JP3850401B2 - 成形用金型及び成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、機能性粒子、例えばトルマリン粒子を保持して、その機能を発揮させる樹脂材料の成形用金型及び成形方法に関する。

ある種の材料はマイナスイオン発生効果、遠赤外線発生効果、殺菌効果といった固有の性能を有することが知られており、例えばトルマリンはマイナスイオンを発生させることが知られている（特許文献１〜４参照）。

このような機能性材料を使用する場合、特許文献１、３及び４でのように、機能性材料の粒子を樹脂材料又は塗料であるマトリクス材料と混練し、これを成形又は適用することが一般に行われている。

しかしながらこれらの機能性粒子をマトリクス材料（例えば樹脂材料）に含有させて使用する場合、図７に示すように、機能性粒子１０２はマトリクス材料１０４によって覆われることになり、その機能が十分に発揮されない。また図８に示すように、基材１０８上に接着剤層１０６を形成した後で、機能性粒子１０２を吹き付けることによって、これらの粒子１０２の大部分を露出させて充分な機能性を発揮させることができるが、この場合には粒子１０２の脱落という問題を生じる。

これらの問題を解決するために、例えば特許文献５では、トルマリン粒子である機能性粒子を含有する塗料の層を形成し、この層の表面を研削することによって、機能性粒子が露出した表面を形成することが提案されている。

また特許文献６では、樹脂材料とトルマリン粒子との比重の差を利用して、トルマリン粒子が表面側に偏在する樹脂材料を形成することを提案している。

特開２００２−３７２２８号公報 特開平５−７０７１６号公報 特開２００２−８０３１５号公報 特開２００２−１２９０１８号公報 特開２００２−３３６７６７号公報 特開２００２−３８０２３号公報

上記特許文献５及び６の方法は機能性粒子の保持とその機能の発揮という２つの問題を解決しているが、いずれも製造工程の増加を伴う。

そこで本発明では、機能性粒子の保持とその機能の発揮という２つの問題を容易に解決できる成形用金型及び成形方法を提供する。

本発明の成形用金型は、機能性粒子を含有する樹脂材料のための成形用金型であって、固化した樹脂材料にアンダーカット部を形成する爪状部分を有し、樹脂材料が固化した後で離型するときに、この爪状部分が固化した樹脂材料の表面を掻きむしるようにされている。

尚、用語「アンダーカット部」は、一般に成形品を金型から取り出すとき、そのままの状態では離型できない凸形状や凹形状の部分をいうが、特に本明細書の記載においては、離型するときに固化した樹脂材料の表面を掻きむしるようにされている爪状部分が形成する樹脂材料の凹部をいう。

また、用語「爪状部分」は、図１等で示される断面が三角形ものに限定されず、断面が四角であっても、丸まっていてもよく、また針状であってもよい。これらの爪状部分は、多段で平行に並べられていてもよいし、網目状であってもよい。すなわち爪状部分の形状は、樹脂材料が固化した後で成形品を離型するときに、成形品の表面を掻きむしるものであれば任意の形状でよい。

また本発明の成形用金型は、貫通管状の突起と貫通孔とを有するシート状成形品のための成形用金型であって、貫通管状の突起の外周表面を形成する金型凹部の側面、貫通管状の突起の内周表面を形成する金型凸部の側面、及び／又は貫通孔の内周表面を形成する金型凸部の側面、特に貫通管状の突起の内周表面を形成する金型凸部の側面及び貫通孔の内周表面を形成する金型凸部の側面、より特に貫通管状の突起の内周表面を形成する金型凸部の側面に、爪状部分を有することができる。

本発明の樹脂材料の成形方法は、機能性粒子を含有する樹脂材料を提供すること、樹脂材料を、本発明の成型用金型で成形し、固化させること、固化した樹脂材料の表面を掻きむしるようにして、成型用金型を離型することを含む。

貫通管状の突起と貫通孔とを有するシート状成形品を製造する本発明の製造方法は、機能性粒子を含有する樹脂材料を提供すること、樹脂材料を、貫通管状の突起と貫通孔とを有するシート状成形品のための本発明の成形用金型で成形し、固化させること、貫通管状の突起の外周表面及び内周表面、並びに貫通孔の内周表面の少なくとも１つ、特に貫通管状の突起の内周表面及び貫通孔の内周表面、より特に貫通管状の突起の内周表面を掻きむしるようにして、成型用金型を離型することを含む。

