JP2020183109A - 樹脂成形方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記成形型を透過した電磁波、又は一対の電極によって印加される交番電界によって前記予備成形体を加熱して溶融させ、溶融した材料を前記成形型内に充填する充填工程と、
前記溶融した材料を前記成形型内において冷却して固化させ、前記成形型内に、前記予備成形体の積層界面がなくなるように前記材料が一体化された樹脂成形品を成形する冷却工程と、を含む樹脂成形方法にある。
前述した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。
本形態の樹脂成形方法においては、配置工程、充填工程及び冷却工程を行って、熱可塑性樹脂の樹脂成形品1を成形(製造)する。図1及び図2に示すように、配置工程においては、成形型3内に、三次元形状に積層して成形された1つ又は複数の樹脂の予備成形体2を配置する。
本形態の樹脂成形方法は、電磁波を用いて成形型3内に樹脂成形品1を成形する電磁波成形を行うものであり、この電磁波成形を行う際に成形型3内に配置する原材料として、積層造形法によって成形(造形)された予備成形体2を用いるものである。
図2に示すように、予備成形体2は、種々の積層造形法によって三次元形状に積層されたものであり、熱可塑性樹脂の成形体によって構成されている。積層造形法は、ノズル511,521,531から糸状(線状)又は粒状に吐出する熱可塑性樹脂材料を三次元形状に積層する種々の3Dプリンター(AM:アディティブ・マニュファクチャリング)を用いて、樹脂成形品1を成形(造形)する方法である。
図5に示すように、熱溶解積層法においては、熱溶解積層装置51を用いて、長尺状(糸状)の熱可塑性樹脂からなるフィラメント(樹脂材料)20Aを、加熱して溶融させた状態でノズル511から吐出して、テーブル514上に三次元形状に積層する。より具体的には、熱溶解積層装置51は、X方向及びY方向としての平面方向(水平方向)X,Yに移動可能なノズル511と、フィラメント20Aをノズル511に供給するための供給装置512と、ノズル511に供給されるフィラメント20Aを加熱する加熱装置513と、平面方向X,Yに直交するZ方向としての垂直方向(鉛直方向)Zに移動して、ノズル511から吐出されるフィラメント20Aを積層するためのテーブル514とを有する。
図6に示すように、押出成形法においては、熱可塑性樹脂の固体又は粉粒体を加熱して溶融させた後の糸状の樹脂材料20を、押出成形装置52のダイス520に設けられたノズル521から押し出して、テーブル526上に三次元形状に積層する。より具体的には、押出成形装置52は、固体又は粉粒体の樹脂材料20を投入するための投入口522と、投入口522から投入された樹脂材料20が収容されるシリンダー523と、シリンダー523内の樹脂材料20を加熱する加熱装置524と、シリンダー523内の樹脂材料20を混錬するスクリュー525と、スクリュー525の回転によって樹脂材料20が糸状に押し出されるダイス520及びノズル521と、ダイス520及びノズル521から押し出される樹脂材料20が三次元形状に積層されるテーブル526とを有する。
図7に示すように、インクジェット法においては、インクジェット装置53を用いて、液状の樹脂材料20をテーブル532上に滴下して固化させて、テーブル532上に三次元形状に積層する。より具体的には、インクジェット装置53は、X方向及びY方向としての平面方向(水平方向)X,Yに移動して、液状の樹脂材料20を滴下するノズルヘッド530のノズル531と、平面方向X,Yに直交するZ方向としての垂直方向(鉛直方向)Zに移動して、ノズルヘッド530のノズル531から滴下される液状の樹脂材料20を積層するためのテーブル532とを有する。また、インクジェット装置53は、テーブル532に滴下された液状の樹脂材料20の上層部をカットして、樹脂材料20の表面を平坦にするカットローラを有していてもよい。
図8に示すように、粉末焼結積層造形法においては、粉末焼結積層造形装置54を用いて、粉末状の樹脂材料20にレーザRを照射して、レーザRが照射された樹脂材料20の部分を加熱するとともに焼結させ、焼結された樹脂部分20Bによって樹脂材料20を三次元形状に造形する。粉末焼結積層造形装置54は、Z方向としての垂直方向Zに段階的に移動するとともに、粉末状の樹脂材料20を貯留する容器541と、レンズによって、垂直方向Zに直交する、X方向及びY方向としての平面方向X,YにCO2レーザ等のレーザRを移動させて、容器541内の粉末状の樹脂材料20に照射するレーザ照射装置542とを有する。
図9に示すように、超音波粉末成形法においては、超音波粉末成形装置55を用いて、超音波振動するホーン551によって粉末状の樹脂材料20を溶融させて、超音波成形型552内に充填し、超音波成形型552内に三次元形状の成形体を成形(造形)する。超音波粉末成形装置55は、超音波振動して粉末状の樹脂材料20を溶融させるホーン551と、溶融した樹脂材料20が充填される超音波成形型552とを有する。
