JPH09168856A - 樹脂成形用金型の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳鉄製補強金型部に積層されるアルミニウム合
金層に鋳造不良が発生することがなく、高品質なアルミ
ニウム合金層を効率的に形成することを可能にする。 【解決手段】上型であるＦＣ枠１２と、このＦＣ枠１２
を予め所定の温度に加熱する加熱手段１３と、冷し金３
８が配置された下型である砂型１４とを備え、このＦＣ
枠１２とこの砂型１４との間にキャビテイ１６が形成さ
れる。加熱手段１３により予め加熱されたＦＣ枠１２と
冷し金３８が配置された砂型１４とが型締めされた状態
で、これらの間に形成されたキャビテイ１６に溶融アル
ミニウム合金が注湯される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳鉄製補強金型部
とアルミニウム合金層とを一体的に備えた樹脂成形用金
型の製造方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、合成樹脂材料を用いて樹脂製成
形品を得るために、射出成形、圧縮成形、またはブロー
成形等の種々の成形方法が採用されている。この種の成
形方法に使用される金型は、大量生産のために耐久性に
優れるとともに、複雑形状を容易に転写し得ることが望
まれている。

【０００３】そこで、金型の製作期間を短縮してコスト
の低減を図るために、異種金属を積層して構成された金
型が採用されている。すなわち、キャビテイ面を構成す
る表層部として、切削加工が容易な銅やアルミニウム金
属が用いられる一方、補強部として、樹脂成形時に金型
としての剛性を維持すべく、強度の高い金属（例えば、
亜鉛）が用いられている。この種の技術としては、例え
ば、特開平２−２００３２１号公報に開示された成形用
金型が知られている。

【０００４】上記の金型を製造する際には、先ず、金型
模型を用いて造られた砂型に溶融アルミニウム合金が注
湯された後、予め製作された亜鉛製の補強金型部が溶融
状態にあるアルミニウム合金に押し込められる。さらに
アルミニウム合金が固化することにより、アルミニウム
合金製の製品金型部と亜鉛製の補強金型部とが一体化さ
れた金型が得られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、溶融アルミニウム合金が固化して製品金
型部が形成される際、この製品金型部のキャビテイ部に
巣やピンホールが発生し易い。このため、金型製造後
に、製品金型部に対し煩雑な後加工や補修作業が必要と
なり、該金型製造作業全体が効率的に遂行されないとい
う問題が指摘されている。

【０００６】そこで、組織の緻密化（チル化）を図って
この種の不良発生を防止するために、従来より冷し金が
使用されている。ところが、キャビテイ面形状部全域に
渡って冷し金を配置しようとすると、冷し金の効果が大
き過ぎて湯回り不良やきれが生ずるという問題がある。

【０００７】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、鋳鉄製補強金型部に積層されるアルミニウム合金
層に鋳造不良が発生することがなく、高品質なアルミニ
ウム合金層を効率的に形成することが可能な樹脂成形用
金型の製造方法および装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、鋳鉄製補強金型部が予め所定の温度に
加熱された後、キャビテイ面に冷し金が配設された砂型
とこの鋳鉄製補強金型部とが型締めされ、これらの間に
形成されたキャビテイに溶融アルミニウム合金が注湯さ
れる。このように、鋳鉄製補強金型部のキャビテイ面表
層部側が加熱されており、砂型のキャビテイ面表層部側
に冷し金が配置されているため、溶融アルミニウム合金
の凝固が前記砂型のキャビテイ面表層部側で促進され
る。これにより、鋳鉄製補強金型部に積層したアルミニ
ウム合金層は、表層部のチル化が促進されて巣やピンホ
ール等の発生を確実に阻止することができる。

【０００９】また、冷し金が、キャビテイを形成するキ
ャビテイ面側表面部に凹凸部位を設けることにより、冷
却性およびガス抜き性が一層向上する。さらに、鋳鉄製
補強金型部に温度検知手段が設けられることにより、注
湯タイミングを容易かつ高精度に設定することが可能に
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
製造装置１０の分解斜視図である。この製造装置１０
は、上型である鋳鉄製補強金型部（以下、ＦＣ枠とい
う）１２と、このＦＣ枠１２を予め所定の温度に加熱す
る加熱手段１３と、下型である砂型１４とを備える。図
２に示すように、ＦＣ枠１２と砂型１４との間には、溶
融アルミニウム合金１５が注湯される成形用キャビテイ
１６が形成されるとともに、このＦＣ枠１２には、前記
キャビテイ１６に連通する複数の押湯１８が設けられ
る。

