樹脂シート成形用金型とその製造方法
【課題】ＨＩＰ処理後に金型素材が曲がり変形しても、ＨＩＰ処理後も金型素材が原形に近い形状を確保できるようにした樹脂シート成形用金型の製造方法を提供する。
【解決手段】合金粉末充填用凹溝３を形成した一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、各金型素材１の凹溝３に合金粉末７を充填してＨＩＰ処理することにより、金型素材１の内面にＨＩＰ層８を形成し、ＨＩＰ層８に、樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型の製造方法であり、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、金型素材１に形成する凹溝３を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が曲がり変形時とは逆向きとなるクラウン形状に形成する。
【解決手段】合金粉末充填用凹溝３を形成した一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、各金型素材１の凹溝３に合金粉末７を充填してＨＩＰ処理することにより、金型素材１の内面にＨＩＰ層８を形成し、ＨＩＰ層８に、樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型の製造方法であり、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、金型素材１に形成する凹溝３を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が曲がり変形時とは逆向きとなるクラウン形状に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂をシート（フィルムを含む）状に押出成形する為のシート成形用金型、特に金型本体とは異なる材料を金型の樹脂成形流路にＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理により拡散接合して得る樹脂シート成形用金型とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂シート成形用金型の製造方法として、特許公報等の具体的な公知文献を挙げることは出来ないが、従来知られている樹脂シート成形用金型の製造方法を図４及び図５によって説明する。図４の(a-1) は、互いに重ね合わせられる一対の金型素材２１の片方を合わせ面Ｆ側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＥ−Ｅ線断面図である。この金型素材２１は、材質が例えばＳＵＳ３０４からなるもので、合わせ面Ｆ側には、所要深さを有する正面視長方形状の合金粉末充填用凹溝２３が形成され、この正面視長方形状凹溝２３の周縁部に中子型嵌合段部２４が形成され、また凹溝２３の上部側には合金粉末供給口２５が設けられている。
【０００３】
先ず、図４の(b) 及び(c) に示すように、中子型嵌合段部２４に離型処理された板状の中子型２２を嵌合固定した一対の金型素材２１，２１を互いに重ね合わせて、両金型素材２１，２１の外周に現れた分割線部を溶接することによってカプセル２６を形成し、このカプセル２６にはその供給口２５より各金型素材２１内の凹溝２３に、(d) に示すように耐食性及び耐摩耗性の良好なニッケル基合金粉末２７を充填し、脱気密封する。それから、このカプセル２６を、図５の(a) に示すようにＨＩＰ（熱間等方圧加圧）装置の処理室２０内に入れてＨＩＰ処理を施し、それによって各金型素材２１の内面に合金粉末２７が拡散接合されたＨＩＰ層２８を形成した後、カプセル２６の両金型素材２１，２１を(b) に示すように分離し、更に中子型２２を取り外し、各金型素材２１の不要部分を切断し、ＨＩＰ層２８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路を機械加工により削成することによって樹脂シート成形用金型を製造するようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような製造方法においては、金型素材２１と合金粉末２７との熱膨張率の差異によって、ＨＩＰ処理後の金型素材２１が曲がり変形を生じ、その後の機械加工が非常にやりにくくなる。即ち、上述の技術により製造される樹脂シート成形用金型は、シートの生産性の点から長尺形状で長さが１ｍから長いもので４ｍ近いものもあり、そのような形状では、ＨＩＰ処理後の金型素材２１は容易に変形する。具体的に、上述の金型素材２１は、図５の(c) 〜(e) に示すように、合わせ面Ｆ側から見て上下の両コバ面Ｋ１，Ｋ２のうち上側のコバ面Ｋ１が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒのうち合わせ面Ｆが凸側となるクラウン形状に曲がり変形し、それがために金型の製作に困難を来すことになる。尚、一般に直方体における長手方向の幅の狭い面を小端（こば）と云い、短辺方向の面を小口（こぐち）と云うが、ここでは、直方体を成す金型素材２１の幅の狭い両面をコバ面Ｋ１，Ｋ２と称し、その短辺方向の両面を夫々端面Ｔと称し、また金型素材２１の幅の広い面を合わせ面Ｆ及び背面Ｒと称する。
【０００５】
本発明は、上記の実情に鑑み、ＨＩＰ処理後に金型素材が曲がり変形しても、その歪みを吸収するような形状の合金粉末充填用凹溝を形成しておくことによって、ＨＩＰ処理後も金型素材が原形に近い形状を確保できるようにした樹脂シート成形用金型とその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の樹脂シート成形用金型は、 夫々合金粉末充填用凹溝３を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、このカプセル６における各金型素材１の凹溝３に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末７を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材１の内面に合金粉末７のＨＩＰ層８を形成し、このＨＩＰ層８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型であって、前記ＨＩＰ処理の際に金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、正常な形状、即ち原形の金属素材１に発生する歪みを見込んで、その歪みを打ち消す形状、即ち歪みを吸収する形状に予め金属素材１を製作しておき、前記ＨＩＰ処理によって、前記金属素材１が正常な形状、即ち原形に復帰するようにした金属素材を用いてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明の樹脂シート成形用金型は、夫々合金粉末充填用凹溝３を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、このカプセル６における各金型素材１の凹溝３に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末７を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材１の内面に合金粉末７のＨＩＰ層８を形成し、このＨＩＰ層８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型の製造方法であって、金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とする。ここで、金型素材１の幅の狭い両面をコバ面Ｋ１，Ｋ２と称し、その短辺方向の両面を夫々端面Ｔと称し、また金型素材１の幅の広い面を合わせ面Ｆ及び背面Ｒと称する。
【０００８】
