JP5563105B2 - 金型、金型を製造する方法、および前記金型を用いてプラスチックまたは複合材料製品を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、特にプラスチックまたは複合材料で製品を製造するように意図されているが、それに限定されない金型に関する。

特に、成形しなければならないプラスチックまたは複合材料を迅速にかつ効率的に加熱するために、かつ金属または金属合金の部品を、それらを打抜き加工し器具において焼入れする前に加熱するためにも、電磁誘導により熱を加える成形方法を使用することが非常に好都合であることが知られている。

こうした誘導加熱方法によれば、成形装置はインダクタを備え、発電機が供給する中波電流ｉ_ｇｅｎがインダクタを流れ、インダクタは経時的に可変電磁場を生成する。この可変電磁場は、電磁誘導の周知の現象に基づくものであり、導電材料に印加されると、経時的に可変磁束を生成するとともに導電材料に誘導電圧をもたらし、それによって、導電金属の表面に、表皮厚さδと呼ばれかつ以下の関係によって与えられる深さにわたって、誘導電流が発生する。

ここで、μは、μ＝μ_０．μ_ｒである材料の透磁率であり、σは、材料の導電率（電気抵抗Ｒｅｌの逆数）であり、ωは、角周波数であって、２．π．ｆに等しく、ここでｆは、励磁電流および発生した磁場の周波数である。

導電材料が強磁性でない場合、μ_ｒの値は１に近く、かつ表皮厚さは以下の関係によって与えられる。

この目的で、材料誘導加熱方法は、熱処理後に最終的な特性を帯びる前駆体材料をキャビティ内に受け入れることができる金型を記載している、特許文献１から既知である。インダクタに中波電流を供給することにより、加熱すべき材料と接触している中間部分の表皮厚さに誘導電流が発生し、それによって、加熱しなければならない金型の部分の体積が制限される。

さらに、中間要素の内側において、種々の表面温度を得るために、別個の電気抵抗率または透磁率を有する材料からなるインサートのブロックを配置することができる。

仏国特許第２８６７９３９号明細書

しかしながら、本発明者らは、金型におけるインサートのブロックの寸法付けおよび配置が、表面温度の非常に細かい調整をし難くする精密な操作であることに気付いた。

さらに、この配置が、著しく時間がかかる非常に精密な方法で行われる場合であっても、いくつかの表面領域に、過熱現象または加熱不足（subheating）現象が発生し、それは、たとえば硬さの不均質性をもたらすことにより、成形された製品の優れた製造に対し有害であることが分かる。

これらの部分の幾何学的形状にも関らず、伝熱領域において温度の起伏がさらに観察され、それは、上述した過熱現象および加熱不足現象をさらに悪化させる。

本発明の目的は、より容易な製造のための金型であって、これらの成形温度の不均質性を低減することができる金型とともに、目標とする磁気性能および／または熱性能を容易に調整することができるこうした金型を製造する方法を提案することにより、上述した欠点に対する対応策を見つけることである。

この目的で、本発明の第１の目的は、キャビティを画定する少なくとも１つの下部および１つの上部を備える金型であって、そのキャビティ内部で、成形材料が、２０℃を超える温度Ｔｔｒにされ、成形材料は、導入され、その後、少なくとも１つの電磁インダクタによって発生する誘導電流の作用により加熱される金型の前記下部および前記上部と接触することによって成形され、前記下部および前記上部のうちの少なくとも１つが、前記成形材料との伝熱領域を有し、前記伝熱領域が、少なくとも、キュリー点Ｔｃが２０℃と８００℃との間に含まれる少なくとも１つの強磁性材料からなる伝熱のための下位領域を備え、下位領域が、前記成形材料と接触しおよび／または熱伝導率が３０Ｗ．ｍ^−１Ｋ^−１を超える非強磁性材料からなるコーティングと接触し、コーティング自体が成形材料と接触する、金型である。

本発明の範囲内で、伝熱領域とは、電磁インダクタが発生する誘導電流が流れる金型の領域を意味する。先に示したように、この領域の厚さは、金型の材料の平均電気抵抗率と励磁電流の周波数ｆとによって決まり、すべての場合において最大限でもδ_{ａｍａｇｎ}に等しい。

この伝熱領域は単一部材にあり、すなわち、これが単一部材のバルク領域であり、要素の組立体からもたらされるものではなくかつ分解することができない、ということが好ましい。しかしながら、この用語は、基礎基板とともに本体を形成する１種またはいくつかのコーティングの存在を排除するものではない。

好ましい実施形態では、前記伝熱領域は、前記温度Ｔｔｒの付近で互いに異なる透磁率を有する少なくとも２つの伝熱下位領域を備え、前記下位領域のうちの少なくとも１つは、キュリー点Ｔｃが２０℃と８００℃との間に含まれる強磁性材料からなり、前記下位領域の各々は、成形される前記成形材料と接触し、および／または熱伝導率が３０Ｗ．ｍ^−１Ｋ^−１を超える非強磁性材料からなる、予想されるコーティング（possible coating）と接触し、コーティング自体が前記成形材料と接触する。

この好ましい実施形態の代替形態では、伝熱下位領域は同一のキュリー点を有するが、異なる比率の磁性化合物から構成される。

本発明の第２の目的による金型のこの好ましい実施形態の別の代替形態では、伝熱下位領域は異なるキュリー点を有し、組成の異なる２種の鉄−ニッケル合金、またはさらには組成が同じであるが結晶構造が異なる鉄−ニッケル合金から構成され得る。

本発明にかかる金型は、個々にまたは組合せとして、以下の特徴をさらに組み込むことができる。
− キャビティは、少なくとも１つの角度領域を有し、少なくとも１つの伝熱下位領域がこの領域を包囲し、
− 非強磁性材料のコーティングは、アルミニウム、銅、錫またはそれらの合金からなり、
− キュリー点は、６０℃と３５０℃との間に含まれ、
− 強磁性材料は、鉄−ニッケル合金からなり、好ましくは、少なくとも２５重量％のニッケル、０．００１重量％から１０重量％のマンガンとともに、加工（elaboration）からもたらされる必然的な不純物を含み、最大１５重量％のクロム、最大１５重量％のコバルト、最大１５重量％の銅、最大１０重量％の、シリコン、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンまたはニオブから選択された少なくとも１つの元素を含むことができ、かつ、硫黄、ホウ素、マグネシウムまたはカルシウムから選択された少なくとも１つの元素をさらに含むことができる。

