JP2011056962A

JP2011056962A - 木質型を用いた成形品の製造方法

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Publication number: JP2011056962A
Application number: JP2010241117A
Authority: JP
Inventors: shoji Morifuji; 昭二森藤
Original assignee: Fuji Pack System Ltd
Current assignee: Fuji Pack System Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: JP5210367B2

Abstract

【課題】繰り返し使用でき、精密機械加工が可能で、製造原価が安価な真空成形に使用する木質型を用いた成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】１）木質繊維材１０の型材本体部１１に、表側周縁に平面を維持した状態で、仕上げ代を残した窪み凹部１９の粗彫りを行い、２）粗彫りの上に第１の熱硬化性樹脂を塗布して硬化させ、３）硬化させた粗彫りの表面の仕上げ加工彫りを行い、４）この表面に第２の熱硬化性樹脂を塗布して表面を硬化させ、５）底板部１２の底部周囲に、周縁部２１、２２を形成してその内側に真空室２３を形成すると共に、窪み凹部１９と真空室２３を貫通する複数の真空孔２０を形成し、６）窪み凹部１９に離型促進樹脂をコーティングして製造した木質型の上に加熱した平面状の熱可塑性樹脂シート３３を配置し、真空室２３内を減圧し、窪み凹部１９に吸着させた後、熱可塑性樹脂シート３３を木質型によって降温させて成形品を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人工木に耐熱性、耐衝撃性、耐久性を備えた木質繊維材を用い、加熱した平面状の熱可塑性樹脂シートから凹凸を有する成形品を真空成形するのに使用する木質型を用いた成形品の製造方法に係り、特に、ＣＡＤやＣＡＭによる図面やプログラム作成後に、ＮＣ工作機による２軸又は３軸同時加工を行って形成できる木質型を用いた成形品の製造方法に関する。

例えば、スーパーやコンビニエンスストアなどが食料品を収納する容器は一般にシート状のプラスチックを真空成形することによって製造される。これらの真空成形に使用する型の材料としては、例えば、非特許文献１（Ｐ５２〜Ｐ５４）に記載のように、木型、石膏型、樹脂型、セラミック型、アルミ型、ＺＡＳ型などがあり、更には、木型については、例えば、特許文献１に、金型については、例えば特許文献２、非特許文献１（Ｐ６２〜Ｐ７５）などにおいてその詳細が記載されている。

特開平１１−４８２５６号公報特開２００２−２４０１４１号公報

安田陽一編「熱成形技術入門」、日報企画販売株式会社、２０００年９月１８発行

しかしながら、真空成形用の木型、石膏型、樹脂型は製造が容易である代わりに、寿命が短いので、繰り返し成形して大量の成形品を製造することは困難であった。
特に、真空成形用の木型は熱に弱く破損し易いことから、多品種少量生産用の型には一部使用されていたが、振動や衝撃に弱く、工作機械での精密加工は極めて困難であったため、職人による手彫り制作が殆どであった。なお、金型を使用すると金型の寿命は長いが、金型を製造するための型が必要となり、結果として製造コストが高いという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、繰り返し使用でき、しかも精密機械加工が可能で、製造原価が安価な真空成形に使用する木質型を用いた成形品の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る成形品の製造方法は、型材本体部とその底に封止用接着剤で接合され裏面が平滑となった底板部とを有する木質繊維材の前記型材本体部に、表面側からＮＣ加工を行って、表側周縁に平面を維持した状態で、成形品の仕上げ寸法より０．２〜０．６ｍｍの仕上げ代を残した窪み凹部（キャビティ）の粗彫りを行う第１工程と、前記粗彫りの上に第１の熱硬化性樹脂を塗布して樹脂硬化させる第２工程と、前記樹脂硬化させた粗彫りの表面を更にＮＣ加工して、前記型材本体部に前記窪み凹部の仕上げ加工彫りを行う第３工程と、前記仕上げ加工彫りの表面に第２の熱硬化性樹脂を塗布して少なくともその表面を硬化させる第４工程と、前記底板部の底部周囲に、底端面が平面となった周縁部を形成してその内側に真空室を形成すると共に、前記窪み凹部と前記真空室を貫通する直径が０．１〜１ｍｍ（なお、ドリルで形成する場合には０．５〜１ｍｍが好ましい）の複数の真空孔を形成する第５工程と、少なくとも前記窪み凹部に離型促進樹脂（例えば、シリコン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂）をコーティングする第６工程とを有して木質型を製造し、前記木質型の上に加熱した平面状の熱可塑性樹脂シートを配置し、前記真空室内を減圧し、前記窪み凹部に吸着させた後、前記熱可塑性樹脂シートを前記木質型によって降温させて製造する。
なお、窪み凹部には、内部に凹凸模様が存在する場合もある。

