JP2023029111A - 成形用金型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シェル型をバックアップ型で十分にバックアップして、シェル型の変形を防止する。シェル型のすべての真空吸引孔を通気溝に連通させて、真空吸引効率を高める。【解決手段】成形用金型は、複数の真空吸引孔５を有するシェル型と、バックアップ型とを含む。シェル本体部３の裏面とバックアップ本体部１１の表面とが同一形状をなして嵌合する。バックアップ本体部１１の表面又はシェル本体部３の裏面に、相手面を受ける受け面１４を残して、通気溝１３が形成されている。シェル本体部３の裏面又はバックアップ本体部１１の表面に、送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目６と該筋目間の突条７とが形成されている。真空吸引孔５と通気溝１３とが筋目６を介して連通している。【選択図】図７

Description

本発明は、真空吸引機能を有する成形用金型に関するものである。

シートを型面に真空吸引する機能を有する成形用金型は、複数の真空吸引孔を有する比較的薄いシェル型と、シェル型をバックアップするバックアップ型とを含み構成されたものが多い。比較的薄いシェル型には、複数の真空吸引孔を形成しやすいからである。一方、バックアップ型には、シェル型を支えつつ真空吸引孔と連通する通気路を設ける工夫が必要である。

特許文献１に記載のバックアップ型は、シェル型の裏面よりも一回り大きい収容凹部と、収容凹部から突出した複数個の支持突片とを有し、支持突片でシェル型の裏面を支える。シェル型の真空吸引孔には通気路としての収容凹部が連通し、型外部から収容凹部を減圧する。しかし、このバックアップ型では、成形時の圧力が高い場合に支持突片がシェル型を十分に支えられず、シェル型が変形するおそれがあった。

特許文献２に記載のバックアップ型は、表面がシェル型の裏面と合致する形状をなし、表面に複数の受け面を残して通気溝が凹設され、該受け面でシェル型の裏面を支える。シェル型の真空吸引孔には通気路としての通気溝が連通し、型外部から通気穴を介して通気溝を減圧する。このバックアップ型は、成形時の圧力が高い場合でもシェル型を十分に支えて、シェル型の変形を防ぐことができる。しかし、このバックアップ型は、すべての真空吸引孔が通気溝に連通するとは限らず、一部の真空吸引孔を受け面が完全に塞ぐことがあるため、全体の真空吸引効率を低下させることがあった。

特開昭６１－１４９２２号公報 特開２０２１－５３９２０号公報

そこで、本発明の目的は、シェル型をバックアップ型で十分にバックアップして、シェル型の変形を防止するとともに、シェル型のすべての真空吸引孔を通気溝に連通させて、真空吸引効率を高めることにある。

［１］成形用金型
複数の真空吸引孔を有するシェル型と、シェル型をバックアップするバックアップ型とを含み、シェル型の裏面とバックアップ型の表面とが同一形状をなして嵌合する成形用金型において、
バックアップ型の表面又はシェル型の裏面に、相手面を受ける受け面を残して、通気溝が形成され、
シェル型の裏面又はバックアップ型の表面（但し、通気溝を加工した面については「受け面」）に、送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目と該筋目間の突条とが形成され、
真空吸引孔と通気溝とが筋目を介して連通していることを特徴とする成形用金型。

＜作用＞
同一形状をなすシェル型の裏面とバックアップ型の表面とが突条で当接するため、シェル型をバックアップ型で十分にバックアップして、シェル型の変形を防止することができる。
真空吸引孔と通気溝とが筋目を介して連通しているため、シェル型のすべての真空吸引孔を通気溝に連通させて、真空吸引効率を高めることができる。
複数の筋目が送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍであることにより、真空吸引効率とシェル型の剛性とを両立できる。加工ピッチ０．５ｍｍ未満・加工深さが０．０１ｍｍ未満であると、真空吸引効率が落ちる。加工ピッチ５．０ｍｍ超・加工深さ０．４ｍｍ超であると、これをシェル型に形成した場合、成形時の圧力によりシェル型がわずかに変形し、成形品の寸法精度や金型の耐久性に影響する。

