JP2010052279A

JP2010052279A - 成形型

Info

Publication number: JP2010052279A
Application number: JP2008219824A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tsuda; 斎津田; Mitsunobu Fukaya; 光信深谷
Original assignee: Toyota Boshoku Corp; Rosecc Co Ltd
Current assignee: Toyota Boshoku Corp; Rosecc Co Ltd
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP5239637B2

Abstract

【課題】高い耐久性を有する成形型を提供する。
【解決手段】本発明の成形型１０は、互いに開閉操作可能な第１金型２０と第２金型３０とを有し、両者の間に形成されたキャビティＣ内で成形品を成形する成形型であって、前記第１金型２０は、金型本体２２と、前記金型本体２２のうち前記キャビティＣ側の表面を被覆する被覆層２４とを有し、前記被覆層２４は、前記成形品の成形面を形成している位置にのみ配置されており、前記第１金型２０と前記第２金型３０とを閉じたときには、前記第１金型２０のうち前記被覆層２４は前記第２金型３０と非接触であり、前記金型本体２２が前記第２金型３０と接触していることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、互いに開閉操作可能な第１金型と第２金型とを有し、両者の間にキャビティが形成された成形型に関する。

従来、一対の金型部材により囲まれたキャビティ内に溶融樹脂を射出して樹脂成形品を成形する成形装置が知られている（下記特許文献１参照）。この成形装置は、一対の金型部材が開閉操作可能となっており、金型部材同士を閉じたときには、一対の金型部材は互いに対向する面の一部が接触する構成となっている。

特開２００１−３００９４１公報

ところで、キャビティ内に溶融樹脂を射出して成形品を成形する成形装置においては、キャビティ内における溶融樹脂の流動性を改善するために、金型部材のうちキャビティを構成する表面全体にセラミックス層を設けることが望ましい。しかし、上記特許文献１に記載の成形装置は、一方の金型部材に設けられたセラミックス層と他方の金型部材の金属面とのクリアランスが０．０３ｍｍ以下と非常に小さいものとなっている。したがって、この特許文献１に記載の成形装置において、キャビティを構成する一対の金型部材のどちらか一方のうち他方の金型部材と対向する面にセラミックス層を形成すると、どちらか一方の金型部材に設けられたセラミックス層と他方の金型部材の金属面とが接触する場合がある。かかる成形装置で金型部材の開閉操作を繰り返した場合には、一方の金型部材に設けられたセラミックス層が離間状態から他方の金型部材の金属面に接触する際に生じる衝撃を繰り返し受けることとなる。この場合、セラミックス層は、一般に金属に比べて脆性破壊し易いため、接触動作が繰り返されることにより、当該セラミックス層が破損するおそれがある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであって、高い耐久性を有する成形型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の成形型は、互いに開閉操作可能な第１金型と第２金型とを有し、両者の間に形成されたキャビティ内で成形品を成形する成形型であって、前記第１金型は、金型本体と、前記金型本体のうち前記キャビティ側の表面を被覆する被覆層とを有し、前記被覆層は、前記成形品の成形面を形成している位置にのみ配置されており、前記第１金型と前記第２金型とを閉じたときには、前記第１金型のうち前記被覆層は前記第２金型と非接触であり、前記金型本体が前記第２金型と接触していることを特徴とする。

このような構成によれば、第１金型と第２金型との開閉操作が繰り返された場合にも、第１金型の被覆層は第２金型と接触しないため、開閉操作に起因する破損は生じない。一方、第１金型の金型本体は第２金型との接触動作を繰り返すものの、互いに金属同士であるため破損のおそれがない。したがって、金型の破損を防止することができ、高い耐久性を有する成形型を実現することができる。

さらに、第１金型の被覆層は、第２金型と非接触であるため、機械的強度の制約を受け難く、当該被覆層に対して脆性破壊し易い材料をも採用することができる。したがって、被覆層の構成及び材料に対する選択の幅が広がるため、第１金型のキャビティ側の表面、特に成形品の成形面を形成している位置に種々の特性を付与することができる。

