金型表面処理方法、および金型表面処理装置
【課題】金型の成形面に付着する汚れ、その中でも酸化膜を還元処理し、本来の金型素材面を露出させることによって成形品の不良発生を低減できる金型の処理方法と処理装置を提供する。
【解決手段】第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型であって、前記第１モールドベースは前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面を備え、前記第２モールドベースは前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面を備え、前記成形体の成形工程前に、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とを低酸素分圧雰囲気として、前記第１成形面と前記第２成形面とを加熱する金型表面処理方法。
【解決手段】第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型であって、前記第１モールドベースは前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面を備え、前記第２モールドベースは前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面を備え、前記成形体の成形工程前に、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とを低酸素分圧雰囲気として、前記第１成形面と前記第２成形面とを加熱する金型表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型表面処理方法、および金型表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型を用いた成形技術は、射出成形に代表されるように、複雑な形状の製品を大量に生産するのに欠かせない技術となっている。他方、大量生産のために繰り返し使用される金型には、汚れなどが付着し易く、そのメンテナンスを効率的に行う手段が求められていた。例えば、特許文献１には、金型に付着した汚れをプラズマクリーニングする除去装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、上型と下型の汚れを取り除く中間ユニット７にプラズマを発生させる電極９を備え、上型６と下型５によって中間ユニット７の筐体８を挟持し、筐体８の内部に形成される密閉空間内で電極９から金型にプラズマ放電させることにより金型表面に付着した有機化合物などの汚れを除去するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２３２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、金型を用いた成形技術は、樹脂の成形に留まらず、樹脂と金属との複合材料や、金属の成形にも適用されている。昨今、特に、金属の中でも、突出して優れた物性を有する金属ガラスが着目されている。金属ガラスは、特定の金属材料を主成分とし、所定の条件を満たす元素を含む材料を混合した原材料を、溶融状態から極めて急速に冷却することにより、結晶が形成される前のランダムな非晶質状態のガラスの性質を有する合金（金属ガラス合金）である。この金属ガラス合金の成形時には、前述したように急速冷却が必要なため、成形用金型には、優れた冷却効率（熱伝導率）が求められているが、成形を繰り返すうちに、成形面が酸化してしまい、冷却効率が下がってしまうという問題があった。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の除去装置では、有機物などの化合物を除去できたとしても、成形面の酸化を改善することは困難であるという課題があった。また、プラズマ放電は、電極から金型表面までの距離が短い方が発生し易いため、成形面における凸部に付着した有機化合物は除去できても、凸部よりも電極から距離が離れる凹部や、金型の隅部では十分なプラズマ放電が得られず、汚れを十分に除去することは困難であるという課題があった。換言すれば、成形面の均一なクリーニングは困難であるという課題があった。さらに、プラズマ放電には、数千ボルトの高電圧が必要であるため、作業に危険性がともない、特殊な作業環境が必要となってしまうという課題もあった。
【０００７】
そこで、金型の成形面に付着する汚れ、その中でも酸化膜を還元処理し、本来の金型素材面を露出させることによって成形品の不良発生を低減できる金型の処理方法と処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例の金型表面処理方法は、第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型であって、前記第１モールドベースは前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面を備え、前記第２モールドベースは前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面を備え、前記成形体の成形工程前に、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とを低酸素分圧雰囲気として、前記第１成形面と前記第２成形面とを加熱することを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、低酸素分圧雰囲気では金型素材へのダメージの少ない温度範囲での加熱によって酸化還元反応を進行させることができ、金型表面に形成された酸化物を容易に金型素材に戻す（酸化前の金型素材に戻す）ことができる。従って、清浄な金型表面を維持することができ、成形品の歩留まり、すなわち高い成形率を維持することができる。
【００１１】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記第１成形面および前記第２成形面には銅が露出し、前記加熱温度は３００℃以上６００℃以下であり、前記低酸素分圧は１０-9Ｐａ以下１０-20Ｐａ以上であることを特徴とする。
【００１２】
上述の適用例によれば、金属ガラスなど成形材料の溶湯を注入し急速冷却し、所定の成形品を得る金型の材料として熱伝伝導率の高い銅を用い場合、金型素材の銅に対してダメージの少ない３００℃以上６００℃以下の金型加熱温度であっても、酸素分圧を１０-9Ｐａ以下１０-20Ｐａ以上とすることで、酸化還元反応が進行する。したがって、清浄な金型表面を維持することができ、成形品の歩留まり、すなわち高い成形率を維持することができる。例えば、本適用例の酸化還元による金型の清浄化を行わずに成形を実施した場合、連続して３０サイクル程度まで成形した後、成形品の良品率、すなわち成形率は急激に低下し始め、４０サイクル程度の成形で成形不能となる。
【００１３】
