(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導性金属の基材の表面に高硬度金属層を冶金的に接合して得られる複合材料を用い、該高硬度金属層の面から該基材に彫り込むことによりキャビティを形成させ、該キャビティの周縁部に該高硬度金属を含む層を形成させるブロー成形用金型の製法。
【請求項２】
高熱伝導性金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅および銅合金からなる群の中から選ばれた少なくとも一つである請求項１のブロー成形用金型の製法。
【請求項３】
高硬度金属が、鋼、プラスチック成形用金型鋼、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金およびベリリウム−銅合金からなる群の中から選ばれた少なくとも一つである請求項１のブロー成形用金型の製法。
【請求項４】
高硬度金属が、鋼、プラスチック成形用金型鋼、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金およびベリリウム−銅合金からなる群の中から選ばれた少なくとも一つである請求項２のブロー成形用金型の製法。
【請求項５】
高熱伝導性金属の基材の表面に高硬度金属層を冶金的に接合して得られる複合材料を用い、該高硬度金属層の面から該基材に彫り込むことによりキャビティを形成させ、該キャビティの周縁部に該高硬度金属を含む層を形成させるブロー成形用金型部材の製法。
【請求項６】
高熱伝導性金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅および銅合金からなる群の中から選ばれた少なくとも一つである請求項５のブロー成形用金型部材の製法。
【請求項７】
高硬度金属が、鋼、プラスチック成形用金型鋼、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金およびベリリウム−銅合金からなる群の中から選ばれた少なくとも一つである請求項５記載のブロー成形用金型部材の製法。
【請求項８】
高硬度金属が、鋼、プラスチック成形用金型鋼、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金およびベリリウム−銅合金からなる群の中から選ばれた少なくとも一つである請求項６のブロー成形用金型部材の製法。
【発明の詳細な説明】
〈技術分野〉
本発明はブロー成形用金型、金型部材およびその製法に関する。
さらに詳しくは、本発明は、高熱伝導性金属からなる基材に設定されたキャビティーの周縁部に、該基材と冶金的に接合された高硬度金属からなる層を設けたブロー成形用金型、金型部材およびその製法に関する。
本発明により、キャビティーの周縁部の少くとも一部に食い切り部が設けられる場合には、金型の基材の熱伝導性の向上をはかりつつ、その耐久性を上げることができる。
〈背景技術〉
一般に清涼飲料水や洗剤等で使用される容器の製造には、ブロー成形という成形法が用いられる。
この成形法に使用される金型では、一般にショットサイクルの時間を短くするために放熱性に優れたアルミ合金、亜鉛合金、銅合金が使用されることが少なくない。しかしこの成形法の場合、一般にバリ（樹脂を金型で両方から挟んだ場合にはみ出た部分）の除去が必要であり、これを除去する機能を有する部分（ピンチオフ部）には硬度と耐久性に優れた各種鋼材、ステンレス鋼が使用される。
また最近、容器形状も複雑でユニークなものが増えつつある。たとえば従来は樹脂のバリがボトルの底（パリソンテール部）にのみ出るような形状（一般のシャンプーの瓶などのような形状）であったが、たとえばシャンプーのポンプ式大型ボトルなどに例示されるような、バリがボトルの肩部にも発生するもの、液体洗剤などのボトルのような把手付ボトルに例示される把手部周辺にバリの出るものなど、に見られる様に消費者のニーズの多様化によりボトルの形状も多様化しており、従ってその成形用金型のサイズ、形状も多様化し、パーティングラインの形状も複雑になってきている。
このような流れの中で、金型のピンチオフ部は、従来は金型底部やネック部に限られていたのが、最近ではパーティングラインの沿う本体部全面にわたり必要となる場合も出てきている。
