JP6928464B2

JP6928464B2 - プレス成形用樹脂型及びその製造方法

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Publication number: JP6928464B2
Application number: JP2017048154A
Authority: JP
Inventors: 一宏岩部
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JP2018149752A

Description

本発明は、プレス成形用樹脂型及びその製造方法に関する。詳しくは、建築材に模様付けをするために使用されるプレス成形用樹脂型及びその製造方法に関するものである。

建築用の外壁材や屋根材などの建築材の表面に、凹凸模様を形成する方法の一つとして、図１に示すように、セメントなどの無機質材料を主成分とするグリーンシート３０をプレス成形する方法がある。例えば、プレス成形機１０の下面にプレス成形型２０を取り付け、プレス成形機１０を下動させてプレス成形型２０をグリーンシート３０に押し付けるようにする。これにより、プレス成形型２０の凹凸模様がグリーンシート３０の表面に転写され、これを養生硬化させることにより、建築板が得られる。

凹凸模様は、岩石や木などの自然物や、各種造形材料から手作製されたモデル等の形状をベースに形成され、繊細で自然な形状となることがある。プレス成形に用いられるプレス成形型は、材質により、樹脂製のプレス成形用樹脂型と金属製の金属型とに大別される（例えば、特許文献１参照）。

金属型は、プレス成形用樹脂型に比べて、耐久性が高いが（５０〜１００万ショット）、製作に時間がかかる（約３ヶ月）。また、金属型は、修正が難しく、模様変更がしにくい。

一方、プレス成形用樹脂型は、金属型に比べて、耐久性（耐摩耗性）は低いが（１〜２万ショット）、製作にあまり時間がかからない（約１ヶ月）。また、プレス成形用樹脂型は、修正が容易であり、模様変更がしやすい。

そこで、本生産段階では金属型を用い、試作段階ではプレス成形用樹脂型が用いられることが多い。しかし、プレス成形用樹脂型は、金属型に比べて、耐久性が低く、プレス成形時に建築材との摩擦により、特に凸部が摩耗しやすいという問題がある。プレス成形用樹脂型の使用初期（ショット数が少ない）では、プレス成形用樹脂型の凸部で鮮明な凹凸模様がグリーンシート３０に形成できるが、ショット数が多くなると、凸部が摩耗して角が丸みをおび、鮮明な凹凸模様がグリーンシート３０に形成できないことがあった。その結果、プレス成形用樹脂型を用いた試作段階のグリーンシートと、金属型を用いた本生産段階のグリーンシートとで、建築材の模様に差異が発生し、寸法精度が悪くなる。つまり、プレス成形用樹脂型は、金属型に比べ、型寿命が短い。

そこで、耐久性が高いプレス成形用樹脂型が検討されている。

プレス成形用樹脂型は、制作方法により、凹凸形状を定義したデータを元に切削加工される加工型と、原型から凹凸形状を転写した転写型（注型型）とに大別される。

加工型は図２のようにして製作されることが多い。まず、凹凸模様の一部であるマスターモデル４０の模様形状のデータを採取する。次に、マスターモデル４０の模様形状のデータに基いて、平板状の樹脂型素板４１を型加工機（ＮＣ加工機等）４２で加工して加工型４３を形成する。この後、加工型４３をプレス成形機１０の下面に取り付けて使用する。

転写型は図３のようにして製作されることが多い。まず、凹凸模様の一部であるマスターモデル４０の模様形状のデータを採取する。次に、マスターモデル４０の模様形状のデータに基いて、平板状の全長モデル素板５０を型加工機（ＮＣ加工機等）４２で加工して全長モデル型５１を形成する。この後、全長モデル型５１に樹脂を流し込み、全長モデル型５１の凹凸模様が転写された転写型４４が形成される。この転写型４４をプレス成形機１０の下面に取り付けて使用する。

加工型は、転写型に比べて精度とコストに優れる。しかし、プレス成形に必要な基本物性と共に、樹脂型素板の被切削性能も要求されるため、加工型の耐摩耗性と背反する可能性がある。

