JPH02172707A - 成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプラスチックやセラミックのフィルム、シート
、バイブなどを押出成形したり、プラスチックやセラミ
・シフのｌｔＩ雑形状品を射出成形したり、あるいは圧
縮成形したりするために用いられる成形型に関する。

（従来の技術） 成形型の材質としては、一般に５５０Ｃ鋼やＳＣＭＪ鋼
等が用いられており、特殊用途としてはＳＯ３鋼か用い
られている。

これらの成形型はこのままで使用すると離型性か非常に
悪いのでクロムメツキを施したり、ステアリン酸亜鉛系
かシリコーン系の離型剤を塗布したりして＃型性を保つ
ようにしていた。

又４特１３）目Ｖ（５９−１０１３２０号公報ニ開号公
報下いるように、型の成形面に炭化珪−、Ｊ等を高周波
スパッタリンク法によって被懐することによって＃Ｉ型
性の改Ｒと付、７７物の防止を図ることか提案されてい
る。

しかし、押出成形や射出成形は高温高圧下て行われ、Ｃ
ＶＤ、ＰＶＤ、めっき、溶射、塗４等による型表面の沈
積薄膜では接着力か弱く、途中で剥離したりしてその効
果は十分発揮されていないのか現状であった。

＝一方、貰来の成形型は成形物質中に含まれる添加物の
種類によって腐食性のカスを発生して、そのカスによっ
て腐食されたり、さびが発生するので、それを防Ｉｔす
るためいろいろな合金か型材料として開発されてきた。

しかし、これらの金属材料は高価であり、製品コストの
面から問題かあった。

次に、成形型のｆｌ↓七対策としては、その１つの例と
１７て特開昭６１−１９３８１４号公報に開示されてい
る。すなわち、プラスチックも半導体装置のパンケージ
用樹脂などのように二酸化珪素粉か混入されているもの
では、雉時間に摩耗して成Ｊヒ型のｘｆ命が短かくなる
というｌＦ！１題点な解決するため、部分的に、ｔｆｌ
硬合金のゲー１へを作製して摩耗を抑制する方法である
。しかし、この方法では型構造か複雑になって加工もむ
ずかしく成形型の製作により多くの時間を要することと
なる。

成形型の製作については、最近は少＋１多品種の製品の
傾向か見られ、そのために低コストて多品種の成形型の
１５産化か］シ］られてきている。

成形型の製造コストを丁げるためには高速度の型加圧や
金型材質の検討か不可欠で、カーボン電極を用いた放電
加工法や電鋳法、ＮＣフライ；り盤等を用いた機械加工
法か多用され、型材質として超硬合金や炭素合金、亜鉛
合金などの各種合金が利用されている。

しかし、十分に成形型の生産性を上げてニス１−タウン
を図ることかできていないのか現状である。

（発明か解決しようとする課題） 従来の成形型は型表面にクロムやニッケル等のコーチイ
ンクをＣＶＤ、ＰＶＤ、メーｙキ、溶射、塗布などで行
っていたか、表面被咬の接着力か十分てなく、早期に剥
離するという問題かあった。

又、各挿離型剤を用いないと、離型性を確保することか
出来ず、同時にさびか発生したり、又アミン系、硫黄系
、金属石けん類などの安定剤や各種＝ｒ塑剤等から発生
するＷ４食性ガスによる浸食も起こるという問題があっ
た。

父、炭化珪素などの硬質物質を型表面に沈積被膜化させ
て、成形型に耐摩耗性を付ｑ−す−る試みもなされたか
、このような被膜化方法では型と被膜の接着力か弱く、
長時間効果を持続することは出来なかった７ 一方、成形型の材料自体か高価であるとい−）ことや、
それを加工するのに長時間を要し、手仕）−げ算の機械
加工以外の人手に多くの詩１１１１を要するということ
か成形型製作のコストアップの要因となっていた。

