JP2017165099A - Heat treatment method and resin molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波によって、成形型内の熱可塑性樹脂を加熱する加熱処理方法及び樹脂成形方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment method and a resin molding method in which a thermoplastic resin in a mold is heated by a specific electromagnetic wave including a wavelength region of 0.01 to 100 m.
熱可塑性樹脂の成形法としては、従来、射出成形法、ブロー成形法、押出成形法、プレス成形法などが知られている。これらの成形法において、熱可塑性樹脂はヒータによって溶融され、その後、溶融状態の熱可塑性樹脂が所要の形態に成形されて冷却される。
近年、前述した成形法以外の成形法として、成形型のキャビティ内に充填された熱可塑性樹脂に、当該成形型を介してマイクロ波を照射することによって、熱可塑性樹脂を加熱・溶融し、その後、キャビティ内の熱可塑性樹脂を冷却・固化する電磁波照射成形法が提案されている(例えば特許文献1参照。)。
Conventionally known injection molding methods, blow molding methods, extrusion molding methods, press molding methods, and the like are known as thermoplastic resin molding methods. In these molding methods, the thermoplastic resin is melted by a heater, and then the molten thermoplastic resin is molded into a required form and cooled.
In recent years, as a molding method other than the above-described molding method, the thermoplastic resin filled in the mold cavity is irradiated with microwaves through the mold to heat and melt the thermoplastic resin, and then An electromagnetic wave irradiation molding method for cooling and solidifying a thermoplastic resin in a cavity has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
熱によって変形可能な温度を示す熱変形温度が130℃以上の熱可塑性樹脂(以下、「特定熱可塑性樹脂」ともいう。)は、130℃以上に加熱しないと成形することができず、成形が難しい熱可塑性樹脂である。この特定熱可塑性樹脂をマイクロ波によって加熱処理する場合には、以下のような問題があることが判明した。 A thermoplastic resin having a heat distortion temperature of 130 ° C. or higher that indicates a temperature that can be deformed by heat (hereinafter also referred to as “specific thermoplastic resin”) cannot be molded unless heated to 130 ° C. or higher. It is a difficult thermoplastic resin. When this specific thermoplastic resin is heat-treated with microwaves, it has been found that there are the following problems.
具体的には、特定熱可塑性樹脂が内部に配置された成形型内にマイクロ波を照射して、成形型内の特定熱可塑性樹脂を加熱する際には、成形型の周辺に存在する空気等の気体によって、成形型が局所的に冷やされていることが分かった。そのため、成形型内の特定熱可塑性樹脂が局所的に冷却され、特定熱可塑性樹脂の全体が均一に加熱されていないことが分かった。また、成形型を介して特定熱可塑性樹脂にマイクロ波を照射するだけでは、特定熱可塑性樹脂を十分に加熱することができないことも分かった。 Specifically, when the specific thermoplastic resin in the mold is heated by irradiating microwaves into the mold in which the specific thermoplastic resin is arranged, air or the like existing around the mold It was found that the mold was locally cooled by this gas. Therefore, it turned out that the specific thermoplastic resin in a shaping | molding die is cooled locally, and the whole specific thermoplastic resin is not heated uniformly. It has also been found that the specific thermoplastic resin cannot be heated sufficiently only by irradiating the specific thermoplastic resin with microwaves through the mold.
また、従来の電磁波照射成形法においては、成形型内の特定熱可塑性樹脂の全体を130℃以上に加熱するためには長時間を要する。そのため、加熱後の特定熱可塑性樹脂の部位によっては、局所的に温度が高くなり過ぎたことによる焦げ付き等の熱履歴が残るおそれがある。また、特定熱可塑性樹脂の中心部が完全に溶融しないおそれもある。 Moreover, in the conventional electromagnetic wave irradiation molding method, it takes a long time to heat the entire specific thermoplastic resin in the mold to 130 ° C. or higher. Therefore, depending on the portion of the specific thermoplastic resin after heating, there is a possibility that a thermal history such as scorching due to excessively high temperature remains. In addition, the central portion of the specific thermoplastic resin may not be completely melted.
そこで、本発明の目的は、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波によって、熱変形温度が130℃以上の熱可塑性樹脂の全体を、短時間で溶融させることができ、性状が極力均一な樹脂成形品を得ることができる加熱処理方法及び樹脂成形方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to melt the entire thermoplastic resin having a heat distortion temperature of 130 ° C. or higher with a specific electromagnetic wave including a wavelength region of 0.01 to 100 m in a short time, and the properties are as uniform as possible. An object of the present invention is to provide a heat treatment method and a resin molding method capable of obtaining a simple resin molded product.
本発明の一態様は、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波によって、耐熱性無機材料からなる成形型内に配置された、熱変形温度が130℃以上である熱可塑性樹脂を加熱する加熱処理方法であって、
発熱材が内側底面に配置された断熱性収容箱の閉鎖空間内に、前記熱可塑性樹脂が内部に配置された前記成形型を、前記発熱材に接触する状態で収容する収容工程と、
前記特定電磁波を、前記断熱性収容箱を透過させて前記成形型及び前記発熱材に照射して前記発熱材を発熱させ、前記発熱材からの伝熱を利用して前記成形型内の前記熱可塑性樹脂を加熱する加熱工程と、を含む加熱処理方法にある。
One embodiment of the present invention heats a thermoplastic resin having a thermal deformation temperature of 130 ° C. or higher, which is disposed in a mold made of a heat-resistant inorganic material, by a specific electromagnetic wave including a wavelength region of 0.01 to 100 m. A heat treatment method,
A housing step of housing the molding die in which the thermoplastic resin is disposed in a closed space of a heat insulating housing box in which the heat generating material is disposed on the inner bottom surface, in a state in contact with the heat generating material;
The specific electromagnetic wave is transmitted through the heat insulating housing box to irradiate the mold and the heat generating material to heat the heat generating material, and heat transfer from the heat generating material is used to heat the heat in the mold. And a heating step of heating the plastic resin.
本発明の他の態様は、前記加熱処理方法を用い、
前記加熱工程を行った後には、前記成形型内の前記熱可塑性樹脂を冷却して固化させ、前記成形型の内面形状が転写された樹脂成形品を得る冷却工程を行う、樹脂成形方法にある。
Another aspect of the present invention uses the heat treatment method,
After performing the heating step, the resin molding method includes performing a cooling step of cooling and solidifying the thermoplastic resin in the molding die to obtain a resin molded product to which the inner surface shape of the molding die is transferred. .
前記加熱処理方法においては、発熱材が内側底面に配置された断熱性収容箱を利用して、熱変形温度が130℃以上である熱可塑性樹脂(特定熱可塑性樹脂という。)を加熱する。発熱材は、特定電磁波を吸収することによって発熱するものである。
収容工程においては、特定熱可塑性樹脂が内部に配置された成形型を、断熱性収容箱の閉鎖空間内に収容する。このとき、断熱性収容箱の内側底面における発熱材には、成形型の底部が接触する。
In the heat treatment method, a thermoplastic resin (referred to as a specific thermoplastic resin) having a heat deformation temperature of 130 ° C. or higher is heated using a heat insulating container in which a heat generating material is disposed on the inner bottom surface. The heat generating material generates heat by absorbing the specific electromagnetic wave.
In the housing step, the molding die in which the specific thermoplastic resin is disposed is housed in the closed space of the heat insulating housing box. At this time, the bottom of the mold comes into contact with the heat generating material on the inner bottom surface of the heat insulating container.
次いで、加熱工程においては、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を、断熱性収容箱を透過させて成形型及び発熱材に照射する。このとき、発熱材が、特定電磁波を吸収することによって発熱し、成形型内の特定熱可塑性樹脂は、断熱性収容箱の内側底面における発熱材からの伝熱を利用して加熱される。これにより、特定熱可塑性樹脂が加熱されやすくなり、その加熱時間を短縮することができる。 Next, in the heating step, a specific electromagnetic wave including a wavelength region of 0.01 to 100 m is transmitted through the heat insulating housing box and irradiated to the mold and the heat generating material. At this time, the heat generating material generates heat by absorbing the specific electromagnetic wave, and the specific thermoplastic resin in the mold is heated using heat transfer from the heat generating material on the inner bottom surface of the heat insulating container. Thereby, the specific thermoplastic resin is easily heated, and the heating time can be shortened.
