JP5741437B2 - 成形体製造装置および成形体の製造方法 - Google Patents

成形体製造装置および成形体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、成形体製造装置および成形体の製造方法に関する。
粉末状の成形材料を圧縮成形することにより成形体（圧粉体）を製造する成形体製造装置は、一般に、上下方向に開口する筒状のキャビティを備える成形型と、成形型の下側からキャビティ内に挿入される下パンチ面を備える下パンチと、成形型の上側からキャビティ内に挿入される上パンチ面を備える上パンチとを有している（例えば、特許文献１参照）。
このような成形体製造装置では、例えば、上パンチをキャビティの上端開口面よりも上方に位置させるとともに、下パンチ面をキャビティ内にてその上端開口面よりも下方に位置させた状態で、下パンチ面上のキャビティ内に成形材料を供給し、その後、上パンチ面を下降させることにより、下パンチ面と上パンチ面とで成形材料を圧縮成形する。
従来、このような成形体製造装置において、下パンチ面および上パンチ面に対する成形材料の付着または固着の防止等の目的から、上述したようなキャビティ内への成形材料の供給に先立って、下パンチ面および上パンチ面にそれぞれ離型剤を塗布することが行われている。
従来では、特許文献１に開示されているように、上パンチをキャビティの上端開口面よりも上方に位置させるとともに、下パンチ面をキャビティ内にてその上端開口面に一致した状態で、下パンチと上パンチとの間にノズルをもたらし、そのノズルから上下に離型剤を噴霧することにより、下パンチ面および上パンチ面にそれぞれ離型剤を塗布する。
しかしながら、特許文献１にかかる成形体製造装置では、離型剤を下パンチ面および上パンチ面のみにしか塗布することができないため、成形型のキャビティの内周面への成形材料の付着または固着を防止することができない。そのため、得られる成形体の品質不良が生じ、その結果、生産性の低下を招くと言う問題があった。このような問題は、付着性の高い成形材料を用いた場合や、圧縮成型時の圧縮率が高い場合等に特に顕著となる。
国際公開第２００３／０３７５８９号
本発明の目的は、優れた生産性で高品質な成形体を得ることができる成形体の製造方法および成形体製造装置を提供することにある。
このような目的は、下記（１）〜（１２）に記載の本発明により達成される。
（１）成形材料を圧縮成形することにより成形体を製造する成形体製造装置であって、
前記成形材料が充填される上下方向に開口するキャビティを備える成形型と、
前記キャビティ内にその上端側から挿入される上下方向に移動可能な上パンチ面を備える上パンチと、
前記キャビティ内にその下端側から挿入される上下方向に移動可能な下パンチ面を備える下パンチと、
前記上パンチ面に向けて離型剤を噴射するとともに、前記下パンチ面に向けて離型剤を噴射し得る少なくとも１つのノズル孔を備える離型剤噴射手段とを有し、
前記離型剤噴射手段は、前記キャビティ内への前記成形材料の充填に先立ち、前記上パンチが前記キャビティの上端開口面よりも上方に位置した状態で、前記上パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記上パンチ面に離型剤を塗布した後に、前記下パンチ面が前記キャビティ内にてその上端開口面よりも下方に位置した状態で、前記下パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記下パンチ面および前記下パンチ面よりも上側に露出した前記キャビティの内周面にそれぞれ離型剤を塗布するように構成されていることを特徴とする成形体製造装置。
（２） 前記離型剤噴射手段は、前記ノズル孔として、離型剤を上方に向けて噴射する上ノズル孔と、該上ノズル孔と別体として設けられ、前記離型剤を下方に向けて噴射する下ノズル孔とを備えている上記（１）に記載の成形体製造装置。
（３） 前記離型剤噴射手段は、前記上ノズル孔および前記下ノズル孔の位置および／または姿勢を独立して変更し得るように構成されている上記（２）に記載の成形体製造装置。
（４） 前記離型剤噴射手段は、前記ノズル孔からの離型剤の噴射方向を上方と下方とに切換可能に構成されている上記（１）に記載の成形体製造装置。
（５） 前記離型剤噴射手段は、前記ノズルを上下に移動可能に構成されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の成形体製造装置。
（６） 前記離型剤噴射手段は、前記ノズルの姿勢を変更し得るように構成されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の成形体製造装置。
（７） 前記離型剤噴射手段による離型剤の噴射時における前記下パンチ面と前記キャビティの上端開口面との間の距離をＡとし、前記上パンチ面および前記下パンチ面による前記キャビティ内の前記成形材料の圧縮成型時における前記下パンチ面と前記キャビティの上端開口面との間の距離をＢとしたとき、
Ａ／Ｂは、０．５〜１．５である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の成形体製造装置。
（８） 前記上パンチ面、前記下パンチ面および前記キャビティの内周面に塗布される離型剤の平均厚さは、それぞれ、０．００１〜５０μｍである上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の成形体製造装置。
（９） 前記成形材料は、粉末状をなし、樹脂材料を含むものである上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の成形体製造装置。
（１０） 前記樹脂材料は、エポキシ系の樹脂材料である上記（９）に記載の成形体製造装置。
（１１） 前記離型剤は、シリコーン系の離型剤を含む上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の成形体製造装置。
（１２） 上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の成形体製造装置を用いて成形体を製造する成形体の製造方法であって、
