JPH10509667A

JPH10509667A - 溶射によって形成したモールド、ダイまたは二次成形ツール

Info

Publication number: JPH10509667A
Application number: JP8517652A
Authority: JP
Inventors: マクドナルド，ロバート・アール
Original assignee: メタラミツクス
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1998-09-22
Also published as: CA2206402A1; WO1996017716A1; EP0796166A4; US5609922A; US20030127775A1; KR100365587B1; US5783259A; EP0796166A1; EP1270165A1; US6613266B2; US5746966A

Abstract

(57)【要約】ここには、a)熱交換用本体支持部材と、b)支持部材内の所望の形態に粒子を溶射することによって形成した支持部材内の成形キャビティ部分とを包含するモールド、ダイおよび二次成形ツールが記載してある。また、ここには、モールド、ダイまたは二次成形ツールを製造する方法であって、a)制御され、設計された多孔率を有する本体支持部材であり、この多孔率によって前記モールド、ダイまたは二次成形ツールの熱伝達率の向上させ得る本体支持部材を用意する段階と、b)支持部材の表面を所望のキャビティに形成し、そしてc)支持部材の形成したキャビティに粒子を吹き付けてモールド、ダイまたは二次成形ツールを製造する工程とからなる方法が記載してある。好ましくは、構造材料は金属であり、プラズマ溶射によって塗布される。粒子は、セラミック、金属マトリックス複合材、セラミック・マトリックス複合材、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、これらをベースにした複合材であってもよい。モールド、ダイ、二次成形ツールの本体の制御された多孔率は溶射を使用してキャビティを形成する場合ほど重要である。

Description

【発明の詳細な説明】溶射によって形成したモールド、ダイまたは二次成形ツール技術分野本発明は、モールド、ダイその他の二次成形ツール(forming tool)、それらの製造および金属製造工業、プラスチック製造工業でのそれらの用途の分野に関する。背景技術モールドは一般的には金属製であり、本体部分とキャビティ部分とからなる。成形作業での生産性を高めるために重要な点は、成形プロセスで発生する熱を放散させることである。換言すれば、成形作業で熱を迅速に放散させることができればそれだけ成形サイクルを増大させることができる。成形は、造形プロセスにおけるように金属物品を製作する技術として用いられる。成形は、また、一般的にはプラスチック材料として特徴がある熱可塑性材料、熱硬化性材料ならびにエラストマー材料の成形にも使用される。溶射は、一般的には、金属製または非金属製の微細表面材を準備した基体上に溶融状態または半溶融状態で付着させて溶射付着物を形成する一群のプロセスとして特徴がある。「溶射」と言う用語は、一般的に、アーク溶射、フレーム溶射、プラズマ溶射と呼ばれるプロセスに適用される。溶射ガンは可燃性ガスまたは電気アークを用いて必要な熱を発生させる。材料が加熱されるにつれて、材料は可塑状態または溶融状態に変わり、これは圧縮ガスによって加速される。閉じこめられた粒子流が基体に向かって運ばれる。粒子は表面と衝突し、平らになり、薄いプレートレット（スプラット）を形成する。これらのプレートレットは加工面の凸凹に順応し、それに付着すると共に互いに付着する。溶射された粒子が基体に衝突すると、冷えて互いに重なり合って層状組織となり、これによって、コーティングが形成される。フロリダ州マイアミのAmerican Welding Society，Inc．の刊行した「Thermal Spraying」，Practice，Theory and Application（1995）を参照されたい。プラズマ溶射とは、非移行式アークを熱源として使用し、これがガスをイオン化し、コーティング材料を溶解し、それを加工片に向かって推進する溶射プロセスである。フレーム溶射とは、酸素含有ガス火炎が表面材を溶融するための熱源となる溶射プロセスである。表面材を霧化し、基体に向かって推進するために圧縮ガスを使用してもよいし、使用しなくてもよい。アーク溶射とは、熱源として表面材からなる２つの可燃電極の間のアークを利用し、圧縮ガスを用いて表面材を霧化し、基体に向かって推進する溶射プロセスである。米国特許第3,429,962号が金属酸化物物品を形成する溶射技術を開示している。たとえば、銅またはアルミニウムの回転マンドレル15に金属酸化物が施されている。最終的な製品は、銅またはアルミニウムのマンドレルを化学的にエッチングすることによって得られる。同様に、米国特許第5,006,321号もガラス・モールド・プランジャを製造する溶射法に関するものである。米国特許第4,460,529号が溶射技術によってセラミックの中空体を製造する方法を記載している。セラミック中空体は、アルミニウム、炭化チタン、硼化チタン、窒化チタンおよびこれらの混合物からなる。適切なコア材料を選べば、セラミック材料との結合は生じない。この米国特許は、中空体からのモールドコアの分離性がセラミック層またはセラミック酸化物層よりも高い膨張係数を持つコアを選ぶことによって確保できることを指摘している。米国特許第2,968,083号が金属の吹き付けを利用する耐火構造のホット・パッチングを記載している。他の関連のある特許としては、米国特許第5,290,373号、同第4,966,220号、同第5,000,244号、同第4,482,513号、同第4,304,747号、同第4,242,074号、同第4, 547,415号、同第4,460,529号、同第3,916,418号、同第4,006,633号、同第3,609, 829号がある。