JPWO2012173053A1 - 電磁波照射成形装置及び電磁波照射成形方法 - Google Patents
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Abstract
Description
これ以外にも、例えば、特許文献1においては、ゴム製の成形型のキャビティ内に熱可塑性樹脂を充填する際に、成形型の表面から熱可塑性樹脂に波長が0.01〜100mである電磁波を照射し、成形型を構成するゴムと熱可塑性樹脂との物性の違いにより、ゴム製の成形型に比べて、熱可塑性樹脂を強く加熱することが開示されている。
また、例えば、特許文献2においては、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を照射して熱可塑性樹脂組成物を加熱成形するためのゴム型におけるキャビティの内壁面に、赤外線吸収性能を有する表面層を形成することが開示されている。
そのため、各部の肉厚の変化が大きい成形品、複雑な形状の成形品等を、安定して成形するためには十分ではない。
0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を照射する電磁波照射手段とを備え、
上記成形型は、複数の成形型部に分割されており、該成形型部の間には、熱可塑性樹脂を充填して成形品を成形するためのキャビティが形成されており、
該キャビティの内壁面の少なくとも一部には、上記特定電磁波を吸収する性能を有する表面層が形成されていることを特徴とする電磁波照射成形装置にある。
熱可塑性樹脂の成形品を成形するに当たっては、キャビティ内に熱可塑性樹脂を配置し、電磁波照射手段によって、成形型の表面から0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を熱可塑性樹脂に照射する。このとき、照射の初期の段階においては、特定電磁波が表面層に吸収され、表面層に近い部分の熱可塑性樹脂が、表面層からの熱伝導によって加熱される。このとき、熱可塑性樹脂の種類によっては、溶融し、表面層に近い部分から内部へと溶融箇所が拡大していく。
特に、加熱されたときに、誘電力率が上昇する性質を有する熱可塑性樹脂の場合には、加熱された熱可塑性樹脂自体が、特定電磁波を効果的に吸収するようになる。これにより、熱可塑性樹脂が自ら発熱し、熱可塑性樹脂の全体がより効果的に加熱され、熱可塑性樹脂の全体を短時間で溶融させることができる。
上記電磁波照射成形装置において、上記成形型を構成する絶縁性材料は、ゴム材料、セラミックス材料等の絶縁性を有するものとすることができる。
上記表面層は、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を吸収して、そのエネルギーを熱に変換して発熱する種々の材料から構成することができる。表面層は、上記複数の成形型部を作製する際に、成形型部のキャビティを形成する部分に一体的に形成することができる。また、表面層は、作製した成形型部のキャビティの内壁面に貼り付けて、又は塗布して形成することもできる。
誘電性付与物質としては、誘電力率が0.01以上の物質を用いることができる。
成形型の一般部をゴムから形成し、表面層は、ゴムに対して誘電性付与物質を添加して形成することが好ましい。この場合には、成形型のキャビティに成形する成形品が複雑形状であっても、容易にこれを成形することができる。また、ゴムを用いることにより、キャビティの場所に依存せず、均一に熱可塑性樹脂を加熱する効果を得やすい。さらに、ゴムを用いると成形型の製造が容易である。
また、例えば、大型の成形品を成形する場合には、一般部をゴムから構成することにより、熱可塑性樹脂を部分的に順次溶融させ、この溶融部分と向き合う成形型部の部分から、キャビティの容積を順次縮小させていくこともできる。これにより、成形型部のキャビティ内に、空隙ができないように熱可塑性樹脂を安定して行き渡らせることができる。この場合には、高密度で高外観である大型の成形品を得ることができる。
