JPH08187731A - 合成樹脂成形用金型及び該金型の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエルドラインの目立ちが少なく、塗装等の
後加工を不要とする合成樹脂成形品成形用金型を提供す
る。 【構成】 鋼鉄製の主金型に、最表面に炭酸カルシウム
粉末を配合したポリイミド断熱層を０．３ｍｍ厚に被覆
し、次いで該表面を凹凸状にした後、表面にニッケル層
を０．０６ｍｍ厚に被覆し、０．０５ｍｍの深さに皮し
ぼ状にエッチングしてなる金型。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は合成樹脂用の金型及びそ
の製法に関する。更に詳しくは、しぼ状表面を有する金
属層を有し、且つ、数万回の成形に耐える合成樹脂の射
出成形あるいはブロー成形等に用いる断熱層被覆金型及
びその製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を金型キャビティへ射出し
て成形し、成形品に型表面の形状状態の付与における再
現性を良くし、成形品の外観を良くするには、通常、樹
脂温度や金型温度を高くしたり、射出圧力を高くする等
の成形条件を選ぶことによりある程度達成できる。

【０００３】これらの要因の中で最も大きな影響がある
のは金型温度であり、金型温度を高くする程好ましい。
しかし、金型温度を高くすると、可塑化された樹脂の冷
却固化に必要な冷却時間が長くなり成形能率が下がる、
金型温度を高くすることなく型表面の再現性を良くし、
又金型温度を高くしても必要な冷却時間が長くならない
方法が要求されている。金型に加熱用、冷却用の孔をそ
れぞれとりつけておき交互に熱媒、冷媒を流して金型の
加熱、冷却を繰り返す方法も行われているが、この方法
は熱の消費量も多く、冷却時間が長くなる。

【０００４】金型キャビティを形成する型壁面を熱伝導
率の小さい物質、すなわち断熱層で被覆した金型につい
てはＷＯ ９３／０６９８０等で開示されている。

【０００５】更に、米国特許第３，７３４，４４９号及
び特開昭５３−８６７５４号公報には金属製の金型壁面
に断熱層を被覆し、更にその断熱層表面に薄肉金属層を
被覆した金型が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、合成樹脂の射出
成形品やブロー成形品に塗装等の後加工を省略する要求
が強くなってきた。製造コストの低下、塗装時の溶剤蒸
発等による環境破壊の低減等のため、塗装を無くしたい
という希望が極めて強い。電気機器、電子機器、事務機
器等の合成樹脂製ハウジングについてこの後加工省略の
要望が極めて強い。また、これらの合成樹脂製ハウジン
グの表面はしぼ状のものが多い。これらのしぼ状表面を
有し、且つ、ウエルドラインの目立ちの少ない、塗装等
の後加工を不要とする成形品が要求されている。

【０００７】更に、金型の最表面の断熱層として重合体
を用いた場合、断熱層は使用中に傷がつきやすく、ま
た、成形される合成樹脂の種類によっては、成形時に金
型からの離型が困難になる場合があり、その改良が要求
されている。この改良法として断熱層表面に薄肉金属層
を被覆することが考えられる。しかしながら、断熱層表
面に薄肉金属層を被覆した金型にも種々の問題がある。
例えば、金属層の厚みと断熱層の厚みの関係が不適当で
あると、成形時の型表面再現性が不良になる。

【０００８】更に、これまで該金属層はメッキ加工によ
り数μｍ厚につけることが一般に行われてきた。型表面
をしぼ状の凹凸状にする場合も、これまでは断熱層をし
ぼ状の凹凸状にし、その上にほぼ均一厚みの数μｍ厚の
金属層をメッキにより被覆することによりしぼ状の凹凸
状にすることが考えられてきた。すなわち、型表面がし
ぼ状の凹凸状の場合でも、最表面の金属層はほぼ均一厚
みであった。しかし、この様な均一厚みの金属層を有す
るしぼ状型表面の場合、本発明が目的としている外観良
好なしぼ状表面を長期にわたって成形することに難点が
あった。

【０００９】合成樹脂製ハウジング等の表面につけられ
ているしぼ状は、革しぼ、木目しぼ等各種あるが、一般
にこれ等のハウジングのしぼは表面凹凸の凸部の面積が
大きく、凹部の面積が小さい。その理由は、凹凸外観が
好まれることの他に、凸部の面積を大きくすることによ
りしぼ表面に傷がつき難くなるからである。この様な形
状のしぼの場合、このしぼ面を成形する金型壁面は逆に
凸部の面積が小さく、凹部の面積が大きくなる。金型表
面を耐熱性重合体からなる断熱層で被覆して、このしぼ
状表面にした場合、断熱材からなる凸部が型表面に飛び
出した形状をしている。金属に比べ強靭性に劣る断熱材
が型表面に飛び出した形状は、傷がつきやすく、更に長
期間成形時の型表面の耐久性でも劣る。断熱層表面を均
一な厚みの薄肉金属層で被覆したしぼ状金型の場合で
も、ほぼ同様な問題があり、型表面の凸部の耐久性が問
題である。また、断熱層表面を均一な厚みの厚肉金属層
で被覆したしぼ状金型では、厚肉金属層により断熱層被
覆効果が低減され、型表面再現性が悪くなる。

