(57)【要約】      （修正有）【課題】金属ガラス粉末焼結による金型の製造方法とその金型およびその金型によって成形加工された部材を安価に提供する。【解決手段】ホットプレス装置にて金属ガラス粉末４をガラス遷移温度（Ｔｇ）以上、結晶化温度（Ｔｘ）以下に保った状態でパンチ６を用いて加圧して焼結すると同時に焼結用パンチ６の表面を転写し金型成形面を作製するために、成形面の温度を粉末焼結温度よりも高くすることを特徴とする金属ガラス粉末焼結体金型１０の製造方法とその金型および部材。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホットプレス装置にて金属ガラス粉末をガラス遷移温度（Ｔｇ）以上、結晶化温度（Ｔｘ）以下に保った状態でパンチを用いて加圧して焼結すると同時に、焼結用パンチの表面を転写し金型成形面を作製するために、成形面の温度を粉末焼結温度よりも高くすることを特徴とする金属ガラス粉末焼結体金型の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された金属ガラス粉末焼結体金型の製造方法によって製造された金属ガラス粉末焼結体金型。
【請求項３】
請求項２に記載された金属ガラス粉末焼結体の金型によって作製された部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ガラス粉末を用いた金型の製造方法と金型およびその金型によって成形加工された部材に関するものである。より具体的には、金属ガラス粉末のみを用いて、機械加工を行うことなく、金属ガラス粉末をホットプレスにて焼結と同時にプレス成形することで製造することができる金型とその金型によって成形加工される精密部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に金属ガラスは従来のアモルファス合金に比べ、硬度、強度、耐熱性、耐食性に優れ、また、ガラス遷移温度（Ｔｇ）と結晶化温度（Ｔｘ）の間の過冷却液体領域では粘性流動体となり、非常に容易に加工ができる。
【０００３】
近年、この金属ガラスの応用事例として、その加工性、耐久性を活かして金型に使用することが期待されている。しかしながら、金属ガラスの製造には成分によって異なるが１０〜１０００℃／ｓｅｃの冷却速度が必要となるため、作製可能なバルク体の大きさ及び厚さに限界があった。そこで、アトマイズ等によって作製した金属ガラス粉末を固化成形し金型として利用することが考えられている。この粉末冶金の方法を用いることで、大型の金型への適用も考えられる。例えば、特開２００５−２７２２５４号公報（特許文献１）では水アトマイズで作製したＦｅ基金属ガラス粉末を放電プラズマ焼結法で焼結成型しガラス成型用金型とすることが提案されている。
【０００４】
また、特開２００４−９０４３４号公報（特許文献２）では板状の金属ガラス表面をプレス成形し金型の成型面を作製し、金属ガラス粉末と焼結し積層することで厚みのあるプラスチックやガラス成形用金型の製造方法が提案されている。これらは、いずれも金属ガラスの高い加工性や型転写性を活かして金型面を作製すること、またその強度、耐食性を活かして耐久性のある金型とすることを特徴としている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１にあるパルス放電焼結法は従来のホットプレス法の欠点を解決する手段として提案されているが、電流による粉末界面の過熱温度上昇によって界面部分が結晶化する恐れがあることや、装置が複雑かつ高価となるため現実的な解決手段とはいえないのが現状である。また、特許文献２では粉末などと積層するため、工程が複雑であり、コストがかかる。
【特許文献１】特開２００５−２７２２５４号公報
