JPH02214618A

JPH02214618A - 樹脂製金型の製造方法

Info

Publication number: JPH02214618A
Application number: JP3594289A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Yugawa; 伸彦湯川; Terukuni Hashimoto; 橋本　輝国; Yukiisa Ozaki; 尾崎　行功
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-27
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2505876B2

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〕この発明は、型面が金属で形成された樹脂製金型および
その製造方法に関する。

〔従来の技術〕

インジェクシッン成形法、プレス成形法、トランスファ
ー成形法等の成形法でプラスチック成形品を得る際には
金型が必要であり、一般には、金属製金型が用いられる
が、金属製金型を製作するには、熟練した技術と加工設
備を必要とすることから、一般には、プラスチック成形
業者が自身で金属製金型を作ることはせず、その製作を
外注によるようにしていた。しかし、金属製金型は、そ
の加工に手間と時間がかかるため、試作金型を金属製に
することには、納期上およびコスト上で多（の問題があ
った。

そこで、マスター型を用い樹脂成形法で試作金型を製作
することが考えられた。しかし、樹脂製金型の、樹脂コ
ート層からなる型面は、傷み易く、耐久性に乏しいため
、実用上、問題があった。

さらに、成形過程では、金型に冷熱媒体を流してキャビ
ティ内の樹脂を冷却したり加熱したりすることが行われ
るが、樹脂は熱伝導性が悪いため、樹脂製金型は、型面
での冷熱伝導性にも問題があった。

このような事情に鑑み、出願人は、型面のみを金属溶射
層とする樹脂製金型を開発した（特開昭６０−１２１０
２２号公報参照）。型面は、絶えず冷熱に曝されるため
、その際の熱応力に耐える強度を持たすためには、型面
となる金属層には、ある程度の厚さが必要となる。この
金属層を溶射法ではなくメッキ法で形成することも考え
られるが、メッキ法によって必要な厚みを得るためには
、コストと時間がかかる。そこで、出願人は、上述のご
と（、型面となる金属層を溶射法によって形成するよう
にしたのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

出願人の開発にかかる、この樹脂製金型は、納期、コス
トの点で優れたものであるが、その後の使用で、つぎの
ような問題を有していることが分かった。すなわち、型
面が溶射法で形成されているため、金属層内に気泡が入
り結晶粒が生じる等の理由で、型面の緻密性に欠け、得
られたプラスチック成形品の表面に曇りが入り表面のツ
ヤが悪いと言う問題である。このため、成形品の表面仕
上げの面で高度の要求があるときには、この樹脂製金型
を使用することができない。さらに、マスター型に対し
ては高融点の硬質金属を溶射することが困難なので、溶
射法で型面形成するためには主に亜鉛か亜鉛合金のよう
な軟質金属を吹き付けるしかないが、その結果、表面硬
度の不足のため、型面に傷が付き易く耐久性に欠けると
言う問題もあった。

そこで、この発明は、型面の緻密さに優れるとともに耐
久性にも優れた樹脂製金型とその製造方法を提供するこ
とを課題とする。

〔課題を解決する手段〕

前記課題を解決するため、この発明は、以下のごとく構
成されている。

まず、この発明にかかる樹脂製金型は、繊維強化樹脂か
らなるバックアップ層の上に、型面の下地層となる銅お
よび／または銅合金からなる金属溶射層が形成され、そ
の上に型面の表面層となる金属メッキ層が形成されてい
る。すなわち、型面が下地層と表面層の２層構造になる
ようにしているのである。前記バックアップ層には、冷
熱媒体を通すための加熱冷却用パイプが埋込まれている
ことがある。

