JP5501823B2 - 成形金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種製品の成形に用いる金型に関するもので、非鉄金属製金型、特に銅合金製金型を母材としたハイブリッド金型に関する。

金型として、合成樹脂成形用金型、ゴム成形用金型、ダイカスト金型、ガラス金型等が知られている。また、これらの金型の製作には高価な工作機械と専門のオペレーターが必要とされ、特に、最後の仕上げ加工では、熟練工による手磨きが必要でありため、多額のコストと製作日数が必要となることも知られている。
一方、金型材料として、特に合成樹脂成形用金型材として鋼材が多く使用されており、鋼材以外の非鉄金属を用いることは極めて限定的である。その理由として、鋼材は技術と経験が豊富で、高強度、多種類、安価、高品質（特に日本製）等が挙げられる。

しかし、金型において、熱伝導性もまた重要な必須要素（金型は樹脂製品の成形のみならず、高温樹脂を冷却固化するための熱交換器でもある）であるが、鋼材金型は非鉄金属金型に比べて高強度である反面、熱伝導率が格段に劣る。
その結果、鋼材金型内に射出された溶融樹脂が「均一」に素早く「冷却・固化」せず、冷却時間が長くなり、成形サイクルが非鉄金属に比べて長くなると言う欠点がある。
このことは、鋼材金型の冷却速度に起因する製品成形速度の低下と、それに付随するコスト競争力の低下、及び製品の外観への悪影響等をもたらすので、製造現場で大きな課題となっている。
更に、熱バランスが取り難いために金型温度が安定せず、結果として成形品の変形、ヒケが発生し、品質問題や生産性に大きな課題を抱えている。（金型は熱交換器と言える）
そのため、鋼材金型の設計では、冷却回路をいかに充実させるかが重要視されているが、鋼材の熱伝導率が亜鉛合金、アルミ合金、銅合金等の非鉄金属に比べて数段劣るので、熱伝導率を十分にカバーすることは容易でない。
従って、設計変更、加工ミス、成形段階での事故による破損、摩耗等の劣化に対処するには部分的又は全体を作り変える他に選択技がなかった。

特開平０８−１１８０４９号公報 特開平１０−８５９７２号公報 特開２０００−１５３３８０号公報 特開２００８−８０３８８号公報 特開２００９−６１９１号公報 特許第２５０９１２５号公報 実公平０７−１９６６７号公報

そこで熱伝導性に優れた高強度銅合金が開発され、金型の一部または全体を銅合金に置き換えて使用されるようになった。
しかし、高強度銅合金と言えども、所詮は鋼材に匹敵する強度は無く、金型寿命が劣るのが現状である。
更に、鋼材では一般に行われているＴＩＧによる肉盛溶接が、銅合金では非常に難しく不可能に近いことが知られている。
一方、肉盛溶接として、最近ＹＡＧレーザー溶接（イットリウム、アルミニウム、ガーネットレーザー）が注目され、著しい発展を見せている。
これにより金型修復技術は格段の進歩を見るに至っている。
銅合金金型に対する異種材の鋼材を接合する技術は未だ確立されておらず、その技術が確立できれば熱伝導と強度に優れた銅合金と鋼材から成るハブリッド金型の製造が可能となり、新しい産業として世に送り出せる。
即ち、熱伝導に優れた銅合金と、強度とコストに優れた鋼材の特徴を兼ね備えたハイブリッド金型が出来れば革新的な技術となる。

発明者は、銅合金製金型に対するマイクロＹＡＧレーザー溶接による補修の際、誤って銅合金体に鋼材ワイヤで肉盛溶接した所、思わぬ健全性を有することを見出したことから、本発明の着想を得て、「鋼材の高強度」と「銅合金の高熱伝導」の特徴を兼ね備えたハイブリッド金型を、必要に応じて任意に作り出すことを可能としたものである。

上記目的を達成するために、本発明に係る成形金型の製造方法は、銅合金からなる成形金型の保護が必要な部位を所定の仕上げ厚みよりも薄い薄肉部に形成し、前記薄肉部に鋼材ワイヤを用いてＹＡＧレーザ溶接により肉盛溶接し、前記肉盛溶接部の表面を仕上げ加工し、前記所定の仕上げ厚みであって肉盛溶接による鉄材層の厚みが２ｍｍ以下になるようにしたことを特徴とする。
例えば、キャビティの製品形成面の損傷しやすい負荷集中範囲を所定の仕上げ厚みよりも薄肉化した薄肉部を形成し、薄肉部に高エネルギ密度の熱源を用いて銅合金を用いた非鉄金属体より溶融温度の高い鉄系材を肉盛溶接し、鉄系肉盛部を形成し、その肉盛部表面を仕上げ加工することで鉄材層を設け、鉄材層で製品形成面の損傷しやすい負荷集中範囲を保護する。
例えば保護部位としての製品関連部が非鉄金属体のパーテイングライン（以下、ＰＬとする）のキャビティ連続部であり、該連続部を所定の仕上げ厚みよりも数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部に高エネルギ密度の熱源を用いて鉄系材を肉盛溶接し、鉄系肉盛部を形成し、その肉盛部表面を仕上げ加工することで鉄材層を設け、鉄材層にＰＬのキャビティ連続部を形成する。

