(57)【要約】【課題】高い耐久性を有し、表面に凹凸が少なく、表面の平滑性に優れた溶射皮膜を備え、キャビティを有する射出成形用の金型において用いられ、キャビティを構成する面を形成する入れ子を提供する。【解決手段】入れ子１１は、キャビティを有する射出成形用の金型において用いられ、キャビティを構成する面を形成し、（ａ）金属製ブロック２２、（ｂ）金属製ブロック２２の少なくとも１表面に形成された、厚さ０．０３ｍｍ乃至１ｍｍの金属下地層２３、及び、（ｃ）金属下地層２３上に形成された、セラミックスから成る溶射皮膜２４から構成されており、溶射皮膜２４は厚さ方向に変化した気孔率を有し、該気孔率は、溶射皮膜２４の表面に近い側ほど、低い値である。【選択図】  図１
2008127614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）金属から成る素地、
（ｂ）素地上に形成された、厚さ０．０３ｍｍ乃至１ｍｍの金属下地層、及び、
（ｃ）金属下地層上に形成された、セラミックスから成る溶射皮膜、
から構成された溶射皮膜構造体であって、
溶射皮膜は、厚さ方向に変化した気孔率を有し、
該気孔率は、溶射皮膜表面に近い側ほど、低い値であることを特徴とする溶射皮膜構造体。
【請求項２】
溶射皮膜の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）乃至４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、
溶射皮膜の平均厚さは、０．３ｍｍ乃至２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜構造体。
【請求項３】
溶射皮膜表面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．０５ｍｍまでの部分における気孔率平均値は０．４％以上５％未満であり、金属下地層と溶射皮膜との界面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．２ｍｍまでの部分における気孔率平均値は５％以上１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜構造体。
【請求項４】
溶射皮膜表面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．０５ｍｍまでの部分における溶射皮膜を構成する材料の平均粒径は２×１０-6ｍ乃至５×１０-5ｍであり、金属下地層と溶射皮膜との界面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．２ｍｍまでの部分における溶射皮膜を構成する材料の平均粒径は２×１０-5ｍ乃至１×１０-4ｍであることを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜構造体。
【請求項５】
溶射皮膜表面の表面粗さＲaは０．０５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜構造体。
【請求項６】
キャビティを有する射出成形用の金型において用いられ、キャビティを構成する面を形成する入れ子であって、
（ａ）金属製ブロック、
（ｂ）金属製ブロックの少なくとも１表面に形成された、厚さ０．０３ｍｍ乃至１ｍｍの金属下地層、及び、
（ｃ）金属下地層上に形成された、セラミックスから成る溶射皮膜、
から構成されており、
溶射皮膜は、厚さ方向に変化した気孔率を有し、
該気孔率は、溶射皮膜表面に近い側ほど、低い値であることを特徴とする入れ子。
【請求項７】
溶射皮膜の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）乃至４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、
溶射皮膜の平均厚さは、０．３ｍｍ乃至２．０ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載の入れ子。
【請求項８】
