JP3078546U - 樹脂製プレス型の製造法を利用した装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】意匠性の優れた窯業系または金属製の内・外装
材・屋根材を生産するためのプレス成形に用いるプレス
型製造において、切削加工が容易であり短納期、低価格
の深い凸凹模様を形成することを特徴とする樹脂製プレ
ス型の製造法を利用した装置を提供する。 【解決手段】プレス型の切削される部分のみに、切削が
容易で且つ金属に劣らない強度、耐摩耗性を有する硬質
合成樹脂（Ｄ）を切削加工表面に用い、この硬質合成樹
脂層をマシニングセンター（Ｇ）で高速回転，高速送り
で模様を切削する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は家屋、構造物の内・外装・屋根材等に用いられる、意匠性の優れた窯業 系または金属製の内・外装材・屋根材を生産するためのプレス成形に用いる、樹 脂製プレス型の製造法を利用した装置である。

【０００２】

【従来の技術】

近年、住宅向け内・外装材・屋根材のニーズは意匠性、デザイン性が重視される 傾向にある。製品の模様を深く加工し、また塗装を工夫することで、意匠性に富 んだ立体的な模様が要望されている。そのためにもプレス型の表面模様は深く， 複雑化し、また塗装の２トーン，３トーン化による色の塗りわけのために高い型 精度が要求される。

【０００３】 従来この種のプレス成形にはシリコン樹脂等の転写により製作されるエポキシ樹 脂製プレス型、もしくは金属製プレス型が一般的に用いられている。

【０００４】 シリコン樹脂反転による樹脂製プレス型は高精度を出すのが困難で２トーン、３ トーン塗装での色むらの偏在が問題になっている。

【０００５】 またエポキシ樹脂等を用いて製作されたプレス型は摩耗により型寿命が短く、量 産には適さない。鉄製バックプレートと一体で樹脂製プレス型を製作した場合、 鉄製バックプレートとエポキシ樹脂の線膨張係数の違いによる型の反り，割れ、 収縮，伸びのトラブルが発生する。

【０００６】 金属製プレス型の製作方法は二通りあり、ひとつは腐食を利用したエッジング加 工により製造されるため、高度の熟練技術と長い日数が不可欠であった。模様が 深くなるほど腐食に時間がかかる。また段階的な腐食を繰り返し、模様を深める ため、腐食面の段差が大きくなり修正、仕上げに長時間がかかっている。

【０００７】 金属製プレス型のもうひとつの製作方法は機械加工である。マスターモデルを使 用した倣い加工が長い間主流であったが、近年ではマシニングセンターでの切削 加工の自動化と高速回転、高速送りにより金属製プレス金型の自動切削加工が可 能になりつつある。エッチングによる製作よりは熟練を要することは無いが、時 間が極めてかかることには変わりない。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

金属製プレス型の切削加工がたとえ自動化，高速化されても金属製プレス型の材 料が鉄であるがゆえ、模様が深く，微細になるほどマシニングセンターに取り付 ける極細の切削工具（先端半径０．３mm〜１．０mmのテーパーボールエンドミル ）への負担が大きくなる。加工を急いですると切削工具を破損してしまうことか ら切削工具の負担を減らすために送りの速度を落とし、一回当りの切り込み量を 少なくしなければならない。よって加工所要時間が模様の深さに比例し長くなり 、型費が高価になり納期も遅くなる。

【０００９】 その上、量産前の試作成形における金属製プレス型の微調整は熟練の手作業に頼 るしかなく、金属を少しずつ削ったり、盛ったりすることでさらに日数を要する 。以上のことから深い微細な模様金属製プレス型を短納期・低価格で製造するこ とは極めて困難である。

【００１０】 また樹脂製プレス型も型製作に使用される材料の物性，型構造上、現状以上に型 の性能を向上させることは困難である。

【００１１】 本考案は上記の問題を解決するもので、その目的とするところは、高度の熟練を 必要とせず高意匠、高精度、短期間、低価格の樹脂製プレス型の製造法を利用し た装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決しようとする手段】 本考案者は上記の問題点を解決するためプレス型が切削される部分のみに、切削 が簡単で且つ金属に劣らない強度、耐摩耗性を有する硬質合成樹脂を切削加工表 面に用いた。

【００１３】 材料はたとえばウレオール（バンティコ株式会社登録商標）６４１４Ａを主成分 とする常温で硬化するウレタン樹脂（略称ＥＤＦ）がある。加熱硬化後のショア Ｄ硬度（ＩＳＯ８６８）が６５から７０程度，破断に至る伸びが１００〜１５０ ％程度のものが良く，樹脂厚さ１０mmで加圧したときに約１０％の変形で１．５ 〜３．０ｋｇ／ｍm²の圧縮応力が得られれば他の合成樹脂でもよい。