成形品を成形するための熱可塑性樹脂としては、種々のものを用いることができる。特に、上記電磁波照射装置においては、表面層が特定電磁波を吸収する性質を有している。そのため、熱可塑性樹脂には、特定電磁波の吸収しやすさを示す誘電力率(tanδ)が、高いものから低いものまで、多くの種類のものを用いることができる。熱可塑性樹脂は、黒色等の色付きのものだけでなく、透明、半透明等の種々のものを用いることができる。
熱可塑性樹脂の誘電力率は、その種類によっては、誘電力率が温度、周波数に依存して、異なる値を示すものがある。
この場合には、一対の成形型部の間に、成形する成形品よりも大きな容積のキャビティを形成しておき、熱可塑性樹脂を溶融させる際に、キャビティの容積を縮小させて成形品を得ることができる。これにより、熱可塑性樹脂の使用量を少なくして成形品を成形することができる。
この場合には、キャビティ内の熱可塑性樹脂は、表面層に近い部分から先に溶融することになる。これにより、キャビティの内壁面において、真空経路が繋がる側に位置する熱可塑性樹脂の部分が溶融する時期が後になり、真空経路が、溶融した熱可塑性樹脂によって塞がれにくくすることができる。
この場合には、複数の成形型部の作製が容易であり、複数の成形型部におけるキャビティの内壁面に表面層を形成することが容易である。
誘電性付与物質の含有量が、表面層において5体積%未満である場合には、表面層が特定電磁波を吸収する性質を十分に発揮することができないおそれがある。一方、誘電性付与物質の含有量が、表面層において90体積%超過である場合には、表面層を構成する、誘電性付与物質以外の材料との混合が難しくなり、また、表面層の機械的強度が低下するおそれがある。
誘電性付与物質は、表面層において、10〜70体積%含有していることが好ましく、13〜50体積%含有していることがさらに好ましく、15〜35体積%含有していることが最も好ましい。この場合には、表面層がより効果的に特定電磁波を吸収して、キャビティ内の熱可塑性樹脂を熱伝導によって加熱、溶融させることができる。
この電磁波照射成形方法は、上記電磁波照射成形装置を用いて成形を行う方法であって、上記キャビティ内に熱可塑性樹脂を配置する配置工程と、上記キャビティ内に配置した熱可塑性樹脂に、上記電磁波照射手段から上記成形型を介して0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を照射する加熱工程と、上記熱可塑性樹脂を冷却して成形品を得る冷却工程とを含むことを特徴とする電磁波照射成形方法にある。
この場合には、配置工程、加熱工程及び冷却工程を行って、キャビティ内に熱可塑性樹脂の成形品を成形することができる。
この電磁波照射成形方法は、上記電磁波照射成形装置を用いて成形を行う方法であって、上記キャビティ内に粒子状態又は固形状態の熱可塑性樹脂を配置する配置工程と、上記キャビティ内に配置した熱可塑性樹脂に、上記電磁波照射手段から上記成形型を介して0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を照射する加熱工程と、上記熱可塑性樹脂を冷却して成形品を得る冷却工程とを含み、上記配置工程の後、上記加熱工程を行う際には、上記真空手段によって上記キャビティ内を吸引し、上記電磁波照射手段による上記特定電磁波の照射を受けて上記熱可塑性樹脂が溶融する際に、上記一対の成形型部が互いに接近して、容積が縮小した上記キャビティに上記熱可塑性樹脂の成形品を成形することを特徴とする電磁波照射成形方法にある。
本例の電磁波照射成形装置1は、図4に示すごとく、絶縁性材料からなる成形型2と、0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波Xを照射する電磁波照射手段4とを備えている。成形型2は、複数の成形型部2A,2Bに分割されており、成形型部2A,2B同士の間(成形型部2A,2B同士が合わさる部分)には、熱可塑性樹脂6を充填して成形品7を成形するためのキャビティ20が形成されている。キャビティ20の内壁面の少なくとも一部には、特定電磁波Xを吸収する性能を有する表面層3が形成されている。