本発明の第２の目的は、本発明の第１の目的による金型を製造する方法によって形成され、ここで、キャビティの境界を画定する金型の上部および下部が供給され、その前記下部および前記上部の少なくとも１つは、強磁性金属合金を含む伝熱領域を有し、その後、熱伝導率が３０Ｗ．ｍ^−１Ｋ^−１を超える非強磁性材料の層が、前記強磁性合金からなる前記伝熱領域の部分のすべてまたは一部に形成される。好ましくは、熱伝導率が３０Ｗ．ｍ^−１Ｋ^−１を超える金属または金属合金の層は、アルミニウム、銅、錫またはそれらの合金、特に銅およびニッケルの合金から構成される。

本発明の第３の目的は、本発明の第２の目的による金型を製造する方法によって形成され、ここで、キャビティの境界を画定する金型の上部および下部が供給され、その前記下部および前記上部のうちの少なくとも１つは、強磁性合金を含む伝熱領域を有し、非強磁性金属または合金の層が、前記強磁性合金から構成される前記伝熱領域の部分のすべてまたは一部に形成され、前記金属または合金の層が、局所化熱処理によって拡散され、前記金属または合金が、その拡散によって非磁性相の沈殿をもたらすように選択され、それにより、伝熱領域の残りのすべてまたは一部とは磁性化合物の比率が異なる伝熱下位領域を形成する。好ましくは、伝熱領域は、少なくとも２５重量％のニッケル、０．００１重量％から１０重量％のマンガンとともに、加工から生じる必然的な不純物を含み、最大１５重量％のクロム、最大１５重量％のコバルト、最大１５重量％の銅、最大１０重量％の、シリコン、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンまたはニオブから選択された少なくとも１つの元素を含むことができ、かつ、硫黄、ホウ素、マグネシウムまたはカルシウムから選択された少なくとも１つの元素をさらに含むことができる、オーステナイト系またはオーステナイト−フェライト系またはオーステナイト−マルテンサイト系鉄−ニッケル合金を最初に含み、非強磁性金属はアルミニウムからなる。

本発明の第４の目的は、本発明の第２の目的による金型を製造する方法によって形成され、ここで、キャビティの境界を画定する金型の上部および下部が供給され、その前記下部および前記上部のうちの少なくとも１つが、強磁性合金を含む伝熱領域を有し、その後、伝熱領域の残りのすべてまたは一部とは結晶構造、したがってキュリー点が異なる伝熱下位領域を形成するように、前記合金からなる前記伝熱領域の少なくとも一部の上に局所化熱処理が行われる。好ましくは、伝熱領域は、少なくとも２５重量％のニッケル、０．００１重量％から１０重量％のマンガンとともに、加工から生じる必然的な不純物を含み、最大１５重量％のクロム、最大１５重量％のコバルト、最大１５重量％の銅、最大１０重量％の、シリコン、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンまたはニオブから選択された少なくとも１つの元素を含むことができ、かつ、硫黄、ホウ素、マグネシウムまたはカルシウムから選択された少なくとも１つの元素をさらに含むことができる、オーステナイト系またはオーステナイト−フェライト系またはオーステナイト−マルテンサイト系鉄−ニッケル合金を最初に含み、前記局所化熱処理は、前記伝熱領域部分を迅速に冷却することにあり、それにより、オーステナイトのすべてまたは一部のマルテンサイトへの変態をもたらす。

本発明の第５の目的は、本発明の第２の目的による金型を製造する方法によって形成され、ここで、キャビティの境界を画定する金型の上部および下部が供給され、その前記下部および前記上部のうちの少なくとも１つは、強磁性金属合金を含む伝熱領域を有し、非強磁性合金または金属の層が、前記合金からなる前記伝熱領域の部分のすべてまたは一部に形成され、前記非強磁性金属または合金の層は、局所化熱処理によって拡散され、前記金属または合金は、その拡散によりキュリー点を局所的に変更するように選択され、それにより、伝熱領域の残りのすべてまたは一部とキュリー点が異なる伝熱下位領域を形成する。好ましくは、伝熱領域は、少なくとも２５重量％のニッケルとともに、加工から生じる必然的な不純物を含み、かつ最大１０重量％のクロム、最大１０重量％のコバルトおよび最大１０重量％の銅を含むことができる、鉄−ニッケル合金を最初に含み、伝熱領域の少なくとも一部に形成された前記金属が銅である。

本発明の第６の目的は、本発明にかかる金型と、少なくとも１つの電磁インダクタと、を備える誘導成形装置によって形成される。

本発明の第７の目的は、本発明にかかる金型によってプラスチックまたは複合材料の製品を製造する方法によって形成され、ここで、前記プラスチック材料または前記複合材料は、前記金型のキャビティの内部に導入され、その後、金型の前記下部および前記上部と接触して成形され、その上部および下部のうちの少なくとも１つは、前記電磁インダクタが発生する誘導電流の作用により、±８℃以内、好ましくは±５℃以内でかつ６０℃と３５０℃との間に含まれる均質な温度にされる。

本発明の範囲内では、プラスチックという用語により、特に、熱可塑性化合物、熱硬化性化合物、エラストマー、加硫可能化合物を表す。

さらに、複合物という用語は、上述したプラスチック材料の、ガラス、炭素、酸化物、金属または金属合金等の元素とのあらゆる組合せを意味する。この追加の元素を、分散繊維の形態で、または織網もしくは不織網の形態で、またはさらには、サンドイッチもしくは二層構造またはさらにはたとえばハニカム構造等のセル構造を形成するように、プラスチック材料に付着する１つまたはいくつかの面の形態で組み込むことができる。

