JPH10244595A - 光造形成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光造形技術で成形型を作製してその型を用いて
射出成形を行う方法で、型の破損を防止し良好な成形品
を得ることのできる光造形成形型を提供する。 【解決手段】光造形成形型の表面に複数層の層を形成
し、その層の膜の材料を線膨張係数を徐々に変化させ、
成形樹脂の収縮による喰い付きでの密着力を低減し成形
樹脂の熱での表面層１３ｓのひび割れ，剥離をできたの
で、型の破損を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光造形成形型に関
する。

【０００２】

【従来の技術】複雑な形状の構造物を短時間で作成する
方法として、光造形方法が注目されている。光造形方法
は、特開昭５６−１４４４７８号公報，特開昭６３−１
４１７２４号公報，特開平２−２２０３５号公報，特開
平２−１７８０２２号公報等に記載されているように、
三次元ＣＡＤのデータから等高線データを作成し、その
データに基づいて容器内の光硬化樹脂を硬化させて一層
ずつ積み重ねて所望の立体形状を作成する。

【０００３】しかし、光造形で使用できる材料が光硬化
樹脂に限定されているため、造形物の強度，耐熱性に問
題があり、作成物を実用サンプルとして利用するには不
十分であることが多い。

【０００４】そこで、光造形技術で作成した造形物を射
出成形用の型とし、実用と同じ成形材料を使用してサン
プルを作成する方法が特開平７−２０５１５７号公報，
特開平７−２７６５０７号公報等に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、光造形成形型
は樹脂製であり、従来の金型材料として用いられている
金属の炭素鋼，ステンレス鋼やアルミニウム等と比較す
ると、射出成形等に使用するには強度不足であり、造形
型に突起部があると破損するという問題点があった。そ
の現象を図を用いて説明する。

【０００６】光造形成形型の破損の説明図を図３に示
す。５１，５２は光造形で作製した光造形成形型であ
り、各々固定型４２，可動型４３に組み込まれている。
可動型光造形型５２には突起部５２ａが存在している。
６４は光造形成形型５１，５２に囲まれた空間で成形さ
れる樹脂が充填されるキャビティである。

【０００７】図３（ａ）の初期状態の成形型に、射出成
形機（図示せず）よりスプル，ランナ，ゲート（いずれ
も図示せず）等を介して、溶融状態の成形樹脂６５がキ
ャビティ６４内に充填される。成形樹脂６５は冷却され
ると収縮し、図３（ｂ）に示すように突起部５２ａに喰
い付いて密着する。この密着力が成形品の付き出し時に
図３（ｃ）に示すように抵抗力となり、この抵抗力によ
り図３（ｄ）に示すように光造形成形型５２の突起部５
２ａを破損させることがある。破損した型で成形を継続
すると、破損した部分に成形樹脂が充填され、不要部分
が形成される。

【０００８】光造形成形型を使用してサンプルを作成す
る最大のメリットは、短期間で成形品を作成できること
にあるが、型の破損が発生し補修を行わなければならな
いとなるとその効果は得られない。成形品を手直しする
ことも考えられるが、数量が多い場合には時間を要す
る。

【０００９】したがって光造形型を用いた射出成形で
は、型の破損の発生を防止することが不可欠である。

【００１０】本発明の目的は、良好な成形品を得られる
光造形成形型を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】光造形成形型の破損は、
冷却された樹脂と光造形成形型との密着力により発生す
るものであるから密着力を低減することにより防止でき
る。

【００１２】ここで、密着力の要因は、造形状態での光
造形成形型の表面粗さや、樹脂である光造形直接型材料
の成形樹脂との親和性などである。

【００１３】そこで、型の破損防止は光造形成形型の表
面に成形樹脂との親和性の小さい表面層を設け、またそ
の表面粗さを小さくすることにより達成できる。

【００１４】しかしながら、本発明者らの実験によると
図４に示すように単に光造形成形型５２の表面にメッキ
等で成形樹脂との不親和性の材料の膜を表面層５３とし
て設けた場合、成形中に成形樹脂からの熱により型の温
度が上昇し、表面層５３の線膨張係数と光造形成形型５
２の線膨張係数の差によって伸び量が異なり、表面層５
３にひび割れが発生したり剥離が生じるという問題点が
あることが判った。

【００１５】この問題点は、光造形直接型に表面層を含
めて複数層の層を設けることとして、その層によって材
質の線膨張係数を徐々に変化させて、最終的に成形樹脂
との不親和性すなわち成形樹脂の離型性が良くてかつ表
面粗さの小さい表面層とすることで改善できる。すなわ
ち、線膨張係数の関係は、光造形成形型＞第１層＞(第
ｎ層）＞表面層、もしくは光造形成形型＜第１層＜（第
ｎ層）＜表面層である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光造形成形型を用
いた射出成形の一実施例を図により説明する。

【００１７】図１は本発明の光造形成形型を用いた成形
型の一実施例を示す断面図である。成形型１は、固定型
２，可動型３，固定側取付板４，可動側取付板５，スペ
ーサブロック６，突出板７，突出ピン８から構成されて
いる。固定型２には固定側光造形成形型１１が、可動型
３には可動側光造形成形型１２が組み込まれている。固
定側光造形成形型１１および可動側光造形成形型１２
は、図示しない光造形装置で光硬化樹脂を硬化させて作
成したものである。本実施例では、固定側光造形型１
１，可動側光造形型１２は各々２組組み込んでいる。

