JP2014509350A - 金型用型材、金型用通気性部材、並びに、金型用型材及び金型用通気性部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通気性に加えて強度及び加工性をも備えた金型用型材、さらに、この金型用型材を用いた金型用通気性部材や、金型用型材及び金型用通気性部材の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の金型用型材は、直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより製造され、通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型等に用いることができる金型用型材、この金型用型材を用いた金型用通気性部材、並びに、金型用型材及び金型用通気性部材の製造方法に関する。

従来、真空成形法に用いられる通気性耐久型が、例えば、特開平７−１０８３４８号公報（及び対応するＣＮ１０４１１７８Ｃ及びＵＳ５４０５５７０Ａ）（特許文献１）に記載されている。また、真空成形法に用いられる通気性成形体の製造方法が、例えば、特開平７−１１３１０３号公報（及び対応するＣＮ１１０２６０７Ａ及びＵＳ５４３５９６７Ａ）（特許文献２）に記載されている。

特開平７−１０８３４８号公報 特開平７−１１３１０３号公報

特許文献１に記載された従来の通気性耐久型は、強度が弱いという問題があり、さらに、流し込みによる真空成形は可能であったが、機械加工、放電加工、エッチング加工ができないため、射出成形に用いることができなかった。特許文献２に記載された成形体は、さらに強度が弱いという問題があった。
このため、通気性を有するとともに高い強度を有し射出成形にも用いることができる金型用型材が望まれていた。さらに、金型用型材としての使い勝手を向上させるため、加工性を有することも望まれていた。

本発明は、従来からの要請を満たすためになされたものであり、通気性に加えて強度及び加工性をも備えた金型用型材を提供することを目的としている。
さらに、本発明は、この金型用型材を用いた金型用通気性部材、及び、これらの金型用型材及び金型用通気性部材の製造方法を提供することも目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の金型用型材は、直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより製造され、通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである
このように構成された金型用型材によれば、強度を保持しつつ優れた通気性を実現し、射出成形にも用いることができる。

本発明の金型用型材において、好ましくは、ステンレス鋼繊維及びステンレス鋼粉末は、フェライト系ステンレスである。
このように構成された本発明によれば、オーステナイト系ステンレスやマルテンサイト系ステンレスに比べて、加工し易く且つ耐食性の観点でより有利である。

本発明の金型用型材において、好ましくは、窒化による窒素含有量は、ステンレス成分１００重量％に対して０．３〜１．２重量％である。
このように構成された本発明によれば、金型用型材として必要な適度な硬さとなり、優れた加工性となる。

本発明の金型用型材において、好ましくは、混合材料は、さらに、銅粉末又は銅スズ合金粉末を含む。
このように構成された本発明によれば、靭性が向上し、優れた金型用型材となる。

本発明の金型用型材において、好ましくは、混合材料は、ステンレス成分として、２０〜８０重量％のステンレス鋼繊維と、２０〜８０重量％のステンレス鋼粉末とを含み、さらに、このステンレス成分１００重量％に対して１〜１０重量％の銅粉末又は銅スズ合金粉末を含む。

本発明の金型用型材は、好ましくは、さらに、通気孔による空孔の空孔率が１５〜３５％である。

本発明の金型用型材において、好ましくは、窒化は、窒素ガス又はアンモニア分解ガス中に９００〜１０５０℃で保持して行われる。

本発明の金型用通気性部材は、上述した金型用型材を、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより得られ、金型に組み込まれる。
このように構成された本発明による金型通気性部材によれば、この金型用通気性部材を金型に用いることにより、ガス抜き性及び樹脂の流動性を向上させることができ、金型構造を簡単にでき、射出成形が難しかった製品を成形でき、成形サイクルを短縮化でき、ガス欠陥を防止できる。すなわち、網目状、格子状の成形品も確実に成形でき、薄物も良好に成形できる。さらに、樹脂の金型への密着性が高いので、表面模様を忠実に成形でき、ツヤムラを消すことも可能であるので無塗装を可能とする。

本発明の金型用通気性部材は、上述した金型用型材を放電加工、エッチング加工、又は、機械加工により模様を付与することにより得られる金型用通気性部材であって、この金型用通気性部材が組み込まれる金型が樹脂の射出成形に使用可能である。

本発明の金型用通気性部材は、上述した金型用型材を、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより得られる金型用通気性部材であって、この金型用通気性部材の内部に通水用の導通孔が設けられている。
このように構成された本発明によれば、金型用通気性部材の内部に通水用の導通孔が設けられているので、金型温度を一定に保持することが出来、それにより、安定した品質と成形サイクルを得ることができる。

