JP7045120B1 - 樹脂製成形型および樹脂製成形型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性に優れるため高温での製品成形が可能であり、収縮による反りの発生がなく、積層体の剥離や模様の出現を防止することが可能な樹脂製成形型とその製造方法を提供する。【解決手段】樹脂製成形型１は、ビニルエステルゲルコートによって形成された表面層２と、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成された第１中間層３と、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂よって形成された第２中間層４と、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成された第３中間層５と、ビニルエステルゲルコートによって形成されたバック層６とが順次積層されて構成されている。バック層６に対して、鋼材によって形成された補強材７が、シリコンにより接着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、耐熱性に優れ、収縮による反りの発生のない樹脂製成形型とその製造方法に関する。

樹脂を用いた人工大理石は、高級感があるため、近年広く用いられている。しかし、これらの製品の作製は、高温での製品成形になるため、樹脂製成形型は安価であるものの耐熱性が無いことから、用いることができず、高価な金型が通常用いられている。高価な金型ではなく、安価な樹脂型での製品成形ができれば、コストを下げて小ロットでの製品成形が可能であるが、現状の樹脂製成形型では、これを実現することができない。

樹脂製成形型に関して、製造工程の簡略化と迅速化が可能なプラスチック成形型に関する技術の一例が、特許文献１に記載されている。

特開２０１７－１８９９３９号公報

通常の樹脂製成形型は、耐熱性がなく、高温で硬化させる必要がある製品の成形型に用いることはできない。また、耐熱性のある材料を積層して形成された成形型を製作しても、高温になると、積層体を構成する表面層と中間層の模様が型表面に現れるため、綺麗な製品の成型ができない。さらに、高温時の樹脂の収縮により、反りが発生して均一な面の製作ができず、中間層と表面層との剥離等の問題が生じる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、耐熱性に優れるため高温での製品成形が可能であり、収縮による反りの発生がなく、積層体の剥離や模様の出現を防止することが可能な樹脂製成形型とその製造方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の樹脂製成形型は、ビニルエステルゲルコートによって形成された表面層と、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成された第１中間層と、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂によって形成された第２中間層と、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成された第３中間層と、ビニルエステルゲルコートによって形成されたバック層とが順次積層されて構成されたことを特徴とする。

表面層としてビニルエステルゲルコートを用いることにより、成形型の表面を鏡面仕上げにすることができる。また、第１中間層として、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成されたものを用いることにより、耐熱性エポキシ樹脂に固体成分が含まれることになるため、耐熱性エポキシ樹脂だけの状態で固化する際に生じる変形を抑制することができる。また、第１中間層が存在することにより、第２中間層の形成に使用されるガラス繊維の模様が成形型表面に浮かぶことを抑制することができる。

さらに、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂によって形成された第２中間層が存在することにより、強度を確保することができる。ここでのガラス繊維として、ガラス繊維を織り込んで網目状の構造としたものの他、織り込まずに不織布状の構造となっているものも含む。

また、第３中間層とバック層とを積層することにより、成形型の構造がシンメトリー構造になるため、樹脂の収縮による反りの発生を抑制することができる。

本発明の樹脂製成形型においては、前記第２中間層は、中央に位置する本体層と、本体層の両側に形成された境界層とによって構成され、境界層は、本体層よりも薄くなるように形成されていることとすることができる。

ここで、境界層が本体層の両側に形成されるとは、第２中間層の中央に位置する本体層に対して、第１中間層側と第３中間層側のいずれの側にも境界層が形成されることを意味する。

境界層は、本体層よりも薄くなるように形成されているため、境界層における樹脂に対するガラス繊維の比率が高くなる。そのため、第１中間層や第３中間層との境界面において反りの発生を抑制することができる。

本発明の樹脂製成形型においては、前記第２中間層は、網目状のガラス繊維が積層されて形成されており、網目の粗いガラス繊維が積層されて形成された本体層と、本体層の両側に形成されて本体層に積層されるガラス繊維よりも網目の細かいガラス繊維が積層された境界層とによって構成されていることとすることができる。

