(57)【要約】【課題】金型成形面における強度、剛性および耐摩耗性を十分に確保できる射出成形金型用素形材を提供する【解決手段】本発明は、半製品に対して仕上げ加工および研磨加工を行って射出成形金型１を製作するに際して、半製品として用いられる射出成形金型用素形材を対象とする。本発明の射出成形金型用素形材は、アルミニウム合金によって構成されるとともに、射出成形金型１の成形面１２における１５０℃の引張強度が３５５ＭＰａ以上となるようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半製品に対して仕上げ加工および研磨加工を行って射出成形金型を製作するに際して、前記半製品として用いられる射出成形金型用素形材であって、
アルミニウム合金によって構成されるとともに、
前記射出成形金型の成形面における１５０℃の引張強度が３５５ＭＰａ以上となるようにしたことを特徴とする射出成形金型用素形材。
【請求項２】
Ｓｉ粒を含有し、前記成形面におけるＳｉ粒の面積占有率が５％〜２５％となるようにした請求項１に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項３】
Ｓｉ粒を含有し、前記成形面に存在するＳｉ粒の平均粒径が１μｍ〜２５μｍ、かつＳｉ粒の粒径の標準偏差が３μｍ以下となるようにした請求項１または２に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項４】
前記成形面の表面粗さＲａが０．０１μｍ〜０．０８μｍとなるようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項５】
前記成形面の組成が、Ｓｉ：８％〜１８％、Ｃｕ：３．０％〜５．０％、Ｍｇ：０．３％〜１．５％、残部がＡｌと、添加成分および／または不可避成分であり、添加成分および不可避成分の各成分が０．５％以下でトータルが２％以下となるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項６】
前記成形面の組成が、Ｓｉ:１３％未満、Ｍｇ：０．３％〜１．０％となるようにした請求項５に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項７】
前記成形面の組成が、Ｓｉ：１３％以上、Ｍｇ：０．３％〜１．０％となるようにした請求項５に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項８】
細径のアルミニウム合金連続鋳造棒を材料とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項９】
アルミニウム合金鍛造品を材料とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項１０】
所定長さのアルミニウム合金連続鋳造棒を、その軸心に対し直交する方向に圧縮するように鍛造加工することによって得られるアルミニウム合金鍛造品を材料とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項１１】
前記成形面は、前記射出成形金型に形成されたキャビティの内周面によって構成される一方、
前記キャビティを鍛造加工によって形成するようにした請求項１０に記載の射出成形金型用素形材。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材を製造するための方法であって、
所定長さのアルミニウム合金連続鋳造棒を粗加工して粗加工品を製作し、
前記粗加工品に対し熱処理を行って、射出成形金型用素形材を製作するようにしたことを特徴とする射出成形金型用素形材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材に対し仕上げ加工および研磨加工を行って製作するようにしたことを特徴とする射出成形金型。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材を得る工程と、
前記射出成形金型用素形材に対し仕上げ加工および研磨加工を行う工程とを含むことを特徴とする射出成形金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、樹脂の射出成形に使用される射出成形金型を製作する際に用いられる射出成形金型用素形材およびその関連技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂の射出成形を行うための射出成形金型は通常、可動側金型と固定側金型とがある。そして加熱されて型締めされた可動側金型および固定側金型間における閉塞空間（成形空間）に、ペースト状の樹脂、例えば熱可塑性樹脂の場合には、熱を加えて軟化させたペースト状の樹脂、熱硬化性樹脂の場合には、溶媒に溶解させる等して軟化させた樹脂を圧力を加えて充填して、プラスチック成形品を成形するようにしている。このような射出成形に使用される金型は、樹脂注入時における高温、高圧下での閉塞空間の内周面（成形面）の形状を長期間精度良く維持するために、高強度、高剛性、高い耐摩耗性等の特性が要求される。このような特性を確保するために、従来、射出成形金型の材料としては一般的に、鋼材が用いられている。
【０００３】
しかしながら、鋼材製の射出成形金型は、高重量であるため、可動機構部の大型化および高重量化を来たし、成形機全体の高重量大型化を来してしまう。さらに鋼材は、切削加工性にも劣るため、金型の製作自体が困難になってしまうおそれがあった。
【０００４】
そこで近年においては、下記特許文献１，２に示すように、軽量で切削加工性にも優れたアルミニウム合金を、射出成形金型の材料として使用する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３２５６５０号公報
【特許文献２】特開２００４−７６０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１，２に示す従来の射出成形金型は、アルミニウム合金製であるため、軽量化および切削加工性の向上を図ることは可能である。しかしながら、これらのアルミニウム合金製の射出成形金型は、射出成形用の金型として本来必要な上記の特性、つまり金型成形面における強度、剛性および耐磨耗性を十分に確保することが困難であるという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、射出成形金型の軽量化および切削加工性の向上を図りつつ、金型成形面における強度、剛性および耐摩耗性を十分に確保することができる射出成形金型用素形材およびその関連技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を備えるものである。
【０００９】
［１］半製品に対して仕上げ加工および研磨加工を行って射出成形金型を製作するに際して、前記半製品として用いられる射出成形金型用素形材であって、
アルミニウム合金によって構成されるとともに、
前記射出成形金型の成形面における１５０℃の引張強度が３５５ＭＰａ以上となるようにしたことを特徴とする射出成形金型用素形材。
【００１０】
［２］Ｓｉ粒を含有し、前記成形面におけるＳｉ粒の面積占有率が５％〜２５％となるようにした前項１に記載の射出成形金型用素形材。