本発明の金型用通気性部材において、好ましくは、前記金型用通気性部材の導通孔の内面に、硬化剤配合エポキシ樹脂により目止め処理がなされている。
このように構成された本発明によれば、金型用通気性部材の導通孔の内面に、硬化剤配合エポキシ樹脂により目止め処理がなされているので、導通孔からの水漏れを確実に防止することができる。

本発明の金型用通気性部材において、好ましくは、上述した金型用型材を、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより得られる金型用通気性部材であって、この加工後に通気孔となる空孔に浸み込んだ加工油又はエッチング液がエアブローにより洗浄される。
このように構成された本発明によれば、金型用通気性部材において、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工により、通気孔に浸み込んだ加工油やエッチィング液をエアブローにより洗浄するようにしているので、従来のように、複雑な作業を行なったり、特別な装置を用意する必要がなく、安全且つ確実に、加工油等の洗浄を行なうことができる。

本発明の金型用通気性部材において、好ましくは、洗浄された金型用通気性部材の通気度が、５０ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ以上である。

本発明の金型用通気性部材は、上述した金型用型材を機械加工することにより得られる金型用通気性部材であって、加工部分の表面粗さが３μｍ〜２０μｍである。

本発明の金型用通気性部材において、好ましくは、加工部分の表面粗さが３．２μｍ〜１３．５μｍである。

本発明の金型用通気性部材において、好ましくは、機械加工はボールエンドミルにより行なわれ、このボールエンドミルの回転数が３０００〜３００００ｒｐｍであり、ボールエンドミルの送り速度が１０００〜２０００ｍｍ／ｍｉｎである。

本発明の金型用型材の製造方法は、直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を成形し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化して、通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材を製造する。

本発明の金型用通気性部材の製造方法は、直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより、通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材を製造し、この金型用型材を放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより金型用通気性部材を製造し、この金型用通気性部材の内部に通水用の導通孔を設け、この導通孔の内面に硬化剤配合エポキシ樹脂により目止め処理を行う。

本発明の金型用通気性部材の製造方法は、直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより、通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材を製造し、この金型用型材を放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより金型用通気性部材を製造し、この加工後に通気孔に浸み込んだ加工油又はエッチング液をエアブローにより洗浄する。

本発明の金型用通気性部材の製造方法は、直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより、平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材を製造し、この金型用型材を加工部分の表面粗さが３μｍ〜２０μｍとなるように機械加工することにより金型用通気性部材を製造する。

本発明の金型用通気性部材の製造方法は、機械加工はボールエンドミルにより行なわれ、このボールエンドミルの回転数が３０００〜３００００ｒｐｍであり、ボールエンドミルの送り速度が１０００〜２０００ｍｍ／ｍｉｎである。

本発明の実施形態による金型用型材を製造する際の混合材料のグリーン体の焼結条件を示す線図である。 本発明の実施形態による金型用型材を製造する際の金型用型材の真空焼入れ条件を示す線図である。 本発明の他の実施形態による金型用通気部材を示す部分平面図である。 図３のIV−IV線に沿って見た断面図である。 本発明の他の実施形態による金型用通気部材の他の例を示す部分平面断面図である。 本発明の他の実施形態による金型用通気部材の更なる他の例を示す部分平面断面図である。 本発明の実施形態による金型用通気性部材のエアブロー洗浄を説明するための金型用通気性部材の正面図である。 本発明の実施形態による金型用通気性部材のエアブロー洗浄における通気度とエアブロー時間の関係を示す線図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係わる金型用型材、金型用通気性部材、並びに、金型用型材及び金型用通気性部材の製造方法を説明する。
先ず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態による金型用型材、及び、この金型用型材の製造方法について説明する。

本発明の実施形態による金型用型材は、直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのフェライト系ステンレス鋼繊維と、フェライト系ステンレス鋼粉末とを含んで混合した混合材料を、加圧成型してグリーン体を得て、この得られたグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化された金型用型材である。さらに、この金型用型材において、平均空孔径が３〜５０μｍである。

ここで、本発明の実施形態による金型用型材は、フェライト系ステンレスに限定されるものではなく、例えばオーステナイト系ステンレスや、マルテンサイト系ステンレスを用いたものであっても良い。しかしながら、オーステナイト系ステンレスは、加工が困難となる場合があり、マルテンサイト系ステンレスは、成分に応じて耐食性が劣化して錆の発生が問題となる場合がある。そのため、フェライト系ステンレスは、オーステナイト系ステンレスやマルテンサイト系ステンレスに比べて、加工し易く且つ耐食性の観点でより有利である。

また、フェライト系ステンレス鋼繊維と、フェライト系ステンレス鋼粉末とを含む混合材料は、さらに、銅粉末又は銅スズ合金粉末を含んでも良く、その場合には、銅合金の特性により靭性が向上し、優れた金型用型材となる。

