JPH02270508A

JPH02270508A - プラスチック成形用黒鉛型

Info

Publication number: JPH02270508A
Application number: JP1092116A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takagi; 俊高木; Seiji Minoura; 誠司箕浦
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1990-11-05
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JP2835450B2

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成形品を成形する場合に使用され
る壓に関し、特にその基材か黒鉛材料よりなり、キャビ
ティ側面にセラミックコーティングしたプラスチック成
形用黒鉛型に関するものである。

（貨来の技術）所謂プラスチ・νりは、一般に軽量、経済性、加工性、
耐食性等種々の特性を有する材料てあり、電気、機械、
自動車等のあらゆる工業的用逮から日用品まで、きわめ
て広範囲に使用されている。

これら各種のプラスチック製品を成形するには、−・般
に鉄及びその合金の金属材料で製作した型が用いられる
。

この種の金属材料により製作された８（以下金型と称す
る。）は、成形数が極めて多９の場合には、金型寿命の
観点から型材が金属であることか”必要条件であった。

しかし。

■最近の多品種少竜生産の傾向にあっては型の試作の必
要性か益々増大している。

■成形品に占める金型コストの占める割合が大きくなり
、製品コストを高くしている。

■金型の製作には多大な時間と費用とを必要とする。

等の欠点が、従来一般に使用されている金型にはありた
のである。

そこで１本発明者等は、金属に代る型材料として、プラ
スチック射出成形時の圧力に十分耐え。

かつ、型みがき仕上げ面の良好な高強度及び高密度の黒
鉛材料を用いた型について、特開昭６３−１６２２０５
号公報等において種々提案を行なっている。この公報に
おいて提案した発明をなすにあたって１本発明＊等が着
目した点は次の通りである。

（１）黒鉛は１機械加工において切削抵抗が金属に比重
して１１５から１／１０であるため、高速加工ができる
。

（２）黒鉛は、手作業による型仕上げ゛が免属により容
易な材料であるため、放電加工に頼っていた部位又は工
程が１手作業により容易に仕上げられる。

（３）黒鉛は、熱膨張係数が極めて小さい材料であるた
め、プラスチックの成形時の精度が得やすい。

（４）黒鉛型の比重は、金型の比重のｌ／４以下と比較
的軽量であるため、複雑な作業や高速を要する作業てあ
ってもプラスチックの成形用の型の取り扱いが容易で、
！＃作が簡便となる。

（５）黒鉛は、　　　　　　　　　　　　　　熱伝導◆
がよいため、加熱と冷却のリサイクルに要する時間が短
かくてすむから、高速サイクルのプラスチック成形が可
能となる。

以上の効果により、極小ロット、Ｘ作品のプラスチック
製品の成形に対応が可能になる。ということてあった。

そして。

（６）黒鉛は、金属の一般的な＃Ｉ＃熱温度が数百℃で
あるのに対して３０００℃てあり、熱膨張率が小さいこ
ともあつて、優れた熱安定性を有しているものである。

ところで、本発明者等のその後の研究により。

この種のプラスチック成形用黒鉛型において、更に次の
点を考慮しなければならないことが知見された。すなわ
ち、プラスチック製品を成形する場合には、例えば熱可
塑性のプラスチックを例にとつて考えてみると；このプ
ラスチック材料をその４慴化温度（−船釣にはｌ７５〜
３２０℃）にまで加熱して型内て成形した後冷却（−船
釣には数十℃）して固化し、これを攪から外さなければ
ならない、そのために、プラスチック材料側に離型剤を
混入することが一般に行なわれているが　！ＩＩ品の離
型を型側の１Ｉｌｉｉｌとしてとらえようというのであ
る。

離型性を型側で改良しようとする試みは、例えば特ｗ４
Ｗ１４５９−１０１３２０　％公報ニｍイｃ提’ｌｉｔ
されているような「成形用金型」にある、このｒｄＬ形
用形層金型、上記公報の特許請求の範囲の記載からする
と。