機能性粒子を表面に露出させることによるその機能性の促進を、樹脂材料の成形工程と同時に行うことを可能にする。

以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明の金型の概略図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。また特に、金型の各部の寸法は簡単のために強調されており、実際の寸法の比を表すものではない。

本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。第１〜第４の実施形態を示す図１〜図６は、いずれも説明のために簡略化されており、その寸法は実際の寸法の比を表すものではない。

図１（ａ）で示されるように、ここで使用されている上型１２の筒状凹部内では、樹脂材料１６の上側部分が筒状の形状で固化している。また下型１４の凹部内では樹脂材料１６の下側部分が固化している。尚、ここで使用される樹脂は機能性粒子と予め射出成形機内で混練されており、機能性粒子が樹脂内に分散している。

上型１２の筒状凹部の下端には爪状部分１３が、図２の（ａ）で示されるように、筒状凹部の下端の全周にわたって存在し、樹脂材料にアンダーカット部を形成している。但し、この爪状部分１３は図２の（ｂ）及び（ｃ）で示されるように筒状凹部の下端の一部にのみ存在してもよい。ここでは爪状部分１３は高さ１３ａを有する。

図１（ｂ）において示されているように、樹脂材料１６が硬化した後で、相対的に矢印１９で示す方向に上型を離型する。このとき、上型１２の筒状凹部の下端に存在する爪状部分１３は上型１２内の樹脂材料１６の表面を掻きむしって、機能性粒子が露出された表面１７を形成する。すなわちこの態様では、成形品の凸部の側面に機能性粒子が露出された表面１７を形成することができる。このような凸部又は第２の実施形態で示すような凹部において機能性粒子を露出させることは、機能性粒子が作用できる表面積を増加させるので有益である。

機能性粒子が露出された表面１７では、図９に示すように機能性粒子１０２が樹脂材料１０４の表面に露出している。これに対して表面を掻きむしらない場合には、樹脂に混練された粒子は樹脂によって濡れており、従って粒子が樹脂表面付近に存在したとしても、図７で示すように粒子１０２の表面には樹脂材料１０４の被膜が存在する。

本発明の第２の実施形態について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、貫通孔形成用の成形用コアピン３２及び下型３４と、下型３４上で固化している樹脂材料３６を断面図で示している。

図３（ａ）で示されるように、硬化した樹脂材料３６には成形用コアピン３２の存在によって貫通孔が形成されている。成形用コアピン３２には爪状部分３３が、円柱状のコアピンの上端の全周にわたって存在する。但し、この爪状部分３３は図１で示される第１の実施形態の爪状部分１３と同様に、コアピン３２の上端一部にのみ存在してもよい。

図３（ｂ）において示されているように、樹脂材料３６が硬化した後で、相対的に矢印３９で示す方向に成形用コアピン３２を樹脂材料３６から引き抜く。このとき、コアピン３２の上端に存在する爪状部分３３は樹脂材料３６の貫通孔の内側表面を掻きむしって、機能性粒子が露出された表面３７を形成する。この機能性粒子が露出された表面３７では、図９に示すように粒子１０２が樹脂材料１０４の表面に露出している。すなわちこの態様では、成形品の凹部の側面に機能性粒子が露出された表面３７を形成することができる。

この図３で示される第２の実施形態では円形貫通孔の内側表面を掻きむしっているが、これを図１で示される第１の実施形態と組み合わせて、図１の様式で管状樹脂材料部分の外側表面を掻きむしり、図３の様式でこの管状樹脂材料の内側表面を掻きむしって、外側表面及び内側表面の両方が掻きむしられた円管状の樹脂材料部分を形成することもできる。

本発明の第３の実施形態について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、上型４２及び下型４４と、これらの型の間で固化している樹脂材料４６を断面図で示している。

図５（ａ）で示されるように、上型４２には爪状部分４３が、上型４２の樹脂材料４６に接する部分の全幅にわたって存在する。但し、この爪状部分４３は図５（ｂ）及び（ｃ）で示すように、上型４２の樹脂材料４６に接する部分一部にのみ存在してもよい。

図４（ｂ）において示されているように、樹脂材料４６が硬化した後で、相対的に矢印４９で示す方向に上型４２を移動させる。このとき、上型４２の樹脂材料４６に接する部分に配置された爪状部分４３が樹脂材料４６の上側表面を掻きむしって、機能性粒子が露出された表面４７を形成する。この機能性粒子が露出された表面４７では、図９に示すように粒子１０２を樹脂材料１０４の表面に露出させることができる。

