JP2021030532A - スラッシュ成形金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減を図ることができるスラッシュ成形金型の製造方法を提供する。【解決手段】スラッシュ成形金型を製造するに際し、鋳型３２の凹部３６に埋め込まれた埋め込み陰極４２と、スルファミン酸ニッケル浴２１において埋め込み陰極４２に対向する位置に配置された第２のニッケル陽極４１との間に通電を行う。これにより、スルファミン酸ニッケル浴２１に接する表面積が、鋳型３２の表面積よりも小さい埋め込み陰極４２での電流密度（鋳型３２の凹部３６での電流密度）を高く得ることが可能になり、この鋳型３２の凹部３６での金属の付着速度を高めることができて、この凹部３６での金型肉厚を十分に得ることが可能になる。その結果、電着工程の後に溶接等の補修作業を必要とすることがなくなり、スラッシュ成形金型の作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減を図ることができる。【選択図】図２

Description

本発明はスラッシュ成形金型の製造方法に係る。

従来、車両の内装部品であるインストルメントパネル等の樹脂成形品の成形方法としてスラッシュ成形が知られている。このスラッシュ成形では、成形しようとする樹脂成形品の表面形状に合致した形状の成形面を有するスラッシュ成形金型が使用される。つまり、このスラッシュ成形金型の成形面に塩化ビニル等の熱可塑性樹脂の粉末を供給して溶着させ、スラッシュ成形金型の加熱および冷却を行うことでスラッシュ成形金型の成形面に沿った所定形状の樹脂成形品を成形する。

ところで、スラッシュ成形金型の製造方法としては、特許文献１にも開示されているように、電解液中に陽極（アノード）としての金属と陰極（カソード）としての鋳型を配置し、これらに通電を行うことで鋳型の表面に金属を付着（電解液から析出した金属イオンの還元反応により付着）させ、その金属肉厚を所定厚さまで成長させるようにしている。一般に陽極としての金属にはニッケルが使用されることが多く、この場合の製造方法はニッケル電鋳法と呼ばれている。

特開平９−２０１８３４号公報

ところで、近年、車両の内装部品として、触感の優れたものや意匠性の高いものへのニーズが高まっている。それに伴って内装部品の形状の複雑化が進んでおり、多数の凹凸が存在するものがある。このような形状の内装部品を成形するためのスラッシュ成形金型としては多数の凹部が存在することになる。

一方、スラッシュ成形金型の製造方法としては、該スラッシュ成形金型の作製リードタイムを短縮化し且つ製造コストを低減することが求められている。

特許文献１にも開示されているようにスラッシュ成形金型は一般に金属の電着（例えば前述したニッケル電鋳法等）により製造されるが、前記凹部を有するスラッシュ成形金型を製造する場合、この凹部での金属の付着速度（析出速度）は低く、この凹部での金型肉厚を十分に得ることが難しい。このため、電着工程の後、金型肉厚を確保するための溶接等の補修作業が必要になってしまい、スラッシュ成形金型の作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減には限界がある。

図６は、従来のスラッシュ成形金型の製造方法に使用される電鋳装置ａを示す概略図である。この図６では、略Ｌ型形状の鋳型ｂに対してニッケルを析出させることでＬ型のスラッシュ成形金型ｃを製造する場合を示している。つまり、鋳型ｂの側面ｂ１および底面ｂ２に亘ってニッケルを付着（析出）させるものである。この図６における矢印は電解液中における電流分布を表している。

従来の電鋳装置ａを使用したスラッシュ成形金型ｃの製造方法にあっては、鋳型ｂの側面ｂ１の上部付近や底面ｂ２の先端部付近での電流密度が高くなり、この部分での金属肉厚は十分に得られるものの、側面ｂ１と底面ｂ２との境界部分である凹部ｂ３にあっては電流密度が低いことが原因で、この凹部ｂ３での金属肉厚を十分に得ることができない。このため、前述したように、電着工程の後、金型肉厚を確保するための溶接等の補修作業が必要になってしまい、スラッシュ成形金型ｃの作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減には限界がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減を図ることができるスラッシュ成形金型の製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、電解液中に配置された陽極としての金属および陰極としての鋳型に通電を行うことで前記鋳型の表面に前記金属を付着させてスラッシュ成形金型を製造する方法を前提とする。そして、このスラッシュ成形金型の製造方法は、前記鋳型の凹部に埋め込まれた第２の陰極と、前記電解液中において前記第２の陰極に対向する位置に配置された第２の陽極との間に通電を行う凹部金属付着動作を含むことを特徴とする。