前記上パンチが前記キャビティの上端開口面よりも上方に位置した状態で、前記上パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記上パンチ面に離型剤を塗布した後に、前記下パンチ面が前記キャビティ内にてその上端開口面よりも下方に位置した状態で、前記下パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記下パンチ面および前記下パンチ面よりも上側に露出した前記キャビティの内周面にそれぞれ離型剤を塗布する塗布工程と、
前記キャビティ内に前記成形材料を充填する充填工程と、
前記キャビティ内に充填された前記成形材料を前記下パンチおよび前記上パンチで圧縮成形する成形工程とを有することを特徴とする成形体の製造方法。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる成形体製造装置の全体構成を示す断面図である。 図２は、図１に示す成形体製造装置の周方向での展開図（断面図）である。 図３は、図１に示す成形体製造装置の部分拡大断面図である。 図４は、図１に示す成形体製造装置の動作を説明するための図である。 図５は、図１に示す成形体製造装置の動作を説明するための図である。 図６は、本発明の第２実施形態にかかる成形体製造装置の部分拡大断面図である。 図７は、本発明の第３実施形態にかかる成形体製造装置の部分拡大断面図である。
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる成形体製造装置の全体構成を示す断面図、図２は、図１に示す成形体製造装置の周方向での展開図（断面図）、図３は、図１に示す成形体製造装置の部分拡大断面図、図４および図５は、図１に示す成形体製造装置の動作を説明するための図である。
なお、本実施形態では、成形材料として半導体封止用の材料（粉末状の樹脂組成物）を用いた場合を代表的に説明するが、本発明は、これに限定されず、例えば、成形材料として、圧縮成形により成形体を得ることができるものであれば、各種無機材料、各種有機材料を含む組成物を用いることができる。
図１に示す本実施形態の成形体製造装置１は、いわゆるロータリー式の成形体製造装置（打錠機）である。
このような成形体製造装置１は、図１に示すように、フレーム２と、このフレーム２に支持されたＺ軸回りに回転可能なシャフト３と、このシャフト３に取り付けられた回転盤４とを有している。
そして、回転盤４には、複数の成形型５と、複数の上型６と、複数の下型７とが取り付けられている。
また、シャフト３の周囲には、図２に示すように、上型昇降機構８と、下型昇降機構９と、離型剤塗布機構１０と、取出ガイド１１と、成形材料供給機構１２とがそれぞれフレーム２に対して固定的に（非回転に）設けられている。なお、図２では、後述するカム８２、９２の設置位置（すなわち後述する本圧を行う位置）を基準（０°）とし、軸線Ｚまわりの角度を示している。
このような成形体製造装置１では、複数の成形型５、複数の上型６および複数の下型７が回転盤４とともにＺ軸回りに回転しながら、その回転盤４の回転に伴って、上型昇降機構８が各上型６を上下方向に移動させるとともに、下型昇降機構９が各下型７を上下方向に移動させる。
一方、各成形型５は、その回転角度に応じて、選択的に、離型剤塗布機構１０による離型剤の塗布、成形材料供給機構（図示せず）による成形材料の充填に供される。
その際、各成形型５に対し選択的に、離型剤塗布機構１０による離型剤の塗布（離型剤塗布工程）、成形材料供給機構１２による成形材料の充填（成形材料充填工程）、成形型５内に充填された成形材料の上型６および下型７による圧縮成形（圧縮成形工程）、圧縮成形によって得られた成形体の下型７の上昇による成形型５外へ（上方へ）押し出し、押し出された成形体の取出ガイド１１による取出し（成形体取出工程）が順次行われる。
以下、このような成形体製造装置１を構成する各部を順次詳細に説明する。
シャフト３は、軸受３１、３２、３３を介してフレーム２に支持され、鉛直な軸線Ｚ回りに回転可能となっている。
このようなシャフト３の下端部には、ウォームホイール３４が設けられている（固着されている）。このウォームホイール３４は、図示しない駆動機構により回転駆動されるウォーム３５に噛合している。
また、シャフト３には、回転盤４が設けられている（固着されている）。
回転盤４は、複数の成形型５が固定されるステージ４１と、複数の上型６が上下方向に移動可能に保持される上型保持部４２と、複数の下型７が上下方向に移動可能に保持される下型保持部４３とを有している。
ステージ４１には、複数の成形型５が上下方向に貫通するように設けられている。
複数の成形型５は、軸線Ｚに対する離間距離が互いに等しく（すなわち軸線Ｚを中心とする同一半径位置に設けられ）、かつ、軸線Ｚまわりの周方向に等間隔で設けられている。
各成形型５は、上下方向に開口するキャビティ５１を備えている。
本実施形態では、キャビティ５１は、上下方向に延びる円柱形をなしている。すなわち、キャビティ５１の横断面が円形をなしているとともに、キャビティ５１の横断面積が上下方向での略全域で一定となっている。なお、キャビティ５１の横断面形状は、目的とする成形体の形状等によって決定されるものであり、円形状に限定されず、例えば、楕円形状、多角形状等であってもよい。また、キャビティ５１の横断面積は、局所的に拡大または縮小している部分を有していてもよい。
このようなキャビティ５１の内部には、成形材料供給機構１２により成形材料が供給（充填）される。
成形材料供給機構１２は、図示しないホッパから成形材料の供給を受ける凹部１２１を備える供給部１２２を有している。
この供給部１２２は、軸線Ｚを中心として成形型５と同一半径位置で、かつ、軸線Ｚまわりの周方向での所定位置に設けられている。また、供給部１２２は、回転盤４のステージ４１の上面に対して摺動可能となっている。
そして、凹部１２１は、下方に開口している。
このような成形材料供給機構１２では、凹部１２１の下方にキャビティ５１がもたらされたとき、凹部１２１内の成形材料がキャビティ５１内へ落下し充填される。
