JP2015016564A

JP2015016564A - 樹脂型及び樹脂型の製造方法

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Publication number: JP2015016564A
Application number: JP2013143222A
Authority: JP
Inventors: 一宏岩部; Kazuhiro Iwabe
Original assignee: KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP6105415B2

Abstract

【課題】樹脂型の表面の摩耗を抑制することができるとともに、寸法精度の高い模様を建築材に形成することができる樹脂型を提供する。【解決手段】型本体２に凸部４を設けて形成された樹脂型１に関する。型本体２の少なくとも前記凸部４の先端面４ａに、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度が７０〜８３であり、かつ型本体２よりも硬度が低い低硬度層３が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、建築材に模様付けをするために使用される樹脂型及び樹脂型の製造方法に関するものである。

建築用の外壁材や屋根材などの建築材の表面に、凹凸模様を形成する方法の一つとして、セメントなどの無機質材料を主成分とするグリーンシートをプレス成形する方法がある。プレス成形に用いられるプレス成形型は、樹脂製の樹脂型と金属製の金属型とに大別される。

金属型は、樹脂型に比べて、耐久性が高いが、製作に時間がかかる。また、金属型は、修正が難しく、模様変更がしにくい。一方、樹脂型は、金属型に比べて、耐久性は低いが、製作にあまり時間がかからない。また、樹脂型は、修正が容易であり、模様変更がしやすい。そこで、本生産段階では金属型を用い、試作段階では樹脂型が用いられることが多い。しかし、樹脂型は、金属型に比べて、耐久性が低く、プレス成形時に建築材との摩擦により、特に凸部が摩耗しやすいという問題がある。その結果、樹脂型を用いた試作段階と、金属型を用いた本生産段階とで、建築材の模様に差異が発生し、寸法精度が悪くなる。つまり、樹脂型は、金属型に比べ、型寿命が短い。

そこで、耐久性が高い樹脂型が検討されている。

例えば、セメント製品成形用の樹脂型として、下型の本体部の表面部分が、本体部よりも硬質の材料で構成されている樹脂型が提案されている（特許文献１参照）。しかし、表面に硬質の材料を用いると、プレス成形時に表面に割れや欠けが発生する。

また、樹脂型の表面に、発砲ウレタンやシリコーンゴムなどの弾性体層を設けている樹脂型も提案されている（特許文献２参照）。しかし、表面に弾性体層を設けた樹脂型では、プレス成形時の面圧により樹脂型の模様が変形し、金属型との模様の差異が大きく、寸法精度が悪くなる。

特開平８−７２０４３号公報特開平８−１４２０２７号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、樹脂型の表面の摩耗を抑制し、プレス成形時の表面の割れや欠けの発生を抑制することができるとともに、寸法精度の高い模様を建築材に形成することができる樹脂型を提供し、またこの樹脂型の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る樹脂型は、型本体に凸部を設けて形成された樹脂型であって、前記型本体の少なくとも前記凸部の先端面に、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度が７０〜８３であり、かつ前記型本体よりも硬度が低い低硬度層が形成されていることを特徴とするものである。

前記樹脂型において、前記型本体の、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度が、８５〜９５であることが好ましい。

前記樹脂型において、前記型本体の表面全体に前記低硬度層が形成されていることが好ましい。

本発明に係る樹脂型の製造方法は、型本体の表面に、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度が７０〜８３であり、かつ前記型本体よりも硬度が低い低硬度層を形成した後、前記低硬度層を形成した型本体を切削加工することにより、先端面に低硬度層を有する凸部を設けることを特徴とするものである。

本発明によれば、樹脂型の表面の摩耗が抑制され、プレス成形時の表面の割れや欠けの発生が抑制され、樹脂型の寿命を長くすることができるとともに、寸法精度の高い模様を建築材に形成することができる。

本発明に係る樹脂型の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。本発明に係る樹脂型の一例を示す平面図である。本発明に係る樹脂型の製造方法の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。本発明に係る樹脂型の製造方法のその他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。本発明に係る樹脂型の製造方法のその他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｅ）は断面図である。樹脂型でグリーンシートをプレス成形する方法の一例を示すものであり、（ａ）、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部であるＡを拡大した断面図である。テーバー摩耗試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明に係る樹脂型１は、セメントなどの無機質材料を主成分とするグリーンシートをプレス成形する際のプレス成形用の型である。