【００１１】
［３］Ｓｉ粒を含有し、前記成形面に存在するＳｉ粒の平均粒径が１μｍ〜２５μｍ、かつＳｉ粒の粒径の標準偏差が３μｍ以下となるようにした前項１または２に記載の射出成形金型用素形材。
【００１２】
［４］前記成形面の表面粗さＲａが０．０１μｍ〜０．０８μｍとなるようにした前項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【００１３】
［５］前記成形面の組成が、Ｓｉ：８％〜１８％、Ｃｕ：３．０％〜５．０％、Ｍｇ：０．３％〜１．５％、残部がＡｌと、添加成分および／または不可避成分であり、添加成分および不可避成分の各成分が０．５％以下でトータルが２％以下となるようにした前項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【００１４】
［６］前記成形面の組成が、Ｓｉ:１３％未満、Ｍｇ：０．３％〜１．０％となるようにした前項５に記載の射出成形金型用素形材。
【００１５】
［７］前記成形面の組成が、Ｓｉ：１３％以上、Ｍｇ：０．３％〜１．０％となるようにした前項５に記載の射出成形金型用素形材。
【００１６】
［８］細径のアルミニウム合金連続鋳造棒を材料とする前項１〜７のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【００１７】
［９］アルミニウム合金鍛造品を材料とする前項１〜８のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【００１８】
［１０］所定長さのアルミニウム合金連続鋳造棒を、その軸心に対し直交する方向に圧縮するように鍛造加工することによって得られるアルミニウム合金鍛造品を材料とする前項１〜７のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材。
【００１９】
［１１］前記成形面は、前記射出成形金型に形成されたキャビティの内周面によって構成される一方、
前記キャビティを鍛造加工によって形成するようにした前項１０に記載の射出成形金型用素形材。
【００２０】
［１２］前項１〜１１のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材を製造するための方法であって、
所定長さのアルミニウム合金連続鋳造棒を粗加工して粗加工品を製作し、
前記粗加工品に対し熱処理を行って、射出成形金型用素形材を製作するようにしたことを特徴とする射出成形金型用素形材の製造方法。
【００２１】
［１３］前項１〜１１のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材に対し仕上げ加工および研磨加工を行って製作するようにしたことを特徴とする射出成形金型。
【００２２】
［１４］前項１〜１１のいずれか１項に記載の射出成形金型用素形材を得る工程と、
前記射出成形金型用素形材に対し仕上げ加工および研磨加工を行う工程とを含むことを特徴とする射出成形金型の製造方法。
【発明の効果】
【００２３】
発明［１］の射出成形金型用素形材によれば、アルミニウム合金によって構成されているため、軽量化および切削加工性の向上を図ることができる一方、射出成形時の温度域である１５０℃での成形面の引張強度が３５５ＭＰａ以上となるようにしているため、射出成形時の高温高圧下において、成形面の強度、剛性および耐摩耗性を十分に確保することができる。
【００２４】
発明［２］の射出成形金型用素形材によれば、硬質粒子であるＳｉ粒が成形面に所定の面積占有率で配置されているため、強度、剛性および耐摩耗性を一層向上させることができる。さらにＳｉ粒は、成形材料である樹脂に対し不活性で離型性に優れているため、樹脂の成形面への凝着を防止できるばかりか、Ｓｉ粒は熱伝導率が低いため、成形面での断熱効果によって、樹脂の成形面からの抜熱を防止でき、成形途中の樹脂が硬化してしまうのを防止できて、成形不良の発生を防止することができる。
【００２５】
発明［３］の射出成形金型用素形材によれば、成形面における強度、剛性および耐摩耗性をより一層向上させることができる。
【００２６】
発明［４］の射出成形金型用素形材によれば、成形面を射出成形用として好適な鏡面に仕上げることができる。
【００２７】
発明［５］の射出成形金型用素形材によれば、上記の効果をより確実に得ることができる。
【００２８】
発明［６］の射出成形金型用素形材によれば、成形面に細かいＳｉ粒を分散させて配置することができるため、成形面をより好適な鏡面に仕上げることができる。
【００２９】
発明［７］の射出成形金型用素形材によれば、成形面に比較的大粒のＳｉ粒を配置することができるため、成形面の耐摩耗性をより一層向上させることができる。
【００３０】
発明［８］の射出成形金型用素形材によれば、材料が細径の連鋳棒によって構成されているため、外周部から内周部にかけて均質な組織に形成できて、成形面における仕上げ加工時や研磨加工時の加工性を向上させることができる。
【００３１】
発明［９］の射出成形金型用素形材によれば、材料が塑性流動された鍛造品によって構成されているため、靱性を向上させることができ、割れの発生等を有効に防止することができる。
【００３２】
発明［１０］［１１］の射出成形金型用素形材によれば、表面に均質かつ微細な組織を形成できて、成形面における仕上げ加工時や研磨加工時の加工性を一層向上させることができる。
【００３３】
発明［１２］の射出成形金型用素形材の製造方法によれば、上記と同様に、同様の効果を奏する射出成形用素形材を製造することができる。
【００３４】
発明［１３］の射出成形金型によれば、上記と同様に、同様の効果を奏する。
【００３５】
発明［１４］の射出成形金型の製造方法によれば、上記と同様に、同様の効果を奏する射出成形金型を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１はこの発明の実施形態の製法によって製作された射出成形金型を示す斜視図である。
【図２】図２は実施形態の射出成形金型が採用された射出成形機のダイセットを説明するための斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは実施形態の射出成形金型によって製作されたプラスチック成形品を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは図３ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４は実施形態における射出成形金型の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は実施形態の金型製法による中間品としての丸棒切断品を示す斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは実施形態の金型製法による中間品としての粗加工品の一例を示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは実施形態の金型製法による中間品としての粗加工品の他の例を示す斜視図である。
