JP2024086131A - 成形用金型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶射シェル型の実質的にすべての真空吸引孔をバックアップ型の通気溝に連通させて、真空吸引効率を高める。【解決手段】溶射シェル型２の裏面とバックアップ型１０の表面とが同一の三次元形状をなして嵌合しており、バックアップ型の表面又はシェル型の裏面に、相手面を受ける受け面１４を残して、通気溝１３が形成され、シェル型の裏面又はバックアップ型の表面に、送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目６と該筋目間の突条７とが形成され、真空吸引孔と通気溝とが筋目を介して連通している。【選択図】図１５

Description

本発明は、樹脂を成形する成形用金型及びその製造方法に関するものである。

樹脂シートを型面に真空吸引して成形品とする機能を有する成形用金型は、複数の真空吸引孔を有する比較的薄いシェル型と、シェル型をバックアップするとともに真空吸引孔と連通する通気路を有するバックアップ型とを含み構成されたものが多い。比較的薄いシェル型には、複数の真空吸引孔を形成しやすいからである。また、成形品の形状及び模様と同一の形状及び模様を備えたマンドレルに溶射又は電鋳を行うことにより、成形品の形状及び模様を転写したシェル型を容易に作製することができる利点もある。以下、溶射により作製したシェル型を「溶射シェル型」といい、電鋳により作製したシェル型を「電鋳シェル型」ということがある。溶射シェル型とバックアップ型とを含む成形用金型の例としては、次の特許文献１～３がある。また、電鋳シェル型とバックアップ型とを含む成形用金型の例としては、次の特許文献４，５がある。

特許文献１には、キャビティ面を形成する多孔質の金属溶射層と、該金属溶射層を保持する多孔質のバックアップ層とを備えた成形用金型が記載されている。バックアップ層は、アルミグリッド等の金属粒子を熱硬化性樹脂で結合させ、金属粒子間に孔が形成されてなるものである。成形用金型は表皮材を成形するための真空型である。

特許文献２には、エポキシ樹脂からなる母型に、ホワイトメタルや亜鉛系材料等の溶射材料をアーク溶射して溶射皮膜を形成し、溶射皮膜に対して母型にまで達する貫通孔（真空吸引孔）をボール盤等を用いて多数形成し、溶射皮膜の上にアルミ粒子とエポキシ樹脂との混合物を充填して該エポキシ樹脂を硬化させることてにより、アルミ粒子同士がエポキシ樹脂で接着された多孔性の裏打ち層を設ける、成形用金型の製造方法が記載されている。

特許文献３には、モデルの表面に金属製のピンを一部挿入して突出するように立て、モデルの表面に金属材料（亜鉛合金）を溶射してシェルを形成し、ピンをシェルから取り外してシェルを貫通する通気孔（真空吸引孔）を形成し、シェルをモデルから取り外し、シェルの背面を、（ア）多孔質裏込め媒体で支持する（図５Ａ，５Ｂ）か又は、（イ）エポキシ系補強層で積層してエッグクレート構造の筐体で支持してなる（図６Ａ，６Ｂ）、真空成形金型が記載されている。

特許文献４には、孔の無い電鋳殻表面層を電鋳形成し、該電鋳殻表面層に微小真直孔をレーザー加工し、該電鋳殻表面層の裏面に電鋳殻裏面層を電鋳形成するとともに微小真直孔から拡径成長した拡径孔を形成して多孔質電鋳殻を製造する方法と、該多孔質電鋳殻を、支持板、粒状体等のバックアップ部材で補強することが記載されている。

特許文献５には、特許文献４の方法等により形成された真空吸引孔を有する電鋳シェル型と、表面が電鋳シェル型の裏面と合致する形状をなし、表面に複数の受け面を残して通気溝が凹設された鋼材製のバックアップ型とを含む表皮インサート射出成形型が記載されている。

特開２００５－１７８０９１号公報 特開２０１９－１０４１９４号公報 米国特許出願公開２００６－００８６４７４号明細書 特開平９－２４９９８７号公報 特開２０２１－５３９２０号公報

［１］シェル型に関する問題
特許文献１の金属溶射層は、溶射時に生じた溶射金属粒子間の空隙がつながって多孔質となったものであり、通気性が低く詰まりやすい。また、特許文献２のように溶射皮膜にボール盤等を用いて真空吸引孔を形成する場合、ドリル刃の制約から真空吸引孔の孔直径が０．２ｍｍ超となるため、真空吸引時に樹脂シートに真空吸引孔の跡が付く。よって、これらの技術は採用しにくい。

