JP4737188B2 - 金型の補修方法及び補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形、パウダースラッシュ成形、回転成形、ＲＩＭ成形、ＲＴ成形等に用いられる金型の補修方法及び補強方法に関する。

自動車のインストルメントパネル、ドアトリム、グラブドア、コンソールボックス等の車内装部品の表皮は樹脂成形品から構成されているものがあり、樹脂成形品の表面には、皮様の微細な凹凸がつけられている。このような微細な凹凸模様を再現した樹脂を成形するため、例えば塩化ビニルやウレタン等を用いたパウダースラッシュ成形が用いられている。

現在、パウダースラッシュ成形をはじめとする成形に用いられる様々なタイプの成形用金型は、基になるマスターモデルの意匠面に電鋳層を形成した後、マスターモデルから離型して製造されている。これは電鋳層が表面転写性や寸法複写精度に優れており、また複雑な形状のマスターモデルであっても電鋳層を形成できるためである。

しかしながら、マスターモデルの複雑な形状により、電鋳層の形成中、すなわち電気めっき処理中、場所によって電流密度の差が生じ、電鋳層の形成速度が遅くなることが発生する。一般に、マスターモデルの凸部では電鋳層の形成速度が速く、逆に、マスターモデルの凹部では電鋳層の形成速度が遅くなる傾向がある。したがって、マスターモデルの凹部に他領域と同じ厚さの電鋳層を形成するためには電気めっき処理を中断して電鋳層を形成したマスターモデルを取り出し、電鋳層の凸部にマスキング等を施してから再度電気めっきを行う必要があった。しかも、電気めっきでマスターモデルの意匠面に電鋳層を形成するためには、長い時間を必要とし、場合によっては電気めっき処理に約４０日の期間を要する場合もある。

今日、製品開発競争が激しくなるにつれ、新製品の開発期間の短縮が求められており、各種成形用金型に対しても、製造期間の短縮化、迅速化が求められている。ところが、４０日程度の電気めっき処理では上述したマスキングを行っても、マスターモデルの屈曲、あるいは湾曲形状の凹部では電鋳層が所要の層厚に達しない場合がほとんどであり、処理時間を延長する以外に対応策はない。

また、マスターモデルが屈曲あるいは湾曲形状の凹部を有する場合、該凹部に対応する電鋳層は層厚も薄く強度も弱いため補強を必要とする場合がある。以下、マスターモデルの屈曲あるいは湾曲形状の凹部に対応する電鋳層の領域を「補強領域」という。このように電鋳層が補強領域を有する場合、これまでは、図４に示すように、補強領域６に補強板１０を溶接し固定して電鋳層の補強を行っていた。ここで、図中の符号１１は溶接部を表わす。

なお、特許文献１には、極薄い電鋳層上に接着層を介してプラズマ溶射金属層を積層させる金型の補強方法が開示されている。
特開２００３−３３４８１９号公報

上述したように、金型における電鋳層の層厚が薄い領域、特にマスターモデル意匠面の凹部を少なくするためには、金型製造の電鋳層形成工程においてマスキングを行うしか実効性のある方策はない。また、パウダースラッシュ成形を繰り返すうちに、冷却水等に起因して、金型の意匠裏面に腐食や減肉が生じることがあるが、現在、これら腐食箇所や減肉箇所を補修する有効な方法はない。

なお、特許文献１に記載されている方法を適用して、電鋳層上に補強層を形成して、電鋳層を補強あるいは補修することは可能である。しかし、電鋳層と補強層との接合強度が脆弱で、その耐久性に限界があるためインストルメントパネル等の樹脂成形品の生産性の低下を招くという難点がある。また、プラズマ溶射金属層を積層する場合、高温のプラズマによって電鋳層が大きな熱影響を受け歪み等の悪影響も生ずる。

また、電鋳層の屈曲部や湾曲部を補強する場合には、上述したように、補強部に補強板を溶接で固定しなければならない。しかし、このような補強方法では、電鋳層の該当部位に補強板を溶接して固定しなければならないため、金型製造に要する時間の短縮を図ることは困難である。しかも、溶接の熱により、溶接部付近で電鋳層の歪みが発生するという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑み、金型電鋳層形成に要する時間を短縮することが可能であって、金型の製造後にいつでも適用可能で、かつ金型電鋳層の物理的強度を向上する金型の補修方法および補強方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の金型を補修する方法は、マスターモデルの凹凸に起因する金型電鋳層の肉薄領域の意匠裏面に向けて、金属粉末または合金粉末をキャリアガスとともに噴射して、上記肉薄領域の意匠裏面に金属層または合金層を形成することを特徴とする。
さらに、本発明は、マスターモデルの屈曲形状あるいは湾曲形状の凹部に対応する金型電鋳層の意匠裏面に向けて、金属粉末または合金粉末をキャリアガスとともに噴射して、マスターモデルの屈曲形状あるいは湾曲形状の凹部に対応する金型電鋳層の意匠裏面に金属層または合金層を形成する金型の補強方法を提供する。

