JP2004154998A

JP2004154998A - 成形用金型および成形用金型の製造方法

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Publication number: JP2004154998A
Application number: JP2002321526A
Authority: JP
Inventors: Fumio Inoue; 文雄井上
Original assignee: Fujii Mekki Kogyo Kk
Current assignee: Fujii Mekki Kogyo Kk
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: JP4040434B2

Abstract

【課題】種々の成形材料に対する離型性が向上されている成形用金型を提供する。
【解決手段】成形用金型１は、成形面２ａに、表側面が凹凸状３ａ，３ｂに形成されたメッキ層３と、凹凸状３ａ，３ｂのメッキ層３上に形成されており、表面が凹凸状のセラミック層５とを備えている。成形用金型１は、セラミック層５の表面が凹凸状に形成されているため、成形材料との離型性が良く、また成形時にガスが発生する場合も良好にガスが抜ける。また、セラミック層５は、表側面が凹凸状に形成されたメッキ層３の上に設けられているため、剥落しにくい。また、金型本体２の成形面２ａの上にメッキ層３とセラミック層５とが設けられているため、成形面２ａの破損が良好に抑制されるとともに、メッキ層３とセラミック層５が消耗したときは、付与し直すことで再生できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、成形用金型および成形用金型の製造方法に関し、特に高分子材料の成形に利用される成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムや樹脂などの高分子材料を成形するための金型では、成形材料の金型からの離型を良くするため、金型の成形面に離型剤を塗布するのが一般的である。しかし、離型剤は成形面に頻繁に塗布する工程や、離型剤が付着した成形品を洗浄する工程などが増え、成形工程が煩雑となる。また、離型剤によって成形面と成形材料との間が密着して、成形時に発生するガスを十分抜くことができず、望ましい寸法精度が得られないこともある。
液状の離型剤を用いずに離型するために、成形面にフッ素樹脂の被膜を設けた成形型がある（例えば、特許文献１参照。）。この成形型では、離型剤を塗布したり、成形品から離型剤を除去したりする工程が必要とされず、工程が単純であり、また、離型剤や洗浄剤などの薬品類を必要としない。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２８１２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、新しい成形材料などには、フッ素樹脂に対して反応活性を有したり、濡れが良好な材料も存在し、離型剤を用いずに良好な成形が行えない場合がある。
そこで、本発明では、種々の成形材料に対する離型性が向上されている成形用金型を提供することを課題とする。
また、本発明では、種々の成形材料に対する離型性が向上されている成形面を備える成形用金型を製造する方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、成形面に、表側面が凹凸状に形成されたメッキ層と、この凹凸状のメッキ層上に形成されており、表面が凹凸状のセラミック層とを備えている成形用金型である。
この金型は、セラミック層の表面が凹凸状に形成されているため、成形材料との離型性が良く、また成形時にガスが発生する場合も良好にガスが抜ける。また、セラミック層は、表側面が凹凸状に形成されたメッキ層の上に設けられているため、剥落しにくい。また、金型の成形面の上にメッキ層とセラミック層とが設けられているため、成形面の破損が良好に抑制されるとともに、セラミック層やメッキ層が消耗した場合には、メッキ層とセラミック層とを付与し直すことで再生できる。
なお、本明細書において、表面について「凹凸状」とは、特に表面を研磨等しない状態、例えば、セラミック粒子の凹凸が残っているような状態や、凹凸を有するように表面処理した状態を含む。
【０００６】
本発明では、また、成形面に、表側面が凹凸状に形成されたメッキ層と、この凹凸状のメッキ層上に形成されているシリコーン層とを備えている成形用金型を提供する。
この金型は、シリコーン層が表面に設けられているため、成形材料、特にゴム材料との離型性が良い。また、シリコーン層は、表側面が凹凸状に形成されたメッキ層の上に設けられているため、剥落しにくい。また、金型の成形面の上にメッキ層とシリコーン層とが設けられているため、成形面の破損が良好に抑制されるとともに、シリコーン層やメッキ層が消耗した場合には、メッキ層とシリコーン層とを付与し直すことで再生できる。なお、シリコーン層においても、表面が凹凸状に形成されていると、ガス抜き性や離型性が向上される。
