JPH091557A - 合成樹脂成形用簡易型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐久性に優れた簡易型を安価に短期間で製造す
る方法。 【構成】金属素材粉末４の微粉末を底融点合金被覆５で
被覆した底融点合金被覆素材粉末６にバインダー溶液の
少量を混合した金属素材成形用原料粉末７を低圧成形し
た後バインダー溶媒の蒸発乾燥してバインダーで底融点
合金被覆素材粉末が結合した固化金属素材ブロツク１０
を先ず形成し、次いでこの固化金属素材ブロツクを彫刻
機等で機械加工して固化金属素材型１１を形成し、最後
に固化金属素材型をマイクロ波加熱して底融点合金被覆
を焼結して金属素材粉末相互を結合させた固化金属素材
型１２を形成する。 【効果】固化金属素材ブロツクの段階では金属素材粉末
相互の結合力が弱いので機械加工性が良く、硬化型は殆
ど金属素材粉末で密度の高い状態で金属素材相互が強固
に結合されているので、耐熱性、強度、寸法精度等に優
れたものとなり、しかもこの製造に期間やコストはそれ
ほど掛からない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂の成形用の型
に係り、特に合成樹脂成形における試作、或いは多品種
少量生産に好適の簡易型の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から合成樹脂成形用の型としては、
耐熱性や耐久性に優れるとともに精密な成形のできる、
金属のブロツク素材を機械加工して製造した金型が利用
されている。

【０００３】しかしながら最近は、製品の多様化に伴っ
てモデルチエンジが頻繁に行われ、このために試作品を
成形しなければならない機会が多くなり、さらに量産に
入っても多品種少量生産となる場合が多くなった。

【０００４】このような試作や多品種少量生産における
合成樹脂の成形において金型を利用すると、型の製造に
期間が掛かり、その上加工費が高いので、試作や多品種
少量生産でのモデルチエンジに期間が掛かり、同時に試
作や多品種少量生産の製品のコストが非常に高くなって
しまう。

【０００５】このため、試作や多品種少量生産における
合成樹脂の成形では、耐久性が落ちても製造の期間が短
くしかもコストの安い簡易型の利用が種々検討されてい
る。

【０００６】現在合成樹脂の成形に最も多く利用される
簡易型は、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエス
テル樹脂等の２液硬化型の注型用合成樹脂に、鉄、アル
ミニウム、銅等の金属粉末を入れた金属粉入り合成樹脂
型である。

【０００７】金属粉入り合成樹脂型は、まず合成樹脂の
ような機械加工し易い材料で製品形状のマスターモデル
を形成し、次いでこのマスターモデルが収納された型枠
内に液状の金属粉入り２液硬化型注型用合成樹脂を注入
しマスターモデルの外形を型取りし、最後に合成樹脂を
２液の硬化反応により硬化させた後マスターモデルを抜
いて形成する。

【０００８】このようにして製造される金属粉入り合成
樹脂型は、マスターモデルさえ用意されれば２〜３日と
いう短い期間でしかも安いコストで製造できるので、試
作や多品種少量生産には極めて適している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属粉
入り合成樹脂型には、金属粉の配合量が少ないので、熱
伝導度が低く型の冷却速度が遅いので成形サイクルが長
い、型の強度が弱い、余り精密な寸法精度の型ができな
い等の問題がある。

【００１０】すなわち、金属粉入り合成樹脂型は、前記
したように注型用合成樹脂をベースにして注型法を利用
しながら製造するので、マスターモデルの外形を忠実に
転写して型取りするために、型に注入する合成樹脂の流
動性を良くしなければならない。

【００１１】このためには合成樹脂としてはできるだけ
低分子量で粘度の低いものを利用しなければならない
し、さらに金属粉の配合量も少なくしなければならず、
図５に示すように、金属粉入り合成樹脂型１では、金属
粉２に対して３０〜５０重量％の合成樹脂３が配合さ
れ、、体積の６０〜７０％は合成樹脂３が占めている。

【００１２】このため金属粉入り合成樹脂型１の熱伝導
度は低くなるので、合成樹脂の成形に際に、溜まった熱
が冷却するのに時間が掛かるようになり、成形のサイク
ルが長くなる。

【００１３】また金属粉入り合成樹脂型１は、合成樹脂
３の比率が高く、しかも合成樹脂としては流動性を良く
するために分子量の比較的低いものが利用されているの
で、耐熱性や強度が低く、型の寿命が短い。

【００１４】さらに金属粉入り合成樹脂型１は、注型法
により製造する際に２液の合成樹脂が硬化反応をすると
体積の収縮が起きるので、余り寸法精度の良い型は製造
できない。