この特定事項により、鋳型の凹部に埋め込まれた第２の陰極と、この第２の陰極に対向する位置に配置された第２の陽極との間に通電を行うことにより、電解液に接する表面積が、陰極としての鋳型の表面積よりも小さい第２の陰極での電流密度（鋳型の凹部での電流密度）を高く得ることが可能になる。このため、この鋳型の凹部での金属の付着速度を高めることができ、この凹部での金型肉厚を十分に得ることが可能になる。その結果、電着工程の後に溶接等の補修作業を必要とすることがなくなり、スラッシュ成形金型の作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減を図ることができる。

本発明では、スラッシュ成形金型を製造するに際し、鋳型の凹部に埋め込まれた第２の陰極と、電解液中において第２の陰極に対向する位置に配置された第２の陽極との間に通電を行うようにしている。これにより、電解液に接する表面積が、陰極としての鋳型の表面積よりも小さい第２の陰極での電流密度（鋳型の凹部での電流密度）を高く得ることが可能になり、この鋳型の凹部での金属の付着速度を高めることができて、この凹部での金型肉厚を十分に得ることが可能になる。その結果、電着工程の後に溶接等の補修作業を必要とすることがなくなり、スラッシュ成形金型の作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減を図ることができる。

実施形態に係る電鋳装置の概略構成図である。 電着工程の途中の状態を示す図１相当図である。 電着工程が完了した状態を示す図１相当図である。 金属肉厚測定部位を説明するための鋳型および金属層を示す概略構成図である。 金属肉厚測定結果を示す図である。 従来技術における図３相当図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車両の内装部品をスラッシュ成形によって成形する際に使用されるスラッシュ成形金型の製造に本発明を適用した場合について説明する。

−電鋳装置の概略構成−
図１は、本実施形態に係る電鋳装置（ニッケル電鋳装置）１の概略構成図である。

この電鋳装置１は、電鋳浴用の槽体２を備え、この槽体２内には、電鋳浴（ニッケル電鋳浴）として例えばスルファミン酸ニッケル浴２１が調製されている。

また、本実施形態における電鋳装置１は、電極ユニットとして、第１の電極ユニット３と第２の電極ユニット４とを備えている。

第１の電極ユニット３は、前記スルファミン酸ニッケル浴２１に浸漬された第１のニッケル陽極３１および鋳型（被電鋳型）３２を有している。第１のニッケル陽極３１は正極に接続され、鋳型３２は負極に接続されている。

鋳型３２は、例えば図示しない支持台上に配置されている。また、鋳型３２の表面には、成形面３３が形成されている。具体的に、本実施形態に係る鋳型３２は、略Ｌ型形状のものである。つまり、鋳型３２の成形面３３としては、側面３４および底面３５を備え、また、これら側面３４と底面３５との境界部分は凹部（隅角部）３６となっている。そして、本電鋳装置１は、これら側面３４、凹部３６および底面３５に亘ってニッケルを析出させることでスラッシュ成形金型５（図３を参照）を製造するようになっている。

本実施形態の特徴は前記第２の電極ユニット４を備えている点にある。この第２の電極ユニット４は、前記スルファミン酸ニッケル浴２１に浸漬された第２のニッケル陽極４１および鋳型３２に埋め込まれた埋め込み陰極４２を有している。

前述したように鋳型３２は、略Ｌ型形状のものであり、成形面３３の側面３４と底面３５との境界部分は凹部３６となっており、埋め込み陰極４２は線状であってその先端（上端）が凹部３６に臨むように鋳型３２に埋め込まれている。この埋め込み陰極４２は負極に接続されている。

また、前記第２のニッケル陽極４１は、凹部３６に対して所定間隔を存した位置で該凹部３６に対向する位置（凹部３６において埋め込み陰極４２の先端が臨む位置）に配置されている。この第２のニッケル陽極４１は正極に接続されている。スルファミン酸ニッケル浴２１における第２のニッケル陽極４１の配設位置としては、この第２のニッケル陽極４１と凹部３６（埋め込み陰極４２の先端）との間の間隔寸法が、第１のニッケル陽極３１と成形面３３における側面３４の上部や底面３５の先端部との間の間隔寸法よりも短くなるように設定されている。