また、本発明の成形型において、前記被覆層は、セラミックス層を含むものとすることができる。
このように、金型の表面を、断熱性に優れたセラミックス層で被覆することにより、キャビティ内の溶融樹脂を冷めにくくすることができ、その流動性の低下を抑制することができる。特に、セラミックス材料は金属に比べて脆性破壊し易いものの、被覆層は第２金型と非接触であるために、セラミックス層が破損することを防止することができる。

また、前記被覆層は、２つの前記セラミックス層の間に導電層が挟持された構成とすることができる。
このような構成によれば、セラミックス層が絶縁層として機能することで、導電層に電流を流したときに当該導電層が発熱する。したがって、被覆層がヒーターとして機能することとなる。このような被覆層が、金型本体の表面に設けられることによって、溶融樹脂に極めて近い位置にヒーターを設置することが可能となり、溶融樹脂の温度を正確に調整することが可能となる。さらに、当該被覆層は第２金型と非接触であるため、ヒーターを構成するセラミックス層が破損することを防止することができる。

特に、前記導電層はＮｉＣｒ層とすることができる。
このように、ＮｉＣｒ層からなる導電層を設けることにより、所定の発熱量を低コストで得ることができる。

また、前記被覆層の前記キャビティ側の表面には、金属層が形成されているものとすることができる。
例えば、樹脂成形品の表面にシボ加工を施す際に、キャビティ側の表面を金属層としておくことで、当該金属層に対して凹凸を形成し易く、樹脂成形品の表面に容易にシボ加工を施すことが可能となる。また、例えば第１金型のキャビティ側の表面にセラミックス層を被覆した場合には、当該セラミックス層の表面に金属層を形成することにより、当該セラミックス層を金型の取り扱い時の衝撃から保護することが可能となる。

本発明によれば、高い耐久性を有する成形型を実現することが可能となる。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１について図１ないし図３を用いて説明する。なお、本実施形態では成形型１０として、溶融樹脂を射出して熱可塑性樹脂製の成形体を成形するための射出成形型を例示して説明する。
図１は、本実施形態に係る成形型１０の断面図であり、当該成形型１０が閉じた状態を示している。また、図２は、同じく成形型１０の断面図であり、当該成形型１０が開いた状態を示している。

図１に示すように、成形型１０は、台座状の基台１２の上面に第２金型３０が設置され、当該第２金型３０の上方に第１金型２０が設置された構成となっている。さらに、第１金型２０の上部には、溶融樹脂を射出するための射出装置４０が設置されている。基台１２及び第２金型３０はともに鉄製であり、第２金型３０は基台１２の上面に固定されている。

第１金型２０は、油圧シリンダ（図示せず）によって上下動させることが可能となっている。図１に示すように、第１金型２０が下方に移動したときには、当該第１金型２０と第２金型３０とが、それぞれの一部を接触させて互いに閉じた状態となる。一方、図２に示すように、第１金型２０が上方に移動したときには、当該第１金型２０が第２金型３０から離間して互いに開いた状態となる。このように、本実施形態に係る成形型１０は、第１金型２０及び第２金型３０の開閉操作を行うことができる構成となっている。

この成形型１０は、例えば車両のドアトリムなどの車両用内装材５０を成形するために用いられる。図１に示すように、第１金型２０と第２金型３０とを閉じた状態では、両金型２０，３０の間に、溶融樹脂を流し込んで車両用内装材５０を成形するためのキャビティＣが形成されている。キャビティＣを構成する成形面のうち、第１金型２０により構成される上側面は第１成形面Ｃ１であり、本発明の「成形面」に対応しており、車両用内装材５０の意匠面を成形する面である。一方、第２金型３０により構成される下側面は、車両用内装材５０の裏側面を成形する第２成形面Ｃ２となっている。

図１に示すように、第１金型２０は、金型本体２２と、金型本体２２の表面の一部を被覆する被覆層２４と、被覆層２４のキャビティＣ側の表面に形成された金属層７０とから構成されている。金型本体２２は、鉄製であり、その内部には、射出装置４０のノズル４１から射出された溶融樹脂をキャビティＣ内に送り込むためのランナー２１が配設されている。このランナー２１の周囲には、溶融樹脂が冷えて固まることを防止するための加熱装置（図示せず）が必要に応じて設置されている。