【００１５】本発明は、前記したような従来技術の欠点
を解消し、短期間に低コストで製造できるとともに、熱
伝導性、耐久性、寸法精度に優れた合成樹脂成形用の簡
易型を提供することを目的にする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、金属
の素材粉末に低融点合金を被覆して低融点合金被覆金属
素材粉末を形成する工程、低融点合金被覆金属素材粉末
にバインダー溶液を混合した金属素材成形用原料粉末を
形成する工程、金属素材成形用原料粉末を低圧成形し棒
状、板状等の金属素材低圧成形ブロツクを形成する工
程、金属素材低圧成形ブロツクを加熱乾燥しバインダ溶
媒の蒸発により固化した固化金属素材ブロツクを形成す
る工程、固化金属素材ブロツクを型形状に機械加工し固
化金属素材型を形成する工程、固化金属素材型をマイク
ロ波加熱し金属素材粉末を被覆した低融点合金の焼結に
より硬化した硬化金属素材型を形成する工程より成るこ
とを第１の請求項とし、第１の請求項において、金属素
材粉末が平均粒径３０ミクロン以下の微粉末であること
を第２の請求項とし、第１及び第２の請求項において、
バインダーの配合量が金属素材粉末に対して０．５乃至
２０容量％であることを第３の請求項とする合成樹脂成
形用簡易型の製造方法である。

【００１７】

【発明の作用】本発明は以上のように構成され、金属素
材粉末に低融点合金を被覆した低融点合金被覆素材粉末
がベースとなっており、これをバインダー溶液を混合し
て小型のプレス機で低圧でブロツク状に成形した後バイ
ンダー中の溶媒を蒸発して固化させ固化金属素材ブロツ
クを先ず形成する。

【００１８】この固化金属素材ブロツクは、成形の圧力
が低く均一に配合されたバインダーの接着力で低融点合
金被覆金属素材を相互に結合して固化した状態のブロツ
クであるので、その強度は、均一でしかも機械加工のた
めのチヤツキングには十分耐えるものの、機械加工を容
易に行える程度に弱いものである。

【００１９】このため、円筒、角柱等の棒状をしたり或
いは板状をしたりして型の製造に最も適した形状をした
固化金属素材ブロツクを比較的低価格の彫刻機或いは加
工ロボツトのような剛性の少ない３次元加工機を用いコ
ンピユータ制御によって容易に型形状を精密に加工でき
るので、固化金属素材型を容易に形成できる。

【００２０】固化金属素材型は前記したように強度の弱
いものであるが、これに家庭用電子レンジ程度の低出力
のマイクロ波を照射して加熱すると、金属素材粉末を被
覆している低融点合金が溶融していわゆる焼結により相
互に結合し、結果として金属素材粉末が相互に結合して
硬化した状態になって、合成樹脂の成形に十分耐える強
度の強い硬化金属素材型が得られる。

【００２１】しかもこの硬化金属素材型は、その製造に
おい利用するバインダーの量は極めて僅かで殆どが金属
素材及び低融点合金の金属材料が占めるので熱伝導性や
耐熱性に優れ、同時に精密な機械加工によるので寸法精
度も高い。

【００２２】また金属素材粉末を平均粒径３０ミクロン
以下の微粉末とすると、密度の高い硬化金属素材型が製
造できるので、強度、耐熱性、熱伝導性、寸法精度等の
優れた合成樹脂成形用の簡易型が得られる。

【００２３】さらに、バインダーの配合量を金属素材粉
末に対して０．５乃至１０容量％と少なくすると、硬化
金属素材型中のバインダーの配合量が少なくなり、強度
や耐熱性の向上に好ましいだけでなく、機械加工が、バ
インダーが工具に融着してむしれ加工面が荒れたりする
ようなことはなく非常に精度良くできるようになって好
ましい。

【００２４】

【実施例】次に本発明の実施例について図１の製造工程
図に基づきながら説明する。

【００２５】まず銅、チタン、鉄、ステンレス、タング
ステン等の金属単体或いはこれらの金属の混合粉末を金
属素材粉末４として準備する。

【００２６】金属素材粉末４が用意されたなら、第１工
程として、図２に示すように、金属素材粉末４に錫ービ
スマス系の低融点合金５をメカニカルアロイング法、溶
射法等の常法にしたがって被覆して低融点合金被覆金属
素材粉末６を形成する。

