JP4966262B2 - Manufacturing method and manufacturing apparatus for hot press mold - Google Patents
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Description
本発明は、熱間プレス成形用金型に関するものであり、特に、熱間プレス用金型の製造において良好な凹凸表面を有する金型の製造方法及び製造装置に関するものである。 The present invention relates to a hot press mold, and more particularly to a method and an apparatus for manufacturing a mold having a good uneven surface in the manufacture of a hot press mold.
金属板材のプレス成形は、生産性が高く、高精度に加工できることから、自動車、産業機械、電気機器、輸送用機器などの製造に広く用いられている、最も一般的な加工法である。また、室温など冷間でのプレス加工性に劣る高強度鋼や合金など金属板材を加工する方法としては、熱間プレス成形方法が発明されている。 The press forming of a metal plate material is the most common processing method widely used for manufacturing automobiles, industrial machines, electrical equipment, transportation equipment and the like because it is highly productive and can be processed with high precision. Further, a hot press forming method has been invented as a method for processing a metal plate material such as high-strength steel or alloy that is inferior in cold press workability such as room temperature.
熱間プレス成形方法は、金属板材を誘導加熱や通電加熱、輻射加熱などの加熱装置を用いて加熱し、この加熱された金属板材をダイス上に載置し、その上からポンチを下死点まで降下し、一定時間冷却して、所望する強度の成形品を得るという技術である。 In the hot press forming method, a metal plate material is heated using a heating device such as induction heating, energization heating, or radiant heating, the heated metal plate material is placed on a die, and the punch is placed at the bottom dead center from above. This is a technique in which the molded article having a desired strength is obtained by cooling to a predetermined temperature and cooling for a certain time.
熱間プレス成形方法では、プレス成形された鋼板がダイスから取り除かれると、所定温度に加熱された新しい鋼板がダイス上に載置される。このように、加熱された鋼板をダイス上に連続的に載置して、プレス成形することにより、大量の製品を、形状安定性が良好に連続生産することができる。 In the hot press forming method, when the press-formed steel sheet is removed from the die, a new steel sheet heated to a predetermined temperature is placed on the die. Thus, by continuously placing the heated steel plate on the die and press-molding it, it is possible to continuously produce a large amount of products with good shape stability.
この熱間プレス成形においては、成形後の金属板材の冷却が生産性の観点から重要であり、特許文献1には、高温でのプレス成形後に冷媒を用いて冷却する方法が開示されている。
In this hot press forming, cooling of the metal plate material after forming is important from the viewpoint of productivity, and
図17は、従来の熱間プレス成形方法に使用されている金型の図面であり、(a)は金型全体の断面図である。(b)は下金型の斜視図であり、下金型の内側に配置された冷媒噴出機構を点線にて図示している。 FIG. 17 is a drawing of a mold used in a conventional hot press molding method, and FIG. 17 (a) is a sectional view of the entire mold. (B) is a perspective view of a lower mold, and shows a refrigerant ejection mechanism arranged inside the lower mold by a dotted line.
ダイス102の縦壁部には、ダイス102に当接する金属板材に対して冷媒を噴出するための噴出口103が形成されている。この噴出口103には、ダイス102の内側に形成された、冷媒を供給するための供給管104の一端が連結されており、この供給管104の他端は、ダイス102の外側に配置される冷媒を収容した不図示の冷媒収容部に連結されている。
The vertical wall portion of the
図17に示した熱間プレス成形用金型を用いて金属板材106をプレス成形する場合は、ポンチ105を下死点まで降下させ、金属板材106に対するプレス状態をしばらく保持する。その状態で、供給管104を介して、該冷媒収容部に収容された冷媒を噴出口103から金属板材106に噴出する。
When the metal plate 106 is press-molded using the hot press-molding die shown in FIG. 17, the punch 105 is lowered to the bottom dead center, and the pressed state of the metal plate 106 is held for a while. In this state, the refrigerant accommodated in the refrigerant accommodating portion is ejected from the
このような熱間プレス成形用金型は、プレス成形品の成形面にそって、冷却中に発生する蒸気および冷媒を流れやすくするため、下死点時に金属板材106と金型表面との間に空隙を設ける必要がある。そのため、図18に示すように、成形面に沿って一定の深さの独立した凸部107を複数設けており、その凸部107と金属板材106とによって形成される隙間である凹部は、冷媒の噴出口103と連通している。
Such a hot press molding die facilitates the flow of steam and refrigerant generated during cooling along the molding surface of the press molded product, so that the gap between the metal plate 106 and the die surface at the bottom dead center. It is necessary to provide a gap in Therefore, as shown in FIG. 18, a plurality of independent
この凹部と凸部107により形成される凹凸形状のパターンのサイズは、金属板材106がプレスされて変形することによって得られる成形品の3次元形状の崩れが生じないように、形状面サイズに対し充分に小さいことが要求される。そのため、多数の凸部107を設ける必要がある。
The size of the concavo-convex pattern formed by the concave portions and the
前述の特許文献1には、多数の凸部107の形状として、水平断面の形状として円状、多角形状、星型形状が、垂直断面の形状として長方形形、大槻台形が明記されている。また、これらの加工方法については、凸部107の周囲を除去するという記述があり、その具体的な加工方法として、機械加工や高精度加工に用いられる放電加工が記載されている。
In the above-mentioned
3次元形状金型の表面を加工する別の方法として、特許文献2にはエッチングによる方法が開示されている。特許文献2では、3次元の形状を有する金型全体または一部に継ぎ目なく模様を装飾することを目的に、フォトマスクとして汎用ポリエステルフィルム上に感光性材料を塗布したものを用いて装飾用の模様のパターンを形成している。そして、パターン形成後、真空成形などで金型と同じ形状に成形して、フォトレジストを塗布した金型と密着、露光、現像しエッチングすることにより、金型表面に所定の模様を装飾している。
As another method for processing the surface of a three-dimensional shape mold,
ところで、熱間プレス用金型に凹凸部を形成するのは、凹部に冷媒を流して金型を冷却するためであり、装飾用途の模様における凹部深さよりも凹部は深く、かつ、均一であることが必要である。しかし、機械加工は、3次元曲面に沿った機械加工となるため、標準的な工作機械では、凸部107の高さや凹凸形状のパターン形状に要求される加工精度を達成できないという問題がある。また、高精度の加工が可能なCAD,CAMシステムを含むNC工作機、マシニングセンタ、3Dエンドミル加工機などの自動加工装置であっても、凸部107のサイズが小さい場合は、加工時間が多大にかかり、また、加工装置・システムが高価であることなどの問題がある。
By the way, the concave / convex portion is formed in the hot pressing mold in order to cool the mold by flowing a coolant in the concave portion, and the concave portion is deeper and uniform than the concave portion depth in the pattern for decorative use. It is necessary. However, since the machining is machining along a three-dimensional curved surface, there is a problem that the machining accuracy required for the height of the
放電加工の場合は、金型と反対の形状の型電極を製作し、その電極表面に凸部の反対形状である凹部を設けることで、高精度な凹凸形状のパターンを加工できるが、当該型電極を製作するため、金型そのものを作るのと同等な時間と労力がかかる。さらには、凸部107は金型のマクロな3次元形状の表面に対し、概ね垂直でなくてはならない。したがって、凸部107の放電加工の際は、要求精度に応じて、3次元形状金型に対し、型電極をいくつかのパーツに分解して、そのパーツ毎に一度に凸加工する領域を分けて放電加工を行う必要がある。そのため、加工電極数の増加とともに、加工時間も多くかかってしまう。さらに、特に型R部や曲面においては、凹凸深さが不均一となり、加工精度が悪化する傾向がある。また、エッチング加工によって凸部107を形成する場合も、特許文献2には、3次元金型を深く、均一に加工する方法が記載されていない。
In the case of electric discharge machining, a mold electrode having a shape opposite to that of a mold is manufactured, and a concave portion having a shape opposite to the convex portion is provided on the electrode surface. Producing electrodes requires the same time and effort as making the mold itself. Furthermore, the
そこで、本発明は、3次元形状の金型の表面を、高い精度で深く、均一に加工する加工方法と製造装置を提供することを目的とするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a processing method and a manufacturing apparatus for processing a surface of a mold having a three-dimensional shape deeply and uniformly with high accuracy.