成形材料としては、圧縮成形により成形体を得ることができるものであれば、特に限定されないが、例えば、半導体の封止に用いるタブレットを製造する場合、硬化性樹脂および硬化剤を含んで構成された成形材料（樹脂組成物）が用いられる。
硬化性材料としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェニレンおよび／またはビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレンおよび／またはビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ユリア（尿素）樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等が挙げられ、これらのうち１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができるが、エポキシ樹脂が好適に用いられる。
また、前記成形材料が粉末状をなすものである場合、成形体製造装置１は、成形体として圧粉体を得ることができる。また、前記成形材料が粉末状をなすものである場合や、成形する粉体の軟化温度が低い場合、前記樹脂材料がエポキシ系の樹脂材料を含むものである場合、成形材料は、圧縮成形に際し、後述する上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に固着しやすい。したがって、このような場合、本発明を適用することで、その効果が顕著となる。
また、硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシレリレンジアミン（ＭＸＤＡ）などの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）などの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物等のアミン系硬化剤、ノボラック型フェノール樹脂、フェノールポリマー等のフェノール系硬化剤（フェノール性水酸基を有する硬化剤）、ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）などの脂環族酸無水物（液状酸無水物）、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）等の芳香族酸無水物等の酸無水物系硬化剤、ポリアミド樹脂、ポリスルフィド樹脂が挙げられ、これらのうち１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、上記の硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、フェノール系硬化剤（フェノール性水酸基を有する硬化剤）が好適に用いられる。
なお、半導体の封止に用いるタブレットの成形材料には、上記の硬化性樹脂以外の樹脂や無機充填剤が含まれていてもよいし、硬化促進剤、カップリング剤、着色剤、難燃剤、低応力剤、酸化防止剤等の各種添加剤が含まれていてもよい。
このような複数の成形型５が固定されるステージ４１の上側には、上型保持部４２が設けられている。
上型保持部４２には、複数の上型６が上下方向に移動可能に設けられている。
複数の上型６は、前述した複数の成形型５に対応して設けられ、それぞれ、対応する成形型５のキャビティ５１内に上側から挿入し得るようになっている。
すなわち、複数の上型６は、軸線Ｚに対する離間距離が前述した成形型５と軸線Ｚとの離間距離と同距離で互いに等しく（すなわち軸線Ｚを中心とする同一半径位置に設けられ）、かつ、前述した軸線Ｚまわりの周方向において複数の成形型５のピッチと同ピッチで等間隔に設けられている。
図２に示すように、各上型６は、上型本体６１と、この上型本体６１に装着された上パンチ６２とで構成されている。
上型本体６１は、上型保持部４２に対して上下方向に摺動可能に設けられている。
この上型本体６１の下部に上パンチ６２が装着されている。
上パンチ６２は、その下端に設けられた上パンチ面６２１を備える（図３参照）。この上パンチ面６２１は、これに対応するキャビティ５１内にその上端側から挿入される上下方向に移動可能なものである。
このような複数の上型６が保持される上型保持部４２に対して前述したステージ４１を介して対向するように、下型保持部４３が設けられている。すなわち、ステージ４１の下側には、下型保持部４３が設けられている。
下型保持部４３には、複数の下型７が上下方向に移動可能に設けられている。
複数の下型７は、前述した複数の成形型５に対応して設けられ、それぞれ、対応する成形型５のキャビティ５１内に下側から挿入し得るようになっている。
すなわち、複数の下型７は、軸線Ｚに対する離間距離が前述した成形型５と軸線Ｚとの離間距離と同距離で互いに等しく（すなわち軸線Ｚを中心とする同一半径位置に設けられ）、かつ、前述した軸線Ｚまわりの周方向において複数の成形型５のピッチと同ピッチで等間隔で設けられている。
図２に示すように、各下型７は、下型本体７１と、この下型本体７１に装着された下パンチ７２とで構成されている。
下型本体７１は、下型保持部４３に対して上下方向に摺動可能に設けられている。
この下型本体７１の上部に下パンチ７２が装着されている。
下パンチ７２は、その上端に設けられた下パンチ面７２１を備える（図３参照）。この下パンチ面７２１は、これに対応するキャビティ５１内にその下端側から挿入される上下方向に移動可能なものである。
このような各上型６は、上型昇降機構８によって上下方向に移動され、また、各下型７は、下型昇降機構９によって上下方向に移動される。
上型昇降機構８は、ガイドレール８１と、カム８２、８３とを有している。
ガイドレール８１は、シャフト３の周囲に、周方向に沿って設けられている。
このガイドレール８１は、前述した各上型６の上端部に係合し、その係合部の上下方向での位置が周方向で変化するように形成されている。したがって、ガイドレール８１は、回転盤４の回転に伴って、各上型６を上下方向に移動させる。
カム８２、８３は、それぞれ、前述したガイドレール８１の端部または途中の所定位置に設けられている。