また、第２の発明に係る成形品の製造方法は、第１の発明に係る成形品の製造方法において、前記真空室は仕切り部材によって上下に第１室と第２室に分離され、前記仕切り部材には上下に貫通する連通孔が形成されている。

第３の発明に係る成形品の製造方法は、第１、第２の発明に係る成形品の製造方法において、前記第１、第２の熱硬化性樹脂は、２液混合型のウレタン樹脂（ポリウレタン樹脂も含む）である。なお、その他、熱硬化性樹脂としては、例えば、ユリア樹脂、メラニン・ユリア樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂などであってもよい。

第４の発明に係る成形品の製造方法は、第１〜第３の発明に係る成形品の製造方法において、前記木質繊維材は中質繊維ボード（ＭＤＦ）又は硬質繊維板（ハードボード）である。なお、中質繊維ボードにおいては、例えば密度０．４〜０．８、曲げ強度は１５０ｋｇ／ｃｍ²以上（より好ましくは３００ｋｇ／ｃｍ²以上）あるものを使用するのがよい。

また、第５の発明に係る成形品の製造方法は、第１〜第４の発明に係る成形品の製造方法において、１つの前記木質繊維材に対して複数の前記窪み凹部が形成されている。

請求項１〜５記載の成形品の製造方法は、木質型の主材料に木質繊維材を使用しているので、切削機の振動や衝撃に耐えることも可能であり、表面側からＮＣ加工を行って、直接かつ安価に必要とする型を製造できる。そして、成形用の熱可塑性樹脂シート（「樹脂シート」ともいう）が直接触れる部分には、熱硬化性樹脂で硬質化されているので、繰り返し使用しても型が磨耗することなく長期間使用できる。
また、樹脂シートが成形される型材本体部の底には底板部が封止用接着剤で固着されているので、型材本体部の内側表面に塗布する熱硬化性樹脂に浸透性の高いものを使用しても、樹脂が底板部に伝わることはない。
更に、従来の金型に比較して短納期、低コストの製造が可能となり、従来の真空成形用の樹脂型や木型に比較して、精度及び耐久性が向上したものを製造できる。

特に、請求項２記載の成形品の製造方法は、底板部に形成されている真空室は、仕切り部材によって上下に第１室と第２室に分離され、仕切り部材には上下に貫通する連通孔が形成されているので、より均一に真空成形を行うことができ、安定して樹脂製品の成形が可能となる。

請求項３記載の成形品の製造方法においては、第１、第２の熱硬化性樹脂は、２液混合型のウレタン樹脂であるので、木質繊維材に対して熱硬化性樹脂の浸透性が高く、より強度を有する木質型を提供できる。

請求項４記載の成形品の製造方法においては、木質繊維材は中質繊維ボード又は硬質繊維板であるので、安定して材料を得ることができる。

請求項５記載の成形品の製造方法においては、１つの木質繊維材に対して複数の窪み凹部が形成されているので、同時に複数の成形品の成形が可能となる。

（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る成形品の製造方法に使用する木質型の製造方法の説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る成形品の製造方法に使用する木質型の側断面図である。（Ａ）は同木質型の平面図、（Ｂ）は正断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第３の実施の形態に係る成形品の製造方法に使用する木質型の側端面図、平面図及び正端面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る成形品の製造方法に使用する木質型の製造方法について説明する。
図１（Ａ）に示すように、実際に真空成形によって製造しようとする凹凸を有する成形品（製品）の大きさより平面視して、例えば１０〜５０ｍｍ程度、縦横の幅が大きい木質繊維材の一例である木質繊維ボード１０を用意する。この木質繊維ボード１０は、成形品（例えば、食品パレット）の深さより十分に厚い型材本体部１１と、底板部１２とを有し、これらが封止用接着剤の一例であるアクリル系の接着剤を用いて接合されている。これによって、木質繊維ボード１０を浸透する液体（例えば、未硬化の熱硬化性樹脂液）などが底板部１２に浸入しないようになっている。

