(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形されるゴムが接触する金型の組成が、重量比で、Ｃｕ：２０〜６０％、Ａｌ：３〜１２％、Ｃｒ：４〜１１％、Ｎｉ：２〜２４％、Ｍｏ：０．２〜１．８％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物元素からなり、該金型の表面にアルミナ皮膜が形成されていることを特徴とするゴム成形用金型。
【請求項２】
前記ゴム成形用金型の組成に、さらに希土類元素：０．０１〜０．１重量％を加えたことを特徴とする請求項１に記載のゴム成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ゴムや合成ゴム等の成形に用いられる耐食性、離型性に優れたゴム成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
天然ゴムや合成ゴムなど各種ゴム類は、自動車の部品であるホース類、シール材、動力用ベルト、タイヤをはじめあらゆる産業分野で広く使われている。ゴム部品を成形する金型材料としては、Ｓ４５Ｃ、ＳＣｒ、ＳＣＭ、ＳＮＣＭなどの機械構造用合金鋼やＳＵＳ３０４などのステンレス鋼が使用されているが、ゴム成形過程で金型が汚染されて離型性が悪くなる。このため、一定成形回数毎に金型内面に付着した薬剤や重合物中の非ゴム成分等の付着堆積物を、溶剤洗浄あるいは機械的に除去したりする煩雑な方法を行っている。
【０００３】
従来、ゴム成分の汚染および堆積を防止し、離型性を確保する方法として、金型表面にＣｒメッキを施したり、Ｎｉ合金皮膜（例えばＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｓｎ等）をコーティングしたり、あるいは成形工程でフッ素系の離型剤を金型面内に塗布するなどの工夫が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｃｒメッキ法はメッキ層に内在する微細な欠陥から金型の腐食が生じたり、メッキ層が剥離脱落しやすく、この方法では耐久性が充分とは言えない。
【０００５】
またＮｉ系のコーティングは、通常ではイオンプレーティング法によって２〜３層に成膜させるため、コストの上昇を招くと共にコーティング層の剥離を回避するために数μｍ以下の層厚にする必要があり、これもまた耐久性に問題があった。特に、エチレン・プロピレン・ジエン・メチレンゴム（ＥＰＤＭ）を成形する場合、耐食性、離型性等の面で十分な性能が得られない。耐食性が低いと、腐食による錆やかすが発生し、また配合薬品、重合体中の非ゴム成分などの堆積による汚染が原因となって離型性が悪くなる。これらはゴム成品の善し悪しおよび生産性に直接影響を与える因子であるので、その解決が強く望まれている。
【０００６】
また離型剤の塗布については、適用しうるゴムの種類が限られたり、たとえ塗布による効果があっても、手間がかかって生産性が低下したり、不良率の増大などの問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはこうした状況に鑑み、ゴム成形用金型は金型材料の合金組成から耐食性、離型性を改良しなければならないと考え、種々検討した。その結果、表面にアルミナ皮膜を形成した金型がゴム成形に対する耐食性、離型性の点で優れていることを見い出した。本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
金型表面にアルミナ皮膜を形成させるには、従来の金型材料、すなわち機械構造用鋼であるＳ４５Ｃなどを切削加工した後にＰＶＤ法などに依っても可能である。しかし、これらの方法ではコスト面から引き合わないことと、母材と皮膜との密着性が低く、使用途中に皮膜が剥離してしまうなどの問題が生じる。
【０００９】
本発明は、ゴム成形用金型においてゴムが接触する部分に強固なアルミナ皮膜を有し、かつそのアルミナ皮膜が合金成分中のＡｌの拡散による自生した皮膜であることを特徴としたゴム成形用金型である。すなわち、ゴム成形用金型としての要件である、高強度、良切削性、高熱伝導度などの特性を具備した合金であり、さらにその合金金型表面が酸化加熱処理を行うことによりアルミナ皮膜に覆われ、その皮膜によって耐食性、離型性、耐磨耗性を持った金型を提供するものである。
【００１０】
本発明者らの検討に依れば、ゴム成形用金型として最も目的にかなった特性を発揮する合金成分は、以下の通りである。
すなわち、重量比で、Ｃｕ：２０〜６０％、Ａｌ：２〜１２％、Ｃｒ：４〜１１％、Ｎｉ：２〜２４％、Ｍｏ：０．２〜１．８％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物元素からなる合金であり、選択的に希土類元素：０．０１〜０．１％を含有する金型である。