尚、混合材料は、ステンレス成分として、２０〜８０重量％のステンレス鋼繊維と、２０〜８０重量％のステンレス鋼粉末とを含み、さらに、このステンレス成分１００重量％に対して１〜１０重量％の銅粉末又は銅スズ合金粉末を含むことが望ましい。

ステンレス鋼繊維及びステンレス鋼粉末として用いられるフェライト形ステンレスの代表例は、ＳＵＳ４３４（Ｃ≦０．１％，１６％≦Ｃｒ≦１９％，０．５％≦Ｍｏ≦２％）や、ＳＵＳ４３０（Ｃ≦０．０３％，１６％≦Ｃｒ≦１９％）である。

ステンレス鋼繊維は、例えば上述の化学成分からなる厚み３０〜３００μｍのコイル材を端面切削法により切削して、直径換算径３０〜３００μｍの長繊維を用意し、この長繊維をカッターミル等で寸断することにより、長さ０．４〜５．０ｍｍの短繊維を得て、この短繊維を用いる。
ここで、直径換算径３０〜３００μｍのステンレス鋼繊維は、そのステンレス鋼繊維の断面積と等しい断面積を有する真円の直径が３０〜３００μｍの範囲であるステンレス鋼繊維を意味する。

上述したステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末と、銅（Ｃｕ）粉末若しくは銅スズ合金（Ｃｕ−Ｓｎ）粉末とを加えて得られる混合材料をＣＩＰ法用ラバー型内に均一に充填して２〜４ｔｏｎ／ｃｍ²の加圧力により加圧成形することにより、混合材料のグリーン体が得られる。

このグリーン体を、真空雰囲気中で加熱焼結し、得られた焼結体を、これに連続して又は再加熱して、窒素ガス又はアンモニア分解ガス中に、９００℃〜１０５０℃で保持し、これにより、母金属であるステンレス成分（ステンレス鋼繊維及びステンレス鋼粉末）１００重量％に対して、窒素を０．３〜１．２重量％含有させて窒化がなされる。

以上の成形、焼結及び窒化により、全面に微細な空孔（空孔率１５〜３５％、平均空孔径３〜５０μｍ）を有し、且つ、切削性、耐食性を損なうことなく、型材として必要な強さと硬さ（ＨＭＶ２５０〜５００）を備えた金型用型材を得ることができる。また、この金型用型材では、熱処理を施すことにより硬さの制御を行うことができる。

尚、上述した実施形態では、成形、焼結及び窒化により金型用型材を得るようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、窒化後に、冷却及び再加熱処理を行うようにしてもよい。再加熱処理は、例えば真空焼入れ処理により行われる。また、冷却は、例えば平均冷却速度５．５℃／ｍｉｎ以上で、２５０℃以下となるまで急冷で行われ、再加熱処理は、例えば６００〜６８０℃の範囲で行われ、それにより、良い結果が得られた。

次に、本発明の実施形態による金型用型材の実施例１乃至６、及び、これら実施例と比較するための比較例１乃至４を説明する。

先ず、これらの実施例及び比較例の諸条件を説明する。ステンレス鋼繊維として、ＳＵＳ４３４（Ｃ：０．１％，Ｃｒ：１８％，Ｍｏ：１％）のステンレス鋼の１００μｍのコイル材を端面切削法により切削して直径換算径６０〜１５０μｍの長繊維を作製し、これをカッターミルで寸断して０．４〜５．０ｍｍの短繊維を得て、これを用いた。

ステンレス鋼粉末としては、ＳＵＳ４３４（Ｃ：０．０５％，Ｃｒ：１７％，Ｍｏ：２％）のステンレス鋼粉末を用いた。ステンレス鋼粉末の条件は１５０μｍ以下のものが９０％以上となるものである。

銅粉末としては、電解銅粉末を用いた。銅粉末の条件は、４５μｍ以下のものが８０％以上となるものである。

混合材料としては、ステンレス鋼繊維４０重量％、ステンレス鋼粉末６０重量％を混合し、さらにこのステンレス成分１００重量％に対して銅粉末３重量％を添加して混合した混合材料を得た。この混合材料をＣＩＰ法用ラバー型内に均一に充填して３ｔｏｎ／ｃｍ²の加圧力により加圧成形することにより、グリーン体（圧粉体）を得た。次に、グリーン体を図１に示す焼結条件で焼結を行うことにより、焼結体を得た。

図１は、本発明の実施形態による金型用型材を製造する際の混合材料のグリーン体の焼結条件を示す線図である。図１の横軸は、時間（Ｈｒ）を示し、縦軸は、温度（℃）を示し、Ｐ１で示される範囲は、真空度１×１０^-2ｔｏｒｒ以下の範囲を示し、Ｐ２で示される範囲は、パーシャル窒素１０ｔｏｒｒの範囲を示し、Ｐ３の時点は、窒素ガス３ｋｇ／ｃｍ²流す時点を示す。