つぎに、このような樹脂製金型を製作するための、この
発明にかかる樹脂製金型の製造方法は、マスター型表面
に離型処理をして亜鉛および／または亜鉛合金からなる
第１溶射層を薄く形成し、その上に銅および／または銅
合金からなる第２溶射層を形成したのち、その上から繊
維強化樹脂からなるバックアップ層を形成して、前記マ
スター型の上に金型基材を得、この金型基材を前記マス
ター型から膜量して前記第１溶射層を除去することによ
り前記第２溶射層を型面の下地層として露出させ、その
のち、゛同第２溶射層の上に、型面の表面層となる金属
メッキ層を形成するようにする、この方法の実施に際し
ては、バックアップ層に加熱冷却用パイプを埋込む工程
を含むことがある、このパイプの埋込みは、たとえば、
第２溶射層の上に繊維強化樹脂からなる第１バックアッ
プ層を形成し、その上にパイプを配置してその凹凸をレ
ジンコンクリートで直したのち、その上に繊維強化樹脂
からなる第２バックアップ層を形成することで行われる
。また、前記第２溶射層の形成前に第１溶射層上に樹脂
皮膜を形成して同第１溶射層を強化する工程を含むこと
がある。さらに、第１溶射層を除去することによ−り露
出した第２溶射層表面に軟質金属のメッキを施して同第
２溶射層の空洞を塞ぐ工程を含むこともある。

バックアップ層を構成する樹脂としては、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹Ｊｆｌ、ビニ
ルエステル樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が、耐
熱性や機械的強度等に優れるため、好ましく用いられる
。バックアップ層を構成する樹脂組成物の配合は、たと
えば、良く知られたＦＲＰ成形法の配合に準する。した
がって、前記樹脂には、充填材、着色剤、硬化剤等が適
宜に配合され、そして、強化のために、各種の繊維材料
が添加される。繊維材料としては、ガラス繊維、ポリア
ミド繊維、石膏繊維等があるが、伝熱性、耐食性および
機械的強度等に優れた炭素繊維が好ましく用いられる０
強化繊維は、マント状やクロス状に予備成形されて使用
されるほか、ロービング状のままで使用されることもあ
る。このバックアップ層は、その背面側で、強化繊維を
含まない樹脂組成物により補強されても良い。バックア
ップ層やその補強層の厚さは、必要な強度等を考慮して
、適宜に設定されるが、たとえば、バックアンプ層の厚
さは１．０〜５０ｍとするのが好ましい。これらの形成
方法は、ＦＲＰ成形法で一般に用いられているハンドレ
イアップ法とかスプレィアンプ法等を採用すれば良い。

その際、必要に応じ、層内に金属板等の補強材を入れて
おくようにしても良い。

型面の下地層となる銅または銅合金の溶射層は、０．３
〜２０鶴ぐらいの厚さであることが好ましい。Ｑ、　３
　鶴未満であると、冷熱に対する強度が不足する傾向が
あり、２０■を越えるのはコスト的に無駄であるからで
ある。溶射は、アーク溶射法、プラズマ溶射法、ガス溶
射法等により、通常の条件で、マスター型の表面に金属
材料を溶融または半溶融状態で吹き付けて金属皮膜を形
成することで行われる。

型面の表面層となる金属メッキ層は、前記下地層を電極
に用いて、通常のメッキ法により、形成される。その厚
みは、５〜１００μｍが好ましい。５μｍ未満であると
、金属溶射層の粗さが解消されにくく、１００μｍを越
えて形成するのはコスト的に無駄であるからである。メ
ッキ層に用いる金属は、メッキ可能な金属であれば種類
は問わないが、緻密な型面が得やすいこと耐食性や耐摩
耗性に優れていること硬くて耐久性が良いこと等の理由
で、ニッケル（Ｎｉ）やクロム（Ｃｒ）等の硬質金属が
好ましい。メッキ条件は、通常のとおりで良い。

バンクアップ層に埋め込む冷熱伝達用のパイプは、銅パ
イプ等の熱伝導性の良いものが好ましい、この場合、パ
イプは、なるべく型面に近くなるように配置されること
が好ましい。

金型の製造にあた９ては、まず、マスター型の表面に離
型処理が施される。ここに、マスター型とは、金型で成
形しようとする成形品の原形を有する型であり、木、石
膏、粘土等を用いて手作りされる。Ｍ型処理剤としては
、たとえば、ポリビニルアルコールの水またはアルコー
ル溶液やポリエチレンイミン水溶液などが用いられ、こ
れをマスター型表面に塗布する等する。

そして、マスター型表面に亜鉛および／または亜鉛合金
からなる第１溶射層を薄く形成する。この層の厚さは、
たとえば、２０〜５００μｍとすることが好ましい。２
０μｍ未満であると強度が乏しく、離型時に破れ易いか
らであり、５００μｍを越えて付着させるのは、この層
が後で除去されることを考えると、結局、無駄が大きく
なるからである。