まず、本例で参照する各図について説明する。
図1は、原位置P1にある一対の成形型部2A,2Bの間のキャビティ20に熱可塑性樹脂6を配置した状態を、正面から見た断面で示す。図2は、原位置P1にある一対の成形型部2A,2Bの間のキャビティ20に熱可塑性樹脂6を配置した状態を、側方(図1に直交する方向)から見た断面で示す。図3は、一方側ゴム型部2Aにおける吸引口271及び複数の吸引ゲート272の形成状態を、上方から見た状態の断面で示す。
図4は、特定電磁波Xの照射を受けた熱可塑性樹脂6が溶融して、一対の成形型部2A,2Bが若干互いに接近した状態を、正面から見た断面で示す。図5は、特定電磁波Xの照射を受けた熱可塑性樹脂6が溶融して、一対の成形型部2A,2Bが最も接近した接近位置P2にある状態を、正面から見た断面で示す。図6は、成形品7を正面から見た断面で示す。
図6に示すごとく、本例の電磁波照射成形装置1において成形する成形品7は、本体部71に対して、略垂直に又は傾斜して起立する立壁部72を形成してなるものである。本例の立壁部72は、本体部71に対する外縁部の全周から起立するものとした。これ以外にも、成形品7は、本体部71の適宜部分から立壁部72を略垂直に又は傾斜して起立させたものとすることができる。なお、後述する吸引口271に成形された成形部分73を切断して、成形品7とすることができる。
図1、図2に示すごとく、本例の複数の成形型部2A,2Bは、一対の成形型部2A,2Bから構成されている。一方側成形型部2Aには、被嵌入凹部20Aが設けられており、他方側成形型部2Bには、被嵌入凹部20Aに嵌入する嵌入凸部20Bが設けられている。一対の成形型部2A,2Bの間に形成されたキャビティ20は、その全周が被嵌入凹部20Aに嵌入された嵌入凸部20Bによって閉塞されている。
本例の被嵌入凹部20Aは、一方側成形型部2Aにおける環状嵌入凹部22及び環状外周凸部23によって形成されており、本例の嵌入凸部20Bは、他方側成形型部2Bにおける環状内周凸部26によって形成されている。
一対の成形型部2A,2Bの他方である他方側成形型部2Bは、キャビティ形成凸部21を内側に配置して成形品7の意匠面701を成形するキャビティ形成凹部25と、キャビティ形成凹部25の全周縁部において突出形成された環状内周凸部26とを有している。環状内周凸部26は、環状外周凸部23の内周面231に嵌入されて、環状嵌入凹部22内に配置される。
一方側成形型部2Aにおける環状外周凸部23の内周面231に対する、他方側成形型部2Bにおける環状内周凸部26の外周面263の嵌入によって、一対の成形型部2A,2Bを互いに接近させるために分割面205に形成した隙間29から溶融した熱可塑性樹脂6が漏れ出すことを容易に防止することができる。
図5に示すごとく、一対の成形型部2A,2Bは、キャビティ20内に配置された熱可塑性樹脂6が溶融する際に、一方側成形型部2Aにおける環状嵌入凹部22の底面221と、他方側成形型部2Bにおける環状内周凸部26の先端面261とが当接するまで接近するよう構成されている。
電磁波照射手段4は、マイクロ波(0.01〜1mの波長)又は高周波(1〜100mの波長)を照射するものを用いることができる。なお、電磁波照射手段4で用いるマイクロ波の範囲を周波数で示すと、0.01m(約30GHz)〜1m(約300MHz)となり、電磁波照射手段4で用いる高周波の範囲を周波数で示すと、1m(約300MHz)〜100m(約3MHz)となる。
一般的に、電磁漏洩による法令上の規制により、13.56MHz(約22.1m)、27.12MHz(約11.1m)、40.18MHz(7.46m)、2450MHz(約0.122m)付近の周波数の電磁波(高周波)がよく使用される。
本例の電磁波照射手段4においては、成形品7の形状の自由度が高く、スパークの発生が少なく、電磁漏洩の防止が容易であるなどの理由より、1000MHz(波長:0.3m)〜10GHz(波長:0.03m)のマイクロ波が好ましく用いられる。特に、本例の電磁波照射手段4においては、2450MHz付近の周波数をより好ましく用いることができる。