請求項３に係る発明の樹脂シート成形用金型の製造方法は、夫々合金粉末充填用凹溝３を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、このカプセル６における各金型素材１の凹溝３に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末７を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材１の内面に合金粉末７のＨＩＰ層８を形成し、このＨＩＰ層８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型の製造方法であって、金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とする。ここで、金型素材１の幅の狭い両面をコバ面Ｋ１，Ｋ２と称し、その短辺方向の両面を夫々端面Ｔと称し、また金型素材１の幅の広い面を合わせ面Ｆ及び背面Ｒと称する。
【０００９】
請求項４に係る発明の樹脂シート成形用金型の製造方法は、請求項３に記載の樹脂シート成形用金型の製造方法において、金型素材１の合金粉末充填用凹溝３をクラウン形状に形成するにあたって、ＨＩＰ処理後の金型素材１の幅方向曲がり量及び厚み方向曲がり量を算出し、この曲がり量から、金型素材１の幅方向曲がり係数及び厚み方向曲がり係数を算出し、この曲がり係数に基づき前記凹溝３の金型素材幅方向クラウン量α及び厚み方向のクラウン量βを算出して、クラウン形状の凹溝３を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明によれば、夫々合金粉末充填用凹溝３を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、このカプセル６における各金型素材１の凹溝３に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末７を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材１の内面に合金粉末７のＨＩＰ層８を形成し、このＨＩＰ層８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型であって、前記ＨＩＰ処理の際に金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、正常な形状、即ち原形の金属素材１に発生する歪みを見込んで、その歪みを打ち消す形状、即ち歪みを吸収する形状に予め金属素材１を製作しておき、前記ＨＩＰ処理によって、前記金属素材１が正常な形状、即ち原形に復帰するようにした金属素材を用いてなるため、各金型素材１は原形に近い形状を確保でき、金型の製作が容易となる。
【００１１】
請求項２及び３に係る発明によれば、金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時とその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することによって、ＨＩＰ処理後の各金型素材１の曲がり変形の歪みが、各金型素材１に予め形成していたところの、実際の曲がり変形時のクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるクラウン形状の凹溝３により吸収されて、各金型素材１は原形に近い形状を確保でき、金型の製作が容易となる。
【００１２】
又、この種の樹脂シート成形用金型は、幅広の樹脂シートを製作する場合には、その金型が３メートルを越える長尺なものとなり、ＨＩＰ処理の際に金属素材に発生する歪みのために硬質の合金粉末の焼結金属からなる正確なＨＩＰ層の確保が困難であり、このためリップおよびその先端部の金型エッジを形成するＨＩＰ層と金型本体である金属素材とを夫々別体に製作し、両者をボルト結合していたが、本発明では、金属素材の歪みを最小限に留めることができるため、硬質の合金粉末の焼結金属からなるリップおよびその先端部の金型エッジと金型本体である金属素材とを一体にした正確なＨＩＰ層の確保ができることになり、このため大型の樹脂シート成形用金型の製作が可能となった。
【００１３】
金型に形成される樹脂流入口から流路部分全体とリップ部分（エッジ先端部）がＨＩＰ処理された硬質合金層、例えばニッケル系合金層で覆われることになり、長期間安定して金型成型することができる。更には、長尺金型を用いて幅広シートの製作する場合においてＨＩＰ層を数ミリから数十ミリ単位で確保して、金型成型時のリップ部分（エッジ先端部）の磨耗が長期にわたって発生することができ安定して使用することができる。なお、硬質合金層、例えばニッケル系合金層で覆われるＨＩＰ層をリップ部分とその先端エッジ部分のみに形成することもできる。又、ＨＩＰ層部分（例えば硬度がＨＲＣ５８ＵＰ）の先端エッジ部分は、マイクロスコープ測定によるエッジ幅が鏡面研削加工により、１ミクロン単位に製作することができ、エッジ幅を自由に鏡面研削加工により作成することができる。更には、ＨＩＰ処理硬度により先端エッジ部分並びにＨＩＰ処理部分の表面粗度はＲｙ０．１ミクロン若しくはラップすることにより表面粗度を更に上げることが可能である。
【００１４】
請求項４に係る発明によれば、各金型素材１の合金粉末充填用凹溝３を請求項１に記載のクラウン形状に形成するにあたって、ＨＩＰ処理後の金型素材１の幅方向曲がり量及び厚み方向曲がり量を算出し、この曲がり量から、金型素材１の幅方向曲がり係数及び厚み方向曲がり係数を算出し、この曲がり係数に基づき前記凹溝３の金型素材幅方向クラウン量α及び厚み方向のクラウン量βを算出して、クラウン形状の凹溝３を形成することにより、各金型素材１はより原形に近い形状を確保でき、製作が困難な大型の金型素材１でもその製作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明方法を示し、(a-1) は金型素材を合わせ面側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＡ−Ａ線断面図、(b) は両金型素材に夫々中子型を取り付けて対向配置した状態の断面図、(c) は両金型素材を重ね合わせて製作したカプセルの断面図である。
【図２】(a) はカプセルを解体して、両金型素材を引き離した状態の断面図、(b) は内面にＨＩＰ層を形成した金型素材を合わせ面側から見た正面図である。
【図３】(a-1) はＨＩＰ層を形成した金型素材の不要部分を切断除去する切断線を示す正面図、(a-2) は(a-1) のＢ−Ｂ線断面図、(b-1) は不要部分を切断除去した状態の正面図、(b-2) は(b-1) のＣ−Ｃ線断面図、(c-1) は金型素材のＨＩＰ面に樹脂成形流路を削成した状態の正面図、(c-2) は(c-1) のＤ−Ｄ線断面図、(d) は樹脂シート成形用金型の断面図である。
【図４】従来方法を説明し、(a-1) は金型素材を合わせ面側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＥ−Ｅ線断面図、(b) は両金型素材を対向配置した状態の断面説明図、(c) は両金型素材を重ね合わせると共に中子型を内装して製作したカプセルの断面図、(d) はカプセルの凹溝に合金粉末を充填した状態の断面図である。
【図５】(a) は図４の(d) に示すカプセルをＨＩＰ装置の処理室に入れてＨＩＰ処理をする状態を示す説明図、(b) はカプセルの両金型素材を分離した状態の説明図、(c) は曲がり変形した金型素材を合わせ面側から見た斜視図、(d) は同曲がり変形した金型素材の正面図、(e) は金型素材の断面図である。
【図６】材料変形の度合いθを推定し、材料が半径ｒの円弧に沿って変形した場合、２θで表される円弧長さＬの材料の変形しろΔT と変形率ΔT ／Ｌの関係を示す図面である。
【図７】θとΔT ／Ｌの関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１の(a-1) は本発明に使用する一対の金型素材１，１の片方をその合わせ面Ｆ側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＡ−Ａ線断面図である。この金型素材１は、図４及び図５によって説明した従来法によるＨＩＰ処理後の金型素材２１の曲がり変形の実態（図５の(c) 〜(e) ）から、金型素材１，１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て上下両コバ面Ｋ１，Ｋ２のうち上部側コバ面Ｋ１が凸側となるクラウン形状で、且つ左右端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒのうち合わせ面Ｆが凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１の凹溝３の形状を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とその凸側が逆向きとなるように形成したもので、図１の(a-1) と図５の(d) を対比すれば分かるように、合わせ面Ｆから見た凹溝３の形状は、その下辺部が凸状となるクラウン形状となっており、また図１の(a-2) と図５の(e) を対比して分かるように、端面Ｔ側から見た凹溝３は、その溝底部が凹状となるクラウン形状となっている。