特許文献３のように溶射シェル型にピンを用いて真空吸引孔を形成すれば、真空成形品に跡が付かない孔直径０．１ｍｍ前後の孔とすることができる。しかしながら、同方法を実際に行うには、モデルに特殊なドリルで微細な孔を面直にあけ、その中に直径０．１ｍｍ前後のステンレス鋼製のピンを挿入する必要があり、しかもその数は成形品にもよるが１０００箇所を越える場合もあり、孔形成に手間と時間がかかる（問題１）。また、孔直径０．１ｍｍ前後のストレートな孔は、樹脂シートの真空吸引時に通気抵抗が大きいため、真空吸引力が弱く、減圧するのに時間もかかる（問題２）。

特許文献４，５のように電鋳シェル型にレーザー加工による孔直径０．１ｍｍ前後の微小真直孔と電鋳で成長した拡径孔とからなる真空吸引孔を形成すれば、真空吸引時に樹脂シートに跡が付かず、かつ通気抵抗が低い、優れた真空吸引孔となる。しかしながら、レーザー加工と電鋳を併用するので、孔形成に手間と時間がかかる（問題１）。

仮に、シェル型にレーザー加工のみにより孔直径０．１ｍｍ前後のストレートな真空吸引孔を形成した場合は、特許文献３と同様に通気抵抗が大きくなる（問題２）。また、レーザー加工をシェル型の表面（成形面）側から行うと、真空吸引孔のシェル型表面での開口部が焼けて汚れる（問題３）。レーザー加工をシェル型の裏面側から行うと、真空吸引孔のシェル型表面での開口部の焼けは起きないが、真空吸引孔のシェル型表面での孔直径がばらつき（問題４）、例えば孔直径０．１ｍｍを狙っても０．０５ｍｍになるものや０．２ｍｍになるものがある。

いずれの特許文献の溶射シェル型又は電鋳シェル型も、その全体を均一な厚さに形成することは困難であるため、厚さが不均一になり、強度不足の部分が生じたり、真空吸引孔のシェル型表面での孔直径のばらつきにつながったりすることがあった（問題５）。

［２］バックアップ型に関する問題
特許文献１～３におけるバックアップ型は、いずれも溶射シェル型の裏面に全面が接着固定されていることから、通常、真空吸引孔の追加や清掃等のメンテナンスは、溶射シェル型の表面側からのみとなり、十分に行えないことがある。敢えて真空吸引孔のメンテナンスを溶射シェル型の表面側から行う場合には、バックアップ型の接着固定を全部外さなければならず、それには金型自体に高熱をかけたり溶剤を使ったりする必要があり、金型を歪ませたり表面の意匠面を溶かしたりする原因になる（問題６）。

特許文献５における表面が電鋳シェル型の裏面と合致する形状をなすバックアップ型は、電鋳シェル型の裏面に接着固定されていないため、容易に電鋳シェル型を取り外して、真空吸引孔の追加や清掃等を行うことができる。しかしながら、バックアップ型の表面全体を電鋳シェル型の裏面全体と精度良く合致する形状に形成することは困難であるため、電鋳シェル型から浮く部分や電鋳シェル型を強圧する部分が生じて、バックアップ機能を十分に果たせなかったり、電鋳シェル型が変形したりする可能性があった（問題７）。

また、特許文献５の電鋳シェル型とバックアップ型は、真空吸引孔が通気溝に連通するが、すべての真空吸引孔が通気溝に連通するとは限らず、一部の真空吸引孔を受け面が完全に塞ぐことがあるため、全体の真空吸引効率を低下させることがあった（問題８）。

そこで、本発明の目的は、溶射シェル型において上記の問題８を解決し、溶射シェル型の実質的にすべての真空吸引孔をバックアップ型の通気溝に連通させて、真空吸引効率を高めることにある。

［１］溶射シェル型の裏面とバックアップ型の表面とが同一の三次元形状をなして嵌合しており、
バックアップ型の表面又はシェル型の裏面に、相手面を受ける受け面を残して、通気溝が形成され、
シェル型の裏面又はバックアップ型の表面（但し、通気溝を加工した面については「受け面」）に、送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目と該筋目間の突条とが形成され、
溶射シェル型の複数の真空吸引孔と通気溝とが筋目を介して連通している成形用金型。