図３は、成形型１０の要部を拡大して示す断面図である。図３に示すように、第１金型２０の第１成形面Ｃ１の周縁部は、鉛直方向ＶＬに対してキャビティＣ側に僅かに傾斜している。第１金型２０にこの傾斜面を設けることにより、成形後の車両用内装材５０を、第１金型２０から容易に取り外すことができる。なお、本来この傾斜角度は鉛直方向ＶＬに対して２°〜５°程度が好適であるが、図３では被覆層２４の構成を明確にするため、傾斜角度を本来よりも大きくして図示している。

被覆層２４は、金型本体２２のキャビティＣ側の表面全体に亘って形成されている。言いかえれば、被覆層２４は、車両用内装材５０の意匠面（成形面）を成形する第１金型２０の第１成形面Ｃ１にのみ形成されている。この被覆層２４は、ほぼ一定の厚さで形成されているものの、その周縁部では、下方の先端に向けてその厚さが次第に小さくなっている。そして、被覆層２４は、第２金型３０と対向する下方先端が尖形形状となっている。

このように、被覆層２４の第２金型３０側の先端が尖形形状となっているため、第１金型２０と第２金型３０とを閉じた状態において、被覆層２４は第２金型３０と接触しないものとなっている。一方、第１金型２０の金型本体２２と第２金型３０とは互いの対向面で接触している。すなわち、第１金型２０と第２金型３０との境界を示すパーティングラインＰＬにおいては、第１金型２０のうち金型本体２２のみが第２金型３０と接触している。

次に、被覆層２４の構成について詳細に説明する。
被覆層２４は、図３に示すように積層構造を有しており、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚さを有している。被覆層２４は、金型本体２２側から順に、第１セラミックス層６２、ＮｉＣｒ層６４、第２セラミックス層６６が積層した構成となっている。

第１セラミックス層６２及び第２セラミックス層６６は、本実施形態においては、絶縁層として機能するものである。これらセラミックス層６２，６６を形成するセラミックス材料は、特に限定されるものではなく、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等から適宜選択することができる。また、第１セラミックス層６２と第２セラミックス層６６とは、同一の材料で形成してもよく、あるいは異なる材料で形成してもよい。

ＮｉＣｒ層６４は、ニクロム系金属材料からなる層である。ニクロム系金属材料とは、Ｎｉ及びＣｒを含有する合金材料のことであるが、Ｎｉ及びＣｒ以外の他の金属（例えばＦｅ）を含有してもよい。ＮｉＣｒ層６４を形成するニクロム系金属材料は、通電により発熱することで面ヒーターとして機能し得る程度の抵抗値を有している。

ＮｉＣｒ層６４は、本発明における「導電層」として機能するものである。このＮｉＣｒ層６４は、第１セラミックス層６２と第２セラミックス層６６とにより挟持されている。より詳細には、ＮｉＣｒ層６４は、その表面全体が第１セラミックス層６２及び第２セラミックス層６６により覆われている。かかるＮｉＣｒ層６４には、リード線（図示せず）が接続されており、外部電源（図示せず）からＮｉＣｒ層６４に電流を流すことが可能となっている。

このように、導電層たるＮｉＣｒ層６４は、絶縁層たるセラミックス層６２，６６に挟持されることで周囲の部材と絶縁されているため、ＮｉＣｒ層６４に流された電流が漏電することはない。ＮｉＣｒ層６４に流された電流は、熱エネルギーに変換されて当該ＮｉＣｒ層６４から放散される。その結果、当該ＮｉＣｒ層６４が面ヒーターとして機能することとなる。

被覆層２４は、以下の手順で形成される。まず、金型本体２２にＡｌ_２Ｏ_３などのセラミックス粉末をプラズマ溶射して第１セラミックス層６２を形成する。続いて、当該第１セラミックス層６２にＮｉＣｒ粉末をプラズマ溶射してＮｉＣｒ層６４を形成する。次に、ＮｉＣｒ層６４にＡｌ_２Ｏ_３などのセラミックス粉末をプラズマ溶射することで、第２セラミックス層６６を形成して被覆層２４を得ることができる。

また、上記した被覆層２４のキャビティＣ側の表面には、金属層７０が形成されている。この金属層７０の表面が、キャビティＣの第１成形面Ｃ１を構成している。本実施形態では、金属層７０は、鉄粉を第２セラミックス層６６にプラズマ溶射することで形成されている。なお、金属層７０を形成する材料は鉄に限られるものではなく、任意の金属材料を選択することができる。