理解されるように、本発明にかかる金型の定義は、伝熱領域の使用の特徴の変更に基づき、それにより、この金型の表面温度の不均質性を低減することを可能にする。実際には、新しくかつ驚くべき方法で、金型の機能面における均質な温度を得るには、伝熱領域の使用の特徴の不均質性が必要であることが分かった。

特に、過熱は、特に誘導電流の集中領域で発生し、加熱不足は、誘導電流が流れない領域で発生したことが分かった。これらの現象は、特に、製造される部品の幾何学的形状によって決まり、鋭角から直角までの角領域は、スパイク効果によって電流集中の中心であり、一方、鈍角の角領域は短絡し、誘導電流がない。

本発明の範囲内で、角（angular）領域または角度（angle）領域とは、成形キャビティの表面の全体的な方向が実質的に変化する領域を意味する。

金型の断面図である。

したがって、図１を参照すると、そこでは、２つの上部２および下部３において、従来技術による例示的な金型１の断面図を見ることができ、それら上部２および下部３は、それらの空隙に、成形中にプラスチック材料４で完全に充填されるキャビティを画定している。金型１は、キュリー点Ｔｃが成形材料の変態温度Ｔｔｒに近い磁性材料で完全に作製されている。製造された物体、ここでは洗面器（basin）は、２つの垂直側壁８および９を介して底部７に接続された２つの水平側縁５および６を含む。

図１はまた、金型が、周波数ｆの電流が流れる１つまたはいくつかの電磁インダクタ（図示せず）の影響下で晒される、磁場Ｈの向きの表示も含む。電磁インダクタは、好ましくは、特許文献１の図１に見ることができるように、金型の本体の下部および上部に組み込まれる。図１はまた、磁場Ｈの作用によって発生し、かつ金型の部分２および３の各々に２つの点線で示された、誘導電流の循環線も含む。最後に図１は、交互の長点および小点を含む点線によって境界が画定されている部分２および３の表皮領域の例示を含む。

この洗面器１の場合、著しい加熱不足が観察された領域は、領域ａｂ２、ｂｃ１、ｃｄ１およびｅｄ２の付近に位置し、それらはまた、成形中に誘導電流が材料から遠く離れて通過することが見られる領域でもあり、これらの電流は、表皮領域を横断するために最短進路を通過する。これらの領域を、洗面器の第１の部分から第２の部分まで広がる角度が鈍角である領域として定義することができる。

ここで過熱領域に関して、それらは、領域ａｂ１、ｂｃ２、ｃｄ２およびｅｄ１の付近で観察され、それらは、誘導電流がスパイク効果によって集中することが見られる領域でもある。これらの領域を、洗面器の第１の部分から第２の部分まで広がる角度が鋭角である領域として定義することができる。

ここで、目的が、通常加熱不足領域内に注入される電力を上昇させることである場合、関連する局所領域の透磁率は、関連する動作温度の付近において、すなわちこの動作温度の±１０℃の間隔で、周囲領域の値より高い値であるべきであり、その結果、不均質な伝熱透磁率領域で動作することとなる、ということが確認された。

逆に、目的が、通常過熱領域である領域に注入される電力を低減することである場合、関連する局所領域の透磁率は、関連する動作温度において、すなわちこの動作温度の±１０℃の間隔で、周囲領域の値より小さい値でなければならない。

当然ながら、関連する角度のタイプに応じて成形キャビティの角領域の付近の透磁率を変更して、領域を配置することが特に有利である。特に、上に定義したように、加熱不足領域には、より透磁率の高い領域を配置することができ、かつ過熱領域には、透磁率の低下した領域を配置することができる。

本発明の主な代替形態のうちの１つは、キュリー点が異なる磁性材料から構成されるために透磁率が異なる伝熱下位領域を有する金型を利用可能にすることからなる。

キュリー点の調整を、特に、関連する材料の組成を調整することによって得ることができる。

これを、均質な化学組成を保持することにより、ただし関連する領域に応じて材料の結晶構造を変更することにより、得ることも可能である。実際には、材料のキュリー点は、結晶構造に大きく依存し、たとえばオーステナイト系構造からマルテンサイト系構造に移る時に完全に変化する可能性がある。構造のこうした変化を達成するために局所化した熱処理で十分であり得るため、これが幾分か迅速な加熱ステップ（たとえばオーステナイト化等）および／または冷却ステップであるかに関らず、そうした変化自体を容易に得ることができる。

材料領域が、その温度が、隣接する領域のキュリー点より低いそのキュリー点を超えるために、金型の別の表面領域より前に非磁性となる場合、その領域の透磁率は、非常に高い値から値１まで低減し、かつ注入される電力は大幅に低減する。そして、低キュリー点領域のキュリー点の周辺の温度の自動調節が得られ、それにより、温度調整の精密な調整が可能になる。

本発明の別の代替形態は、透磁率が異なるが、キュリー点が同じである磁性材料からなる伝熱下位領域を有する、金型を利用可能とすることからなる。この透磁率の局所低減を、特に、キュリー点にいかなる影響も与えない幾つかの非強磁性元素を、初期磁性合金の磁性元素とともに形成させた後に沈殿させることによって、得ることができ、それにより、非強磁性相が形成され、したがって関連する下位領域の透磁率が低減する。

ニッケル−鉄合金は、これらの形成および拡散方法に非常に向いており、特に、それらが２５重量％を超えるニッケルを含む場合、大部分のプラスチックおよび複合物の変態温度と完全に適合性がある、６０℃と３５０℃との間を含む変態温度が達成され得る。