【特許文献２】特開２００４−９０４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、金属ガラスの特徴を活かした粉末焼結による微細な凹凸をもつ金型を得るためには、加工中の結晶化を防いで非晶質構造を保ちつつ高密度化、特に金型となる加工表面の高密度化をする必要がある。本発明は、金属ガラスの金型を工業的に安価に、かつ大型の金型にも適用可能な製造法で提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の問題を解消するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、金型の工業的な製造において問題となっていたこれらの課題について、金属ガラス粉末をホットプレスにより加圧焼結する際に、同時に母型となるパンチを用いて温度や圧力を精密に制御しつつ焼結することによって非晶質相を保ったまま高密度かつ高精度な金型を作製する方法を見出した。
【０００８】
本発明によると、金属ガラス粉末をホットプレス装置を用いてガラス遷移温度以上、結晶化温度以下に昇温して焼結する際に、同時に母型となる金型を用いて、その中にガスアトマイズにより作製された粉末を充填し、金型成形面近傍の粉末の粘性流動性が高くするため、金型成形面の温度を焼結温度よりも高くすることにより非晶質相の特徴を保った表面が高密度、高精度の金型が得られるものである。
【０００９】
その発明の要旨とするところは、
（１）ホットプレス装置にて金属ガラス粉末をガラス遷移温度（Ｔｇ）以上、結晶化温度（Ｔｘ）以下に保った状態でパンチを用いて加圧して焼結すると同時に、焼結用パンチの表面を転写し金型成形面を作製するために、成形面の温度を粉末焼結温度よりも高くすることを特徴とする金属ガラス粉末焼結体金型の製造方法。
（２）前記（１）に記載された金属ガラス粉末焼結体金型の製造方法によって製造された金属ガラス粉末焼結体金型。
（３）前記（２）に記載された金属ガラス粉末焼結体金型によって作製された部材にある。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、本発明により金属ガラス粉末の焼結と母型の型転写加工を同時に行うことで金型を工業的に安価で量産できる。しかも、その金型は金属ガラスの特徴である非晶質相を保持しているために耐食性や強度に優れ、耐久性が良い極めて優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、金属ガラス合金粉末加工装置を示す図である。この図に示すように、金属ダイ５中に金属ガラス合金粉末４を挿入し、上加圧用ラム２と一体となった表面を所望の形状に加工した母型となるパンチ６および下加圧用ラム３に挟み上加圧用ラム２をラム駆動用モーター１の駆動により金属ガラス合金粉末４を加圧する。この場合に上下加圧用ラム２、３に挟まれた金属ガラス合金粉末４の温度を調整せるための加熱用ヒーター７、８をそれぞれ上下加圧用ラム２、３に埋設し、この加熱用ヒーター７、８により、加圧温度を最適温度に制御する。
【００１２】
図２は、本発明に係る金型製造工程を模式的に示した図である。図２（ａ）は金型および金属ガラス粉末をホットプレス装置に設置した加工前の状態を示す。この状態で加熱用ヒーター７、８により、金型パンチ６および金属ガラス合金粉末４の加熱を行う。ここで、金属ガラス合金粉末４の設定温度は金属ガラスのガラス遷移温度（Ｔｇ）から結晶化温度（Ｔｘ）までの過冷却液体領域のなかで、結晶化開始までの時間が長いガラス遷移温度近傍とする。一方、金型パンチ６の設定温度は、粉末焼結の金型表面の転写性を高めるために、ガラス遷移温度（Ｔｇ）から結晶化温度（Ｔｘ）の中間温度よりも高い温度に設定する。
【００１３】
図２（ｂ）は金属ガラス粉末を加圧焼結し、焼結体を作製する工程を示す。金属ガラス粉末がガラス遷移温度近傍で加圧されることにより焼結が促進される。ここでパンチ表面９はガラス遷移温度近傍より高温になっているため、その近傍の粉末も加熱され、強度が低下し粘性流動性が増すことで金型パンチを精密に転写できる。
【００１４】
図２（ｃ）は加圧焼結後、冷却し金型パンチを取り外した状態を示す。金属ガラス粉末焼結体が金型パンチ６の表面を転写し、金属ガラス粉末焼結金型１０が得られる。その場合、金型パンチ、およびダイは金属ガラス加工温度である５００〜６００℃にて充分な強度を持つ金型用鋼や超硬合金及びその表面にＰＶＤもしくはメッキなどの方法でＣｒＮなどを成膜したものが用いられる。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
（実施例１）