【００１０】

【課題を解決しようとする手段】本発明者らはこれらの
問題点を解決するため、断熱層で被覆した金型について
検討を行い、主金型表面を被覆する断熱物質、その被覆
状態、主金型材質との組み合わせ、更に最表面に被覆す
る金属層について検討を行い、本発明に至った。すなわ
ち本発明は、金属からなる主金型の型キャビティを構成
する型壁面に、耐熱性重合体からなる０．１〜２ｍｍ厚
の断熱層が存在し、更にその表面にしぼ状表面を有する
金属層が存在し、該金属層が型壁面の半分以上を占める
凹部の金属層薄肉部と、半分未満を占める凸部の金属層
厚肉部から成り、金属層薄肉部の厚みが断熱層厚みの１
／３以下である合成樹脂成形用金型である。

【００１１】更に本発明は、金属からなる主金型の型キ
ャビティを構成する型壁面に、耐熱性重合体からなる断
熱層を被覆し、更にその表面に金属層を被覆し、次いで
その金属層の最表面をエッチング法によりしぼ状表面に
する合成樹脂成形用金型の製法である。

【００１２】以下に本発明について詳しく説明する。

【００１３】本発明の金型を用いて成形される合成樹脂
は一般の射出成形やブロー成形に使用できる熱可塑性樹
脂であり、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレ
フィン、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共
重合体、ゴム強化ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等のスチレ
ン系樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネー
ト、メタクリル樹脂、塩化ビニール樹脂等である。合成
樹脂には１〜６０％の樹脂強化物が含有されていること
が好ましい。樹脂強化物とは各種ゴム、ガラス繊維、カ
ーボン繊維等の各種繊維、タルク、炭酸カルシウム、カ
オリン等の無機粉末等である。特に良好に使用できるの
はゴム強化合成樹脂であり、その中で更に良好に使用で
きるのはゴム強化スチレン系樹脂である。ここに述べる
ゴム強化スチレン系合成樹脂とは、樹脂相中にゴム相が
島状に分布した、ゴム強化ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、
ＡＡＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂等をいう。ゴム強化ポリスチレ
ンは、スチレンを主体とした重合体の樹脂相中にポリブ
タジエン、ＳＢＲ等のゴム相が島状に分散している。Ａ
ＢＳ樹脂はスチレンとアクリロニトリルを主体とした共
重合体の樹脂相中にポリブタジエン、ＳＢＲ等のゴム相
が島状に分散している。ＡＡＳ樹脂はスチレンとアクリ
ロニトリルを主体とした共重合体の樹脂相中にアクリル
ゴムのゴム相が島状に分散している樹脂であり、ＭＢＳ
樹脂は、スチレンとメチルメタアクリレートを主体とし
た共重合体からなる樹脂相中にゴムが島状に分散してい
る樹脂である。更に、これ等樹脂を主体としたブレンド
物等も本発明に使用することができる。例えば、ポリフ
ェニレンエーテルを配合したゴム強化ポリスチレン樹脂
等は良好に使用できる。これ等の樹脂の射出成形品は性
能と経済性のバランスが極めて良く、弱電機器、事務機
器等のハウジング等に好適である。

【００１４】本発明の金型で成形される良好な成形品は
弱電機器、電子機器、事務機器等のハウジング、各種自
動車部品、各種日用品、各種工業部品等の一般に使用さ
れる合成樹脂射出成形品である。特に好ましくは、ウエ
ルドラインが多い電子機器、電気機器、事務機器のハウ
ジング等である。更に、本発明の金型で成形される良好
な成形品はしぼ状外観が要求される各種ブロー成形品で
ある。

【００１５】本発明に述べる金属からなる主金型とは、
鉄又は鉄を主成分とする鋼材、アルミニウム、又はアル
ミニウムを主成分とする合金、ＺＡＳ等の亜鉛合金、ベ
リリウム−銅合金等の一般に合成樹脂の成形に使用され
ている金属金型を包含する。特に鋼材から成る金型が良
好に使用できる。これらの金属からなる主金型の型キャ
ビティを構成する型表面は硬質クロムやニッケル等でメ
ッキされていることが好ましい。

【００１６】本発明で使用される金型の断熱層の表面に
被覆される金属層に用いられる金属は、一般に金属メッ
キや金属溶射等に用いられる金属であり、クロム、ニッ
ケル、銅、亜鉛、鉄、アルミニウム、チタン、あるいは
これらを主体とする合金、錫−コバルト合金、鉄−ニッ
ケル合金等の１種又は２種以上である。金属層は断熱層
の表面に被覆され、その表面はしぼ状である。

【００１７】本発明に述べる金属層の厚みは成形品にし
ぼ状外観が要求される部分を成形する型壁面の金属層厚
みであり、金属層薄肉部は型壁面の半分以上、好ましく
は６０〜９０％を占め、その他が金属層厚肉部からな
る。

【００１８】金属層厚肉部と金属層薄肉部の厚みの差は
０．０１ｍｍ以上が好ましく、更に好ましくは０．０２
〜０．１ｍｍの範囲から選択される。

【００１９】金属層薄肉部の厚みは断熱層厚みの１／３
以下であり、好ましくは１／４以下、更に好ましくは１
／５以下であり、最も好ましくは１／２０〜１／５であ
る。また、その厚みの絶対値は０〜０．１ｍｍの厚みが
好ましく、更に好ましくは０．００１〜０．０５ｍｍ、
最も好ましくは０．００５〜０．０３ｍｍである。金属
層薄肉部が厚すぎると主金型表面に断熱層を被覆した効
果がなくなり、型表面再現性が悪くなる。本発明におい
ては、金属層薄肉部は０．００１ｍｍ以上の金属層がつ
いている方が金属層厚肉部の剥離を抑える効果があり好
ましいが、金属層薄肉部がほとんど無い場合も本発明に
含まれる。