【００２７】特に金属素材粉末４を母粒子とし、低融点
合金粉末を子粒子として、ロータ、ステータ及び循環回
路で構成され高速回転するミキサー内で混合処理する
際、衝撃力を主に、圧縮、摩擦、せん断力などの機械的
作用を繰り返し受け１〜１０分程度の短時間で被覆処理
がされるメカニカルアロイング法を利用して被覆処理を
すると、金属素材粉末４と低融点合金被覆５との境界に
合金層が形成されて密着の良い被覆ができて好ましい。

【００２８】第２工程では前記した低融点合金被覆金属
素材粉末６に、ＣＭＣ、ＰＶＡ、澱粉、アルギン酸ナト
リウム等の水溶性バインダーを水に溶かすか、或いは、
アクリル、酢酸セルローズ等の有機溶剤可溶性のバイン
ダーを有機溶剤に溶かすかして形成したバインダー溶液
を混合して均一に混ざるように良く攪拌して金属素材成
形用原料粉末７を形成する。

【００２９】この金属素材成形用原料粉末７の配合例を
示すと次のようである。 配合例１ 金属素材粉末 平均粒径２０ミクロンの 低融点合金被覆銅粉末 １００重量部 バインダー ＰＶＡ５重量％水溶液 １０ 〃 配合例２ 金属素材粉末 平均粒径８ミクロンの 低融点合金被覆ステンレス粉末 １００重量部 バインダー 澱粉１０重量％水溶液 １０ 〃

【００３０】このような金属素材成形用原料粉末７を形
成するに当たっては、金属素材粉末の粒径と、この金属
素材粉末に対するバインダーの配合量とを、最終的に高
密度で強度の高い硬化金属素材型を得ると同時に、後に
説明する固化金属素材ブロツクを形成した際にハンドリ
ング性と機械加工性とを共に満足する強度を得るために
検討する必要がある。

【００３１】すなわち金属素材粉末の粒径は最終的に形
成され簡易型となる硬化金属素材型の密度に影響し、密
度が高く緻密な硬化金属素材型を形成するためには金属
素材粉末は細かなものであることが必要で、平均粒径は
３０ミクロン以下であることが好ましい。

【００３２】又金属素材粉末に対するバインダーの配合
量は、これが少なければ、当然ことながら固化金属素材
ブロツクの強度が弱くなり、これを機械加工する際にチ
ヤツキングその他の取り扱いをするのが難しくなり、逆
にこれが多くなると固化金属素材ブロツクの強度が強く
なりすぎて、これを精密に機械加工するのが難しくな
り、同時にバインダーが加工用の工具に融着して加工面
がむしれてしまい、平滑な仕上げができない。

【００３３】勿論金属素材粉末に対するバインダーの配
合量が多いと硬化金属素材型の強度や耐熱性等が落ちる
が、特に前記したような固化金属素材ブロツクの強度や
加工性のことを考慮すると、バインダーの配合量は、金
属素材粉末に対し容量で０．５乃至１０％とすることが
好ましく、前記配合例では５〜８％程度である。

【００３４】第３工程では前記したようにして形成し、
わずかに湿気を帯びた程度の状態になった金属素材成形
用原料粉末７を、円筒、角柱、板等の型に機械加工をす
るための固化金属素材ブロツクの形状をした型に充填
し、小型のプレス機を用いて１平方ｃｍ当たり０．３ｔ
ｏｎ程度の低圧力で冷間プレス成形し、金属素材低圧成
形ブロツク８を形成する。

【００３５】前記したようにして棒状或いは板状等の型
を機械加工するのに適した金属素材低圧成形ブロツク８
を形成したなら、第４工程として金属素材低圧成形ブロ
ツク８を８０〜１５０℃程度で約１時間加熱乾燥して中
に含まれるバインダー溶媒を蒸発させて固化させ、図３
に示すような、低融点合金被覆金属素材粉末６がバイン
ダー９により結合された固化金属素材ブロツク１０を形
成する。

【００３６】粉末固化金属素材ブロツク１０は、金属素
材成形用原料粉末７を利用しての金属素材低圧成形ブロ
ツク８を形成するための成形が低圧の冷間プレス成形で
あるので、プレス成形に基づく結合力は全く生じていな
いで少量のバインダー９の結合力だけで低融点合金被覆
金属素材粉末６が結合されているので、この結合力は機
械加工に際してチヤツキング等のために取り扱いができ
る程度の極めて弱いものである。

【００３７】次に第５工程として、前記したようにして
形成された粉末固化金属素材ブロツク１０を簡易型の形
状に機械加工し、固化金属素材型１１を形成する。

【００３８】機械加工は、製品模型の光学的な三次元測
定データや、ＣＡＤ設計データに基づいて常法により形
成されたにコンピユータ制御データにより三次元加工機
で行う。