〔適用例３〕本適用例の金型表面処理装置は、第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型と、前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとを可動させる金型可動装置と、前記成形材料を前記キャビティー内に注入する材料供給装置と、少なくとも前記金型が収納される減圧チャンバーと、を備え、前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとが離間した際に、少なくとも前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面と、前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面とを加熱する加熱装置と、前記減圧チャンバー内を減圧する真空排気装置と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、成形体の成形装置に、金型の加熱装置と真空排気装置とを備え、真空排気装置によって形成される低酸素分圧環境において加熱装置が金型を加熱することにより、酸化還元反応が励起され、金型表面に形成された酸化物を容易に金型素材に戻す（酸化前の金型素材に戻す）ことができる。さらに、成形装置に備えることで、金型の着脱をすることなく、金型表面の清浄化を可能とし、高い装置の稼働率と成形率を維持することができる。
【００１５】
〔適用例４〕上述の適用例において、前記加熱装置は、加熱部と、前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとが離間した際に前記加熱部を、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とが加熱される領域まで移動させ、前記加熱部に熱源を発生させる駆動装置と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
上述の適用例によれば、成形装置から金型の着脱をすることなく、金型表面の酸化還元（清浄化）を行うことができ、高い装置の稼働率と成形率を維持することができる。
【００１７】
〔適用例５〕上述の適用例において、前記加熱部が、高周波加熱用誘導コイルであることを特徴とする。
【００１８】
上述の適用例によれば、金型表面処理装置内の減圧環境（真空度）に関係なく金型表面を加熱することができるため、高い真空度が得られる高額な真空減圧装置を必要としないため、装置の低コストを実現できる。また、従来技術のプラズマ放電に必要とする高圧電源でなくても、所定温度までの加熱が可能であるので安全性が高い装置が実現できる。
【００１９】
〔適用例６〕上述の適用例において、前記加熱部が、レーザー照射部であることを特徴とする。
【００２０】
上述の適用例によれば、金型表面処理装置内の減圧環境（真空度）に関係なく金型表面を加熱することができるため、高い真空度が得られる高額な真空減圧装置を必要としないため、装置の低コストを実現できる。また、従来技術のプラズマ放電に必要とする高圧電源でなくても、所定温度までの加熱が可能であるので安全性が高い装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る金型表面処理装置を示す、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は部分拡大断面図、（ｃ）金型のその他の形態を示す断面図。
【図２】第１実施形態に係る金型表面処理装置の、成形品の成形状態を示す概略断面図。
【図３】銅のエリンガムダイアグラム。
【図４】第２実施形態に係る金型表面処理装置を示す概略断面図。
【図５】第３実施形態に係るフローチャート。
【図６】第３実施形態に係る金型表面処理工程の詳細を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る金型表面処理装置１００を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は部分拡大断面図、（ｃ）金型のその他の形態を示す断面図。後述するが、図１（ａ）に示す金型表面処理装置１００は、本来の成形装置に金型表面処理手段を備えた装置である。第１実施形態として説明する金型表面処理装置１００は、金属ガラスを成形する金型を備える成形装置を例に説明する。図１（ａ）に示すように、金型表面処理装置１００は、基台１０に減圧チャンバー２０が気密に図示しない固定手段によって固定され、減圧チャンバー２０内部に連通するパイプ３０ａを備える真空排気装置としての減圧ポンプ３０によって減圧チャンバー２０の内部を減圧環境に保持することができる。
【００２４】
減圧チャンバー２０は、内部に第１モールドベースとしての下型４１と第２モールドベースとしての上型４２と、下型４１と上型４２とを固定する金型保持手段５０と、を内部に収納することができる。また金型保持手段５０は基台１０に図示しない固定手段によって固定されている。本実施形態は金属ガラスを成形する装置であり、下型４１、上型４２は急速冷却に対応するため熱伝導率の高い銅を用いることが好ましい。熱伝導率が高く、所定の強度を備えていれば、銅に限定されず、例えば超硬合金、鉄系合金、アルミ系合金などであっても良い。また金型保持手段５０は強度確保のため鋼を用いることが好ましい。
【００２５】
下型４１、上型４２に銅を用いる場合、図１（ａ）の下型４１、上型４２部分の拡大図である図１（ｂ）に示すように、下型４１のキャビティーを構成する第１成形面としての成形面４１ａ、および上型４２のキャビティーを構成する第２成形面としての成形面４２ａ、には素材である銅が露出する。本願明細書における「成形面に露出」とは、金型材料が成形面４１ａ，４１ｂの前面にわたって露出する状態が好ましいが、これに限定されない。例えば、図１（ｃ）に示すように下型４１、上型４２のどちらか一方、もしくは両方が成形面４１ａ，４１ｂを有し銅で形成される成形部４１Ａ，４２Ａと、成形部４１Ａ，４２Ａを支持する基体部４１Ｂ，４２Ｂと、により形成され、基体部４１Ｂ，４２Ｂが銅以外の材料により形成される形態の場合、成形面４１ａ，４２ａに部分的に基体部４１Ｂ，４２Ｂの材料が露出している部位ｍがあっても良い。
【００２６】
金型保持手段５０は、図示しないネジなどの固定手段によって下型４１が固定される第１プレート５１と、上型４２が固定される第２プレート５２を備え、第２プレート５２が固定される金型保持プレート５３ａと、金型保持プレート５３ａを基台１０に対して支持する支持柱５３ｂと、下型４１の移動を規制するガイド部５３ｃと、を有する金型支持部５３を備える。ガイド部５３ｃは、図１（ｂ）に示す下型４１のパーティング面４１ｂと上型４２のパーティング面４２ｂとを密着させるために下型４１を移動させる場合に、第１プレート５１に設けたガイド部５１ａを介して、第１プレート５１に固定された下型４１の移動方向を規制する。
【００２７】
本実施形態に係る金型表面処理装置１００は、上述したように金属ガラス成形装置であって、金属ガラスの溶湯を金型に供給する材料供給装置としての金属ガラス供給装置６０（以下、供給装置６０）を備えている。また、金属ガラスの成形は、金属ガラス溶湯が下型４１と上型４２とによって形成されるキャビティーに注入され、急速に冷却、固化することによって成形材をアモルファス化するものである。そのための冷却装置７０を備え、冷却装置７０で生成された低温の冷却媒体を、搬送部７０ａを介して下型４１および上型４２に送ることで、急速に冷却する。なお、図１（ａ）では第１プレート５１および第２プレート５２に搬送部７０ａが接続され、第１プレート５１および第２プレート５２から下型４１および上型４２に冷却媒体を送る形態となっているが、下型４１および上型４２に搬送部７０ａが接続されても良い。
【００２８】