本願発明者等は、エッチングを制御することで、エッチング速度を均一にすることに注目した。本発明の要旨は、以下の通りである。
(1)3次元形状の金型の表面に施す加工形状のパターンを形成したシートを軟化し、前記軟化したシートを、前記金型またはそれと同形状の型の表面に密着し、その後当該シートを硬化して3次元形状のマスキングを形成し、前記3次元形状のマスキングを、レジスト膜が成膜された前記金型に密着させ、露光により前記加工形状のパターンを前記レジスト膜に転写、現像し、その後、エッチング液により前記金型に転写された前記加工形状のパターンを前記金型表面に形成することにより流路となる空隙を前記金型の表面に設ける、熱間プレス成形用金型の製造方法であって、複数の噴射ノズルによりエッチング液を金型表面に噴射し、当該金型の加工面の水平度に応じて、次の(a)から(e)の1種または2種以上を制御することを特徴とする熱間プレス成形用金型の製造方法。
(a)エッチング液の前記金型表面上での温度
(b)エッチング液の濃度
(c)エッチング液の前記金型表面上での流れ
(d)エッチング液の前記金型表面上での滞留時間
(e)金型表面温度
(2)前記(a)の制御は、前記噴射ノズルにより噴射する前記エッチング液の温度を制御することを特徴とする、請求項1に記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(3)前記金型表面へのエッチング液の噴射は、空気若しくは水の噴射と同時に行うか、または空気若しくは水を噴射した後に行い、前記噴射する空気若しくは水の温度を制御することにより、次の(a)から(e)の1種または2種以上をさらに制御することを特徴とする、請求項1または2に記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(a)エッチング液の前記金型表面上での温度
(b)エッチング液の濃度
(c)エッチング液の前記金型表面上での流れ
(d)エッチング液の前記金型表面上での滞留時間
(e)金型表面温度
(4)前記金型表面へのエッチング液の噴射は、所定の時間間隔の空気の噴射と同時に行い、前記噴射する空気を制御することにより、次の(a)、(c)、(d)、(e)の1種または2種以上をさらに制御することを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(a)エッチング液の前記金型表面上での温度
(c)エッチング液の前記金型表面上での流れ
(d)エッチング液の前記金型表面上での滞留時間
(e)金型表面温度
(5)前記金型表面へのエッチング液の噴射は、前記金型表面への輻射加熱と同時に行い、前記輻射加熱を制御することにより、次の(a)、(e)の1種または2種をさらに制御することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(a)エッチング液の前記金型表面上での温度
(e)金型表面温度
(6)前記金型は、回転させることにより遠心力を付与され、前記金型表面へのエッチング液の噴射は、前記金型への遠心力の付与と同時に、または遠心力の付与後に行い、前記遠心力を制御することにより、次の(c)、(d)の1種または2種をさらに制御することを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(c)エッチング液の前記金型表面上での流れ
(d)エッチング液の前記金型表面上での滞留時間
(7)前記シートに形成した加工形状のパターンは、前記シートに前記加工形状のパターンを印刷することで形成されることを特徴とする、請求項1〜6の何れかに記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(8)熱間プレス成形用金型の型形状加工後に、金型表面に所定の形状を加工する装置であって、前記金型の表面に施す加工形状のパターンを形成したシートを軟化する装置と、前記軟化したシートを真空成形により3次元形状に成形する装置と、露光により前記3次元形状に成形されたシートの加工形状のパターンを、前記金型表面に成膜したレジスト膜に転写、現像する装置と、請求項1〜6のいずれかに記載のエッチング方法により金型表面の不要な表面を除去し、金型表面に凹凸形状を加工する装置と、を有することを特徴とする熱間プレス成形用金型の製造装置。
The inventors of the present application have focused on making the etching rate uniform by controlling the etching. The gist of the present invention is as follows.
(1) Soften a sheet on which a processed pattern to be applied to the surface of a three-dimensional mold is softened, and adhere the softened sheet to the surface of the mold or the mold of the same shape, and then attach the sheet. Curing to form a three-dimensional shape mask, bringing the three-dimensional shape mask into close contact with the mold on which a resist film is formed, and transferring and developing the processed shape pattern onto the resist film by exposure. Then, a hot press-molding mold is provided, in which a gap serving as a flow path is provided on the surface of the mold by forming a pattern of the processed shape transferred to the mold with an etching solution on the mold surface. In the manufacturing method, an etching solution is sprayed onto the mold surface by a plurality of spray nozzles, and one or more of the following (a) to (e) are selected according to the level of the processed surface of the mold : To control A method for producing a hot press molding die.
(A) Temperature of etching solution on the mold surface (b) Concentration of etching solution (c) Flow of etching solution on the mold surface (d) Residence time of etching solution on the mold surface (E) Mold surface temperature (2) The control of said (a) controls the temperature of the said etching liquid injected by the said injection nozzle, The hot press molding metal of
(3) The etching solution is injected onto the mold surface simultaneously with the injection of air or water, or after the injection of air or water, and by controlling the temperature of the injected air or water, The method for producing a hot press molding die according to
(A) Temperature of etching solution on the mold surface (b) Concentration of etching solution (c) Flow of etching solution on the mold surface (d) Residence time of etching solution on the mold surface (E) Mold surface temperature (4) The injection of the etching liquid onto the mold surface is performed simultaneously with the injection of air at a predetermined time interval, and by controlling the injected air, the following (a), The method for producing a hot press molding die according to any one of
(A) Temperature of etchant on the mold surface (c) Flow of etchant on the mold surface (d) Residence time of etchant on the mold surface (e) Mold surface temperature (5) The injection of the etching solution onto the mold surface is performed simultaneously with the radiant heating to the mold surface, and the radiant heating is controlled, whereby one or two of the following (a) and (e) are performed. The method for producing a hot press molding die according to any one of
(A) Temperature of the etching solution on the mold surface (e) Mold surface temperature (6) The mold is given a centrifugal force by rotating, and the injection of the etching solution onto the mold surface is Further, one or two of the following (c) and (d) are further controlled by controlling the centrifugal force simultaneously with or after the centrifugal force is applied to the mold. A method for producing a hot press molding die according to any one of
(C) Flow of etching solution on the surface of the mold (d) Residence time of the etching solution on the surface of the mold (7) The pattern of the processed shape formed on the sheet has the shape of the processed shape on the sheet. It forms by printing a pattern, The manufacturing method of the hot press molding metal mold | die in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
(8) An apparatus for processing a predetermined shape on the surface of the mold after processing the shape of the hot press mold, and an apparatus for softening a sheet on which a pattern of the processed shape to be applied to the surface of the mold is formed An apparatus for forming the softened sheet into a three-dimensional shape by vacuum forming, and a pattern of the processed shape of the sheet formed into the three-dimensional shape by exposure is transferred to a resist film formed on the mold surface, An apparatus for developing, and an apparatus for removing an unnecessary surface of the mold surface by the etching method according to any one of
本願発明によれば高い精度で均等に所定の形状のパターンを設けることができることから、3次元形状の金型の表面を、高い精度で深く、均一に加工できる。従って、熱間プレス成形において、赤熱鋼板の形状を良好にしながらも、鋼板と金型表面との間に冷媒などの流路となる空隙を均等に設けることができ、鋼板の冷却性が向上し、熱間プレスの生産性が大幅に向上する。 According to the present invention, since a pattern having a predetermined shape can be provided uniformly with high accuracy, the surface of a three-dimensional mold can be deeply and uniformly processed with high accuracy. Therefore, in hot press forming, while making the shape of the red hot steel sheet good, it is possible to provide a uniform gap between the steel sheet and the mold surface, which serves as a flow path for the refrigerant, etc., improving the cooling performance of the steel sheet. , Productivity of hot press is greatly improved.