なお、封止用接着剤としては、耐熱性があってかつ上部から浸透する硬化前の液体状態の熱硬化性樹脂が下方に浸透するのを止めるものであれば、他の接着剤を使用してもよい。また、型材本体部１１は一枚の中質繊維ボード（ＭＤＦ）であるのが好ましいが、複数枚の中質繊維ボードを熱硬化性の接着剤で貼り付けたものであってもよい。底板部１２も例えば５〜３０ｍｍ厚の中質繊維ボードを使用している。型材本体部１１と底板部１２とはそれぞれ表裏面１３〜１６が平滑でかつ平行となっている。

次に、この木質繊維ボード１０の型材本体部１１の表面側からＮＣ加工を行って、表側周縁に平面を維持した状態で、仕上げ寸法より０．２〜０．６ｍｍの仕上げ代を残した窪み凹部の粗彫りを行う。図１（Ｂ）の１８は粗彫り面を示す。この粗彫り面１８の上に第１の熱硬化性樹脂の一例である２液混合型のウレタン樹脂を塗布する。このウレタン樹脂は塗布すれば発熱して硬化し、粗彫り面１８内に部分的に浸透して表面の硬化を行う。なお、ＮＣ加工には例えばＮＣフライス盤を使用する。

このウレタン樹脂の硬化後、粗彫り面１８を更にＮＣ加工して、型材本体部１１に窪み凹部１９の仕上げ加工彫りを行う。この仕上げ加工彫りは、粗彫り面１８が樹脂硬化されているので、精密加工が可能となる。なお、粗彫り面１８を樹脂硬化していないと、中質繊維ボードに対して直接切削加工を行うことになり、刃物の衝撃や振動等によって部分的に素材破損が生じ、刃物による精密加工ができない。
なお、型材本体部１１の表面１３が滑らかに平面である場合以外は、型材本体部１１の表面加工を行うが、この場合も、加工を施す前の表面１３に熱硬化性樹脂を浸透させておくのが好ましい。

そして、この仕上げ加工彫りの表面、即ち、窪み凹部１９に第２の熱硬化性樹脂の一例である２液混合型のウレタン樹脂を塗布して少なくともその表面を硬化させる。この場合も、型材本体部１１の底には封止用樹脂剤が塗布されているので、２液混合型のウレタン樹脂が底板部１２に滲み渡ることはない。これによって、窪み凹部１９の表面が硬化され、繰り返し使用が可能な木質型となる。

そして、底板部１２から窪み凹部１９に連通する直径が０．１〜１ｍｍ（好ましくは０．５〜１ｍｍ）の複数の真空孔２０を形成する。なお、底板部１２には図１（Ｃ）に示すように、周囲に底端面が平面となった周縁部２１、２２を設けて、真空室２３が形成されるが、前記した真空孔２０は下側がこの真空室２３に通ずるように形成する。真空孔２０はできるだけ均等に形成するのがよい。

この実施の形態においては、真空室２３の上下方向中間には、仕切り部材の一例である仕切り板２５が配置され、上下に第１室２６と第２室２７に分離される。この仕切り板２５の中間には径の大きい（例えば、５〜６０ｍｍ）連通孔２８が複数形成されている。これによって、第１室２６内の真空度をより均一に保ち、各真空孔２０から吸引される空気の量の均一化を図っている。この仕切り板２５及び周縁部２１、２２の材質は、この実施の形態では、中質繊維ボード等の緻密な材料を使用しているが、硬質の木材であってもよい。

なお、真空室２３の第１室２６から型材本体部１１の表面１３に通ずる真空孔３０（孔径は真空孔２０と同一）を形成することもできる。
以上によって、真空成形に使用する木質型３２の製造は完了する。従って、成形にあっては、図１（Ｃ）に示すように、木質型３２の上部に加熱した平面状の熱可塑性樹脂シート（例えば、ポリスチレン、ＰＥＴ、ＰＶＣ、ＰＰＦ、ＰＳＰ、ＰＰ発泡体、ポリプロピレン等）３３を配置する。この熱可塑性樹脂シート３３を木質型３２の表面１３に接触させた後、木質型３２が載っている金型台（図示せず）から吸引して、真空室２３内を急速減圧すると、窪み凹部１９内が減圧されて、大気圧によって熱可塑性樹脂シート３３が吸引され、窪み凹部１９に吸着する。熱可塑性樹脂シート３３を木質型３２によって降温させて硬化させ、成形品ができる。この状態で直ちに真空状態を止めて、真空室２３内に圧縮空気を入れて、成形品を取り出す。