本発明の第４の実施形態について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、上型６２及び下型６４と、これらの型の間で固化している樹脂材料６６を断面図で示している。

図４で示される第３の実施形態の場合と同様に、上型６２には爪状部分６３が上型６２の樹脂材料６６に接する部分の全幅にわたって存在するが、この爪状部分６３は上型６２の樹脂材料６６に接する部分一部にのみ存在してもよい。

図６（ｂ）において示されているように、樹脂材料６６が硬化した後で、相対的に矢印６９で示す方向に上型６２を移動させる。このとき、上型６２の樹脂材料６６に接する部分に配置された爪状部分６３が樹脂材料６６の上側表面を掻きむしって、機能性粒子が露出された表面６７を形成する。この機能性粒子が露出された表面６７では、図９に示すように粒子１０２を樹脂材料１０４の表面に露出させることができる。

以下に、第１〜第４の実施形態の各部について更に具体的に説明する。尚、上述のように、第１〜第４の実施形態を示す図１〜図６は、いずれも説明のために簡略化されており、その寸法は実際の寸法の比を表すものではない。また機能性粒子が露出された表面（例えば表面１７）は滑らかになっているように示されているが、このように滑らかな表面が形成されることは本発明の本質ではなく、機能性粒子が露出された表面は当然に粗面化されていてもよい。また更に本発明は縦型射出成形機に関して説明してきたが、当然に横型射出成形機への適用も可能である。

本発明の金型で用いられる爪状部分の高さ（例えば図１及び２の１３ａ）は、使用する樹脂材料の性質並びに機能性粒子の粒径及び含有量等に基づいて所望の粒子の露出が達成できるように、また離型時に成形品の取り出しが可能な範囲で任意に決定できる。例えばこの爪状部分の高さは、０．０１〜１ｍｍ、特に０．０５〜０．５ｍｍにすることができる。また具体的には樹脂材料として軟質塩化ビニル樹脂のような軟質の樹脂を使用し且つ１０μｍ程度の粒径の機能性粒子を使用する場合、図１の上型１２の筒状凹部の下端に存在する爪状部分１３の高さ１３ａは０．１ｍｍ程度でよい。

上述のように、爪状部分の形状は図示された断面が三角形ものに限定されず、断面が四角であっても、丸まっていてもよく、また針状であってもよい。これらの爪状部分は、多段で平行に並べられていてもよいし、網目状であってもよい。すなわち爪状部分の形状は、樹脂材料が固化した後で成形品を離型するときに、成形品の表面を掻きむしるものであれば任意の形状でよい。

本発明では任意の任意の樹脂材料を使用できる。本発明で使用できる樹脂としては、スチレン系、アクリル系、セルロース系、ポリエチレン系、ビニル系、ナイロン系、フッ化炭素系の樹脂のような熱可塑性樹脂、例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、並びにポキシ系、メラミン系、フェノール系、尿素系の樹脂のような熱硬化性樹脂、例えば尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂を挙げることができる。従ってこれらの樹脂材料に適応した任意の成形法、例えば射出成形、圧縮成形、トランスファ成形を用途に応じて適用できる。

本発明によってその機能性の発揮を促進される機能性粒子は、特に影響を与えるべき対象、例えば空気に接近又は直接に接触していることが好ましい粒子、例えばトルマリン、貝カルシウム粉末若しくはその化合物、チタン若しくはその酸化物、銅若しくはその化合物、又は銀若しくはその化合物の粒子あっても、これらの材料を含有する粒子であってもよい。これらの機能性粒子の粒径は例えば０．１〜１０μｍの範囲のものが一般的に入手可能であるが、この範囲に限定されるものではない。

機能性粒子がトルマリンである場合、そのマイナスイオン発生効果によって、成形品は殺菌、防臭、自動車用エンジンのような内燃機関に供給される燃焼空気の活性化などの効果を有することができる。また機能性粒子が、カキ殻カルシウムのような貝カルシウム、銅若しくはその化合物、又は銀若しくはその化合物である場合、その殺菌・抗ウイルス効果によって、成形品は殺菌、消臭、防汚性などの効果を有することができる。また更に機能性粒子がチタン又はその酸化物である場合、その光触媒性によって、成形品は殺菌、消臭、防汚性などの効果を有することができる。