以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。金型のサイズが大きく、金型形状の起伏が大きい場合、すなわちエッチング面が3次元形状である場合、従来のエッチング加工においては、エッチング液温度、エッチング液濃度、エッチング液およびスラッジの金型表面の滞留時間、エッチング液およびスラッジの金型表面での膜厚、金型表面温度のいずれもが、その加工面内で同じにならないという問題が発生する。本発明は、これらの要因のいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせで制御することで、金型表面のエッチング速度を均一にすることにしている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. When the mold size is large and the undulation of the mold shape is large, that is, when the etching surface is a three-dimensional shape, in the conventional etching process, the etchant temperature, etchant concentration, etchant and sludge mold surface There is a problem that the residence time, the film thickness of the etching solution and sludge on the mold surface, and the mold surface temperature are not the same in the processed surface. In the present invention, the etching rate on the mold surface is made uniform by controlling by any one or a combination of two or more of these factors.
特に、図19に示すような金型120の上方から、エッチング液121を供給する配管122に連通したシャワーノズル123を介して、熱交換器124で加熱されたエッチング液121を金型に滴下・噴霧するエッチング加工においては、重力の影響をうけるため、加工面の水平度によって、前述の諸因の影響によりエッチング速度が異ってくる。通常は凹凸加工の均一性を確保するために、エッチング時間を個別に長短させて調整しながら、各水平度の加工面毎に、エッチング加工を複数回行いざるをえない。しかし本発明によれば、複数のノズルを配置し、噴霧することで、加工面の水平度に応じて、エッチング液温度、エッチング液濃度、エッチング液およびスラッジの金型表面での流速および滞留時間、エッチング液およびスラッジの金型表面の膜厚、金型表面温度の制御を、個別に行い、加工速度を同じにすることによって、1回、あるいは少ない回数のエッチングでも、均一な凹部の深さを得ることが可能となる。 In particular, from the upper side of the mold 120 as shown in FIG. 19, the etching solution 121 heated by the heat exchanger 124 is dropped into the mold via a shower nozzle 123 communicating with the pipe 122 for supplying the etching solution 121. In the etching process to be sprayed, since it is affected by gravity, the etching rate varies depending on the level of the processed surface due to the above-mentioned factors. Usually, in order to ensure the uniformity of the unevenness processing, the etching processing must be performed a plurality of times for each processing surface at each level while adjusting the etching time by individually increasing or decreasing the etching time. However, according to the present invention, by arranging and spraying a plurality of nozzles, the etching solution temperature, the etching solution concentration, the flow rate and residence time of the etching solution and sludge on the mold surface according to the levelness of the processing surface The thickness of the mold surface of the etching solution and sludge, and the mold surface temperature are individually controlled, and the processing speed is the same, so that the depth of the recess is uniform even with one or fewer etchings. Can be obtained.
前述の要因の中でも、加工速度に影響する基本因子として挙げられるのがエッチング液121およびスラッジの金型120の表面での流速であり、エッチング液噴霧ノズルを複数配置することで、加工面の水平度によらず一定の流速を維持することができ、凹部深さの均一性について一定の効果が得られる。 Among the above-mentioned factors, the basic factor that affects the processing speed is the flow rate of the etching solution 121 and sludge on the surface of the mold 120. By arranging a plurality of etching solution spray nozzles, the processing surface can be leveled. A constant flow rate can be maintained regardless of the degree, and a certain effect can be obtained with respect to the uniformity of the recess depth.
さらに、最も加工速度に影響する因子として挙げられるのがエッチング液の温度あるいは濃度であり、エッチング液の温度あるいは濃度を制御することで、凹部の深さの均一性が大幅に改善される。 Further, the temperature or concentration of the etching solution is cited as the factor that most affects the processing speed. By controlling the temperature or concentration of the etching solution, the uniformity of the depth of the recess is greatly improved.
エッチング液は、加工中、化学反応と同時に金型表面と熱の伝達を行っており、金型表面の温度が異なることは、エッチング液温度に差異を生じさせ、反応温度が不均一になり、エッチング速度が不均一になりやすい。そこで、エッチング液とは別の空気や水を用いて、金型表面温度を制御することで、均一な反応温度で、化学反応速度を均一にし、加工速度を均一とさせることで均一な凹部深さのエッチングが、より高い精度で可能となる。 The etchant transfers heat with the mold surface simultaneously with the chemical reaction during processing, and the difference in the mold surface temperature causes a difference in the etchant temperature, resulting in a non-uniform reaction temperature. Etching rate tends to be non-uniform. Therefore, by using air or water other than the etchant to control the mold surface temperature, the chemical reaction rate is made uniform at the uniform reaction temperature, and the processing speed is made uniform, so that the uniform recess depth is obtained. This etching can be performed with higher accuracy.
空気や水など伝熱媒体を用いずに輻射熱で、例えば加熱ランプ照射で加工面温度を制御することができる。これは、エッチング装置の簡略化につながり、経済的である。 The processing surface temperature can be controlled by radiant heat without using a heat transfer medium such as air or water, for example, by irradiation with a heating lamp. This leads to simplification of the etching apparatus and is economical.
エッチングで発生するスラッジは加工界面に生成しエッチング加工の進行を阻害している。スラッジ自体は、ある程度の力により流動するが、粘性が高いため加工液や洗浄液の流れの強弱に応じて滞留厚みや滞留の偏りが起きやすい。この滞留スラッジを、例えばノズルからのエッチング液の噴射や遠心力を用いて強制的に除去してやることで、より均一な凹凸加工が可能となる。 Sludge generated by etching is generated at the processing interface and hinders the progress of etching processing. The sludge itself flows with a certain amount of force. However, since the viscosity is high, the retention thickness and the unevenness of retention tend to occur according to the strength of the flow of the machining liquid and the cleaning liquid. Forcibly removing the staying sludge by using, for example, jetting of an etchant from a nozzle or centrifugal force enables more uniform uneven processing.
特に、加工対象物が大重量な場合などには遠心力によらず、空気などの流体を用いて除去すれば、大掛かりな回転機構が不要となるため、経済的である。 In particular, when the workpiece is heavy, if it is removed using a fluid such as air regardless of the centrifugal force, a large rotating mechanism becomes unnecessary, which is economical.
以下、図に基づいて、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図1は、本発明による加工方法の手順を示したものである。本発明の製造方法は大きく分けて、加工用のパターンを有するマスクを形成する工程Sと、金型をエッチング加工する工程Mとからなる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the procedure of the processing method according to the present invention. The manufacturing method of the present invention is roughly divided into a step S for forming a mask having a processing pattern and a step M for etching a mold.
