JP6030968B2

JP6030968B2 - 成形用金型およびその製法

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Publication number: JP6030968B2
Application number: JP2013015925A
Authority: JP
Inventors: 弘毅宇野; 靖成岩田; 日比野　委茂; 委茂日比野
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: JP2014144626A

Description

本発明は、ゴム製品を成形する際に用いる成形用金型およびその製法に関するものである。

ゴム製品を成形する際に用いる成形用金型として、その型面部分の金属素地にブラスト処理，ケミカルエッチング等を施すことにより、その金属素地の表面を粗面化してナノメートルオーダーの凹凸を形成し、その凹凸表面に、フッ素含有樹脂，シリコーン樹脂等からなる離型用被膜を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、一般に、図３（ａ）に示すように、離型用被膜３の形成に先立って、金属素地１のブラスト処理面１Ｂ等の凹凸表面に、プライマー層２Ｂを形成し、上記離型用被膜３を剥離し難くすることが知られている。

特開２００９−２０４７０６号公報

一方、上記成形用金型を用いて成形されたゴム製品５の表面に、欠損部５ａが形成されることがあった〔図３（ｃ）参照〕。そこで、本発明者らは、その原因を究明すべく研究を重ねた。その結果、その原因は、図３（ｂ）に示すように、上記離型用被膜３の一部分が、その下のプライマー層２Ｂとともに剥離することにあることがわかった。すなわち、プライマー層２Ｂが剥離すると、上記成形用金型の金属素地１が露呈し、その露呈部分に、成形の際に発生する接着性ガス成分が付着し、接着剤層４となる。そして、成形空間に、成形材料のゴムを注入すると、そのゴムが上記接着剤層４に付着する。その後、図３（ｃ）に示すように、成形されたゴム製品５を離型（図示の矢印方向に離型）すると、上記接着剤層４に付着したゴムの部分５ｂが離型されず、ゴム製品５の表面に、上記欠損部５ａが形成されることがわかった。

そこで、本発明者らは、上記プライマー層２Ｂの剥離の原因を究明すべく研究を重ねた。その結果、その原因は、ブラスト処理面１Ｂが、図３（ａ）に示すように、表面の凹凸が滑らかになっていることにあることを突き止めた。

本発明は、このような知見に鑑みなされたもので、プライマー層の剥離を防止することができる成形用金型およびその製法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、ゴム製品を成形する際に用いられ、その型面部分の金属素地が粗面に形成され、その粗面に、フッ素樹脂を形成材料とするプライマー層を介して離型用被膜が形成されている成形用金型であって、上記粗面が、無機酸によりエッチング処理されたエッチング処理面であり、そのエッチング処理面の算術平均粗さＲａが、０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定され、上記プライマー層の厚みが、２〜３０μｍの範囲内に設定されている成形用金型を第１の要旨とする。

また、本発明は、型面部分を粗面に形成した後、その粗面にフッ素樹脂を形成材料とするプライマー層を介して離型用被膜を形成する上記請求項１記載の成形用金型の製法であって、上記粗面形成を、無機酸によるエッチング処理により行い、そのエッチング処理面の算術平均粗さＲａを、０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定し、上記プライマー層の厚みを、２〜３０μｍの範囲内に設定する成形用金型の製法を第２の要旨とする。

本発明者らは、プライマー層の剥離を防止すべく、プライマー層が形成される金属素地の表面粗さおよびそのプライマー層の厚みについて、研究を重ねた。その結果、その金属素地の粗面化は、表面の凹凸が微細になる無機酸によるエッチング処理とし、そのエッチング処理面の算術平均粗さＲａを、０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定し、上記プライマー層の形成材料をフッ素樹脂とし、そのプライマー層の厚みを、２〜３０μｍの範囲内に設定すると、無機酸によるエッチング処理面（微細な凹凸）と、そのエッチング処理面の特定の算術平均粗さＲａ（０．０５〜０．５０μｍ）と、フッ素樹脂を形成材料とするプライマー層の特定の厚み（２〜３０μｍ）とが相俟って、プライマー層が剥離し難くなることを見出し、本発明に到達した。