この場合、従来は高硬度金属であり、ピンチオフ部の食い切り歯として機械加工が施されたものが高熱伝導性金属製の金型本体に埋め込まれ、ボルト締めにてとめられる（「入れ子」）方法をとっていた。しかし、上記の入れ子方式は、工数増加によるコスト増加と納期の遅延を来たし、さらにキャビティーの周縁部やパーティングラインが直線形状の場合にのみ適用でき、曲線を含む複雑な形状には適用できない、という問題があった。また金型本体は金型分割面で分割された一対の金型からなり、これが両側から閉められた状態で成形品が製造されるわけであるが、この向かい合う両面は金型全体で約10トン以上の圧力を受けるため、食い切り歯の部材が入れ子方式だとこれが破損したり、ずれを生じて製品に重大な欠陥を引き起こすことになる。
この金型には内部に水冷路が設けられているが、食い切り歯の部材などをボルト締め加工で入れ子をするとボルト穴が水冷路と交差する恐れがあるため、金型表面（キャビティー面およびパーティングライン面）からかなり離れた所に水冷路を設けなければならず、水冷効率が著しく損なわれ、ショットサイクル時間の短縮化の低下を招くことになる。
他方灯油容器などの大型でキャビティーやパーティングラインの周縁部の形状が複雑な金型では、入れ子の方式が困難なため、やむをえず、金型全体を一体として高硬度金属（鋼など）の無垢材の機械加工によって得ることも少なくない。
しかしこの方法だと放熱性が著しく劣るため成形サイクルが上がらず、生産性が落ちる原因となっていた。
これに対し、特開平１−143738号では、金型の作業面の鋼を薄くし、銅を裏打ちすることで問題を解決しようとしているが、金型の作業面の全面が鋼材であることから放熱性の問題は十分には解決されていない。
また特開昭62−113521号では、粉末樹脂の成形装置として、成形面側の金属の裏側に、この金属よりも熱伝導率の高い金属を配置することで、加熱、冷却サイクルを向上させようと試みているが、該公報は、ブロー成形などにおけるバリの除去を示唆するものではない。
特開平４−101813号では、クラッド材を用いて食い切り部材を直線状のパリソンテール部に用いることが開示されている。この方法によれば、食い切り歯が破損したり、食い切り部材のずれが生じるという問題は解決されるが、キャビティー周縁部やパーティングラインの形状が直線状のものでない場合には、食い切り部材として使用することはできない。
〈発明の開示〉
本発明は、上記の問題点に着目され、なされたものである。本発明の目的は、任意の形状のキャビティー周縁部のパーティングラインなどの全部または一部分に食い切り部を設ける場合に、金型の基材の熱伝導性の向上をはかり、かつ食い切り歯の耐久性を上げることである。
すなわち本発明の第一は、高熱伝導性金属の基材の表面に高硬度金属層を冶金的に接合して得られる複合材料を用い、該高硬度金属層の面から該基材に彫り込むことによりキャビティーを形成させ、該キャビティーの周縁部に該高硬度金属を含む層を形成させるブロー成形用金型の製法に関する。
第二は、高熱伝導性金属の基材の表面に高硬度金属層を冶金的に接合して得られる複合材料を用い、該高硬度金属層の面から該基材に彫り込むことによりキャビテイーを形成させ、該キャビティーの周縁部に該高硬度金属を含む層を形成させるブロー成形用金型部材の製法に関する。
【図面の簡単な説明】
図１は、実施例１に示す本発明の一対の金型の一面の正面図である。
図２は、図１のAA断面図である。
図３は、実施例２に示す本発明の一対の金型の一面の正面図である。
図４は、図３のBB断面図である。
図５は、図３のCC断面図である。
図６は、実施例３に示す本発明の一対の金型の一面の正面図である。
図７は、図６のDD断面図である。
図８は、図６のEE断面図である。
符号の説明
１  基材（アルミニウム合金）
２  純アルミニウム層
３  銅層
４  ステンレススチール層
５  水冷路
６  空洞部（キャビティー部）
７  金型部材（ボトル上部割型）
８  金型部材（ボトル胴部割型）
９  金型部材（ボトル底部割型）
10  高硬度鋼層11  チタン層12  金型部材（割型本体）
13  金型部材（底部入れ子：ステンレス鋼）
〈発明を実施するための最良の形態〉
本発明における金型は、金型全体または一対の対称の各金型を言う。また金型部材は、一対の金型をさらに分割したもの、あるいは底ブッシュまたは把手部の様な分割部分についてその部材を言う。
本発明の、金型または金型部材の基材となる高熱伝導性金属は、従来の鋼をベースとした金属材料よりも熱伝導率の高い金属であり、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などである。本発明の高硬度金属とは、アルミ合金より硬度（ロックウェル硬度）が高い金属であり、たとえば、鋼、プラスチック成形用金型鋼（プリハードン鋼、焼入れ鋼、窒化鋼、耐腐蝕性鋼、マルエージング鋼他）、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、ベリリウム−銅合金などである。
