JP3423908B2 - プラスチック成形用成形型及びその製造方法 - Google Patents
プラスチック成形用成形型及びその製造方法Info
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Description
品を成形するために使用されるプラスチック成形用成形
型およびその製造方法に関するものである。
プラスチック成形用成形型は、通常、鋼材、合金材、非
鉄金属材などの表面を、プラスチック成形品の表面形状
に対応した形状に機械加工、例えば、放電加工すること
によって製造されている。このような鋼材などによって
製造された金型は、基材となる鋼材などが硬質であるた
めに、耐久性に優れており、長期にわたって安定的に使
用することができる。しかしながら、硬質の鋼材などの
表面を所定の成形品形状に加工することは容易でなく、
特に、複雑な形状に加工するためには、長時間を要し、
製造効率が低下するとともに、製造コストが高くつくと
いう問題がある。
者の好みに対応するため、それに用いられる部材は多品
種生産になっており、その結果、製造コストが高くつく
とともに、製造に長時間を必要とする鋼材からなる金型
は、多品種生産には不向きになっている。鋼材に代わる
材料として、亜鉛合金を使用した金型も提案されている
が、製作コストが鋼材より僅かに安くなる程度にすぎな
い。
であるとともに、耐熱性を有し、熱伝導率が大きく、高
速サイクルの成形に対応できる材料であるため、黒鉛材
を基材としたプラスチック成形用成形型が提案されてい
る(例えば、実公昭57−47149号公報および特開
平2−270510号公報参照)。
た公報に記載された成形型は、基材となる黒鉛材の表面
に金属被膜層を形成しているものの、金属被膜層は離型
性を主に考慮したものであるため、いずれの場合にも厚
みが数十ミクロン程度の薄い金属被膜層に止まってい
る。したがって、これらの成形型は、極小ロットの成
形、あるいは、試作品の成形に適した簡易型であって、
ロット数が数万以上になるような成形型には適用するこ
とができないものである。
で、加工し易い材料であるため、鋼材に比較して大幅に
コストを低下させることが可能であるが、ある程度のシ
ョット数が必要な多量生産用の実用型に適用しようとす
ると、黒鉛材は鋼材に比較して強度が劣るため、応力が
集中する成形面のコーナー部などに割れが発生し、数万
ショット以上の成形型に対応することができないという
問題があった。
れたものであり、その目的は、黒鉛材を基材とするもの
の、耐久性に優れ、鋼材型に匹敵するショット数を確保
することができる実用型として使用可能なプラスチック
成形用成形型およびその製造方法を提供するものであ
る。
鉛材の表面に積層された被覆層とで構成され、被覆層
は、表層に1.0mm以上の厚みの鉄メッキ層を有する
ことを特徴とするものである。
た被覆層の表層に1.0mm以上の厚みの鉄メッキ層を
有することにより、鉄メッキ層が成形型の成形面の強度
部材として機能し、数万ショット以上の成形に耐える成
形型を黒鉛材を基材として形成することができる。
熱伝導性に優れるため、取扱性に優れるとともに、成形
型の温度制御がしやすく、サイクルタイムを減少させる
ことができる。
0%、水銀圧入法で測定される平均気孔半径が0.1〜
5.0μmの普通の等方性黒鉛が使用できる。なかでも
気孔率5〜20%、水銀圧入法で測定される平均気孔半
径が0.1〜2.0μmの等方性黒鉛であって、密度が
1.65〜1.95g/cm3 、引張強度が25〜80
MPa、圧縮強度が60〜250MPa、曲げ強度が3
5〜100MPa、熱伝導率が50〜175W/(m・
℃)、異方比1.00〜1.20のものが好ましい。特
に、鋼材に比較して高い熱伝導率は、表面性状に優れた
成形品を得たり、成形サイクルを短縮するために重要で
あり、100〜155W/(m・℃)に制御したものが
好ましい。また、鋼材に比較して小さな密度は、成形型
の軽量化のために重要であり、1.70〜1.90g/
cm3 の範囲のものが好ましい。
