(57)【要約】【課題】温度調整用パイプを背後に設けた電鋳殻から成る電鋳金型とその簡便な製造方法を提供する。【解決手段】金型本体を構成する電鋳殻を用意すること、該電鋳からの背面に温度調整用のパイプを配列させること、低温溶接のスポット溶接により該パイプと電鋳殻とを接合すること、該パイプの上から前記電鋳殻に溶射層を設けること、そしてさらに該溶射層の上にさらに電鋳層を設けること、から構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型本体を構成する電鋳殻と、該電鋳殻の背面に配列させ固定した温度調整用のパイプとから成る電鋳金型であって、前記パイプを配列させた電鋳殻背面に、該パイプの上から電鋳殻に向かって設けられた溶射層そしてその上に設けられた電鋳層をさらに備えていることを特徴とする電鋳金型。
【請求項２】
前記パイプが、電鋳殻にＭＩＧ  ブレージングによるスポット溶接で固定されている請求項１記載の電鋳金型。
【請求項３】
前記溶射層が、丹銅の溶射層またはＮｉ−Ｃｒ合金の溶射層である請求項１または２記載の電鋳金型。
【請求項４】
前記パイプを配列させた電鋳殻背面に該パイプの上から多孔質電鋳層を設け、さらに該多孔質電鋳層の上に前記溶射層を設けている請求項１〜３のいずれかに記載の電鋳金型。
【請求項５】
金型本体を構成する電鋳殻を用意すること、該電鋳殻の背面に温度調整用のパイプを配列させること、スポット溶接により該パイプと電鋳殻とを接合すること、該パイプの上から前記電鋳殻に溶射層を設けること、そして、該溶射層の上にさらに電鋳層を設けること、からなる電鋳金型の製造方法。
【請求項６】
前記スポット溶接を行った後、前記溶射層を設ける前に、前記パイプの上から多孔質電着層を設けることを含む請求項５記載の電鋳金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度を高めた電鋳金型、特に温度調節機能を備えた電鋳殻を備えたプラスチック成形用電鋳金型とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電鋳金型、特にプラスチック成形用の電鋳金型には、成形前に金型を加熱し、成形後に金型および成形品を冷却する必要のある場合がある。例えば、塩化ビニル樹脂を成形する場合、成形前に金型を約２５０  ℃に加熱しておき、この温度で成形を終了してからは速やかに室温にまで冷却する必要がある。
【０００３】
そのような場合には、金型本体を構成する電鋳殻に温度調整機能を付与するのであるが、それには電鋳殻内にまたは成形面と反対側の電鋳殻裏面、つまり電鋳殻背面に温度調整媒体としての油や水を通すことのできる複数の細管を配置するのである。
【０００４】
通常、そのための細管には鉄パイプが用いられる。熱伝導度という点では、銅パイプが好ましいが、かかるパイプは通常ろう付けにより電鋳殻に取り付けることから、銅パイプは余り伝熱性が良好であるため銅パイプのみを所定ろう付け温度に加熱することができず、結局、銅パイプを過度に加熱する傾向があるため、銅パイプに歪みが導入され、これが金型の精度低下をもたらすことになり、好ましくない。
【０００５】
温度調整用のパイプを殻内あるいは背面に配列・固定した電鋳金型は、パイプに加熱油や冷却油、温水や冷水を通し、金型の温度コントロールを早く確実に行うことで、前述のように成形に必要な温度を速やかに確保するのである。
【０００６】
一般に用いられる鉄パイプの場合、その配置には鉄パイプを直接電鋳殻に銀ローで接合することが行われており、かかる方法は、この種の電鋳金型には広く用いられている。
【０００７】
しかしながら、ロー付けの温度が７００  ℃に達するため、鉄パイプを使っているとしても電鋳殻の歪や寸法収縮が０．２  〜０．３  ％もあり、精密成形が求められる用途の成形には問題を残す恐れがある。
【０００８】
特許文献１には、これらの問題を解決するために電鋳殻にパイプを敷設した上で、金網を張り、この金網を電鋳殻に点溶接、接着等により固定してから、その上に再度電着を行うというパイプ固定構造物が開示されている。しかし、この方法は、金網の一部を電鋳殻に固定することから、パイプそれ自体のロー付けや溶接に比べ熱伝達面積が少なく熱による影響は少ないが、固定点が多く金網の固定に時間がかかり、また全体の製作期間に倍の時間を要し、コストも高くなる。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２２７８５１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここに、本発明の課題は、そのような欠点のない温度調整用パイプの電鋳殻への固定手段を開発することである。