この第１溶射層上に銅および／または銅合金からなる第
２溶射層を形成するが、この場合に、前記第２溶射層の
形成前に、前記第１溶射層上に樹脂皮膜を形成して同第
１溶射層を強化するようにするのが好ましい。このため
の樹脂としては、たとえば、ポリスチレンやポリメチル
メタクリレートなどの熱可塑性樹脂等が選ばれ、これを
酢酸エチルやトルエン、メチルイソブチルケトンなどの
溶剤に５〜３０重量％の濃度で溶解させて、この溶液を
第１溶射層表面に塗布し乾燥する等して用いられる。

つぎに、金属溶射層上にバックアップ層を形成するが、
このバックアップ層内に加熱冷却用パイプを埋め込むと
きは、まず、溶射層上に厚み１〜３０ｆｉ程度に第１バ
ンクアップ層を形成する。この層の厚さが１１１未満で
あると、剥がれ易く、かつ、パイプなどの埋込み金具の
凹凸が表面に出やすいと言う傾向があり、３０鶴を越え
ると、熱伝導性が悪くなる（熱遮断性が生じる）傾向が
あるからである。

このようにして第１バフクア・ノブ層が形成されると、
つぎに、その上にパイプを配置し、パイプ間の凹部をレ
ジンコンクリートで埋めて、その凹凸を直す。レジンコ
ンクリートとしては、たとえば、エポキシ樹脂や不飽和
ポリエステル樹脂等の熱硬化性液状樹脂に、アルミニウ
ムや鉄、銅等の金属粉体や金属粒子を混合したものが、
−船釣である。このように、レジンコンクリートに、ア
ルミニウムや鉄等の金属からなる粒状体や粉体が分散さ
れていると、金型全体の熱伝導性が向上する。これらの
金属物質の平均粒径は、０．１〜３．　Ｏｍｍであるこ
とが好ましい。その配合割合は、樹脂１００！量部に対
し５０〜１２００重量部とすることが好ましい。このよ
うな金属物質は、バックアップ層の型面側や全体に分散
されていても良い。

そして、その上に、所望の強度が得られる程度に第２バ
ックアップ層を形成する。そして、必要に応じ、その背
面に補強層を形成して、マスター型上に金型基材を得る
。

得られた金型基材は、マスター型から脱型させるが、こ
の脱型は、バックアップ層の形成直後に行ってもよい。

このあと、金型基材から第１溶射層を除去するが、これ
は、第１溶射層を研磨したり溶解したりなどして行う。

研磨は、サンドペーパーや研磨材などを用いて行い、溶
解は、塩酸等の酸化性水溶液などを用いて行う。

露出した第２．溶射層は、型面の下地層となるが、この
第２溶射層には、気泡や結晶粒等に起因する空洞が残っ
ていることが多いので、この上に銅や銅合金等の軟質金
属をメッキしたのち表面研磨して、前記気泡を塞ぐよう
にするのが、好ましいそして、この第２溶射層を電極に
してニッケルメッキやクロムメッキ等の金属メッキを行
ったのち、必要に応じ、表面仕上げｖｒ磨を行う。

〔作　　　用〕

この発明の金型は、型面を下地層と表面層の２層構造に
している。そして、この表面層を金属メッキ層で構成し
ているので、型面表面は、緻密であり、耐久性も良い。

そして、型面の厚さの大部分を占める下地層を溶射層で
構成しているので、型面形成は、メッキのみによる場合
に比較して、時間を要せず、コストも安価である。この
下地層の金属の種類を銅および／または銅合金にしてい
るので、亜鉛や亜鉛合金に比べて、金属メッキを行うと
きの電流密度が得られやすく、メッキが容易である。バ
ックアンプ層は、この型面の形を保つ。このバックアッ
プ層は、金型全体の強度をも保っている。この発明の金
型は、このように、型面以外の部分がすべて樹脂製であ
るので、製造コストが嵩まず、納期を短くすることも出
来る。