この図１に示す焼結条件について詳細に説明する。供試材として２５０ｍｍ×２００ｍｍ×１００ｍｍ（約３０ｋｇ）のブロック状のものを用いる。先ず、この供試材を真空焼結炉内で１×１０^-2ｔｏｒｒ以下まで減圧し、その後、５５０℃に達するまで昇温を行い、次に、５５０℃にて気化成分を十分脱気するために３０分間その温度を保持して１×１０^-2ｔｏｒｒ以下の真空度を得た。その後、１１５０℃まで再昇温を行い１１５０℃にて２時間保持し、その後７００℃まで炉冷を行った。

ここで、１１５０℃まで再昇温を行なうとき、パーシャル窒素を１０ｔｏｒｒ（１０／７８０気圧）流す。パーシャル窒素を流す目的は、真空高温に保持した場合、ステンレス鋼中のＣｒ蒸発を防止するためである。

炉冷を行なって７００℃になった時点で窒素ガスを３ｋｇ／ｃｍ²流し、供試材を急速冷却させる。７００℃で急速冷却を開始するのは変態点を過ぎてミクロ（顕微鏡）組織変化を起こさせないためである。

次に、この供試材を表１に示す条件で窒化処理を行った。表１には、得られた金型用型材の成分の分析値及び硬さ測定値も示されている。

窒化処理は、真空熱処理炉内で１×１０^-2ｔｏｒｒ以下まで減圧し、その後、７００℃に達するまで昇温を行い、次に、７００℃にて気化成分の十分なる脱気のための３０分間温度保持をし、１×１０^-2ｔｏｒｒ以下の真空度を得た。その後、再昇温を行い、各保持温度あるいは保持時間を変化させ、１気圧中の窒素雰囲気下で窒化処理を行った。均一な窒素含有を得るには保持時間３０分以上が必要であった。

表１に示すように、窒化しないもの（比較例１）、窒素含有量が０．３％より小さいもの（比較例２）は、その硬さが、金型用型材として必要な硬さであるＨＭＶ２５０以下となるので不適切である。また、窒素含有量が１．２％より大きいもの（比較例３、比較例４）は、窒化クロムが多量に生成され、その硬さがＨＭＶ５００以上となり、加工が困難で金型用型材として適し難い。ここで、「ＨＭＶ」とは、硬さを表す単位であるマイクロビッカース硬度を示し、株式会社島津製作所製のマイクロビッカース硬度計（型番ＨＭＶ−２０００）にて計測した値である。

次に、強度や空孔について説明する。表１の実施例のうち実施例１を選択し、表２に、この実施例１の機械的性質及び空孔径、空孔率の結果を示す。ここで、実施例１は、機械加工性に優れ、切削速度が従来の通常の型材（ＳＫＤ６１）と同等である。

この実施例１の型材を加工し、金型として使用した。汎用ＡＢＳ樹脂を最小肉厚０．７ｍｍ、製品寸法１０ｍｍ×１５０ｍｍのバンド状のものを１０ヶ所に込め、成形テストを行ったところ、射出圧９８ｋｇ／ｃｍ²できれいに成形ができ、ガス焼けのないものが得られた。尚、通常の型材を使用した場合射出圧１３８ｋｇ／ｃｍ²であった。

次に、真空焼入れテストについて説明する。表１の実施例のうち実施例２及び実施例５を選択して、表３に、真空焼入れテストを行った結果を示す。

ここで、真空焼入れ条件を図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態による金型用型材を製造する際の金型用型材の真空焼入れ条件を示す線図である。図２の横軸は時間（Ｈｒ）を示し、縦軸は温度（℃）を示し、Ｐ１１及びＰ１３で示される範囲は、真空度１×１０^-2ｔｏｒｒ程度の範囲を示し、Ｐ１２は、窒素ガス３ｋｇ／ｃｍ²を流す時点を示し、Ｐ１４は炉冷が行われていることを示す。

図２に示すように、先ず、真空熱処理炉内で１×１０^-2ｔｏｒｒ程度まで減圧し、その後７００℃まで昇温し、７００℃にて気化成分の十分な脱気のため３０分間温度保持をし、次に、１×１０^-2ｔｏｒｒ程度の真空度を得た後、９５０℃及び１０２０℃にそれぞれ再昇温し、その温度で３０分間保持し、その時点で窒素ガスを３ｋｇ／ｃｍ²流し、試料を急速冷却させる。さらに、３０分後に１×１０^-2ｔｏｒｒ程度の真空度を得て、その後、２５０℃まで昇温し、２５０℃で２時間保持をし、その後、炉冷を行った。