【００１１】
また、本発明のさらなる課題は、温度調整用パイプを背後に設けた電鋳殻から成る安価な電鋳金型とその簡便な製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、電鋳金型の背面に配列したパイプの固定に際してＭＩＧ  ブレージング溶接によるスポット溶接で低温溶接をすることで、熱歪み、収縮の少ない状態でパイプの固定が容易に行えることを知り、本発明を完成した。
【００１３】
ここに、本発明は次の通りである。
（１）金型本体を構成する電鋳殻と、該電鋳殻の背面に配列させ固定した温度調整用のパイプとから成る電鋳金型であって、前記パイプを配列させた電鋳殻背面に、該パイプの上から電鋳殻に向かって設けられた溶射層そしてその上に設けられた電鋳層をさらに備えていることを特徴とする電鋳金型。
【００１４】
（２）前記パイプが、電鋳殻にＭＩＧ  ブレージングによるスポット溶接で固定されている上記（１）  記載の電鋳金型。
（３）前記溶射層が、丹銅の溶射層またはＮｉ−Ｃｒ合金の溶射層である上記（１）  または（２）  記載の電鋳金型。
【００１５】
（４）前記パイプを配列させた電鋳殻背面に該パイプの上から多孔質電鋳層を設け、さらに該多孔質電鋳層の上に前記溶射層を設けている上記（１）  〜（３）  のいずれかに記載の電鋳金型。
【００１６】
（５）金型本体を構成する電鋳殻を用意すること、該電鋳殻の背面に温度調整用のパイプを配列させること、スポット溶接により該パイプと電鋳殻とを接合すること、該パイプの上から前記電鋳殻に溶射層を設けること、そして、該溶射層の上にさらに電鋳層を設けること、からなる電鋳金型の製造方法。
【００１７】
（６）前記スポット溶接を行った後、前記溶射層を設ける前に、前記パイプの上から多孔質電着層を設けることを含む請求項５記載の電鋳金型の製造方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して本発明の実施の態様について具体的に説明する。なお、本明細書において、合金組成を示す「％」は、とくにことわりがない限り、「質量％」である。
【００１９】
以下の説明においては、温度調整用パイプとして鉄パイプを使用するが、本発明によれば、低温溶接によるスポット溶接を行う場合、銅パイプを用いても熱による悪影響は少ない。
【００２０】
図１は、本発明にかかる電鋳金型の断面構造を示す模式的説明図であり、図中、金型本体を構成する電鋳層１０の背面には鉄パイプ１２が複数密着配置され、その周囲は、まず、多孔質電鋳層１６で覆われ、次いでその上が同じく多孔質の溶射層２０によって覆われており、最内側には再び電鋳層３０が設けられている。
【００２１】
別法として、多孔質電鋳層１６を設けることなく、直接、溶射層２０を設けてもよい。すなわち、多孔質電鋳層１６は電鋳金型の肉厚を増すために設けているから、例えば金型が小さい場合あるいはパイプの数が多い場合などには、それだけで十分な肉厚を獲得でき、所要の強度を確保できることから、必ずしも多孔質電鋳造層１６を設ける必要はない。
【００２２】
本発明によれば、電鋳殻１０を予め用意する。この金型本体を構成する電鋳殻それ自体は従来の方法によって製造すればよく、本発明においても特に制限はない。配管接合のための電鋳殻肉厚は従来のように４．０  〜６．０ｍｍ  であっても、またはそれ以上の肉厚でも成形上は問題ない。
【００２３】
かかる電鋳殻１０の裏面において、パイプ、図示例では鉄パイプ１２を配列させ、これを電鋳殻１０に低温溶接によるスポット溶接で固定点１４において接合する。鉄パイプは腐食防止用にＣｒ等のめっきを施しておいてもよい。
【００２４】