【０００７】
また、本発明では、成形用金型の製造方法であって、金型の成形面をメッキ処理する工程と、メッキ処理によって得られるメッキ層をブラスト処理する工程と、前記メッキ層上にセラミック層またはシリコーン層を付与する工程とを備える成形用金型の製造方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る成形用金型は、樹脂材料、エラストマー材料、ゴム材料などの高分子材料を成形するための金型に適するが、金属、ガラス、あるいはセラミックなどの無機材料を成形するための金型にも適用し得るものである。
図１に、本発明の一実施の形態に係る成形用金型の成形面の断面を示す。この成形用金型１は、金型本体２の成形面２ａにメッキ層３を備えており、メッキ層３の上にセラミック層５を備えている。
【０００９】
金型本体２は、ステンレス鋼、亜鉛合金、アルミ合金、ベリリウム銅合金など公知の材料から成り、公知の方法で形成されている。また、金型本体２の成形面２ａは、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、ナイテンパー処理など、公知の表面処理が施されていても良い。成形面２ａ上にメッキ層３が設けられている場合は、金型本体２は、メッキ材料との固着性が良い材料よりなることが好ましい。
【００１０】
メッキ層３は、成形面２ａ上に設けられている被膜で、公知のメッキ法によって付与されている。メッキ層３は、例えば、硬質クロムやニッケル、ニッケル−リンなど種々のメッキ材料によって形成されている。メッキ層３は、成形材料に対して離型性の高い材料であることが好ましく、例えば、ゴム材料用の成形型では、硬質クロムメッキが好ましく、樹脂材料用の成形型では、ニッケル−リンメッキが好ましい。
【００１１】
メッキ層３の表側の面は、凹凸状に形成されている。本実施形態では、緩やかな凹凸状３ｂと、細かい凹凸状３ａとを備えている。緩やかな凹凸状３ｂは、メッキ処理によって自然に、または部分的に厚みを調節したメッキ処理によって形成される。また、細かい凹凸状３ａは、メッキ層３を形成後に抉る、削る、盛るなどの粗面によって形成される。細かい凹凸状３ａが多く設けられていると、メッキ層３の表面概形が金型本体２の成形面２ａの形状にほぼ等しい状態で、表面積が増大されるため、好ましい。また、細かい凹凸状３ａのように角部を備える凹凸が形成されていると、後述するセラミック層５が良好に嵌合状に固着されるため、好ましい。なお、細かい凹凸状３ａの高低差は特に限定されないが、図１に示すように、金型本体２の表面に到達しないように形成されていることが好ましい。
【００１２】
セラミック層５は、メッキ層３の上に設けられているセラミック粒子を含有する層である。セラミック層５は、メッキ層３の凹凸状３ａ，３ｂにほぼ沿って密着している。セラミック層５は、種々の厚みで良いが、好ましくは、２μｍ以上３μｍ以下とされる。また、セラミック粒子の大きさは、特に限定されないが、セラミック層５の厚み以下であり、好ましくは１μｍ以下である。
【００１３】
セラミック層５に含有されるセラミック材料は、例えば、ちっ化ほう素（ＢＮ）、ちっ化チタン（ＴｉＮ）、ちっ化ケイ素（ＳｉＮ）などのちっ化物、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）や酸化鉄や酸化クロムなどの酸化物、またタルクやシリカ−アルミナなど種々の複合酸化物、あるいは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）などの炭化物を挙げることができ、これらよりなる群から選択される１以上の化合物を用いることができる。高分子材料のための成形用金型では、好ましくは、セラミック層５は、ちっ化ほう素を主に含有する。
【００１４】
また、セラミック層５は、好ましくは、有機系または無機系のバインダ（結合剤）によって安定に成形用金型１に固着されている。このように利用できるバインダは、成形用金型１によって成形される材料との離型性や、成形時の温度に対する耐性を考慮して選択される。
例えば、無機系のバインダとしては、結晶化ガラスやホウケイ酸ガラスなどのガラス、ケイ酸、リン酸ケイ酸、酸化リチウムを挙げることができる。
【００１５】
また、有機系のバインダとしては、例えば、フェノール樹脂を初めとする芳香族ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルキレートなどのビニル樹脂や、エポキシ樹脂、化学修飾したセルロース、例えば、エチルヒドロキシセルロースやニトロセルロースなど、ポリエチレングリコール等を挙げることができる。
【００１６】