【００１１】押湯１８は、キャビテイ１６に連通する開
口部側に狭路部２０を有しており、この狭路部２０に段
部２２を介して拡径部２４が連通する。拡径部２４に
は、一端が段部２２に当接し、他端がＦＣ枠１２の外部
に突出する断熱性管体２６が配設される。ＦＣ枠１２の
キャビテイ１６を形成するキャビテイ面１２ａには、断
面円弧状の複数の凹部２８が形成されており、各凹部２
８に冷却パイプ３０がパイプ支持部材３２を介して保持
される。このＦＣ枠１２の一端側には、略Ｌ字状に屈曲
して膨出部１２ｂが設けられている。

【００１２】砂型１４は、溶融アルミニウム合金１５を
注湯するための湯口３４と、この湯口３４に連通してキ
ャビテイ１６に前記溶融アルミニウム合金１５を導入す
るための湯道３６とを有する。砂型１４には、キャビテ
イ１６を形成するキャビテイ面１４ａに複数の鉄製冷し
金３８が埋設されるとともに、この冷し金３８には、キ
ャビテイ１６を形成する表面部に複数のスリット（凹凸
部位）３８ａが直交して設けられる（図１参照）。

【００１３】図１に示すように、加熱手段１３は、ＦＣ
枠１２をそのキャビテイ面１２ａ側から所定の温度に加
熱するために複数台の加熱器４４を備える。ＦＣ枠１２
には、注湯タイミングを設定するために、任意の部位、
例えば、積層されるアルミニウム合金層（後述する）の
厚肉部位に対応する部位の温度を検知する温度検知手段
４６が設けられる。

【００１４】このように構成される製造装置１０の動作
について、本実施形態に係る製造方法との関連で以下に
説明する。

【００１５】先ず、図３Ａに示すように、ＦＣ枠１２を
フルモールド法により製作するための消失性模型５０が
形成される。この消失性模型５０は、ＦＣ枠１２の凹部
２８に対応する凹部５２を有しており、各凹部５２に
は、冷却パイプ３０を支持するために複数のパイプ支持
部材３２が配設される（図４参照）。

【００１６】消失性模型５０のキャビテイ１６側とは反
対側の面部には、押湯１８に対応する段付孔部５４が前
記キャビテイ１６側の面部を貫通して複数形成される
（図５参照）。消失性模型５０は、一端側にＦＣ枠１２
の膨出部１２ｂに対応する膨出部５６を有するととも
に、この消失性模型５０の両側部には、凹部５２に連通
する複数の孔部５８が形成されている。

【００１７】次いで、図３Ｂに示すように、消失性模型
５０が鉄枠６０内に配置され、この鉄枠６０に砂６２が
充填されて砂型６４が形成される。砂型６４に設けられ
た湯口６６には溶融鋳鉄６８が供給され（図３Ｃ参
照）、消失性模型５０が燃焼消失して溶湯と入れ代わ
り、ＦＣ枠１２が製造される。

【００１８】砂型６４から取り出されたＦＣ枠１２に
は、図３Ｄに示すように、各凹部２８に対応してパイプ
支持部材３２を介して冷却パイプ３０がセットされる。
なお、消失性模型５０にパイプ支持部材３２を設けず
に、鋳造されたＦＣ枠１２に前記パイプ支持部材３２を
埋設してよい。

【００１９】一方、図６Ａに示すように、後述する樹脂
成形用金型の寸法に対応する模型７０が、例えば、発泡
スチロールを用いて形成される。模型７０は、図６Ｂに
示すように、鉄枠７２にセットされ、砂７４がこの鉄枠
７２に充填されるとともに、前記模型７０のキャビテイ
面７０ａに複数の冷し金３８が配置される。ここで、冷
し金３８は、注湯の熱による伸び分を考慮した間隔ずつ
離間し、そのスリット３８ａがキャビテイ面７０ａ側に
対向して配置されている。

【００２０】さらに、模型７０全体が砂７４に埋め込ま
れるように、複数の鉄枠７２が積層されて砂型構成部７
８が形成される（図６Ｃ参照）。この砂型構成部７８
は、図６Ｄに示すように、反転されてその内部から模型
７０が取り出されるとともに、湯口３４、湯道３６等が
形成され、これにより砂型１４が得られる。

