JP5747298B2 - 射出成形金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機等に用いられる金型および金型の製造方法に関する。

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両内装部品又はバンパー、サイドマッドガード、ドアミラー等の車両外装品に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に、射出成形機に樹脂を充填する際に、金型殻を温め、充填後には速やかに金型殻を冷却することが必要とされる。

金型殻を加熱及び／又は冷却するため、図５に示すように、意匠転写面２２を有する金属層の反対側に熱媒体配管２３を設け、さらに当該意匠転写面２２の反対側にモルタルやコンクリート等からなるバックアップ層２４を備えた射出成形金型２１が知られている（特許文献１及び２）。

特開２００６−８２４５４号公報 特開２００２−２６４１３８号公報

特許文献１は、電鋳法又は金属板を機械加工して成形した金型殻の意匠転写面の反対側に、溶接等により複数の熱媒体配管を敷設し溶接等で固定した後、当該意匠転写面の反対側にバックアップ層を形成する射出成形金型の製造方法を開示する。しかし、この方法は、金型殻の成形に時間を要すること、熱媒体配管と意匠転写面の裏面との接触面積が小さいため、金型殻の意匠転写面への伝熱効果が低いこと、角部又は複雑な意匠形状が連続する領域には熱媒体配管を固定することが困難であること、などの問題がある。

特許文献２は、母型の意匠面付近に熱媒体配管を設置し、次いで母型の意匠表面にニッケルを蒸着して、意匠転写面と熱媒体配管とを有する金型殻を形成した後、母型と金型殻を分離し、意匠転写面の反対側にバックアップ層を形成する射出成形金型の製造方法を開示する。この方法では、複雑な意匠形状領域に熱媒体配管を敷設することができるが、この領域内で形成された金型のニッケル層では、厚みにバラツキ又は層の亀裂が生じやすく、また、発生した薄い層厚の領域や亀裂を溶接で肉盛り補強すると、高温割れが生じやすいという問題がある。

本発明は、複雑な意匠形状領域にも熱媒体配管を敷設することができ、複雑な意匠形状領域でも金型の金属層に亀裂が生じない射出成形金型の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の射出成形金型の製造方法は、
一面に意匠転写面と該意匠転写面の反対側面に熱媒体配管の一部を没した状態で敷設可能な溝とを有する一次模型を、熱溶融性材料で形成する工程と、
一次模型の溝に熱媒体配管を敷設する工程と、
一次模型及び熱媒体配管の周りを鋳砂で覆い固めて砂型とする工程と、
砂型中の一次模型を溶融除去し、形成された空洞に溶融金属を充填して二次模型を成形する工程と、
鋳砂を除去して二次模型を取り出す工程と、
二次模型の意匠転写面の反対側にバックアップ層を形成する工程と、を含む方法である。

本発明の射出成形金型の製造方法は、複雑な意匠形状領域にも熱媒体配管を敷設することができるため、金型殻の意匠転写面への伝熱効率のよい射出成形金型を製造することができる。

本発明に係る実施形態１の製造工程を示す概略図である。 実施形態１において、角部が連続するような複雑な形状を有する意匠転写面の反対側に形成された溝を備える一次模型の一部拡大図である。 実施形態１の別の製造工程を示す概略図である。 実施形態２の製造工程を示す概略図である。 従来の方法で製造された熱媒体配管を備える射出成形金型の概略図である。

以下、幾つかの実施形態を参照して本発明の射出成形金型の製造方法を詳細に説明する。
（実施形態１）
本実施形態の射出成形金型の製造方法は、先ず、一面側に意匠転写面を有すると共に、該意匠転写面の反対側面に熱媒体配管の一部を没した状態で敷設可能な溝とを有する一次模型を熱溶融性材料で形成する工程と、溝に沿って一次模型に配管固定棒を固定した熱媒体配管を敷設する工程と、一次模型、配管固定棒及び熱媒体配管の周りを鋳砂で覆い固めて砂型とする工程と、砂型中の一次模型を溶融除去し、形成された空洞に溶融金属を充填して二次模型を成形する工程と、鋳砂を除去して二次模型を取り出し、意匠転写面の反対側に型枠を配置する工程と、二次模型の意匠転写面の反対側にバックアップ層を形成する工程とを含む、射出成形金型の製造方法である。