上述した真空焼入れ条件は、一般の金型材の焼入れに用いられる条件と同じであり、通常の真空熱処理条件でもＨＭＶ６００までの硬さが得られガラス繊維強化樹脂にも十分使用できることが確認できた。

上述した本発明の実施形態による金型用型材は、従来の型材が持つ優れた特性を保持すると同時に、主材料としてフェライト系ステンレス鋼を使用した場合には酸化腐食による諸問題を克服でき、さらに、窒化処理がなされているので、その後に行われる焼入れ処理によりその硬度を制御することが可能となり、金型用型材として優れた特性を有する。

すなわち、この金型用型材は、全面にわたって通気用の微細空孔を有するとともに切削性、耐食性に優れている。さらに、この金型用型材は、機械加工はもちろんのこと放電加工やエッチング加工も可能である。また、この金型用型材は、熱処理による硬さの制御が可能である。

以上のように本発明の実施形態による金型用型材は、強度を保持しつつ優れた通気性及び加工性を実現することができた。本発明の実施形態による金型用型材は、射出成形にも用いることができ、金型構造を簡単にでき、これにより、ガス抜き性及び樹脂の流動性を向上でき、欠陥のない製品を成形できる。即ち、射出成形が難しかった製品を成形できる。また、射出成形圧力を低減でき、成形サイクルを短縮化でき、ガス欠陥を防止できる。また、本発明の実施形態による金型用型材は、スタンピング成形やプレス成形にも用いることができる。

次に、本発明の実施形態による金型用通気性部材、及び、この金型用通気性部材の製造方法を説明する。
上述の金型用型材は、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより、金型用通気性部材として用いることが可能であり、この金型用通気性部材は、金型に組み込まれる。また、上述の金型用型材は、放電加工、エッチング加工、又は機械加工により模様を付与することにより、金型用通気性部材として用いることが可能であり、この金型用通気性部材が組み込まれた金型が樹脂の射出成形に使用される。

次に、金型用型材を放電加工して金型用通気性部材を製作する例について説明する。自動車内装カップホールダベース用樹脂射出成形型を、表２に示された仕様の通気性型部材（金型用型材）を入れ子型キャビティに用いて製作した。

通気性型部材の加工にあたり、まず、機械加工にて形状加工を実施し、次いで、銅電極を用意し、（株）ソディック製（ＥＰＯＣ−３）にて表面粗さほぼＲｍａｘ２０μｍの加工条件にて加工した後、通気性型部材の気孔に残留する加工油を除去して射出成形金型を製作した。

金型により、ＡＢＳ樹脂を成形し、成形品表面のグロス値を測定（株式会社シロ産業製光沢計）したところグロス値約４．０を得た。通常の型鋼材による金型での成形品のグロス値は１０程度と光沢率が高い。一般に、樹脂成形品で光沢率が低い値は艶消し状況を示すことになり、外観、手触り感が向上する。自動車内装では、適度に光沢率の低い樹脂成形品が好まれ、本通気性型部材を使用することで極めて風合いのよい樹脂成形品を得ることができた。

次に、金型用型材をエッチング加工して金型用通気性部材を製作する例を説明する。放電加工のときと同様に、カップホールダベース用樹脂射出成形型を、表２に示された仕様の通気性型部材（実施例１の金型用型材）を入れ子型キャビティに用いて製作した。

金型用通気性部材の加工にあたり、まず、機械加工にて形状加工を実施し、次いで、エッチング加工を行うに先立ち、金型用通気性部材の気孔にエッチング液が浸み込まないように目止め樹脂（小池酸素工業（株）販売；商品名：ディヒトール）にて目止め処理を実施し、次いで、自動車内装用の代表的皮シボ模様をエッチング加工（（株）棚澤八光社にて処理）により模様付けし、金型通気性部材の気孔に残留するディヒトールを除去して射出成形金型を製作した。

この金型により、ポリプロピレン樹脂を成形し、成形品表面のグロス値を測定（株式会社シロ産業製光沢計）したところ、グロス値約２．０を得た。通常の型鋼材による金型での成形品のグロス値は５．５程度と光沢率が高い。一般に、樹脂成形品で光沢率が低い値は艶消し状況を示すことになり、外観、手触り感が向上する。自動車内装では、適度に光沢率の低い樹脂成形品が好まれ、本発明の実施形態による金型用通気性部材を使用することで極めて風合いのよい樹脂成形品を得ることができた。