黒鉛材を接着して大型化したものを用いる。
って、機械加工および溶接加工がしやすく、機械的強度
を有する鉄をメッキすることによって形成される。そし
て、鉄メッキ層が成形型の成形面の強度部材として機能
するためには、降伏点150〜250MPa、引張強度
250〜450MPaにすることが好ましい。
キ層を形成することにより、鉄メッキ層の表面を機械加
工して所望精度の成形面を簡単に形成できる。そのため
には、鉄メッキ層の厚みを1mm以上とする。鉄メッキ
層の厚みが1mm未満であると、成形型の成形面の補強
効果が十分でなく、このような観点から、厚い鉄メッキ
層が好ましく、好ましくは2.0mm以上、さらに好ま
しくは3.0mm以上である。
ると、黒鉛材の利点である軽量性および熱伝導性の良さ
が阻害されるとともに、メッキ層を形成するのに必要以
上の日数がかかるとともに、製造コストも膨大になり実
用性が低くなる。
に積層されたニッケルメッキ層と、ニッケルメッキ層に
積層された鉄メッキ層とで構成されていると、多孔質構
造である黒鉛材の気孔を通して侵入してきた酸素がニッ
ケルメッキ層によって遮断される。すなわち、ニッケル
メッキ層は、酸化しても不動態を形成し、鉄メッキ層と
黒鉛材を遮断することから、鉄メッキ層が酸化されるお
それがなく、長期にわたって成形型として使用すること
ができる。また、ニッケルメッキ層を介在させること
で、鉄メッキ層を厚くすることが可能になる。
処理されていると、粗面化された黒鉛材10の表面にニ
ッケルメッキ層を確実に密着させることができる。
構造であると、ニッケルメッキ層表面のピンホールの発
生を抑制し、メッキ液の黒鉛内部への浸透を防ぐととも
に、黒鉛材からの酸素の侵入を確実に遮ることが可能と
なる。
は、30〜150μmであることが好ましく、特に、6
0〜90μmが好ましい。ニッケルメッキ層が薄いと、
鉄メッキ層に対する防錆効果が認められなくなる。逆に
ニッケルメッキ層が厚すぎると、鉄より熱伝導率が悪
く、鉄より柔らかいニッケルにより、黒鉛材と鉄メッキ
層の組み合わせの利点を阻害することになる。
されていると、成形品の表面精度に対応して所定の精度
に仕上げることができる。
材が溶接されて仕上げ加工されていると、成形型の部分
的設計変更や部分修正に対応することができる。溶接さ
れた鉄部材もその他の鉄メッキ層部分と同様に機械加工
で所定の精度に仕上げることができる。また、プラスチ
ックに対する耐腐食性および離型性の観点から、鉄メッ
キ層の表面に硬質クロムメッキなどを最外層として設け
ることもできる。
どの樹脂で適宜塞くことにより、黒鉛材の表面にニッケ
ルメッキ層を介在させることなく直接鉄メッキすること
もできる。すなわち、黒鉛材の気孔を塞ぐことにより、
黒鉛材の気孔にメッキ液が浸透することを防ぐことがで
き、気孔に浸透したメッキ液が残留することによる鉄メ
ッキ層の内部からの腐食を防止することができるととも
に、鉄メッキ層の発錆を防止することが可能となる。
としては、射出成形用が好適であるが、押出成形用やブ
ロー成形用にも適用できる。また、この成形型は大型品
の成形にも対応できる。例えば、縦2500mm×横1
000mm×深さ1500mmの黒鉛材を用いること
で、大型家電製品や自動車用外装品などに相当する成形
面を有する黒鉛材を用いた大型の実用型を製作すること
もできる。
ッケルメッキによってニッケルメッキ層を形成した後、
ニッケルメッキ層の表面に、鉄メッキ層を形成すること
を特徴とするものである。
形用成形型を製造することができる。
に従って説明する。
ック成形用成形型を製造する工程を説明するための概略
図であり、図2は、射出成形で使用されるプラスチック
成形用成形型の断面図である。
れるものではない。
材として、直方体状の等方性高密度の黒鉛材11が準備
される。このような黒鉛材11は、図1(b)に示すよ
うに、その表面が、例えば、エンドミルMを使用したN
C加工によって、成形されるプラスチック成形品の表面
形状に対応した形状に切削加工される。黒鉛材11は、
軟質であって切削加工性に優れているために、所定の表
