JP2002516189A - ダイレクトツーリングモールドの作製方法およびその使用方法 - Google Patents

ダイレクトツーリングモールドの作製方法およびその使用方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイレクトツーリングモールドの作製方法およびその使用方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、モールドの製造方法であって、熱可塑性成形材料の溶融温度より低いガラス転移温度を有する少なくとも一つのポリマー性厚板材料を用意し、そして該ポリマー性厚板材料の少なくとも一部を除去して、コンピューター援用設計に従って、成形される所望の成形品の反転像を形成することによる方法に関する。さもなくば本発明は、モールドの製造方法であって、少なくとも一つのポリマー性厚板材料を用意し、そして、コンピューター援用設計に従って、ＣＮＣ機械加工により該ポリマー性厚板材料の少なくとも一部を除去して、成形される所望の成形品の反転像を形成することによる方法である。本発明はさらに、原型または機能原型の製造方法、該方法から得られる原型および機能原型、並びに原型および機能原型の製造のためのポリマー性モールドに関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、ポリマー性モールドを使用する機能原型（functional prototype）
の作製方法に関する。該ポリマー性モールドは比較的低費用で、寸法が正確でか
つ素早く形成される。本発明は、素早い原型作製が成功のために欠かせない自動
車、玩具、消費者電気工業および生物医学装置のような産業における製品設計お
よび準備製造段階において特別な有益性を有する。
【０００２】 原型とは製造される成形品の全体または構成要素の三次元像である。該原型は
実際の寸法にまたは一定の比率で縮小して作られ得る。青写真またはさらにコン
ピュータースクリーン上での三次元解釈に対する原型の利点は、実際の部材を手
に持ち、回しそして触ることができることである。製造する部材の複雑さが増加
するにつれて、その設計段階の間に成形品を目で検査する必要が増大する。初期
設計段階の間に原型を利用することの有意な利点が与えられるので、原型が不可
欠であると考えられる領域が増え続けているのは驚くべきことではない。
【０００３】 原型部材を作製するための良く知られた手段は、積層したポリウレタンまたは
エポキシベースの模型厚板を利用する。該積層した厚板は木材の外見、触感およ
び一致性を有する。原型模型は、余分な厚板材料を切断および削り除去によって
作製される。該厚板は外部表面の特徴および詳細を表すことができる。そのよう
な系は比較的大きな成形品を検査するために特に有用である。積層した厚板から
の原型の作製は、多大な時間および経験を必要とする。
【０００４】 非常に正確かつ詳細な原型を作製するためのもう一つの技術は立体リソグラフ
ィーである。三次元物体は、樹脂浴、照射源および移動性支持体を含む立体リソ
グラフ系において作製される。該移動性支持体は該樹脂浴内で垂直に移動するこ
とができる。該樹脂浴は、紫外線を受けたときに硬化可能である選択した高性能
樹脂を含む。該照射源は該樹脂浴の表面にそのエネルギーを向けて、樹脂の最上
層の領域を選択的に硬化する。 該照射源はコンピューターにより制御される。該コンピューターは、所望の物
体のコンピューター援用設計の解析に基づいて該照射源の移動および方向を決定
する。該コンピューターは、層毎の基礎（layer by layer basis）に基づいて該
所望の物体の輪郭を本質的に決定する。該コンピューターはその後該照射源を向
けて、各々の層の輪郭に従い、該最上層の領域を選択的に硬化する。各々の層が
完了すると、該移動性支持体は以前に硬化した層を該樹脂浴中に下げ、新しい樹
脂が該以前に硬化した層上を満たすことを可能にする。この操作は該所望の物体
が作製されるまで反復される。熱後硬化工程が通常、得られた硬化成形品に十分
な強度を与えるために必要とされる。
【０００５】 同様な付加的な作製方法は融解付着モデリングであり、熱可塑性ワイヤ状フィ
ラメントを使用する。該フィラメントは融解され、そして送達ヘッドを通し層毎
の基礎に基づいて押し出される。該押出物は、コンピューター援用設計の層輪郭
に従う該送達ヘッドにより位置決めされる。層が付着させられるにつれて、プラ
ットホームは層化した押出物を支持するように下げられる。
【０００６】 さらなる付加的な作製方法は三次元印刷である。三次元印刷は、耐熱性粉末の
ような粉末材料およびバインダ材料を使用する。三次元部材は、耐熱性粉末の薄
層にバインダを選択的に適用し、該粉末を一緒に粘着させることによって作製さ
れる。該層は、以前に議論した付加的な作製方法に類似した方法において、連続
的に形成される。
【０００７】 弾道粒子（ballistic particle）製造は、層毎の基礎に基づいてワックス状材
料を付着させるインクジェット機構を使用して三次元物体を作製する。関連した
方法は、層の基礎に基づいて溶融金属を付着させるインクジェット機構を利用す
る。
【０００８】 積層物品製造は、裁断されたシート材料の層を積層することによって三次元物
体を作製する。材料からなる積層シートはレーザーを使用して裁断される。シー
ト材料の連続した層は、熱接着剤を活性化する熱および圧力を使用して互いに接
着する。
【０００９】 上記した作製方法は、実際の原型であって、それら自身のモールドでないもの
を作製するために利用されることができる。この理由のために、上記した全ての
作製方法は、一つの原型のみしか各々の組立サイクルから得られないという同じ
欠点を被る。 消失コアモールドが実際の部材のためのモールドを作製するために使用されて
いる。例えば、自動車産業は、製造費用を制御しつつ自動車における重量および
エネルギー消費を減少させるために、アルミニウムエンジン構成要素を増加して
使用している。しかし、慣用の鋳造についてのコアおよびモールドの作製および
組立機構は、鋳造されることができるデザインを制限していた。乾燥砂中に埋設
されたスチロフォーム模型が、熱金属がプラスチック発泡体を蒸発させたときに