網目の粗いガラス繊維が積層されて形成された本体層により強度を確保しつつ、その両側に、本体層に積層されるガラス繊維よりも網目の細かいガラス繊維が積層された境界層を配置することにより、ガラス繊維の模様が成形型の表面に浮かぶことを抑制することができる。

本発明の樹脂製成形型においては、鋼材によって形成され、前記バック層に対してシリコーンにより接着された補強材を備えている構成とすることができる。

補強材により強度補強ができるとともに、弾性のあるシリコーンにより接着されていることにより、重量のある補強材を搭載しても、ひずみの発生を防止することができる。特に、表面積の広い成形型の場合にはひずみが発生しやすいが、このような状況下においても、効果的にひずみの発生を防止できる。

本発明の樹脂製成形型の製造方法は、ビニルエステルゲルコートによって表面層を形成する工程と、ビニルエステルが硬化する前に耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末を表面層に噴霧する工程と、耐熱性エポキシ樹脂を積層して耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合した構成となる第１中間層を形成する工程と、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂によって第２中間層を形成する工程と、耐熱性エポキシ樹脂を積層し耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末を噴霧して第３中間層を形成する工程と、ビニルエステルゲルコートによってバック層を形成する工程とを有し、表面層と第１中間層と第２中間層と第３中間層とバック層とを順次積層して樹脂製成形型を製造することを特徴とする。

表面層と第１中間層との接合は、ビニルエステルとエポキシ樹脂との接合になるため、通常は密着せずに剥離しやすいが、ビニルエステルが硬化する前に耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末を表面層に噴霧することにより、ビニルエステルとエポキシ樹脂との界面における接合状態が良好となり、高温時においても表面層と第１中間層とが剥離せず、密着可能となる。また、ここでのガラス繊維として、ガラス繊維を織り込んで網目状の構造としたものの他、織り込まずに不織布状の構造となっているものも含む。

本発明の樹脂製成形型の製造方法においては、前記第２中間層を形成する工程は、中央に位置する本体層を形成する工程と、本体層の両側に位置する境界層を形成する工程とからなり、境界層は、本体層よりも薄くなるように形成することができる。

境界層は、本体層よりも薄くなるように形成されているため、境界層における樹脂に対するガラス繊維の比率が高くなる。そのため、第１中間層や第３中間層との境界面において反りの発生を抑制することができる。

本発明の樹脂製成形型の製造方法においては、前記第２中間層は、網目状のガラス繊維を積層して形成し、網目の粗いガラス繊維を積層して本体層を形成する工程と、本体層に積層されるガラス繊維よりも網目の細かいガラス繊維を積層した境界層を本体層の両側に形成する工程とを有することができる。

網目の粗いガラス繊維を積層して本体層を形成することにより強度を確保しつつ、その両側に、本体層に積層されるガラス繊維よりも網目の細かいガラス繊維が積層された境界層を形成することにより、ガラス繊維の模様が型表面に浮かぶことを抑制することができる。

本発明の樹脂製成形型の製造方法においては、鋼材によって形成された補強材を、前記バック層に対してシリコーンを用いて接着する工程を備えることができる。

補強材により強度補強ができるとともに、弾性のあるシリコーンにより接着されていることにより、重量のある補強材を搭載しても、ひずみの発生を防止することができる。特に、表面積の広い成形型の場合にはひずみが発生しやすいが、このような状況下においても、効果的にひずみの発生を防止できる。

本発明によると、耐熱性に優れるため高温での製品成形が可能であり、収縮による反りの発生がなく、積層体の剥離や模様の出現を防止することが可能な樹脂製成形型とその製造方法を実現することができる。

本発明の実施形態に係る樹脂製成形型の構成を示す図である。 耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末を表面層に噴霧する工程を示す図である。 第２中間層の構造の詳細を示す図である。 補強材の詳細を示す図である。

以下に、本発明の樹脂製成形型とその製造方法をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る樹脂製成形型の構成を示す。図１においては、積層構造の説明の都合上、樹脂製成形型を構成する各層の位置をずらして表示している。