【図７】図７は実施形態における丸棒切断品の金属組織の状態を説明するための斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは実施形態における一例の粗加工品の金属組織の状態を説明するための斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは実施形態における他の例の粗加工品の金属組織の状態を説明するための斜視図であって、図（ａ）は全体斜視図、図（ｂ）は断面斜視図である。
【図９】図９は良好な状態の成形面を有する射出成形金型の成形面周辺をイメージした断面図である。
【図１０】図１０は不良な状態の成形面を有する射出成形金型の成形面周辺をイメージした断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は実施形態の製法によって製作された射出成形金型１の一例を示す斜視図である。同図に示すように、この射出成形金型１は、アルミニウム（Ａｌ）合金製であり、板厚が厚い平面視矩形状ないし方形状を有している。この金型１における表面側（一面側）の中間部である成形部に平面視円形のキャビティ１１が形成されるとともに、そのキャビティ１１の内周面が成形面１２として構成されている。
【００３８】
また金型１の表面側には、金型１の一端面からキャビティ１１の一縁部にかけて樹脂注入溝（ランナー部）１４が形成されている。
【００３９】
本実施形態において、射出成形金型１は、半製品であるニアネットシェイプのＡｌ合金素形材を用いて製作されるものである。詳細は後に説明するが、概略的に説明しておくと、ニアネットシェイプの素形材における成形面１２に対応する部分（成形部）と、必要に応じて他の部分とに対し切削加工等の仕上げ加工を行い、その後、成形部等を研磨加工して鏡面に仕上げる。これにより鏡面に仕上げられた成形面１２を有する射出成形金型１を製作することができる。
【００４０】
なお、本実施形態の射出成形金型１においては、キャビティ１１の底面に、金型１の裏面側（他面側）まで貫通するノックアウトピン孔１３が形成されている。このノックアウトピン孔１３は、型合わせされる２つの型のうち、一方の型のみ形成されるものであり、後述するように、固定側型板および可動側型板のうち、可動側型板の金型２にノックアウトピン孔１３が形成され、固定側型板の金型２にはノックアウトピン孔１３が形成されていない。
【００４１】
さらに図１の射出成形金型１においては、キャビティ１１の底面にコーン状の突起１５が形成されているが、この突起１５は本実施形態に関連するものではない。この突起１５は後述の実施例の射出成形金型に関連するものであり、後述の実施例において詳細に説明する。
【００４２】
図２は本実施形態によって製作された射出成形金型１が採用された射出成形機の要部（ダイセット）を説明するための斜視図である。同図に示すように、このダイセットは、可動側型板２ａと、固定側型板２ｂとを備えている。可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂは、互いに対向して配置されており、可動側型板２ａが固定側型板２ｂに対し接離方向に移動できるようになっている。そして、可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂは、図示しない型締めユニットの駆動によって、型閉じ（型締め）および型開きされるようになっている。
【００４３】
可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂは、それぞれ鋼材製のダイケース２を備え、両ダイケース２，２の対向面（内面）には、互いに対応して、それぞれ２つずつ金型固定凹部２１が形成されている。各金型固定凹部２１内には、上記の射出成形金型１がそれぞれ固定されている。なお、金型１のダイケース２への固定方法については後述する。
【００４４】
可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂのぞれぞれにおいて、２つの金型１，１は、互いの樹脂注入溝１４，１４を対向させるように配置されており、可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂにおける金型１，１間には、互いの樹脂注入溝１４，１４に連通接続する樹脂注入溝（ランナー部）２４，２４が形成されている。さらに固定側型板２ｂにおける樹脂注入溝２４の中間には、スプルーの一端開口である樹脂注入口２５が形成されている。スプルーの他端開口は、固定側型板２ｂにおける型合わせ面とは反対側の面で開放されている。そして可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂを型締めした状態で、スプルーの他端開口に、図示しない射出ユニットから射出されたペースト状の合成樹脂を注入できるようになっている。
【００４５】
可動側型板２ａにおける金型固定凹部２１の底部には、金型１のノックアウトピン孔１３に対応してノックアウトピン２３が突出可能に設けられている。
【００４６】
このダイセットは、可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂが型締めされた状態では、両型板２ａ，２ｂ間において対応する射出成形金型１，１のキャビティ１１，１１によって、閉塞空間（成形空間）が形成される。
【００４７】
このダイセットにおいては、射出成形金型１，１が所定の射出成形温度に加熱されつつ型締めされる。そしてその状態で既述したように、スプルーにペースト状の合成樹脂が注入されると、その合成樹脂がスプルーブッシュおよび樹脂注入溝２４，１４を流通してキャビティ１１，１１内に注入されて、キャビティ１１に対応した形状の合成樹脂の成形品（プラスチック成形品）が成形される。
【００４８】
さらに成形後、型開きされた後、ノックアウトピン２３が突出することによって、プラスチック成形品が可動側型板２ａにおける射出成形金型１のキャビティ１１から突き出される。これにより成形品が射出成形金型１から離脱（脱落）されて回収されるようになっている。
【００４９】
図３Ａは実施形態の射出成形金型１によって製造されたプラスチック成形品の一例を示す斜視図である。同図に示すように、このプラスチック成形品３は、金型１のキャビティ１１において成形された円板状（円盤状）の本体３１と、樹脂流入溝１４において成形された線状突起３２とが一体に形成されている。このプラスチック成形品３の線状突起３２は、必要に応じて、一部または全部が切除される。
【００５０】
なお、図３Ａに示す成形品３において、本体３１の一面側には、コーン状の凹部３５が形成されているが、その凹部３５は、本実施形態に関連するものではない。この凹部３５は、後述の実施例に関連するものであり、後述の実施例において詳細に説明する。
【００５１】
以下、本実施形態の特徴部についてさらに詳細に説明する。
【００５２】
本実施形態の射出成形金型１においては、成形面１２の１５０℃での引張強度が３５５ＭＰａ以上に設定する必要があり、より好ましくは３７０ＭＰａ以上に設定するのが良い。
【００５３】
