JPH11922A - 精密成形用金型及びその製造方法 - Google Patents

精密成形用金型及びその製造方法

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JPH11922A
JPH11922A JP15376297A JP15376297A JPH11922A JP H11922 A JPH11922 A JP H11922A JP 15376297 A JP15376297 A JP 15376297A JP 15376297 A JP15376297 A JP 15376297A JP H11922 A JPH11922 A JP H11922A
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JP
Japan
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heat transfer
wear
base material
molding die
transfer layer
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Application number
JP15376297A
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English (en)
Inventor
Kimitaka Maruyama
公孝 丸山
Sakae Takahashi
栄 高橋
Masayuki Shimada
真幸 島田
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication of JPH11922A publication Critical patent/JPH11922A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチックの射出成形に使用される精密成
形用金型において、キャビティ表面の温度分布の均一性
を向上させて、成形品の品質低下を伴うことなく成形サ
イクルの短縮を可能にするとともに高精度な成形を可能
にする。 【解決手段】 本発明の精密成形用金型は、金型のキャ
ビティ部7の表面に、母材部分1、2と比べて硬度が高
い耐摩耗層3、5が形成されているとともに、この耐摩
耗層3、5と母材部分1、2との間に、母材部分1、2
と比べて熱伝導率が高い伝熱層4、6が形成されている
ことを特徴とする。なお、好ましくは、金型の母材部分
1、2は、13Cr系ステンレス鋼またはダイス鋼で構
成され、伝熱層4、6は、NiまたはCuを鍍金または
溶射することによって形成され、耐摩耗層3、5は、T
iNをPVD法で堆積することにより形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチックの射
出成形に使用される金型に係り、特に、CD(コンパク
トディスク)、DVD(ディジタルヴィデオディスク)
などの高精度が要求されるプラスチック成形品を、高速
で射出成形する際に使用される精密成形用金型及びその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、CD、DVDなどの高精度が要求
されるプラスチック成形品を射出成形する際に使用され
る精密成形用金型には、例えば、13Cr系ステンレス
鋼からなる単一材料が使用されている。13Cr系ステ
ンレス鋼は、十分な機械的強度を備えるとともに、機械
加工性に優れているので鏡面加工が可能であり、プラス
チック成形用の金型として要求される条件を備えてい
る。精密成形用金型を製造する場合、通常、13Cr系
ステンレス鋼(例えば、SUS420J2)からなる素
材を粗加工してキャビティ部を形成した後、そのキャビ
ティ部の表面に鏡面仕上げを施すことによってキャビテ
ィ表面を形成していた。また、離型性を高めるために、
鏡面仕上げが施された上記キャビティ表面に更にTiN
などのコーティングを施すことも行われていた。
【0003】母材としてSUS420J2を用いた金型
は、上記の様に精密成形用の金型として適してはいる
が、その熱伝導率が0.06 cal/(cm・sec・℃)と比較
的低いので、溶融樹脂をキャビティ内へ射出充填した後
の冷却工程に時間がかかり、全体の成形サイクルが比較