また、成形型内の特定熱可塑性樹脂を溶融させるためには、この特定熱可塑性樹脂を、130℃以上の加熱到達温度に加熱して維持する必要がある。加熱到達温度は、特定熱可塑性樹脂の種類、特定熱可塑性樹脂から成形する樹脂成型品の大きさ、形状等に応じて適宜決定される。 Moreover, in order to melt the specific thermoplastic resin in the mold, it is necessary to heat and maintain the specific thermoplastic resin at a heating attainment temperature of 130 ° C. or higher. The ultimate heating temperature is appropriately determined according to the type of the specific thermoplastic resin, the size and shape of the resin molded product molded from the specific thermoplastic resin, and the like.
前記加熱処理方法においては、成形型が断熱性収容箱の閉鎖空間内に収容されていることにより、閉鎖空間において成形型の周囲に存在する空気等の気体が、断熱性収容箱の外部に存在する空気等の気体と隔離される。そして、加熱工程において、特定電磁波によって成形型内の特定熱可塑性樹脂が溶融するときには、閉鎖空間内の気体が成形型によって加熱されて、閉鎖空間内の気体の温度は断熱性収容箱の外部の気体よりも高温になる。 In the heat treatment method, since the mold is accommodated in the closed space of the heat-insulating container, gas such as air existing around the mold in the closed space exists outside the heat-insulating container. It is isolated from gases such as air. In the heating step, when the specific thermoplastic resin in the mold is melted by the specific electromagnetic wave, the gas in the closed space is heated by the mold, and the temperature of the gas in the closed space is outside the heat insulating container. It becomes hotter than gas.
これにより、閉鎖空間内の気体によって成形型が冷やされないようにすることができ、成形型及び成形型内の特定熱可塑性樹脂を130℃以上の加熱到達温度に維持することが容易になる。そのため、成形型内の特定熱可塑性樹脂が局所的に冷却されにくく、特定熱可塑性樹脂の全体が極力均一に加熱されるようにすることができる。その結果、特定電磁波の照射を必要以上に長く継続する必要がなく、特定熱可塑性樹脂に、加熱され過ぎたことによる焦げ付き等の熱履歴が残らないようにすることができる。 Thereby, it is possible to prevent the mold from being cooled by the gas in the closed space, and it becomes easy to maintain the mold and the specific thermoplastic resin in the mold at a heating reached temperature of 130 ° C. or higher. Therefore, the specific thermoplastic resin in the mold is hardly locally cooled, and the entire specific thermoplastic resin can be heated as uniformly as possible. As a result, it is not necessary to continue irradiation with the specific electromagnetic wave longer than necessary, and it is possible to prevent the specific thermoplastic resin from having a heat history such as burning due to being overheated.
また、加熱工程においては、成形型内の特定熱可塑性樹脂は、成形型の底部に近い部位から先に加熱されて溶融し、底部に近い部位から遠い部位に向けて順次溶融する。これにより、特定熱可塑性樹脂の中心部を含む全体を溶融させることができ、特定熱可塑性樹脂の中心部に未溶融の部分が残らないようにすることができる。そして、加熱工程の後、特定熱可塑性樹脂が冷却されたときには、性状が極力均一な樹脂成形品を得ることができる。 Further, in the heating step, the specific thermoplastic resin in the mold is heated and melted from the portion near the bottom of the mold first, and is sequentially melted toward the portion far from the portion near the bottom. Thereby, the whole including the central part of the specific thermoplastic resin can be melted, and an unmelted part can be prevented from remaining in the central part of the specific thermoplastic resin. Then, after the heating step, when the specific thermoplastic resin is cooled, a resin molded product having as uniform a property as possible can be obtained.
また、前記樹脂成形方法においては、加熱工程を行った後に、冷却工程を行うことにより、成形型内の熱可塑性樹脂を冷却して固化させて、成形型の内面形状が転写された、性状が極力均一な樹脂成形品を得ることができる。 In the resin molding method, after performing the heating step, the cooling step is performed to cool and solidify the thermoplastic resin in the molding die, and the inner shape of the molding die is transferred. A uniform resin molded product can be obtained as much as possible.
それ故、本発明の一態様の加熱処理方法及び本発明の他の態様の樹脂成形方法によれば、熱変形温度が130℃以上の熱可塑性樹脂の全体を、短時間で溶融させることができ、性状が極力均一な樹脂成形品を得ることができる。 Therefore, according to the heat treatment method of one embodiment of the present invention and the resin molding method of another embodiment of the present invention, the entire thermoplastic resin having a heat deformation temperature of 130 ° C. or higher can be melted in a short time. In addition, a resin molded product having as uniform a property as possible can be obtained.
前記加熱処理方法において用いる特定熱可塑性樹脂の熱変形温度は130℃以上であることを前提とするが、この特定熱可塑性樹脂の熱変形温度は、140℃以上であることが好ましく、150℃以上であることが特に好ましい。熱変形温度が130℃以上である熱可塑性樹脂の多くは、スーパーエンジニアリングプラスチック(スーパーエンプラ、耐熱エンプラ又は超耐熱性樹脂)と呼ばれる。 Although it is assumed that the heat distortion temperature of the specific thermoplastic resin used in the heat treatment method is 130 ° C. or higher, the heat deformation temperature of the specific thermoplastic resin is preferably 140 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher. It is particularly preferred that Many thermoplastic resins having a heat distortion temperature of 130 ° C. or higher are called super engineering plastics (super engineering plastics, heat resistant engineering plastics or super heat resistant resins).
熱変形温度が130℃以上である熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリスルホン(PSU;175℃)、ポリエーテルスルホン(PES;210℃)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK;152℃)、ポリアミドイミド(PAI;260℃)、ポリエーテルイミド(PEI;200℃))、ポリフェニレンサルファイド(PPS;136℃)等を挙げることができる。なお、カッコ内の数値は、熱変形温度を示す。 The thermoplastic resin having a heat distortion temperature of 130 ° C. or higher is not particularly limited. For example, polysulfone (PSU; 175 ° C.), polyether sulfone (PES; 210 ° C.), polyether ether ketone (PEEK; 152 ° C.) , Polyamideimide (PAI; 260 ° C), polyetherimide (PEI; 200 ° C)), polyphenylene sulfide (PPS; 136 ° C), and the like. In addition, the numerical value in a parenthesis shows heat deformation temperature.
熱変形温度(荷重たわみ温度)とは、合成樹脂の耐熱性を評価する指標の1つであり、合成樹脂に荷重を加えた状態でその温度を上昇させたときに、この合成樹脂に生じるたわみの大きさが一定になる温度のことをいい、JIS K7191−3に準じて測定される値のことをいう。 The thermal deformation temperature (deflection temperature under load) is one of the indices for evaluating the heat resistance of a synthetic resin. When the temperature is raised with a load applied to the synthetic resin, the deflection that occurs in this synthetic resin Is a temperature at which the magnitude of is constant, and is a value measured according to JIS K7191-3.
前述した加熱処理方法及び樹脂成形方法にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
<実施形態1>
本形態においては、加熱処理方法及び樹脂成形方法に用いられる加熱処理装置1及び成形型3について説明する。加熱処理方法及び樹脂成形方法においては、図1に示すように、断熱性収容箱10及び電磁波照射手段(電磁波照射ユニット)20を備えた加熱処理装置1と、熱変形温度が130℃以上である熱可塑性樹脂4(特定熱可塑性樹脂4という。)が配置される、耐熱性無機材料からなる成形型3とを用いる。成形型3の内部には、特定熱可塑性樹脂4を配置するためのキャビティ31が形成されている。成形型3は、断熱性収容箱10内に配置される。
A preferred embodiment of the heat treatment method and the resin molding method described above will be described with reference to the drawings.
