(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品空間を形成するために用いる金型部品の製造方法であって、
電子ビーム照射により深さ１μｍ以下の線状の凹溝を金型部品の製品空間形成面に対して螺旋状に形成し、
凹溝の延長方向を、製品空間形成面で材料が移動する方向と型開き方向のうち選択した一方向に対して略垂直な方向にすると共に、前記略垂直な方向に延長する凹溝を、前記選択した一方に沿って間隔をあけて形成してあることを特徴とする金型部品の製造方法。
【請求項２】
電子ビーム照射により凹溝を継ぎ目のない連続した状態で形成することを特徴とする請求項１記載の金型部品の製造方法。
【請求項３】
射出成形用のコアからなる金型部品の製造方法であって、凹溝の延長方向を型開き方向に対して略垂直な方向としてあることを特徴とする請求項１又は２記載の金型部品の製造方法。
【請求項４】
プレス成形用の金型部品の製造方法であって、凹溝の延長方向を加圧時に製品空間形成面で材料が移動する方向に対して略垂直な方向としてあることを特徴とする請求項１又は２記載の金型部品の製造方法。
【請求項５】
材料の粉末を圧縮して錠剤にするためのプレス成形用の杵からなる金型部品の製造方法であることを特徴とする請求項４記載の金型部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂製品や錠剤の成型に用いる金型において、製品空間を形成する金型部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば合成樹脂製品を射出成形する場合には、金型のキャビティとコアの間に形成される製品空間に合成樹脂を注入し、合成樹脂の冷却後に型開きをする工程が行われる。この型開き工程において、成型品が型崩れすることがある。
【０００３】
より具体的な事例を挙げる。事例１。細長い底のある筒状の容器を軟質樹脂から射出成形で成型する場合、この容器形状をした製品空間の内面側を円柱状の可動金型（コア）で形成し、製品空間の外面側を固定金型（キャビティ）で形成する構造がある。図５に、そのコアが示されている。この場合には、型開き工程において、コアが筒状の成型品に対してその円柱の長手方向に向かって引き抜くように動かされる。このときに、図６に示すように成型品の口部が捲れるように変形し、不良品が生産されることになった。
【０００４】
また、粉末から錠剤をプレス成形（打錠成形）する場合には、金型の製品空間に粉末を投入し、打錠後に型開きする工程が行われる。この型開き工程において、錠剤が型崩れすることがある。
【０００５】
より具体的な事例を挙げる。事例２。粉末を一定形状、例えば小さな碁石状に固形化した錠剤にするプレス成形の場合には、この碁石形状をした製品空間の上面側と下面側を円柱状の上杵と下杵（可動金型）でそれぞれ形成し、製品空間の外周面を臼（固定金型）で形成する構造がある。この場合には、成形時において、臼の下部内に下杵の上部が配置されており、臼の中に投入された粉末を上から上杵を下降させて圧縮し、上杵を上方に移動させた後に、下杵を突き上げて錠剤を取り出す工程が行われる。このようにして取り出された錠剤の一部が剥離したように欠け、不良品が生産されることがある。このような不良が起こる場合には、錠剤の欠けた部分に対応する箇所において、例えば図７に示すように、上杵又は下杵の製品空間形成面（製品空間を形成する面）に、粉末が固着していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような不良品が発生する原因は、金型部品（コア又は杵）の離型性が悪いことによるものと思われる。というのも、これら金型部品の製品空間形成面は、何れも鏡面仕上げされたものであった。このため、材料の固化時には、製品空間形成面である鏡面全域（平滑な表面全面）に成型品が密着しているものと想定される。そして、型開き時には、成型品から金型部品が一挙に剥がれようとして、成型品と金型部品との間が恰も真空状態になり、製品空間形成面の全面に均一な力が加わり、その反作用として成型品に大きな力が加わり、その結果、成型品の型崩れや、金型部品の製品空間形成面に材料の付着が生ずるものと思われる。