【００１４】 本考案の製造例として図面を参照しながら製造法を利用した装置について詳しく 説明する。図１は鉄製プレート（Ａ）の側面図である。図２は接着処理を施した 鉄製プレート（Ａ）の側面図である。図３は鉄製定盤（Ｂ）の上にスペーサー（ Ｃ）を介して鉄製プレート（Ａ）を固定しクランプ（Ｅ）で固定した状態の側面 図である。図４は鉄製プレート（Ａ）と硬質合成樹脂（Ｄ）が一体になった状態 の側面図である。図５は図４で完成した樹脂製プレス型をマシニングセンターベ ッドに取り付け、硬質合成樹脂（Ｄ）の表面をマシニングセンター（Ｇ）により 模様を切削している状態の側面図である。

【００１５】 先ず図１のごとく鉄製プレート（Ａ）と硬質合成樹脂（Ｄ）を一体化する接着部 分にブラスト処理を施した後、脱脂する。

【００１６】 図２のごとく脱脂された鉄製プレート（Ａ）にエポキシ接着剤を極薄く塗布する 。

【００１７】 図３のごとく鉄製定盤（Ｂ）の外周に硬質合成樹脂（Ｄ）の厚みのクリアランス を設けるためのスペーサー（Ｃ）をセットする。接着処理の終わった鉄製プレー ト（Ａ）をスペーサー（Ｃ）の上にセットしクランプ（Ｅ）で固定する。硬質合 成樹脂（Ｄ）の注入口は鉄製プレート（Ａ）の中央に配置し、３５℃〜４０℃に 加熱され、粘度を下げた樹脂に圧力をかけて注入する。

【００１８】 注入が終了後、硬化反応促進のため５０℃に保たれたオーブンに入れ２４時間以 上加熱する。

【００１９】 次に図４のごとく硬質合成樹脂（Ｄ）が硬化後、樹脂と一体となった鉄製プレー ト（Ａ）を鉄製定盤（Ｂ）から取り外し自然冷却する。このとき樹脂表面は無地 である。

【００２０】 図５のごとく取り外した無地のプレス型（鉄製プレートＡ＋硬質合成樹脂Ｄ）を マシニングセンター（Ｇ）のベッドにセットしＮＣデータによる自動切削加工を 行う。切削刃物先端半径０．３mm〜１．０mmを使用する。切削時の送り速度は金 属の切削時に比べて約１０倍〜２０倍以上の速さで、切削性は抜群に良く，一度 に模様深さの切り込み量（２０〜３０倍以上）での切削が可能である。なお、量 産前の試作成形における樹脂製プレス型の模様の微調整も手作業も樹脂製である ので容易に行える。

【００２１】

【作用】プレス型の表面のみに加工性に優れ且つ金属に劣らない強度、耐摩耗性 を有する硬質合成樹脂を使用することで、切削の工具にかかる負担が軽減されマ シニングセンターの送りスピードが金属の切削に比べ１０〜２０倍以上に，切り 込み量も２０〜３０倍以上になる。

【００２２】

【実施例】

図１のごとく長さ１５００mm＊幅５００mm＊厚み３０mmの鉄製プレート（Ａ）に 樹脂注入口，材料上がり口を加工した後、ショットブラスト処理を施す。この工 程は鉄製プレート（Ａ）と硬質合成樹脂（Ｄ）の接着強度を上げる目的で行う。 その後、鉄製プレート（Ａ）をアセトン等の溶剤で脱脂する。

【００２３】 図２のごとくブラスト処理された鉄製プレート（Ａ）の表面にエポキシ系接着剤 を極薄く塗布する。

【００２４】 次に図３のごとく鉄製定盤（Ｂ）の外周に硬質合成樹脂（Ｄ）の厚みのクリアラ ンスを設けるためのスペーサー（Ｃ）をセットする。接着処理の終わった鉄製プ レート（Ａ）をスペーサー（Ｃ）の上にセットしクランプ（Ｅ）で固定する。硬 質合成樹脂（Ｄ）の注入口は鉄製プレート（Ａ）の中央に配置し、３５℃〜４０ ℃に加熱され、粘度を下げた樹脂に圧力をかけて注入する。