また、電磁波照射手段4としては、定格出力が100〜15000Wのものを用いることができ、低格出力が500〜3000Wのものを用いることがより好ましい。
図1に示すごとく、本例の電磁波照射成形装置1は、一対の成形型部2A,2B及び電磁波照射手段4以外に、キャビティ20内の真空引きを行う真空手段5を備えている。真空手段5は、一対の成形型部2A,2Bに接続するポンプであり、熱可塑性樹脂6が配置されたキャビティ20内の真空引きを行い、このキャビティ20内を真空状態にするよう構成されている。図4、図5に示すごとく、電磁波照射成形装置1は、キャビティ20内の圧力を一対の成形型部2A,2Bの外部の圧力よりも低くして、一対の成形型部2A,2Bに吸引力(型締め力)Fを発生させることにより、熱可塑性樹脂6が溶融する際に一対の成形型部2A,2Bが互いに接近するよう構成されている。
図4、図5に示すごとく、電磁波照射手段4は、他方側成形型部2Bの外側面206へ特定電磁波Xを照射するよう構成されている。そして、電磁波照射手段4から出射された特定電磁波Xは、他方側成形型部2Bにおけるキャビティ20の内壁面に形成された表面層3に照射され、この表面層3からキャビティ20内の熱可塑性樹脂6が加熱される。
一対の成形型部2A,2Bは、電磁波照射手段4による特定電磁波Xの照射を受けた熱可塑性樹脂6が溶融する際に、真空手段5によってキャビティ20内が吸引されることにより、互いに接近してキャビティ20の容積を縮小する構造に形成されている。
図1、図2に示すごとく、一方側成形型部2Aには、真空経路27として、一方側成形型部2Aの外側面からキャビティ形成凸部21の先端面211に開口する吸引口271と、一方側成形型部2Aの外側面から環状嵌入凹部22の底面221に開口する吸引ゲート272とが貫通形成されている。本例の吸引口271は、粒子状態の熱可塑性樹脂6Aをキャビティ20内へ投入するための投入口の機能も兼ねている。また、吸引口271には、本体空間201に配置された粒子状態の熱可塑性樹脂6Aが溶融する際に、この本体空間201に余剰になった溶融状態の熱可塑性樹脂6Bを溢れ出させることもできる。
一方側成形型部2Aにおいて他方側成形型部2Bと対向しない側には、バックアッププレート31が重ねて配置されている。そして、一方側成形型部2Aとバックアッププレート31との間には、真空手段5によって真空引きを行うための真空引き経路32が形成されている。真空引き経路32は、吸引口271及び複数の吸引ゲート272に連通されている。
図1、図2に示すごとく、各成形型部2A,2Bにおける一般部200は、絶縁性材料としてのゴム材料209であるシリコーンゴムからなる。本例の表面層3は、他方側成形型部2Bにおいてキャビティ20を形成する内壁面にのみ形成されている。一方側成形型部2Aにおいてキャビティ20を形成する内壁面には、表面層3は形成されていない。本例の表面層3は、基材としてのシリコーンゴムに対して、30℃、60Hzにおける誘電力率が0.01以上である誘電性付与物質を5〜90体積%含有して形成されている。
本例の表面層3は、シリコーンゴムからなる一般部200に対して、一体的に接合して形成されている。本例の誘電性付与物質は、炭化珪素である。
なお、誘電性付与物質としては、フェライト、チタン酸バリウム、カーボンブラック、黒鉛を用いることもできる。
誘電性付与物質の含有率が5体積%未満である場合には、特定電磁波Xの吸収能力が十分ではない。また、この場合には、特定電磁波Xを照射したときの表面層3の発熱効率が低下し、短時間での加熱が困難となる。また、キャビティ20内の熱可塑性樹脂6において局所的な加熱が生じやすくなる。一方、誘電性付与物質の含有率が90体積%超過である場合には、表面層3を構成する基材との混合が困難となり、表面層3の機械的強度が低下する。また、この場合には、特定電磁波Xを照射したときに、表面層3の内部、表面において、スパークが発生しやすくなることがある。
また、表面層3の厚みは、0.1〜10mmとすることができる。表面層3の厚みは、好ましくは0.5〜8mmとし、さらに好ましくは2〜7mmとすることができる。
