JP2006264163A - 真空成形金型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価にまた短時間で製造することが可能な多数の真空吸引用の流路を有し、又は多数の真空吸引用の流路と冷却用流路とを有する真空成形金型、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本真空成形金型１は、複数枚の金属板２を積層、接合及び加工し形成する真空成形金型であって、キャビティ３を形成する積層された複数枚の金属板２と、キャビティ３を形成する金属板２と金属板２との接合面の隙間で形成する真空吸引用の流路６と、
を含み構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空成形金型及びその製造方法のうち特に雌型及びその製造方法に関する。

今日、真空成形金型は、各種包装材料、容器類をはじめ、浴槽、レジャー用プールの製造などに多く使用されている。真空成形金型は、金型に加わる力が小さく、製造に要する費用が安価である特徴を有する。真空成形は、キャビティを有する雌型に真空吸引用の流路（排気孔）を形成し、真空吸引用の流路を通じて熱可塑性樹脂などからなる成形シートをキャビティに吸引、密着させ成形品を成形する。またキャビティを有する雌型とプラグを有する雄型を協調させ、雌型に設けた真空吸引用の流路を通じて成形シートを雌型側に吸引させるとともに、雄型を雌型側方向に押し付けることで、成形シートをキャビティに吸引、密着させ成形品を成形する方法もある。

このように真空形成においては、雌型に設ける真空吸引用の流路は、成形品を成形する上で非常に重要な要素であり、従来はドリル加工や放電加工で孔を形成することが一般的であった。しかしながら孔が大きすぎると成形シート（樹脂）が孔に流れこみ突起が発生する。また真空吸引用の流路である孔が少ない場合は、型内に空気が残って正確な形状の成形品を得ることが出来ないとともに、成形サイクルが長くなる。このため雌型に設ける真空吸引用の流路の形成方法には、種々の工夫がされている。

例えば、成形しようとする製品と同一の形状を備えた雌型の表面に多数の合成樹脂からなるフィラーを起立状態で接着した後、雌型の表面に金属めっき層を形成し、その後、溶剤で金属めっき層中に残ったフィラーを溶出することで、多数の微細な空気孔を形成する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。また、木材繊維を接着剤とともに熱圧した通気性を有する中性繊維板で型を形成することで、多数の真空吸引用の流路を確保する方法も開示されている（例えば特許文献２参照）。

また真空成形金型は、型を冷却するために冷却用流路を設け、これに冷却水を通じることでキャビティを冷却し、成形サイクル時間を短縮させる方法が一般的である。冷却用流路も適切に形成しないと、成形品が変形したり、成形サイクル時間が長くなる。このため、冷却板を雌型の下面に設けるとともに、ノックアウトプレートを設け、ノックアウトプレートの下面側から蟻溝状のパイプ取付け溝をキャビティに沿う削設し、これに冷却用パイプを設ける技術が開示されている（例えば特許文献３参照）。
特開２００２−８６５５２号公報 特開２００１−３０１０１９号公報 特開平６−４７８０４号公報

雌型にドリル加工や放電加工で孔を形成する方法は、加工に非常に多くの時間を要するとともに、金型の製造コストが高くなる。特許文献１に記載の技術は、多数の微細な空気孔を形成することができるが、空気孔の形成に多く工程が必要となり、金型の製造に多くの時間を要する。特許文献２に記載の技術は、中性繊維板で型を形成することで、多数の真空吸引用の流路を確保する方法であるので、特に大型の成形品の型に使用する場合は、強度が不足し型自身に変形が生じることもある。

また真空成形金型は、多数の真空吸引用の流路とともに、冷却用流路を適切に設ける必要があるが、ドリル加工や放電加工で孔を形成する方法、特許文献１及び特許文献２に記載の技術には、キャビティに沿った複雑な冷却用流路、又は微細な冷却用流路を設ける技術が開示されていない。特許文献１及び特許文献２に記載の真空成形金型に冷却用流路を設けることは、加工及びシール性の点から容易ではない。一方、特許文献３に記載の技術は、冷却用流路を形成するものではあるが、キャビティが複雑な形状を有する場合には、冷却用流路を簡単に形成することはできない。

本発明の目的は、安価にまた短時間で製造することが可能な多数の真空吸引用の流路を有し、又は多数の真空吸引用の流路と冷却用流路とを有する真空成形金型、及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、複数枚の金属板を積層、接合及び加工し形成する真空成形金型であって、
キャビティを形成する積層された複数枚の金属板と、
キャビティを形成する金属板と金属板との接合面の隙間で形成する真空吸引用の流路と、を含むことを特徴とする真空成形金型である。