このような構成であるため、前記第２のニッケル陽極４１が本発明でいう第２の陽極に相当し、埋め込み陰極４２が本発明でいう第２の陰極に相当する。

次に、スラッシュ成形金型５を製造する手順について説明する。

先ず、図１に示すように所定の組成に調製されたスルファミン酸ニッケル浴２１中に鋳型３２を配置する。この鋳型３２は、負極に接続されていると共に、凹部３６に埋め込み陰極４２の先端が臨んでいる。また、スルファミン酸ニッケル浴２１中には前記各ニッケル陽極３１，４１が配置されている。第２のニッケル陽極４１は、鋳型３２の成形面３３の凹部３６に対して所定間隔を存した位置で対向している。

この状態で、各電極ユニット３，４に通電が行われ、スラッシュ成形金型５を製造するための電着工程が開始される。

この電着工程により、電解液から析出した金属イオンの還元反応により、図２に示すように鋳型３２の成形面３３にはニッケルが付着されていき、金属層（ニッケル層）５１が成長していく。具体的に、前記成形面３３における側面３４および底面３５にあっては、主に第１のニッケル陽極３１から析出した金属イオンが付着していき、これら側面３４および底面３５に金属層５１が成長していく。

また、前記成形面３３における凹部３６にあっては、スルファミン酸ニッケル浴２１に接する埋め込み陰極４２の表面積が鋳型３２の表面積よりも小さくなっているので、この埋め込み陰極４２での電流密度（鋳型３２の凹部３６での電流密度）は高くなっている。具体的には、第１の電極ユニット３の第１のニッケル陽極３１と鋳型３２との間での電流密度は０．７Ａ／ｄｍ²となり、第２の電極ユニット４の第２のニッケル陽極４１と埋め込み陰極４２との間での電流密度は３．０Ａ／ｄｍ²となっている。また、このような電流密度の差が生じるように、各電極ユニット３，４での電流制御が行われてもよい。この際、前記電流密度を得るための各電極ユニット３，４での電流値は、実験またはシミュレーションによって予め設定されている。例えば、第１の電極ユニット３での電流値に対して、第２の電極ユニット４での電流値を所定量だけ高くする。また、前記各電流密度の数値はこれに限定されるものではない。

このような電着工程により、成形面３３における側面３４の上部付近や底面３５の先端部付近での電流密度は高くなっているので、これら側面３４および底面３５にあっては、この部分から金属層５１が成長していくことになる。図２における矢印は電解液中における電流分布を表している。

一方、成形面３３における凹部３６にあっては、前述したように第２のニッケル陽極４１と埋め込み陰極４２とが対向している。また、スルファミン酸ニッケル浴２１に接する埋め込み陰極４２の表面積が鋳型３２の表面積よりも小さくなっている。このため、埋め込み陰極４２での電流密度（鋳型３２の凹部３６での電流密度）は高くなっており、この部分においても、前記側面３４および底面３５に付着している金属層５１とは独立して金属層５１が付着し成長していくことになる。このように第２のニッケル陽極４１から析出した金属（ニッケル）が凹部３６に付着していく動作が本発明でいう凹部金属付着動作（鋳型の凹部に埋め込まれた第２の陰極と、電解液中において第２の陰極に対向する位置に配置された第２の陽極との間に通電を行う凹部金属付着動作）に相当する。

従来技術にあっては、前記第２の電極ユニット４を有していないことから、鋳型の凹部での金属の析出速度は低く、この凹部での金型肉厚を十分に得ることが難しかった。このため、電着工程の後、金型肉厚を確保するための溶接等の補修作業が必要になってしまい、スラッシュ成形金型の作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減には限界があった。

本実施形態では、第２の電極ユニット４を備えさせたことで、凹部３６での電流密度を高く得ることができ、この凹部３６に対して集中的に（ピンポイントで）ニッケルを析出させることが可能になる。このため、凹部３６での金型肉厚を十分に得ることが可能になり、電着工程の後に溶接等の補修作業を必要とすることがなくなり、スラッシュ成形金型５の作製リードタイムの短縮化や製造コストの低減を図ることができる。

図３は、電着工程が完了した状態を示す電鋳装置１の概略構成図である。この図３からも分かるように、成形面３３における側面３４の上部付近や底面３５の先端部付近から成長していく金属層５１，５１（図２を参照）と、成形面３３における凹部３６から成長していく金属層５１とは一体化し、所定形状のスラッシュ成形金型５が製造されることになる。