表面層3を有する他方側成形型部2Bは、次のように作製することができる。
まず、塗布配置工程として、図7に示すごとく、製品形状を有する母型8の表面に対して、誘電力率が0.01以上である物質を含有させた機能付加ゴム材料30を塗布する。機能付加ゴム材料30は、母型8の表面と、塗り具(ウエス、ハケ等)とに付け、母型8の表面にできるだけ均一に伸ばす。そして、図8に示すごとく、機能付加ゴム材料30が塗布された母型8と、嵌入凸部20Bを成形するための補助型81とを、型取り枠82内に配置する。
こうして、表面層3を有する他方側成形型部2Bを作製することができる。
まず、充填工程として、図10に示すごとく、製品形状を有する母型8と、嵌入凸部20Bを成形するための補助型81とを型取り枠82内に配置し、型取り枠82内にゴム材料209を充填する。次いで、取出工程として、図11に示すごとく、母型8及び補助型81を、完全硬化する前のゴム材料209から取り出す。次いで、塗布配置工程として、母型8の表面と、母型8の表面形状を転写したゴム材料209の内表面との少なくとも一方に対して、誘電力率が0.01以上である物質を含有させた機能付加ゴム材料30を塗布する。そして、完全硬化する前の所定の半硬化状態であるゴム材料209の内部に、母型8を再び配置する。
次いで、成形工程として、機能付加ゴム材料30によって、母型8の表面形状を転写した表面層3を形成するとともに、ゴム材料209によって一般部200を形成して、ゴム型を成形する。その後、再取出工程として、母型8をゴム型から再び取り出す。
こうして、表面層3を有する他方側成形型部2Bを作製することができる。
表面層3を構成する材料を熱可塑性樹脂の材料とした場合には、熱可塑性樹脂の混練時に、誘電性付与物質である無機化合物粉体を混練する。また、表面層3を構成する材料を塗料として使用する場合には、塗料の調製時に、誘電性付与物質である無機化合物粉体を混練する。
なお、表面層3は、一般部200との一体的な成形を行う以外にも、種々の方法によって形成することができる。表面層3は、例えば、表面層3を形成するための材料を、キャビティ20の内壁面に塗布して形成することができる。また、表面層3は、シート状に形成したものを、キャビティ20の内壁面に貼り付けて、形成することもできる。
まず、配置工程として、図12に示すごとく、製品形状を有する母型8と、被嵌入凹部20Aを成形するための補助型81とを型取り枠82内に配置する。次いで、充填工程として、図13に示すごとく、型取り枠82内にゴム材料209を充填する。次いで、成形工程として、ゴム材料209が硬化するまで冷却維持し、母型8の表面形状を転写した一般部200を形成して、一方側成形型部2Aを成形する。また、補助型81によって被嵌入凹部20Aを成形する。その後、取出工程として、母型8及び補助型81を他方側成形型部2Bから取り出す。
こうして、一方側成形型部2Aを作製することができる。
成形品7を成形する熱可塑性樹脂6としては、粒子状態のもののみを用いることができる。また、この熱可塑性樹脂6としては、粒子状態のものと固形状態のものとを併用することもできる。この場合には、キャビティ20の一部に固形状態のものを配置し、キャビティ20の残部に粒子状態のものを配置する。
ここで、粒子状態とは、球状、円筒状、粉砕品に見られる不定形状等の状態のことをいう。固形状態とは、板状、棒状、線状等の状態のことをいい、目的とする成形品7の形状によって適宜選択することができる。粒子状態の熱可塑性樹脂6は、2種以上の形状のものを混合して用いることができ、固形状態の熱可塑性樹脂6は、2種以上の形状のものを混合して用いることができる。
また、熱可塑性樹脂6は、目的や用途に応じて、繊維状、粒子状、板状等の充填剤、メタリック顔料等の加飾剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、老化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、耐候剤、可塑剤、滑剤、抗菌剤、親水性付与剤、淡色系着色剤等の添加剤を含有していてもよい。
