|
|
【発明の名称】 |
プリント配線板用の金型材料 |
| 【発明者】 |
【氏名】内藤 繁夫
【氏名】櫻井 正幸
【氏名】夏目 徹 |
【課題】プリント配線板用の金型において、金型部品の構成で最も重要な刃型に使用される金型材料は硬度の硬い焼入れ処理材が使われている。この焼入れ処理材は、穴明け加工、ニゲ穴加工、ネジ切り加工などの加工速度が大幅に遅く、穴位置精度、穴間寸法精度、穴の垂直度などが生材（溶製材）より低下する問題があった。
【解決手段】本発明は、かかる従来の問題を解決した熱間工具鋼金型材料を提供することにある。刃型に使用する金型材料として、刃材となる焼入れ処理材と母材となる生材（溶製材）の２種類の異種金属材料を熱間等方加圧処理を施し、熱間工具鋼の複合材料を開発製造することができた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プリント配線板の穴あけ及び外周加工を施す金型に用いる金型材料において、２種類の異種金属を熱間等方加圧処理工法に基づいて接合一体化することにより、金型の刃型部品材料として用いてなることを特徴とするプリント配線板用の金型材料。
【請求項２】 請求項１において、２種類の異種金属に、切刃となる刃材には合金工具鋼か高速度工具鋼を用い、母材には炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼あるいはプリハードン鋼のいずれか１種類を用いてなることを特徴とするプリント配線板用の金型材料。
【請求項３】 請求項２において、母材を中心にこの母材の両面に刃材を設けて熱間等方加圧処理工法で接合一体化した後、母材の中央部で切断し、金型の刃型部品材料として用いることを特徴とするプリント配線板用の金型材料。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板用のプレス金型に使用する金型材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プリント配線板には、部品挿入用の丸穴、角穴、長円穴や大型部品を固定するための取付穴、部品実装後にプリント配線板を分割するためのスリット形状穴、これらの穴の他に、部品実装自動機対応用のガイド穴が設けられており、またプリント配線板の外周を打抜くために金型が必要である。
【０００３】このプリント配線板用のプレス金型について、図４に示すプレス金型の部分的構造断面図に基づいて説明する。まず、プレス金型は上型４０と下型５０に大別でき、この上型４０と下型５０の間にプリント配線板３９を設置し、プレス機に取付けた上型４０が下降して、プリント配線板３９を打抜くことになる。上型４０にはシェダー３１と呼ばれる上刃型、外周抜きダイ３２、ポンチ矢を挿入固定しているポンチプレート３３、さらにポンチ矢の抜けを防止するバッキングプレート３４とポンチ矢３５が取付けられている。下型５０には抜きポンチ３６と呼ばれる下刃型、外周抜きポンチ３７、台プレート３８などが取付けられている。金型では刃型と呼ばれる上型４０のシェダー３１と下型５０の抜きポンチ３６の材質、及び加工構造、加工方法、加工精度などが重要なポイントとなっている。
【０００４】この刃型であるシェダー３１と抜きポンチ３６に使う金型材料について説明する。図３は従来の金型材料の斜視図を示すもので、単一材質の金型材料８を使って成形していた。この単一材質の金型材料８は焼入れ処理がされていない生材（溶製材）として炭素工具鋼、炭素鋼あるいは合金工具鋼を使って焼入れ処理をしない方法があり、またはシェダー３１や抜きポンチ３６の穴明け仕上後に焼入れ処理をしてロックウェル硬度ＨＲＣ５６°〜５８°にする焼入れ用材料の合金工具鋼を使用していた。この金型材料の厚みＴ８は通常１０〜１５mmで、打抜くプリント配線板３９のサイズ、形状、穴密度、材質、板厚、および目標金型寿命などの観点から金型材料の厚みＴ８を決定している。また、金型材料の幅、長さ、サイズはプリント配線板サイズより８０〜１２０mmだけ大きなサイズとして設定している。
