの焼結体をダイヤモンドバイトにより切削する。
【００１９】
本発明は、上記の方法で製造されたことを特徴とするキャビティ形成金型も発明の対象とする。
【００２０】
また、本発明は、上記の方法で製造されたキャビティ形成金型を用いて成型された樹脂成型品も発明の対象とする。
【００２１】
このような方法で製造したキャビティ形成金型は、安価でかつ製作期間が短いので、樹脂成型品のコストおよび製造期間の短縮を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の各実施の形態を説明する前に、各実施の形態で共通な構成（パルス通電加圧焼結技術／放電プラズマ焼結技術および樹脂成型用のキャビティ形成金型の構成）を説明しておく。
【００２３】
［放電プラズマ焼結技術］
本発明で行なう放電プラズマ焼結について説明する。プラズマを利用して焼結を行なうプラズマ焼結法のうち、熱プラズマ焼結法では、真空容器中で５０００〜２００００℃のプラズマの火炎中で連続かつ定常的な超高温プラズマを発生させて無加圧焼結を行なう。これに対して、本発明で行なう放電プラズマ焼結法では、図１を参照して以下に説明するように、数１０〜３００ｋＨｚ程度の周波数のＯＮ−ＯＦＦ直流パルス大電流を印加することにより粒子間隙に生じるアーク放電に以降する直前の過渡アーク放電現象による放電プラズマ、放電衝撃圧力などによる粒子表面の浄化活性化作用、および電場に生じる電界拡散効果やジュール熱による熱拡散効果などを利用して加圧下で行なう。
【００２４】
図１は、放電プラズマ焼結法の原理を示す説明図である。
【００２５】
図１に示すように、放電プラズマ焼結装置３０では、グラファイト製の円筒状のダイ３１の上下に棒状の上パンチ３２および下パンチ３３が配置され、これらの上パンチ３２および下パンチ３３は、真空、不活性ガスあるいは大気中で焼結できるような雰囲気制御機構３０５を有するチャンバー３９の内部に配置されている。このチャンバー３９は、上下動可能な状態にフレーム（図示せず）に支持され、流体シリンダ（図示せず）によって開閉することができる。これらの上パンチ３２および下パンチ３３に対しては加圧機構３６が構成され、この加圧機構３６は、上パンチ３２および下パンチ３３を介して、ダイ３１の中に充填した焼結用粉末を加圧する。上パンチ３２および下パンチ３３に対しては上電極３４および下電極３５が接続しており、これらの上電極３４および下電極３５に対しては焼結用電源３７が構成されている。また、放電プラズマ焼結装置３０には、焼結用電源３７および加圧機構３６を制御する制御装置３８が構成され、この制御装置３８には、位置計測機構３０１および温度計測機構３０２から計測結果が入力されるようになっている。また、制御装置３８は、冷却通路３４１、３５１が上電極３４および下電極３５内を通過する冷却系３０３を備える水冷却機構３０４を制御するとともに、雰囲気制御機構３０５も制御している。
【００２６】
このような放電プラズマ焼結装置３０を用いて、焼結を行なうには、まず、ニッケル粉末１１をボールミル２１で微細化した後、ミル２２でニッケル分粉末１１と、赤リンなどのリン粉末１２とを混合して焼結用粉末１０を得る。
【００２７】
次に、グラファイト製の円筒状のダイ３１の中にニッケル粉末１１とリン粉末１２とを混合した焼結用粉末１０を充填する。この状態で、焼結用粉末１０は、棒状の上パンチ３２と下パンチ３３との間で圧縮される。
【００２８】
次に、真空中で上パンチ３２および下パンチ３３の各々に接続する上電極３４および下電極３５の間にパルス通電を行い、加熱、温度保持および冷却を行なう。これらの操作のうち、加熱は、たとえば、０．１Ｖ〜５Ｖで約１０００〜約８０００Ａのパルス通電を１０分間、行なう。その結果、温度は約８００℃〜約１２００℃となる。この際に、上電極３４−上パンチ３２−焼結用粉末１０−下パンチ３３−下電極３５からなる第１の通電経路、上電極３４−上パンチ３２−ダイ３１−下パンチ３３−下電極３５からなる第２の通電経路、および上電極３４−上パンチ３２−焼結用粉末１０／ダイ３１界面−下パンチ３３−下電極３５からなる第３の通電経路を流れるパルス電流を適正に制御することによって、焼結用粉末１０が適正に焼結して焼結体１５となっていくとともに、少し遅れてダイ３１およびパンチ３２、３３がジュール加熱され、焼結体１５が保温される。このとき、温度を保持する時間は約１０分間〜約３０分間であり、冷却は約３０分間である。このような条件で焼結が完了するまでの総所要時間は約２時間である。