<
In this embodiment, the
電磁波照射手段20は、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波Xを発生させるものである。断熱性収容箱10は、特定電磁波Xを透過させる性質を有するとともに、その内部に成形型3が収容される閉鎖空間Sを有する。断熱性収容箱10の内側底面111には、特定電磁波Xを吸収することによって発熱する性質を有する発熱材15が配置されている。内側底面111とは、断熱性収容箱10の底壁部の上面のことをいう。電磁波照射手段20は、断熱性収容箱10の外部に配置されており、断熱性収容箱10を介して成形型3及び発熱材15に特定電磁波Xを照射するよう構成されている。
The electromagnetic wave irradiation means 20 generates a specific electromagnetic wave X including a wavelength region of 0.01 to 100 m. The heat insulating
ここで、「0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波X」とは、後述のとおり、0.01〜100mの波長領域のうちの少なくとも一部の波長領域を含む電磁波のことをいう。言い換えれば、特定電磁波Xは、0.01〜100mの波長の範囲内のうちのいずれかの波長を含んでいればよい。また、この特定電磁波Xは、マイクロ波又は高周波を含んでいればよく、0.01〜100mの波長領域の全体を含む電磁波である必要はない。また、特定電磁波Xの波長が単一の値に固定されている必要はない。 Here, the “specific electromagnetic wave X including the wavelength region of 0.01 to 100 m” refers to an electromagnetic wave including at least a part of the wavelength region of 0.01 to 100 m as described later. In other words, the specific electromagnetic wave X should just contain any wavelength within the wavelength range of 0.01-100 m. Moreover, this specific electromagnetic wave X should just contain a microwave or a high frequency, and does not need to be an electromagnetic wave containing the whole wavelength range of 0.01-100 m. Further, it is not necessary that the wavelength of the specific electromagnetic wave X is fixed to a single value.
図1に示すように、本形態の断熱性収容箱10は、断熱性容器11と、この断熱性容器11の開口部110を閉塞する断熱性蓋体12とによって構成されている。断熱性蓋体12の裏面には、断熱性容器11の開口部110に適合する平面形状を有する突出部13が形成されている。断熱性蓋体12の突出部13は、断熱性容器11内に進入した状態で配置されている。
As shown in FIG. 1, the heat-insulating
断熱性収容箱10は、その閉鎖空間Sに成形型3を収容したときに、断熱性収容箱10内の気体と、断熱性収容箱10の外部の気体とが遮断される機能を有すればよい。断熱性容器11と断熱性蓋体12とは、種々の形状に形成し、種々の組み合わせ方をすることができる。断熱性収容箱10は、例えば、2つの容器部分を組み合わせた構造とすることができる。
If the heat insulating
断熱性収容箱10の内側底面111には、特定電磁波Xを吸収することによって発熱する発熱材(補助加熱部材)15が配置されている。発熱材15は、断熱性収容箱10の内側底面111に設けられたシート状又は板状の部材とすることができる。本形態の発熱材15は、断熱性容器11の内側底面111の略全面に配置されており、成形型3は、発熱材15の上に載置される。
A heat generating material (auxiliary heating member) 15 that generates heat by absorbing the specific electromagnetic wave X is disposed on the
本形態においては、断熱性容器11の内側底面111に載置される成形型3内の特定熱可塑性樹脂4を、発熱材15からの伝熱を利用して、内側底面111に近い部位から遠い部位に向けて順次溶融させる。また、成形型3内に配置される特定熱可塑性樹脂4の熱変形温度、溶融開始温度、融点等の熱的特性に応じて、内側底面111において、発熱材15を配置する箇所、発熱材15を配置する面積等を変更することができる。例えば、発熱材15は、内側底面111に設けるだけでなく、断熱性容器11の側壁の内側側面に設けることもできる。
In this embodiment, the specific
特定熱可塑性樹脂4が、昇温されるに伴って特定電磁波Xを自ら吸収して発熱する性質を有する場合には、発熱材15を断熱性容器11の内側底面111に設けることの効果が顕著に得られる。断熱性容器11における内側底面111の面積の全体を100%としたとき、発熱材15は、内側底面111における面積が50%以上の範囲に配置することが好ましく、内側底面111における面積が80%以上の範囲に配置することがさらに好ましく、内側底面111における面積が95%以上の範囲に配置することが特に好ましい。
When the specific
また、加熱処理装置1は、断熱性収容箱10内の温度を測定する温度測定手段を有していてもよい。この場合には、電磁波照射手段20の照射動作を制御する制御手段は、温度測定手段の測定値に基づいて、電磁波照射手段20による特定電磁波Xの照射時間を調整することができる。
Moreover, the
断熱性収容箱10は、断熱性及び耐熱性を有すると共に、特定電磁波Xに対して透過性を有する材料によって構成されている。断熱性収容箱10を構成する材料としては、25℃における熱伝導率が1.0W/(m・K)以下のものを用いることが好ましい。断熱性収容箱10は、特定電磁波Xを透過させる性質を有するとともに、断熱性収容箱10の内部における気体と外部における気体との間の熱の伝達を抑制する性質を有する。このような性質を有する材料としては、金属を除き、金属酸化物(セラミックスを含む。)、樹脂等がある。断熱性収容箱10を構成する材料の具体例としては、アルミナ等のセラミックス、石膏、ガラス、シリコーンゴム、コルク、ムライト、ジルコニア、セメント、陶磁器などが挙げられる。
The
断熱性収容箱10における断熱性容器11の側壁部(周壁部)及び底壁部の厚み、並びに断熱性蓋体12の厚みは、例えば5〜30mmとすることができる。これらの厚みは、断熱性収容箱10の内部と外部との間に十分な断熱性が確保されれば特に限定されない。
The thickness of the side wall part (peripheral wall part) and the bottom wall part of the
断熱性収容箱10の閉鎖空間Sの容積は、成形型3の体積の2倍以上とすることができ、特に成形型3の体積の10〜300倍であることが好ましい。閉鎖空間Sの容積が過小である場合には、閉鎖空間S内の空気等の気体による断熱効果が少なくなり、成形型3を介して特定熱可塑性樹脂4を加熱する際の特定熱可塑性樹脂4の均熱化が難しくなる。一方、閉鎖空間Sの容積が過大である場合には、閉鎖空間S内の気体が対流するおそれがあり、断熱性収容箱10による断熱効果が弱くなるおそれがある。
The volume of the closed space S of the heat-insulating
発熱材15は、特定電磁波Xを吸収することによって発熱する材料によって構成されている。発熱材15を構成する材料としては、基材中に、30℃、60Hzにおける誘電力率(誘電正接、tanδ)が0.01以上である物質(以下、「高誘電力率物質」という。)が含有されてなるものを用いることが好ましい。基材としては、セラミックス、ゴム、耐熱性樹脂などを用いることができる。
The
発熱材15は、断熱性容器11を構成する材料に高誘電力率物質を混合し、断熱性容器11の底壁部等の壁部の全体又は一部として形成してもよい。この場合には、断熱性容器11自体の全体又は一部が発熱材15となる。
高誘電力率物質としては、グラファイト、炭化珪素、フェライト、チタン酸バリウム、カーボンブラック、黒鉛、二酸化マンガンなどが挙げられる。これらの高誘電力率物質は、1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
The
Examples of the high dielectric constant material include graphite, silicon carbide, ferrite, barium titanate, carbon black, graphite, and manganese dioxide. These high dielectric constant materials can be used singly or in combination of two or more.
また、発熱材15は、高誘電力率物質を釉薬と共に基材に塗布し焼成して得られるプレート等としてもよい。
発熱材15を構成する材料における高誘電力率物質の含有割合は、通常5〜90体積%であり、好ましくは10〜70体積%、より好ましくは13〜50体積%、更に好ましくは15〜35体積%である。
Further, the
The content ratio of the high dielectric force substance in the material constituting the
本形態の電磁波照射手段20は、断熱性収容箱10の外部に配置されている。断熱性収容箱10のサイズを大きくする必要はあるが、電磁波照射手段20は、断熱性収容箱10の内部又は壁部内に配置することも可能である。
The electromagnetic wave irradiation means 20 of this embodiment is disposed outside the heat insulating
電磁波照射手段20としては、特定電磁波X、具体的にはマイクロ波(波長0.01〜1mの電磁波)又は高周波(波長1〜100mの電磁波)を照射するものが用いられる。ここで、マイクロ波及び高周波を周波数で示すと、マイクロ波が約30GHz〜約300MHzであり、高周波が約300MHz〜約3MHzである。一般的に、電磁漏洩による法令上の規制により、13.56MHz(約22.1m)、27.12MHz(約11.1m)、40.18MHz(346m)、2450MHz(約0.122m)付近の周波数の電磁波が利用される。 As the electromagnetic wave irradiation means 20, a specific electromagnetic wave X, specifically, an object that irradiates a microwave (electromagnetic wave having a wavelength of 0.01 to 1 m) or a high frequency (electromagnetic wave having a wavelength of 1 to 100 m) is used. Here, when the microwave and the high frequency are shown in terms of frequency, the microwave is about 30 GHz to about 300 MHz, and the high frequency is about 300 MHz to about 3 MHz. Generally, frequencies around 13.56 MHz (about 22.1 m), 27.12 MHz (about 11.1 m), 40.18 MHz (346 m), 2450 MHz (about 0.122 m) due to legal regulations due to electromagnetic leakage Electromagnetic waves are used.
