JPH10323862A - 射出成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光造形技術を利用しながら、従来のこの種の
技術を用いて製作された金型よりも大幅に製作コストを
低減できる構造を持つ射出成形用金型を提供する。 【解決手段】 キャビ型１とコア型２が、その各キャビ
ティ面Ｃ１，Ｃ２に沿った所定厚さ領域を層状の金属焼
結体１１，２１により形成され、残余の部分が金属粉末
入りの樹脂成形体１２，２２によって形成された構造と
し、光造形部の体積を少なくして所期の目的を達成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は射出成形用の金型に
関する。

【０００２】

【従来の技術】キャビ型とコア型とからなる射出成形用
の金型の製造方法として、近年、光造形法によって金属
粉末を直接造形する方法が発表されている（平成７年度
中小企業事業団の公開説明会資料「型製造業におけるラ
ピッドプロトタイピング技術の開発」）。

【０００３】この発表技術はＳＬＳ(Selective Laser S
intering) メタルプロセスと呼ばれる技術を利用したも
のであり、軟鋼粉末に重量比１％のバインダー（ポリマ
ー）を加えたものを成形部に薄く散布し、窒素ガス雰囲
気中でレーザビームを走査し、バインダーの溶融固化に
より形状を一層ずつ造形していくことにより、型の全体
を形成した後に、水素還元炉で２５０〜３５０℃で焼結
してバインダーを気化させる。この状態ではポーラス状
であるから、その後、これを１１２０〜１１５０℃の炉
内で溶融した銅を毛細管現象で浸透させることにより、
強度のあるインサートブロック（キャビ型とコア型）を
得ている。また、その他に、バインダーを使用せずに金
属粉末に直接レーザビームを照射し、溶融させて焼結す
る方法もある。なお、レーザビームの走査は３次元ＣＡ
Ｄデータによって行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のようなＳＬＳメ
タルプロセスを用いた射出成形金型の製造方法によれ
ば、インサートブロックとして必要な強度を得るため
に、通常の金属による金型製作と同じ考え方に基づき、
キャビティの外周に２０〜５０ｍｍ程度の肉厚の金属焼
結体を各型に対して一体的に形成する必要がある。その
ため、光造形体積が大となり、加工時間が長大となっ
て、材料費も高くなってしまう。その結果、金型製作の
トータルコストとしては、従来からの通常の金型製作方
法の方が低く、光造形で製作するメリットが少なく、従
ってこの型製作技術は、特殊なものを除いて実用化する
には問題がある、というのが実情である。

【０００５】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、光造形技術を利用しながらも、上記した技術よ
りも大幅にコストを低減することのできる構造を持つ射
出成形用金型の提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の射出成形用金型は、その実施の形態を表す
図１に示すように、キャビ型１とコア型２とからなり、
これらの両型１，２間に形成されるキャビティ３内に溶
融樹脂を注入することによって成形品を製造するための
射出成形用金型において、キャビ型１およびコア型２
が、それぞれ、キャビティ面Ｃ１，Ｃ２に沿った所定厚
さ領域が層状の金属焼結体１１，２１によって形成さ
れ、その残余の部分が補強材１２，２２によって形成さ
れていることによって特徴づけられる。

【０００７】ここで、本発明において、キャビティ面Ｃ
１，Ｃ２に沿う層状の金属焼結体１１，２１の厚さは、
例えば２〜１０ｍｍ程度とされる。本発明の射出成形金
型の構成において、キャビティ面Ｃ１，Ｃ２に沿った層
状の金属焼結体１１，２１（以下、金属焼結体層１１，
２１と称する）は光造形技術を用いたＳＬＳメタルプロ
セスによって製作することができ、また、残余の補強材
１２，２２（以下、補強材層１２，２２と称する）につ
いては、例えば、金属焼結体層１１，２１を型枠内に入
れた後、従来の樹脂金型の製作方法と同様に、溶融樹脂
と金属粉末との混合体をその型枠内に注入して成形する
ことができる。

【０００８】以上のような本発明の構成によると、金属
焼結体層１１，２１は、その周囲の補強材層１２，２２
によって補強されるため、使用に際しての強度上の問題
は生じない。そして、このような本発明の構成によれ
ば、金属焼結体層１１，２１のみを光造形技術を用いて
製作すればよく、光造形による型製作工数は上記した従
来のＳＬＳメタルプロセスを用いてブロック状の型の全
体を製作する工数に比して大幅に削減することができ、
また、補強材層１２，２２の製作については、光造形技
術を用いる場合に比してその工数並びに材料費を大幅に
削減することができるため、トータルコストは、ブロッ
ク状のキャビ型およびコア型の全体をＳＬＳメタルプロ
セスによって製作する場合に比して、大幅に低くなる。