ｒ金型の成形面に、高周波スパッタリングによりセラミ
ックスまたは固体四滑剤のコーティング被膜を設けた成
形用金型」であるが、これは島くまても平滑な金属表面にコーティ
ング被−を彫處するものであるから、そのコーティング
被膜が剥離し易いことがあり得る。その点から言えば、
Ｓ鉛はある８度ポーラスなものであうて、その表面に開
口している穴を利用することによって、０−ティング被
膜のアンカー効果を十分発揮させ得るものである。とこ
ろが、このコーティング被膜を黒鉛表面に形成した場合
、その厚さが余り厚いと黒鉛とコーティング被膜の熱膨
張差によってコーティング被膜が剥離し易くなり、逆に
あまり薄くすると離型効果が少なくなってコーティング
した意味がなくなる。

また、一般に、ある物の表面にコーティング被膜を形成
する場合に注意しなければならないことは、コーティン
グ被膜とこれが形成される材料側との熱膨張率の差を小
さくしなければならないことである。特に１本発明が対
象としているようなプラスチック成形用型のように、一
定の幅のヒートサイクルで頻繁に使用されるものにおい
ては、基材と被膜間に熱膨張差があると、被膜の耐久性
が損われ易いものとなる。

そして、このような条件を満足しながら形成されたコー
ティング層は、プラスチック材料及びこの中に電加され
ている種々な添加剤や補強材等の化学的あるいは物理的
＊＊に対して、また型の洗滌を行なう時の洗滌剤や衝撃
等による化学的あるいは物理的衝撃に対して型を十分保
護するものでなければならないことは当然である。

そこで１本発明者等は型としての黒鉛の特性を十分生か
しながら、これに強靭なコーティング層を効率よく形成
するには実際上如何にしたらよいかについて種々検討を
重ねてきた結果、本発明を完成したのである。

（発明が解決しようとする課題）本発明は以１の経緯にもとづいてなされたもので、その
解決しようとするｔ１題は、黒鉛の特性を十分生かしな
がら、離夕性を型側の問題としてとらえて、これを効率
良く行なうことである。

そして１本発明の目的とするところは、加工性が良好で
取り扱しＸｉ＜、ｔ、かも製品の離型性に優れて強靭な
コーティング層を宥するプラスチック成形用黒鉛型を提
供することにある。

（！ＩＩＩを解決するための手段）以上のｔｌｌｌを解決するために１本発明の採つた手段
は、「プラスチック成層に用いられる型の基材を黒鉛材料に
より形成したプラスチック成形用黒鉛ｆｆｉ　（２０）
であって。

黒船材料の、少なくともｔ形キャビティ（ｚ２）に露出
する部分に、八ｕ、Ｏ３、ｓゑ０．。

ＺｒＯ，、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，Ｂ、Ｃ。

ＣＦ２　Ｃｍ　、Ｓｉ３　Ｎ４．８Ｎ、Ｔｉｅ、Ａｊｌ
Ｎ、ＴｉＢｍ　、ＺｒＢｓ　、コージェライト。

ムライト、ＴｉＯ，あるいはこれらの化合物かうえらば
れるいずれか少なくとも１種を含むセラミックからなる
コーティング被膜（２３）を５〜２０００＃Ｌｍの１ｌ
ｌｌ”ｔ’ｌｌ虞したことを特徴とするプラスチック成
形用黒鉛型（２０）、　Ｊである。

ここて、プラスチック成形用黒鉛Ｊｌ！（２０）の成形
キャビティ（２２）側に露出する黒鉛材料の表面にＪＩ
＃成するコーティング被膜（２３）の厚さを５４ｍ〜２
０００ｓａｍの＠囲としたのは、この範囲より厚いコー
ティング被膜（２３）を形成した場合には、コーティン
グ被Ｉｍ（２３）に亀裂を生じたりある１はこのコーテ
ィング被膜（ｚ３）自体が黒鉛表−から剥離するおそれ
があるからである。また、コーティング被ｍ１（２３）
の厚さが５ｐｍより薄いと、プラスチック製品を雌型を
良好に行なえなくなるからである。