【００２０】本発明で断熱層に用いる耐熱性重合体と
は、成形される合成樹脂の成形温度より高い軟化温度を
有する重合体であり、好ましくは、ガラス転移温度が１
４０℃以上、好ましくは１６０℃以上、及び／又は融点
が２００℃以上、更に好ましくは２５０℃以上の耐熱性
重合体である。耐熱性重合体の熱伝導率は一般に０．０
００１〜０．００２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃であり、
金属より大幅に小さい。又、該耐熱性重合体の破断伸度
は５％以上、好ましくは１０％以上、更に好ましくは１
５％以上の靭性のある重合体が好ましい。破断伸度の測
定法はＡＳＴＭＤ６３８に準じて行い、測定時の引っ張
り速度は５ｍｍ／分である。

【００２１】本発明で断熱層として良好に使用できる重
合体は、主鎖に芳香環を有する耐熱性重合体であり、例
えば、有機溶剤に溶解する各種非結晶性耐熱重合体、各
種ポリイミド等が良好に使用できる。非結晶性耐熱性重
合体としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、
ポリエーテルイミド等である。これらの非結晶性耐熱性
重合体にはカーボン繊維等の充填材を配合することによ
り熱膨張係数を低下させて本発明の断熱層として使用す
ることができる。ポリイミドは各種あるが、直鎖型高分
子量ポリイミド、ポリアミドイミド、一部架橋型のポリ
イミドが良好に使用できる。一般に直鎖型高分子量ポリ
イミドは破断伸度が大きく強靭であり、耐久性に優れて
おり特に良好に使用できる。

【００２２】更に、本発明では熱膨張係数を小さくした
エポキシ樹脂、すなわち各種充填材を適量配合したエポ
キシ樹脂等も使用できる。エポキシ樹脂は一般に熱膨張
係数が大きく、金属金型との熱膨張係数の差は大きい。
しかし、熱膨張係数が小さいガラス、シリカ、タルク、
クレー、珪酸ジルコニウム、珪酸リチウム、炭酸カルシ
ウム、アルミナ、マイカ等の粉体や粒子、ガラス繊維、
ウイスカー、炭素繊維等の適量をエポキシ樹脂に配合
し、金属金型との熱膨張係数の差を小さくした充填材配
合エポキシ樹脂は本発明の断熱層として良好に使用でき
る。又、エポキシ樹脂あるいは充填材配合エポキシ樹脂
に、更にナイロン、ゴム等の強靭性を与える各種配合物
を加え、強靭性を与えた配合エポキシ樹脂は良好に使用
できる。特に、エポキシ樹脂にポリエーテルスルホンや
ポリエーテルイミドを配合して硬化したポリマーアロイ
は強靭性に優れ良好に使用できる。

【００２３】射出成形やブロー成形等では成形される加
熱樹脂に接触する型表面は各成形毎に厳しい冷熱サイク
ルにさらされる。又、従来技術では、メッキ等で断熱層
表面に形成される金属層は一般に重合体からなる断熱層
より熱膨張係数が小さく、断熱層と金属層の熱膨張係数
が大きく異なるため、その界面で応力が繰り返し発生
し、１万回の成形を行えば１万回の応力が繰り返し発生
し、ついにはその界面で剥離が発生する。本発明では、
断熱層と接する主金型及び／又は金属層の熱膨張係数と
断熱層の熱膨張係数との差を小さくすることにより、剥
離を引き起こす応力を低減することができる。本発明に
おいて、断熱層と接する主金型及び／又は金属層の熱膨
張係数と断熱層の熱膨張係数の差は３×１０^-5／℃未満
であることが好ましい。更に好ましくは差が２×１０^-5
／℃未満である。一般に金属は重合体より熱膨張係数が
小さく、従って、熱膨張係数が小さい耐熱性重合体を選
択することが好ましい。

【００２４】ここに述べる熱膨張係数は線膨張係数であ
る。断熱層の熱膨張係数は断熱層の面方向の線膨張係数
であり、ＪＩＳ Ｋ７１９７−１９９１に示される方法
で測定し、５０℃と２５０℃の温度間の平均値、あるい
は断熱層のガラス転移温度が２５０℃以下の場合には、
５０℃と該ガラス転移温度間の平均値で示す。すなわ
ち、平滑な平板状金属の上に断熱層を形成し、次いで該
断熱層を剥離し、その断熱層の５０℃と２５０℃の間、
あるいは５０℃とガラス転移温度の間の平均熱膨張係数
を測定する。

【００２５】本発明では２層以上の断熱層からなる金型
も良好に使用できる。この場合には少なくとも断熱層に
接する主金型及び／又は金属層の熱膨張係数と断熱層の
熱膨張係数の差が小さいことが好ましく、３×１０^-5／
℃未満であることが好ましい。主金型に断熱層及び金属
を被覆する時、あるいは、本発明金型で射出成形等を行
う時には、主金型と断熱層の界面、及び／又は金属層と
断熱層の界面に最も激しい応力が発生する。この界面を
形成する両層に熱膨張係数が近い物を選択して使用する
ことにより、発生する応力を低減できる。