図１は、樹脂型１の一例を示す断面図である。図１のように樹脂型１は、型本体２と、型本体２の表面に低硬度層３とを有する。型本体２は、建築用の外壁材や屋根材などの建築材に転写する模様に合わせた凸部４と凹部５とを有する。凸部４は、先端面４ａと側面４ｂとで構成される。凹部５は、底面５ａと凸部４の側面４ｂとで構成される。断面視の凸部４及び凹部５の形状は、図１のようにほぼ台形であっても、長方形や他の形状であってもよい。底面５ａは、図１のように平坦であっても、凹凸を有していてもよいし、他の形状であってもよい。また、断面視の凸部４の高さや形状が、図１のように全て同一であっても、高さや形状が異なる凸部４が混在していてもよい。同様に、断面視の凹部５の高さや形状も、図１のように全て同一であっても、高さや形状が異なる凹部５が混在していてもよい。型本体２の断面視の凸部４の高さは、特に限定されないが、例えば１〜８ｍｍにすることができる。

図２は、樹脂型１の一例を示す平面図である。平面視の凹部５の形状は、図２のように四角形であっても、円形や多角形であっても、複雑な形状であってもよい。また、凸部４と凹部５は、平面視で、図２のように格子状の模様を形成していても、千鳥状の模様を形成していても、不規則な模様を形成していてもよい。また、平面視の凹部５の形状や大きさは、図２のように全て同一であっても、形状や大きさの異なる凹部５が混在していてもよい。樹脂型１で建築材をプレス成形した際に、樹脂型１の凹部５の模様が建築材の凸部の模様として転写され、樹脂型１の凸部４が建築材の凸部の模様の間の目地として転写される（図６参照）。

型本体２は、樹脂と硬化剤を含有する樹脂組成物で形成することができる。

型本体２に用いる樹脂としては、特に限定はされないが、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。そのなかでも、ウレタン樹脂及びエポキシ樹脂が好ましい。型本体２に、ウレタン樹脂又はエポキシ樹脂を用いると、型本体２の切削加工性がより高く、プレス型としての強度(耐クラック性等)を有しやすく、またセメントなどの無機質材料を主成分とするグリーンシートをプレス成形する際、型本体２へ材料が付着しにくくなる。

型本体２を形成する樹脂組成物は、その他の添加剤を含有してもよい。その他の添加剤としては、切削性向上材や、材料付着防止材、硬化時間調整剤等が挙げられる。

型本体２の硬度は、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度が８５〜９５であることが好ましい。以下、特に断らない限り、硬度とは、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度を意味する。型本体２の硬度が、８５以上であると、変形しにくく、寸法精度をより高くすることができる。また、切削加工で樹脂型１を製造する際には、バリが発生しにくく、切削されやすくなる。型本体２の硬度が、９５以下であると、プレス成形時に表面に割れや欠けが発生しにくい。型本体２の硬度は、８５〜９０であることがさらに好ましい。なお、本発明において、樹脂型１の寸法精度が高いとは、樹脂型１を用いて建築材にプレス成形で模様を転写した場合に、樹脂型１と同一形状の金属型を用いて模様を転写した場合と比較して、模様の差異が５〜１０％程度であり、差異がほとんどないことを意味する。

低硬度層３は、樹脂と硬化剤を含有する樹脂組成物で形成することができる。

低硬度層３に用いる樹脂としては、特に限定はされないが、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。そのなかでも、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂を用いることが好ましい。ウレタン樹脂やエポキシ樹脂は、切削加工性がより高く、プレス型としての強度(耐クラック性等)を有しやすく、またセメントなどの無機質材料を主成分とするグリーンシートをプレス成形する際、低硬度層３へ材料が付着しにくくなる。

低硬度層３を構成する樹脂組成物は、その他の添加剤を含有してもよい。その他の添加剤としては、切削性向上材や、材料付着防止材、硬化時間調整剤等が挙げられる。

低硬度層３は、凸部４の少なくとも先端面４ａに形成されている。低硬度層３が凸部４の少なくとも先端面４ａに形成されている状態とは、図１（ａ）のように低硬度層３が凸部４の先端面４ａのみに形成されている状態、図１（ｂ）のように低硬度層３が凸部４の表面全体、つまり凸部４の先端面４ａ及び両側の側面４ｂに形成されている状態、図１（ｃ）のように低硬度層３が型本体２の表面全体、つまり凸部４の先端面４ａ、側面４ｂ及び底面５ａに形成されている状態も含む。

