JPS636327B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は常温金属溶射の手段を用いて多様のイ
ンジエクシヨン成形用金型を製作する方法に関す
るものである。一般にインジエクシヨン金型を製
作することは困難な加工技術の一つに数えられて
いる。その理由は、金型といつてもその目的、用
途によつて、巾広い特性が要求され、特定の手段
であらゆる金型を製作することはできない。即ち
形態の難易、耐久性、耐圧性、精度、鏡面加工な
どの要素により、それに応じた加工手段を用いね
ばならないからであり、且つ加工方法自体、旋盤
等の単純な加工から、電鋳の利用、放電加工の如
く特殊で高度な技術であり長時間を要するもの
等、機械、化学、電気の広い技術分野にわたり、
これらの技法の使い分けをしなければならない
が、それは決して容易ではなく、一方製作依頼者
にとつても、求める金型が現在の技術で製作可能
なのか、コスト的に引き合うのかの判断さえつき
かねるものがあるからである。

本発明は、このような従来の硬質金属ブロツク
を彫つたり、削切したり、或は、加工容易な金属
をもつて作つた基本金型に硬質金属をメツキした
りする加工法とは全く異なり、先づ加工容易で且
つ熱に対して弱い材質、例えば木材、石膏、プラ
スチツクなどの非金属素材、又は銅、アルミニウ
ム等の低融点金属を用いて所望の原型（マスター
型）を作成し、次にこの原型表面に後述の水溶性
接着剤、例えば水ガラスとべんがら（四酸化鉄）
を主成分とする表面処理剤を塗布した後、原型表
面に常温金属溶射（特公昭47−25859号）の手段
で適宜な金属の溶射を行のうことにより、原型表
面に薄い金属被膜を形成し、さらにこの金属被膜
の上面に、安価な金属を常温溶射して、該表面層
を補強する補強層を形成する。補強層は後述のよ
うに金型の目的に応じ各種の手段を採用すること
ができる。この後原型と金属被膜との離型を行の
うことにより金型の基本的形態（金型基体とい
う）を得るのである。この金型基体はそのまゝ、
或は後述のような加工を施し、或はさらに補強手
段を加え、用途に適合した金型として完成する。

以上が基本的本発明金型製法であつて、その製
作過程には困難な技法の無いことが先づ知られよ
う。なお、本発明金型は表面研磨したり、金型冷
却用水パイプを附設することも、自由にできる。
また、本発明は上述の基本的な製法の外に、後述
の幾つかの応用金型製法も可能であつて、各種の
目的に応じた金型を自由に製作できる特異な製法
である。

上述の本発明金型製法の特徴を要約すれば、先
づ原型がいかに複雑でも、これを製作容易な素材
で作成することができ、その表面に金属を溶射す
るのであるから、複雑な原型の形を容易に移すこ
とができる。原型と金属被膜との離型が簡単にで
きるよう特殊の表面処理剤を使用し、または、原
型が低融点金属であればこれを溶解して除するこ
とができるから、離型は容易である。溶射金属被
膜は微少な連続気孔を有するので、これを利用し
て、この気孔内に樹脂を含浸させ、金属皮膜の補
強をはかり、そのまゝ簡単な使途の金型とする、
などの応用製法も行える。そして、これらの金型
製作過程に用いられる技術は、さほど高度なもの
でないから、容易に習得できる。従つて金型を安
価に製作できることとなり、大いに産業の発展に
寄与するものであり、さらに省エネルギー省資源
の見地からも優れた発明である。