マスクを形成する工程Sはさらに、印刷等によりシート1に加工用のパターンを転写し、印刷シート1aを形成する印刷工程S1と、パターンが転写された印刷シート1aを軟化し、軟化シート1bを形成する軟化・可塑化工程S2と、軟化シート1bを、例えば金型2の表面に密着させて硬化し、3次元形状のマスキング用成形体である3次元マスキング3を形成する成形・密着工程S3とを有する。金型2をエッチング加工する工程Mはさらに、金型2にレジスト液を塗布し、レジスト膜4を成膜する成膜工程M1と、工程Sにより形成された3次元マスキング3を金型2に密着させて、レジスト膜4を露光する露光工程M2と、露光後にマスキング3を金型2から取り外す取り外し工程M3と、露光したレジスト膜4を現像する現像工程M4と、レジスト膜4の現像後に、エッチング液5により金型2の表面に前記パターンを形成するエッチング工程M5と、を有する。
In the step S for forming the mask, the processing pattern is transferred to the
さらに、図2はシートの印刷工程S1、図3〜4はシートの成形・密着工程S3、図5は露光工程M2、図6は3次元マスキング3の取り外し工程M3、図7は現像処理工程からエッチング工程M5を説明した図である。
2 is a sheet printing step S1, FIGS. 3 to 4 are a sheet forming and adhesion step S3, FIG. 5 is an exposure step M2, FIG. 6 is a three-
図2にシートの印刷工程S1の詳細を図示した。レジスト膜4は、一定の波長の光を一定強度(時間)で当てることで硬化・定着し金型表面に固着する特性をもっている。逆に光の当たらない部位は硬化せず後の現像処理液により分解除去できる特性をもっている。シート1に、図1に示す凹凸形状のパターン印刷工程S1によって、レジスト膜4の露光反応に必要な波長の光を透過しない材質により、パターニングを行う。この場合、最終的に金型表面で凸となるパターンのネガパターン(黒色部)を印刷し、印刷シート1aを作成する。続いて軟化・可塑化工程S2において前述の印刷シート1aを、例えばヒータ等を用いて均等に加熱するなどして軟化させ軟化シート1bを形成する。これにより、後の成形工程で、より成形がしやすくなる。
FIG. 2 illustrates details of the sheet printing step S1. The resist
図3〜図4にシートの成形・密着工程S3の詳細を図示した。軟化シート1bは、図1に示す成形・密着工程S3において、レジスト膜4を成膜した金型2に押し当て、密着させて、金型2の形状に倣わせる。このとき、図3に示す真空成形装置8を用いることで、より金型2の形状に倣った軟化シート1bの成形が可能となる。
3 to 4 show details of the sheet forming / adhering step S3. The softening sheet 1b is pressed and brought into close contact with the
真空成形装置8は金型2を載せる台座9と、図示しない吸引ブロワに連通する吸引孔10とを有する。台座9の上面であって金型2の近傍には、吸引孔10と連通する開口部11が複数設けられている。真空成形装置8は、軟化シート1bの成形時には台座9内の圧力を大気圧より低い状態に保っている。軟化シート1bが金型2に被せられると、軟化シート1bと金型2の間の空気が排除され、結果として図4に示すように金型2に軟化シート1bが密着する。
The
金型2に密着させたままで軟化シート1bが冷めると、軟化シート1bは金型2の形状に倣ったまま硬化する。この時点で、軟化シート1bは3次元マスキング3となる。なお、軟化シート1bと金型2との密着に際しては、金型2に軟化シート1bを均一に密着させる方法であれば、いかなる方法でも良いが、金型2への追随性が良好な真空成形が望ましい。
When the softened sheet 1b cools while being in close contact with the
図5に金型2の表面に成膜されたレジスト膜4を露光する、露光工程M2を図示した。レジスト膜4は、レジスト膜4が成膜された金型2に3次元マスキング3を密着させた後、露光ランプ15により一定時間露光される。これにより、3次元マスキング3のネガパターン以外の部分が硬化し、露光した箇所は硬化・定着レジスト膜4aとなる。
FIG. 5 illustrates an exposure process M2 in which the resist
図6に3次元マスキング3の取り外し工程M3の詳細を図示した。露光の後、図1に示す3次元形状のマスキングを取り外し工程M3で、3次元マスキング3と金型2(レジスト膜4および硬化・定着レジスト膜4a含む)を分離させる。
FIG. 6 illustrates details of the removal process M3 of the three-
図7に現像工程M4〜エッチング工程M5のフローイメージを示した。現像液7を金型2(レジスト膜4および硬化・定着レジスト膜4a含む)に掛け、レジスト膜4の露光反応(この場合、硬化・定着)していない部分を除去する。この段階で、エッチングするべき金型の表面のみが露出し、それ以外の部分の表面は、硬化・定着レジスト膜4aが残留する。このレジスト膜4aは、後のエッチング工程M5により金型2がエッチングされるのを防ぐ保護膜を形成している。
FIG. 7 shows a flow image of the development process M4 to the etching process M5. The
エッチング工程M5によって、金型2の、表面が露出している部分をエッチング液5を振り掛け、一定深さまで掘り下げる。エッチング液5は、本実施の形態においては、例えば塩化第二鉄溶液である。エッチング終了後、後述の図8(g)に示したように硬化・定着レジスト膜4aを洗浄除去する。以上の一連の工程によって凸表面をもつ金型が出来上がる。
In the etching step M5, the portion of the
図8は、一連の加工工程について加工面界面を拡大して説明した図である。まず3次元マスキング3を、レジスト膜4の形成された金型2に密着させる(図8(a))。次に、レジスト膜4に光6をあて露光することで、金型表面に硬化・定着した硬化・定着レジスト膜4aを形成する(図8(c)。露光後に3次元マスキング3を金型2から取り外し(図8(d))、現像液7により露光していないレジスト膜4を除去する(図8(e))。そしてエッチング液5により金型2をエッチング加工し(図8(f))、エッチング終了後、金型2の表面に残った硬化・定着レジスト膜4aを洗浄除去する(図8(g)、(h))。
FIG. 8 is a diagram illustrating a series of processing steps by enlarging the processing surface interface. First, the three-
加工対象である金型2は、金型2によって製造する製品の形状に、一般に機械加工や放電加工によって加工されており、図8(b)の段階では、製品形状に応じた3次元形状であるが金型表面は平滑である。この平滑の金型2には図1に示すレジスト膜4の成膜工程M1によって、凹凸加工を施す面に薄くて均一なレジスト膜4を成膜させる。レジスト膜4は、露光による凹凸形状のパターン形成に用いられる光反応性の材質であれば、ネガタイプ、ポジタイプいずれでもよい。以下、ここでは、ネガタイプの代表的なレジスト膜の材料である光硬化性樹脂の場合で説明する。
The
次に、真空成形装置8が1つの台車21に搭載され、シートを加熱して軟化する軟化装置22と、金型2の表面に形成されたレジスト膜4を露光する露光装置23の間を真空密着させたまま移動できるマスキング成形装置24について、図9にて説明する。図9(a)に示すように凹凸加工前(平滑面)の金型2に、レジスト膜4を形成した状態で、真空成形装置8をもつ台車21に載せる。この台車21には、真空を形成するための吸引ブロワ30が設けられており、金型2が載せられる開口部11のある台座9の内部に形成された、真空空間31に接続されている。この台車21はレール32上を移動することができ、金型2を載せた後、図9(a)に示す軟化装置22の真下に移動させることができる。
Next, the
軟化装置22は印刷シート1aを任意に把持、取り外すことができかつ上下に平行スライドできるスライド装置33を有するクランプ34と、印刷シート1aを加熱して軟化するヒーター35で構成されている。一定時間の加熱により軟化した軟化シート1bを、吸引ブロワ30の稼動によって真空引きされている台車21の上面に押し下げると、金型2と台座9の表面に軟化シート1bが密着する。そして軟化シート1bが冷却されると、金型2の形状に倣った3次元マスキング3が出来上がる。なお、ヒーター35は印刷シート1aを加熱し軟化できるものであればよく、本実施の形態では電気ヒーターを用いるが、例えばハロゲンヒータなどを用いてもよい。
The softening device 22 includes a clamp 34 having a slide device 33 that can arbitrarily hold and remove the print sheet 1a and can slide in parallel up and down, and a heater 35 that heats and softens the print sheet 1a. When the softened sheet 1 b that has been softened by heating for a certain period of time is pressed down onto the upper surface of the carriage 21 that is evacuated by the operation of the suction blower 30, the softened sheet 1 b comes into close contact with the
真空引きを継続すると、金型2と3次元マスキング3の密着は良好に保ち続ける。この状態でクランプ34をスライド装置33と切り離し、台車21と共に移動できるようにする。その後、露光装置23の真下に前述の台車21を移動する。なお、真空引きを継続する際には、過剰な真空により軟化シート1bが破れるのを防ぐため、真空度を一定に保つように、例えば真空破壊弁といった圧力調整装置を設けることが望ましい。
If the evacuation is continued, the adhesion between the
図9(b)に示すように、露光装置23は、露光ランプ15、及び露光ランプ15の光6を反射するレフ板36と、ランプ15とレフ板36を収容するケース37からなる。ケース37はガイド装置38を介して上下方向に移動できる。
