JP2012530001A - テクスチャ面を具える低熱膨張係数のスラッシュ金型、その製造方法、及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

テクスチャ面を有する回転成形型を提供する。この型は、ボディ部分とシボ構造を有する金型上面を有し、このボディ部分は、少なくとも１００°乃至５００°Ｆの温度で最大５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金を具える。
【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、本明細書に参照によりその全体が組み込まれている、２００９年６月１１日出願の米国暫定出願第６１／２６８，３６９号の優先権を主張する。

［技術分野］
本発明は、形成温度範囲で熱膨張係数が小さい材料から作られるスラッシュ成形に使用可能な金型に関する。本発明は、更にこの金型の製造方法及び使用方法に関する。

技術背景

少なくとも一実施例では、本発明は、自動車工業で用いるスラッシュ成形の部品に使用される。一般に、自動車工業では、スラシュ成形を用いて機器やドアパネルなどの自動車の内装に用いる「Ａ級」内装スキンを生産する。典型的なスラッシュ成形のプロセスは、装填した粉末ポリマー材料を加熱した金型表面に流し込み、所望の形状及び質感を具える成形部品又はスキンを形成するステップを含む。同じようなタイプの加熱した金型表面を使用する他のプロセスを、一般的にロトモールド、回転成形、及び粉末二次成形という。

必要な部品のプロセスとタイプに応じて、このポリマー材料は、液体又は粉末でもよい。粉末ポリマー材料を用いる成形プロセスでは、金型を加熱し、このポリマー材料を融解させたら、冷却してこのポリマー材料を硬化させる。液体ポリマー材料を用いるプロセスでは、金型を加熱し、このポリマー材料を硬化させたら、冷却して部品を取り外す。

金型の開口端の外縁に装填ボックスの開口上端を取り付けて密封させることにより、成形部品を製造する。次いで、この装填ボックスをひっくり返して装填ボックス内のポリマー材料を重力により装填ボックスから加熱した金型の表面に落下させる。ポリマー材料が加熱した金型の表面に供給されたら、通常この装填ボックスを直立位置に戻して余分なポリマー材料をこの装填ボックスに戻す。次いで、この流し込んだ材料を加熱した表面上で溶かす。金型の表面からポリマー材料を取り外す前に、このポリマー材料を硬化させる。更に、所望のスキン表面のテクスチャを作り出すべく、この金型の形成表面には、通常シボ又は凸凹が施される。

スラッシュ金型の典型的構造は、加熱及び冷却可能な自己担持金属シェルを具える。特定のスラッシュ成形の適用では、ポリマー材料を融解中の金型温度は、５００°Ｆに達することがある。通常は、熱油を循環させる、金型の後ろに取り付けられた加熱管システムを用いて金型温度を制御するが、熱風、赤外線、又は誘導、及び加熱された砂を用いて金型を加熱してもよい。適用に関係なく、金型を急速に加熱及び冷却する領域を形成する金型に関して、通常金属シェルの厚さは、比較的薄い。

一般的に、自動車のスラッシュ成形型は、ニッケル製である。一般的に、電着又は蒸着プロセスを用いてニッケル金型が生産される。いずれの場合にも、ニッケルは主にシボやテクスチャを再現するのに望ましいが、高い耐食性、耐摩耗性、及び放出特性を有する金型のシェルも生産する。

この方法で生産されるニッケル金型の使用に関する欠点は、予測不可能な、多くの場合には比較的短いライフサイクルを有することである。例えば、ニッケル金型は、３０，０００から４５，０００個の部品が最も一般的であるが、一般的に１，０００から８０，０００個の部品を生産できる寿命を有する。比較的標準的な自動車のプログラムは、４００，０００乃至１，０００，０００個の部品の要求生産量を有するので、プログラム期間に５０個の金型が必要とされることは珍しいことではない。

ニッケルシェルの鋳造スキン型の主な故障モードは、熱サイクルがもたらす累積残留応力である。この熱サイクル応力は、材料の製造プロセスと時間とともにニッケル金型に亀裂を引き起こす材料のＣＴＥ（熱膨張係数）がもたらす結果である。金型の材料特性と厚さの変動により、応力の局部的領域を生じさせる熱膨張と収縮が起こることで亀裂が生じる。これは、製造手順が引き起こす不均一な金型の厚さによるものである。一般的に、電着又は蒸着プロセスを用いて、ニッケルシェルを製造する。これらのプロセス中で、金型の先鋭な先端又はへりにおいて堆積が増大し、その結果このシェルはそれらの場所にてより分厚くなる。これらの分厚い領域は、加熱及び冷却する間に異なる速度で金型の表面を横切って膨張し、この厚さの変動が、時間とともにシェル故障を引き起こす応力を生じさせる。多くの場合、シェルの故障は、シェルの亀裂によって引き起こされる。例えば、油を用いてニッケルシェルを加熱する適用では、銀ろう、鋼製の送油管、及びニッケルシェル間のＣＴＥの違いが、三つの異なるＣＴＥを生じさせ、三つの異なる材料間のこの不一致が、亀裂を導く応力を与える。

