JP6841881B2

JP6841881B2 - 成形体の製造方法

Info

Publication number: JP6841881B2
Application number: JP2019159266A
Authority: JP
Inventors: 一博水木; 真司藤崎; 誠大森
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-10
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: JP2021037659A

Description

本発明は、成形体の製造方法に関する。

従来、流動性を有する自己硬化性の成形用原料を成形型に充填した後、成形型内で成形用原料を硬化させることによって成形体を形成する手法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１８−１７１９１５号公報

通常、成形型内で成形体を完全に硬化させた後に成形体を成形型から取り出すが、成形体を完全に硬化させるまでに時間を要する。

また、成形体を成形型から取り出しやすくするために、特許文献１に記載の成形型の内表面は離型層によって被覆されているが、成形体を成形型から取り出すとき、離型層が剥離して成形体の表面に残留しやすい。

本発明の目的は、成形体を成形型から簡便かつ迅速に取り出すことができる成形体の製造方法を提供することである。

本発明に係る成形体の製造方法では、成形空間を内部に有し、成形空間の内表面が離型層によって被覆された成形型が用いられる。成形体の製造方法は、成形空間に成形用原料を充填する充填工程と、成形用原料を硬化させることによって成形体を形成する硬化工程と、成形型を分解して、成形型から成形体を取り出す取出し工程とを備える。成形型から取り出される成形体の収縮率は、１％以上５０％以下である。

本発明によれば、成形体を成形型から簡便に取り出すことができる成形体の製造方法を提供することができる。

実施形態に係る成形型１０の断面図である。実施形態に係る成形体２０の斜視図である。

図面を参照しながら、本実施形態に係る成形体の製造方法について説明する。図１は、実施形態に係る成形型１０の断面図である。図２は、成形体２０の斜視図である。

（充填工程）
成形型１０の成形空間１３に成形用原料を充填する。

成形型１０は、例えば、金属（アルミニウム、アルミニウム合金、ＳＵＳ鋼、ニッケル合金等など）によって構成される。本実施形態において、成形型１０は、第１型１１及び第２型１２によって構成される。第１型１１は、第２型１２に締結される。ただし、成形型１０は、成形体２０を取り出せるように分解可能であればよく、成形型１０を構成する型の数は適宜変更可能である。

第１型１１の内表面１１ａ及び第２型１２の内表面１２ａは、成形空間１３の内表面である。成形空間１３の内表面は、離型剤によって構成される離型層１３ａで被覆される。離型層１３ａは、後述する成形用原料に含まれる溶媒をはじく性質を有することが好ましい。離型層１３ａを構成する離型剤としては、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フッ素化合物、及びシリコン化合物などが挙げられる。離型層１３ａの形成方法としては、スプレーコートやディップコートなどが挙げられる。

成形型１０は、成形空間１３、注入孔１４、及び排出孔１５を内部に有する。

成形空間１３は、成形体２０を形成するための空間である。成形空間１３は、いわゆるキャビティーである。成形空間１３には、成形用原料が充填される。成形空間１３は、成形体２０の外形に対応していればよく、その形状は特に限られない。本実施形態において、成形空間１３は、略直方体状に形成されている。

成形体２０に流路などの構造を設ける場合には、当該構造の形状に応じた物体（例えば、棒など）を成形空間１３に予め配置してもよい。また、成形体２０に何らかの物体（例えば、導体、電子機器など）を埋設する場合には、当該物体を成形空間１３に予め配置してもよい。

注入孔１４は、外部から成形空間１３に成形用原料を注入するための流路である。排出孔１５は、成形空間１３から外部に気体や成形用原料を排出するための流路である。注入孔１４から成形空間１３に注入される成形用原料は、成形空間１３に充填された後、その過充填分が排出孔１５から排出される。

成形用原料は、流動性を有する自己硬化性のスラリーである。成形用原料は、所定の粉末、反応剤、ゲル化剤、溶媒、分散助剤、その他の添加剤（例えば、造孔剤など）を含む。

所定の粉末は、成形体２０の基材である。所定の粉末としては、例えば、セラミック粉末、金属粉末、及びこれらの混合物が挙げられる。セラミック粉末としては、例えば、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、窒化アルミニウム粉末、炭化珪素粉末などが挙げられるが、これに限定されない。金属粉末としては、白金粉末、タングステン粉末、モリブデン粉末などが挙げられるが、これに限定されない。所定の粉末の含有量は特に限られないが、例えば、２０体積％以上６０体積％以下とすることができる。

反応剤は、ゲル化剤と反応して硬化反応（ゲル化反応）を引き起こす反応性官能基を含む。反応剤としては、多価アルコール（エチレングリコールのようなジオール類、グリセリンのようなトリオール類等）、多塩基酸（ジカルボン酸等）、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。反応剤の含有量は特に限られないが、例えば、０．０５体積％以上５体積％以下とすることができる。