これまで、溶射を利用する溶射付着物は基体の強度を高めることがないと言われてきた。上記「Thermal spraying」第16頁。しかしながら、本願は非常に急速に冷却することのできるモールド本体を利用する。このモールドのキャビティを形成するに際してモールド本体に対して溶射することにより、プラスチック物品ならびに金属物品の成形を行える非常に高い強度を有するモールドの設計が可能となる。本発明の目的は、本体部分とキャビティ部分を有し、溶射技術によってキャビティ部分を本体部分に形成したモールドまたはダイを記述することにある。本発明の別の目的は、本体部分およびキャビティ部分を有し、溶射技術によってキャビティ部分を形成したモールドまたはダイの製造を記述することにある。本発明のさらなる目的は、本体部分およびキャビティ部分を有し、キャビティ部分を本体部分に金属粒子を溶射することによって形成したモールドで所望材料を成形することによってプラスチックまたは金属の部品を製造することを記述することにある。本発明のさらなる目的は、本体部分のための冷却手段の形成に際して非常に高い冷却速度および高い融通性を可能とする本発明の本体部分を記述することにある。発明の概要ここに説明するモールドまたはダイは、（a）熱交換用本体支持部材と、（b）支持部材内で所望形態へ粒子を溶射することによって支持部材内に形成した成形用キャビティ部分とを包含する。好ましくは、粒子は金属または高融点プラスチックである。ここにはまた、モールドまたはダイを製造する方法であって、(a)熱交換用支持部材を用意し、(b)この支持部材の表面を所望のキャビティに形成し、そして( c)支持部材の形成したキャビティに金属粒子を溶射してモールドを製造する、段階を包含する方法も説明する。図面の簡単な説明第１図は、本発明のモールドまたはダイの概略図である。第２図は、本発明のモールドまたはダイの、第１図の２−２線に沿った横断面図である。第３図は、本発明のモールドまたはダイの製造を説明する概略的なプロセスを示す図である。第４、５図は、プラスチック製品を成形し、取り出す概略的なプロセスを示す図である。好ましい実施例の説明本願において、本発明は広くモールド、ダイその他の二次成形ツールに関係している。このテクノロジーは、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂＋ガラス、金属、合金に基づく部品の製造に使用するツールに適用される。金属の場合、モールドと言ったとき、それはキャスティングにのみ使用されるツールを意味する。ダイと言う用語は、二次成形またはキャスティングのいずれにも使用する。キャスティング用（たとえば、ダイキャスティング用）のダイおよびモールドならびに金属の二次成形用（たとえば、或る形状へのシートまたはビレットのプレス加工用）のダイおよびモールドを製造することができる。ガラス部品の製造の場合、このテクノロジーを適用できるモールドおよびダイを使用する。熱可塑性樹脂に基づく部品の場合、一次プロセスは一次成形プロセス、すなわち、圧縮成形、トランスファー成形、ブロー成形、射出成形、回転成形、熱成形と呼ばれる。さらに、ダイが使用される。これには押し型が含まれる。さらに、熱可塑性樹脂ベースの部品、すなわち、フィルム、シート、プロフィル（たとえば、チューブ、ロッドおよび精細賦形物）の製造には押出ダイが用いられる。このテクノロジーはこれらのタイプのツールのすべてに適用される。熱硬化性樹脂に基づく部品の場合、プロセスは部品のダイ二次成形を利用する。たとえば、シートをダイ内でプレス加工して部品を形成し、次いで交差結合を行って強度および関連した特性を得る。さらに、たとえば、ウレタンフォーム座布団などを製造するのにモールドを使用する。このテクノロジーはこのようなツーリングのすべての製造に適用される。また、特殊部品製造プロセス、たとえば、引抜成形、フィラメント巻回、構造反応、射出成形、樹脂トランスファー成形もある。これらのプロセスにおいて、モールドまたはダイを使用できる。このテクノロジーはこのようなツーリングの製造に適用される。上記のすべてのケースにおいて、熱伝達効率および熱制御は、製品の品質およびツールから作った部品の製造コストにとって重要である。さらに、これらすべてのケースにおいて、モールド、ダイまたは二次成形ツールの製造コストおよびターンアラウンド時間は確実に悪影響を受ける。このテクノロジーは、二次成形ツールならびに熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ガラス金属、合金から作る部品に対する適用可能性において万能である。本発明のモールドを使用することによって、非常に容易かつ急速に冷却できる本体部分の形成が可能となる。このような急速冷却本体部分を求める理由は、モールドのキャビティ部分を溶射技術を用いて本体部分に適用するということにある。好ましくは、溶射は金属部分の本体に形成したような基体に直接適用される。本発明は、また、制御した多孔率をもって形成した本体部分の利用を特徴とすることもできる。本体部分は、好ましくは、発泡アルミニウムまたは発泡アルミニウム合金または容易に発泡させることのできる他の金属物質からなる。このような発泡アルミニウム合金は、カナダのAlcan AluminumまたはカリフォルニアのＥＲＧから市販されている。本体部分は、また、ふるい材料または網目材料のような他の金属物質からなるものであってもよい。利用できる網目材料としては、モールドのキャビティ部分の冷却剤のできるだけ急速な流れを可能とすると同時に、一次成形作業で使用されるに充分な強度を有する種々の寸法のオリフィスを持つものがある。本体部分は他の金属物質からなるものであってもよい。その１つとして、「タワー・パッキング材料」と呼ばれる物質がある。