JPH02172708A - 成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本９．［ＪＩはプラスチ、７りやセラミックのフィルム
、シート、パイプなどを押出成形したり、ブラスチウク
やセラミックの複雑形状品を射出成形したり、あるい（
よ圧縮成形したりするために用いられる成形型に関する
。

（従来の技術） 成形型の材質としては、一般に３５０Ｃ鋼やＳｃ　Ｍ　
４　＃ｆ　’：？か用いられており、特殊用途としては
ＳＵＳ鋼か用いられている。

これらの成形型はこのままで使用すると離〃性か一隼常
に悪いのでクロムメツキを施したり、ステアリン酸亜鉛
系かシリコーン系の＃型剤を塗布したりし゛Ｃ＃型性を
保つようにしていた。

例えば、特開昭５９−１０１３２０号公報に開示されて
いるように、型の成形面に炭化珪素等を高周波スバ・・
ｌ全リンク法によって被覆することによってｌｌ型性の
改善と付着物の防止を図ることか提案されている。

しかし、押出成形や射出成形あるいは圧縮成形は高温高
圧下で行われ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、めっき溶射、塗布等に
よる金型表面の性情薄膜では接着力か弱く、途中で剥離
したりしてその効果はＦ分発揮されていないのか現状て
あった。

一方、従来の成形型は成形！ｌＴｈ質中に台土れる添加
物の種類によって腐食性のガスを発生して、そのガスに
よって腐食されたり、さびか発生するので、それを防！
トするためいろいろな合金か型材料とｌノて開発されて
きた。しかし、これらの金属材料＋、１高価であり、９
品コストの面から問題かあった。

また、従来の成形型は、半導体装置のパッケージ川樹脂
など成形樹脂に二階「ヒ珪素粉が混入されている場合に
は摩耗して成形型の寿命がｉｔｆかくなるという問題が
あった。その対策としては１例えば特開昭６１−１９３
８１４号公報に記載されているように、成形型の摩耗部
分に超硬合金を使用して摩耗を抑制する方法かある。し
かし、この方ｎ、では型構品か複雑になって加［−もむ
ずかしく成形型の製作により多くの層間を要することと
なる。

成形型の製作に−）いＣは、最近は少１絆多品種の製品
の傾向が見られ、そのために低コス１−で多品種の成形
型の量産化かＩＭられてきているう工表形Ｎ！の！Ａ造
ココストドけるためには高速度の型加「や型材質の４！
ＧＩａｔか不可欠で、カーボン’ｉｆｆ極を用いた放電
加重法や電鋳法、ＮＣフライス盤等ケ用いた機＆Ａ加圧
法か多用され、型材質としてＪ４硬合金や炭素合金、亜
鉛合金などの各種合金が利用されている。

しかし、十分に成形ヤ！の生産性を上げてコストダウン
を図ることかできていないのか現状である。

（発１」か解決しようとする課題） ｋ　９：ｌ’ｊＪは、このような５悄に！みなされたも
のである。

すなわち、従来の成形型は、型表面にクロムやニラケル
等のコーティングを行ったり、各種離型剤を用いないと
、離型性を確保することか出来ないという問題かあった
。また１夢表面にクロムやニッケル等のコーティングな
ＣＶＤ、ＰＶＤ、−ｊツキ、溶射、塗布などで行なって
も、表面被膜の接着力か十分でなく、早期に！１＃する
という問題かあった。

また、従来の成形型はさびか発生したり、またアミン系
、硫黄系、金属石けん類などの安定剤や各種ｎ（塑剤等
から発生する腐食性ガスによる浸食も起こるという問題
があった。

さらに、成形ヤの摩耗を防１にするために、摩耗部分に
超硬合金を使用したりするので、型Ｓ造か複雑になって
加工もむずかしく成形型の製作により多くの時１１ｊｌ
を要するという問題があった。又炭化珪素などの硬質物
質を型表面に沈積被膜化させて、ａ彫型に耐摩耗性を付
与する試みもなされたが、このような波膜化方法てＬ：
を型と被膜の？５看は１ζ理的な嬢１］によるため接着
力が弱く、長時間効果を持続することは出来なかった。

方、従来の成形型では、材料自体か高価であるというこ
とや、それを加圧するのに長持間を要し、ｆ、什トげＮ
の機械却下り外の人手に多くの時間を要するということ
か成形型製作のコストアップの要因となっていた。

成形作業の作業性に関しては、従来の金属製の成形型は
屯ｖ物であるため１例えば多層シー１〜の成形に用いら
れる多層用フラヮトタイとしての成形ヤシは６層シート
までの成形しか出来ず、より多層のシートの押１ｊ成形
か望まれていた。同様に射；ｔ：　ｓ＆形型もその型開
の点で寸法、形状か限られるという問題かあった。