【００１７】
また、図１の(a-1) 及び(a-2) に示すように、合金粉末充填用凹溝３の周囲には板状の中子型２を嵌合する嵌合段部４が形成され、また凹溝３の上辺側中央部には合金粉末供給口５が設けられている。そして各金型素材１は、ＳＵＳ３０４（オーステナイト系材料）、ＳＵＳ６３０（析出硬化系材料）、ＳＵＳ３２９（オーステナイト／フェライトの２相系材料）等により形成されるが、合金粉末７に使用されるニッケル基合金粉末と熱膨張率の近いＳＵＳ３２９（オーステナイト／フェライトの２相系材料）が好ましい。
【００１８】
上記の金型素材１を使用して樹脂シート成形用金型を製造する手順は、図４及び図５で説明した方法と同様であって、先ず、図１の(b) に示すように、各金型素材１の中子型嵌合段部４に離型処理された板状の中子型２を嵌合固定する。中子型２は、ＳＵＳ３０４の鋼厚板からなるもので、その全面に耐熱性離型材が塗布されている。こうして中子型２を夫々取り付けた一対の金型素材１，１を、図１の(c) に示すように互いに重ね合わせて、両金型素材１，１内の外周に現れた分割線部を溶接することによってカプセル６を形成する。そして、このカプセル６内には供給口５より各金型素材１内の凹溝３に、図１の(c) に示すように耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末７を充填して、脱気密封する。図１の(c) において、９はカプセル６の合金粉末供給口５を閉塞する蓋を示す。合金粉末７としては、ニッケル基合金粉末、コバルト基合金粉末、タングステンカーバイト含有合金粉末等が使用される。
【００１９】
それから、このカプセル２６を、図５の(a) に示したようにＨＩＰ（熱間等方圧加圧）装置の処理室２０内に入れてＨＩＰ処理を施すことにより、各金型素材１の内面に合金粉末７が拡散接合されたＨＩＰ層８を形成する。こうしてＨＩＰ処理により各金型素材１の内面にＨＩＰ層８を形成したカプセル６を解体し、図２の(a) に示すように、両金型素材１，１を互いに引き離し、各金型素材１から中子型２を取り外す。
【００２０】
上記のようにＨＩＰ処理して内面にＨＩＰ層８を形成したカプセル６を分解して取り出した各金型素材１は、図２の(a) 及び(c) から分かるように、端面Ｔ側から見た形状も、合わせ面Ｆから見た形状も、ＨＩＰ処理前の矩形状とほとんど変わらない形状となっている。これは、実際には金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異によってＨＩＰ処理後の金型素材１に曲がり変形が生じていたわけであるが、その曲がり変形の歪みが、各金型素材１に予め形成していたところの、実際の曲がり変形時のクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状の合金粉末充填用凹溝３により吸収されて、原形に近い形状となったことによるものである。
【００２１】
図３の(a) は、上記のようにしてＨＩＰ層８を形成した金型素材１の不要部分を切断線２９に沿って切断除去しようとする状態を合わせ面Ｆ側から見た正面図であり、(a-2) は(a-1) のＢ−Ｂ線断面図、(b-1) は不要部分を切断除去して残った必要金型部分３０を、合わせ面Ｆ側から見た正面図、(b-2) は(b-1) のＣ−Ｃ線断面図である。また(c-1) は、必要金型部分３０のＨＩＰ層８を合わせ面Ｆから見た削り取り輪郭線３２ａで囲まれた部分を例えばフライス削りで削り取って樹脂成形流路３１を削成しようとする状態の正面図、(c-2) は(c-1) のＤ−Ｄ線断面図で、端面Ｔ側から見た削り取り輪郭線３２ｂから合わせ面Ｆ側を例えばフライス削りで削り取って樹脂成形流路３１を削成しようとする状態の側面図である。そして、図３の(d) は、(c-1) 及び(c-2) で示すような形状に形成した一対の必要金型部分３０，３０からなる樹脂シート成形用金型３３の断面図である。図３の(d) において、３５は樹脂成形流路３１の流入部、３６は樹脂溜まり、そして３７はリップ、３８はリップ３７の先端エッジを示す。このＨＩＰ層８は、前述したように金型素材１の合金粉末充填用凹溝３内にニッケル基合金粉末７が拡散接合された硬質層であり、その硬度はＨＲＣ５８程度である。
【００２２】
上記のようにして製造される樹脂シート成形用金型３３は、図示しない周知の金型支持ブロックで支持されて使用されることになるが、樹脂の流入する流入部３５から樹脂溜まり３６、そして最も重要なリップ３７の先端エッジ３８に至る樹脂成形流路３１の全体がＨＩＰ層８に形成されたもので、これら流入部３５、樹脂溜まり３６及びリップ３７は、夫々厚み数ｍｍ単位であるため、必要な部分を研削加工により容易に補修することができ、しかも金型支持ブロックの調整によりＨＩＰ層８が無くなるまで何回も繰り返し研削加工ができるので、ランニング費用の低減が可能となる。
（ｃー１）に図示される樹脂成形流路３１はハンガー形状に似ていることからハンガー形樹脂成形流路３１と称されているが、これら流入部３５、樹脂溜まり３６及びリップ３７は、数十ミリ単位の３次元の形状となり、特に正確なハンガー形樹脂溜まり３６は、本発明の製造方法によって、初めてＨＩＰ層の確保より誠作することが可能となった。樹脂シート成形用金型３３の長尺品は３メーターを越えるものがあり、ハンガー形樹脂溜まり３６（マニーホールド部）はフライス加工等の機械加工において細心の注意を持って形成されることになる。
【００２３】
上述した実施形態では、カプセル６を構成する各金型素材１には、流入部３５から樹脂溜まり３６を経てリップ３７に至る樹脂成形流路３１の全部が形成されるようなＨＩＰ層８としているが、各金型素材に形成するＨＩＰ層８は必要な部分だけのＨＩＰ層でも可能である。即ち、リップ３７だけ、あるいは樹脂溜まり３６だけがＨＩＰ層となるようにしてもよい。しかしながら、樹脂シート成形用金型３３の樹脂成形流路３１において最も重要な部分は、リップ３７の先端エッジであるから、少なくともリップ３７はＨＩＰ層８であることが望ましく、リップ３７をＨＩＰ層８とすることにより、その先端エッジ３８が鋭角をなす高精度のリップ３７を形成することができる。
【００２４】
本発明に係る樹脂シート成形用金型の製造方法は、上述のように、金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３を、合わせ面Ｆ側と端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が図１の(a-1) 及び(a-2) に示すように曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とするものであるが、各金型素材１にクラウン形状の合金粉末充填用凹溝３を形成するにあたって、その凹溝３のクラウン量、即ち図１の(a-1) に示すような金型素材幅方向のクラウン量α、及び(a-2) に示すような金型素材厚み方向のクラウン量βを算出する方法について、以下に説明する。
【００２５】
上記クラウン量α，βの算出にあたっては、先ず、図４及び図５で説明した非クラウン形状の合金粉末充填用凹溝２３を有する金型素材２１をＨＩＰ処理した時のＨＩＰ後の金型素材２１の曲がり変形量（歪み量）確認のためのデータを作成する。
【００２６】
この場合、金型素材２１の材質は、(1) ＳＵＳ３０４（オーステナイト系材料）、(2) ＳＵＳ６３０（析出硬化系材料）、(3) ＳＵＳ３２９（オーステナイト／フェライトの２相系材料）の３種類とし、そして金型素材２１及び合金粉末充填用凹溝２３の形状寸法については、図４の(a) ，(b) に示すように、金型素材２１は、全長Ｌを１６００ｍｍ、その幅Ｗを１００ｍｍ、その厚みＶを４０ｍｍとし、凹溝２３の溝長Ｚを１５００ｍｍ、その溝幅ｍを６０ｍｍ、その溝深さｎを１５ｍｍとする。
【００２７】
上記金型素材２１のＨＩＰ処理後の曲がり量のテストデータは下記の通りである。
【００２８】