また、コーティング被ＩＩ（２３）をセラミックによっ
て形成する必要があるのは、プラスチック成形用黒鉛１
！（２０）を構成している黒鉛材料との結合を強力にす
るとともに、このコーティング被ｌ１ｌ（２３）によっ
てプラスチック材料側から発生する活性ガス等による化
学的衝撃から黒鉛材料を保１し、かつ成層及び洗滌を頻
繁に行なう場合の機械的ＩＮ１から黒鉛材料を保護する
ためである。

このコーティング被１１（２コ）を形成するセラミック
としては、ｊ”ｋｊｌｍ　Ｏｘ　、　Ｓ　ｉ　Ｏｓ　、
　Ｚ　ｒｏｗ、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，Ｂ４　Ｃ，Ｃ
ｒ、Ｃ，。

Ｓ　　１３　　Ｎ４　　、　８Ｎ、　　Ｔ　　ｓ　　Ｎ
、　　ＡＱ、Ｎ、　　Ｔ　　ｓ　　Ｂ２　　、ＺｒＢａ
、コージェライト、ムライト、Ｔ　ｉ　０２あるいはこ
れらの化合物からえらばれるいずれか少なくとも１種を
含むものを使用することか必要である。その理由は、完
成されたプラスチック成形用黒鉛型（２０）の離型性を
良好にするとともに、その物理的あるいは化学的衡機に
対して十分な耐性を有する必要かあるからである。

このコーティング被膜（２コ）を形成する方法としては
、炭化物転化法、ＣＶＤやＰＶＤ等のスパツタリンツ法
、溶射法、ゾルゲル法等の方法を採用することかできる
。たとえば、ＣＶＤ法により黒鉛材の表面を炭化珪素で
被膜するには、黒鉛材表面上”Ｃ次式のように反応させ
ることにより黒鉛材の形状を保持したまま行うことかで
きる。

ＣＨ，ＳｉＣ文、→ＳｉＣ＋ａＨＣ交例えばバックセメンチージョンを応用した方法は、任意
の形状に成形加工した黒鉛材を用意し。

耐熱容器、望ましくは黒鉛製容器の中へ変化珪素粉と二
酸化珪素粉の混合粉と一緒に埋め込み。

１４００℃〜２３００℃の温度範囲で加熱処理すること
により黒鉛材表面を炭化珪素に転化することができる。

（発明の作用）以りのようにＭＩＩ成した本発明に係るプラスチック成
形用黒鉛型（２０）においては、その基材を黒鉛によっ
て形成したから、金属の場合に比して１１５〜１／ｌ　
Ｏの低い切削抵抗のものとなって、その加工が非常に容
易となっており、また熱膨張係数も小さいために成形精
度か非常に高いものとなっている。

また、このプラスチック成形用黒鉛型（２０）のコーテ
ィング被膜（２３）においては、第２図に示すように、
その黒鉛材料側の部分が、黒鉛材料の微細穴中に入り込
んでおり、これによりこのコーディング被Ｉｌｌ　（２
３）は黒鉛材料表面にしっかりと固着されたものとなっ
ている。すなわち、ポーラスな黒鉛材料によるアンカー
効果が十分発揮されているのである。、そして、このコーティング被膜（２コ）の厚さのＥ限を
２０００ｐｍとしたので、熱的衝撃あるいは機械的衝撃
かあったとしても、このコーティング被ｌ１ｌ（２３）
は十分厚い黒鉛材料の変化に略完全に同調するため、こ
のコーチインク被［（２３）に亀裂か生したり、黒鉛材
料からコーティング被ＩＩｇ（２：ｌ）が剥離するよう
なこともない、勿論、このコーチインク被膜（２３）は
セラミ・ンク材料により形成したから、プラスチック製
品の剥離性を高めていることは言うまでもない。