【００３９】この機械加工に利用する精密加工機は、粉
末固化金属素材ブロツク１０の低融点合金被覆金属素材
粉末６の結合力が弱く機械加工性が極めて優れているの
で、彫刻機や三次元加工ロボツトのような小型で剛性が
低く比較的安価なもので良く、一般に鉄ブロツクのよう
な硬質材料のコンピユータ制御に基づく加工に利用され
るマシニングセンターのような大型で剛性が高く高価な
機械である必要はない。

【００４０】最後に第６工程として、前記したようにし
て形成された固化金属素材型１１を５ＫＷ程度と家庭用
電子レンジ程度の低出力のマイクロ波加熱装置内で１０
〜２０秒程度加熱すると、図４に示すように、低融点合
金被覆金属素材粉末６が表面を覆う低融点合金被覆５が
相互に熱融着して焼結状態になり、これを冷却すれば硬
化金属素材型１２が形成される。

【００４１】なお第６工程の機械加工において、キヤビ
テイ或いはコアの加工だけでなくモールドベースへの取
付部の加工その他型として利用するための全ての加工を
しておけるので、形成された硬化金属素材型１２を直ぐ
にモールドベースに取り付けて低融点合金成形用の簡易
型として利用できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明は以上のような構成及び作用のも
のであり、金属素材成形用原料粉末７として、前記配合
例２に示した低融点合金被覆ステンレス粉末を利用して
製造した簡易型の特性を従来の金属粉入り合成樹脂簡易
型と比較すると、熱伝導率は、１ｃｍ・ｓｅｃ・℃当た
り０．０６〜０．０８ｃａｌと０．００１〜０．００３
ｃａｌ、引っ張り強さは、１平方ｃｍ当たり６５０〜７
００Ｋｇと４００〜５００Ｋｇで実施例の特性の方が遥
かに優れている。

【００４３】又本実施例と従来例との簡易型をモールド
ベースに取り付け４０ｔｏｎの射出成形機でＡＢＳ樹脂
を射出成形した場合を比較すると、成形サイクルは、５
０秒と３００秒とであり、型寿命は、６００個と３０個
であり、実施例の方が遥かに優れた簡易型であることが
示された。

【００４４】さらに本発明によると、彫刻機、３次元加
工ロボツトのようなコンピユータ制御による３次元加工
機により自在に精密な加工でき、しかもマイクロ波加熱
による硬化処理では金属素材粉末の低融点合金被覆の焼
結は起きるものの金属素材粉末自体の焼結は起きないの
で、機械加工後の寸法変化が殆ど起きないで寸法精度の
良い簡易型が提供される。

【００４５】なお、本発明の簡易型の製造工程で利用さ
れる、プレス機、乾燥機、機械加工機、マイクロ波加熱
装置等の設備は全て小型のもので良いので、設備費が安
く、しかも取り扱いが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 製造工程図、

【図２】 低融点合金被覆金属素材粉
末、

【図３】 固化金属素材ブロツク、

【図４】 硬化金属素材型、

【図５】 従来簡易型。

【符号の簡単な説明】 ４ 金属素材粉末 ５ 低融点合金被覆 ６ 低融点合金被覆金属素材粉末 ７ 金属素材成形用原料粉末 ８ 金属素材低圧成形ブロツク ９ バインダー １０ 固化金属素材ブロツク １１ 固化金属素材型 １２ 硬化金属素材型

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属の素材粉末に低融点合金を被覆して低
   融点合金被覆金属素材粉末を形成する工程、低融点合金
   被覆金属素材粉末にバインダー溶液を混合した金属素材
   成形用原料粉末を形成する工程、金属素材成形用原料粉
   末を低圧成形し棒状、板状等の金属素材低圧成形ブロツ
   クを形成する工程、金属素材低圧成形ブロツクを加熱乾
   燥しバインダ溶媒の蒸発により固化した固化金属素材ブ
   ロツクを形成する工程、固化金属素材ブロツクを型形状
   に機械加工し固化金属素材型を形成する工程、固化金属
   素材型をマイクロ波加熱し金属素材粉末を被覆した低融
   点合金の焼結により硬化した硬化金属素材型を形成する
   工程より成ることを特徴とする合成樹脂成形用簡易型の
   製造方法。
2. 【請求項２】金属素材粉末が平均粒径３０ミクロン以下
   の微粉末であることを特徴とする請求項１記載の合成樹
   脂成形用簡易型の製造方法。
3. 【請求項３】バインダーの配合量が金属素材粉末に対し
   て０．５乃至１０容量％であることを特徴とする請求項
   １及び２記載の合成樹脂成形用簡易型の製造方法。