図１（ａ）に示すように下型４１と上型４２が離間した状態、いわゆる型開きの状態において、下型４１と上型４２との間に、加熱部としての高周波加熱用誘導コイル８０ａが配置される。詳細は後述するが、下型４１と上型４２の動作に応じて下型４１と上型４２とが合わせられる、いわゆる型閉めされる際には、高周波加熱用誘導コイル８０ａを下型４１と上型４２とに干渉しない位置まで退避させるように駆動する駆動手段８０ｂとを備える加熱装置８０が備えられている。また高周波加熱用誘導コイル８０ａには高周波電源Ｖより高周波電流が供給される。
【００２９】
また、下型４１と上型４２とを型閉じ、型開きさせるために図示上下方向（矢印Ｐ）に第１プレート５１を移動させるための金型可動装置としての昇降手段９０が基台１０に備えられ、昇降部９０ａが第１プレート５１と接続されている。
【００３０】
図２は第１実施形態に係る金型表面処理装置の、成形品の成形状態を示す概略断面図であり、成形物の成形時における高周波加熱用誘導コイル８０ａの位置を説明する図である。図２に示すように、下型４１が昇降手段９０によって上型４２と組み合わされ、形成されたキャビティー内に金属ガラス溶湯が供給装置６０より供給され、成形物Ｍが形成される。この時、高周波加熱用誘導コイル８０ａは、下型４１、上型４２と干渉しない位置に駆動手段８０ｂによって移動されている。
【００３１】
次に、下型４１を上型４２から昇降手段９０によって離間させる方向（図示下向き）に移動する。いわゆる型開き状態として、成形物Ｍを取り出す。次に、下型４１および上型４２の成形面の状態を確認し、表面の処理が必要と判断した場合、図１に示すように高周波加熱用誘導コイル８０ａが駆動手段８０ｂによって下型４１と上型４２との間に配置される。
【００３２】
本実施形態に係る金型表面処理装置１００における金型表面処理について説明する。本実施形態に係る金型表面処理装置１００は上述したとおり金属ガラス成形装置でもある。金属ガラスの成形には原料材料を約１０００℃で溶湯化し、キャビティー内に射出もしくは鋳込みによって注入し、キャビティー内で急速冷却することでアモルファス化した素材の成形体を得ることができる。したがって、キャビティーを形成する下型４１および上型４２の成形面は高温に曝され酸化し易くなってしまう。形成された銅酸化物は、銅に比べて熱伝導率が低く、成形物の冷却速度を遅くし、アモルファス化されない成形物を製造してしまう虞がある。
【００３３】
本実施形態における金型表面処理とは、上述のように金型表面に形成された金型母材の酸化物を還元し、除去する処理をいう。この処理は金属冶金プロセスにおける酸化・還元反応に基づく処理である。この酸化・還元反応は図３に示すエリンガムダイアグラムから酸化物を金属に還元するための温度・酸素分圧を知り得ることができる。図３は、本実施形態に係る下型４１、上型４２が銅で形成されているので、銅のエリンガムダイアグラムを示している。
【００３４】
図３に示す酸化・還元の絶対温度下における平衡点は、標準ギブズエネルギーもしくは生成自由エネルギーとして下記式で与えられる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
図３に示す銅のエリンガム線図において、絶対温度Ｔ´＝７００°Ｋにおける生成自由エネルギーは点Ａが示す約−２５０ｋｊ／ｍｏｌである。この点Ａと点Ｏとを結ぶ直線Ｌと酸素分圧を示す目盛線との交点が示す酸素分圧１０-14Ｐａが得られる。すなわち、絶対温度Ｔ´＝７００°Ｋにおいて酸素分圧１０-14Ｐａ以下の条件下において銅の酸化物は還元されて銅となることを示す。
【００３７】
ここで銅の基本的な物性として、６００℃を超える温度で加熱すると軟化が著しくなるため、表面処理温度は６００℃を超えないことが条件となる。図３において、６００℃（８７３．１５°Ｋ）における生成自由エネルギーを示す点Ａ１と、点Ｏとを結ぶ直線Ｌ１が、酸素分圧を示す目盛線との交点が示す酸素分圧１０-9Ｐａを示す。すなわち、酸素分圧１０-9Ｐａ雰囲気中で下型４１、上型４２を６００℃加熱することで、下型４１、上型４２の表面に形成される銅酸化物が還元され、銅に戻される。
【００３８】
図３に示すように、酸素分圧が低いほど低温での酸化還元は可能になるが、複数回にわたり高純度ガス、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムガス、によって減圧チャンバー２０内部の酸素と置換させ、１０-20Ｐａ程度の酸素分圧を得ることが現実的な低酸素分圧の限界値であり、この点から酸素分圧１０-20Ｐａの目盛点と点Ｏとを結ぶ直線Ｌ２が、銅の生成自由エネルギー線と交わる点Ａ２から、加熱温度が３００℃以上で酸化還元できることがわかる。
【００３９】
以上、説明したように銅から形成される下型４１、上型４２に形成される銅酸化物は、酸素分圧１０-9〜１０-20Ｐａ雰囲気中において、３００〜６００℃に加熱することにより還元され、下型４１、上型４２の成形面は、型素材である銅が露出される。
【００４０】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態に係る金型表面処理装置１００における加熱装置８０をレーザー照射装置に置き換えたものであり、第１実施形態に係る金型表面処理装置１００と共通する説明は省略する。
【００４１】
図４は第２実施形態に係る金型表面処理装置１１０を示す概略断面図である。図４に示すように下型４１と上型４２が離間した状態、いわゆる型開きの状態において、下型４１と上型４２との間に、レーザー照射部８１ａが配置され、下型４１と上型４２の動作に応じて下型４１と上型４２とが型閉めされる際には、レーザー照射部８１ａを下型４１と上型４２とに干渉しない位置まで退避させるように駆動する駆動手段８１ｂと、レーザーを生成するレーザー発信機８１ｃとを備えるレーザー加熱装置８１が備えられている。
【００４２】
なお、金型表面処理装置１００および金型表面処理装置１１０には、加熱される下型４１および上型４２の表面温度を測定する温度センサーを備えることが好ましい。温度センサーに限定は無いが、赤外線式放射温度計が好適に用いられる。
【００４３】
（第３実施形態）
第３実施形態として、上述の金型表面処理装置１００，１１０を用いた金型表面処理方法を説明する。図５および図６は、金型表面処理装置１００，１１０を用いて金型表面処理を行うフローチャートである。
【００４４】
金属ガラスの成形体を得る成形工程（Ｓ１）では、成形体の成形が繰り返し行われる。繰り返し成形が行われると、成形回数を増すごとに下型４１、上型４２の成形面には酸化物が形成され、成形品に成形不良が発生してくる。この不良発生の成形回数を予備成形あるいは試し成形などにより確認し、良品成形可能回数を規定値として、成形回数が規定値に達したか（Ｓ２）、を判断する。
【００４５】
規定値に達しない、すなわちＳ２においてＮＯと判断された場合にはＳ１に戻り、成形を実行する。規定値に達した、すなわちＳ２においてＹＥＳと判断された場合には、図１に示すように下型４１と上型４２が離間した状態、いわゆる型開き状態であるかを判断する（Ｓ３）。Ｓ３の型開きの状態であるかの判断の手段としては、例えば昇降装置９０における昇降部９０ａの位置を検出し型の開閉を判断する、あるいは光センサーによって高周波加熱用誘導コイル８０ａの移動領域に障害物（金型）が存在しているかどうかを検出する、などの方法が用いられる。
【００４６】