樹脂製成形型１は、ビニルエステルゲルコートによって形成された表面層２と、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成された第１中間層３と、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂によって形成された第２中間層４と、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成された第３中間層５と、ビニルエステルゲルコートによって形成されたバック層６とが順次積層されて構成されている。バック層６に対して、鋼材によって形成された補強材７が、シリコーンにより接着されている。

樹脂製成形型１は、表面層２と、第１中間層３と、第２中間層４と、第３中間層５と、バック層６とを順次積層して形成されており、各層がそれぞれの役割を持っている。これを以下に説明する。

第２中間層４は、積層体の中央に位置しており、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂によって形成されているため、強度の確保に寄与する。しかし、ガラス繊維が積層されているため、ガラス繊維の模様が成形型の表面に現れると、成形型として機能しなくなる。

その対策として、第１中間層３を設けて、ガラス繊維の模様が成形型の表面に現れることを防止している。第１中間層３は、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成されているため、耐熱性エポキシ樹脂に固体成分が含まれることになり、耐熱性エポキシ樹脂だけの状態で固化する際に生じる変形を抑制することができる。そのため、積層することの弊害を防止しつつ、成形型表面へのガラス繊維の模様の写りこみを防止することができる。

耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末の一例として、アルミニウムや銅の金属粉末の他、砂等を用いることができるが、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末であれば、他のものであってもよい。

第３中間層５は、第１中間層３と同じ組成で同じ厚みとなるように形成されており、バック層６は、表面層２と同じ組成で同じ厚みとなるように形成されている。そのため、成形型の構造がシンメトリー構造となり、樹脂の収縮による反りの発生を抑制することができる。このように、シンメトリー構造を採っていることも、本発明の大きな特徴である。

樹脂製成形型１の製造方法は、ビニルエステルゲルコートによって表面層２を形成する工程と、ビニルエステルが硬化する前に耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末を表面層２に噴霧する工程と、耐熱性エポキシ樹脂を積層して耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合した構成となる第１中間層３を形成する工程と、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂によって第２中間層４を形成する工程と、耐熱性エポキシ樹脂を積層して耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末を噴霧して第３中間層５を形成する工程と、ビニルエステルゲルコートによってバック層６を形成する工程とを有しており、表面層２と、第１中間層３と、第２中間層４と、第３中間層５と、バック層６とを順次積層する。その後、バック層６に対して、鋼材によって形成された補強材７をシリコーンにより接着して、樹脂製成形型を製造する。

図２に、表面層２を構成するビニルエステルが硬化する前に、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末８を表面層２に噴霧する工程の作業の様子を示す。表面層２と第１中間層３との接合は、ビニルエステルとエポキシ樹脂との接合になるため、通常は密着せずに剥離するが、この工程を実施することにより、ビニルエステルとエポキシ樹脂との界面における接合状態が良好となり、高温時においても表面層２と第１中間層３とが剥離せず、密着可能となる。

図３に、第２中間層４の構造の詳細を示す。
本体層９は、境界層１０よりも厚くなるように形成されており、本体層９が樹脂製成形型の強度確保の役割を担っている。境界層１０は、本体層９よりも薄くなるように形成されているため、境界層１０における樹脂に対するガラス繊維の比率が高くなる。そのため、第１中間層３や第３中間層５との境界面において反りの発生を抑制することができる。

本体層９と境界層１０に積層するガラス繊維として、ガラス繊維を織り込んで網目状の構造としたものの他、織り込まずに不織布状の構造となっているものを用いることができる。

第２中間層４は、網目状のガラス繊維が積層されて形成されている場合には、網目の粗いガラス繊維が積層されて形成された本体層９と、本体層９の両側に形成されて本体層９に積層されるガラス繊維よりも網目の細かいガラス繊維が積層された境界層１０とによって構成されている。