金属鋳物となる消失発泡鋳造方法は、自動車会社が、現代の内燃エンジンのため
に必要とされる複雑な幾何形状を有するシリンダーヘッドの鋳造することを可能
にする。しかしながら、該発泡模型を作るためのツールを作製する費用は高価で
あり、そしてツールでの変更は相当な時間がかかる。
【００１０】 加えて、少なくとも一つの会社が、自動車製造において使用するためのプラス
チック、セラミックおよび金属ツールを作製する低費用ツール作製機械および関
連した方法の開発を提案している。提案されたモーター・ビークル・ラピッド・
ツール・メーカー（ＭＶＲＴＭ）は、熱可塑性材料またはセラミックもしくは粉
末金属のスラリーからなる“作製”材料の小滴を付着させるノズルを位置決めす
る精密プロッターを使用する。他のノズルは部材ブレーシングおよび精密な鮮明
度のための“支持”材料として働くワックスを付着させる。その後該モールドは
所望の高さに裁断され、そして該ワックスを融解する溶媒中に浸漬される。“作
製”材料の得られた模型はインベストメント鋳造法または焼結方法によって金属
ツールに転換される。
【００１１】 ナショナル・リサーチ・カウンシル・オブ・カナダに譲渡された合衆国特許第
５，６４１，４４８号は、立体リソグラフィー系を使用する原型モールドの製造
方法を開示する。固体支持体が該原型モールドに備えられ、屈曲を防止する。加
えて、該モールドの内部表面は薄い金属コーティングで被覆される。該モールド
は、射出成形機に取り付けられて、比較的低圧で原型部材を作製する。モトロー
ラ・インコーポレイションに譲渡された合衆国特許第５，４３９，６２２号もま
た、立体リソグラフィーシステムを使用する原型モールドの作製方法を開示する
。フーバー・ユニバーサル・インコーポレイションに譲渡された合衆国特許第５
，４５８，８２５号は、素早い容器原型作製のための、立体リソグラフィーによ
り製造された吹込成形ツーリングの製造方法を開示する。ノーザン・テレコム・
リミテッドに譲渡された合衆国特許第５，５６２，８４６号は、立体リソグラフ
ィー系における、冷却路を有するモールド部材の製造方法を開示する。
【００１２】 ゼネラル・モータース・コーポレイションに譲渡された合衆国特許第４，８６
３，６６３号は、自動車構成要素部材の製造方法を開示する。所望の構成要素部
材のラフ模型は、複数の互いに噛み合う切断された硬質シート材料から組み立て
られる。前記互いに噛み合う切断された硬質シートによって定義された外面は、
シート材料で被覆される。得られた模型は、引き続く原型部材の製造のためのモ
ールドを製造するために使用されることができる。該モールドは得られた模型を
樹脂およびガラス繊維布で連続して層化することによって組み立てられる。
【００１３】 ジョン・Ｈ・ユッチンソンに譲渡された合衆国特許第５，２３１，７４９号は
、内部および外部設計検証模型の製造方法に関する。該設計模型を製造するため
に使用される材料は、粘土、ＲＥＮ、木材、複合模型化合物、高密度発泡材およ
びガラス繊維を含む。
【００１４】 ブルダー・ヘルスケア・コーポレイションに譲渡された合衆国特許第５，４３
２，３２２号は、改良された加熱パッドおよびその製造方法に関する。該方法の
一つの態様において、加熱要素は、該要素上にポリマーを成形することにより、
外部有機ポリマーの連続層によって覆われている。モールドは複合ツーリング材
料であるＲＥＮ−シェイプTM材料を使用して製作される。該モールドが製作され
た後、該加熱要素および関連した構成要素は該モールド中に置かれ、クランプ締
めされる。注型ポリウレタン組成物がその後該モールド中にポンプで送られて、
装置を封入する。該モールドは硬化後にクランプを外されて、オーバー成形され
た（overmolded）密封加熱パッドを除去する。
【００１５】 進行中の研究努力にもかかわらず、多数の、寸法が正確で機能性の原型を作製
することができる系についての必要が存在する。該系は多数の設計変更を顕著な
時間遅延を伴わずに可能とするように柔軟でなければならない。加えて、該系は
好ましくは最終成形品を製造するに使用されるのと同じ材料を使用して原型を作
製するべきである。
【００１６】 本発明は、モールドの製造方法であって、熱硬化性成形材料の溶融温度より低
いガラス転移温度を有する少なくとも一つのポリマー性厚板材料を用意し、そし
て該ポリマー性厚板材料の少なくとも一部を除去して、コンピューター援用設計
に従って、成形される所望の成形品の反転像を形成することによる方法に関する
。好ましくは、該ポリマー性厚板材料の少なくとも一部は高速ＣＮＣ機械加工装
置を使用して除去される。該ポリマー性厚板材料は、硬化したポリウレタン形成
性（forming）組成物、または平均で分子当り１個以上のグリシジル基を有する
少なくとも一つのエポキシ樹脂を含む硬化した混合物であることができる。該熱
可塑性成形材料は好ましくは、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン
−スチレンコポリマーおよびポリカーボネートからなる群より選択される。
【００１７】 本発明のさらなる態様は、モールドの製造方法であって、少なくとも一つのポ
リマー性厚板材料を用意し、そしてコンピューター援用設計に従って、ＣＮＣ機
械加工により該ポリマー性厚板材料の少なくとも一部を除去して、成形される所
望の成形品の反転像を形成することによる方法である。好ましくは、該ポリマー
性材料は、前記モールド中に射出される熱可塑性成形樹脂の溶融温度より低いガ
ラス転移温度を有する。該ポリマー性厚板材料は、硬化したポリウレタン形成性
組成物、または平均で分子当り１個以上のグリシジル基を有する少なくとも一つ
のエポキシ樹脂を含む硬化した混合物であることができる。該熱可塑性成形材料
は好ましくは、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポ
リマーおよびポリカーボネートからなる群より選択される。
【００１８】 本発明のさらなる態様は、原型の製造方法であって、選択したポリマー性成形
材料の溶融温度より低いガラス転移温度を有する硬化したポリマー性材料から作
製されたモールドを用意し、そして前記選択した溶融ポリマー性成形材料を、コ