すなわち射出成形時において、金型１の温度は、ヒーター等を用いて、常時１５０℃程度に加熱保温される。さらに成形材料としての樹脂も良好な流動性を得るために１５０℃以上に加熱して、粘延性を持たせており、成形面１２には樹脂からの熱も加わり、成形面１２の温度は１５０℃以上となる。一方、金型１には、樹脂を充填させるための圧力に加えて、金型１の閉塞空間を維持させるための型締め圧力も加わり、成形面１２は、高温下で高い圧力が作用する過酷な状態となる。このような過酷な状態の下で、成形面１２の１５０℃における引張強度が３５５ＭＰａ未満であると、強度や剛性が不足して耐圧性が低下し、圧力に対して成形面１２が変形して閉塞空間がゆがみ、成形品（樹脂製品）の寸法精度が低下してしまうおそれがある。その上さらに高温高圧下で成形材料が成形面１２上を流動するため、成形面１２の摩擦抵抗力が大きくなり、成形面１２の摩耗が激しく、早期に劣化してしまい、十分な耐久性を得ることが困難になってしまう。
【００５４】
そこで、本実施形態においては、成形面１２の１５０℃での引張強度が３５５ＭＰａ以上に設定しているため、高温高圧の過酷な状態であっても、成形面１２の変形を極力抑えることができ、寸法精度が高い高品質の成形品を得ることができるとともに、成形面１２の摩耗も軽減できて、十分な耐久性を得ることができる。
【００５５】
特に成形材料として、ガラスファイバーのような強化材が含まれる熱可塑性樹脂を使用する場合には、高温環境下で成形面１２の摩擦抵抗力がさらに増大する。本実施形態の金型においては、このような摩擦抵抗力が大きい成形材料を用いる場合であっても、成形面１２の変形や摩耗を抑制できて、寸法精度を向上できるとともに、十分な耐久性を得ることができる。
【００５６】
また本実施形態の射出成形金型１においては、その材料としてのＡｌ合金にＳｉ粒を含み、成形面１２におけるＳｉ粒の面積占有率を５％〜２５％に設定するのが良く、より好ましくは、Ｓｉ粒の面積占有率を１０％〜２１％に設定するのが良い。
【００５７】
すなわち、Ｓｉ粒は硬質粒子であるため、Ｓｉ粒の面積占有率が５％未満である場合には、強度や剛性が不足し、耐圧性や耐磨耗性が低下してしまう。さらにＳｉ粒は、成形材料としての樹脂に対し不活性で離型性に優れているため、Ｓｉ粒の面積占有率が低いと、樹脂との離型性が悪化し、樹脂の成形面１２への凝着が起きやすくなってしまう。その上さらにＳｉ粒は、熱伝導率が低くて断熱性が高いため、Ｓｉ粒の面積占有率が５％未満と低くなると、成形面１２での断熱性が低下し、樹脂が成形面１２からの抜熱により冷却されて、成形途中の樹脂が硬化して、所望の形状の成形品が得られない等、成形不良が発生してしまう。
【００５８】
一方、Ｓｉ粒の面積占有率が２５％を超過する場合には、成形面１２を形成する際の仕上げ加工や研磨加工が困難になるとともに、成形面１２の脆化により、十分な耐久性が得られないことがある。
【００５９】
そこで本実施形態において、成形面１２のＳｉ粒の面積占有率を上記特定の範囲に設定することによって、高強度、高剛性を確保しつつ、樹脂との離型性や耐脆化性を向上させることができる。
【００６０】
また本実施形態の射出成形金型１においては、成形面１２におけるＳｉ粒の平均粒径を１μｍ〜２５μｍに設定し、かつＳｉ粒の粒径の標準偏差を３μｍ以下に設定するのが良く、より好ましくは平均粒径を１．５μｍ〜５μｍに設定し、かつ粒径の標準偏差を２μｍ以下に設定するのが良い。
【００６１】
すなわちＳｉ粒の平均粒径が１μｍ未満であると、特に成形材料としてガラスファイバーを含む樹脂を使用した場合に、十分な耐摩耗性が得られず、成形面１２が摩耗し易くなり、十分な耐久性を得ることが困難になってしまう。逆に平均粒径が２５μｍを超過すると、大きな初晶Ｓｉ粒が存在することにより、成形面１２の研磨加工が困難になるばかりか、繰り返し射出成形を行うことによって成形面１２に応力が繰り返し作用すると、Ｓｉ粒が疲労破壊の起点となってしまい、好ましくない。また平均粒径に限られず、Ｓｉ粒の粒径の標準偏差が３μｍを超えるほど分布が広がってしまうと、疲労破壊の起点となるような大きなＳｉ粒が存在することになり、好ましくない。
【００６２】
ここで、平均粒径の測定方法について説明する。まず観察するＡｌ合金製金属片（サンプル）を樹脂製の固定部材に埋め込んでサンプルの観察面を切削する。切削後、研磨加工を行って金属組織観察に適した鏡面に仕上げる。研磨後、観察面を５０倍程度の倍率で顕微鏡写真を撮影する。撮影した金属組織写真を二値化して、初晶Ｓｉ粒の粒径を画像処理装置によって測定する。続いて、同じ観察面を３００倍程度の倍率で顕微鏡写真を撮影する。その撮影した金属組織写真を二値化して、初晶Ｓｉ粒をマスキングして、共晶Ｓｉ粒の粒径を画像処理装置によって測定する。各々測定した初晶Ｓｉ粒の粒径、共晶Ｓｉ粒の粒径を面積比に応じて平均した値をＳｉ粒の平均粒径と定義する。
【００６３】
本実施形態の射出成形金型１においては、成形面１２の表面粗さＲａを０．０１μｍ〜０．０８μｍに調整するのが良く、より好ましくは０．０１μｍ〜０．０４μｍに調整するのが良い。すなわち表面粗さをこの範囲内に調整した場合には、成形面１２が均一かつ微細な金属組織となり、成形面１２を射出成形用として好適な鏡面に仕上げることができる。
【００６４】
本実施形態の射出成形金型１は、成形面１２の組成が、Ｓｉ：８％〜１８％、Ｃｕ：３．０％〜５．０％、Ｍｇ：０．３％〜１．５％、残部がＡｌと、添加成分および／または不可避成分であって、添加成分および不可避成分の各成分が０．５％以下でトータルが２％以下に設定されている。なお本実施形態において、このような組成を有するＡｌ合金を「合金Ａ」と称する。
【００６５】
成形面１２が合金Ａの組成を有している場合、成形面１２の硬さがＨＲＢ７０以上と非常に硬く、マトリクス中の全面にＳｉ粒が均一かつ微細に分布した鏡面に仕上げることが容易であり、金型１の耐圧性および耐久性を向上させることができる。
【００６６】
なお本実施形態において組成の含有率として用いられる「％」とは「質量％」である。
【００６７】
また本実施形態においては、射出成形金型１を構成するＡｌ合金の組成と、その成形面１２の組成とは実質的に同じ組成となる。さらに射出成形金型１の原材料となる後述のＡｌ合金溶湯の組成と、射出成形金型１のＡｌ合金組成とは実質的に同じとなるため、後述のＡｌ合金溶湯の組成を調整することによって、成形面１２の組成を調整することができる。
【００６８】
また射出成形金型１を構成するＡｌ合金のＳｉ含有率と、成形面１２のＳｉ粒の専有面積率とは比例関係にあるため、Ａｌ合金のＳｉ含有率を調整することによって、成形面１２のＳｉ粒の専有面積率を調整することができる。参考までに、Ａｌ合金のＳｉ含有率を上記合金Ａの範囲に調整した場合には、成形面１２のＳｉ粒の面積占有率が上記特定の範囲（５％〜２５％）に設定されることとなる。
【００６９】
また本実施形態においては、合金Ａのうち、Ｓｉ:１３％未満、Ｃｕ：３．０％〜５．０％、Ｍｇ：０．３％〜１．０％の合金（「合金Ｂ」と称す）と、Ｓｉ：１３％以上、Ｃｕ：３．０％〜５．０％、Ｍｇ：０．３％〜１．０％の合金（「合金Ｃ」と称す）とに分けることができ、合金Ｂおよび合金Ｃとはそれぞれ異なる特性を有している。
【００７０】
すなわち合金Ｂ、中でもＳｉ:１０％〜１２．５％、Ｃｕ：４．０％〜５．０％、Ｍｇ：０．５％〜０．８％の合金を採用した場合、２０μｍレベルの大きい粒径の初晶Ｓｉ粒が存在せず、５μｍ以下の細かい粒径の共晶Ｓｉ粒が均一に分散しているため、成形面１２の鏡面仕上げを容易に行うことができる。
【００７１】
また合金Ｃ、中でもＳｉ：１４％〜１７％、Ｃｕ：４．０％〜５．０％、Ｍｇ：０．５％〜０．８％の合金を採用する場合、初晶Ｓｉ粒が存在しているため、合金Ｂよりも高い耐摩耗性を有しており、ガラス繊維強化プラスチックのような金型１の摩耗が起きやすい成形材料を用いた射出成形においても金型１（成形面１２）の摩耗が少なく耐久性を向上させることができる。