【０００５】尚、この金型のシェダー３１と抜きポンチ３６の焼入れ処理は、穴明け仕上後に処理すると穴密度や残存肉厚の不均一、残存部の接続強度不足の影響から、金型加工表面の反り、ネジレや穴位置精度、穴間寸法精度、スリット幅、角穴寸法精度に関する不良が発生しやすく、また、穴明け加工前に焼入れ処理をした硬い材料を使う場合は穴明け加工、仕上加工、ネジ切り加工などの加工速度が大幅に遅くなり、切削性も悪く、加工精度が低下する問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術による図４に示すような、シェダー３１や抜きポンチ３６の金型材料８は単一材質を用いているため、焼入れ処理のできない生材（溶製材）の材質を選択するか、あるいは焼入れ処理用の材質であって穴明け仕上後に焼入れ処理をする工法に適した材質とするか、または焼入れ処理の施されている材質の金型材料で最初からの穴明け加工をするかを選択し決定しなければならない。一方、最近のプリント配線板の高密度化、高精度、高品質および長寿命の要求に応えるには生材（溶製材）の材質や穴明け仕上後に焼入れ処理をする材質は不適当となっている。すなわち、焼入れ処理の施されている硬度の硬い材質を金型材料として穴明け加工をすることになる。この金型材料および加工工法に関する問題点は穴明け加工、テーパー穴加工、ニゲ穴加工、プレス抜けカス逃げ穴加工、ネジ切り加工などの加工速度が生材に比べ４０〜６０％と大幅に遅くなり、硬い金型材質のため切削性も大幅に低下し、切削工具も焼入れ材料用の特殊刃物を使用することになり、さらに加工条件や切削工具の寿命交換管理が難しく、穴位置精度、穴間寸法精度、穴の垂直度などの仕上り精度が生材（溶製材）より２０〜３０％低下する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる従来の問題を解決したプリント配線板用の金属材料を提供することにある。本発明は金型構成部品の中で最も重要な刃型部材であるシェダー３１と抜きポンチ３６に使用する刃型部品材料を図１に示すような生材（溶製材）である母材２と焼入れ処理材である刃材１をＨＩＰ処理（熱間等方加圧法）を施し、この２種類の異種の金属材料を拡散接合して熱間工具鋼複合材料５Ａを製造する。これによって、単一材質では得ることのできない複数の特性すなわち、刃材１は耐摩耗性と靱性に富み、母材２は切削加工性、耐振強度、柔軟性に優れた特性の複合材料を設計、製造できる。上述の２種の異種金属材料を拡散接合してできた熱間工具鋼複合材料５Ａを金型材料として用い、シェダー３１と抜きポンチ３６を製作し、切削加工性の改良と金型精度の向上、金型加工速度アップや作業管理の簡易化による生産性アップおよびプレス打抜きされるプリント配線板の品質向上が達成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は本発明の実施例を示す図面である。まず図１に示すような例えば、刃材１には焼入れ処理材である合金工具鋼を、母材２には生材（溶製材）である炭素鋼を選択し、２種類の異種金属材料からなる複合材料を作る際に、この構造のままＨＩＰ処理をすると、バイメタル構造となっているため、１０００℃以上の温度でＨＩＰ処理をする影響や金型加工による切削反応熱、焼入れ処理熱などにより複合材料の反り、ネジレが発生する。従って、図２（ａ）に示すように母材２である生材（溶製材）を中心にし、この両面に刃材１を配置し、サンドイッチ構造に組み合せて複合材料６ＡとしＨＩＰ処理を施し、そのＨＩＰ処理完了後、母材２の中央で切断分割し、切断仕上をして図１の熱間工具鋼の複合材料５Ａの状態に完成させる。
【０００９】尚、刃材１となる焼入れ処理材は合金工具鋼か高速度工具鋼を、母材２となる生材（溶製材）には炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼あるいは、すでに熱処理が施されているプリハードン鋼から要望する特性に対応できる刃型部品材料を選択して、２種類の異種金属を接合一体化することができる。
【００１０】