また本発明は、複数枚の金属板を積層、接合及び加工し形成する真空成形金型であって、
キャビティを形成する積層された複数枚の金属板と、
キャビティを形成する金属板と金属板との間に挟持される板状体及び／又は棒状体と、
該板状体及び／又は棒状体を挟んで金属板を接合し、該金属板と該金属板と間に形成する真空吸引用の流路と、を含むことを特徴とする真空成形金型である。

また本発明は、複数枚の金属板を積層、接合及び加工し形成する真空成形金型であって、
キャビティを形成する積層された複数枚の金属板と、
キャビティを形成する金属板の少なくとも一部に溝を設け、溝を設けた金属板と金属板とを接合し、該金属板と該金属板との接合面に形成する真空吸引用の流路と、を含むことを特徴とする真空成形金型である。

また本発明は、さらに内部に冷却用流路を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の真空成形金型である。

また本発明で、前記冷却用流路は、キャビティに沿うように設けることを特徴とする請求項４に記載の真空成形金型である。

また本発明は、３次元ＣＡＤデータからスライスデータを作成するステップと、
３次元ＣＡＤデータに基づき複数枚の金属板を所定の形状に加工するステップと、
該加工した金属板を予め定める位置に積層し、接合手段を用いて金属板を接合し接合体を形成するステップと、
該接合体を加工しキャビティを形成するステップと、を含み、
該接合手段を用いて行う金属板の接合のうち少なくとも一部の接合は、局所的な接合とし、金属板間に真空吸引用流路となる隙間を残すことを特徴とする真空成形金型の製造方法である。

また本発明は、内部に冷却用流路を備える真空成形金型の製造方法であって、
３次元ＣＡＤデータからスライスデータを作成するステップと、
３次元ＣＡＤデータに基づき複数枚の金属板を所定の形状に加工するステップと、
該加工した金属板を予め定める位置に積層し、接合手段を用いて金属板を接合し接合体を形成するステップと、
該接合体を加工しキャビティを形成するステップと、を含み、
該接合手段を用いて行う金属板の接合のうち、冷却用流路を形成する部分についは該冷却用流路の全周を接合し、他の部分の少なくとも一部の接合は、局所的な接合とし、金属板間に真空吸引用流路となる隙間を残すことを特徴とする真空成形金型の製造方法である。

また本発明で、前記接合手段は、接着剤であることを特徴とする請求項６または７に記載の真空成形金型の製造方法である。

本発明によれば、複数枚の金属板を積層、接合及び加工し形成する真空成形金型であって、キャビティを形成する積層された複数枚の金属板と、金属板と金属板との接合面の隙間で形成する真空吸引用の流路と、を含むので、金属板間の隙間を通じて真空吸引が可能となり、従来の真空成形金型のように吸引用の孔を別途穿設する必要がない。これによって安価にまた短時間で金型を製造することができる。

また真空吸引用流路は、金属板と金属板との接合面の隙間であるのでクリアランスは十分に小さく、成形面に影響を与えることがない。また真空吸引用流路は、金属板と金属板との接合面の隙間であるので、多くの真空吸引用流路を形成することができる。

また本発明によれば、金属板と金属板と間に形成する真空吸引用の流路は、板状体及び／又は棒状体を金属板間に挟み込むことで形成するので、板状体及び／又は棒状体の厚さを代えることで、容易に真空吸引用の流路の幅（厚さ）を調整することができる。また、真空吸引用の流路の数も任意に調整することができる。

また本発明によれば、金属板と金属板と間に形成する真空吸引用の流路は、金属板の少なくとも一部に溝を設け、金属板と金属板とを接合することで金属板と金属板との接合面に真空吸引用の流路を形成するので、溝の大きさを代えることで、容易に真空吸引用の流路の幅（厚さ）を調整することができる。また、真空吸引用の流路の数も任意に調整することができる。

また本発明によれば、さらに内部に冷却用流路を備えるので、キャビティを効率的に冷却することが可能となり、成形サイクル時間を短縮することができる。また本真空成形金型は、金属板を積層し形成する金型であるので、複雑な形状又は微細な形状の冷却用流路であっても簡単に形成することができる。

また本発明によれば、冷却用流路は、キャビティに沿うように設けるので、冷却効率がさらに高まる。また温度調整が容易であり、成形品の変形などを防止することができる。

また本発明によれば、３次元ＣＡＤデータからスライスデータを作成するステップと、３次元ＣＡＤデータに基づき複数枚の金属板を所定の形状に加工するステップと、加工した金属板を予め定める位置に積層し、接合手段を用いて金属板を接合し接合体を形成するステップと、接合体を加工しキャビティを形成するステップと、を含み、接合手段を用いて行う金属板の接合のうち少なくとも一部の接合は、局所的な接合とするので、容易に真空吸引用の流路を有する真空成形金型を製造することができる。

