JP5816625B2 - 成形型及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形体を成形する際に使用される成形型に関する。

従来より、ウレタン成形体等の成形体が成形型を使用して製造される際、通常、以下の工程が順に実行される。先ず、成形型の成形面により画定される成形空間に成形体の前駆体であるスラリー等が注入される。次いで、係るスラリー等が固化（及び乾燥）されて、成形空間内に成形体が形成される。そして、成形体から成形型が取り除かれることにより（離型されて）、成形体が得られる。

係る離型の際、成形型の成形面に成形体が粘着することがある。係る成形体の粘着の発生を抑制する（即ち、離型性を向上する）ため、成形型の成形面にフッ素樹脂層を設ける技術が広く知られている（例えば、特開２００６−２６４２２５号公報を参照）。

例えば、上記文献では、成形型の成形面にニッケル等を含む下地メッキ層が形成され、その下地メッキ層の上にフッ素樹脂層がコーティングにより形成されることが記載されている。上記文献では、これらの処理により、成形型の成形面では、下地メッキ層によって硬度が確保されるとともに、フッ素樹脂層によって良好な離型性が得られる、と記載されている。

ところで、上記文献に記載のようにフッ素樹脂層がコーティングにより形成される場合、フッ素樹脂層の表面（即ち、スラリー等が実際に接触する面、実際の成形面）に大きな（例えば、深さが０．０１ｍｍ以上の）窪み（欠け）が形成される、という問題が発生し得る。この大きな窪みは、フッ素樹脂層が比較的厚い場合に発生し易い。この大きな窪みは、コーティングされたフッ素樹脂層内に混入していた気泡が消滅すること等に起因して形成されると考えられる。

なお、フッ素樹脂層が比較的薄い場合、係る大きな窪みは形成され難い。しかしながら、特にセラミックスラリー等の硬い粉末を含むスラリーが使用された場合などでは、比較的少ない回数（例えば１０回程度）の使用のみで、フッ素樹脂層の表面の摩耗に起因して離型性が低下する現象が発生する、という問題が発生し得る。

本発明は、係る問題に対処するためになされたものであり、その目的は、実際の成形面となる樹脂層の表面に大きな窪みが存在しない、且つ耐久性のある成形型を提供することにある。

本発明に係る成形型は、基部と、前記基部の上に接合されるとともに表面が成形面を構成する樹脂層と、前記基部と前記樹脂層との間に介在するとともに前記基部と前記樹脂層とを接合する接着層とを備えている。加えて、前記基部は前記樹脂層と比べて剛性が高い。ここにおいて、例えば、前記樹脂層はフッ素樹脂からなり、前記基部は金属からなる。なお、「剛性」とは、材料のヤング率Ｅ[Ｎ／ｍ^２]と、厚み方向に関する断面２次モーメントＩ[ｍ^４]の積ＥＩのことを指す。

係る成形型は、例えば、前記基部の上に接着剤を用いて前記樹脂層が貼り付けられ、前記貼り付けられた樹脂層の表面に加工を加えることにより前記成形面が完成されることにより作製され得る。或いは、係る成形型は、成形により前記成形面が完成された前記樹脂層が形成され、前記形成された樹脂層が前記基部の上に接着剤を用いて貼り付けられることにより作製され得る。前記接着剤の材料（即ち、前記接着層を構成する材料）としては、異種材料用接着剤等の金属元素を含まない材料が使用され得る。

このように、上記成形型によれば、樹脂層の表面（即ち、スラリー等が実際に接触する面、実際の成形面）が加工、及び成形等によって完成され得る。従って、上記文献に記載した成形型（フッ素樹脂層がコーティングにより形成される成形型）と異なり、実際の成形面となる樹脂層の表面に大きな窪みが存在しない。具体的には、前記樹脂層の成形面（表面、平面部）に形成されている窪みの深さの最大値は０．００７ｍｍ以下であることが好ましい。

加えて、上記成形型によれば、樹脂層が、樹脂層より剛性が高い基部に張り付けられている。従って、樹脂層のみから構成される成形型と比べて、樹脂層が変形し難くなり、実際の成形面となる樹脂層の表面の形状精度をより一層高めることができる。具体的には、前記樹脂層の成形面の平面部分の平面度は、０．０３０ｍｍ以下とされ得る（詳細は後述）。