同表において、塩化ビニルは、周波数が高くなるほど誘電力率が高くなる性質を有していると考えられる。
同表において、塩化ビニル、ポリアミド、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)は、温度が高くなるほど誘電力率が高くなる性質を有していると考えられる。
まず、配置工程として、図1、図2に示すごとく、一対の成形型部2A,2Bの間に形成するキャビティ20内に粒子状態の熱可塑性樹脂6Aを配置する。このとき、熱可塑性樹脂6Aは、一方側成形型部2Aに形成した吸引口(投入口)27から互いに組み合わせた状態の一対の成形型部2A,2Bの間のキャビティ20内へ投入することができる。また、熱可塑性樹脂6Aは、開いた状態の他方側成形型部2Bにおけるキャビティ形成凹部25に対して配置することもできる。この場合、熱可塑性樹脂6Aを配置した状態の一対の成形型部2A,2Bを互いに組み合わせる。
また、図1、図2に示すごとく、一対の成形型部2A,2Bを組み合わせた状態においては、一方側成形型部2Aにおける環状外周凸部23の内周面231と、他方側成形型部2Bにおける環状内周凸部26の外周面263とによって、一対の成形型部2A,2Bの間に形成された分割面205の全周が閉塞される。
そして、図4に示すごとく、真空手段5による真空引きを継続した状態で、電磁波照射手段4によって他方側成形型部2Bにおける外側面206へ0.01〜100mの波長領域の特定電磁波Xを照射する。このとき、特定電磁波Xを照射する初期の段階において、特定電磁波Xの多くは他方側成形型部2Bの一般部200を透過し、他方側成形型部2Bにおけるキャビティ20の内壁面に設けた表面層3に吸収される。
特に、加熱されて溶融したときに、誘電力率が上昇する性質を有する熱可塑性樹脂6の場合には、溶融した熱可塑性樹脂6B自体が、特定電磁波Xを効果的に吸収するようになる。これにより、熱可塑性樹脂6の全体がより効果的に加熱され、熱可塑性樹脂6の全体を短時間で溶融させることができる。
また、キャビティ20内の熱可塑性樹脂6Aが溶融を開始した後も、真空手段5によるキャビティ20内の真空引きを継続する。
次いで、冷却工程として、一対の成形型部2A,2Bにおけるキャビティ20に溶融した熱可塑性樹脂6Bが充填された状態を維持する。このとき、溶融した熱可塑性樹脂6Bが冷やされて固化する。そして、本体空間201に本体部71が成形されるとともに、立壁空間202に立壁部72が成形され、熱可塑性樹脂6の成形品7が成形される。
その後、取出工程として、一対の成形型部2A,2Bを離型して、成形した成形品7を取り出すことができる。
成形型2の表面からキャビティ20内の熱可塑性樹脂6Aに特定電磁波Xを照射する際には、表面層3に対して誘電加熱が効果的に行われ、表面層3において生ずる誘電体損失によって、表面層3が加熱される。そして、表面層3からの熱伝導によって、キャビティ20内の熱可塑性樹脂6Aを加熱、溶融させることができる。
それ故、電磁波照射成形装置1及び電磁波照射成形方法によれば、各部の肉厚の変化が大きい成形品7、複雑な形状の成形品7等を、優れた外観及び高い寸法精度で安定して成形することができる。
0.01〜100mの波長領域の電磁波(マイクロ波又は高周波)を出射する電磁波照射手段4を用いることにより、0.78〜2μmの波長領域の電磁波(近赤外線)を出射する電磁波照射手段4を用いる場合に比べて、キャビティ20内の熱可塑性樹脂6を加熱する熱効率を向上させることができる。この熱効率とは、電磁波照射手段4から出射された電磁波の熱量のうち、熱可塑性樹脂6の加熱に用いられた熱量の割合のことをいう。
近赤外線の場合は、電磁波が拡散しやすく、電磁波が空気にも吸収されてしまう。そのため、この場合の熱効率は、20%程度となる。これに対し、マイクロ波又は高周波の場合は、空気に吸収されることはなく、誘電力率が高い物質にのみ吸収される。そのため、この場合の熱効率は、60%以上となる。