この系列の製品は、亀裂圧縮、熱伝達のための表面を創り出すのにしばしば石油化学工業で使用される。構造化したパッキングは、オクラホマのタルサのNutter Eng ineering，a unit of Patterson-Kelly Company，Division of Harsco Corporat ionから入手できる。このようなパッキング材料は「Montz B1」、「A3」などと呼ばれる。他のこのような材料としては、Nutter Engineeringからの「Nutter R ing Random Packing」と呼ばれるものがある。Nutter Ringは、多孔性中央トラフ、フランジ付き側部および異なった直径の２つのテーパ付きのスペーシング・フープを備えた開放ハーフリングを有することを特徴とする。利用可能な他のパッキング材料としては、オハイオのアクロンのNorton Chemical Process Produc tsから市販されている「Intalox^TM High Performance Structured Packing」と呼ばれるものがある。（Intalox^TMはNorton Chemical Process Productsの商標である。）このIntalox^TMの系列には、同様に、銅などの種々の金属からなる二重波形シート構造を含むSnowflakes^TM高性能パッキングがある。また、Norton C hemical Process Productsの提供するラシッヒリングも、Hy-pack Metal Packin gまたはMetal Pall Ringsと共に同等に適用できる。Nortonの供給する他のパッキング材料としては、構造化パッキングのための多数の前記材料を利用する「Fl exipac」と呼ばれるものがある。他の材料、たとえば、構造化パッキング材料用の「Koch Flexigrid」(Kochの商標)またはバルブトレイ用の「Flexitray」(Koch の商標)または「Flexiring」(ダンプド・パッキング)も同様に利用できる。開放式で多孔性の構造を有する材料のすべてに関して、材料を所望のサイズに形成したり、プレス加工したり、押しつぶしたりし、表面を溶射プロセスの適用に合わせて適切に準備する必要があることは了解されたい。本発明のモールド部分の本体について利用できる別の材料としては焼結金属フェルトがある。この材料は商標Feltmetal^TM（フロリダのデランドのTechnetics Corporationの商標）で市販されている。繊維金属材料を焼結し、多孔性シートの形をしたランダム金属繊維構造とする。これらの材料は、組み合わせた金属特性を呈し、種々の支持用途に適した繊維材料とするものである。繊維金属を構成する合金としては、鉄、クロム、アルミニウム、イットリウム、ステンレススチール、ニッケルクロム合金、ニッケル、銅、チタンおよびこれらの合金がある。材料は、一般的に、75％〜95％／体積の高い多孔率を有する。繊維金属材料は透過性があり、0.05m²／gmまでの活性表面積を持つ。ステンレススチール材料は、たとえば、10％の密度を持つことができ、ニッケル金属繊維は16％の密度を持ち得る。適当な材料としては、金属体積１ccあたり4,000平方センチメートルの表面積を有するニッケル繊維であるTC 3100がある。繊維金属材料の熱伝導率は表Ｉに示す。比較すると、固体ニッケルの熱伝導率は36.0K BTU／hr／ft／°Fであるのに対し、302ステンレススチールは9.4である。空気はその熱伝導率が0.014である(TD -882繊維金属材料についてTechnetics Corporation Data Bulletinから得たデータ)。繊維金属材料が望ましいのは、その高多孔率のためであり、したがって、冷却が容易であり、冷却導管の設置のための形成が容易だからである。繊維金属は二次成形適性、溶接適性、耐衝撃性、耐振動性、を有しそして引っ張り、圧縮の両方で耐荷力を示す。種々の金属物質を用いて製造できる種々の軽量モールドを説明してきたが、本発明が広範囲にわたるツールに向けられたものであることは了解されたい。換言すれば、本発明は軽量のダイその他のツーリングに向けられたものである。過去のたいていのツーリングは異常に重かった。これは、ツーリングの主要部分が密度の高い金属本体だからである。本出願人は、溶射の組み合わせによって、ツーリングの冷却を容易にするであろう非常に軽量の本体を得ることができることを見出した。このような軽量の本体材料を有することによって、ツーリングまたはダイまたはモールドをより安く、より容易に種々の形状に製造できる。一般に、本体部分のための構造材料は、制御した多孔率を持たせるために、発泡体、スクリーン、フェルト、チュービング、ハニカム焼結球体、パッキング・タワー材料などであってもよい。本発明の技術は安価な材料、たとえば、溶射鋳鉄物質をアップグレードするのに使用できる。モールドまたはダイは、アルミニウムおよびその合金、鉄およびその合金（たとえば、鋳鉄）またはニッケルおよびその合金（たとえば、ステンレススチール）からなると好ましい。溶射プロセスにおいて、多数の市販されている部分装置のうちの任意のものを利用できる。American Welding Societyの上記の刊行物「Thermal Spraying」、特にその第２章を参照されたい。この章には、代表的なワイヤ・フレーム溶射、パウダー・フレーム溶射プロセス、酸素燃料ガス・デトネーション・ガン、アーク溶射ガン、プラズマ溶射システムの一部をなすプラズマ・トーチが記載されている。これらの装置はすべて市販されている。種々の材料をモールドの本体に溶射してモールド・キャビティを形成することができる。適当な材料としては、金属類、金属酸化物類、金属炭化物類、金属窒化物類がある。金属類（酸化物類、炭化物類または窒化物類）は、元素の周期表の第２族以降第８族までであり得る。