【００２５】 図３のごとく注型された樹脂は硬化反応促進の為、５０℃に設定したオーブンに 入れ２４時間以上加熱後、図４のごとく鉄製定盤（Ｂ）から脱型する。鉄製プレ ート（Ａ）と硬質合成樹脂（Ｄ）は完全に一体となり鉄製プレート（Ａ）から硬 質合成樹脂層が剥がれる事は皆無である。

【００２６】 図５のごとく脱型された樹脂製プレス型はマシニングセンター（Ｇ）のベッドに 取り付け自動切削加工を行う。樹脂製プレス型表面の硬質合成樹脂（Ｄ）の切削 性は良く金属の切削に比べて約１０倍から２０倍の送り速度に、切り込み量も２ ０〜３０倍の加工が可能になる。その送り速度は切削する模様の深さに全く左右 されず、模様の深さに値段が比例しない安価で安定した価格で本製品を提供でき る。

【００２７】 プレス成型圧力が低い場合、あるいは型裏面に水路を設ける脱水プレス構造プレ ス樹脂型の場合、硬質合成樹脂を単体でブロック化し，マシングセンター（Ｇ） で自動切削し模様を加工したあとで鉄製プレートに固定することも可能である。

【００２８】 プレス型サイズがマシニングセンターで削れる範囲を超えてマシニングセンター ベットに載せることが出来ない場合、同等の方法で型サイズ全面積分の合成木材 のブロックをプレス型形状（凹）の反対形状である製品形状（凸）に分割で削り だす。削りだした製品形状（凸）ブロックを鉄製定盤の上にレイアウトし，マス ターモデルとする。鉄製プレート表面をブラスト処理し，脱脂，接着剤塗布を行 い硬質合成樹脂の厚み分の隙間をあけてマスターモデルのレイアウトされた鉄製 定盤上に固定する。鉄製プレート中央から主剤・硬化剤を配合どおりに混合し、 攪拌・脱泡された硬質合成樹脂を注入する。注入が終了したらオーブンで５０度 ２４時間以上のキュアーを施す。脱型をしてマスターモデルの接合部である模様 のつなぎ目を手作業で修正する。この方法によりマシニングセンターに載らない 大型の型でも同等の性能と納期で型を製作することが可能となる。

【００２９】 鉄製プレートに一体注型する硬質合成樹脂に離型性の高い材料を混入することで 窯業系外壁材の成形材料に対し離型性の極めて高い型を製作できる。混入する材 料はテフロン樹脂パウダー，シリコン樹脂パウダー，二硫化モリブデン、シリコ ンオイルなどで混合比率は０．０１〜２０ｗ％。これらの混入し硬化させた硬質 合成樹脂ブロックをマシニングセンターで切削加工することで樹脂の中に埋もれ ていた離型性材料が表面に現れ、直接成型材料と接触し離型性が向上することが 確認できた。

【００３０】 硬質合成樹脂表面をマシニングセンターで模様を切削加工したあとの切りくずの 付着をセラミックブラスト処理で取り除くことができる。セラミックブラスト処 理の粒度は２０番から８０番の範囲が好ましく，セラミックブラスト処理を切削 面に施すことで切りくず除去すると共に表面に微細な凹凸ができ、特に窯業系の 外壁材をプレス成形するさいに油―シリコン系離型材の型へのなじみがよくなり 離型性が向上する。また微小凹凸の中に少量のエアー溜まりが出来て、プレス成 形した窯業系材料の離型に好影響を与えることが確認された。

【００３１】

【比較例】実際にマシニングセンターで同じ刃物、同じ回転数で金属と硬質合成 樹脂を切削した時の加工条件を以下に示す。刃物先端半径０．５mmのテーパーボ ールエンドミル（片角１０度，刃物材質は超硬合金），マシニングセンター主軸 回転数１００００Ｒ．Ｐ．Ｍ．でＳ５０Ｃの金属を加工した場合，送り速度＝１ ００mm／min，切り込み＝０．２５mmが最大値で，それ以上送り速度，切り込み を増やすと刃物が破損する。硬質合成樹脂（ウレオール）の場合送り速度＝２０ ００mm／min，切り込み＝７．５mm の高速加工が可能となった。上記のとおり 切削工具にかかる負担が軽減されマシニングセンターの送りスピードが金属の切 削に比べ２０倍に，切り込み量も３０倍になる。また硬質合成樹脂を加工した場 合の刃物（テーパーボールエンドミル）の摩耗，損傷はほとんど認められない。