ンピューター援用設計に従って前記モールド内に形成されたキャビティ中に射出
して原型を作製することによる方法である。本発明はさらに、この方法から得ら
れた原型に関する。
【００１９】 本発明の他のさらなる態様は、原型の製造方法であって、硬化したポリマー性
材料から作製したモールドを用意し、そして選択した溶融成形材料を、ＣＮＣ機
械加工により、コンピューター援用設計に従って、前記モールド内に形成された
キャビティ中に射出して原型を作製することによる方法である。本発明はさらに
この方法から得られた原型に関する。
【００２０】 本発明の他のさらなる態様は、選択したポリマー性材料から造られる最終成形
品の機能原型の製造方法であって、選択したポリマー性成形材料の溶融温度より
低いガラス転移温度を有する硬化したポリマー性材料から作製されたモールドを
用意し、そして該最終成形品のための選択したポリマー性材料に実質的に同一で
ある該選択した溶融ポリマー性成形材料を、コンピューター援用設計に従って該
モールド内に形成されたキャビティ中に射出することによる方法である。本発明
はさらにこの方法から得られた機能原型に関する。
【００２１】 本発明の他のさらなる態様は、選択したポリマー性材料から造られる最終成形
品の機能原型の製造方法であって、硬化したポリマー性材料から作製されたモー
ルドを用意し、そして該最終成形品のための選択したポリマー性材料に実質的に
同一である選択した溶融ポリマー性成形材料を、ＣＮＣ機械加工により、コンピ
ューター援用設計に従って、該モールド内に形成されたキャビティ中に射出して
原型を作製することによる方法である。本発明はさらにこの方法から得られた原
型に関する。
【００２２】 本発明はさらに、平均で分子あたり１個以上のグリシジル基を有する少なくと
も一つのエポキシ樹脂、エポキシ−イソシアナート組成物またはポリウレタン形
成性組成物を含む硬化したポリマー性材料から作製された、原型および機能原型
を製造するためのポリマー性モールドに関する。
【００２３】 本発明は、多数の、寸法が正確でかつ機能性の原型の作製方法に関する。該原
型の特に好ましい製造方法は、射出成形系におけるポリマー性モールドの使用を
含む。以下の記載の第一の焦点は射出成形に関するけれども、当業者は、他の成
形系、例えば吹込成形も原型を作製するために適していることを認識するだろう
。
【００２４】 射出成形は、ポリマー性材料の粒子が溶融するまで加熱される断続的な循環方
法である。溶融した材料はその後、それが凝固する密閉モールド中に押込められ
て、所望の成形品を形成する。該溶融した材料が凝固する方法は、射出する材料
の種類に依存する。熱可塑性材料は冷却により硬化し、一方熱硬化性材料は熱の
付加により凝固する。射出成形系は典型的に、混合部および融解部、融解したマ
スを射出するための手段、並びに成形部を含む。
【００２５】 射出成形系内のモールドは、所望の成形品の反転像であるキャビティ部分を含
む。該モールドは慣用的に二つの部材で与えられ、圧力下で一緒にクランプ締め
される。開口部が、融解したマスをモールドのキャビティ中に導入するために該
モールドに備えられる。モールド設計は、溶融した材料がモールド中に導入され
るときに、空気の脱出を可能にするガス抜きを備えなければならない。
【００２６】 モールド構成のために選択された材料は、射出成形作業に耐えることができな
ければならない。十分な温度および圧力が、成形製品が樹脂製造者の性能規格を
反映することを確実にするためにツール内で生じなければならない。射出および
パックの間に樹脂に適用されるおおよその可塑圧（plastic pressure）は、約８
２７４ｋＰａ（１２００ｐｓｉ）ないし約１３７．９ＭＰａ（２０，０００ｐｓ
ｉ）に変化する。
【００２７】 ここでの使用のためのモールドは、所望の成形品の形状を解析するコンピュー
ター援用設計ソフトウェアパッケージを使用して設計される。該ソフトウェアプ
ログラムはその後該所望の成形品の反転像を計算し、そして所望によるガス抜き
、冷却溝および突出し溝の組み込みを可能にする。 原型は多くの異なるポリマー性材料から成形される。本発明は、選択した成形
材料が最終成形品について使用される材料の種類に相当することをもくろんでい
る。同じ種類の成形材料を使用する結果として、使用者は機能原型を作製するこ
とができる。機能原型は、得られた原型が所望の最終成形品と実質的に同じ特性
、例えば重量、密度、触感、柔軟性を有することを意味する。機能原型は、一連
の性能試験並びに精度についての視覚での検査を受けることができる。得られた
原型が破壊試験を受けられることは、作製サイクル当り一つのみの原型を作製す
る系を超える顕著な利点である。慣用的に使用するポリマー性、特に熱可塑性材
料の例は、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマ
ー（ＡＢＳ）のようなスチレニック（styrenic）、ポリカーボネート、アセター
ル等を含む。
【００２８】 この系内で使用されるモールドはポリマー性模型材料から造られる。該模型材
料は低い吸水性、低い粉塵発生、低いチッピング、低いカッター磨耗、良好な機
械加工性および低い密度を有するべきである。該模型材料を機械加工して、所望
に成形された表面模様および内部詳細を作製することができることは特に重要で
ある。該模型材料は十分な圧縮強さおよび曲げ強さを有して、機械加工および成
形の作業に耐えなければならない。好ましくは該模型材料は、約５５．１６ＭＰ
ａ（８，０００ｐｓｉ）を上回る圧縮強さおよび曲げ強さを有する。加えて該模
型材料は、成形作業の間に射出される溶融した材料の温度に耐えることができな
ければならない。驚くべきことに、該模型材料のガラス転移温度が成形系中に射
出される成形材料の融点未満であることができることが発見された。
【００２９】 好ましい模型材料は硬化したポリマー性厚板である。該厚板は一般に、少なく
とも約１０ｃｍ（４インチ）の厚さ、約４６ないし６１ｃｍ（１８ないし２４イ
ンチ）の幅、および約６１ないし９１ｃｍ（２４ないし３６インチ）の長さを有
する矩形で与えられる。
【００３０】 好ましい厚板は熱硬化性樹脂系の混合物から得られる。該熱硬化性樹脂系は、