なお、本発明において、プライマー層の厚みは、その断面を電子顕微鏡等を用いて任意の１０箇所を測定した平均値である。

本発明の成形用金型は、フッ素樹脂を形成材料とするプライマー層が形成されるエッチング処理面が、無機酸によりエッチング処理されたエッチング処理面であり、そのエッチング処理面の算術平均粗さＲａが、０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定され、上記プライマー層の厚みが、２〜３０μｍの範囲内と薄く設定されている。そのため、無機酸によるエッチング処理面の微細な凹凸と、そのエッチング処理面の特定の算術平均粗さＲａ（０．０５〜０．５０μｍ）と、フッ素樹脂を形成材料とするプライマー層の特定の厚み（２〜３０μｍ）とが相俟って、上記プライマー層が剥離し難くなっている。そして、本発明の成形用金型を用いることにより、長期にわたって、良好なゴム製品を安定的に成形することができる。

また、本発明の成形用金型の製法は、フッ素樹脂を形成材料とするプライマー層が形成される部分を、無機酸によりエッチング処理してエッチング処理面に形成し、そのエッチング処理面の算術平均粗さＲａを、特定の０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定し、上記プライマー層の厚みを、特定の２〜３０μｍの範囲内に設定するため、上記のようにプライマー層が剥離し難い本発明の成形用金型を製造することができる。

特に、上記エッチング処理に先立って、型面部分をブラスト処理し、そのブラスト処理面の算術平均粗さＲａを、０．１〜０．３μｍの範囲内に設定する場合には、プライマー層をより剥離し難くすることができる。

本発明の成形用金型の一実施の形態の型面部分の一部を拡大して模式的に示す断面図である。上記成形用金型の一例を模式的に示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、従来の成形用金型を用いたゴム製品の成形における、型面部分の一部を拡大して模式的に示す断面図である。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１は、本発明の成形用金型の一実施の形態の型面部分の一部を拡大して模式的に示す断面図である。この実施の形態の成形用金型は、ゴム製品を成形する際に用いられるものであり、型面部分の金属素地１の表面が、無機酸によりエッチング処理されたエッチング処理面１Ａであり、そのエッチング処理面１Ａの算術平均粗さＲａが、０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定されている。そして、そのエッチング処理面１Ａに、プライマー層２Ａが厚み２〜３０μｍの範囲内で形成され、そのプライマー層２Ａの表面に、離型用被膜３が形成されている。このように、プライマー層２Ａが形成されるエッチング処理面１Ａを、無機酸によるエッチング処理面１Ａとし、そのエッチング処理面１Ａの算術平均粗さＲａを、特定の０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定し、上記プライマー層２Ａの厚みを、特定の２〜３０μｍの範囲内に設定することが、本発明の大きな特徴の一つである。

上記成形用金型は、つぎのような製法で製造することができる。

まず、鋳造等により、大まかな形状の成形用金型を作製した後、型面部分を、切削，研磨等の機械加工により形成する。その成形用金型の金属材料としては、ＪＩＳＧ４４０４合金工具鋼鋼材等があげられる。

ついで、型面部分を、無機酸によりエッチング処理し、そのエッチング処理面１Ａの算術平均粗さＲａを、０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定する。無機酸によりエッチング処理すると、表面の凹凸を微細にすることができる。上記無機酸としては、塩酸，硫酸，硝酸等があげられる。また、算術平均粗さＲａの設定は、上記無機酸の濃度，エッチング処理の温度および時間によって調節される。すなわち、無機酸の濃度が高くなる程、エッチング処理の温度が高くなる程、エッチング処理の時間が長くなる程、エッチング処理面１Ａの算術平均粗さＲａが大きくなる。

つぎに、上記エッチング処理面１Ａに、プライマー層２Ａを厚み２〜３０μｍの範囲内に形成する。このプライマー層２Ａの形成材料としては、例えば、ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂があげられる。なお、上記プライマー層２Ａの厚みは、そのプライマー層２Ａの耐久性の低下を抑制することができる観点から、２〜２０μｍの範囲内に設定することが好ましく、より剥離し難くすることができる観点から、２〜１０μｍの範囲内に設定することがより好ましい。

そして、上記プライマー層２Ａの表面に、上記離型用被膜３を形成する。この離型用被膜３の形成材料としては、例えば、ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂があげられる。また、上記離型用被膜３の厚みは、離型性を良好にする観点から、１０〜３０μｍの範囲内に設定することが好ましい。