また本発明によれば、３次元ＣＡＤデータからスライスデータを作成するステップと、３次元ＣＡＤデータに基づき複数枚の金属板を所定の形状に加工するステップと、加工した金属板を予め定める位置に積層し、接合手段を用いて金属板を接合し接合体を形成するステップと、接合体を加工しキャビティを形成するステップと、を含み、接合手段を用いて行う金属板の接合のうち、冷却用流路を形成する部分についは冷却用流路の全周を接合し、他の部分の少なくとも一部の接合は、局所的な接合とするので、容易に冷却用流路、及び真空吸引用の流路を有する真空成形金型を製造することができる。

また本発明によれば、金属板の接合手段は接着剤による接合であるので、接合操作が簡単であり、短時間で行うことができる。また安価に金属板の接合を行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施形態としての真空成形金型である雌型１の断面図の一部を示す図である。図２は、図１のＩＩ部の一部を示す拡大図であり、金属板間に形成される真空吸引用の流路を示す図である。なお図２は、金属板間に形成される真空吸引用の流路を説明するための図であり、同一の縮尺で描かれてはいない。

雌型１は、複数枚の金属板２を積層、接合、加工し形成する。雌型１は上面にキャビティ３を有し、金型内部にはキャビティ３に沿うように冷却用流路４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋ）を備える。また金属板２ａと金属板２ｂ、または金属板２ｂと金属板２ｃとは局所的に接着剤５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）で接合されるので、金属板の間には隙間が残りこれが真空吸引用の流路６（６ａ、６ｂ）となる。

この雌型１は、加熱された熱可塑性樹脂などの成形シートをクランプで挟み雌型１の上部７に載置し、雌型２の下面８から図示を省略した真空吸引装置を用いて成形シートを真空吸引することで、キャビティ３に成形品を成形する。なお本発明の実施形態では雌型１のみを示しているが、真空成形金型は、キャビティ３を有する雌型１と、プラグを有する雄型（図示を省略）とからなるものであってもよいことはもちろんである。

金属板２は、アルミニウム合金、亜鉛合金を使用することができる。これは真空成形においては、射出成形用の金型などに比較して金型に加わる力が少なく、また金型に加わる温度も比較的に低いことによる。しかしながら金属板２の材質はこれらに特に限定されるものではなく、加工の容易性、強度又はコストなど金型の要求に応じて使用する材質を選定することも可能である。たとえば強度が必要な領域にはステンレス材を使用することができる。また、金型１全体を同一の材質の金属板とすることも可能であるが、異種の材質の金属板を使用することも可能なこと言うまでもない。

使用する金属板２の厚さは、任意に設定することが可能あり、必ずしも同一の厚さである必要はない。本発明の実施形態においては、金属板２はキャビティ３を形成するとともに真空吸引用の流路６を形成する。このため必要な真空吸引用流路６の数を考慮して、金属板２の厚さを決定することもできる。例えば真空吸引用の流路６の数が少なくてよい場所には厚い金属板を、真空吸引用の流路６の数が多く必要な場所には薄い金属板を使用する。

また金属板２の厚さは、冷却用流路４の形状またはキャビティ３の形状を考慮し決定することが望ましい。これは図１に示すように冷却用流路４は、金属板２のうち冷却用流路に該当する部分をレーザなどで切断し、金属板２を積層することで形成するので、冷却用流路４の幅を金属板２の厚さとすれば加工が容易となる。また図１に示すように、キャビティ３の角部９（９ａ、９ｂ）には、薄い金属板２を使用すれば加工量が少なくなる。一方、キャビティ３を形成しない領域１０については、金型の製作時間が最小となるようにたとえば厚い金属板を使用することも可能である。

冷却用流路４は、成形サイクル時間に大きな影響を与える。さらに適正にキャビティ３の冷却を行なわないと、成形品にそりが生じる。このため適正な位置に冷却用流路４を設けることが必要となる。従来の金型では、ドリルなどを用いて冷却用流路を形成していたので、キャビティ３に沿ったような複雑な形状を有する冷却用流路を形成することは、困難であった。しかしながら本発明においては、金属板を加工しこれらを積層して金型を形成するので、冷却用流路４が複雑な形状を有していても、一枚一枚の金属板２の加工は容易であり、金型１の製造を短時間に行なうことができる。また薄い金属板を使用すれば非常に微細な流路を設けることができる。これによりキャビティ３を効率的に冷却することが可能となり、成形サイクル時間を短縮させることができる。

