JPH01304915A - 成形用の簡易型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、注入成形や射出成形に使用される、多品種少
量の製品の生産に適した簡易型及びその製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の簡易型は、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂のよ
うな熱硬化性樹脂を用いた樹脂型、石膏を用いた石膏型
、あるいはこれらの母材として、シリカ等のセラミック
系粉末やアルミ等の金属粉末あるいは炭素繊維等の繊維
を補強剤として用いた複合材料型が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

簡易型に要求される特性として、■製品成形時の高圧力
による型の変形が少なく製品の寸法安定性がよいという
変形性、さらに、■製品成形時の高温度に耐えるという
型自体の強度性、さらに、■製品成形時の高温度に耐え
るという耐熱性、さらに、■型自体を成形するときに、
型の素材の流動性がよく高精度の転写ができるという流
動性等が要求される。

しかし、従来の樹脂型、石膏型あるいは複合材料型のい
ずれもこれらの要求特性を全て満足するものではなく、
一長一短がある。すなわち、樹脂型は流動性と強度に優
れるものの、弾性率が低く少しの応力で大きく変形する
ため変形性に問題がある。石膏型は、変形性と流動性に
優れるものの強度と耐熱性に問題がある。複合材料型（
例えば、樹脂を母材とし石膏を補強剤としたもの）では
、補強剤を増すにつれて変形、強度、耐熱性が向上する
ものの、流動性が悪くなり高精度の簡易型が得られない
という問題点がある０以上説明した、樹脂型、石膏型及
び複合材料型の特性を整理すると第−表のようになる。

第−表 本発明は、上記の諸特性を全て満足する簡易型を得るこ
とを目的としており、さらにそのような簡易型の製造方
法を提供することを目的としている。

〔課題が解決しようとするための手段〕上記目的を達成
するために、本発明の簡易型は、石膏と補強剤とが混合
・固化された粉末構造体の型母材の空隙に熱硬化性樹脂
が含侵・硬化されているものである。

そして、上記簡易型の粉末構造体への熱硬化性樹脂の含
侵工程としては、粉末構造体の一部に真空引き可能な吸
引パットを取り付け、粉末構造体と吸引パットを硬化前
の溶融状態の熱硬化性樹脂に浸し、吸引パットからの真
空引きによって含侵させる製造方法がある。

〔作用〕

上記のように構成された簡易型は、型自体の成形時に流
動性が優れ高精度の転写が得られる石膏をベースとして
いる。さらに、補強剤を混合しているので強度と耐熱性
が向上するように働＜、シかし、この補強剤を入れすぎ
ると、石膏が本来もっている利点である流動性が失われ
る。そこで、強度の向上を、型自体の成形である固化後
にできる粉末構造体の空隙に、熱硬化性樹脂を含侵して
硬化させることによって補うよう働かせたものである。

なお、補強剤としては、ＳｉＣウィスカや炭素繊維のよ
うな繊維系、シリカ等のセラミック系、鉄粉やアルミ粉
のような金属系の何れも、強度と耐熱性の向上という点
では同じ働きをする。

また、樹脂に石膏等の補強剤を混合・固化させたものや
石膏にアルミ粉等の補強剤を混合・固化させた二元構造
とは本質的に異なり、石膏ベースに補強剤を入れて混合
・固化した後の粉末構造体の空隙に熱硬化性樹脂の含侵
という三元構造としたことによって、流動性を保ったま
まで強度向上が可能となるのである。

そして、石膏とＳｉＣウィスカ等の補強剤とが混合・固
化して成る粉末構造体の空隙に熱硬化性樹脂を含侵させ
るには、単に溶融樹脂に浸すだけでは不十分であり、粉
末構造体の一部を真空引きしつつ溶融樹脂に浸すという
工程によれば、内部に至る含侵が可能となるように働く
。

〔実施例〕

第二表に示す成分を有する各種簡易型を製作し、その各
々について、変形性を示す弾性率（弾性率が大なるほど
同じ応力に対する歪みが少なくなる）と強度性を示す引
っ張り強度を測定した。

発明例は、いずれも石膏にアルミナ粉を１００：１００
の重量比で混合したもので、体積比では１００：５９と
なる０石膏は樹脂に比較して流動性が良く、この程度の
比率では全く問題がない。