クロム、コバルトおよび銅の添加は、最大１５重量％までおよぶことができ、それにより特に、以下のようにより精密なキュリー点の調整が可能になる。
− たとえば、モリブデンの割合が０重量％から１１重量％になる場合、重量でニッケルが５６重量％（残り＝鉄）であるオーステナイト系合金は、そのキュリー点が５３０℃から３００℃になる。
− たとえば、クロムの割合が０重量％から１５重量％になる場合、重量でニッケルが４０重量％（残り＝鉄）であるオーステナイト系合金は、そのキュリー点が３６０℃から１００℃になる。
− たとえば、重量で３０重量％から３２重量％のニッケルと２重量％から８重量％のクロム（残り＝鉄）を含むオーステナイト系合金は、−２０℃から１７０℃の範囲のキュリー点の連続した分布を有し、これらの組成物の各々に対して、キュリー点は、銅またはコバルトである追加の元素の重量パーセント当り１０℃から１５℃上昇する可能性がある。

０．０１重量％から１０重量％のマンガンを添加することにより、合金の高温成形能力（hot shape ability）を向上させることができる。

本発明による好ましい合金は、最大１０重量％の、シリコン、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンまたはニオブから選択された少なくとも１種の元素をさらに含むことができる。

これらの元素（Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ）はすべて、キュリー点を異なる値に調整することができるとともに、ここでは電気抵抗率ρ_ｅｌまたは熱伝導率δ_ｔｈ等の重要な特性に対してこれらの元素が種々の作用を及ぼすという利点を有する。

したがって、オーステナイト系合金Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏでは、モリブデンが電気抵抗率を大幅に増大させ、たとえば、モリブデンの割合が０重量％から９重量％になる場合、合金Ｆｅ−５６％Ｎｉは、室温でその電気抵抗率が３０μΩ．ｃｍから１００μΩ．ｃｍになる。

オーステナイト系合金Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒでは、クロムが電気抵抗率を著しく増大させ、たとえば、クロムの割合が０重量％から６重量％になる場合、合金Ｆｅ−４５％Ｎｉは、室温でその電気抵抗率が４５μΩ．ｃｍから９０μΩ．ｃｍになる。

オーステナイト系合金Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕでは、銅が電気抵抗率を著しく低減させ、たとえば、銅の割合が４重量％から１０重量％になる場合、合金Ｆｅ−３０％Ｎｉは、室温でその電気抵抗率が８８μΩ．ｃｍから７８μΩ．ｃｍになる。

Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、ＶおよびＷもまた、キュリー点Ｔｃをある程度実質的に低下させるとともに、電気抵抗を増大させる。

最後に、この合金は、硫黄、ホウ素、マグネシウムまたはカルシウムから選択された少なくとも１種の元素をさらに含むことができる。特に、硫黄およびホウ素の蓄積された含有量を２ｐｐｍから６０ｐｐｍまでの間隔に制限することが好ましく、一方で、マグネシウムおよびカルシウムの蓄積された含有量は、好ましくは１０ｐｐｍから５００ｐｐｍの間隔に制限される。これらの元素は、特に、等級の機械能力を向上させることができる。

さらに、これらの部分の幾何学的形状にも関らず、伝熱領域において温度起伏がさらに観察された。理論によって束縛される意図なしに、これらの起伏は、巻線として現れかつ位置および形状に関して誘導「ミラー」電流の起点にあるインダクタの構造からもたらされる可能性があると想定される。

これらの起伏を、伝熱領域のすべてまたは一部を、熱を特に十分に伝導する非強磁性材料で覆うことによって、大幅に低減することが可能であることが分かった。こうした材料には、明らかに、著しい比率で温度差を低減する、熱波拡散体の役割を果たす可能性がある。このタイプの調節は、特に、図１の洗面器の領域ｃ１およびｃ２等の非角領域に対して意味を持つことができる。

一般に、こうしたコーティングの厚さは、伝熱領域の厚さより小さく、好ましくは、表皮厚さの１／１０未満である。

金型の表面温度を均質化する、本発明の範囲内で提案される種々の手段を、それらが互いに適合性がある限り、結合することができることは明らかである。

本発明の金型を、磁性材料のバルクブロックを単に機械加工することにより、または非磁性材料、もしくはさらには非金属材料のブロックを機械加工し、その後、めっき、プラズマによる形成、スパッタリングまたはさらには射出等、いずれかの適当なプロセスにより、磁性材料の層を形成することによって、得ることができる。すべての場合において、適当な幾何学的寸法および適当な磁気特性を有する表面が得られると、本発明にかかる金型を製造する方法を適用することができる。この方法には、特に、いかなるインサートも加えることなく、単に伝熱領域を一部材として得る可能性がある。

この目的で、上述した代替形態のすべてを使用することができ、それらは、より詳細には、伝熱領域の少なくとも一部が、優れた最終的な温度均質性を確保するように適合されなければならないものとして特定される位置において調整される鉄−ニッケルマトリックスを含むか、またはさらにはそれからなる、金型を製造することに当てはまる。

ここで、本発明について、より詳細にただし限定せずに説明し、実施例によって例示する。

（実施例）
各実施例で説明する種々の材料で、一連の金型を作製する。これらの金型は、すべて、洗面器を製造する図１の金型の形状と同一の形状を有する。

第１の一連の実施例では、成形されて製品を構成するプラスチック材料は、変態点が２００℃の温度であるガラス繊維およびポリプロピレンマトリックスを備えた熱可塑性複合物である。

第２の一連の実施例では、成形されて製品を構成するプラスチック材料は、変態点が１２５℃の温度であるプラスチックである。

特に示さない限り、合金化された組成物の示される割合は重量で表され、かつ本発明にかかる組成物はすべて、０．１％のマンガンと、加工から生じる通常の必然的な不純物とを含む。

（反例１）
本発明の性能を従来技術の性能と比較するために、インサートと呼ばれる金属部品が追加された金型を用いる第１の成形試験を行った。

上述した過熱領域において、金型の材料を、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材料からなるこれらのインサートに局所的に置き換える。

インサートを、電力の非常に増大した侵入深さに局所的に達する可能性がある、誘導電流の集中領域に配置する。これは、誘導電流が、それ以上屈曲部の極面に集中せず、周囲の屈曲領域に広がり、したがって屈曲部の実際の交換面にそれほどエネルギーを放散しないことを意味する。