上で説明したように、ニッケルのスラッシュ金型の寿命は、比較的予測不可能である。金型がいつ故障するのか不確実であるし、製造ラインの中断にかかわる費用のため、自動車部品の成形業者は、通常壊れる金型を考慮し、交換するために比較的大量の金型を手元に保持する。成形ライン上で壊れた金型の交換に関する製造中断時間に加えて、大量の金型を保管する施設を維持する費用、金型を交換する費用は、各型につき約５０，０００ドル乃至５００，０００ドルかかるなど比較的高額である。

従って、現在入手可能なニッケル金型より長い寿命を有する金型が必要である。

本発明は、少なくとも一実施例において、テクスチャ面を具えるスラッシュ成形型を提供することにより、従来技術の一又はそれ以上の問題を解決したものであり、ここでこの成形型は、ボディ部分と、シボ構造を有する金型上面とを有するシェルを具え、このシェルは、少なくとも１００ＨＶのビッカーズ硬度（ＨＶ）を有するボディ部分を具える、１００°乃至５００°Ｆの温度でわずか５×１０^−６ｉｎｃｈ／ｉｎｃｈ／°Ｆの熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金シェルである。少なくとも一実施例では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量％のニッケルを含む組成物を含有する。

別の実施例では、ボディは、ビッカーズ（ＨＶ）で測定される第一硬度値を有し、金型上面は、ヌープ微小硬さ（ＨＫ）で 測定される微小硬さで、第一硬度値より高い第二硬度値を有する。少なくとも一実施例では、この微小硬さは、３５０乃至４，０００ＨＫ値を有する。

別の実施例では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量パーセントのニッケル、０．１重量パーセントのアルミニウム、及び０．２５重量パーセントのクロムを含有する組成を有する。別の実施例では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量パーセントのニッケル、０．１重量パーセントのアルミニウム、０．２５重量パーセントのクロム、０．１重量パーセントのジルコニウム、及び０．１重量パーセントのチタンを含有する組成を有する。更に別の実施例では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量パーセントのニッケル、及びアルミウム、クロム、ジルコニウム、シリコン、及びチタンから成る群より選択される少なくとも一の元素を含有する組成を有する。更に別の実施例では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量パーセントのニッケル、０．３重量パーセントのアルミニウム、及び０．７重量パーセントのクロムを含有する組成を有する。更に別の実施例では、少なくとも３０重量パーセントのニッケル、少なくとも１％のコバルト、及びアルミニウム、クロム、ジルコニウム、シリコン、及びチタンから成る群より選択される少なくとも一の元素を含有する組成を有する。

また更なる実施例では、金型上面は、その上面で配置されるコーティングを有し、このコーティングは、５００乃至９，０００ＨＫの微小硬さを有する。

また更なる実施例では、シェル部分は、そこを通ってシェルを加熱する油などの加熱媒体を提供する、温度で制御される複数の成形チャネルを有する。

また更なる実施例では、シェルボディは、そこを通ってシェルをより効率的に加熱する空気などの加熱媒体を提供する、シェルの裏面に複数のフィン又は溝を有する。

更に、本発明の一態様では、回転成形型が、テクスチャ面を具え、この型は、ボディ部分と、シボ構造を有する金型上面とを有するシェルを具え、このボディ部分は、少なくとも１００°乃至５００°Ｆの温度で最大５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金を含有する。

別の態様では、回転成形型は、テクスチャ面を具え、この型は、ボディ部分と、シボ構造を有する金型上面とを有するシェルを具え、このボディ部分は、少なくとも３０重量％のニッケルを有する鉄ニッケル系合金を含有する。

特定の態様では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量％のニッケルを含有する組成を有する。他の態様では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量％のニッケル、０．０５重量％のアルミニウム、及び０．０１重量％のクロムを含有する組成を有する。更に別の態様では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量％のニッケル、０．０５乃至０．７５重量％のアルミニウム、及び０．０１乃至１．５重量％のクロムを含有する組成を有する。

一態様では、ボディ部分は、少なくとも１００のビッカーズ硬度（ＨＶ）を有する第一硬度を有し、上面は、第一硬度より高い第二硬度と最大１．５ｍｍの厚さを有する。これらの特定の態様では、第一硬度は、１００乃至３５０ＨＶであり、第二硬度は、３５０ヌープ硬さ（ＨＫ）を超える微小硬さである。これらの別の特定の態様では、微小硬さは、３５０乃至９，０００ＨＫである。更に別のこれらの別の態様では、微小硬さは、４００乃至１，５００ＨＫである。また更なるこれらの特定の別の態様では、微小硬さは、６００乃至１，０００ＨＫである。またなお更なるこれらの特定の別の態様では、微小硬さは、８００乃至１，０００ＨＫである。更に別のこれらの態様では、微小硬さは、５００乃至２，０００ＨＫである。