特に、金属または金属酸化物、金属炭化物または金属窒化物は、アルミニウム、チタン、シリコン、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛、ジルコン、カルシウム、イットリウム、マグネシウム、銅、マンガン、モリブデン、スズ、アンチモニー、鉛、タングステン、硼素およびそれらの混合物であり得る。特に、セラミック酸化物含有材料、たとえば、アルミニウム、チタン、シリコン、鉄酸化物などのブレンドも使用し得る。他の好ましい材料としては、鉄ベースの合金、たとえば、マンガン、銅、鉄を含有する合金、モリブデン、炭素、鉄を含有する合金、クロム、ニッケル、モリブデン、シリコン、炭素、鉄を含有する合金などがある。溶射プロセスによって使用できる他の好ましい金属材料としては、ニッケルベースの材料、すなわち、ニッケルの種々の合金、たとえば、アルミニウム・ニッケル合金、クロム・ニッケル合金、クロム・アルミニウム・モリブデン・シリコン・鉄・硼素・ニッケル合金、ニッケル・鉄・クロム・マンガン・モリブデン合金（たとえば、ステンレススチール）などを含む 10重量％から100重量％までの測定可能量のニッケルを含む材料がある。他の材料としては、非鉄材料、たとえば、アルミニウムおよび鉄を含有する銅合金、シリコンを含有するアルミニウム合金、かなりの量の銅を含有する高銅合金（たとえば、インジウムを有するかまたは有しないニッケル、銅を含有する高銅合金）、亜鉛合金、銅亜鉛合金、銅・スズ合金、銅・シリコン炭化物合金、亜鉛・スズ合金、スズ・アンチモニー・銅合金、スズ自体、鉛自体、鉛・スズ合金などがある。同様に適用できる他の材料としては、炭化物合金、たとえば、クロム炭化物・ニッケル・クロム合金、タングステン炭化物・コバルト合金、タングステン炭化物・ニッケル合金、チタン炭化物・コバルト（またはニッケル）合金、タングステン炭化物・ニッケル・クロム・硼素合金などがある。適用可能な他の材料としては、耐火性金属、たとえば、タングステン、チタン、モリブデンまたはその合金がある。さらに、セルフフラックス合金を、溶射プロセスに適用される材料として利用できる。たとえば、クロム、硼素、鉄、シリコンおよび炭素を含有するニッケル合金、ニッケル・タングステン炭化物・コバルト・クロム・鉄・シリコン・硼素・炭素合金、タングステン炭化物、コバルト、ニッケル、クロム、硼素、鉄、シリコン、炭素などが使用できる。適用可能な他の材料としては、タングステン炭化物、たとえば、合金化量のコバルトおよび鉄、または、コバルトを単独で含むタングステン炭化物、または、かなりの量のニッケル、炭素、クロムを含有するタングステンなどを含有するタングステン炭化物がある。適用可能な付加的な材料としては、研磨可能なコーティング、たとえば、窒化硼素＋ニッケル合金材料、ニッケル＋グラファイト複合材料、シリコン・アルミニウム・グラフィック複合材料、アルミニウム＋ポリエステル材料、シリコン・アルミニウム・ポリイミド樹脂材料、アルミニウム・硼素＋炭化硼素・サーメット材料、ニッケル＋グラファイト複合材料などがある。適用される好ましいクラスの材料としては、ニッケル・アルミニウム合金、特にニッケル・アルミナイドがある。本体にキャビティとして適用しようとしている材料が非常に高い熱伝導率を有するものであることが最も好ましい。以下の表には、好ましい熱伝導率のために使用できる材料が挙げてあり、この表では、左側の欄は熱伝導率測定値としてワット／1000度Kelvinの値を示している。溶射プロセスがガン装置を通して加熱され、通過するワイヤを利用する場合、このワイヤは所望の金属成分からなり、基体に溶射されることになる。ここで、溶射は種々の雰囲気、たとえば、酸素、窒素その他の反応性ガスまたは非反応性ガスを含有する雰囲気で行われ得ることは了解されたい。これらのガスは、金属材料が溶射されるとき、または、基体上で溶融状態になった後、金属材料と反応できる。その結果生じたコーティングは、所望の雰囲気内での溶射プロセスによって、キャビティの一部としてのガス／金属混合物の異なった部分を持ち得る。しかしながら、雰囲気は酸素と窒素の組み合わせである周囲空気雰囲気であると好ましい。適用しようとしているコーティング厚さは、0.1ミリメートルから50ミリメートルの範囲にあり、好ましくは0.5〜20ミリメートルであり、もっと好ましくは0 .5から約５ミリメートルである。ここで、モールドの最終用途に基づいて溶射材料を変えることができることは了解されたい。基体との固定層(anchoring layer)となるであろう溶射プロセスの最初の層を持つことが望ましい。次に、より耐久性があるかまたはより高い強度の材料を最初の層に施すことができる。したがって、多数の層をモールドの本体に施して組み合わせ特性、すなわち、良好な基体への接着性および成形作業に伴う圧縮に対する高い耐久性を有するキャビティを得ることができる。ここで、適用するようなコーティングが、従来周知のように、引き続く処理段階、たとえば、バフ研摩、研削または機械加工などを必要とするかも知れないことは了解されたい。同様に、溶射したコーティングの後処理が種々の段階、たとえば、シーラーその他の防蝕段階を採用し得ることも了解されたい。しかしながら、所望に応じて加熱または溶融の後処理を行えると好ましい。他の後処理としては、衝撃コーティング、電解めっき、無電極めっき、窒化、陽極処理などがある。第１図は本発明のモールド10を示している。金属製の本体部分12はキャビティ部分14を有する。ここに示すキャビティは、頂部16を備えたブロー成形ボトル用のものである。第１図はモールドの斜視図であり、第２図は第１図の２−２線に沿ったモールドの横断面図である。溶射は、大体積体、たとえば、ガン18から適切な距離のところをモールド10を通過させる可動コンベヤ18を許すプロセスで適用される。ガンはホッパ（図示せず）から粉末粒子を挿入することができる入口 20を有する。燃料ガス入口22を発火させて粉末を溶融状態まで暖めてもよい。燃焼を助けるべく酸素入口24を設けてもよい。