本発明のキャビティーは、所定の形状を有しており、この所定の形状は、所望のプラスチック成形品の形状である。このキャビティーは、クラッド材の高硬度金属層から高熱伝導性金属基材に向かって彫り込むことにより形成される。
パーティングラインとは、キャビティー形成後の金型分割面（パーティングライン面）の表面に出現するプラスチック成形品の一断面の輪郭線である。
またキャビティーの周縁部とは、金型分割面において、パーティングラインを含むその外側の分割面の部分を意味する。
本発明でいう冶金的接合とは、２つの金属を原子間引力が作用する領域まで近づけて接合させることであり、たとえば通常、爆発圧着、ロール圧接、真空拡散接合、摩擦圧接、などの圧接手段により接合する。２つの異なる金属を冶金的に接合することが難しい場合には、その中間に、たとえば、純アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、純鉄を媒接材として用いて接合させることができる。
このように、本発明のブロー成形用金型を形成する出発材料は、例えば、アルミ合金層／純アルミ層／銅合金層／ステンレス層の各層が冶金的に面接合された異種金属複合板であり、この面接合手段は、例えば爆発圧着方法の場合では次の通りである。母材であるステンレス鋼板の上面に適当な間隙支持物で間隙を保持し、合せ材である銅合金板を母材に対面するよう載置して、この銅合金板の背面（上面）全面に装填された爆薬の一端から電気雷管などでこの爆薬を爆発させて、両金属板を一瞬にして面接合させ、先す２層の異種金属複合板を得る。
次にこの２層の異種金属複合板を母材として、銅合金面が上面になるよう配置し、前記と同様に、その上面に適当な間隙支持物で間隙を保持し、合せ材である純アルミニウム板を母材に対面するよう載置して、前記と同様の方法により３層の異種金属複合板を得る。
さらに、この３層の異種金属複合板を母材として、純アルミニウム面が上面になるよう配置して、前記と同様のアルミ合金板を爆発圧着して、アルミ合金層／純アルミ層／銅合金層／ステンレス層の各層が爆発圧着法により冶金的に接合された４層の異種金属複合板を製造する。
しかし、このように各材料を１枚毎に爆発圧着を繰り返して多層の金属複合板とする方法の他に、所望の異種金属複合板を構成する多層の金属板を、それそれの板面間は必要な間隙を設けて、一度に爆発圧着する方法により、異種金属複合板となし、これを出発材料としてブロー成形用金型としてもよい。
上記は、爆発圧着法による冶金的接合の１例であるが、この他に、接合しようとする異種金属板面の活性化した清浄面を密着して外周を密封し、高真空にした状態で高温圧延するロール圧接法や、高真空雰囲気下で両金属が拡散する領域まで加圧、加熱して接合する真空拡散接合方法や、摩擦による圧接方法などがある。いずれの場合でも接合しようとする金属層を順次積み重ねる様に積層する方法や、任意の多層の異種金属層を同時に接合する方法によって異種金属複合板とする方法などが使用され得る。
本発明の彫り込み加工とは、従来の金型キャビティーの加工と同様であり、たとえば製作する金型図面をNC（numerical control）テープに読み取り、このテープのデータの数値制御により、高硬度金属面側からNCフライス加工を施し、キャビティーを切削し、さらに切削したキャビティーの内面をショットブラストにより研磨し、仕上げるという加工である。
また、本発明の所定形状のキャビティーの周縁部は、樹脂のバリを除去する必要のある部分については、特にパーティングラインに沿って高硬度金属層を食い切り歯形状に加工することが好ましい。
〔実施例〕
次に図を参照しながら、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
図１は、把手付ボトルのブロー成形用金型である。この金型は２つの対称形の金型に分割されている。
この金型は、図２に示される様に、基材１がアルミ合金であり、これに媒接材の純アルミ２、銅３を爆発圧着法により接合し、最外面の層にステンレス鋼４を接合した４層になっている。
この対面する１対の面は、製品であるボトル形状に彫り込み加工がなされている。金型のボトルネック部、把手部および底部のキャビティー周縁部は、バリを食い切るための周縁先端部（食い切り歯）を残し、他の部分の表面は、ステンレス鋼層が削りとられ、アルミ合金面が剥き出しにされている。金型のボトル胴部を含む上記の他の部分の周縁部は、必要に応じて食い切り歯の形状にしてもよく、ステンレス鋼層をそのまま残してもよい。あるいは、ステンレス鋼層、銅層および純アルミ層を削り、アルミ合金をむき出しにしても良い。