本願発明実施の一例を図面について説明する。

一般にインジエクシヨン金型は、例えば、第１
図に示す物品をつくるには、雌型１と雄型２の一
組の金型（第２図）をもつてキヤビテイを形成
し、この中へ樹脂等を注入して成形物を得るもの
であるが、一方だけについて製法を述べれば本願
発明技術が理解できるので、以下雌型について述
べる。第１図のＡは原型（マスター型）で最終的
に得ようとする形体であるが、これを加工し易い
材質、例えば木材、石膏、プラスチツク或は、融
点の低い加工容易な金属例えば、銅、アルミニウ
ムなどを用いて作るのである。この原型の表面に
前処理として表面処理剤を塗布し、その被膜３を
つくる。表面処理剤は水溶性接着剤例えば、水ガ
ラス、デキストリン、にかわ等の稀釈液にべんが
ら（四酸化鉄）を混入して成るもので、原型表面
の補強と、次に行のう金属溶射に於ける金属の附
着を良好にし、且つ原型とその上に形成される金
属被膜との離型を容易にする効果のあるものであ
る。と言うのは接着剤であるから、原型の表面を
保護、補強し、石膏などの表面損傷を予防するも
のである。またべんがらの存在により、金属溶射
に際し、溶射される金属微粒子が、このべんがら
微粒子とよく結合し、金属被膜の形成を良好にす
る。さらに水溶性接着剤であるから、乾燥時は固
化しているが、水分を給与することにより軟化
し、原型と金属被膜の離型を容易にするのであ
る。この表面処理剤の利用により、原型用素材と
して、木材、石膏など硬度の低いもの、脆弱なも
のも使用することができるものである。もつとも
超硬金属を用いて金型をつくる場合や、大形の金
型をつくる場合などは、アルミニウム、亜鉛、銅
などの金属が用いられるが、この場合も同様に表
面処理剤の効用は大きい。

次に表面処理剤を塗布し、皮膜３を形成した原
型の上に常温金属溶射による金属溶射を行のう。
すなわち原型の表面に金属微粒子が固着し、原型
の形状に応じた金属微粒子の皮膜４（表示層とい
う）が形成される。普通ニツケルやクローム或は
これらの合金、又はステライト、やステンレスの
ような硬度の高い金型適性金属を用い0.5mm〜１
mm程度の厚さの皮膜を形成する。常温金属溶射の
手段による金属皮膜は、金属微粒子相互のからみ
合い結合であつて、皮膜自体極く微少な連続気孔
を有するもので、それは５〜10ミクロン程度のも
のであるから、例えばスリガラスのような粗面を
呈するが、研磨、メツキ等により鏡面化すること
は容易である。

この金属皮膜表面層４の上にさらに安価な金
属、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛等を常温溶
射して、該表面層を強化するための第２の層５を
形成することが好ましい（以下補強層という）。

補強層は上記金属に限らず、熱硬化性プラスチ
ツク、例えばエポキシ樹脂の層をもつて代えるこ
ともできる。また金型の使途にもよるが、カーボ
ン繊維やガラス繊維を混入して強化プラスチツク
とする場合がある。さて、このようにして形成さ
れた表面層と、補強層とより成る金属皮膜層は、
原型と離型させる必要があるが、これは上述のよ
うに表面処理剤に水分を給与することによつて、
容易に両者の離脱が可能で、原型より外された金
属皮膜は、原型の形状をそのまゝ写し取つた雌金
型の基本形６をなすものである。（以下金型基体
という）。

ここに得られた金型基体は、そのまゝで実用金
型として用いられるが、しかし普通な次のような
加工を加えることが好ましい。先づ雄雌両型の嵌
合の便を兼ねて、桝形の枠７内に該金型基体を置
き、枠７と金型基体６とを固着するため、亜鉛、
アルミニウム、銅等の金属を常温溶射により、金
属で両者を一体的に結合する方法、または溶融し
た金属を流し込んだり、セメントを詰めるなど、
いわゆる充填部８により桝内を埋めて両者を一体
的に結合する。グリツトを利用することもでき
る。なお、金型が大きくなり、また相当の圧力に
耐えるものとするには、充填部の内部にＬ型鋼Ｈ
型鋼などの型鋼９を埋設する方法を用いる。ま
た、金型は実際の使用に際しては、高温となるか
ら冷却機構を附設することも大切で、例えば冷却
水用パイプ１０を金型基体の形状に応じて配置
し、充填部８に埋設することも必要となる。これ
らの装置、機構の取付けについても、本発明は充
分に対応できるものであるのみならず、表面層の
金属は硬度の関係で選択の範囲は限られるとして
も、補強層の金属は、熱伝導性の良好な金属を自
由に選べること、及びその厚さも自由に設計でき
るから、放熱効果の良好な金型を得ることができ
るもので、これは従来の金型製法では全く達成で
きるものではなく、本発明独得の特徴の一つであ
る。