ガスアトマイズによって流動性と充填性に優れた球状のＮｉ基金属ガラス合金粉末（成分：Ｎｉ60Ｎｂ15Ｔｉ20Ｚｒ5 ）を作製した。該粉末をＸ線回折により、非晶質を示すハローパターンとなった粒度（５３μｍ）以下に分級し、これを用いて金型を作製した。このＮｉ基金属ガラス合金粉末をＤＳＣ（示差熱分析）で測定したところ、ガラス遷移温度（Ｔｇ）は５６５℃、結晶化温度（Ｔｘ）は６１５℃であった。
【００１６】
一方、金属ガラス粉末を金型に焼結成形するためのパンチおよび、ダイをステライトにて作製した。上パンチ表面は、放電加工により幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を０．５ｍｍ間隔で作製したのち、鏡面研磨加工により、表面粗さＲｙ＝０．１μｍに仕上げた。この金型に金属ガラス合金粉末２ｇを充填後、プレス温度を上パンチが６００℃、下パンチが５７０℃、プレス圧２００ＭＰａなる条件で加圧焼結し、焼結体金型（φ１０ｍｍ×３ｍｍt）を得た。得られた金型はＸ線回折により、アモルファス相である事を確認し、レーザー顕微鏡により、金属ガラス金型に深さ０．５ｍｍ幅０．５ｍｍの溝が作製されていることを確認した。また、金属ガラス金型表面の粗さはＲｙ＝０．１〜０．１２μｍで、パンチの表面状態を転写していた。その結果、レーザー顕微鏡で１０枚を観察し、深さ０．５ｍｍ幅０．５ｍｍの溝部の角が丸くなっている領域があったものを不良として評価したところ、１０枚中不良は０枚であった。一方、上記と同様の粉末を金型を用いて上下パンチの温度を同じ５７０℃で加工した場合には、１０枚中不良が４枚発生した。
【００１７】
（実施例２）
ガスアトマイズによって流動性と充填性に優れた球状のＦｅ−Ｃｏ基金属ガラス合金粉末（成分：Ｆｅ36Ｃｏ36Ｂ19.2Ｓｉ4.8 Ｎｂ4 ）を作製した。該粉末をＸ線回折により、非晶質を示すハローパターンとなった粒度（１５０μｍ）以下に分級し、これを用いて金型を作製した。このＦｅ−Ｃｏ基金属ガラス合金粉末をＤＳＣ（示差熱分析）で測定したところ、ガラス遷移温度（Ｔｇ）は５４０℃、結晶化温度（Ｔｘ）は５９５℃であった。
【００１８】
一方、金属ガラス粉末を金型に焼結成形するためのパンチおよび、ダイをステライトにて作製した。上パンチ表面は、放電加工により幅０．３ｍｍ、深さ０．３ｍｍの溝を０．９ｍｍ間隔で作製したのち、鏡面研磨加工により、表面粗さＲｙ＝０．１μｍに仕上げた。この金型にＦｅ−Ｃｏ基金属ガラス合金粉末１ｇを充填後、プレス温度を上パンチが５８０℃、下パンチが５６０℃、プレス圧４００ＭＰａなる条件で加圧焼結し、焼結体金型（φ１０ｍｍ×１．５ｍｍt）を得た。得られた金型はＸ線回折により、アモルファス相である事を確認し、レーザー顕微鏡により、金属ガラス金型に深さ０．５ｍｍ幅０．５ｍｍの溝が作製されていることを確認した。また、金属ガラス金型表面の粗さはＲｙ＝０．１〜０．１２μｍで、パンチの表面状態を転写していた。その結果、レーザー顕微鏡で１０枚を観察し、１０枚中不良は０枚であった。一方、上記と同様の粉末を金型を用いて上下パンチの温度を同じ５６０℃で加工した場合には、１０枚中不良が６枚発生した。
【００１９】
このように、ガスアトマイズにより作製した金属ガラス合金粉末をホットプレスにより加圧焼結する際に、同時に母型となるパンチを用いて温度と圧力を精密に制御しつつ焼結することによって、非晶質相を保ったまま、高密度かつ高精度な金型を工業的に安価に製造することが可能となり、しかも、その金型は金属ガラスの特性である非晶質相を保持しているために耐食性や強度に優れ、かつ耐久性の優れた金型を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】金属ガラス合金粉末加工装置を示す図である。
【図２】本発明に係る金型製造工程を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  ラム駆動用モーター
２  上加圧用ラム
３  下加圧用ラム
４  金属ガラス合金粉末
５  金属ダイ
６  金型パンチ
７  加熱用上ヒーター
８  加熱用下ヒーター
９  金型パンチ表面
１０  金属ガラス粉末焼結金型
特許出願人  山陽特殊製鋼株式会社
代理人    弁理士    椎  名    彊
【図１】
2009138263.tif 000003
【図２】
2009138263.tif 000004