また本発明の実施形態では、冷却用流路４をキャビティに沿うように設けているので、冷却効率が非常に高い。しかしながら冷却用流路４は必ずしもキャビティ３に沿うように、またはキャビティ全体を包むように設ける必要はない。例えばキャビティ３の形状からキャビティ３の特定の場所の温度が局所的に高くなると予測される場合は、この温度が高くなると予測される部分の近傍の金型１内に冷却用流路４を設けることもできる。これによりキャビティ３の温度分布を均一にすることが可能となり、そりのない精度の高い成形品を成形することができる。このように金型１の使用目的などにあわせて冷却用流路４を設ければよい。

金属板２の接合には、接着剤５を使用することができる。真空成形金型１は、射出成形用の金型などに比較して金型に加わる力が小さく、また金型に加わる温度も比較的に低いことによる。接着剤５としては、金属板の接着に一般的に使用される熱硬化性樹脂系接着剤、又は複合系接着剤を使用することができる。具体的にはポリアミド樹脂系、エポキシ樹脂系、ポリイミド樹脂系、シアノアクリレート系、変性アクリル樹脂系、エポキシ・フェノール系樹脂などが使用可能である。このように金属板２の接合には接着剤５を使用することができので、接合操作が簡単であり、また安価に金型を製造することができる。

金属板２の接合には接着剤５以外にも、スポット溶接、シーム溶接などの溶接による接合、銅蝋、銀蝋などの蝋付けによる接合、はんだを用いた接合、接合力の強い拡散接合を用いることも可能である。冷却用流路４は冷却流体が漏洩しないように、冷却用流路４の全周を接合する必要がある。この場合、金属板間の結合力が弱いと、冷却用流体が流路から洩れので、例えば冷却用流路４を有する金属板２の接合は拡散接合で行い、他の金属板の接合を接着剤５で行なうこともできる。このように１つの金型を形成する金属板の接合方法は、１種類でなくてもよく、２種類以上の接合方法を用いてもよいことはもちろんである。

真空吸引用の流路６は、次の要領で形成することができる。金属板２を接着剤５で局所的に接合することで、金属板間にキャビティ３から下面８まで連通した隙間を残し、これを真空吸引用の流路６とする。このため本実施形態における真空吸引用の流路６のクリアランスδは非常に狭い。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、金属板間に真空吸引用の流路６を形成するための金属板２に、局所的に接着剤５を塗付した状態を示す図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、一枚の金属板を正面から見た図である。

図３（ａ）は接着剤５ｆ及び５ｇが金属板２の両側にキャビティ面３から下面８まで連続して塗付されている。これにより金型１を真空吸引しても金属板２の両サイドから大気が吸引されることはない。さらに図３（ａ）に示すように接着剤５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍは、金属板２上にスポット的に塗付されている。これにより図３（ａ）の矢印のようなキャビティ面３から下面８に通じる真空吸引用の流路６が形成される。

同様に図３（ｂ）においても、接着剤５ｆ及び５ｇが金属板２の両側にキャビティ面３から下面８まで連続して塗付されている。これにより金型１を真空吸引しても金属板２の両サイドから大気が吸引されることはない。さらに図３（ｂ）に示すように接着剤５ｎ、５ｏ、５ｐ、５ｑは、金属板２上に島状に塗付されている。これにより図３（ｂ）の矢印のようなキャビティ面３から下面８に通じる真空吸引用の流路６が形成される。

さらに図３（ｃ）においても、金属板２の両サイドからの大気の吸引を防止するために、接着剤５ｆ及び５ｇが金属板２の両側にキャビティ面３から下面８まで連続して塗付されている。また図３（ｃ）に示すように、キャビティ３面から下面８まで連続した棒状の接着剤５ｒ、５ｓが金属板に塗付されている。これにより図３（ｃ）の矢印で示すキャビティ面３から下面８に通じる真空吸引用の流路６が形成される。

以上のように、金属板２の両側に、側面から大気が吸引されないように接着剤５を塗付するとともに、局所的に接着剤５を塗付し金属板２同士を接着することで、キャビティ面３から下面８に通じる真空吸引用の流路６を形成することができる。なお接着剤５の配置は図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に限定されないことは言うまでもない。しかしながら接着剤５を局所的に塗付した場合であっても、接着剤５を金属板の両側面（両端）まで連続した状態で塗付すると、キャビティ面３から下面８に通じる真空吸引用の流路６を形成することができないのは言うまでもない。