溶射皮膜表面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．０５ｍｍまでの部分における気孔率平均値は０．４％以上５％未満であり、金属下地層と溶射皮膜との界面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．２ｍｍまでの部分における気孔率平均値は５％以上１０％以下であることを特徴とする請求項６に記載の入れ子。
【請求項９】
溶射皮膜表面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．０５ｍｍまでの部分における溶射皮膜を構成する材料の平均粒径は２×１０-6ｍ乃至５×１０-5ｍであり、金属下地層と溶射皮膜との界面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．２ｍｍまでの部分における溶射皮膜を構成する材料の平均粒径は２×１０-5ｍ乃至１×１０-4ｍであることを特徴とする請求項６に記載の入れ子。
【請求項１０】
溶射皮膜表面の表面粗さＲaは０．０５μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の入れ子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属から成る素地と溶射皮膜とから構成された溶射皮膜構造体、及び、係る溶射皮膜構造体を適用して成り、キャビティを有する射出成形用の金型において用いられ、キャビティを構成する面を形成する入れ子に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形方法においては、金属から作製され、キャビティを備えた金型を用いて、溶融熱可塑性樹脂をキャビティ内に射出し、冷却、固化させることで成形品を成形する。然るに、高い熱伝導率を有する金属から金型が作製されているため、溶融熱可塑性樹脂のキャビティ内への射出過程で、金型のキャビティを構成する面（キャビティ面と呼ぶ）と接した溶融熱可塑性樹脂の部分が直ちに冷却され、得られた成形品の外観不良や転写不良を招いている。
【０００３】
そこで、熱伝導率の小さいガラスやセラミックスから成る入れ子によって金型のキャビティ面を構成することで、入れ子の高い断熱性によってキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂の急冷を防止し、成形品の外観を改良する技術が、例えば、特開平８−３１８５３４号公報に開示されている。
【０００４】
また、金型のキャビティ面に、セラミックスあるいはサーメットから成る薄層が形成された合成樹脂成形用金型が、特開平５−３８７２１号公報に開示されている。この薄層は、断熱性を高める目的で、意図的に空隙が多く発生する溶射法にて形成されている。尚、このような薄層を、便宜上、以下、セラミックス溶射層と呼ぶ。このセラミックス溶射層は、緻密で無いこともあり、熱や圧力によって破損し難い。
【０００５】
特開２００４−１７５１１２の実施例５には、ステンレス鋼から成る入れ子本体２６と、断熱層２７と、封口層２８とから構成された入れ子２５が開示されている。尚、断熱層２７は、ジルコニアセラミック材料粉末を使用したプラズマパウダースプレー溶射法にて入れ子本体２６上に形成されている。一方、断熱層２７の表面に、封口層２８がＮｉ−Ｐ無電解メッキ法にて形成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１８５３４号公報
【特許文献２】特開平５−３８７２１号公報
【特許文献３】特開２００４−１７５１１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特開平８−３１８５３４号公報に開示された技術にあっては、入れ子は緻密であるが脆性な材料から作製されており、入れ子を破損すること無く金型に配設するために、金属プレートを用いて特定のクリアランスで押さえ込み、特に、破損し易い入れ子のエッジ部を保護する対策を講じている。しかしながら、金型の構造、キャビティや成形品の形状等から、金属プレートを配置することが困難な場合がある。また、入れ子を焼結体から作製するので、入れ子を焼結するための焼成炉の制約や、冷却時の割れによって、大きな入れ子を作製することが困難であるばかりか、製造コストが非常に高いといった問題を有する。更には、焼成法によって得られる焼結体から成る入れ子は、緻密な構造であるが故に、ラップ加工を行うと、表面粗さＲaが０．０５μｍ以下の状態を得ることは非常に容易である。しかしながら、入れ子の密度が高いため、引っ張り応力が加わるような部位において入れ子を用いると、入れ子に破損が生じ易いといった欠点がある。