電磁波照射手段20から照射される特定電磁波Xは、特定熱可塑性樹脂4等の種類及び形状、発熱材15の材質及び寸法などを考慮して、0.01〜100mの波長の中から適宜選択することができる。このような特定電磁波Xとしては、スパークの発生が少なく、電磁漏洩の防止が容易であることなどの観点から、1000MHz(波長:0.3m)〜10GHz(波長:0.03m)のマイクロ波が好ましく、特に、2450MHz付近の周波数が好ましい。また、電磁波照射手段20としては、定格出力が100〜15000Wのものを用いることができ、定格出力が500〜3000Wのものを用いることがより好ましい。
The specific electromagnetic wave X irradiated from the electromagnetic wave irradiation means 20 is appropriately selected from a wavelength of 0.01 to 100 m in consideration of the type and shape of the specific
本形態の電磁波照射手段20は、断熱性収容箱10の断熱性蓋体12の外壁面に対向する位置に配置されている。電磁波照射手段20は、断熱性容器11の側壁部又は底壁部の外壁面に対向する位置に配置することもできる。また、場合によっては、複数の電磁波照射手段20を、断熱性収容箱10の外壁面の異なる位置に対向させて配置することもできる。
The electromagnetic wave irradiation means 20 of this form is arrange | positioned in the position facing the outer wall surface of the heat
図1に示すように、本形態の樹脂成形方法においては、電磁波照射手段20から成形型3へ特定電磁波Xを照射することによって、成形型3のキャビティ31内の特定熱可塑性樹脂4を溶融させ、その後、特定熱可塑性樹脂4を冷却することによって、キャビティ31内に、樹脂ブロック等の樹脂成形品を成形する。
As shown in FIG. 1, in the resin molding method of this embodiment, the specific
成形型3のキャビティ31は、特定熱可塑性樹脂4によって成形する樹脂成形品の製品形状に沿った形状とすることができる。また、成形型3のキャビティ31は、製品形状となる前の、製品形状よりも大きな素材形状に沿った形状とすることもできる。この素材形状は、例えば、直方体、円筒状、円環状等の任意の形状とすることができる。また、素材形状を有する樹脂成形品を成形した後には、この樹脂成形品を、切削加工を行って製品形状に形成することができる。樹脂成形品は、例えば、図2に示すように、平面内において、所定の断面形状を有すると共に、この平面に直交する方向に所定の断面形状が連続する三次元形状の樹脂成形品5とすることもできる。
The
本形態の成形型3は、特定電磁波Xの少なくとも一部を透過させる性質を有する。成形型3を構成する材料は、種々のセラミックス材料とすることができる。このセラミックス材料としては、アルミナ等のセラミックス、石膏、ガラス、シリコーンゴム、コルク、ムライト、ジルコニア、セメント、陶磁器などが挙げられる。成形型3をセラミックス材料から形成する場合には、成形型3の断熱性及び耐久性を高めることができる。
なお、成形型3は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料によって形成することも可能である。また、成形型3内に配置される特定熱可塑性樹脂4の形態は、ペレット状であっても、粉状であってもよい。
The
Note that the
成形型3の少なくとも一部は、特定電磁波Xを吸収して発熱する材料によって構成することもできる。この場合には、成形型3の全体又は一部を構成する材料に、前述の高誘電力率物質を混合することができる。また、この場合には、成形型3の内壁面の全体又は一部に、高誘電力率物質を含有する層を設けることもできる。
At least a part of the
成形型3が高誘電力率物質を含む場合には、成形型3が、照射される特定電磁波Xの少なくとも一部を吸収して発熱し、成形型3からの熱伝導によって特定熱可塑性樹脂4が加熱される。また、特定熱可塑性樹脂4が昇温に伴って特定電磁波Xを自ら吸収して発熱する性質を有する場合には、特定熱可塑性樹脂4が、成形型3を透過した特定電磁波Xを吸収して発熱することによって、特定熱可塑性樹脂4の加熱をさらに促進することができる。
When the molding die 3 contains a high dielectric power factor substance, the molding die 3 generates heat by absorbing at least a part of the specific electromagnetic wave X to be irradiated, and the specific
加熱処理装置1においては、断熱性収容箱10の断熱性蓋体12が取り外された状態で、断熱性容器11の内側底面111に成形型3が配置される。その後、断熱性蓋体12が断熱性容器11の開口部110を塞ぐよう配置される。これにより、断熱性収容箱10の内部には、成形型3が収容された閉鎖空間Sが形成される。この状態で、図1に示すように、電磁波照射手段20によって、断熱性収容箱10を介して成形型3に特定電磁波Xが照射される。このとき、特定電磁波Xは、断熱性収容箱10内に設けられた発熱材15に対しても照射される。これにより、発熱材15が特定電磁波Xを吸収して発熱する。その結果、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4は、特定電磁波Xを自ら吸収することによって加熱されると共に、発熱材15からの輻射熱や、発熱材15によって加熱された、断熱性収容箱10の閉鎖空間Sに存在する気体によっても加熱される。
In the
断熱性収容箱10の閉鎖空間S内の温度は、例えば100〜500℃に保たれる。
また、特定電磁波Xの照射条件は、特定熱可塑性樹脂4の種類などに応じて適宜設定される。例えば、電磁波照射手段20による特定電磁波Xの出力を100〜5000Wとし、成形型3への特定電磁波Xの照射時間を1〜120分とすることができる。
The temperature in the closed space S of the heat insulating
Further, the irradiation condition of the specific electromagnetic wave X is appropriately set according to the type of the specific
また、電磁波照射手段20による特定電磁波Xの照射動作を制御する制御手段は、成形型3の温度を測定し、成形型3の温度が特定の温度になるよう制御することができる。また、制御手段は、成形型3の特定の昇温速度が維持されるように、電磁波照射手段20による特定電磁波Xの照射を制御することもできる。なお、成形型3が特定電磁波Xを透過させる場合には、成形型3は、キャビティ31内の特定熱可塑性樹脂4からの伝熱によって加熱される。
The control means for controlling the irradiation operation of the specific electromagnetic wave X by the electromagnetic wave irradiation means 20 can measure the temperature of the
電磁波照射手段20による特定電磁波Xの出力範囲は0〜5000Wの範囲内とし、成形型3及び特定熱可塑性樹脂4を昇温する特定の昇温速度は1〜100℃/minの範囲内とすることができる。また、成形型3及び特定熱可塑性樹脂4を加熱して維持する温度は150〜500℃の範囲内とし、特定電磁波Xの照射時間は0.01〜180分の範囲内とすることができる。
成形型3の温度の測定は、公知の方法によって行うことができる。成形型3の温度を測定する温度計には、例えば、放射温度計、熱電対、サーミスタ、光ファイバー温度計を使用することができる。
The output range of the specific electromagnetic wave X by the electromagnetic wave irradiation means 20 is in the range of 0 to 5000 W, and the specific temperature increase rate for increasing the temperature of the
The temperature of the
本形態の加熱処理装置1においては、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4は、電磁波照射手段20による特定電磁波Xを吸収することによって加熱されると共に、発熱材15からの輻射熱や、発熱材15によって加熱された、断熱性収容箱10の閉鎖空間Sに存在する気体によっても加熱される。また、発熱材15が成形型3の底部と接触していることにより、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4は、発熱材15からの伝導熱によっても加熱される。さらに、特定熱可塑性樹脂4が、特定電磁波Xを吸収して自己発熱する場合には、特定熱可塑性樹脂4は、特定電磁波Xを吸収することによっても加熱される。それ故、本形態の加熱処理装置1によれば、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4を全体にわたって均一に加熱することができる。
In the
図3に示すように、加熱処理装置1において、断熱性容器11の内側底面111に配置される発熱材15は、成形型3が配置される配置穴151を有する枠状に形成することもできる。この場合には、特定電磁波Xの照射を受けるときに、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4は、発熱材15からの熱伝導によって加熱される割合が少なくなり、発熱材15からは主に輻射熱によって加熱されることになる。
As shown in FIG. 3, in the
<実施形態2>