具体的には、図１に示すように、本実施形態に係る射出成形金型の製造方法では、
一面側に母型（図示しない）の意匠面を模写した意匠転写面２と、この意匠転写面２の反対側面に熱媒体配管３の一部を没した状態で敷設可能な溝６と、を有する一次模型５を、熱溶融性材料で形成する工程（図１の（イ）及び（ロ））と、
溝６に沿って一次模型５に、配管固定棒４が固定された熱媒体配管３を敷設する工程（図１の（ハ））と、
一次模型５、配管固定棒４及び熱媒体配管３の周りを鋳砂８で覆い固めて砂型７とする工程（図１の（ニ））と、
砂型７中の一次模型５を溶融除去し、形成された空洞に溶融金属を充填して二次模型９を成形する工程（図１の（ホ））と、
鋳砂８を除去して二次模型９を取り出し（図１の（ヘ））、意匠転写面２の反対側の縁に型枠１０を配置する工程（図１の（ト））と、
二次模型９の意匠転写面２の反対側にバックアップ層１１を形成する工程（図１の（チ））と、を具備している。

図１の（ロ）に示す一次模型５は、蝋、発泡スチロール等の熱溶融性樹脂で形成されており、上述したように、一面側（図１において下面）に母型（図示せず）の意匠を模写した意匠転写面２と、意匠転写面２の反対側の面（図１において上面）に熱媒体配管３の一部を没した状態で敷設可能となるように形成された溝６を備える厚みが２５〜３０ｍｍ程度の板状の模型である。具体的には、母型の意匠面を模写した意匠転写面２を備える板状の熱溶融性樹脂（図１の（イ））の意匠転写面２の反対側の面に溝６を形成して一次模型５とすればよい。熱媒体配管３の一部が没した状態とは、熱媒体配管３が、固形状の熱溶解性樹脂の水平面から内側に沈み込んだ状態を意味しており、わずかに沈み込んだ程度であってもよく、熱媒体配管３の配管径の半分くらいが没する深さの溝を形成するのが好ましい。

図２は、一次模型５の意匠面が複雑な形状を示す例を示したものである。このように、意匠転写面２が複雑な意匠形状を有する領域や角部１２を有していても、一次模型５の厚みをほとんど変えることなく溝６を設けることが可能である。このように一次模型５の厚みをほぼ一定の状態にすることができるため、後述する二次模型に関し、厚みもほぼ一定にすることができ、また、角部１２に溝６を設けても、二次模型の形成工程で角部１２に亀裂を生ずることなく鋳造することが可能である。

溝６に配管固定棒４が固定された熱媒体配管３を溝６中に敷設する理由は、一次模型５を溶融除去する際に、熱媒体配管３が砂型７中で安定して維持されるようにするためである。熱媒体配管３と配管固定棒４との固定は、例えば、溶接によって行えばよい。

次いで、一次模型５、配管固定棒４及び熱媒体配管３は、鋳砂８で周りを覆い固められて、砂型７が製造される。

そして、砂型７を熱溶融性樹脂の溶融温度以上に加熱し、一次模型５を溶融し、流動性になった熱溶融性樹脂を溶融樹脂溜まり（図示しない）に移動させることにより、一次模型の形状をそのまま空洞とする。形成された空洞に溶融した鋳鉄を注ぎ込み冷却することで、鋳造品である二次模型９を成形する。二次模型９は、一次模型と同じ形状の意匠転写面２を備える鋳造品の層状物であり、意匠転写面の反対面には配管固定棒４を固定した熱媒体配管３の一部が埋没して固着している。鋳造品の厚みは、一次模型の厚みと変わることなく、角部１２には亀裂が発生することはない。

鋳砂を除去して二次模型９を取り出した後、意匠転写面２の反対側の縁に型枠１０を配置する（図１の（ト））。型枠１０は、後述する意匠転写面２の反対側にバックアップ層１１を形成する工程において、注入した断熱性素材が流れ難くするための障害壁となるものであればよく、その材質は特に限定されるものではない。なお、型枠１０を配置する前後で、二次模型９の意匠転写面２を機械工作により修正又は加工し、意匠転写面の滑らかさ又は意匠模写の精緻さを高めてもよい。

最後に枠型を配置した二次模型９の枠内にコンクリート又はモルタル等の断熱素材を注入して固め、バックアップ層１１を形成する（図１の（チ））。

なお、図１では、熱媒体配管３に配管固定棒４を固定した例を示したが、配管固定棒４は必ずしも必要ではない。配管固定棒無しの熱媒体配管３を用いた射出成形金型の製造例を図３の（イ）〜（チ）に示す。