以下では、図１０〜１４を用いて示す実施例によって本発明を説明する。この実施例では、自動車用エンジンのような内燃機関の燃焼空気用エアーエレメントの内外面に取り付けて使用する空気改質材としてのイオン発生板を製造する。このマイナスイオン発生板は、マイナスイオンを発生させるトルマリン粒子を含有する樹脂材料で作られており、エアーエレメントを通過する空気の改質を行うものである。このような空気の改質によれば、ガソリンの完全燃焼を促進して燃費の向上を図り、また更に排気による大気汚染も減少させることができる。

（マイナスイオン発生板の構成）
この実施例のマイナスイオン発生板は、図１０において示すようなものである。ここで図１０（ａ）はマイナスイオン発生板の斜視図であり、図１０（ｂ）は平面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）のＡ−Ａ’断面の断面図である。

ここで示されているマイナスイオン発生板２００は、貫通管状の突起２０４と貫通孔２０２とを有するシート状部分２０６からなる。また貫通管状の突起２０４の外周及び内周表面、並びに貫通孔２０２の内周表面では、樹脂表面が除去されることによってトルマリン粒子が露出されており、そのマイナスイオン発生効果が促進されている。

この実施例のマイナスイオン発生板２００の使用においては、貫通管状の突起２０４内の流路に空気が流れることによって、空気とマイナスイオン発生板２００との接触面積を大きくし、マイナスイオンを有効に提供できる。また貫通孔２０２は、貫通管状の突起２０４と同様に空気を流通させてマイナスイオンを提供するのと共に、マイナスイオン発生板２００に柔軟性を提供し、マイナスイオン発生板２００を丸めて利用することを可能にする。

マイナスイオン発生板２００の各部の寸法は用途に応じて適当に決定できるが、この実施例では、貫通孔２０２の開口部の直径２０２ａを７ｍｍにし、貫通管状の突起２０４の肉厚２０４ａを１ｍｍ、高さ２０４ｂを７ｍｍ、開口部の直径２０４ｃを７ｍｍとし、またシート状部分２０６の厚さ２０６ａを１．５ｍｍとした。

（マイナスイオン発生板の製造方法）
このマイナスイオン発生板の製造においては始めに、トルマリン粒子を含有する樹脂材料を提供する。ここで使用されているトルマリン粒子は一般に入手可能な直径１０μｍ程度のものであり、樹脂材料に対して約２０重量％の量で加えられている。また樹脂材料としてはポリ塩化ビニルを使用している。

次に図１１に示すように、トルマリン粒子を含有する樹脂材料を金型に注入し、成形及び固化させる。ここでは上型２５２と下型２５４との間で樹脂材料が固化してマイナスイオン発生板２００を形成しており、コアピン２５６及び２５８がそれぞれ貫通管状の突起２０４の貫通孔及び貫通孔２０２を形成している。

樹脂材料が固化した後で、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように矢印２６２で示す方向に上型２５２を離型することによって、上型２５２の筒状凹部の側面下端に存在する爪状部分２５３で貫通管状の突起の外周表面を掻きむしって、トルマリン粒子が露出された表面２１２を形成する。ここでこの爪状部分２５３は図２（ａ）で示すようなものであり、その高さは約０．１ｍｍである。

また図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、コアピン２５６を矢印２６３で示す方向にマイナスイオン発生板２００から引き抜くことによって、コアピン２５６の側面上端に存在する爪状部分２５７で貫通管状の突起の内周表面を掻きむしって、トルマリン粒子が露出された表面２１４を形成する。ここでこの爪状部分２５７はコアピン２５６の上端の全周にわたって存在し、その高さは約０．１ｍｍである。

同様に図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、コアピン２５８を矢印２６４で示す方向にマイナスイオン発生板２００から引き抜くことによって、コアピン２５８の側面上端に存在する爪状部分２５９で貫通孔の内周表面を掻きむしって、トルマリン粒子が露出された表面２１６を形成する。ここでこの爪状部分２５８はコアピン２５８の上端の全周にわたって存在し、その高さは約０．１ｍｍである。