上記本発明に係る成形型においては、前記樹脂層の成形面を構成する材料には添加剤やプライマーが含まれないことが好適である。一般に、成形面を構成する材料に添加剤やプライマーが含まれていると、樹脂層内の樹脂成分の割合が低下することによって離型性が低下する。従って、上記構成によれば、良好な離型性を得ることができる。なお、前記樹脂層の内部（成形面を構成しない部分）には、添加剤やプライマーが含まれていてもよい。

上記本発明に係る成形型においては、前記樹脂層の成形面に対する水の接触角が６０°以上であることが好適である。前記樹脂層の成形面に対する水の接触角が８５°以上であると、より好ましい。これにより、良好な離型性を得ることができる。

上記本発明に係る成形型においては、前記樹脂層の最小厚さを０．１ｍｍ以上とすることができる。これにより、樹脂層が十分に厚くなり、この結果、樹脂層が比較的薄い場合に発生し易い上述した「フッ素樹脂層の表面の摩耗に起因して離型性が低下する現象」が発生し難くなる。即ち、成形型の耐久性が向上する。また、この構成は、上記文献に記載した成形型（フッ素樹脂層がコーティングにより形成される成形型）では、実現され得ない。

また、前記基部の接合面の平面部分の上に存在する前記樹脂層の成形面の部分において、高さが０．１ｍｍ以上の段差を形成することができる。また、この段差のエッジ部は、任意の形状（角形状、面取り形状、Ｒ形状など）に高精度に形成され得る。これは、上述したように、樹脂層が基部に張り付けられて基部と一体化されること、並びに、樹脂層の成形面が加工、及び成形等によって完成され得ることに基づく。この構成は、上記文献に記載した成形型（フッ素樹脂層がコーティングにより形成される成形型）では、実現され得ない。

また、前記基部が金属からなり、前記樹脂層が「ガラス転移点が１３０℃以上の樹脂材料」からなり、前記接着層が「ガラス転移点が８０℃以上の材料」からなることが好適である。前記接着層が「ガラス転移点が１００℃以上の材料」からなると更に好適である。従来より、成形型の離型性を向上するため、金属製の成形型の成形面に離型剤を塗布する技術が広く知られている。この場合、通常、離型剤としてガラス転移点が６０℃未満の材料（例えば、フッ素系ポリマー）が使用される。従って、成形型を用いて成形された成形体を、６０℃以上の高温で乾燥させると、離型剤が軟化してしまい、離型性が低下するという問題があった。これに対し、上記構成によれば、成形型を用いて成形された成形体を高温で乾燥させても、樹脂層及び接着層が軟化する現象が発生しないので、離型性が低下しない。

本発明の実施形態に係る成形型の一部の断面図である。 図１に示した成形型を第１の製造方法を用いて製造する際の第１工程図である。 図１に示した成形型を第１の製造方法を用いて製造する際の第２工程図である。 図１に示した成形型を第１の製造方法を用いて製造する際の第３工程図である。 図１に示した成形型を第２の製造方法を用いて製造する際の第１工程図である。 図１に示した成形型を第２の製造方法を用いて製造する際の第２工程図である。 図１に示した成形型を第２の製造方法を用いて製造する際の第３工程図である。 図１に示した成形型を第２の製造方法を用いて製造する際の第４工程図である。 樹脂層の成形面の平面部分の平面度の測定に使用された本発明の実施形態に係る成形型の一例を示す図である。

本発明に係る成形型は、例えば、セラミック原料粉末、分散媒、ゲル化剤、分散剤を含むスラリーの成形用原料からスラリーを作製し、これを注入して成形体を製造するための成形型に適用され得る。成形型の一部が本発明に係る成形型の構成を備えていればよいが、成形型の全体が本発明に係る成形型の構成を備えていることが好ましい。成形型が上型及び下型等のように複数の部分に分割されている場合、少なくとも１つの部分が本発明に係る成形型の構成を備えていればよい。

（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る成形型の一部の断面を示す。図１に示すように、この成形型は、基部１０と、表面が「成形面」を構成する樹脂層２０と、基部１０及び樹脂層２０を接合する接着層３０とを備える。本例では、基部１０と樹脂層２０の接合面は、平面である。なお、「成形面」とは、成形体を成形するための成形空間を画定する面であり、且つ、成形空間に注入された成形体の前駆体であるスラリー、ペースト等が実際に接触する面である。