粒子は出口26を通して溶射され、これら溶射された粒子28は第３図にスプレーとして概略的に示す溶融形態となっている。溶射を行った後、モールド10は溶射コーティング30で被覆されたキャビティ部分を持つことになる。ガン26の出口部分はコーティングを施し、この出口を通して粒子が容易に移動できるようにしてもよい。このコーティングは、一般的には、金属性の二硫化材料または硫化材料、たとえば、チタン、モリブデン、タンタルなどである。コーティングは従来公知の技術を利用して化学蒸着によって塗布されるのが一般的である。適切な対のモールドを形成した後、第４図に示すように、成形プロセス、たとえば、ブロー成形プロセスで相互に合わせて保持する。これは、プロセスが第４、５図に概略的に示すミルク容器32のようなブロー成形製品の形成を可能であることを示す。ここで、成形は第４図で起き、第５図はブロー成形製品32の離型を示す。本発明のモールドは種々の最終用途のために使用できる。好ましい用途としては、プラスチック製品の形成でこのモールドを使用することがある。利用できるプラスチックは、ブロー成形、射出成形その他の成形技術できるものである。この成形にRIMプロセス（反応射出成形）も含めることができる。プラスチック材料は、熱可塑性材料、たとえば、温度を付与したときに軟化し、冷却したときに新しい形になるものであり得る。引き続いて熱を付与したとき、材料は所望に応じて新しい形態を得ることができる。熱硬化性材料は、一定の安定した位置に熱、圧力、触媒を付与することで硬化するものである。引き続いて熱を付与すると、第１位置における熱硬化した最終製品の形成に伴う結合部の変形は行なわれず、むしろ破壊が行なわれる。熱可塑性材料の例としては、ポリスチレン、アクリロニトリル、スチレンアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、高密度および低密度ポリエチレン材料、ナイロン材料、(ポリアミド)、酸素遮断材料（たとえば、PET、PPOH、PVDC（ポリ二塩化ビニル）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレンなどがある。熱硬化性材料に関して、このような材料としては、エポキシ材料、ポリウレタン材料、ポリエステル材料、ポリアセテート、ポリカーボネート、ポリ（メチル）メタクリレートなどがある。プラスチック材料としては、エラストマー材料、たとえば、ゴム材料または合成ゴム材料、スチレンブタジエン、イソプロピレンなどがある。一般に、熱可塑性材料の熱付与のために本発明の軽量モールドを利用する場合、ツーリングの望ましい特性としては、良好な熱制御、良好な熱伝達効率、耐摩耗性、耐化学性を持つことであろう。利用されるであろうツールは、熱二次成形ツールまたはダイならびに射出モールドである。利用するのが好ましい材料としては、ウレタン類、たとえば、可撓性発泡体、剛性発泡体、固形状体がある。他の材料としては、エポキシ類、フェノール類（たとえば、ノボラック類）、アミン類(たとえば、ポリアミン類)、シリコーン類(たとえば、メトクロロシラン)、複合材（たとえば、工業材料）、熱硬化性ポリエステル類と木材含有材料、アリル類（たとえば、アリルアルコールのエステルおよび二塩基酸類から誘導したポリエステル樹脂類）がある。共通モノマーとしては、アリルジグリコルカーボネート（ジエチレングリコールビス（アリルカーボネート）としても知られる）、ジアリルクロレンデート、ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート、ジアリルマレエートがある。本発明は、熱可塑性プラスチックの賦形、二次成形、一次成形にも同様に適用できる。この状況では、ツーリングは所望の特性、すなわち、良好な熱制御、高熱伝達効率、耐摩耗性、耐化学性を持たねばならない。利用されるであろうツーリングは、一般的には、ブロー・モールド、射出モールド、熱成形ダイであろう。成形されるであろう最も好ましい材料は、熱可塑性材料(たとえば、ポリスチレニック類)、ABS(アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン)、SAN（スチレン／アクリロニトリルポリマー）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート類、ポリスルホン類、ポリエチレンテレフタレート類、ポリアミド類（たとえば、ナイロンなど）、ガラス材料、金属（たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金、銅、銅合金、スズ、スズ合金である。本発明の別の明確な利点は、キャビティを溶射した本体が容易に機械加工できる材料で作られているということである。アルミニウム、金網（または金属フェルト(繊維)）材料の機械加工の容易さにより、モールドの製造を簡略化するのに CAD／CAM装置を利用できる。モールドの最終用途、すなわち、成形しようとしている製品を選んだ後、CAD／CAM装置で適度に安価かつ迅速にモールドを機械加工することができる。モールドの本体の広範囲に開いた性質により、比較的容易に所望形態に機械加工することができる。さらに、モールドの本体の広範囲に開いた性質により、非常に多孔率が高い。この多孔率により、モールドの冷却が容易になり、一次成形プロセスのためのサイクル時間を延ばすことができる。より広くは、モールド、ダイ、二次成形ツールは、製造作業を実行しようとしているいかなる部品についても熱伝達効率を最適化するように設計できる。製造サイクルまでの流量制限ステップは、通常、プラスチックを貫く熱流量＋モールドからの熱流量からなる。ここに記載したテクノロジーによれば、モールドからの熱流の影響を充分に減らすことができる。それ故、プラスチック部品製造のための製造サイクル時間を充分に短縮することができる。広範囲にわたる賦形物を成形することができる。