ここでハイブリッド金型とは、熱伝導の良い軽金属体と、耐久力のある鉄系とから構成した金型を言う。
ここでキャビティとは、成形金型内に設ける成形品を形成するための空部、溶湯樹脂を入れる空部、溶湯樹脂が通過する空部等を言う。
ここで鉄系肉盛部とは、鉄系材の肉盛溶接により形成さあれた部位を言い、仕上げ加工とは、鉄系肉盛部の表面に対する切削や研磨加工等を言い、鉄材層とは、仕上げ加工が終わった鉄系肉盛部を言う。
ここで熱交換範囲とは、加熱状態と冷却状態が交互に繰り返される範囲で、特に短時間で熱交換を頻繁に行なう必要がある範囲を言い、損傷しやすい負荷集中範囲とは、キャビティにあっては、ダイレクトゲートの相対向側製品形成面、溶湯が強く当るキャビティ角部や形状急変化部等を言い、製品関連部にあっては、溶湯に触れる範囲とその近辺、及びＰＬのキャビティ連続部を言う。

製品関連部がキャビティに向けて往復動する摺動体と、その摺動体をスライド自在にガイドする摺動体受部であり、摺動体受部は少なくともキャビティ側となる入口側を所定の仕上げ厚みよりも数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部に高エネルギ密度の熱源を用いて鉄系材を肉盛溶接し、鉄系肉盛部を形成し、その肉盛部表面を仕上げ加工することで鉄材層を設け、鉄材層で摺動体受部の入口側を保護することもできる。
摺動体は非鉄金属体にて形成され、その少なくとも頭部を数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部に高エネルギ密度の熱源を用いて鉄系材を肉盛溶接し、鉄系肉盛部を形成し、その肉盛部表面を仕上げ加工することで鉄材層を設け、鉄材層にて摺動体頭部を保護することもできる。

ここで成形金型とは、固定金型と可動金型とから構成されるもの、更にコア金型を組み込むものを言い、主に合成樹脂製品の射出成形やブロー成形に用いる金型を言うが、圧縮成形、押出し成形等にも応用し得るし、金属製品の製造金型等にも応用し得る。
ここでＰＬとは、成形金型を構成する固定金型と可動金型との当接面、或は成形金型を構成する非鉄金属体の当接面を言う。
ここで製品関連部とは、キャビティに関連する例えば摺動体と摺動体受部、部分成形体、キャビティに向けて開口する保持部、及びＰＬのキャビティ連続部を言い、摺動体とは、キャビティに向けて往復動する突き出しピンとスライドコア等を言い、摺動体頭部とは、キャビティ内に突出する露出部と、それに続く一定範囲を言い、摺動体受部とは、突き出しピン挿入孔とコアガイドを言う。
ここで摺動体受部の入口側とは、キャビティに面している側を言い、摺動体頭部とは、キャビティ内に突出する範囲とそれに続く範囲を言う。

保護部位としての製品関連部がキャビティの一部を形成する部分成形体の保持部であり、保持部はキャビティに向けて開口し、その少なくとも入口側を数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部に高エネルギ密度の熱源を用いて鉄系材を肉盛溶接し、鉄系肉盛部を形成し、その肉盛部表面を仕上げ加工することで鉄材層を設け、鉄材層で保持部入口側を保護することもできる。
成形金型は鋼材型と、鋼材型に組み込む入れ子型とから成り、入れ子型が非鉄金属体で形成されていてもよい。
成形金型が左金型と右金型から成るブロー成形金型であり、左右金型の少なくとも熱交換範囲を非鉄金属体にて各々形成し、非鉄金属体の突合せ部を数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部に高エネルギ密度の熱源を用いて鉄系材を肉盛溶接し、鉄系肉盛部を形成し、その肉盛部表面を仕上げ加工することで鉄材層を設け、鉄材層にてバリ食い切り部を形成してもよい。