別の態様では、上面は、０．００２乃至１．５ｍｍの厚さを有する。その他の態様では、上面は、０．４乃至０．６ｍｍの厚さを有する。

他の態様では、金型上面は、１００°乃至５００°Ｆの温度で最大５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する、窒化処理された鉄ニッケル系合金を含有する。特定のこれらの態様では、この窒化処理は、イオン窒化処理である。

別の態様では、金型上面は、１００°乃至５００°Ｆの温度で最大５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する、アルミメッキ処理及び窒化処理された鉄ニッケル系合金を含有する。

別の態様では、金型上面は、１００°乃至５００°Ｆの温度で０．１×１０^−６乃至４．０×１０−^６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する、鉄ニッケル系合金を含有する。

他の態様では、金型上面は、コーティングを具える。特定のこれらの態様では、コーティングは、窒化物コーティングである。その他のこれらの特定の態様では、コーティングは、ニッケル、ＤＬＣ、クロム、チタン、ジルコニウム、又はシリコンのうちの一つである。更にその他のこれらの特定の態様では、コーティングは、０．５乃至２５μｍの厚さを有する。また更にその他のこれらの特定の態様では、コーティングは、１乃至５μｍの厚さを有する。更なるその他のこれらの特定の態様では、コーティングは、１乃至５００μｍの厚さを有する。

別の態様では、この型は、３乃至１０ｍｍの厚さを有する。これらの特定の態様では、この型は、３．５乃至４．５ｍｍの厚さを有する。別のこれらの特定の態様では、厚さは型全体にわたって均一である。

別の態様では、１００°乃至５００°Ｆの温度での熱膨張係数は、最大２．５×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆである。

更に別の態様では、１００°乃至５００°Ｆの温度での熱膨張係数は、最大１．５×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆである。

また更に別の態様では、シボ構造は、０．００５乃至１．０ｍｍの深さを有する。これらの特定の実施例では、シボ構造は、０．１乃至０．４ｍｍの深さを有する。

他の態様では、自動車の内装部品の成形型の製造プロセスは、
（ａ）１００°乃至５００°Ｆの温度で最大５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金の型ブランクを供給するステップと、
（ｂ）この型ブランクを機械加工して、金型上面と下層のボディ部分を有する型の形状にするステップと、
（ｃ）この金型上面上にシボ構造を施すステップと、
を具える。

別の態様では、このプロセスは、更に金型上面に表面処理をして、ボディのビッカーズ硬度より高いヌープ微小硬さを具える型の上面を提供する。

更に他の態様では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量％のニッケル、０．０５重量％のアルミニウム、及び０．０１重量％のクロムを含有する含む組成を有する。これらの特定の態様では、鉄ニッケル系合金は、少なくとも３０重量％のニッケル、０．０５乃至０．７５重量％のアルミニウム、及び０．２乃至１．５重量％のクロムを含有する組成を有する。

他の態様では、型ブランクを機械加工するステップは、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）された機械で型ブランクを機械加工するステップを含む。

その他の態様では、型ブランクを機械加工するステップは、放電機械を使用するステップを含む。

特定の態様では、ＣＮＣ機械加工するステップは、少なくとも５本の軸上で機械加工するステップを含む。

特定の態様では、シボ構造を施すステップは、金型上面を酸エッチングするステップを含む。特定の態様では、シボ構造を作るステップは、金型上面をレーザーエッチングするステップを含む。

特定の態様では、シボ構造は、０．００５乃至１．０ｍｍの深さを有し、他の態様では、このシボ構造は、０．１乃至０．４ｍｍの深さを有する。

特定の態様では、この表面処理は、金型上面をイオン窒化処理するステップを含む。他の態様では、この表面処理は、金型上面をアルミメッキし、その後金型上面を窒化処理するステップを含む。

他の態様では、この表面処理は、コーティングを金型上面に塗布するステップを含む。これらの特定の態様では、このコーティングは、窒化物を含む。これらの他の態様では、このコーティングは、ニッケル、ＤＬＣ、クロム、チタン、ジルコニウム、又はシリコンを含む。他の特定の態様では、電気めっき、無電解めっき、ＣＶＤ、又はＰＶＤを用いてこのコーティングを塗布する。少なくとも一態様では、このコーティングは、シボ構造に影響を及ぼさない。他の態様では、この表面処理は、金型上面に１乃至５００μｍの厚さでニッケル電気めっき又は無電解ニッケルめっきするステップを含む。