［２］成形用金型の製造方法
複数の真空吸引孔を有するシェル型と、シェル型をバックアップするバックアップ型とを含み、シェル型の裏面とバックアップ型の表面とが同一形状をなして嵌合する成形用金型の製造方法において、
バックアップ型の表面又はシェル型の裏面に、相手面を受ける受け面を残して、通気溝を加工し、
シェル型の裏面又はバックアップ型の表面（但し、通気溝を加工した面については「受け面」）を、先端が非平坦なエンドミルで切削加工し、切削加工跡として送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目と該筋目間の突条とを残すことを特徴とする成形用金型の製造方法。

＜作用＞
シェル型の裏面又はバックアップ型の表面を、先端が非平坦なエンドミルで一方向に切削することにより、切削加工跡として送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目と該筋目間の突条とを効率的に形成することができる。

本発明の成形用金型によれば、シェル型をバックアップ型で十分にバックアップして、シェル型の変形を防止することができるとともに、シェル型のすべての真空吸引孔を通気溝に連通させて、真空吸引効率を高めることができる。

図１は実施例１の成形用金型におけるシェル型の表面側を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分拡大斜視図である。 図２は同シェル型の裏面側を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分拡大斜視図である。 図３は切削加工を示し、（ａ）は荒加工時の斜視図、（ｂ）は中仕上げ加工時の斜視図、（ｃ）は仕上げ加工時の斜視図である。 図４は実施例１の成形用金型におけるバックアップ型の表面側を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分拡大斜視図である。 図５は同バックアップ型の断面図である。 図６は同シェル型をバックアップ型に取り付けてなる実施例１の成形用金型を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。 図７（ａ）は比較例の成形用金型の要部拡大断面図、（ｂ）は実施例１の成形用金型の要部拡大断面図、（ｃ）は実施例１の成形用金型を別方向で切断した要部拡大断面図である。 図８は実施例１の成形用金型を用いた樹脂シートの真空成形時の断面図である。 図９は実施例２の成形用金型におけるバックアップ型の表面側を示す斜視図である。

＜１＞シェル型
シェル型としては、電鋳、鋳造、切削、放電加工等により形成されたものを例示できる。電鋳により形成されたものは、製造効率が高く、凹凸模様をモデルからの転写で容易に形成でき、真空吸引孔を電鋳時に形成できる等の利点があり、好ましい。
シェル型の厚さは、特に限定されないが、２～６ｍｍが好ましく、２．５～５ｍｍがより好ましい。電鋳等により製造しやすく、真空吸引孔も形成しやすいからである。
シェル型の材料としては、特に限定されないが、金属（ニッケル、鋼等）、セラミック等を例示できる。

シェル型の表面（型面）に凹凸模様を形成しておくことにより、該表面に真空吸引された表皮の表面に該凹凸模様を転写した凹凸模様を賦形することができる。凹凸模様としては、特に限定されないが、革シボ模様、縫目模様、幾何学的単位模様の複数繰り返し配列等を例示できる。

シェル型は、バックアップ型に対して取り替え可能に取り付けられていることが好ましい。その取り付け構造としては、ネジによる螺着、嵌合形状による嵌合等を例示できる。

＜２＞真空吸引孔
真空吸引孔としては、特に限定されないが、特開昭６０－１５２６９２号公報、特開平９－２４９９８７号公報等に記載の方法で電鋳時に形成されたもの、機械加工（ドリル加工等）で形成されたもの、高エネルギビーム加工（レーザー加工、電子ビーム加工、イオンビーム加工等）で形成されたもの等を例示できる。
真空吸引孔の直径は、特に限定されないが、シェル型の表面側で０．１～０．３ｍｍであり、シェル型の裏面側で０．１～５ｍｍであるものが好ましい。

＜３＞バックアップ型
バックアップ型としては、特に限定されないが、鋳造、切削、放電加工等により形成されたものを例示できる。
バックアップ型の厚さは、特に限定されないが、１０ｍｍ以上が好ましく、２０ｍｍ以上がより好ましい。高剛性となるからである。
バックアップ型の材料としては、特に限定されないが、金属（アルミニウム合金、鋼等）、セラミック等を例示できる。