選択したマトリクス成分、硬化剤、触媒、充填剤および他の慣例の添加剤を含む
。該マトリクス成分は好ましくは、ポリウレタン形成性組成物、エポキシ樹脂、
および所謂エポキシ−イソシアナート樹脂（ＥＰＩＣ、ドイツ国のバイエルから
の入手可能）から選択される。ポリウレタンベースの模型厚板はポリプロピレン
およびＡＢＳベースの原型を成形するために使用されることができる。エポキシ
ベースの模型厚板が、ポリプロピレン原型、ＡＢＳベースの原型およびポリカー
ボネートベースの原型を成形するために最も適している。 硬化性ポリウレタン形成性組成物は、少なくとも一つのポリマー性イソシアナ
ートと少なくとも一つのポリオールとの混合物から生成される。好ましいポリウ
レタンベースの厚板は、ａ）約１５０までのヒドロキシル当量および４ないし８
の官能性を有するポリオールと、ｂ）１９００よりより多いヒドロキシル当量お
よび２ないし４の官能性を有するポリエーテル−ポリオールと、およびｃ）２な
いし４の官能性を有するプロピレングリコールまたはポリテトラヒドロフランで
あって、各々が１５０ないし５００のヒドロキシル当量を有するものとを含むポ
リオールの選択した混合物を含む反応混合物、またはその混合物から生成される
。
【００３１】 約１５０までのヒドロキシル当量を有する前記ポリオール成分の例は、４ない
し８個のヒドロキシル基を有するポリヒドロキシル化合物、例えばエリトリトー
ルまたはペンタエリトリトール、ペンチトール、例えばアラビトール、アドニト
ールまたはキシリトール、ヘキシトール、例えばソルビトール、マンニトールま
たはズルシトール、糖、例えばスクロースまたは糖誘導体およびデンプン誘導体
である。さらなる例は、上述したもののようなポリヒドロキシ化合物とエチレン
オキシドおよび／またはプロピレンオキシドとの低分子量反応生成物、およびま
た、エチレンオキシドおよび／またはプロピレンオキシドと反応することができ
る十分な数の基を含む他の化合物であって、例えばアンモニア、エチレンジアミ
ン、１，４−ジアミノベンゼン、２，４−ジアミノトルエン、２，４’−ジアミ
ノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、１−メチル−３，
５−ジエチル−２，４−ジアミノベンゼンおよび／または１−メチル−３，５−
ジエチル−２，６−ジアミノベンゼンを含むポリアミンの低分子量反応生成物で
ある。該ポリオールのヒドロキシル当量についての下限は好ましくは約６０であ
り、より好ましくはヒドロキシル当量は約７０よりも大きい。
【００３２】 スクロースまたはデンプン誘導ポリオールが特に好ましい。そのような生成物
は、オリン・コーポレイションから市販品を入手可能である。 該ポリオール成分は、約１５０までのヒドロキシル当量および４ないし８の官
能性を有するポリオール約５重量％ないし約３０重量％を含むことができる。
【００３３】 前記ポリエーテルポリオールは、開始剤とアルキレンオキシド、例えばエチレ
ンオキシド、プロピレンオキシドまたはブチレンオキシド、またはテトラヒドロ
フランとの反応によって得られることができる。ここでの開始剤は、２ないし４
の官能性を有するポリエーテルポリオールの生成のために通常に適した全ての開
始剤、例えば水、２ないし４個のヒドロキシル基を有する脂肪族、環式脂肪族も
しくは芳香族のポリヒドロキシ化合物、例えばエチレングリコール、プロピレン
グリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、ジヒドロ
キシベンゼンまたはビスフェノール、グリセロール、エリトリトール、またはペ
ンタエリトリトール、または相当するポリアミン、例えばエチレンジアミンまた
はジアニリンである。エチレンオキシドおよび／またはプロピレンオキシドベー
スのポリエーテル−ポリオールが好ましい。該ポリエーテル−ポリオールのヒド
ロキシル当量は、約１９００より大きいべきである。該当量についての上限は好
ましくは約３０００である。ポリエーテル−ポリオールの量は、全ポリオール成
分の好ましくは約３ないし約４０重量％、より好ましくは５重量％ないし３０重
量％である。
【００３４】 外界温度または僅かに昇温された温度で液状であるポリイソシアナートが一般
に好ましい。適したポリイソシアナートは、モノマー性ジイソシアナートジフェ
ニルメタン異性体、ポリメチレンポリフェニルイソシアナート、４，４’−イソ
フェニルメタンジイソシアナートおよびその態種、トルエンジイソシアナート、
フェニルインダンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、イソホ
ロンジイソシアナート、２，２，４−トリメチレンヘキサメチレンジイソシアナ
ート、およびそれらのブレンドである。前記硬化性ポリウレタン形成性組成物は
さらに、慣例の添加剤、例えば、第三アミンのような触媒、抑泡剤、界面活性剤
、内部離型剤、染料、顔料、および難燃剤および分子篩を含むことができる。該
硬化性ポリウレタン形成性組成物はさらに、不導性充填剤、例えばアルミニウム
三水和物および炭酸カルシウムを含む。
【００３５】 ポリカーボネートのような高ＨＤＴ熱可塑性プラスチックからなる機能原型の
成形のための好ましい厚板材料は、エポキシ樹脂またはエポキシ−イソシアナー
ト樹脂をベースとする。適したエポキシ樹脂は、室温での低い粘度および平均で
分子当り１個以上のグリシジル基を有する。低粘度ビスフェノール−Ａ樹脂の混
合物、２，２−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ
）のアドバンスされていない（non-advanced）ポリグリシジルエーテル、２，２
’−ビス（３’，５’−ジブロモ−４’−ヒドロキシフェニル）メタン（テトラ
ブロモビスフェノールＡ），ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン（ビスフェ
ノールＦ），およびそれらのアドバンスされたノボラックが特に好ましい。上記
したような慣用の添加剤は該硬化性エポキシ組成物に混入されることができる。
樹脂混合物は、充填剤、特に不導性充填剤、例えばアルミニウム三水和物および
炭酸カルシウムの混入を可能とするために、十分低い粘度を有しなければならな