【００３２】

【考案の効果】このような本考案に係わる表面のみに高性能な硬質合成樹脂層を 設けることによって近年の高意匠性の要求に合った金属製，窯業系の外装材・屋 根材の成形に用いるプレス型が、熟練の技術と長い日数を必要とせず、製造する ことができる。深く微細な高意匠なデザインでありながら、マシニングセンター の高速切削加工により切削所要時間は金属製プレス型と比べ１０分の１以下に短 縮され、短納期で且つ低価格の樹脂製プレス型を提供することができるのである 。

【００３３】 また本樹脂製プレス型は金属に劣らない強度、耐摩耗性能を有し金属製プレス型 と同等の転写能力も兼ね備えることから、外装材の生産メーカーは現存の設備の まま成形ができる。新たな設備投資を必要とせず生産サイクルも従来の金属製プ レス型の成形と同じスピードで、成形が可能である。

【００３４】 金属製外装材の生産にこの樹脂製プレス型を用いた場合、金属製外装材の原料素 材の塗装皮膜表面を成形の時に傷つけることなく成型することが出来る。成形時 の傷が原因となる錆びが防止され製品の品質が向上する。

【００３５】 また近年塗装鋼板に高級感を出す目的で、塗装鋼板表面をつや消しにするために ガラス短繊維が入った塗料を使用しており金属製プレス型の表面が摩耗する原因 となっていた。樹脂製プレス型では表面樹脂が微妙に弾性変形することでガラス 短繊維によるプレス型の表面摩耗を防止することが出来た。

【００３６】 窯業系外装材の生産にこの樹脂製プレス型を用いた場合、樹脂製プレス型の表面 樹脂層が成形時に成形圧力で若干の弾性変形をするため金属製プレス型と比べ窯 業系材料による型の摩耗がおこらず，現在３８万ショット成形をして、なお使用 している型が有る。金属製プレス型の場合成形時に窯業系材料に含まれる珪砂等 の硬い材料で型表面が削られ、型寿命をちぢめる原因となっている。

【００３７】 表面に硬質合成樹脂を用いているため，金属製プレス型の場合に問題となってい た量産前の試作テストにおける模様の微調整（肉盛りや削り等），デザインの部 分的変更に容易に対応できる。よって短期間で製品の品質作りこみが可能となる 。

【００３８】 切削性のよい高硬度合成樹脂を切削するため刃物の摩耗，破損がなく、加工開始 から終了までの刃物の交換，刃物摩耗管理が不要となり，高速で、安定した生産 が可能となった。

【００３９】 プレス型サイズがマシニングセンターで削れる範囲を超える大型の型でも、型サ イズ全面積分の合成木材のブロックを製品形状（凸）に分割で削りだし、レイア ウト後樹脂反転による方法で同等のプレス型を製作することが可能となった。

【００４０】 硬質合成樹脂に離型性の高い材料を混入することで窯業系外壁材の成形材料に対 し離型性の極めて高い型を製作できることが可能となった。

【００４１】 セラミックブラスト処理を切削面に施すことで、切りくず除去処理を容易にする と共に、表面に微細な凹凸を形成し、特に窯業系の外壁材をプレス成形するさい に油―シリコン系離型材の型へのなじみがよくなり、離型性が向上できた。また 微小凹凸の中に少量のエアー溜まりが出来て、プレス成形した窯業系材料の離型 性向上に大きな効果をあげた。

【００４２】 このような種々の効果を有する本考案に係わる樹脂製プレス型の製造法を利用し た装置の工業的価値は非常に多大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉄製プレート（Ａ）の側面図である。

【図２】接着処理を施した鉄製プレート（Ａ）の側面図
である。

【図３】鉄製定盤（Ｂ）の上にスペーサー（Ｃ）を介し
て鉄製プレート（Ａ）を固定しクランプ（Ｅ）で固定し
た状態の側面図である。

【図４】鉄製プレート（Ａ）と硬質合成樹脂（Ｄ）が一
体になった状態の側面図である。

【図５】図４で完成した樹脂製プレス型をマシニングセ
ンターベッドに取り付け、硬質合成樹脂（Ｄ）の表面を
マシニングセンター（Ｇ）で模様を削りだしている状態
の側面図である。

【符号の説明】

鉄製プレート 鉄製定盤 スペーサー 硬質合成樹脂 クランプ マシニングセンターベッド マシニングセンター

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製プレートの表面部のみに強度、耐摩
   耗性が金属に劣らない硬質合成樹脂層を設け、この樹脂
   層をマシニングセンターで高速切削し凸凹模様を形成す
   ることを特徴とする樹脂製プレス型の製造法を利用した
   装置。