【００２６】断熱層と主金型の間、あるいは断熱層と金
属層の間の剥離の原因は熱膨張係数の差だけではない。
しかし、熱膨張係数の差が極めて大きな要因である。断
熱層と主金型及び／又は金属層との密着力が大きく、断
熱層の引っ張り弾性率が小さく、破断伸度が大きい、い
わゆるゴム状の軟質材質の断熱層であれば、熱膨張係数
の差が若干大きくても剥離は生じない。しかし、断熱層
に適した材質、すなわち、耐熱性が高く、硬度が大き
く、研磨により鏡面になりやすい等を満たす断熱材は、
一般に弾性率が大きい主鎖に芳香環を有する耐熱性硬質
合成樹脂であり、この耐熱性合成樹脂層を主金型及び／
又は金属層に密着させ、剥離を起こさせない様にするに
は、熱膨張係数の差が小さいことが好ましい。

【００２７】金型壁面を断熱層で被覆する場合、その断
熱層には種々の性能が要求される。主金型との密着性の
他に、強靭性、表面硬さ、表面を研磨した時の光沢の出
やすさ等も要求される。熱膨張係数が小さいことの他
に、これらの性能を全て満たす重合体が得られにくいこ
ともあり、２層以上の断熱層を用いることが好ましい。

【００２８】本発明に良好に使用できる主金型の金属、
及び最表面に被覆する金属層の金属、断熱層の耐熱性重
合体、及び一般の合成樹脂の熱膨張係数を表１に示す。

【００２９】

【表１】 ※ これらの樹脂にはカーボン繊維を配合することによ
る熱膨張係数を４×１０^-5／℃付近まで低下できる。

【００３０】主金型及び／又は金属層の熱膨張係数が大
きくなれば、相対的に熱膨張係数の大きい断熱層が使用
できる様になる。金型材質として鋼鉄が最も多く使用さ
れているが、最近アルミニウム合金や亜鉛合金も使用さ
れる様になってきた。本発明では熱膨張係数が近ければ
近い程好ましく、主金型に鋼鉄を使用した場合には熱膨
張係数が極めて小さい低熱膨張型ポリイミド等は良好に
使用できる。表２に各種低熱膨張型ポリイミドの熱膨張
係数を示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】表中、ＢｉｆｉｘとＦｒｅｅは、ポリイミ
ド前駆体をイミド化してポリイミドフィルムをつくると
きに、フィルムを自由に収縮できる様にしたか（Ｆｒｅ
ｅ）、四角の枠に固定して、イミド化時に起こる収縮を
抑えてその応力でポリマー鎖を面内配向させたか（Ｂｉ
ｆｉｘ）の違いである。ポリイミド前駆体溶液を主金型
に塗布後、加熱して形成したポリイミドの熱膨張係数は
Ｂｉｆｉｘに近い値となる。低熱膨張型ポリイミドはポ
リマー鎖が剛直で、真っすぐに伸びているポリマー鎖構
造の重合体である。

【００３３】表３に本発明に良好に使用できる耐熱性重
合体の構造とガラス転移温度（Ｔｇ）を示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】射出成形は複雑な形状の成形品を一度の成
形で得られるところに経済的価値がある。この複雑な金
型表面を耐熱性重合体で被覆し、且つ強固に密着させる
には、耐熱性重合体溶液、及び／又は耐熱性重合体前駆
体溶液を塗布し、次いで加熱して耐熱性重合体の断熱層
を形成させることが最も好ましい。従って、本発明の耐
熱性重合体、あるいは耐熱性重合体の前駆体は溶剤に溶
解できることが好ましい。ポリイミドの前駆体であるポ
リアミド酸の溶液を型壁面に塗布し、次いで加熱キュア
を行い型壁面上にポリイミドを形成する方法は良好に使
用できる。化１にポリアミド酸からポリイミドを形成す
る式を示す。

【００３６】

【化１】

【００３７】ポリイミドの前駆体のポリアミド酸溶液を
型壁面に塗布し、次いで加熱キュアを行いポリイミドを
形成した場合、加熱キュア温度、及び／又は加熱キュア
雰囲気によりポリイミドのガラス転移温度や熱膨張係数
が異なる。一般に加熱キュア温度が高い程ガラス転移温
度が高くなり、又熱膨張係数が小さくなる。ポリアミド
酸は一般に２５０℃以上にすればほとんどイミド化が１
００％進行しポリイミドが形成されるが、ポリイミドに
なってからの分子の動きが熱膨張係数に影響を与えると
考えられている。

【００３８】本発明の断熱層と主金型、及び／又は断熱
層と金属層との密着力は大きいことが必要であり、室温
で０．５ｋｇ／１０ｍｍ巾以上が好ましく、更に好まし
くは０．８ｋｇ／１０ｍｍ巾以上、最も好ましくは１ｋ
ｇ／１０ｍｍ巾以上である。これは密着した金属層、あ
るいは金属層と断熱層を１０ｍｍ巾に切り、接着面と直
角方向に２０ｍｍ／分の速度で引張った時の剥離力であ
る。この剥離力は測定場所、測定回数によりかなりバラ
ツキが見られるが、最小値が大きいことが重要であり、
安定して大きい剥離力であることが好ましい。本発明に
述べる密着力は金型の主要部の密着力の最小値である。
密着力を向上させるため、主金型の表面を微細な凹凸状
にしたり、各種メッキをしたり、プライマー処理をする
ことは適宜実施できる。 射出成形は複雑な形状の型物
が一度の成形でできることが最大の長所であり、そのた
め金型キャビティは一般に複雑な形状をしている。しか
し、この複雑な形状の金型キャビティ表面に鏡面状に被
覆物質を塗布することは極めて困難でり、そのため塗布
された被覆層を後から表面研磨して鏡面状に仕上げるこ
とは最も良好な方法である。