本形態においては、加熱処理装置1の別の形態を示すと共に、この加熱処理装置1を用いて加熱処理方法及び樹脂成形方法を行う場合について説明する。
本形態においては、加熱処理装置1によって、熱変形温度が130℃以上の特定熱可塑性樹脂4の加熱を行う。ここで、熱変形温度(荷重たわみ温度)とは、合成樹脂の耐熱性を評価する指標の1つであり、合成樹脂に荷重を加えた状態でその温度を上昇させたときに、この合成樹脂に生じるたわみの大きさが一定になる温度のことをいう。
また、本形態の特定熱可塑性樹脂4は、特定の温度以下においては特定電磁波Xを吸収しない性質を有する一方、特定の温度を超えると特定電磁波Xを吸収する性質を発現する自己発熱型のものである。
<Embodiment 2>
In this embodiment, another embodiment of the
In this embodiment, the
In addition, the specific
本形態の加熱処理装置1においては、図4及び図5に示すように、立方体形状を有する断熱性収容箱10の6つの内壁面にシート状又は板状の発熱材15が配置され、断熱性収容箱10の内側底面111における発熱材15の上に成形型3が載置される。本形態においては、直方体形状の断熱性収容箱10の6つの壁部を発熱させ、断熱性収容箱10内の温度に局所的な偏りがないようにし、断熱性収容箱10内の閉鎖空間Sの温度を高温に維持する。
In the
成形型3における、断熱性収容箱10の内側底面111に接触する底部32の厚みは、発熱材15から、成形型3のキャビティ31内の特定熱可塑性樹脂4への伝熱性を高めるために、底部32から起立して設けられた側部33の厚みよりも小さい。成形型3の底部32の厚みは、強度上問題がない範囲で薄く形成されており、成形型3の側部33の厚みは、断熱性を高めるために厚く形成されている。成形型3の底部32の厚みを極力小さくすることにより、断熱性収容箱10の内側底面111における発熱材15から、特定熱可塑性樹脂4への熱伝導が生じやすくすることができる。成形型3の側部33の厚みは、例えば、成形型3の底部32の厚みの2〜100倍にすることができる。
The thickness of the bottom 32 in contact with the
本形態の成形型3の底部32は、可撓性を有するシート状のセラミックスによって形成されている。底部32をシート状に形成することにより、断熱性収容箱10の内側底面111における発熱材15から、特定熱可塑性樹脂4への熱伝導がさらに生じやすくすることができる。また、シート状の底部32をセラミックスによって形成することにより、シート状の底部32の耐久性を向上させることができる。
The
また、底部32の厚みは、好ましくは0.1〜5mmであり、さらに好ましくは0.5〜3mmであり、特に好ましくは1〜2mmである。底部32の厚みを0.1mm未満とすることは製造上困難である。また、底部32の厚みを5mm超過にすると、発熱材15から特定熱可塑性樹脂4への熱伝導を生じさせる効果が薄れるおそれがある。
Moreover, the thickness of the
底部32としてのシート状のセラミックスは、発熱材15に特定熱可塑性樹脂4が直接接触せず、かつ、発熱材15から特定熱可塑性樹脂4への熱伝導を良好とするために設ける。このシート状のセラミックスは、強度、熱伝導性及び耐熱性が確保されれば、セラミックス以外の樹脂、ゴム等によって構成することもできる。
The sheet-like ceramic as the
図4〜図6に示すように、成形型3は、その内部に形成されるキャビティ31に特定熱可塑性樹脂4を配置することと、成形後の樹脂成形品を取り出すこととを容易にするために、複数の型部3A,3Bに分割されている。複数の型部3A,3Bは、樹脂成形品を繰り返し成形可能なものである。本形態の成形型3は、第1型部3A及び第2型部3Bの2つの型部3A,3Bに分割されており、2つの型部3A,3Bが合わさった状態で、2つの型部3A,3Bによってキャビティ31が形成される。第1型部3Aと第2型部3Bとは、キャビティ31に配置された粉体状、ペレット状又は固体状の特定熱可塑性樹脂4が溶融して、液状の特定熱可塑性樹脂4となる際に、キャビティ31の容積を縮小することができるよう、相対的に接近するスライドが可能である。2つの型部3A,3Bのいずれかには、成形後の樹脂成形品を取り出すためのエジェクターピン等を設けることができる。
As shown in FIG. 4 to FIG. 6, the molding die 3 facilitates the arrangement of the specific
成形型3の底部32は発熱材15に接触している一方、成形型3の側部33及び天井部34は、発熱材15から離れている。そして、断熱性収容箱10の内側底面111における発熱材15から成形型3へは、熱伝導によって熱が伝わる一方、断熱性収容箱10の側面112及び天井面113における発熱材15から成形型3へは、空気等の気体を介した熱輻射(熱放射)によって熱が伝わる。これにより、成形型3のキャビティ31内における特定熱可塑性樹脂4は、成形型3の底部32に近い部位から成形型3の天井部34に近い部位に向けて順次溶融する。そして、このような特定熱可塑性樹脂4が一方側から他方側に向けて加熱される構成により、特定熱可塑性樹脂4が溶融して成形される樹脂成形品の内部に、成形不良となるボイド(気泡、引け巣)が形成されないようにする。
The
発熱材15は、高誘電力率物質が含まれる粒子を圧縮加圧して形成された圧粉発熱材とすることができる。また、発熱材15は、高誘電力率物質が含まれる粒子の焼成物とすることもできる。成形型3のキャビティ31は、最終的な製品、最終的な製品形状に近い形状としてのニアネットシェイプの成形品をマスターモデルとし、このマスターモデルの三次元形状を転写することによって形成することができる。本形態の成形型3は、石膏によって形成された石膏型であり、成形型3のキャビティ31に成形する樹脂成形品は、ブロック形状を有するものである。石膏型は高い断熱性を有する。また、断熱性収容箱10も、石膏によって形成されている。成形型3を石膏で形成する場合には、成形型3の底部32を石膏で形成してもよい。成形型3を石膏型によって形成する場合には、発熱材15からの熱伝導性を顕著に阻害しない範囲内で、底部32の厚みを適切な厚みに調整することが好ましい。
The
石膏型としての成形型3は以下のように作製することができる。
まず、マスターモデルの型取りをRTVシリコーンゴムによって行い、マスターモデルの形状が転写されたキャビティを有する第1転写型を作製する。次いで、この第1転写型を、型枠内に配置して、第1転写型のキャビティ及び外面の形状が反転して転写されたキャビティを有する第2転写型を作製する。次いで、第2転写型のキャビティに、水と混練した石膏スラリーを流し込んで固まらせる。その後、第2転写型のキャビティから固化した石膏を取り出し、この石膏が、マスターモデルと同じ形状のキャビティ31を有する成形型3となる。
The
First, the master model is molded with RTV silicone rubber to produce a first transfer mold having a cavity in which the shape of the master model is transferred. Next, the first transfer mold is placed in a mold, and a second transfer mold having a cavity transferred by inverting the shape of the cavity and the outer surface of the first transfer mold is manufactured. Next, a gypsum slurry kneaded with water is poured into the cavity of the second transfer mold and solidified. Thereafter, the solidified gypsum is taken out from the cavity of the second transfer mold, and this gypsum becomes the
また、他のキャスタブルセラミックス材料を用いて成形型3を作製する場合にも、石膏型と同様の方法によって作製することができる。また、マシナブルセラミックス材料を用いて成形型3を作製する場合には、このセラミック材料に直接型彫りを施して、成形型3を作製することもできる。更には、成形型3は、三次元造形法によって直接成形することもできる。
Also, when the
(加熱処理方法及び樹脂成形方法)
次に、本形態の加熱処理装置1を用いて樹脂成形品を成形する、加熱処理方法及び樹脂成形方法について示す。
本形態の樹脂成形方法においては、配置工程、収容工程、加熱工程及び冷却工程を行って、成形型3内に樹脂成形品を成形する。なお、加熱処理方法とは、収容工程及び加熱工程に着目したときの呼び方である。
(Heat treatment method and resin molding method)
Next, a heat treatment method and a resin molding method for forming a resin molded product using the
In the resin molding method of the present embodiment, a resin molded product is molded in the
まず、配置工程においては、図6に示すように、成形型3の第1型部3A内に特定熱可塑性樹脂4のペレット41を配置し、第1型部3Aに第2型部3Bを組み合わせて、第1型部3Aの開口部310を第2型部3Bによって閉じる。そして、特定熱可塑性樹脂4のペレット41が、第1型部3Aと第2型部3Bとによって形成されたキャビティ31内に配置された成形型3が形成される。
First, in the arrangement step, as shown in FIG. 6, the