図10に示すように、ナイロン注型法においては、ナイロン注型装置56を用いて、ゴム型561内において液状のナイロンモノマーを重合させて、ゴム型561内に三次元形状の成形体を成形(造形)する。ナイロンモノマーは、ナイロン樹脂を成形するための原材料としてのモノマーである。ナイロン注型装置56は、ゴム型561の他に、ナイロンモノマーを加熱するための加熱装置を有する。
図11に示すように、配置工程において用いられる予備成形体2は、樹脂成形品1の一部を構成するものとして、後述する電磁波成形装置4と同様の構成の予備成形装置4Aを用いて成形してもよい。この際に、予備成形体2の形状を有するキャビティ33が形成された予備成形型3Aと、後述する電磁波発生器42と同様の構成の電磁波発生器42Aを用いる。この予備成形型3A等を備える予備成形装置4Aを用いて予備成形体2を成形する方法を、粒状物結合法という。
また、粒状物結合法においては、予備成形装置4Aを用いる代わりに、粒状物を積層することによって予備成形体2としての粒状物結合体を成形する予備成形装置57を用いてもよい。具体的には、予備成形装置57は、図14〜図16に示すように、樹脂成形品1の成形に用いられる予備成形体2を成形するものである。予備成形装置57は、ステージ枠571、ステージ572及び光照射源573を備える。ステージ枠571は、鉛直上側に上端開口部571Aを有する枠形状に形成されている。ステージ572は、ステージ枠571の内側に配置されるとともに、ステージ枠571に対して鉛直方向に沿って相対的に昇降するよう構成されている。ステージ572には、粒状物221としてのペレットが、粒状物層22として規定厚みの範囲内に繰り返し層状に敷き詰められる。粒状物221は、樹脂を含有するものであり、0.5〜5mmの範囲内の最大外形を有する。
説明した熱溶解積層法、押出成形法、インクジェット法、粉末焼結積層造形法以外にも、熱可塑性樹脂の樹脂材料20を積層して造形する種々の工法を用いて、予備成形体2を成形(造形)することができる。
図3に示すように、本形態の樹脂成形方法においては、成形型3、真空ポンプ41及び電磁波発生器42を備える電磁波成形装置4を用いる。成形型3は、製品としての樹脂成形品1の形状が反転されたキャビティ33を有する。真空ポンプ41は、成形型3のキャビティ33内を真空状態にするためのものである。電磁波発生器42は、成形型3に照射する電磁波を発生させるものである。
図1及び図3に示すように、本形態の成形型3は、ゴム材料によるゴム型によって構成されている。ゴム材料には、シリコーンゴムの他、種々のゴムを用いることができる。成形型3は、複数に分割された型部31,32の組み合わせによって構成することができる。成形型3は、一対の型部31,32に分割して形成されており、一対の型部31,32としての第1型部31と第2型部32との間には、樹脂成形品1を成形するためのキャビティ33が形成されている。
ゴム型による成形型3は、成形しようとする製品である樹脂成形品1のマスターモデルを転写させて製造することができる。より具体的には、型枠内にマスターモデルを配置し、この型枠内の隙間にゴム材料を注型して、このゴム材料を固化させる。その後、固化したゴム材料を切開して、その内部からマスターモデルを取り出し、ゴム材料による一対の型部31,32が形成される。また、ゴム材料が切開された位置が、一対の型部31,32の間の分割面(パーティングライン)332となる。
図3に示すように、本形態の充填工程において使用する電磁波は、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波(近赤外線)、0.01〜1mの波長領域を含む電磁波(マイクロ波)、又は1〜100mの波長領域を含む電磁波(高周波)である。近赤外線を使用する場合には、成形型3には、近赤外線を透過しやすい透明又は半透明のゴム型等を用い、成形型3を透過した近赤外線によって、成形型3内の熱可塑性樹脂の予備成形体2を加熱し、溶融させることができる。この場合には、成形型3における、近赤外線の透過率を、予備成形体2における、近赤外線の透過率よりも高くすることができる。換言すれば、成形型3における、近赤外線の吸収率を、予備成形体2における、近赤外線の吸収率よりも低くすることができる。
図18に示すように、充填工程においては、電磁波発生器42の代わりに、一対の電極441に印加される高周波の交流電圧によって、成形型3のキャビティ33内の樹脂材料20及び成形型3に交番電界を印加する誘電加熱器44を用いてもよい。より具体的には、誘電加熱器44は、成形型3の両側に配置された一対の電極441間に加わる交流電圧によって、キャビティ33内の樹脂材料20及び成形型3に交番電界を印加するものである。誘電加熱器44は、一対の電極441によって交番電界を発生させる、電磁波としての高周波を用いたものとする。誘電加熱器44による交流電圧の周波数は、1m〜100mの波長領域を含む電磁波としての高周波とする。
