JPH07116539B2 - 金型用銅合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラスチック成形用金型等の構成材として用
いて好適な金型用銅合金に関する。

［従来の技術］ 近年、事務用機器等の各種機器のハウジング、構成部品
等がプラスチック化され、かつ機器の性能を向上させる
べくそれら機器の頻繁なモデルチェンジが行なわれてい
る。これに伴い、プラスチック成形品の成形サイクルが
短くなり、多品種少量生産が実施されている。このた
め、プラスチック成形用金型の構成材としては、鋳造／
加工が容易な材料が求められている。

従来のプラスチック成形用金型、特に射出成形用金型の
構成材としては、鋳鉄、鋳鋼等の金属が用いられてい
る。これらの金属は、機械的強度は優れるものの、鋳造
／加工が困難である。即ち、鋳鉄、鋳鋼は鋳造温度が高
いため、鋳造のための大規模な設備を必要とする。又、
簡易な鋳造は砂型でなされるが、その場合鋳造温度が約
1500℃と高いため、鋳造品の表面が粗くなり、そのた
め、表面研磨に多大の工数を必要とする。又、精密な金
型を製作するためには、切削、放電加工等の機械加工に
多大の時間を必要とする。

そこで近年、鋳造温度が低く、鋳造／加工が容易なプラ
スチック成形用金型の構成材として、亜鉛基合金や銅基
合金が使用されている。亜鉛基合金は、JIS H 5301が規
定するダイキャスト用亜鉛合金（ZDC−１）をベースと
しており、Znの他にAl、Cu、Mg等を含有している。又、
銅基合金は、例えば特公昭56−11380号公報に示される
ように、Cuの他にAl、Fe、Mn等を含有している。

［発明が解決しようとする課題］ 然しながら、上記従来の亜鉛基合金や銅基合金は、機械
的強度、硬度が不十分である。即ち、これらの合金をプ
ラスチック成形用金型の構成材として用いる場合には、
金型表面にクラックを生ずるおそれがある。又、この合
金を用いて成形作業を重ねるにつれ、金型の寸法精度が
低下し、プラスチック成形品にバリを生ずるおそれがあ
り、このため、この金型は試作型程度にしか用いること
ができない。

本発明は、機械的強度に優れ、かつ鋳造／加工が容易な
金型用銅合金を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る金型用銅合金は、重量パーセントでCu 55
〜75％、Mn 0.5〜1.5％、Fe 0.5〜1.5％、Al 0.5〜1.5
％、Sn 0.5％以下、Pb 0.05％以下、希土類元素或いは
これらの混合物であるMm（ミッシュメタル）0.01〜3.0
％、Co 0.001〜0.1％、残部Znと微量の不可避不純物と
からなるようにしたものである。

［作用］ 本発明合金によれば、Cu、Znを主成分とするため機械的
強度を確保し、鋳造／加工性を良好とすることができ
る。

又、Mn、Fe、Alの添加によって機械的強度の向上が図ら
れ、Co、Mmの添加によって耐酸化性及び硬度の向上が図
られている。

Sn、Pbは主成分であるCuに対する溶解度が小さく、粒界
に折出し耐食性に悪影響を及ぼすため、より少量とする
のが望ましい。特に、Pbについてはできるだけ低濃度で
あることが必要である。

以下、合金の成分組成を前述の通りに限定した理由につ
いて説明する。

Cu含有量 Cuは機械的強度を向上する作用があるが、その含有量が
55％未満では所期の強度向上効果を得ることができず、
他方75％を越えて含有させると加工性を阻害することと
なるから、55〜75％と定めた。

Mn含有量 Mnは機械的強度を向上する作用があるが、その含有量が
0.5％未満では所期の強度向上効果を図ることができ
ず、他方1.5％を越えて含有させると脆化することとな
るから、0.5〜1.5％と定めた。

Fe含有量 Feは機械的強度、硬度を向上する作用があるが、その含
有量が0.5％未満では所期の強度、硬度向上効果を得る
ことができず、他方1.5％を越えて含有させると脆化す
ることとなるから、0.5〜1.5％と定めた。