【０００７】
上記推測からすれば、離型性の向上には、金型部品の製品空間形成面を例えば研磨用のペーパーを用いて粗面にすることが対策の一つとして、通常、考えられる。粗面にすることにより、例えば型開き時に、コアの製品空間形成面の全面に不均一な力が加わるようにし、その反作用として成型品に加わる力を小さくし、その結果、成型品の型崩れ等を防止できると考えられる。しかしながら、金型には形状転写機能があるので、製品空間形成面を粗面にすると、その粗面がそのまま製品に写り易い。それ以外に、以下の１）、２）の不具合が生じることが想定される。
【０００８】
１）例えば、鏡面仕上げの金型部品で成形されている場合には、製品は模様の無い平滑面であり、光の当たり具合によっては光沢を放つこともある。しかしながら、鏡面を粗面にすると、粗面が模様となって製品に明確に転写されることや、光沢が失われることも想定される。
また、鏡面仕上げの金型部品で成形されている場合には、透明な樹脂を用いることにより、製品としての容器は、その中に充填した収容物が容器の外側から視認できるほど透明なこともある。しかしながら、鏡面を粗面にすると、容器の透明度が低下することや、不透明になることも想定される。
このような光沢の喪失や容器の不透明化が起これば、商品価値が低下する。
【０００９】
２）製品空間形成面を粗面（凸凹）に形成するにあたって、その凹凸が大きければ、その凹凸に成型品の表面が食い込む形で成形されるおそれがある。すると、型開き時に凹凸が抵抗となって、型開きがしづらくなることや、製品に傷がつくことや、金型部品が摩耗することも想定される。
【００１０】
本発明は、上記実情を考慮したもので、少なくとも成型品の型崩れを出来る限り防止することのできる金型部品の製造方法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】
【００１１】
本発明は、製品空間を形成するために用いる金型部品の製造方法であって、電子ビーム照射により深さ１μｍ以下の線状の凹溝を金型部品の製品空間形成面に対して螺旋状に形成し、凹溝の延長方向を、製品空間形成面で材料が移動する方向と型開き方向のうち選択した一方向に対して略垂直な方向にすると共に、前記略垂直な方向に延長する凹溝を、前記選択した一方に沿って間隔をあけて形成してあることを特徴とする。
【００１２】
凹溝の延長方向が前記方向に対して平行な場合は、以下の不具合が生じると想定される。例えば製品空間形成面で材料が移動する方向に対して凹溝の延長方向を平行に形成した場合には、材料の移動に伴って凹溝内に材料が侵入し易い。凹溝内に侵入した材料は、成形品と金型部品との接触面積を増やす要因となり、型開き時の離型抵抗となる。そして、凹溝内に材料が侵入するほど、成型品と金型部品との接触面積が増加し、型開き時に金型部品を移動させ難くなり、その結果、成形品が型崩れし易くなる。
従って、凹溝の延長方向を前記した凹溝の間隔をあける方向に対して出来る限り大きく角度を付け、略垂直な方向とすることにより、凹溝内に材料が侵入し難くなり、製品の型崩れを出来る限り防止できると想定される。
【００１４】
電子ビーム照射する場合、間欠的に（所定ピッチおきに）電子ビームをドット状に照射することも考えられるが、この場合、線状に形成された凹溝は、その延長方向に無数のドット（円形の窪み）が連続するような形態となる。このような形態の場合、継ぎ目が連続して形成されることになり、望ましくない。従って、次のようにすることが好ましい。
すなわち、電子ビーム照射により凹溝を継ぎ目のない状態に形成することである。
【００１５】
また、金型部品の製造方法のより具体的な例としては、以下のものがある。
すなわち、射出成形用のコアからなる金型部品の製造方法であって、凹溝の延長方向を型開き方向に対して略垂直な方向としてあることである。射出成形では、型開きした際にキャビティに製品を固着させておき、突き出しピンで製品をキャビティから離型させるので、型開きした際にコアから製品が離れるようにする必要がある。従って、キャビティよりもコアの方が、より離型性が望まれている。