この樹脂製金型を作るに当たり、マスター型表面に銅や
銅合金を直接に溶射することが考えられるが、銅や銅合
金は、マスター型に付着しにくいので、直接溶射で得ら
れる膜は破れ易い。その点、この発明の製造方法によれ
ば、まず、付着性の良い亜鉛や亜鉛合金をマスター型表
面に薄く溶射しておく。銅または銅合金は、亜鉛や亜鉛
合金に対してはなじみ易いので、この亜鉛や亜鉛合金か
らなる第１溶射層上に銅または銅合金を溶射するように
して、その付着を容易にしている。

第１溶射層は薄いので、銅や銅合金の溶射時に破れ易い
。その点、この上に樹脂の薄膜を形成しておくと、この
第１溶射層が破れるのを防ぐことができる。しかし、第
１溶射層を少し厚くしておけば、上記樹脂膜の形成は行
わなくても良い。

第２溶射層の露出面に銅等の軟質金属をメッキして第２
溶射層内の空洞を塞いでおくと、型面が美しく仕上がる
。

〔実施例と比較例〕

以下に、この発明の実施例を比較例と対比して説明する
。

一実　施　例− 幅約５００龍の洗面ボウルを注型する際に使用する雄型
（樹脂製金型）を、以下のようにして製造した。すなわ
ち、その型面を反転した形状の木型（マスター型）をま
ず作製し、その表面に仕上げ塗装を施しておいて、その
上から離型剤（日本触媒化学工業■製、エボラックＥＰ
−１１）をハケ塗りし、常温で乾燥した。そして、アー
ク型溶射機（米国ＴＡＦＡ社製、３７５ＥＦＳ）を用い
、亜鉛を約５０μｍの厚さに溶射して、第１溶射層を形
成した。つぎに、この第１溶射層上に、ポリスチレン（
昭和電工■製、ニスブライトＴ−２ビーズ）をトルエン
に対して２０重量％の濃度で溶解させた溶液を塗布し、
常温で乾燥したのち、同じアーク型溶射機を用いて、そ
の上に銅を約２鶴の厚さに溶射して第２溶射層を形成し
た。こののち、その上に、炭素繊維布（東し■製、トレ
カクロス＃６３４１）とビニルエステル樹脂（日本触媒
化学工業■製、エボラックＲＦ−１００１Ｈ）を用いて
、第１バックアップ層をハンドレイアップ法で約３鶴の
厚さに積層硬化させ、その上に外径１２ｍで内径１０日
の銅パイプを約４０鶴ピツチで配置し、その上全体を、
上記ビニルエステル樹脂１００重量部にアルミニウム粒
（ミナトアルミ側製、アルミニウム粒＃８、平均粒径２
．１　ａｍ）２００重量部を配合したレジンコンクリー
トで覆って、これを硬化させた。つぎに、その上にガラ
スマット（日東紡績■製、ＭＣ−４５０Ａ）と不飽和ポ
リエステル樹脂（日本触媒化学工業＠製、エボラックＧ
−７５３ＰＴＭ）を用いて、第２バックアップ層をハン
ドレイアップ法で約１５龍の厚さに積層硬化させた。こ
のようにして、木型（マスター型）上に金型基材を得た
。

つぎに、この金型基材を木型から脱型して、型面側表面
をサンドペーパーを用いて研磨することにより、第１溶
射層を除去し、第２溶射層を露出させるとともに、表面
が鏡面となるようにした。