このカム８２、８３は、それぞれ、上型６を下方に押圧する機能を有する。
下型昇降機構９は、ガイドレール９１と、カム９２、９３、９４とを有している。
ガイドレール９１は、シャフト３の周囲に、周方向に沿って設けられている。
このガイドレール９１は、前述した各下型７の下端部に係合し、その係合部の上下方向での位置が周方向で変化するように形成されている。したがって、ガイドレール９１は、回転盤４の回転に伴って、各下型７を上下方向に移動させる。
カム９２、９３、９４は、それぞれ、前述したガイドレール９１の端部または途中の所定位置に設けられている。
このカム９２、９３、９４は、それぞれ、上型６を下方に押圧する機能を有する。特に、カム９２は、前述したカム８２に対応して（回転盤４を介して対向するように）設けられている。また、カム９３は、前述したカム８３に対応して（回転盤４を介して対向するように）設けられている。
このように、カム８２およびカム９２が対をなし、また、カム８３およびカム９３が対をなしている。
後に詳述するが、カム８３、９３は、上型６（上パンチ６２）および下型７（下パンチ７２）に対して成形型５のキャビティ５１内の成形材料を予備的に圧縮成形（予圧）する押圧力を付与するものである。また、カム８２、９２は、前記予圧後に、上型６（上パンチ６２）および下型７（下パンチ７２）に対して成形型５のキャビティ５１内の成形材料を最終的に圧縮成形（本圧）する押圧力を付与するものである。
また、カム９４は、圧縮成形によって得られた成形体をキャビティ５１外へ押し出す押圧力を下型７（下パンチ７２）に対して付与するものである。
このようなカム９４に対して後段側（図２にて右側）には、回転盤４のステージ４１上に、取出ガイド１１が設けられている。
この取出ガイド１１は、フレーム２に対して固定的に設置され、前述したカム９４の押圧力によって成形型５上に押し出された成形体Ｍを回転盤４外の所定位置へ導くものである。
このような取出ガイド１１に対して後段側（図２にて右側）には、離型剤塗布機構１０のノズル１０１が設けられている。
ここで、図３に基づいて、離型剤塗布機構１０について詳細に説明する。
この離型剤塗布機構１０は、前述した上パンチ面６２１に向けて離型剤Ｌを噴射するとともに、下パンチ面７２１に向けて離型剤Ｌを噴射し得るものである。
特に、この離型剤塗布機構（離型剤噴射手段）１０は、後に詳述するように、キャビティ５１内への成形材料の充填に先立ち、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面にそれぞれ離型剤Ｌを塗布するものである。
具体的には、離型剤塗布機構１０は、上パンチ６２がキャビティ５１の上端開口面よりも上方に位置した状態で、上パンチ面６２１に向けて離型剤Ｌを噴射することにより、上パンチ面６２１に離型剤Ｌを塗布するとともに、下パンチ面７２１がキャビティ５１内にてその上端開口面よりも下方に位置した状態で、下パンチ面７２１に向けて離型剤Ｌを噴射することにより、下パンチ面７２１および下パンチ面７２１よりも上側に露出したキャビティ５１の内周面にそれぞれ離型剤を塗布するように構成されている。
本実施形態では、上パンチ面６２１に向けての離型剤Ｌの噴射と、下パンチ面７２１に向けての離型剤Ｌの噴射とが同時に行われる。
これにより、成形材料の圧縮成形に先立って、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対してそれぞれ離型剤Ｌを塗布することができる。そのため、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対する成形材料の付着または固着を防止することができる。その結果、得られる成形体にスジ、欠け等が発生するのを防止することができる。
このような離型剤塗布機構（離型剤噴射手段）１０は、図３に示すように、ノズル１０１と、離型剤供給装置１０２とを備えている。
ノズル１０１は、長尺状をなし、その先端部は、軸線Ｚを中心として成形型５と同一半径位置で、かつ、軸線Ｚまわりの周方向での所定位置にて、ステージ４１と上型保持部４２との間に臨むように設けられている。
このノズル１０１の先端部には、上方に開口するノズル孔（上ノズル孔）１０３と、下方に開口するノズル孔（下ノズル孔）１０４とが設けられている。
ノズル孔１０３は、上方に向けて離型剤を噴射（噴霧）するものであり、ノズル孔１０４は、ノズル孔１０３とは別体として設けられ、下方に向けて離型剤を噴射（噴霧）するものである。
また、ノズル１０１内には、その長手方向に沿って、ノズル孔１０３、１０４にそれぞれ連通する流路が形成されている。当該流路は、離型剤が流通する流路であり、離型剤供給装置１０２に接続されている。
本実施形態では、ノズル１０１は、図示しない調整機構を介してフレーム２に支持され、上下方向に移動可能であるとともに、姿勢を変更し得るようになっている。
すなわち、離型剤塗布機構１０は、ノズル孔１０３、１０４が上下に移動可能であるとともに、ノズル孔１０３、１０４の姿勢を変更し得るように構成されている。
ノズル孔１０３、１０４を上下に移動させることで、ノズル孔１０３と上パンチ面６２１との距離、および、ノズル孔１０４と下パンチ面７２１との距離をそれぞれ最適化して、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対してそれぞれ離型剤Ｌを塗布することができる。
また、ノズル孔１０３、１０４の姿勢を変更することで、成形条件を変更した場合であっても、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対してそれぞれ離型剤Ｌを均一かつ確実に塗布することができる。
離型剤供給装置１０２は、離型剤（離型剤溶液）をノズル１０１に供給するものである。この離型剤供給装置１０２は、ノズル１０１の各ノズル孔１０３、１０４から離型剤を噴射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、離型剤を収納するタンクと、このタンク内の離型剤を加圧しつつノズル１０１に供給するポンプと、このポンプの加圧力を調整する弁等の調整機構とを含んで構成することができる。