い。
【００３６】 前記エポキシ樹脂は、塩基性または酸性の硬化剤を使用して硬化されることが
できる。硬化剤は低い反応性を有し、そして室温で開始されることができる低い
発熱反応を生じるべきである。塩基性硬化剤の例は、ルイス塩基、第一および第
二アミン、例えばジエタノールアミン、エチル−およびメチルエタノールアミン
ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン、およびメチル−ｎ−プ
ロピルアミン、ピペリジン、およびピペラジン、環式脂肪族アミン、例えばイソ
ホロンジアミン、および芳香族第一アミン、例えばフェニレンジアミン、メチレ
ンジアニリン、およびジアミノジフェニルスルホン、およびアミド、例えばジシ
アンジアミドおよびアクリルアミドである。該酸性硬化剤は、カルボン酸無水物
、第二有機酸、フェノール、およびルイス酸である。好ましい硬化剤は、第一、
第二および第三アミンの混合物（触媒）である。無水物硬化剤は、ある適用のた
めに適しているけれども、硬化反応を開始するに少なくとも僅かな加熱を必要と
する傾向がある。硬化剤の十分量が、該エポキシ樹脂成分を完全に硬化するため
に添加される。
【００３７】 前記ポリウレタンベースの厚板は、イソシアナートプレミックスをポリオール
成分と化合させることにより作製される。得られた混合物をブロックモールド中
に射出して硬化する。好ましくは、該硬化工程の間に加熱は付加されない。得ら
れた硬化ブロックはその後、後硬化アニールを受ける。前記エポキシベースの厚
板は、樹脂成分および硬化剤成分を混合し、そしてその後ブロック中に射出して
硬化することにおいて類似して生成される。硬化サイクルの温度は選択した硬化
剤に依存する。好ましくは、過熱は付加されず、また僅かな熱のみが硬化反応に
より発生される。得られた硬化したエポキシベースのブロックはまた後硬化アニ
ールを受ける。
【００３８】 本発明における使用のためのポリマー性モールドは好ましくは、高速ＣＮＣ機
械加工装置を使用して形成される。高速機械加工は、必要ではないけれども、原
型作製操作における大変な時間圧縮を与える好ましい工程である。該ＣＮＣ機械
加工装置は、切断装置を制御するコンピューターを用いる。該切断装置は、硬化
したポリマー性厚板から材料を削り、切断し、掘り出し、穴あけし、そして除去
する。該切断装置は、該硬化したポリマー性厚板から材料を除去して、その中に
上記したＣＡＤ設計に基づいて所望の最終成形品の反転像を作製する。好ましい
ＣＮＣ機械加工装置は精密かつ反復可能で、適した表面仕上げおよび寸法要求を
伴う均一な結果を与えるべきである。該好ましい機械加工装置は、材料を該硬化
したポリマー性厚板から分当り５０８ｃｍ（２００インチ）より大きく“荒削り
（rough）”除去することができる。
【００３９】 得られたポリマー性モールドの性能を向上させるために、金属性支持体を該モ
ールドの背面に取り付けて良い。該金属性支持体は、該ポリマー性モールドが時
間のより長い期間の間およびより多くのサイクルの間、射出成形の力および応力
に耐えることを可能にする。適したフレームまたは支持体が、所望の成形プレス
中への模型化合物の取付および固定を与えるために必要とされる。このフレーム
はまた、自動または半自動作製を可能にする機能詳細（即ち、突出し）の固定の
ためにも備えられる。
【００４０】 前記射出成形系の温度および圧力は成形される材料の種類に依存する。成形さ
れるために選択した材料は、均一な溶融マスを作製するために十分な温度に加熱
されなければならない。慣用の成形材料を融解するに必要とされる温度は、約１
７７℃（３５０°Ｆ）ないし約３１６℃（６００°Ｆ）の範囲である。加えて溶
融マスは、該モールド中に溶融マスを押込むに十分な圧力を受けなければならな
い。典型的に、射出成形系内の圧力は１３７．９ＭＰａ（２０，０００ｐｓｉ（
可塑圧））に達する。 カバーおよびエジェクタの機械加工は、インサートのスカーリング（squaring
）および該インサートの保持装置への固定で始まる。該保持装置は、高速機械加
工中心への素早く反復可能な据付を可能にする。ブリッジポート（bridgeport）
のスカーリングおよび生成は固体カーバイド末端ミル（solid carbide end mill
）およびＨＳＳでの穴あけ、ねじ立ておよびリーマー仕上げで達成される。スピ
ンドル速度はツールの種類および条件に基づいて変化する。送り速度は２５４ｃ
ｍ（１００インチ）／分までであることができる。真空型集塵機が推奨され、ポ
ータブル系の使用を通して利用できる。
【００４１】 カッターパッシング（pathing）において定義されるような高速ＣＮＣ機械加
工整備パラメーターは、作製物幾何形状によって必要とされるようなツール整備
を可能とする。好ましいツーリングはドラフトについて側面当り１と１／２°の
テーパーを有する固体カーバイトボールノーズド末端ミル（solid carbide ball
nosed end mill）である。スピンドル速度は一般に、粗削りについて分当り６
０００ないし１０，０００回転、また仕上げについて１５，０００である。粗削
りについてのテーブル送り速度は、３／４のボールでの５／３２の深さの切れ目
で、分当り５０８ｃｍ（２４０インチ）である。仕上げの送り速度は、表面デー
タを翻訳するための機械加工言語アーキテクチャーの能力に依存する。図１（ａ
）および１（ｂ）において図示される部材について、カッター磨耗は無視でき、
一方、０．０１５ｃｍ（０．００６インチ）のストップオーバー（stopover）を
使用し、３Ｄドライブ曲線機械加工経路プログラミングを利用する３／３２直径
カッターで優良な表面性質を与える。
【００４２】 好ましいＣＮＣ機械加工中心は、下側ドラフト真空系を有する密閉キャビネッ
ト設計を有して、作業者の暴露および清掃を最小にする。 インサートは、ＣＮＣ作業の間に、ポケットを有するフレーム中への容易な据
付を可能とするように寸法決定される。一般に、インサートは該ポケット寸法よ
り小さく０．００２５ないし０．００５ｃｍ（０．００１ないし０．００２イン
チ）である。ツール圧縮またはプレロードもまた、型割線で全部で０．００２５