ここで部分成形体とは、インサート体とゲート体と微細成形体と中子体等を言い、保持部とは、キャビティに向けて開口していて、部分成形体やコア金型をしっかり保持する部位を言う。但し、インサート体は、型開きの祭に、保持部から離反する。
ここで鋼材型とは、従来金型と同様の材質で形成した金型を言い、入れ子型とは、成形金型を構成する一部材を言い、通常、鋼材型の中に組み込まれる。
ここでブロー成形金型の左金型と右金型とは、例えば、射出成形金型の固定金型と可動金型に相当し、バリ食い切り部とは、ブロー成形金型の離型時に、ブロー成形金型に形成された製品のバリ（食み出し）を切断する部位を言う。
ここで非鉄金属体とは、銅合金体、アルミ合金体、ニッケル合金体等を言い、具体的にはＨＩＴ７５の銅合金体を用いる。
ここで鉄系材とは、例えば鋼材等を言い、具体的にはＫＤ１ＶＡＸ、ＮＡＫ等のワイヤ、ステンレス系鋼材の商品名「スターバックス」を言う。

非鉄金属体はキャビティに連続する切欠部を備え、該切欠部に高エネルギ密度の熱源を用いて鉄系材を肉盛溶接し、ゲート用鉄系肉盛部を設け、該肉盛部にゲート路を設けてもよい。
鉄系材は溶接用の鋼材ワイヤであり、非鉄金属体は鉄系材より溶融温度が低く、熱伝導の良好な銅合金体である。
鉄系材の肉盛溶接に用いる高エネルギ密度の熱源は、レ−ザ溶接、パルス溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接等であり、その中でもＹＡＧレーザ溶接が優れている。

ここで肉盛高さとは、薄肉部の形成深さと同じであり、採用し得る範囲は最大２ｍｍ、望ましい範囲は１ｍｍである。
ここで切欠部とは、薄肉部より深く形成する部位で、他の部材を組み込んだり、嵌着する部位を言う。
ここで高エネルギ密度の熱源とは、アーク溶接、レーザー溶接、パルス溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接を言い、レーザー溶接として、例えばＹＡＧレーザー溶接やマイクロＹＡＧレーザー溶接を用いる。
ここでゲート路とは、サイドゲート、トンネルゲート、ダイレクトゲートを言う。

本発明の成形金型は上記の通りであるから、次に記載する効果を奏する。
成形金型の熱交換範囲を非鉄金属体で形成し、非鉄金属体にキャビティと製品関連部を備え、少なくともキャビティ製品形成面の負荷集中範囲に高エネルギ密度の熱源を用いて鉄系材を肉盛溶接し、その肉盛部表面を仕上げ加工することで鉄材層を設けているので、即ち、熱伝導性に優れた非鉄金属体でありながら、「鋼製の鎧」を纏った強度のハイブリッド金型が得られることになる。
鉄材層は、初めから正確（適正寸法）に鉄系材を肉盛溶接して形成することも可能であるが、初めから適正寸法に溶接するには高度の熟練を要するので、適正寸法より僅かに大きく肉盛溶接し、余分な所を後加工により切削（仕上げ加工）すれば、従来技術で簡単に加工し得る。

製品関連部が非鉄金属体のＰＬのキャビティ連続部であり、このキャビティ連続部は、薄肉部に鉄材層を形成したものであるので、例え母材が非鉄金属体であっても、金型の開閉による損傷（型締め時の衝突、衝撃によることが多い）、即ち、耐久力は従来の鋼材製金型と略同様になる。
成形金型にキャビティに向けて往復動する摺動体と、その摺動体をスライド自在にガイドする摺動体受部を備えていても、摺動体受部の少なくとも入口側に鉄材層を形成しているので、例え母材が非鉄金属体であっても、摺動体のスライドによる損傷、及び溶湯による損傷等は、従来の鋼材製金型と略同様になる。
少なくとも摺動体頭部に鉄材層を設けていると、例え摺動体が非鉄金属体であって、しかも摺動体頭部がキャビティ内に突出し、高温の溶湯に触れるとしても、溶湯による損傷は従来の鋼材製金型と略同様になる。

部分成形体の保持部は、その入口側を数ｍｍ以内で薄肉化し、薄肉部に鉄材層を設け、鉄材層で保持部入口側を保護すると、例え保持部入口側が高温の溶湯に触れても、溶湯よる損傷は従来の鋼材製金型と略同様になる。
鋼材型に組み込む入れ子型を非鉄金属体で形成しているが、入れ子型は負荷集中範囲に薄肉部を設け、薄肉部に鉄系材を肉盛溶接し、その肉盛部表面を仕上げ加工した鉄材層を設け、鉄材層で守られている。
成形金型の少なくとも５０％以上を非鉄金属体で作り、非鉄金属体の損耗しやすい部分（高温の溶湯が触れる部分）を鉄材層でカバーすることで、高価な非鉄金属体の使用量が少なくなり、その分、安価に提供できる。
即ち、成形金型を作る側と、その成形金型を使う側の双方にとって極めて実用的な技術であり、周辺技術の整備と熟成を伴えば夢の技術と言っても過言ではない。