成形品の深さが浅い場合には、以上の成形で形状精度のよい成形品が大量に生産可能であるが、成形品の深さが深い（例えば、トレー形状が深絞りであったり、抜け勾配がなく、真空だけでは十分な強度や形状が出にくい）場合には、図１（Ｃ）に示すように、押し型３４を合わせて使用する。この押し型３４は、成形品の厚み、材質、形状によって異なるが、成形品の内寸法より２〜１０ｍｍ程度小さくした凸形状となって、加熱して柔らかくなった熱可塑性樹脂シート３３を押圧して窪み凹部１９に近い形状にする。これによって、成形品の厚みをより均一にすることができる。

また、押し型３４の材料にも中質繊維ボードを使用する。そして、凸部３５の表面には、熱硬化性樹脂を浸透させる。なお、窪み凹部１９、凸部３５の表面に塗布する２液混合型の熱硬化性樹脂は表面を固く滑らかにする他、成形品の離型性を向上させる。即ち、木質繊維がそのまま露出すると、部分的な欠けや材質そのもの内に熱可塑性樹脂シート３３の表面が食い込み離型性又は成形性が悪くなるが、熱硬化性樹脂によって表面を滑らかにすることによって、熱可塑性樹脂シート３３の表面食い込みがなくなる。

更に、凸部３５の表面には布材（例えば「ネル」）を貼着しておくのが好ましく。これによって、熱可塑性樹脂シート３３が、より均一に伸ばされ、強度と肉厚のバランスが向上する（以下の実施の形態においても同じ）。

続いて、図２、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の第２の実施の形態に係る成形品の製造方法に使用する木質型の製造方法について説明する。
この第２の実施の形態に係る方法で製造された木質型３６は、一つの型に複数の成形品を同時に成形可能な複数の窪み凹部３７が形成されている。そして、型材本体部３８は複数枚の中質繊維ボード（ＭＤＦ）３９、４０を封止用接着剤で接合されたものを使用し、底板部４１にも中質繊維ボードが使用され、型材本体部３８の底に封止用接着剤で接合されている。

底板部４１の下部には真空室４２が形成され、この真空室４２は上下に第１室４３と第２室４４に仕切り板４５で分離されている。４６、４７は第１室４３、第２室４４を形成する周縁部を、４８は仕切り板４５に形成されている複数の連通孔を、４９は補助支持部材を、５０は窪み凹部３７と第１室４３を連通する０．１〜０．５ｍｍ直径の真空孔を示す。なお、この木質型３６の製造方法は、第１の実施の形態に係る木質型３２と同一であり、複数の窪み凹部３７の粗彫り及び仕上げ加工彫りを、ＮＣ工作機によって順次形成する。そして、最終的には窪み凹部３７の内側表面に、２液混合型の熱硬化性樹脂を塗布して、その表面を硬化させる。その後、上側表面に離型促進樹脂（例えば、シリコン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂）をコーティングする（第１、第３の実施の形態においても同じ）。

次に、この木質型３６に使用する押し型５２について説明する。この押し型５２は、複数の窪み凹部３７に対応する凸部５３を備え、これらが共通ベース板５４に固定されている。なお、この凸部５３と共通ベース板５４とは一体物の木質繊維ボード材５５からなって、この木質繊維ボード材５５は複数枚の中質繊維ボードを熱硬化性合成樹脂で接合して構成され、ＮＣ加工機によって粗彫り、熱硬化性樹脂の塗布、仕上げ加工彫り、熱硬化性樹脂の塗布を順次行って、押し型本体５６を形成する。

押し型５２は、この押し型本体５６と、押し型本体５６に接合され、押し型本体５６の両側に設けられた支持材５７と中央に開口部５８が形成された天井板５９からなる機器取付け部６０を有している。押し型５２は機器取付け部６０を利用して小型万力等で真空成形機の所定の位置に取付けられている。
木質型３６及び押し型５２の使用方法は、第１の実施の形態に係る木質型３２と同一である。また、図２において７１は連通孔である。

続いて、図４に示す本発明の第３の実施の形態に係る成形品の製造方法に使用する木質型の製造方法について説明する。この実施の形態において、木質型６３の製造方法は第１の実施の形態に係る木質型３２と同一であるが、各窪み凹部６４の周囲に４つの突出部６５が形成されていること、及び各窪み凹部６４の底面に凹凸模様６７が形成され、成形品の補強を図っている点が相違する。