本発明の金型の補修方法と補強方法は、ともに電鋳層の肉薄領域あるいは補強領域の意匠裏面に向けて金属粉末または合金粉末を衝突させて積層（以降、この積層を「金属層」ということもある）をするだけでよく、再度電気めっきを行って電鋳層を均等に形成するための作業を行う必要もない。また、電鋳層と金属層の接合強度も強いので、電鋳層と金属層の間に接着層を設ける必要もない。さらに低温度で電鋳層上に金属層を積層できるので、電鋳層へ熱を伝えることもなく、意匠面の歪み等の悪影響を及ぼすこともない。

以上述べたように、本発明の金型の補修方法は、電鋳層形成の際のマスキングを必要とせず、あるいは電鋳層と金属層間に接着層を設ける必要がないので金型製造の時間を短縮することができる。また、電鋳層と金属層の接合強度が強いので、金型の耐久性が向上し、インストルメントパネル等の樹脂成形品の生産性の低下を招くこともない。さらに、金属層の形成を低温度で行うので、電鋳層に熱を伝えることもなく、金型や意匠面に歪みのような悪影響を及ぼすこともない。さらにまた、これまで金型の繰り返し使用に伴う意匠裏面の腐食した部分や、減肉した部分の補修を行うことが可能となった。

以下、本発明法を実施するための好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の金型を補修する方法の一態様を表す概略図である。図１に示すように、金型の電鋳層２にはマスターモデル（図示せず）の凹凸に起因した層厚のばらつきが生じ、肉薄領域３が存在する。肉薄領域３が存在する電鋳層２の補修は、補修金型電鋳層２の肉薄領域３の意匠裏面４側に向けて、ノズル９から金属粉末または合金粉末８をキャリアガス（図示せず）とともに噴射して肉薄領域３上に金属層５を積層して行う。

図２と図３は、本発明の金型を補強する方法の一態様を表す概略図である。図２では、電鋳層２はマスターモデル７の意匠面に沿って湾曲しており、さらに意匠面が内側に入り込んだ凹部（すなわち補強領域６）を有している。また、図３では、電鋳層２はマスターモデル７の意匠面に沿って屈曲して、意匠面が内側に入り込んだ凹部（すなわち補強領域６）を有している。このような湾曲や屈曲して内側に入り込んだ凹部の電鋳層は層厚が薄くなりがちで強度が不足することが多い。電鋳層２の補強は、金型電鋳層２の補強領域６の意匠裏面４に向けて、ノズル９から金属粉末または合金粉末８をキャリアガス（図示せず）とともに噴射して、補強領域６に金属層５を積層して行う。
なお、図１〜３において、意匠裏面４とは、インストルメントパネル等の意匠面と反対側の面をいう。すなわち、マスターモデル７に接していない電鋳層２の面をいう。

肉薄領域とは、通常の電鋳層２の厚さよりも薄くなっている領域であって、一般に補修を必要とする層厚の領域を意味するもので特に限定されるものではない。一般的には予定した層厚の７０％以下の層厚の領域に対して、予定した層厚になるように金属層を積層して補修を行えばよい。また、肉薄領域３には、金型の製造時に発生する電鋳層２の厚さのばらつきだけでなく、金型の使用によって発生する腐食あるいは減肉により層厚が薄くなった領域も含まれる。
補強領域６とは、前述したように電鋳層２の屈曲部や湾曲部で、例えば、凹凸を繰り返す複雑な形状の意匠面が内側に切り込んだ部位（例えば図２に示す）や意匠面が折れ曲がって内側に切り込んだ部位（例えば図３に示す）の領域を意味する。また、前述したように、補強領域６は、電鋳層の形成において、電鋳層の形成速度が遅く相対的に層厚が薄くなる傾向がある。したがって、補強領域６は、屈曲部や湾曲部に限定されず、電鋳層の層厚が薄い領域を含んでもよい。

金属粉末は、例えば金、銀、アルミニウム、錫、チタニウム、ニッケル、亜鉛等の金属類から適宜選択することができ、合金粉末は、例えば、アルミブロンズ、モネル、ニッケルクロム、ステンレス等の合金、またはそれらの混合物を用いることができる。
金属粉末や合金粉末８の粒径は１〜５０μｍの範囲が特に望ましい。５０μｍを超えると衝突速度が遅くなるので、電鋳層裏面への付着率が悪くなり、１μｍより小さくなると衝突速度にバラツキが生じ、付着率が低下する。

キャリアガスは、金属粉末や合金粉末８をノズル９から噴出するために用いられる媒体であって、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン等の不活性ガスや窒素、空気を用いることができる。

