(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷延鋼板又は電気亜鉛めっき鋼板の片面又は両面に、融点が１００〜１４０℃の変性ポリオレフィン樹脂を被覆した塗装金属板であって、
片面塗装の乾燥付着量が１.０〜１０ｇ／ｍ２、両面塗装の乾燥付着量が片面当り０.５〜５.０ｇ／ｍ２であることを特徴とする積層金型用塗装金属板。
【請求項２】
ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データにより、複数の金属板を１枚ずつ所定の形に精密切断し、切断した金属板を順次積層して金型を作製するにあたり、
前記金属板が冷延鋼板又は電気亜鉛めっき鋼板の片面又は両面に、融点が１００〜１４０℃の変性ポリオレフィン樹脂を被覆した塗装金属板であって、片面塗装の乾燥付着量が１.０〜１０ｇ／ｍ２、両面塗装の乾燥付着量が片面当り０.５〜５.０ｇ／ｍ２の該塗装金属板を、片面塗装の場合は未塗装面と熱可塑性樹脂面が接するように重ね合わせた後、加熱することにより金属板に樹脂を融着し、又は、塗装金属板同士を融着して接合することを特徴とする積層金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層金型用塗装金属板及びそれを用いて加熱接合する積層金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、技術の急速な進歩により商品のライフサイクルが短縮化される傾向にあり、新製品開発の短期化及び多品種少量生産が求められている。開発期間は、素形材開発のリードタイムが鍵になり、金型の製作時間が製品開発の短縮化に大きく作用する。この金型は、従来、主に切削加工で製作されており、ＣＡＤによる金型設計、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）による成形シミュレーション、ＣＡＤ／ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ＡｉｄｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）による自動加工、高速切削や放電加工による高能率加工、鏡面や自動磨きによる仕上げ、三次元測定機による金型の自動検査、高性能トライアル成形機等多くの革新技術が続々と登場し、開発のリードタイムの短縮に効果を上げてきた。しかし、最も重要な金型加工を切削加工に頼っている以上、金型の製作時間や精度は切削工具に依存しなければならない。
【０００３】
これらの問題を解決する方法の一つに、薄板積層金型がある。これは、金型の三次元立体を、形状の異なる薄板が積層されたものと見做し、そのデータに基づいて、実際、薄板を１枚毎所定の形状にレーザー又はケミカルエッチングで精密に切断した金属板を積層することによって金型形状を構成するものであり、所謂ラピッドプロトタイピングと呼ばれる積層造形法の一種で、除去加工である切削加工によるものとは逆の方法である。切断された金属薄板を積層する際、接合方法が難しく、これまでに、ボルト締め、かしめ、拡散接合、複数の金属板を１枚ずつ積層しながら接合する、積層金属板のレーザー点溶接又はシーム溶接もしくはこれらの組合せ等種々の接合方法が検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、積層金属板の接合において、ボルト締め、かしめ、点溶接又はシーム溶接は部分接合であり、強度および金型の剛性は不十分であり、未溶接部で浮き上がったり、溶接歪みで隙間が生じる等の問題があった。一方、ろう材による加熱接合もあるが、ろう材の融点が４５０℃未満の軟ろうを用いると強度は小さく、ろう材の融点が４５０℃を越える硬ろうを用いると加熱接合温度が高くなるので積層金型用としては実用的でない。拡散接合は完全な接合方法であるが、処理温度が金属の素材の融点に近い温度（鉄の場合、１３００℃以上）で行うため、大規模な設備が必要であり、接合するまでに長時間要し、実用化困難である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属板の片面又は両面に、熱可塑性樹脂を被覆した塗装金属板であって、片面塗装の乾燥付着量が１．０〜１０ｇ／ｍ2、両面塗装の乾燥付着量が片面当り０．５〜５．０ｇ／ｍ2であることを特徴とする積層金型用塗装金属板を用いるもので、ＣＡＤデータにより、複数の金属板を１枚ずつ所定の形に精密切断し、切断した金属板を順次積層して金型を作製するにあたり、片面塗装の場合、乾燥付着量が１．０〜１０ｇ／ｍ2、両面塗装の場合、乾燥付着量が片面当り０．５〜５．０ｇ／ｍ2の塗装金属板を、片面塗装の場合は未塗装面と熱可塑性樹脂面が接するように重ね合わせた後、加熱することにより金属板に樹脂を融着し、又は、塗装金属板同士を融着して接合するようにした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