［２］溶射により溶射シェル型を作製し、
溶射シェル型に複数の真空吸引孔を形成し、
溶射シェル型の裏面と同一形状をなして嵌合する表面を有するバックアップ型を作製し、
バックアップ型の表面又はシェル型の裏面に、相手面を受ける受け面を残して、通気溝を加工し、
シェル型の裏面又はバックアップ型の表面（但し、通気溝を加工した面については「受け面」）を、先端が非平坦なエンドミルで切削加工し、切削加工跡として送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目と該筋目間の突条とを残すことを特徴とする成形用金型の製造方法。

本発明によれば、溶射シェル型の実質的にすべての真空吸引孔をバックアップ型の通気溝に連通させて、真空吸引効率を高めることができる。

図１は実施例１におけるモデルを示し、（ａ）は切削時の断面図、（ｂ）はシボシートを貼着した時の断面図である。 図２は同じくシリコン型を示し、（ａ）はモデルから作製する時の断面図、（ｂ）はモデルから外した時の断面図である。 図３は同じくマンドレルを示し、（ａ）はシリコン型から作製する時の斜視図、（ｂ）はシリコン型から外して３次元測定している時の断面図である。 図４は同じく溶射シェル型を示し、（ａ）はマンドレルへの溶射時の断面図、（ｂ）は溶射後の断面図である。 図５は同じく溶射シェル型を示し、裏面を切削加工する時の断面図である。 図６は同じく溶射シェル型を示し、（ａ）は裏面の荒加工時の斜視図、（ｂ）は中仕上げ加工時の斜視図、（ｃ）は仕上げ加工時の斜視図である。 図７は同じく溶射シェル型を示し、マンドレルを取り外した（レジンアウト）時の断面図である。 図８は同じく溶射シェル型を示し、（ａ）は実施例の断面図、（ｂ）は比較例の断面図である。 図９は同じく溶射シェル型を示し、（ａ）は１回目のレーザー加工で下穴が形成された時の部分拡大断面図、（ｂ）は２回目のレーザー加工で真空吸引孔が形成された時の部分拡大断面図、（ｃ）はレーザー加工後の断面図である。 図１０は同じく溶射シェル型を示し、（ａ）は裏面側の斜視図、（ｂ）は部分拡大斜視図である。 図１１は同じく溶射シェル型を示し、（ａ）は表面側の斜視図、（ｂ）は部分拡大斜視図である。 図１２は同じくバックアップ型を示し、（ａ）は表面を切削加工した時の断面図、（ｂ）は通気溝と通気穴を加工し温度調節用配管と底板を取り付けた時の断面図である。 図１３は同じくバックアップ型を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分拡大斜視図である。 図１４は同じく完成した成形用金型を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。 図１５（ａ）は比較例の成形用金型の要部拡大断面図、（ｂ）は実施例１の成形用金型の要部拡大断面図、（ｃ）は実施例１の成形用金型を別方向で切断した要部拡大断面図である。 図１６は実施例１の成形用金型を用いて樹脂シートを真空成形する時の断面図である。 図１７は実施例１の成形用金型の溶射シェル型を別の溶射シェル型や電鋳シェル型に取り替えられることを示す説明図である。 図１８は実施例２の成形用金型におけるバックアップ型の表面側を示す斜視図である。

＜１＞溶射シェル型
溶射シェル型は、電鋳シェル型と比べても速く作製することができ、また凹凸模様をモデルからの転写で容易に形成できる点でも、好ましい。
溶射シェル型の厚さは、特に限定されないが、２～６ｍｍが好ましく、２．５～５ｍｍがより好ましい。一定以上の強度があり、速く作製でき、真空吸引孔を形成しやすいからである。
シェル型の材料としては、特に限定されないが、金属（亜鉛合金、ニッケル、鋼等）、セラミック等を例示できる。
シェル型の表面（型面）に凹凸模様を形成しておくことにより、該表面に真空吸引された表皮の表面に該凹凸模様を転写した凹凸模様を賦形することができる。凹凸模様としては、特に限定されないが、革シボ模様、縫目模様、幾何学的単位模様の複数繰り返し配列等を例示できる。
シェル型は、バックアップ型に対して取り替え可能に取り付けられていることが好ましい。その取り付け構造としては、ネジによる螺着、嵌合形状による嵌合等を例示できる。

＜２＞真空吸引孔
真空吸引孔としては、特に限定されないが、レーザー加工により形成されたもの、特開昭６０－１５２６９２号公報、特開平９－２４９９８７号公報等に記載の方法で電鋳時に形成されたもの、機械加工（ドリル加工等）で形成されたもの等を例示できる。レーザー加工は加工が速い点で好ましい。
真空吸引孔のシェル型表面での孔直径に対してシェル型裏面での孔直径が２倍以上であることが好ましく、２．５倍以上であることがより好ましい。