As shown in FIG. 9B, the exposure device 23 includes an
台車21、金型2、3次元マスキング3がケース37の真下に移動した後、ケース37は、金型2と3次元マスキング3を覆うように下降し、一定の時間ランプ15、レフ板36により金型の全面に光を照射する。これにより、3次元マスキング3のうちパターンが印刷されていない部分の全てが等しく露光され、当該部位のレジスト膜4は金型2表面に凹凸形状のパターンに応じた形状で反応(例えば、硬化・定着)する。その後、台車21を露光装置23の外へ移動させ、金型2と3次元マスキング3を台車21から取り外す。そして、金型2は現像工程M4、エッチング工程M5へと送ることで、表面に凹凸をもった金型が出来上がる。現像は、別の槽内に金型2を入れ、3次元マスキング3を取り外した金型2の表面に現像液7(光硬化しない樹脂を除去できる)を振り掛けることによって行われ、現像処理後、水などによって洗浄することで行われる。具体的な現像装置として、例えば金型2を槽内に入れて、例えば散水装置を用いて、金型2の上方から現像液7を供給したり、あるいは槽内に現像液7を貯留して、その中に金型2を浸すようにしてもよい。そして、その後は、金型2の表面を水で洗い流すようにすればよい。
After the carriage 21, the
次に、エッチング工程M5について詳細に説明する。図10は、水平度が異なる各加工面毎にエッチング液5を噴射する噴射ノズル41を設けた例である。本実施の形態においては、5本の噴射ノズル41a〜41eを設けている。図10(a)では、図示しないエッチング液供給装置から配管P1を介して、エッチング液5が噴射ノズル41に供給される。そして、エッチング液5を噴射ノズル41から噴射する前に、エッチング液5の温度をそれぞれの温度調節装置、例えば熱交換器43にて調整して噴射している。熱交換器43により、各噴射ノズル41a〜41eから噴射するエッチング液5の温度をそれぞれ制御することで、金型2の表面上でのエッチング液5の温度を制御することができる。金型2の垂直面2aと水平面2bとでは、エッチング液5の滞留時間やエッチング中に発生するスラッジの量が異なることから、エッチング加工の速度が異なる。例えば、加工速度の遅い面、即ち垂直面2aのエッチング加工では、エッチング液5の温度や濃度を高めにすることで、加工面の水平度の違いによる加工速度の差を縮めることが可能である。加工面の水平度、曲率が異なる面毎にエリア分けを行い、噴射ノズル41の設置数や、エッチング液5の温度や濃度の調整をそのエリア毎に独立して行うことで、要求精度に応じた凹凸加工が可能となる。
Next, the etching process M5 will be described in detail. FIG. 10 shows an example in which an
図10(b)は、エッチング液噴射ノズル41a〜41eとは別に、金型2の各加工面毎に余剰のエッチング液5を吸引回収する吸引ノズル45を設けた例である。吸引ノズル45は配管P2を介して、図示しない吸引装置と連通している。この吸引ノズル45により、金型2の各面におけるエッチング液5の余剰滞留量を低減することで、流速及び滞留時間を調節することができるため、より均一な凹凸加工が可能になる。噴射ノズル41は金型2の表面にエッチング液5を均一に噴霧しうるものであれば、1流体ノズルでも2流体ノズルでも何でもよいが、均一に振り掛けるためには、より、均一な流径で噴霧できるノズルが好ましい。
FIG. 10B is an example in which a suction nozzle 45 that sucks and collects
図11(a)は、噴射ノズル41とは別に、流体46を噴射する温度調節ノズル47を、噴射ノズル41に隣接して設置した例を示している。温度調節ノズル47は配管P3を介して、図示しない流体供給装置と連通し、噴射ノズル41の熱交換器43とは独立した温度調整機能である熱交換器48を有している。したがって、エッチング液5を噴射して凹凸加工を行う以前に、温度を調整した流体46を、それぞれの加工面に吹き付けて、加工面の温度を調整しておくことができる。このことにより、区分けした加工エリア毎で、エッチング液5と金型2の加工面境界の温度をより精度良く制御できることから、エッチング液5の温度の制御のみで加工した場合よりも、エッチング加工速度を微細に増減させることができ、より均一な凹凸加工が可能となる。なお流体46は、本実施の形態においては、空気または水である。温度調節ノズル47は金型2の表面に均一に流体46を噴霧しうるものであれば、1流体ノズルでも2流体ノズルでも何でもよい。
FIG. 11A shows an example in which a
流体46の噴射は、エッチング液5の噴射前に行うのではなく、エッチング液5と流体46の噴射時間をそれぞれ定めて、交互に切り替えて噴射することも可能である。また、流体46の噴射とエッチング液の噴射を同時に行うことでも良い。なお、流体46の噴射時間(期間)に対しエッチング液5の噴射時間(期間)が充分に短い場合には、エッチング液5の温度は加工エリア毎の各噴射ノズル41a〜eで同じにすることも可能である。
The injection of the fluid 46 is not performed before the injection of the
図11(b)は、エッチング液の噴射と、金型2表面の温度を制御するための流体46の噴射を、エッチング液噴射ノズル41から交互に噴射する場合の例である。すなわち、噴射ノズル41に対して配管P1以外に配管P2を接続して、バルブ(図示せず)によって噴射ノズル41から噴出させるエッチング液又は流体を切替える。この例によれば図11(a)と同様な効果が得られるとともに温度調節ノズル47を省略できる。また、図11(a)と同様に、流体46の噴射時間(期間)に対しエッチング液5の噴射時間(期間)が充分に短い場合には、エッチング液5の温度は加工エリア毎の各噴射ノズル41a〜eで同じにすることも可能である。
FIG. 11B shows an example in which the etching liquid spray and the fluid 46 for controlling the temperature of the surface of the
図12は噴射ノズル41のほかに、金型2の加工面温度を制御するための照射ランプ49を設置した場合を示す。この照射ランプ49の輻射熱によって、それぞれの加工面温度を調整しておくことができる。このことにより、加工面境界の温度をより精度良く制御できることから、エッチング液5の温度調整のみで加工した場合よりも、より均一な凹凸加工が可能となる。照射ランプ49の照射は、加工中に常時照射しても良いが、一定期間毎に点滅させて、加工面温度を制御することも可能である。いずれの場合にも、照射ランプ49の照射強度を調整することで、加工面温度を任意に調整することができる。また、照射ランプ49の照射特性を利用して、加工面温度に強弱を設け、同一照射強度エリアを加工エリア区分として定めることも可能である。
FIG. 12 shows a case where an
また、照射ランプ49を金型2に対して相対的に移動させることで、少数の照射ランプ49で大きな面積を照射することも可能である。また、ランプの照射中にエッチング液5を噴射することもできるが、照射ランプ49の照射とエッチング液5の噴射を交互に一定期間ずつ切り替えて加工することも可能である。照射ランプ49の強度が充分に大きい場合や、照射ランプ49の照射時間にくらべてエッチング液5の噴射時間が充分に短い場合には、図11(a)の場合と同様に、エッチング液5の温度は各噴射ノズル41a〜eで同じにすることも可能である。照射ランプ49に用いるランプは遠赤外線ランプ、近赤外線ランプなど加工面の加熱に寄与する波長の光線を発するランプであれば何でも良い。
Further, by moving the
図10〜図12に示したそれぞれのノズルは、加工物またはノズル自身が、その対象加工面で一定位置に留まっていても良い。より好ましくは、一定位置に留まらず、その対象加工面でいずれかの方向に相対的に動くことが望ましい。例えば、ノズルの位置が固定の場合は加工対象が、加工対象が固定の場合にはノズルが、回転や揺動などすることで金型2に対して相対的に移動することが望ましく、移動速度も調整できることが好ましい。
Each of the nozzles shown in FIGS. 10 to 12 may be such that the workpiece or the nozzle itself remains at a fixed position on the target processing surface. More preferably, it is desirable not to stay at a fixed position but to move relatively in either direction on the target machining surface. For example, when the nozzle position is fixed, it is desirable that the object to be processed move relative to the
図13は、加工対象である金型2を回転テーブル51に載せ、回転テーブル51を回転させながらエッチング液5を噴射し加工している例を示す。このとき、噴射ノズル41は1本でも、複数本でも良い。本実施の形態においては、3本の噴射ノズル41を用いる。金型2は回転テーブル51のうえに載置するだけでも良いが、回転中に動かないように固定することが望ましい。加工対象である金型2は回転テーブル51の回転中心に置くことでも良いが、エッチング液5や加工中発生するスラッジを積極的に排出するに際しては、回転テーブル51の回転数を上げなくても、より大きな遠心力が得られることから、回転中心から離して置くことが望ましい。また、エッチング液5やスラッジの排出方向をランダムにし、加工深さの均一性をより求める場合には、加工対象である金型2が遊星運動、すなわち金型2自体が回転テーブル51上で回転しながら、回転テーブル51自体も回転しているようにしてもよい。
FIG. 13 shows an example in which the
図14には、ガス流体55を金型2の表面に噴射する液切ノズル56によって、エッチング液5やスラッジの排出を行う例を示した。液切ノズル56は配管P4を介して、図示しないガス流体供給装置と連通している。エッチング液5やスラッジの排出を効率的に行うべく、液切ノズル56は噴出強度や位置を自由に固定できる方式、例えばフレキシブルパイプなどの使用が望ましい。より液切を早く、精緻に行ないたい場合には、液切ノズル56がくびを振るなどの、液切ノズル56を移動させる装置を用いることが望ましい。液切ノズル56は、直線流型、コーン型でも並行流型でもかまわない。また、幅広な噴流が得られる、スリットノズルを用いても構わない。