金属板に被覆する熱可塑性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリスチレン等のビニル系樹脂、ポリメチル（メタ）アクリレート、ポリブチル（メタ）アクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル等のアクリレート系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、尿素樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、シリコーンポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等や、これらの共重合体又は混合物による塗料が使用できる。また、ポリオレフィン樹脂を無水マレイン酸等で変性し、接着性を向上させた変性ポリオレフィン樹脂、アクリルモノマーに重合触媒や反応促進剤を加え、重合と接着を同時に行うモノマーセメント、耐水性、耐熱性を向上させるため、硫酸チタニル、硝酸クロム等の金属塩の添加したものを使用することができる。
【０００７】
これらの熱可塑性樹脂の中で、ホットプレスを用いた場合の圧着温度１４０〜１８０℃に適合するものとして、融点が１００〜１４０℃と比較的低い変性ポリオレフィン樹脂を使用することが好ましく、該樹脂を被覆した場合の剥離強度は１．５ｋｇ／１０ｍｍ以上である。加熱融着による接合温度は、樹脂の融点よりも４０〜８０℃高い温度が望ましい。樹脂の融点に満たない加熱温度では、十分に樹脂が軟化しないので安定した接着強度が得られず、逆に樹脂の融点に対し８０℃を越える加熱温度では、樹脂の熱分解によって塗膜が脆くなってしまう。
【０００８】
熱可塑性樹脂は、金属板の片面又は両面に塗装するが、片面塗装の場合、乾燥付着量が１．０〜１０ｇ／ｍ2になるように所定の樹脂を配合した塗料を塗装する。乾燥付着量が１．０ｇ／ｍ2に満たないと、金属板と熱可塑性樹脂の界面接着力が不足し、剥離し易くなり、逆に１０ｇ／ｍ2を越えると、接着剤層が厚すぎて接着剤の凝集破壊が生じ接着力が不足する。十分な接着力を得るためには、乾燥付着量を３．０〜８．０ｇ／ｍ2になるように塗装することが好ましい。両面塗装の場合、乾燥付着量が片面当り０．５〜５．０ｇ／ｍ2になるように所定の樹脂を配合した塗料を塗装する。両面塗装では、重ね合わせた場合、塗装金属板同士が接するので、片面塗装の半分の付着量でよく、限定理由は片面塗装の場合と同様である。
【０００９】
本発明の積層金型用塗装金属板は、熱可塑性樹脂が片面又は両面に塗装されているものを使用するが、熱可塑性樹脂の下や他面に熱硬化性樹脂塗膜が形成されているものでもよい。下地として使用される金属板は、材質がとくに限定されるものではなく、冷延鋼板、各種めっき鋼板、ステンレス鋼板、銅板、アルミニウム板等が使用できる。これらの金属板は厳選しても厚さにバラツキがあり、１枚1枚は僅かでも積算されると誤差も大きくなる。したがって、できる限り形状が安定し、厚さ精度の高い金属板を選択する必要がある。安価で板厚が一定なものとして、冷延鋼板又は電気めっき鋼板が好ましい。電気めっき鋼板のめっき種は、亜鉛、ニッケル、亜鉛−ニッケル合金、銅、クロム等がある。下地金属板には、熱可塑性樹脂塗膜の形成に先立ち、金属板の表面状態に応じて、機械的研磨、酸洗、リン酸塩処理やクロメート処理等の化成処理を施し、塗膜密着性を高めることもできる。
【００１０】
【実施例】
次の３種類（Ａ〜Ｃ）の積層金型用塗装金属板を製造し、これを用いて各種供試体を作製した。
Ａ．熱可塑性樹脂塗膜を片面又は両面に設けた塗装金属板