また、上記金型素材２１の曲がり係数（金型素材幅方向の曲がり係数及び金型素材厚み方向の曲がり係数は下記の通りである。
【００２９】
１）．材料（金型素材）の曲がりについて
上記(1) 〜(3) の３種類の材料の実測値より材料変形の度合い（角度θ°）を推定する。即ち、材料が、図６に示すように半径ｒの円弧に沿って一様に変形すると仮定した場合、２θで表される円弧長さＬの材料の変形しろ（ΔT ）と変形率（ΔT ／Ｌ）は、次式で表される。
Ｌ＝２πｒ×（２θ／３６０°）・・・・・・・(1)
ΔT ＝ｒ（１−cosθ） ・・・・・・・(2)
ΔT ／Ｌ＝３６０（１−cosθ）／４πθ ・・・・・・(3)
ここで、θが小さい場合のθと(3)式で計算されるΔT ／Ｌの値を表１に示す。
【００３０】
表１の関係を図示したものを図７に示す。ここで、変形率（ΔT ／Ｌ）をｋT で表すと図中の直線ｋT ＝０．００４３θの関数で表される。この直線にＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３２９Ｊ１の実測値を適用したものを同図に○印で示すが、上記３種類の材料はθが夫々約３°、１°、０．７°（中心点からＬを挟む角度は夫々２倍となる）で変形していることがわかる。この場合の曲率半径は前記(2) 式によると、夫々約１４ｍ、約５０ｍ、約７０ｍと換算される。
【００３１】
２）．材料（金型素材）変形を予測したカプセルの設計について
以上の計算結果によれば、ＨＩＰ処理に伴う材料変形が小さいＳＵＳ３２９Ｊ１はθを約０．７°として計算さるｋT 値で材料変形しろ（ΔT＝ｋT ×Ｌ ）を予測するのが適当と考えられる。実際の変形予測にあたっては、材料の板厚や板幅、３次元構造の各部構成によって影響度合いが変わるたそめ詳細な基礎データの蓄積が不可欠であるが、基本的な考え方は変わらない。例えば、上記３種類の材料の金型素材厚み方向の曲がり変形量は、夫々金型素材幅方向の曲がり変形量の約半分の値になっているが、これはカプセルを形成する金型素材の幅と厚みの断面寸法比や合金粉末充填用凹溝の溝幅と溝深さとの断面寸法比の影響である。一般に、材料が厚い場合は、変形に対する拘束が強くなって、外部に現れる変形しろは小さくなり、薄い場合には同一のＨＩＰ条件でも変形しろは大きくなる傾向がある。
【００３２】
歪み（変形）量÷材料の全長（ｍｍ）＝１ｍｍ当たりの歪み量となる。これを歪み係数として、溝の歪みが影響を与える材料全長に幅、厚みを乗じると、各々の全体の曲がり量が解るため、これによりカプセル６の各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３の曲がり具合、つまり図１の(a-1) に示すような金型素材幅方向のクラウン量α、及び(a-2) に示すような金型素材厚み方向のクラウン量βを算出して、合金粉末充填用凹溝３を形成する。
【００３３】
具体的には、カプセル６を形成する各金型素材１の全長Ｌを１６００ｍｍとした時の、図１の(a-1) に示すようなクランプ形状凹溝３の金型素材幅方向のクラウン量αは、母材である金型素材１の材質がＳＵＳ３０４である場合に、金型素材全長Ｌに対する金型素材幅方向の曲がり係数は前記したように０．０１１８７５であるから、０．０１１８７５×１６００ｍｍ＝１９．００ｍｍとなり、これが凹溝３の金型素材幅方向のクラウン量αとなる。また、金型素材全長Ｌに対する金型素材厚み方向の曲がり係数は０．００５であるから、０．００５×１６００ｍｍ＝８．００ｍｍとなり、これが凹溝３の金型素材厚み方向のクラウン量βとなる。この場合、凹溝３の溝長Ｚは１５００ｍｍ、溝幅ｍは６０ｍｍ、溝深さｎは１５ｍｍとする。
【００３４】
従って、金型素材１の合金粉末充填用凹溝３を、図１の(a-1) ，(a-2) に示すように、合わせ面Ｆ側から見て下部コバ面Ｋ２側が凸側となるようなクラウン形状で、端面Ｔ側から見て背面Ｒ側が凸側となるようなクラウン形状で、金型素材幅方向のクラウン量αを１９．００ｍｍとし、金型素材厚み方向のクラウン量βを８．００ｍｍとするように形成すれば、この金型素材１は、凹溝３に合金粉末７を充填してＨＩＰ処理した後に、合わせ面Ｆ側から見て上部コバ面Ｋ１側が凸側となるクラウン形状で、端面Ｔ側から見て前面Ｆ側が凸側となるクラウン形状に曲がり変形を生じるため、金型素材１の幅方向の曲がり変形量及び厚み方向の曲がり変形量の何れも実質的にゼロとなり、金型素材１は、図２の(a) 及び(b) に示すように、ＨＩＰ処理前の矩形状とほとんど変わらない形状となる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 金型素材
２ 中子型
３ 合金粉末充填用凹溝
６ カプセル
７ 合金粉末
８ ＨＩＰ層
３１ 樹脂成形流路
３３ 樹脂シート成形用金型
３５ 流入部
３６ 樹脂溜まり
３７ リップ
３８ リップの先端エッジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂をシート（フィルムを含む）状に押出成形する為のシート成形用金型、特に金型本体とは異なる材料を金型の樹脂成形流路にＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理により拡散接合して得る樹脂シート成形用金型とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂シート成形用金型の製造方法として、特許公報等の具体的な公知文献を挙げることは出来ないが、従来知られている樹脂シート成形用金型の製造方法を図４及び図５によって説明する。図４の(a-1) は、互いに重ね合わせられる一対の金型素材２１の片方を合わせ面Ｆ側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＥ−Ｅ線断面図である。この金型素材２１は、材質が例えばＳＵＳ３０４からなるもので、合わせ面Ｆ側には、所要深さを有する正面視長方形状の合金粉末充填用凹溝２３が形成され、この正面視長方形状凹溝２３の周縁部に中子型嵌合段部２４が形成され、また凹溝２３の上部側には合金粉末供給口２５が設けられている。
【０００３】
先ず、図４の(b) 及び(c) に示すように、中子型嵌合段部２４に離型処理された板状の中子型２２を嵌合固定した一対の金型素材２１，２１を互いに重ね合わせて、両金型素材２１，２１の外周に現れた分割線部を溶接することによってカプセル２６を形成し、このカプセル２６にはその供給口２５より各金型素材２１内の凹溝２３に、(d) に示すように耐食性及び耐摩耗性の良好なニッケル基合金粉末２７を充填し、脱気密封する。それから、このカプセル２６を、図５の(a) に示すようにＨＩＰ（熱間等方圧加圧）装置の処理室２０内に入れてＨＩＰ処理を施し、それによって各金型素材２１の内面に合金粉末２７が拡散接合されたＨＩＰ層２８を形成した後、カプセル２６の両金型素材２１，２１を(b) に示すように分離し、更に中子型２２を取り外し、各金型素材２１の不要部分を切断し、ＨＩＰ層２８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路を機械加工により削成することによって樹脂シート成形用金型を製造するようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような製造方法においては、金型素材２１と合金粉末２７との熱膨張率の差異によって、ＨＩＰ処理後の金型素材２１が曲がり変形を生じ、その後の機械加工が非常にやりにくくなる。即ち、上述の技術により製造される樹脂シート成形用金型は、シートの生産性の点から長尺形状で長さが１ｍから長いもので４ｍ近いものもあり、そのような形状では、ＨＩＰ処理後の金型素材２１は容易に変形する。具体的に、上述の金型素材２１は、図５の(c) 〜(e) に示すように、合わせ面Ｆ側から見て上下の両コバ面Ｋ１，Ｋ２のうち上側のコバ面Ｋ１が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒのうち合わせ面Ｆが凸側となるクラウン形状に曲がり変形し、それがために金型の製作に困難を来すことになる。尚、一般に直方体における長手方向の幅の狭い面を小端（こば）と云い、短辺方向の面を小口（こぐち）と云うが、ここでは、直方体を成す金型素材２１の幅の狭い両面をコバ面Ｋ１，Ｋ２と称し、その短辺方向の両面を夫々端面Ｔと称し、また金型素材２１の幅の広い面を合わせ面Ｆ及び背面Ｒと称する。
【０００５】