＜４＞通気溝
通気溝は、バックアップ型の表面又はシェル型の裏面のいずれか一方又は両方に形成することができるが、加工効率等の点でいずれか一方のみに形成することが好ましく、型強度低下のおそれが少ない点でバックアップ型の表面のみに形成することがより好ましい。

通気溝としては、機械加工（切削加工等）、放電加工、エッチング加工等により形成されたものを例示できる。
通気溝のパターンとしては、特に限定されないが、１本又は複数本の線状、ネット状（特許文献２に記載の四角格子状、三角格子状、六角格子状、その他）等を例示できる。
筋目の方向に対して交差する方向に延びる通気溝を含むことが好ましい。該通気溝は複数の筋目と連通するからである。

通気溝の深さは、特に限定されないが、０．２～３ｍｍが好ましく、０．２～２ｍｍがより好ましく、０．３～１ｍｍが最も好ましい。通気溝の深さが０．２ｍｍ以上であると通気性がよく、３ｍｍ以下であるとバックアップ型の強度が低下しにくい。
通気溝の幅（開口幅）は、特に限定されないが、１～７ｍｍが好ましく、１～５ｍｍがより好ましい。通気溝の幅が１ｍｍ以上であると通気性がよく、７ｍｍ以下であるとバックアップ型の強度が低下しにくい。

＜５＞筋目と突条
筋目と突条は、シェル型の裏面又はバックアップ型の表面のいずれか一方又は両方に形成することができるが、両方に形成すると両型の嵌合精度が低下するため、いずれか一方のみに形成することが好ましく、シェル型の加工量が少なく済む点でシェル型の裏面のみに形成することがより好ましい。

筋目と突条の方向は、これを形成する面（シェル型の裏面又はバックアップ型の表面）の全体において一方向でもよいし、該面に設定した複数の領域の間で方向を変えてもよい。
先端が非平坦なエンドミルとしては、特に限定されないが、ボールエンドミル、ラジアスエンドミル等を例示できる。
該エンドミルの刃径としては、特に限定されないが、１５～２０ｍｍを例示できる。

複数の筋目は、前記のとおり送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍであるが、より好ましくは送りピッチ１．０～３．０ｍｍ・加工深さ０．０２～０．１５ｍｍである。
送りピッチと加工深さとの関係は、特に限定されないが、送りピッチは加工深さに対して２０～５０倍であることが好ましい。

＜６＞成形用金型
本発明の成形用金型は、真空吸引機能を利用しながら高分子材料を成形する各種成形（特に限定されず、真空成形、圧空成形、インサート射出成形、ブロー成形、スタンピング成形、プレス成形、スラッシュ成形等を例示できる。）用の金型として具体化することができる。

以下、本発明を具体化した実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例で記す材料、構成、数値は例示であって、適宜変更できる。

［実施例１］
図１～図８に示す実施例１の成形用金型１は、真空成型用金型である。
成形用金型１は、複数の真空吸引孔５を有するシェル型２と、シェル型２をバックアップするバックアップ型１０とを含み、シェル型の裏面とバックアップ型の表面とが同一形状をなして図６及び図７（ｂ）（ｃ）に示すように嵌合している。

シェル型２は、図１及び図２に示すように、ニッケル電鋳により厚さ２～６ｍｍの殻状に形成されたものであり、メス型（凹形状）のシェル本体部３と、シェル本体部３の周りのフランジ部４とからなる。

真空吸引孔５は、シェル本体部３の全域に分散して多数形成されており、フランジ部４には形成されていない。真空吸引孔５は、ニッケル電鋳時に形成されたものである。真空吸引孔５の直径は、シェル型２の表面側で０．１～０．３ｍｍであり、裏面に向かうにつれて拡径し、シェル型２の裏面側で３～５ｍｍである。なお、真空吸引孔は、後加工（機械加工、高エネルギビーム加工）で形成されたものでもよい。

シェル本体部３の表面（型面）には、図１に示すように、凹凸模様８が電鋳時に形成されている。図示例の凹凸模様８は革シボ模様である。

シェル型２の裏面には、図２に示すように、送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目６と該筋目間の突条７とが形成されている。この筋目６と突条７は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、シェル型２の裏面を、先端が非平坦なエンドミル２０で切削加工することにより、切削加工跡として形成されたものである。その方法については、バックアップ型１０を説明した後に詳述する。