ここに、本発明において用いる上記「低温溶接」とは、低歪みで熱収縮量が微量である溶接が可能であればよく、特に制限はないが、具体的には、低入熱のＭＩＧ  ブレージングが例示される。これはアルゴンガス中で行うＭＩＧ  溶接であり、入熱量が少なく、銅系の直径０．８  〜１．０ｍｍ  の溶接線材を用いる方法である。好ましくは、これはスポット溶接であって、さらに好ましくは３秒以内のスポット溶接である。かかる低温溶接によれば、溶接直後に手で触れる程度にまで低温で溶接を行うことができる。
【００２５】
このように、本発明によれば、パイプと電鋳殻との固定を行う低温溶接は、１種のスポット溶接（ＭＩＧ、マイクロブレージングによる点溶接および３秒以内での連続溶接を言う）  による仮止めであるため、また接合領域が微小であるため、周囲への熱影響は最少限度の抑えることができる。そのため、パイプを直接に電鋳殻に接合しても歪みの導入は抑えられ、また熱収縮も殆ど見られないという優れた効果が発揮され、鉄パイプに代えて銅パイプを使用しても過熱のおそれは全く見られない。
【００２６】
本発明の好適態様にあっては、上述の低温溶接を微細な振動を与えながら行うことで歪みの残留を可及的少とすることができる。これは例えば１００Ｈｚ  以下の振動を与えながら溶接を行う方法である。
【００２７】
このようにして鉄パイプ１２を電鋳殻１０に配置・固定してから、その上に電鋳を行い、電鋳殻１０および鉄パイプ１２の全体に多孔質電鋳層１６を一層着ける。このときの電鋳層１６は、１種の下地としてパイプ１２の固定のために設けるのである。
【００２８】
しかし、電鋳層１６を設けても鉄パイプ１２を設けた領域も含めて全体の表面が凹凸形状になっており、これにさらに電鋳処理を行っても、厚膜化はできないため、得られた凹凸表面に、今度は、溶射層２０を設ける。かかる溶射層としては、引き続いて電鋳処理を行うことから、導電性をもったものが好ましい。例えば、丹銅あるいはＮｉ、Ｃｒまたはそれらの合金が好ましい。電鋳処理によっても肉厚が不均一になり、厚肉を達成できない部位、これは一般に弱電部と呼ばれているが、これに導電性のよい溶射層を設けると、次いで行う電鋳処理によって厚肉化が容易となるのである。
【００２９】
このときの溶射層２０はそのような弱電部だけでなく、全体に均一に、例えば厚さ  ３００〜２０００μｍ  程度に設ければよい。
ここに、丹銅とは、銅合金の１種であり、銅と亜鉛との合金で、通常、亜鉛含有量が２０％以下である。
【００３０】
本発明の変更例としては、上記電鋳殻に、熱伝導性の良い丹銅のかわりにＮｉ−Ｃｒ  合金の溶射層を着けることにより、密着性が高く、鉄パイプの表面に設けた例えばニッケルめっき層の表面の腐食による劣化を防ぎ耐用年数を向上させることができる。
【００３１】
また、丹銅の溶射に代えて、アルミ系の溶射材を被覆することで軽く密着性が良く、２５０  〜３００  ℃の繰り返し加熱冷却に耐えることができる、冷却性、耐食性を兼ね備えた成形用金型が得られる。
【００３２】
このようにして得られた複合ハニカム構造の金型の背面の溶射層の上へ、通常の電鋳処理を行い、さらなる厚膜化を図ることで、パイプの固定を確実のものとしてもよい。このときの電鋳金属は、通常ニッケルである。下地として溶射層を設けているため、厚膜化が可能となり、例えば、５〜１０ｍｍ程度の厚さのめっき層を設けることができる。
【００３３】
以上における本発明の説明では、金型本体の全体が上述のような複合構造をしているものとして説明してきたが、電鋳金型全体として見たときに、上述の様に温度調整用のパイプを埋設した構造の領域と、単に電鋳だけで厚膜化を図った領域と、さらには、溶射層だけを設けた領域とを適宜組み合わせることで、全体として最適の温度調整機能を備えた電鋳金型が得られるようにしてもよい。
【００３４】
また、温度調整用のパイプをＭＩＧ  ブレージングで低温スポット溶接し、その接合部を連続的にすることで、熱伝導性の良く、強度のある成形用金型として、収縮歪の非常に少ない成形用金型を簡単に得ることができる。
【００３５】
もちろん、電鋳殻全体の裏面を同じように処理してパイプと電鋳層そして溶射層とを複合化した電鋳金型としてもよい。
また、例えば、Ｎｉ、Ｃｒまたはそれらの合金の溶射層の設置領域を拡大することで、表面腐食防止対応を優先した構造を持つ電鋳金型を構成してもよい。
【００３６】
図２は、それ自体本発明の内容をなすものではないが、本発明にかかる複合構造の電鋳金型と組み合わせて用いることのできる電鋳構造の模式的説明図であり、図示例では、電鋳殻１０の上に多孔質電鋳層１６とその上に設けられた金属溶射層２０とから成る。