セラミック層５の表面は、凹凸状に形成されている。セラミック層５の表面の凹凸状は、セラミック層５が形成されるときに形成される自然な凹凸状が好ましい。具体的には、セラミック層５の付与むらによる緩やかな凹凸状や、セラミック粒子によって形成される凸部を備える凹凸状である。なお、セラミック層５の表面についても、メッキ層３と同様に、ブラスト処理などによって粗面に形成されていても良い。
【００１７】
この成形用金型１のセラミック層５が含有するセラミックは、一般に、高分子材料に対して良好な離型性を示す。このため、成形用金型１を用いてエラストマー材料などの高分子材料からなる成形体を成形して、良好に離型することができ、成形精度の良い成形体を得ることができる。
また、セラミック層５は、メッキ層３の凹凸状３ａ，３ｂに侵入した状態で付与されており、メッキ層３に安定に固着されている。このため、セラミック層５は、剥落しにくくなっている。特に、メッキ層３に細かい凹凸状３ａが設けられて、この凹凸状３ａに侵入した状態で設けられているセラミック層５は、より強固に固着しており、プラスチックビーズを用いる洗浄工程などにおいても剥落しにくい。したがって、離型剤を用いずに、洗浄しながら繰り返し成形工程に供することができる。また、金型本体２の成形面２ａにメッキ層３とセラミック層５とが設けられているため、成形面２ａが損傷しにくく、金型本体２の寿命が長くなっている。
【００１８】
次に、この成形用金型１を製造する方法の一実施形態について、特に成形面の形成工程について説明する。
（メッキ処理工程）
公知の方法によって成形された金型本体２の成形面２ａにメッキ処理する。メッキ処理は、公知の方法で良い。例えば、硬質クロムの場合は水溶液中で電気分解することで成形面２ａを被覆する膜状に形成することができ、メッキ層３とすることができる。また、ニッケル−リンの場合は、電気分解による膜形成後に加熱処理して硬化させることで、硬度を有するメッキ層３とすることができる。
メッキ層３の厚さは、特に限定されないが、メッキ層３の表側面を粗面化する場合、１０μｍ〜１５μｍ以上が好ましく、より好ましくは、１５〜２０μｍとされると、粗面化によって金型本体２の成形面２ａが露出するおそれが無い。
【００１９】
（粗面化工程）
次に、メッキ層３に細かい凹凸状３ａを形成するために、粗面化する。粗面化は、公知の種々の方法で行うことができるが、サンドブラストやショットブラスト等のブラスト処理が好ましい。ブラスト処理で使用されるブラスト材は、アルミナ質研削材や炭化ケイ素質研削材、ガラスビーズなど種々の材質のものが使用でき、球状でも鋭角形状でも良い。ブラスト材の粒度や組み合わせは、面の形状や成形材料との接触態様などに合わせて調整する。例えば、成形材料との摩擦が大きい部分やせん断応力がかかりやすい面には、凹凸状３ａが多く設けられてセラミック層５との接触面積が増大させるこことで、剥落しにくくすることができる。
【００２０】
（セラミック層付与工程）
その後、メッキ層３の上に、セラミック層５を付与する。セラミック層５は、塗装、あるいは化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）など種々の方法によって層状に付与できる。具体的には、上述のセラミック層５の成分をエアゾールやエマルションなどの分散体にして吹き付けたり、塗ったりすることで、層状に付与することができる。分散媒は、空気、水や揮発性の有機溶媒などを利用することができる。好ましくは、メッキ層３に形成された細かい凹凸状３ａに良好にセラミック層５の材料を供給できる方法が用いられる。
【００２１】
セラミック層５の付与工程では、セラミックを含有する材料を層状に付与したあと、適宜、加熱処理して焼き付けることができる。加熱処理することにより、より固着強度の大きいセラミック層５を良好に得ることができる。ここで、加熱処理では、高温で加熱すると、金型本体２に歪みなどの変形を生じたり、メッキ層３とセラミック層５とが反応して好ましい離型性を備える表面が得られなかったりするおそれがある。このため、例えば、硬質クロムのメッキ層３の上にセラミック層５を設ける場合、焼き付け処理は３５０℃未満で行われることが好ましく、より好ましくは２００℃以下とされる。このように利用できるセラミック層５の成分としては、例えば、常温乾燥で、好ましいセラミック層５が得られるホワイティコート（（株）オーデック製）を用いることができる。
【００２２】
この製造方法では、公知の方法で金型本体２の成形面２ａに硬質クロムなどのメッキ層３を形成し、メッキ層３の表側面を粗面化することで、セラミック層５を比較的低温で良好に固着させることができる。特に、ブラスト処理によってメッキ層３に凹凸状３ａを付与してセラミック層５との接触面積を増大させるとともに、セラミック層５をメッキ層３に食い込んだ形状に形成することができ、より強固にセラミック層５を固着させることができる。この方法により、より耐久性のあるセラミック層５が成形表面に設けられている成形金型を製造することができる。
【００２３】