このようにして、型面部分の金属素地１が算術平均粗さＲａ０．０５〜０．５０μｍの範囲内のエッチング処理面１Ａに形成され、そのエッチング処理面１Ａに厚み２〜３０μｍの範囲内のプライマー層２Ａが形成され、そのプライマー層２Ａの表面に離型用被膜３が形成された成形用金型を製造することができる。

この成形用金型は、無機酸によるエッチング処理面１Ａ（微細な凹凸）と、そのエッチング処理面１Ａの特定の算術平均粗さＲａ（０．０５〜０．５０μｍ）と、プライマー層２Ａの特定の厚み（２〜３０μｍ）とが相俟って、プライマー層２Ａが剥離し難くなっている。

そして、上記成形用金型を用いて、ゴム製品を成形すると、上記プライマー層２Ａが剥離し難くなっていることから、型面部分の金属素地１が露呈せず、そのため、ゴムの金属素地１への付着がなく、ゴム製品の離型を適正に行うことができる。しかも、長期にわたって、良好なゴム製品を安定的に成形することができる。

特に、図２に示すように、成形用金型１０の成形空間１１内に、ゴムと一体化する金具２０等を設置する場合に、たとえ、その金具２０が上記離型用被膜３（図２では図示せず。図１参照）に接触し、その離型用被膜３が損傷することがあったとしても、上記プライマー層２Ａ（図２では図示せず。図１参照）は剥離せず、ゴム製品の成形を適正に行うことができる。なお、図示の矢印は、下側の成形用金型１０のスライド方向を示している。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

〔実施例１〕
合金工具鋼ＳＫＳ４製の試験板の表面を、切削および研磨により、鏡面に仕上げた後、０．２重量％の硝酸を用いて、エッチング処理（３０℃×２２分間）し、そのエッチング処理面の算術平均粗さＲａを０．０５μｍにした。つぎに、そのエッチング処理面に、プライマー液（デュポン社製、８５０Ｎ−３１４）を塗布し、プライマー層（厚み２μｍ）を形成した。そして、上記プライマー層の表面に、離型用液（デュポン社製、ＥＭ−７１４ＧＲ）を塗布し、離型用被膜（厚み１０μｍ）を形成した。

〔実施例２〕
上記実施例１において、エッチング処理を、上記実施例１と同じ硝酸を用い、同じ温度で４５分間行うことにより、エッチング処理面の算術平均粗さＲａを０．１０μｍにした。それ以外は、上記実施例１と同様とした。

〔実施例３〕
上記実施例１において、エッチング処理を、上記実施例１と同じ硝酸を用い、同じ温度で９０分間行うことにより、エッチング処理面の算術平均粗さＲａを０．２０μｍにした。それ以外は、上記実施例１と同様とした。

〔実施例４〕
上記実施例３において、プライマー層の厚みを５μｍとした。それ以外は、上記実施例３と同様とした。

〔実施例５〕
上記実施例３において、プライマー層の厚みを１０μｍとした。それ以外は、上記実施例３と同様とした。

〔実施例６〕
上記実施例３において、プライマー層の厚みを３０μｍとした。それ以外は、上記実施例３と同様とした。

〔実施例７〕
上記実施例１において、エッチング処理に先立って、ブラスト処理を行った。そのブラスト処理は、ブラスト処理機（不二製作所社製、ニューマブラスターＦＤ−４−５０１型）を用い、投射材（新東工業社製、ガラスビーズＪ−６０）を、投射圧０．３４ＭＰａで２５秒間投射することにより行った。また、その後のエッチング処理は、上記実施例１と同じ硝酸を用い、同じ温度で３５分間行い、エッチング処理面の算術平均粗さＲａを０．２６μｍにした。また、プライマー層の厚みを２０μｍとした。それ以外は、上記実施例１と同様とした。

〔実施例８〕
上記実施例７において、エッチング処理を、上記実施例７と同じ硝酸を用い、同じ温度で１００分間行うことにより、エッチング処理面の算術平均粗さＲａを０．３９μｍにした。それ以外は、上記実施例７と同様とした。