金属層７０は、被覆層２４と同様に、その周縁部においては、下方側の先端に向けてその厚さが次第に小さくなっている。そして、第１金型２０と第２金型３０とを閉じた状態においても、金属層７０の下方先端は、第２金型３０と接触しないものとなっている（図３参照）。

さらに、金属層７０の表面（第１成形面Ｃ１）には、例えばエッチング処理等により凹凸状の模様が形成されている。これにより、車両用内装材５０の意匠面に、皮革、梨地、木目、布目などの凹凸状の模様を転写する、いわゆるシボ加工を施すことができる。

本実施形態に係る成形型１０によれば、第１金型２０と第２金型３０とを閉じたときにも、第１金型２０に形成された被覆層２４は第２金型３０とは非接触状態を保つものとなっている。したがって、第１金型２０と第２金型３０との開閉操作が繰り返された場合にも、被覆層２４は第２金型３０との接触による衝撃を受けることがないため、当該被覆層２４が当該開閉操作に起因して破損することを防止することができる。

一方、第１金型２０の金型本体２２は、第１金型２０と第２金型３０とを閉じたときには、第２金型３０と接触する構成となっている。したがって、金型本体２２は、第２金型３０との接触動作を繰り返すことになる。しかしながら、金型本体２２と第２金型３０とは、ともに金属同士であるため、両者が互いに接触することによって破損するおそれがほとんどない。これにより、第１金型２０と第２金型３０との開閉操作に伴って両金型２０，３０に破損が生じることを防止することが可能であり、成形型１０の耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る成形型１０によれば、被覆層２４は、２つの絶縁層たる第１セラミックス層６２及び第２セラミックス層６６に、導電層たるＮｉＣｒ層６４が挟持された構成となっている。この場合、ＮｉＣｒ層６４に電流を流すことで、ＮｉＣｒ層６４が面ヒーターとして機能するため、キャビティＣ内の溶融樹脂の温度低下を抑制することが可能となる。ここで、ＮｉＣｒ層６４は、金型本体２２のキャビティＣ側の表面に設けられており、キャビティＣ内に射出された溶融樹脂に極めて近い位置に配されることとなるため、当該溶融樹脂の温度調整を正確に行うことが可能となる。これにより、溶融樹脂に好適な流動性を付与することができるため、成形性が向上し、成形品の表面にウエルドラインやフローマーク等が発生することを防止することができる。特に本実施形態では、被覆層２４が、車両用内装材５０の意匠面（成形面）を成形する第１金型２０の第１成形面Ｃ１に形成されているため、当該意匠面を高品質なものとすることができる。さらに、当該被覆層２４は、第１金型２０と第２金型３０とを閉じたときにも第２金型３０と非接触であるため、絶縁層として機能するセラミックス層６２，６６が破損することを防止することができる。
また、第１金型２０の第１成形面Ｃ１の周縁部は、鉛直方向ＶＬに対してキャビティＣ側に僅かに傾斜しており、その周縁部では被覆層２４が下方の先端に向けてその厚さが次第に小さくなっており、第２金型３０と対向する下方先端が尖形形状となっている。そのため、被覆層２４が第１金型２０の成形面の端末部まで被覆することにより、この端末部において溶融樹脂の温度調整を行うことができるため、溶融樹脂の好適な流動性を付与することができ、成形性を向上させて成形品の品質向上に寄与することができる。

また、本実施形態に係る成形型１０によれば、被覆層２４のキャビティＣ側の表面に金属層７０が形成されているため、第１金型２０の取り扱い時に第２セラミックス層６６が破損することを抑止することができる。さらに、金属層７０は表面に凹凸を形成し易いため、車両用内装材５０に容易にシボ加工を施すことが可能となる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図４によって説明する。上記実施形態１との相違は被覆層の構成にあり、その他は上記実施形態１と同様である。上記実施形態１と同一部分には、同一符号を付して重複する説明を省略する。

図４は、本実施形態に係る成形型１０の要部を拡大して示す断面図である。図４に示すように、金型本体２２のキャビティＣ側の表面には被覆層８０が形成されている。被覆層８０は、単層構造のセラミックス層となっている。この被覆層８０は、セラミックス粉末を金型本体２２のキャビティＣ側の表面にプラズマ溶射することにより形成される。