次に、金型用型材から得た金型用通気性部材を樹脂成形に用いた場合の第１の用途例及び第２の用途例について説明する。

まず、第１の用途例として、ショートショットを解消した例について説明する。自動車内装のポリプロピレン樹脂製スピーカグリルの成形において、開口１．５ｍｍの格子状で、その線径約０．３ｍｍの形状が正常に成形することができ、今まで、金属性金網のインサート成形であった部品が、樹脂の一体成形にて製造できた。

次に、第２の用途例としてウェルドラインを解消した例について説明する。ＡＢＳ樹脂製便座の成形にて、成形時の金型からキャビティ内のガスが抜けないことにより、十字あるいはＴ字形状のウェルドラインが発生していたが、このウェルドライン発生箇所の金型に通気性型部材を使用することにより、ウェルドライン発生を解消することができた。

以上説明したように、本発明の実施形態による金型用通気性部材は、強度を保持しつつ優れた通気性を実現し、射出成形にも用いることができる。この金型用通気性部材を金型に用いることにより、ガス抜き性及び樹脂の流動性を向上させることができ、金型構造を簡単にでき、射出成形が難しかった製品を成形でき、成形サイクルを短縮化でき、ガス欠陥を防止できる。すなわち、網目状、格子状の成形品も確実に成形でき、薄物も良好に成形できる。さらに、樹脂の金型への密着性が高いので、表面模様を忠実に成形でき、ツヤムラを消すことも可能であるので無塗装を可能とする。

次に、図３乃至図６を参照して、本発明の他の実施形態による金型用通気性部材及びその金型通気性部材の製造方法を説明する。図３は本発明の他の実施形態による金型用通気部材を示す部分平面図、図４は図３のIV−IV線に沿って見た断面図、図５は本発明の他の実施形態による金型用通気部材の他の例を示す部分平面断面図、図６は本発明の他の実施形態による金型用通気部材の更なる他の例を示す部分平面断面図である。

図３及び図４に示すように、本発明の他の実施形態による金型用通気性部材１０は、その一面側に製品形状に対応したキャビティ１２が形成され、さらに、その内部に通水用の複数の導通孔１４が形成されている。これらの導通孔１４は直線状に形成され、導通孔１４の両端部は、連結管１６により接続され、これらの導通孔１４及び連結管１６内に、外部から供給される冷却水が流れるようになっている。

この導通孔１４は、図３及び図４に示された直線状のもの以外に、図５に示すように、金型用通気性部材１０内で回路状に延びるように形成されたものであっても良い。さらに、導通孔１４は、図６に示すように、タンク形状のものであっても良い。

この導通孔１４は、ドリル加工により形成される。この導通孔１４の直径は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が好ましい。

このように金型用通気性部材１０の内部に通水用の導通孔１４を形成したので、以下の利点がある。即ち、樹脂成形に代表される射出成形においては、通常、加熱溶融された樹脂を冷却された金型に射出して、金型により冷却、固化されて、射出成形がなされるようになっている。この射出成形において、数グラムの小さな成型品では、その成形サイクルが数秒以下であり、また、自動車のバンパーのような大きな成型品でも、数十秒サイクルで成形される。本発明の実施形態による金型通気用部材１０の内部には導通孔１４が形成され、この導通孔１４に冷却水を流すようにしたので、金型温度を一定に保持することが出来、それにより、安定した品質と成形サイクルを得ることができる。

次に、この金型用通気性部材１０の内部に形成された通水用の導通孔１４の漏水防止のための目止め処理について説明する。金型用通気性部材１０にドリル加工により導通孔１４を形成した場合、そのまま通水すると、金型用通気性部材１０の通気孔へ水が浸み込み、水漏れが発生し、射出成形が安定せず、成型品の品質が低下する場合がある。

このような水漏れを防止するため、本発明の実施形態による金型用通気性部材１０の導通孔１４の内面には、硬化剤配合エポキシ樹脂により目止め処理がなされている。この硬化剤配合エポキシ樹脂は、硬化剤により常温で硬化を始めるエポキシ樹脂である。この目止め処理は、先ず、硬化剤配合エポキシ樹脂を導通孔の注入孔から流し込み、数分間静置し、その後、エポキシ樹脂を排出し、さらに、導通孔の内部に残った樹脂が硬化するまで一定時間放置して、目止め処理が終了する。具体的には、導通孔１４を形成した後、この導通孔１４内に、粘度が２００ｍＰａ・ｓ〜２００００ｍＰａ・ｓの硬化剤配合エポキシ樹脂を流し込み、排出するようにするのが好ましい。

より具体的に説明すると、目止め処理を、エポキシ樹脂の初期粘度は５００ｍＰａ・ｓ、金型温度は１５℃〜２５℃、静値時間は１〜５分、エポキシ樹脂の排出時の粘度は１８００〜２５００ｍＰａ、１５℃〜２５℃で１６時間以上放置した条件で実施した。この目止め処理がなされたものは、０．６ｍＰａの圧漏れテストにおいて、水漏れがないことが確認された。