その他に、プレス成形用の金型部品の製造方法であって、凹溝の延長方向を加圧時に製品空間形成面で材料が移動する方向に対して略垂直な方向としてあることである。より具体的な例としては、材料の粉末を圧縮して錠剤にするためのプレス成形用の杵からなる金型部品の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により得られた金型部品によれば、実験結果により、成形品の型崩れが防止できることが証明された。しかも、製品空間形成面の凹溝は製品に転写され難く（薄くしか転写されておらず）、製品の傷も少ない点で、製品の外観に優れる。
【００１７】
このような実験結果が得られたのは、以下の理由によるものと推測される。電子ビーム照射を受けた領域である凹溝は、溶融加工後の急冷凝固により再焼入れ層が形成され、さらに結晶の微細化が進むので、硬度及び平滑度が向上する。つまり、従来のような研磨用のペーパーによって製品空間形成面を粗面にするのではなく、より、凹凸の少ない平滑面を製品空間面に窪ませて形成している。従って、製品空間形成面の硬度及び平滑度が向上しており、型開きし易くなっている。しかも、材料が製品空間形成面で硬化するときに、製品空間形成面に形成された凹溝には空隙が形成され、製品空間で硬化した製品と、金型部品の製品空間形成面との接触面積（密着面積）が減り、その結果、型開きし易くなる。また、凹溝が線状であることから凹溝内には空隙が連続して形成されており、ドット状の窪みが散在する構成に比べれば、凹溝内に材料が侵入し難い。しかも、凹溝が材料等の移動する方向等に間隔をあけて形成されていることから、製品空間形成面の広い領域に亘って接触面積が減り、型開きし易くなる。その上、凹溝の延長方向を前記した凹溝の間隔をあける方向に対して略垂直な方向としてあるので、他の方向（例えば、凹溝の間隔をあける方向に対して平行な方向や斜めの方向に比べて）、凹溝内に材料が入り難くなり、その結果、型開きしやすくなる。なお、凹溝が深さ１μｍ以下であるので、仮に凹溝内に材料が入って硬化しても、型開きに支障を生ずるほどではなく、その上、凹溝と凹溝の間に形成される電子ビーム照射を受けていない領域よりも、凹溝の領域の平滑性が向上していることから、離型抵抗が小さくなり、型開きし易くなる。以上より、製品が型崩れし難くなるものと推測される。
【００１８】
また、凹溝が螺旋状に形成されているので、環状の凹溝を多数本、材料の移動する方向等に間隔をあけて設けるものに比べれば、凹溝の継ぎ目部分がなく、製品外観が優れている。なお、凹溝は、電子ビーム照射により継ぎ目のない連続した状態で形成されていれば、特有の表面形態を持つ。
【００１９】
さらに、射出成形用のコアからなる金型部品の製造方法であって、凹溝の延長方向を型開き方向に対して略垂直な方向としてある場合には、この製造方法により得られた金型部品で成形したときには型開きが容易に行え、製品の外観にも優れていることが証明された。
【００２０】
また、プレス成形用の金型部品の製造方法であって、凹溝の延長方向を加圧時に材料が移動する方向に対して略垂直な方向としてある場合には、金型部品へ材料が付着し難くなり、製品の外観にも優れていることが証明された。具体的には、材料の粉末を圧縮して錠剤にするためのプレス成形用の杵からなる金型部品の場合についての効果が証明された。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に至る摩擦摩耗試験の結果を示すグラフである。
【図２】本発明に至る摩擦摩耗試験の試験片外観の状態等を示す写真付きの表である。
【図３】射出成形によって製造された成型品を示す写真である。
【図４】プレス成形に用いる杵の製品空間形成面を示す写真付きの表である。
【図５】射出成形に用いる可動金型を示す写真である。
【図６】射出成形で製造した不良品を示す写真である。
【図７】プレス成形に用いる杵、及びその製品空間形成面を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
金型部品の表面をどのような粗面にすれば良いのか評価するために、摩擦摩耗試験を行った。摩擦摩耗試験は、試験片の表面に対して、相手材（ＰＯＭボール）を所定圧力で押し付けながら円形に回転運動させることによって行われる。