【０００８】
特開平５−３８７２１号公報に開示された技術にあっては、キャビティ内に射出された溶融熱可塑性樹脂の急冷を抑制することができるものの、セラミックス溶射層の表面に空隙が多く存在するので、空隙内に溶融熱可塑性樹脂が侵入し、金型から成形品を離型する際、セラミックス溶射層を破壊したり、成形品表面に凹凸が多く転写され、高品質な成形品が得られないといった問題を有する。尚、セラミックス溶射層の表面を平坦化するために、非常に薄い（数μｍ）のシリコーン系塗料を塗布する旨も開示されているが、耐久性に問題が生じ易い。
【０００９】
特開２００４−１７５１１２の実施例５に開示された入れ子２５にあっては、封口層２８を無電解メッキ法にて形成しているが、一般的に、溶射法にて形成された断熱層２７には空隙が多く存在するので、無電解メッキ法にて封口層２８を形成したとき、以下の問題が生じ易い。即ち、断熱層２７に深い空隙が多く存在する場合、メッキ工程で発生した水素の泡を巻き込みながらメッキ層が成長する結果、封口層２８にピンホールが多発し易い。特に、空隙の大きな部分で発生した大きなピンホール又はその影響で、封口層２８の断熱層２７に対する密着力が低下する。そして、封口層２８に生じたピンホールが成形品の表面に転写されてしまうといった問題や、封口層２８に生じたピンホールに成形品の一部分が侵入し、金型から成形品を離型する際、封口層２８に損傷が生じるといった問題が発生し易い。
【００１０】
従って、本発明の目的は、高い耐久性を有し、表面に凹凸が少なく、表面の平滑性に優れた、金属から成る素地と溶射皮膜とから構成された溶射皮膜構造体、係る溶射皮膜構造体を適用して成り、キャビティを有する射出成形用の金型において用いられ、キャビティを構成する面を形成する入れ子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の溶射皮膜構造体は、
（ａ）金属から成る素地、
（ｂ）素地上に形成された、厚さ０．０３ｍｍ乃至１ｍｍの金属下地層、及び、
（ｃ）金属下地層上に形成された、セラミックスから成る溶射皮膜、
から構成された溶射皮膜構造体であって、
溶射皮膜は、厚さ方向に変化した気孔率を有し、
該気孔率は、溶射皮膜表面に近い側ほど、低い値であることを特徴とする。
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明の入れ子は、キャビティを有する射出成形用の金型において用いられ、キャビティを構成する面を形成する入れ子であって、
（ａ）金属製ブロック、
（ｂ）金属製ブロックの少なくとも１表面に形成された、厚さ０．０３ｍｍ乃至１ｍｍの金属下地層、及び、
（ｃ）金属下地層上に形成された、セラミックスから成る溶射皮膜、
から構成されており、
溶射皮膜は、厚さ方向に変化した気孔率を有し、
該気孔率は、溶射皮膜表面に近い側ほど、低い値であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の溶射皮膜構造体、あるいは、入れ子（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）において、溶射によって形成された皮膜である溶射皮膜は、組成の観点から、同一組成から構成されていてもよいし（便宜上、同一組成皮膜と呼ぶ）、溶射材料の組成を積層間で連続的に変化させた漸変皮膜とすることもできる。また、溶射皮膜は、気孔率の変化状態の観点から、単層（単層溶射皮膜と呼ぶ）から構成されていてもよいし、複数層の積層構造（便宜上、各層を単位層と呼ぶ）から構成されていてもよい。複数の単位層のそれぞれの組成は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、上述したとおり、溶射皮膜は厚さ方向に変化した気孔率を有するが、気孔率の変化の状態は、金属下地層と溶射皮膜との界面から溶射皮膜表面に向かって、徐々に（連続的に）減少する形態とすることもできるし、段階的に減少する形態とすることもできるし、徐々に（連続的に）、且つ、段階的に減少する形態とすることもできる。尚、溶射皮膜を同一組成皮膜あるいは漸変皮膜の単層溶射皮膜から構成する場合、溶射条件等によって、厚さ方向に変化した気孔率を有する溶射皮膜を得ることができる。また、溶射皮膜を複数の単位層の積層構造から構成する場合、溶射条件等によって、複数層の積層構造を構成する単位層のそれぞれにおける気孔率を異ならせることができる。