しかも、このコーチインク被膜（２３）はセラミックに
より形成したから、プラスチック成形用黒鉛’！！！　
（２０）を構成している黒鉛材料との結合を強力にする
とともに、このコーティング被Ｍ　（２：ｌ）によって
プラスチック材料側から発生する活性ガス等による化学
的衝撃から黒鉛材料を保護し、かつ成形及び洗滌を、Ｓ
ｔ＊に行なう場合の機械的衝撃から黒鉛材料を保護して
いるのである。

（実施例）次に１本発明に係るプラスチック成形用黒鉛型（２０）
を実施例に従って説明する。第１図において、本発明に
係るプラスチック成形用黒鉛型（２０）を射出成形機（
１０）に適用した場合か示してあり、この射出成形機（
１０）は、ホ・ンバーから投入されたプラスチック材料
を、シリンダ（１２）内にてスクリュー（１１）により
加圧・混練しながらプラスチック成形用黒鉛型（２０）
側の成形キャビティ（２２）に送ると同時に、このプラ
スチック材料をそのＯｆ塑化温度にまで加熱するように
なっている。そして可塑化されたプラスチック材料は、
本発明に係るプラスチック成形用黒鉛型（２０）のキャ
ビティ内に強制的に送り込まれるようになフている。

プラスチック成形用黒鉛型（２０）は、その基材か黒鉛
からなっているものて１本実施例に３いては二分割タイ
プのものである。また、このプラスチック成形用黒鉛型
（２０）においては、少なくともその成形キャビティ（
２２）に露出する黒鉛材料の表面に、セラミックからな
るコーティング被ＩＩ　（２：ｌ）か形成しである。な
お、このプラスチック成形用黒鉛型（２０）においては
、冷却水を通すための穴（２１）か、黒鉛製基材中に複
数形成しである。

プラスチック成形用黒鉛型（２０）を構成する黒鉛製基
材は１次のように形成した。

コークスとコールタールと・ンチよりなる配合物を加熱
混練して得られた混線物を粉砕後、ラバープレスで成形
して焼成、黒鉛化し、室温から１０００℃までの熱膨張
係数が５．０ｘｌＯ−’℃−１，７５人〜７５０００人
の径の微細気孔容積０．０７ｃ　ｃ　／　ｇ、かさ密度
１．８５、熱伝導率が８０にＣａ　ｌ　／　ｍ−ｈｒ・
°Ｃの等方性黒鉛材料を得た。

この等方性黒鉛材料を用いて、図に示したような成形型
を構成するための固定型、可動型及びガイドビン等を形
成し、射出成形用の成形型を作製した。この成形製作に
委した加工時間は金属製の成形製作に較べ約１７８に短
縮できた。

そして、このように形成した黒鉛製型材の、少なくとも
成形キャビティ（２２）に露出する部分に。

セラミ・ンクからなるコーディング被膜（２３）を形成
するのであるが、このコーティング被膜（２コ）の形成
は１次のようにして行なった。

１隻男」以上のようにして、！Ａとなるべき黒鉛材を成形し、得
られた成形体表面上にＭＣＶＤ法によりＳＩＣ膜を被覆
させた。被覆方法は黒鉛の成形体を反応容器内はスれ、
１５００″Ｃで加熱しＣＨ，Ｓｉ　Ｃｌ　２と水素との
混合気体を流しなから、約５時間反応させ約１００ｇｍ
の厚さのＳｉＣ層を形成させる方法で行なった。

実施例２以上のようにして、型となるべき黒鉛材を成形し、得ら
れた成形体表面上に熱ＣＶＤ法によりＢＮＭを被覆させ
た。被田方法は黒鉛の成形体を反応容器内は入れ、１２
００°Ｃで加熱しＢ　Ｃｌ　３とＮＨ，と水素との混合
気体を流しながら、約７時間反応させ約７５ｇｍの厚さ
のＢＮ層を形成させる方法で行なった。