本発明は、上記の実情に鑑み、ＨＩＰ処理後に金型素材が曲がり変形しても、その歪みを吸収するような形状の合金粉末充填用凹溝を形成しておくことによって、ＨＩＰ処理後も金型素材が原形に近い形状を確保できるようにした樹脂シート成形用金型とその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の樹脂シート成形用金型は、 夫々合金粉末充填用凹溝３を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、このカプセル６における各金型素材１の凹溝３に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末７を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材１の内面に合金粉末７のＨＩＰ層８を形成し、このＨＩＰ層８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型であって、前記ＨＩＰ処理の際に金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、正常な形状、即ち原形の金属素材１に発生する歪みを見込んで、その歪みを打ち消す形状、即ち歪みを吸収する形状に予め金属素材１を製作しておき、前記ＨＩＰ処理によって、前記金属素材１が正常な形状、即ち原形に復帰するようにした金属素材を用いてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明の樹脂シート成形用金型は、夫々合金粉末充填用凹溝３を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、このカプセル６における各金型素材１の凹溝３に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末７を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材１の内面に合金粉末７のＨＩＰ層８を形成し、このＨＩＰ層８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型の製造方法であって、金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とする。ここで、金型素材１の幅の狭い両面をコバ面Ｋ１，Ｋ２と称し、その短辺方向の両面を夫々端面Ｔと称し、また金型素材１の幅の広い面を合わせ面Ｆ及び背面Ｒと称する。
【０００８】
請求項３に係る発明の樹脂シート成形用金型の製造方法は、夫々合金粉末充填用凹溝３を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、このカプセル６における各金型素材１の凹溝３に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末７を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材１の内面に合金粉末７のＨＩＰ層８を形成し、このＨＩＰ層８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型の製造方法であって、金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とする。ここで、金型素材１の幅の狭い両面をコバ面Ｋ１，Ｋ２と称し、その短辺方向の両面を夫々端面Ｔと称し、また金型素材１の幅の広い面を合わせ面Ｆ及び背面Ｒと称する。
【０００９】
請求項４に係る発明の樹脂シート成形用金型の製造方法は、請求項３に記載の樹脂シート成形用金型の製造方法において、金型素材１の合金粉末充填用凹溝３をクラウン形状に形成するにあたって、ＨＩＰ処理後の金型素材１の幅方向曲がり量及び厚み方向曲がり量を算出し、この曲がり量から、金型素材１の幅方向曲がり係数及び厚み方向曲がり係数を算出し、この曲がり係数に基づき前記凹溝３の金型素材幅方向クラウン量α及び厚み方向のクラウン量βを算出して、クラウン形状の凹溝３を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明によれば、夫々合金粉末充填用凹溝３を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材１，１に中子型２を内装してカプセル６を製作し、このカプセル６における各金型素材１の凹溝３に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末７を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材１の内面に合金粉末７のＨＩＰ層８を形成し、このＨＩＰ層８に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路３１の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型であって、前記ＨＩＰ処理の際に金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、正常な形状、即ち原形の金属素材１に発生する歪みを見込んで、その歪みを打ち消す形状、即ち歪みを吸収する形状に予め金属素材１を製作しておき、前記ＨＩＰ処理によって、前記金属素材１が正常な形状、即ち原形に復帰するようにした金属素材を用いてなるため、各金型素材１は原形に近い形状を確保でき、金型の製作が容易となる。
【００１１】
請求項２及び３に係る発明によれば、金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時とその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することによって、ＨＩＰ処理後の各金型素材１の曲がり変形の歪みが、各金型素材１に予め形成していたところの、実際の曲がり変形時のクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるクラウン形状の凹溝３により吸収されて、各金型素材１は原形に近い形状を確保でき、金型の製作が容易となる。
【００１２】
又、この種の樹脂シート成形用金型は、幅広の樹脂シートを製作する場合には、その金型が３メートルを越える長尺なものとなり、ＨＩＰ処理の際に金属素材に発生する歪みのために硬質の合金粉末の焼結金属からなる正確なＨＩＰ層の確保が困難であり、このためリップおよびその先端部の金型エッジを形成するＨＩＰ層と金型本体である金属素材とを夫々別体に製作し、両者をボルト結合していたが、本発明では、金属素材の歪みを最小限に留めることができるため、硬質の合金粉末の焼結金属からなるリップおよびその先端部の金型エッジと金型本体である金属素材とを一体にした正確なＨＩＰ層の確保ができることになり、このため大型の樹脂シート成形用金型の製作が可能となった。
【００１３】
金型に形成される樹脂流入口から流路部分全体とリップ部分（エッジ先端部）がＨＩＰ処理された硬質合金層、例えばニッケル系合金層で覆われることになり、長期間安定して金型成型することができる。更には、長尺金型を用いて幅広シートの製作する場合においてＨＩＰ層を数ミリから数十ミリ単位で確保して、金型成型時のリップ部分（エッジ先端部）の磨耗が長期にわたって発生することができ安定して使用することができる。なお、硬質合金層、例えばニッケル系合金層で覆われるＨＩＰ層をリップ部分とその先端エッジ部分のみに形成することもできる。又、ＨＩＰ層部分（例えば硬度がＨＲＣ５８ＵＰ）の先端エッジ部分は、マイクロスコープ測定によるエッジ幅が鏡面研削加工により、１ミクロン単位に製作することができ、エッジ幅を自由に鏡面研削加工により作成することができる。更には、ＨＩＰ処理硬度により先端エッジ部分並びにＨＩＰ処理部分の表面粗度はＲｙ０．１ミクロン若しくはラップすることにより表面粗度を更に上げることが可能である。
【００１４】