次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施形態による金型通気性部材のエアブロー洗浄について説明する。図７は、本発明の実施形態による金型用通気性部材のエアブロー洗浄を説明するための金型用通気性部材の正面図であり、図８は、エアブロー洗浄における通気度とエアブロー時間の関係を示す線図である。

射出形成においては、キャビィティ内の空気を樹脂で置換することにより成型品を形成する。この射出形成において、本発明の実施形態による金型用通気性部材が金型のキャビティ面に用いられ、金型用通気性部材の通気孔により、キャビティ内の空気を抜くようになっている。上述したように、金型通気性部材を得るためには、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工が行なわれるが、これらの加工により、通気孔となる空孔に加工油又はエッチング液が浸み込み、この加工油等により、通気性が失われ、ガス抜きの効果が発揮できず、成型品の品質の低下を引き起こす不具合が発生する。

そのため、本発明の実施形態による金型通気性部材においては、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工により、通気孔に浸み込んだ加工油やエッティング液をエアブローにより洗浄するようにしている。

図７に示すように、金型通気性部材２０は、入れ子２２を介して、モールドベース２４内に配置されている。このモールドベース２４には、空気給排気孔２６が形成され、この空気給排気孔２６の金型通気性部材２０の側には、エア連結溝２８が形成されている。また、空気給排気孔２６の他端側には、ホース継手３０が連結されている。

エアブロー処理を行なう場合、事前準備として、加工後通気孔に浸み込んだ加工油等と射出成形時に発生したガスを確実に抜くために、金型通気性部材２０の形状加工面１０ａと裏面１０ｂに、通気性を確保できる加工を行なう。即ち、通気度が５０ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ以上となる加工である。この加工には、放電加工や、ボールエンドミル加工が用いられる。

この事前準備完了後に、図７に示すように、金型用通気性部材２０をモールドベース２４に設置し、この状態で、ホース継手３０から、圧縮エアを空気給排気孔２６へ供給する。供給された圧縮エアは、０．２〜０．８ＭＰａのエアが好ましく、エア連結溝２８により、均等に行き渡り、エアブロー処理が実施される。

具体的に説明すると、このエアブロー洗浄は、平均通気孔２０μｍの金型用通気性部材の上下面（形状加工面及び裏面）に放電加工を施し、加工油が浸み込んだ厚さの異なる２種類の試料（１２ｍｍ、２０ｍｍ）を用いて行なった。０．５ＭＰａの圧縮エアを供給し、エアブロー洗浄時間と通気度の関係を測定した。ここで、通気度は、０．５ＭＰａの圧縮エアが試料を１秒間に流れる１ｃｍ²あたりの流量を積算流量計で測定した値である。

図８に示すように、本発明の実施形態による金型用通気性部材２０は、エアブロー洗浄６時間後は、通気度の変化がなく、ほぼ加工油が抜けたことが確認された。これにより、エアブロー洗浄による油抜きが有効であることが確認できた。また、エアブロー洗浄開始２時間後には厚さ２０ｍｍの試料で通気度７７０ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃであり、６時間後の９５％以上の通気度が確保されているので、エアブロー洗浄は、２時間以上行なうことが有効であることを確認した。

このように、本発明の実施形態による金型用通気性部材によれば、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工により、通気孔に浸み込んだ加工油やエッチィング液をエアブローにより洗浄するようにしているので、従来のように、複雑な作業を行なったり、特別な装置を用意する必要がなく、安全且つ確実に、加工油等の洗浄を行なうことができる。

次に、本発明の実施形態による金型用通気性部材においては、必要な表面粗さを得るために、ボールエンドミル加工を行なっている。ボールエンドミルによる加工条件は、回転数が３０００〜３００００ｒｐｍであり、送り速度が１０００〜２０００ｍｍ／ｍｉｎであり、直径は０．５から１０ｍｍであり、送りピッチが０．１ｍｍであり、仕上切込量が０．１ｍｍである。

また、金型用通気性部材のボールエンドミル加工により加工される加工部分の表面粗さは、３μｍ〜２０μｍであり、好ましくは、３．２μｍ〜１３．５μｍである。
さらに、ボールエンドミル加工により得られた金型用通気性部材の通気度は、１００〜２０００ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃである。

金型用通気性部材が目詰まりしないように、放電加工を行なった場合、表面粗さが荒くなり、樹脂射出成形では、抜型時の離形抵抗が大きいという問題がある。しかしながら、本発明の実施形態による金型用通気性部材は、上述した条件のボールエンドミルにより加工を行なったので、表面粗さも２０μｍ以下となり、樹脂射出成形時の離形抵抗を低減することができ、精密射出成型品において寸法精度を確保することが容易になった。そのため、リブ形状等のように今まで使用困難な分野にも適用可能となった。