金型のキヤビテイ面の仕上げについても、自由
な加工が可能で、例えば金属溶射そのまゝの状態
では上記のように粗面を呈するが、これを研磨し
て平滑化し得るし、又各種メツキ加工を施すこと
により、鏡面仕上げをすることも出来る。この場
合に本発明の特徴として強調できることは、すで
に硬度の高い金属をもつて、表面層が出来上つて
いるので、メツキをするとしても極く僅かな量で
よいことである。従来の電鋳方式による金型製作
法では、電鋳によつて或厚さの金属層を形成しな
ければならないから、時間的にも又技術的にも
種々の難点があつたが、本発明にはそれらの難点
は考慮する必要が無い。

次に本発明金型製法による特殊な金型の例を以
下に述べる。先づ初めは、金型の一部に細長いピ
ン状部分が存在する（第５図）とか、薄いリム状
部分が必要とされる場合で、一般的にこのような
金型は製作困難なものである。例えば第５図イの
物品を作るには、同図ロの金型を必要とし結局は
熟練した手加工によらざるを得ないし、コストが
高くつくのは止むを得ない。この種金型も本発明
製法によると極めて簡単に製作できる。第６図に
示したように、ピン１１を硬質の金型用金属で予
めつくつておき、原型Ａ内へ図のように挿入し、
露出部を粗面化しておき、この状態で常温金属溶
射を行のうのである。かくすることによつて次に
原型と皮膜とを離型すると、ピン１１は金属皮膜
つまり金型基体６と一体的に結合し、原型から外
されて金型の一部を形成することになる。図示の
ようにピン１１の根部に凹凸１１′を設けておけ
ば、金属皮膜層、すなわち金型基体との結合は強
固なものとなる。その他結合を強固にする手段と
しては、ピンの根部を割つて傘状にひろげる等の
手段をとればよい。何れの手段によるとしても甚
だ優れた結果が得られ、例えば単なるピン部分の
ネヂ込みなどの手段と比較して数等優れたもので
ある。つまり従来極めて製作困難とされた、細長
いもの、薄いもの、をその一部に有する金型も容
易に製作可能となる。

次に金型基体６自体が有する微小な連続気孔を
利用し、この気孔内に樹脂を含浸させ、補強効果
を与えることにより、極めて製作工程の簡単且つ
安価な金型の製法について述べる。上述のように
常温金属溶射の手段でつくられた金型基体６を、
液状樹脂の中に入れる。例えばエポキシ樹脂のあ
まり粘度の高くない溶液１２を槽１３内に入れた
ものゝ中に金型基体を浸漬する。これを気密室１
４内に収納密閉し、気密室内の空気を別に設けた
（図示しない）排気装置によつて排除し、該室内
を減圧すると、連続気孔中の空気は泡状となつて
吸い出される。その後圧力を元に戻すに従つて樹
脂液は、空気の排除された気孔内へ浸入するこ
とゝなり、やがて気孔全体に樹脂液が浸入する。
かくして、樹脂含浸金型が得られる。この金型は
必要により表面研磨等の加工を適宜実施した後は
直ちに金型として使用し得る。もちろん上述のよ
うに桝形枠に装置することも自由である。

この方法による金型は試作品をつくる用途など
に主として用いるためのもので、最少限の使用に
耐え、安価であることが何よりの条件である。従
つて簡便で安価な上述の樹脂含浸金型はまさに好
適なものであると共に、この金型は、一般の樹脂
金型には求められない熱伝導性が極めて良いとい
う特徴を有する。つまり成形作業のサイクルが大
きく向上すること及び成形品の表面が光沢を有す
る美しい面として仕上ることである。