Ｓ３において型開き状態である（ＹＥＳ）と判断されると、加熱部移動工程（Ｓ４）に移行する。加熱部移動工程（Ｓ４）では、加熱部８０ａを下型４１と上型４２とで挟まれる領域に移動する（図１参照）。なお、Ｓ３において型開き状態に無い（ＮＯ）と判断されると、型開きの動作が、図示しない金型表面処理装置１００に備える制御部により実行され、再度、型開き状態であるかを判断するＳ３を実行する。
【００４７】
加熱部移動工程（Ｓ４）によって、加熱部８０ａが所定の位置に移動すると金型表面処理工程（Ｓ５）に移行する。金型表面処理工程（Ｓ５）では、図６のフローチャートに示す処理が行われる。まず減圧チャンバー２０の内部が減圧ポンプ３０によって所定の圧力に減圧されるチャンバー内減圧工程（Ｓ５１）が実行される。減圧チャンバー内の圧力は特に限定は無いが、１Ｐａ程度の圧力にすることが好ましい。なお、上述の成形工程（Ｓ１）において、金属ガラスを成形する場合に、減圧チャンバー２０内を約１Ｐａの減圧環境で行われるので、Ｓ１からＳ５、あるいは後述のＳ６までの工程を減圧環境内で実施することもできる。
【００４８】
所定の圧力までＳ５１において減圧されると、次に減圧チャンバー２０内の酸素濃度測定を行い、既定の酸素濃度以下になっているかを判断する（Ｓ５２）。上述した通り、酸化還元反応は図３に示す銅のエリンガムダイアグラムから、温度条件と酸素分圧条件とが求められる。本実施形態の銅の金型の場合、後述する加熱工程（Ｓ５４）において３００℃から６００℃の温度範囲で加熱され、その場合の酸素分圧は１０-9〜１０-20Ｐａとすることで還元反応が起こる。酸素分圧は圧力に酸素濃度を乗じたものであるので、減圧チャンバー２０内の圧力を１Ｐａに維持した場合、酸素濃度の規定値としては純酸素を１．０とした場合に、酸素分圧は１０-9〜１０-20の範囲で規程される。
【００４９】
Ｓ５２において規定値の酸素濃度以下になっていないと判断される（ＮＯ）と、減圧チャンバー２０内の酸素と置換するガス、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムなどを減圧チャンバー２０内に供給し酸素を排出しながら所定圧力に減圧チャンバー２０内を維持することで、酸素濃度を低下させる。
【００５０】
Ｓ５２において規定の酸素濃度以下になったと判断される（ＹＥＳ）と、次の加熱工程（Ｓ５４）に移行する。加熱工程（Ｓ５４）では、例えば図１に示す高周波加熱用誘導コイル８０ａに高周波電源Ｖより高周波電流が供給され、下型４１、上型４２は発熱する。下型４１、上型４２の表面温度が３００℃〜６００℃の範囲で、還元反応が進行し、下型４１および上型４２の表面に形成されていた銅酸化物が還元され、型表面は銅となる。
【００５１】
なお、第２実施形態に係る金型表面処理装置１１０の場合には、レーザー加熱装置８１に備えるレーザー照射部８１ａは、下型４１、上型４２の表面に均一かつ全体にレーザーが照射されるように、駆動手段８１ｂによって移動させながらレーザーを照射する。このようにして金属表面処理工程（Ｓ５）が行われ、次に加熱部移動工程（Ｓ６）に移行する。このように高周波加熱用誘導コイル８０ａによって金型に生じる誘導電流により加熱するので、成形面の凹凸、あるいは高周波加熱用誘導コイル８０ａから成形面での距離の影響を受けない均一な成形面４１ａ，４２ａの加熱を行うことができる。また、レーザー加熱装置８１によって金型表面を加熱する場合でも、レーザー照射部８０ａを移動させながらレーザーを照射させることで、成形面の凹凸、あるいは高周波加熱用誘導コイル８０ａから成形面での距離の影響を受けない均一な成形面４１ａ，４２ａの加熱を行うことができる。
【００５２】
加熱部移動工程（Ｓ６）は、加熱部移動工程（Ｓ４）とは逆の動作で、加熱部８０ａを退避させ、図２に示すように、型閉じの状態で金型と干渉しない位置まで加熱部８０ａを移動させる。加熱部移動工程（Ｓ６）が終了すると、再び成形可能な状態となるので成形工程（Ｓ１）に移行し、金属ガラス成形を再開する。
【００５３】
金型表面処理装置１００，１１０を用いることにより、上述の金属ガラス成形用金型表面に形成される金型の急速冷却を阻害する酸化物を容易に還元することができる。また、還元反応は上述の実施形態で説明したとおり、金属ガラスの成形装置に組み込まれた形態であり、金属ガラス成形体の成形工程の中に金型表面処理である酸化物の還元処理を組み込むことが可能となり、さらに、酸化物を金型表面から、例えば研削、エッチングなどの物理的な方法で削除する方法ではなく、還元反応によって酸化物を酸化前の状態に戻す方法であるので、金型寸法の変化が無い、すなわち成形品の寸法変化が発生しない処理方法である。したがって、金属ガラスの精密部品成形に優れた効果を発生する。
【００５４】
なお、上述の実施形態では金属ガラスを成形する金型を例に説明したが、成形材料としてはこれに限定されず、樹脂成形の金型にも適用することができる。樹脂材料を成形する金型の場合には、酸化膜が形成された場合には酸化還元反応によって酸化物は処理するが、有機物からなる付着物は金型を高温にすることによって蒸散させて金型から除去することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０…基台、２０…減圧チャンバー、３０…減圧ポンプ、４１…下型、４２…上型、５０…金型保持手段、６０…金属ガラス供給装置、７０…冷却装置、８０…加熱装置、９０…昇降手段、１００…金型表面処理装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型表面処理方法、および金型表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型を用いた成形技術は、射出成形に代表されるように、複雑な形状の製品を大量に生産するのに欠かせない技術となっている。他方、大量生産のために繰り返し使用される金型には、汚れなどが付着し易く、そのメンテナンスを効率的に行う手段が求められていた。例えば、特許文献１には、金型に付着した汚れをプラズマクリーニングする除去装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、上型と下型の汚れを取り除く中間ユニット７にプラズマを発生させる電極９を備え、上型６と下型５によって中間ユニット７の筐体８を挟持し、筐体８の内部に形成される密閉空間内で電極９から金型にプラズマ放電させることにより金型表面に付着した有機化合物などの汚れを除去するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２３２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、金型を用いた成形技術は、樹脂の成形に留まらず、樹脂と金属との複合材料や、金属の成形にも適用されている。昨今、特に、金属の中でも、突出して優れた物性を有する金属ガラスが着目されている。金属ガラスは、特定の金属材料を主成分とし、所定の条件を満たす元素を含む材料を混合した原材料を、溶融状態から極めて急速に冷却することにより、結晶が形成される前のランダムな非晶質状態のガラスの性質を有する合金（金属ガラス合金）である。この金属ガラス合金の成形時には、前述したように急速冷却が必要なため、成形用金型には、優れた冷却効率（熱伝導率）が求められているが、成形を繰り返すうちに、成形面が酸化してしまい、冷却効率が下がってしまうという問題があった。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の除去装置では、有機物などの化合物を除去できたとしても、成形面の酸化を改善することは困難であるという課題があった。また、プラズマ放電は、電極から金型表面までの距離が短い方が発生し易いため、成形面における凸部に付着した有機化合物は除去できても、凸部よりも電極から距離が離れる凹部や、金型の隅部では十分なプラズマ放電が得られず、汚れを十分に除去することは困難であるという課題があった。換言すれば、成形面の均一なクリーニングは困難であるという課題があった。さらに、プラズマ放電には、数千ボルトの高電圧が必要であるため、作業に危険性がともない、特殊な作業環境が必要となってしまうという課題もあった。