【００２９】
しかる後に、ダイ３１およびパンチ３２、３３の間から焼結体１５を取り出す。
【００３０】
このような放電プラズマ焼結法では、ニッケル粉末１１の粒径やリン粉末１２の配合比を変えることにより各種の焼結体１５が得られる。たとえば、粒径が２０μｍのニッケル粉末１１に対して赤リン（リン粉末１０）が１３重量％含まれる焼結用粉末１０を焼結させた焼結体１５、粒径が２０μｍのニッケル粉末１１に対して赤リン（リン粉末１０）が２０重量％含まれる焼結用粉末１０を焼結させた焼結体１５、粒径が１μｍのニッケル粉末１１に対して赤リン（リン粉末１０）が１３重量％含まれる焼結用粉末１０を焼結させた焼結体１５、粒径が０．１μｍのニッケル粉末１１に対して赤リン（リン粉末１０）が１３重量％含まれる焼結用粉末１０を焼結させた焼結体１５などが得られる。
【００３１】
また、このような放電プラズマ焼結法によれば、ニッケル−リンの焼結体単体を得ることができる他に、ニッケル−リンの焼結体１５と鋼材などからなる母材とをそれらの間にニッケル−リンの焼結用粉末１０が挟まれるような状態でダイ３１とパンチ３２、３３との間に充填して放電プラズマ焼結を行なうと、ニッケル−リンの焼結体１５と鋼材からなる母材とを接合することができる。また、鋼材からなる母材とニッケル−リンの焼結用粉末１０とを一緒にダイ３１とパンチ３２、３３との間に充填して放電プラズマ焼結を行なうと、鋼材からなる母材にニッケル−リンの焼結体１５が接合されたものを形成することができる。さらに、母材との接合を行なう際に、母材の近くに位置するニッケル−リンの焼結材料において、母材から離れた位置から母材の側に向かってニッケル−リンの配合比を連続的に低下させていくとともに、母材と共通する成分の比率を連続的に高めていき、その代わりに、母材から離れるに伴なって母材と共通する成分の配合比を連続的に低下させていくとともに、ニッケル−リンの配合比を連続的に高めていくこともでき、このような条件下で放電プラズマ焼結を行なうと、組成が急激に変化する界面が形成されない傾斜接合構造を実現できるので、鋼材からなる母材とニッケル−リンの焼結体とが強固に接合されたものを形成できる。
【００３２】
［キャビティ形成金型の構成例］
図２は、樹脂成型機においてキャビティを構成するキャビティ形成金型の構成例を示す説明図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、キャビティ形成金型の一構成例を示す側面図、および図３（Ａ）のＡ−Ａ′線における断面図である。
【００３３】
本発明では、前記した放電プラズマ焼結法を用いて、図２に示すキャビティ形成金型を製造する。図２において、樹脂成型機１において、キャビティ形成金型４は、２つで一対のキャビティ２を形成する。樹脂成型機１では、キャビティ２に対してスプルー５、ランナー６およびゲート７を介して樹脂を充填することにより、プラスチックレンズなどといったプラスチック成型品を成型し、その後、一対のキャビティ形成金型４を離間させ、エジェクタピン８によって、成型品を取り出す。
【００３４】
このようなキャビティ形成金型４は、本形態では、たとえば、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す構造を有している。図３（Ａ）、（Ｂ）において、キャビティ形成金型４は、たとえば、円柱状の母材４１は鋼材などから形成され、この母材４１に連結する部分４２において、その端面にはキャビティを形成するように凹んだキャビティ形成面４４が形成されている。
【００３５】
ここで、先端部分４２の根元部分４６は、後述する各実施形態ごとに構成が相違するが、いずれの形態においても、キャビティ形成面４４を備える最先端部分４５は、ニッケル−リンの焼結体から形成されている。また、キャビティ形成面４４の寸法精度などは、成型品質を支配する性格上、いずれの形態においても、キャビティ形成面４４にはダイヤモンドバイト切削による仕上げ加工が施されている。