一方、実施例３はポリウレタン樹脂に鉄粉を１００　：
　５００の重量比で混合したもので、体積比では１００
：６４となる。また、従来例４はポリウレタン樹脂にア
ルミナ粉を１００１５０の重量比で混合したもので、体
積比では１００：９３となる。引脂に補強剤を混合して
型を作る場合、体積比率で１００　：　１００でほぼ限
界であり、それ以上粉末の割合が増えると流動性が失わ
れる。従って、従来例４は限界に近い粉末充填量であり
、樹脂に補強剤を混合して弾性率を向上させることので
きる限界でもある０発明例はいずれも、石膏と補強剤の
構造体を母体としているので、弾性率は１以上となって
おり（発明例１と２と３の平均値は、１．２　Ｘ　１０
’　ｋｇ／ｗａ”である）、最も重要な特性である変形
性に優れた型である。なお、参考として樹脂単体の弾性
率を示すため、従来例■と２を記入した。

従来例５は、石膏１００＋アルミナ１００の単なる粉末
構造体である０弾性率は高いものの、強度が低すぎると
いう欠点がある。しかし、発明例は、熱硬化性樹脂を粉
末構造体の空隙に含侵させたことにより、型として一般
的に必要とされる許容強度１．２ｋｇ／ｌ１１１１８を
上まわる型となる。

なお、発明例による簡易型の表面粗度を測定したところ
、最大３ミクロン程度であった。この簡易型が転写され
る元の金属素材のマスターモデルの表面粗度は最大２ミ
クロンであり、したがって発明例は元の表面を非常によ
く転写しており、流動性においても優れていた。また、
表面粗度の異方性もなかった。

以上第２表に基づいて説明した強度と弾性率の関係を、
強度を縦軸、弾性率を横軸としてグラフ化したものが第
１図である。この図からも明瞭なように、従来の樹脂に
補強剤を混合・固化しただけの従来例３と４は弾性率の
向上に限界があり、高弾性領域に至らない、また、石膏
と補強剤の粉末構造体である従来例５は、高弾性領域に
あるものの強度不足である。しかし、発明例は、要求強
度を満足した上で高弾性であるという優れた型特性を示
している。

次に、本発明の簡易型の製造方法を（ａ）ゴム型の成形
、（ｂ）粉末構造体の成形、（ｃ）粉末構造体への含侵
の順に説明する。

（ａ）ゴム型の成形 マスターモデルの製造工程を示す第２図に基づいて説明
する。

まず、製品形状から転写等で製作された雌型であるマス
ターモデルｌを木材又はケミウッドのような樹脂等で作
る。このマスターモデル１をＳＯ３製又は銅製の容器２
の中に入れて、型設計時に決定されている型の分割面３
まで粘土状の物質４を充填する（第２図（ａ）参照）。

次に、−次脱泡（真空用排気缶中で予め脱泡する）され
た、ＲＴＶシリコンゴムなどの液状ゴム５を、容器２の
中へ流しこむ。なお、マスターモデル１の表面には離型
剤として石鹸水等をぬっておくと良い、液状ゴム５を流
し込んだ外表面にはアクリル板６で蓋をして表面を整え
る（第２図（ｂ）参照）。

次に、アクリル板６を取り除いた状態の容器２全体を真
空排気缶７の中に入れ、真空ポンプ８によって１０−”
　Ｔｏｒｒ程度の真空にして、二次脱を行う、液状ゴム
は粘性が高く脱泡しにくいので、容器２内を真空から大
気圧さらに真空という操作を圧力調整バルブ９によって
繰り返す、この操作は表面より気泡が出なくなった時点
でこの操作をやめる（第２図（Ｃ）参照）、その後、容
器２を真空排気缶７より取り出し、液状ゴム５を２５°
Ｃで２４時間かけて硬化させ、マスターモデル１より離
型させて、ゴム型１０を得る。

（ｂ）粉末構造体の成形 粉末構造体の製造工程を示す第３図と第４図に基づいて
説明する。第３図は、石膏と補強剤の混合状態を示す図
面である０石膏とセラミック、金属粉末又は強化繊維の
如き補強剤を混合して粉末構造体の元を作る０石膏と補
強剤の割合は、重量比で１＝４程度までである。その理
由は、４以上とすると、石膏の固化による°粉末構造体
とならないからである。この石膏と補強剤に水を入れる
その割合は、補強剤の種類と量にもよるが、スラリーの
流動性が保持される１２：５〜１０である。