ゲル化剤は、反応剤に含まれる反応性官能基と反応して硬化反応を引き起こす添加剤である。ゲル化剤としては、例えば、ＭＤＩ（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート）、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアナート）、ＴＤＩ（トリレンジイソシアナート）、ＩＰＤＩ（イソホロンジイソシアナート）などが挙げられる。ゲル化剤は、イソシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）及びイソチオシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ）の少なくとも一方を有することが好ましい。これにより、ゲル化剤と反応剤との反応を促進することができる。ゲル化剤の含有量は特に限られないが、例えば、３体積重量％以上２０体積％以下とすることができる。

溶媒は、所定の粉末を分散させるための添加剤である。溶媒としては、多塩基酸エステル（グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（トリアセチン等）、脂肪族多価エステルなどの２以上のエステル基を有するエステル類などが挙げられる。溶媒の含有量は特に限られないが、例えば、３０体積％以上７０体積％以下とすることができる。

分散助剤は、成形用原料の粘度を低減させるための添加剤である。分散助剤は、所望により添加される任意の添加剤である。分散助剤としては、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリカルボン酸系共重合体、重合体のリン酸エステル塩化合物、酸基を含む重合体のアルキルアンモニウム塩化合物、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。分散助剤の含有量は特に限られないが、例えば、０．５体積％以上１０体積％以下とすることができる。

触媒は、ゲル化剤と反応剤との反応を更に促進するための添加剤である。触媒は、所望により添加される任意の添加剤である。触媒としては、例えば、トリエチレンジアミン、ヘキサンジアミン、６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノールなどが挙げられる。触媒の含有量は特に限られないが、例えば、０．０１体積％以上３体積％以下とすることができる。

このような成形用原料は、上記の各組成物を混合した時点から硬化し始めるため、例えば射出成形に用いられる熱可塑性樹脂とは異なり、急速に粘度が増大する。具体的には、成形用原料は、各組成物の混合から２分経過後の粘度をＥ１（せん断速度１ｓｅｃ^−１）とし、各組成物の混合から１２分経過後の粘度をＥ２（せん断速度１ｓｅｃ^−１）としたとき、０．０１Ｐａ・ｓｅｃ≦Ｅ１≦３．０Ｐａ・ｓｅｃ、２．０Ｐａ・ｓｅｃ≦Ｅ２≦２０００Ｐａ・ｓｅｃ、Ｅ２／Ｅ１≧５．０の関係を満たすものである。

（硬化工程）
充填工程に続いて、成形用原料を硬化させることによって成形体２０を形成する。具体的には、成形用原料を所定の時間（例えば、０．５時間〜７２時間）放置して、成形用原料を硬化させることによって成形体２０を形成する。成形体２０は、多孔体（気孔率１０％以上）であってもよいし、緻密体（気孔率１０％未満）であってもよい。本実施形態において、成形体２０は直方体状であるが、その外形及びサイズは適宜変更可能である。

本実施形態では、成形体２０の収縮率を１％以上５０％以下に制御する。すなわち、成形空間１３に成形用原料が充填された後、成形用原料が１％以上５０％以下の範囲内に収縮するまで、ゲル化剤と反応剤との硬化反応を進行させる。

成形体２０の収縮率を１％以上とすることによって、成形体２０をハンドリング可能な程度の硬さまで硬化させることができる。また、成形体２０の収縮率を１％以上とすることによって、離型層１３ａと成形体２０との間に成形用原料に含まれる溶剤を滲出させつつ、離型層１３ａと成形体２０との間に微小なせん断力を生じさせることができる。これによって、離型層１３ａと成形体２０との密着性を低くすることができるため、下記の取出し工程において、離型層１３ａが成形体２０の外表面に付着することを抑制できる。特に、成形用原料に含まれる溶媒をはじく性質を離型層１３ａが有している場合には、離型層１３ａと成形体２０との密着性を低下させやすい。

また、成形体２０の収縮率を５０％以下とすることによって、成形体２０を完全硬化（具体的には、成形体２０の１時間当たりの寸法変化率が０．０１％以下になるまで硬化）させる場合に比べて、硬化工程に要するタクトタイムを十分に短縮させることができる。

なお、成形体２０の収縮率は、下記の取出し工程において測定されるため、成形体２０の収縮率の測定方法については後述する。

（取出し工程）
硬化工程に続いて、成形型１０を分解して、成形型１０から成形体２０を取り出す。具体的には、第１型１１と第２型１２との締結を解除して、第２型１２を第１型１１から取り外した後、成形体２０を第１型１１から取り出す。