少なくとも一態様では、この表面処理は、３５９乃至４，０００ＨＫのヌープ微小硬さ値を有する上面を提供する。これらの特定の態様では、この表面処理は、５００乃至２，０００ＨＫのヌープ微小硬さ値を有する上面、他の態様では、４００乃至１，５００ＨＫのヌープ微小硬さ値を有する上面、更に別の態様では、６００乃至１，０００ＨＫのヌープ微小硬さ値を有する上面を提供する。

少なくとも一態様では、金型上面は、最大１．５ｍｍの厚さを有する。別の態様では、金型上面は、０．２乃至１．０ｍｍの厚さを有し、更に別の態様では、０．４乃至０．６ｍｍの厚さを有する。

特定の態様では、このコーティングは、０．５乃至１２μｍの厚さを有し、別の態様では、１乃至５μｍの厚さを有する。

特定の態様では、このシェルは、３乃至１０ｍｍの厚さを有し、他の態様では、３．５乃至４．５ｍｍの厚さを有する。

特定の態様では、シェルの厚さは、全体にわたって均一である。

他の特定の態様では、１００°乃至５００°Ｆの温度で最大２．５×１０^−６ｉｎ．／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有し、更に別の態様では、１００°乃至５００°Ｆの温度で熱膨張係数は、最大１．５×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆである。

少なくとも一態様では、自動車部品を製造するプロセスは、上記の回転成形型のいずれか一つを提供するステップと、ポリマー材料をこの型に導入するステップと、この型を加熱するステップと、この型を冷却してポリマースキンを形成するステップと、この型からポリマースキンを取り外すステップと、を具える。

図１は、本発明の実施に基づいた成形型の側面図であり； 図２は、本発明の別の実施例を示す図１に類似の図であり； 図３は、本発明の別の実施例を示す図２に類似の図であり； 図４Ａは、本発明の別の実施例を示す図１に類似の図であり； 図４Ｂは、本発明の別の実施例を示す図１に類似の図であり； 図５は、本発明の一実施例を製造する代表的な技法を示すフローチャートであり； 図６は、本発明の更に別の実施例の製品を示すフローチャートであり； 図７は、本発明のまた更に別の実施例を示す図６に類似の図である。

本発明の詳細な実施態様を必要に応じて本明細書に開示したが、開示された実施態様は、種々の及び代替の形態で具現化した本発明の単なる代表例にすぎない。これらの形状は、縮尺が必ずしも正しいものでなく、いくつかの特徴を誇張又は最小化して、特定の構成要素の詳細を示した。従って本明細書に開示された特定の構造的、機能的な詳細を限定的に解釈するべきではなく、当業者が本発明を使用する教示を表現する基礎としてさまざまに解釈すべきである。

実施例を除き、又は明示的に示さない限りは、反応及び／又は使用の材料又は状態の量を示す詳細な説明の全ての数量は、最も広い本発明の範囲を表す用語「約」により修正されると理解すべきである。

特定の構成要素及び／又は条件は、変化するので、本発明は、特定の実施態様と以下に記載する方法に限定されるものではないことも理解されるべきである。更に、本明細書で用いる専門用語は、特定の態様又は本発明の実施態様を説明する目的でのみ使用するものであり、決して限定することを意図するものではない。

明細書と添付の特許請求の範囲で使用する単数形「一の」や「その」は、文脈が明らかに他のものを示さない限り、複数の事象を含む。例えば、単数形における構成要素は、複数の構成要素を含むことを意図する。

この出願を通して、文献が参照され、全体としてこれらの開示が参照により本発明に組み込まれたことより、本発明に付随する最先端の技術をより完全に記載した。

図１に関して、少なくとも一実施態様では、本発明は、スラッシュ成形型１０を提供する。スラッシュ成形型１０は、ボディ部分１２と金型上面部分１４を有する。少なくとも一実施態様では、金型上面部分１４は、１６として概略的に示すシボ構造を有する。成形型１０は、任意の適切なスラッシュ成形プロセスで使用可能である。

特定の実施態様では、このシボ１６は、５乃至１，０００ミクロンの深さ又は凸凹を有し、別の実施態様では、５０乃至６００ミクロンであり、更に別の実施態様では、１００乃至４００ミクロンである。成形型１０は、任意の適切な厚さを有してもよいが、特定の実施例では、この成形型１０は、厚さの大部分を占めるボディ部分１２を含めて平均３乃至１０ｍｍの厚さを有し、別の実施例では、３．５乃至４．５ｍｍの厚さを有する。一実施例では、成形型１０は、実質的に均一な厚さを有する。ここで均一とは、この型の部分が、この型の任意の他の部分と０．１ｍｍを超える、異なる厚さを有しないことを意味する。特定の実施例では、金型上面部分１４は、０．００２乃至１．５ｍｍ、別の実施例では、０．２乃至１．０ｍｍ、及び更に別の実施例では、０．４乃至０．６ｍｍの厚さを有する。