【００２１】上記のように、ＦＣ枠１２および砂型１４
が製造された後、図７Ａに示すように、加熱手段１３を
構成する加熱器４４によりこのＦＣ枠１２のキャビテイ
面１２ａ側が加熱される。そして、温度検知手段４６を
介し、キャビテイ面１２ａにおけるアルミニウム合金層
の厚肉部位に対応する部位の温度が所定温度（３３０℃
〜３５０℃）に至ったことが検出されると、ＦＣ枠１２
が上型として砂型（下型）１４上に配置される。

【００２２】次いで、図７Ｂに示すように、ＦＣ枠１２
の押湯１８に断熱性管体２６が配設された後、砂型１４
の湯口３４に溶融アルミニウム合金１５が注湯される。
図２に示すように、溶融アルミニウム合金１５は、砂型
１４の湯口３４から湯道３６に至り、さらにＦＣ枠１２
の膨出部１２ｂと砂型１４との間からキャビテイ１６側
に供給される。キャビテイ１６から押湯１８に供給され
た溶融アルミニウム合金１５が凝固収縮し始めると、こ
の押湯１８から溶融アルミニウム合金１５が補充され
る。

【００２３】次に、自然冷却や強制冷却等の冷却処理が
施されることにより、溶融アルミニウム合金１５が固化
し、アルミニウム合金層８８をＦＣ枠１２に一体的に積
層した樹脂成形用金型９０が製造される（図８参照）。
この金型９０は、砂型１４から離脱され（図７Ｄ参
照）、湯口３４や湯道３６等に対応して固化した不要部
分が除去される。

【００２４】この場合、本実施形態では、ＦＣ枠１２が
加熱手段１３を介して予め所定の温度（３３０℃〜３５
０℃）に加熱された後、冷し金３８が配設された砂型１
４とこのＦＣ枠１２とが型締めされ、さらにこれらの間
に形成されたキャビテイ１６に溶融アルミニウム合金１
５が注湯される。

【００２５】このように、ＦＣ枠１２のキャビテイ面１
２ａが加熱されており、砂型１４のキャビテイ面１４ａ
の表層部側全域に渡って複数の冷し金３８が配置されて
いる。従って、キャビテイ１６内での溶融アルミニウム
合金１５の流動性が向上するとともに、このキャビテイ
１６内での前記溶融アルミニウム合金１５の凝固は、Ｆ
Ｃ枠１２のキャビテイ面１２ａの表層部側より砂型１４
のキャビテイ面１４ａの表層部側全域で促進される。結
果的に、ＦＣ枠１２に積層されたアルミニウム合金層８
８は、表層部８８ａの全域にチル化が促進され、すなわ
ち樹枝状晶の成長が抑制されて組織の緻密化が促進さ
れ、巣やピンホール等の発生を確実に阻止することがで
きる。

【００２６】これにより、金型９０が鋳造された後に行
われるアルミニウム合金層８８の後加工や後処理作業が
一挙に簡素化し、前記金型９０の製造作業全体の効率化
および高精度化が容易に遂行されるという効果が得られ
る。しかも、ＦＣ枠１２が予め所望の温度に加熱されて
いるため、砂型１４のキャビテイ面１４ａの表層部側全
域に渡って複数の冷し金３８が配置されても、湯回り不
良やきれ等の不良が発生することを確実に阻止すること
が可能になる。

【００２７】また、冷し金３８は、スリット３８ａがキ
ャビテイ１６側に向かって配置されている。従って、キ
ャビテイ１６内の溶融アルミニウム合金１５の冷却性が
一層向上するとともに、特に前記キャビテイ１６の形状
が複雑化してもガス抜き性が有効に向上するという利点
がある。