離型剤としては、用いる成形材料に応じて決定されるものであり、成形材料に対して離型性を発揮し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、オルガノポリシロキサン等のシリコーン系離型剤、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系離型剤、ポリビニルアルコール等のアルコール系離型剤、パラフィン、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、エステル系ワックス、ポリオレフィン系ワックス、ポリエチレン、酸化ポリエチレン等のワックス類等が挙げられ、これらのうち１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。
中でも、離型剤としては、シリコーン系離型剤を用いるのが好ましく、特に、カルボキシル変性ジメチルポリシロキサンを用いるのが好ましい。このような離型剤は、成形材料に対する離型性に優れている。したがって、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対する成形材料の固着または付着をより確実に防止することができる。また、得られる成形体へ影響を及ぼしにくいと言う利点がある。
このような離型剤の性状は、特に限定されるものではなく、例えば、低粘度の液体、高粘度の液体又は粉末状の固体が使用可能である。また、このような離型剤は、液体状のものをそのまま、あるいは、液体状又は固体状のものを、溶剤を用いて希釈又は溶解させて用いることができる。
このような溶剤としては、離型剤を溶解できるものであれば、特に限定されず、例えば、ヘキサン、ペンタン、ハイドロフルオロエーテル、デカフルオロペンタン等の一般的な溶剤を用いることができる。中でも、溶剤としては、ペンタン（より具体的には、ｎ−ペンタン）を用いるのが好ましい。ペンタンはシリコーン系離型剤との相溶性に優れることから、ペンタンにシリコーン系離型剤を溶解した離型剤（離型剤溶液）を用いた場合、離型剤を均一に希釈、噴霧することができる。また、ペンタンは極めて揮発性が高いことから、離型剤溶液中の溶媒が離型剤溶液の噴霧後に速やかに揮発するので、溶媒が製品（成形体）へ混入するのを防止することができる。
離型剤が、ウベローデ粘度計により測定した２５℃における動粘度が３×１０−３ｍ２／ｓ以上である高粘度の液体又は粉末状の固体の場合は、溶剤に溶解した（離型剤溶液とした）状態で用いることが好ましい。この場合、離型剤と溶剤との使用割合は、離型剤が溶剤に溶解していれば、特に限定されないが、溶剤に対して離型剤が０．０１〜１０重量％が好ましく、０．０５〜５重量％がより好ましく、０．１〜３重量％がさらに好ましい。これにより、スプレー等での噴霧が容易となり、離型剤を薄くかつ均一に塗布することができる。また、離型剤が、ウベローデ粘度計により測定した２５℃における動粘度が３×１０−３ｍ２／ｓ未満の低粘度の液体の場合は、離型剤をそのまま用いることができるが、必要に応じて溶剤に溶解した（離型剤溶液とした）状態で用いることもできる。この場合、離型剤と溶剤との使用割合は、離型剤が溶剤に溶解していれば、特に限定されないが、溶剤に対して離型剤が０．１〜５０重量％が好ましく、１〜２０重量％がより好ましい。これにより、離型剤を薄くかつ均一に塗布することができるとともに、溶剤の使用量を抑えることができる。
次に、前述したように構成された成形体製造装置１を用いて成形体を製造する場合を一例として、本発明の成形体の製造方法について説明する。
成形体製造装置１では、各成形型５は、これに対応する上パンチ６２および下パンチ７２とともに回転盤４のＺ軸回りの回転に伴って回転し、その回転角度に応じて、離型剤塗布工程、成形材料充填工程、圧縮成形工程、成形体取出工程が順次行われる。
すなわち、成形体製造装置１を用いた成形体の製造方法は、［１］離型剤塗布工程と、［２］成形材料充填工程と、［３］圧縮成形工程と、［４］成形体取出工程とを有する。
以下、各工程について順次詳細に説明する。
［１］離型剤塗布工程
まず、図４（ａ）に示すように、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面５１１に離型剤Ｌを塗布する。
このとき、成形型５、上パンチ６２および下パンチ７２の軸線Ｚまわりの回転角度は、１２０°である。
また、上パンチ６２の上パンチ面６２１は、上型昇降機構８のガイドレール８１の作用により、成形型５の上端開口面よりも上方に位置している（離間している）。また、下パンチ面７２１の下パンチ面７２１は、下型昇降機構９のガイドレール９１の作用により、成形型５内にてその上端開口面よりも下方に位置している。
また、ノズル１０１の先端部が上パンチ面６２１と下パンチ面７２１との間に臨むようにもたらされている。
このような成形型５、上パンチ６２、下パンチ７２およびノズル１０１の配置のもとで、ノズル１０１のノズル孔１０３から上方に（上パンチ面６２１に向けて）離型剤が噴射されるとともにノズル孔１０３から下方に（下パンチ面７２１に向けて）離型剤が噴射される。
これにより、ノズル１０１のノズル孔１０３から噴射された離型剤は、上パンチ面６２１に塗布される。また、上述したように、下パンチ面７２１の下パンチ面７２１は成形型５内にてその上端開口面よりも下方に位置しているので、ノズル孔１０３から噴射された離型剤は、下パンチ面７２１だけでなく、成形型５のキャビティ５１の内周面５１１のうち、下パンチ面７２１よりも上方に露出した部分に塗布される。
本工程において、離型剤塗布機構１０による離型剤Ｌの噴射時における下パンチ面７２１とキャビティ５１の上端開口面との間の距離をＡとし、上パンチ面６２１および下パンチ面７２１によるキャビティ５１内の成形材料ｍの圧縮成型時（後述する工程［３］の本圧時）における下パンチ面７２１とキャビティ５１の上端開口面との間の距離をＢとしたとき、Ａ／Ｂは、０．５〜１．５であるのが好ましく、０．７〜１．２であるのがより好ましい。これにより、後述する工程［３］後に、キャビティ５１の内周面に成形材料ｍが付着または固着するのをより確実に防止することができる。