本形態の樹脂成形方法においては、予備成形工程、配置工程、充填工程及び冷却工程を行うことによって、熱可塑性樹脂の樹脂成形品1を製造する。予備成形工程においては、積層造形法を用いて、ノズル511,521,531から吐出された樹脂材料20が積層された三次元形状の予備成形体2を成形する。この予備成形体2は、積層された糸状又は粒状の熱可塑性樹脂の樹脂材料20による三次元形状に成形されている。そして、予備成形体2の表面201には、樹脂材料20が積層されたことによって、段差状又は凹凸状の表面形状が繰り返し形成されている。また、積層された樹脂材料20同士の間には、樹脂材料20の表面が合わさったことによる積層界面21が形成されている。
本形態の樹脂成形方法においては、三次元形状に積層して成形された予備成形体2を原材料として用い、電磁波を用いて成形型3内に樹脂成形品1を成形する。そして、積層界面21を有する予備成形体2は、種々の積層造形法によって成形することができる。そして、積層造形法においては、固形状のペレットよりも小さい粒状のマイクロペレットを使用せずに樹脂の成形が可能である。そのため、積層造形法によって予備成形体2を成形する際には、マイクロペレットを製造する手間を省くことができる。
2 予備成形体
20 樹脂材料
21 積層界面
3 成形型
31,32 型部
33 キャビティ
331 成形面
4 電磁波成形装置
41 真空ポンプ
42 電磁波発生器
Claims (9)
- 成形型内に、三次元形状に積層して成形された1つ又は複数の予備成形体を配置する配置工程と、
前記成形型を透過した電磁波、又は一対の電極によって印加される電磁波としての交番電界によって前記予備成形体を加熱して溶融させ、溶融した材料を前記成形型内に充填する充填工程と、
前記溶融した材料を前記成形型内において冷却して固化させ、前記成形型内に、前記予備成形体の積層界面がなくなるように前記材料が一体化された樹脂成形品を成形する冷却工程と、を含む樹脂成形方法。 - 前記配置工程において用いられる前記予備成形体の少なくとも一つは、積層された糸状又は粒状の熱可塑性樹脂材料による三次元形状に成形されており、
前記充填工程及び前記冷却工程においては、前記成形型の成形面の形状が転写された前記樹脂成形品を成形する、請求項1に記載の樹脂成形方法。 - 前記配置工程において用いられる前記予備成形体の少なくとも一つは、粒状の熱可塑性樹脂材料による粒状物同士が接触する界面が溶融して、前記粒状物同士が間隙を介して互いに固着した三次元形状の粒状物結合体であり、
前記充填工程及び前記冷却工程においては、前記成形型の成形面の形状が転写された前記樹脂成形品を成形する、請求項1に記載の樹脂成形方法。 - 前記配置工程においては、複数の前記予備成形体を前記成形型内に配置し、
前記充填工程及び前記冷却工程においては、複数の前記予備成形体同士の間の境界部分が接合された前記樹脂成形品を成形する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂成形方法。 - 前記配置工程においては、前記成形型内に前記予備成形体及び粉末材料を配置し、
前記充填工程及び前記冷却工程においては、前記予備成形体及び前記粉末材料を溶融させて、前記粉末材料によって前記予備成形体の三次元形状を補って前記樹脂成形品を成形する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂成形方法。 - 前記成形型は、ゴム材料によるゴム型、硬化性樹脂材料による樹脂型、セメント材料によるセメント型、又は石膏材料による石膏型によって形成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂成形方法。
- 前記充填工程及び前記冷却工程においては、真空状態にした前記成形型内に前記溶融した材料を充填するとともに、前記成形型の外部から内部に圧力を作用させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂成形方法。
- 前記成形型は、複数に分割された型部によって構成されており、
複数の前記型部の間には、前記樹脂成形品を成形するためのキャビティが形成されており、
前記充填工程においては、前記予備成形体が溶融するときに、複数の前記型部が互いに接近して、縮小された前記キャビティ内に前記溶融した材料を充填する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂成形方法。 - 前記充填工程においては、前記成形型内を真空引きし、前記予備成形体によって前記成形型内に形成された隙間を介して、前記成形型内の気体を前記成形型の外部へ抜き出す、請求項1〜8のいずれか1項に記載の樹脂成形方法。
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