【００３６】
なお、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すキャビティ形成金型４では、母材４１の内部に２本の流路４１１、４１２が形成され、これらの流路４１１、４１２は、環状流路４１３で連通している。このため、流路４１１、４１２に対して冷却水などを循環させることにより、キャビティ内の温度を制御することができる。
【００３７】
［実施の形態１］
図４は、本発明の実施の形態１に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【００３８】
図４に示すように、本形態では、原形形成工程において、まず、鋼材からなる母材４１（図３を参照）のブランク４１０、ニッケル粉末１１およびリン粉末１２を準備し、ニッケル粉末１１を微細化した後、リン粉末１２を混合して、焼結用粉末１０を得る。
【００３９】
次に、図１を参照して説明したダイ３１およびパンチ３２、３３内にニッケル−リンの焼結用粉末１０を充填し、この状態で放電プラズマ焼結を行なう。この焼結によって得た焼結体１５によって、図３（Ａ）を参照して説明したキャビティ形成金型４の最先端部分４５を形成する。一方、母材ブランク４１０を粗形状に加工する。
【００４０】
次に、図１を参照して説明したダイ３１およびパンチ３２、３３内に、母材ブランク４１０、ニッケル−リンの焼結用粉末１０、およびニッケル−リンの焼結体１５からなる先端部分４５を配置し、この状態で放電プラズマ焼結を行なう。
【００４１】
その結果、母材４１と、ニッケル−リンの焼結体１５からなる最先端部分４５とは、ニッケル−リンの焼結用粉末１０の焼結によって接合され、キャビティ形成金型４の原形４０が形成される。
【００４２】
次に、原形４０に対して温度が３００〜４００℃の熱処理を行なう。
【００４３】
次に、機械加工工程を行なう。この機械加工工程では、まず、砥石を用いた研削加工により原形４０に対して外径加工を行い、原形４０の形状をキャビティ形成金型４の形状に近いものとする。
【００４４】
次に、原形４０のうち、ニッケル−リンの焼結体１５からなる最先端部分４５などに対してダイヤモンドバイト切削によって粗形状加工を行い、キャビティ形成面４４を形成する。
【００４５】
しかる後に、原形４０の最先端部分４５のうち、キャビティ形成面４４に対してダイヤモンドバイト切削によって仕上げ加工を行なって、キャビティ形成金型４を仕上げる。
【００４６】
このように、本形態では、キャビティ形成金型４のキャビティ形成面４４などを備える最先端部分４５については、無電解めっきではなく、ニッケル−リンを含む焼結用粉末１０に対する放電プラズマ焼結により形成し、このような焼結部分（焼結体１５）に対して、ダイヤモンドバイト切削によって仕上げ加工（機械加工）を施す。従って、手間のかかる無電解めっきを行なわなくても、放電プラズマ焼結によって、ダイヤモンドバイト切削を行なう場所にニッケル−リンで構成された部分を分厚く、かつ、短時間で形成できるので、製造コストを低減することができ、かつ、金型の製作期間を大幅に短縮できる。また、めっき処理と違って、放電プラズマ焼結法は加圧下で行なうので、ニッケル−リンで構成された最先端部分４５には気泡が入り込むことがなく、かつ、熱処理を行なったときにめっき層に剥がれや歪みが発生するということもないので、歩留まりも向上する。さらに、無電解めっきと違って、条件管理が容易で、かつ、母材４１の材質が制限されることもない。それ故、キャビティ形成金型４の製造コストを低減でき、かつ、歩留まりの向上を図ることができる。また、焼結体１５において粉末間に微細な隙間を十分、確保しておけば、樹脂成型時のガス抜き機能を付与することもできる。
【００４７】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【００４８】
図５に示すように、本形態では、原形形成工程において、まず、鋼材からなる母材ブランク４１０、母材４１（図３を参照）と共通の成分からなる鉄系の焼結用粉末４４、ニッケル粉末１１およびリン粉末１２を準備し、ニッケル粉末１１を微細化した後、リン粉末１２を混合して、焼結用粉末１０を得る。