本定明はこのような問題点を解決し、＃、型性に優れ、
かつ高強度て耐１’？耗性や耐腐食性かあり、加Ｉか容
易で軽ｊλな成形型を提供することをＬＩ　ｒっとして
いる。

（課題を解決するための−「段） 本発明は型の一部又は全部が黒鉛材料より成りその黒鉛
材料の−・部又は全部な炭化珪素に転化してなる成形型
を要旨とするものである。

すなわち、本発明ては成形型の表面層に一酸化珪素ガス
を浸透拡散させる等により、成形型の構成材料である黒
鉛と反応させて炭化珪素に転化させることを特徴として
いる。

このような未発１１の成形型は、０も安定て化学的に腐
食されなし・黒鉛を素材にして、型の表層自体が一酸化
珪素と反応して炭化珪素に変でヒしたものであるから、
境界は完全な連続の１轟となっており、高温高圧下ての
祿り返し使用によって珪化層か剥離することはなく長１
ｔＪＩにわたって離型性。

耐摩耗性、耐腐食性を確保することがてきる。

本発明の成形型の素材となる黒鉛材料は、その製造方法
のちがいによって異方性のものと等方性のものがある。

Ｗ方性黒鉛はその原才４粉を成形するのに一軸加圧のプ
レス機を用い、等方性黒鉛は静水圧加圧のラバーブレス
機を用いる。本発明の成形型では機械的性質、熱的性質
等の４特性がどの方向でもほぼ一定である等方性黒鉛を
用いる方か好ましい。これは効率的な材料取りが出来る
ことと成形型の加熱冷却及び剛性などの設計か簡単にな
るからである。

また、黒鉛材料は、射出成形時の圧力に十分−えるため
、圧縮強度か８００　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｒｒ′以上で
あることが望ましい。

従来から用いられている金属製の成形型では、それ自体
に微細気孔は存在しないので、被成形物の各種プラスチ
ックやセラミ・・Ｉりに含まれる加熱によって揮発する
添加物のガス抜きを十分に行うことができていなかった
。しかし１本発明では黒鉛材料の微細気孔を生かして１
ガス抜きを十分に行える成形型にすることかてきる。す
なわち、水銀ポロシメーターを用いることによっ′Ｃ１
木銀圧入法で測定される７５Å〜７５０００人の径を有
する微細気孔の占める容積か０−０２ｃｃ／ｇ〜０．２
５ｃｃ／ｇである黒鉛材料を用いればよい 次に、以上のような黒鉛材料を用い″ＣＮＣボール盤、
ＮＣフライスｇ１等で型部の形状などを高速船［する。

黒鉛材料は金属材料に較べ重切削でき、前二［：のスビ
ートアウブか図れる。

このようにして加−「した黒鉛製の成形型の一部又は全
部を炭化珪素に転化させる方法としては、珪素蒸気又は
各種珪素化合物と反応させるコンバー　５８１ン法、コ
ンバージコン法のガス発生ふと同し充填剤を用いたバウ
クセメンテーションを応用した方法かある。最も好まし
い方法として一酸化珪素ガスと黒鉛型を次式のように反
応させることにより、型の形状を保持したまま行うコン
バージョン法があげられる。

ＳｉＯ（ｇ）＋２Ｃ＝ＳｉＣ＋ＣＯ（ｇ）この反応は１
３００℃〜２３００℃の温度範囲で加熱することにより
進行する。ここて−Ｍ化珪東ガスを発生させるには、ガ
ス発生源として珪素粉とＴ″、酸化珪素粉の混合体、又
は炭化珪素粉と−Ｈ化珪素粉の混合体、あるいは炭素粉
とニー、酸化珪素粉の混合体、その他各種珪素化合物を
１２００℃〜２３００℃に加熱することにより行うこと
かてきる。

黒鉛型の一部父は全部を炭化珪素に転化させるには一酸
化珪素ガスの発生源と接触しないように回−・黒鉛容器
にＪｔＬ’ｖ”！　シ、−酸化珪素ガス発生源から黒鉛
型の表面へ一酸化珪素ガスを導入して黒鉛型の微細気孔
を通して、−酸化珪素ガスを拡散させて珪１ヒ反応を行
なわせる。

黒鉛型の希望する部分だけを炭化珪素層に転（ヒさせる
には、１Ｆｉ１ｐする部分以外は黒鉛板等を当ててマス
クさせることによって、−・酸化珪素ガスとの接触を断
つことにより行うことがＣきる。。