そして、この表面に金属クロムを１０μ園の厚さにメッ
キして、型面表面がクロムメッキ仕上げされた雄型（樹
脂製金型）を得た。

雌型となる樹脂製金型も、上記と同様にして製造した。

得られた雌雄型を用い、つぎのようにして、洗面ボウル
を成形した。すなわち、金型のパイプに温水を通して金
型を７０℃に保ち、不飽和ポリエステル樹脂（日本触媒
化学工業側部、エボラックＧ−２２７）１００重量部に
対し水酸化アルミニウム（昭和電工■製、パイプライ１
−Ｈ−３２０）１５０重量部と低収縮化剤（日本触媒化
学工業■製、ＡＴ−１００）３０重量部と硬化剤（化薬
ヌーリー側製、カヤエステル０）２ｆｆｉ量部を配合し
てなる不飽和ポリエステル注型用材料を注型して硬化さ
せ、１時間後に、製品を金型から取り出した。この場合
、脱型の際の離型性が良く、成形品の仕上がりも良かっ
た。すなわち、成形品の表面は美しい鏡面であった。念
のため、平滑度を表面粗さ針で測定したところ、２０μ
ｍ以下であった硬化　較　例− 離型処理した前記木型の表面に前記アーク溶射機を用い
て亜鉛を約１．　Ｏｍｍの厚さに溶射し、以後は実施例
と同じようにして、第１バックアンプ層、配管を含むレ
ジンコンクリート層および第２バックアップ層を順次形
成し硬化させたのち、脱型して、雄型（樹脂製金型）を
得た。雌型も同様にして得た。

この雌雄型を用Ｃ）、実施例と同様にして、不飽和ポリ
エステル注型用材料を注型し、洗面ボウルを成形した。

この場合、脱型時には、注意をしないと、成形品に傷が
入る恐れがあった。成形品の表面に少し曇りが入ってい
た。この比較例にかかる樹脂製金型における型面の平滑
度（表面粗さ）は、４５μ■であった。

一対　　比− 実施例の樹脂製金型と比較例の樹脂製金型の、型面の耐
久性を、つぎのようにして調べた。

前記実施例で説明した成形を、これら両金型を用いて連
続して行い、成形品が得られる都度、その表面の光沢度
を目視観察した。

結果は、つぎのようであった。すなわち、実施例の樹脂
製金型では、１００個成形した後も、成形品の表面は良
好な光沢を有し、美麗な成形品が得られた。これに対し
、比較例の樹脂製金型では、成形個数が増すにつれて、
成形品の表面光沢が無くなって行き、かつ、光沢むらも
生じて来た。

１５個成形した時点での成形品は、表面光沢を全く有せ
ず、商品価値の無いものであった。

このような結果から分かるように、実施例の樹脂製金型
は、比較例の樹脂製金型に比べて、型面の耐久性が優れ
ている。

〔発明の効果〕

この発明にかかる樹脂製金型は、以上のように構成され
ているため、型面の緻密さと耐久性に優れている。また
、この発明にかかる樹脂製金型の製造方法は、上述のよ
うに構成されているため、型面の表面層が金属メッキ層
からなる樹脂製金型を容易に製造することが出来る。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims

【特許請求の範囲】１　繊維強化樹脂からなるバックアップ層の上に、型面
の下地層となる銅および／または銅合金からなる金属溶
射層が形成され、その上に型面の表面層となる金属メッ
キ層が形成されている樹脂製金型。２　バックアップ層に加熱冷却用パイプが埋込まれてい
る請求項１記載の樹脂製金型。３　マスター型表面に離型処理をして亜鉛および／また
は亜鉛合金からなる第１溶射層を薄く形成し、その上に
銅および／または銅合金からなる第２溶射層を形成した
のち、その上から繊維強化樹脂からなるバックアップ層
を形成して、前記マスター型の上に金型基材を得、この
金型基材を前記マスター型から脱型して前記第１溶射層
を除去することにより前記第２溶射層を型面の下地層と
して露出させ、そののち、同第２溶射層の上に、型面の
表面層となる金属メッキ層を形成する樹脂製金型の製造
方法。４　バックアップ層に加熱冷却用パイプを埋込む工程を
含む請求項３記載の樹脂製金型の製造方法。５　パイプの埋込みが、第２溶射層の上に繊維強化樹脂
からなる第１バックアップ層を形成し、その上にパイプ
を配置してその凹凸をレジンコンクリートで直したのち
、その上に繊維強化樹脂からなる第２バックアップ層を
形成することで行われる請求項４記載の樹脂製金型の製
造方法。６　第２溶射層の形成前に、薄い第１溶射層上に樹脂皮
膜を形成して同第１溶射層を強化する工程を含む請求項
３〜５のいずれかに記載の樹脂製金型の製造方法。７　第１溶射層を除去することにより露出した第２溶射
層表面に軟質金属のメッキを施すことにより同第２溶射
層の空洞を塞ぐ工程を含む請求項３〜６のいずれかに記
載の樹脂製金型の製造方法。