被覆層８０は、その周縁部においては、下方の先端に向けてその厚さが次第に小さくなっており、第２金型３０と対向する下方先端が尖形形状となっている。このため、当該被覆層８０は、第１金型２０と第２金型３０とを閉じたときにも、第２金型３０と接触しないものとなっている。

本実施形態に係る成形型１０によれば、セラミックス材料からなる被覆層８０を設けることにより、第１金型２０のキャビティＣ側の表面に高い断熱性を付与することができる。これにより、キャビティＣ内の溶融樹脂が冷えにくくなるため、溶融樹脂の流動性の低下を抑制することが可能となる。さらには、車両用内装材５０の意匠面へのシボ模様の転写性を向上させることができる。

ところで、被覆層８０はセラミックス材料からなるため、脆性破壊し易いものとなっている。しかしながら、被覆層８０は、第１金型２０と第２金型３０とを閉じたときにも第２金型３０と接触しない。したがって、第１金型２０と第２金型３０との開閉操作に伴って、被覆層８０が衝撃を受けることがほとんどないため、当該被覆層８０が破損することを防止することができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について示したが、本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、固定された第２金型に対して第１金型が上下動することで、第１金型及び第２金型が互いに開閉可能な構成を例示したが、例えば、第１金型と第２金型とがともに上下動することで互いに開閉可能な構成としてもよい。さらには、当該成形型を構成する第１金型及び第２金型を水平方向に設置し、第１金型及び／又は第２金型が水平方向に移動することで開閉する構成としてもよい。

（２）上記実施形態では、導電層としてＮｉＣｒ層を形成したが、これに限定されるものではなく、例えばカーボン粒子やカーボン繊維を含む層としてもよい。また、導電層は、通電により発熱する他の導電材料からなる層であってもよい。

（３）上記実施形態では、被覆層をプラズマ溶射により形成するものとしたが、被覆層の形成手段はこれに限定されるものではない。例えば他の溶射法を用いてもよく、あるいは導電性を有するものに対しては電界メッキ法などを用いることで被覆層を形成してもよい。

（４）上記実施形態では、セラミックス層を単にセラミック粉末を溶射することで形成するものとしたが、当該セラミックス層に樹脂を含浸させた構成も本発明に含まれる。このような構成によれば、セラミックス層を補強することができる。

（５）上記実施形態では、被覆層を第１金型にのみ形成したが、当該被覆層を第１金型と第２金型との両方に形成してもよい。

（６）本発明の成形型は、キャビティ内に射出された溶融樹脂を発泡させて成形する発泡成形用の成形型として使用することも可能である。

本発明の実施形態１に係る成形型の全体構成を示す断面図であり、当該成形型が閉じた状態を示している。成形型の全体構成を示す断面図であり、当該成形型が開いた状態を示している。成形型の要部を拡大して示す断面図である。本発明の実施形態２に係る成形型の要部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１０…成形型
２０…第１金型
２２…金型本体
２４…被覆層
３０…第２金型
６２…第１セラミックス層
６４…ＮｉＣｒ層（導電層）
６６…第２セラミックス層
７０…金属層
Ｃ…キャビティ

Claims

互いに開閉操作可能な第１金型と第２金型とを有し、両者の間に形成されたキャビティ内で成形品を成形する成形型であって、
前記第１金型は、金型本体と、前記金型本体のうち前記キャビティ側の表面を被覆する被覆層とを有し、
前記被覆層は、前記成形品の成形面を形成している位置にのみ配置されており、
前記第１金型と前記第２金型とを閉じたときには、前記第１金型のうち前記被覆層は前記第２金型と非接触であり、前記金型本体が前記第２金型と接触していることを特徴とする成形型。
前記被覆層は、セラミックス層を含むことを特徴とする請求項１に記載の成形型。
前記被覆層は、２つの前記セラミックス層の間に導電層が挟持された構成であることを特徴とする請求項２に記載の成形型。
前記導電層はＮｉＣｒ層であることを特徴とする請求項３に記載の成形型。
前記被覆層の前記キャビティ側の表面には、金属層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の成形型。