＜３＞バックアップ型
バックアップ型としては、特に限定されないが、鋳造、切削、放電加工等により形成されたものを例示できる。
バックアップ型の厚さは、特に限定されないが、１０ｍｍ以上が好ましく、２０ｍｍ以上がより好ましい。高剛性となるからである。
バックアップ型の材料としては、特に限定されないが、金属（アルミニウム合金、鋼等）、セラミック等を例示できる。

＜４＞通気溝
通気溝は、バックアップ型の表面又はシェル型の裏面のいずれか一方又は両方に形成することができるが、加工効率等の点でいずれか一方のみに形成することが好ましく、型強度低下のおそれが少ない点でバックアップ型の表面のみに形成することがより好ましい。
通気溝としては、機械加工（切削加工等）、放電加工、エッチング加工等により形成されたものを例示できる。
通気溝のパターンとしては、特に限定されないが、１本又は複数本の線状、ネット状（特許文献２に記載の四角格子状、三角格子状、六角格子状、その他）等を例示できる。
後述する筋目の方向に対して交差する方向に延びる通気溝を含むことが好ましい。該通気溝は複数の筋目と連通するからである。
通気溝の深さは、特に限定されないが、０．２～３ｍｍが好ましく、０．２～２ｍｍがより好ましく、０．３～１ｍｍが最も好ましい。通気溝の深さが０．２ｍｍ以上であると通気性がよく、３ｍｍ以下であるとバックアップ型の強度が低下しにくい。
通気溝の幅（開口幅）は、特に限定されないが、１～７ｍｍが好ましく、１～５ｍｍがより好ましい。通気溝の幅が１ｍｍ以上であると通気性がよく、７ｍｍ以下であるとバックアップ型の強度が低下しにくい。

＜５＞筋目と突条
筋目と突条は、シェル型の裏面又はバックアップ型の表面のいずれか一方又は両方に形成することができるが、両方に形成すると両型の嵌合精度が低下するため、いずれか一方のみに形成することが好ましく、シェル型の加工量が少なく済む点でシェル型の裏面のみに形成することがより好ましい。
筋目と突条の方向は、これを形成する面（シェル型の裏面又はバックアップ型の表面）の全体において一方向でもよいし、該面に設定した複数の領域の間で方向を変えてもよい。
先端が非平坦なエンドミルとしては、特に限定されないが、ボールエンドミル、ラジアスエンドミル等を例示できる。
該エンドミルの刃径としては、特に限定されないが、１５～２０ｍｍを例示できる。
複数の筋目は、前記のとおり送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍであるが、より好ましくは送りピッチ１．０～３．０ｍｍ・加工深さ０．０２～０．１５ｍｍである。
送りピッチと加工深さとの関係は、特に限定されないが、送りピッチは加工深さに対して２０～５０倍であることが好ましい。

＜６＞成形用金型
本発明の成形用金型は、真空吸引機能を利用しながら高分子材料を成形する各種成形（特に限定されず、真空成形、圧空成形、インサート射出成形、ブロー成形、スタンピング成形、プレス成形、スラッシュ成形等を例示できる。）用の金型として具体化することができる。

以下、本発明を具体化した実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例で記す材料、構成、数値は例示であって、適宜変更できる。

［実施例１］
図１～図１７に実施例１を示す。図１４に示す実施例１の成形用金型１は、真空成型用金型である。成形用金型１は、複数の真空吸引孔５を有する溶射シェル型２と、溶射シェル型２をバックアップするバックアップ型１０とを含み、溶射シェル型の裏面とバックアップ型の表面とが同一形状をなして嵌合している。

溶射シェル型２は、図９（ｃ）、図１０及び図１１に示すように、溶射により厚さ３ｍｍの殻状に形成されたものであり、メス型（凹形状）のシェル本体部３と、シェル本体部３の周りのフランジ部４とからなる。

真空吸引孔５は、シェル本体部３の全域に分散して多数形成されており、フランジ部４には形成されていない。真空吸引孔５は、レーザー加工で形成されたものである。真空吸引孔５の孔直径は、溶射シェル型２の表面側で０．１±０．０５ｍｍであり、裏面に向かうにつれて拡径し、溶射シェル型２の裏面側で０．２５±０．０５ｍｍである。