【００２３】
試験片の材料にはＳＫＤ６１を用い、鏡面仕上げされたＳＫＤ６１の表面に電子ビームで模様（以下、「テクスチャ」という。）が形成されたものと、無処理のものを試験片として準備した。無処理の試験片は、その表面を鏡面仕上げしたものと、その表面を鏡面よりも粗面（＃２２０の研磨面）としたものを用いた。
【００２４】
また、テクスチャの付け方を変えた４種類の試験片を用意した。１つ目は、ＳＫＤ６１の表面に対して縦横に所定ピッチおきに略円形の小さな窪みが形成されたものである（以下、「ドットテクスチャ」という。）。テクスチャを形成するために、試験片の表面に電子ビームを照射すると、その照射された部分は、瞬間的な溶融、凝固が生じて、最終的に僅かに窪んだ状態（深さ１μｍ以下）となる。２つ目は、ＳＫＤ６１の表面に対して直線状の凹溝が所定ピッチおきに平行に複数形成されたものである（以下、「ラインテクスチャ」という。）。３つ目は、ＳＫＤ６１の表面に対して直線状の凹溝が縦横に所定ピッチおきに形成されたものである（以下、「格子テクスチャ」という。）。４つ目は、ＳＫＤ６１の表面に対して直線状の凹溝が等角度おきに放射状に形成されたものである（以下、「放射テクスチャ」という。）。また、各テクスチャについて、電子ビームの照射条件を変更したものを用意した。以下の表１に試験概要、表２にテクスチャを形成するための電子ビーム加工条件（ＥＢ加工条件）が示されている。
【００２５】
【表１】
0005836852.tif 000002
【表２】
0005836852.tif 000003
【００２６】
試験結果として、摩擦係数及びＰＯＭボール摩耗量を以下の表３及び図１に示す。
【表３】
0005836852.tif 000004
【００２７】
この表３及び図１から以下の１）〜３）の内容が確認された。
１）摩擦係数については、無処理（鏡面）が最も高く、テクスチャのある試験片は無処理の試験片に比べて低い。
２）ＰＯＭボール摩耗量については、放射テクスチャが最も低い傾向を示す。
３）表面粗さと摩擦係数とＰＯＭボール摩耗量には相関関係がない。
以上の１）〜３）より、テクスチャの特異な形状により、摩擦係数とＰＯＭボール摩耗量に差が生じたものと推測される。また、摩擦係数は、金型部品の離型性に相関関係があり、ボール摩耗量は、金型で成形される成型品の製品形状における傷や、金型部品の摩耗に相関関係があると推測されることから、摩擦係数とＰＯＭボール摩耗量の双方において良好な性能を示している、放射テクスチャを、金型部品の表面に形成することが、この表３及び図１の試験結果からは、望ましいように思える。
【００２８】
さらに、前記試験結果として、試験片外観（ＴＰ外観）による摩耗痕の状態を図２に示す。図２からは、以下の１）、２）の内容が確認された。
１）顕微鏡観察による摩耗痕の状態から判断できるＰＯＭの付着量については、無処理（鏡面）が最も多い。
２）ＴＰ外観から判断できる摩耗痕の状態については、ドットテクスチャの0.1mmおよび２回照射、ラインテクスチャの0.3mm、格子テクスチャの0.3mm、放射テクスチャの11.25°で摩耗痕がある。放射テクスチャでは11.25°で、無処理(鏡面)と類似の円弧状に連続するような摩耗痕がある。これは放射テクスチャの11.25°は、テクスチャの中では最も鏡面に近いためと考えられる。しかし、無処理(鏡面)では、円弧状に連続するような線状の摩耗痕の他に、一部領域が剥がれたような跡の摩耗痕があるにも関わらず、放射テクスチャにはこのような跡の摩耗痕が殆ど見られない。
以上１）、２）より、図２からは、無処理（鏡面）よりは、何らかのテクスチャを施す方が、摩耗痕が減ることが分かる。
【００２９】
以上の表３、図１、図２の試験結果を踏まえると、放射テクスチャが最も優れていると予想できる。放射テクスチャでの摩擦摩耗試験においては、凹溝の延長方向に対して垂直な方向にＰＯＭボールが移動していることになる。従って、材料又は金型部品の移動方向に対して垂直な方向に凹溝が形成されていれば、金型部品の耐摩耗性の向上や、成形品に対する金型部品の離型性の向上が期待できる。
【００３０】