成形作業の作業性に関しては、従来の金ＦＪＳ製の成形
型は玉付物であるため、例えば多層シートの成形に用い
られる多層用フラットタイとし′〔の金型は６層シー［
−までの成形しか出来ず、より多層のシートの押出成形
か望まれていた。同様に射出成形型もその毛値の点て寸
法、形状が限られていた。

本発明は以トのよ−）な問題点を解決し、高強ＩＷ軽壁
で耐摩耗性のある成形型を提供することを目的とする。

Ｃａｌを解決するための手段） すなわち１本発明は型の一部又は全部か黒鉛材料より成
り、その黒鉛材料の一部又は全部を炭化珪素に転化し、
かつ型の外面にＣ／Ｃ複合材を一体に固着形成してなる
成形型を要旨とするものである。

成形型の素材となる黒鉛材料は、その製造方法のちかい
によって異方ｅ１−のものと等力性のものがある。異方
性黒鉛はその原料粉を成形するのに一袖加圧のプレス機
を用い、等方性黒鉛は静水圧加圧のラバープレス機を用
いる。本発明の成形型では機械的性質、熱的性質等の諸
性性かどの方向でもほぼ一定である等方性黒鉛を用いる
方か好ましい。これは効率的な材料１反りか出来ること
と成形型の加熱冷却及び剛性などの設計か筒中になるか
らである。

一方、黒鉛材料は金属材料、例えば鉄にくらへ熱膨メＶ
係数か約ｌ／１０と低いため、製品の寸法精度を出すの
には好都合であるか、黒鉛材料の表面層を炭化珪素に転
化しなければならないので炭化珪素の層に熱！１１張差
の力かかからないか、又は若干の圧ｌ１ｌｉ厄力かかか
るようにして安定性を確保しなければならない９このた
めには黒鉛材料の、Ｓ膨張係数は室温からｌ　０００°
Ｃの範囲て３．５ｘｉｏ−６℃−１以ト必要であり、好
ましくは４．０ｘ　ｌ　Ｏ−”℃−’〜８．８ｘ　Ｌ　
Ｏ−”Ｃ−’か良い。

従来から用いられている金属製の成形型ては、それ自体
に＊細気孔は存在しないので、被成形物の各種プラスチ
ックやセラミックに含まれる加熱によ一部て揮発する添
加′４′ｌＩのカス抜きを十分に行うことかてきていな
かった。しかし、本発明では黒鉛材事１の微細気孔を生
かして、ガス抜きを十分に行える成形型にすることかて
きる。すなわち、水銀ポロシメーターを用いることによ
って、水銀圧入法で議定される７５Å〜７５０００人の
径を有する全細気孔の占める６桔が０．０２ｃｃ、／ｇ
〜０．２５ｃｃ／ｇである黒鉛材料を用いればよい 次に、以トのような黒鉛材料を用いてＮＣボール盤、Ｎ
Ｃフライス盤等で５部の形状などを高速加１−する。黒
鉛材料は金属材料に較べ１Ｃ切削てき、加−■二のスピ
ートア、ンブか図れる。

このようにし゛Ｃ加丁した黒鉛型の一部ヌは全部の表面
を炭化珪素に転化させる方法としては、珪Ｊ　５気又は
各種珪素化合物と反応させるコンバージョン法、コンバ
ージョン法のガス発生源と回し充填剤を用いたパックセ
メンチージョンを応用した方法かある。最も好ましい方
法として一酸化珪素ガスと黒鉛型を次式のように反応さ
せることにより、型の形状を保持したまま行うコンバー
ジョン法かあげられる。

Ｓ　ｉｏ　（ｇ）＋２Ｃ＝Ｓ　ｉｃ＋ｃｏ　（ｇ）この
反応は１３００°Ｃ〜２３００℃の温度範囲で加熱する
ことにより直行する。ここて−酸化［↑未カスを発生さ
せるには、ガス発生源として珪素粉と二酸化珪素粉の混
合体、又は炭化珪素粉と二酸化珪素粉の混合体、あるい
は炭素粉と二酸化珪７に粉の混合体、その他各種珪素化
合物をｌ　２００°Ｃ〜２３００　’Ｃに加熱すること
により行うことができる。