シェル本体部３の表面（型面）には、図１１に示すように、革シボ凹凸模様８が溶射時にマンドレルから転写されることにより形成されている。

シェル本体部３の裏面には、図１０に示すように、送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目６と該筋目間の突条７とが形成されている。この筋目６と突条７は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、溶射シェル型２の裏面を、先端が非平坦な切削工具３３（エンドミル）で切削加工することにより、切削加工跡として形成されたものである。その方法については後で詳述する。

バックアップ型１０は、図１２及び図１３に示すように、アルミニウム合金で厚さ１０～３０ｍｍに形成されている。バックアップ型は、その背面側に底板１７が取り付けられている。

バックアップ型１０の表面は、シェル本体部３の裏面の凸形状と同一の凹形状をなしている。バックアップ型１０の裏面側には温度調節用配管１２が鋳込まれており、温度調節用配管１２には温度調節用流体が流せるようになっている。温度調節用配管１２には、例えばフレキシブルＳＵＳ配管が用いられている。

バックアップ型１０の表面には、シェル本体部３の裏面を受ける受け面１４を残して、例えば四角格子状に繋がる通気溝１３が機械加工で凹設されている。この通気溝１３は、筋目６の方向に対して平行に延びる通気溝（図１５（ｂ））と、筋目６の方向に対して交差する方向に延びる通気溝（図１５（ｃ））とを含む。例えば、通気溝１３は深さ０．２～３ｍｍ・幅１～７ｍｍであり、受け面１４は５ｍｍ平方～２０ｍｍ平方の四角形群である。

バックアップ型１０には、通気溝１３から複数の通気穴１５が形成されている。通気穴１５の直径は例えば５～１０ｍｍである。

底板１７には、通気穴１５に連続して型外部に開口する通気口１８が設けられ、型外部の真空吸引装置（図示略）が接続できるようになっている。

図１４に示すように、シェル本体部３がバックアップ型１０に嵌合して当接し、フランジ部４がバックアップ型１０の座繰部に嵌合してネジ３９で螺着されることにより、溶射シェル型２はバックアップ型１０に対して着脱可能及び取替可能に取り付けられている。この取り付け状態で、図１５（ｂ）（ｃ）に示すように、すべての真空吸引孔５が筋目６を介して通気溝１３に連通している。

以上のように構成された成形用金型１は、次の方法で製造された。

［１］モデルの作製
図１（ａ）に示すように、ワーカブル樹脂２０（ウレタン樹脂）を、成形品三次元形状データＤ１をシボ付シートの厚さ分だけ小さくオフセットしたＣＡＭデータＤ２により、切削工具２１でＮＣ切削加工することにより、モデル基体２２を作製した。

続いて、図１（ｂ）に示すように、モデル基体２２の表面に、革シボ凹凸模様を備えた模様シート２３を貼って、モデル２４（シボ貼りモデル）を作製した。モデル２４は、成形品三次元形状と等しい三次元形状を有する。

［２］シリコン反転型の作製
図２（ａ）に示すようにモデル２４にシリコン材２５’を注ぎ、硬化後に脱型することにより、（ｂ）に示すようにシリコン反転型２５を作製した。シリコン反転型２５は、モデル２４に対する反転形状を有するが、その反転形状は硬化時の変形や収縮等によって正しい反転形状に対し誤差のあるものとなる。

［２］マンドレルの作製
次に、図３（ａ）に示すようにシリコン反転型２５にエポキシ樹脂２６’を注ぎ、硬化後に脱型することにより、（ｂ）に示すようにマンドレル２６を作製した。作製したマンドレル２６を、ベークライト製の設置台２７の上に設置した。マンドレル２６は、シリコン反転型２５に対する反転形状を有するが、その反転形状は硬化時の変形や収縮等によって正しい反転形状に対し誤差のあるものとなる。

こうして２回の反転による誤差が重なり、マンドレル２６の三次元形状は、成形品三次元形状に対し０．１ｍｍを超える（部分的に０．５ｍｍを超える）差異のあるものとなる。

［２］マンドレルの測定
図３（ｂ）に示すように、このマンドレル２６の三次元形状を三次元測定器２８により測定し、マンドレル三次元測定データＤ３を作成する。

［３］溶射シェル型の作製
［３－１］前処理
必要に応じて、マンドレル２６の表面に洗浄、脱脂、粗面化等の前処理を行う。

［３－２］溶射
図４（ａ）に示すように、産業用ロボット３０に溶射装置３１をセットし、マンドレル三次元測定データＤ３を基にして作製した溶射プログラムをティーチングして、マンドレル２６に溶射材料３２’を溶射した。溶射プログラムは、溶射距離：４００±５０ｍｍ、トラバーススピード：７５０±２５０ｍｍ、ピッチ：３～８ｍｍとした。溶射条件は、アーク溶射、電流：１２０±５０Ａ、溶射材料：８５％Ｚｎ－１５％Ａｌ、気孔率１０±５％とした。