基部１０は、例えば、アルミニウム系合金、ステンレス系、チタン、鉄系などの金属から構成される。基部１０は、樹脂層２０と比べて剛性が高い。即ち、基部１０は、樹脂層２０の変形を抑制する支持基板としての機能を発揮し得る。

樹脂層２０は、フッ素樹脂（フッ素系化合物）、シリコン樹脂（シリコン系化合物）、ＰＶＡなどの離型性の高い材料から構成される。フッ素系化合物としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ、ＰＣＴＦＥ、ＰＦＡ等が挙げられる。樹脂層２０を構成する材料のガラス転移点は１３０℃以上であることが好適である。

樹脂層２０の表面（図１における上面）は「成形面」として使用される。図１に示す例では、「成形面」は平面であり、且つ、その平面部Ｐ１の一部に凹部（段差）２１が形成されている。凹部（段差）２１が存在しなくてもよい。「成形面」の平面部Ｐ１に形成されている窪み（欠け）の深さの最大値は０．００７ｍｍ以下である。樹脂層２０の最小厚さ（図１における上下方向の距離の最小値）は、０．１ｍｍ以上とされ得る。凹部（段差）２１の深さ（高さ）は０．１ｍｍ以上とされ得る。凹部（段差）２１における底壁と側壁とが交差する部分は円弧状になっていて、その円弧の半径は、０．０５ｍｍ以下とされ得る。樹脂層２０の厚さは、例えば、０．１〜１０ｍｍである。樹脂層２０の「成形面」の平面部Ｐ１の平面度は０．０３０ｍｍ以下である。

この「成形面」を構成する材料には、添加剤やプライマーが含まれないことが好ましい。また、この「成形面」に対する水の接触角は６０°以上（より好ましくは８５°以上）であることが好ましい。これにより、良好な離型性を得ることができる。なお、樹脂層２０の内部（成形面を構成しない部分）には、添加剤やプライマーが含まれていてもよい。

接着層３０は、基部１０と樹脂層２０との間に介在していて、基部１０と樹脂層２０とを接合している。接合前に、基部１０と樹脂層２０の接合面を粗すなど、両者の接着性を高める処理が行われても良い。接着層３０を構成する材料としては、金属元素を含まない材料が使用され、例えば、異種材料用接着剤が挙げられる。異種材料用接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤が挙げられる。エポキシ系接着剤としては、例えば、「ＥＰＯＸＹ ＲＥＳＩＮ ＡＶ１３８」と「ＨＡＲＤＮＥＲ ＨＶ９９８」（共に、ナガセケムテックス株式会社製）とを１：１の質量割合で混合して得られるものが挙げられる。接着層３０の厚さは、例えば、０．０１〜１ｍｍである。接着層３０を構成する材料のガラス転移点は８０℃以上であることが好適である。

（第１の製造方法）
次に、上記構成を有する成形型の第１の製造方法について、図２〜図４を参照しながら説明する。

第１の製造方法では、先ず、「成形面」が完成していない樹脂層２０（に対応する樹脂板）が公知の手法の１つを利用して作製される。次いで、図２に示すように、基部１０の接合面に、接着剤の塗付等によって接着層３０が形成される。なお、樹脂層２０の接合面（即ち、「成形面」と反対側の面）に接着剤が塗付されてもよい。基部１０の接合面と樹脂層２０の接合面との両方に接着剤が塗付されてもよい。

次に、図２に示すように、（「成形面」が完成していない）樹脂層２０の接合面が基部１０の接合面に張り付けられる。この結果、図３に示すように、「成形面」が完成していない樹脂層２０と基部１０とが接着層３０を介して一体化される。そして、図４に示すように、樹脂層２０の「成形面」が加工により完成される。本例では、凹部２１がエンドミル加工等によって形成される。「成形面」の平面部に対して、形状精度を向上するために（より具体的には、平面部に形成されている窪みを可及的に除去する等のために）仕上げ加工が施されてもよい。このとき、剛性の高い基部１０を加工の基準として扱って上記加工が施され得るため、樹脂層のみからなる場合と比べて加工精度が高まる。これにより、「成形面」の形状精度が高い図１に示した成形型が完成する。なお、「第１の製造方法」が採用される場合、樹脂層２０の材質として、フッ素樹脂のなかでも機械加工がされ易いＰＴＦＥ、ＥＴＦＥが使用されることが好適である。