近赤外線の場合は、エネルギーの拡散、空気吸収等の影響によって、照射距離の二乗に比例して照射強度が減衰する。そのため、この場合には、照射距離をあまり大きくすることはできない。これに対し、マイクロ波又は高周波の場合は、照射強度の減衰が少なく、照射距離を大きくすることもできる。また、この場合には、特定電磁波Xが局所的な部位にも到達し易く、3次元の複雑な形状の成形品7を成形することも容易になる。
近赤外線の場合は、電磁波が熱可塑性樹脂6の表面にのみ吸収され、熱可塑性樹脂6の内部は、熱伝導によってのみ加熱される。これに対し、マイクロ波又は高周波の場合は、電磁波が、熱可塑性樹脂6の表面に吸収されるだけでなく、熱可塑性樹脂6の内部にも吸収される。つまり、熱可塑性樹脂6の内部は、電磁波が直接吸収される分と、電磁波が熱伝導によって伝わる分との相乗効果によって加熱される。そのため、この場合には、電磁波を照射する際に、熱可塑性樹脂6の特定の部位が他の部位の影になっている場合でも、この特定の部位を効果的に加熱することができる。
近赤外線の場合は、電磁波が熱可塑性樹脂6の表面にのみ吸収され、熱可塑性樹脂6の内部は、熱伝導によってのみ加熱される。これに対し、マイクロ波又は高周波の場合は、熱可塑性樹脂6の種類によっては、温度の上昇とともに誘電力率(tanδ)が上昇する性質を有するものがある。この性質を有する場合、所定の温度までの加熱の大半は表面層3からの熱伝導によるが、所定の温度以上になると、誘電力率の上昇によって自ら発熱する割合が大きくなる。そのため、成形型2を加熱しすぎることを回避し、成形型2の寿命を向上させることができる。
近赤外線を出射する電磁波照射手段4を用いる場合は、熱可塑性樹脂6の全体に電磁波が照射されるように、電磁波照射手段4又は成形型2を移動させる手段が必要であった。これに対し、マイクロ波又は高周波の場合は、例えば、成形型2を水平方向に載置した状態で電磁波を照射することができる。そのため、この場合には、近赤外線の場合に用いる電磁波照射手段4又は成形型2を移動させる手段を不要にすることができる。
近赤外線を出射する電磁波照射手段4を用いる場合は、電磁波を、成形型2を透過させて熱可塑性樹脂6に照射するために、成形型2には、電磁波を透過させる性質を有するものを用いる必要があった。これに対し、マイクロ波又は高周波の場合は、絶縁性を有する成形型2であれば、ゴム、樹脂以外にも、セラミックス(陶器)、木材等の剛性の高い材質も、成形型2の外郭部に使用することができる。そのため、大型の成形品7を成形する場合に生じ得る自重変形の問題を回避することができる。
本確認試験においては、一般部200を、シリコーンゴムから構成し、表面層3を、炭化珪素(SiC)を25.7体積%含有するシリコーンゴムから構成した成形型2によって、熱可塑性樹脂6としてのABS樹脂の成形品7を成形する場合について、電磁波照射手段4によって2450MHz(約0.122m)の特定電磁波X(マイクロ波)を照射したときの表面層3とABS樹脂との温度変化を測定した。また、炭化珪素には、太平洋ランダム製のNC#1000(50%平均粒子径(重量基準)11μm)を用いた。また、表面層3の厚みは5mmとした。
この温度変化の様子を、図16に示す。同図は、横軸に時間をとり、縦軸に温度をとって、加熱されたときの表面層3及びABS樹脂(熱可塑性樹脂6)の温度の変化を示す。
ABS樹脂は、体積平均粒子径700μm、嵩比重0.55の粒子状態であるマイクロペレットとした。ABS樹脂は、加熱前期においては、表面層3の温度上昇に追従して温度が緩やかに上昇した。これは、表面層3からの熱伝導によってABS樹脂が加熱されたためである。そして、ABS樹脂の温度が120℃に到達した後の加熱後期においては、ABS樹脂は、温度上昇が急激になり、表面層3の温度を超えて加熱された。また、表面層3の厚みが1mmと薄い場合には、温度上昇の開始までに長く時間がかかった。
マイクロ波による加熱は、誘電加熱であり、その発熱量は、誘電力率(tanδ)に依存する。ABS、塩ビ等の熱可塑性樹脂6の誘電力率は、室温から100℃付近までは低いが、温度上昇とともに、大きくなることが知られている。従って、表面層3に接するABS樹脂の部分の温度が高くなるのに伴い、ABS樹脂の部分の発熱が加速されて、熱伝導と自らの発熱とによる相乗効果によって、ABS樹脂の全体が急激に加熱されたと考える。