また、セラミック層５が摩耗などによって消耗した場合は、ブラスト処理などによってセラミック層５を、または、メッキ層３とセラミック層５とを除去し、再度、セラミック層付与工程またはメッキ処理工程、粗面化工程およびセラミック層付与工程を行うことで、本実施形態の成形用金型に製造し直すことができる。したがって、繰り返しセラミック層５を付与し直すことで、より長く、より良好な離型性を保持させて金型本体２を使用することができる。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、セラミック層５に代えてシリコーン層が設けられる。シリコーン層は、公知のシリコーンより成る。シリコーン層は、典型的には、シリコーンプレポリマーを吹き付け、塗布等によってメッキ層３に層状に付与し、焼き付けなどによって重合させて皮膜状のシリコーンを形成することによって得ることができる。シリコーンプレポリマーは、炭化水素系の溶剤に溶解させることで液状に調製して、メッキ層３などの表面に付与できる。具体的には、例えば、１５０℃での加熱処理で耐久性の良い被膜を形成するパーマリース１０（Ｓｔｒｕｋｔｏｌ製）を用いることができる。
【００２５】
シリコーンは、凹凸状を有しない面上に焼き付けても比較的安定に固着されるが、特に、細かい凹凸状３ａを有する表面上に設けることによって、その固着強度が良好に増大されており、安定化されている。また、シリコーン層は、好ましくは、シリコーン表面を凹凸状に形成できる程度の凹凸状（例えば凹凸状３ｂ）を備える面上に形成されていることにより、その表面のガス抜き性や離型性が向上されている。なお、シリコーン層は、セラミック層５と同様、２〜３μｍの厚みを有することが好ましい。
シリコーン層を備える成形体においても、セラミック層５を備える成形体と同様の効果が得られる。特に、シリコーン層は、ゴム材料やエラストマー材料、とりわけゴム材料に対する離型性が高い。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
メッキ層を設けず、直接、金型本体の成形面にセラミック層またはシリコーン層を付与しても良い。この場合においても、成形面を凹凸状に形成してからセラミック層またはシリコーン層を付与することにより、セラミック層またはシリコーン層の金型本体への固着強度を高めることができ、好ましい。また、この場合、金型本体２の保護のためにセラミック層またはシリコーン層は、より厚く設けられても良い。
また、セラミック層またはシリコーン層が設けられる面は、例えば、剥落しやすい部分など、部分的に凹凸状に形成されていても良い。
【００２７】
本発明は、したがって、以下の成形用金型をも含むものである。
すなわち、成形面の表面に、表面が凹凸状のセラミック層を備えている高分子材料を成形するための成形用金型（１）を提供するものである。そして、この金型の成形面には、セラミック層が設けられており、種々の高分子材料に対してより高い離型性を有している。また、セラミック層の表面が凹凸状に形成されており、より離型性が向上されているとともに、成形時にガスが発生する場合もガスが抜けやすくなっている。したがって、この成形用金型を用いることで、種々の高分子材料について、離型性良く成形体を成形することができる。
また、成形面の表面に、表面が凹凸状のシリコーン層を備えている高分子材料を成形するための成形用金型（２）を提供するものである。この金型の成形面には、シリコーン層が設けられており、高分子材料、特にエラストマー材料やゴム材料に対してより高い離型性を有している。また、シリコーン層の表面が凹凸状に形成されており、離型性が向上されているとともに、成形時にガスが発生する場合もガスが抜けやすい。また、加硫工程にもよく耐えるものである。
また、これらの成形用金型（１）または（２）において、セラミック層またはシリコーン層は、凹凸状に形成された面上に形成されていると、セラミック層またはシリコーン層は成形用金型に、より強固に固着されて、剥落しにくく、セラミック層またはシリコーン層の耐久性が向上される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では、種々の成形材料に対する離型性が向上されている成形用金型およびその製造方法を提供することにより、良好に種々の材料より成る成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる成形用金型の成形面を含む断面図である。
【符号の説明】
１成形用金型
２金型本体
２ａ成形面
３メッキ層
３ａ，３ｂ凹凸状
５セラミック層

Claims

成形面に、
表側面が凹凸状に形成されたメッキ層と、
この凹凸状のメッキ層上に形成されており、表面が凹凸状のセラミック層と
を備えている、成形用金型。
成形面に、
表側面が凹凸状に形成されたメッキ層と、
この凹凸状のメッキ層上に形成されているシリコーン層と
を備えている、成形用金型。
成形用金型の製造方法であって、
金型の成形面をメッキ処理する工程と、
メッキ処理によって得られるメッキ層をブラスト処理する工程と、
前記メッキ層上にセラミック層またはシリコーン層を付与する工程と
を備える成形用金型の製造方法。