JPH11937A

JPH11937A - 精密成形用金型及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11937A
Application number: JP15376397A
Authority: JP
Inventors: Kimitaka Maruyama; 公孝丸山; Sakae Takahashi; 栄高橋; Masayuki Shimada; 真幸島田
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1999-01-06

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５の表面に、金型の母材部分１、２と比べて硬
度が高く且つ熱伝導率が高い材料からなる被覆層３、４
が形成されていることを特徴とする。なお、代表的な数
値を挙げると、金型の母材部分１、２の熱伝導率は、
０．０８ cal／(cm・sec・℃) 以下であり、被覆層３、４
の熱伝導率は、０．１ cal／(cm・sec・℃) 以上である。
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、被覆層３、４は、
Ｂ₄ Ｃ、ＨｆＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、ＭｏＳｉ₂ 、ＨｆＢ
₂ 、ＭｇＯ、またはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金のいずれかで
構成される。

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、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
的低いため、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、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、金型のキャビティ部の表面に、金型の母材部分と比
べて硬度が高く且つ熱伝導率が高い材料からなる被覆層
が形成されていることを特徴とする。なお、代表的な数
値を挙げると、前記金型の母材部分の熱伝導率は０．０
８ cal／(cm・sec・℃) 以下であり、前記被覆層の熱伝導
率は０．１ cal／(cm・sec・℃) 以上である。

【０００６】好ましくは、前記金型の母材部分は１３Ｃ
ｒ系ステンレス鋼またはダイス鋼で構成され、前記被覆
層はＢ₄ Ｃ、ＨｆＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、ＭｏＳｉ₂ 、Ｈｆ
Ｂ₂、ＭｇＯ、またはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金のいずれか
で構成される。

【０００７】好ましくは、前記被覆層の形成は、ＰＶＤ
法あるいは溶射法を用いて行われる。ＰＶＤ法を用いる
場合には、前記被覆層の厚さは、効果、所要時間及び費
用の観点から、３μｍ以上、５μｍ以下が適当であり、
溶射法を用いる場合には、前記被覆層の厚さは、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。

【０００８】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、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、その熱伝導率がキャビティ表面と比
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。また、射出充填後の冷却の
際には、前記被覆層は、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
却することが可能となり、高速で冷却しても、充填され
た樹脂、即ち成形品の温度分布を比較的均一に保つこと
が可能となり、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。

【０００９】

【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は固定側コアの被覆層、４は移動側コ
アの被覆層、６は固定側金型本体、７は移動側金型本体
を表す。固定側コアの被覆層３と移動側コアの被覆層４
との間にキャビティ５が形成され、このキャビティ５に
溶融樹脂が充填される。なお、１１は、射出ノズルを表
す。

【００１０】（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。

【００１１】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。ＳＵＳ４２０Ｊ２の
素材を粗加工の後、硬度（Ｈ_R 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、その表面を鏡面に仕上げ
る。

【００１２】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、キャビテイ５が形成される部分に、
ＰＶＤ法（温度１００〜３００℃）を用いてＢ₄ Ｃを堆
積し、厚さ３〜５μｍ程度の被覆層３、４を形成する。
次いで、この被覆層３、４の表面に研磨加工を施して鏡
面状態に仕上げる。

【００１３】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
約１５％短縮され、全体の成形サイクルを約１０％短縮
することができた。

【００１４】なお、以上において、キャビティ部の被覆
層の材料としてＢ₄ Ｃを用いた例について説明したが、
金型の母材と比較して硬度が高く且つ熱伝導率が高いコ
ーティング材料として、例えば、次の表に掲げるものを
使用することができる。なお、次の表には、比較のため
母材の材料の熱伝導率も示してある。

【００１５】表１コーティング材及び母材の熱伝導率 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 材料熱伝導率 cal／(cm・sec・℃) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Ｂ₄ Ｃ０．２ＨｆＣ０．３７ＳｉＣ０．１ＷＣ０．１ＭｏＳｉ₂ ０．１ＨｆＢ₂ ０．１ＭｇＯ０．２６ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− １３Ｃｒ系ステンレス鋼０．０４〜０．０７ダイス鋼０．０４〜０．０８ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− （例２）図１に示した精密成形用金型の固定側コア３及
び移動側コア４の製造方法の他の例について説明する。