面形状に容易に切削加工することができる。
れると、その切削加工された表面部分が、例えば、粒度
が#120以下のブラスト材によってブラスト処理され
る。このブラスト処理では、黒鉛材11の表面が比較的
粗く粗面化されることが好ましく、特に、粒度が#10
0以下のブラスト材を使用することが好ましい。
後述するニッケルメッキ層の密着性向上のために、活性
化材として、セラミックス表面をメッキする際に塗布さ
れるパラジウムを含有する活性ペースト、例えば、奥野
製薬工業株式会社製、商品名「CCP0−4280」が
塗布される。
11の表面には、厚さ50〜70μm程度のニッケルメ
ッキ層12が、電気ニッケルメッキによって形成され
る。この電気ニッケルメッキ層12は、70〜170g
/Lの硫酸ニッケルと、15〜25g/Lの塩化アンモ
ニウムと、15〜30g/Lのほう酸とが混合されてp
H5.5になった20〜60℃程度のニッケルメッキ浴
に黒鉛材11を浸漬して、そのニッケルメッキ浴に、1
〜5A/dm2 の電流を所定時間にわたって通電するこ
とにより形成される。形成されたニッケルメッキ層12
の硬度は、300〜450hv程度になっている。
ッキ層12は、ブラスト処理および活性化処理をされた
黒鉛材11の表面に対して確実に密着しており、多孔性
である黒鉛材11の表面を覆っている。
ケルメッキ層12が積層されると、そのニッケルメッキ
層12の表面が、粗度が#200程度の研磨材によって
研磨処理される。そして、その後、図1(d)に示すよ
うに、ニッケルメッキ層12の表面に、厚さ30〜50
μm程度のニッケルメッキ層13が電気ニッケルメッキ
によって形成される。この場合に実施される電気ニッケ
ルメッキも、ニッケルメッキ層12を形成する際の電気
ニッケルメッキと同様のニッケルメッキ浴を使用して実
施される。形成されたニッケルメッキ層13の硬度も、
300〜450hv程度になっている。
3を形成する際の電気ニッケルメッキにおけるニッケル
メッキ浴としては、上述したものに限定されるものでは
なく、一般的なニッケルメッキ浴を使用することができ
る。
層12および13が形成されると、黒鉛材11全体が鉄
メッキ浴に浸漬されて、黒鉛材11の表面に設けられた
ニッケルメッキ層13に、厚さ3mm程度の鉄メッキ層
14が電鋳法によって形成さる。鉄メッキ浴は、例え
ば、特公平2−59875号公報に開示されているよう
に、220g/Lの塩化第一鉄と、120g/Lの硫酸
第一鉄と、3価の鉄の悪影響を防止するための25g/
Lのフッ化ナトリウムと、3価の鉄から2価の鉄への還
元剤として5g/Lのピロガールとが混合されたpH
3.5混合液によって構成されている。鉄メッキ浴は6
5℃の温度とされ、黒鉛材11が浸漬された状態で、1
〜3A/dm2 の電流が、例えば、180時間にわたっ
て通電される。
に、厚さ3mm程度の鉄メッキ層14がニッケルメッキ
層13上に形成されると、図1(e)に示すように、鉄
メッキ層14の表面が、プラスチック成形品の表面に対
応した所定の表面形状となるように、例えば、エンドミ
ルMによって、精密加工される。この場合、予め所定の
形状に加工された黒鉛材11の表面に、ニッケルメッキ
層12および13を介して鉄メッキ層14が設けられて
いるために、鉄メッキ層14は、エンドミルMによって
細部が精密に機械加工される。その後、鉄メッキ層14
の表面が研磨加工されて鏡面に仕上げられ、所定の表面
形状を有するプラスチック成形用成形型とされる。
形用金型の一例を図2に示す。図2において、プラスチ
ック成形用成形型1は、固定のキャビティ型(第1型)
2と、可動のコア型(第2型)3との組み合わせで構成
される。第1型2は、鋼材の基板10の上に所定形状に
加工した黒鉛材11を取り付け、黒鉛材11の外周にニ
ッケルメッキ層12および13と鉄メッキ層14を順に
形成して構成される。成形面21は、溶融樹脂が流れ込
むキャビティCを区画する部分である。特に、鉄メッキ
層14のうち、成形面21と当たり面22を形成する部
分は、機械加工により所定の精度に仕上げられている。
