JP2009241595A - 成形型及び成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】成形型20によれば、液体と粒子とを含み自己硬化性を有する成形用原料を注入すると、成形用原料が開気孔32に導入されてしまうのを、成形面23,25から深さLまで形成された樹脂層33により防止しつつ、成形用原料及び成形体に含まれる分散媒から揮発する気体は、開気孔32から外部空間へ通過させる。この開気孔32は、粒子の平均粒径以下である、1.0×10-7〜1.0×10-6mの平均気孔径を有している。この樹脂層33は、毛管現象による液体の浸透モデルを元に深さLまで形成されている。このように、成形型内で十分に硬化反応の進行と、分散媒の揮発とを同時に実行可能であり、熱処理などを行うことにより硬化反応、分散媒の揮発のどちらか一方を主として実行可能でもある。
【選択図】図1
Description
液体と粒子とを含み流動性のある自己硬化性を有する成形用原料を注入して所定形状の成形体を成形する成形型であって、
前記成形用原料と接触し該成形用原料を前記成形体の形状とする成形面と外部空間とを連通する開気孔と、
前記成形面から前記開気孔の深さ方向に所定範囲で該開気孔を塞がずに形成される樹脂層と、
を備えたものである。
所定形状の成形体の製造方法であって、
液体と粒子とを含み流動性のある自己硬化性を有する成形用原料を調製する調製工程と、
上述したいずれか1つに記載の成形型へ前記調製した成形用原料を注入し前記所定形状の成形体を成形する成形工程と、
硬化した成形体を前記成形型から離型する離型工程と
を含むものである。
開気孔のない金属(ジュラルミン)を加工して成形面を設け、図1に示すような成形体形成部を形成した成形型を作製し、この成形面の表面に接触角θが85°のフッ素樹脂を塗布し、乾燥させ深さLが0mの樹脂層(表面のみのコート)を形成した。接触角θは、ジュラルミンA7075(表面粗さRa=5.0×10-1μm)の表面に樹脂層を形成し、成形用原料を10μL滴下し、接触角測定機を用いて計測を行いこの計測を3回行った平均値として求めた。これを実験例1の成形型とした。なお、表面粗さRaは、中心線平均粗さともいい、JIS−B0601に基づいて求めた。成形用原料は、粒子をアルミナ粒子(平均粒径が5.0×10-7m)、分散媒として有機2塩基酸エステルを用い、ゲル化剤としてイソシアネート、ポリオールを用い、更に、分散剤、触媒を添加することで、その粘度を1Pa・sに調整した。粒子の平均粒径は、粒子(屈折率1.7)を分散媒(屈折率1.4)に分散させ、レーザー回折/散乱式粒度分布測定器を用いて測定した。測定はバッチセル方式で行い、透過率は約80%となるように粒子量を調整した。測定結果は5.00×10-8〜2.62×10-4mを64分割(分割幅は1.00×10-8〜3.33×10-5m)した頻度分布、累積分布、メディアン径(D50)、90%粒径を出力した。平均粒径の測定は、同様の粒子に対して3回行い、メディアン径の平均値として求めた。この成形用原料の表面張力γは、2.0×10-2(N/m)であった。粒子の平均粒径は、メディアン径(D50)として求めた。この調製した成形用原料を実験例1の成形型に、注入する際の圧力Pを1.0×104Paで注入し、50℃で、硬化時間60分、120分、180分の3パターンについて各12個のサンプルを作製した。各々の硬化時間の経過後に離型し、各成形体の状態を実体顕微鏡により観察した。その結果を表1に示す。この表1には、基材と、樹脂層の接触角(°)、樹脂深さL(m)、各硬化時間における、サンプル数に対する良品の評価値を示し、後述する実験例2〜15についての実験結果も示した。なお、良品の評価値は、離型後の成形体の歩留まりが90%以上を「○」、90%未満を「×」として評価した。