請求項４に係る発明によれば、各金型素材１の合金粉末充填用凹溝３を請求項１に記載のクラウン形状に形成するにあたって、ＨＩＰ処理後の金型素材１の幅方向曲がり量及び厚み方向曲がり量を算出し、この曲がり量から、金型素材１の幅方向曲がり係数及び厚み方向曲がり係数を算出し、この曲がり係数に基づき前記凹溝３の金型素材幅方向クラウン量α及び厚み方向のクラウン量βを算出して、クラウン形状の凹溝３を形成することにより、各金型素材１はより原形に近い形状を確保でき、製作が困難な大型の金型素材１でもその製作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明方法を示し、(a-1) は金型素材を合わせ面側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＡ−Ａ線断面図、(b) は両金型素材に夫々中子型を取り付けて対向配置した状態の断面図、(c) は両金型素材を重ね合わせて製作したカプセルの断面図である。
【図２】(a) はカプセルを解体して、両金型素材を引き離した状態の断面図、(b) は内面にＨＩＰ層を形成した金型素材を合わせ面側から見た正面図である。
【図３】(a-1) はＨＩＰ層を形成した金型素材の不要部分を切断除去する切断線を示す正面図、(a-2) は(a-1) のＢ−Ｂ線断面図、(b-1) は不要部分を切断除去した状態の正面図、(b-2) は(b-1) のＣ−Ｃ線断面図、(c-1) は金型素材のＨＩＰ面に樹脂成形流路を削成した状態の正面図、(c-2) は(c-1) のＤ−Ｄ線断面図、(d) は樹脂シート成形用金型の断面図である。
【図４】従来方法を説明し、(a-1) は金型素材を合わせ面側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＥ−Ｅ線断面図、(b) は両金型素材を対向配置した状態の断面説明図、(c) は両金型素材を重ね合わせると共に中子型を内装して製作したカプセルの断面図、(d) はカプセルの凹溝に合金粉末を充填した状態の断面図である。
【図５】(a) は図４の(d) に示すカプセルをＨＩＰ装置の処理室に入れてＨＩＰ処理をする状態を示す説明図、(b) はカプセルの両金型素材を分離した状態の説明図、(c) は曲がり変形した金型素材を合わせ面側から見た斜視図、(d) は同曲がり変形した金型素材の正面図、(e) は金型素材の断面図である。
【図６】材料変形の度合いθを推定し、材料が半径ｒの円弧に沿って変形した場合、２θで表される円弧長さＬの材料の変形しろΔT と変形率ΔT ／Ｌの関係を示す図面である。
【図７】θとΔT ／Ｌの関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１の(a-1) は本発明に使用する一対の金型素材１，１の片方をその合わせ面Ｆ側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＡ−Ａ線断面図である。この金型素材１は、図４及び図５によって説明した従来法によるＨＩＰ処理後の金型素材２１の曲がり変形の実態（図５の(c) 〜(e) ）から、金型素材１，１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て上下両コバ面Ｋ１，Ｋ２のうち上部側コバ面Ｋ１が凸側となるクラウン形状で、且つ左右端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒのうち合わせ面Ｆが凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１の凹溝３の形状を、合わせ面Ｆ側及び端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とその凸側が逆向きとなるように形成したもので、図１の(a-1) と図５の(d) を対比すれば分かるように、合わせ面Ｆから見た凹溝３の形状は、その下辺部が凸状となるクラウン形状となっており、また図１の(a-2) と図５の(e) を対比して分かるように、端面Ｔ側から見た凹溝３は、その溝底部が凹状となるクラウン形状となっている。
【００１７】
また、図１の(a-1) 及び(a-2) に示すように、合金粉末充填用凹溝３の周囲には板状の中子型２を嵌合する嵌合段部４が形成され、また凹溝３の上辺側中央部には合金粉末供給口５が設けられている。そして各金型素材１は、ＳＵＳ３０４（オーステナイト系材料）、ＳＵＳ６３０（析出硬化系材料）、ＳＵＳ３２９（オーステナイト／フェライトの２相系材料）等により形成されるが、合金粉末７に使用されるニッケル基合金粉末と熱膨張率の近いＳＵＳ３２９（オーステナイト／フェライトの２相系材料）が好ましい。
【００１８】
上記の金型素材１を使用して樹脂シート成形用金型を製造する手順は、図４及び図５で説明した方法と同様であって、先ず、図１の(b) に示すように、各金型素材１の中子型嵌合段部４に離型処理された板状の中子型２を嵌合固定する。中子型２は、ＳＵＳ３０４の鋼厚板からなるもので、その全面に耐熱性離型材が塗布されている。こうして中子型２を夫々取り付けた一対の金型素材１，１を、図１の(c) に示すように互いに重ね合わせて、両金型素材１，１内の外周に現れた分割線部を溶接することによってカプセル６を形成する。そして、このカプセル６内には供給口５より各金型素材１内の凹溝３に、図１の(c) に示すように耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末７を充填して、脱気密封する。図１の(c) において、９はカプセル６の合金粉末供給口５を閉塞する蓋を示す。合金粉末７としては、ニッケル基合金粉末、コバルト基合金粉末、タングステンカーバイト含有合金粉末等が使用される。
【００１９】
それから、このカプセル２６を、図５の(a) に示したようにＨＩＰ（熱間等方圧加圧）装置の処理室２０内に入れてＨＩＰ処理を施すことにより、各金型素材１の内面に合金粉末７が拡散接合されたＨＩＰ層８を形成する。こうしてＨＩＰ処理により各金型素材１の内面にＨＩＰ層８を形成したカプセル６を解体し、図２の(a) に示すように、両金型素材１，１を互いに引き離し、各金型素材１から中子型２を取り外す。
【００２０】
上記のようにＨＩＰ処理して内面にＨＩＰ層８を形成したカプセル６を分解して取り出した各金型素材１は、図２の(a) 及び(c) から分かるように、端面Ｔ側から見た形状も、合わせ面Ｆから見た形状も、ＨＩＰ処理前の矩形状とほとんど変わらない形状となっている。これは、実際には金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異によってＨＩＰ処理後の金型素材１に曲がり変形が生じていたわけであるが、その曲がり変形の歪みが、各金型素材１に予め形成していたところの、実際の曲がり変形時のクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状の合金粉末充填用凹溝３により吸収されて、原形に近い形状となったことによるものである。
【００２１】
図３の(a) は、上記のようにしてＨＩＰ層８を形成した金型素材１の不要部分を切断線２９に沿って切断除去しようとする状態を合わせ面Ｆ側から見た正面図であり、(a-2) は(a-1) のＢ−Ｂ線断面図、(b-1) は不要部分を切断除去して残った必要金型部分３０を、合わせ面Ｆ側から見た正面図、(b-2) は(b-1) のＣ−Ｃ線断面図である。また(c-1) は、必要金型部分３０のＨＩＰ層８を合わせ面Ｆから見た削り取り輪郭線３２ａで囲まれた部分を例えばフライス削りで削り取って樹脂成形流路３１を削成しようとする状態の正面図、(c-2) は(c-1) のＤ−Ｄ線断面図で、端面Ｔ側から見た削り取り輪郭線３２ｂから合わせ面Ｆ側を例えばフライス削りで削り取って樹脂成形流路３１を削成しようとする状態の側面図である。そして、図３の(d) は、(c-1) 及び(c-2) で示すような形状に形成した一対の必要金型部分３０，３０からなる樹脂シート成形用金型３３の断面図である。図３の(d) において、３５は樹脂成形流路３１の流入部、３６は樹脂溜まり、そして３７はリップ、３８はリップ３７の先端エッジを示す。このＨＩＰ層８は、前述したように金型素材１の合金粉末充填用凹溝３内にニッケル基合金粉末７が拡散接合された硬質層であり、その硬度はＨＲＣ５８程度である。
【００２２】
上記のようにして製造される樹脂シート成形用金型３３は、図示しない周知の金型支持ブロックで支持されて使用されることになるが、樹脂の流入する流入部３５から樹脂溜まり３６、そして最も重要なリップ３７の先端エッジ３８に至る樹脂成形流路３１の全体がＨＩＰ層８に形成されたもので、これら流入部３５、樹脂溜まり３６及びリップ３７は、夫々厚み数ｍｍ単位であるため、必要な部分を研削加工により容易に補修することができ、しかも金型支持ブロックの調整によりＨＩＰ層８が無くなるまで何回も繰り返し研削加工ができるので、ランニング費用の低減が可能となる。