図１に示す型１０は、比較的特有の形状を有することを概略的に説明したものであるが、図１の型１０の形状は、図示するためだけのものであることを理解すべきであり、決して本発明に従った形状又は形式の成形型の側面又は形状を限定して解釈すべきではない。

これに関連して、本発明の成形型１０を使用して、任意の適切な形状又はサイズの自動車部品を製造することがある。本発明の型により製造する適切な部品のいくつかの例は、インストルメントパネル、ドアパネル、コンソール、及び天井材や座席など他の部品を含むが、これらに限定されるものではない。本発明の型で成形する代表的な部品は、ＰＶＣ又はポリウレタンなどのその他の適切なポリマー材料であり、０．５乃至３ｍｍの厚さを有し、２インチ乃至８フィートの長さと幅を有する。いくつかの実施例では、この成形される部品は、２乃至６フィートの長さ及び／又は幅を有することがある。

この成形型１０は、成形プロセス温度範囲で熱膨張係数（低ＣＴＥ）の低い材料でできている。少なくとも一実施例では、この成形材料は、１００°乃至５００°Ｆの温度でわずか５×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金を具える。他の実施例では、鉄ニッケル系合金は、１００°乃至５００°Ｆの温度で０．１×１０^−６乃至４．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆ、他の実施例では、１００°乃至５００°Ｆの温度で０．２５×１０^−６乃至２．５×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆ、更に他の実施例では、１００°乃至５００°Ｆの温度で０．５×１０^−６乃至１．５×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する。少なくとも一実施例では、鉄ニッケル系合金は、ＡＳＴＭ試験方法Ｎｏ．Ｅ−３８４による測定では、少なくとも１００ＨＶのビッカーズ硬度を有する。他の実施例では、鉄ニッケル系合金は、ＡＳＴＭ試験方法Ｎｏ．Ｅ−３８４による測定によると、２００ＨＶ乃至３５０ＨＶ、他の実施例では、２００乃至３２５ＨＶ、及び更なる他の実施例では、２５０乃至３００ＨＶのビッカーズ硬度を有する。

得られる型が、１００°乃至５００°Ｆの温度でわずか５×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有し、少なくとも１００のベッカーズ硬度を有するならば、任意の適切な材料をこの成形型を製造するのに用いてもよいが、特に適切な材料は、鉄ニッケル系合金を含有する。一実施例では、この鉄ニッケル系合金は、以下の組成を有する：

その他の実施態様では、鉄ニッケル系合金は、以下の重量パーセントを有する。

更に別の実施態様では、鉄ニッケル系合金は、以下の重量パーセントを有する。

上記した特性を有する任意の適切な鉄ニッケル系合金を使用することができるが、少なくとも一実施例において、Ｉｎｖａｒ（登録商標）が、特に適していることが知られている。更に、Ｉｎｖａｒ（登録商標）Ｎｏ．３６とＳｕｐｅｒ Ｉｎｖａｒ（登録商標）が、特に適しており、ペンシルベニア州、ワイオミッシングのＣａｒｐｅｎｔｅｒ ｃｏｍｐａｎｙより入手可能であることが知られている。

その他の実施態様の図２を参照すると、成形型２０は、ボディ部分２２と金型上面部分２４を有して提供される。ボディ部分２２は、図１関連して記載されるボディ部分１２と同じような組成と特性を有する。少なくとも一実施例では、金型上面部分２４は、２６で概略的に示すようなシボを有する。特定の実施態様では、このシボ２６は、５乃至１，０００ミクロン、別の実施態様では、５０乃至６００ミクロン、及び更に別の実施態様では、１００乃至４００ミクロンの深さ又は凸凹を有する。成形型２０は、任意の適切な厚さを有することができるが、特定の実施態様では、この成形型２０は、厚さの大部分を占めるボディ部分を含めて平均３乃至１０ｍｍの厚さを有し、別の実施例では、３．５乃至４．５ｍｍの厚さを有する。一実施態様では、成形型２０は、実質的に均一な厚さを有する。ここで均一とは、この型の部分が、この型の任意の他の部分と０．１ｍｍを超える、異なる厚さを有しないことを意味する。特定の実施態様では、金型上面部分２４は、０．００２乃至１．５ｍｍ、別の実施態様では、０．２乃至１．０ｍｍ、及び更に別の実施態様では、０．４乃至０．６ｍｍの厚さを有する。