ないし０．００５ｃｍ（０．００１ないし０．００２インチ）を可能とするよう
に、本操作の間に決定される。型割線は軽減されない。しかしながら、ベントは
必要により加えられることができる。
【００４３】 ゲート付けは、目的とする部材樹脂に基づく樹脂製造者の指針に従うべきであ
り、モールド流れ技術は適当なゲート付け位置を定める助けとなる。 機械加工されたインサートは、機械加工中心から除去され、清浄にされ、そし
てバリ取りされる。第二手仕上げは、十分な管理がプログラミングおよび機械加
工の作業の間になされているならば、必要とされない。 表面は、所望により、平滑で完全に切り傷の無い仕上げにまで研かれることが
できる。表面模様付けは可能であり、またモールド密閉が推薦される。
【００４４】 完成したインサートは支持フレームに固定され、そして適当な大きさのエジェ
クタピンが取り付けられる。完成したモールドツールは今や成形作業のための準
備ができている。成形プレス整備および成形技術は型割線完全性に対する鍵であ
る。クランプ力は該ツールの過剰な圧縮を避けるために最小限にされるべきであ
る。射出の圧力および温度は成形作業内で相互作用し、成形の間の内部部分圧応
力を最小にするように注意が払われなければならない。圧力および温度は、樹脂
製造者の指針に従いつつ、許容可能な製品性能を与えるに十分でなければならな
い。部材突出しは、目的とする樹脂の熱撓み温度未満で行われるべきである。
【００４５】 冷却は、前記モールドの表面上へ空気を向けることによって達成される。サイ
クル時間は、選択した樹脂の融点およびツール表面温度を許容可能な水準に減じ
るに必要とされるモールド開放時間の量によって指定される。
【００４６】 図２において図示される部材のための操作条件の例
【表１】 * 充填およびパックの圧力は可塑圧近似である。# 近似ツール温度はエジェクタ側のゲートに最も近い点で測定した。
【００４７】 ツールの予熱は必要でない。しかしながら、ツールの寿命および完全性は、ツ
ールがツール表面について６５．６℃（１５０°Ｆ）より高く作業される場合、
犠牲にされる。 ピックアップ（pick-up）が、部材保持における助けとなるためにエジェクタ
側に付加されることができる。チップアウト（chip-out）を避けるためにそれら
を型割線から十分離れて位置付けするように注意が払われなければならない（少
数のより浅いピックアップが好ましい。）。
【００４８】 実施例 １．エポキシ厚板材料Ｃ１の製造 以下のエポキシ樹脂Ａ１を配合した。
【表２】 以下の硬化剤Ｂ１を配合した。
【表３】 1 低粘度ビス−Ａ樹脂は、１７８〜１９６ｇ／当量のエポキシ当量（ＥＥＷ）
を有するＧＹ６００４として、アメリカ合衆国のチバ・スペシャルティ・ケミカ
ルズ・コーポレイションから入手可能である。2 多官能性エポキシノボラック樹脂は、１７６〜１８１ｇ／当量のＥＥＷを有
しかつ多官能性３．６のＥＰＮ１１３８として、アメリカ合衆国のチバ・スペシ
ャルティ・ケミカルズ・コーポレイションから入手可能である。3 反応性希釈剤は、ＲＤ−２（１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル
）として、アメリカ合衆国のチバ・スペシャルティ・ケミカルズ・コーポレイシ
ョンから入手可能である。4 イソホロンジアミンは、ＩＰＤとしてフルス・アメリカから入手可能である
。5 エタキュア１００は、アメリカ合衆国のアルベマール・コーポレイションか
ら入手可能である。エタキュア１００とＥＰＮ１１３８との付加物は、エタキュ
ア１００・８５重量％とＥＰＮ１１３８・１５重量％との比率で二つを反応させ
ることによって生成した。6 ＭＸＤＡメタキシレンジアミンは、ＭＸＤＡとしてアメリカ合衆国のミツビ
シ・ケミカルから入手可能である。7 ジエチレントリアミンＤＥＴＡは、アメリカ合衆国のユニオン・カーバイド
・コーポレイションから入手可能である。8 ビスフェノール−Ａは、パラビスとしてアメリカ合衆国のチバ・スペシャル
ティ・ケミカルズ・コーポレイションから入手可能である。 配合物Ｃ１を以下のように生成した。
【表４】 9 アルミニウム三水和物ＡＴＨ充填剤は、ＤＴ・Ｏ８２としてアメリカ合衆国
のチバ・スペシャルティ・ケミカルズ・コーポレイションから入手可能である。10 アンチフォームＡは、アメリカ合衆国のダウ−コーニング・コーポレイショ
ンから入手可能である。 始めに、樹脂および硬化剤をハンドミキサーを使用し容器中で混合した。アン
チフォームＡを添加し、そして良く混合した。その後、充填剤を徐々に混合し添
加した。該混合物を脱気し、そしてその後１８・１８・１３ｃｍ（７”×７”×
５”）の不導性モールド中に注型した。該モールドを５５２ｋＰａ（８０ｐｓｉ
）で２４時間、２５℃の室温で圧力容器中に置いた。その後室温でさらに２４時
間硬化した。ブロックを型から取出し、そして８時間中に１５０℃に徐々に加熱
し、そして１５０℃で４時間後硬化し、そして徐々に冷却した。得られた厚板材
料を熱的および機械的特性について試験した。
【表５】
【００４９】 １．エポキシ厚板材料Ｃ２の製造 配合物Ｃ２を以下のように生成した。
【表６】 11 アルミニウム粉末充填剤は、ＲＰ３４としてアメリカ合衆国のチバ・スペシ
ャルティ・ケミカルズ・コーポレイションから入手可能である。 始めに、樹脂および硬化剤をハンドミキサーを使用し容器中で混合した。アン
チフォームＡを添加し、そして良く混合した。その後、充填剤を徐々に混合し添
加した。該混合物を脱気し、そしてその後１８・１８・１３ｃｍ（７”×７”×
５”）の不導性モールド中に注型した。該モールドを５５２ｋＰａ（８０ｐｓｉ
）で２４時間、２５℃の室温で圧力容器中に置いた。その後、室温でさらに２４
時間さらに硬化した。ブロックを型から取出し、そして８時間中に１５０℃に徐
々に加熱し、そして１５０℃で４時間後硬化し、そして徐々に冷却した。得られ
た厚板材料を熱的および機械的特性について試験した。
【表７】
【００５０】 １．ポリウレタン厚板材料Ｃ３の製造 以下のイソシアナート樹脂Ａ３および硬化剤Ｂ３を、ポリウレタン硬化厚板材
料Ｃ３を製造するために使用した。