【００４９】
次に、実施の形態１と同様、図１を参照して説明したダイ３１およびパンチ３２、３３内にニッケル−リンの焼結用粉末１０を充填し、この状態で放電プラズマ焼結を行なう。この焼結によって得た焼結体１５によって、図３（Ａ）を参照して説明したキャビティ形成金型４の最先端部分４５を形成する。一方、母材ブランク４１０を粗形状に加工する。
【００５０】
次に、図１を参照して説明したダイ３１およびパンチ３２、３３内に、母材ブランク４１０、鉄系の焼結用粉末４４、ニッケル−リンの焼結用粉末１０、およびニッケル−リンの焼結体１５からなる最先端部分４５を配置し、この状態で放電プラズマ焼結を行なう。このとき、母材ブランク４１０と焼結体１５の間において、母材と共通の成分からなる鉄系の焼結用粉末４４と、ニッケル−リンの焼結用粉末１０との境界部分では、粉末同士が混ざって、母材ブランク４１０から離れた位置から母材ブランク４１０に向かってはニッケル−リンの焼結用粉末１０が減少する一方、鉄系の焼結用粉末４４が増大する状態となる。言い換えると、母材ブランク４１０の側から離れる程、ニッケル−リンの焼結用粉末１０が増大する一方、鉄系の焼結用粉末４４が減少した状態となる。
【００５１】
その結果、母材４１と、ニッケル−リンの焼結体１５からなる最先端部分４５とは、鉄系の焼結用粉末４４およびニッケル−リンの焼結用粉末１０の焼結によって接合され、キャビティ形成金型４の原形４０が形成される。また、母材４１と最先端部分４５との接合部分では、母材ブランク４１０から離れた位置から母材ブランク４１０に向かってはニッケル−リンの焼結用粉末１０が減少する一方、鉄系の焼結用粉末４４が増大する傾斜接合構造となる。
【００５２】
次に、原形４０に対して熱処理を行なう。
【００５３】
次に、機械加工工程を行なう。この機械加工工程では、まず、砥石を用いて原形４０に外径加工を行い、原形４０の形状をキャビティ形成金型４の形状に近いものとする。次に、原形４０のうち、ニッケル−リンの焼結体１５からなる最先端部分４５などに対してダイヤモンドバイト切削によって粗形状加工を行ない、キャビティ形成面４４を形成する。しかる後に、原形４０の最先端部分４５のうち、キャビティ形成面４４に対してダイヤモンドバイト切削によって仕上げ加工を行なって、キャビティ形成金型４を仕上げる。
【００５４】
このように、本形態でも、手間のかかる無電解めっきを行なわなくても、放電プラズマ焼結によって、ダイヤモンドバイト切削を行なう場所にニッケル−リンで構成された部分を形成できるので、製造コストを低減することができ、かつ、金型の製作期間を大幅に短縮できるなど、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。また、鋼材からなる母材４１と、ニッケル−リンの焼結体１５（最先端部分４５）とは、傾斜接合構造になっているので、母材４１と焼結体１５との接合強度が高い。
【００５５】
［実施の形態３］
図６は、本発明の実施の形態３に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【００５６】
図６に示すように、本形態では、原形形成工程において、まず、鋼材からなる母材ブランク４１０、ニッケル粉末１１およびリン粉末１２を準備し、ニッケル粉末１１を微細化した後、リン粉末１２を混合して、焼結用粉末１０を得る。
【００５７】
次に、母材ブランク４１０を粗形状に加工する。
【００５８】
次に、図１を参照して説明したダイ３１およびパンチ３２、３３内に、母材ブランク４１０およびニッケル−リンの焼結用粉末１０を配置し、この状態で放電プラズマ焼結を行なう。その結果、母材４１と、ニッケル−リンの焼結体１５からなる先端部分４２とが焼結によって一体化したキャビティ形成金型４の原形４０が形成される。
【００５９】
次に、原形４０に対して熱処理を行なう。
【００６０】