水冷路は、冷却効率を向上させるため、出来るだけ金型の表面（ステンレス鋼側）に近いところに加工し、設ける。
この金型は、バリを食い切るキャビティー周縁部をステンレス鋼材にすることにより、樹脂を食い切るために必要な硬度と耐久性を持たせ、また金型の基材をアルミ合金とし、放熱性を持たせることにより、ショットサイクルの向上を図る。
実施例２
図３は、ポリエチレン製把手付ボトルのブロー成形用金型である。この金型は、実施例１と同様に２つの対称形の金型に分割された形であるが、さらにそれぞれの金型は、縦方向に３分割された金型部材となっている。この場合、金型部材（ボトル上部割型）７および金型部材（ボトル底部割型）９は、図４示される様に、アルミ合金を基材１とし、これに媒接材のチタン層11を爆発圧着により接合し、最外面の層に高硬度鋼層10を接合した３層になっている。
金型部材（ボトル胴部割型）８はアルミ合金の無垢材である。これはこのボトルの場合、胴部にはバリが発生しないため、キャビティー周縁部に硬度の高い材料を設ける必要がないからである。金型部材（ボトル上部割型）７のネック部、把手部、金型部材（ボトル底部割型）９のキャビティー周縁部は、バリを食い切るための周縁先端部（食い切り歯）を残し、他の部分の表面は高硬度鋼層が削りとられ、アルミ合金面が剥き出しにされている。
この金型は、バリの生じる部分のみを分割して金型部材にし、各々の金型部材は、実施例１と同様キャビティー周縁部を高硬度鋼材にすることにより、樹脂を食い切るために必要な硬度と耐久性をもたせ、また金型の基材をアルミ合金とし、放熱性を持たせることにより、ショットサイクルの向上をはかる。そしてバリの生じない部分にはアルミ合金の無垢材を使用することにより、コスト低減を図ろうとするものである。
実施例３
図６は、ポリ塩化ビニール製ボトルをブロー成形する場合の金型を示す。この金型は、実施例１と同様に２つの対称形の金型に分割された形であるが、さらにそれぞれの金型は、図６に示される様に、金型部材（割型本体）12と金型部材（底部入れ子）13に２分割されている。この場合、金型部材（割型本体）12はアルミ合金を基材１とし、これにチタン層11を爆発圧着により接合した２層になっている。キャビティー周縁部は、ポリ塩化ビニールを加熱することによって発生する塩素ガスによって腐食されることを防ぐために、パーティングラインに沿ってチタン層11がそのまま残されている。
本実施例では、金型部材（割型本体）12のキャビティー周縁部には樹脂のバリが発生しないため、食い切り歯形状に加工する必要はない。
また本金型の金型部材（底部入れ子）13はステンレス鋼の無垢材である。これは、本金型を長期間にわたって使用する場合、ボトル底部に発生する樹脂のバリを食い切るために、実施例１に見られるように、ボトル底部の周縁部を食い切り歯形状にチタン層を残す方法を取ると、チタンはステンレス鋼に比べ硬度が低いために、金型の耐久性が落ちるからである。そこで敢えて熱伝導性（放熱性）は落ちるが、耐腐食性と硬度に優れているステンレス鋼の無垢材を機械加工して得られた金型部材（底部入れ子）13を入れ子としたのである。この場合、ステンレス鋼無垢材の部分はごく小部分に限られているため、金型全体の放熱性への影響は少ない。
この金型は、バリの生じる金型のボトル底部のみを分割して金型部材にし、その部分はステンレス鋼の機械加工によって得られたものを使用し、樹脂を食い切るために必要な強度、耐久性を持たせる。また、金型部材（割型本体）は、キャビティーの周縁部をチタンにすることにより、塩素ガスに対する耐腐食性を高める。金型部材（割型本体）の基材をアルミ合金とし、放熱性を持たせることにより、ショットサイクルの向上をはかる。
〈産業上の利用可能性〉
本発明のブロー成形用金型または金型部材は、成形品の冷却速度を早くし、成形サイクルの短縮化を可能とすることができる。表面に高硬度の金属を接合しているため、ピンチオフ部の耐久性の向上が達成できる。さらに金型全面に高硬度な金属を冶金的に接合しているため、たとえば入れ子に於けるような機械加工が不要になる。これによって金型納期が短縮され、加工コストも軽減できる。また入れ子を使用する場合のボルト締めが不要のため、水冷路を金型キャビティー面およびパーティングライン面に出来るだけ近いところに設けられ、水冷効率を高く維持できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図６】
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【図７】
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