開気孔を有する多孔質金属を加工して成形面を設け成形型を作製し、この成形面の表面に接触角θが85°のフッ素樹脂をスプレーにより塗布し、乾燥させ樹脂層の深さLが5.0×10-5mまで形成した以外は、実験例1と同様の処理を行い、実験例2の成形型を作製し、これを用いて実験例1と同様に成形体を作製した。開気孔の平均気孔径Dは、樹脂層を形成する前の成形型について、水銀ポロシメータにより水銀圧入法で測定した。対象とするサンプルを直径8.0×10-3m、厚さ2.0×10-2m形状のサンプルに加工し、前処理(5分間の真空引き)を行う。前処理の終わったサンプルを測定器にセットし常温で大気圧から60000psiまで20psi刻みで測定し、メディアン径(D50)を得た。同様の測定を5サンプルに対して行い、その平均値を求めた。その結果、平均気孔径Dは、2.0×10-7m(平均気孔半径rが1.0×10-7m)であった。また、樹脂層の深さLは、SEMにより倍率100倍で画像を取得し縦7.5×10-4m、横1.0×10-3mのサイズの画像を対象にして行った。対象領域の異なる5ヶ所で画像を取得し各画像から無作為に2点を測定し計10点に対して測定しその平均値を平均気孔径Dとした。また、実験例2は、曲路率fが3であった。この曲路率fは、所定の単位長さの試験片の外周をシールし水を浸透させ深さLを浸透するのに必要な理論時間Tcと、実測時間Tmとの比である、Tm/Tcを求め、これを曲路率fとした。
樹脂溶液を塗布することにより、樹脂層をそれぞれ深さ1.5×10-4m、1.8×10-4m、2.1×10-4mまで形成した以外は、実験例2と同様の処理を行い、それぞれを実験例3〜5とする成形型を作製した。実験例3〜5は、平均気孔径Dが2.0×10-7m(平均気孔半径rが1.0×10-7m)、曲路率fが3であった。これらを用いて実験例1と同様に成形体を作製した。
成形面の表面に接触角θが75°のフッ素樹脂をスプレーにより塗布し、乾燥させ樹脂層を形成した以外は実験例1と同様の工程を行い実験例6の成形型を作製した。これを用いて実験例1と同様に成形体を作製した。
開気孔を有する部材を加工して成形面を設け成形型を作製し、この成形面の表面に接触角θが75°のフッ素樹脂をスプレーにより塗布し、乾燥させ樹脂層の深さLが1.0×10-4mまで形成した以外は、実験例1と同様の処理を行い、実験例7の成形型を作製した。また、樹脂層をそれぞれ深さ2.0×10-4m、2.5×10-4m、3.0×10-4mまで形成した以外は、実験例7と同様の処理を行い、それぞれを実験例8〜10とする成形型を作製した。実験例7〜10は、平均気孔径Dが2.0×10-7m(平均気孔半径rが1.0×10-7m)、曲路率fが3であった。これらを用いて実験例1と同様に成形体を作製した。
成形面の表面に接触角θが65°のフッ素樹脂をスプレーにより塗布し、乾燥させ樹脂層を形成した以外は実験例1と同様の工程を行い実験例6の成形型を作製した。これを用いて実験例1と同様に成形体を作製した。
開気孔を有する多孔質金属を加工して成形面を設け成形型を作製し、この成形面の表面に接触角θが65°のフッ素樹脂をスプレーにより塗布し、乾燥させ樹脂層の深さLが1.5×10-4mまで形成した以外は、実験例1と同様の処理を行い、実験例12の成形型を作製した。また、樹脂層をそれぞれ深さ3.0×10-4m、3.5×10-4m、4.0×10-4mまで形成した以外は、実験例12と同様の処理を行い、それぞれを実験例13〜15とする成形型を作製した。実験例12〜15は、平均気孔径Dが2.0×10-7m(平均気孔半径rが1.0×10-7m)、曲路率fが3であった。これらを用いて実験例1と同様に成形体を作製した。
気孔率が0%である、開気孔のない金属(ジュラルミン)を加工して成形面を設け成形型を作製し、この成形面の表面に接触角θが85°のフッ素樹脂をスプレーにより塗布し、乾燥させ樹脂層を形成した実験例16の成形型を作製した。これを用いて硬化時間90分で実験例1と同様に成形体を作製し、成形体を成形型から離型し、成形用原料重量S(g)、成形用原料中の分散媒重量Sa(g)、離型後の成形体重量M(g)として、式(5)を用いて分散媒の揮発量R(重量%)を求めた。この実験結果を表2に示す。この表2には、基材と、樹脂層の接触角(°)、樹脂深さL(m)、気孔率(%)、硬化90分時の分散媒の揮発量R(重量%)、サンプル数に対する良品の評価値、及び不良要因を示し、後述する実験例17〜28についての実験結果も示した。なお、良品の評価値は、離型後の成形体の歩留まりが90%以上を「○」、30%以上90%未満を「△」、30%未満を「×」として評価した。
