JP3462249B2 - 成形型用樹脂組成物、成形型及び該成形型を用いる成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂、ゴム組成物等の成
形に関し、更に詳しくは、成形型用樹脂組成物、該組成
物からなる成形型及び該成形型を用いる樹脂等の成形法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】商品サイクルの短縮化、多品種少量化が
進むに伴い、それらに対応できる安価な樹脂製成形型の
需要ニーズが年々高まっている。従来の樹脂製成形型
は、得ようとする成形品のマスターモデルを木等で作製
し、これを「入れ子」として使用し、エポキシ樹脂、シ
リコーン樹脂などの熱硬化性樹脂を注型法により所定形
状に成形するとともに脱泡及び硬化させることにより製
造されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】すなわち樹脂製成形型
の製造においては、マスターモデルが必須であるが、マ
スターモデルの作製には煩雑な作業が必要となる。また
エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂は室
温で液状であり、注型が容易であるため、成形型の材料
として使用されているが、注型の際に気泡が混入するの
を防ぐための真空脱泡及び樹脂の硬化に時間を要する上
に、硬化収縮が起きるため、所望の寸法精度が出にくい
という欠点がある。更に、成形型を使用後粉砕して再使
用しようとすると物性が所望のものより低下する等のた
め、使用後の成形型のリサイクルも不可能であった。

【０００４】なお、このような熱硬化性樹脂による成形
型の問題を解決するため熱可塑性樹脂により成形型を作
ることが考えられるが、一般に、熱可塑性樹脂は粘度が
非常に高いため、注型には加圧を必要とし、加圧しても
細部まで入り込まず、マスターモデルの細微な凹凸など
を再現できないという欠点がある。なお、特開昭５１−
１１９７６５号公報には、ガラス繊維などの無機繊維又
は炭酸カルシウム、川砂などの粉末状無機質材料を含む
熱可塑性樹脂からなり、強化プラスチックの接触圧成形
に用いられる成形型が開示されているが、この成形型は
射出成形や圧縮成形により製造されており、やはり該成
形型を得るためのマスターモデル及び成形型が必要とな
る。

【０００５】そこで本発明の一つの課題は、マスターモ
デルや最終成形品に合致させた成形型を要することな
く、切削加工仕上げで従来よりも安価に短時間で寸法精
度の良い、高耐久性の成形型を得ることができる成形型
用樹脂組成物を提供することである。本発明のもう一つ
の課題は、切削加工仕上げで寸法精度良く作ることがで
き、耐久性が高く、従来に比べて安価である樹脂製の成
形型を提供することである。

【０００６】本発明のもう一つの課題は、粉砕してリサ
イクル使用できる樹脂製の成形型を提供することであ
る。本発明のさらにもう一つの課題は、精度良く、安価
に成形品を得ることができる成形法を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の２種の無機質
材料を特定量含む熱可塑性樹脂組成物が高い機械的強度
と優れた切削加工性を有し、該組成物を用いれば、マス
ターモデルや最終成形品に合致させた成形型を必要とせ
ず、切削加工だけで精度の良い高耐久性の成形型を安価
に且つ短時間で製造できること、並びに、使用後の該成
形型を粉砕して再利用しても強度の低下や切削加工性の
劣化が実質的になく、リサイクル使用が可能であること
を見出し、本発明を完成した。 すなわち本発明は、
熱可塑性樹脂、無機質繊維状強化材及び無機質粒子状
充填材からなる組成物であって、曲げ強さが１０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 以上、曲げ弾性率が７００００ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 以上、熱変形温度が１８０℃以上で、切削加工可能
な成形型用樹脂組成物、 上記の成形型用樹脂組成
物からなるコア部及びキャビティ部を有する成形型、よ
り詳しくは、上記の樹脂組成物を成形加工してコア部
及びキャビティ部を形成してなる成形型、及び 上記
の成形型を用いて成形品を得るための樹脂等の成形を
行う成形法を提供する。