この場合、金型と製品との間の温度差をおよそ２０℃〜３０℃の間隔に制限するようにし、この間隔は、金型を構築するためには十分であり得るが、より高いコストが必要であり、調整および完全なインサート／金型の伝熱をし難くし、かつじょうごを含む形状または非常に深いボウル等の複雑な幾何学的形状を有するいくつかの製品の製造をし難くする。

（反例２）
そして、伝熱領域が単一の強磁性合金からなる金型を作製することにより、従来技術による第２の試験を行った。

金型を、組成物によるキュリー点の容易な調整を可能にするように知られているオーステナイト系合金ＦｅＮｉまたはＦｅＮｉＣｒで機械加工した。実際には、キュリー点Ｔｃが、（ここでは、プラスチックまたは複合物の成形に対して）所望のプラトー温度に近いように選択される場合、温度自動調節現象はＴｃ辺りで得られ（磁気損失および電流は、キュリー点に近づくと大部分消滅する）、最後に、加熱不足領域および過熱領域が再度均衡することがよく知られている。

Ｔｃ＝２１０℃であるＦｅＮｉＣｒ合金を用いる解決法により、以下が得られる。
− 製品の際立った角度の周辺における熱的不均質性：ΔＴ_angle＝１５℃
− 洗面器の底部における熱的不均質性ΔＴ_bottom＝２０℃
− インダクタ巻線を反映する熱的不均質性ΔＴ_inducturns＝２０℃。

したがって、キュリー点の周囲の温度自動調節効果は、主に、鋭角を有する領域の温度不均質性に有効であり、温度不均質性を、インサートがある場合の２０℃から３０℃、インサートもない場合はそれより高い温度の代りに、１５℃まで低減させる。一方、他のタイプの熱的不均質性はほとんど改善されない。

（実施例１）
プラスチック製品または複合物製品の三次元形状が誘導加熱によって成形されるように機械加工される際の均質バルク条件に対する前駆体として、キュリー温度Ｔｃが２１０℃の付近であるオーステナイト系ＦｅＮｉＣｒ合金（たとえば、Ｆｅ−３５％ＮｉまたはＦｅ−３７％Ｎｉ−６％ＣｒまたはＦｅ−５０％Ｎｉ−１１．５％Ｃｒ合金であり得る）を使用する。

この実施例では、伝熱面を機械加工した後、およそ５０μｍのアルミニウムシートを平坦化して、このシートが、金型の機能的機械加工面、すなわち金型の２つの部分に面する両面を実際に覆うようにする。

次に、アルミニウムシートを金型の上面に維持しながら、これらの覆われた金型部分の両方を炉内に置くことにより、金型部分を少なくとも数分間６００℃を上回る温度にするが、アルミニウムのＦｅＮｉＣｒ合金へのわずかな拡散のみを可能にすることによって、表面上のアルミニウムを溶解／めっきする熱処理を施す。この熱処理の目的は、実際には、アルミニウムのＦｅＮｉＣｒ合金への密接な付着のみである（金属間接合）。

そして、得られた金型を用いて成形試験を行う。そして、以下が得られる。
− 製品の際立った屈曲部の周辺における熱的不均質性ΔＴ_angle＝１２℃
− ΔＴ_bottom＝２０℃
− インダクタ巻線を反映する熱的不均質性ΔＴ_inducturns＝８℃。

したがって、キュリー点の周囲の温度自動調節効果は、主に、鋭角を有する領域の温度不均質性に有効であり、薄いアルミニウム導電コーティングによって補強され、温度不均質性を、アルミニウムがない場合の１５℃、インサートがある場合の２０℃から３０℃、インサートもない場合はそれより高い温度の代りに、１２℃まで低減する。

さらに、薄いアルミニウム層は、これらの高い周波数であっても、かつ比較的短い伝熱時間（およそ１分間）において熱拡散体としての重要な役割を果たし、それは、機能面におけるインダクタの巻線の局所化の直接の影響から生じる熱的不均質性ΔＴ_inducturnsが、アルミニウム層がない場合の２０℃の代りに、８℃まで戻るためである。洗面器の底部の温度は、依然として目標から離れており、それは、プラスチックまたは製品仕様のいくつかの場合では許容される場合もある。

（実施例２）
この場合の目的は、上記のように成形したプラスチック材料において、誘導による加熱中に１２５℃の温度を得ることであるため、実施例１を、別の前駆体合金を用いて再現する。

ここでは、キュリー点が１２５℃に非常に近い以下の種々のＦｅＮｉＣｒＣｕ合金を正しく試験した。
− Ｆｅ−３２％Ｎｉ
− Ｆｅ−３０．３％Ｎｉ−２％−Ｃｒ
− Ｆｅ−３６．５％Ｎｉ−９％Ｃｒ−０．２％Ｍｎ
− Ｆｅ−２９％Ｎｉ−２％Ｃｒ−３．５％Ｃｏ
− Ｆｅ−４０％Ｎｉ−１３％Ｃｒ−２％Ｃｏ
− Ｆｅ−３０％Ｎｉ−２％Ｃｒ−３％Ｃｕ
− Ｆｅ−２８％Ｎｉ−２％Ｃｒ−５．５％Ｃｕ

各合金を、誘導加熱によって成形されるプラスチック材料の三次元形状が機械加工されるブロックの状態で供給する。

機能的伝熱面を機械加工した後、５０μｍアルミニウムシートを施すことにより、このシートが、金型の機能的機械加工面、すなわち金型の両部分に面する両面を実際に覆うようにする。次に、金型の上面の側にアルミニウムシートを維持しながら、これらの２つの覆われた金型部分を炉内に置き、金型部分を、少なくとも数分間、６００℃を超える温度にするが、ＦｅＮｉＣｒ合金へのアルミニウムのわずかな拡散のみを可能にすることにより、アルミニウムを溶解／めっきする熱処理を機能面に施す。この熱処理の目的は、実際には、ＦｅＮｉＣｒ合金へのアルミニウムの密接な付着のみである（金属間接合）。