【実施例】図２を参照して、本発明による実施例を説明する。まず、プリント配線板用の金型における金型部品の構造の中で最も重要である刃型部材、すなわちシェダー３１と抜きポンチ３６に使用される刃型部品材料を従来の単一材質から、本発明による２種類の異種金属材料をＨＩＰ処理（熱間等方加圧法）によって、拡散接合して刃型部品材料を作製する工程について図２の斜視図、構造図で説明する。図２（ａ）に示すように、刃型部材の刃材１は焼入れ処理材とし、合金工具鋼である大同特殊鋼株式会社製のＤＣ５３を用い、厚さ５．３mm、幅２１０mm、長さ６１０mmの同寸法のものを２枚と、刃型部品の母材２として炭素鋼であるＳ５５Ｃを用い、厚さ３５mm、幅２１０mm、長さ６１０mmの１枚とを、母材２の両面に刃材１が配置されるようにサンドイッチ構造として重ねる。この材料の幅、長さ、サイズは処理効率、板取り効率を考慮して２〜８枚の熱間工具鋼複合材料５Ａが得られるようにサイズを決める。
【００１１】次に図２（ａ）でサンドイッチ構造で重ねた材料の接合界面に、ＨＩＰ処理を行う際の圧力媒体であるガスが入り込まないよう真空パックにて密封する。この密封処理をするためのカプセル１０を図２（ｂ）に示す。カプセル１０は金属板を溶接しフタ１０Ａをして真空パックとする。その次にＨＩＰ処理装置で、あらゆる方向から均等に加わる不活性ガス圧力１１００kg／cm2の等方圧力と加熱温度１２００℃との相乗効果を利用して加圧処理を行う。ＨＩＰ処理後、図２(ｂ)のカプセル１０を切断、切削により除去する。このＨＩＰ処理装置は図２(ｃ)に示すような高圧の不活性ガスを供給する高圧円筒１１、高温の加熱能力を備えたヒーター１２、処理装置の気密を保持する上蓋１３と下蓋１４、ガスの導入口１５などから構成されている。このＨＩＰ処理では、処理品１６はＨＩＰ処理後、炉冷するため焼入れが不十分となり、再度、合金工具鋼をロックウェル硬度ＨＲＣ５６°〜５８°となるよう焼入れ処理をすることもある。その後ＨＩＰ処理、焼入れ処理の完了した複合材料を母材２の中央部で切断３Ａし、また、幅、長さサイズも所望するサイズに切断３Ｂする。この切断面は切断仕上をして平滑にする。
【００１２】尚、本発明の実施にあたり２種類の異種金属材料の選定では、刃材１にはロックウェル硬度ＨＲＣ５６°〜５８°と硬くできる焼入れ処理可能となる合金工具鋼のＳＫＳ３，ＳＫＤ１１，大同特殊鋼株式会社製ＤＣ５３，または高速度工具鋼のＳＫＨ５１，ＳＫＨ５７を用いた。母材２には切削加工性、耐震強度、柔軟性に優れた炭素鋼のＳ５０Ｃ，Ｓ５５Ｃ，炭素工具鋼のＳＫＳ３，合金工具鋼のＳＫ３３，およびプリハードン鋼のＳＣＭや双葉電子工業株式会社のＨＰＭ１，ＦＰＨ４０を組み合せて用いた。その中でも刃材１としては合金工具鋼のＳＫＤ１１とＤＣ５３が、母材２では炭素鋼のＳ５５Ｃと炭素工具鋼のＳＫ３および合金工具鋼のＳＫＳ３との、各１種類づつの組み合せをし、要望される特性に対して良好な刃型部品材料を作製することができた。
【００１３】
【発明の効果】本発明の効果を下記に列記する。
１．プリント配線板用の金型の刃型部品材料として、上表面には切刃として必要な厚みだけ焼入れ処理材料を、この下には耐圧耐震強度が強く、切削加工性の良い生材料とからなる２種類の異種金属による熱間工具鋼複合材料５Ａを開発し、製造できた。
２．この熱間工具鋼複合材料５Ａを金型の刃型部品材料として使用し、穴明け加工速度を３０〜４０％向上できた。
３．この熱間工具鋼複合材料５Ａを金型の刃型部品材料として使用し、穴の仕上り精度を２０〜３０％向上できた。
４．従来の焼入れ処理材料の厚み１３〜１８mmに比べ熱間工具鋼複合材料５Ａの焼入れ処理材料の厚み２〜５mmと薄くなり、作業管理や切削工具の交換管理が簡単となって、金型品質も安定化した。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３３０００
【氏名又は名称】日立エーアイシー株式会社
|
| 【出願日】 |
平成８年（１９９６）７月１７日 |
| 【代理人】 |
|
| 【公開番号】 |
特開平１０−２９０２２ |
| 【公開日】 |
平成１０年（１９９８）２月３日 |
| 【出願番号】 |
特願平８−２０５４４５ |
|