【００３９】断熱層の全厚みは０．１ｍｍ〜２ｍｍの範
囲で適度に選択される。好ましくは、射出成形において
は０．１ｍｍから０．５ｍｍであり、ブロー成形では
０．３ｍｍから１．０ｍｍであり、更に好ましくは、射
出成形では０．１２ｍｍから０．４ｍｍ、ブロー成形で
は０．３ｍｍから０．６ｍｍである。０．１ｍｍ未満の
薄い断熱層では、成形品の外観改良効果が少ない。２ｍ
ｍを越える断熱層厚みでは金型内冷却時間が長くなり、
経済的観点から好ましくない。本発明に述べる断熱層表
面はほぼ平滑状、あるいは金属層との密着力を上げるた
めの微細な凹凸状であり、これは本発明で最表面の金属
層表面に形成しようとしている外観に優れたしぼ状程の
大きな凹凸ではない。

【００４０】本発明に述べるしぼ状とは、本発明の金型
で成形される成形品表面が一般の家電機器、事務機器等
の合成樹脂製ハウジング等の表面に一般に付与されてい
るしぼ状になるものであり、皮革の皺模様、布模様、木
目模様、ヘアーライン模様等の凹凸状である。本発明の
金型のしぼ面の凸部の面積は凹部の面積より小さい。

【００４１】本発明の金属層は種々の方法で被覆できる
が、メッキや溶射等により被覆される。ここに述べるメ
ッキは化学メッキ、電気メッキのいずれの方法のもので
も良い。例えば、まず断熱層表面を適度な粗面にし、そ
の表面に銅等の導体を析出させて電導性を付与し、次い
でニッケル等の各種金属を電気メッキする方法、化学メ
ッキでニッケルを被覆する方法等が使用できる。一般に
は次の工程のいくつかを経てメッキされる。

【００４２】前処理（バリ取り、樹脂）→化学腐食（酸
やアルカリによる化学エッチング：表面を適度な凹凸に
する）→中和→感受性化処理（合成樹脂表面に還元力の
ある金属塩を吸着させて活性化を効果あらしめる）→活
性化処理（触媒作用を有する貴金属を樹脂表面に付与）
→化学ニッケルメッキ（ニッケルの化学メッキ）→電気
ニッケルメッキ（ニッケルの電気メッキ）（詳細は「プ
ラスチックのメッキ」呂茂辰著、昭４９年、日刊工業新
聞社刊等を参照）。

【００４３】最も好ましいのは、ニッケル合金（ニッケ
ルとリンの合金）の化学メッキを薄層につけ、その上に
電気ニッケルを厚くつける方法である。

【００４４】断熱層とメッキ層の密着力を増大させるた
め、断熱層の最表面を形成する断熱材に炭酸カルシウム
や酸化珪素の粉末を配合し、化学腐食で該粉末を溶かし
出して表面を適度な凹凸にすることは極めて良好に使用
できる。

【００４５】本発明の金属層は溶射法でも被覆される。
溶射法は一回の操作で厚肉に塗布できる長所があり、金
属層を厚肉につけたい場合には良好な方法である。溶射
法として、ガス法、アーク法、プラズマ法、レーザー法
等の溶射方法が適度に選択して使用できる。

【００４６】本発明の金型の金属層表面をしぼ状にする
方法は種々の方法で行うことができる。エッチング法は
良好に使用できる。酸によるエッチング法は最も良好に
使用できる。金型の最表面層が金属であれば一般の金型
のエッチング法と同様の方法でしぼ化ができる。すなわ
ち、金属層表面を紫外線硬化樹脂を用いてしぼ状にマス
キングし、次いで酸エッチングでしぼ化する方法は良好
に使用できる。

【００４７】ニッケルとリンの合金は酸でエッチングさ
れ難く、純粋なニッケルはエッチングされ易い。この様
にエッチングされ易い金属層と酸エッチングされ難い金
属層を適度に使用することが好ましい。ニッケル合金の
化学メッキで薄層ニッケル層をまず形成し、その上に純
粋なニッケルの電気メッキで形成した厚肉金属層を酸エ
ッチングでしぼ状にすることは良好に実施できる。更
に、しぼ状金属層の表面に化学メッキでニッケル合金の
薄層を形成し、金型の耐蝕性を向上させることもでき
る。

【００４８】主金型表面を耐熱性樹脂からなる断熱層で
被覆し、その断熱層表面に射出された加熱樹脂が接触す
ると、型表面は樹脂の熱を受けて昇温する。断熱層の熱
伝導率が小さいほど、断熱層が厚いほど、また、金属層
が薄いほど型表面温度は高くなる。一般の金属からなる
主金型の型表面に断熱層が無い場合には、０．０１秒後
には型表面温度は殆ど主金型温度と同一温度となるが、
型表面を０．１ｍｍ〜２ｍｍの厚みの断熱層で被覆する
ことで型表面を一定時間軟化温度以上の状態にすること
ができる。

