JPH0260495B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プラスチツク、ゴム等の成形用金
型に関するものである。

〔従来の技術〕

殴米諸国では、焼入れ硬化した材質を金型に使
用しているが、故障を起さず耐久性のある金型を
つくるには、型彫後焼入れ硬化するか、焼入れ硬
化済みの材料を型彫するかして行われている。

しかし、これだと硬い材質だけに型彫するのに
時間がかかり、後処理にしても歪の問題、加工費
の上昇などがあるため我国ではプラスチツク用金
型などの90％近くが焼入れしない材質を使用して
おり、必要に応じて焼入れした材質のものを使用
しているにすぎない。また、一般の金型加工につ
いてはキヤビテイの相違によるが、製造に長時間
を要し高度な技術を必要とするので、必然的に高
価なものとなるが、最近金型の量産化、すなわち
迅速加工によつて加工費を低減し、高速度に金型
を得る方法が開発され、実用化されている。例え
ば、コールドボビングと呼ばれる冷間加工、シヨ
ープロセス法、放電加工、電鋳法、さらに人手を
要しない全自動ならいフライス盤、全自動ボール
盤等が開発され、経済性の向上を図つている。し
かしながら、金型加工法の変遷はこれを利用する
金型鋼材の変化を伴ない、コールドボビング法で
は低炭素合金鋼が用いられ、放電加工法ではその
型鋼が焼入れ焼戻し済みの高硬度であつてもよく
超硬合金の加工も可能である。また簡易な鋳造法
による材質としては亜鉛合金（ZAS）、あるいは
ベリリウム銅が用いられ、金型の一部に利用され
ている。

一方、セラミツクスと金属とからなる複合材料
であるサーメツトは、一般にセラミツク粉末と金
属粉末とを混合し、圧縮成形したのち、これを焼
結して製造される。かかるサーメツトはセラミツ
クスの有する硬さは、耐摩耗性、耐食性、耐熱性
と、金属の有する強度とが組み合わされた長所を
有する。このようなサーメツトを金型に使用すれ
ば、従来のように金属を焼入れして硬度を高める
必要がなくなり、金型加工が簡易化される。

〔発明が解決しようとする問題点〕 かかるサーメツトを用いて金型を製作する場合
には、型とりに使用する母型の材質によつては数
100℃の温度あるいはそれ以下の温度で熱変形を
おこすことがあるために、通常の焼結方法をとる
ことができないという問題があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するために、この発明が講じ
た技術的手段（発明の構成）は、つぎのとおりで
ある。

すなわち、この発明の金型は、金属粉末、セラ
ミツク粉末および無機結合剤からなるものを加熱
加圧して成形した加熱加圧成形体を用いた基体
と、この基体表面に設けた吸水性の金属多孔質層
と、この金属多孔質層表面に設けた平滑な表面金
属層とを備えたものである。

〔作用〕

この発明によれば、金型基体は金属粉末、セラ
ミツク粉末および無機結合剤を加熱加圧して成形
した加熱加圧成形体により構成され、このような
基体は約400℃以下の低温度での加熱加圧により
簡単に金属光択を有する金型基体とすることがで
きる。

また、セラミツクスの有する欠点である脆さに
対して、前記金属粉末を用いるとともに、基体表
面を金属多孔質層および表面金属層で順次包み込
む構造とし、セラミツクスの脆さを補強してい
る。また、前記多孔質層は基体の加熱加圧時に基
体から滲出する水等の液体を吸収する作用があ
る。また、前記表面金属層は金型面を構成するも
ので、多数の気孔がある多孔質層表面を覆つて表
面を平滑にする作用がある。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図および第２図に基
づいて説明する。第１図において、１は金型基体
であり、この基体１は、金属粉末とセラミツク粉
末と無機結合剤とを混合し加熱加圧した加熱加圧
成形体で構成される。また、基体１表面には吸水
性の金属多孔質層２および平滑な表面金属層３が
この順に設けられて金型面を形成する。４は鋼材
の枠体である。