バックアップ型１０は、図４及び図５に示すように、アルミニウム合金で厚さ１０～３０ｍｍに鋳造されたバックアップ本体部１１と、バックアップ本体部の背面側を空間をおいて覆う箱状のケース部１７とからなるものである。

バックアップ本体部１１の表面は、シェル本体部３の裏面の凸形状と同一の凹形状をなしている。バックアップ本体部１１の裏面側には温度調節用配管１２が鋳込まれており、温度調節用配管１２には温度調節用流体が流せるようになっている。温度調節用配管１２には、例えばフレキシブルＳＵＳ配管が用いられている。

バックアップ本体部１１の表面には、シェル本体部３の裏面を受ける受け面１４を残して、例えば四角格子状に繋がる通気溝１３が機械加工で凹設されている。この通気溝１３は、筋目６の方向に対して平行に延びる通気溝（図７（ｂ））と、筋目６の方向に対して交差する方向に延びる通気溝（図７（ｃ））とを含む。例えば、通気溝１３は深さ０．２～３ｍｍ・幅１～７ｍｍであり、受け面１４は５ｍｍ平方～２０ｍｍ平方の四角形群である。

バックアップ本体部１１には、通気溝１３から裏面側の空間に連通する複数の通気穴１５が形成されている。通気穴１５の直径は例えば５～１０ｍｍである。
ケース部１７には、該空間を型外部に連通させる通気プラグ１８が設けられ、型外部の真空吸引装置（図示略）が接続できるようになっている。

図６に示すように、シェル本体部３がバックアップ本体部１１に嵌合して当接し、フランジ部４がバックアップ本体部１１の座繰部に嵌合してネジで螺着されることにより、シェル型２はバックアップ型１０に対して取り替え可能に取り付けられている。この取り付け状態で、図７（ｂ）（ｃ）に示すように、すべての真空吸引孔５が筋目６を介して通気溝１３に連通している。

以上のように構成された成形用金型１は、次の方法で製造される。
シェル本体部３の裏面とバックアップ本体部１１の表面とは、嵌合のために同一形状である必要があり、一方または両方を切削加工することで嵌合精度を確保する。

そのために、通常は、図３（ａ）に示す荒加工、（ｂ）に示す中仕上げ加工、（ｃ）に示す仕上げ加工、という３ステップを経て、最終的に平滑面に近づけて嵌合精度を高める。具体的には、例えば刃径１６ｍｍのボールエンドミルを使用し、荒加工では送りピッチＰ１を５．０ｍｍ超として加工深さＨ１を０．４ｍｍ超とし、次の中仕上げ加工では送りピッチＰ２を０．５～５．０ｍｍとして加工深さＨ１を０．０１～０．４ｍｍとし、次の仕上げ加工では送りピッチＰ３を０．５ｍｍ未満として加工深さＨ１を０．０１ｍｍ未満とする。
しかし、シェル本体部３の裏面とバックアップ本体部１１の表面の両方を、（ｃ）の仕上げ加工まで行って平滑面に近づけると、図７（ａ）に比較例として示すように、受け面１４で完全に塞がれてしまう真空吸引孔５が存在する（同図の中央）。

そこで、本実施例では、次のように切削加工する。
バックアップ本体部１１の表面は、図３（ｃ）の仕上げ加工まで行って平滑面に近づける。
シェル本体部３の裏面は、（ａ）の荒加工と（ｂ）の中仕上げ加工とを行った状態で加工を止め、（ｃ）の仕上げ加工を行わないことにより、切削加工跡として送りピッチＰ２が０．５～５．０ｍｍ・加工深さＨ１が０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目６と該筋目間の突条７とを残す。この切削加工跡を残しても、必要な嵌合精度は確保される。
これにより、図７（ｂ）（ｃ）に示すように、すべての真空吸引孔５が筋目６を介して通気溝１３に連通し、受け面１４で完全に塞がれる真空吸引孔が無くなるため、真空成形における吸引効率を高めることができる。特に、図７（ｃ）に示すように、筋目６の方向に対して交差する方向に延びる通気溝１３には多くの筋目６が連通する。