〔実施例９〕
上記実施例７において、エッチング処理を、上記実施例７と同じ硝酸を用い、同じ温度で１５０分間行うことにより、エッチング処理面の算術平均粗さＲａを０．５０μｍにした。それ以外は、上記実施例７と同様とした。

〔実施例１０〕
上記実施例７において、プライマー層の厚みを２μｍとした。それ以外は、上記実施例７と同様とした。

〔実施例１１〕
上記実施例７において、プライマー層の厚みを５μｍとした。それ以外は、上記実施例７と同様とした。

〔実施例１２〕
上記実施例７において、プライマー層の厚みを１０μｍとした。それ以外は、上記実施例７と同様とした。

〔実施例１３〕
上記実施例７において、プライマー層の厚みを３０μｍとした。それ以外は、上記実施例７と同様とした。

〔比較例１〕
上記実施例１において、鏡面にエッチング処理することなく、上記実施例１と同様のプライマー層と離型用被膜とを形成した。それ以外は、上記実施例１と同様とした。

〔比較例２〕
上記実施例１において、エッチング処理を、上記実施例１と同じ硝酸を用い、同じ温度で１１分間行うことにより、エッチング処理面の算術平均粗さＲａを０．０３μｍにした。それ以外は、上記実施例１と同様とした。

〔比較例３〕
上記実施例７において、ブラスト処理後、エッチング処理することなく、上記実施例７と同様のプライマー層と離型用被膜とを形成した。それ以外は、上記実施例７と同様とした。

〔比較例４〕
上記実施例３において、プライマー層の厚みを４０μｍとした。それ以外は、上記実施例３と同様とした。

〔比較例５〕
上記実施例７において、プライマー層の厚みを４０μｍとした。それ以外は、上記実施例７と同様とした。

〔擦過試験〕
自動摩擦磨耗解析装置（協和界面化学社製、Triboster500）を用い、その線接触子（幅１０ｍｍ、先端角９０°）の先端を、上記実施例１〜１３および比較例１〜５の離型用被膜の表面に圧接（荷重４．９Ｎ）させ、その状態で、上記線接触子を速度２．５ｍｍ／ｓで距離１０ｍｍを５往復させた。そして、その後の離型用被膜の状態を目視にて確認した。その結果、金属光沢が確認できないものは、プライマー層が剥離していない良品であるとして○、金属光沢が確認できるものは、プライマー層が剥離した不良品であるとして×を下記の表１に示した。

上記表１の結果から、硝酸によるエッチング処理面の算術平均粗さＲａを０．０５〜０．５０μｍの範囲内とし、プライマー層の厚みを２〜３０μｍの範囲内とした実施例１〜１３では、そのような構成になっていない比較例１〜５と比較すると、プライマー層の耐久性に優れていることがわかる。

本発明の成形用金型およびその製法は、ゴム製品を成形する際に用いる成形用金型において、型面部分の離型用被膜用のプライマー層に耐久性をもたせる場合に利用可能である。

１金属素地
１Ａエッチング処理面
２Ａプライマー層
３離型用被膜

Claims

ゴム製品を成形する際に用いられ、その型面部分の金属素地が粗面に形成され、その粗面に、フッ素樹脂を形成材料とするプライマー層を介して離型用被膜が形成されている成形用金型であって、上記粗面が、無機酸によりエッチング処理されたエッチング処理面であり、そのエッチング処理面の算術平均粗さＲａが、０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定され、上記プライマー層の厚みが、２〜３０μｍの範囲内に設定されていることを特徴とする成形用金型。
型面部分を粗面に形成した後、その粗面にフッ素樹脂を形成材料とするプライマー層を介して離型用被膜を形成する上記請求項１記載の成形用金型の製法であって、上記粗面形成を、無機酸によるエッチング処理により行い、そのエッチング処理面の算術平均粗さＲａを、０．０５〜０．５０μｍの範囲内に設定し、上記プライマー層の厚みを、２〜３０μｍの範囲内に設定することを特徴とする成形用金型の製法。
上記エッチング処理に先立って、型面部分をブラスト処理し、そのブラスト処理面の算術平均粗さＲａを、０．１〜０．３μｍの範囲内に設定する請求項２記載の成形用金型の製法。