【００７２】
なお、合金Ｂに対応する合金としては、Ａ３９０合金を例示することができる。また合金Ｃに対応する合金としては、ＡＨＳ（登録商標）合金を例示することができる。
【００７３】
図４はこの発明の実施形態である射出成形金型１の製造方法を説明するための工程図の一例である。同図に示すように、アルミニウム（Ａｌ）の地金、添加元素母合金および添加金属を、所望の成分比率（配合率）で溶解炉に投入し溶解してＡｌ合金溶湯を得る。所望の成分比率（組成）とは、例えば上記の合金Ａ、合金Ｂまたは合金Ｃの組成等を挙げることができる。
【００７４】
次に、Ａｌ合金溶湯が所望の組成になっていることを確認し、その後、Ａｌ合金溶湯を、φ２０ｍｍ〜φ１２０ｍｍの細径で連続鋳造して、細径丸棒状のＡｌ合金連続鋳造棒を得る。ここで、本実施形態においては、細径で連続鋳造することにより、中心部が外径近傍部（外周部）と同様に急冷組織となり、外径近傍部と中心部との組織差が少なくなる。例えば外径近傍部と中心部とのＳｉ粒の平均粒径が１０μｍ以下かつ平均値の差が２μｍ以下となり、金属間化合物の分布も少なくなる。これにより、外径近傍部から中心部にかけて均質な組織のＡｌ合金連続鋳造棒（Ａｌ合金連鋳棒）を得ることができ、成形面１２を鏡面加工する際において、優れた加工性を得ることができる。
【００７５】
なお本発明においては、細径連続鋳造によって、均質な組織の連鋳棒を得るようにしているが、それだけに限られず、例えば電磁撹拌や超音波によるＳｉ粒微細化による方法や、リン銅やＳｒ、Ｎａ、Ｃａ等の微細化剤による方法を用いて、均質な組織の鋳造棒を得るようにしても良い。もっとも、細径連続鋳造は、中心部においても本質的に急冷凝固となるため、本実施形態のように細径連続鋳造を採用するのが好ましい。
【００７６】
続いて、Ａｌ合金連鋳棒を必要に応じて均質化処理炉に投入して、所定の均質化処理を実施する。さらに必要に応じて、Ａｌ合金連鋳棒をロール矯正にて曲りを矯正してからピーリング（外径面削）を実施する。
【００７７】
その後図５に示すように、Ａｌ合金連鋳棒を鋸切断機にて切断して、所定の長さのＡｌ合金連鋳棒であるＡｌ合金丸棒切断品４を得る。この丸棒切断品４を粗加工して、素形材（半製品）の形状に対応する形状のＡｌ合金粗加工品を得る。ここで粗加工としては、切削加工や鍛造加工等を例示することができる。
【００７８】
例えばＡｌ合金丸棒切断品４を６面フライス加工にて直方体形状のフライス加工品を作製し、そのフライス加工品を粗加工品とする。
【００７９】
またＡｌ合金丸棒切断品４を、鍛造加工によって粗加工する場合には、Ａｌ合金丸棒切断品４を加熱炉にて３８０〜４４０℃に加熱した後、その丸棒切断品４を鍛造用金型に投入し鍛造機にて鍛造品を成形し、その鍛造品を粗加工品とする。
【００８０】
鍛造加工においては例えば図６Ａに示すように、丸棒切断品４を円柱軸（軸心）に対し直交する方向に圧縮させるように鍛造加工して、略直方体形状の鍛造品からなるＡｌ合金粗加工品５を得る。さらに図６Ｂに示すように鍛造加工によって、外周形状を成形すると同時に、成形面を形成する予定の部分に凹部（キャビティ）１１を成形するようにしても良い。この場合には、後述する仕上げ加工において、キャビティ１１を切削加工等によて形成する必要がないため、その分、仕上げ加工、ひいては金型１の製作を容易に行うことができる。
【００８１】
ここで本実施形態においては、粗加工品５を鍛造加工によって成形するのが好ましい。すなわち、Ａｌ合金連鋳棒４を鍛造して成形された鍛造品（粗加工品５）は、材料が塑性流動することによってマトリクス部の靱性が向上するため、粗加工品５における特に成形部表面でのＳｉ粒の保持力が増し、後述する切削加工等の仕上げ加工や、研磨加工等において、Ｓｉ粒の脱落を有効に防止でき、所望のＳｉ粒を含む滑らかな成形面１２の射出成形金型１を得ることができる。
【００８２】
また鍛造工程を経ることによって得られた射出成形金型１は、材料自体の靱性が向上しているため、射出成形時の圧力による割れの発生、割れの進展を抑制でき、金型寿命を一層向上させることができる。
【００８３】
本実施形態において、鍛造加工により金型材料の靱性を確実に向上させるために、切断されたＡｌ合金丸棒切断品４に対する鍛造品（粗加工品５）の鍛造による塑性加工率を３０％以上に設定するのが良く、より好ましくは５０％以上に設定するのが良い。
【００８４】
また本実施形態では、丸棒切断品４を軸心に対し直角方向（横方向）に圧縮するように鍛造しているため、より一層優れた射出成形金型１を得ることができる。すなわち図７に示すように、細径連続鋳造で得られた丸棒切断品４は、外周部（外径近傍部）４ａと中心部４ｂの組織差は小さいものの、詳細に見ていくと、外周部４ａは外周面から冷却されるため、外周部４ａは内周部４ｂに比べて冷却速度が速く、この急冷により外周部４ａはより微細な組織となっている。このため図８Ａに示すように、この丸棒切断品４を横方向に鍛造した粗加工品５は、細かい組織の部分（外周部４ａ）を成形部とすることができ、その成形部に対し仕上げ加工および研磨加工（鏡面仕上げ加工）することにより、細かい多数のＳｉ粒が存在する成形面１２を形成することができる。従って、高強度および高剛性の成形面１２を有する高品質の射出成形金型１を製作することができる。
【００８５】
特に本実施形態において図８Ｂに示すように、丸棒切断品４の鍛造加工によって鍛造品（粗加工品５）の成形部にキャビティ１１を形成する場合には、丸棒切断品４の外周部４ａが引き延ばされて、キャビティ１１の内周面（成形面）を含めた外周面全域に、丸棒切断品４の微細組織を有する部分（外周部４ａ）が配置される。このため、成形面１２に、より細かい多数のＳｉ粒を配置させることができ、より一層高品質の射出成形金型１を製作することができる。その上さらに、鍛造加工によってキャビティ１１を形成する場合には、鍛造加工における加工率が一層向上するため、より一層靱性を向上させることができる。
【００８６】
なお本発明において、丸棒切断品４を鍛造加工する場合には、切断品４を横方向に圧縮するだけでなく、据込鍛造によって軸心に沿って（縦方向に）圧縮するようにしても良い。このように縦方向に鍛造する場合であっても、鍛造加工によって材料の靱性を向上させることができるため、Ｓｉ粒の保持力を向上させることができる。もっとも、本発明においては、既述した通り、丸棒切断品４を横方向に鍛造するのが好ましい。
【００８７】
また本実施形態では、射出成形金型１の材料としてのＡｌ合金は、Ｓｉの含有量が多いため、Ｓｉ含有量の増加に伴う材料の靱性低下が懸念されるところであるが、既述したように鍛造加工を採用することによって、材料の靱性低下を補うことができ、金型１の強度や剛性の低下等を防止することができ、十分な耐圧性および耐久性を確保することができる。
【００８８】
またサイズの大きい射出成形金型１を製造する場合であっても、細径のＡｌ合金連鋳棒を鍛造加工で平板状に成形することにより、縦横に大きいサイズの金型用の素形材を形成することができる。つまり鍛造加工を採用することによって、金型サイズにかかわらず、細径連続鋳造を採用することができるため、大きいサイズの金型を製作する場合であっても、細径連続鋳造による上記の効果を確実に得ることができる。
【００８９】