【００１１】
次に、本発明の金型用合金成分の役割と組成範囲の限定について詳細に説明する。
Ａｌ：アルミニウムは、金型表面にアルミナ皮膜を自生させ、ゴム成分の金型付着を防止し、離型性を発揮させるための重要な元素である。含有量が３重量％未満では皮膜形成が不安定であり、１２重量％以上になるとＣｕ相中にβ相が出現し、脆化が激しくなるために３〜１２重量％とした。
【００１２】
Ｃｕ：Ｃｕは、Ｆｅと合金化しない元素であることを利用してＣｕ相を出現させることによりＦｅ相を分断し、Ａｌ添加鋼の切削性を改善した。また、Ｃｕは、Ｆｅ相中にも微細なＣｕ相を出現させてアルミナ皮膜生成を促進させる元素である。含有量が２０重量％未満では切削性が悪くなり、６０重量％以上では金型としての硬度が不足する。このため、適正範囲を２０〜６０重量％とした。
Ｃｒ：Ｃｒは、Ｆｅ相のみに固溶してＦｅ相の耐食性向上のために役立つ元素である。含有量が４〜１１重量％でこの効果を発揮するので適正範囲を４〜１１重量％とした。
【００１３】
Ｎｉ：ＮｉはＦｅおよびＣｕ相にも固溶し、Ｆｅ相の耐食性を向上させるとともにＣｕ相の硬度改善に寄与する元素である。含有量２〜２４重量％でこれらの効果を最大限発揮する。
【００１４】
Ｍｏ：Ｍｏは、Ｆｅ相に固溶し、耐孔食性を向上させる元素であり、０．２〜１．８％が適正範囲である。
以上に述べた元素を組成とする金型を用いることにより耐汚染性は達成することが可能であるが、さらに以下の元素を加えることにより各種特性を向上させることが出来る。
希土類元素：酸化処理により自生したアルミナ皮膜と母材との密着をより強固にする元素であり、０．０１％未満ではその効果が薄く０．１％以上では効果が飽和する。
以上説明したこれら元素の組成配合は、ゴム製品の成形目的に応じて決定する。
【００１５】
本発明金型用合金の製造は、高周波溶解炉等で成分調整を行って溶製し、容易にインゴットを作成することが出来る。
【００１６】
本発明の合金金型におけるアルミナ皮膜生成処理は、酸化雰囲気中で金型を加熱することにより得られる。すなわち、本発明の金型用合金を金型の形状に切削加工を施した後、電気炉等により大気中において８００〜９５０℃の温度で１時間以上、好ましくは４時間程度加熱することにより金型表面に厚さ１μｍ以下で密着性の高い強固な皮膜が生成される。
【００１７】
このように金型表面にアルミナ皮膜を形成した本発明合金金型は、従来金型に較べて耐汚染性に優れており、洗浄工程間隔を著しく延ばすことが出来る。また本合金金型を長期間使用し汚染物質が付着した場合、従来の付着物除去法であるアルカリ溶液への浸漬工程を経てもアルミナ皮膜は全く損傷を受けない。また物理的な原因でアルミナ皮膜を損傷することがあっても、再度皮膜生成処理を行えば損傷箇所に皮膜が再生され、容易に効果を回復させることが出来るなど、メンテナンスの上からも優れた金型である。
【００１８】
【実施例】
表１に示す組成の合金を１００ｋｇ高周波溶解炉にて溶製してインゴットを作成した。次いで、自動車のフロント、リヤーなどのウインドウシール用ゴム製品を作るためのウエザーストリップ成形用金型を切削加工により作製した。金型表面へのアルミナ皮膜生成処理は、電気炉を用いて、酸化雰囲気中で９２０℃の温度で４時間保定後、炉中で室温まで冷却した。比較材としてはＳ４５Ｃを用い、切削加工後、厚さ３μｍの工業用クロムメッキを金型表面に施し、比較材の金型を得た。
【００１９】
【表１】
0003563931.tif 000002
【００２０】
金型材料の切削性の評価は、縦型フライス盤にて切削深さ３ｍｍで平面切削を行ったときに、バイトに無理が掛らない最大移動速度の大小から評価した。その結果を、表２に示した。
表２において、◎は最大移動速度が大、○は中、△は小であることを示す。
【００２１】
離型性の評価は、ＥＰＤＭ、および天然ゴムを用い、ウエザーストリップを金型成形し、汚染物の付着が認められるまでの連続回数を測定した。測定試験は５個のサンプルについて行い、その平均した値を、表２に示す。
【００２２】
表２から明らかなように、本発明金型用合金の切削性はＳ４５Ｃに較べて良好で、耐汚染性はＥＰＤＭ、天然ゴムともＣｒメッキの従来金型に較べて４〜５倍も優れている。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
【発明の効果】
本発明のゴム成形用金型は、材料の切削性に優れ、かつ耐汚染性が従来の金型に較べて大幅に向上し、生産性はもとより不良率も大幅に改善され、ゴム成形分野に大きく貢献するものである。