本体層９に積層された網目の粗いガラス繊維の模様が、樹脂製成形型の表面に現れることを抑制するために、網目の細かいガラス繊維が積層された境界層１０が形成されている。

図４に、補強材７の詳細を示す。図４（a）は、補強材７が設置された状態での平面図であり、図４（ｂ）は、その断面図である。

バック層６に対して、鋼材によって形成された補強材７が、シリコーン１１により接着されて固定されている。シリコーンは弾性に富むため、シリコーンにより接着されていることにより、接着部位におけるひずみを生じにくい。そのため、重量のある補強材７を搭載しても、ひずみの発生を防止することができる。特に、表面積の広い成形型の場合にはひずみが発生しやすいが、このような状況下においても、効果的にひずみの発生を防止でき、成形型の表面状態への影響を抑えることができる。

補強材７の形状は、図４に示すものに限定されず、成形型に搭載されてひずみの発生を防止できるものであれば、他の形状であってもよい。

以上説明したように、本発明の樹脂製成形型１においては、高温状態となっても、表面層２に、ガラス繊維の模様や、補強材７に用いる鋼材等の模様が現れることがない。また、高温時における樹脂の収縮による反りを防止して、均一な面の製作が可能であり、各層の剥離もないため、綺麗な製品の成形が可能となる。

本発明は、耐熱性に優れるため高温での製品成形が可能であり、収縮による反りの発生がなく、積層体の剥離や模様の出現を防止することが可能な樹脂製成形型とその製造方法として利用でき、低コストで小ロットでの製品成形が可能となる。

１ 樹脂製成形型
２ 表面層
３ 第１中間層
４ 第２中間層
５ 第３中間層
６ バック層
７ 補強材
８ 耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末
９ 本体層
１０ 境界層
１１ シリコーン

Claims (8)

1. ビニルエステルゲルコートによって形成された表面層と、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成された第１中間層と、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂によって形成された第２中間層と、耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合して形成された第３中間層と、ビニルエステルゲルコートによって形成されたバック層とが順次積層されて構成された樹脂製成形型。
2. 前記第２中間層は、中央に位置する本体層と、本体層の両側に形成された境界層とによって構成され、境界層は、本体層よりも薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂製成形型。
3. 前記第２中間層は、網目状のガラス繊維が積層されて形成されており、網目の粗いガラス繊維が積層されて形成された本体層と、本体層の両側に形成されて本体層に積層されるガラス繊維よりも網目の細かいガラス繊維が積層された境界層とによって構成されている請求項１または２記載の樹脂製成形型。
4. 鋼材によって形成され、前記バック層に対してシリコーンにより接着された補強材を備えている請求項１から３のいずれかに記載の樹脂製成形型。
5. ビニルエステルゲルコートによって表面層を形成する工程と、ビニルエステルが硬化する前に耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末を表面層に噴霧する工程と、耐熱性エポキシ樹脂を積層して耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末が耐熱性エポキシ樹脂に混合した構成となる第１中間層を形成する工程と、ガラス繊維が積層された耐熱性エポキシ樹脂によって第２中間層を形成する工程と、耐熱性エポキシ樹脂を積層し耐熱性エポキシ樹脂に混合可能な粉末を噴霧して第３中間層を形成する工程と、ビニルエステルゲルコートによってバック層を形成する工程とを有し、表面層と第１中間層と第２中間層と第３中間層とバック層とを順次積層して樹脂製成形型を製造する樹脂製成形型の製造方法。
6. 前記第２中間層を形成する工程は、中央に位置する本体層を形成する工程と、本体層の両側に位置する境界層を形成する工程とからなり、境界層は、本体層よりも薄くなるように形成することを特徴とする請求項５記載の樹脂製成形型の製造方法。
7. 前記第２中間層は、網目状のガラス繊維を積層して形成し、網目の粗いガラス繊維を積層して本体層を形成する工程と、本体層に積層されるガラス繊維よりも網目の細かいガラス繊維を積層した境界層を本体層の両側に形成する工程とを有する請求項５または６記載の樹脂製成形型の製造方法。
8. 鋼材によって形成された補強材を、前記バック層に対してシリコーンを用いて接着する工程を備えた請求項５から７のいずれかに記載の樹脂製成形型の製造方法。

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