【００４９】本発明を図面を用いて説明する。

【００５０】図１に本発明の合成樹脂成形用金型の断面
図を示す。図１に示すように、本発明の金型は、金属か
らなる主金型１の型キャビティを構成する型壁面に、耐
熱性重合体からなる０．１〜２ｍｍ厚の断熱層２が存在
し、更にその表面にしぼ状表面を有する金属層が存在
し、該金属層が型壁面の半分以上を占める薄肉部３と、
半分未満を占める厚肉部４からなる。本発明には、金属
層薄肉部３の厚みＢが極めて薄肉の場合、あるいは金属
層薄肉部が殆ど無い場合も含まれる（１−２）。

【００５１】また、金属層厚肉部４が表面に突き出した
形状のものが本発明の効果が大きい。すなわち、金属層
厚肉部４の高さＦが巾Ｇより大きい形状の凹凸が多く存
在するしぼ形状の場合が好ましく、更に好ましくは高さ
Ｆが巾Ｇの２倍より大きい形状の凹凸が存在するしぼ形
状の場合である。

【００５２】また、金属層薄肉部３や金属層圧肉部４の
表面が艶消し状の微細な凹凸状であっても良い。金属層
薄肉部３の表面と金属層圧肉部４の表面のうち、片方が
艶消し状の微細な凹凸状で、他方が鏡面状であることが
好ましい。片方を艶消し状、他方を鏡面状にすることに
より、成形品表面のしぼ模様が良好に表現できることに
なる。ここに述べる艶消し状微細凹凸は、本発明のしぼ
状凹凸の凹凸度よりはるかに小さいものであり、十点平
均粗さ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）で１／１０以下、好ま
しくは１／２０以下の小さいものである。

【００５３】図２に合成樹脂成形品のしぼ状表面の断面
図を示す。図２に示すように、合成樹脂成形品６のしぼ
状表面では凸部７の面積が凹部８の面積より大きい表面
が一般に使用される（２−１）。凸部９の面積が小さ
く、該凸部９が成形品より飛び出した形状では成形品表
面に傷がつきやすい（２−２）。本発明は（２−１）に
示すしぼ状表面が多くを占める合成樹脂成形品を成形す
る金型であるが、金型表面に（２−２）に示すしぼ状表
面を成形する金型表面が局部的に存在するものも含まれ
るものとする。

【００５４】図３に金型のしぼ状表面の断面図を示す。
（３−１）は断熱層２のしぼ状表面に均一厚みの薄肉金
属層１０が被覆された場合である。すなわち、凸部の金
属層の厚みＥと凹部の金属層の厚みＤの差が小さく、且
つ、その厚みが極めて薄肉の場合であり、この場合には
金属層に凸部を補強する効果はない。

【００５５】（３−２）は断熱層２のしぼ状表面に均一
厚みの厚肉金属層１１が被覆された場合である。すなわ
ち、凸部の金属層の厚みＥと凹部の金属層の厚みＤの差
が小さく、且つ、その厚みが大きい場合であり、この場
合には金属層が厚いために合成樹脂成形時の凹部の型表
面再現性が悪くなる。この凹部は成形される合成樹脂成
形品の表面に出るため型表面再現性が要求されるため、
型表面再現性が良くなることが必要であり、金属層が厚
くなることは好ましくない。

【００５６】図４、図５及び図６には、鋼鉄からなる主
金型の温度を５０℃、ゴム強化ポリスチレンの温度が２
４０℃で射出成形したときの金型壁面付近の温度分布の
変化の計算値を示している。図中の各曲線の数値は加熱
された合成樹脂が冷却された金型壁に接触してからの時
間（秒）を示してる。加熱された合成樹脂は型壁面に接
触して、急速に冷却される（図４）。主金型表面を断熱
層で被覆すると、型表面は加熱された合成樹脂から熱を
受けて昇温する。図に示すように、金型表面を０．１ｍ
ｍと０．５ｍｍの断熱層（ポリイミド）で被覆すると
（図５及び図６）、合成樹脂と接触する断熱層表面の温
度上昇は大きくなり、温度低下速度も小さくなる。

【００５７】図７、図８、図９、図１０、図１１及び図
１２に、鋼鉄からなる主金型の表面にポリイミド層、更
にその表面にニッケル層が被覆された金型と、比較とし
てポリイミド層のみが被覆された金型を用い、主金型の
温度を５０℃に設定し、該金型でゴム強化ポリスチレン
樹脂の温度が２４０℃で射出成形した時の、該樹脂が金
型最表面に接触してからの樹脂表面の温度（これは樹脂
表面とニッケル表面の界面の温度、あるいは樹脂表面と
ポリイミド表面の界面の温度である）の経時変化を示
す。

【００５８】図７はポリイミド（以後、図ではＰＩで示
す）層の厚みを０．３０ｍｍ、ニッケル（以後、図では
Ｎｉで示す）層の厚みを０．０２ｍｍにした場合の樹脂
表面温度の経時変化を示す。図中で実線はポリイミド層
とニッケル層を被覆した場合であり、破線はポリイミド
層のみを被覆した場合である。ポリイミドのみを被覆し
た場合には、樹脂表面温度は時間経過とともに低下する
のに対して、ポリイミド層とニッケル層を被覆した場合
には、一旦温度が大きく低下した後に再び上昇してから
次第に低下する。これは表層のニッケルの熱容量が大き
いために樹脂の熱がニッケル層に吸収されて低下するも
のである。従って、ニッケル層の厚みが大きくなる程、
一旦低下する温度幅は大きくなり、再び上昇する温度も
低くなる。