特開平８−１４２０２７号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、切削加工により作製しやすく、しかも耐摩耗性にも優れるプレス成形用樹脂型及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係るプレス成形用樹脂型は、少なくとも成形面のＪＩＳＤ硬度が８０〜９０であり、且つ、増量材を１０〜５０質量％含有する樹脂型本体と、一部が前記成形面に含浸して該成形面上に形成され、前記樹脂型本体よりも硬度が低い耐摩耗層と、を備える。前記耐摩耗層は樹脂で構成される。前記耐摩耗層は、前記樹脂型本体のポーラス状の前記成形面に含浸している含浸部と表層部とを有する。前記表層部上には金属保護層が形成されている。

本発明に係るプレス成形用樹脂型の製造方法は、ＪＩＳＤ硬度が８０〜９０であり、且つ、増量材を１０〜５０質量％含有する樹脂型本体の表面を切削加工して成形面を形成する工程と、前記成形面に樹脂を一部含浸させて該成形面上に前記樹脂型本体よりも硬度の低い耐摩耗層を形成する工程と、を備える。前記耐摩耗層は、前記樹脂型本体のポーラス状の前記成形面に含浸している含浸部と表層部とを有する。前記表層部上に金属保護層を形成する工程をさらに備える。

本発明では、樹脂型本体のＪＩＳＤ硬度が８０〜９０であるため、切削加工により所望の形状の成形面を製作しやすい。また樹脂型本体が増量材を１０〜５０質量％含有しているため、成形面がポーラス状になって、耐摩耗層の一部が樹脂型本体に含浸しやすくなり、樹脂型本体から耐摩耗層が剥離しにくく、しかも耐摩耗層の硬度が樹脂型本体よりも低いために、耐摩耗性が優れるプレス成形用樹脂型を提供することができる。

図１は、プレス成形型を用いた建築板の製造方法を示す概略図である。図２は、加工型の製造工程を示す概略図である。図３は、転写型の製造工程を示す概略図である。図４は、本発明に係るプレス成形用樹脂型を示す断面図である。図５Ａは、本発明に係るプレス成形用樹脂型の樹脂型本体を示す一部の断面図である。図５Ｂは、同上の耐摩耗層を示す一部の断面図である。図５Ｃは、同上の耐摩耗層と金属保護層を示す一部の断面図である。図６は、樹脂型素板試験体Ａ〜Ｈの硬度とテーパー摩耗体積を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図４に示すように、本実施形態のプレス成形用樹脂型１００は、樹脂型本体１０１と耐摩耗層１０２とを備えて形成されている。樹脂型本体１０１の成形面には凹凸模様面１０３が設けられている。耐摩耗層１０２は凹凸模様面１０３を全面にわたって被覆して設けられている。

樹脂型本体１０１は樹脂型素板１０４を用いて作製される。樹脂型素板１０４は平板状の樹脂製板材であって、例えば、ウレタン系樹脂やエポキシ系樹脂で形成されている。樹脂型素板１０４は硬度（ＪＩＳＤ、タイプＤ）が８０〜９０であり、これにより、樹脂型本体１０１への加工性に優れ、耐摩耗性に優れる樹脂型本体１０１を得やすくなる。樹脂型素板１０４の硬度が８０未満であれば、樹脂型本体１０１の耐摩耗性が向上するが、バリの発生で切削加工などの加工性が低くなる。樹脂型素板１０４の硬度が９０を超えると、樹脂型素板１０４を加工するための工具の寿命が短くなって加工性が低くなり、割れや欠けが発生するリスクが高くなる。

また樹脂型素板１０４は増量材を全体に対して１０〜５０質量％含有している。これにより、バリが少なく、加工痕が小さい凹凸模様面１０３を有する樹脂型本体１０１を形成することができ、また凹凸模様面１０３が多数の細孔を有するポーラス状に形成することができる。増量材の含有量が１０質量％未満であると、凹凸模様面１０３がポーラス状になりにくく、後述の含浸部１０５が形成されにくくなって、耐摩耗層１０２の剥離が生じやすくなるおそれがある。増量材の含有量が５０質量％を超えると、樹脂型本体１０１に空隙が生じやすくなり、樹脂型本体１０１の強度低下が発生しやすくなるおそれがある。増量材としては炭酸カルシウム粉やアルミニウム微細粉などの無機粉体を使用することができる。この場合、無機粉体の平均粒径は２０〜１００μｍであることが好ましい。平均粒径は、例えば、レーザ回折式粒度分布測定装置で測定される粒度分布から求めたメジアン径（Ｄ５０）を採用することができる。