モールドにとって適切な形態はCAD／CAM技術を利用して設計できる。或る特定の形態についての三次元データセットはViewpoint Corporation(ユタのオーレン)のデータセット・カタログから得ることができる。このデータセットは、プラスチックである、ガラスであるを問わず、びんについてのものがあるし、または、他の工業形態、たとえば、ポケットベル、電話受話器、コンピュータ・キーボード、コンピュータ・カバー、グラベル、ギターなどについてのものもある。このような三次元データセットを利用する場合、モールドそれ自体の便利な成形についてここに説明したような技術を利用して最終製品を形成するのに使用されるであろうモールドを形成することができる。製造のためのモールドの或る特定の用途を以下に説明する。自動車座席のためのウレタンフォーム部品の製造のために本発明のモールドを使用することができる。所望のモールド特性は、等温成形面、中程度の熱伝達効率、中程度の圧縮強さ、良好な離型面（更新可能）、長持ちする型締め面および軽量という点であろう。所望のモールド本体はアルミニウムで作られることになる。モールド本体の構造材料は、スクリーン、発泡体、ジャック・ストロー、ハニカム構造または上述したようなパワー・パッキング材料であると好ましかろう。モールド・キャビティの構造材料は、アルミニウム、アルミニウム・グラファイト球体または超高分子量ポリエチレンであると好ましいであろう。後者の技術の場合、高融点ポリエチレンがウレタンの発泡温度(一般には150〜200°F)で安定することになる。ポリエチレンがこの温度で安定するので、発泡ウレタンをそれから分離することができる。ここで、超高分子量ポリエチレンの適用時、市販の機器を使用することになることは了解されたい。これは、通常、金属の適用時に使用される機器とは異なる。このような機器はパウダー・コーティング・プロセスで使用されるものに類似しているかもしれない。パウダーは、一般的に、空気霧化プロセスによって、直接に加熱基体上に施される（チャージなどされる）。次いで、基体を熱硬化プロセスに付される。ここでまた、種々の高温熱硬化性または熱可塑性パウダー材料を被覆できることも了解されたい。このような材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ類、ナイロン類のようなポリアミド類、（メタ）クリル類、硫化ポリフェニレン、ポリスルフォン、ポリベンゾイミダゾールなどがある。プラスチック・パウダー材料を使用する場合、キャビティはここに説明したような溶射金属粒子によって予め形成しておくと好ましい。これにより、プラスチック・パウダーの適用の際により滑らかな表面を得ることができる。本発明のモールドは、また、ブロー成形を経てプラスチック容器を製造するのにも使用できる。この状況では、所望のモールド特性は、等温成形面、高い熱伝達効率、キャビティにとって中程度の圧縮強さ、高品質仕上げ、軽量、耐腐食表面仕上げ、モールド型締め面のための高圧縮強さとなろう。モールド本体はアルミニウムで作られることになる。モールド本体の軽量部分のための構造材料としては、スクリーン、発泡体、フェルトまたはパッキング・タワー材料が好ましかろう。モールド・キャビティのための構造材料としては、ニッケルを上面に電気めっきしたアルミニウム、トリニッケル・アルミナイドを上面に持つアルミニウムまたは窒化チタンを上面に持つアルミニウムが好ましいであろう。アルミニウム・ダイキャスティングの製造用のツーリングは、モールドまたはダイが、充填、取り出し中に高い耐熱サイクル疲労性、高い耐熱衝撃性を持つ性質のものであろう。換言すれば、高い熱強さ、高い靭性を持つと共に、約100ワット／メーターKelvinより高い熱伝導率を有し、低い熱膨張係数を持つ必要があるであろう。同時に、ツーリングの構造材料が溶融アルミニウムによる浸食、湿潤に対して高い耐性を持たなければならない。換言すれば、溶融アルミニウムへの構造材料の溶解度が低く、溶融アルミニウムとの関係で構造材料の熱力学的安定性が高く、構造材料の融点が高くなければならない。ツール本体の構造材料としては、銅／ジクロム‐ニオバイド、ニッケル、ステンレススチール、ニッケル・アルミナイドが好ましい。ツーリングの本体の構造材料の形としては、発泡体、スクリーン、フェルト、チュービング、ハニカム、多孔性シート／プレート、焼結ウォールが好ましかろう。キャビティ膜の構造材料としては、ニッケル・アルミナイド／ニッケル・アルミナイド・モリブデン／モリブデン、トリニッケル・アルミナイド／トリニッケル・アルミナイド‐モリブデン／モリブデン、ニッケル・アルミナイド／ニッケル・アルミナイド‐モリブデン／モリブデン、ニッケル／ニッケル・モリブデン／モリブデン、ニッケル／ニッケル・ボロン／ニッケル・ボロン／トリニッケル・アルミナイド、モリブデン、モリブデン／モリブデン・ボロン／モリブデン・ボロンが好ましいであろう。モールドの構造の詳細については、必要に応じて、solid petitionsとlowdensity volumesとを組み合わせなければならない。安価なフィラーをモールドの底に用いてもよい。また、開放マトリックス構造を用いて溶射膜を拡張してもよい。また、容易にリサイクルでき、修理できる構造を使用してもよい。溶融ガラスの製造のためのツーリングに関しては、ツーリングの特性は、耐熱サイクル疲労性、耐熱衝撃性でなければならない。換言すれば、ツーリングは強度、靭性が優れて高くなければならないと共に、熱膨張係数が低く、熱伝導率が適切に高く(100ワット／メーターKelvin)なければならいない。さらに、ツーリングは溶融ガラスに対して高い耐腐食性を持たなければならない。材料は高い融点を持たねばならず、しかも溶融ガラス内での構造材料の溶解度が低いものでなければならない。ツーリングは表面を改造してツールの作業面に保護コーティングを施せるものでなければならない。