一方、図４に示すように粗加工が完了した後、粗加工品５に対し熱処理を行う。この熱処理においては、例えば粗加工品５に対しＴ６炉での溶体化処理（４８０℃〜５００℃で１〜６時間保持）と、水焼入れ処理（水温６０℃以下）と、時効処理（１８０℃〜２２０℃で２時間〜１２時間保持）とを連続して行うようにしている。
【００９０】
こうして熱処理されたＡｌ合金粗加工品５が、半製品であるニアネットシェイプのＡｌ合金素形材（射出成形金型用素形材）を構成している。
【００９１】
なおＡｌ合金素形材の外観形状は、図６Ａおよび図６Ｂ等に示す熱処理する前の粗加工品５の外観形状と実質的に同じである。
【００９２】
次にこのＡｌ合金素形材をマシニングセンターにて仕上げ加工を行い、成形部と、必要に応じて他の部分とを切削する。
【００９３】
仕上げ加工した素形材に対して、研磨加工を行う。すなわち仕上げ加工後の素形材における成形部表面（キャビティ内周面）を研磨剤を使って研磨し、仕上げバフ磨きまで実施して鏡面に仕上げる。これにより射出成形金型１が完成する。
【００９４】
ここで研磨加工に際して、Ｓｉ粒が成形面１２から脱落したり突出したりしないように、つまりＳｉ粒とアルミニウム部（マトリクス部）とで平滑な成形面１２が形成されるように、粗研磨から時間をかけて均一な面（成形面）を作るように丁寧に研磨し、徐々に研磨の番手を上げて、細かく仕上げていく。そして最後にバフにて鏡面となるように仕上げを十分に行う。これにより図９の成形部断面のイメージ図に示すように、成形面１２に存在するＳｉ粒１２１と、マトリクス部１２２とによって面粗度Ｒａが０．０８μｍ以下の鏡面状の平坦面（平滑面）に仕上げられる。このように成形面１２が平滑な鏡面に形成されるため、この成形面１２を有する射出成形金型１を用いて、射出成形を行った場合、寸法精度の高い高品質の射出成形品を得ることができる。なお図９において、上側の図は成形面近傍の金属組織を説明するための断面図に相当し、下側の図は成形面の粗さを誇張して示す断面図に相当する（以下の図１０においても同じ）。
【００９５】
参考までに、研磨加工を雑に行うと、所望の平滑な成形面１２を得ることが困難になってしまう。例えば図１０の成形部断面のイメージ図に示すように、成形面１２において、マトリクス部１２２が、Ｓｉ粒１２１に比べて多く研磨されてしまい、Ｓｉ粒１２１が突出して配置されたり、場合によっては、Ｓｉ粒１２１が成形面１２から脱落してしまう。そうすると、成形面１２における面粗度Ｒａが０．０８μｍを大きく超えて、成形面１２が粗面となり、高品質の射出成形金型を得ることが困難になってしまう。
【００９６】
本実施形態においては、製作された射出成形金型１を、射出成形機のダイセットの可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂに固定する場合には、焼嵌めによって固定する。すなわち図１および図２等に示すように、射出成形金型１の外径寸法を、可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂのダイケース２における金型固定凹部２１の大きさよりも、常温において僅かに大きく形成しておく。具体的には、焼嵌め温度、収縮率、狙いの焼嵌め率等を考慮して、射出成形金型１の金型固定凹部２１に対する大きさを決定する。
【００９７】
そしてダイケース２の金型固定凹部２１に射出成形金型１を嵌める前に、ダイケース２を加熱して熱膨張により金型固定凹部２１を広げておく。なお本実施形態では、ダイケース２の加熱温度を焼嵌め温度と称する。
【００９８】
その後、加熱したダイケース２の金型固定凹部２１に、常温の射出成形金型１を嵌め込む。
【００９９】
続いて、放冷によりダイケース２を常温まで冷却して、金型固定凹部２１を収縮させることにより、金型固定凹部２１内で射出成形金型１に圧縮応力を加えて、射出成形金型１を固定する。
【０１００】
本実施形態においては、熱膨張率の大きいＡｌ合金材料で製作した射出成形金型１を、熱膨張率の小さい鉄鋼材料製のダイケース２の金型固定凹部２１に嵌合させて、射出成形用のダイセットを形成しているため、このダイセットを用いて射出成形した際に、射出成形金型１の温度が成形時の温度である１５０℃に達した際に、射出成形金型１の熱膨張により、常温における焼嵌め圧縮応力よりも大きな圧縮応力となる。このように射出成形時に射出成形金型１に高圧縮場を付与できるため、その高圧縮場の金型１と、射出成形時に金型１に作用する樹脂の高圧力とが相殺されて、金型寿命の向上を期待することができる。
【０１０１】
特に本実施形態の射出成形金型１は、１５０℃での高温下で、引張強度が３５５ＭＰａ以上の高強度材を用いているため、圧力が高い過酷な圧力環境下においても金型１の変形等の不具合が生じることがなく、焼嵌めによる高い圧縮場を確実に維持できて、金型寿命をより確実に向上させることができる。
【０１０２】
なお、１５０℃での引張強度が３５５ＭＰａ未満の金型材料では、金型寿命の向上が期待できる高圧縮場においては、ダイケース２からの焼嵌め圧縮応力により、射出成形金型１にゆがみ等の有害な変形が生じてしまうおそれがある。
【０１０３】
本実施形態の射出成形金型１を用いて射出成形される成形材料は、特に限定されるものではなく、従来より周知の成形材料を用いることができるが、好適には、リゴラック「Ｒｉｇｏｌａｃ」（登録商標）ＢＭＣ、ポリカーボネート（ＰＣ）を好適に使用することができる。
【０１０４】
リゴラック（登録商標）ＢＭＣは、特殊な不飽和ポリエステル樹脂（ＢＭＣ・ＳＭＣ）を主体とし、充填材とガラス繊維等を含む熱硬化性の成形材料である。この成形材料は、寸法精度、電気特性、耐熱性、難燃性、意匠性等に優れるとともに、射出成形が可能で高い量産性も備えている。なお、この成形材料は、ガラス繊維を含有するため、ガラス繊維による金型摩耗が進行し易く、射出成形において使用する場合には、金型として、本実施形態の金型１のように高い耐摩耗性が要求される。
【０１０５】
またポリカーボネート（ＰＣ）製の成形材料は、剛性および強度が高く、耐衝撃性に優れた合成樹脂として周知である。なお、この成形材料を射出成形において使用する場合には、充填圧が高く、成形金型への負荷が大きくなり、金型として、本実施形態の金型１のように高剛性および高強度が要求される。
【０１０６】
本実施形態の射出成形金型１においては、金型材料としてアルミニウム合金を使用しているため、切削加工性を向上できて、簡単かつ効率良く製作することができるとともに、軽量化を図ることができる。
【０１０７】
さらに本実施形態の射出成形金型１は、成形面１２における１５０℃の引張強度が３５５ＭＰａ以上に調整されているため、射出成形時における強度、剛性および耐摩耗性を十分に確保できて、高精度の成形を長期間安定して行うことができ、十分な耐久性を得ることができる。
【実施例】
【０１０８】
以下、本発明に関連した実施例と、その効果を検証するための比較例等について詳細に説明する。
【０１０９】
【表１】
2015089616.tif 000003
【０１１０】
【表２】
2015089616.tif 000004
【０１１１】
＜実施例１＞
表１に示すように、組成が上記合金Ｂの相当するＡｌ合金溶湯、すなわち組成がＳｉ：１０％、Ｆｅ：０．１８％、Ｃｕ：３．８％、Ｍｇ：０．６％、Ｃｒ：０．０１％、Ｚｎ：０．０２％、残部がＡｌおよび不可避成分（各成分が０．５％以下でトータルが２％以下）のＡｌ合金溶湯を準備した。このＡｌ合金溶湯を細径連続鋳造して、直径８０ｍｍのＡｌ合金連続鋳造棒を製造し、そのＡｌ合金連鋳棒に対し、均質化処理、ロール強制処理、ピーリング処理を行った後、長さ１５０ｍｍに切断して、円柱状のＡｌ合金丸棒切断品４（図５等参照）を得た。