突出部６５が形成された木質型６３の製造は、突出部６５の高さを含む厚みの型材本体部を用意して、ＮＣ加工（粗彫り及び仕上げ加工彫り）を行ってよいし、突出部６５に対応する部分だけの木質繊維材を型材本体部の所定位置に熱硬化性樹脂で強固に貼着してＮＣ加工を行ってもよい。なお、６８は型材本体部を、６９は底板部を示し、真空室は省略されている。

前記実施の形態においては、木質繊維材として、中質繊維ボード（ＭＤＦ）を使用したが、更に木質分の充填密度の高い硬質繊維板（ハードボード）を使用してもよい。
また、前記実施の形態においては、寸法をある程度特定し、成形品の形状も特定して説明したが、本発明の要旨を変更しない限りにおいて、寸法変更及び形状変更は自由であり、この場合も本発明は適用される。
また、以上の実施の形態においては、木質型を熱可塑性樹脂シートの下に配置して真空成形を行っているが、熱可塑性樹脂シートの上に木質型を配置して真空成形を行うこともできる。この場合、押し型の位置は熱可塑性樹脂シートの下に配置されることになる。

１０：木質繊維ボード、１１：型材本体部、１２：底板部、１３：表面、１４：裏面、１５：表面、１６：裏面、１８：粗彫り面、１９：窪み凹部、２０：真空孔、２１、２２：周縁部、２３：真空室、２５：仕切り板、２６：第１室、２７：第２室、２８：連通孔、３０：真空孔、３２：木質型、３３：熱可塑性樹脂シート、３４：押し型、３５：凸部、３６：木質型、３７：窪み凹部、３８：型材本体部、３９、４０：中質繊維ボード、４１：底板部、４２：真空室、４３：第１室、４４：第２室、４５：仕切り板、４６、４７：周縁部、４８：連通孔、４９：補助支持部材、５０：真空孔、５２：押し型、５３：凸部、５４：共通ベース板、５５：木質繊維ボード材、５６：押し型本体、５７：支持材、５８：開口部、５９：天井板、６０：機器取付け部、６３：木質型、６４：窪み凹部、６５：突出部、６７：凹凸模様、６８：型材本体部、６９：底板部

Claims

型材本体部とその底に封止用接着剤で接合され裏面が平滑となった底板部とを有する木質繊維材の前記型材本体部に、表面側からＮＣ加工を行って、表側周縁に平面を維持した状態で、成形品の仕上げ寸法より０．２〜０．６ｍｍの仕上げ代を残した窪み凹部の粗彫りを行う第１工程と、前記粗彫りの上に第１の熱硬化性樹脂を塗布して樹脂硬化させる第２工程と、前記樹脂硬化させた粗彫りの表面を更にＮＣ加工して、前記型材本体部に前記窪み凹部の仕上げ加工彫りを行う第３工程と、前記仕上げ加工彫りの表面に第２の熱硬化性樹脂を塗布して少なくともその表面を硬化させる第４工程と、前記底板部の底部周囲に、底端面が平面となった周縁部を形成してその内側に真空室を形成すると共に、前記窪み凹部と前記真空室を貫通する直径が０．１〜１ｍｍの複数の真空孔を形成する第５工程と、少なくとも前記窪み凹部に離型促進樹脂をコーティングする第６工程とを有して木質型を製造し、前記木質型の上に加熱した平面状の熱可塑性樹脂シートを配置し、前記真空室内を減圧し、前記窪み凹部に吸着させた後、前記熱可塑性樹脂シートを前記木質型によって降温させて製造することを特徴とする成形品の製造方法。
請求項１記載の成形品の製造方法において、前記真空室は仕切り部材によって上下に第１室と第２室に分離され、前記仕切り部材には上下に貫通する連通孔が形成されていることを特徴とする成形品の製造方法。
請求項１又は２記載の成形品の製造方法において、前記第１、第２の熱硬化性樹脂は、２液混合型のウレタン樹脂であることを特徴とする成形品の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１記載の成形品の製造方法において、前記木質繊維材は中質繊維ボード又は硬質繊維板であることを特徴とする成形品の製造方法。
請求項１〜４のいずれか１記載の成形品の製造方法において、１つの前記木質繊維材に対して複数の前記窪み凹部が形成されていることを特徴とする成形品の製造方法。