前記基体１を構成する結合剤はケイ酸塩類、ア
モルフアスシリカおよびコロイダルシリカを主成
分としたもので、水を媒介として接着作用をなし
ている。かかる結合剤は、たとえば特公昭55−
18673号公報および特公昭56−51150号公報に記載
されている。

また、金属多孔質層２は、100〜200メツシユ
（ASTM）の粒度の粗い金属粉末と前記とほぼ同
じ結合剤とからなる加熱加圧形成体で構成したも
ので、内部に無数の気孔を有する。この金属多孔
質層２の厚さは20〜30mmの範囲であるのが好まし
く、それより大なるときは基体１と金属多孔質層
２との境界部分での基体１の圧縮が不充分とな
り、またそれより小さいときは基体１の加熱加圧
時に基体１から滲出する水を十分に吸収すること
ができなくなり、残存した水によつて部分的に圧
縮不充分な箇所ができ、くぼみができることとな
る。

前記表面金属層３は金属単独または表面の硬度
を高めるためにセラミツク粉末を含んだ金属の電
着層または無電解メツキ層である。表面金属層３
の厚さは0.5〜３mmであるのが好ましく、それよ
り大なるときは経済的でなく、またそれより小な
るときは基体１を圧縮するときの加熱加圧に耐え
られなくなり容易に変形する。

第２図はこの実施例における金型の製造状態を
示す断面図である。すなわち、同図に示すよう
に、母型５の周囲支持台６上に鋼材（SK3）を用
いて枠体４を立設する。また、母型５の表面はあ
らかじめ保護膜７で被膜しておく。保護膜７は、
母型５が耐熱性であるが非電導性の材料のときは
金属還元膜やグラフアイトの塗膜等であり、金属
でつくつた電導性母型ではペイント、ラツカー、
グラフアイト等の剥離塗膜または金属酸化物、硫
化物等の剥離皮膜である。このようにして、保護
膜７を形成した母型５表面へ表面金属層３を施
す。しかるのち、前記枠体４内に金属多孔質層２
形成材料を所定厚みだけ充填し、さらにその上に
ペースト状の基体１形成材料を充填する。つい
で、この上からパンチで徐々に加熱加圧して、基
体１および金属多孔質層２を同時に加熱加圧成形
する。加熱温度は常温以上の温度でよく、結合剤
からみて1000℃以上でも可能であるが、母型５の
熱変形を防止するうえから450℃以下の低温域で
加熱加圧するのが好ましい。かくして、第１図に
示すような金型を得ることができる。

次に、基体１および金属多孔質層２の各作成例
につき詳細に説明する。

例 １ （基体１の作成）： 炭化ケイ素（平均粒子径0.7μｍ、Ａ−２タイ
プ、昭和電工(株)製）250ｇと亜鉛粉末（350メツシ
ユ、ASTM）250ｇとを混合し、ボールミルで約
５日間の長時間にわたつて混合した。これから
260ｇをとり、さらに300メツシユの亜鉛粉末740
ｇと混合し１Kgとした。この混合粉末は充分に混
合した。一方、結合剤として、３号ケイ酸ソーダ
120ｇ、２号ケイ酸ソーダ50ｇ、ケイ酸カリウム
10ｇ、アモルフアスシリカ120ｇおよびコロイダ
ルシリカ35ｇの混合液を調整した。これを約12時
間自然放置し、上層液と下層液とに分離させた。
ついて、上層液と下層液とを３：１の割合で混合
した。この配合した結合剤170ｇに結合調整液と
して水35c.c.、グリコール15ｇ、油15ｇと約2.5重
量％の硬化剤（ケイフツ化ソーダ）を添加した。
これと上記粉末とを混練して得た混練物を、加熱
加圧前の金属多孔質層２の材料を所定厚みだけ充
填した枠体４内に充填して、上述のようにパンチ
を用いて金属多孔質層２および基体１を同時に加
熱加圧成形した。この成形時に発する水分は金属
多孔質層２の働きにより徐々に除かれ、これによ
り基体１および金属多孔質層２中の各結合剤の結
合効果の向上が図られる。第２図に示された凹型
の母型５を用いる場合には、充填材（基体１の材
料）の圧縮時に凹部に水分がたまる傾向にある
が、この凹部にたまつた水分は金属層３と充填材
との間に設けた金属多孔質層２を介して基体１と
枠体４との間の隙間および金属層３と枠体４との
間の隙間から外部に逃がすことができる。