【００１４】
本発明において、溶射皮膜の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）乃至４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、溶射皮膜の平均厚さは０．３ｍｍ乃至２．０ｍｍである構成とすることが好ましい。
【００１５】
溶射皮膜の熱伝導率の値が上記の範囲の下限を下回る場合、溶射皮膜の所望の気孔率を得ることが困難となる虞がある。一方、溶射皮膜の熱伝導率の値が上記の範囲の上限を越える場合、例えば、溶射皮膜と接する溶融熱可塑性樹脂の急冷を抑制することが困難となり、係る熱可塑性樹脂から得られた成形品の外観改良効果が低減する虞がある。溶射皮膜の熱伝導率は、レーザーフラッシュ法、熱線法といった方法に基づき測定することができる。
【００１６】
また、例えば、溶射皮膜と接する溶融熱可塑性樹脂の急冷を抑制し、成形品の外観の改良するために、溶射皮膜を単層溶射皮膜から構成する場合、溶射皮膜の平均厚さを、上述のとおり、０．３ｍｍ乃至２．０ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ乃至１．０ｍｍとすることが望ましい。一方、溶射皮膜を複数の単位層の積層構造から構成する場合、溶射皮膜の平均厚さ（総厚平均）を、０．５ｍｍ乃至１．８ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍ乃至１．５ｍｍとすることが望ましく、溶射皮膜表面を構成する単位層（トップコートと呼ばれる場合もある）の平均厚さを、０．０５ｍｍ乃至０．３ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍとすることが望ましく、その他の単位層（中間層と呼ばれる場合もある）の平均厚さを、０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ乃至０．４ｍｍとすることが望ましく、単位層の層数を、２乃至４、好ましくは２乃至３とすることが望ましい。溶射皮膜の厚さ（膜厚）は、切断加工した断面に必要に応じて研磨加工やラップ加工を施し、係る断面をデジタル顕微鏡、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、レーザー顕微鏡等にて観察し、厚さを計測するといった方法に基づき測定することができる。
【００１７】
上記の好ましい構成を含む本発明において、溶射皮膜表面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．０５ｍｍまでの部分（便宜上、溶射皮膜の表面領域と呼ぶ）における気孔率平均値は０．４％以上５％未満であり、金属下地層と溶射皮膜との界面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．２ｍｍまでの部分（便宜上、溶射皮膜の底部領域と呼ぶ）における気孔率平均値は５％以上１０％以下である構成とすることが好ましい。尚、見掛け密度から計算した気孔率平均値に換算すると、溶射皮膜の表面領域における気孔率平均値は３％以上１０％未満であり、溶射皮膜の底部領域における気孔率平均値は１０％以上２０％以下となる。
【００１８】
更には、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明においては、溶射皮膜表面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．０５ｍｍまでの部分（溶射皮膜の表面領域）における溶射皮膜を構成する材料の平均粒径は２×１０-6ｍ（２μｍ）乃至５×１０-5ｍ（５０μｍ）であり、金属下地層と溶射皮膜との界面から溶射皮膜内部に向かって厚さ０．２ｍｍまでの部分（溶射皮膜の底部領域）における溶射皮膜を構成する材料の平均粒径は２×１０-5ｍ（２０μｍ）乃至１×１０-4ｍ（１００μｍ）であることが好ましい。