【０１１２】
このＡｌ合金丸棒切断品４に対し６面フライス加工を行って、厚さ４０ｍｍ、縦１５０ｍｍ、横６７ｍｍの板状（直方体形状）のＡｌ合金粗加工品を得た。
【０１１３】
次にＡｌ粗加工品５に対し、上記実施形態と同様に、Ｔ６炉での溶体化処理、水焼き入れ処理および時効処理による熱処理を行って、射出成形金型用素形材（半製品）を得た。
【０１１４】
次に、この射出成形用素形材の成形部等に、上記実施形態と同様に、切削加工による仕上げ加工および研磨加工を行って、一対の射出成形金型１を製作した。なお図１に示すように一対の射出成形金型１のうち一方の金型１の成形面１２には、コーン状の突起１５を形成した。
【０１１５】
こうして得られた射出成形金型１において、上記実施形態に測定方法に従って、成形面１２におけるＳｉ粒の平均粒径、粒径の標準偏差、面積占有率を測定したところ、各測定値は、表２に示すようにそれぞれ１．６７μｍ、０．４３μｍ、６．５６μｍであった。さらに成形面１２における１５０℃での引張強度および面粗さＲａを測定したところ、引張強度は３６５ＭＰａ、面粗さは０．０１μｍであった。
【０１１６】
＜実施例２＞
表１に示すように、組成が上記合金Ｂに相当するＡｌ合金溶湯、すなわち組成がＳｉ：１１．５％、Ｆｅ：０．２１％、Ｃｕ：４．５％、Ｍｇ：０．６％、Ｃｒ：０．０１％、Ｚｎ：０．０１％、残部がＡｌおよび不可避成分（各成分が０．５％以下でトータルが２％以下）のＡｌ合金溶湯を用いて、上記実施例１と同様に、所定長さの円柱状のＡｌ合金丸棒切断品４を得た。
【０１１７】
このＡｌ合金丸棒切断品４を軸方向（円柱軸方向）に対し直交する方向に圧縮するように鍛造加工を行って、厚さ５０ｍｍ、縦１５０ｍｍ、横１００ｍｍの略板状（略直方体形状）のＡｌ合金粗加工品５（図６Ａ参照）を得た。なおこの鍛造加工における加工率は３７．５％であった。
【０１１８】
次にＡｌ合金粗加工品５に対し、上記実施例１と同様に熱処理を行って、Ａｌ合金素形材を作製し、そのＡｌ合金素形材に対し、上記実施例１と同様に仕上げ加工および研磨加工を行って、一対の射出成形金型１を作製した。
【０１１９】
表２に示すように、こうして得られた射出成形金型１の成形面１２におけるＳｉ粒の平均粒径は１．７１μｍ、粒径の標準偏差は０．５１μｍ、面積占有率は１０．５％、１５０℃での引張強度は３７５ＭＰａ、面粗さＲａは０．０２μｍであった。
【０１２０】
＜実施例３＞
表１に示すように、組成が上記合金Ｂの相当するＡｌ合金溶湯、すなわち組成がＳｉ：１２．５％、Ｆｅ：０．２２％、Ｃｕ：４．５％、Ｍｇ：０．６％、Ｃｒ：０．０１％、Ｚｎ：０．０３％、残部がＡｌおよび不可避成分（各成分が０．５％以下でトータルが２％以下）のＡｌ合金溶湯を用いて、上記実施例１と同様に、所定長さの円柱状のＡｌ合金連鋳棒４を得た。
【０１２１】
このＡｌ合金鋳造棒４に対し、上記実施例２と同様に横方向の鍛造加工を行って、上記実施例２と同サイズで、キャビティ１１が凹陥形成された鍛造加工品としてのＡｌ合金粗加工品５（図６Ｂ参照）を得た。なおこの鍛造加工時には、キャビティ１１内にコーン状突起１５に対応する突起部を形成しておいた。
【０１２２】
次にＡｌ合金粗加工品５に対し、上記実施例１と同様な処理を行って、一対の射出成形金型１を作製した。
【０１２３】
表２に示すように、この射出成形金型１の成形面１２におけるＳｉ粒の平均粒径は１．７７μｍ、粒径の標準偏差は０．５９μｍ、面積占有率は１３．１％、１５０℃での引張強度は３７５ＭＰａ、面粗さＲａは０．０１μｍであった。
【０１２４】
＜実施例４＞
表１に示すように、組成がＳｉ：１５％、Ｆｅ：０．２％、Ｃｕ：４．２％、Ｍｇ：０．６％、Ｃｒ：０．０１％、Ｚｎ：０．０８％、残部がＡｌおよび不可避成分（各成分が０．５％以下でトータルが２％以下）のＡｌ合金材料（合金Ｃに相当）を用いた以外は、上記実施例１と同様にして、一対の射出成形金型１を作製した。
【０１２５】
表２に示すように、この射出成形金型１の成形面１２におけるＳｉ粒の平均粒径は３．０２μｍ、粒径の標準偏差は１．２５μｍ、面積占有率は１７．５％、１５０℃での引張強度は３７２ＭＰａ、面粗さＲａは０．０３μｍであった。
【０１２６】
＜実施例５＞
表１に示すように、組成がＳｉ：１６％、Ｆｅ：０．２４％、Ｃｕ：４．５％、Ｍｇ：０．６％、Ｃｒ：０．０１％、Ｚｎ：０．０７％、残部がＡｌおよび不可避成分（各成分が０．５％以下でトータルが２％以下）のＡｌ合金材料（合金Ｃに相当）を用いた以外は、上記実施例２と同様にして、一対の射出成形金型１を作製した。
【０１２７】
表２に示すように、この射出成形金型１の成形面１２におけるＳｉ粒の平均粒径は３．１１μｍ、粒径の標準偏差は１．５５μｍ、面積占有率は２０．５％、１５０℃での引張強度は３７５ＭＰａ、面粗さＲａは０．０３μｍであった。
【０１２８】
＜実施例６＞
表１に示すように、組成がＳｉ：１７．５％、Ｆｅ：０．２１％、Ｃｕ：４．７％、Ｍｇ：０．６％、Ｃｒ：０．０１％、Ｚｎ：０．０８％、残部がＡｌおよび不可避成分（各成分が０．５％以下でトータルが２％以下）のＡｌ合金材料（合金Ｃに相当）を用いた以外は、上記実施例２と同様にして、一対の射出成形金型１を作製した。
【０１２９】
表２に示すように、この射出成形金型１の成形面１２におけるＳｉ粒の平均粒径は３．２５μｍ、粒径の標準偏差は１．８５μｍ、面積占有率は２３．５％、１５０℃での引張強度は３８０ＭＰａ、面粗さＲａは０．０３μｍであった。
【０１３０】
＜比較例１＞
比較例１は、上記特許文献１（特開平４−３２５６５０号）に相当するものである。すなわち表１に示すように、組成がＳｉ：０．１５％、Ｆｅ：０．２１％、Ｃｕ：１．８％、Ｍｇ：２．５％、Ｃｒ：０．２２％、Ｚｎ：５．６％、残部がＡｌおよび不可避成分（各成分が０．５％以下でトータルが２％以下）のＡｌ合金材料（Ａ７０７５合金に相当）を用いて、特許文献１に開示された製法に準拠して、上記実施例と同様な形状の一対の射出成形金型１を作製した。
【０１３１】
表２に示すように、この射出成形金型１の成形面１２における１５０℃での引張強度は３３０ＭＰａ、面粗さＲａは０．０２μｍであった。
【０１３２】
＜比較例２＞
比較例２は、上記特許文献２（特開２００４−７６０４２号）に相当するものである。すなわち表１に示すように、組成がＳｉ：０．１５％、Ｆｅ：０．２３％、Ｃｕ：０．０２％、Ｍｇ：２．５％、Ｃｒ：０．２２％、Ｚｎ：０．０２％、残部がＡｌおよび不可避成分（各成分が０．５％以下でトータルが２％以下）のＡｌ合金材料（Ａ５０５２合金に相当）を用い、特許文献２に開示された製法に準拠して、上記実施例と同様な形状の一対の射出成形金型１を作製した。なおこの金型１における成形面の表面にはアルマイト処理が施されている。
【０１３３】
表２に示すように、この射出成形金型１の成形面１２における１５０℃での引張強度は２５０ＭＰａ、面粗さＲａは０．０１μｍであった。
【０１３４】
＜耐久性評価試験＞