上記推測の下、背景技術の欄で説明した事例１の射出成形と同等の試験を行い、離型性、製品の表面性状（転写や傷）の評価を行った。事例１で説明したように、軟質樹脂から射出成形によって製造される成型品は、細長い底のある筒状の容器である（図３参照）。この容器と同形状の製品空間形成面の内面側を、円柱状の可動金型（コア）で形成し（図５参照）、外面側を底のある筒状の固定金型（キャビティ）で形成する。そして、可動金型であるコアに何種かのテクスチャを施して、どのテクスチャが離型性と製品の表面形状について優れているか評価する。評価するテクスチャは、前記のドットと、ライン、放射、格子に相当するものとし、No.1〜No.7のコアに何れかのテクスチャを形成した。各No.のコアについて以下に詳述する。
No.１のコアは、製品空間形成面の主要部分となる外周面に１本からなる線状の凹溝を螺旋状に形成したものである。そして、この螺旋状の凹溝は、電子ビーム照射によりコアの円筒外周面に沿って継ぎ目のない連続した状態で形成されている。ところで、円柱状のコアは、その長手方向に沿って往復動するものであり、型開きの際には長手方向に沿って復動（後退）する。また、製品空間内には、コアの後方から先端に向かって（容器の開口側から底となる方向に向かって）、樹脂が注入される。この樹脂が注入される方向は、コアの長手方向の製品空間形成面で材料が移動する方向であって、この方向（コアの長手方向）に対して、凹溝の延長方向を略垂直（９０度）に形成してある。しかも、コアの長手方向に対して、螺旋状の凹溝は等間隔をあけて形成されており、コアの長手方向に間隔をあけて隣り合う凹溝同士の間には、電子ビーム照射されていない鏡面状態の表面が残った状態なっている。このNo.1のコアに施されたテクスチャが、前記の放射テクスチャに相当する。
No.２のコアは、No.1のコアと異なるのは、凹溝をコアの長手方向（材料の移動方向）に対して４５度の角度で形成した点である。また、凹溝は、円柱状のコアの円周方向に沿って3.6°毎に形成されており、全部で１００本の凹溝がコアの外周面に沿って平行に形成されている。このNo.２のコアに施されたテクスチャが、前記のラインテクスチャに相当する。
No.３のコアは、No.1のコアと異なるのは、凹溝を樹脂が注入される方向に対して＋４５度の角度、及び−４５度の角度で格子状に形成した点である。このNo.３のコアに施されたテクスチャが、前記の格子テクスチャに相当する。
No.４のコアは、コアの円筒外周面全域に亘って縦横に所定ピッチおきに略円形の窪みが形成されたものである。このような窪みができるように、電子ビームを所定ピッチおきに間欠的に照射する。このNo.４のコアに施されたテクスチャが、前記のドットテクスチャに相当する。
No.５のコアは、No.４のコアと同様のドットテクスチャであり、異なるのは、No.４のコアよりも、窪みを形成するピッチを粗くしたものである。
No.６のコアは、No.４のコアと同様のドットテクスチャであり、異なるのは、ピッチを細かく（No.４のピッチの半分）にし、電子ビームを照射する際の電流値を低くすることにより各窪みを小さくした点である。
No.7のコアは、その円筒外周面全面に隙間なく電子ビームを施し、電子ビームを施したコアの長手方向全域には鏡面の部分が無いようにしたものである。より具体的に言えば、No.1のコアのように電子ビームにより円筒外周面に螺旋状の凹溝を形成するのであるが、凹溝をコアの長手方向に対して殆ど間隔をあけることなく形成していくことにより、円筒外周面全域に電子ビームを施したものである。
【００３１】
以下の表４〜表６に、No.1〜No.７のそれぞれについて、コアの外観写真、コアの要部拡大写真、製品（成型品）の要部拡大写真、テクスチャを形成するための電子ビーム加工条件（ＥＢ加工条件）、結果、テクスチャイメージ（テクスチャを表現した線図）が示されている。
【表４】
0005836852.tif 000005
【表５】
0005836852.tif 000006
【表６】
0005836852.tif 000007
【００３２】
前記表４〜６に対する評価結果が以下の表７に示されている。
【表７】
0005836852.tif 000008