また、キャビティCに至る溶融樹脂の通路2aが、基板
10、黒鉛材11、ニッケルメッキ層12、13および
鉄メッキ層14を貫いて形成されている。
流すパイプを、黒鉛材11の中に適宜埋設することも可
能である。
板10の上に黒鉛材11を取り付け、第1型2と同様の
方法で黒鉛材11の外周にニッケルメッキ層12,13
と鉄メッキ層14を順に形成して構成される。成形面3
1は、溶融樹脂が流れ込むキャビティCを区画する部分
である。特に、鉄メッキ層14のうち、成形面31と当
たり面32を形成する部分は、機械加工により所定の精
度に仕上げられている。
熱媒体や冷却媒体を流すパイプを、第2型3の黒鉛材1
1の中に適宜埋設することも可能である。
14の表面に鉄部材33が溶接されており、この鉄部材
33は、溶接後、所定精度に仕上げ加工が施されてい
る。
10を凹形状に形成し、第1型2や第2型3を凹形状の
基板10中に嵌め込んで機械的強度の補強を行うことも
できる。
形用成形型は、軽量な黒鉛材11に対して、鉄メッキ層
14が、2層のニッケルメッキ層12,13を介して積
層されて構成されていることと、黒鉛材11の良好な熱
拡散性により冷却パイプなどを省略することができ、こ
のため、全体としてきわめて軽量となり、取り扱いが容
易となる。また、ブラスト処理され、活性化処理をされ
た黒鉛材11の表面に、ニッケルメッキ層12,13が
設けられているために、このニッケルメッキ層12,1
3は、黒鉛材11の表面に対して確実に密着した状態に
なっている。しかも、このニッケルメッキ層12,13
と2層積層されているために、両ニッケルメッキ層1
2,13にピンホールなどが形成されるおそれがない。
そして、ニッケルメッキ層12,13に鉄メッキ層14
が密着状態で設けられているために、鉄メッキ層14
は、黒鉛材11に対して容易に剥離するおそれがない。
対して2層のニッケル層12,13を介して積層された
状態になっているために、多孔性の黒鉛材11内に侵入
した酸素が、2層のニッケルメッキ層12,13によっ
て確実に遮断され、鉄メッキ層14に酸素が供給される
おそれがない。その結果、鉄メッキ層14が錆びること
が確実に防止され、長期にわたって安定的にプラスチッ
ク成形用成形型として使用することができる。
ーなどで封孔することで、電解液の黒鉛内への浸透や、
黒鉛材11から鉄メッキ層14への酸素の侵入を防ぐこ
とができ、黒鉛材11表面に直接鉄メッキ層14を形成
しても錆びることがなく、長期にわたって安定的にプラ
スチック成形用成形型として使用することができる。
プラスチック成形用成形型は、放熱性に優れているため
に、プラスチックを短時間で冷却することができる。し
たがって、プラスチックの成形サイクルが短くなって、
プラスチック成形品の製造効率を向上させることができ
る。しかも、黒鉛材11は切削加工が容易であるため
に、所定形状の成形型を効率よく製造することができ
る。また、黒鉛材11を接着などによって大型材にも対
応することが可能となる。
ック成形用成形型として長期にわたって安定的に使用す
ることができるように、1mm以上、さらには2mm以
上であればよく、特に、3mm程度が好ましい。また、
黒鉛材11と鉄メッキ層14との間に介在されるニッケ
ルメッキ層12,13は、黒鉛材11と鉄メッキ層14
とが密着状態になり、しかも、黒鉛材11を通って鉄メ
ッキ層14に酸素が供給されないように、30〜150
μm程度の厚みが好ましい。
い。
500mmの鉄メッキ被覆黒鉛材によりキャビティ型を
製作し、このキャビティ型に見合うコア型を同様に鉄メ
ッキ被覆黒鉛材により製作し、キャビティ型とコア型の
間に大型家電製品(例えば、大型テレビの外枠)に対応
するキャビティが形成される成形型とした。
引張強度が33MPa、圧縮強度が50MPa、曲げ強
度が100MPa、熱伝導率128W/(m・℃)、異
方比1.10の等方性黒鉛材のブロックを適宜接着した
ものを使用した。この黒鉛材を所定形状に荒加工した
後、表面にメッキのためのブラスト処理および活性化処
理を施した。
ッキ90μmを施した。つぎに、鉄メッキを平均で3.