【００２８】さらに、ＦＣ枠１２に温度検知手段４６が
設けられる。これにより、ＦＣ枠１２の温度を正確に検
知することができ、注湯タイミングを容易かつ高精度に
設定することが可能になる。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る樹脂成形用金型の製造方法
および装置では、鋳鉄製補強金型部のキャビテイ面表層
部側が加熱されており、砂型のキャビテイ面表層部側に
冷し金が配置されているため、これらの間に形成された
キャビテイ内の溶融アルミニウム合金の凝固が前記砂型
のキャビテイ面表層部側で促進される。これにより、キ
ャビテイ内での溶融アルミニウム合金の流動性が向上す
るとともに、鋳鉄製補強金型部に積層したアルミニウム
合金層は、表層部のチル化が促進されて巣やピンホール
等の発生を確実に阻止することができる。従って、高品
質なアルミニウム合金層が容易に得られ、しかも鋳造後
の処理や後加工が簡素化し、金型製造作業の効率化が遂
行される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る製造装置の分解斜視図
である。

【図２】前記製造装置の縦断面説明図である。

【図３】前記製造装置を構成する鋳鉄製補強金型部の製
作工程図であり、図３Ａは、消失性模型の斜視説明図で
あり、図３Ｂは、前記消失性模型が配置された砂型の斜
視図であり、図３Ｃは、前記砂型に溶融鋳鉄を充填する
際の説明図であり、図３Ｄは、前記砂型により鋳造され
た鋳鉄製補強金型部の斜視図である。

【図４】図３Ａ中のパイプ支持部材の拡大断面図であ
る。

【図５】図３Ａ中のＺ矢視図である。

【図６】前記製造装置を構成する砂型の製作工程説明図
であり、図６Ａは、金型形状に対応する模型の斜視説明
図であり、図６Ｂは、前記模型を砂型に配置し、冷し金
をセットした状態の斜視図であり、図６Ｃは、前記模型
を砂型内に配設した状態の斜視図であり、図６Ｄは、前
記砂型から前記模型を取り出した状態の斜視図である。

【図７】前記鋳鉄製補強金型部と前記砂型とにより金型
を製造する際の説明図であり、図７Ａは、前記鋳鉄製補
強金型部を加熱する際の説明図であり、図７Ｂは、前記
加熱された鋳鉄製補強金型部を前記砂型にセットした状
態の斜視図であり、図７Ｃは、前記金型に溶融アルミニ
ウム合金を注湯する際の斜視図であり、図７Ｄは、溶融
アルミニウム合金が固化して製造された金型を砂型から
離型させた状態の斜視図である。

【図８】前記製造装置により製造された金型の縦断面図
である。

【符号の説明】

１０…製造装置 １２…ＦＣ枠 １２ａ、１４ａ…キャビテイ面 １３…加熱手段 １４…砂型 １６…キャビテイ １８…押湯 ３０…冷却パイプ ３２…パイプ支持部材 ３４…湯口 ３６…湯道 ３８…冷し金 ３８ａ…スリット ４４…加熱器 ４６…温度検知手段 ５０…消失性模型 ７０…模型 ９０…樹脂成形用
金型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｃ 33/38 9543−4Ｆ Ｂ２９Ｃ 33/38

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳鉄製補強金型部を所定の温度に加熱する
   工程と、 キャビテイ面に冷し金が配設された砂型と前記加熱され
   た鋳鉄製補強金型部とを型締めする工程と、 前記鋳鉄製補強金型部と前記砂型との間に形成されたキ
   ャビテイに溶融アルミニウム合金を注湯することによ
   り、前記溶融アルミニウム合金の凝固が該鋳鉄製補強金
   型部のキャビテイ面表層部側より該砂型のキャビテイ面
   表層部側で促進され、これによって前記鋳鉄製補強金型
   部にアルミニウム合金層を積層した複合材製金型を製造
   する工程と、 を有することを特徴とする樹脂成形用金型の製造方法。
2. 【請求項２】鋳鉄製補強金型部と、 前記鋳鉄製補強金型部を予め所定の温度に加熱する加熱
   手段と、 キャビテイ面に冷し金が配設される砂型と、 を備え、 前記加熱された鋳鉄製補強金型部のキャビテイ面と前記
   冷し金が配設された砂型のキャビテイ面との間には、溶
   融アルミニウム合金が注湯されるキャビテイが形成され
   ることを特徴とする樹脂成形用金型の製造装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の製造装置において、前記冷
   し金は、前記キャビテイを形成するキャビテイ面側表面
   部に凹凸部位が設けられることを特徴とする樹脂成形用
   金型の製造装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の製造装置において、前記鋳
   鉄製補強金型部には、注湯タイミングを設定するため
   に、任意の部位の温度を検知する温度検知手段が設けら
   れることを特徴とする樹脂成形用金型の製造装置。