ブロー成形金型の熱交換範囲を非鉄金属体にて形成しても、金型の突合せ部に薄肉部に設け、その薄肉部に鉄系材を肉盛溶接し、鉄系肉盛部を設け、鉄材層にてバリ食い切り部を形成しているので、バリ食い切り部の損傷は従来の鋼材製金型と略同様になる。
鉄系材の肉盛溶接を単層とすれば、その分、鉄材層の形成は容易になる。
しかし、単層では十分な耐久力が得られない場合、多層に肉盛溶接し、肉盛高さを最大２ｍｍにすれば、十分な耐久力が得られる。
但し、層を重ねる毎に肉盛溶接に時間を要する。

キャビティに連続するゲート用鉄系肉盛部を形成し、該肉盛部にゲート路を設けているので、高温の溶湯が流れるゲート部の近辺まで非鉄金属体で形成することが可能となる。
鉄系材として鋼材ワイヤを、非鉄金属体として銅合金体を用い、鋼材ワイヤを肉盛溶接する高エネルギ密度の熱源にＹＡＧレ−ザ溶接を用いることで、初めて非鉄金属体と鉄材層の積層が可能となるものである。
即ち、銅合金体の薄肉部に鉄系材を単層又は多層に肉盛溶接し、その鉄系肉盛部の表面を仕上げ加工し、鉄材層としたことで、銅合金体でも高温の溶湯から十分に守ることができる。
他の高エネルギ密度の熱源についても実験中であるし、銅合金体以外の非鉄金属体、例えばアルミニウム合金体に対する鉄材層の形成について実験中である。
非鉄金属体に鉄系材を肉盛溶接する高エネルギ密度の熱源として、レ−ザ溶接、特にＹＡＧレ−ザ溶接を用いることで、非鉄金属体に対する鉄系材の肉盛溶接が初めて可能となった。

本発明によるハイブリッド金型の第一実施形態を示す型締め状態の断面図（イ）と、型開き状態の断面図（ロ）である。 （イ）（ロ）は、第一実施形態における鉄材層の形成範囲例を示す断面図である。 本発明の第ニ実施形態に用いる摺動体の要部断面図である。 本発明の第三実施形態に用いるコア型組込部の断面図である。 本発明の第四実施形態に用いる部分形成体（インサート体）と、その保持部の関係を示す要部断面図である。 本発明の第五実施形態における鋼材型と入れ子型の関係を示す断面図である。 本発明の第六実施形態におけるブロー成形金型の型開き状態の断面図（イ）と示す型締め状態における断面図（ロ）である。 ゲート用鉄系肉盛部の形成例を示す要部断面図（イ）（ロ）と、ゲート路の形成を示す要部断面図（ハ）（ニ）である。 （イ）（ロ）は、鉄系肉盛部の積層例を示す拡大断面図である。 （イ）（ロ）（ハ）は、ゲート体の形成例を示す断面図である。 中子体を用いた本発明ハイブリッド金型の要部断面図である。 テストピース（銅合金体）の左右側面図と正面図及び底面図と斜視図である。 テストピース（銅合金体）の溶接面（薄肉部）に対する肉盛条件を示す正面図（イ）と要部拡大側面図（ロ）である。 鉄材層を備えたテストピースの正面写真（イ）と側面拡大写真（ロ）である。 テストピース（イ）（ロ）における鉄材層の形成例を示す要部拡大写真である。 テストピース（イ）（ロ）における鉄材層の形成例を示す要部拡大写真である。 テストピース（イ）（ロ）における鉄材層の形成例を示す要部拡大写真である。 テストピースにおける鉄材層の形成例を示す要部拡大写真である。

本発明によるハイブリッド金型の第一実施形態を合成樹脂用射出成形金型において説明すると、図１のごとく成形金型１は熱伝導の良好な非鉄金属体３にて形成され、非鉄金属体３から成る成形金型１にキャビティＥと製品関連部７を備え、キャビティＥと製品関連部７の少なくとも負荷集中範囲に、例えばキャビティＥにあっては製品形成面ｅ、製品関連部７にあってはパーテングライン（以下、ＰＬとする）のキャビティ連続部３ａを数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部１３に高エネルギ密度の熱源を用いて非鉄金属体３より耐久力の強い鉄系材Ｆを肉盛溶接し、鉄系肉盛部４を形成し、その肉盛部表面４ａに仕上げ加工した鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａで負荷集中範囲を保護した適正寸法のキャビティＥと、鉄材層４Ａで保護したＰＬのキャビティ連続部３ａを形成している。