図４（ａ）、図４（ｂ）は、真空吸引用流路６を形成することができない局所的な接着剤の塗付方法を示す図である。図４（ａ）、または図４（ｂ）に示すような接着剤５の配置では、接着剤５が局所的に塗付されていても、キャビティ面３から下面８に通じる真空吸引用の流路６を形成することができないのは当然である。図４（ａ）には、金属板２の両サイドからの大気の吸引を防止ために、接着剤５ｆ及び５ｇが金属板２の両側に、キャビティ面３から下面８まで連続して塗付されている。また金属板２の両側に塗付された接着剤５ｆ、５ｇまで通じる各々連続した接着剤５ｔ、５ｕ、５ｖを有するので、キャビティ面３から下面８に通じる真空吸引用の流路６が形成されない。同様に図４（ｂ）は、金属板の周縁を囲むように接着剤５が塗付されているので、この場合もキャビティ面３から下面８に通じる真空吸引用の流路６が形成されない。

本実施形態では、金型１の下面８側から吸引する例を示しているので、図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）に示すように、金属板の両側面から空気が吸引されないように、接着剤５を金属板２の両側に、キャビティ面３から下面８まで連続して塗付している。しかしながら金型の全体を包むように真空吸引用のチャンバを設ける場合にあっては、必ずしも金属板の両側面を接着剤で塞ぐ必要がないことは当然である。要は、キャビティ面を真空（減圧）にすることが可能なように、不要な個所から空気が洩れ込まないようにするとともに、金属板間に真空吸引用の隙間を残すように接着すればよい。

また真空吸引用の流路６は、必ずしもすべての金属板間に設ける必要はない。キャビティ３の形状などを考慮して決定すればよい。また例えば真空吸引用の流路６を金属板数枚毎に設けるようなことももちろん可能である。ここでは接着剤５を用いて真空吸引用の流路６を形成する例を示したけれども、接着剤５の替わりに箔を用いてもよい。さらに金型１の全体を包むように真空吸引用のチャンバを設ける場合にあっては、積層した金属板の周囲を、局部的に溶接する方法を用いることも可能である。

以上のように真空吸引用の流路は、金属板を局所的に接合することで形成することができるので、従来のように別途に孔を設けるような作業も不要である。また金属板間の隙間を真空吸引用の流路６とするので、隙間が十分に小さく成形シートが真空吸引用の流路６に入り込むことがなく、成形面に影響を与えることがない。また真空吸引用流路６は、金属板と金属板との接合面の隙間であるので、多くの真空吸引用流路を形成することができる。よって短時間にまた安価に金型１を製造することができる。なお図１に示すようなキャビティ３を形成しない領域１０であって、真空吸引用流路６を形成する必要がない部分については、大気が吸引されないように接着する必要があることはもちろんである。

本発明の実施形態では、金属板２に局所的に接着剤５を配置することで、金属板間に隙間を残しこれを真空吸引用流路６とする例を示したけれども、この他、下記の方法で真空吸引用流路６を形成することも可能である。

図５は、真空吸引用の流路の形成方法の他の実施例を示す図である。金属板２に薄い金属製の板状体１１（１１ａ、１１ｂ）を固着している。この金属板２の上にさらに他の金属板を積層し、他の金属板２と板状体１１を接合することで、板状体１１の周りに板状体１１の厚さを有する真空吸引用の流路を形成することができる。この方法により、簡単にかつ任意の大きさの真空吸引用の流路を設けることができる。なお、板状体の代わりに直径の小さい棒状体、又は板状体と棒状体とを同時に用いてもよい。さらに板状体の本数も限定されないので、任意の数の真空吸引用の流路を形成することができる。

図６は、真空吸引用の流路の形成方法のさらに他の実施例を示す図である。金属板２にキャビティ３から下面８まで連通する溝１２を設ける。この金属板２の上にさらに他の金属板を積層し、溝１２が塞がらないように金属板２と他の金属板を接合することで、金属板間に、溝１２の断面積を有する真空吸引用の流路を形成することができる。この方法により、簡単にかつ任意の大きさの真空吸引用の流路を設けることができる。なお、溝の数も一本に限定されないことは当然である。