電着工程の完了後、鋳型３２からスラッシュ成形金型５が離脱され、該スラッシュ成形金型５が、車両の内装部品のスラッシュ成形に使用されることになる。

このスラッシュ成形金型５は、図示しない成形装置に組み込まれ、車両の内装部品である樹脂成形品（例えば内装部品の表皮材）の成形工程に使用される。その概略について説明すると、第１加熱ステーションでスラッシュ成形金型５が所望の温度に加熱された後、溶着ステーションでスラッシュ成形金型５の表面（成形面）に塩化ビニル（ＰＶＣ）粉末が溶着され、さらに第２加熱ステーションで前記塩化ビニル粉末が溶着されたスラッシュ成形金型５を例えば２００℃に加熱する。次いで、前記加熱されたスラッシュ成形金型５を冷却ステーションで冷却することにより、このスラッシュ成形金型５の表面に溶融する塩化ビニル粉末を固化した後、取り出しステーションで該スラッシュ成形金型５の表面から樹脂成形品を取り外す。

−金属肉厚測定−
次に、前述した効果を確認するために行った金属肉厚測定について説明する。この金属肉厚測定では、成形面３３における凹部３６から成長していく金属層５１を電着工程の開始後、所定時間毎に測定するものである。

図４は、金属肉厚測定部位を説明するための鋳型３２および金属層５１を示す概略構成図である。この図４に示すように、本金属肉厚測定では、成形面３３における凹部３６周辺の３箇所Ａ，Ｂ，Ｃについて金属肉厚を測定するようにしている。

図５は、金属肉厚測定結果を示す図である。本金属肉厚測定を行うに当たっての電着工程では、電着工程の開始後の所定期間ｔａ（図中のタイミングＴ１までの期間）は電流密度が低くなるように設定（例えば０．７Ａ／ｄｍ²となるように設定）し、この所定期間ｔａの経過後（期間ｔｂ）は電流密度が高くなるように設定（例えば３．０Ａ／ｄｍ²となるように設定）したものである。

この図５に示す破線は従来の電鋳装置を使用した場合の金属層の肉厚（型厚）の変化を示している。また、図５に示す実線は前記実施形態に係る電鋳装置１を使用した場合の金属層５１の肉厚の変化を示している。また、この図５における「○」は図４におけるＡ部分の肉厚を、「▲」は図４におけるＢ部分の肉厚を、「■」は図４におけるＣ部分の肉厚をそれぞれ示している。

この図５から明らかなように、前記実施形態に係る電鋳装置１を使用した場合にあっては、従来の電鋳装置を使用した場合に比べて凹部３６での金型肉厚が十分に得られることが確認できた。

−変形例−
次に変形例について説明する。本変形例は、鋳型３２と埋め込み陰極４２との材質を互いに異ならせることによって電流密度に差を生じさせるものである。

具体的には、鋳型３２を銀鏡処理したものとし、埋め込み陰極４２をＳＵＳ材（ＳＵＳ製のテープまたは端子）としたものである。これら材料の抵抗値の差に起因して埋め込み陰極４２での電流密度を高めるようにしている。

なお、本変形例の構成は、前記実施形態（第１の電極ユニット３と第２の電極ユニット４とで電流値を異ならせるもの）と組み合わせるようにしてもよい。

−他の実施形態−
なお、本発明は、前記実施形態および前記変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

例えば、前記実施形態および前記変形例では、車両の内装部品をスラッシュ成形によって成形する際に使用されるスラッシュ成形金型５の製造に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、その他の樹脂成形品をスラッシュ成形によって成形する際に使用されるスラッシュ成形金型の製造に対しても適用することが可能である。

また、前記実施形態および前記変形例では、凹部３６が１箇所のみに設けられた鋳型３２を使用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、凹部が複数箇所に設けられた鋳型を使用する場合についても適用が可能である。この場合、各凹部それぞれについて埋め込み陰極を適用することが好ましい。また、隣り合う凹部同士の間隔が比較的短い場合には一方の凹部のみに対して埋め込み陰極を適用するようにしてもよい。

本発明は、樹脂成形品のスラッシュ成形に用いられるスラッシュ成形金型の製造方法に適用可能である。

１ 電鋳装置
２１ スルファミン酸ニッケル浴
３１ 第１のニッケル陽極
３２ 鋳型
３６ 凹部
４１ 第２のニッケル陽極（第２の陽極）
４２ 埋め込み陰極（第２の陰極）
５ スラッシュ成形金型
５１ 金属層

Claims (1)

1. 電解液中に配置された陽極としての金属および陰極としての鋳型に通電を行うことで前記鋳型の表面に前記金属を付着させてスラッシュ成形金型を製造する方法であって、
   前記鋳型の凹部に埋め込まれた第２の陰極と、前記電解液中において前記第２の陰極に対向する位置に配置された第２の陽極との間に通電を行う凹部金属付着動作を含むことを特徴とするスラッシュ成形金型の製造方法。

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