これらの石膏、補強剤及び水からなるスラリーは、真空
撹拌器１１の中において、真空ポンプ１２による真空下
で、撹拌羽根１３によって真空攪拌される。Ｐｉｔ拌に
よるスラリーの温度上昇を抑えるため、真空攪拌器１１
は、水１４によって外部から冷却されている。攪拌時間
は、量にもよるが１０〜２０分程度で充分である。

次に、真空攪拌されたスラリーは、上記（ａ）の工程で
作られたゴム型１０を収納する容器１５の中に流し込ま
れる（第４図（ａ）参照）。

さらに、スラリーを収納する容器１５全体は真空排気臼
７の中に入れられ、ゴム型１０の表面に残った気泡を取
り除く（第４図（ｂ）参照）。

次に、真空脱泡を終えた容器内のスラリーの表面には、
後の含侵工程での吸引パッドによる吸引性をよくするた
めアクリル板等の平面平滑性の良い板１６が乗せられる
。そして、そのままの状態で常温硬化させる。硬化時間
は、１〜２時間である（第４図（Ｃ）参照）、スラリー
１７が固化した後は、ゴム型１０より取り出し、常温で
２〜３時間乾燥させて粉末構造体とする。

（Ｃ）含侵工程 第５図は、含侵工程を示す図面である。まず、熱硬化性
樹脂と硬化剤が、重量比で１００　：１５〜５０程度（
樹脂の種類によって異なる）で混ぜ合わされる。この混
合液は、容器１８の中に入れられる。この容器１８の全
体は恒温水槽１９の温水２０によって一定温度に保たれ
る。温水２０の温度は、樹脂の粘土が最も低くなる範囲
すなわち硬化が始まる前の温度に調節される。粉末構造
体の裏面すなわち、アクリル板等で平滑とされた面には
、吸引パント２１が取り付けられ、粉末構造体と吸引パ
ット２１の全体が、前記の温度調節された容器１８中に
浸される。真空ポンプ２２によって、この吸引パット２
１から、真空に引くことによって、粉末構造体の空隙の
中に樹脂を浸透含侵させる。この含侵に要する時間は、
樹脂の耐熱寿命によって異なるが３０〜１時間程度であ
る。

粉末構造体への含侵がいきわたると、粉末構造体を容器
１８の中から取り出し、表面に付着した樹脂を拭き取っ
た後、常温にて１時間程度乾燥させる。次に、樹脂特性
に合った昇温カーブにて樹脂を硬化させて、簡易型が仕
上がる。

〔発明の効果〕 本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載するような効果を奏する。

石膏に補強剤を混合・固化して成る粉末構造体の空隙に
熱硬化樹脂が含侵・硬化された簡易型であるので、弾性
率が高（なり寸法安定性に優れた型となり、且つ一定強
度も確保された型となる結果、この型によって精度の良
い製品をより多数個生産することが可能となる。

さらに、この簡易型の樹脂への含侵は粉末構造体の一部
から吸引パットによる真空引きという方法によって、粉
末構造体の空隙への樹脂の含侵が確実に行える。また、
真空ポンプは、ゴム型やスラリーの脱泡用のものを兼用
できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる実施例の特性を示す図面、第
２図はゴム型の製造工程を示す図、第３図は石膏と補強
剤の混合状態を示す図面、第４図は粉末構造体の製造工
程を示す図面、第５図は粉末構造体の含侵状態を示す図
面である。 １−・マスターモデル、１０−ゴム型、１７・・−粉末
構造体、２１−・吸引パッド 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　　梶　　　良　之 第３［！１ ２　第４図（ａ） 第４０（ｂ） 第４図（Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）石膏と補強剤とが混合・固化された粉末構造体の
   空隙に熱硬化性樹脂が含侵・硬化されていることを特徴
   とする成形用簡易型。
2. （２）粉末構造体の空隙への熱硬化性樹脂の含侵を、粉
   末構造体の一部に真空引き可能な吸引パットを取り付け
   、粉末構造体と吸引パットを硬化前の溶融状態の熱硬化
   性樹脂に浸し、吸引パットからの真空引きによって含侵
   させる請求項（１）記載の成形用の簡易型製造方法。