Al含有量 Alは機械的強度、硬度を向上する作用があるが、その含
有量が0.5％未満では所期の強度、硬度向上効果を得る
ことができず、他方1.5％を越えて含有させると脆化す
ることとなるから、0.5〜1.5％と定めた。

Sn含有量 Snは0.5％を越えて含有させると耐食性を悪化すること
となるから、0.5％以下と定めた。

Pb含有量 Pbは0.05％を越えて含有させると耐食性を悪化すること
となるから、0.05％以下と定めた。

希土類元素或いはこれらの混合物であるMm含有量 La、Ce、Pr、Nd等の希土類元素、或いはこれらの混合物
であるMm（ミッシュメタル）は耐食性、硬度を向上する
作用があるが、その含有量が0.01％未満では所期の耐食
性、硬度向上効果を得ることができず、他方３％を越え
て含有させると脆化することとなり、高価でもあること
から、0.01〜３％と定めた。

Co含有量 Coは耐食性、硬度を向上する作用があるが、その含有量
が0.001％未満では所期の耐食性、硬度向上効果を得る
ことができず、他方0.1％を越えて含有させると脆化す
ることとなり、高価でもあることから、0.001〜0.1％と
定めた。

Zn含有量 Znは機械加工性を向上する作用があるが、その含有量が
過多となると機械的強度を低下させる。Znの含有量を他
の金属元素の上記組成に対する残部とする場合には、機
械的強度を阻害することなく、機械加工性を向上でき
る。

即ち、本発明合金にあっては、上記の各金属元素を上記
の含有量で混合組成することにより、機械的強度及び表
面硬度を上げ、かつ鋳造／加工性を向上させることがで
きる。

尚、本発明合金は、Cuを主成分とする合金であるから、
上記各金属元素の他にNiを成分元素として添加する場合
には、Niが更に加工性の向上に寄与するのでより好まし
い。

［実施例］ 本発明合金の引張強度及び硬度を、比較合金と対比して
表１に示す。

表１に示す組成のCu−Zn−Mn−Fe−Al−Sn−Pb−Mm−Co
系の本発明合金Ａ〜ＥのそれぞれにNiを0.2％添加した
合金を作成し、各成分が均一に溶解したことを確認した
後、JIS H 5301参考図Ａに示す引張試験片を作成した。
これらの引張試験片について、JIS H 2241の規定に従い
引張試験を施し、それらの引張破断強度を求めた。又、
上記の各合金について、JIS Z 2243の規定に従いブリネ
ル硬度を測定した。その結果は表１の通りである。

又、表１に示す比較合金Ｆ〜Ｉについても、上記と同様
な方法により、引張強度と硬度を測定した。尚、比較合
金ＧはJIS H 5301が規定するダイキャスト亜鉛合金（ZD
C−１）、比較合金Ｈは三井金属鉱業（株）の鋳造金型
用亜鉛合金（ZAS）、比較合金ＩはJIS H 5101が規定す
る黄銅鋳物（YBsCl）である。

表１によれば、本発明合金は比較合金に比して、引張強
度、硬度に優れていることが認められる。又、本発明合
金は鋳鉄、鋳鋼に比して、融点が約900℃と比較的低温
であり、鋳造／加工性が良く、従って、高強度金型を比
較的短時間で製作でき、射出成形金型用合金等として非
常に有用であることが認められる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、機械的強度に優れ、か
つ鋳造／加工が容易な金型用銅合金を得ることが可能と
なる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量パーセントでCu 55〜75％、Mn 0.5〜
   1.5％、Fe 0.5〜1.5％、Al 0.5〜1.5％、Sn 0.5％以
   下、Pb 0.05％以下、希土類元素或いはこれらの混合物
   であるMm 0.01〜3.0％、Co 0.001〜0.1％、残部Znと微
   量の不可避不純物とからなる金型用銅合金。