揮発量R(重量%)=(S−M)/Sa×100…式(5)
気孔率が3.0%、10%、15%、25%、35%、50%である開気孔を有する多孔質金属を加工して成形面を設け成形型を作製し、この成形面の表面に接触角θが85°のフッ素樹脂をスプレーにより塗布し、乾燥させ樹脂層の深さLを2.0×10-4mまで形成し、それぞれを実験例17〜22とする成形型を作製した。実験例17〜22は、平均気孔径Dが4.0×10-7m(平均気孔半径rが2.0×10-7m)、曲路率fが3であった。これらを用いて実験例16と同様に成形体を作製して分散媒の揮発量Rなどを評価した。
気孔率が3.0%、10%、15%、25%、35%、50%である開気孔を有する多孔質金属を加工して成形面を設け成形型を作製し、この成形面の表面に接触角θが85°のフッ素樹脂をスプレーにより塗布し、乾燥させ樹脂層の深さLを4.0×10-4mまで形成し、それぞれを実験例23〜28とする成形型を作製した。実験例23〜28は、平均気孔径Dが4.0×10-7m(平均気孔半径rが2.0×10-7m)、曲路率fが3であった。これらを用いて実験例16と同様に成形体を作製して分散媒の揮発量Rなどを評価した。
実験例1〜15の実験結果を表1に示し、実験例16〜29の実験結果を表2に示す。表1に示すように、実験例1,6,11では、いずれの硬化時間でも離型時の歩留まりが悪かった。また、実験例2,7,12では、樹脂層が浅く、成形体の表面が粗かったり、成形型の開気孔に詰まった残渣が取れにくかった。これに対し、実験例3〜5,8〜10,13〜15は、短時間で成形体が硬化し、且つ離型しやすい良好な結果が得られた。実験例4の180分、実験例10の60分及び120分、実験例14の60分、実験例15の180分では、ハンドリングミスによる不良品が発生した。なお、上述した式(4)〜(6)でt=300sとして算出した深さL、Lmax、Lmin、の値は、それぞれ接触角85°では、1.8×10-4,2.4×10-4,1.2×10-4mであり、接触角75°では、2.9×10-4,3.9×10-4,1.9×10-4mであり、接触角65°では、3.7×10-4,4.9×10-4,2.4×10-4mであった。また、表2に示すように、樹脂層の深さLが2.0×10-4m及び4.0×10-4mでは、気孔率10%〜25%の成形型が成形体に含まれる分散媒の揮発性が良好で、且つ良品率が高かった。気孔率、即ち、開気孔の面積割合が10〜25%では、成形体の表面が良好であり、25%を超えると成形体の表面が粗くなることがわかった。なお、樹脂層の深さLが4.0×10-4mであるものについては、成形体が脆弱であったため、成形型の裏側からエアを供給して成形体を離型した。この際、実験例25〜27では、ハンドリングミスにより不良品が発生した。実験例24〜28では、気孔率25%までは大きく分散媒揮発量が増加しないが、これは、部分的に樹脂層が開気孔を閉塞していることなどが考えられる。また、実験例24では、エアの供給による離型を試みたが、成形型の気孔率が低く十分に加圧できず、失敗した。樹脂層の深さLが浅いと樹脂層に被覆されていない領域と成形体のスラリーとが接触して密着してしまい、それによって局所的な離型性が低下し、表面が粗くなると共に、密着した残渣を除去できず、成形型の寿命が短くなることがわかった。このように、開気孔があり、樹脂層が所定深さまで形成されているものでは、成形体に含まれる分散媒の揮発が促進され、かつ離型性が高く、良好な成形体が得られることがわかった。
Claims (14)
- 液体と粒子とを含み流動性のある自己硬化性を有する成形用原料を注入して所定形状の成形体を成形する成形型であって、
前記成形用原料と接触し該成形用原料を前記成形体の形状とする成形面と外部空間とを連通する開気孔と、
前記成形面から前記開気孔の深さ方向に所定範囲で該開気孔を塞がずに形成される樹脂層と、