第一実施形態では、非鉄金属体３として銅合金体３Ａを、鉄系材Ｆとして鋼材ワイヤＷを用い、且つ高エネルギ密度の熱源としてレ−ザ溶接、特にＹＡＧレ−ザ溶接を用い、銅合金体３Ａにて成形金型１の固定金型１Ａと可動金型１Ｂを構成し、成形金型１の内部にキャビティＥを備え、そのキャビティＥの摩耗しやすい負荷集中範囲に薄肉部１３を設け、薄肉部１３に鋼材ワイヤＷをＹＡＧレ−ザ溶接し、鉄系肉盛部４より成る鉄材層４Ａを形成し、鉄材層４Ａで銅合金体３Ａの薄肉部１３を覆い、平坦部や緩変化部は銅合金体３Ａのままとし、銅合金体３Ａと鉄材層４ＡとでキャビティＥを形成する。
キャビティＥの摩耗しやすい負荷集中範囲として、例えば成形材料の圧力が強く作用する図２の如く角部や形状の変化部、或はダイレクトゲートの相対向側製品形成面ｅが挙げられる。
鉄材層４Ａは、鋼材ワイヤＷによる肉盛高さｔを平均２ｍｍ以内に単層又は多層に溶接し、仕上げ加工（切削加工、グラインダー又はやすり等による研磨等）して形成する。

本発明によるハイブリッド金型の第二実施形態を図１と図３に基づき説明すれば、製品関連部７としてキャビティＥに向けて往復動する摺動体５の突き出しピン５１と、摺動体受部６の突き出しピン挿入孔６１を備え、摺動体受部６の少なくとも入口側６ａ、即ち、突き出しピン挿入孔６１の入口側６１ａを数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部１３にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを単層又は多層に肉盛溶接し、平均厚さが２ｍｍ以内の鉄系肉盛部４を形成し、その肉盛部表面４ａに仕上げ加工した鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａで突き出しピン挿入孔６１の入口側６１ａを保護している。

本発明によるハイブリッド金型の第三実施形態を、第二実施形態と相違する点について説明すれば、第三実施形態のハイブリッド金型は、図４の如くコア金型１Ｃを用いて成形金型１を構成するもので、コア金型１Ｃは、キャビティＥに向けて往復動する摺動体５のスライドコア５２と、摺動体５をスライド自在にガイドする摺動体受部６のコアガイド６２から成り、このコア金型１Ｃを組み込むために、成形金型１を構成する非鉄金属体３の銅合金体３Ａに製品関連部７としてキャビティＥに向けて開口する保持部９、具体的にはコア金型保持部９２を備える。
そのため、保持部９の少なくとも入口側９ａ、第三実施形態にあっては、コア金型保持部９２の入口側９２ａ（キャビティ側）を数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部１３にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接し、鉄系肉盛部４を形成し、その肉盛部表面４ａに仕上げ加工した鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａにて保持部入口側９２ａを保護する。
コア金型１Ｃのコアガイド６２を非鉄金属体３の銅合金体３Ａにて形成する場合、コアガイド６２のガイド頭部６２ａを数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部１３にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接し、鉄系肉盛部４を形成し、その肉盛部表面４ａに仕上げ加工した鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａにてガイド頭部６２ａを保護する。

本発明によるハイブリッド金型の第四実施形態を、第一乃至第三実施形態と相違する点について説明すれば、第四実施形態のハイブリッド金型は、製品関連部７としてキャビティＥに向けて突出する部分成形体８と、キャビティＥに向けて開口する保持部９とを備え、その保持部９を銅合金体３Ａに形成する場合、概保持部９の少なくとも入口側９ａを数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部１３にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接し、鉄系肉盛部４を形成し、その肉盛部表面４ａに仕上げ加工した鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａで保持部入口側９ａを保護している。
部分成形体８が例えば図５の如くインサート材８１或は微細成形体８３である場合、銅合金体３Ａにインサート材８１或は微細成形体８３の部分形成体保持部９１を設け、概保持部９１の少なくとも入口側９１ａに鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａで保持部入口側９１ａを保護している。