なお、黒鉛型と一酸化珪素とを反応させて黒鉛型表面を
炭化珪素に転化させるとき、処理温度を１３００℃−２
３００℃の範囲で選択することによって型表面の珪化層
の中に未反応炭士な残留させ、炭化珪素性の割合である
珪化率をいろいろ変えたものをつくることかできる９又
１処理温度のほかに処理時間を、３１箇することによっ
ても型表面の珪化層の厚さをコントロールすることがで
きる。珪化層の厚さは０．１ｍｍ〜１．５ｍｍか好まし
い。その他、−酸化珪素の濃度を潤油することによって
珪化率、珪化層の厚さをコントロールすることかてきる
。

（発明の作用） 本発明では、成形型の表面層から一酸化珪素ガスを浸透
拡散させ、黒鉛型自体と反応させて炭化珪素に転化させ
ることが＃徴となっており、ＣＶＤ法やＰＶＤ法、ある
いは、メツキ、溶射、塗布のような方法を使って金属製
の型トに各種物質を沈積被膜化したちのとは根２（的に
違っている。

つまり、ｃ　Ｖ　Ｄ　ｆ−１やＰＶＤ法、あるいはメツ
キ、溶射、塗ＩＩｉなどに上りてｆ）られた金属製の型
表面は各種の沈積被膜物質と型表面かファン・デル・ワ
ールスカＴによる↑−理的接着のみで結合しており、プ
ラスチックやセラミックの成形型として用いられた場合
、高温高圧下での繰り返し７使川ては沈ＴＡ　′ｍ膜物
質か熱膨張差や剪断応力等が原因となって剥離を起こし
、離型性、耐ｙ！耗性、耐腐食性をＩ＋１−期に損う。

しかし、本発明の成形型は素材か最も安定て化学的に腐
食されない黒鉛であり、型の表層自体か一酸化［［素と
反応して１に化珪素に変化したものであるから境界は完
全な連続の組織となっており、高温高圧下での繰り返し
使用によって珪化層が剥浮することはなく　ＬＱ　１ｔ
ｌｌにわたって離型性、耐摩Ｊｔ性、耐腐食性を確保す
る。

又、本発明の成形型の炭化珪素に転化した表層は基材の
黒鉛材料の微細気孔と同じ構造であり、珪化反応によっ
て変化しないことは反応の形態からも、又実際の測定の
結果からもわかっている。

このことによって、成形型として使用した場合、被成形
物に含まれる揮発性物質が抜けやすく、金属製の成形型
のように被成形物からの発生ガスをそのまま滞留させる
ようなことは起こらないのでそのことによる成形製品の
トラブルは防ぐことがてきる。

成形型を製作する際の加工性に関しては、基材かひしよ
うに加工ｔ、やすい黒鉛材料を用いているため、複雑な
形状を速く機械油［し、その精密で複雑な形状を保持し
たまま表面層をｆｉｌｌ！ｉ質物質である炭化珪素に転
化する。

金属材料で成形型を製作する場合、金属の切削は刃物の
くさび作用で切粉なａ続排出し、砥石研摩では砥石に切
粉の熟的、化学的融着か起こるため、刃物、砥石の、３
速回転や重切削はてきない、しかし　、１人＋鉛材料で
は切粉か不沖統で粉じん状であるため、フロア−等て切
粉の機中を行いなから刃物、砥石の高速回転や重切削を
行い精密加工できるため４手前「はほとんど必要ない。

成形型の屯埴に関しては、黒鉛材料のかさ密度は一般に
１．４０〜１．９５の穢囲にあり、鉄の約１／６と軽い
。なお、黒鉛材料の微細気孔分布等の点から、黒鉛材料
の好ましい嵩密度は１．７０以１−である。

次に５本発明を実施例によって１体的に説明する。

（実施例） 叱１１ コークスとコールタールピッチよりなる配合物を加８混
練してイ１トられた混練物を粉砕後、ラバープレスで成
形して焼成、黒鉛化し、室温から１０００℃まてのハｊ
彫Ｉ恥係数か５．０ｘｌＯ−’℃−１７５Å〜７５００
０人の径の微細気孔容ＭＯ，０５ｃｃ／ｇ、かさ密度１
．８５の等方性黒鉛材料を得た。

この等方性黒鉛材料を用いて第１図に示すような射出成
形用の成形型の固定型ＣＩ）、可動型（２）ガーｆトビ
ン（５）？作製した。これらを珪素粉と二階化珪ぶ粉の
混合成形体１．５ｋｇ　（モル比ｌ　ｌ）と接触しない
ように同一黒鉛容器に入れ密閉し、１９５０℃で加熱し
、この温度で９０分間保持して１表面層を炭化珪素に転
化した。