次に、機械加工工程を行なう。この機械加工工程では、まず、砥石を用いて原形４０に外径加工を行い、原形４０の形状をキャビティ形成金型４の形状に近いものとする。次に、原形４０のうち、ニッケル−リンの焼結体１５からなる先端部分４２などに対してダイヤモンドバイト切削によって粗形状加工を行ない、キャビティ形成面４４を形成する。しかる後に、原形４０の先端部分４２のうち、キャビティ形成面４４に対してダイヤモンドバイト切削によって仕上げ加工を行なって、キャビティ形成金型４を仕上げる。
【００６１】
このように、本形態でも、手間のかかる無電解めっきを行なわなくても、放電プラズマ焼結によって、ダイヤモンドバイト切削を行なう場所にニッケル−リンで構成された部分を形成できるので、製造コストを低減することができ、かつ、金型の製作期間を大幅に短縮できるなど、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００６２】
［実施の形態４］
図７は、本発明の実施の形態４に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【００６３】
図７に示すように、本形態では、原形形成工程において、まず、鋼材からなる母材ブランク４１０、母材と共通の成分からなる鉄系の焼結用粉末４４、ニッケル粉末１１およびリン粉末１２を準備し、ニッケル粉末１１を微細化した後、リン粉末１２を混合して、焼結用粉末１０を得る。
【００６４】
次に、母材ブランク４１０を粗形状に加工する。
【００６５】
次に、図１を参照して説明したダイ３１およびパンチ３２、３３内に、母材ブランク４１０、母材と共通の成分からなる鉄系の焼結用粉末４４、およびニッケル−リンの焼結用粉末１０を配置し、この状態で放電プラズマ焼結を行なう。このとき、母材と共通の成分からなる鉄系の焼結用粉末４４と、ニッケル−リンの焼結用粉末１０との境界部分では、粉末同士が混ざって、母材ブランク４１０から離れた位置から母材ブランク４１０に向かってニッケル−リンの焼結用粉末１０が減少する一方、鉄系の焼結用粉末４４が増大する状態となる。
【００６６】
その結果、母材４１と焼結体１５からなる先端部分４２とが焼結によって一体化したキャビティ形成金型４の原形４０が形成される。また、焼結体１５の母材ブランク４１０に接する部分では、母材ブランク４１から離れた位置から母材ブランクに向かってニッケル−リン成分が減少する一方、鉄系成分が増大する傾斜接合構造になっている。
【００６７】
次に、原形４０に対して熱処理を行なう。
【００６８】
次に、機械加工工程を行なう。この機械加工工程では、まず、砥石を用いて原形４０に外径加工を行い、原形４０の形状をキャビティ形成金型４の形状に近いものとする。次に、原形４０のうち、ニッケル−リンの焼結体１５からなる先端部分４２などに対してダイヤモンドバイト切削によって粗形状加工を行ない、キャビティ形成面４４を形成する。しかる後に、原形４０の先端部分４２のうち、キャビティ形成面４４に対してダイヤモンドバイト切削によって仕上げ加工を行なって、キャビティ形成金型４を仕上げる。
【００６９】
このように、本形態でも、手間のかかる無電解めっきを行なわなくても、放電プラズマ焼結によって、ダイヤモンドバイト切削を行なう場所にニッケル−リンで構成された部分を形成できるので、製造コストを低減することができ、かつ、金型の製作期間を大幅に短縮できるなど、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。また、鋼材からなる母材４１と、ニッケル−リンの焼結体１５（先端部分４２）とは、傾斜接合構造になっているので、母材４１と焼結体１５との接合強度が高い。
【００７０】
［参考例］
キャビティ形成金型４の構造によっては、母材４１の側についても焼結によって形成してもよく、その一例を、図８を参照して説明する。
【００７１】
図８は、本発明の参考例に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【００７２】
図８に示すように、本形態では、まず、鉄系の焼結用粉末４４、ニッケル粉末１１およびリン粉末１２を準備し、ニッケル粉末１１を微細化した後、リン粉末１２を混合して、焼結用粉末１０を得る。
【００７３】