【０００９】ここで、以上のような本発明の構成によれ
ば、キャビ型１およびコア型２の大部分が補強材層１
２，２２によって構成されるために、通常の樹脂金型と
同様に、その補強材層１２，２２の素材である金属粉と
樹脂の混合材料の熱伝導率が低くく、金型の成形サイク
ルが長くなるという欠点が生じる。この欠点の解消策と
して、図３に例示するように、補強材層２２に冷却孔２
２ａを形成する一方、金属焼結体層２１に放熱用のリブ
２１ａを一体形成して、そのリブ２１ａを冷却孔２２ａ
にまで至らさせる、といった対策を講じることができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の構成
を型締め状態で示す断面図である。金型はキャビ型１と
コア型２によって構成され、その型締め状態においてこ
れらの間にキャビティ３が形成され、そのキャビティ３
内に、例えばキャビ型１側に形成されたスプル（図示せ
ず）を通じて溶融樹脂を注入することにより成形品が得
られ、また、その成形品は、例えばコア型２側を貫通し
てキャビティ３に臨む突き出しピン（図示せず）を突き
出すことにより離型される。

【００１１】キャビ型１は、そのキャビティ面Ｃ１を含
み、かつ、その面Ｃ１に沿った所定の厚みの層状の領域
のみが、金属焼結体層１１によって形成され、その残余
部分は、補強材層１２によって形成されている。

【００１２】また、コア型２は、同じくそのキャビティ
面Ｃ２を含み、かつ、その面Ｃ２に沿った所定の厚みの
層状の領域のみが、金属焼結体層２１によって形成さ
れ、その残余部分は、補強材層２２によって形成されて
いる。

【００１３】この例において、キャビ型１およびコア型
２の金属焼結体層１１および２１の厚みは、例えば５ｍ
ｍ程度であり、キャビ型１およびコア型２の全体として
の高さＨ１，Ｈ２はそれぞれ３０ｍｍ程度である。

【００１４】このようなキャビ型１およびコア型２は、
以下の製造方法によって製作することができる。図２に
その製作手順を模式的に示す。すなわち、まず、金属焼
結体層１１および２１に関して３次元ＣＡＤ１００によ
り造形データを作成する。その造形データは光造形機２
００に送られる。光造形機２００は、前記した従来のＳ
ＬＳメタルプロセスと呼ばれる技術を用いた造形機であ
って、バインダーとしてのポリマーを重量比で１％程度
含んだ軟鋼粉末を、成形部に散布し、３次元ＣＡＤ１０
０から送られてくる造形データに基づいて走査されるレ
ーザ装置からのレーザビームを窒素雰囲気下でその軟鋼
粉末の所要領域に照射することにより、その照射領域の
バインダーを溶融固化させるという工程を繰り返すこと
により、３次元ＣＡＤ１００からの造形データに対応し
た形状の金属粉末成形体を一層ずつ造形していく。次
に、その成形体を水素還元炉で２５０〜３５０℃で焼結
してバインダーを気化させて、その部分が空洞化したポ
ーラスな金属粉末成形体とした後に、１１２０〜１１５
０℃の炉内で溶融した銅を毛細管現象で浸透させて空洞
部分を埋める、という工程により、金属焼結体層１１お
よび２１を製作する。

【００１５】次に、以上のようにして得られた金属焼結
体層１１および２１に対して、それぞれ補強材層２１お
よび２２を積層するが、その積層に際しては、各金属焼
結体層１１，２１をそれぞれの型枠３０１，３０２内に
セットし、各型枠３０１，３０２内に液状の補強材を流
し込んだ後に冷却するという方法を採用することができ
る。

【００１６】ここで、金属焼結体層１１，１２のバイン
ダーとして用いられるポリマーとしては、例えばポリオ
レフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂などが挙げら
れ、補強材層１２，２２に用いられる材料としては、例
えば金属粉末を含んだ樹脂や金型用セメントなど挙げら
れる。金属粉末としては、例えばアルミニウム、樹脂と
してはエポキシ樹脂などが好適に挙げられる。

【００１７】以上のような本発明の実施の形態のキャビ
型１およびコア型２によれば、キャビティ面Ｃ１，Ｃ２
に沿った金属焼結体層１１，２１は、ＳＬＳメタルプロ
セスを用いた光造形技術によりＣＡＤデータに基づいて
製作され、しかもその光造形領域は、従来のＳＬＳメタ
ルプロセス技術を利用したプロトタイピング技術のよう
にキャビ型，コア型全体をブロック状に製作する場合に
比して大幅に少なく、後述するように、ＳＬＳメタルプ
ロセスに要する時間およびコストが大幅に少なくなる。
そして、金属焼結体層１１，２１を除く領域は、補強材
層１２，２２によって構成されているため、型枠内に流
し込むといった簡単な工程で済むため、金型製作に要す
るトータルコストは、ＳＬＳ技術を用いてブロック状の
金型を製作する従来方法に要するコストに比して大幅に
低減する。