この取出し工程では、上述した硬化工程において離型層１３ａと成形体２０との間に溶剤が滲出することで両者の密着性が低くなっているため、離型層１３ａが成形体２０の外表面に付着することを抑制できる。従って、成形型１０を加温したり、或いは、成形型１０の分解に過剰な注意を払ったりすることなく、成形体２０を成形型１０から簡便に取り出すことができる。また、成形体２０は収縮率が５０％以下の時点で取り出されるので、成形体２０を成形型１０から迅速に取り出すことができる。

成形型１０から取り出される成形体２０の収縮率は、上述したとおり１％以上５０％以下である。成形体２０の収縮率は、取り出された成形体２０の外寸法と成形空間１３の内寸法の差から算出される途中収縮量Δ１を全収縮量Δ２で除することによって算出される。成形体２０の外寸法は、成形型１０の分解を開始した時点から１０分以内に測定するものとする。成形型１０の分解を開始した時点から１０分以内に測定するのであれば、成形型１０の分解を開始した時点から成形体２０の硬化反応はほとんど進行していないため、成形型１０から取り出される成形体２０の収縮率を実質的に測定したものといえる。全収縮量Δ２は、完全硬化時点における成形体２０の外寸法と成形空間１３の内寸法の差から算出される。なお、完全硬化時点とは、成形体２０の１時間当たりの寸法変化率が０．０１％以下になった時を意味する。

なお、成形体２０の外寸法は、代表的には、成形体２０のうち最長部分の全長である。成形空間１３の内寸法は、成形体２０のうち最長部分に対応する部分の全長である。成形体２０の外寸法及び成形空間１３の内寸法は、ノギス、マイクロメーター等を用いて測定することができる。

以下において、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。

図１に示した成形型１０を用いて、実施例１〜１２及び比較例１〜５に係る成形体を製造した。

まず、成形型１０の成形空間１３に成形用原料を充填した。成形用原料に含まれる組成物の含有量は、上記実施形態にて記載した範囲内でサンプルごとに変更した。この際、温度、反応剤及び触媒の添加量を変更することによって、表１に示すように、サンプルごとに成形体２０の全収縮量Δ２を調整した。成形空間１３の最大内寸法Ｌ２は、表１に示すとおりであった。

次に、成形空間１３に充填された成形用原料を放置して、成形用原料を硬化させた。この際、サンプルごとに放置時間を変更することによって、表１に示すように成形体２０の途中収縮量Δ１を調整した。表１に記載したタクトタイムは、比較例５の硬化工程における放置時間を基準として、各サンプルの硬化工程における放置時間を規格化した値である。

次に、成形型１０を分解して、成形型１０から成形体２０を取り出した。

次に、成形体２０の外表面に離型層１３ａが付着していないか否か目視で確認した。表１では、成形体２０の外表面に離型層１３ａが一部でも付着していた場合を「×」と評価し、成形体２０の外表面に離型層１３ａが付着していなかった場合を「○」と評価した。

成形体２０の収縮率を１％未満とした比較例１〜２では成形体２０の離型性が低く、成形体２０の収縮率を５０％超とした比較例３〜５では硬化工程のタクトタイムが長かった。

一方、成形体２０の収縮率を１％以上５０％以下とした実施例１〜１５では、成形体２０を成形型１０から簡便かつ迅速に取り出すことができた。具体的には、表１に示すように、成形体２０の収縮率を１％以上とすることによって、成形体２０の離型性を向上させることができた。これは、離型層１３ａと成形体２０との間に成形用原料に含まれる溶剤を滲出させつつ、離型層１３ａと成形体２０との間に微小なせん断力を生じさせることができたためである。また、成形体２０の収縮率を５０％以下とすることによって、硬化工程のタクトタイムを十分に短縮させることができた。

１０成形型
１３成形空間
１３ａ離型層
２０成形体

Claims

成形空間を内部に有し、前記成形空間の内表面が離型層によって被覆された成形型を用いた成形体の製造方法であって、
前記成形空間に成形用原料を充填する充填工程と、
前記成形用原料を硬化させることによって成形体を形成する硬化工程と、
前記成形型を分解して、前記成形型から前記成形体を取り出す取出し工程と、
を備え、
前記成型用原料は、セラミックス及び金属粉末の少なくとも一方と、ゲル化剤と、前記ゲル化剤と反応して硬化反応を引き起こす反応剤と、溶媒とを含んでおり、せん断速度を１ｓｅｃ ^−１として、混合から２分経過後の粘度をＥ１とし、混合から１２分経過後粘度をＥ２としたとき、Ｅ２／Ｅ１≧５．０の関係を満たし、
前記硬化工程において、前記離型層と前記成形体との間に、前記成形用原料に含まれる溶剤を滲出させ、
前記成形体を前記成形型から取り出した時点における前記成形体の最長部分の外寸法と前記最長部分に対応する前記成形空間の内寸法との差である途中収縮量を、前記成形体が完全硬化した時点における前記差である全収縮量で除した値は、１％以上５０％以下である、
成形体の製造方法。