図７は本発明の第２の実施形態としての真空成形金型である雌型２０の断面図の一部を示す図である。また図８は本発明の第３の実施形態としての真空成形金型である雌型３０の断面図の一部を示す図である。図１の金型１に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。図７は、図１の金型１と異なり金型２０の両側に金属ブロック２１ａ、２１ｂを有する。本実施形態では金型２０の両端は、キャビティ３を形成しておらず、また真空吸引用の流路６を設ける必要がないので、金属板２に替わりに金属ブロックを用いている。このように金型２０は、全て金属板２で形成する必要はなく、必要に応じて金属ブロック２１ａ、２１ｂを使用することもできる。これにより金型１全体の加工時間が短縮され、製造コストも低減できる。

また図８では、図１の金型１と異なり金型３０の両側は、金型３０の下面８に平行に金属板３１ａ、３１ｂが積層、接合されている。このように金型３０は、全ての金属板を金型３０の下面８に直角に積層、接合し形成する必要はなく、加工時間あるいは製造コストを考慮して、部分的に金属板を金型３０の下面８に平行に積層、接合し形成することもできる。

図９は本発明の第４の実施形態としての真空成形金型である雌型４０の断面図の一部を示す図である。図１の金型１に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
金型（雌型）４０は、水平方向に積層された複数枚の金属板２と、底部の厚さの厚い金属板（金属ブロック）４１、４２と、を含み構成されている。キャビティ３を形成する金属板間２には、図１に示す金型１と同様、真空吸引用の流路が設けられている。さらに底部の厚さの厚い金属板（金属ブロック）４１、４２にも、真空吸引用の流路（孔）４３（４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ）が穿設されている。金型４０の周囲には、真空吸引用のチャンバ４４が固着され、このチャンバ４４に図示を省略した真空吸引装置を連結して使用する。

図９に示す金型（雌型）４０は、図１に示す金型１と異なり、金型の外周面４５が複雑な形状を有している。これは金型の製造方法の違いによるものである。図１に示す金型１では、複数枚の同一の大きさを有する矩形の金属板２を用いて、積層する際に必要な基準穴（図示を省略）及び冷却用の流路４のみを加工、穿設し、積層、接合しているため、金型１の外周面は断面視において矩形である。一方、図９に示す金型４０では、金属板を、キャビティを形成する部分のみならず、金型の外周面を形成する部分も加工（切断）し、これを積層、接合しているため、金型の外周面４５が複雑な形状を有している。

図１に示す金型１は、複数枚の同一の大きさを有する矩形の金属板２を積層、接合し接合体を得た後、直方体の接合体を３次元ＣＡＤデータに基づき、キャビティ面３を加工することで形成することができる。同一の大きさを有する矩形の金属板２を積層、接合するため、積層前の加工量も少なくこれに伴い、金属板の変形、歪も抑制される。このため金属板の変形等を補修する必要がなく、また同一形状の金属板を積層、接合するため、これら操作を容易に行うことができる。この製造方法は、金型に大きな荷重が加わる例えば射出成形用の金型などでは、特に有効である。

一方、図９に示す金型４０にように、積層前にキャビティ近傍のみならず、周囲も加工を施した金属板２を積層、接合する場合にあっては、上記のように加工（切断）に伴う金属板２の変形、ひずみが問題となる。しかしながら真空成形金型は、金型に加わる荷重が比較的小さく、また真空吸引用の流路を形成する必要があることから、金属板の接合も局所的に行われる特性を有する。このため積層前の加工に伴い、金属板２に変形、又は歪みが生じた場合であっても、最小限の補修で対処することができる。

キャビティ３近傍のみならず、周囲も加工を施した金属板を積層、接合することで、金型４０の材料を少なくすることができる。さらに重量も軽量化することが可能で、キャビティ面３の加工も加工量が少なく、安価に短時間に金型４０を製造することができる。

図９に示すように外周も加工した金属板２を積層する場合にあっては、金属板の重ね代が少なく、積層が容易でない場合もあるが、そのような場合は、図１０に示すように金属板２の一部に基準穴５０を穿設し、これを基準ピン、又は基準棒５１に挿入することで位置決めを容易に行うことができる。

図１１は金属板２を用いて真空成形金型１を製作する手順を示すフローチャートである。ステップＳ１からステップＳ５までの組み合わせや順序は、一例を示すだけであり変更してもよいことはもちろんである。

ステップＳ１では、金型の３次元ＣＡＤデータをコンピュータに入力する。コンピュータは入力された３次元ＣＡＤデータを基に、演算手段によりスライスデータの作成を行う（ステップＳ２）。コンピュータのメモリにはスライスデータを作成するためのプログラムが記憶されており、演算手段はこのプログラムに従い入力された３次元ＣＡＤデータから予め定めた金属板２の厚さ毎のスライスデータを作成する。