低硬度層３は、硬度が７０〜８３である。低硬度層３の硬度が７０よりも低いと、樹脂型１が変形しやすく、寸法精度が低くなる。また、切削加工で樹脂型１を製造する際には、バリが発生し、切削されにくくなり、加工が困難になる。また、低硬度層３の硬度が８３より高いと、摩耗が増加すると共に、プレス成形時に表面に割れや欠けが発生する。低硬度層３の硬度は、７５〜８３であることがさらに好ましい。低硬度層３の硬度が、７５〜８３であると、樹脂型１の摩耗をさらに低減でき、樹脂型１の寿命をさらに延ばすことができる。樹脂型１を試作段階で用いる場合、樹脂型１の寿命が延びることで、本生産の初期段階でも樹脂型１を使用することが可能になる。本生産の初期段階で、樹脂型１を使用することができれば、本生産段階で用いる金属型の製作期間を長く設けることができる。また、少量生産品（例えば、約５万ショット以下）であれば、樹脂型１で本生産を完了することができ、金属型の費用を抑制することもできる。

さらに、低硬度層３は、型本体２よりも硬度が低い。型本体２の硬度が、低硬度層３の硬度以下であると、成形される建築材の模様が浅くなり、寸法精度が低くなる。また、切削加工で樹脂型１を製造する際には、バリが発生し、切削されにくくなる。

低硬度層３の厚さは、０.５〜３ｍｍが好ましい。低硬度層３の厚みが、０．５ｍｍ以上であると、摩耗を抑制しやすくなる。低硬度層３の厚みが、３ｍｍ以下であると、低硬度層３を型本体２の凸部４に沿った層にしやすく、寸法精度をより高くすることができる。低硬度層３の厚さは、１〜２ｍｍであることがさらに好ましい。

樹脂型１は、図１（ｃ）のように型本体２の表面全体、つまり凸部４の先端面４ａ、側面４ｂ及び凹部５の底面５ａに低硬度層３が形成されていることが好ましい。低硬度層３が、型本体２の表面全体に形成されていると、凸部４だけでなく型本体２全体の摩耗を抑制することができ、樹脂型１の寿命をより長くすることができる。ただし、この樹脂型は、凹形状マスター型に樹脂を流し込む方法で製作され、樹脂型表面や内部の気泡や、低硬度層３と型本体２間での剥離が発生する場合がある。

次に、本発明に係る樹脂型１の製造方法を説明する。

図３は、図１（ａ）の樹脂型１を製造する方法の一例である。

まず、図３（ａ）のように、型本体２を構成する樹脂組成物を硬化して平板状の樹脂板６を作製する。次に、図３（ｂ）のように、樹脂板６の一方の表面に、低硬度層３を形成する。樹脂板６の表面に低硬度層３を形成する方法として、例えば、低硬度層３を構成する未硬化の樹脂組成物を塗布した後、硬化させる方法がある。または、低硬度層３を構成する樹脂組成物をシート状に加工した樹脂シートを、樹脂板６の表面に接着または融着してもよい。次に、図３（ｃ）のように、樹脂板６の表面に低硬度層３を形成した後、切削加工することにより、型本体２に凸部４を形成すると共に、凸部４の先端面４ａに低硬度層３を形成した樹脂型１を得ることができる。このように、異なる硬度、材質の型素材を平面形状で一体成型したのちに凸形状を切削加工することで、得られた樹脂型１の表面や内部に気泡を含有せず、また、低硬度層３と型本体２などの異なる樹脂間での剥離を防ぎやすくなる。

図４は、図１（ａ）の樹脂型１を製造する方法のその他の一例である。

まず、図４（ａ）のように、型本体２を構成する樹脂組成物を硬化して平板状の樹脂板６を作製する。次に、図４（ｂ）のように、樹脂板６を切削加工して、凸部４を有する型本体２を形成する。次に、図４（ｃ）のように、凸部４の少なくとも先端面４ａに、低硬度層３を形成する。凸部４の少なくとも先端面４ａに低硬度層３を形成する方法として、例えば、低硬度層３を構成する未硬化の樹脂組成物を塗布した後、硬化させる方法がある。または、低硬度層３を構成する樹脂組成物をシート状に加工した樹脂シートを、凸部４の少なくとも先端面４ａに接着または融着してもよい。図１（ｂ）、（ｃ）の樹脂型１も、図４と同様の方法で製造することができる。