電気亜鉛めっき鋼板（板厚０．５ｍｍ、片面付着量３ｇ／ｍ2）、溶融亜鉛めっき鋼板（板厚０．５ｍｍ、片面付着量４５ｇ／ｍ2）および冷延鋼板（板厚０．５ｍｍ）に、脱脂、表面調整処理、塗布型クロメート処理を施した下地金属板の片面又は両面に、熱可塑性変性ポリオレフィン系樹脂塗料（東洋化成工業社製ハードレンＭＰ−２００）を乾燥付着量が０．６〜１４．０ｇ／ｍ2になるように塗布し、到達板温１４０℃で１分間乾燥焼付けた。
【００１１】
Ｂ．熱硬化性樹脂塗膜を片面又は両面に設けた塗装金属板
Ａと同様の下地金属板を用い、熱硬化性ポリエステル系樹脂塗料（日本ペイント社製ＦＬＣ６００ＨＱ）を乾燥付着量が３．０〜８．０ｇ／ｍ2になるように塗布し、到達板温２３０℃で１分間乾燥焼付けた。
Ｃ．熱可塑性樹脂塗膜を片面に設け、熱硬化性樹脂塗膜を他面に設けた塗装金属板
Ａと同様の下地金属板を用い、片面にＡと同様の塗装条件で熱可塑性変性ポリオレフィン樹脂塗膜を形成し、他面に熱硬化性ポリエステル系塗料（関西ペイント社製ＳＺ５Ｋ）を乾燥塗膜厚が５μｍになるように塗布し、到達板温が１９０℃で１分間乾燥焼付けた。
【００１２】
積層金型用塗装金属板の性能試験
Ａ〜Ｃの製造方法で得られた塗装金属板について、引張りせん断強度、該塗装金属板を２０枚積層した場合の圧縮せん断強度及び最大板厚寸法誤差を測定した。
【００１３】
引張りせん断強度は、ＪＩＳ  Ｋ６８５０に準拠して塗装鋼板を２５ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切断したものを試験片とし、２枚の試験片を重ねて接着部分１２．５ｍｍ×２５ｍｍをダブルクリップ（プラス社製ＣＰ−１０５）２個を用いて固定し、オーブンにて雰囲気温度１７０℃で５分間、加熱圧着したものを使用して測定した。測定は、材料試験機（島津製作所製オートグラフＡＧ−２０００Ｄ）を用いて、引張り速度１．０ｍｍ／分で行った。
【００１４】
圧縮せん断強度は、ＪＩＳ  Ｋ６８５２に準拠して塗装鋼板を５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに切断し、２０枚積層してホットプレス（名機製作所製ＭＨＰＣ−６０−５５０）にて、加熱温度１６０℃、圧力１５０Ｎ／ｃｍ2、加熱時間１０分間の条件で加熱圧着したものを使用して測定した。測定は、材料試験機（島津製作所製オートグラフＡＧ−５０００Ｂ）を用いて、圧縮速度１．０ｍｍ／分で行った。
圧縮せん断強度（Ｎ／ｃｍ2）＝圧縮せん断荷重（Ｎ）／試料の断面積（ｃｍ2）
【００１５】
最大寸法誤差は、塗装鋼板を３００ｍｍ×３００ｍｍの大きさに切断し、２０枚積層して、前記ホットプレスにて前記と同条件で加熱圧着したものを使用して測定した。測定部位は、得られた積層体の四隅の２０ｍｍ×２０ｍｍ角の全体厚さを測定し、最大値と最小値の差から求めた。
【００１６】
各接着供試体の性能試験結果として、引張りせん断強度の測定結果を表１に示し、塗装鋼板を２０枚積層した場合の圧縮せん断強度及び最大寸法誤差の測定結果を表２に示す。
積層金型の必要な接着強度は７６０Ｎ／ｃｍ2以上であり、本発明にしたがった材料の引張りせん断強度７６５〜９１２Ｎ／ｃｍ2、圧縮せん断強度７６０〜８８３Ｎ／ｃｍ2であることから積層金型用塗装鋼板として十分使用できる接着強度といえる。また、最大寸法誤差も金属板素材として、平滑性の高い冷延鋼板や電気めっき鋼板であれば０．２８〜０．７５ｍｍと良好であった。これに対し、比較例の引張りせん断強度や圧縮せん断強度は７６０Ｎ／ｃｍ2未満であり、積層金型として実用に耐えられないことが予測できる。
【００１７】
【表１】
0004547062.tif 000002
【００１８】
【表２】
0004547062.tif 000003
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明は、金属板の片面又は両面に、熱可塑性樹脂を被覆した塗装金属板であって、片面塗装の乾燥付着量が１．０〜１０ｇ／ｍ2、両面塗装の乾燥付着量が片面当り０．５〜５．０ｇ／ｍ2である積層金型用塗装金属板を用いるもので、ＣＡＤデータにより、複数の金属板を１枚ずつ所定の形に精密切断し、切断した金属板を順次積層して金型を作製するにあたり、片面塗装の場合、乾燥付着量が１．０〜１０ｇ／ｍ2、両面塗装の場合、乾燥付着量が片面当り０．５〜５．０ｇ／ｍ2の塗装金属板を、片面塗装の場合は未塗装面と熱可塑性樹脂面が接するように重ね合わせた後、加熱することにより金属板に樹脂を融着し、又は、塗装金属板同士を融着して接合するようにしたので、金型の作製が簡単で精度も高く、大規模な設備も要らない。