次いで、収容工程においては、図7に示すように、発熱材15が内側底面111に配置された断熱性収容箱10の閉鎖空間S内に、特定熱可塑性樹脂4が内部に配置された成形型3を、発熱材15に接触する状態で収容する。言い換えれば、収容工程においては、断熱性容器11内に、内部に特定熱可塑性樹脂4のペレット41が配置された成形型3を配置し、断熱性容器11に断熱性蓋体12を組み合わせて、断熱性容器11の開口部110を断熱性蓋体12によって閉じる。このとき、断熱性容器11及び断熱性蓋体12の内壁面には、発熱材15が設けられている。そして、断熱性収容箱10の閉鎖空間S内に成形型3が配置された状態が形成される。なお、図4、図6及び図7においては、特定熱可塑性樹脂4のペレット41を部分的に省略して示す。
Next, in the housing step, as shown in FIG. 7, a molding die in which the specific
次いで、加熱工程においては、図4に示すように、電磁波照射手段20によって、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波Xを、断熱性収容箱10を透過させて成形型3及び発熱材15に照射して発熱材15を発熱させ、発熱材15からの伝熱を利用して成形型3内の特定熱可塑性樹脂4を加熱する。言い換えれば、加熱工程においては、特定電磁波Xを、断熱性収容箱10を透過させて成形型3及び発熱材15に照射する。本形態においては、波長が0.01〜1mであるマイクロ波を照射する電磁波照射手段20を用いる。断熱性収容箱10を透過する特定電磁波Xは、発熱材15に照射されて、発熱材15にその一部が吸収される。また、特定電磁波Xは、発熱材15に一部が吸収されて減衰した後、成形型3に吸収され、又は成形型3をさらに透過してキャビティ31内の特定熱可塑性樹脂4に吸収される。電磁波照射手段20による特定電磁波Xの照射は、成形型3のキャビティ31内における特定熱可塑性樹脂4の全体が溶融するまで継続する。
Next, in the heating step, as shown in FIG. 4, the electromagnetic wave irradiation means 20 causes the specific electromagnetic wave X including the wavelength region of 0.01 to 100 m to pass through the heat insulating
このとき、特定熱可塑性樹脂4は、加熱の初期の段階においては、特定電磁波Xを吸収する性質をほとんど発現せず、特定電磁波Xを吸収してもほとんど発熱しない。一方、発熱材15は、加熱の初期の段階から特定電磁波Xを吸収する性質を発現し、特定電磁波Xを吸収して発熱する。そして、成形型3のシート状の底部32が、断熱性収容箱10の内側底面111における発熱材15と接触していることにより、成形型3のキャビティ31内における特定熱可塑性樹脂4へは、断熱性収容箱10の内側底面111における発熱材15から熱伝導によって熱が伝わる。
At this time, the specific
次いで、全ての特定熱可塑性樹脂4のペレット41のうち、シート状の底部32に接触する最下部のいずれかの部位にあるペレット41の温度が、融点あるいは溶融開始温度に到達し、このペレット41から先に溶融を開始する。ペレット41の溶融が開始されると、この溶融したペレット41によって、これに近接するペレット41が濡れ、溶融するペレット41が増えていく。
Next, among the
また、シート状の底部32に接触する最下部の全体にあるペレット41が溶融して溶融層42を形成すると、この溶融層42の上方に隣接する、既に軟化が始まっているペレット41が、溶融層42に落下して溶融層42と一体化していく。その後、下方から上方へと溶融するペレット41が順次増加していき、溶融層42が形成された範囲が下方から上方へと順次拡大していく。言い換えれば、成形型3内のペレット41が、断熱性収容箱10の内側底面111に配置された発熱材15からの伝熱を利用して、内側底面111に近い部位から遠い部位に向けて順次溶融していく。また、特定熱可塑性樹脂4のペレット41の全体においては、固体のまま維持される部分と、液体となった部分とが共存する領域も生じることがある。
Further, when the
また、特定熱可塑性樹脂4は、加熱の段階が進行して、未溶融の固体の状態において特定の温度以上に加熱されると、特定電磁波Xを吸収する性質を発現し、特定電磁波Xを吸収して自己発熱するようになる。これにより、固体のペレット41は、特定の温度以上に加熱されると、固体から液体に変化する速度が急激に上昇する。そのため、加熱の段階が進行すると、上方へ向けた溶融層42の領域の拡大が急激に生じることになる。その結果、成形型3のキャビティ31内の特定熱可塑性樹脂4を溶融させる時間を短縮することができる。
In addition, the specific
一方、ペレット41の溶融に伴って、ペレット41同士の間に存在する空隙、すなわち、ボイドの発生源となる空気は、上方へ向けて領域を拡大する溶融層42によって、下方から上方へと追い出されることになる。そして、全てのペレット41が溶融層42に変化するときには、溶融層42の内部に空気がほとんど残されず、成形型3のキャビティ31内に存在した空気が溶融層42の上方へ逃がされる。
その後、成形型3のキャビティ31内の全てのペレット41が溶融して、キャビティ31内が溶融層42によって満たされたときには、電磁波照射手段20による特定電磁波Xの照射が停止される。
On the other hand, as the
Thereafter, when all the
次いで、冷却工程においては、成形型3のキャビティ31内の特定熱可塑性樹脂4を冷却して固化させ、成形型3の内面形状が転写された樹脂成形品を得る。キャビティ31内の特定熱可塑性樹脂4を固化させるときには、特定熱可塑性樹脂4を冷却しやすくするために、成形型3を断熱性収容箱10の外部に取り出すことができる。そして、成形型3及び成形型3内の特定熱可塑性樹脂4は、空冷等によって冷却することができる。なお、成形型3を断熱性収容箱10内に配置したままの状態で、成形型3及び特定熱可塑性樹脂4を徐々に冷却することもできる。
Next, in the cooling step, the specific
キャビティ31内の特定熱可塑性樹脂4が固化したときには、キャビティ31内に樹脂成形品が成形される。そして、成形型3の第1型部3Aから第2型部3Bを分離し、第1型部3Aの開口部310から、成形された樹脂成形品を取り出す。こうして成形された樹脂成形品の内部には、ボイドがほとんど形成されておらず、樹脂成形品の品質が良い。
When the specific
また、図8に示すように、成形型3のキャビティ31内は、真空ポンプ35によって減圧し、減圧されたキャビティ31内においてペレット41を溶融させることができる。この場合には、キャビティ31内の圧力が成形型3の外部の圧力よりも低いことにより、一対の型部3A,3Bの間に型締め力を作用させることができる。そして、ペレット41が溶融する際に、第1型部3Aと第2型部3Bとが互いに接近し、容積が縮小されたキャビティ31内に特定熱可塑性樹脂4の樹脂成形品を成形することができる。
なお、一対の型部3A,3Bへの型締め力は、圧力の差を利用する以外にも、例えば、第2型部3Bから第1型部3Aへ荷重を加えることによって作用させることができる。
In addition, as shown in FIG. 8, the inside of the
In addition, the mold clamping force to the pair of
(作用効果)
本形態の加熱処理方法及び樹脂成形方法においては、加熱工程を行うことにより、発熱材15が、特定電磁波Xを吸収することによって発熱し、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4は、断熱性収容箱10の内側底面111における発熱材15からの伝熱を利用して加熱される。これにより、特定熱可塑性樹脂4が加熱されやすくなり、その加熱時間を短縮することができる。
(Function and effect)
In the heat treatment method and the resin molding method of the present embodiment, by performing the heating step, the
また、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4を溶融させるためには、この特定熱可塑性樹脂4を、130℃以上の加熱到達温度に加熱して維持する必要がある。加熱到達温度は、特定熱可塑性樹脂4の種類、特定熱可塑性樹脂から成形する樹脂成型品の大きさ、形状等に応じて適宜決定される。
Further, in order to melt the specific
本形態の加熱処理方法及び樹脂成形方法においては、成形型3が断熱性収容箱10の閉鎖空間S内に収容されていることにより、閉鎖空間Sにおいて成形型3の周囲に存在する空気等の気体が、断熱性収容箱10の外部に存在する空気等の気体と隔離される。そして、加熱工程において、特定電磁波Xによって成形型3内の特定熱可塑性樹脂4が溶融するときには、閉鎖空間S内の気体が成形型3によって加熱されて、閉鎖空間S内の気体の温度は断熱性収容箱10の外部の気体よりも高温になる。
In the heat treatment method and the resin molding method of this embodiment, since the molding die 3 is accommodated in the closed space S of the heat insulating
これにより、閉鎖空間S内の気体によって成形型3が冷やされないようにすることができ、成形型3及び成形型3内の特定熱可塑性樹脂4を130℃以上の加熱到達温度に維持することが容易になる。そのため、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4が局所的に冷却されにくく、特定熱可塑性樹脂4の全体が極力均一に加熱されるようにすることができる。その結果、特定電磁波Xの照射を必要以上に長く継続する必要がなく、特定熱可塑性樹脂4に、加熱され過ぎたことによる焦げ付き等の熱履歴が残らないようにすることができる。
Thereby, it is possible to prevent the
また、加熱工程においては、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4は、成形型3の底部32に近い部位から先に加熱されて溶融し、底部32に近い部位から遠い部位に向けて順次溶融する。これにより、特定熱可塑性樹脂4の中心部を含む全体を溶融させることができ、特定熱可塑性樹脂4の中心部に未溶融の部分が残らないようにすることができる。そして、加熱工程の後、特定熱可塑性樹脂4が冷却されたときには、性状が極力均一な樹脂成形品を得ることができる。