例 ２ （金属多孔質層２の作成）： ニツケル粉末（200メツシユ）と鉄粉（200メツ
シユ）とを１：１の割合で混合した混粉70ｇを用
意した。一方、例１と同じ結合液10ｇに硬化剤
（ケイフツ化ソーダ）2.5重量％を添加した混液に
水２c.c.を添加し、これに用意した混粉70ｇを徐々
に混合して混状混合物を得た。この泥状混合物を
金属層３を形成した枠体４に所定厚みだけ充填
し、さらに上記のような基体１の材料を充填し
て、基体１とともに加熱加圧して、水分をとばし
固化して金属多孔質層２を得た。このような金属
多孔質層２は非常に高い吸水性を有しており、ま
た基体１とともに加熱加圧されるときには水分が
上昇しようとする作用が加わるので、金属多孔質
層２の材料がたとえ水分の多い状態の泥状物体で
あつても基体１から溢出する水分を良好に吸い上
げることができ、したがつて水分の流出作用と温
度の上昇とのバランスがとれた状態で、基体１お
よび金属多孔質層２を低温で加熱加圧成形するこ
とができるのである。

本件発明者らは、金属多孔質層２の吸水性を調
べるために次に示す試験を行つている。すなわ
ち、上記泥状混合物を一晩放置し、一定の枠内
（内部の寸法は45×50×200（mm））に入れて圧力
100〜150Kg／mm²、温度400℃程度で加熱加圧成形
し、寸法45×50×５（mm）の板状の試料を作成し
た。すなわち上記金属多孔質層２と同等の試料を
作成した。また、多孔質煉互を上記の寸法（45×
50×５（mm））に切断して比較用試料とした。そし
て、第３図に示すように上記多孔質層２に相当す
る試料１１を水槽１３内の水１４中に浸漬し、上
方側の表面１５全体が湿つてくるまでの時間を測
定することにより、水分の吸い上げ能力を調べ
た。同様の測定を上記比較用試料に関しても行つ
た。その結果、金属多孔質層２に相当する試料１
１では、３分弱で水分を吸い上げたのに対して、
上記比較用試料では21分強の時間を要した。この
結果から、上述のようにして作製された金属多孔
質層２は、多孔質煉互の７倍以上の高い吸い上げ
能力を有することが理解される。

〔発明の効果〕

この発明によれば、セラミツクスを用いること
による脆さの欠点が金属粉末、金属多孔質層およ
び表面金属層によつて補なわれ、硬度の高い金型
を簡単につくることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図
はその製造状態を示す断面図、第３図は金属多孔
質層２と同等な試料１１の吸水性に関する試験方
法を簡略化して示す斜視図である。 １……基体、２……金属多孔質層、３……表面
金属層、５……母型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属粉末、セラミツク粉末および無機接合剤
   からなるものを加熱加圧して成形した加熱加圧成
   形体を用いた基体と、この基体表面に設けた吸水
   性の金属多孔質層と、この金属多孔質層表面に設
   けた平滑な表面金属層とを備えた金型。 ２ 前記金属多孔質層が粒度の大きい金属粉末と
   無機結合剤とを加熱加圧して成形した加熱加圧成
   形体である特許請求の範囲第１項記載の金型。 ３ 前記表面金属層が金属単独またはセラミツク
   粉末を含んだ金属の電着層または無電解メツキ層
   である特許請求の範囲第１項記載の金型。