そして、得られた金型を用いて成形試験を行う。

そして、以下が得られる。
− 製品の際立った屈曲部の周辺における熱的不均質性ΔＴ_angle＝１０℃
− ΔＴ_bottom＝１６℃
− インダクタ巻線を反映する熱的不均質性ΔＴ_inducturns＝６℃。

このように、実施例１と同じ性能の利点（熱的不均質性の低減）が、同じ複雑な製品形状であるが加熱温度および前駆体合金が異なる場合において確証される。

（実施例３）
ここでは、誘導加熱の後にプラスチック材料を迅速に成形するために、キュリー温度Ｔｃが１２５℃の付近である、オーステナイト系Ｆｅ−３０％Ｎｉ−２％Ｃｒ−３％Ｃｕ合金を使用する。

この合金は、成形される製品の三次元形状が機械加工されるブロックの状態で、供給される。機能的伝熱面を機械加工した後、５０μｍアルミニウムシートを施すことにより、このシートが、実際に金型の機能的機械加工面、すなわち金型の両部分に面する両面を実際に覆うようにする。

次に、金型の上面の上側にアルミニウムシートを維持しながら、覆われた金型部分両方を炉内に置き、金型部分を、少なくとも数分間、６００℃を超える温度にするが、ＦｅＮｉＣｒＣｕ合金へのアルミニウムのわずかな拡散のみを可能にしながら、アルミニウムを溶解／めっきする熱処理を機能面に施す。この第１の熱処理の目的は、合金へのアルミニウムの密接な付着のみである（金属間接合）。この段階で、伝熱面は、先行する実施例１および実施例２のものと対応しかつ同様である。

先行するステップとは十分に区別される新たな熱処理ステップでは、上述したように施されたアルミニウムの面の下に拡散をもたらすように、金型のいくつかの面を種々の既知の手段（トーチ、局所化インダクタ、予熱した金属部品および接点、放射線によるエネルギーの供給等）によって加熱し、それにより、非磁性の二次相の沈殿をもたらし、かつ透磁率μｒを著しく低減する。

このように表面の熱の強い供給にさらされる面は、必然的に、面ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｄ１、ｄ２、ｅ１、ｅ２、すなわち、洗面器の底部の面（ｃ１およびｃ２）を除く伝熱面のすべての面である。形成されたアルミニウムに対して、熱供給により、形成物の均質性を低下させるアルミニウムの高すぎる過溶解なしに、下位面にアルミニウムの拡散をもたらすように、表面温度を少なくとも５００℃、好ましくは少なくとも６００℃まで上昇させるべきである。

そして、得られた金型を用いて成形試験を行う。そして、以下が得られる。
− 製品の際立った屈曲部の周辺における熱的不均質性ΔＴ_angle＝１２℃
− ΔＴ_bottom＝８℃
− インダクタ巻線を反映する熱的不均質性ΔＴ_inducturns＝１１℃。

したがって、キュリー点の周囲の温度自動調節効果は、主に、鋭角を有する領域の温度不均質性に有効であり、かつ薄いアルミニウム導電コーティングによって補強され、温度不均質性を、アルミニウムがない場合の１５℃、インサートがある場合の２０℃〜３０℃、インサートがない場合はそれより高い温度の代りに、１２℃まで低減させる。さらに、薄いアルミニウム層は、これらの高い周波数であっても、かつ短い伝熱時間（およそ１分間）内に熱拡散体として非常に重要な役割を果たし、それは、機能面におけるインダクタの巻線の局所化の直接の影響から生じる熱的不均質性ΔＴ_inducturnsが、アルミニウム層がない場合の２０℃の代りに、１１℃まで戻るためである。

さらに、このように金型のいくつかの面の下位面にアルミニウムを強制的に拡散させる場合、底部ボウル温度は目標から実質的に８℃まで上昇し、伝熱下位領域における特性の不均質性を較正して温度不均質性を制御するという利点を論証している。

（実施例４）
ここでは、オーステナイト系かつ強磁性ＦｅＮｉＣｒＣｕ合金を、高温での変態および続く低温での変態の後に続いて再結晶化させ、室温まで５℃／時から５，０００℃／時の冷却焼なましを行い、２５％から３６％のＮｉで、室温で使用する。実際には、この組成領域では、こうしたオーステナイト系合金（または場合によっては、いくつかの組成の場合はオーステナイト−フェライト）を液体窒素に入れることにより、それを完全にマルテンサイト系にし、それに対して、キュリー点は、本発明が意図する成形操作温度よりはるかに高い（＜３５０℃）。この変態効果を加熱不足領域における液体窒素に局所化することにより、これらの領域の温度が上昇する。

以下の合金のうちの１つを含む前駆体合金に対してキュリー点が１２５℃の付近である実施例３の合金からなる伝熱面を使用する。
− Ｆｅ−３２％Ｎｉ
− Ｆｅ−３０．３％Ｎｉ−２％Ｃｒ
− Ｆｅ−２９％Ｎｉ−２％Ｃｒ−３．５％Ｃｏ
− Ｆｅ−３０％Ｎｉ−２％Ｃｒ−３％Ｃｕ
− Ｆｅ−２８％Ｎｉ−２％Ｃｒ−５．５％Ｃｕ
その後、表面に対して第１の熱処理によりアルミニウムシートを施し、次いで、ボウルの底部以外の面に対して第２の熱処理により下位面に拡散させる。最後に、マルテンサイト構造およびＴｃの強い局所的上昇を局所的に誘発するために、慢性的な加熱不足がある伝熱面の突出縁（ａｂ２、ｂｃ１、ｃｄ１、ｅｄ２）を、窒素で局所的に処理する。

その後、得られた金型を用いて成形試験を行う。そして、以下が得られる。
− 製品の際立った屈曲部の周辺における熱的不均質性ΔＴ_angle＝７℃
− ΔＴ_bottom＝９℃
− インダクタ巻線を反映する熱的不均質性ΔＴ_inducturns＝１０℃。