スライスデータは、キャビティ３に関する形状データ、冷却用流路４に関するデータ、金属板２を積層するときの位置決め用の基準穴などである。また、予め所定の寸法に切断された金属板２を使用しない場合には、所定の寸法の金属板２を得るためのデータを取得する。金属板の厚さはキャビティ３に関する形状データ等を考慮して決定することが可能なことは上述の通りである。

ステップＳ３では、金属板の加工を行う。金属板の加工は、冷却用流路４、その他必要に応じて金属板２を積層するときの位置決め用の基準穴を加工する。また予め所定の寸法に切断された金属板２を使用しない場合には、金属板を切断し所定の寸法の金属板を得る。金型１は金属板を加工、積層して金型を形成するので、冷却用流路４が複雑な形状を有していても、一枚一枚の金属板の加工は容易であり、金型の製造を短時間に行なうことができる。また冷却用流路４の断面形状は、金属板２を加工することから断面形状が基本的には矩形であり、円形の溝に比較してキャビティ３近傍に広い伝熱面積をとることができることも特徴の一つである。

ステップＳ３での金属板の加工は金属板の切断が主であり、レーザ切断、プラズマ切断、ミーリング切断などを用いることができる。これらは単独でまたは組み合わせて使用することも可能である。切断部にバリやドロスが発生した場合は、通常の研磨方法例えばグラインダによる研磨などによりこれらを除去する。次のステップである積層、接合工程で接合に接着剤を使用する場合は、加工後の金属板を脱脂しておくことが接着力を高める点から望ましい。

次にステップＳ４で金属板を所定の場所に所定の順番に積層し、接着剤などの接合手段を用いて金属板の接合をする。積層はＶブロックなど用いてこれを基準面として積層することができる。また金属板２に基準穴を設けて、基準ピンにこれを嵌入する方法でもよい。金属板の接合に接着剤５を使用する場合は、各金属板２の所定の位置に接着剤５を塗付した後、次の金属板を積層する。これを順次繰り繰り返すことにより接合体を形成することができる。金属板の接合は、全ての金属板について隣り合う金属板同士で接合する。これにより金属板が一体となり接合体が形成される。このとき真空吸引用の流路を形成する必要のある場所についての隣り合う金属板の接合は、大気が吸引されないように両側に接着剤を塗付するとともに、局所的に接着剤を塗付する。これにより真空吸引用の流路を形成することができる。

全ての金属板の接合が終了すると、金型１の積層方向に所定の時間荷重を加えることで、金属板間の隙間を各場所で略同一とすることが可能となり、更に金属板間の接合力が増す。なお冷却用流路４を有する金属板２について、拡散接合を行なうような場合は、所定の金属板のみ予め拡散接合を行い、これを積層し他の金属板に接着剤５を介して接着してもよい。

次にステップＳ５で、金属板の接合体を機械加工し、キャビティ３を形成する。機械加工は、３次元ＣＡＤデータを基に、演算手段が作成した形状データに基づき行う。機械加工に用いられる装置は、特に限定されるものではなく、従来から使用されているマシニングセンタなどを使用することができる。以上の工程を通じて、安価に短時間に真空成型金型を製造することができる。

図１２は金属板２を用いて真空成形金型４０を製作する手順を示すフローチャートである。ステップＳ１１からステップＳ１５までの組み合わせや順序は、一例を示すだけであり変更してもよいことはもちろんである。

ステップＳ１１では、金型の３次元ＣＡＤデータをコンピュータに入力し、ステップＳ１２ではスライスデータの作成を行う。ステップＳ１１及びステップＳ１２は、図１１のステップ１及びステップＳ２に対応するため、同一の操作などについては説明を省略する。

ステップＳ１３では、金属板の加工を行う。金属板の加工は、後述の機械加工代を含むキャビティ３を形成する領域、及び金型の外周面を加工する。この操作が図１１のステップ３の内容と異なる。その他必要に応じて金属板２を積層するときの位置決め用の基準穴を加工する。その他金属板の加工要領は、ステップＳ３と同一である。

次にステップＳ１４で金属板を所定の場所に所定の順番に積層し、接合手段を用いて金属板の接合をする。ここでは積層した金属板２の接合に溶接を用いる場合を説明する。積層は金属板２に基準穴を設けている場合は、基準ピンにこれを嵌入する方法で位置決めする。金属板を所定の位置に積層する度ごと、又はすべての金属板２を積層した後に、金属板２の外周の一部を局所的に溶接する。これにより接合体を得るとともに、金属板２間に真空吸引用の流路を形成することができる。