徐々に溶射材料３２’を堆積していき、図４（ｂ）に示すように、鎖線で示す所望厚さ３ｍｍの溶射シェル型２に対し厚盛分として約１ｍｍ以上の厚さの厚盛溶射シェル型３２を作製した。

［３－３］裏面切削加工
図５に示すように、厚盛溶射シェル型３２の裏面（前記厚盛分）を、マンドレル三次元測定データＤ３を３ｍｍだけ大きくオフセットしたＣＡＭデータＤ４により、切削工具３３でＮＣ切削加工することにより、所望厚さ３ｍｍの溶射シェル型２を得た。この厚さの均一性については後述する。

フランジ部４の裏面のＮＣ切削加工では、図６（ａ）に示す荒加工、（ｂ）に示す中仕上げ加工、（ｃ）に示す仕上げ加工、という３ステップを経て最終的に平滑面に近づけ、バックアップ型との嵌合精度を高めた。具体的には、切削工具３３として例えば刃径１６ｍｍのボールエンドミルを使用し、荒加工では送りピッチＰ１を５．０ｍｍ超として加工深さＨ１を０．４ｍｍ超とし、次の中仕上げ加工では送りピッチＰ２を０．５～５．０ｍｍとして加工深さＨ１を０．０１～０．４ｍｍとし、次の仕上げ加工では送りピッチＰ３を０．５ｍｍ未満として加工深さＨ１を０．０１ｍｍ未満とした。

しかし、シェル本体部３の裏面のＮＣ切削加工は、図６（ａ）の荒加工と（ｂ）の中仕上げ加工を行った状態で加工を止め、（ｃ）の仕上げ加工を行わないことにより、切削加工跡として送りピッチＰ２が０．５～５．０ｍｍ・加工深さＨ１が０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目６と該筋目間の突条７とを該裏面に残した。この切削加工跡を残しても、バックアップ型１０との必要な嵌合精度は確保される。

［３－４］レジンアウト
図７に示すように、マンドレル２６から溶射シェル型２を取り外した（レジンアウト）。レジンアウトは、加熱したマンドレル２６から溶射シェル型２を剥がすことにより行うことがてきる。

こうして、図８（ａ）に示すように、シェル全域にわたり厚さが３．０±０．１ｍｍの精度で均一である溶射シェル型２が完成した。溶射シェル型２の表面はマンドレル２６の三次元形状と等しいため、上記［３－３］の裏面切削加工を、マンドレル三次元測定データＤ３を３ｍｍだけ大きくオフセットしたＣＡＭデータＤ４により行ったことで、この精度が得られたのである。

これに対して、図８（ｂ）に示す比較例の溶射シェル型９０は、上記［３－３］の裏面切削加工を、成形品三次元形状データＤ１を３ｍｍだけ大きくオフセットしたＣＡＭデータＤ５により行ったものである。この溶射シェル型９０は、表面は実施例と同じくマンドレル２６の三次元形状と等しいが、裏面を成形品三次元形状をオフセットしたＣＡＭデータＤ５により切削したことで、上記［２］で説明した成形品三次元形状とマンドレル２６の三次元形状との差異に起因して、厚さが不均一になる。具体的には、所望厚さ３ｍｍよりも０．５ｍｍを超えて厚い部分や、所望厚さ３ｍｍよりも０．５ｍｍを超えて薄い部分が生じることがある。

［３－５］真空吸引孔の形成
図９に示すように、レーザー加工機３４を用いて、溶射シェル型２に真空吸引孔５を形成した。ＣＯ２レーザー（パルス発振、周波数：５０Ｈｚ、出力：１１０～１４０Ｗ、ピーク出力・平均出力の差：２０％）と、アシストガス（ドロス対策のためＮ２（１ＭＰａ）使用）との作用により穴あけするものであり、本実施例では次の２ステップで行った。