を備えた成形型。 - 前記樹脂層は、樹脂を溶媒に溶解させた樹脂溶解液を浸漬することにより形成されており、前記開気孔の平均気孔径D(m)、前記樹脂溶解液が揮発する時間td(s)、前記成形用原料が流動性を失うまでの時間ts(s)、外気中の前記樹脂溶解液の液体の表面張力γd(N/m)、外気中の前記成形用原料の液体の表面張力γs(N/m)、前記成形面と前記樹脂溶解液との接触角θd(°)、前記成形面と前記成形用原料との接触角θs(°)、前記樹脂溶解液の粘度ηd(Pa・s)、前記成形用原料の粘度ηs(Pa・s)、前記成形用原料を前記成形型に注入する際の圧力P(Pa)、被覆される前記樹脂層の厚さh(m)としたとき、該樹脂層が前記成形用原料との間で次式(1)を満たすよう形成されている、請求項1に記載の成形型。
- 前記樹脂層は、部材粒子の表面を前記樹脂で被覆することにより形成されており、
前記成形型は、前記成形体の形状とする成形面を形成するように部材粒子を成形して形成されており、前記開気孔の曲路率f、前記開気孔の平均気孔径D(m)、前記成形用原料が流動性を失うまでの時間t(s)、外気中の前記成形用原料の液体の表面張力γ(N/m)、前記成形面と前記成形用原料との接触角θ(°)、前記成形用原料の粘度η(Pa・s)、前記成形用原料を前記成形型に注入する際の圧力P(Pa)とし、接触角θが0°以上90°未満のとき、前記所定範囲として、前記成形面から次式(2)で表される深さまで前記部材粒子により構成されている、請求項1に記載の成形型。
- 前記樹脂層は、前記接触角θが65°以上85°以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の成形型。
- 前記開気孔は、平均気孔径D(m)が1.0×10-7m以上1.0×10-6m以下に形成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の成形型。
- 前記開気孔は、前記平均気孔径D(m)が前記成形用原料に含まれる粒子の平均粒径φ(m)に対してφ≧Dを満たすよう形成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の成形型。
- 前記樹脂層は、フッ素樹脂、フッ素樹脂の変性物、シリコン樹脂及びシリコン樹脂の変性物から成る群より選ばれた1種又は2種以上により形成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の成形型。
- 所定形状の成形体の製造方法であって、
液体と粒子とを含み流動性のある自己硬化性を有する成形用原料を調製する調製工程と、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の成形型へ前記調製した成形用原料を注入し前記所定形状の成形体を成形する成形工程と、
硬化した成形体を前記成形型から離型する離型工程と
を含む成形体の製造方法。 - 前記離型工程では、前記開気孔から流体を圧入し強制的に所定方向から離型させる、請求項9に記載の成形体の製造方法。
- 前記成形工程では、前記成形面における前記開気孔面積の異なる2以上の部材からなる前記成形型を用いて前記所定形状の成形体を成形し、
前記離型工程では、前記2以上の部材の成形面における開気孔面積の違いを利用して所定の順序で前記2以上の部材と前記成形体とを離型する、請求項9又は10に記載の成形体の製造方法。 - 請求項9〜11のいずれか1項に記載の成形体の製造方法であって、
前記成形工程の前に前記成形型の開気孔へ樹脂を含む液体を供給して前記開気孔へ前記樹脂層を形成させる樹脂層形成工程、を含む、成形体の製造方法。 - 前記成形型は、複数の部材からなり、
前記成形工程では、前記成形型へ前記成形用原料を注入し前記成形型の複数の部材を組み付けた状態で該成形型を所定の硬化温度として硬化反応を促進させる、請求項9〜12のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。 - 前記調製工程では、ウレタン反応により前記自己硬化する前記成形用原料を調製する、請求項9〜13のいずれか1項に記載の成形体の製造方法。
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- 2009-03-10 JP JP2009056661A patent/JP5601780B2/ja active Active
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