以上のように構成された成形用金型１を用いて、次の方法で樹脂シートを真空成形することができる。
図８に示すように、加熱により軟化させた熱可塑性の樹脂シート２１を、成形用金型１に当てがうとともに、オス型２２でシェル本体部３の表面に押し込む。続いて、前述した真空吸引装置（図示略）によりバックアップ型１０内の空間を減圧し、通気穴１５、通気溝１３及び筋目６を介して真空吸引孔５により、樹脂シート２１をシェル本体部３の表面に真空吸引して成形する。このとき、前述した高い吸引効率により、樹脂シート２１にはシェル本体部３の凹凸模様８が忠実に転写され、リアリティのある凹凸模様が賦形される。

［実施例２］
次に、図９に示す実施例２の成形用金型は、バックアップ本体部１１の通気溝１３を、筋目の方向（図２参照）に対して交差する方向に延びる３本の線状の通気溝１３とした点においてのみ実施例１と相違し、その他は実施例１と共通である。各通気溝１３は各通気穴１５に連通している。
この通気溝１３も、図７（ｃ）と同様に、筋目６を介してすべての真空吸引孔５に連通する。よって、実施例２によっても実施例１と同様の作用効果が得られる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。
（１）通気溝１３と受け面１４はシェル本体部３の裏面に形成してもよい。この場合、バックアップ本体部１１の表面には通気溝と受け面を形成しないことが好ましい。
（２）筋目６と突条７は、バックアップ本体部１１の受け面１４に形成してもよい。この場合、シェル本体部３の裏面には筋目と突条を形成しないことが好ましい。

１ 成形用金型
２ シェル型
３ シェル本体部
４ フランジ部
５ 真空吸引孔
６ 筋目
７ 突条
８ 凹凸模様
１０ バックアップ型
１１ バックアップ本体部
１２ 温度調節用配管
１３ 通気溝
１４ 受け面
１５ 通気穴
１７ ケース部
１８ 通気プラグ
２０ エンドミル
２１ 樹脂シート
２２ オス型

Claims (7)

1. 複数の真空吸引孔（５）を有するシェル型（２）と、シェル型（２）をバックアップするバックアップ型（１０）とを含み、シェル型（２）の裏面とバックアップ型（１０）の表面とが同一形状をなして嵌合する成形用金型において、
   バックアップ型（１０）の表面又はシェル型（２）の裏面に、相手面を受ける受け面（１４）を残して、通気溝（１３）が形成され、
   シェル型（２）の裏面又はバックアップ型（１０）の表面に、送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目（６）と該筋目間の突条（７）とが形成され、
   真空吸引孔（５）と通気溝（１３）とが筋目（６）を介して連通していることを特徴とする成形用金型。
2. 通気溝（１３）は、バックアップ型（１０）の表面のみに形成された請求項１記載の成形用金型。
3. 通気溝（１３）は、筋目（６）の方向に対して交差する方向に延びる通気溝（１３）を含む請求項１又は２記載の成形用金型。
4. 筋目（６）と突条（７）は、シェル型（２）の裏面のみに形成された請求項１、２又は３記載の成形用金型。
5. 複数の真空吸引孔（５）を有するシェル型（２）と、シェル型（２）をバックアップするバックアップ型（１０）とを含み、シェル型（２）の裏面とバックアップ型（１０）の表面とが同一形状をなして嵌合する成形用金型の製造方法において、
   バックアップ型（１０）の表面又はシェル型（２）の裏面に、相手面を受ける受け面（１４）を残して、通気溝（１３）を加工し、
   シェル型（２）の裏面又はバックアップ型（１０）の表面を、先端が非平坦なエンドミル（２０）で切削加工し、切削加工跡として送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目（６）と該筋目間の突条（７）とを残すことを特徴とする成形用金型の製造方法。
6. エンドミル（２０）は、ボールエンドミル又はラジアスエンドミルである請求項５記載の成形用金型の製造方法。
7. エンドミル（２０）の刃径は、１５～２０ｍｍである請求項５又は６記載の成形用金型の製造方法。

Images