まず、図９（ａ）に示すように、溶射シェル型２の裏面の所定位置に、第一条件（スポット径：２００μｍ、出力：１２０Ｗ、照射時間：１～２秒）でレーザー光を面直に照射することにより、溶射シェル型２を貫通した、表面での孔直径：０．１±０．０５ｍｍ、裏面での孔直径：０．１５±０．０５ｍｍの下穴３５が形成された。

次に、図９（ｂ）に示すように、溶射シェル型２の裏面の前記所定位置と同一位置に、前記第一条件とは異なる第二条件（スポット径：２００μｍ、出力：１１０Ｗ、照射時間：１～２秒）でレーザー光を面直に照射することにより、下穴３５の孔直径を溶射シェル型２の表面での拡大量よりも裏面での拡大量が大きいように拡大して、表面での孔直径：０．１±０．０５ｍｍ、裏面での孔直径：０．２５±０．０５ｍｍ真空吸引孔５を形成した。すなわち、本例では、表面での拡大量はゼロであり、裏面での拡大量は０．１ｍｍであった。

このように２ステップでレーザー加工したことにより、真空吸引孔５は、溶射シェル型２の表面では成形品に跡を付けない小径を有し、溶射シェル型２の裏面では通気抵抗が低い大径を有するものとなった。

また、図９（ｃ）に示すように、溶射シェル型２のシェル本体部３の全域に分散するように、多数の真空吸引孔５をレーザー加工したが、表面での孔直径及び裏面での孔直径は前記±０．０５ｍｍの精度で安定していた。これは、上記［３－４］で説明したように、溶射シェル型２の厚さが３．０±０．１ｍｍの精度で均一であることにより、一定のレーザー加工を繰り返せたことによるものである。複数の真空吸引孔５の孔間ピッチは、例えば溶射シェル型２の平面に近い面は１０ｍｍピッチ、角部は５ｍｍピッチにするなど、適宜決めることができる。このレーザー孔加工は、前述のとおり、溶射シェル型以外にも、電鋳シェル型に使うことがてきる。

図１０は、以上により完成した溶射シェル型２の裏面を示し、表面を図１１に示す。溶射シェル型２の表面には、モデル２４の模様シート２３の革シボ凹凸模様が、シリコン反転型２５→マンドレル２６→溶射シェル型２の順に転写してなる鮮明な革シボ凹凸模様８が付与されている。

［４］バックアップ型の作製
図１２（ａ）に示すように、アルミニウム合金塊３７の表面をマンドレル三次元測定データＤ３により、切削工具３８でＮＣ切削加工（型彫り）することにより、バックアップ型１０を作製した。このＮＣ切削加工では、前述した図６（ａ）に示す荒加工、（ｂ）に示す中仕上げ加工、（ｃ）に示す仕上げ加工、という３ステップを経て最終的に平滑面に近づけ、溶射シェル型２との嵌合精度を高めた。

続いて、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、バックアップ型１０の表面に受け面１４を残して通気溝１３を切削加工し、通気溝１３から裏面側に貫通する複数の通気穴１５を切削加工した。

続いて、図１２（ｂ）及び図１３（ａ）に示すように、バックアップ型１０の裏面側に温度調節用配管１２を組み込み、底板１７を取り付けた。

［５］成形用金型の完成
図１４に示すように、溶射シェル型２をそのフランジ部４においてバックアップ型１０にネジ３９で着脱可能に取り付け、成形用金型１を完成した。

以上のように構成された成形用金型１を用いて、次の方法で樹脂シートを真空成形することができる。
図１６に示すように、加熱により軟化させた熱可塑性の樹脂シート４０を、成形用金型１に当てがうとともに、オス型４１でシェル本体部３の表面に押し込む。続いて、前述した真空吸引装置（図示略）によりバックアップ型１０内の空間を減圧し、通気穴１５、通気溝１３及び筋目６を介して真空吸引孔５により、樹脂シート４０をシェル本体部３の表面に真空吸引して成形する。このとき、前述したように真空吸引孔５の通気抵抗が低いことにより吸引効率が高く、樹脂シート４０にはシェル本体部３の革シボ凹凸模様８が忠実に転写され、リアリティのある凹凸模様が賦形される。