Claims (7)
- 絶縁性材料からなる成形型と、
0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を照射する電磁波照射手段とを備え、
上記成形型は、複数の成形型部に分割されており、該成形型部の間には、熱可塑性樹脂を充填して成形品を成形するためのキャビティが形成されており、
該キャビティの内壁面の少なくとも一部には、上記特定電磁波を吸収する性能を有する表面層が形成されていることを特徴とする電磁波照射成形装置。 - 請求項1に記載の電磁波照射成形装置において、該電磁波照射成形装置は、上記キャビティ内の真空引きを行う真空手段を備えており、
上記複数の成形型部は、一対の成形型部であり、該一対の成形型部の一方である一方側成形型部には、被嵌入凹部が設けられており、上記一対の成形型部の他方である他方側成形型部には、上記被嵌入凹部に嵌入する嵌入凸部が設けられており、
上記一対の成形型部の間に形成された上記キャビティは、その全周が上記被嵌入凹部に嵌入された上記嵌入凸部によって閉塞されており、
上記一対の成形型部は、上記電磁波照射手段による上記特定電磁波の照射を受けた上記熱可塑性樹脂が溶融する際に、上記真空手段によって上記キャビティ内が吸引されることにより、互いに接近して上記キャビティの容積を縮小する構造に形成されていることを特徴とする電磁波照射成形装置。 - 請求項2に記載の電磁波照射成形装置において、上記一方側成形型部には、上記キャビティを上記真空手段に繋げるための真空経路が形成されており、
上記表面層は、上記他方側成形型部における上記キャビティの内壁面に形成されており、
上記電磁波照射手段は、上記他方側成形型部の外側面へ上記特定電磁波を照射するよう構成されていることを特徴とする電磁波照射成形装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の電磁波照射成形装置において、上記複数の成形型部において上記表面層以外の一般部は、シリコーンゴム又はフッ素ゴムから構成されており、
上記表面層は、シリコーンゴム又はフッ素ゴムに対して、誘電性付与物質としての炭化珪素、フェライト、チタン酸バリウム、カーボンブラック、黒鉛の1種又は2種以上を、5〜90体積%含有させて構成されていることを特徴とする電磁波照射成形装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電磁波照射成形装置を用いて成形を行う方法であって、
上記キャビティ内に熱可塑性樹脂を配置する配置工程と、
上記キャビティ内に配置した熱可塑性樹脂に、上記電磁波照射手段から上記成形型を介して0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を照射する加熱工程と、
上記熱可塑性樹脂を冷却して成形品を得る冷却工程とを含むことを特徴とする電磁波照射成形方法。 - 請求項2又は3に記載の電磁波照射成形装置を用いて成形を行う方法であって、
上記キャビティ内に粒子状態又は固形状態の熱可塑性樹脂を配置する配置工程と、
上記キャビティ内に配置した熱可塑性樹脂に、上記電磁波照射手段から上記成形型を介して0.01〜100mの波長領域を含む特定電磁波を照射する加熱工程と、
上記熱可塑性樹脂を冷却して成形品を得る冷却工程とを含み、
上記配置工程の後、上記加熱工程を行う際には、上記真空手段によって上記キャビティ内を吸引し、上記電磁波照射手段による上記特定電磁波の照射を受けて上記熱可塑性樹脂が溶融する際に、上記一対の成形型部が互いに接近して、容積が縮小した上記キャビティに上記熱可塑性樹脂の成形品を成形することを特徴とする電磁波照射成形方法。 - 請求項5又は6に記載の電磁波照射成形方法によって成形したことを特徴とする成形品。
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