それにより、屈曲領域間の温度不均質性がさらに大幅に低減し、それによりマルテンサイト変態がない場合の１０℃〜１２℃の代りに７℃まで低下して、実施例３にすでに列挙した利点のすべてが得られる。

（実施例５）
ここでは、均質バルク状態に対する前駆体として、キュリー点が１２５℃の付近に位置し、２５％〜３４％Ｎｉおよび＜１１％Ｃｕを含むオーステナイト系またはオーステナイト−フェライト合金（たとえば、Ｆｅ−２８％Ｎｉ−５％Ｃｕ合金であり得る）を使用し、誘導加熱によって成形されるべき製品（プラスチックまたは複合物）の三次元形状を機械加工する。

伝熱面を機械加工した後、５０μｍアルミニウムシートを施すことにより、このシートが、洗面器の底部の面以外の金型の機能的機械加工面の面、したがって、両金型部分に面する両面におけるタイプａ、ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの面を実際に覆うようにする。先行する実施例とは異なり、タイプｃの面（ボウルの底部）を、薄い４０μｍの銅シートで覆う。

そして、その後、以下の種々の熱処理を連続的に行う。
− 少なくとも数分間、金型部分を、６００℃を超える温度にするが、アルミニウムのＦｅＮｉＣｒＣｕ合金へのわずかな拡散のみを可能にすることによる、伝熱面上のアルミニウムの溶解／塗布、
− 少なくとも数分間、金型部分を１，０００℃を超える温度まで上昇させるが、銅のＦｅＮｉＣｒＣｕ合金へのわずかな拡散のみを可能にすることによる、伝熱面上の銅の溶解／塗布。この処理を、好ましくは、金型全体を炉内に置くことによって行い、それにより、二次磁性相を沈殿させ関連する下位面の透磁率を調整するために、下位面へのアルミニウムの拡散が可能になる。
− 銅が前駆体合金ＦｅＮｉＣｒＣｕのマトリックスと混合するような、十分に長い時間かつ高温でのタイプｃの面に局所化した銅の表面加熱。したがって、タイプｃの面におけるキュリー点が上昇する。

最後に、磁性合金の微細構造を変更するために、実施例４に記載したように、成形キャビティの突出縁の液体窒素において、局所化した焼入れを行う。

そして、得られた金型を用いて成形試験を行う。

そして、以下が得られる。
− 製品の際立った屈曲部の周辺における熱的不均質性ΔＴ_angle＝６℃
− ΔＴ_bottom＝８℃
− インダクタ巻線を反映する熱的不均質性ΔＴ_inducturns＝８℃。

したがって、この方法により、種々の熱的不均質性を非常に十分に低減するようにもする。

理解されるように、本発明は、金型の伝熱領域の表面温度不均質性を最大限低減することができるいくつかの解決法を提案し、これらの種々の解決法を、得られる製品の特定の幾何学形状に応じて、したがって対応する成形キャビティに応じて、随意に組み合わせることができることが理解される。

上述した説明は、より詳細には、プラスチック材料および複合物の成形に関するが、それに限定されず、こうした金型を、たとえばガラス、金属または金属合金等の他のタイプの製品を成形するために使用することができる。金属製品の場合、材料の成形を、特に高温ダイスタンプ法によって行うことができる。

１ 金型
２ 上部
３ 下部
４ プラスチック材料
５ 側縁
６ 側縁
７ 底部
８ 側壁
９ 側壁

Claims (23)