0mm施した。さらに、鉄メッキ層表面を研削加工およ
び研磨加工により所定精度を有する仕上げ加工を行っ
た。残った鉄メッキ層は平均で2.5mmであった。
黒鉛材を支持する鉄製基板を含めても、全体を鉄で製作
した型に対して、重量は30%に軽量化できた。
脂を用い、比較的低圧である射出圧力3.5MPaで射
出成形を行った。鉄で製作した金型を用い、射出圧力5
MPaで成形した場合に比較して、成形品の表面状態は
同等以上であった。これにより、鉄型と同じ表面状態の
成形品を、成形型ではより低圧で射出することにより得
られることが判った。また、射出サイクルも鉄で製作し
た金型より短くすることができた。
た。キャビティに対して露出する成形面は、鉄メッキ
2.5mmとバックアップとしての黒鉛材とから成るも
のとしてシミュレーションを行った。その結果、成形品
の曲面に相当する成形面での黒鉛の曲げ応力は25MP
a以下であり、10万ショットの大量生産に耐えること
が判った。
表面に積層された被覆層の表層に1mm以上の厚みの鉄
メッキ層を形成しているため、鉄メッキ層が強度保持部
材として機能し、成形面に繰り返し作用する応力に耐
え、例えば、数万ショットに対応できる実用型とするこ
とができる。また、成形面に厚い鉄メッキ層が形成され
るため、機械加工により高精度の成形面を形成すること
ができるとともに、鉄の溶接肉盛りができ、成形面の設
計変更や修正に簡単に対応できる。
型全体を軽量に仕上げることができ、黒鉛材の優れた熱
伝導性により、成形面の温度制御を緻密に行うことがで
き、その結果、良品質の成形品を短いサイクルタイムで
成形できる。
造工程を説明するための概略図である。
型の一例を示す断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 黒鉛材と、黒鉛材の表面に積層された被
覆層とで構成され、被覆層は、表層に1.0mm以上の
厚みの鉄メッキ層を有することを特徴とするプラスチッ
ク成形用成形型。 - 【請求項2】 前記被覆層が、黒鉛材の表面に積層され
たニッケルメッキ層と、ニッケルメッキ層に積層された
鉄メッキ層とで構成されていることを特徴とする請求項
1記載のプラスチック成形用成形型。 - 【請求項3】 前記鉄メッキ層が少なくとも成形面に形
成されていることを特徴とする請求項1または2記載の
プラスチック成形用成形型。 - 【請求項4】 前記黒鉛材の表面がブラスト処理されて
いることを特徴とする請求項1、2または3記載のプラ
スチック成形用成形型。 - 【請求項5】 前記ニッケルメッキ層が2層構造である
ことを特徴とする請求項2、3または4記載のプラスチ
ック成形用成形型。 - 【請求項6】 前記ニッケルメッキ層の厚みが、30〜
150μmであることを特徴とする請求項2、3、4ま
たは5記載のプラスチック成形用成形型。 - 【請求項7】 前記鉄メッキ層が仕上げ加工されている
ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記
載のプラスチック成形用成形型。 - 【請求項8】 前記鉄メッキ層の一部に鉄部材が溶接さ
れて仕上げ加工されていることを特徴とする請求項1、
2、3、4、5、6または7記載のプラスチック成形用
成形型。 - 【請求項9】 黒鉛材の表面に、電気ニッケルメッキに
よってニッケルメッキ層を形成した後、ニッケルメッキ
層の表面に、鉄メッキ層を形成することを特徴とするプ
ラスチック成形用成形型の製造方法。 - 【請求項10】 前記黒鉛材の表面が予めブラスト処理
されていることを特徴とする請求項9記載のプラスチッ
ク成形用成形型の製造方法。 - 【請求項11】 前記ニッケルメッキ層を、2回にわた
る電気ニッケルメッキによって2層構造に形成されてい
ることを特徴とする請求項9または10記載のプラスチ
ック成形用成形型の製造方法。 - 【請求項12】 前記鉄メッキ層の表面が仕上げ加工さ
れることを特徴とする請求項9、10または11記載の
プラスチック成形用成形型の製造方法。 - 【請求項13】 前記鉄メッキ層の一部に鉄部材が溶接
されて仕上げ加工されていることを特徴とする請求項
9、10、11または12記載のプラスチック成形用成
形型の製造方法。
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