本発明によるハイブリッド金型の第五実施形態を、第一乃至第四実施形態と相違する点について説明すれば、第五実施形態のハイブリッド金型は、図６の如く成形金型１を鋼材型１０と、鋼材型１０に組み込む入れ子型２０とから構成し、入れ子型２０を非鉄金属体３の銅合金体３Ａとし、この銅合金体３Ａから成る入れ子型２０にキャビティＥを形成し、第一実施形態の如くキャビティＥの負荷集中範囲とＰＬのキャビティ連続部３ａに薄肉部１３を設け、薄肉部１３にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接し、鉄系肉盛部４より成る鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａにて銅合金体３Ａから成る入れ子型２０を保護する。
また、銅合金体３Ａから成る入れ子型２０に第ニ実施形態の如く、摺動体５の突き出しピン５１と、摺動体受部６が突き出しピン挿入孔６１を設けることも可能である。
更に、第三実施形態の如く、コア金型１Ｃを用いて成形金型１を構成したり、第四実施形態の如く部分成形体８の保持部９を形成することも可能である。

本発明によるハイブリッド金型の第六実施形態を、第一乃至第五実施形態と相違する点について説明すれば、第六実施形態のハイブリッド金型は、図７の如く成形金型１が左金型１１Ａと右金型１１Ｂから成るブロー成形金型１１であり、左右金型１１Ａ，１１Ｂの少なくとも熱交換範囲を非鉄金属体３，３にて各々形成し、非鉄金属体３，３の少なくとも突合せ部を数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部１３にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接し、鉄系肉盛部４を形成し、その肉盛部表面４ａに仕上げ加工した鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａでバリ食い切り部２４，２４を形成し、離型時に製品のバリを切断し得るようにしている。

実験例１（非鉄金属体の溶接状態を検証する）
・実験条件
銅合金体３Ａ： 図１２の如く縦ｄ＝１０ｍｍ、横ｗ＝１０ｍｍ、高さｈ＝１０ｍｍ（一辺が１０ｍｍのサイコロ型）のＨＩＴ７５をテストピースとする。
鋼材ワイヤＷ：０．３ｍｍφと０．６ｍｍφの商品名「スターバックス」のステンレス系鋼材ワイヤＷを用いる。尚、０．３φの鋼材ワイヤＷをレ−ザ溶接すると、一回の溶接で約０．２ｍｍの肉盛ができるし、０．６φの鋼材ワイヤＷをパルス溶接すると、一回の溶接で約０．４ｍｍの肉盛ができる。
・肉盛条件
テストピースの一面の半巾分５ｍｍに０．５ｍｍの薄肉部１３（溶接面）を設ける。
ＹＡＧレ−ザ溶接：ドイツ製１００Ｗ、２００Ｗのレ−ザ溶接機を用いる。
溶接面にＹＡＧレ−ザを用いて図１３の如く鋼材ワイヤＷを一定のピッチで肉盛溶接し、溶接面より僅かに高く広い範囲で鉄系肉盛部４を設けた後、鉄系肉盛部４を設けたテストピースに仕上げ加工（研磨）し、肉盛高さｔが０．５ｍｍの鉄材層４Ａを形成する。

鉄材層４Ａの形成状態、特に鉄材層４Ａの接合状態を検証するためにＹＡＧレーザ溶接の条件等を変えて実験を行なった。
・観察結果
目視観察では、図１４の如く鉄材層４Ａと銅合金体３Ａとが積層状態にあり、鉄材層４Ａと銅合金体３Ａの間に境界線が見える。
顕微鏡による３００倍拡大写真では、ＹＡＧレーザ溶接の条件によっては図１５〜図１８の如く鉄材層４Ａに亀裂を生じたり、気穴を生じるし、銅合金体３Ａとの境界線に乱れ生じた。ＹＡＧレーザ溶接の条件と試料の詳しい関係は追って追加する。
図１５の線状跡は、磨きによって生じたものである。
ＹＡＧレーザーのエネルギーにより銅合金体３Ａの極く表面が溶融され、該溶融部にＹＡＧレーザーのエネルギーによって溶融された鋼材ワイヤＷが流れ込み、凝固して銅合金体３Ａの表面に鉄系肉盛部４が形成されると思われるが、顕微鏡では銅合金体３Ａの表面が溶融された形跡は発見できなかった。
しかし、鉄材層４Ａと銅合金体３Ａは、恰も糊や接着剤で着接しているように強力に着接している。