図５は、図１（ｃ）の樹脂型１を製造する方法のその他の一例である。まず、図５（ａ）のように、型本体２のマスター型７を用意する。マスター型７は、上型７ａと下型７ｂとで構成され、上型７ａ及び下型７ｂのどちらか一方が、樹脂型１の型本体２の凹凸部を形成するための凹凸部を有する。図５では、上型７ａが平面であり、下型７ｂが凹凸部を有するが、上型７ａが凹凸部を有し、下型７ｂが平面であってもよい。凹凸部を有するマスター型７ｂは、例えばシリコンやウレタン樹脂などで作成でき、平面であるマスター型７ａは、金属材料などで作成できる。次に、図５（ｂ）のように、マスター型７のキャビティ８に、型本体２を構成する未硬化の樹脂組成物９を流し入れ、硬化させる。そして、図５（ｃ）のように、樹脂組成物９を硬化して得られた型本体２を、マスター型７ｂから脱型した後、低硬度層３のマスター型１０を所定の位置に設置する。マスター型１０は、樹脂型１の低硬度層３の凹凸部を形成するための凹凸部を有する。マスター型１０も、凹凸部を有するマスター型７ｂと同様に、シリコンやウレタン樹脂などで作成できる。型本体２とマスター型１０の間には、形成したい低硬度層３の厚みと同一の厚みの空間１１を設ける。図５（ｄ）のように、空間１１に、低硬度層３を構成する未硬化の樹脂組成物１２を流し入れ、硬化させる。樹脂組成物１２が硬化した後、マスター型７ａ、１０から脱型すると、図５（ｅ）の樹脂型１を得ることができる。

または、図１（ｃ）の樹脂型１を製造するその他の一例は、まず、図５のようなマスター型７ａ及びマスター型１０を用意し、マスター型１０に形成したい厚みの低硬度層３を塗布し、硬化させる。そして、硬化した低硬度層３を有する状態のマスター型１０とマスター型７ａのキャビティに、型本体２を構成する未硬化の樹脂組成物９を流し入れ、硬化させたのち、マスター型７ａ、１０から脱型すると、図１（ｃ）の樹脂型１を得ることできる。

ここで、図３で示したような、凹形状マスター型に樹脂を流し込んで樹脂型１を製造する方法は、図５で示したような樹脂型１の製造方法に比べて、得られた樹脂型１の表面や内部に気泡を含有しにくく、また、樹脂型１の内部で剥離が発生しにくくなる。

本発明の効果を損なわないのであれば、樹脂型１の表面に、建築材の脱型性を高めるコーティング層を形成しても良い。コーティング層は、例えば、建築材の脱型性を高める薬剤を塗布することで形成することができる。

図６は、上記のようにして製造された樹脂型１でグリーンシート１３をプレス成形する方法の一例である。

樹脂型１を用いて、セメントなどの無機質材料を主成分とするグリーンシート１３をプレス成形する。グリーンシート１３は、セメントなどの未硬化の無機質材料を主成分としたスラリーから、抄造法や押出法を用いて形成される。

まず、図６（ａ）のように、プレス成型機１４に樹脂型１を取り付け、プレス成型機１４の下に、グリーンシート１３を設置台１５に設置する。次に、所定の条件でプレス成形し、図６（ｂ）のように、樹脂型１の凹凸模様が転写されたグリーンシート１３を形成し、このグリーンシート１３を養生・硬化することで建築材を得ることができる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

日本ポリウレタン工業社製の複数のポリウレタン樹脂を割合を変えて混合して硬度を調整し表１のａからｇの樹脂を得た。また、セメダイン社製のＥＰ１０６ＮＬをｈの樹脂として用いた。ａ〜ｈの樹脂を用いて、Ａ〜Ｈの樹脂組成物を得た。

以下の硬度は、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度である。

樹脂組成物Ａ〜Ｈの硬化物の耐摩耗性を評価した。

耐摩耗性の評価は、ＪＩＳＫ７２０４に準じて、テーバー摩耗試験機（ＴＡＢＥＲ社製ＭＯＤＥＬ１７４）を用いて行った。テーバー摩耗試験は、摩耗輪（ＣＳ１０Ｆ）を用い、荷重５００ｇ、６０回転／分の条件で行った。

表１の樹脂組成物Ａ〜Ｈの硬化物の円板状サンプル(直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍ)を製造し、得られたサンプルのテーバー摩耗試験前と試験後のそれぞれの体積（ｃｍ^３）を測定し、その差である摩耗体積（ｃｍ^３）を算出した。その結果を図７に示す。

（実施例及び比較例）
樹脂組成物Ａ〜Ｈから、低硬度層３及び型本体２を形成する樹脂組成物を選択し、図１（ａ）〜（ｃ）の形状の樹脂型１を製造した。低硬度層３及び型本体２を形成する樹脂組成物の組み合わせ、及び樹脂型１の形状は、表２に示す。