1. キャビティの境界を画定する少なくとも１つの下部および１つの上部を備える金型であって、前記キャビティ内部で、２０℃を超える温度Ｔｔｒにされなければならない成形される材料が、導入され、その後、少なくとも１つの電磁インダクタによって発生する誘導電流の作用により加熱される前記金型の前記下部および前記上部と接触することによって成形され、前記下部および前記上部のうちの少なくとも１つが、前記成形材料との伝熱領域を有し、前記伝熱領域が、キュリー点Ｔｃが２０℃と８００℃との間に含まれる少なくとも１つの強磁性材料からなる少なくとも第１の伝熱下位領域を備え、前記伝熱下位領域が、熱伝導率が３０Ｗ．ｍ^−１Ｋ^−１を超える非強磁性材料からなるコーティングと接触し、前記コーティング自体が前記成形材料と接触する金型。
2. 前記伝熱領域が、少なくとも第２の伝熱下位領域を備え、前記少なくとも第１および第２の伝熱下位領域は、前記温度Ｔｒの付近で互いに異なる透磁率を有し、前記第１および第２の伝熱下位領域のうちの少なくとも１つが、キュリー点Ｔｃが２０℃と８００℃との間に含まれる強磁性材料からなり、前記第１および第２の伝熱下位領域の各々が、熱伝導率が３０Ｗ．ｍ^−１Ｋ^−１を超える非強磁性材料からなる予想されるコーティングと接触し、前記コーティング自体が前記成形材料と接触する請求項１に記載の金型。
3. 前記キャビティが少なくとも１つの角度領域を有し、前記第１および第２の伝熱下位領域の少なくとも一方が前記領域を包囲する請求項１または２に記載の金型。
4. 非強磁性材料の前記コーティングが、アルミニウム、銅、錫またはそれらの合金からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型。
5. 前記キュリー点が、６０℃と３５０℃との間に含まれる請求項１〜４のいずれか一項に記載の金型。
6. 前記強磁性材料が、鉄−ニッケル合金からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の金型。
7. 前記強磁性材料が、少なくとも２５重量％のニッケル、０．００１重量％から１０重量％のマンガンとともに、加工から生じる必然的な不純物を含み、最大１５重量％のクロム、最大１５重量％のコバルト、最大１５重量％の銅、最大１０重量％の、シリコン、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンまたはニオブから選択された少なくとも１つの元素を含むことができ、かつ、硫黄、ホウ素、マグネシウムまたはカルシウムから選択された少なくとも１つの元素をさらに含むことができる請求項６に記載の金型。
8. 前記第１および第２の伝熱下位領域が、同一のキュリー点を有するが、異なる比率の磁性化合物から構成されている請求項２〜７のいずれか一項に記載の金型。
9. 前記第１および第２の伝熱下位領域が、異なるキュリー点を有する請求項２〜７のいずれか一項に記載の金型。
10. 前記第１および第２の伝熱下位領域が、異なる組成の２種の鉄−ニッケル合金から構成されている請求項９に記載の金型。
11. 前記第１および第２の伝熱下位領域が、組成が同一であるが、結晶構造が異なる鉄−ニッケル合金から構成されている請求項９に記載の金型。
12. 前記伝熱領域が一部材領域である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金型。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の金型を製造する方法であって、キャビティの境界を画定する金型の上部および下部が供給され、前記下部および前記上部の少なくとも１つが、キュリー点Ｔｃが２０℃と８００℃との間に含まれる強磁性金属合金を含む伝熱領域を有し、その後、熱伝導率が３０Ｗ．ｍ^−１Ｋ^−１を超える非強磁性材料の層が、前記強磁性金属合金からなる前記伝熱領域の部分のすべてまたは一部に形成される方法。
14. 熱伝導率が３０Ｗ．ｍ^−１Ｋ^−１を超える前記非強磁性材料の層が、アルミニウム、銅、錫またはそれらの合金、特に銅およびニッケルの合金から構成される請求項１３に記載の方法。
15. 請求項２〜８のいずれか一項に記載の金型を製造する方法であって、キャビティの境界を画定する金型の上部および下部が供給され、前記下部および前記上部のうちの少なくとも１つが、強磁性金属合金を含む伝熱領域を有し、金属または非強磁性合金の層が、前記強磁性合金から構成される前記伝熱領域の部分のすべてまたは一部に形成され、前記金属または合金の層が、局所化熱処理によって拡散され、前記金属または合金が、その拡散によって非磁性相の沈殿をもたらすように選択され、それにより、前記伝熱領域の残りのすべてまたは一部とは磁性化合物の比率が異なる伝熱下位領域を形成する方法。
16. 前記伝熱領域が、少なくとも２５重量％のニッケル、０．００１重量％から１０重量％のマンガンとともに、加工から生じる必然的な不純物を含み、最大１５重量％のクロム、最大１５重量％のコバルト、最大１５重量％の銅、最大１０重量％の、シリコン、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンまたはニオブから選択された少なくとも１つの元素を含むことができ、かつ、硫黄、ホウ素、マグネシウムまたはカルシウムから選択された少なくとも１つの元素をさらに含むことができる、オーステナイト系またはオーステナイト−フェライト系またはオーステナイト−マルテンサイト系鉄−ニッケル合金を最初に含み、前記非強磁性金属がアルミニウムからなる請求項１５に記載の方法。
17. 請求項２〜７、９および１１のいずれか一項に記載の金型を製造する方法であって、キャビティの境界を画定する金型の上部および下部が供給され、前記上部および前記下部のうちの少なくとも１つが、強磁性金属合金を含む伝熱領域を有し、その後、前記伝熱領域の残りのすべてまたは一部とは結晶構造、したがってキュリー点が異なる伝熱下位領域を形成するように、前記合金からなる前記伝熱領域の少なくとも一部の上に局所化熱処理が行われる方法。
18. 前記伝熱領域が、少なくとも２５重量％のニッケル、０．００１重量％から１０重量％のマンガンとともに、加工から生じる必然的な不純物を含み、最大１５重量％のクロム、最大１５重量％のコバルト、最大１５重量％の銅、最大１０重量％の、シリコン、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンまたはニオブから選択された少なくとも１つの元素を含むことができ、かつ、硫黄、ホウ素、マグネシウムまたはカルシウムから選択された少なくとも１つの元素をさらに含むことができる、オーステナイト系またはオーステナイト−フェライト系またはオーステナイト−マルテンサイト系鉄−ニッケル合金を最初に含み、前記局所化熱処理が、前記伝熱領域部分を迅速に冷却する工程からなり、それにより、オーステナイトのすべてまたは一部のマルテンサイトへの変態をもたらす請求項１７に記載の方法。
19. 請求項２〜７、９および１０のいずれか一項に記載の金型を製造する方法であって、キャビティの境界を画定する金型の上部および下部が供給され、前記下部および前記上部のうちの少なくとも１つが、強磁性金属合金を含む伝熱領域を有し、非強磁性金属または合金の層が、前記合金からなる前記伝熱領域の部分のすべてまたは一部に形成され、前記非強磁性金属または合金の層が、局所化熱処理によって拡散され、前記金属または合金が、その拡散によりキュリー点を局所的に変更するように選択され、それにより、前記伝熱領域の残りのすべてまたは一部とはキュリー点が異なる伝熱下位領域を形成する方法。
20. 前記伝熱領域が、少なくとも２５重量％のニッケルとともに、加工から生じる必然的な不純物を含み、かつ最大１０重量％のクロム、最大１０重量％のコバルトおよび最大１０重量％の銅を含むことができる、鉄−ニッケル合金を最初に含み、前記伝熱領域の少なくとも一部に形成された前記材料が銅である請求項１９に記載の方法。
21. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の金型または請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる金型と、少なくとも１つの電磁インダクタと、を備える誘導成形装置。
22. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の金型により、または請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の方法により得ることができる金型により、または請求項２１に記載の成形装置により、プラスチック製品または複合材料製品を製造する方法であって、前記プラスチック材料または前記複合材料が、前記金型のキャビティの内部に導入され、その後、前記金型の前記下部および前記上部と接触して成形され、前記上部および前記下部のうちの少なくとも１つが、前記電磁インダクタが発生する誘導電流の作用により、±８℃以内でかつ６０℃と３５０℃との間に含まれる均質な温度にされる方法。
23. 前記温度が、±５℃以内で均質である請求項２２に記載の方法。

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