（ｃー１）に図示される樹脂成形流路３１はハンガー形状に似ていることからハンガー形樹脂成形流路３１と称されているが、これら流入部３５、樹脂溜まり３６及びリップ３７は、数十ミリ単位の３次元の形状となり、特に正確なハンガー形樹脂溜まり３６は、本発明の製造方法によって、初めてＨＩＰ層の確保より誠作することが可能となった。樹脂シート成形用金型３３の長尺品は３メーターを越えるものがあり、ハンガー形樹脂溜まり３６（マニーホールド部）はフライス加工等の機械加工において細心の注意を持って形成されることになる。
【００２３】
上述した実施形態では、カプセル６を構成する各金型素材１には、流入部３５から樹脂溜まり３６を経てリップ３７に至る樹脂成形流路３１の全部が形成されるようなＨＩＰ層８としているが、各金型素材に形成するＨＩＰ層８は必要な部分だけのＨＩＰ層でも可能である。即ち、リップ３７だけ、あるいは樹脂溜まり３６だけがＨＩＰ層となるようにしてもよい。しかしながら、樹脂シート成形用金型３３の樹脂成形流路３１において最も重要な部分は、リップ３７の先端エッジであるから、少なくともリップ３７はＨＩＰ層８であることが望ましく、リップ３７をＨＩＰ層８とすることにより、その先端エッジ３８が鋭角をなす高精度のリップ３７を形成することができる。
【００２４】
本発明に係る樹脂シート成形用金型の製造方法は、上述のように、金型素材１と合金粉末７との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材１が、合わせ面Ｆ側から見て両コバ面Ｋ１，Ｋ２の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面Ｔ側から見て合わせ面Ｆと背面Ｒの何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３を、合わせ面Ｆ側と端面Ｔ側から見た夫々のクラウン形状が図１の(a-1) 及び(a-2) に示すように曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とするものであるが、各金型素材１にクラウン形状の合金粉末充填用凹溝３を形成するにあたって、その凹溝３のクラウン量、即ち図１の(a-1) に示すような金型素材幅方向のクラウン量α、及び(a-2) に示すような金型素材厚み方向のクラウン量βを算出する方法について、以下に説明する。
【００２５】
上記クラウン量α，βの算出にあたっては、先ず、図４及び図５で説明した非クラウン形状の合金粉末充填用凹溝２３を有する金型素材２１をＨＩＰ処理した時のＨＩＰ後の金型素材２１の曲がり変形量（歪み量）確認のためのデータを作成する。
【００２６】
この場合、金型素材２１の材質は、(1) ＳＵＳ３０４（オーステナイト系材料）、(2) ＳＵＳ６３０（析出硬化系材料）、(3) ＳＵＳ３２９（オーステナイト／フェライトの２相系材料）の３種類とし、そして金型素材２１及び合金粉末充填用凹溝２３の形状寸法については、図４の(a) ，(b) に示すように、金型素材２１は、全長Ｌを１６００ｍｍ、その幅Ｗを１００ｍｍ、その厚みＶを４０ｍｍとし、凹溝２３の溝長Ｚを１５００ｍｍ、その溝幅ｍを６０ｍｍ、その溝深さｎを１５ｍｍとする。
【００２７】
上記金型素材２１のＨＩＰ処理後の曲がり量のテストデータは下記の通りである。
【００２８】
また、上記金型素材２１の曲がり係数（金型素材幅方向の曲がり係数及び金型素材厚み方向の曲がり係数は下記の通りである。
【００２９】
１）．材料（金型素材）の曲がりについて
上記(1) 〜(3) の３種類の材料の実測値より材料変形の度合い（角度θ°）を推定する。即ち、材料が、図６に示すように半径ｒの円弧に沿って一様に変形すると仮定した場合、２θで表される円弧長さＬの材料の変形しろ（ΔT ）と変形率（ΔT ／Ｌ）は、次式で表される。
Ｌ＝２πｒ×（２θ／３６０°）・・・・・・・(1)
ΔT ＝ｒ（１−cosθ） ・・・・・・・(2)
ΔT ／Ｌ＝３６０（１−cosθ）／４πθ ・・・・・・(3)
ここで、θが小さい場合のθと(3)式で計算されるΔT ／Ｌの値を表１に示す。
【００３０】
表１の関係を図示したものを図７に示す。ここで、変形率（ΔT ／Ｌ）をｋT で表すと図中の直線ｋT ＝０．００４３θの関数で表される。この直線にＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３２９Ｊ１の実測値を適用したものを同図に○印で示すが、上記３種類の材料はθが夫々約３°、１°、０．７°（中心点からＬを挟む角度は夫々２倍となる）で変形していることがわかる。この場合の曲率半径は前記(2) 式によると、夫々約１４ｍ、約５０ｍ、約７０ｍと換算される。
【００３１】
２）．材料（金型素材）変形を予測したカプセルの設計について
以上の計算結果によれば、ＨＩＰ処理に伴う材料変形が小さいＳＵＳ３２９Ｊ１はθを約０．７°として計算さるｋT 値で材料変形しろ（ΔT＝ｋT ×Ｌ ）を予測するのが適当と考えられる。実際の変形予測にあたっては、材料の板厚や板幅、３次元構造の各部構成によって影響度合いが変わるたそめ詳細な基礎データの蓄積が不可欠であるが、基本的な考え方は変わらない。例えば、上記３種類の材料の金型素材厚み方向の曲がり変形量は、夫々金型素材幅方向の曲がり変形量の約半分の値になっているが、これはカプセルを形成する金型素材の幅と厚みの断面寸法比や合金粉末充填用凹溝の溝幅と溝深さとの断面寸法比の影響である。一般に、材料が厚い場合は、変形に対する拘束が強くなって、外部に現れる変形しろは小さくなり、薄い場合には同一のＨＩＰ条件でも変形しろは大きくなる傾向がある。
【００３２】
歪み（変形）量÷材料の全長（ｍｍ）＝１ｍｍ当たりの歪み量となる。これを歪み係数として、溝の歪みが影響を与える材料全長に幅、厚みを乗じると、各々の全体の曲がり量が解るため、これによりカプセル６の各金型素材１に形成する合金粉末充填用凹溝３の曲がり具合、つまり図１の(a-1) に示すような金型素材幅方向のクラウン量α、及び(a-2) に示すような金型素材厚み方向のクラウン量βを算出して、合金粉末充填用凹溝３を形成する。
【００３３】
具体的には、カプセル６を形成する各金型素材１の全長Ｌを１６００ｍｍとした時の、図１の(a-1) に示すようなクランプ形状凹溝３の金型素材幅方向のクラウン量αは、母材である金型素材１の材質がＳＵＳ３０４である場合に、金型素材全長Ｌに対する金型素材幅方向の曲がり係数は前記したように０．０１１８７５であるから、０．０１１８７５×１６００ｍｍ＝１９．００ｍｍとなり、これが凹溝３の金型素材幅方向のクラウン量αとなる。また、金型素材全長Ｌに対する金型素材厚み方向の曲がり係数は０．００５であるから、０．００５×１６００ｍｍ＝８．００ｍｍとなり、これが凹溝３の金型素材厚み方向のクラウン量βとなる。この場合、凹溝３の溝長Ｚは１５００ｍｍ、溝幅ｍは６０ｍｍ、溝深さｎは１５ｍｍとする。
【００３４】
従って、金型素材１の合金粉末充填用凹溝３を、図１の(a-1) ，(a-2) に示すように、合わせ面Ｆ側から見て下部コバ面Ｋ２側が凸側となるようなクラウン形状で、端面Ｔ側から見て背面Ｒ側が凸側となるようなクラウン形状で、金型素材幅方向のクラウン量αを１９．００ｍｍとし、金型素材厚み方向のクラウン量βを８．００ｍｍとするように形成すれば、この金型素材１は、凹溝３に合金粉末７を充填してＨＩＰ処理した後に、合わせ面Ｆ側から見て上部コバ面Ｋ１側が凸側となるクラウン形状で、端面Ｔ側から見て前面Ｆ側が凸側となるクラウン形状に曲がり変形を生じるため、金型素材１の幅方向の曲がり変形量及び厚み方向の曲がり変形量の何れも実質的にゼロとなり、金型素材１は、図２の(a) 及び(b) に示すように、ＨＩＰ処理前の矩形状とほとんど変わらない形状となる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 金型素材
２ 中子型
３ 合金粉末充填用凹溝
６ カプセル
７ 合金粉末
８ ＨＩＰ層
３１ 樹脂成形流路
３３ 樹脂シート成形用金型
３５ 流入部
３６ 樹脂溜まり
３７ リップ
