JPH091558A - 合成樹脂成形用簡易型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【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】セラミツクの素材粉末４の微粉末をガラス被覆
５で被覆したガラス被覆セラミツク素材粉末６にバイン
ダー溶液の少量を混合したセラミツク素材成形用原料粉
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
インダーでガラス被覆セラミツク素材粉末が結合した固
化セラミツク素材ブロツク１０を先ず形成し、次いでこ
の固化セラミツク素材ブロツクを彫刻機等で機械加工し
て固化セラミツク素材型１１を形成し、最後に固化セラ
ミツク素材型をマイクロ波加熱してガラス被覆を焼結し
てセラミツク素材粉末相互を結合させた固化セラミツク
素材型１２を形成する。

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、
セラミツク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、セラ
ミツクの素材粉末にガラスを被覆してガラス被覆セラミ
ツク素材粉末を形成する工程、ガラス被覆セラミツク素
材粉末にバインダー溶液を混合したセラミツク素材成形
用原料粉末を形成する工程、セラミツク素材成形用原料
粉末を低圧成形し棒状、板状等のセラミツク素材低圧成
形ブロツクを形成する工程、セラミツク素材低圧成形ブ
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
固化セラミツク素材ブロツクを形成する工程、固化セラ
ミツク素材ブロツクを型形状に機械加工し固化セラミツ
ク素材型を形成する工程、固化セラミツク素材型をマイ
クロ波加熱しセラミツク素材粉末を被覆したガラスの焼
結により硬化した硬化セラミツク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、セラミツク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セラミツク素材
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、セラミ
ツク素材粉末にガラスを被覆したガラス被覆素材粉末が
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セラミツク素材ブ
ロツクを先ず形成する。

【００１８】この固化セラミツク素材ブロツクは、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ガ
ラス被覆セラミツク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
固化セラミツク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、固化セラミツク素材型を容易に形成でき
る。

【００２０】固化セラミツク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、セラミツク
素材粉末を被覆しているガラスが溶融していわゆる焼結
により相互に結合し、結果としてセラミツク素材粉末が
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セラミツク素材型が得られ
る。

【００２１】しかもこの硬化セラミツク素材型は、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
がセラミツク素材及びガラスのセラミツク材料が占める
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】またセラミツク素材粉末を平均粒径３０ミ
クロン以下の微粉末とすると、密度の高い硬化セラミツ
ク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セラミツク
素材粉末に対して０．５乃至１０容量％と少なくする
と、硬化セラミツク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】まずアルミナ系、窒化ケイ素系、ジルコニ
ア系等のセラミツク単体或いはこれらのセラミツクの混
合粉末をセラミツク素材粉末４として準備する。

【００２６】セラミツク素材粉末４が用意されたなら、
第１工程として、図２に示すように、セラミツク素材粉
末４にガラス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ガラス被覆セラミツク素材粉
末６を形成する。

【００２７】特にセラミツク素材粉末４を母粒子とし、
ガラスのフイリツト或いはビーズを子粒子として、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、セラミツク素材粉末４と
ガラス被覆５との境界に結合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工程では前記したガラス被覆セラミツ
ク素材粉末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セラミ
ツク素材成形用原料粉末７を形成する。

【００２９】このセラミツク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 セラミツク素材粉末 平均粒径２０ミクロンの ガラス被覆アルミナ粉末 １００重量部 バインダー ＰＶＡ５重量％水溶液 １０ 〃 配合例２ セラミツク素材粉末 平均粒径８ミクロンの ガラス被覆窒化ケイ素粉末 １００重量部 バインダー 澱粉１０重量％水溶液 １０ 〃

【００３０】このようなセラミツク素材成形用原料粉末
７を形成するに当たっては、セラミツク素材粉末の粒径
と、このセラミツク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セラミツク素
材型を得ると同時に、後に説明する固化セラミツク素材
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】すなわちセラミツク素材粉末の粒径は最終
的に形成され簡易型となる硬化セラミツク素材型の密度
に影響し、密度が高く緻密な硬化セラミツク素材型を形
成するためにはセラミツク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】又セラミツク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セ
ラミツク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セラミツク素材ブ
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】勿論セラミツク素材粉末に対するバインダ
ーの配合量が多いと硬化セラミツク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セラミツク素
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、セラミツク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１
〜３％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セラミツク素
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セラミツク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０．３ｔｏｎ程度の低圧力で冷間プレス成形し、セラ
ミツク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セラミツク素材低圧成形ブロ
ツク８を形成したなら、第４工程としてセラミツク素材
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、ガラス被覆セラミツク素材
粉末６がバインダー９により結合された固化セラミツク
素材ブロツク１０を形成する。

【００３６】粉末固化セラミツク素材ブロツク１０は、
セラミツク素材成形用原料粉末７を利用してのセラミツ
ク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
けでガラス被覆セラミツク素材粉末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セラミツク素材ブロツク１０を簡易
型の形状に機械加工し、固化セラミツク素材型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
末固化セラミツク素材ブロツク１０のガラス被覆セラミ
ツク素材粉末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
て形成された固化セラミツク素材型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、ガ
ラス被覆セラミツク素材粉末６が表面を覆うガラス被覆
５が相互に熱融着して焼結状態になり、これを冷却すれ
ば硬化セラミツク素材型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、形成された硬化セラミツク素材型１２
を直ぐにモールドベースに取り付けてガラス成形用の簡
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、セラミツク素材成形用原料粉末７として、前
記配合例１に示したガラス被覆アルミナ粉末を利用して
製造した簡易型の特性を従来のセラミツク粉入り合成樹
脂簡易型と比較すると、熱伝導率は、１ｃｍ・ｓｅｃ・
℃当たり０．０４〜０．０５ｃａｌと０．００１〜０．
００３ｃａｌ、引っ張り強さは、１平方ｃｍ当たり３０
００〜４０００Ｋｇ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、６
０秒と３００秒とであり、型寿命は、５００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セラミツク素材粉末のガラス被覆の
焼結は起きるもののセラミツク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】 ガラス被覆セラミツク素材粉
末、

【図３】 固化セラミツク素材ブロツ
ク、

【図４】 硬化セラミツク素材型、

【図５】 従来簡易型。

【符号の簡単な説明】

４ セラミツク素材粉末 ５ ガラス被覆 ６ ガラス被覆セラミツク素材粉末 ７ セラミツク素材成形用原料粉末 ８ セラミツク素材低圧成形ブロツク ９ バインダー １０ 固化セラミツク素材ブロツク １１ 固化セラミツク素材型 １２ 硬化セラミツク素材型

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミツクの素材粉末にガラスを被覆して
   ガラス被覆セラミツク素材粉末を形成する工程、ガラス
   被覆セラミツク素材粉末にバインダー溶液を混合したセ
   ラミツク素材成形用原料粉末を形成する工程、セラミツ
   ク素材成形用原料粉末を低圧成形し棒状、板状等のセラ
   ミツク素材低圧成形ブロツクを形成する工程、セラミツ
   ク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セラミツク素材ブロツクを形成す
   る工程、固化セラミツク素材ブロツクを型形状に機械加
   工し固化セラミツク素材型を形成する工程、固化セラミ
   ツク素材型をマイクロ波加熱しセラミツク素材粉末を被
   覆したガラスの焼結により硬化した硬化セラミツク素材
   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】セラミツク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セラミツク素材粉末
   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。