また、キャビティ５１内への成形材料ｍの充填時（後述する工程［２］の分量時）における下パンチ面７２１とキャビティ５１の上端開口面との間の距離をＣとしたとき、Ａ／Ｃは、０．４〜１．２であるのが好ましく、０．５〜１．０であるのがより好ましい。これにより、後述する工程［２］でキャビティ５１の内周面のうちの成形材料ｍが接する部分に、離型剤Ｌを塗布することができる。
また、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面５１１に塗布される離型剤Ｌの厚さ（平均厚さ）は、それぞれ、特に限定されないが、０．００１〜５０μｍであるのが好ましく、０．０１〜５０μｍであるのがより好ましく、０．０５〜１０μｍであるのがさらに好ましい。これにより、最終的に得られる成形体Ｍに対する離型剤Ｌの悪影響を防止しつつ、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面５１１に対する成形材料ｍの付着または固着を防止することができる。なお、かかる離型剤Ｌ（離型剤Ｌによる層）の厚さは、各種厚さ測定装置を用いて実測することもできるし、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面５１１の表面積、離型剤Ｌの溶剤希釈率および供給量から算出することもできる。
［２］成形材料充填工程
次に、キャビティ５１内に成形材料ｍが充填される。
より具体的には、まず、図４（ｂ）に示すように、キャビティ５１内への成形材料ｍの充填が開始される。
このとき、成形型５、上パンチ６２および下パンチ７２の軸線Ｚまわりの回転角度は、１８０°である。
また、上パンチ６２の上パンチ面６２１は、上型昇降機構８のガイドレール８１の作用により、成形型５の上端開口面よりも上方に位置している（離間している）。また、下パンチ面７２１の下パンチ面７２１は、下型昇降機構９のガイドレール９１の作用により、成形型５内にてその上端開口面よりも下方に位置している。
また、成形材料供給機構１２の凹部１２１の下方に、成形型５のキャビティ５１がもたらされている。これにより、凹部１２１内の成形材料がキャビティ５１内に落下し充填される。
その後、図４（ｃ）に示すように、キャビティ５１内の成形材料ｍの分量が行われ、キャビティ５１内への成形材料ｍの充填が完了する。
このとき、成形型５、上パンチ６２および下パンチ７２の軸線Ｚまわりの回転角度は、２５５°である。
また、下パンチ７２の下パンチ面７２１は、下型昇降機構９のガイドレール９１の作用により、所望の成形材料の分量に応じた高さ（上下方向での位置）となるように位置調整される。
［３］圧縮成形工程
次に、キャビティ５１内に充填された成形材料ｍを上パンチ６２および下パンチ７２により圧縮成形する。
より具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、上パンチ６２および下パンチ７２により予備的に加圧（予圧）する。
このとき、成形型５、上パンチ６２および下パンチ７２の軸線Ｚまわりの回転角度は、３１５°である。
また、上型６（上パンチ６２）および下型７（下パンチ７２）は、カム８３、９３の作用により、互いに接近する方向に押圧される。これにより、成形型５のキャビティ５１内の成形材料が予備的に圧縮成形（予圧）される。
その後、図５（ｂ）に示すように、上パンチ６２および下パンチ７２により上記の予圧よりも高い圧力で加圧（本圧）する。
このとき、成形型５、上パンチ６２および下パンチ７２の軸線Ｚまわりの回転角度は、３６０°（０°）である。
また、上型６（上パンチ６２）および下型７（下パンチ７２）は、カム８２、９２の作用により、互いに接近する方向にさらに押圧される。これにより、成形型５のキャビティ５１内の成形材料が最終的に圧縮成形（本圧）される。
本工程において、カム８２、９２による上パンチ面６２１および下パンチ面７２１の押圧力は、特に限定されないが、１５０〜１０００ＭＰａが好ましく、２５０〜７００ＭＰａがより好ましく、３００〜６００ＭＰａがさらに好ましい。
また、カム８２、９２による上パンチ面６２１および下パンチ面７２１の押圧時間は、特に限定されず、回転盤４に回転速度により調整することができる。
また、本工程の処理温度は、特に限定されないが、１５〜３０℃が好ましく、１８〜２８℃がより好ましく、２０〜２５℃がさらに好ましい。
以上のようにして、キャビティ５１内の成形材料ｍが上パンチ６２および下パンチ７２により圧縮成形される。これにより、成形体Ｍが得られる。
［４］成形体取出工程
次に、図５（ｃ）に示すように、成形体Ｍをキャビティ５１から取出す。
より具体的に説明すると、まず、上パンチ面６２１を取出ガイド１１の上端よりも上方に上昇させるとともに、下パンチ面７２１をキャビティ５１の上端開口面と一致するように上昇させる。
これにより、成形体Ｍがキャビティ５１の外部へ押し出される。
その状態で、回転盤４の回転に伴って、押し出された成形体Ｍが取出ガイド１１に当接し、回転盤４外の所定位置へ導かれる。
このようにして、成形体Ｍがキャビティ５１から取出される。
以上説明したようにして、成形体製造装置１（本発明の成形体の製造方法）は、成形体Ｍを製造することができる。
なお、前述したような工程が順次繰り返されることで、成形体Ｍを連続的に製造することができる。なお、成形体Ｍを連続的に製造する場合、離型剤塗布工程は、毎回行ってもよいし、数回（数回転）に１回行うようにしてもよい。
以上説明したような成形体製造装置１（本発明の成形体の製造方法）によれば、成形材料ｍの圧縮成形に先立って、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対してそれぞれ離型剤Ｌを塗布することができる。そのため、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対する成形材料ｍの付着または固着を防止することができる。その結果、得られる成形体Ｍを高品位なものとすることができる。