実施例１の一対の金型モデル（サンプル）を、図２等に示すように上記実施形態と同様に焼嵌めによって一対のダイケース２にそれぞれ固定して、可動側型板２ａおよび固定側型板２ｂを作製した。これらの型板２ａ，２ｂを備えたダイセットを射出成形機の型締めユニッに取り付けた。その射出成形機を用いて、リゴラック「Ｒｉｇｏｌａｃ」（登録商標）ＢＭＣおよびポリカーボネート樹脂を成形材料とし、図３Ａに示す略円盤状の成形品３をそれぞれ１００００個ずつ成形した。成形条件としては、金型温度を１５０℃、成形材料の温度（樹脂温度）を２３０℃、射出成形圧力を１００ＭＰａとした。なお図３Ａおよび図３Ｂに示すように、成形される成形品３の一面には、金型１のコーン状突起１５によるコーン状凹部３５が形成されている。
【０１３５】
そして、割れの評価試験として、成形開始直後の成形品３と、成形終了間近の成形品３とを比較して、成形品３における底面外周縁のエッジ部の割れの有無を確認した。また摩耗評価試験として、成形開始直後の成形品３と、成形終了間近の成形品３とを比較して、成形品３のコーン状凹部３５の底部の先鋭具合を確認するとともに、成形前後の金型１を比較して、金型１のコーン状突起の先鋭具合を確認して、摩耗の進行具合（有無）を確認した。その結果を表３に示す。
【０１３６】
【表３】
2015089616.tif 000005
【０１３７】
実施例２〜６および比較例１，２の金型モデルに対しても、上記実施例１と同様に、射出成形機にセットして、同様に射出成形を行い、同様の評価を行った。各評価結果を表３に併せて示す。
【０１３８】
表３から明らかなように、実施例１〜６の金型モデルは、割れの発生が無く、十分な強度、剛性および耐圧性を備えるとともに、摩耗の発生もなく、十分な耐久性を備えている。よって実施例の金型によれば、大量の成形品を安定して生産することができる。
【０１３９】
これに対し、比較例１，２の金型モデルは、割れの発生が認められ、強度、剛性、耐圧性に劣るとともに、摩耗も発生しており、耐久性にも劣っている。
【０１４０】
さらに比較例１の金型モデルは、特に耐摩耗性の面で劣っており、その上、焼嵌めによる変形等も認められた。つまり比較例１の金型は、成形品を大量に生産する大量生産には不向きであり、試作や少量生産用としての使用に限定されると思われる。
【０１４１】
また比較例２の金型モデルは、成形面の強度が常温でも低く、研磨時に傷が付き易く、鏡面研磨が困難であった。さらにこの金型は、アルマイト処理に伴うコストの増大や金型製作時の作業効率低下が懸念されるばかりか、成形によりアルマイト処理膜の剥離が認められ、摩耗が多く進行していた。従って、比較例２の金型も比較例１と同様、耐久性不足により大量生産には不向きであると思われる。
【０１４２】
＜各種金型の特性対比＞
【０１４３】
【表４】
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【０１４４】
上記実施例１〜６および比較例１，２の金型の他に、参考例１，２の金型も加えて、各金型において主特性を対比した。
【０１４５】
参考例１の金型は、特開平３−１００１３７号公報に開示されたＡｌ合金材料によって製作されたものである。この金型は、セラミクス粒子およびＡｌ合金粉末を混合した混合粉末を基に形成されたＡｌ合金材料によって構成されている。
【０１４６】
参考例２の金型は、プリハードン鋼によって構成された周知の鋼材製金型である。
【０１４７】
そして実施例１〜６、比較例１，２および参考例１，２において、耐摩耗性、熱伝導率、重量、焼嵌め効果、１５０℃（使用温度域）での引張強度、１５０℃（使用温度域）での離型性、金型自体の生産性（金型製作時の作業性）、靱性等の各特性を対比した。その結果を表４に示す。
【０１４８】
実施例１〜６の金型は、比較例１，２の金型に対し、１５０℃での高温強度が高く、Ｓｉ粒による耐摩耗性、離型性に優れている。特に比較例２は、既述した通り、アルマイト処理を行う必要があり、コスト的や金型生産性に関しても不利である。
【０１４９】
実施例１〜６の金型は、参考例１の金型に対し、金型生産性や靱性に優れている。
【０１５０】
実施例１〜６の金型は、参考例２の金型に対し、切削加工性、金型生産性および重量の面で優れている。
【０１５１】
一方、各特性毎に見ていくと、耐摩耗性に関しては、実施例１〜６および参考例１，２は、比較例１，２に比べて優れている。
【０１５２】
切削性および熱伝導率に関しては、実施例１〜６および比較例１，２は、参考例１，２に比べて良好である。なお参考例１の金型の切削性に関しては、高速加工は可能であるが、切削刃による加工は困難である。
【０１５３】
重量に関しては、実施例１〜６、比較例１，２および参考例１は、参考例２に比べて良好である。
【０１５４】
焼嵌め効果に関しては、実施例１〜３の金型は、ダイケースとの熱膨張率の差が１０％と大きく高圧縮場が得られ、良好な焼嵌め効果を得ることができた。同様に、実施例４〜６の金型も、ダイケースとの熱膨張率の差が９％と大きく高圧縮場が得られ、良好な焼嵌め効果を得ることができた。一方、比較例１の金型は、ダイケースとの熱膨張率の差が１３％と大きく、さらに比較例２の金型も、ダイケースとの熱膨張率の差は大きいものの、高温時の強度が不十分で、変形や亀裂が生じてしまい、十分な焼嵌め効果を得ることができなかった。また参考例１の金型は、ダイケースとの熱膨張率の差が大きく高圧縮場が得られた。さらに参考例２の金型は、ダイケースとの熱膨張率の差がなく、高圧縮場が得られなかった。
【０１５５】
使用温度領域（１５０℃）での引張強度や離型性に関しては、実施例１〜６および参考例１，２は、比較例１，２に比べて優れている。
【０１５６】
金型の生産性については、実施例１〜６および比較例１は、比較例２および参考例１，２に比べて優れている。なお参考例１は、粉末製造工程や押出加工を伴うもので、これらの工程等によって良好な生産性が得られないものである。
【０１５７】
靱性に関しては、実施例１〜６、比較例１，２および参考例２は、参考例１に比べて優れている。つまり参考例１の金型は、割れ易いものである。
【０１５８】
以上のように本発明の要旨を含む実施例１〜６の金型は、上記全ての特性に優れているのに対し、比較例１，２および参考例１，２は、いずれかの特性に劣っている。
【０１５９】
なお、参考例１の金型のように粉末Ａｌ合金とセラミクス粒との混合粉末によって構成される金型は、一般的に、切削加工時に加工刃部の短寿命と金型材料の靱性低下というデメリットがある。すなわち、切削加工の困難さに伴う金型製造コストの増大や、金型材料の靱性低下による高負荷下の射出成形によって金型割れが生じ易く、短寿命になってしまうことが懸念される。
【０１６０】
また参考例２の金型のように鋼材製の金型は、切削加工性が悪いという以外に、高重量のために、金型交換時の作業負担が大きくなるとともに、熱伝導性も低いため、成形準備段階の金型昇温時間も長くなり、生産性の低下を来すというデメリットもある。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
この発明の射出成形金型用素形材は、合成樹脂の射出成形に使用される射出成形金型を製作する際に用いることができる。
【符号の説明】
【０１６２】
１：射出成形金型
１１：キャビティ
１２：成形面
４：Ａｌ合金丸棒切断品（所定長さのＡｌ合金連鋳棒）
５：Ａｌ合金粗加工品（鍛造品）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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