【００１８】固定型２には、成形機１４から射出される
溶融樹脂が通過するスプル２１が設けてある。また可動
型３には同様に樹脂が流動するランナ２２，ゲート２３
が設けてある。そして固定側光造形成形型１１と可動側
光造形成形型１２に囲まれた空間は最終的に樹脂を成形
品形状に賦型するキャビティ２４である。可動型２，ス
ペーサブロック６および可動側取付板５に囲まれた空間
は突出板７が成形品を突出ピン８により突き出す時に摺
動するための空間である。

【００１９】ここで、光造形成形型１２には図２に示す
ように破損を生じやすい突起部１２ａが存在している。
さらに光造形成形型１２の表面には３層の膜１３ａ，１
３ｂ，１３ｓが形成されている。光造形成形型１２の材
質はウレタンアクリレートに無機物を添加したとし、光
造形成形型１２に最も近い第１層の膜１３ａの材質を亜
鉛、次の第２層の膜１３ｂの材質をアルミ、第３層であ
る表面層１３ｓの膜の材質をニッケルとした。各々の層
の膜の厚さは５０〜１００ミクロンである。表面層に用
いたニッケルは、レンズ等の光学部品用の成形金型の表
面処理にも使用されており、成形樹脂の離型性に優れ、
表面粗さも小さく仕上げることが可能である。表面層１
３ｓの表面粗さは１０μ以下になっている。

【００２０】光造形成形型１２と各層の膜１３ａ，１３
ｂ，１３ｓの材質の線膨張係数の関係は次の通りであ
る。光造形成形型＞第１層＞第２層＞表面層。

【００２１】以上のように構成された成形型を用いた射
出成形型の動作は次の通りである。

【００２２】射出成形機３１から溶融樹脂がスプル２１
に注入される。注入された樹脂は、さらにランナ２２，
ゲート２３を通過しキャビティ２４に充填される。その
後、冷却工程により充填された成形樹脂が冷却され、次
成形のための計量工程を経て、突出工程で成形品が突出
ピン７にて突出される。ここで樹脂成形品は光造形成形
型１２の表面層１３ｓに接しているが、成形樹脂と表面
層１３ｓの膜の材料の親和性は小さく、また表面層１３
ｓの表面粗さが小さいため、成形樹脂の型への密着力は
小さく、すなわち突出しの抵抗力が小さく突き出し時に
型破損は発生しない。また、成形時の成形樹脂の熱によ
る光造形成形型と各層の伸び量は、線膨張係数の大きい
光造形成形型１２が最も大きく、その次に第１層１３
ａ，第２層１３ｂの順に小さくなり、表面層１３ｓが最
も小さい。徐々に伸び量が小さくなり、隣接する層での
伸び量の変化が小さいため、ひび割れや剥離は生じなか
った。

【００２３】このように、光造形成形型の表面に複数層
の層を形成し、その層の膜の材料を線膨張係数を徐々に
変化させたことにより、光造形成形型の破損が生じず、
長期間使用することができた。

【００２４】本実施例では、光造形成形型の表面に形成
する層を３層としたが必ずしも３層必要ではなく２層で
あっても隣接する層の線膨張係数の差が小さくて表面層
での成形樹脂の離型性が良好であれば同様の効果が得ら
れる。また４層以上であっても差し支えない。

【００２５】また型の破損が生じる突起部の存在する可
動側光造形成形型のみに複数層の層を形成しているが、
固定側光造形成形型にも形成するとさらに効果は大き
い。

【００２６】光造形成形型の材料はウレタンアクリレー
ト系のほかに、エポキシアクリレート系の樹脂等や、そ
れらに充填剤を添加したものを用いることができる。ま
た、表面に構成する材質は、本実施例に使用した材質に
限らず、シリコーンのハードコート剤等種々の材質を選
択することが可能である。

【００２７】なお、本実施例では２個取りの型構造とし
たが、１個取りでも多数個取りであっても本発明の本質
を損なうものではない。さらにキャビティ２４を光造形
型１１，１２で構成したが、光造形成形型１１，１２の
いずれか一方が金属型であっても、また光造形型１１，
１２のいずれか一方もしくは両方が金属物との複合構造
であってもその効果に変わりはない。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、光造形成形型の表面に
複数層の層を形成し、その層の膜の材料を線膨張係数を
徐々に変化させることにより、成形樹脂の収縮による喰
い付きでの密着力を低減するとともに成形樹脂の熱での
表面層のひび割れ，剥離をできたので、型の破損を防止
することができ良好な成形品を数多く得ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光造形成形型を用いた成形型の一実施
例を示す断面図。

【図２】本発明の光造形成形型の一実施例を示す断面
図。

【図３】従来の光造形成形型を用いた射出成形での型破
損の一実施例を示す断面図。

【図４】従来の光造形成形型の問題点を示す断面図。

【符号の説明】

１…成形型、２…固定型、３…可動型、４…固定側取付
板、５…可動側取付板、６…スペースブロック、７…突
出板、８…突出ピン、１１…固定側光造形成形型、１２
…可動側光造形成形型、２１…スプル、２２…ランナ、
２３…ゲート、２４…キャビティ、３１…圧力検出セン
サ。

フロントページの続き (72)発明者 小澤 雅彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内 (72)発明者 遠藤 敏朗 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内 (72)発明者 村中 昌幸 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株 式会社日立製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光硬化樹脂を紫外線レーザで硬化させて積
   層することにより作製した光造形物の成形型において、
   前記光造形物の表面に、表面層を含め複数層の膜を形成
   することを特徴とする光造形成形型。
2. 【請求項２】請求項１において、前記光造形物と表面層
   の間に存在する層の線膨張係数が、光造形物に近い層か
   ら順に、表面層に近づくにしたがって、光造形物の線膨
   張係数に近い値から表面層の膜の線膨張係数に近づく光
   造形成形型。