的長くなる。これに加えて、溶融樹脂の射出充填の際及
びその後の冷却の際にキャビティ表面の温度分布が不均
一になり易く、それが成形サイクルを短縮する際の限界
を定め、また、より高精度な成形を行う場合の障害とな
っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来の精密成形用金型の問題点を解決すべく成されたも
ので、本発明の目的は、キャビティ表面の温度分布の均
一性を向上させ、それによって成形品の品質の低下を伴
うことなく成形サイクルの短縮を可能にするとともに、
より高精度な成形を可能にする精密成形用金型及びその
製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の精密成形用金型
は、プラスチック成形に使用される精密成形用金型であ
って、金型のキャビティ部の表面に、金型の母材部分と
比べて硬度が高い耐摩耗層が形成されているとともに、
この耐摩耗層と母材部分との間に、母材部分と比べて熱
伝導率が高い伝熱層が形成されていることを特徴とす
る。
【0006】なお、代表的な数値を挙げると、前記母材
部分の熱伝導率は0.08 cal/(cm・sec・℃)以下であ
り、前記伝熱層の熱伝導率は0.10 cal/(cm・sec・
℃)以上であり、前記耐摩耗層の硬度はHR C60以上
である。
【0007】好ましくは、前記母材部分は13Cr系ス
テンレス鋼またはダイス鋼で構成され、前記伝熱層はN
i、Cu、Ag、Au、またはこれらの合金のいずれか
で構成され、前記耐摩耗層はTiN、CrN、またはT
iAlNのいずれかで構成される。
【0008】好ましくは、前記伝熱層は鍍金法あるいは
溶射法を用いて形成される。鍍金法を用いる場合には、
前記伝熱層の厚さは、効果及び膜の品質の観点から20
μm以上、40μm以下が適当である。一方、溶射法を
用いる場合には、前記伝熱層の厚さは、同じく効果及び
膜の品質の観点から0.5mm以上、1mm以下が適当
である。
【0009】好ましくは、前記耐摩耗層はPVD法を用
いて形成される。その場合、前記耐摩耗層の厚さは、効
果及び堆積に要する時間の観点から3μm以上、5μm
以下が適当である。
【0010】本発明の精密成形用金型によれば、キャビ
ティの表面を上記の様に構成した結果、溶融樹脂を射出
充填する際には、耐摩耗層の下に設けられた伝熱層によ
ってキャビティ表面全体の温度が速やかに上昇するの
で、溶融樹脂が流れ易い状態が維持され、キャビティの
隅々まで溶融樹脂が確実に充填される。一方、金型の母
材部分は、その伝導率がキャビティの表面と比べて低い
ので保温機能を果たし、溶融樹脂の充填を妨げることは
ない。従って、溶融樹脂の射出充填を高速かつ確実に行
うことができる。
【0011】また、射出充填後の冷却の際には、前記伝
熱層は、充填された樹脂からの熱を効率的に外部へ逃が
すとともに、キャビティ表面の温度分布を均一に保つ役
割を果たす。このため、より速やかに冷却が行われ、高
速で冷却しても充填した樹脂、即ち成形品の温度分布を
比較的均一に保つことが可能になり、成形品の品質の低
下を伴うことなく、冷却時間を短縮することができる。
また、キャビティ表面には、硬度の高い材料からなる耐
摩耗層が形成されているので、射出成形用の金型として
十分な寿命を備えている。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に、本発明に基づく精密成形
用金型の構造の一例を示す。この精密成形用金型はコア
部が金型本体の中に収容された複合構造の金型であり、
図中、1は固定側コア(母材部分)、2は移動側コア
(母材部分)、3は固定側コアの耐摩耗層、5は固定側
コアの伝熱層、4は移動側コアの耐摩耗層、6は移動側
コアの伝熱層、9は固定側金型本体、10は移動側金型
本体を表す。固定側のコアの耐摩耗層3と移動側コアの
耐摩耗層4との間にキャビティ7が形成され、このキャ
ビティ7に溶融樹脂が充填される。なお、11は射出ノ
ズルを表す。
【0013】(例1)次に、図1に示した精密成形用金
型の固定側コア及び移動側コアの製造方法の一例につい
て説明する。
【0014】先ず、固定側コア及び移動側コアの母材部
分1、2は、次の様に製造される。即ち、SUS420
J2の素材を粗加工の後、硬度(HR C)が50〜58
程度になる様に焼き入れを施す。次いで、これを510