そして、図５Ａに示すように、樹脂型素板１０４の片面に切削加工を施して所望の凹凸模様面１０３を形成して樹脂型本体１０１を形成することができる。切削加工としては、例えば、数値制御（ＮＣ）による機械加工を採用することができる。樹脂型本体１０１は少なくとも成形面（凹凸模様面１０３）のＪＩＳＤ硬度が８０〜９０であり、増量材を１０〜５０質量％含有している。

耐摩耗層１０２は塗膜で形成することができる。すなわち、耐摩耗層１０２は、樹脂を含む塗料を凹凸模様面１０３にスプレーやロールコーター等で塗布した後、乾燥硬化することによって形成することができる。上記塗料に含まれている樹脂としては、ポリウレタン系樹脂などを例示することができる。耐摩耗層１０２は樹脂型本体１０１よりも硬度が低いものである。すなわち、耐摩耗層１０２の硬度は６０以上８０未満であることが好ましく、これにより、樹脂型本体１０１の凹凸模様面１０３の耐摩耗性が向上する。

耐摩耗層１０２は、図５Ｂに示すように、樹脂型本体１０１に凹凸模様面１０３から含浸した含浸部１０５と、凹凸模様面１０３の表面に位置する表層部１０６とを備えて形成されている。含浸部１０５は凹凸模様面１０３に塗布した塗料が樹脂型本体１０１に染み込んで硬化することにより形成される。凹凸模様面１０３は多数の細孔を有しているので、塗料を染み込みやすくすることができる。含浸部１０５が形成されることで、耐摩耗層１０２が樹脂型本体１０１の凹凸模様面１０３から剥離しにくくなると共に凹凸模様面１０３の耐摩耗性が向上する。表層部１０６は８０未満の硬度を有しているため、凹凸模様面１０３の耐摩耗性が向上する。

含浸部１０５の厚みは、特に設定されないが、例えば、２０〜６０μｍとすることができる。表層部１０６の厚みは、特に設定されないが、例えば、１００〜３００μｍとすることができる。耐摩耗層１０２の厚みは、含浸部１０５の厚みと表層部１０６の厚みとの合計となる。

また耐摩耗層１０２の表面にはさらに金属保護層１０７が形成されていてもよい。金属保護層１０７は表層部１０６の表面を全面にわたって覆うようにして設けられている。これにより、プレス成形用樹脂型１００であっても金属型と同様の表面を得やすくなり、耐摩耗性が向上する。金属保護層１０７は、例えば、ニッケルなどの金属を無電解めっきで表層部１０６の表面に層状に付着させることにより形成することができる。この場合、表層部１０６は金属保護層１０７の下地となるため、金属保護層１０７の金属と密着性の良い樹脂で形成されていることが好ましい。金属保護層１０７の厚みは、特に設定されないが、例えば、１０〜３０μｍとすることができる。

上記のようにして形成されるプレス成形用樹脂型は、従来と同様にして、建築板の製造に用いられる。すなわち、プレス成形機の下面にプレス成形型であるプレス成形用樹脂型を取り付け、プレス成形機を下動させて、耐摩耗層や金属保護層で被覆された凹凸模様面をグリーンシートに押し付けるようにする。これにより、凹凸模様面の凹凸模様がグリーンシートの表面に転写され、これを養生硬化させることにより、凹凸模様を有する建築板が得られる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（樹脂型素板試験体の評価）
樹脂型素板試験体Ａ〜Ｈについて、加工性及びテーバー摩耗体積を評価した。樹脂型素板試験体Ａ〜Ｈは、増量材を添加した樹脂材を型枠に注型して製作したものである。

樹脂型素板試験体Ａは、ウレタン系樹脂と増量材とを含有する硬度（ＴｙｐｅＤ）７５の樹脂板である。増量材はアルミニウム粉末であって、増量材の含有量は約８質量％である。厚みは約５ｍｍである。

樹脂型素板試験体Ｂは、ウレタン系樹脂と増量材とを含有する硬度（ＴｙｐｅＤ）７７の樹脂板である。増量材はアルミニウム粉末であって、増量材の含有量は約１０質量％である。厚みは上記Ａと同様である。