以上説明した実施例１によれば、次の作用効果が得られる。
［ア］裏面からの２回のレーザー加工により、孔形成時の手間と時間を削減し、真空吸引孔５の表面開口の焼けが起きず、真空吸引する樹脂シート４０に跡を付けず且つ通気抵抗が低い真空吸引孔５を形成することができる。
［イ］溶射シェル型２の全体を均一な厚さに形成することができる。さらに、レーザー加工で形成する真空吸引孔５のシェル型表面での孔直径のばらつきを低減することができる。
［ウ］溶射シェル型２からバックアップ型１０を容易に取り外せるようにして、真空吸引孔５の追加や清掃等のメンテナンスを溶射シェル型２の裏面側から行えるようにし、また、図１７に示すように、溶射シェル型２を別の溶射シェル型２’や電鋳シェル型４５に取り替えられるようにすることができる。
［エ］溶射シェル型２のすべての真空吸引孔５をバックアップ型１０の通気溝１３に連通させて、真空吸引効率を高めることができる。
［オ］溶射シェル型２は溶射時間がさほどかからないため、電鋳シェル型と比べて作製日数が少なくて済み、成形用金型の工期を短縮できる。

［実施例２］
次に、図１８に示す実施例２の成形用金型は、バックアップ型１０の通気溝１３を、筋目６の方向（図１０参照）に対して交差する方向に延びる３本の線状の通気溝１３とした点においてのみ実施例１と相違し、その他は実施例１と共通である。各通気溝１３は各通気穴１５に連通している。この通気溝１３も、図６（ｃ）と同様に、筋目６を介してすべての真空吸引孔５に連通する。よって、実施例２によっても実施例１と同様の作用効果が得られる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。
（１）通気溝１３と受け面１４はシェル本体部３の裏面に形成してもよい。この場合、バックアップ型１０の表面には通気溝と受け面を形成しないことが好ましい。
（２）筋目６と突条７は、バックアップ型１０の受け面１４に形成してもよい。この場合、シェル本体部３の裏面には筋目と突条を形成しないことが好ましい。

１ 成形用金型
２ 溶射シェル型
３ シェル本体部
４ フランジ部
５ 真空吸引孔
６ 筋目
７ 突条
８ 革シボ凹凸模様
１０ バックアップ型
１３ 通気溝
１４ 受け面
１５ 通気穴
２０ ワーカブル樹脂
２１ 切削工具
２２ モデル基体
２３ 模様シート
２４ モデル
２５ シリコン反転型
２６ マンドレル
２８ 三次元測定器
３０ 産業用ロボット
３１ 溶射装置
３２ 厚盛溶射シェル型
３３ 切削工具
３４ レーザー加工機
３５ 下穴
３７ アルミニウム合金塊
３８ 切削工具
３９ ネジ
４０ 樹脂シート
Ｄ１ 成形品三次元形状データ
Ｄ２ Ｄ１をシボ付シートの厚さ分だけ小さくオフセットしたＣＡＭデータ
Ｄ３ マンドレル三次元測定データ
Ｄ４ Ｄ３を３ｍｍだけ大きくオフセットしたＣＡＭデータ
Ｄ５ Ｄ１を３ｍｍだけ大きくオフセットしたＣＡＭデータ

Claims (7)

1. 溶射シェル型の裏面とバックアップ型の表面とが同一の三次元形状をなして嵌合しており、
   バックアップ型の表面又はシェル型の裏面に、相手面を受ける受け面を残して、通気溝が形成され、
   シェル型の裏面又はバックアップ型の表面に、送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目と該筋目間の突条とが形成され、
   溶射シェル型の複数の真空吸引孔と通気溝とが筋目を介して連通している成形用金型。
2. 通気溝は、バックアップ型の表面のみに形成された請求項１記載の成形用金型。
3. 通気溝は、筋目の方向に対して交差する方向に延びる通気溝を含む請求項１又は２記載の成形用金型。
4. 筋目と突条は、シェル型の裏面のみに形成された請求項１又は２記載の成形用金型。
5. 溶射により溶射シェル型を作製し、
   溶射シェル型に複数の真空吸引孔を形成し、
   溶射シェル型の裏面と同一形状をなして嵌合する表面を有するバックアップ型を作製し、
   バックアップ型の表面又はシェル型の裏面に、相手面を受ける受け面を残して、通気溝を加工し、
   シェル型の裏面又はバックアップ型の表面を、先端が非平坦な切削工具で切削加工し、切削加工跡として送りピッチ０．５～５．０ｍｍ・加工深さ０．０１～０．４ｍｍの複数の筋目と該筋目間の突条とを残す成形用金型の製造方法。
6. 切削工具は、ボールエンドミル又はラジアスエンドミルである請求項５記載の成形用金型の製造方法。
7. 切削工具の刃径は、１５～２０ｍｍである請求項５又は６記載の成形用金型の製造方法。

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