金属粉末や合金粉末８は、高速度のキャリアガスで噴射して、意匠裏面に衝突すると、粉末が意匠裏面に付着して堆積し始める。意匠裏面に吹き付けるキャリアガスの速度は、３００〜１２００ｍ／ｓの範囲であり、この範囲を超えると金属粉末や合金粉末８の付着や堆積の効率が悪くなる。このような高速度でキャリアガスと金属粉末や合金粉末８を意匠裏面に衝突させるためには、圧力を５０〜１００ｐｓｉの範囲で噴射を行うことが望ましい。この場合、噴射ノズル９と意匠裏面４との距離は１０〜１５ｍｍに調節することが望ましい。

キャリアガスの温度は、高いほど意匠裏面４への金属粉末あるいは合金粉末８の付着率が上がるが、使用する金属あるいは合金の融点等を考慮した最適範囲で行うことが望ましい。ただし、マスターモデル、および金型殻表面への温度の影響を考慮して、それぞれの表面温度が１００℃以下となる範囲で行うことが特に望ましい。この範囲を超えると、マスターモデルおよび／または金型殻表面を冷却することが必要になる。
金属粉末あるいは合金粉末８をキャリアガスで高速化するために、例えばコールドスプレー法を使用することができる。コールドスプレー法の装置として、例えば、米国イノバティ社製ＫＭ−ＣＤＳ等を使用することができる。

以上述べたように、本発明の金型の補修方法と補強方法は、ともに電鋳層の肉薄領域あるいは補強領域の意匠裏面に向けて金属粉末または合金粉末を衝突させて金属層を形成するだけでよく、再度電気めっきを行って電鋳層を均等に形成する作業を省くことができる。また、電鋳層と金属層の接合強度も強いので、電鋳層と金属層の間に接着層を設ける必要もない。さらに低温度で電鋳層上に金属層を積層できるので、電鋳層へ熱を伝えることもなく、意匠面の歪み等の悪影響を及ぼすこともない。

平滑なマスターモデルの型表面上に予め０．５ｍｍの厚さでニッケル電鋳加工を施した後、電鋳層の厚さが０．３ｍｍ以下の領域にニッケル粉末をヘリウムガス（温度：華氏８００度、圧力９０ｐｓｉ）で噴射して、層厚０．５ｍｍにまで電鋳層を補修し、パウダースラッシュ成形用の金型を製造した。
得られた金型について、パウダースラッシュ成形用金型に要求される「耐冷熱繰り返し性」を調べた。すなわち、２７０℃〜約２０℃（室温水温度）の急熱、急冷を１０回繰り返した。その結果、電鋳層と積層した金属層の剥離、さらに金属層内の亀裂等の発生もなく、実用上問題のないことを確認した。

入り組んだ形状を有するマスターモデルの型表面上に平滑な領域の層厚が０．５ｍｍとなるようにニッケル電鋳加工を施した。入り組んだ形状の領域の電鋳層は、０．２〜０．３ｍｍの層厚であった。入り組んだ領域に図３に示すような補強を実施例１と同じ条件で行った。得られた金型に対し、実施例１と同様の「耐冷熱繰り返し性」試験を行った結果、電鋳層と積層した金属層の剥離、さらに金属層内の亀裂等の発生もなく、強度の劣化は起きていないことから実用上問題のないことを確認した。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は実施形態にのみ限定されるものでなく、本発明の範囲内で適宜変更等が可能である。さらに、上記実施形態で説明した具体的数値等は、必要に応じて適宜変更可能である。

金型の電鋳層補修の一態様を表す概略図である。 金型の電鋳層補強の一態様を表す概略図である。 金型の電鋳層補強の一態様を表す概略図である。 従来の金型の電鋳層補強の一態様を表す概略図である。

符号の説明

１：金型
２：電鋳層
３：肉薄領域
４：意匠裏面
５：金属層
６：補強領域
７：マスターモデル
８：金属粉末あるいは合金粉末
９：ノズル
１０：補強板
１１：溶接部

Claims (4)

1. マスターモデルの凹凸に起因する金型電鋳層の肉薄領域の意匠裏面に向けて、金属粉末または合金粉末をキャリアガスとともに噴射して、上記肉薄領域の意匠裏面に金属層または合金層を形成する、金型の補修方法。
2. マスターモデルの屈曲形状あるいは湾曲形状の凹部に対応する金型電鋳層の意匠裏面に向けて、金属粉末または合金粉末をキャリアガスとともに噴射し、上記マスターモデルの屈曲形状あるいは湾曲形状の凹部に対応する金型電鋳層の意匠裏面に金属層または合金層を形成する、金型の補強方法。
3. 前記金属粉末または合金粉末が、粒径１〜５０μｍであり、速度３００〜１２００ｍ／ｓ、圧力５０〜１００ｐｓｉ及び噴射ノズルと金型背面との距離１０〜１５ｍｍの条件でキャリアガスとともに噴射される、請求項１記載の金型の補修方法。
4. 前記金属粉末または合金粉末が、粒径１〜５０μｍであり、速度３００〜１２００ｍ／ｓ、圧力５０〜１００ｐｓｉ及び噴射ノズルと金型背面との距離１０〜１５ｍｍの条件でキャリアガスとともに噴射される、請求項２に記載の金型の補強方法。

Images