図２に示す実施態様では、金型上面部分２４は成形型２０のボディ部分２２の硬度より高い硬度を有する。この実施態様では、ボディ部分２２は、ＡＳＴＭ試験方法Ｎｏ．Ｅ−３８４による測定によると、１００乃至３５０のビッカーズ硬度及びＡＳＴＭ試験方法Ｎｏ．Ｅ−３８４による測定によると、上面部分２４は、３５０乃至２，０００ＨＫの範囲の微小硬さ、更に別の実施態様では４００乃至１，５００ＨＫ、更に別の実施態様では６００乃至１，０００ＨＫ、及び更に別の実施態様では７００乃至９００ＨＫの微小硬さを有する。金型上面部分２４を表面処理することにより硬度が増大した金型上面部分２４を提供する場合がある。金型上面２４は、表面を硬化したケースとも見なされる。

金型表面部分２４を、イオン窒化処理により表面を硬化してもよい。イオン窒化処理は、一般的にこの技術の分野で知られているので、本明細書では詳しい説明をしない。一般的に、この型は、イオン窒化プロセスにさらされて所望の上面部分２４の硬度が提供される。一般に、型２０を加熱して、窒素を導入したチャンバに入れる。型２０上で電圧をバイアスし、この型への窒素粒子の速度を速める。窒素粒子が、型２０のアルミニウム、クロム、ジルコニウム、シリコン、又はチタンにぶつかると、窒素は、これらの元素と反応して型２０の表面で、それぞれ窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化ジルコニウム、シリコン窒化物、又は窒化チタンを形成する。窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化ジルコニウム、シリコン窒化物、又は窒化チタンは、ボディ部分２２の残りを形成する鉄ニッケル系合金よりも高い硬度を有する。

イオン窒化処理が、例えば、ボディに最大１．５ｍｍ、型のボディに窒化物形成を広げ又は拡散させることを理解すべきである。一般に、型の最も固い部分が型２０の金型上面２４にちょうどくるように、硬化深さがボディ部分２２に更に広がるので、型２０の窒化部分の硬度が減少する。これに関連して、型２０の金型上面部分２４の微小硬さについて述べるときは、測定を金型上面で行い、成形型の完全に窒化処理された部分は、その上面として必ずしも同じ硬度を有さず、従って、そのようなものとして本発明と特許請求の範囲は、制限されるものではないと理解されるべきである。窒化処理の分野で経験を積んだ者が、窒化処理時に炭素など他の元素を組み込んで、チタン炭窒化物（ＴｉＣＮ）及びシリコンカーバイト（ＳｉＣ）などの窒化物材料を製造することがあることは理解されるべきである。いくつかの実施例では、金型上面ではなく、ボディの表面の相当部分又は全体を窒化処理するプロセスを施して、ボディ表面の相当部分又は全体を硬化させた。

一実施態様では、鉄ニッケル系合金は、例えばアルミニウム、クロム、ジルコニウム、シリコン、及び／又はチタンなど高いレベルの窒化元素を有するので、この型に更により硬い表面を提供する。この実施態様では、鉄ニッケル系合金は、以下の組成を有する：

更に別の実施態様では、この鉄ニッケル系合金は、以下の組成を有する：

更に別の実施態様では、この鉄ニッケル系合金は、以下の組成を有する：

更に別の実施態様では、この鉄ニッケル系合金は、以下の組成を有する：

他の実施態様では、イオン窒化処理の前に選択的な前処理ステップをして、この成形型の表面領域のアルミニウム量を増大させることがある。この実施態様では、イオン窒化処理の前に、成形型２０をアルミニウム処理することがある。アルミニウム処理はよく知られているので、一般に本明細書で記載する。一般的に、アルミニウム処理は、アルミニウム蒸気がベースの金属の表面に拡散し、新しい金属的アルミニウム処理した合金を形成する、高温度の化学的プロセスである。表面に形成されるアルミニウム合金は、最大２０％のアルミニウムを含むことがある。また、溶融めっきによりアルミニウム処理を行うことがある。任意の適切な方法で、この型をアルミニウム処理するが、一実施態様では、型の表面に関して、この型をアルミニウムの蒸気拡散にさらす。アルミニウムプロセスを用いて窒化処理に利用できるアルミニウムの量を増やすと、得られたイオン窒化処理された型２０は、同様に処理したもののアルミニウム量がより少ないものより高い表面硬度を有する。これらの実施例では、この表面硬度は、５００乃至２，０００ＨＫであり、別の実施態様では、６００乃至１，５００ＨＫ及び更に別の実施態様では、７００乃至１，０００ＨＫである。