【０００８】上記の本発明組成物は、必須成分として
熱可塑性樹脂、無機質繊維状強化材及び無機質粒子状充
填材を含み、曲げ強さが１０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、
曲げ弾性率が７００００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、及び熱変
形温度（１８．６ｋｇｆ／ｃｍ² 応力下）が１８０℃以
上であり、且つ切削加工が可能なものである。ここで
「切削加工が可能」とは、旋盤、ボール盤、フライス盤
などの一般的な切削工具で、その切削工具を著しく傷め
ることなく切削加工ができることを意味する。また、
「熱変形温度」は、米国材料試験協会規格（ＡＳＴＭ）
Ｄ６４８に規定されている方法で測定したときの温度で
ある。前記曲げ強さ、曲げ弾性率の各値はＡＳＴＭ Ｄ
７９２で規定されている方法で測定したときのものであ
る。

【０００９】本発明において熱可塑性樹脂としては、後
記する無機質繊維状強化材と無機質粒子状充填材のそれ
ぞれ所定量と混合した時に、上記に規定の機械的強度及
び切削加工性を発現し得るものを使用すればよい。この
ような熱可塑性樹脂は実際の試験により容易に選定でき
るが、その具体例を挙げると、例えば、ポリフェニレン
エーテル、ポリスチレンをブレンドした変性ポリフェニ
レンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチ
レンテレフタレート、ポリブチレンナフタレートなどの
芳香族ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポ
リエーテルイミド、ポリエーテルエテールケトン、ナイ
ロン６、ナイロン６・６、ナイロン４・６、ナイロンＭ
ＸＤ６などの熱可塑性ポリアミド、ポリサルホン、ポリ
アリルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリチオエー
テルサルホンなどである。熱可塑性樹脂は１種を単独で
又は２種以上を併用して使用できる。相溶性の悪い２種
以上の熱可塑性樹脂を併用する場合には、公知の相溶化
剤を使用することも可能である。

【００１０】熱可塑性樹脂の配合量は特に制限されず広
い範囲から適宜選択できるが、通常本組成物全量の４０
〜７０重量％程度とすればよい。４０重量％を著しく下
回ると、得られる組成物の成形加工性が悪くなる可能性
がある。一方、７０重量％をはるかに超えると、上記の
規定の強度を得ることができず、樹脂成形時に変形や破
損が生じる恐れがある。

【００１１】本発明において、無機質繊維状強化材は、
上記に規定した曲げ強さ、曲げ弾性率及び熱変形温度を
得るため並びに切削加工時の表面平滑性を確保するため
に使用する。該無機質繊維状強化材としては、ガラス繊
維、炭素繊維、岩石繊維などを除く公知のものが使用で
き、例えば、繊維状チタン酸カリウム、繊維状ケイ酸カ
ルシウム、繊維状ホウ酸マグネシウム、繊維状硫酸マグ
ネシウム、繊維状硫酸カルシウム、繊維状炭酸カルシウ
ム、繊維状ホウ酸アルミニウム等のウィスカーなどを挙
げることができる。これらは１種を単独で使用してもよ
く、又は２種以上を併用してもよい。

【００１２】無機質繊維状強化材の繊維径、アスペクト
比及びモース硬度は特に制限はないが、平均繊維径５μ
ｍ以下、アスペクト比３以上且つモース硬度６以下のも
のが好ましい。無機質繊維状強化材の平均繊維径が５μ
ｍよりも著しく大きいと、本組成物から得られる成形型
の表面平滑性が低下する可能性がある。またアスペクト
比が３よりも著しく小さくなると、規定の曲げ強さ、曲
げ弾性率及び熱変形温度が得られない恐れがある。更に
モース硬度が６よりもはるかに大きいと、切削加工性が
低下し、切削加工具を傷める可能性がある。

【００１３】無機質繊維状強化材の配合量は特に制限さ
れず、広い範囲から適宜選択できるが、通常本組成物全
量の２０〜４０重量％程度とすればよい。２０重量％を
著しく下回ると、規定の強度が得られない恐れがある。
一方、４０重量％を著しく超えると、本組成物の材質が
脆くなる可能性がある。本発明において、無機質粒子状
充填材は、本組成物の機械的強度及びメッキ密着性を一
層向上させるために使用する。通常成形型には、表面平
滑性、耐久性及び離型性を向上させるために金属メッキ
を施すことがあり、そのためメッキ密着性が良好である
ことが望まれる。無機質粒子状充填材としては公知のも
のを使用でき、例えば、タルク、炭酸カルシウム、ピロ
リン酸カルシウムなどを挙げることができる。これらは
一種を単独で使用してもよく、又は２種以上を併用して
もよい。無機質粒子状充填材の粒子径は特に制限されな
いが、切削加工後の表面平滑性なとを考慮すると、通常
平均粒子径２０μｍ程度以下、好ましくは１０μｍ程度
以下とすればよい。また無機質粒子状充填材のモース硬
度も特に制限はないが、通常６程度以下とするのがよ
い。上記と同様にモース硬度が６程度よりもはるかに大
きいと、切削加工性が低下し、切削加工具を傷める可能
性がある。