３８ リップの先端エッジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々合金粉末充填用凹溝を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材に中子型を内装してカプセルを製作し、このカプセルにおける各金型素材の凹溝に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材の内面に合金粉末のＨＩＰ層を形成し、このＨＩＰ層に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型であって、前記ＨＩＰ処理の際に金型素材と合金粉末との熱膨張率の差異により、正常な形状、即ち原形の金属素材に発生する歪みを見込んで、その歪みを打ち消す形状、即ち歪みを吸収する形状に予め金属素材を製作しておき、前記ＨＩＰ処理によって、前記金属素材が正常な形状、即ち原形に復帰するようにした金属素材を用いてなることを特徴とする樹脂シート成形用金型。
【請求項２】
夫々合金粉末充填用凹溝を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材に中子型を内装してカプセルを製作し、このカプセルにおける各金型素材の凹溝に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材の内面に合金粉末のＨＩＰ層を形成し、このＨＩＰ層に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型であって、金型素材と合金粉末との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材が、合わせ面側から見て両コバ面の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面側から見て合わせ面と背面の何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材に形成する合金粉末充填用凹溝を、合わせ面側及び端面側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とする樹脂シート成形用金型。
【請求項３】
夫々合金粉末充填用凹溝を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材に中子型を内装してカプセルを製作し、このカプセルにおける各金型素材の凹溝に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材の内面に合金粉末のＨＩＰ層を形成し、このＨＩＰ層に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型の製造方法であって、金型素材と合金粉末との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材が、合わせ面側から見て両コバ面の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面側から見て合わせ面と背面の何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材に形成する合金粉末充填用凹溝を、合わせ面側及び端面側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とする樹脂シート成形用金型の製造方法。
【請求項４】
金型素材の合金粉末充填用凹溝をクラウン形状に形成するにあたって、ＨＩＰ処理後の金型素材の幅方向曲がり量及び厚み方向曲がり量を算出し、この曲がり量から、金型素材の幅方向曲がり係数及び厚み方向曲がり係数を算出し、この曲がり係数に基づき前記凹溝の金型素材幅方向クラウン量及び厚み方向のクラウン量を算出して、クラウン形状の凹溝を形成することを特徴とする請求項３に記載の樹脂シート成形用金型の製造方法。
【請求項１】
夫々合金粉末充填用凹溝を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材に中子型を内装してカプセルを製作し、このカプセルにおける各金型素材の凹溝に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材の内面に合金粉末のＨＩＰ層を形成し、このＨＩＰ層に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型であって、前記ＨＩＰ処理の際に金型素材と合金粉末との熱膨張率の差異により、正常な形状、即ち原形の金属素材に発生する歪みを見込んで、その歪みを打ち消す形状、即ち歪みを吸収する形状に予め金属素材を製作しておき、前記ＨＩＰ処理によって、前記金属素材が正常な形状、即ち原形に復帰するようにした金属素材を用いてなることを特徴とする樹脂シート成形用金型。
【請求項２】
夫々合金粉末充填用凹溝を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材に中子型を内装してカプセルを製作し、このカプセルにおける各金型素材の凹溝に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材の内面に合金粉末のＨＩＰ層を形成し、このＨＩＰ層に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型であって、金型素材と合金粉末との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材が、合わせ面側から見て両コバ面の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面側から見て合わせ面と背面の何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材に形成する合金粉末充填用凹溝を、合わせ面側及び端面側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とする樹脂シート成形用金型。
【請求項３】
夫々合金粉末充填用凹溝を形成して互いに重ね合わせられる一対の金型素材に中子型を内装してカプセルを製作し、このカプセルにおける各金型素材の凹溝に耐食性及び対摩耗性の良好な合金粉末を充填し脱気密封してＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理を施すことにより、金型素材の内面に合金粉末のＨＩＰ層を形成し、このＨＩＰ層に、樹脂をシート状に成形する樹脂成形流路の必要部分を削成する樹脂シート成形用金型の製造方法であって、金型素材と合金粉末との熱膨張率の差異により、ＨＩＰ処理後の金型素材が、合わせ面側から見て両コバ面の何れか一方が凸側となるクラウン形状で且つ端面側から見て合わせ面と背面の何れか一方が凸側となるクラウン形状に曲がり変形することを見込んで、各金型素材に形成する合金粉末充填用凹溝を、合わせ面側及び端面側から見た夫々のクラウン形状が前記曲がり変形時の夫々の側から見たクラウン形状とはその凸側が逆向きとなるようなクラウン形状に形成することを特徴とする樹脂シート成形用金型の製造方法。
【請求項４】
金型素材の合金粉末充填用凹溝をクラウン形状に形成するにあたって、ＨＩＰ処理後の金型素材の幅方向曲がり量及び厚み方向曲がり量を算出し、この曲がり量から、金型素材の幅方向曲がり係数及び厚み方向曲がり係数を算出し、この曲がり係数に基づき前記凹溝の金型素材幅方向クラウン量及び厚み方向のクラウン量を算出して、クラウン形状の凹溝を形成することを特徴とする請求項３に記載の樹脂シート成形用金型の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２３５５００（Ｐ２０１１−２３５５００Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０７６６４（Ｐ２０１０−１０７６６４）
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（５０７０５０００１）平井工業株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（５０７０５０００１）平井工業株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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