【０００７】
そこで、金型の成形面に付着する汚れ、その中でも酸化膜を還元処理し、本来の金型素材面を露出させることによって成形品の不良発生を低減できる金型の処理方法と処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例の金型表面処理方法は、第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型であって、前記第１モールドベースは前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面を備え、前記第２モールドベースは前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面を備え、前記成形体の成形工程前に、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とを低酸素分圧雰囲気として、前記第１成形面と前記第２成形面とを加熱することを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、低酸素分圧雰囲気では金型素材へのダメージの少ない温度範囲での加熱によって酸化還元反応を進行させることができ、金型表面に形成された酸化物を容易に金型素材に戻す（酸化前の金型素材に戻す）ことができる。従って、清浄な金型表面を維持することができ、成形品の歩留まり、すなわち高い成形率を維持することができる。
【００１１】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記第１成形面および前記第２成形面には銅が露出し、前記加熱温度は３００℃以上６００℃以下であり、前記低酸素分圧は１０-9Ｐａ以下１０-20Ｐａ以上であることを特徴とする。
【００１２】
上述の適用例によれば、金属ガラスなど成形材料の溶湯を注入し急速冷却し、所定の成形品を得る金型の材料として熱伝伝導率の高い銅を用い場合、金型素材の銅に対してダメージの少ない３００℃以上６００℃以下の金型加熱温度であっても、酸素分圧を１０-9Ｐａ以下１０-20Ｐａ以上とすることで、酸化還元反応が進行する。したがって、清浄な金型表面を維持することができ、成形品の歩留まり、すなわち高い成形率を維持することができる。例えば、本適用例の酸化還元による金型の清浄化を行わずに成形を実施した場合、連続して３０サイクル程度まで成形した後、成形品の良品率、すなわち成形率は急激に低下し始め、４０サイクル程度の成形で成形不能となる。
【００１３】
〔適用例３〕本適用例の金型表面処理装置は、第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型と、前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとを可動させる金型可動装置と、前記成形材料を前記キャビティー内に注入する材料供給装置と、少なくとも前記金型が収納される減圧チャンバーと、を備え、前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとが離間した際に、少なくとも前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面と、前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面とを加熱する加熱装置と、前記減圧チャンバー内を減圧する真空排気装置と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、成形体の成形装置に、金型の加熱装置と真空排気装置とを備え、真空排気装置によって形成される低酸素分圧環境において加熱装置が金型を加熱することにより、酸化還元反応が励起され、金型表面に形成された酸化物を容易に金型素材に戻す（酸化前の金型素材に戻す）ことができる。さらに、成形装置に備えることで、金型の着脱をすることなく、金型表面の清浄化を可能とし、高い装置の稼働率と成形率を維持することができる。
【００１５】
〔適用例４〕上述の適用例において、前記加熱装置は、加熱部と、前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとが離間した際に前記加熱部を、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とが加熱される領域まで移動させ、前記加熱部に熱源を発生させる駆動装置と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
上述の適用例によれば、成形装置から金型の着脱をすることなく、金型表面の酸化還元（清浄化）を行うことができ、高い装置の稼働率と成形率を維持することができる。
【００１７】
〔適用例５〕上述の適用例において、前記加熱部が、高周波加熱用誘導コイルであることを特徴とする。
【００１８】
上述の適用例によれば、金型表面処理装置内の減圧環境（真空度）に関係なく金型表面を加熱することができるため、高い真空度が得られる高額な真空減圧装置を必要としないため、装置の低コストを実現できる。また、従来技術のプラズマ放電に必要とする高圧電源でなくても、所定温度までの加熱が可能であるので安全性が高い装置が実現できる。
【００１９】
〔適用例６〕上述の適用例において、前記加熱部が、レーザー照射部であることを特徴とする。
【００２０】
上述の適用例によれば、金型表面処理装置内の減圧環境（真空度）に関係なく金型表面を加熱することができるため、高い真空度が得られる高額な真空減圧装置を必要としないため、装置の低コストを実現できる。また、従来技術のプラズマ放電に必要とする高圧電源でなくても、所定温度までの加熱が可能であるので安全性が高い装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る金型表面処理装置を示す、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は部分拡大断面図、（ｃ）金型のその他の形態を示す断面図。
【図２】第１実施形態に係る金型表面処理装置の、成形品の成形状態を示す概略断面図。
【図３】銅のエリンガムダイアグラム。
【図４】第２実施形態に係る金型表面処理装置を示す概略断面図。
【図５】第３実施形態に係るフローチャート。