【００１９】
溶射皮膜の表面領域における溶射皮膜を構成する材料の平均粒径は、可能な限り小さいことが望ましいが、小さすぎると、溶射皮膜を形成する溶射工程で原料粉体（セラミックス粒子）の搬送が困難となる虞がある。従って、溶射皮膜の形成を容易としたり、あるいは又、溶射皮膜にクラックが発生することを防止するといった観点から、上述した範囲の平均粒径を有する原料粉体（セラミックス粒子）から溶射皮膜の表面領域を構成することが好ましい。一方、溶射皮膜の底部領域における溶射皮膜を構成する材料の平均粒径が上記の範囲にあることが、所望の気孔率を達成して断熱性を向上させ、溶射皮膜表面に与える凹凸の影響を少なくし、更には、溶射皮膜にクラックを発生させないといった観点から好ましい。
【００２０】
ここで、平均粒径とは、粉末の粒径累積度数が５０％となる粒径であると定義され、例えば、光透過沈降法に基づき測定することができる。
【００２１】
また、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明において、溶射皮膜表面の表面粗さＲaは０．０５μｍ以下であることが望ましい。尚、表面粗さＲaは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に規定されており、溶射皮膜表面に対して細かいダイヤモンド砥粒等で鏡面ラップ処理を行い、係る溶射皮膜表面を表面粗さ計を用いて、少なくとも倍率２００００倍、基準長さ０．８ｍｍ、カットオフ０．８ｍｍ、測定速度０．０５ｍｍ／秒の条件にて、数回スキャニングさせて、得られた粗さ曲線データより中心線平均粗さ（Ｒa）を選択して、その平均値を求めるといった方法に基づき測定することができる。ここで、上述したように、溶射皮膜の表面領域における気孔率平均値を上記の範囲とすることで、溶射皮膜表面が非常に緻密な表面状態となり、例えばラップ仕上げを行った後の溶射皮膜表面の表面粗さＲaを容易に０．０５μｍ以下にすることができる。気孔率が上記の範囲の上限を超えると、ラップ仕上げをしても溶射皮膜表面に細かい凹凸が残存してしまい、例えば、成形品表面に凹凸が転写され、成形品の外観に若干ヘーズが生じる。一方、気孔率を上記の範囲の下限を下回る値にすることは技術的に困難である。ラップ加工は、例えば、ダイヤモンド粉末や化学研磨液等を用いて行うことができ、研磨粒子の番手としては最終仕上げとして５０００番以上の物を使用すればよい。
【００２２】
本発明において、気孔率とは、皮膜断面内の或る領域において、その面積に対して気孔が占める面積の割合と定義され、気孔率平均値の測定は、例えば、溶射皮膜を厚さ方向に切断して、デジタル顕微鏡、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、レーザー顕微鏡等にて断面の画像を得た後、画像解析装置を用いて係る画像のコントラスト差から気孔率を求め、更には、得られた気孔率から平均値を求めるといった方法に基づき行うことができる。また、本発明において、溶射皮膜に含まれる空隙である気孔とは、開口気孔（開孔）及び密閉気孔（閉孔）の両者を含む。
【００２３】
本発明において、素材の溶射される面である素地（基体）あるいは金属製ブロックを構成する材料として、炭素鋼やステンレス鋼を例示することができる。尚、金属から成る素地あるいは金属製ブロックという用語には、合金から成る素地あるいは合金製ブロックが包含される。
【００２４】
金属下地層は、溶射皮膜を素地あるいは金属製ブロックに強固に密着させるために必要とされ、その組成として、Ｎｉ−Ｃｒ、より具体的な組成として、Ｎｉ−２０％Ｃｒ、Ｎｉ−５０％Ｃｒ、Ｎｉ−１６％Ｃｒ−２０％Ｆｅ、Ｎｉ−１９％Ｃｒ−６％Ａｌ、Ｎｉ−５５％Ｃｒ−２．５％Ｍｏ−０．５％Ｂ等を例示することができる。尚、金属下地層という用語には、合金から成る下地層が包含される。金属下地層の厚さが０．０３ｍｍ未満では素地あるいは金属製ブロックに対する強固な密着力が得られ難く、一方、１ｍｍを超えると皮膜の溶射中に金属下地層と素地の層間で剥離が発生する虞がある。金属下地層の厚さ上限値として、好ましくは０．５ｍｍ、更に好ましくは０．３ｍｍを挙げることができ、これによって、皮膜の溶射中に金属下地層と素地の層間で剥離が発生することを確実に防止することができ、溶射皮膜の耐久性を向上させることができる。金属下地層は、例えば、プラズマ溶射法やＨＶＯＦ法、ワイヤーを用いた溶射法等の各種溶射法に基づき形成することができる。尚、溶射法に基づき形成された金属下地層は、下地溶射皮膜あるいはアンダーコートあるいはボンドコートとも呼ばれる。