ツーリングは、表面を改造してツールの作業面に保護コーティングを施せるものでなければならず、しかも溶融ガラスで生じたツール作業面の耐摩耗性が高いものでなければならない。ツーリングは、高温で高いモジュラスを持たねばならず、光沢の強い表面を持たなければらず、キャビティ膜またはキャビティ・コーティングの構造材料に使用した微細パウダーのプラズマ溶射による微粒子サイズを持たなければならない。ツール本体の構造材料としては、ニッケル、クロム／ジクロム・ニオバイド、ステンレススチール、鉄スチール、グラファイト、炭化ニッケル、ニッケル・アルミナイドが好ましい。本体そのものの構造材料の形としては、発泡体、スクリーン、焼結ウォール、チューブ、ハニカム、フェルトなどが好ましいであろう。キャビティ膜の構造材料は以下のものであってもよい（記載した通りの多層構造であってもよい）。・Ni-Al／Ni-Al-Mo／Mo ・Ni3Al／Ni3Al-Mo／Mo ・NiAl／NiAl-Mo／Mo ・Ni／Ni-Mo／Mo ・Ni／Ni-B／NiB ・Ni3Al ・Mo ・Mo／Mo-B／MoB 成形コンパウンドベースの部品の製造のためのツーリングは以下の通りである。ツール特性は、等温成形面、300コ作業温度、耐擦過性、耐摩耗性表面、クラスＡ超仕上げ面、３〜500psi（最低）圧縮強さ、軽量、合理的に良好な熱伝達効率でなければならない。構造材料はアルミニウムとステンレススチールが好ましいであろう。ツール本体の構造材料のタイプは、スクリーン、パッキング・タワー材料、ジャック・ストロー、ハニカム、発泡体、フェルトとなろう。ツール二次成形面の構造材料としては、アルミニウム／ニッケル・アルミナイド、アルミニウム／ニッケルの電解塗布またはステンレススチールが好ましい。ここに開示した発明の形態は現在のところ好ましい実施例であるが、多くの他の形態も可能である。発明の可能な均等形態または派生形態のすべてをここに記載するつもりはない。ここで使用した用語が限定の意味があるわけではなくて単なる説明のためであり、発明の精神または範囲から逸脱することなく種々の変更をなし得ることは了解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２３Ｃ 4/10 Ｃ２３Ｃ 4/10 4/12 4/12

Claims

【特許請求の範囲】１．a)熱交換用本体支持部材と、b)支持部材内の所望の形態に粒子を溶射することによって形成した支持部材内の成形キャビティ部分とを包含することを特徴とするモールドまたはダイ。２．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、溶射した粒子が金属であることを特徴とするモールドまたはダイ。３．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、溶射した粒子がプラスチックであることを特徴とするモールドまたはダイ。４．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体が発泡金属で作られていることを特徴とするモールドまたはダイ。５．請求項４記載のモールドまたはダイにおいて、発泡金属がアルミニウムからなることを特徴とするモールドまたはダイ。６．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体が冷却剤の貫流する孔を有するワイヤ・スクリーン部材からなることを特徴とするモールドまたはダイ。７．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、モールド・キャビティが成形プラスチック片を形成する強度を有することを特徴とするモールドまたはダイ。８．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、モールド・キャビティが成形金属片を形成する強度を有することを特徴とするモールドまたはダイ。９．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体支持部材が多孔性金属であることを特徴とするモールドまたはダイ。 10．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体支持部材がフェルト金属からなることを特徴とするモールドまたはダイ。 11．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体支持部材が繊維状金属からなることを特徴とするモールドまたはダイ。 12．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体支持部材が金属構成パッキングからなることを特徴とするモールドまたはダイ。 13．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体支持部材が金属タワー・パッキングからなることを特徴とするモールドまたはダイ。 14．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体支持部材が金属ラシッヒリングからなることを特徴とするモールドまたはダイ。 15．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、本体支持部材が波形金網からなることを特徴とするモールドまたはダイ。 16．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、ウレタン発泡部品を製造するためのモールドであることを特徴とするモールドまたはダイ。 17．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、プラスチック容器の製造のためのモールドであることを特徴とするモールドまたはダイ。 18．