【図６】第３実施形態に係る金型表面処理工程の詳細を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る金型表面処理装置１００を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は部分拡大断面図、（ｃ）金型のその他の形態を示す断面図。後述するが、図１（ａ）に示す金型表面処理装置１００は、本来の成形装置に金型表面処理手段を備えた装置である。第１実施形態として説明する金型表面処理装置１００は、金属ガラスを成形する金型を備える成形装置を例に説明する。図１（ａ）に示すように、金型表面処理装置１００は、基台１０に減圧チャンバー２０が気密に図示しない固定手段によって固定され、減圧チャンバー２０内部に連通するパイプ３０ａを備える真空排気装置としての減圧ポンプ３０によって減圧チャンバー２０の内部を減圧環境に保持することができる。
【００２４】
減圧チャンバー２０は、内部に第１モールドベースとしての下型４１と第２モールドベースとしての上型４２と、下型４１と上型４２とを固定する金型保持手段５０と、を内部に収納することができる。また金型保持手段５０は基台１０に図示しない固定手段によって固定されている。本実施形態は金属ガラスを成形する装置であり、下型４１、上型４２は急速冷却に対応するため熱伝導率の高い銅を用いることが好ましい。熱伝導率が高く、所定の強度を備えていれば、銅に限定されず、例えば超硬合金、鉄系合金、アルミ系合金などであっても良い。また金型保持手段５０は強度確保のため鋼を用いることが好ましい。
【００２５】
下型４１、上型４２に銅を用いる場合、図１（ａ）の下型４１、上型４２部分の拡大図である図１（ｂ）に示すように、下型４１のキャビティーを構成する第１成形面としての成形面４１ａ、および上型４２のキャビティーを構成する第２成形面としての成形面４２ａ、には素材である銅が露出する。本願明細書における「成形面に露出」とは、金型材料が成形面４１ａ，４１ｂの前面にわたって露出する状態が好ましいが、これに限定されない。例えば、図１（ｃ）に示すように下型４１、上型４２のどちらか一方、もしくは両方が成形面４１ａ，４１ｂを有し銅で形成される成形部４１Ａ，４２Ａと、成形部４１Ａ，４２Ａを支持する基体部４１Ｂ，４２Ｂと、により形成され、基体部４１Ｂ，４２Ｂが銅以外の材料により形成される形態の場合、成形面４１ａ，４２ａに部分的に基体部４１Ｂ，４２Ｂの材料が露出している部位ｍがあっても良い。
【００２６】
金型保持手段５０は、図示しないネジなどの固定手段によって下型４１が固定される第１プレート５１と、上型４２が固定される第２プレート５２を備え、第２プレート５２が固定される金型保持プレート５３ａと、金型保持プレート５３ａを基台１０に対して支持する支持柱５３ｂと、下型４１の移動を規制するガイド部５３ｃと、を有する金型支持部５３を備える。ガイド部５３ｃは、図１（ｂ）に示す下型４１のパーティング面４１ｂと上型４２のパーティング面４２ｂとを密着させるために下型４１を移動させる場合に、第１プレート５１に設けたガイド部５１ａを介して、第１プレート５１に固定された下型４１の移動方向を規制する。
【００２７】
本実施形態に係る金型表面処理装置１００は、上述したように金属ガラス成形装置であって、金属ガラスの溶湯を金型に供給する材料供給装置としての金属ガラス供給装置６０（以下、供給装置６０）を備えている。また、金属ガラスの成形は、金属ガラス溶湯が下型４１と上型４２とによって形成されるキャビティーに注入され、急速に冷却、固化することによって成形材をアモルファス化するものである。そのための冷却装置７０を備え、冷却装置７０で生成された低温の冷却媒体を、搬送部７０ａを介して下型４１および上型４２に送ることで、急速に冷却する。なお、図１（ａ）では第１プレート５１および第２プレート５２に搬送部７０ａが接続され、第１プレート５１および第２プレート５２から下型４１および上型４２に冷却媒体を送る形態となっているが、下型４１および上型４２に搬送部７０ａが接続されても良い。
【００２８】
図１（ａ）に示すように下型４１と上型４２が離間した状態、いわゆる型開きの状態において、下型４１と上型４２との間に、加熱部としての高周波加熱用誘導コイル８０ａが配置される。詳細は後述するが、下型４１と上型４２の動作に応じて下型４１と上型４２とが合わせられる、いわゆる型閉めされる際には、高周波加熱用誘導コイル８０ａを下型４１と上型４２とに干渉しない位置まで退避させるように駆動する駆動手段８０ｂとを備える加熱装置８０が備えられている。また高周波加熱用誘導コイル８０ａには高周波電源Ｖより高周波電流が供給される。
【００２９】
また、下型４１と上型４２とを型閉じ、型開きさせるために図示上下方向（矢印Ｐ）に第１プレート５１を移動させるための金型可動装置としての昇降手段９０が基台１０に備えられ、昇降部９０ａが第１プレート５１と接続されている。
【００３０】
図２は第１実施形態に係る金型表面処理装置の、成形品の成形状態を示す概略断面図であり、成形物の成形時における高周波加熱用誘導コイル８０ａの位置を説明する図である。図２に示すように、下型４１が昇降手段９０によって上型４２と組み合わされ、形成されたキャビティー内に金属ガラス溶湯が供給装置６０より供給され、成形物Ｍが形成される。この時、高周波加熱用誘導コイル８０ａは、下型４１、上型４２と干渉しない位置に駆動手段８０ｂによって移動されている。
【００３１】
次に、下型４１を上型４２から昇降手段９０によって離間させる方向（図示下向き）に移動する。いわゆる型開き状態として、成形物Ｍを取り出す。次に、下型４１および上型４２の成形面の状態を確認し、表面の処理が必要と判断した場合、図１に示すように高周波加熱用誘導コイル８０ａが駆動手段８０ｂによって下型４１と上型４２との間に配置される。
【００３２】
本実施形態に係る金型表面処理装置１００における金型表面処理について説明する。本実施形態に係る金型表面処理装置１００は上述したとおり金属ガラス成形装置でもある。金属ガラスの成形には原料材料を約１０００℃で溶湯化し、キャビティー内に射出もしくは鋳込みによって注入し、キャビティー内で急速冷却することでアモルファス化した素材の成形体を得ることができる。したがって、キャビティーを形成する下型４１および上型４２の成形面は高温に曝され酸化し易くなってしまう。形成された銅酸化物は、銅に比べて熱伝導率が低く、成形物の冷却速度を遅くし、アモルファス化されない成形物を製造してしまう虞がある。
【００３３】
本実施形態における金型表面処理とは、上述のように金型表面に形成された金型母材の酸化物を還元し、除去する処理をいう。この処理は金属冶金プロセスにおける酸化・還元反応に基づく処理である。この酸化・還元反応は図３に示すエリンガムダイアグラムから酸化物を金属に還元するための温度・酸素分圧を知り得ることができる。図３は、本実施形態に係る下型４１、上型４２が銅で形成されているので、銅のエリンガムダイアグラムを示している。
【００３４】
図３に示す酸化・還元の絶対温度下における平衡点は、標準ギブズエネルギーもしくは生成自由エネルギーとして下記式で与えられる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
図３に示す銅のエリンガム線図において、絶対温度Ｔ´＝７００°Ｋにおける生成自由エネルギーは点Ａが示す約−２５０ｋｊ／ｍｏｌである。この点Ａと点Ｏとを結ぶ直線Ｌと酸素分圧を示す目盛線との交点が示す酸素分圧１０-14Ｐａが得られる。すなわち、絶対温度Ｔ´＝７００°Ｋにおいて酸素分圧１０-14Ｐａ以下の条件下において銅の酸化物は還元されて銅となることを示す。
【００３７】