【００１６】先ず、固定側コア３及び移動側コア４の母
材部分は、次の様に製造される。ＳＵＳ４２０Ｊ２の素
材を粗加工し、研磨加工を行う。次に、以上の様にして
製造された母材１、２の表面の内、キャビテイ５が形成
される部分に、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金（熱伝導率０．
１４３ cal／(cm・sec・℃））を溶射し、厚さ０．５〜１
ｍｍ程度の被覆層３、４を形成する。次いで、被覆層が
形成された状態で母材１、２に焼き入れ、焼き戻しを施
した後、被覆層３、４の表面を研磨し、更に鏡面磨き加
工を施す。以上によって、表面硬度及び熱伝導率が高
く、且つ前の例（ＰＶＤ法によるコーティング）の場合
と比較して厚い被覆層が得られる。

【００１７】

【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、母材と比較して熱伝導率が高
く且つ硬度が高い被覆層を形成することによって、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ことができる。更に、
キャビティ部の表面の熱伝導率が高いので、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・・・被覆層、４・・・被覆層、５・・・キャビティ、７・・・固定側金型本体、８・・・移動側金型本体、１１・・・射出ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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く且つ熱伝導率が高い材料から
なる被覆層が形成されていることを特徴とするプラスチ
ック成形に使用される精密成形用金型。
【請求項２】前記金型の母材部分の熱伝導率は０．０
８ cal／(cm・sec・℃) 以下であり、前記被覆層の熱伝導
率は０．１ cal／(cm・sec・℃) 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。
【請求項３】前記金型の母材部分は１３Ｃｒ系ステン
レス鋼またはダイス鋼で構成され、前記被覆層はＢ₄
Ｃ、ＨｆＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、ＭｏＳｉ₂ 、ＨｆＢ₂ 、Ｍ
ｇＯ、またはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金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。
【請求項４】母材部分が１３Ｃｒ系ステンレス鋼また
はダイス鋼からなる金型のキャビティ部の表面に、Ｂ₄
Ｃ、ＨｆＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、ＭｏＳｉ₂ 、ＨｆＢ₂ 、Ｍ
ｇＯ、またはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金のいずれかからなる
被覆層が、ＰＶＤ法を用いて、３μｍ以上、５μｍ以下
の厚さで形成されていることを特徴とするプラスチック
成形用の精密成形用金型。
【請求項５】母材部分が１３Ｃｒ系ステンレス鋼また
はダイス鋼からなる金型のキャビティ部の表面に、Ｂ₄
Ｃ、ＨｆＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、ＭｏＳｉ₂ 、ＨｆＢ₂ 、Ｍ
ｇＯ、またはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金のいずれかからなる
被覆層が、溶射法を用いて、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以
下の厚さで形成されていることを特徴とするプラスチッ
ク成形用の精密成形用金型。
【請求項６】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く且つ熱伝導率が高い材料から
なる被覆層が形成されたプラスチック成形用の精密成形
用金型の製造方法であって、母材部分を、１３Ｃｒ系ステンレス鋼またはダイス鋼を
用いて加工した後、これに焼き入れを施し、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、ＰＶＤ法を用いてＢ₄ Ｃ、Ｈｆ
Ｃ、ＳｉＣ、ＷＣ、ＭｏＳｉ₂ 、ＨｆＢ₂ 、ＭｇＯ、ま
たはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金のいずれかを堆積して被覆層
を形成し、次いで、この被覆層の表面を研磨して鏡面に仕上げるこ
とを特徴とするプラスチック成形用の精密成形用金型の
製造方法。
【請求項７】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く且つ熱伝導率が高い材料から
なる被覆層が形成されたプラスチック成形用の精密成形
用金型の製造方法であって、母材部分を、１３Ｃｒ系ステンレス鋼またはダイス鋼を
用いて加工し、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Ｂ₄ Ｃ、ＨｆＣ、
ＳｉＣ、ＷＣ、ＭｏＳｉ₂ 、ＨｆＢ₂ 、ＭｇＯ、または
ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金のいずれかをコーティングして被
覆層を形成し、次いで、被覆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、被覆層の表面を研磨して鏡面に仕上げることを
特徴とするプラスチック成形用の精密成形用金型の製造
方法。