【００１４】無機質粒子状充填材の配合量は特に制限さ
れず広い範囲から適宜選択できるが、通常本組成物全量
の１０〜３０重量％程度とすればよい。１０重量％を著
しく下回ると、メッキ密着性の向上効果が十分に現れな
いおそれがある。一方、３０重量％をはるかに超える
と、本組成物の機械的強度が低下する可能性がある。本
組成物には、上記の規定の機械的強度及び切削加工性を
低下させない範囲で、例えば、熱安定剤、離型剤、着色
剤などの公知の樹脂添加剤を添加してもよい。

【００１５】本組成物は、公知の方法に従って、例え
ば、熱可塑性樹脂、無機質繊維状強化材及び無機質粒子
状充填材並びに必要に応じて他の樹脂添加剤の所定量
を、タンブラミキサーなどの公知のブレンダーで均一に
混合し、押出機などの公知の溶融混練機で混練すること
により製造できる。本組成物は通常ペレットの形状とさ
れる。

【００１６】本組成物からなる成形型は、例えば、本組
成物のペレットを溶融成形、圧縮成形などの通常の方法
に従って成形して所望の形状及び大きさの成形物を得、
この成形物に直接切削加工して所望の形状のコア部及び
キャビティ部を形成することにより製造できる。ここで
成形物の形状は、特に制限されないが、立方体状、直方
体状、円柱体状などのブロック体を例示できる。また成
形物の大きさも得ようとする成形型の形状及び大きさに
応じて広い範囲から適宜選択できるが、例えば直方体の
場合には、通常厚さ３０〜５０ｍｍ程度、幅３００〜１
０００ｍｍ程度のとすればよい。これをそのまま、或い
は幅３００ｍｍ程度、長さ３００ｍｍ程度のブロック材
に切断して使用すればよい。

【００１７】成形物の切削加工には、通常の機械加工
法、例えばフライス加工、リーマ加工、研削加工、レー
ザー加工などが採用できる。また該成形物は超音波溶着
や接着剤による接着が可能であり、例えば、本組成物の
微粉をエポキシ系接着剤に分散させたものをパテとし、
これを用いて補修することもできる。本発明の成形型に
は、成形時の温度上昇防止などを目的として、空冷又は
水冷用の流路を形成してもよい。また、本発明成形型の
コア部、キャビティ部の合わせ面に樹脂漏れ防止用パッ
キン溝などを加工してパッキンを装着することもでき
る。本発明の成形型には金属メッキを施してもよい。

【００１８】本発明の成形型を用いて成形品を製造する
に当たっては、通常の方法が採用できる。例えば、該成
形型を、補強及び位置決め用金属製保持構造（マザーダ
イ）に組み込み、これに適当な成形方法に従って成形品
の材料を注入することにより、目的の成形品を得ること
ができる。成形方法としては特に制限はなく公知の方法
が採用でき、例えば、射出成形、圧縮成形、注型成形、
ブロー成形などを挙げることができる。また、本発明の
成形型は、ロストコア成形にも適用できる。

【００１９】本発明の成形型を適用し得る材料として
は、特に制限されず広い範囲から適宜選択できるが、例
えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム組成物、金属
鋳造用の鋳型製造のためのワックス、樹脂成形時に成形
型内にセットする低融点金属（錫、ビスマス、鉛などを
主成分として融点１４０℃前後の金属又は合金）などを
挙げることができる。

【００２０】

〔切削加工性〕

加工機：ＮＣフライス盤（商品名：ＴＫ−１５０ＨＶ
Ｓ、マキノ製） 加工工具：３ｍｍ径、リード６ｍｍ、２枚刃のＡｌ加工
用エンドミル 回転数：３０００ｒｐｍ 送り速度：２００ｍｍ／分 切込量：０．２ｍｍ 〔メッキ密着性〕 上記ブロック材を厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍに切削加工。