【００２５】
溶射皮膜を構成するセラミックスとして、酸化ジルコニウム、及び、酸化アルミニウムを例示することができる。ここで、酸化ジルコニウムの組成として、より具体的には、ＣａＯ安定化ジルコニア（５％ＣａＯ−ＺｒＯ2，８％ＣａＯ−ＺｒＯ2，３１％ＣａＯ−ＺｒＯ2）、ＭｇＯ安定化ジルコニア（２０％ＭｇＯ−ＺｒＯ2，２４％ＭｇＯ−ＺｒＯ2）、Ｙ2Ｏ3安定化ジルコニア（６％Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2，７％Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2，８％Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2，１０％Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2，１２％Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2，２０％Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2）、ジルコン（ＺｒＯ2−３３％ＳｉＯ2）、ＣｅＯ安定化ジルコニアを挙げることができるし、酸化アルミニウムの組成として、より具体的には、ホワイトアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、グレイアルミナ（Ａｌ2Ｏ3−１．５〜４％ＴｉＯ2）、アルミナ・チタニア（Ａｌ2Ｏ3−１３％ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−２０％ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−４０％ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−５０％ＴｉＯ2）、アルミナ・イットリア（３Ａｌ2Ｏ3・５Ｙ2Ｏ3）、アルミナ・マグネシア（Ｍｇ・Ａｌ2Ｏ4）、アルミナ・シリカ（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）を挙げることができるが、特に好ましいのは、気孔率を制御し易い酸化ジルコニウムである。但し、「％」は重量％を意味する。
【００２６】
溶射皮膜は溶射法によって形成されるが、溶射法として、具体的には、プラズマパウダースプレー法あるいはＨＶＯＦ法を挙げることができる。尚、溶射皮膜表面から溶射皮膜内部に向かって、少なくとも厚さ０．０５ｍｍまでの部分を形成するために、セラミックス粒子（粉末）の飛行速度が２×１０2ｍ／秒以上であることが望ましい。また、溶射時の膜厚は、緻密な皮膜を得るために、１×１０-4ｍ（１００μｍ）／パス以下にすることが望ましい。溶射装置として、飛行速度を早くすることが可能なプラズマ溶射装置、若しくは、高速フレーム溶射装置の一種であるＨＶＯＦ（High Velocity Oxygen Fuel Spraying）用装置を用いることが好ましい。
【００２７】