℃で焼き戻した後、研磨加工を行い、表面を1.6S程
度に仕上げる。
【0015】次に、以上の様にして製造された母材部分
1、2の表面の内、キャビティ7が形成される部位にN
iを鍍金することによって、厚さ20〜40μm程度の
伝熱層4、6を形成した後、この伝熱層4、6の表面を
鏡面に研磨する。なお、Niの熱伝導率は0.14 cal
/(cm・sec・℃)程度で、SUS420J2の熱伝導率
(0.06 cal/(cm・sec・℃))の約2.3倍であ
る。
【0016】次に、以上の様にして形成された伝熱層
4、6の表面にPVD法(温度100〜300℃)を用
いてTiNを堆積し、厚さ3〜5μm程度の耐摩耗層
3、5を形成する。最後に、この耐摩耗層3、5の表面
を研磨して鏡面状態に仕上げる。
【0017】以上の方法によって製造された精密成形用
金型を用いて、ポリカーボネイトの射出成形を実施した
ところ、従来の構造の金型を用いた場合と比較して、射
出充填の際の樹脂温度の低下幅が減少し、10%程度低
い圧力で樹脂を充填することができた。更に、従来の構
造の金型を用いた場合と比較して、射出後の冷却時間が
15〜25%程度、短縮され、全体の成形サイクルを約
10〜20%短縮することができた。
【0018】なお、伝熱層4、6には、以上の例におい
て使用したNi鍍金の他に、Cu、Ag、Auなどによ
る鍍金を使用することもできる。なお、Cuの熱伝導率
は0.92 cal/(cm・sec・℃)程度で、SUS420
J2の約15倍であり、Agの熱伝導率は1.00 cal
/(cm・sec・℃)程度で、SUS420J2の約16倍
であり、Auの熱伝導率は0.71 cal/(cm・sec・
℃)程度で、SUS420J2の約11倍である。
【0019】また、耐摩耗層3、5には、以上の例にお
いて使用したTiNの他に、CrNあるいはTiAlN
を使用することもできる。なお、TiNは、先に従来の
技術の項で述べた様に、離型性を高める機能も有してい
る。
【0020】(例2)図1に示した精密成形用金型の固
定側コア及び移動側コアの製造方法の他の例について説
明する。
【0021】先ず、固定側コア及び移動側コアの母材部
分1、2は、次の様に製造される。即ち、SUS420
J2の素材を粗加工の後、研磨加工を行い、表面を1.
6S程度に仕上げる。
【0022】次に、以上の様にして製造された母材部分
1、2の表面の内、キャビティ7が形成される部位にN
iを溶射することによって、厚さ0.5〜1.0mm程
度の伝熱層4、6を形成する。次いで、伝熱層が被覆さ
れた状態で母材部分1、2に焼き入れを施し、更に、こ
れを510℃で焼き戻した後、伝熱層4、6の表面を鏡
面に研磨する。
【0023】次に、以上の様にして形成された伝熱層
4、6の表面にPVD法(温度100〜300℃)を用
いてTiNを堆積し、厚さ3〜5μm程度の耐摩耗層
3、5を形成する。最後に、この耐摩耗層3、5の表面
を研磨して鏡面状態に仕上げる。
【0024】
【発明の効果】本発明の精密成形用金型によれば、金型
のキャビティ部の表面に、母材部分と比較して硬度が高
い耐摩耗層を形成するとともに、この耐摩耗層と母材部
分との間に、母材部分と比較して熱伝導度が高い伝熱層
を設けることによって、金型の機械的強度を損なうこと
なく、キャビティ部の表面硬度を高めて耐摩耗性を向上
させると同時に、キャビティ部の表面近傍の伝熱特性を
高めることができる。この結果、樹脂を充填した後の冷
却時間が短縮され、精密射出成形における成形サイクル
を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく精密成形用金型の一例を示す断
面図。
【符号の説明】
1・・・固定側コア(母材部分)、 2・・・移動側コア(母材部分)、 3・・・耐摩耗層、 4・・・伝熱層、 5・・・耐摩耗層、 6・・・伝熱層、 7・・・キャビティ、 9・・・固定側金型本体、 10・・・移動側金型本体、 11・・・射出ノズル。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチック成形に使用される精密成形
    用金型であって、金型のキャビティ部の表面に、金型の
    母材部分と比べて硬度が高い耐摩耗層が形成されている
    とともに、この耐摩耗層と母材部分との間に、母材部分
    と比べて熱伝導率が高い伝熱層が形成されていることを