表７での「NG（％）」は、所定突出圧力で行われた型開きの総回数に対して、成形品からコアが正常に抜き外れなかった回数を％で表したものである。また、「製品への転写」は、テクスチャが製品に転写された状態を表す。製品傷は、コア抜き取り時に成形品に形成された引き抜き傷の状態を表す。そして、以下の評価基準を用いた。
「NG（％）」については、最も低い不良率を○、最も高い不良率を×、その中間を△の評価とする。
「製品への転写」については、転写が無いものを○、転写状態が濃いものを×、薄いものを△、の評価とする。
「製品傷」については、傷の無いものを○、多いものを×、少ないものを△の評価とする。
【００３３】
以上の評価基準を利用して、×の個数に応じて、最終評価を定めた。その結果、×の個数が最も少ないNo.１のコアに形成されたテクスチャが理想的であると判断できる。このテクスチャは、前述したように、電子ビーム照射により継ぎ目のない連続した状態で形成された螺旋状の線状の凹溝であって、製品空間形成面で材料が移動する方向に間隔をあけて形成され、しかも、型開き方向に間隔をあけて形成されたものである。また、凹溝の延長方向は、型開き方向に対して略９０度の方向としてある。
【００３４】
また、背景技術の欄で説明した事例２のプレス成形を用いた試験を行い、離型性、製品の表面性状（転写や傷）の評価を行った。ここでは、２種類のテクスチャについて、評価を行った。このプレス成形において、上杵の製品空間形成面は、小さな碁石状の錠剤の上面を形成する部分である。より詳しく言えば、製品空間形成面の具体的な形状は、円形状であり、且つその円形の中心部に向かって徐々に窪みが円弧状に膨らみながら深くなっていくドーム形状をしている。このプレス成形においては、臼の下部内に下杵の上部が配置されており、この状態において粉末が臼の中に投入される。そして、上杵を臼の上部に下降し、上杵の下部を臼の上部内に突入させることによって、粉末が圧縮され、錠剤となる。この圧縮されたときに、粉末は、上杵の製品空間形成面の外周から中心部に向かって反放射状に移動すると想定される。そして、上杵を上昇させた後に、下杵を上昇させることによって錠剤が取り出される。
【００３５】
このような製品空間形成面に対して、ドームの中心から放射状に凹溝を形成したNo.１１の上杵と、ドームの中心部から外周に向かって螺旋状に凹溝を形成したNo.１２の上杵を用意した。前述したように、材料の進行方向は反放射状となるので、No.12のタイプは材料の進行方向に略垂直となる方向に凹溝が形成されていることになる。また、No.11のタイプは、材料の移動方向に平行に凹溝が形成されていることになる。これら２タイプの上杵で多数回プレス成形（打錠）を行い、製品空間形成面に粉が付着しているかどうかを確認した。その試験結果が、図４に示されている。
【００３６】
図４から、No.11のタイプでは、製品空間形成面の中央部に粉が付着していることが確認された。それに対し、No.12のタイプでは、粉が付着していないことが確認された。以上より、凹溝の延長方向を加圧時に製品空間形成面で材料が移動する方向に対して略垂直な方向としてある場合には、成形品の型崩れを防止できることが確認された。
【００３７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、製品空間形成面を形成するために用いる金型部品の製造方法であれば、製品空間形成面が他の形状の場合であっても、適用できる。また、射出成形やプレス成形以外の成形に用いる金型部品の製造方法にも、適用可能である。さらに、金型部品の材料は、ＳＫＤ６１に限らず、他の材料、例えば工具鋼等の金型材料であっても良い。なお、凹溝の線幅、凹溝と凹溝との間に形成される鏡面仕上げされた領域の間隔については、材料の粘度又は粒度、加圧時の圧力等によって、最適な長さがあると思われる。
【図１】
0005836852.tif 000009
【図２】
0005836852.tif 000010
【図３】
0005836852.tif 000011
【図４】
0005836852.tif 000012
【図５】
0005836852.tif 000013
【図６】
0005836852.tif 000014
【図７】
0005836852.tif 000015