Further, in the heating process, the specific
それ故、本形態の加熱処理方法及び樹脂成形方法によれば、熱変形温度が130℃以上の特定熱可塑性樹脂4の全体を、短時間で溶融させることができ、性状が極力均一な樹脂成形品を得ることができる。
Therefore, according to the heat treatment method and the resin molding method of the present embodiment, the entire specific
また、本形態においては、特定熱可塑性樹脂4による樹脂成形品を成形するために、電磁波照射手段20による特定電磁波Xの照射によって、成形型3のキャビティ31内における特定熱可塑性樹脂4を加熱する温度を、300℃以上の高温にする。300℃以上の高温に特定熱可塑性樹脂4を加熱する際には、発明者らの研究の結果、成形型3の周囲の全体を300℃以上の高温に維持することが有効であることが見出された。
In this embodiment, the specific
断熱性収容箱10を用いない従来の電磁波照射成形においては、電磁波照射手段20による特定電磁波Xを成形型3に照射しているときに、成形型3の表面が覆われていない。そのため、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4が溶融するときに、成形型3に接触する空気によって成形型3が局所的に冷却され、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4の温度分布に偏りが生じる。特に、300℃以上の高温に加熱する必要がある特定熱可塑性樹脂4の成形を行う場合には、特定熱可塑性樹脂4において、局所的に低温になる部位が生じ、寸法精度に優れた樹脂成形品を得ることが困難であった。
In the conventional electromagnetic wave irradiation molding that does not use the heat insulating
これに対し、本形態の加熱処理方法及び樹脂成形方法においては、断熱性収容箱10内に成形型3を配置し、断熱性収容箱10の内壁面に発熱材15を設けるといった工夫をしている。これにより、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4が溶融するときに、断熱性収容箱10内の空気の温度を300℃以上の高温に維持し、成形型3の周囲の全体が空気によって冷却されることがないようにしている。その結果、従来の電磁波照射成形によっては成形が困難であった特定熱可塑性樹脂4の樹脂成形品を、高い寸法精度で成形できるようになった。
In contrast, in the heat treatment method and the resin molding method of the present embodiment, the
特に、本形態の加熱処理方法及び樹脂成形方法においては、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4を一方側から他方側に向けて溶融させる工夫によって、樹脂成形品の内部にボイドが形成されないようにすることができる。これにより、樹脂成形品の品質を高めることができる。
In particular, in the heat treatment method and the resin molding method of this embodiment, no void is formed in the resin molded product by melting the specific
(特定熱可塑性樹脂4の濡れ性)
図4に示すように、成形型3内の特定熱可塑性樹脂4のペレット41が溶融していく現象において重要となるのは、固体のペレット41の表面に対する、液体となったペレット41による溶融層42の濡れ性である。仮に、溶融層42の表面張力が高く、固体のペレット41の表面に対する溶融層42の濡れ接触角が大きい場合には、濡れ性が悪いと言える。この場合には、溶融層42と固体のペレット41との相溶性が悪いと考えられ、ボイドが発生しやすいと考えられる。これに対し、本形態においては、特定熱可塑性樹脂4の溶融層42の表面張力は低く、固体のペレット41と溶融層42とが同種の材料であるために、固体のペレット41に対する溶融層42の濡れ接触角が小さくなる。そのため、溶融層42が形成される範囲を下方から上方へと拡大して、ボイドを上方へ逃がしていく成形を適切に行うことができる。
(Wettability of specific thermoplastic resin 4)
As shown in FIG. 4, what is important in the phenomenon that the
また、加熱処理方法及び樹脂成形方法における成形速度を速めるためには、特定熱可塑性樹脂4の成形温度を高めることが考えられる。固体のペレット41が液体に相変態して溶融層42になるときには、固体のペレット41が溶融層42における熱を吸熱する。これにより、特定熱可塑性樹脂4の成形温度を高く設定しても、溶融層42が過度に加熱されることが防止され、特定熱可塑性樹脂4の成形時間を短縮することができる。
In order to increase the molding speed in the heat treatment method and the resin molding method, it is conceivable to increase the molding temperature of the specific
(押出成形及び射出成形の課題)
特定熱可塑性樹脂は、航空宇宙、自動車、医療、半導体製造、高集積回路の製造等の分野において、耐熱性、機械的特性、耐薬品性、難燃性、耐薬品性、耐放射線性、溶剤に対する低溶出性など様々な要求に応える樹脂として開発されたものである。特定熱可塑性樹脂を成形する手段として、従来は、高価な金型を使用した、押出成形又は射出成形を利用することが検討されている。
(Problems of extrusion molding and injection molding)
Specified thermoplastic resins are heat resistant, mechanical properties, chemical resistance, flame resistance, chemical resistance, radiation resistance, solvents in fields such as aerospace, automobile, medical, semiconductor manufacturing, and high integrated circuit manufacturing. It was developed as a resin that meets various requirements such as low elution for As means for molding a specific thermoplastic resin, conventionally, use of extrusion molding or injection molding using an expensive mold has been studied.
しかし、押出成形によって結晶性の特定熱可塑性樹脂の成形を行う場合には、特定熱可塑性樹脂の固体から液体への相変態が急激に起こり、特定熱可塑性樹脂の粘度が急激に変化する。そのため、押出形状を維持することができる、固体と液体との中間塑性領域が狭く、良好な押出を行うことが困難である。一方、射出成形によって特定熱可塑性樹脂の成形を行う場合には、特定熱可塑性樹脂が液体から固体へ凝固するときに、特定熱可塑性樹脂の成形品の中央部にボイド(引け巣)が発生することが問題となり、特に厚みが大きな成形品を得ることが困難である。また、この場合には、溶融した特定熱可塑性樹脂の流動性が高いために、金型の隙間に樹脂のバリ(突起)が生じることが問題とされている。 However, when a crystalline specific thermoplastic resin is molded by extrusion molding, a phase transformation of the specific thermoplastic resin from solid to liquid occurs rapidly, and the viscosity of the specific thermoplastic resin changes rapidly. Therefore, the intermediate plastic region between the solid and the liquid that can maintain the extruded shape is narrow, and it is difficult to perform good extrusion. On the other hand, when molding a specific thermoplastic resin by injection molding, when the specific thermoplastic resin solidifies from a liquid to a solid, a void (shrinkage nest) is generated at the center of the molded product of the specific thermoplastic resin. In particular, it is difficult to obtain a molded product having a large thickness. Further, in this case, since the molten specific thermoplastic resin has high fluidity, there is a problem that resin burrs (projections) are generated in the gaps of the mold.