ここで銅の基本的な物性として、６００℃を超える温度で加熱すると軟化が著しくなるため、表面処理温度は６００℃を超えないことが条件となる。図３において、６００℃（８７３．１５°Ｋ）における生成自由エネルギーを示す点Ａ１と、点Ｏとを結ぶ直線Ｌ１が、酸素分圧を示す目盛線との交点が示す酸素分圧１０-9Ｐａを示す。すなわち、酸素分圧１０-9Ｐａ雰囲気中で下型４１、上型４２を６００℃加熱することで、下型４１、上型４２の表面に形成される銅酸化物が還元され、銅に戻される。
【００３８】
図３に示すように、酸素分圧が低いほど低温での酸化還元は可能になるが、複数回にわたり高純度ガス、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムガス、によって減圧チャンバー２０内部の酸素と置換させ、１０-20Ｐａ程度の酸素分圧を得ることが現実的な低酸素分圧の限界値であり、この点から酸素分圧１０-20Ｐａの目盛点と点Ｏとを結ぶ直線Ｌ２が、銅の生成自由エネルギー線と交わる点Ａ２から、加熱温度が３００℃以上で酸化還元できることがわかる。
【００３９】
以上、説明したように銅から形成される下型４１、上型４２に形成される銅酸化物は、酸素分圧１０-9〜１０-20Ｐａ雰囲気中において、３００〜６００℃に加熱することにより還元され、下型４１、上型４２の成形面は、型素材である銅が露出される。
【００４０】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態に係る金型表面処理装置１００における加熱装置８０をレーザー照射装置に置き換えたものであり、第１実施形態に係る金型表面処理装置１００と共通する説明は省略する。
【００４１】
図４は第２実施形態に係る金型表面処理装置１１０を示す概略断面図である。図４に示すように下型４１と上型４２が離間した状態、いわゆる型開きの状態において、下型４１と上型４２との間に、レーザー照射部８１ａが配置され、下型４１と上型４２の動作に応じて下型４１と上型４２とが型閉めされる際には、レーザー照射部８１ａを下型４１と上型４２とに干渉しない位置まで退避させるように駆動する駆動手段８１ｂと、レーザーを生成するレーザー発信機８１ｃとを備えるレーザー加熱装置８１が備えられている。
【００４２】
なお、金型表面処理装置１００および金型表面処理装置１１０には、加熱される下型４１および上型４２の表面温度を測定する温度センサーを備えることが好ましい。温度センサーに限定は無いが、赤外線式放射温度計が好適に用いられる。
【００４３】
（第３実施形態）
第３実施形態として、上述の金型表面処理装置１００，１１０を用いた金型表面処理方法を説明する。図５および図６は、金型表面処理装置１００，１１０を用いて金型表面処理を行うフローチャートである。
【００４４】
金属ガラスの成形体を得る成形工程（Ｓ１）では、成形体の成形が繰り返し行われる。繰り返し成形が行われると、成形回数を増すごとに下型４１、上型４２の成形面には酸化物が形成され、成形品に成形不良が発生してくる。この不良発生の成形回数を予備成形あるいは試し成形などにより確認し、良品成形可能回数を規定値として、成形回数が規定値に達したか（Ｓ２）、を判断する。
【００４５】
規定値に達しない、すなわちＳ２においてＮＯと判断された場合にはＳ１に戻り、成形を実行する。規定値に達した、すなわちＳ２においてＹＥＳと判断された場合には、図１に示すように下型４１と上型４２が離間した状態、いわゆる型開き状態であるかを判断する（Ｓ３）。Ｓ３の型開きの状態であるかの判断の手段としては、例えば昇降装置９０における昇降部９０ａの位置を検出し型の開閉を判断する、あるいは光センサーによって高周波加熱用誘導コイル８０ａの移動領域に障害物（金型）が存在しているかどうかを検出する、などの方法が用いられる。
【００４６】
Ｓ３において型開き状態である（ＹＥＳ）と判断されると、加熱部移動工程（Ｓ４）に移行する。加熱部移動工程（Ｓ４）では、加熱部８０ａを下型４１と上型４２とで挟まれる領域に移動する（図１参照）。なお、Ｓ３において型開き状態に無い（ＮＯ）と判断されると、型開きの動作が、図示しない金型表面処理装置１００に備える制御部により実行され、再度、型開き状態であるかを判断するＳ３を実行する。
【００４７】
加熱部移動工程（Ｓ４）によって、加熱部８０ａが所定の位置に移動すると金型表面処理工程（Ｓ５）に移行する。金型表面処理工程（Ｓ５）では、図６のフローチャートに示す処理が行われる。まず減圧チャンバー２０の内部が減圧ポンプ３０によって所定の圧力に減圧されるチャンバー内減圧工程（Ｓ５１）が実行される。減圧チャンバー内の圧力は特に限定は無いが、１Ｐａ程度の圧力にすることが好ましい。なお、上述の成形工程（Ｓ１）において、金属ガラスを成形する場合に、減圧チャンバー２０内を約１Ｐａの減圧環境で行われるので、Ｓ１からＳ５、あるいは後述のＳ６までの工程を減圧環境内で実施することもできる。
【００４８】
所定の圧力までＳ５１において減圧されると、次に減圧チャンバー２０内の酸素濃度測定を行い、既定の酸素濃度以下になっているかを判断する（Ｓ５２）。上述した通り、酸化還元反応は図３に示す銅のエリンガムダイアグラムから、温度条件と酸素分圧条件とが求められる。本実施形態の銅の金型の場合、後述する加熱工程（Ｓ５４）において３００℃から６００℃の温度範囲で加熱され、その場合の酸素分圧は１０-9〜１０-20Ｐａとすることで還元反応が起こる。酸素分圧は圧力に酸素濃度を乗じたものであるので、減圧チャンバー２０内の圧力を１Ｐａに維持した場合、酸素濃度の規定値としては純酸素を１．０とした場合に、酸素分圧は１０-9〜１０-20の範囲で規程される。
【００４９】
Ｓ５２において規定値の酸素濃度以下になっていないと判断される（ＮＯ）と、減圧チャンバー２０内の酸素と置換するガス、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムなどを減圧チャンバー２０内に供給し酸素を排出しながら所定圧力に減圧チャンバー２０内を維持することで、酸素濃度を低下させる。
【００５０】
Ｓ５２において規定の酸素濃度以下になったと判断される（ＹＥＳ）と、次の加熱工程（Ｓ５４）に移行する。加熱工程（Ｓ５４）では、例えば図１に示す高周波加熱用誘導コイル８０ａに高周波電源Ｖより高周波電流が供給され、下型４１、上型４２は発熱する。下型４１、上型４２の表面温度が３００℃〜６００℃の範囲で、還元反応が進行し、下型４１および上型４２の表面に形成されていた銅酸化物が還元され、型表面は銅となる。
【００５１】
なお、第２実施形態に係る金型表面処理装置１１０の場合には、レーザー加熱装置８１に備えるレーザー照射部８１ａは、下型４１、上型４２の表面に均一かつ全体にレーザーが照射されるように、駆動手段８１ｂによって移動させながらレーザーを照射する。このようにして金属表面処理工程（Ｓ５）が行われ、次に加熱部移動工程（Ｓ６）に移行する。このように高周波加熱用誘導コイル８０ａによって金型に生じる誘導電流により加熱するので、成形面の凹凸、あるいは高周波加熱用誘導コイル８０ａから成形面での距離の影響を受けない均一な成形面４１ａ，４２ａの加熱を行うことができる。また、レーザー加熱装置８１によって金型表面を加熱する場合でも、レーザー照射部８０ａを移動させながらレーザーを照射させることで、成形面の凹凸、あるいは高周波加熱用誘導コイル８０ａから成形面での距離の影響を受けない均一な成形面４１ａ，４２ａの加熱を行うことができる。
【００５２】
加熱部移動工程（Ｓ６）は、加熱部移動工程（Ｓ４）とは逆の動作で、加熱部８０ａを退避させ、図２に示すように、型閉じの状態で金型と干渉しない位置まで加熱部８０ａを移動させる。加熱部移動工程（Ｓ６）が終了すると、再び成形可能な状態となるので成形工程（Ｓ１）に移行し、金属ガラス成形を再開する。