【００５９】図８はニッケル層の厚みを０．１ｍｍと厚
くした場合であり、ニッケル層が厚くなると一旦低下す
る温度幅は大きく、再び上昇する温度も低くなる。

【００６０】図９と１０は、図７と図８の場合と同様の
層構成でポリイミド層の厚みを０．１５ｍｍとした場合
を示す。ポリイミド層の厚みが０．１５ｍｍの場合でも
図７、図８と同様な傾向がみられる。

【００６１】図１１と図１２は、図７〜図１０の結果を
まとめて示したものである。図１１と図１２から、ニッ
ケル層を被覆したこの金型の場合には、ニッケル層の厚
みが０．１ｍｍになると、一旦低下した表面温度が再び
上昇する温度は低くなり、射出成形時の型表面再現性が
悪くなることが推定できる。ニッケル層の厚みが０．０
２ｍｍの場合には樹脂表面温度は一旦低下しても急速に
回復し、その温度も高いために、射出成形時の型表面再
現性は良好である。これらのことから、型表面再現性を
良くするには断熱層表面に被覆する金属層の厚みは限界
があり、本発明では成形品の外観が特に要求される金属
層薄肉部の厚みを薄くして、外観良好な成形品を成形す
る金型を提供するものである。

【００６２】図に示す射出成形時の型表面温度の変化
は、合成樹脂、主金型、断熱層の温度、比熱、熱伝導
率、密度、結晶化潜熱等から計算できる。例えば、ＡＤ
ＩＮＡ及びＡＤＩＮＡＴ（マサチューセッツ工科大学で
開発されたソフトウェア）等を用い、非線形有限要素法
による非定常熱伝導解析により計算でき、図に示す温度
もそれで計算したものである。

【００６３】図１３及び図１４に本発明の断熱材に使用
できるポリイミドの構造を示す。図１３に示す様にポリ
マー鎖が屈曲しているポリマーは熱膨張係数が大きく、
これに対して図１４に示す様にポリマー鎖がまっすぐな
ポリマーは熱膨張係数が小さい。本発明では熱膨張係数
が小さいポリマーが好ましい。

【００６４】図１５にエッチング法により、金型の最表
面層の金属層をしぼ状化する方法を示す。図１５に於い
て、金属からなる主金型１の型キャビティを構成する型
壁面を断熱層２で被覆する（１５−１）。次いで、該断
熱層２の表面に金属層１２を被覆する（１５−２）。次
いで、該金属層１２の表面に感光性樹脂１３を被覆する
（１５−３）。次いで、しぼ状パターンのマスキング１
４を行い。紫外線が照射された部分の感光性樹脂が硬化
される（１５−４）。次いで、硬化されなかった部分の
感光性樹脂を洗浄して取り去り、しぼ状パターンの硬化
樹脂１５を残す（１５−５）。次いで、酸エッチングで
硬化樹脂１５が被覆していない部分の金属層を溶解し、
しぼ状表面の薄肉金属層３と厚肉金属層４有する金属層
を形成し本発明の金型を得る（１５−６）。

【００６５】本発明の金型を使用することにより、金型
の最表面がしぼ状の断熱層からなる金型を使用する場合
に比較して、成形中に型表面に傷がつくことを低減で
き、更に、離型性を改良でき、更に、長期間成形時の金
型耐久性、特に抜き勾配が小さい部分の耐久性が改良で
きる。更に、合成樹脂成形品のウエルドラインの目立ち
を低減し、型表面の再現性を良くし、成形後に行う後加
工を省略できる。

【００６６】

【実施例】次の主金型、断熱層および金属層を使用す
る。

【００６７】主金型：鋼鉄（Ｓ５５Ｃ）製の射出成形用
の金型である。該金型の熱膨張係数は１．１×１０^-5／
℃である。図１６に示す成形品１６の型キャビティを有
する。成形品サイズは１００ｍｍ×１００ｍｍで厚みは
２ｍｍであり、中央に３０ｍｍ×３０ｍｍの穴１７が空
いている。ゲート１８は図１６に示す様にサイドゲート
であり、成形品１６にはウエルドライン１９が発生す
る。型表面は鏡面状である。この金型を２個用意する。

【００６８】断熱層：主金型表面をプライマー処理した
後、ポリイミドワニス「トレニース＃３０００」（東レ
（株）製）を塗布し、１６０℃で加熱し、次いでこの塗
布、加熱を繰り返して所定の厚みにし、最後に２９０℃
に加熱してポリイミド層を形成する。該ポリイミドの熱
膨張係数は３．３×１０^-5／℃である。断熱層の表面に
金属層をメッキでつける場合には、断熱層の最表面だけ
に炭酸カルシウム粉末配合ポリイミドワニスを使用す
る。

【００６９】金属層：炭酸カルシウム粉末を配合した断
熱層表面をエッチングして凹凸状にし、次いでニッケル
の無電解メッキ（化学メッキ）でニッケル層を形成し、
更にその表面に電解ニッケルメッキを形成する。該ニッ
ケルの熱膨張係数は１．３×１０^-5／℃である。

【００７０】［実施例］主金型に、平滑状断熱層を０．
３ｍｍの厚みに被覆し、次いで平滑状金属層を０．０６
ｍｍの厚みに被覆する。該金属層を図１５に示す工程に
より、皮しぼ状にエッチングを行う。０．０５ｍｍの深
さに酸エッチングを行い、図１の（１−１）に示す、皮
しぼ状の本発明の金型を製作する。該金型の金属層の薄
肉部の厚みは０．０１ｍｍ、厚肉部の厚みは０．０６ｍ
ｍであり、薄肉部が金属層表面の７５％を占めている。