黒鉛型の一部又は全部を炭化珪素に転化させるには一酸
化珪素ガスの発生源と接触しないように同一黒鉛容器に
数置し、−酸ｆヒ珪；にガス発生源から黒ｔｎ型の表面
へ一酸化珪素ガスを導入して黒鉛型の微細気孔を通して
、＝−酸化珪素ガスを拡散させて珪化反応を行わせる。

黒鉛型の希望する部分だけを炭化珪ぶ層に転化させるに
は、希望する部分以外は黒鉛板等を当ててマスクさせる
ことによって、−酸化珪素ガスとの接触を断つことによ
り行うことかできる。

なお、黒鉛型と一酸化Ｆ！素とを反応させて黒鉛型表面
を炭化珪素に転化させるとき、処理温度を１３００°Ｃ
〜２３００℃の範囲で選択することによ−、゛Ｃ１型表
面の珪化層の中に未反応炭素を残留させ　冑化珪素分の
割合である珪化率をいろいろ刈えたものなつくることか
できる７又、処理温度のほかに処理時間を１箇すること
によっても型表面の［Ｕ化層の厚さをコントロールする
ことかできる。珪化層の厚さはＯ，１ｍｍ〜１．５ｍｒ
ｎが好ましい１．その他、−・酸化珪素のｃ度をＡ所す
ることによって珪化率、珪化層の厚さをコントロールす
ることかできる。

このようにして機械加工及び珪化処理された黒鉛型はそ
の外面にＣ／　Ｃ複合材を一体固着形成する。Ｃ／Ｃ複
合材はあらかじめ型に合わせて炭素繊維を一方向フィラ
メントワインディンク法でフェノール樹脂、フラン樹脂
、コールタールピッチ、石油ピッチ等の炭化性樹脂油と
いっしょに巻きつけて形成し、このようにして得られた
形成物を９００　”Ｃ〜１３００°Ｃで炭化する樹脂含
浸−炭化の工程を繰り返すことによってＣ／Ｃ複合材を
形成する。このＣ／Ｃ＃ｉ合材を機械加工及び珪化処理
済みの型外面に固着させて、Ｃ／Ｃ複合材て強化された
成形型を作替する。

Ｃ／Ｃ複合材は炭素繊維間隙にＣＶＤ法によって熱分解
炭素を沈着させることによっても形成することかできる
。６７０７９１合材の炭素繊維は繊維中休のほか、マッ
ト、４１．不織布、ヤーンなとを用いてもよい。

（９，明の作用） 本発明ては成形型の表面層を一酸化珪素ガスか浸ｍ　Ｉ
Ｉ／、散していき、黒鉛型の型自体と反応させて炭化珪
素に転化させることが特徴となっており、ＣＶＤ法やＰ
ＶＤ法、あルイハ、メ、・フキ、溶射、塗布のような方
法を使って金属製の型の上に各種’ｍ１ｔ！ｉを沈桔被
脱化したものとは根本的に違っている。

つまり、ＣＶＤ法やＰＶＤ法、あるいはメ・フキ、溶射
、塗布などによって得られた金属製の型表面は各種の沈
積Ｖｔ膜物質と金属金型表面かファン・デル・ワールス
カ等による物理的接着のみで結合しており、プラスチッ
クやセラミックの成形型として用いられた場合、高温高
圧下での繰り返し使用では沈積被膜物質が熱膨張差や剪
断応力等か原因となって剥離を起こし、雌型性、耐摩耗
性、耐腐食性を早期に損う。

しかし、本発明の成形型は基材が最も安定て化学的に腐
食されない川船であり、型の表層自体が一酸化珪素と反
応して変化珪素に変化したものであるから境界は完全な
連続の組織となっており、高温高圧下での綴り返し使用
によって珪化層が剥離することはなく長期にわたって＃
型性、耐摩耗性、耐腐食性を確保する。