【００１８】ここで、補強材層１２，２２は、通常の樹
脂金型に用いられる材料により形成されており、従って
その熱伝導率の低さの故に、金型としての冷却効果が低
く、成形サイクルを長くする必要が生じることがある。
このような冷却効果の低さを改善するための対策とし
て、図３に例示する構造を採用することができる。

【００１９】すなわち、この図３の例では、コア型２の
補強材層２２に、冷媒を流すための冷却孔２２ａが形成
されているとともに、金属焼結体層２１には冷却用リブ
２１ａが一体的に形成されており、その冷却用リブ２１
ａは冷却孔２２ａにまで至っている。このような構成に
より、成形時に溶融樹脂との接触により金属焼結体層２
１に伝達された熱は、冷却用リブ２１ａを介して冷却孔
２２ａに直接的に伝達される結果、効率的に放逸され
る。

【００２０】次に、互いに全く同じキャビ型およびコア
型を、上記した本発明の実施の形態の構造と、従来の光
造形技術を用いて全体か金属焼結体によって形成された
構造により実際に製作する場合について、その所要時間
並びに製作コスト等の比較をする。

【００２１】図４は本発明の実施の形態の構造を採用す
る場合の光造形部の形状・寸法を示し、図５は従来の光
造形技術を採用する場合の光造形部の形状・寸法を示し
ている。なお、これらの図において、キャビ型およびコ
ア型の図の下方が縦断面図で、その上方が平面図を示
し、また、数値の単位はｍｍである。キャビ型とコア型
の全体形状は図４と図５の例において互いに等しいが、
本発明の実施の形態を用いた図４の実施例の場合には、
金属焼結体層１１，２１のみが光造形により製作される
ため、光造形部の体積、光造形時間、光造形費並びに光
造形材料費は、図５の比較例に比して〔表１〕の通り大
幅に低減され、この光造形部のみに限って言えば、実施
例では体積、造形費、材料費とも従来の比較例に比して
約１／４に低減される。

【００２２】

【表１】

【００２３】ただし、図４の光造形部は、補強材層１
２，２２によるバックアップにより強度が補強されるの
であるから、本発明の実施の形態の金型製作のトータル
コストはその部分の製作コストを加算する必要がある。
補強材層１２，２２の製作工数は約１日であり、材料費
＋造形費は約１０万円程度である。従って、図４に示し
た光造形部とそれをバックアップするための補強材層１
２，２２を備えた金型のトータルコストは、比較例のト
ータルコストに比して約１／２となる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、キャビ
型およびコア型のキャビティ面に沿って金属焼結体層を
形成するとともに、その残余の部分に金属粉末入りの樹
脂成形体層を積層してバックアップした構造としている
ため、光造形技術を利用して金型を製作するに当たり、
その光造形部はキャビティ面に沿った金属焼結体層のみ
とすることができ、金型全体をブロック状に光造形技術
で製作する場合に比して、その製作コストは大幅に低減
する。

【００２５】また、バックアップ部分を樹脂成形体層と
してるが故の冷却効果の低さは、金属焼結体層に冷却用
リブを設けて、そのリブを樹脂成形体層に形成された冷
却孔等に導く等の対策によって解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成を型締め状態で示す
断面図

【図２】図１の実施の形態の製造手順の説明図

【図３】本発明の他の実施の形態のコア型の構成を示す
断面図

【図４】本発明の実施の形態の構成を有する実施例金型
の光造形部の具体的形状・寸法の説明図

【図５】実施例と同じ金型を、従来の光造形技術によっ
て製作する場合の光造形部の具体的形状・寸法の説明図

【符号の説明】

１ キャビ型 １１ 金属焼結体層 １２ 補強材層 ２ コア型 ２１ 金属焼結体層 ２２ 補強材層 ２１ａ 冷却用リブ ２２ａ 冷却孔 １００ ３次元ＣＡＤ ２００ 光造形機 ３０１，３０２ 枠体 Ｃ１ キャビ型のキャビティ面 Ｃ２ コア型のキャビティ面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビ型とコア型とからなり、これらの
   両型間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を注入する
   ことによって成形品を製造するための射出成形用金型に
   おいて、上記キャビ型およびコア型が、それぞれ、キャ
   ビティ面に沿った所定厚さ領域が層状の金属焼結体によ
   って形成され、その残余の部分が補強材によって形成さ
   れていることを特徴とする射出成形用金型。