すなわち、実施形態１の別の製造例は、図３に示すように、一面側に意匠転写面２を有すると共に、この意匠転写面２の反対側面に熱媒体配管３の一部を没した状態で敷設可能な溝６を有する一次模型５を熱溶融性材料で形成する工程と、溝６に沿って一次模型５に熱媒体配管３を敷設する工程と、一次模型５及び熱媒体配管３の周りを鋳砂８で覆い固めて砂型７とする工程と、砂型７中の一次模型５を溶融除去し、形成された空洞に溶融金属を充填して二次模型９を成形する工程と、鋳砂８を除去して二次模型９を取り出し、意匠転写面２の反対側周縁に型枠１０，１０を配置する工程と、二次模型９の意匠転写面２の反対側にバックアップ層１１を形成する工程と、を含む、射出成形金型の製造方法である。

なお、砂型７を作製する際に、一次模型５及び配管固定棒無しの熱媒体配管３を図３の（二）又は（ホ）とは逆さまに配置して、すなわち、意匠転写面２を上側にして、鋳砂８で覆い固めてもよい。一次模型５及び熱媒体配管３は鋳砂８で覆われて固められるため、一次模型５を溶融しても配管固定棒無しの熱媒体配管３は砂型７中に安定して維持される。

（実施形態２）
本実施形態の製造方法は、実施形態１とは、一次模型が枠型を備えて形成される点で異なる。
具体的には、図４に示すように、
一面側に意匠転写面２と、該意匠転写面２の反対側面に熱媒体配管３の一部を没した状態で敷設可能な溝６と、意匠転写面２の反対側の周縁に設けた型枠１０’，１０’とを有する一次模型５’を熱溶融性材料で形成する工程（図４の（イ）及び（ロ））と、
溝６に沿って一次模型５’に配管固定棒４を固定した熱媒体配管３を敷設する工程（図４の（ハ））と、
一次模型５’、配管固定棒４及び熱媒体配管３の周りを鋳砂８で覆い固めて砂型７’とする工程（図４の（二））と、
砂型７’中の一次模型５’を溶融除去し、形成された空洞に溶融金属を充填して二次模型９’を成形する工程（図４の（ホ））と、
鋳砂８を除去して二次模型９’を取り出し（図４の（へ））、二次模型９’の意匠転写面２の反対側にバックアップ層１１を形成する工程（図４の（ト））と、を含む、射出成形金型１’の製造方法である。

すなわち、本実施形態の製造方法は、一次模型５’が予め枠型１０’を備えて熱溶融性材料で形成されている点で、実施形態１の製造方法と異なる。言い換えれば、周縁に型枠１０’，１０’を備えた一次模型５’は、砂型７’中で溶融され、枠型１０’，１０’を備えた二次模型９’が溶融金属で成形される点で実施形態１と異なっている。
なお、実施形態１に説明したように、本実施形態においても、熱媒体配管３に配管固定棒４を固定せずに、一次模型５’及び熱媒体配管３の周りを鋳砂８で覆い固めてもよい。

実施形態１及び２に述べたように、本発明の方法で製造された射出成形金型は、熱媒体配管の一部が意匠転写面の反対面に埋め込まれているため、熱媒体配管と金型殻との接触面積がより大きくなり、熱伝達効率がよいというメリットを有する。また、二次模型を形成する際に、意匠転写面に存在する角部に亀裂を生ずることがない。

１，１’ 射出成形金型
２ 意匠転写面
３ 熱媒体配管
４ 配管固定棒
５，５’ 一次模型
６ 溝
７，７’ 砂型
８ 鋳砂
９，９’ 二次模型
１０，１０’ 型枠
１１ バックアップ層
１２ 角部
２１ 射出成形金型
２２ 意匠転写面
２３ 熱媒体配管
２４ バックアップ層

Claims (4)

1. 意匠転写面及び該意匠転写面の反対側に熱媒体配管の一部を没した状態で敷設可能な溝を有する一次模型を熱溶融性材料で形成する工程と、
   上記溝に沿って一次模型に熱媒体配管を敷設する工程と、
   上記一次模型及び上記熱媒体配管の周りを鋳砂で覆い固めて砂型とする工程と、
   上記砂型中の上記一次模型を溶融除去し、形成された空洞に溶融金属を充填して二次模型を成形する工程と、
   上記鋳砂を除去して上記二次模型を取り出す工程と、
   上記二次模型の意匠転写面の反対側の二次模型及び熱媒体配管の周りにバックアップ層を形成する工程と、を含む、射出成形金型の製造方法。
2. 前記熱媒体配管に配管固定棒を固定する工程を含む、請求項１記載の射出成形金型の製造方法。
3. 前記一次模型が、前記意匠転写面の反対側に枠型を備えて熱溶融性材料で形成される、請求項１又は２記載の射出成形金型の製造方法。
4. 枠型を前記二次模型の意匠転写面の反対側に配置する工程を備える、請求項１又は２記載の射出成形金型の製造方法。

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