次に、図１を参照して説明したダイ３１およびパンチ３２、３３内に、鉄系の焼結用粉末４４およびニッケル−リンの焼結用粉末１０を充填し、この状態で放電プラズマ焼結を行なう。このとき、鉄系の焼結用粉末４４と、ニッケル−リンの焼結用粉末１０との境界部分では、粉末同士が混ざって、母材となるべき側から離れた位置から母材の側に向かってニッケル−リンの焼結用粉末１０が減少する一方、鉄系の焼結用粉末４４が増大する状態となる。
【００７４】
その結果、鉄系の焼結体からなる母材４１と、ニッケル−リンの焼結体１５からなる先端部分４２とが焼結によって一体化したキャビティ形成金型４の原形４０が形成される。ここで、母材４１と焼結体１５との境界部分では、母材４１から離れた位置から母材４１に向かってニッケル−リン成分が減少する一方、鉄系成分が増大する傾斜接合構造となる。
【００７５】
次に、原形４０に対して熱処理を行なう。
【００７６】
次に、機械加工工程を行なう。この機械加工工程では、まず、砥石を用いて原形４０に外径加工を行い、原形４０の形状をキャビティ形成金型４の形状に近いものとする。次に、原形４０のうち、ニッケル−リンの焼結体１５からなる先端部分４２などに対してダイヤモンドバイト切削によって粗形状加工を行ない、キャビティ形成面４４を形成する。しかる後に、原形４０の先端部分４２のうち、キャビティ形成面４４に対してダイヤモンドバイト切削によって仕上げ加工を行なって、キャビティ形成金型４を仕上げる。
【００７７】
このように、本形態でも、手間のかかる無電解めっきを行なわなくても、放電プラズマ焼結によって、ダイヤモンドバイト切削を行なう場所にニッケル−リンで構成された部分を形成できるので、製造コストを低減することができ、かつ、金型の製作期間を大幅に短縮できるなど、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。また、鋼材からなる母材４１と、ニッケル−リンの焼結体１５（先端部分４２）とは、傾斜接合構造になっているので、母材４１と焼結体１５との接合強度が高い。
【００７８】
［その他の実施の形態］
図９および図１０はそれぞれ、本発明のその他の実施の形態に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【００７９】
上記のいずれの実施の形態１、２、３、４および参考例においても、原形４０を形成した後、最初のダイヤモンドバイト切削加工によって、キャビティ形成面４４となる凹部を形成したが、図９に示すように、キャビティ形成金型４の最先端部分４５を構成する焼結体１５を放電プラズマ焼結によって形成する際に、この放電プラズマ焼結に用いるパンチ３２（あるいはパンチ３３）のプレス面に凹凸を形成しておき、この凹凸を焼結体１５に転写することによって、焼結体１５にキャビティ形成面４４となる凹部を形成してもよい。
【００８０】
なお、その他の工程は、図４を参照して説明した実施の形態１と略同様であるため、説明を省略するが、本形態では、焼結体１５を形成する際にキャビティ形成面４４となる凹部を形成するので、原形４０に対するダイヤモンドバイト切削加工によって、キャビティ形成面４４となる凹部を形成する必要がなく、外径加工後、そのままダイヤモンドバイト切削加工によって、キャビティ形成面４４に対する仕上げ加工を行なうことができる。従って、製造工程数を減らすことができるので、製造コストを低減することができる。
【００８１】
また、このようなパンチ３２（あるいはパンチ３３）の凹凸を焼結体に転写するという構成は、図１０に示すように、図７を参照して説明した実施の形態４などに適用してもよい。すなわち、実施の形態４でも、放電プラズマ焼結法によって原形４０を形成した後、最初のダイヤモンドバイト切削加工によって、キャビティ形成面４４となる凹部を形成したが、図１０に示すように、キャビティ形成金型４の先端部分４２を放電プラズマ焼結によって形成する際に、この放電プラズマ焼結に用いるパンチ３２（あるいはパンチ３３）のプレス面に凹凸を形成しておき、この凹凸を焼結体１５に転写することによって、焼結体１５にキャビティ形成面４４となる凹部を形成してもよい。
【００８２】