実施例３常法の溶射法を使用して、アルミナを黒鉛材料の表面に
溶射し、約５００ｇｍの厚さのアルミナ層を形成させ、
これをコーティング被膜（２３）とした。

得られたプラスチック成形用黒鉛型（２０）を用いてポ
リアミド樹脂によるプラスチラック製品の製造を、加熱
と冷却とのリサイクルに要する時間を２０秒として、５
０時間連続成形した。その結果、金属への付着物、及び
離型不良等のトラブルは発生しなかった。

（発明の効果）以上詳述した通り、本発明においては、上記実施例にて
例示した如く、［プラスチック成形に用いられる型の基材を黒鉛材料に
より形成したプラスチック成形用黒鉛型（２０）であっ
て、黒鉛材料の、少なくとも成形キャビティ（２２）に露出
する部分に、Ａ文、０３．５ｉＯｔ、Ｚｒ０ｚ　、Ｓｉ
Ｃ，ＴｉＣ，ＴａＣ，Ｂ４Ｃ１Ｃｒ＝　Ｃｔ　、Ｓ　ｔ
、ＪＮ４　、ＢＮ、Ｔ　ｔＮ、ＡｎＮ、ＴｉＢ２．Ｚｒ
Ｂ、、　コージェライト。

ムライト、ＴｉＯ□あるいはこれらの化合物からえらば
れるいずれか少なくとも１種を含むセラミックからなる
コーティング被ＩＰ！　（２３）を５〜２０００ＪＬｍ
の範囲で形成したことＪにその構成上の特徴かあり、こ
れにより、型成形後のプラスチック材料を冷却を効率良
く行なうことができて、型成形の効率を向上させること
のできるプラスチック成形用黒鉛ｆｆｉ　（２０）を提
供することができるのである。

すなわち、本発明に係るプラスチック成形用黒鉛５！（
２０）によれば、黒鉛材料の特性を十分生かしながら、
その型表面に形成したセラミックからなるコーティング
被ｍ　（２３）によって、この黒鉛材料により形成した
基材を化学的及び物理的衝撃から確実に保護することが
できるとともに、コーティング被膜（２３）自体の黒鉛
材料に対する結合を確実なものとすることができるので
ある。

また、このプラスチック成形用黒鉛Ｊ！！　（２０）に
よれば、コーティング被ｇｌ（２３）を構成する材料を
セラミックとしたから、このコーティング被膜（２３）
を黒鉛材料に強固に結合したものとすることができ、黒
鉛材料は高麗に加熱することがてきる材料であるから、
これにセラミックからなるコーティング被Ｉｍ（２３）
を任意かつ十分な厚さでコーティングすることができ、
しかもセラミックからなるコーティング被Ｗｉ（２３）
の黒鉛材料に対するアンカー効果の優れたものとするこ
とができるのである。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明に係るプラスチック成形用黒鉛型及びこ
れを採用して構成した射出成形機の要部断面図、第２図
はコーティング被膜を形成した黒鉛材料の表面状態を示
す部分拡大断面図である。符　　　号　　の　　説　　明ｉ　ｏ−・・射出成形機、２０−・・プラスチック成形
用黒鉛型、２１−・・穴、２２・・・成形キャビティ、
２３・・・コーティング被膜。以　　Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】プラスチック成形に用いられる型の基材を黒鉛材料によ
り形成したプラスチック成形用黒鉛型であって、前記黒鉛材料の、少なくとも成形キャビティに露出する
部分に、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２、Ｓ
ｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、Ｂ＿４Ｃ、Ｃｒ＿２Ｃ＿２、Ｓ
ｉ＿３Ｎ＿４、ＢＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＴｉＢ＿２、Ｚ
ｒＢ＿２、コージェライト、ムライト、ＴｉＯ＿２ある
いはこれらの化合物からえらばれるいずれか少なくとも
１種を含むセラミックからなるコーティング被膜を５〜
２０００μｍの範囲で形成したことを特徴とするプラス
チック成形用黒鉛型。