溶射時、発生する熱による熱膨張に起因して皮膜にクラックが発生することを防止するために、溶射物の表面及び裏面から強制的に溶射物を冷却することが望ましい。冷却には、圧縮空気を用いることができる。尚、溶射物の裏面からの冷却には、水冷ブロック等を用いることもできる。そして、クラックの発生状態を確認しながら、適宜冷却条件を変更して試験を行い、最適な冷却条件を決定すればよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にあっては、断熱皮膜としての溶射皮膜は、溶射法によって形成されている。従って、入れ子を焼結体といった緻密であるが脆性な材料から作製したときの種々の問題（焼成炉の問題、製造時の割れの問題、使用時の破損の問題、製造コストが非常に高いといった問題等）が発生することがないし、本発明の入れ子は、例えば、金型の構造、キャビティや成形品の形状等からの種々の制約を受けることが無い。また、断熱性を有し、破損し難い溶射皮膜は、厚さ方向に変化した気孔率を有し、この気孔率は、溶射皮膜表面に近い側ほど、低い値である。即ち、溶射皮膜の表面は緻密である。従って、溶射皮膜表面に凹凸が少なく、溶射皮膜表面は平滑性に優れている。それ故、例えば、溶射皮膜内に溶融熱可塑性樹脂が侵入し難く、また、金型から成形品を離型する際、溶射皮膜を破壊したり、成形品表面に凹凸が多く転写され、高品質な成形品が得られないといった問題が発生することも無いし、溶射皮膜の耐久性に問題が生じることも無い。
【００２９】
溶射皮膜の気孔率が非常に小さい場合、ラップ仕上げを行った後の溶射皮膜表面の粗さは小さくなるものの、熱伝導率は大きくなる。また、そのような溶射皮膜は、製造時にクラックが発生し易く、膜厚を厚くすることが困難である。そこで、気孔率を溶射皮膜の厚さ方向に変化させ、表面付近を緻密とし、素地付近を粗くすることで、溶射皮膜全体の熱伝導率が低く、しかも、ラップ仕上げを行った後の表面の粗さが小さい溶射皮膜を得ることができる。また、熱伝導率が低く、しかも、厚さの厚い溶射皮膜を得ることができるので、例えば、射出成形工程において、溶融熱可塑性樹脂が急冷されることによって、成形品に外観不良や転写不良が発生することを確実に防止することができる。
【００３０】
従って、全てが緻密であるセラミックス焼結体から作製された入れ子を使用し、しかも、入れ子の破損防止対策として複雑な型組を採用した従来の金型組立体を用いること無く、表面が同等の品質を有する、即ち、外観特性に優れた成形品を成形する金型組立体を提供することが可能となる。また、大きさは、溶射装置で噴霧できる範囲であれば、基本的に制限がないため、例えば、３００ｍｍ角を越えるような大きなキャビティを有する金型組立体に組み込むことができる入れ子を、比較的容易に、且つ、安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００３２】
実施例１は、本発明の溶射皮膜構造体及び入れ子に関する。図１の（Ａ）に模式的な断面図を示し、図１の（Ｂ）及び（Ｃ）に溶射皮膜等の拡大した模式的な一部断面図を示すように、実施例１の溶射皮膜構造体１０は、
（ａ）金属から成る素地（基体）２１、
（ｂ）素地２１上に形成された、厚さ０．０３ｍｍ乃至１ｍｍの金属下地層２３、及び、
（ｃ）金属下地層２３上に形成された、セラミックスから成る溶射皮膜２４、
から構成されている。
【００３３】
また、実施例１の入れ子１１は、キャビティを有する射出成形用の金型において用いられ、キャビティを構成する面を形成する入れ子であって、
（ａ）金属製ブロック２２、
（ｂ）金属製ブロック２２の少なくとも１表面に形成された、厚さ０．０３ｍｍ乃至１ｍｍの金属下地層２３、及び、
（ｃ）金属下地層２３上に形成された、セラミックスから成る溶射皮膜２４、
から構成されている。
【００３４】
そして、溶射皮膜２４は、厚さ方向に変化した気孔率を有し、この気孔率は、溶射皮膜２４の表面に近い側ほど（溶射皮膜２４の表面に近い部分ほど）、低い値である。尚、図１の（Ｂ）及び（Ｃ）においては、気孔が整列しているように図示しているが、実際には、気孔はランダムに形成されている。また、専ら、密閉気孔（閉孔）を図示しているが、当然であるが、開口気孔（開孔）も存在する。
【００３５】
具体的には、素地１１あるいは金属製ブロック２２は、２０゜Ｃ乃至２００゜Ｃにおける線膨張係数が１１．５×１０-6／゜ＣであるＳＵＳ４２０Ｊ２（日立金属株式会社製ＨＰＭ３８）から作製されており、縦×横×高さは３００ｍｍ×５００ｍｍ×３０ｍｍである。また、金属下地層２３は、溶射皮膜２４を素地２１あるいは金属製ブロック２２に強固に密着させるために必要とされ、その組成は、Ｎｉ−Ｃｒ（より具体的には、Ｎｉ−２０％Ｃｒ）であり、溶射法に基づき金属製ブロック２２の頂面に形成されている。
【００３６】