(従来の電磁波照射成形)
成形型3Zが断熱性収容箱10内に配置されておらず、成形型3Z内の特定熱可塑性樹脂4のペレット41が、全方位から加熱される場合の問題点を示す。
この場合は、例えば、図9に示すように、成形型3Zが断熱性収容箱10内に配置されておらず、成形型3Zの全ての外側面に発熱材15Zを設けた場合として想定される。電磁波照射手段20によって成形型3Zに特定電磁波Xが照射されるときには、成形型3Z内のペレット41の全体は、各外側面が位置する全方位から加熱され、それぞれの外側面に接触する部位から先に溶融する。次いで、溶融したペレット41による溶融層42は、未溶融のペレット41を巻き込みながら、溶融すると同時に重力によって下方へ流れ落ちる。そして、成形型3Zの中心部分に位置するペレット41は、溶融層42によって囲まれるものの、十分に加熱されず、無秩序に溶融する。
(Conventional electromagnetic wave irradiation molding)
There is a problem in the case where the molding die 3Z is not arranged in the heat insulating
In this case, for example, as illustrated in FIG. 9, it is assumed that the
次いで、ペレット41の全体が溶融して溶融層42を形成した後に、成形型3Zが冷却されるときには、ペレット41同士の間に形成された空隙を巻き込んで溶融層42の凝固が完了し、樹脂成形品が成形される。こうして成形された樹脂成形品においては、その中心部分に空隙によるボイドが存在する。ボイドが存在する樹脂成形品は、品質が悪く、例えば、切削加工を行うためのブロックとして用いることが不適切となる。
Next, when the molding die 3Z is cooled after the
以上、実施形態2において説明したように、特定熱可塑性樹脂4の成形においては、本形態の発熱材15が配置された断熱性収容箱10を用いた電磁波照射成形を行うことによって、品質に優れた特定熱可塑性樹脂4の樹脂成形品を容易に成形することが可能になった。実施形態2においても、その他の構成は実施形態1と同様であり、実施形態1と同様の作用効果を得ることができる。
なお、本発明は、実施形態1,2のみに限定されず、本発明の趣旨を超えない限度において、種々の構成を採ることができる。
As described above in the second embodiment, in the molding of the specific
In addition, this invention is not limited only to
図1に示す構成に従い、次の仕様の断熱性収容箱10及び電磁波照射手段20を有する加熱処理装置1を用いて、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂からなる樹脂成型品を作製した。
[断熱性収容箱10]
材質:アルミナ(熱伝導率:0.15W/(m・K))
閉鎖空間Sの寸法:95mm×75mm×75mm(内容積:534375mm3)
断熱性容器11の側壁部(周壁部)の厚み:40mm
断熱性容器11の底壁部の厚み:30mm
断熱性蓋体12の厚み:30mm
発熱材15:高誘電力率物質としての黒鉛(グラファイト)を1質量部、シリカ微粒子を37質量部含有するスラリーを、セラミック基材に塗布した、60mm×60mm×10mmの大きさのプレート。
According to the configuration shown in FIG. 1, a resin molded product made of PEEK (polyether ether ketone) resin was produced using the
[Insulation container 10]
Material: Alumina (thermal conductivity: 0.15 W / (m · K))
Dimensions of closed space S: 95 mm × 75 mm × 75 mm (internal volume: 534375 mm 3 )
The thickness of the side wall part (circumferential wall part) of the heat insulating container 11: 40 mm
The thickness of the bottom wall of the heat insulating container 11: 30 mm
Heat insulating
Heating material 15: A plate having a size of 60 mm × 60 mm × 10 mm, in which a slurry containing 1 part by mass of graphite as a high dielectric power substance and 37 parts by mass of silica fine particles is applied to a ceramic substrate.
[電磁波照射手段20]
特定電磁波Xの波長(周波数):122mm(2450MHz、マイクロ波)
定格出力:600W
[Electromagnetic wave irradiation means 20]
Wavelength (frequency) of specific electromagnetic wave X: 122 mm (2450 MHz, microwave)
Rated output: 600W
本実施例においては、断熱性収容箱10内に配置された成形型3内のPEEK樹脂のペレットに電磁波照射手段20による特定電磁波Xを照射して、成形型3内に、図2に示すダンベル形状の樹脂成形品(長さ90mm、最大幅13mm、厚さ7mm)を良好に成形できるかの確認をした。
In the present embodiment, the specific electromagnetic wave X by the electromagnetic wave irradiation means 20 is irradiated to the pellets of the PEEK resin in the molding die 3 arranged in the
また、成形型3には、石膏によって形成された石膏型を用いた。発熱材15は、断熱性収容箱10の内壁面としての内側底面111に配置した。特定電磁波Xによって成形型3内の特定熱可塑性樹脂4を加熱する際の昇温速度は、4.5℃/minとした。また、特定熱可塑性樹脂4を、その熱変形温度よりも高い目標加熱温度としての380℃になるまで84分かけて加熱した。また、特定熱可塑性樹脂4を、380℃の温度に60分間維持し、徐冷した後、成形後の樹脂成形品を取り出した。
The
得られた樹脂成形品を切断して断面を観察したところ、この樹脂成形品は、内部に空隙を有しておらず、PEEK樹脂のペレットの形状は全く残っていなかった。そして、樹脂成形品の全体が均一な性状を示しており、品質に優れていることが分かった。また、樹脂成形品の三次元の任意の方向における引張強さのバランスも良好であった。 When the obtained resin molded product was cut and the cross section was observed, this resin molded product had no voids inside, and no PEEK resin pellets remained. And it turned out that the whole resin molded product has shown the uniform property, and is excellent in quality. Moreover, the balance of the tensile strength in the three-dimensional arbitrary direction of the resin molded product was also favorable.
本実施例の結果より、特定熱可塑性樹脂4であるPEEK樹脂は、断熱性収容箱10内に配置された成形型3と、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波Xとを用いて成形することに適していることが分かった。
From the results of this example, the PEEK resin, which is the specific
1 加熱処理装置
10 断熱性収容箱
15 発熱材
20 電磁波照射手段
3 成形型
31 キャビティ
311 内側底面
4 特定熱可塑性樹脂
S 閉鎖空間
X 特定電磁波
DESCRIPTION OF
Claims (9)
発熱材が内側底面に配置された断熱性収容箱の閉鎖空間内に、前記熱可塑性樹脂が内部に配置された前記成形型を、前記発熱材に接触する状態で収容する収容工程と、
前記特定電磁波を、前記断熱性収容箱を透過させて前記成形型及び前記発熱材に照射して前記発熱材を発熱させ、前記発熱材からの伝熱を利用して前記成形型内の前記熱可塑性樹脂を加熱する加熱工程と、を含む加熱処理方法。 A heat treatment method for heating a thermoplastic resin having a heat distortion temperature of 130 ° C. or more, which is disposed in a mold made of a heat-resistant inorganic material by a specific electromagnetic wave including a wavelength region of 0.01 to 100 m,
A housing step of housing the molding die in which the thermoplastic resin is disposed in a closed space of a heat insulating housing box in which the heat generating material is disposed on the inner bottom surface, in a state in contact with the heat generating material;
The specific electromagnetic wave is transmitted through the heat insulating housing box to irradiate the mold and the heat generating material to heat the heat generating material, and heat transfer from the heat generating material is used to heat the heat in the mold. And a heating step of heating the plastic resin.
前記加熱工程を行った後には、前記成形型内の前記熱可塑性樹脂を冷却して固化させ、前記成形型の内面形状が転写された樹脂成形品を得る冷却工程を行う、樹脂成形方法。 Using the heat treatment method according to any one of claims 1 to 8,
After performing the said heating process, the resin molding method which performs the cooling process which cools and solidifies the said thermoplastic resin in the said mold, and obtains the resin molded product to which the inner surface shape of the said mold was transcribe | transferred.
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