【００２１】洗浄：７５℃、１０分 洗浄液：コンディショナー１２００（商品名：シブレイ
・ファーイースト社製） エッチング：７５℃、２０分 エッチング液：Ｈ₂ ＳＯ₄ ：ＣｒＯ₃ ＝１：２の溶液 化学銅メッキ：室温で１５分間 化学銅メッキ液：カッパーミックス３２８Ｌ（商品名：
シブレイ・ファーイースト社製） メッキ処理：Ｃｒメッキ また、上記ブロック材の基本物性を調べるため、ＡＳＴ
Ｍ試験金型を用い、シリンダー温度３３０℃、金型温度
１２０℃、射出圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ² 、保圧力５
００ｋｇｆ／ｃｍ² にて試験片を射出成形し、２０℃、
５０％ＲＨの恒温恒湿室に２４時間放置後、下記物性を
評価した。

【００２２】試験片：厚さ６．４ｍｍ、幅１２．７ｍｍ 曲げ強さ及び曲げ弾性率：ＡＳＴＭ Ｄ７９２、試験速
度５ｍｍ／分 熱変形温度：ＡＳＴＭ Ｄ６４８、１８．６ｋｇｆ／ｃ
ｍ² にて測定

【００２３】

【表１】

【００２４】表１によれば、実施例１〜３では、（イ）
曲げ強さ、曲げ弾性率及び熱変形温度が充分に高く、射
出成形での成形型の変形が小さいこと、並びに（ロ）ブ
ロック材の押出加工性、切削加工性及びメッキ密着性が
共に極めて良好であることが判る。これに対し、タルク
を配合していない比較例１では、メッキ密着性が悪く、
ウィスカーの配合量が２０重量％に満たない比較例２で
は曲げ弾性率が５８０００ｋｇｆ／ｃｍ² 、熱変形温度
１７６℃と低く、射出成形時の樹脂型の変形が大きくな
り、ウィスカーの配合量が４０重量％を越える比較例３
では、ペレット化が困難であることが判る。 （実施例４及び比較例４〜５）実施例１〜３と同様にし
て、ポリフェニレンサルファイド（フォートロンＷ３０
０）、ナイロン１２（商品名：ダイアミドＬ１９０１、
ダイセル・ヒュルス株式会社製）、シクロオレフィンコ
ポリマー（商品名：アペルＡＰＬ３５００、三井石油化
学工業株式会社製）、繊維状珪酸カルシウム（ワラスト
ナイト、商品名：Ｗｉｃｒｏ１１−１０、平均繊維径
４．５μｍ、平均繊維長１４μｍ、アスペクト比３、モ
ース硬度４．５、Ｐａｒｔｅｋ Ｍｉｎｅｒａｌｓ社
製）、タルク（タルクＭＳ）を表２に示す通り配合して
ペレットを作成し、このペレットを用いて、ブロック材
及び試験片を作成した。作成条件は、表２に示す通りで
ある。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から、熱可塑性樹脂の種類によって
は、規定量の配合を行っても規定の機械的強度及び切削
加工性が得られないことが判る。 （実施例５）実施例１で得られた厚さ５０ｍｍ、幅３０
０ｍｍ、長さ３００ｍｍのブロック材を用い、幅２６ｍ
ｍ、長さ５５ｍｍ、深さ１８ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの箱
状の成形品を成形するための成形型（コア部、キャビテ
ィ部二つ割り型）をＮＣ加工機にて作成した。該成形型
をマザーダイ（金属製保持構造）に装着し、射出成形機
（商品名：ＳＧ５０、型締め力５０トン、住友重機械工
業株式会社製）に取り付け、ポリアセタール（商品名：
テナックＬＡ５０１、旭化成工業株式会社製）及びＡＢ
Ｓ樹脂（商品名：サイコラックＧＳＭ４５０、宇部サイ
コン株式会社製）の成形を行った。射出成形条件は表３
に示す通りである。