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、アルミニウムの製造のためのツーリングであることを特徴とするモールドまたはダイ。 19．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、溶融ガラスの製造のためのツーリングであることを特徴とするモールドまたはダイ。 20．請求項１記載のモールドまたはダイにおいて、低圧力シート成形コンパウンドベース部品の製造のためのツーリングであることを特徴とするモールドまたはダイ。 21．材料を賦形するためのツールであり、a)熱交換用本体支持部材と、b)支持部材内の所望の形態に粒子を溶射することによって形成した支持部材内の成形面部分とからなることを特徴とするツール。 22．請求項21記載のツールにおいて、ダイからなることを特徴とするツール。 23．請求項21記載のツールにおいて、溶射粒子が金属であることを特徴とするツール。 24．請求項21記載のツールにおいて、溶射粒子がプラスチックであることを特徴とするツール。 25．a)熱交換用本体支持部材を用意し、b)この支持部材の表面を所望のキャビティに形成し、そしてc)支持部材の形成したキャビティに粒子を溶射してモールドまたはダイを製作する、工程からなるモールドまたはダイを製造する方法。 26．請求項25記載の方法において、溶射粒子が金属であることを特徴とする方法。 27．請求項25記載の方法において、溶射粒子がプラスチックであることを特徴とする方法。 28．請求項25記載の方法において、本体が発泡金属からなることを特徴とする方法。 29．請求項28記載の方法において、発泡金属がアルミニウムからなることを特徴とする方法。 30．請求項25記載の方法において、本体が冷却剤が貫流する孔を有するワイヤ・スクリーン部材からなることを特徴とする方法。 31．請求項25記載の方法において、モールド・キャビティが成形プラスチック片を形成する強度を有することを特徴とする方法。 32．請求項25記載の方法において、モールド・キャビティが成形金属片を形成する強度を有することを特徴とする方法。 33．請求項25記載の方法において、モールド・キャビティが成形プラスチック片を形成する強度を有することを特徴とする方法。 34．請求項25記載の方法において、モールド・キャビティが成形金属片を形成する強度を有することを特徴とする方法。 35．請求項25記載の方法において、本体支持部材が多孔性金属であることを特徴とする方法。 36．請求項25記載の方法において、本体支持部材がフェルト金属からなることを特徴とする方法。 37．請求項25記載の方法において、本体支持部材が繊維状金属からなることを特徴とする方法。 38．請求項25記載の方法において、本体支持部材が金属構成パッキングからなることを特徴とする方法。 39．請求項25記載の方法において、本体支持部材が金属タワー・パッキングからなることを特徴とする方法。 40．請求項25記載の方法において、本体支持部材が金属ラシッヒリングからなることを特徴とする方法。 41．請求項25記載の方法において、本体支持部材が波形金網からなることを特徴とする方法。 42．a)請求項１記載のモールドまたはダイを用意し、b)モールドのキャビティに成形しようとしている材料を挿入し、c)製品を成形し、そしてd)製品を取り出す、工程からなる製品を成形する方法。 43．請求項42記載の方法において、溶射粒子が金属であることを特徴とする方法。 44．請求項42記載の方法において、溶射金属がプラスチックであることを特徴とする方法。 45．請求項42記載の方法において、本体が発泡金属で作られていることを特徴とする方法。 46．請求項42記載の方法において、発泡金属がアルミニウムからなることを特徴とする方法。 47．請求項42記載の方法において、本体が冷却剤が貫流する孔を有するワイヤ・スクリーン部材からなることを特徴とする方法。 48．請求項42記載の方法において、成形製品が金属であることを特徴とする方法。 49．請求項42記載の方法において、成形製品が熱可塑性製品であることを特徴とする方法。 50．請求項42記載の方法において、成形製品が熱硬化性製品であることを特徴とする方法。 51．請求項42記載の方法において、成形製品がエラストマー製品であることを特徴とする方法。 52．請求項42記載の方法において、本体支持部材が多孔性金属であることを特徴とする方法。 53．請求項42記載の方法において、本体支持部材がフェルト金属からなることを特徴とする方法。 54．請求項42記載の方法において、本体支持部材が繊維状金属からなることを特徴とする方法。 55．請求項42記載の方法において、本体支持部材が金属構成パッキングからなることを特徴とする方法。 56．請求項42記載の方法において、本体支持部材が金属タワー・パッキングからなることを特徴とする方法。 57．請求項42記載の方法において、本体支持部材が金属ラシッヒリングからなることを特徴とする方法。 58．請求項42記載の方法において、本体支持部材が波形金網からなることを特徴とする方法。 59．a)請求項21記載のツールを用意し、b)ツールの成形面を挿入して材料と直接接触させ、所望の形態に材料を賦形することによって材料を賦形し、そしてc)製品を取り出す、工程からなる製品を賦形する方法。 60．請求項59記載の方法において、ダイからなることを特徴とする方法。 61．請求項59記載の方法において、ウレタン発泡部品の製造のためのモールドを特徴とする方法。 62．請求項59記載の方法において、製品がプラスチック容器からなることを特徴とする方法。 63．請求項59記載の方法において、製品がアルミニウムからなることを特徴とする方法。 64．請求項59記載の方法において、製品が溶融ガラスからなることを特徴とする方法。 65．請求項59記載の方法において、製品が低圧力シート成形コンパウンドベース部品からなることを特徴とする方法。