【００７１】該金型を用いてゴム強化ポリスチレン樹脂
を射出成形し、ウエルドライン１９の目立ちがない皮し
ぼ状表面を有する射出成形品を得る。

【００７２】［比較例］主金型の型壁面を一般の酸エッ
チングにより皮しぼ状表面とする。該金型を用いてゴム
強化ポリスチレンを射出成形する。この成形品にはウエ
ルドライン１９の目立ちが大きい。

【００７３】

【発明の効果】本発明の断熱層被覆金型を使用して合成
樹脂の射出成形やブロー成形を行うことにより、外観良
好な成形品を得る。特に、従来ウェルドラインが多数発
生し、塗装等の後加工を必要としてきた弱電機器や事務
機器のハウジング等の射出成形品を、本発明の金型を使
用することによりウエルドラインの目立ちを少なくし、
塗装を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の合成樹脂成形用金型の断面図を示す。

【図２】合成樹脂成形品のしぼ状表面の断面図を示す。

【図３】金型のしぼ状表面の断面図を示す。

【図４】鋼鉄製の主金型に、加熱された合成樹脂が接触
した時の金型壁面付近の温度分布の変化（計算値）を示
す。

【図５】鋼鉄製の主金型の型表面に０．１ｍｍのポリイ
ミドを被覆した金型に、加熱された合成樹脂が接触した
時の金型壁面付近の温度分布の変化（計算値）を示す。

【図６】鋼鉄製の主金型の型表面に０．５ｍｍのポリイ
ミドを被覆した金型に、加熱された合成樹脂が接触した
時の金型壁面付近の温度分布の変化（計算値）を示す。

【図７】鋼鉄製の主金型の型表面に０．３ｍｍのポリイ
ミドを被覆し、更にその表面に０．０２ｍｍのニッケル
を被覆した金型に、加熱された合成樹脂が接触した時の
合成樹脂表面（樹脂表面と金型表面の界面）の温度変化
（計算値）を示す。

【図８】鋼鉄製の主金型の型表面に０．３ｍｍのポリイ
ミドを被覆し、更にその表面に０．１ｍｍのニッケルを
被覆した金型に、加熱された合成樹脂が接触した時の合
成樹脂表面（樹脂表面と金型表面の界面）の温度変化
（計算値）を示す。

【図９】鋼鉄製の主金型の型表面に０．１５ｍｍのポリ
イミドを被覆し、更にその表面に０．０２ｍｍのニッケ
ルを被覆した金型に、加熱された合成樹脂が接触した時
の合成樹脂表面（樹脂表面と金型表面の界面）の温度変
化（計算値）を示す。

【図１０】鋼鉄製の主金型の型表面に０．１５ｍｍのポ
リイミドを被覆し、更にその表面に０．１ｍｍのニッケ
ルを被覆した金型に、加熱された合成樹脂が接触した時
の合成樹脂表面（樹脂表面と金型表面の界面）の温度変
化（計算値）を示す。

【図１１】鋼鉄製の主金型の型表面に０．３ｍｍのポリ
イミドを被覆し、更にその表面に０．０００５ｍｍ、
０，０２ｍｍ、０．１ｍｍの各厚みのニッケルを被覆し
た金型に、加熱された合成樹脂が接触した時の合成樹脂
表面（樹脂表面と金型表面の界面）の温度変化（計算
値）を示す。

【図１２】鋼鉄製の主金型の型表面に０．１５ｍｍのポ
リイミドを被覆し、更にその表面に０．０００５ｍｍ、
０．０２ｍｍ、０．１ｍｍの各厚みのニッケルを被覆し
た金型に、加熱された合成樹脂が接触した時の合成樹脂
表面（樹脂表面と金型表面の界面）の温度変化（計算
値）を示す。

【図１３】本発明の金型の断熱層に適した断熱材の構造
を示す。

【図１４】本発明の金型の断熱層に適した断熱材の構造
を示す。

【図１５】本発明の金型を製作する方法の一つを示す。

【図１６】射出成形品を示す。

【符号の説明】

１ 主金型 ２ 断熱層 ３ 金属層薄肉部 ４ 金属層厚肉部 ６ 合成樹脂成形品 ７ しぼ状表面の凸部 ８ しぼ状表面の凹部 ９ しぼ状表面の凸部 １０ 薄肉金属層 １１ 厚肉金属層 １２ 金属層 １３ 感光性樹脂 １４ マスク １５ 硬化樹脂 １６ 成形品 １７ 穴 １８ ゲート １９ ウエルドライン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属からなる主金型の型キャビティを構
   成する型壁面に、耐熱性重合体からなる０．１〜２ｍｍ
   厚の断熱層が存在し、更にその表面にしぼ状表面を有す
   る金属層が存在し、該金属層が型壁面の半分以上を占め
   る凹部の金属層薄肉部と、半分未満を占める凸部の金属
   層厚肉部から成り、金属層薄肉部の厚みが断熱層厚みの
   １／３以下である合成樹脂成形用金型。
2. 【請求項２】 金属からなる主金型の型キャビティを構
   成する型壁面に、耐熱性重合体からなる断熱層を被覆
   し、更にその表面に金属層を被覆し、次いでその金属層
   の最表面をエッチング法によりしぼ状表面にする合成樹
   脂成形用金型の製法。