【００２７】

【表３】

【００２８】ポリアセタールの成形では数回の型馴らし
成形を行った後、連続して５０回の成形を行ったが、成
形型の変形、破損もなく、良好な状態の成形品を得るこ
とができた。不良品もなかった。またＡＢＳ樹脂の成形
でも４０回の成形を行ったところ、離型不良も起こらず
良好な状態の成形品が得られた。 （実施例６）実施例５でポリアセタール、ＡＢＳ樹脂の
箱形成形品を射出成形した後、成形型を５ｍｍ角程度以
下まで粉砕機で粉砕し、粉砕品１００％（Ｎｏ．１）及
び粉砕品５０重量部と実施例１のペレット５０重量部と
をブレンダーで混合したもの（Ｎｏ．２）について、射
出成形により試験片を作成した。本試験片で測定した基
本物性を表４に示す。なお、試験片の射出成形条件及び
物性測定方法は実施例１と同様である。

【００２９】

【表４】

【００３０】表４から、Ｎｏ．１（粉砕品１００％）で
は本発明に規定する曲げ強さ、曲げ弾性率及び熱変形温
度が十分に得られること、並びに、Ｎｏ．２（粉砕品：
新材＝１：１）では新材と同等の曲げ強さ、曲げ弾性率
及び熱変形温度が得られることが判る。よって、本発明
の成形型をリサイクル使用し得ることが明らかである。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、機械的強度に優れ、切
削などの機械加工が容易で、マスターモデルや最終成形
品に合致させた成形型を要することなく、機械加工仕上
げで従来よりも安価に短時間で寸法精度の良い、高耐久
性の成形型を得ることができる成形型用樹脂組成物を提
供することができる。

【００３２】また本発明によれば、かかる樹脂組成物か
らなり、従って機械加工仕上げで寸法精度良く作ること
ができるとともに耐久性が高く、従来に比べて安価な樹
脂製の成形型を提供できる。また、上記成形型において
それを構成する樹脂組成物に含まれる無機質繊維状強化
材を平均繊維径５μｍ以下、アスペクト比３以上とする
ときは、それが従来のガラス繊維や炭素繊維等の強化材
に比べて微細であるため、粉砕しても曲げ強さ、曲げ弾
性率、熱変形温度などの物性の低下が少なく、従って該
成形型を粉砕して、そのまま、又は新材と混合してリサ
イクル使用できる。

【００３３】このような本発明成形型は、各種材料の成
形や各種成形法に利用でき、特に成形品の量産に先行す
る成形型性能評価用や見本用の成形品、少量品種の成形
品などの製造に適する。また、本発明成形法は、かかる
本発明成形型を用いることで、精度良く、安価に成形品
を得ることができる。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−273650（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−55647（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−119765（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/84 B29C 33/00 - 33/76

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性樹脂４０〜７０重量％と、 平均繊維径５μｍ以下、アスペクト比３以上且つモース
   硬度６以下の無機質繊維状強化材２０〜４０重量％と、 平均粒子径２０μｍ以下且つモース硬度６以下の無機質
   粒子状充填材１０〜３０重量％とからなり、 曲げ強さが１０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、曲げ弾性率が
   ７００００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、熱変形温度１８０℃以
   上で、切削加工可能であり、 前記熱可塑性樹脂は変成ポリフェニレンエーテル、芳香
   族ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエ
   ーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性
   ポリアミド〔ポリ（ε−アミノラウロラクタム）を除
   く〕、ポリサルホン、ポリアリルサルホン、ポリエーテ
   ルサルホン、ポリチオエーテルサルホンから選ばれた少
   なくとも１種の熱可塑性樹脂であり、 前記無機質繊維状強化材は繊維状チタン酸カリウム、繊
   維状ケイ酸カルシウム、繊維状ホウ酸マグネシウム、繊
   維状硫酸マグネシウム、繊維状硫酸カルシウム、繊維状
   炭酸カルシウム及び繊維状ホウ酸アルミニウムから選ば
   れた少なくとも１種のウィスカーであり、 前記無機質粒子状充填材はタルク、炭酸カルシウム及び
   ピロリン酸カルシウムから選ばれた少なくとも１種の充
   填材である 成形型用樹脂組成物。
2. 【請求項２】請求項１記載の成形型用樹脂組成物からな
   るコア部及びキャビティ部を有する成形型。
3. 【請求項３】請求項２に記載の成形型を用いて成形品を
   得るための成形を行うことを特徴とする成形法。