特に、本実施形態では、離型剤塗布機構１０が上方噴射用および下方噴射用の独立した２つのノズル孔１０３、１０４を有しているので、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対する離型剤Ｌの塗布を同時に行うことができる。そのため、これらに対する離型剤Ｌの塗布に要する時間を短くし、成形体Ｍの生産性を向上させることができる。
このようにして、本発明にかかる成形体製造装置１（本発明の成形体の製造方法）は、優れた生産性で高品質な成形体Ｍを得ることができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図６は、本発明の第２実施形態にかかる成形体製造装置の部分拡大断面図である。
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図６では、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態の成形体製造装置１Ａは、離型剤塗布機構（離型剤噴射手段）１０Ａを備えている。
この離型剤塗布機構１０Ａは、図６に示すように、２つのノズル１０５、１０７を備えている。
ノズル１０５は、長尺状をなし、その先端部は、上方に向けて屈曲している。
このノズル１０５の先端面には、上方に開口するノズル孔（上ノズル孔）１０６が設けられている。
このノズル孔１０６は、上方に向けて離型剤を噴射するものである。また、ノズル１０５内には、その長手方向に沿って、ノズル孔１０６に連通する流路が形成されている。
一方、ノズル１０７は、長尺状をなし、その先端部は、下方に向けて屈曲している。
このノズル１０７の先端面には、下方に開口するノズル孔（上ノズル孔）１０８が設けられている。
このノズル孔１０８は、下方に向けて離型剤を噴射するものである。また、ノズル１０７内には、その長手方向に沿って、ノズル孔１０８に連通する流路が形成されている。
本実施形態では、ノズル１０５は、図示しない第１の調整機構を介してフレーム２に支持され、上下方向に移動可能であるとともに、姿勢を変更し得るようになっている。すなわち、離型剤塗布機構１０Ａは、ノズル孔１０６が上下に移動可能であるとともに、ノズル孔１０６の姿勢を変更し得るように構成されている。
一方、ノズル１０７は、図示しない第２の調整機構を介してフレーム２に支持され、上下方向に移動可能であるとともに、姿勢を変更し得るようになっている。すなわち、離型剤塗布機構１０Ａは、ノズル孔１０８が上下に移動可能であるとともに、ノズル孔１０８の姿勢を変更し得るように構成されている。
このように、離型剤塗布機構１０Ａは、ノズル孔１０６およびノズル孔１０８の位置および／または姿勢を独立して変更し得るように構成されているので、成形条件を変更した場合であっても、上パンチ面６２１、下パンチ面７２１およびキャビティ５１の内周面に対してそれぞれ離型剤Ｌを均一かつ確実に塗布することができる。
以上説明したような第２実施形態にかかる成形体製造装置１Ａによっても、前述した第１実施形態の成形体製造装置１と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態にかかる成形体製造装置の部分拡大断面図である。
以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図７では、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態の成形体製造装置１Ｂは、離型剤塗布機構（離型剤噴射手段）１０Ｂを備えている。
この離型剤塗布機構１０Ｂは、図７に示すように、ノズル１０９を備えている。
ノズル１０９は、長尺状をなし、その先端部は、屈曲している。
このノズル１０９の先端面には、開口するノズル孔１１０が設けられている。また、ノズル１０９内には、その長手方向に沿って、ノズル孔１１０に連通する流路が形成されている。
本実施形態では、ノズル１０９は、図示しない調整機構を介してフレーム２に支持され、上下方向に移動可能であるとともに、姿勢を変更し得るようになっている。すなわち、離型剤塗布機構１０Ｂは、ノズル孔１１０が上下に移動可能であるとともに、ノズル孔１１０の姿勢を変更し得るように構成されている。
特に、離型剤塗布機構１０Ｂは、ノズル孔１１０からの離型剤Ｌの噴射方向を上方と下方とに切換可能に構成されている。これにより、離型剤塗布機構１０Ｂの小型化を図りつつ、離型剤Ｌを上パンチ面６２１および下パンチ面７２１に対して順に塗布することができる。
このような離型剤塗布機構１０Ｂを用いる場合、ノズル孔１１０による上方（上パンチ面６２１）への離型剤Ｌの噴射と、ノズル孔１１０による下方（下パンチ面７２１）への離型剤Ｌの噴射との前後は、特に限定されない。
ノズル孔１１０による上方への離型剤Ｌの噴射は、ノズル孔１１０による下方への離型剤Ｌの噴射よりも先である場合、前述した第１実施形態の［４］成形体取出工程と一致または重複させることができる。この場合、［４］成形体取出工程後に、ノズル孔１１０による下方への離型剤Ｌの噴射を行うことができる。このように、ノズル孔１１０による上方への離型剤Ｌの噴射と、ノズル孔１１０による下方への離型剤Ｌの噴射との切り換えを行うことにより、離型剤塗布工程が単独で占める時間を短くして、成形体の製造の効率化を図ることができる。
一方、ノズル孔１１０による上方への離型剤Ｌの噴射は、ノズル孔１１０による下方への離型剤Ｌの噴射よりも後である場合、前述した第１実施形態の［２］成形材料充填工程と一致または重複させることができる。この場合、［２］成形材料充填工程前に、ノズル孔１１０による下方への離型剤Ｌの噴射を完了させておく。このように、ノズル孔１１０による上方への離型剤Ｌの噴射と、ノズル孔１１０による下方への離型剤Ｌの噴射との切り換えを行うことによっても、離型剤塗布工程が単独で占める時間を短くして、成形体の製造の効率化を図ることができる。
以上説明したような第３実施形態にかかる成形体製造装置１Ｂによっても、前述した第１実施形態の成形体製造装置１と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の成形体製造装置および成形体の製造方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、成形体製造装置等を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