【表８】 12 ルビナート１６８０は、ＩＣＩアメリカズから入手可能である。13 ポリオールはオリン・コーポレイションから入手可能である。14 湿潤剤は、バイクヘミＵＳＡから入手可能である。15 ＣａＣＯ3充填剤は、ポーラー・ミネラルズ・インコーポレイテッドから入
手可能である。16 ＭＤＥＡは、ユニオン・カーバイドから入手可能である。17 分子篩は、ゼオケム・コーポレイションから入手可能である。
【表９】 厚板を金属性モールド中で配合物Ｃ３から硬化した。硬化した厚板を７０℃で
１０時間後硬化した。厚板Ｃ３の特性は以下のようであった。
【表１０】
【００５１】 １．エポキシ厚板材料Ｃ４の製造 以下のエポキシ樹脂Ａ４を配合した。
【表１１】 以下の硬化剤Ｂ４を配合した。
【表１２】 18 標準ビス−Ａ樹脂は、１８２〜１９２ｇ／当量のエポキシ当量（ＥＥＷ）を
有するＧＹ６０１０として、アメリカ合衆国のチバ・スペシャルティ・ケミカル
ズ・コーポレイションから入手可能である。19 多官能性エポキシ樹脂は、１０９〜１１５ｇ／当量のＥＥＷを有するテトラ
官能性エポキシであるＭＹ７２１が、アメリカ合衆国のチバ・スペシャルティ・
ケミカルズ・コーポレイションから入手可能である。20 無水物硬化剤は、アメリカ合衆国のロンザ・インコーポレイテッドから入手
可能である。 配合物Ｃ４を以下のように生成した。
【表１３】 21 ＥＭＩ−２４および同様なイミダゾール触媒は、アメリカ合衆国のエア・プ
ロダクツから入手可能である。 始めに、樹脂および硬化剤を混合した。充填剤を徐々に混合し添加した。触媒
を添加し、そして良く混合した。該混合物を脱気し、そしてその後２０・８・５
ｃｍ（８”×３”×２”）の不導性モールド中に注型した。その後６０℃で２４
時間硬化した。その後１２１℃に徐々に加熱し、そして４時間硬化した。その後
１５０℃に徐々に加熱し、そして４時間硬化し、そして徐々に冷却した。得られ
た厚板材料は優秀な熱的および機械的特性を有していた。
【表１４】
【００５２】 １．エポキシ厚板材料Ｃ５の製造 以下のエポキシ樹脂Ａ４を配合した。
【表１５】 以下の硬化剤Ｂ５を配合した。
【表１６】 22 ＮＭＡ無水物硬化剤は、ＨＹ９０６としてアメリカ合衆国のチバ・スペシャ
ルティ・ケミカルズ・コーポレイションから入手可能である。 配合物Ｃ５を以下のように生成した。
【表１７】 始めに、樹脂および硬化剤を混合した。その後充填剤を徐々に混合し添加した
。触媒を添加し、そして良く混合した。該混合物を脱気し、そしてその後３０・
３０・１３ｃｍ（１２”×１２”×５”）の不導性モールド中に注型した。その
後６０℃で４８時間硬化した。その後２１８℃に徐々に加熱し、そして２１８℃
で１２時間後硬化し、そして徐々に冷却した。得られた厚板材料は優秀な熱的、
機械的および機械加工的特性を有していた。機械加工した該原型を試験し、そし
て射出モールドを製造するために十分であることを見出した。
【００５３】 １．エポキシ／ポリウレタンモールドの製造 前記厚板材料Ｃ１およびＣ２を１８・１８・５ｃｍ（７”×７”×２”）の試
験片に機械加工切断し、そしてＣＡＤ模型において表される斜視図である、図１
（ａ）および１（ｂ）において図示される形状に機械加工した。コア（図１（ａ
））およびキャビティ（図１（ｂ））をその後密封し、そして適したフレームに
取り付け、製品を成形した。
【００５４】 ２．ポリプロピレン、ＡＢＳおよび／またはポリカーボネート原型を製造するた
めのエポキシ厚板の使用 Ｃ１、Ｃ２およびＣ５として上記したエポキシ化合物から製造し図２において
上記した製品を反映するツールを、ジェネラル・エレクトリック・レザンR１４
１クリアーを使用し、２５０ピース以上の量まで以下の設定で成形した。
【表１８】 Ｃ１として上記したエポキシ化合物から製造し、かつ図２において上記した製
品を反映するツールを、ジェネラル・エレクトリック・サイコラックR（ＡＢＳ
）ＧＤＴ６４００で、３０ピース以上の量まで以下の設定で成形した。
【表１９】 Ｃ１として上記したエポキシ化合物から製造し、かつ図２において上記した製
品を反映するツールを、シュルマン・ポリプロピレン２２６８において、３０ピ
ース以上の量まで以下の設定で成形した。
【表２０】
【００５５】 ３．ポリプロピレンおよび／またはＡＢＳ原型を製造するためのポリウレタン厚
板の使用 Ｃ３として上記したポリウレタン化合物から製造し、かつ図２において上記し
た製品を反映するツールを、ジェネラル・エレクトリック・サイコラックR（Ａ
ＢＳ）ＧＤＴ６４００を使用し、３０ピース以上の量まで以下の設定で成形した
。
【表２１】 Ｃ３として上記したポリウレタン化合物から製造し、かつ図において上記した
製品を反映するツールを、シュルマン・ポリプロピレン−２２６８において、３
０ピース以上の量まで以下の設定で成形した。
【表２２】
【００５６】 本発明を詳細にかつその特別な態様を引用して記載してきたけれども、数多く
の改良および変更が添付した請求項によって定義される本発明の思想および範囲
から外れることなく可能であることは、当業者により認識される。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】 図１（ａ）は、ＣＡＤ模型からのコア（エジェクタ）イ
ンサートを表す斜視図である。
【図１（ｂ）】 図１（ｂ）は、ＣＡＤ模型からのカバー（キャビティ）
インサートを表す斜視図である。
【図２】 図２は、成形された原型およびランナーの斜視図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月１６日（２０００．３．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フィリピーク ケネス ロバート アメリカ合衆国 ミシガン 49460 ウエ スト オリーブ バルドウイン ストリー ト 15458 (72)発明者 シュワルティング デビッド ダグラス アメリカ合衆国 ミシガン 49423 ホラ ンド グラーフスシャップ ロード 580 Ｆターム(参考） 4F202 AA11 AA13 AA28 AJ03 CA30 CD01 CD28 CD30

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モールドの製造方法であって、 熱可塑性成形材料の溶融温度より低いガラス転移温度を有する少なくとも一つの