FIG. 14 shows an example in which the
液切ノズル56を用いてエッチング加工を行う際には、まず、噴射ノズル41からエッチング液5を一定時間噴射する。その後一旦、エッチング液5の噴射を停止し、液切ノズル56から、ガス流体55を噴霧し、余剰のエッチング液5およびスラッジを排出することができる。液切ノズル56から噴射するのは、ガス流体ならいずれも使用可能であるが、安価な空気が好ましい。液体や気液2相を噴射することも可能であるが、その場合、エッチング液5による意図しないエッチング加工を抑制するため、エッチング液5を希釈または中和するような液体を選択することが望ましい。工業的には水などの適用も可能である。
When performing etching using the liquid cutting nozzle 56, first, the
噴射ノズル41と液切ノズル56は、加工面すべての位置でエッチング液5およびスラッジを除去できれば、一体になって同じに移動しても構わない。しかしながら、一体になって移動する場合は、噴射ノズル41がエッチング液5の噴射を完了した後に、液切の必要な箇所まで再び液切ノズル56を移動させる必要がある。このため、エッチング液5の噴射と、液切用のガス流体55の噴射との切り替えには時間を要する。したがって、エッチング液5の噴射と液切用のガス流体55の噴射との切り替えが早くできるように、液切ノズル56は単独で移動することが、望ましい。
The
図15は、同じ液切ノズル56による例であるが、液切ノズル56を固定する一方で加工対象である金型2を回転させている。加工対象である金型2が回転することによって、液切ノズル56やエッチング液噴射ノズル41の移動装置が不要となるため、構造が簡便にできる。
FIG. 15 shows an example using the same liquid cutting nozzle 56, but the
以下、3次元自由曲面を有する金型を想定した試作ブロックにおける加工試験を例に、具体的事例について説明する。図16に試験に用いたブロック150の形状を示す。ブロック150の形状は頂部の4つの角の湾曲部がそれぞれ異なる曲率で構成され、角と角の間は連続的に滑らかに連なり稜線に沿って湾曲部が連続的に変化している3次元形状を成している。各寸法は、平面での1辺長a=d=100mm、高さb=80mm、加工高さc=50mm、各角の半径(3次元)e=R10mm、f=R20mm、g=R30mm、h=R40mmである。 Specific examples will be described below by taking a processing test in a prototype block assuming a mold having a three-dimensional free-form surface as an example. FIG. 16 shows the shape of the block 150 used in the test. The shape of the block 150 is a three-dimensional shape in which the curved portions of the four corners of the top portion are configured with different curvatures, and the curved portions continuously change along the ridge line continuously and smoothly between the corners. Is made. Each dimension is one side length a = d = 100 mm, height b = 80 mm, machining height c = 50 mm, radius of each corner (three dimensions) e = R10 mm, f = R20 mm, g = R30 mm, h = R40 mm.
表1に加工試験を行った結果として、加工所要時間を一覧にし、比較した。図16のそれぞれで斜線で図示した部位(表面)に凹凸加工を施す試験を行い、図示A(水平部)B(R部)C(垂直部)の各加工深さについて比較した。ブロック150はいずれも同じダイス鋼SKD61であり、焼入れなど熱処理は行っていない。ブロック150の表面粗さは、通常の機械加工表面で25Sである。 As a result of performing the processing test in Table 1, the time required for processing was listed and compared. In each of FIGS. 16A and 16B, a test was performed in which unevenness processing was performed on a portion (surface) indicated by oblique lines, and each processing depth of A (horizontal portion) B (R portion) C (vertical portion) was compared. All of the blocks 150 are the same die steel SKD61 and are not subjected to heat treatment such as quenching. The surface roughness of the block 150 is 25S on a normal machined surface.
ブロック150の表面に形成された凸部のサイズは、円柱状の突起で、突起の直径に対しその1.3倍のピッチで千鳥に配置し、直径3mmピッチ4mm(以下、φ3p4とする)とした。また、凸部の高さは0.5mmとした。 The size of the protrusion formed on the surface of the block 150 is a cylindrical protrusion, arranged in a staggered manner at a pitch 1.3 times the diameter of the protrusion, and a diameter of 3 mm and a pitch of 4 mm (hereinafter referred to as φ3p4). did. Moreover, the height of the convex part was 0.5 mm.
その結果を表1に示す。評価としては、各面の凸高さのうちAの深さとCの深さとの比が1.5以内に入った場合に○とし、その値が1に近ければ近いほど均一な加工であり、より良好であるとした。 The results are shown in Table 1. As an evaluation, when the ratio of the depth of A to the depth of C of the convex heights of each surface is within 1.5, the processing is more uniform as the value is closer to 1, It was considered better.
従来技術では、図16のブロック150について、φ3p4の凸を0.5mmの高さで加工した。シートには熱可塑性である塩化ビニルシートを用い、当該ブロック形状における真空成形においても引きちぎられることのない0.5mmの厚さのものを用いた。シートにはφ3p4の凹凸形状のパターンを黒色インク(油性)により印刷した。この際、真空成形時のシートの伸びを予め計測し、真空成形後にシートが3次元形状のマスキングを形成した時点で凹凸形状のパターンがφ3p4になるようにシートの平面印刷時の凹凸形状のパターンを部分的に変形させた凹凸形状のパターンを印刷した。 In the prior art, the projection of φ3p4 was processed at a height of 0.5 mm for the block 150 in FIG. A vinyl chloride sheet that is thermoplastic is used as the sheet, and a sheet having a thickness of 0.5 mm that is not torn in vacuum forming in the block shape is used. On the sheet, a concavo-convex pattern of φ3p4 was printed with black ink (oil). At this time, the elongation of the sheet at the time of vacuum forming is measured in advance, and the uneven pattern at the time of planar printing of the sheet is such that the uneven pattern becomes φ3p4 when the sheet forms a three-dimensional masking after vacuum forming. A pattern having a concavo-convex shape obtained by partially deforming was printed.
加工対象であるブロック150には最初にレジスト膜として紫外線波長の光の照射によって強固に硬化・定着する光硬化型の樹脂を用い、0.1mmの厚さで均等に吹きつけて成膜させた。凹凸加工をしない部位には、後のエッチングで侵食されないよう、耐薬品性の保護被膜を貼り付けている。 First, the block 150 to be processed was formed by spraying uniformly with a thickness of 0.1 mm using a photo-curing resin that is firmly cured and fixed by irradiation with light of ultraviolet wavelength as a resist film. . A chemical-resistant protective film is attached to the portion where the unevenness is not processed so that it is not eroded by later etching.