【００３７】
いずれにしても、本発明を利用することで電鋳金型における各種態様の複合化が可能となることが分かる。
かくして、本発明によれば、その製造に際して、常温に近い温度での作業だけで可能となる。特に溶接によるパイプ固定時に電鋳殻への歪みや寸法収縮が実質上みられない高精密金型が提供される。
【００３８】
このように本発明にかかる電鋳金型を用いることで、電鋳金型を加熱して成形することができ、また長期の繰り返し加熱に耐えることができ、さらに、熱伝導性に優れている別金属を溶射層または電鋳造として用いる場合には、密着性がよく、また熱伝導性が良い複合構造とすることができる。
【００３９】
また、金型としての強度も大幅に改善され、例えば具体的には、３００  ℃の温度に耐える強度を有し、金属曲げ疲労３０万回  （１ショットで１０回転）  に耐える構造を有する高強度の電鋳殻が得られる。
【００４０】
ここで、本発明にかかる電鋳金型の製造方法をまとめると次の通りである。
本発明にかかる電鋳金型の製造に際しては、まず、電鋳殻または薄肉金属構造物を製作し、次いで、これの裏面に金属パイプを配列し、低温溶接によって固着させる。この電鋳殻の背面からは、必要により多孔質電鋳を密着させる。この多孔質電鋳層には、さらに熱伝導性の良い、例えば丹銅を溶射することで、その間に金属パイプを保持させるとともに、加熱、冷却流体を流すことによって、金型は電鋳構造物の温度をコントロールできるとともに、熱伝導性の良い複合構造体とすることができる。
【００４１】
かくして、金属溶射層を設けた領域では、電鋳による表面層をめっき厚付けすれば、従来、弱電部となっていたところは、強電部と形を変え肉厚を保持することができる。また、弱電部にスパーク電着なる金属被覆溶着法にて、肉付けすることも有効となる。
【００４２】
本発明にかかる構造では表裏に電鋳殻があり、その内部にはパイプや比較的粗な溶射層を設けたハニカム構造となり、機械的強度の大きい一体型シェル構造物となり得る。
【００４３】
すでに述べたように、溶射層は、丹銅の他に、Ｃｒ、Ｎｉまたはそれらの合金を溶射することにより、密着性を良くすることの他に耐食性、耐酸性水、耐薬品性に富み海綿体状の多孔質電鋳の中に溶射金属が入り込み、強度で柔軟な耐腐食、耐酸性、耐薬品性に強い皮膜を形成することができる。
【００４４】
本発明によれば、前述の塩化ビニール樹脂の成形用など、その他、軟質または硬質ウレタン樹脂、ＴＰＯ  、またはＴＰＵ  の強化反応射出成形（Ｒ−ＲＩＭ）  、ジシクロペンタジエン樹脂  （ジシクロペンタム）  の射出成形などのプラスチックスの成形用にその温度調整を速やかにかつ確実の行うことができ、特に顕著な効果を示す。
【００４５】
さらに本発明にかかる電鋳金型は、パイプ配管流動床炉、火煙ガス加熱成形機またはオイル加熱プロセスによる成形法、あるいは射出成形、ブロー成形、反応射出成形（ＲＩＭ）  、スプレー成形、回転成形、真空成形等、表面に模様の有無に関わらずプラスチック全般の成形金型として用いることはできる。
【００４６】
さらに、本発明にかかる電鋳金型は、薄肉板金による金型や、構造物に対して強度を確保したり、加熱冷却を繰り返す構造物にも応用することが可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、鉄パイプ加熱方式でありながら、収縮の極めて少ない電鋳殻とすることができ、加熱・冷却レスポンスの良い金型が短期で製作でき、かなりのコスト低減を図ることができる。また、金型の加熱方式の異なる塩素ガス等による腐食の耐久性もＣｒ＋Ｎｉにより格段に向上する。
【００４８】
ウレタン、ＴＰＯ  、塩化ビニールなどの表皮金型ばかりでなく、プラスチック成形全般の金型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる金型の電鋳殻の構造の模式的説明図である。
【図２】本発明にかかる電鋳金型と組み合わせて複合化することができるの電鋳殻の模式的説明図である。
【図１】
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【図２】
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