又、本発明の成形型の炭化珪素に転化した表層は基材の
黒鉛材料の微細気孔と同じ４Ｉ造であり、珪化反応によ
って変化しないことは反応の形態からも、又実際のＪ一
定の結果からもわかっている。

このことによって、成形型として使用した場合、被成形
物に含まれる揮発性物質が抜けやすく、金ａ製の成形型
のように被成形物からの発生ガスをそのまま滞留させる
ようなことは起こらないのてそのことによる成形製品の
トラブルは防ぐことかできる。

成形型を製作する際の加工性に関しては、基材かひしょ
うに加下しやすい黒鉛材料を用いているため、複雑な形
状を速く機械力［ｒ工し、その・精密で複雑な形状を保
持したまま表面層を硬質物質である炭化珪素に転化する
。

金属材料で成形型を製作する場合、金属の切削は刃物の
くさび作用て切粉を連ｈｃ排出し、砥石研摩では砥石に
切粉の熱的、化学的融着か起こるため、刃物、砥石の高
速回転や重１．ＩＪｒｌｌはてきない。

１）かし、黒鉛材料では切粉か不連続で粉じん状である
ため、フロア−等で切粉の吸引を行いなから刃物、砥石
の高速回転や重切削を行い精密前［できるため、手加丁
はほとんど必要ない。

成形型の重ψに関しては、黒鉛材料のかさ密度は一般に
１．４０〜１．９５の範囲にあり、鉄の約１／６と軽い
。なお、黒鉛材料の微細気孔分布等の点から黒鉛材料の
好ましいかさ密度は１．７０以」−である。

珪化処理された成形型は外面にＣ／’　Ｃ８Ｊ１’ｉ″
？材イ？一体に固γｊ形成しているのて、Ｃ／Ｃ〜合材
の弓張強！ＦＩｌ　Ｏｔ／ｃｒｎ”　〜２１　ｔ／ｃｒ
ｎ’から見て、強度的に問題はない。又、高温加圧ド、
特に射出圧力か１０００　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ’以ｔで
用いられる金属製成形型の場合、クリープを起こすこと
があるか、Ｃ／’　Ｃ複合材で補強された本発明の成形
やではクリープを起こすことはない。

次に、本発「５１を実施例によって具体的に説明する。

（実施例〕 γ為−貫」− コークスとコールタ−ルビ・ソチよりなる配合物を加熱
混練して得られた混練物を粉砕後、ラバーブレスで成形
して焼成、黒鉛化し、室温から１０００℃まての熱膨張
係数が５．０ｘｌＯ−’℃−１７５Å〜７５０００人の
径の微細気孔容積０．０５ｃｃ／ｇ、かさ密度１．８５
の等方性黒鉛材料を得た。

この等Ｈ’ｔ’Ｌ黒鉛材料を用いて第１図に示すような
射出成形用の成形型の固定型（１）、可動型（２）カイ
トビン（６）？作製した。これらを珪犬粉と一酸化珪素
粉の混合成形体１．５ｋｇ（モル比１１）と接触しない
ように同一・黒鉛容器に入れ密閉し、１９５０°Ｃで加
熱し、この温Ｉｆて９０分間保持して１表面層を１に化
珪素に転（ヒした。

この処理の結果、第１図の断面図に示すように等方性黒
Ｔｉ（ｔ）　、　（２）　、　（６３）表面層か約０．
６ｍｍの厚さてβ型炭化珪１に転化した層（３）を持っ
た成形型を得た。

以１−のようにして得られた固定型（１，）　、　ｉｊ
ｒ動型（２）の外１Ｉ１１に炭素繊維をフェノール樹脂
と共に巻きつけてＣ／Ｃ複合材層（４）を形成し、硬化
後３ｏｏｏ’ｃで炭化した。この樹脂含浸−硬化１ｖ化
の［程を３回繰り返し、最終の射出成形用の成形型（７
）を作製した。この成形製作に要した加に時間は金属製
の成形製作に較べ約１／３に短縮できた。