【００５３】
金型表面処理装置１００，１１０を用いることにより、上述の金属ガラス成形用金型表面に形成される金型の急速冷却を阻害する酸化物を容易に還元することができる。また、還元反応は上述の実施形態で説明したとおり、金属ガラスの成形装置に組み込まれた形態であり、金属ガラス成形体の成形工程の中に金型表面処理である酸化物の還元処理を組み込むことが可能となり、さらに、酸化物を金型表面から、例えば研削、エッチングなどの物理的な方法で削除する方法ではなく、還元反応によって酸化物を酸化前の状態に戻す方法であるので、金型寸法の変化が無い、すなわち成形品の寸法変化が発生しない処理方法である。したがって、金属ガラスの精密部品成形に優れた効果を発生する。
【００５４】
なお、上述の実施形態では金属ガラスを成形する金型を例に説明したが、成形材料としてはこれに限定されず、樹脂成形の金型にも適用することができる。樹脂材料を成形する金型の場合には、酸化膜が形成された場合には酸化還元反応によって酸化物は処理するが、有機物からなる付着物は金型を高温にすることによって蒸散させて金型から除去することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０…基台、２０…減圧チャンバー、３０…減圧ポンプ、４１…下型、４２…上型、５０…金型保持手段、６０…金属ガラス供給装置、７０…冷却装置、８０…加熱装置、９０…昇降手段、１００…金型表面処理装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型であって、
前記第１モールドベースは前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面を備え、前記第２モールドベースは前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面を備え、
前記成形体の成形工程前に、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とを低酸素分圧雰囲気として、前記第１成形面と前記第２成形面とを加熱する、
ことを特徴とする金型表面処理方法。
【請求項２】
前記第１成形面および前記第２成形面には銅が露出し、
前記加熱温度は３００℃以上６００℃以下であり、
前記低酸素分圧は１０-9Ｐａ以下１０-20Ｐａ以上である、
ことを特徴とする請求項１に記載の金型表面処理方法。
【請求項３】
第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型と、
前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとを可動させる金型可動装置と、
前記成形材料を前記キャビティー内に注入する材料供給装置と、
少なくとも前記金型が収納される減圧チャンバーと、を備え、
前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとが離間した際に、少なくとも前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面と、前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面とを加熱する加熱装置と、
前記減圧チャンバー内を減圧する真空排気装置と、を備える、
ことを特徴とする金型表面処理装置。
【請求項４】
前記加熱装置は、
加熱部と、
前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとが離間した際に前記加熱部を、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とが加熱される領域まで移動させ、前記加熱部に熱源を発生させる駆動装置と、を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の金型表面処理装置。
【請求項５】
前記加熱部が、高周波加熱用誘導コイルである、
ことを特徴とする請求項４に記載の金型表面処理装置。
【請求項６】
前記加熱部が、レーザー照射部である、
ことを特徴とする請求項４に記載の金型表面処理装置。
【請求項１】
第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型であって、
前記第１モールドベースは前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面を備え、前記第２モールドベースは前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面を備え、
前記成形体の成形工程前に、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とを低酸素分圧雰囲気として、前記第１成形面と前記第２成形面とを加熱する、
ことを特徴とする金型表面処理方法。
【請求項２】
前記第１成形面および前記第２成形面には銅が露出し、
前記加熱温度は３００℃以上６００℃以下であり、
前記低酸素分圧は１０-9Ｐａ以下１０-20Ｐａ以上である、
ことを特徴とする請求項１に記載の金型表面処理方法。
【請求項３】
第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に成形材料を注入し、固化させて成形体を得る金型と、
前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとを可動させる金型可動装置と、
前記成形材料を前記キャビティー内に注入する材料供給装置と、
少なくとも前記金型が収納される減圧チャンバーと、を備え、
前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとが離間した際に、少なくとも前記キャビティーの一方の成形面となる第１成形面と、前記キャビティーの他の一方の成形面となる第２成形面とを加熱する加熱装置と、
前記減圧チャンバー内を減圧する真空排気装置と、を備える、
ことを特徴とする金型表面処理装置。
【請求項４】
前記加熱装置は、
加熱部と、
前記第１モールドベースと前記第２モールドベースとが離間した際に前記加熱部を、少なくとも前記第１成形面と前記第２成形面とが加熱される領域まで移動させ、前記加熱部に熱源を発生させる駆動装置と、を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の金型表面処理装置。
【請求項５】
前記加熱部が、高周波加熱用誘導コイルである、
ことを特徴とする請求項４に記載の金型表面処理装置。
【請求項６】
前記加熱部が、レーザー照射部である、
ことを特徴とする請求項４に記載の金型表面処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０６４７７（Ｐ２０１２−２０６４７７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５８１４（Ｐ２０１１−７５８１４）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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