この処理の結果、第１１″Ａの断面図に示すように等方
性黒鉛（１）　、　（２）　、　（６）の表面層か約０
．６ｍｍの厚さでβ型炭化珪素に転化した層（３）を持
った射出成形１■の成形型（７）を作製した。

この成形型製作に要した加−［時間は金属製の成形型製
作に較べ約１７３に短縮できた。

得られた射出成形用のｊ＆形型（７）を用いてポリアミ
ド樹脂を２５０時間時間１続成形した。その結果成形型
への付着１軒、及び離型不良等のトラブルは発生しなか
った。

夫源−一〜？ 実／Ａ＠Ｉと回し等方性黒鉛材料を用いて、ｌ’ｉｉ′
ｌＵ・珪化処理を施し１球状成形用のＩ＆杉型を作製し
た。この成形ヤの製作に要した加重咋間は金属製の成形
型製作に比較して、約１／４に短縮できた。

得られた射出俵、形型を用いて窒化珪＄微粉末と添加剤
との混合物を成形してベアリング用の球状成形体を津続
成形した。その結果、空洞、巣、凹み、ピケ及び年輪状
のさざ波模様等は発ノ１．せず、離型不良や付ｒｆ物も
認められなかった。父、金属製の成形型の摩耗縫と比較
して本実ｍｆｉ１の成形型の摩耗賃は約１／３てあった
。

実施例３ 実施例１と回じ等方性黒鉛材料を用いて、ｆｉＪｌＵ。

珪化処理を施し、第２図に示すようにβ！１５化ｒｔ素
に転化した層（Ｊ）を持った８層シート押：１シ成形用
フラットタイ（８）を作製した。このフラットダイを用
いて多数マニホールド法で８層の多層複合シートを押出
成形した。その結果、シート表面の＋ＬＩｉ！？性を保
ち、厚みか均一で層間接着力の強固なシートか得られた
。

（発明の効果） 以り説明したように、本発明の成形型は型表面に薄型剤
を用いることなく、さびや腐食か発生せず、プラスチラ
フやセラミックの成形品との＃型性を確保することかで
きる。

又、成形型の表層か硬質の炭化珪素に基材の黒鉛と一体
て形成されているので、成形作業の繰り返して剥離する
ことはなく、従来の成形型にくらべその耐摩耗性を大幅
に向上させる。

また黒鉛を使用しているため化学的に安定しており、ア
ミン系、Ｉｉ＆黄系、金属石けん類などの安定剤や各種
可塑剤等−から発生する腐食性ガスによる浸食もない。

本発明の成形型材料である黒鉛材料は金属材料に較べて
ひじょうに軽いため作業性かよく、より大型で複雑な成
形型が作製でき、今までにない構造の成形品を連続的に
効率よく生産することかできる。

加重性の点では黒鉛材料をあらかじめ布下しておき、そ
の後、珪化処理をすれば形状をそのまま保って表層が炭
化珪素に転化するので、金属材料に較へ高速加重てき、
特にＰ　／ＩＩＩ下はほとんど行う心霊がないのて、結
果的に成形型を製作する際に材料費を含めに幅にコスト
ダウンできる。

一方、黒鉛材料には適度な微細気孔か存在するため、プ
ラスチラフ、セラミック中に仔！［ニオる揮発物質のガ
ス抜きか効果的に行え、より高品質の成形品を製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１ＵｔＩは未発［！１に係る成形型を射出成形用の戊
彫型に適用した例の縦断面間、第２図は本発すＪに係る
成形型を８層シート押出成形用フラットタイに適用した
例の！ｆｌａｋｙ面図である。 符　　　号　　の　　説　　明 １・・・固定型、２・・・可動型 ３・・・β型炭化珪素に転化した層。 ５・・・ガイドピン腫入孔、６・・・ガイドビン、７・
・・射出成形用の成形型。 ８・・・フラ・・ｔトダイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、型の一部又は全部が黒鉛材料より成り、その黒鉛
   材料の一部又は全部を炭化珪素に転化してなる成形型。 ２）、前記黒鉛材料が等方性黒鉛である請求項１記載の
   成形型。 ３）、前記黒鉛材料の圧縮強度が８００ｋｇ／ｃｍ＾２
   以上である請求項１又は２記載の成形型。 ４）前記黒鉛材料の水銀圧入法で測定される７５Å〜７
   ５０００Åの径を有する微細気孔の占める容積が０．０
   ２ｃｃ／ｇ〜０．２５ｃｃ／ｇである請求項１、２又は
   ３記載の成形型。