さて、本発明金型を実際に使用するに当つて採
用することが好ましい附加的技術について述べて
おく。その一つは、金型に設けられるスプルー並
びにランナーゲート部分は予め鋼材等で製作して
おき、溶射皮膜と一体的に固着する方がよい。と
いうのは高圧、高速度で樹脂がこれらの通路を通
るから、該部を溶射皮膜で形成することは得策で
ないからである。同様に、樹脂がキヤビテイ内に
射出される際、ゲートの対面で直接樹脂が衝突す
る金型部分に、予め鋼材等で製作した板片を金型
と一体的に固定しておくこと、また、雄雌金型の
位置を規制するための、ガイドピンとホール及び
エジエクターピンも予め鋼材等でつくつたものを
定位置に於て、金属皮膜と一体的に固着する手段
をとればよい。かくすることによりピンの摺動運
動で該部が特に磨損することに対する対久性を増
し、金型全体の性能を高める結果となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原型、第２図イ，ロは雌雄型、第３図
は桝形枠を示す、第４図は金型断面及び冷却水パ
イプを示す説明図、第５図は細いピンを有する金
型（一部切欠）、第６図は細いピンを有する金型
の製作状態を示す説明図で、第７図は気密室及び
樹脂槽を示す説明図である。 符号の説明−Ａ……原型、１……雌型、２……
雄型、３……表面処理剤皮膜、４……表面層、５
……補強層、６……金型基体、７……桝形枠、８
……充填部、９……補強型鋼、１０……冷却水用
パイプ、１１……ピン、１１′……ピン根部、１
２……樹脂液、１３……槽、１４……気密室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加工容易で且つ耐熱性の低い材質、例えば木
   材、プラスチツク、石膏、低融点金属等をもつて
   作成した原型の表面に、水溶性接着剤（例えば、
   水ガラス）とべんがら（四酸化鉄）を主体とする
   表面処理剤を塗布したものゝ上に、常温金属溶射
   の手段により硬度の高い金属、例えばニツケル、
   クローム又はこれらの合金、ステンレス鋼等を薄
   く溶射し、次にかくして形成された金属被膜層を
   補強するため、該被膜の上にさらに銅、アルミニ
   ウム、亜鉛等の金属の溶射被膜又は樹脂による補
   強層を形成した後、原型と離型して金型を得るこ
   とを特徴とする常温金属溶射によるインジエクシ
   ヨン成形金型の製法。 ２ 補強層として熱伝導性の良好な金属例えばア
   ルミニウムなどを用い、また補強層の厚さを冷却
   速度に応じて調整する特許請求の範囲第１項記載
   の常温金属溶射によるインジエクシヨン成形金型
   の製法。 ３ 補強層として、熱硬化性樹脂又はこれに各種
   繊維類を混入して成る強化樹脂層を金属被膜外面
   に形成する特許請求の範囲第１項記載の常温金属
   溶射によるインジエクシヨン成形金型の製法。 ４ 金型基体を金属溶射、又は金属流し込み、或
   は、樹脂やセメントにより補強すること、さらに
   必要により、型鋼等の鋼材をその中に埋設した補
   強体を形成する特許請求の範囲第１項記載の常温
   金属溶射によるインジエクシヨン成形金型の製
   法。 ５ 金型基体のキヤビテイ面に、硬質金属例えば
   ニツケル又はクローム等のメツキを施こすことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の常温金属
   溶射によるインジエクシヨン成形金型の製法。 ６ 金属被膜に補強層を附加した金型基体を予め
   用意した鋼製枠体内に定置し、金属溶射又は金属
   流し込み等適宜の手段によつて、該枠体と金型基
   体とを一体的に結合することを特徴しする特許請
   求の範囲第１項乃至第５項記載の常温金属溶射に
   よるインジエクシヨン成形金型の製法。 ７ 加工容易で且つ（又は）耐熱性の低い材質、
   例えば木材、プラスチツク、石膏、低融点金属等
   をもつて作成した原型の表面に、水溶性接着剤と
   べんがら（四酸化鉄）とを主体として成る表面処
   理剤を塗布したものゝ上に、常温金属溶射の手段
   により、硬度の高い金属例えばニツケルやクロー
   ム及びその合金、又はステンレス鋼等を溶射し、
   かくして形成された金属被膜を上記原型より離型
   した後、これを樹脂液の中に浸漬した状態で気密
   室内に入れ、該室の空気を排除して気圧を低下す
   ることにより、金属被膜の有する連続気孔中に存
   在する空気を排除した後、該気孔中に樹脂液を浸
   入させ、必要により、金型キヤビテイ面を研磨
   し、かくして得られる金型基体背面に、アルミニ
   ウム等の金属又は樹脂による補強層を形成して成
   ることを特徴とする常温金属溶射によるインジエ
   クシヨン成形金型の製法。