本発明の成形体製造装置は、成形材料を圧縮成形することにより成形体を製造する。特に、本発明の成形体製造装置は、前記成形材料が充填される上下方向に開口するキャビティを備える成形型と、前記キャビティ内にその上端側から挿入される上下方向に移動可能な上パンチ面を備える上パンチと、前記キャビティ内にその下端側から挿入される上下方向に移動可能な下パンチ面を備える下パンチと、前記上パンチ面に向けて離型剤を噴射するとともに、前記下パンチ面に向けて離型剤を噴射し得る少なくとも１つのノズル孔を備える離型剤噴射手段とを有し、前記離型剤噴射手段は、前記キャビティ内への前記成形材料の充填に先立ち、前記上パンチが前記キャビティの上端開口面よりも上方に位置した状態で、前記上パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記上パンチ面に離型剤を塗布するとともに、前記下パンチ面が前記キャビティ内にてその上端開口面よりも下方に位置した状態で、前記下パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記下パンチ面および前記下パンチ面よりも上側に露出した前記キャビティの内周面にそれぞれ離型剤を塗布する。これにより、成形材料の圧縮成形に先立って、上パンチ面、下パンチ面およびキャビティの内周面に対してそれぞれ離型剤を塗布することができる。そのため、上パンチ面、下パンチ面およびキャビティの内周面に対する成形材料の固着を防止することができる。その結果、得られる成形体を高品位なものとすることができる。したがって、産業上の利用可能性を有する。

Claims (12)

  1. 成形材料を圧縮成形することにより成形体を製造する成形体製造装置であって、
    前記成形材料が充填される上下方向に開口するキャビティを備える成形型と、
    前記キャビティ内にその上端側から挿入される上下方向に移動可能な上パンチ面を備える上パンチと、
    前記キャビティ内にその下端側から挿入される上下方向に移動可能な下パンチ面を備える下パンチと、
    前記上パンチ面に向けて離型剤を噴射するとともに、前記下パンチ面に向けて離型剤を噴射し得る少なくとも１つのノズル孔を備える離型剤噴射手段とを有し、
    前記離型剤噴射手段は、前記キャビティ内への前記成形材料の充填に先立ち、前記上パンチが前記キャビティの上端開口面よりも上方に位置した状態で、前記上パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記上パンチ面に離型剤を塗布した後に、前記下パンチ面が前記キャビティ内にてその上端開口面よりも下方に位置した状態で、前記下パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記下パンチ面および前記下パンチ面よりも上側に露出した前記キャビティの内周面にそれぞれ離型剤を塗布するように構成されていることを特徴とする成形体製造装置。
  2. 前記離型剤噴射手段は、前記ノズル孔として、離型剤を上方に向けて噴射する上ノズル孔と、該上ノズル孔と別体として設けられ、前記離型剤を下方に向けて噴射する下ノズル孔とを備えている請求項１に記載の成形体製造装置。
  3. 前記離型剤噴射手段は、前記上ノズル孔および前記下ノズル孔の位置および／または姿勢を独立して変更し得るように構成されている請求項２に記載の成形体製造装置。
  4. 前記離型剤噴射手段は、前記ノズル孔からの離型剤の噴射方向を上方と下方とに切換可能に構成されている請求項１に記載の成形体製造装置。
  5. 前記離型剤噴射手段は、前記ノズルを上下に移動可能に構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の成形体製造装置。
  6. 前記離型剤噴射手段は、前記ノズルの姿勢を変更し得るように構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の成形体製造装置。
  7. 前記離型剤噴射手段による離型剤の噴射時における前記下パンチ面と前記キャビティの上端開口面との間の距離をＡとし、前記上パンチ面および前記下パンチ面による前記キャビティ内の前記成形材料の圧縮成型時における前記下パンチ面と前記キャビティの上端開口面との間の距離をＢとしたとき、
    Ａ／Ｂは、０．５〜１．５である請求項１ないし６のいずれかに記載の成形体製造装置。
  8. 前記上パンチ面、前記下パンチ面および前記キャビティの内周面に塗布される離型剤の平均厚さは、それぞれ、０．００１〜５０μｍである請求項１ないし７のいずれかに記載の成形体製造装置。
  9. 前記成形材料は、粉末状をなし、樹脂材料を含むものである請求項１ないし８のいずれかに記載の成形体製造装置。
  10. 前記樹脂材料は、エポキシ系の樹脂材料である請求項９に記載の成形体製造装置。
  11. 前記離型剤は、シリコーン系の離型剤を含む請求項１ないし９のいずれかに記載の成形体製造装置。
  12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の成形体製造装置を用いて成形体を製造する成形体の製造方法であって、
    前記上パンチが前記キャビティの上端開口面よりも上方に位置した状態で、前記上パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記上パンチ面に離型剤を塗布した後に、前記下パンチ面が前記キャビティ内にてその上端開口面よりも下方に位置した状態で、前記下パンチ面に向けて離型剤を噴射することにより、前記下パンチ面および前記下パンチ面よりも上側に露出した前記キャビティの内周面にそれぞれ離型剤を塗布する塗布工程と、
    前記キャビティ内に前記成形材料を充填する充填工程と、
    前記キャビティ内に充填された前記成形材料を前記下パンチおよび前記上パンチで圧縮成形する成形工程とを有することを特徴とする成形体の製造方法。
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