実験例２（肉盛高さｔに対する考察）
・実験条件
非鉄金属体３：実験例１と同じ銅合金体３Ａを用いる。
鋼材ワイヤＷ：０．３ｍｍφのステンレス系鋼材ワイヤＷを用いる。
試料１＝肉盛高さｔ＝０・１ｍｍ
試料２＝肉盛高さｔ＝０・３ｍｍ
試料３＝肉盛高さｔ＝０・５ｍｍ
試料４＝肉盛高さｔ＝１・０ｍｍ
各試料の薄肉部１３は、肉盛高さｔに応じて薄肉化し、薄肉部１３にＹＡＧレーザーを用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接した後、鉄系肉盛部４の表面を適正寸法になるまで仕上げ加工を施した。

実験例３（溶接手段による考察）
・実験条件：実験例１と同じ。
試料５＝ＹＡＧレ−ザ溶接のみにて鉄系肉盛部４を形成する。
試料６＝ＹＡＧレ−ザ溶接にて一層目を形成し、残りをパルス溶接にて肉盛する。
試料７＝パルス溶接のみにて鉄系肉盛部４を形成する。
試料５〜７の比較
肉盛溶接に要した時間は、試料７＜試料６＜試料５の関係にある。
鉄系肉盛部４の接着状況：顕微鏡による観察では、試料５と試料６は略同様であった。
試料７では、やや乱れが見えた。

・検査対象
各試料の品質の検討と、適正厚さを確定する。
同上に関する溶接技術と接合面の強度および信頼性評価。
肉盛溶接した鉄材層４Ａの接合面の物性評価。
表面硬さを調査する。（マイクロビッカース硬さ測定）
溶接条件の変化に伴う接合界面の健全性（ピンホール及び界面相の形成の有無、溶接割れ等）の調査、（断面組織の光顕観察、ＥＰＭＡ分析）
鉄材層４Ａの熱処理効果の確認（マイクロビッカース硬さ測定）
熱影響部の材質調査（相変態の有無、結晶粒径の変化と物性変化）
当該技術を使用した金型製作、修理、改造のシステム考察。

・実験結果
銅合金体３Ａとそれに肉盛溶接した鉄材層４Ａの界面の定性分析と状況観察
顕微鏡下の観察及び分析（ＳＥＭ）では、溶接による欠陥は殆ど認められず、実用レベルの品質を得られる可能性が極めて高い。

・ＹＡＧレーザー以外の溶接法による試み
ＴＩＧ及び精密スポット溶接では、「ピンホール」「割れ」等の欠陥が多く認められ、且つ肉盛部が脱落するものもあり、実用的ではない。
前記の実験は極めて限定的な予察に過ぎず、本格的な技術開発に向けて鋭意研究開発を行う。特に、ＹＡＧレーザー以外の高エネルギ密度の熱源について、現在実験中である。

摺動体５を非鉄金属体３の銅合金体３Ａにて形成した場合、図９の如く少なくとも頭部５ａを数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部１３にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接し、鉄系肉盛部４を形成し、その肉盛部表面４ａに仕上げ加工した鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａにて摺動体頭部５ａを保護する。
例えば、摺動体５のスライドコア５２を銅合金体３Ａにて形成する場合、スライドコア５２少なくとも摩耗しやすい範囲のコア頭部５２ａ（キャビティ内に露出する露出部と、それに続く適宜範囲）を数ｍｍ以内の厚さで薄肉化し、薄肉部１３にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接し、鉄系肉盛部４を形成し、その肉盛部表面４ａに仕上げ加工した鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａでコア頭部５２ａを保護する。
摺動体５の突き出しピン５１を銅合金体３Ａにて形成する場合、銅合金体３Ａから成るスライドコア５２と同様に、そのピン頭部５１ａに鉄材層４Ａを設け、鉄材層４Ａでピン頭部５１ａを保護する。

非鉄金属体３に、図８の如くキャビティＥに連続する切欠部１９を設け、切欠部１９にＹＡＧレ−ザ溶接を用いて鋼材ワイヤＷを肉盛溶接し、ゲート用鉄系肉盛部１４を形成し、概肉盛部１４にゲート路２を加工すると共に、肉盛部表面４ａに仕上げ加工したゲート用鉄材層１４Ａを設け、概鉄材層１４Ａで切欠部１９を塞ぐことも可能である。
ゲート路２として、サイドゲート２ａ、トンネルゲート２ｂ、ダイレクトゲート２ｃを設けることができる。

非鉄金属体３の摩耗しやすい負荷集中範囲に鉄材層４Ａを備えている成形金型１、摺動体５、部品形成体８等を加熱炉に入れ、銅合金の融点より低い温度で一定時間にわたり加熱すれば、加熱により鉄材層４Ａの肉盛時に生じた歪み（溶接によって生じた内部応力等）が取除かれる。その結果、歪みによる損傷や破損が著しく減少する。