実施例１、５、比較例２では、次のようにして樹脂型１を製造した。まず、図３（ａ）のように、型本体２を構成する樹脂組成物を硬化して厚さ５ｍｍの平板状の樹脂板６を作製した。次に、図３（ｂ）のように、樹脂型６の一方の表面に、低硬度層３を構成する未硬化の樹脂組成物を塗布した後、硬化させ、厚さ１ｍｍの低硬度層３を形成した。次に、図３（ｃ）のように、樹脂板６の表面に低硬度層３を形成した後、ＮＣルーターで切削加工した。切削加工により、型本体２に断面視の高さ３ｍｍの凸部４を形成すると共に、凸部４の先端面４ａに低硬度層３を形成した樹脂型１を得た。

実施例２、３、４、比較例３では、次のようにして樹脂型１を製造した。まず、図４（ａ）のように、型本体２を構成する樹脂組成物を硬化して厚さ５ｍｍの平板状の樹脂板６を作製した。次に、図４（ｂ）のように、樹脂板６を切削加工して、断面視の高さ２ｍｍの凸部４を有する型本体２を形成した。次に、凸部４の少なくとも先端面４ａに、低硬度層３を構成する未硬化の樹脂組成物を塗布した後、硬化させ、厚さ１ｍｍの低硬度層３を形成した。

実施例６、比較例１では、次のようにして樹脂型１を製造した。まず、図５（ａ）のように、上型７ａが平面であり、下型７ｂが凹凸部を有する型本体２のシリコン製のマスター型７を用意した。次に、図５（ｂ）のように、マスター型７のキャビティ８に、型本体２を構成する未硬化の樹脂組成物９を流し入れ、硬化させた。そして、図５（ｃ）のように、樹脂組成物９を硬化して得られた型本体２を、マスター型７ｂから脱型した後、低硬度層３のマスター型１０を所定の位置に設置した。マスター型１０は、樹脂型１の低硬度層３の凹凸部を形成するための凹凸部を有する。型本体２とマスター型１０の間には、厚さ１ｍｍの空間１１を設けた。図５（ｄ）のように、空間１１に、低硬度層３を構成する未硬化の樹脂組成物１２を流し入れ、硬化させた。樹脂組成物１２が硬化した後、マスター型７ａ、１０から脱型し、図５（ｅ）の樹脂型１を得た。

上記のように製造した樹脂型１を用いて、グリーンシートのプレス成形を１０００ショット行い、樹脂型１の摩耗と寸法精度を調べた。

実施例１〜６の樹脂型１では、樹脂型１の表面に摩耗は見られなかった。また、プレス成形時に、樹脂型１の表面に割れや欠けも見られなかった。また、樹脂型１と同一の形状の金属型で形成されたグリーンシートの凹凸模様と、実施例１〜６の樹脂型１で形成されたグリーンシートの凹凸模様とを比較したところ、模様に差異は見られなかった。

比較例１では、低硬度層３の硬度が８３より大きいため、プレス成形後に、型本体２の凸部４が摩耗していた。

比較例２では、低硬度層３より型本体２の硬度が低く、型本体２の硬度が８５未満であるため、寸法精度が８５％と低かった。つまり、比較例２で得られた樹脂型１を用いて建築材にプレス成形で模様を転写した場合、比較例２の樹脂型１と同一形状の金属型を用いて模様を転写した場合と比較して、模様の差異が１５％であった。また、切削加工で樹脂型１を製造した際に、型本体２にバリが発生した。

比較例３では、低硬度層３の硬度が９０と大きいため、プレス成形後に、型本体２の凸部４が摩耗していた。また、プレス成形時に、樹脂型１の表面に割れや欠けが発生していた。

１樹脂型
２型本体
３低硬度層
４凸部
４ａ先端面

Claims

型本体に凸部を設けて形成された樹脂型であって、前記型本体の少なくとも前記凸部の先端面に、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度が７０〜８３であり、かつ前記型本体よりも硬度が低い低硬度層が形成されていることを特徴とする樹脂型。
前記型本体の、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度が、８５〜９５であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂型。
前記型本体の表面全体に前記低硬度層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂型。
型本体の表面に、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬度が７０〜８３であり、かつ前記型本体よりも硬度が低い低硬度層を形成した後、前記低硬度層を形成した型本体を切削加工することにより、先端面に低硬度層を有する凸部を設けることを特徴とする樹脂型の製造方法。