レジスト膜および保護被膜を施したブロック150に、図9に示した真空成形装置8によりフォトレジストによるパターニンングを行った後、さらにウエットエッチングである塩化第二鉄溶液による化学エッチングを行い、所定の深さである0.5mmを目標にエッチング加工を行っている。3次元マスキングは、真空成形にて行った。真空成形時のシートの加熱温度は150℃とし、真空装置の負圧は−0.02MPaとした。
The block 150 with the resist film and the protective film is subjected to patterning with a photoresist by the
エッチングは、パターニングしたレジスト膜を伴ったブロックを槽の中において、塩化第二鉄溶液を複数のノズルで各面に対し噴射して行った。化学エッチングの化学反応速度を高めるために、塩化第二鉄溶液は40℃に加熱・保温している。 Etching was performed by spraying a ferric chloride solution onto each surface with a plurality of nozzles in a tank with a patterned resist film. In order to increase the chemical reaction rate of chemical etching, the ferric chloride solution is heated and kept at 40 ° C.
実施例1では、エッチング加工以外の工程は従来技術と同じ処理を行って加工している。エッチング加工については、図10(a)に示す装置を用いている。このとき、噴射ノズル41は5つ設け、1つの噴射ノズル41aはブロック150の水平面側から水平面に対して噴射するように配置した。それ以外の4つのノズル41b〜41eは、各垂直面に対して噴射するように配置した。噴射ノズル41の噴射圧と噴射量は、各面で概ねその面の範囲で均等にエッチング液5が吹きかかるように、噴射圧と噴射量を調整した。エッチング液の温度はいずれも30℃とした。
In Example 1, the processes other than the etching process are performed by performing the same process as that of the conventional technique. For the etching process, the apparatus shown in FIG. At this time, five
実施例2では、実施例1とおなじ図10(a)に示す装置を用いており、エッチング液5の温度は熱交換器43を通すことで、ブロック150の上面に対する1つのノズル41aからは30℃にて、垂直面に対する4つのノズル41b〜41eからは45℃として噴射した。
In the second embodiment, the same apparatus as shown in FIG. 10A is used as in the first embodiment, and the temperature of the
実施例3では図10(b)による装置を用いている。ここでは、エッチング液5の温度ではなく、エッチング液5の濃度を各面毎に異ならせ、水平面2bに対する1つのノズル41aからの濃度比を1として,垂直面に対する4つのノズル41b〜41eからは濃度比を1.2として噴射した。その面内でおのおの、余剰な加工液を吸引ノズル45にて回収した。
In Example 3, the apparatus shown in FIG. 10B is used. Here, not the temperature of the
実施例4では、図11(a)に示す装置にてエッチング加工を行った。それ以外の工程は従来技術と同じである。ここでは、エッチング液噴射ノズル41と加工面温度調整用の温度調節ノズル47からなるノズルユニットを5つ設けている。1つのノズルユニットはブロック150の水平面側から水平面に対して噴射するように配置し、それ以外の4つのノズルユニットは、各垂直面に対して噴射するように配置した。加工面温度調整用の水はそれぞれのノズルユニット毎で熱交換器48を通すことで、温度調節される。ブロック150の上面に対する1つのノズルユニットから噴射される水は45℃にて、垂直面に対する4つのノズルユニットからは60℃として噴射した。エッチング液5の温度は熱交換器43を通すことで、水平面に対する1つのノズル41aからは30℃にて、垂直面に対する4つのノズル41b〜41eからは45℃として噴射した。エッチング液5および水の噴射は、各面で概ねその面の範囲で均等に吹きかかるようにそれぞれ噴射圧と噴射量を調整した。
In Example 4, etching was performed with the apparatus shown in FIG. The other processes are the same as in the prior art. Here, five nozzle units each including an etching
まず、加工面温度調整用の水を加工対象のブロック150の温度が概ね一定になるまで噴射し続け、停止した後、エッチング液を1分間噴射した。そして、一連の水噴射とエッチング液噴射の切り替えを繰り返し、所定の深さまでの凹凸加工を行った。ちなみに、図11(b)のように温度調節ノズル47とエッチング液噴射ノズル41を同一のノズルにし、水とエッチング液5を、同一のエッチング液噴射ノズル41から交互に切り替えて噴射することでも同様な結果が得られる。
First, water for adjusting the processing surface temperature was continuously sprayed until the temperature of the block 150 to be processed became substantially constant, and after stopping, the etching liquid was sprayed for 1 minute. Then, a series of switching between water injection and etching solution injection was repeated, and uneven processing up to a predetermined depth was performed. Incidentally, as shown in FIG. 11B, the
実施例5では、図12に示す装置にてエッチング加工を行った。それ以外の工程は従来技術と同じである。このとき、噴射ノズル41は5つ設け、1つの噴射ノズル41aはブロック150の水平面側から水平面に対して噴射するように配置し、それ以外の4つの噴射ノズル41b〜41eは、各垂直面に対して噴射するように配置した。噴射ノズル41の噴射は、各面で概ねその面の範囲で均等にエッチング液が吹きかかるように、噴射圧と噴射量を調整した。そして、噴射ノズル41とは別に、照射ランプ49として5つの赤外線ランプを設けている。1つの照射ランプ49aは、ブロック150の水平面側から水平面に対して照射するように配置し、それ以外の4つの照射ランプ49b〜49e、は各垂直面に対して照射するように配置した。そして、照射ランプ49の照射強度を調整して、水平面は40〜45℃に、垂直各面は65〜70℃に調整した。エッチング液5の温度は熱交換器43を通すことで、水平面に対する1つの噴射ノズル41aからは30℃にて,垂直面に対する4つの噴射ノズル41b〜41eからは45℃として噴射した。各加工面の昇温に要する照射時間を5分とし、加熱終了後に照射ランプ49を消した後、1分間エッチング液5を噴射した。一連の照射ランプ49照射とエッチング液5の噴射を繰り返すことで、所定の深さまでの凹凸加工を行っている。
In Example 5, etching was performed with the apparatus shown in FIG. The other processes are the same as in the prior art. At this time, five
実施例6では、図13に示す装置にてエッチング加工を行った。それ以外の工程は従来技術と同じである。ここでは、エッチング液5を噴射する噴射ノズル41を3つ設けている。1つは水平面側から水平面に向け噴射し、2つは回転テーブル51の中心に向け45°で対角に配置し、回転する垂直面に向けて噴射した。回転テーブル51の回転速度は、100rpmとし、加工対象ブロック150の平面重心位置と回転テーブル51の回転中心とを一致させて固定し、回転テーブル51とともに回転するようにしている。エッチング液5の温度は熱交換器43を通すことで各噴射ノズル41から45℃として噴射した。
In Example 6, etching was performed using the apparatus shown in FIG. The other processes are the same as in the prior art. Here, three
実施例7では図14に示す装置にてエッチング加工を行った。それ以外の工程は従来技術と同じである。ここでは、首振りが可能な液切ノズル56と噴射ノズル41とからなるノズルユニットを5つ設けている。1つのノズルユニットは、ブロック150の水平面側から水平面に対して噴射および液切するように配置し、それ以外の4つのノズルユニットは各垂直面に対して噴射および液切するように配置した。液切ノズル56には平行噴流タイプを用いており、空気を流速10m/sで加工対象ブロックに吹き付けて、スラッジおよび余剰のエッチング液5を排除できるようにした。そして、まず、エッチング液5を10秒間噴射した後、液切ノズル56の首を振らせながら液切ノズル56から10秒間空気を噴射した。一連のエッチング液5の噴射と液切の切り替えを繰り返し、所定の深さまでの凹凸加工を行った。このとき、いずれのノズルユニットもエッチング液5の温度は45℃としている。
In Example 7, etching was performed using the apparatus shown in FIG. The other processes are the same as in the prior art. Here, five nozzle units including the liquid cutting nozzle 56 and the
実施例8は、エッチング液5の温度を水平面に対する1つの噴射ノズル41aからは30℃にて,垂直面に対する4つの噴射ノズル41b〜eからは45℃として、それ以外は実施例7と同じ条件で凹凸加工した場合である。ちなみに、液切ノズル56の首振りを行わずに、図15に示すように、回転テーブル51の上で金型を回転させながらエッチング加工を行ってもほぼ同様な結果が得られる。
In the eighth embodiment, the temperature of the
実施例9は実施例8と同様な条件で凹凸加工を進め、実施例8よりも深く加工した場合である。 Example 9 is a case where the concave and convex processing was advanced under the same conditions as in Example 8 and processed deeper than Example 8.