得られた射出成形用の成形型（７）を用いてポリアミド
樹脂を２５０時間連続成形した。その結饗金ヤ】への付
Ｒ物、及び離型不良等のトラブルは発生しなかった。

口」Ｊ 実施例１と同し等方性黒鉛材料を用いて、回し珪化処理
を施し、Ｃ／Ｃ複合材で強化した球状成形用の成形型を
作製した。この成形型の製作に要した加［層間は金属製
の成形型製作に比較して、約１／４に短編できた。

得られた射出成形用の成形型を用いて窒化珪素微粉末と
添加剤との混合物を成形してベアリング用の球状成形体
を連続成形した。その結果、空洞巣、凹み、ヒケ及び年
輪状のさざ波模様簿は発生せず、離型不良や付着物も認
められなかった。

又、金属製の成形型の摩耗陽と比較して本実施例の成形
型のＰＦ耗賃は約１／３てあった。

支＾ｆｉ３ 実施例１と回し等方性黒鉛材料を用いて、回し珪化処理
を施し、Ｃ／Ｃ複合材て強化した９層シート押出成形用
フラットタイを作製した。このフラットダイを用いて多
像マニホールド法で９１ｆｉの多層複合う・−トを押出
成形した。その結果、シート表面の平滑性を保ち、厚み
か均一て層間接着力の強固なシートか得られた。

（発明の効果） 以ｔ−説明したように、本発す１の成形型は型表面にｆ
！＃型剤を用いることなく、さびや腐食が発生せず、ブ
ラスチウクやセラミックの成形品との薄型性を確保する
ことかできる。

又、型の表層か硬質の炭化珪素に基材の黒鉛と一体で形
成され゛〔いるので、成形作業の繰り返して剥難するこ
とはなく、従来の成形型にくらべその耐摩耗性を大幅に
向上させる。

本発明の成形型材料である黒鉛材料は合ｋＡ材料に較べ
てひしように軽いため作業性かよく、より大型て複雑な
成形型か作製でき、今までにない構清の成形品を１！１
を続的に効率よく生産することかできる。

加重性の点°Ｃは黒鉛材料をあらかじめ力１丁しておき
、その後、珪化処理をすれば形状をそのまま保って表層
か炭化珪素に転化するので、金属材料に較べ高速加重で
き、＠に手加工はほとんど行なう心霊かないので、結果
的に成形型を製作する際に材料費を含め大幅にコストダ
ウンできる。

一方、黒鉛材料には適度なＷ！細気孔か存在するため、
プラスチック、セラミック中に存在する揮発＊質のガス
抜きか効果的に行え、より高品質の成形品を製造できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る成形型を射出成形用の成形型に適
用した例の縦断面図である。 符　　　号−の　　　説　　　ＩＪＪ ｌ−・・固定型、　　２・・・ＩＩＴ動型３・・・β型
炭化珪素に転化した層 ４・・・Ｃ／Ｃ複合材層、 ５・・・ガイ１〜ビン挿入孔、６・・−ガイドビン７・
・・射出成形用の成形型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、型の一部又は全部が黒鉛材料より成り、その黒鉛
   材料の一部又は全部を炭化珪素に転化し、かつ型の外面
   にＣ／Ｃ複合材を一体に固着形成してなる成形型。 ２）、前記黒鉛材料が等方性黒鉛である請求項１記載の
   成形型。 ３）前記黒鉛材料の熱膨張係数が、３．５×１０＾−＾
   ６℃＾−＾１以上である請求項１又は２記載の成形型。 ４）、前記黒鉛材料の水銀圧入法で測定される７５Å〜
   ７５０００Åの径を有する微細気孔の占める容積が０．
   ０２ｃｃ／ｇ〜０．２５ｃｃ／ｇである請求項１、２又
   は３記載の成形型。