図３に関して、型３０は、コーティングを有して提供される。型３０が、表面処理されず、代わりに金型上面上に沈着した表面コーティング３４を有して、新しい型の上面を製造する点で、この実施態様は、図２について記載し、説明した実施態様と異なる。例えば、図３のボディ３２の特徴は、図２のボディ２２の特徴に類似する。一般的に、表面コーティング３４を施すと、表面を硬化又は拡散硬化したものよりこのシボ３６は深くなる。この場合には、表面のシボ構造は、少なくとも２００ミクロンである。図３に説明した実施態様では、コーティング３４は、０．１乃至２５ミクロンの厚さを有し、別の実施態様では、０．５乃至１２ミクロン、別の実施態様では、１乃至５ミクロン、及び更に別の実施態様では、３乃至４ミクロンの厚さを有する。成形型３０は任意の適切な厚さを有してよいが、厚さの大部分を占めるボディ部分３２を含めて、この成形型３０は、特定の実施態様では、平均３乃至１０ｍｍ、別の実施態様では、３．５乃至４．５ｍｍの厚さを有する。一実施態様では、成形型３０は、実質的に均一な厚さを有する。ここで均一とは、この型の任意の他の部分と０．１ｍｍを超える、異なる厚さをこの型の部分が有しないことを意味する。

コーティング３４は、任意の適切なコーティングでよく、得られるコーティングが、３５０乃至９，０００ＨＫ、更に別の実施態様では、５００乃至４，０００ＨＫ、更に別の実施態様では、６００乃至２，０００ＨＫ、及び更に別の実施態様では、７００乃至１，５００ＨＫの微小硬さを有するような任意の適切方法が施される。コーティング３４は、電気めっき、無電解めっき、物理蒸着（ＰＶＤ）、又は化学蒸着（ＣＶＤ）などの任意の適切なプロセスで施されてもよい。任意の適切なコーティングを施してもよいが、適切なコーティングの例としては、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、シリコン窒化物、窒化チタン、及び窒化クロムが挙げられる。表面コーティング３４は、金属の他にセラミック、高温ポリマー、又はこれらのコーティングの組み合わせでもよい。ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム、及びその他の金属若しくは合金を含む金属コーティング及びセラミックコーティングをシェル並びに改善された金型の放出特性を保護及び密封するのに用いる。電気めっきなどの特定のコーティングは、１から５００ミクロンまで、別の実施態様では、５から２００ミクロンまで、及び更に別の実施態様では、１０乃至１００ミクロンの厚さの範囲である。

図４Ａに関しては、成形型４０は、シェル４２を具えて提供され、このシェルは、概略的に説明される補強要素５２と、４８で概略的に説明するように、そこに切り欠かれるか、はめ込まれた一般的に矩形状の加熱／冷却要素を有する。しかし、加熱／冷却要素４８は、任意の適切な形状を有してもよいことを理解すべきである。

図４Ｂに関しては、図１に関して、示して記載した成形型に類似する成形型４１を提供する。この成形型４１は、シェル４３を具え、このシェルは、４９で概略的に説明するように、そこに切り欠かれるか、はめ込まれた一般的に円形状の加熱／冷却要素を有する。しかし、加熱／冷却要素４９は、任意の適切な形状を有することがあることを理解すべきである。

効率を高めるために、加熱及び冷却に関するチャネル、溝、及びフィンなど、温度を制御する要素を、金型にはめ込む形成過程中で、金型に組み込む（図４Ｂ）か、金型を形成した後に、機械加工、溶接、はんだ付け、又はろう付けにより要素をシェルの裏に組み込む（図４Ａ）場合がある。

図５に関して、成形型を製造する実施態様を説明する。鉄ニッケル合金の塊６０を用意する。次いで、この合金を機械加工するか又は型７０に流し込む。任意の適切な成形技術を用いてもよいが、二つの適切な技術は、ＣＮＣカッティングと放電加工（ＥＤＭ）である。ＣＮＣカッティングは、広く知られており、一般的に金属を切断して所望の形状及び構造にするステップを具える。ＣＮＣ ＥＤＭも広く知られており、一般的に、放電を伴って焼き払うことにより金属を除去するステップを具える。

その他の成型金を製造する技術は、金属をニアネットシェイプに流し込むことである。流し込んだ後、ＣＮＣ機械加工を用いてこの型の形状を修正し、所望の構造及びサイズにする。この型を成形した後に、任意の焼き鈍しステップ７２を行う。任意の焼き鈍し後、材料のＣＴＥは、安定し又は改善する。

最後に、金型上面にシボを施す。このシボは、酸エッチング、レーザーエッチング、又は機械的エッチングなどによる任意の適切な方法で施すことがある。シボは、５乃至１，０００ミクロンの深さを有し、別の実施態様では、５０乃至６００ミクロン、更に別の実施態様では、１００乃至４００ミクロンの深さを有する。

図６に関して、型１０を形成した後に、表面を窒化処理又はアルミニウム処理した後に窒化処理をする上記の表面処理する。

図７に関して、型１０を製造した後に上記のコーティングをする。

代表的な実施態様を上記したが、これらの実施態様は、本発明の可能な形態の全ての記載を意図したものではない。むしろ、明細書で用いた用語は、制限というより説明の用語であり、本発明の精神及び範囲を逸脱することなくさまざまに変化することが、理解されるであろう。更に、さまざまな実施態様の特徴を組み合わせて更なる本発明の実施態様を形成する。