実施例１において、溶射皮膜２４は、単層溶射皮膜から構成されており（図１の（Ａ）参照、あるいは又、複数（実施例１にあっては、具体的には２層であり、図１の（Ｂ）参照）の単位層２４Ａ，２４Ｂの積層構造から構成されている。また、溶射皮膜２４は、厚さ方向に変化した気孔率を有するが、気孔率の変化の状態は、金属下地層２３と溶射皮膜２４との界面から溶射皮膜２４の表面に向かって、気孔率が、段階的に減少している。
【００３７】
表１に、実施例１Ａ、実施例１Ｂ、実施例１Ｃ及び実施例１Ｄにおける金属下地層の組成、厚さ；溶射皮膜全体の組成、層構成、総厚、熱伝導率、線膨張係数；溶射皮膜を構成する第２層目（上層）の単位層又は溶射皮膜の組成、厚さ、気孔率平均値、平均粒径、表面粗さ；溶射皮膜を構成する第１層目（下層）の単位層の組成、厚さ、気孔率平均値、平均粒径；表面領域の気孔率平均値、平均粒径；底部領域の気孔率平均値、平均粒径を示す。
【００３８】
尚、実施例１Ａにおいては、溶射皮膜は組成が同じである２層の単位層から構成されており、実施例１Ｂにおいては、溶射皮膜は単層溶射皮膜から構成されており、実施例１Ｃ及び実施例１Ｄにおいては、溶射皮膜は組成が異なる２層の単位層から構成されている。また、実施例１Ａ及び実施例１Ｂの組成は酸化ジルコニウムであり、実施例１Ｃにおける第２層／第１層の溶射皮膜の組成は酸化ジルコニウム／酸化アルミニウムであり、実施例１Ｄにおける第２層／第１層の溶射皮膜の組成は酸化アルミニウム／酸化ジルコニウムである。より具体的には、表中、「ＺｒＯ2（Ａ）」及び「ＺｒＯ2（Ｂ）」の具体的な組成はＺｒＯ2−８％Ｙ2Ｏ3であり、「Ａｌ2Ｏ3（Ａ）」及び「Ａｌ2Ｏ3（Ｂ）」の具体的な組成はＡｌ2Ｏ3である。
【００３９】
更には、比較のため、表２に、比較例１Ａ、比較例１Ｂ、比較例１Ｃにおける金属下地層の組成、厚さ；溶射皮膜全体の組成、層構成、総厚、熱伝導率、線膨張係数；溶射皮膜を構成する第２層目（上層）の単位層又は溶射皮膜の組成、厚さ、気孔率平均値、平均粒径、表面粗さ；溶射皮膜を構成する第１層目（下層）の単位層の組成、厚さ、気孔率平均値、平均粒径；表面領域の気孔率平均値、平均粒径；底部領域の気孔率平均値、平均粒径を示す。
【００４０】
尚、比較例１Ａ、比較例１Ｂ、比較例１Ｃにおいては、金属下地層は形成されていない。また、比較例１Ａにおいては、溶射皮膜は組成が同じである２層の単位層から構成されており、比較例１Ｂにおいては、溶射皮膜は組成が異なる２層の単位層から構成されており、比較例１Ｃにおいては、溶射皮膜は単層溶射皮膜から構成されている。ここで、比較例１Ｃにおいては、１層の溶射皮膜全体の気孔率の値が同じとなるように、溶射皮膜を形成した。
【００４１】
2008127614.tif 000003
【００４２】
2008127614.tif 000004
【００４３】
実施例１Ａ、実施例１Ｂ、実施例１Ｃ及び実施例１Ｄによって得られた溶射皮膜の表面を目視観察したところ、高光沢を有しており、表面は平滑であり、クラックの発生は認められなかった。一方、比較例１Ａにおいては、溶射皮膜の表面がざらつき、表面粗さが非常に粗くなっていた。また、比較例１Ｂによって得られた溶射皮膜の表面を目視観察したところ、クラックが発生していた。更には、比較例１Ｃによって得られた溶射皮膜の表面を目視観察したところ、表面に大きな凹凸が認められた。しかも、比較例で得られたサンプルには、金属素地との界面で剥離も生じていた。
【００４４】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した溶射皮膜構造体や入れ子の構造、構成、使用した材料等は例示であり、適宜変更することができる。例えば、金属下地層及び溶射皮膜を、金属製ブロックの底面を除く５面、あるいは、６面の全面に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１の（Ａ）は、実施例１の溶射皮膜構造体及び入れ子の模式的な断面図であり、図１の（Ｂ）及び（Ｃ）が、溶射皮膜等の拡大した模式的な一部断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・溶射皮膜構造体、１１・・・入れ子、２１・・・素地、２２・・・金属製ブロック、２３・・・金属下地層、２４・・・溶射皮膜、２４Ａ，２４Ｂ・・・単位層
【図１】
2008127614.tif 000005