実施形態では、鋼材ワイヤＷによる肉盛溶接にＹＡＧレ−ザとパルス溶接を用いたが、ＹＡＧレ−ザ溶接以外のレ−ザ溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接等も使用できると思われる。また、ＹＡＧレ−ザ溶接にて一層目を形成し、二層目以後をパルス溶接にて鉄系肉盛部４を形成した後、肉盛部表面４ａに仕上げ加工し、鉄材層４Ａを形成することが好ましい。
実施形態は合成樹脂用射出成形金型とブロー成形金型を例としたが、両金型に限定されるものではなく、例えば圧縮成形金型、押出し成形金型にも応用し得るし、合成樹脂用金型以外の例えばダイカスト金型、ゴム成形用金型、ガラス金型にも応用し得る。
また、部分成形体８が銅合金体３Ａから成る図１１の如く中子体８４で、中子体保持部９４も銅合金体３Ａに設ける場合、中子体８４の全表面に鉄材層４Ａを形成し、中子体保持部９４も鉄材層４Ａで覆うことが好ましい。
部分成形体８が図１０の如く鋼材から成るゲート体８２である場合、銅合金体３Ａにゲート体保持部９３を設け、概保持部９３にゲート体８２を組み込むことも可能である。
尚、成形金型１、又は成形金型１を構成する非鉄金属体３が熱伝導の良好な銅合金体３Ａであっても、従来の鋼製金型と同様に冷却水路を設けることが好ましい。

１ 成形金型、１Ａ 固定金型、１Ｂ 可動金型、１Ｃ コア金型
１１ ブロー成形金型、１１Ａ 左金型、１１Ｂ 右金型
１０ 鋼材型、２０ 入れ子型
２ ゲート路
２ａ サイドゲート、２ｂ トンネルゲート、２ｃ ダイレクトゲート
３ 非鉄金属体、３Ａ 銅合金体（テストピース）、１３ 薄肉部（溶接面）
３ａ パーテングライン（ＰＬ）のキャビティ連続部
４ 鉄系肉盛部、４Ａ 鉄材層、４ａ 肉盛部表面
１４ ゲート用鉄系肉盛部、１４Ａ ゲート用鉄材層、２４ バリ食い切り部
５ 摺動体、５ａ 頭部（露出部+α）
５１ 突き出しピン、５２ スライドコア
５１ａ ピン頭部、５２ａ コア頭部
６ 摺動体受部、６ａ 受部入口側
６１ ピン挿入孔、６２ コアガイド
６１ａ 挿入孔入口側、６２ａ ガイド頭部
７ 製品関連部
８ 部分成形体、８１ インサート体（インモールド）、８２ ゲート体
８３ 微細成形体、８４ 中子体
９ 保持部、１９ 切欠部
９１ 部分成形体保持部、９２ コア金型保持部、９３ ゲート体保持部
９４ 中子体保持部、９ａ，９１ａ，９２ａ 保持部入口側
Ｆ 鉄系材、Ｗ 鋼材ワイヤ
Ｅ 製品形成部（キャビティ）、ｅ 製品形成面
Ｒ レーザー、Ｒ１ ＹＡＧレーザー（精密マイクロＹＡＧレーザー）
ｔ 肉盛高さ

Claims (4)

1. 銅合金からなる成形金型の保護が必要な部位を所定の仕上げ厚みよりも薄い薄肉部に形成し、
   前記薄肉部に鋼材ワイヤを用いてＹＡＧレーザ溶接により肉盛溶接し、
   前記肉盛溶接部の表面を仕上げ加工し、前記所定の仕上げ厚みであって肉盛溶接による鉄材層の厚みが２ｍｍ以下になるようにしたことを特徴とする成形金型の製造方法。
2. 前記保護が必要な部位はキャビティの少なくとも一部，パーティングラインとのキャビティ連続部，キャビティに向けて摺動体が往復動する摺動体受部のキャビティ側又は当該摺動体のキャビティ側部のうち、いずれかであることを特徴とする請求項１記載の成形金型の製造方法。
3. 前記保護が必要な部位は前記成形金型内に設ける入れ子型又はインサート材の保持部であることを特徴とする請求項１記載の成形金型の製造方法。
4. 銅合金からなる射出成形金型のキャビティに連続する切欠部を形成し、
   前記切欠部に鋼材ワイヤを用いてＹＡＧレーザ溶接により肉盛溶接し、
   前記肉盛溶接部に仕上げ加工し、溶融樹脂又は金属の溶湯をキャビティ内に射出するためのゲート路を形成したことを特徴とする成型金型の製造方法。