Claims (23)

1. テクスチャ面を有する回転成形型であって、当該型が：ボディ部分と、シボ構造（ｇｒａｉｎ ｔｅｘｔｕｒｅ）を有する金型上面とを有するシェルを具え、前記ボディ部分が、少なくとも１００°乃至５００°Ｆの温度で最大５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金を含有することを特徴とする回転成形型。
2. 請求項１に記載の型において、前記鉄ニッケル系合金が、少なくとも３０重量％のニッケルを含有する組成物であることを特徴とする型。
3. 請求項１に記載の型において、前記鉄ニッケル系合金が、少なくとも３０重量％のニッケル、０．０５重量％のアルミニウム、及び０．０１重量％のクロムを含有する組成物であることを特徴とする型。
4. 請求項１に記載の型において、前記鉄ニッケル系合金が、少なくとも３０重量％のニッケル、０．０５乃至０．７５重量％のアルミニウム、及び０．０１乃至１．５重量％のクロムを含有する組成物であることを特徴とする型。
5. 請求項１に記載の型において、前記ボディ部分が、少なくとも１００のビッカーズ硬度（ＨＶ）を具える第一硬度を有し、前記上面が、前記第一硬度より高い第二硬度と最大１．５ｍｍの厚さを有することを特徴とする型。
6. 請求項５に記載の型において、前記第一硬度が、１００乃至３５０ＨＶであり、前記第二硬度が、３５０ヌープ硬さ（ＨＫ）を超える微小硬さであることを特徴とする型。
7. 請求項６に記載の型において、前記微小硬さが、３５０乃至９，０００ＨＫであることを特徴とする型。
8. 請求項１に記載の型において、前記金型上面が、１００°乃至５００°Ｆの温度で最大５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する、窒化処理された鉄ニッケル系合金であることを特徴とする型。
9. 請求項１に記載の型において、前記金型上面が、１００°乃至５００°Ｆの温度で最大５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する、アルミニウム処理された後に窒化処理された鉄ニッケル系合金であることを特徴とする型。
10. 請求項８に記載の型において、前記金型上面が、１００°乃至５００°Ｆの温度で０．１×１０^−６乃至４．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金を具えることを特徴とする型。
11. 請求項１に記載の型において、前記金型上面が、窒化物コーティングを具えることを特徴とする型。
12. 請求項１に記載の型において、前記型が、３乃至１０ｍｍの厚さを有することを特徴とする型。
13. 請求項１２に記載の型において、前記厚さが、前記型全体にわたって均一であることを特徴とする型。
14. 自動車内装部品の成形型を製造するプロセスであって、このプロセスが：
    （ａ）１００°乃至５００°Ｆの温度で５．０×１０^−６ｉｎ／ｉｎ／°Ｆの熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金の型ブランクを提供するステップと；
    （ｂ）前記型ブランクを金型上面と下層のボディ部分を有する型形状に機械加工するステップと；
    （ｃ）前記金型上面にシボ構造を施すステップと；
    を具えることを特徴とするプロセス。
15. 請求項１４に記載のプロセスにおいて、前記金型上面に表面処理をして、前記ボディのビッカーズ硬度より高いヌープ微小硬さを有する上面を提供するステップを更に具えることを特徴とするプロセス。
16. 請求項１４に記載のプロセスにおいて、前記鉄ニッケル系合金が、少なくとも３０重量％のニッケルを含有する組成物を有することを特徴とするプロセス。
17. 請求項１４に記載のプロセスにおいて、前記型ブランクを機械加工するステップが、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）により機械加工するステップを含むことを特徴とするプロセス。
18. 請求項１５に記載のプロセスにおいて、前記表面処理が、前記金型上面にイオン窒化処理するステップを具えることを特徴とするプロセス。
19. 請求項１５に記載のプロセスにおいて、前記表面処理が、前記金型上面にアルミニウム処理し、次いで前期金型上面に窒化処理するステップを具えることを特徴とするプロセス。
20. 請求項１５に記載のプロセスにおいて、前記表面処理が、前記金型表面にコーティングを塗布するステップを具えることを特徴とするプロセス。
21. 請求項２０に記載のプロセスにおいて、前記コーティングが、窒化物を含むことを特徴とするプロセス。
22. 請求項１８に記載のプロセスにおいて、前記表面処理が、前記上面に５００乃至２，０００ＨＫ値のヌープ微小硬さを与えることを特徴とするプロセス。
23. 自動車部品を製造するプロセスであって、当該プロセスが：
    請求項１に記載の回転成形型を提供するステップと；
    ポリマー材料を前記型に導入するステップと；
    前記型を加熱するステップと；
    前記型を冷却してポリマースキンを形成させるステップと；
    前記型から前記ポリマースキンを取り外すステップと；
    を具えることを特徴とするプロセス。

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