樹脂型素板試験体Ｃは、ウレタン系樹脂と増量材とを含有する硬度（ＴｙｐｅＤ）７８の樹脂板である。増量材はカーボンナノチューブであって、増量材の含有量は約０．８質量％である。厚みは上記Ａと同様である。

樹脂型素板試験体Ｄは、ウレタン系樹脂と増量材とを含有する硬度（ＴｙｐｅＤ）８４の樹脂板である。増量材はアルミニウム粉末であって、増量材の含有量は約５０質量％である。厚みは上記Ａと同様である。

樹脂型素板試験体Ｅは、ウレタン系樹脂と増量材とを含有する硬度（ＴｙｐｅＤ）８５の樹脂板である。増量材はアルミニウム粉末であって、増量材の含有量は約５０質量％である。厚みは上記Ａと同様である。

樹脂型素板試験体Ｆは、ウレタン系樹脂と増量材とを含有する硬度（ＴｙｐｅＤ）８６の樹脂板である。増量材はアルミニウム粉末であって、増量材の含有量は約５０質量％である。厚みは上記Ａと同様である。

樹脂型素板試験体Ｇは、ウレタン系樹脂と増量材とを含有する硬度（ＴｙｐｅＤ）８７の樹脂板である。増量材はアルミニウム粉末であって、増量材の含有量は約１０質量％である。厚みは上記Ａと同様である。

樹脂型素板試験体Ｈは、エポキシ系樹脂と増量材とを含有する硬度（ＴｙｐｅＤ）９０の樹脂板である。増量材はアルミナであって、増量材の含有量は約１０質量％である。厚みは上記Ａと同様である。

加工性の評価は、凹凸模様形状を定義したデータより切削加工をおこない、加工後の表面状態(バリ発生等)を目視で確認した。

テーバー摩耗体積の評価は、ＪＩＳＫ７２０４に準拠した摩耗評価試験を実施した。結果を図６のグラフで示す。

樹脂型素板試験体Ａ〜Ｃについては、テーバー摩耗体積が少なかったが、加工がしにくく、加工性が低かった。樹脂型素板Ｄ〜Ｈについては、テーバー摩耗体積が増加する傾向にあるが、加工がしやすく加工性が高かった。

耐摩耗層を備えた試験体Ｉとして、上記樹脂型素板試験体Ｈの表面に、該試験体Ｈの作成に用いたエポキシ樹脂よりも、硬化状態でショアＤ硬度が４高いエポキシ樹脂を刷毛塗布したものを得た。そして、これら樹脂型素板試験体Ｉ及び上記樹脂型素板試験体Ｈに対し、１０，０００ショットのプレス成形を行った。その結果、目視にて、樹脂型素板試験体Ｈについては、表面に摩耗が若干見受けられたのに対し、樹脂型素板試験体Ｉについては、表面に摩耗は見受けられなかった。

また、上記樹脂型素板試験体Ｉと同一構成の素板の表面に、無電解ニッケルメッキにて金属保護層を形成した樹脂型素板試験体Ｊを得た。そして、上記プレス成形を１０，００００ショット行った。その結果、目視にて、樹脂型素板試験体Ｊの表面には、摩耗が見受けられなかった。

１００プレス成形用樹脂型
１０１樹脂型本体
１０２耐摩耗層
１０７金属保護層

Claims

少なくとも成形面のＪＩＳＤ硬度が８０〜９０であり、且つ、増量材を１０〜５０質量％含有する樹脂型本体と、
一部が前記成形面に含浸して該成形面上に形成され、前記樹脂型本体よりも硬度が低い耐摩耗層と、を備え、
前記耐摩耗層は樹脂で構成され、前記樹脂型本体のポーラス状の前記成形面に含浸している含浸部と表層部とを有し、
前記表層部上には金属保護層が形成されている、
プレス成形用樹脂型。
ＪＩＳＤ硬度が８０〜９０であり、且つ、増量材を１０〜５０質量％含有する樹脂型本体の表面を切削加工して成形面を形成する工程と、
前記成形面に樹脂を一部含浸させて該成形面上に前記樹脂型本体よりも硬度の低い耐摩耗層を形成する工程と、を備え、
前記耐摩耗層は、前記樹脂型本体のポーラス状の前記成形面に含浸している含浸部と表層部とを有し、
前記表層部上に金属保護層を形成する工程をさらに備える、
プレス成形用樹脂型の製造方法。