なお、その他の工程は、図７を参照して説明した実施の形態４と略同様であるため、説明を省略するが、本形態では、焼結体１５を形成する際にキャビティ形成面４４となる凹部を形成するので、原形４０に対するダイヤモンドバイト切削加工によって、キャビティ形成面４４となる凹部を形成する必要がなく、外径加工後、そのままダイヤモンドバイト切削加工によって、キャビティ形成面４４に対する仕上げ加工を行なうことができる。従って、製造工程数を減らすことができるので、製造コストを低減することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、キャビティ形成金型のキャビティ形成面などといった部分については、無電解めっきではなく、ニッケル−リンを含む焼結用粉末に対するパルス通電加圧焼結法により形成し、このような焼結部分に対して、機械加工を施す。従って、無電解めっきを行なわなくても、機械加工を施すのに十分な深さのニッケル−リン部分を短時間で形成できるので、製造コストを低減することができるとともに、金型の製作期間を短縮できる。また、めっき処理と違って、パルス通電加圧焼結法は加圧下で行なうので、焼結体では大きな気泡が入り込むことがなく、かつ、熱処理を行なったときにめっき層に剥がれや歪みが発生するということもないので、歩留まりも向上する。さらに、無電解めっきと違って、条件管理が容易で、かつ、母材の材質が制限されることもない。それ故、キャビティ形成金型の製造コストを低減でき、かつ、歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放電プラズマ焼結法の原理を示す説明図である。
【図２】樹脂成型機においてキャビティを構成するキャビティ形成金型の構成例を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、キャビティ形成金型の一構成例を示す側面図、および図３（Ａ）のＡ−Ａ′線における断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【図８】  本発明の参考例に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明のその他の実施の形態に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【図１０】本発明の別のその他の実施の形態に係る樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【図１１】従来の樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造方法を示す工程図である。
【図１２】従来の樹脂成型用のキャビティ形成金型の製造工程のうち、無電解ニッケル−リンめっきの様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１  樹脂成型機
２  キャビティ
４  キャビティ形成金型
５  スプルー
６  ランナー
７  ゲート
８  エジェクタピン
１０  ニッケル−リンの焼結用粉末
１１  ニッケル粉末
１２  リン粉末
１５  焼結体
３０  プラズマ放電焼結装置
４１  母材
４２  先端部分
４４  キャビティ形成面
４５  最先端部分
４４  母材と共通の成分からなる焼結用粉末
４６  先端部分の根元部分
４１０  母材ブランク
４１１、４１２  流路
４１３  環状流路
【図１】
0004594486.tif 000002
【図２】
0004594486.tif 000003
【図３】
0004594486.tif 000004
【図４】
0004594486.tif 000005
【図５】
0004594486.tif 000006
【図６】
0004594486.tif 000007
【図７】
0004594486.tif 000008
【図８】
0004594486.tif 000009
【図９】
0004594486.tif 000010
【図１０】
0004594486.tif 000011
【図１１】
0004594486.tif 000012
【図１２】
0004594486.tif 000013