    特徴とする精密成形用金型。
  2. 【請求項2】 前記母材部分の熱伝導率は0.08 cal
    /(cm・sec・℃)以下であり、 前記伝熱層の熱伝導率は0.10 cal/(cm・sec・℃)以
    上であり、 前記耐摩耗層の硬度はHR C60以上であることを特徴
    とする請求項1に記載の精密成形用金型。
  3. 【請求項3】 前記母材部分は13Cr系ステンレス鋼
    またはダイス鋼で構成され、 前記伝熱層はNi、Cu、Ag、Au、またはこれらの
    合金のいずれかで構成され、 前記耐摩耗層はTiN、CrN、またはTiAlNのい
    ずれかで構成されることを特徴とする請求項2に記載の
    精密成形用金型。
  4. 【請求項4】 前記伝熱層は鍍金法によって形成され、
    その厚さは20μm以上、40μm以下であることを特
    徴とする請求項1から請求項3のいずれか記載の精密成
    形用金型。
  5. 【請求項5】 前記伝熱層は溶射法によって形成され、
    その厚さは0.5mm以上、1mm以下であることを特
    徴とする請求項1から請求項3のいずれか記載の精密成
    形用金型。
  6. 【請求項6】 前記耐摩耗層はPVD法によって形成さ
    れ、その厚さは3μm以上、5μm以下であることを特
    徴とする請求項1から請求項3のいずれか記載の精密成
    形用金型。
  7. 【請求項7】 プラスチック成形に使用される精密成形
    用金型の製造方法であって、 13Cr系ステンレス鋼またはダイス鋼からなる母材部
    分を加工した後、焼き入れを施し、 次いで、この母材部分の内、キャビティが形成される部
    位の表面を研磨し、 次いで、この表面に鍍金法を用いてNi、Cu、Ag、
    Au、またはこれらの合金のいずれかをコーティングし
    て伝熱層を形成し、 次いで、この伝熱層の表面を研磨し、 次いで、この伝熱層の表面にPVD法を用いてTiN、
    CrN、またはTiAlNのいずれかを堆積して耐摩耗
    層を形成し、 次いで、この耐摩耗層の表面を研磨して鏡面に仕上げる
    ことを特徴とする精密成形用金型の製造方法。
  8. 【請求項8】 プラスチック成形に使用される精密成形
    用金型の製造方法であって、 13Cr系ステンレス鋼またはダイス鋼からなる母材部
    分を加工し、 次いで、この母材部分の内、キャビティが形成される部
    位の表面を研磨し、 次いで、この表面に溶射法を用いてNi、Cu、Ag、
    Au、またはこれらの合金のいずれかをコーティングし
    て伝熱層を形成し、 次いで、伝熱層が形成された状態で母材部分に焼き入れ
    を施し、 次いで、伝熱層の表面を研磨し、 次いで、伝熱層の表面にPVD法を用いてTiN、Cr
    N、またはTiAlNのいずれかを堆積して耐摩耗層を
    形成し、 次いで、この耐摩耗層の表面を研磨して鏡面に仕上げる
    ことを特徴とする精密成形用金型の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4814410A (en) * 1986-12-03 1989-03-21 Bayer Aktiengesellschaft Binder containing ester groups and urethane groups, process for producing and use in the production of coatings
JP2014520007A (ja) * 2011-06-09 2014-08-21 ハスキー インジェクション モールディング システムズ リミテッド 成形型システムの接触構成部品のための耐摩耗性アセンブリ
JP2018061982A (ja) * 2016-10-13 2018-04-19 トヨタ自動車株式会社 金型の造形方法
WO2018096820A1 (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 国立研究開発法人産業技術総合研究所 木質流動成形用金型及びそれを用いた木質流動成形用金型システム並びに植物系材料からなる成形体の製造方法

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