    ポリマー性厚板材料を用意し、そして 該ポリマー性厚板材料の少なくとも一部を除去して、コンピューター援用設計に
    従って、成形される所望の成形品の反転像を形成する ことからなる方法。
  2. 【請求項２】 モールドの製造方法であって、 少なくとも一つのポリマー性厚板材料を用意し、そして コンピューター援用設計に従って、ＣＮＣ機械加工により該ポリマー性厚板材料
    の少なくとも一部を除去して、成形される所望の成形品の反転像を形成する ことからなる方法。
  3. 【請求項３】 前記ポリマー性厚板材料の少なくとも一部は高速ＣＮＣ機
    械加工装置を使用して除去される、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ポリマー性材料は、前記モールド中に射出される熱可
    塑性成形材料の溶融温度より低いガラス転移温度を有する、請求項２記載の方法
    。
  5. 【請求項５】 前記ポリマー性厚板材料は硬化したポリウレタン形成性組
    成物である、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ポリマー性厚板材料は硬化したポリウレタン形成性組
    成物である、請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記ポリマー性厚板材料は、平均で分子当り１個以上のグ
    リシジル基を有する少なくとも一つのエポキシ樹脂を含む硬化した混合物である
    、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ポリマー性厚板材料は、平均で分子当り１個以上のグ
    リシジル基を有する少なくとも一つのエポキシ樹脂を含む硬化した混合物である
    、請求項２記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記熱可塑性成形材料は、ポリプロピレン、アクリロニト
    リル−ブタジエン−スチレンコポリマーおよびポリカーボネートからなる群より
    選択される、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記熱可塑性成形材料は、ポリプロピレン、アクリロニ
    トリル−ブタジエン−スチレンコポリマーおよびポリカーボネートからなる群よ
    り選択される、請求項４記載の方法。
  11. 【請求項１１】 原型の製造方法であって、 選択したポリマー性成形材料の溶融温度より低いガラス転移温度を有する硬化し
    たポリマー性材料から作製されたモールドを用意し、そして 前記選択した溶融ポリマー性成形材料を、コンピューター援用設計に従って前記
    モールド内に形成されたキャビティ中に射出して前記原型を作製する ことからなる方法。
  12. 【請求項１２】 前記選択した溶融ポリマー性成形材料は、少なくとも約
    ８２７４ｋＰａ（１２００ｐｓｉ）可塑圧の圧力を受ける、請求項１１記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】 原型の製造方法であって、 硬化したポリマー性材料から作製したモールドを用意し、そして 選択した溶融成形材料を、ＣＮＣ機械加工により、コンピューター援用設計に従
    って、形成された前記モールド内のキャビティ中に射出して前記原型を作製する
    ことからなる方法。
  14. 【請求項１４】 前記選択した溶融ポリマー性成形材料は、少なくとも約
    ８２７４ｋＰａ（１２００ｐｓｉ）可塑圧の圧力下で前記モールド中に射出およ
    びパックされる、請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１１記載の方法から得られた原型。
  16. 【請求項１６】 請求項１３記載の方法から得られた原型。
  17. 【請求項１７】 選択したポリマー性材料から造られる最終成形品の機能
    原型の製造方法であって、 選択したポリマー性成形材料の溶融温度より低いガラス転移温度を有する硬化し
    たポリマー性材料から作製されたモールドを用意し、そして 前記最終成形品のための選択したポリマー性材料に実質的に同一である前記選択
    した溶融ポリマー性成形材料を、コンピューター援用設計に従って前記モールド
    内に形成されたキャビティ中に射出する ことからなる方法。
  18. 【請求項１８】 前記選択した溶融ポリマー性成形材料は、少なくとも約
    ８２７４ｋＰａ（１２００ｐｓｉ）可塑圧の圧力下で前記モールド中に射出およ
    びパックされる、請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 選択したポリマー性材料から造られる最終成形品の機能
    原型の製造方法であって、 硬化したポリマー性材料から作製されたモールドを用意し、そして 前記最終成形品のための選択したポリマー性材料に実質的に同一である選択した
    溶融ポリマー性成形材料を、ＣＮＣ機械加工により、コンピューター援用設計に
    従って、前記モールド内に形成されたキャビティ中に射出して前記原型を作製す
    る ことからなる方法。
  20. 【請求項２０】 前記選択した溶融ポリマー性成形材料は、少なくとも約
    ８２７４ｋＰａ（１２００ｐｓｉ）可塑圧の圧力を受ける、請求項１９記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 請求項１７記載の方法から得られた機能原型。
  22. 【請求項２２】 請求項１９記載の方法から得られた機能原型。
  23. 【請求項２３】 平均で分子あたり１個以上のグリシジル基を有する少な
    くとも一つのエポキシ樹脂、エポキシ−イソシアナート組成物またはポリウレタ
    ン形成性組成物を含む硬化したポリマー性材料から作製された、請求項１記載の
    原型を製造するためのポリマー性モールド。
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