実施例1〜9の結果を表1に示す。表1に示すように、従来技術に対し、本願発明による実施例1〜9のいずれもA/Cの値が0.5〜1.5の範囲であり、3次元形状の金型の表面に加工面の水平度によらず均一な凹凸加工ができた。 The results of Examples 1-9 are shown in Table 1. As shown in Table 1, with respect to the prior art, all of Examples 1 to 9 according to the present invention have an A / C value in the range of 0.5 to 1.5, and the surface of the three-dimensional mold is Uniform uneven processing was possible regardless of the level of the processed surface.
本発明は、例えば熱間プレス用金型の製造において良好な凹凸表面を有する金型を製造する際に有用である。 The present invention is useful, for example, in producing a mold having a good uneven surface in the production of a hot press mold.
1 シート
1a 印刷シート
1b 軟化シート
2 金型
3 3次元マスキング
4 レジスト膜
4a 硬化・定着レジスト膜
5 エッチング液
6 光
7 現像液
8 真空形成装置
9 台座
10 吸引孔
11 開口部
15 露光ランプ
21 台座
22 軟化装置
23 露光装置
24 マスキング成形装置
31 真空空間
32 レール
33 スライド装置
34 クランプ
35 ヒーター
36 レフ板
37 ケース
38 ガイド装置
41 噴射ノズル
43 熱交換器
45 吸引ノズル
46 流体
47 温度調節ノズル
48 熱交換器
49 照射ランプ
51 回転テーブル
55 ガス流体
56 液切ノズル
P1 配管
P2 配管
P3 配管
P4 配管
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記軟化したシートを、前記金型またはそれと同形状の型の表面に密着し、その後当該シートを硬化して3次元形状のマスキングを形成し、
前記3次元形状のマスキングを、レジスト膜が成膜された前記金型に密着させ、露光により前記加工形状のパターンを前記レジスト膜に転写、現像し、その後、
エッチング液により前記金型に転写された前記加工形状のパターンを前記金型表面に形成することにより流路となる空隙を前記金型の表面に設ける、熱間プレス成形用金型の製造方法であって、
複数の噴射ノズルによりエッチング液を金型表面に噴射し、当該金型の加工面の水平度に応じて、次の(a)から(e)の1種または2種以上を制御することを特徴とする熱間プレス成形用金型の製造方法。
(a)エッチング液の前記金型表面上での温度
(b)エッチング液の濃度
(c)エッチング液の前記金型表面上での流速
(d)エッチング液の前記金型表面上での滞留時間
(e)金型表面温度 Soften the sheet on which the pattern of the processed shape to be applied to the surface of the three-dimensional mold is formed,
The softened sheet is adhered to the surface of the mold or the same shape of the mold, and then the sheet is cured to form a three-dimensional masking;
The mask of the three-dimensional shape is brought into close contact with the mold on which a resist film is formed, and the pattern of the processed shape is transferred to the resist film by exposure and developed.
A method for producing a hot press molding die , wherein a gap serving as a flow path is provided on the surface of the mold by forming a pattern of the processed shape transferred to the mold by an etching solution on the surface of the mold. There,
Etching liquid is sprayed onto the mold surface by a plurality of spray nozzles, and one or more of the following (a) to (e) are controlled according to the level of the processed surface of the mold. A method for manufacturing a hot press mold.
(A) Temperature of etchant on the mold surface (b) Concentration of etchant (c) Flow rate of etchant on the mold surface (d) Residence time of etchant on the mold surface (E) Mold surface temperature
前記噴射ノズルにより噴射する前記エッチング液の温度を制御することを特徴とする、請求項1に記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。 The control of (a) is as follows:
The method of manufacturing a hot press molding die according to claim 1, wherein the temperature of the etching solution sprayed by the spray nozzle is controlled.
空気若しくは水の噴射と同時に行うか、または空気若しくは水を噴射した後に行い、
前記噴射する空気若しくは前記水の温度を制御することにより、次の(a)から(e)の1種または2種以上をさらに制御することを特徴とする、請求項1または2に記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(a)エッチング液の前記金型表面上での温度
(b)エッチング液の濃度
(c)エッチング液の前記金型表面上での流速
(d)エッチング液の前記金型表面上での滞留時間
(e)金型表面温度 The etching liquid is sprayed onto the mold surface.
Performed at the same time as the injection of air or water, or after the injection of air or water,
The heat according to claim 1 or 2, further comprising controlling one or more of the following (a) to (e) by controlling a temperature of the air or water to be injected. A method of manufacturing a mold for hot press molding.
(A) Temperature of etchant on the mold surface (b) Concentration of etchant (c) Flow rate of etchant on the mold surface (d) Residence time of etchant on the mold surface (E) Mold surface temperature
前記噴射する空気を制御することにより、次の(a)、(c)、(d)、(e)の1種または2種以上をさらに制御することを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(a)エッチング液の前記金型表面上での温度
(c)エッチング液の前記金型表面上での流速
(d)エッチング液の前記金型表面上での滞留時間
(e)金型表面温度 The etching liquid is sprayed onto the mold surface at the same time as air is sprayed at a predetermined time interval.
The one or more of the following (a), (c), (d), and (e) are further controlled by controlling the air to be injected. A method for producing a hot press molding die according to any one of the above.
(A) Temperature of etchant on the mold surface (c) Flow rate of etchant on the mold surface (d) Residence time of etchant on the mold surface (e) Mold surface temperature
前記金型表面への輻射加熱と同時に行い、
前記輻射加熱を制御することにより、次の(a)、(e)の1種または2種をさらに制御することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(a)エッチング液の前記金型表面上での温度
(e)金型表面温度 The etching liquid is sprayed onto the mold surface.
Performed simultaneously with radiant heating to the mold surface,
5. The hot press-molding metal according to claim 1, wherein one or two of the following (a) and (e) are further controlled by controlling the radiant heating: 5. Mold manufacturing method.
(A) Temperature of the etching solution on the mold surface (e) Mold surface temperature
前記金型表面へのエッチング液の噴射は、前記金型への遠心力の付与と同時に、または遠心力の付与後に行い、
前記遠心力を制御することにより、次の(c)、(d)、の1種または2種をさらに制御することを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。
(c)エッチング液の前記金型表面上での流速
(d)エッチング液の前記金型表面上での滞留時間 The mold is given a centrifugal force by rotating,
The spray of the etching liquid onto the mold surface is performed simultaneously with the application of the centrifugal force to the mold or after the application of the centrifugal force,
The hot press molding according to any one of claims 1 to 5, wherein one or two of the following (c) and (d) are further controlled by controlling the centrifugal force: Mold manufacturing method.
(C) Flow rate of etchant on the mold surface (d) Residence time of etchant on the mold surface
前記シートに前記加工形状のパターンを印刷することで形成されることを特徴とする、請求項1〜6の何れかに記載の熱間プレス成形用金型の製造方法。 The pattern of the processed shape formed on the sheet is
It forms by printing the pattern of the said process shape on the said sheet | seat, The manufacturing method of the hot press molding metal mold | die in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
前記金型の表面に施す加工形状のパターンを形成したシートを軟化する装置と、
前記軟化したシートを真空成形により3次元形状に成形する装置と、
露光により前記3次元形状に成形されたシートの加工形状のパターンを、前記金型表面に成膜したレジスト膜に転写、現像する装置と、
請求項1〜6のいずれかに記載のエッチング方法により金型表面の不要な表面を除去し、金型表面に凹凸形状を加工する装置と、を有することを特徴とする熱間プレス成形用金型の製造装置。 An apparatus for processing a predetermined shape on the surface of a mold after processing the shape of a hot press molding mold,
An apparatus for softening a sheet on which a pattern of a processed shape applied to the surface of the mold is formed;
An apparatus for forming the softened sheet into a three-dimensional shape by vacuum forming;
An apparatus for transferring and developing a pattern of a processed shape of a sheet formed into a three-dimensional shape by exposure to a resist film formed on the mold surface;
A hot press molding die comprising: an apparatus for removing an unnecessary surface of a mold surface by the etching method according to any one of claims 1 to 6 and processing an uneven shape on the mold surface. Mold manufacturing equipment.
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