１０，２０ 金型用通気性部材
１２ キャビティ
１４ 導通孔
１６ 連結管
２２ 入れ子
２４ モールドベース
２６ 空気給排気孔
２８ エア連結溝
３０ ホース継手

Claims (21)

1. 直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより製造され、通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材。
2. 前記ステンレス鋼繊維及び前記ステンレス鋼粉末は、フェライト系ステンレスである請求項１記載の金型用型材。
3. 前記窒化による窒素含有量は、ステンレス成分１００重量％に対して０．３〜１．２重量％である請求項２記載の金型用型材。
4. 前記混合材料は、さらに、銅粉末又は銅スズ合金粉末を含む請求項３記載の金型用型材。
5. 前記混合材料は、ステンレス成分として、２０〜８０重量％のステンレス鋼繊維と、２０〜８０重量％のステンレス鋼粉末とを含み、さらに、このステンレス成分１００重量％に対して１〜１０重量％の銅粉末又は銅スズ合金粉末を含む請求項４記載の金型用型材。
6. さらに、通気孔による空孔の空孔率が１５〜３５％である請求項５記載の金型用型材。
7. 前記窒化は、窒素ガス又はアンモニア分解ガス中に９００〜１０５０℃で保持して行われる請求項６記載の金型用型材。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の金型用型材を、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより得られる金型用通気性部材であって、金型に組み込まれる金型用通気性部材。
9. 前記金型用型材を放電加工、エッチング加工、又は、機械加工により模様を付与することにより得られる金型用通気性部材であって、この金型用通気性部材が組み込まれる金型が樹脂の射出成形に使用可能である請求項８に記載の金型用通気性部材。
10. 請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の金型用型材を、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより得られる金型用通気性部材であって、この金型用通気性部材の内部に通水用の導通孔が設けられている金型用通気性部材。
11. 前記金型用通気性部材の導通孔の内面に、硬化剤配合エポキシ樹脂により目止め処理がなされている請求項１０に記載の金型用通気性部材。
12. 請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の金型用型材を、放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより得られる金型用通気性部材であって、この加工後に通気孔となる空孔に浸み込んだ加工油又はエッチング液がエアブローにより洗浄された金型用通気性部材。
13. 前記洗浄された金型用通気性部材の通気度が、５０ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ以上である請求項１２に記載の金型用通気性部材。
14. 請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の金型用型材を機械加工することにより得られる金型用通気性部材であって、加工部分の表面粗さが３μｍ〜２０μｍである金型用通気性部材。
15. 前記加工部分の表面粗さが３．２μｍ〜１３．５μｍである請求項１４に記載の金型用通気性部材。
16. 前記機械加工はボールエンドミルにより行なわれ、このボールエンドミルの回転数が３０００〜３００００ｒｐｍであり、ボールエンドミルの送り速度が１０００〜２０００ｍｍ／ｍｉｎである請求項１５に記載の金型用通気性部材。
17. 直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を成形し、
    この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、
    得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化して、
    通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材を製造する金型用型材の製造方法。
18. 直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより、通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材を製造し、
    この金型用型材を放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより金型用通気性部材を製造し、
    この金型用通気性部材の内部に通水用の導通孔を設け、
    この導通孔の内面に硬化剤配合エポキシ樹脂により目止め処理を行う、金型用通気性部材の製造方法。
19. 直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより、通気孔の平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材を製造し、
    この金型用型材を放電加工、エッチング加工、又は、機械加工することにより金型用通気性部材を製造し、
    この加工後に通気孔に浸み込んだ加工油又はエッチング液をエアブローにより洗浄する、金型用通気性部材の製造方法。
20. 直径換算径３０〜３００μｍで長さ０．４〜５．０ｍｍのステンレス鋼繊維と、ステンレス鋼粉末とを含む混合材料を形成し、この混合材料のグリーン体を加熱焼結し、得られた焼結体を窒素雰囲気下で加熱して窒化することにより、平均空孔径が３〜５０μｍである金型用型材を製造し、
    この金型用型材を加工部分の表面粗さが３μｍ〜２０μｍとなるように機械加工することにより金型用通気性部材を製造する、金型用通気性部材の製造方法。
21. 前記機械加工はボールエンドミルにより行なわれ、このボールエンドミルの回転数が３０００〜３００００ｒｐｍであり、ボールエンドミルの送り速度が１０００〜２０００ｍｍ／ｍｉｎである請求項２０に記載の金型用通気性部材の製造方法。

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