次にステップＳ１５で、金属板の接合体を機械加工し、キャビティ３を形成する。機械加工は、３次元ＣＡＤデータを基に、演算手段が作成した形状データに基づき行う。接合体は、機械加工の加工代を残した状態でキャビティが形成されているので、機械加工の作業量が少なく、短時間に機械加工を行うことができる。機械加工に用いられる装置は、特に限定されるものではなく、従来から使用されているマシニングセンタなどを使用することができる。以上の工程を通じて、安価に短時間に真空成型金型を製造することができる。

本発明の第１の実施形態としての真空成形金型である雌型１の断面図の一部を示す図である。 図１のＩＩ部の一部を示す拡大図であり、金属板間に形成される真空吸引用の流路を示す図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、図１に示す金型１の真空吸引用の流路６を形成するための金属板２に局所的に接着剤５を塗付した状態を示す図である。 図４（ａ）、図４（ｂ）は、図１に示す金型１の真空吸引用の流路６を形成することができない金属板２に局所的に接着剤５を塗付した状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態としての真空成形金型である雌型１の真空吸引用の流路の形成方法の他の実施例を示す図である。 本発明の第１の実施形態としての真空成形金型である雌型１の真空吸引用の流路の形成方法のさらに他の実施例を示す図である。 本発明の第２の実施形態としての真空成形金型である雌型２０の断面図の一部を示す図である。 本発明の第３の実施形態としての真空成形金型である雌型３０の断面図の一部を示す図である。 本発明の第４の実施形態としての真空成形金型である雌型４０の断面図の一部を示す図である。 図９の雌型４０を製造するときの、金属板２の積層の位置決め方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態としての真空成形金型である雌型１を製作する手順を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態としての真空成形金型である雌型４０を製作する手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１、２０、３０、４０ 真空成形金型（雌型）
２、３１、４１，４２ 金属板
３ キャビティ
４ 冷却用流路
５ 接着剤
６、４３ 真空吸引用流路
８ 下面
１１ 板状体
１２ 溝

Claims (8)

1. 複数枚の金属板を積層、接合及び加工し形成する真空成形金型であって、
   キャビティを形成する積層された複数枚の金属板と、
   キャビティを形成する金属板と金属板との接合面の隙間で形成する真空吸引用の流路と、を含むことを特徴とする真空成形金型。
2. 複数枚の金属板を積層、接合及び加工し形成する真空成形金型であって、
   キャビティを形成する積層された複数枚の金属板と、
   キャビティを形成する金属板と金属板との間に挟持される板状体及び／又は棒状体と、
   該板状体及び／又は棒状体を挟んで金属板を接合し、該金属板と該金属板と間に形成する真空吸引用の流路と、を含むことを特徴とする真空成形金型。
3. 複数枚の金属板を積層、接合及び加工し形成する真空成形金型であって、
   キャビティを形成する積層された複数枚の金属板と、
   キャビティを形成する金属板の少なくとも一部に溝を設け、溝を設けた金属板と金属板とを接合し、該金属板と該金属板との接合面に形成する真空吸引用の流路と、を含むことを特徴とする真空成形金型。
4. さらに内部に冷却用流路を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の真空成形金型。
5. 前記冷却用流路は、キャビティに沿うように設けることを特徴とする請求項４に記載の真空成形金型。
6. ３次元ＣＡＤデータからスライスデータを作成するステップと、
   ３次元ＣＡＤデータに基づき複数枚の金属板を所定の形状に加工するステップと、
   該加工した金属板を予め定める位置に積層し、接合手段を用いて金属板を接合し接合体を形成するステップと、
   該接合体を加工しキャビティを形成するステップと、を含み、
   該接合手段を用いて行う金属板の接合のうち少なくとも一部の接合は、局所的な接合とし、金属板間に真空吸引用流路となる隙間を残すことを特徴とする真空成形金型の製造方法。
7. 内部に冷却用流路を備える真空成形金型の製造方法であって、
   ３次元ＣＡＤデータからスライスデータを作成するステップと、
   ３次元ＣＡＤデータに基づき複数枚の金属板を所定の形状に加工するステップと、
   該加工した金属板を予め定める位置に積層し、接合手段を用いて金属板を接合し接合体を形成するステップと、
   該接合体を加工しキャビティを形成するステップと、を含み、
   該接合手段を用いて行う金属板の接合のうち、冷却用流路を形成する部分についは該冷却用流路の全周を接合し、他の部分の少なくとも一部の接合は、局所的な接合とし、金属板間に真空吸引用流路となる隙間を残すことを特徴とする真空成形金型の製造方法。
8. 前記接合手段は、接着剤であることを特徴とする請求項６または７に記載の真空成形金型の製造方法。

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