（マイナスイオン発生板の評価）
上記のようにして製造した本発明によるマイナスイオン発生板のマイナスイオン発生効果を試験した。但しここでは、本発明によるマイナスイオン発生板として貫通管状の突起２０４及び貫通孔２０２の内周表面が爪状部分で掻きむしられたマイナスイオン発生板を用いた。すなわちここで試験した本発明によるマイナスイオン発生板を製造した金型では、コアピン２５６及び２５８の側面上端で上記爪状部分２５７及び２５９を用い、上型２５２の筒状凹部の下端の爪状部分２５３は用いなかった。

また比較例のマイナスイオン発生板では、上型２５２並びにコアピン２５６及び２５８のいずれにおいても、上記のような爪状部分を用いなかった。よって、比較例のマイナスイオン発生板は、貫通管状の突起２０４及び貫通孔２０２の内周表面が爪状部分で掻きむしられていないことを除いて、本発明によるマイナスイオン発生板と同じである。

本発明によるマイナスイオン発生板と、比較例のマイナスイオン発生板とに空気を流通させ、マイナスイオン測定器で測定したところ、本発明によるマイナスイオン発生板では、比較例のマイナスイオン発生板の２倍以上のマイナスイオンが発生していることが観察された。

図１は、本発明の第１の実施態様を表す縦断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態で使用できる上型の底面を表す平面図である。 図３は、本発明の第２の実施態様を表す縦断面図である。 図４は、本発明の第３の実施態様を表す縦断面図である。 図５は、本発明の第３の実施形態で使用できる上型を矢印４９の方向から見た側面図である。 図６は、本発明の第４の実施態様を表す縦断面図である。 図７は、機能性粒子を含有する樹脂材料によって作られた成形品の断面図である。 図８は、機能性粒子が付着した接着剤層を示す断面図である。 図９は、機能性粒子を含有する樹脂材料によって作られ、表面を研磨された成形品の断面図である。 図１０は、実施例で製造した本発明のマイナスイオン発生板を示す図である。 図１１は、実施例のマイナスイオン発生板の製造工程を示す図である。 図１２は、実施例のマイナスイオン発生板の製造工程を示す図である。 図１３は、実施例のマイナスイオン発生板の製造工程を示す図である。 図１４は、実施例のマイナスイオン発生板の製造工程を示す図である。

符号の説明

１２、３２、４２、６２…上型
１３、３３、４３、６２…爪状部分
１３ａ…爪状部分の高さ
１４、３４、４４、６４…下型
１６、３６、４６、６６…樹脂材料
１７、３７、４７、６７…機能性粒子が露出された表面
１９、３９、４９、６９…型（コアピン）の相対的な移動方向を示す矢印
１０２…機能性粒子
１０４…樹脂材料（マトリクス材料）
１０６…接着剤層
１０８…基材
２００…マイナスイオン発生板
２０２…貫通管状の突起
２０４…貫通孔
２０６…シート状部分
２１２…掻きむしられた表面
２５２…上型
２５３…上型の爪状部分
２５４…下型
２５６、２５８…コアピン
２５７、２５９…コアピンの爪状部分
２６２、２６３、２６４…型（コアピン）の相対的な移動方向を示す矢印

Claims (4)

1. 機能性粒子を含有する樹脂材料のための成形用金型であって、固化した樹脂材料にアンダーカット部を形成する爪状部分を有し、樹脂材料が固化した後で離型するときに、この爪状部分が固化した樹脂材料の表面を掻きむしるようにされている、成形用金型。
2. 貫通管状の突起と貫通孔とを有するシート状成形品のための成形用金型であって、前記貫通管状の突起の外周表面を形成する金型凹部の側面、前記貫通管状の突起の内周表面を形成する金型凸部の側面、及び／又は前記貫通孔の内周表面を形成する金型凸部の側面に、前記爪状部分を有する、請求項１に記載の成形用金型。
3. 機能性粒子を含有する樹脂材料を提供すること、
   前記樹脂材料を、請求項１又は２に記載の成形用金型で成形し、固化させること、
   固化した前記樹脂材料の表面を掻きむしるようにして、前記成型用金型を離型すること、
   を含む、樹脂材料の成形方法。
4. 貫通管状の突起と貫通孔とを有するシート状成形品の製造方法であって、
   機能性粒子を含有する樹脂材料を提供すること、
   前記樹脂材料を、請求項２に記載の成形用金型で成形し、固化させること、
   前記貫通管状の突起の外周表面及び内周表面、並びに前記貫通孔の内周表面の少なくとも１つを掻きむしるようにして、前記成型用金型を離型すること、
   を含む、樹脂材料の成形方法。

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