（第２の製造方法）
次に、上記構成を有する成形型の第２の製造方法について、図５〜図８を参照しながら説明する。

第１の製造方法では、先ず、図５に示すように、射出成形を利用して、上型Ｍ１と下型Ｍ２とにより形成された成形空間内に、「成形面」が既に完成した樹脂層２０が成形される。次いで、図６に示すように、上型Ｍ１と下型Ｍ２とが離型されて、「成形面」が完成した樹脂層２０が得られる。ここで、「成形面」が射出成形により完成するので、形状精度の高い「成形面」が得られる。

次いで、図７に示すように、基部１０の接合面に、接着剤の塗付等によって接着層３０が形成される。なお、樹脂層２０の接合面（即ち、「成形面」と反対側の面）に接着剤が塗付されてもよい。基部１０の接合面と樹脂層２０の接合面との両方に接着剤が塗付されてもよい。

次に、図７に示すように、（「成形面」が完成した）樹脂層２０の接合面が基部１０の接合面に張り付けられる。この結果、図８に示すように、「成形面」が完成した樹脂層２０と基部１０とが接着層３０を介して一体化される。これにより、「成形面」の形状精度の高い図１に示した成形型が完成する。なお、「第２の製造方法」が採用される場合、樹脂層２０の材質として、フッ素樹脂のなかでも射出成形がされ易いＰＦＡが使用されることが好適である。

（作用・効果）
本発明の実施形態に係る成形型によれば、樹脂層２０の表面である「成形面」が、加工（上記第１の製造方法）、又は成形（上記第２の製造方法）によって完成される。従って、背景記述の欄で紹介した上記文献に記載の成形型（フッ素樹脂層がコーティングにより形成される成形型）と異なり、実際の成形面として機能する樹脂層の表面（成形面）に大きな窪みが存在しない。

加えて、樹脂層２０が、樹脂層２０より剛性が高い基部１０に張り付けられている。従って、樹脂層のみから構成される成形型と比べて、樹脂層が変形し難い。従って、実際の成形面として機能する樹脂層の「成形面」の形状精度をより一層高めることができる。

更には、樹脂層２０が基部１０に張り付けられて基部１０と一体化されるため、樹脂層２０の厚さを自由に調整することができる。従って、樹脂層２０の最小厚さを０．１ｍｍ以上とすることができる。これにより、樹脂層２０が十分に厚くなり、上述した「フッ素樹脂層の表面の摩耗に起因して離型性が低下する現象」が発生し難くなる。また、樹脂層２０の支持基板として機能する基部１０の接合面には段差が存在しない（平面である）にもかかわらず、樹脂層２０の凹部（段差）２１の深さ（高さ）を０．１ｍｍ以上とすることができる。このことは、上記文献に記載した成形型（フッ素樹脂層がコーティングにより形成される成形型）では実現され得ない。

また、基部１０が金属からなり、樹脂層２０が「ガラス転移点が１３０℃以上の樹脂材料」からなり、接着層３０が「ガラス転移点が８０℃以上の材料」からなる。従って、この成形型を用いて成形された成形体を８０℃程度の高温で乾燥させても、樹脂層２０及び接着層３０が溶ける現象が発生しない。従って、離型性が低下しない。

以下、本発明の実施形態（本実施形態）に係る成形体の実際の「成形面」となる樹脂層２０の平面部分の平面度を測定した実験について付言する。この実験では、図９に示すように、本実施形態（金型１０の表面に接着層３０を介して樹脂層２０が形成された成形体）として、樹脂層２０の表面（図９における上面、成形面）の全域が平面Ｐ２である形態が採用された。

本実施形態の平面形状（上方からみたときの平面Ｐ２の形状）は、３００×３００ｍｍの正方形である。本実施形態は、上述した「第１の製造方法」によって作製された。即ち、「成形面」が完成していない平板状の樹脂層２０と平板状の基部１０とが接着層３０を介して一体化され、樹脂層２０の「成形面」が平面研削によって完成されて、平面Ｐ２が形成された。

この実験では、本実施形態との比較対象として、全体形状が本実施形態と同形の、比較例１（全体が樹脂で構成された成形体）、及び比較例２（金型の表面にフッ素樹脂がコーティングされた成形体）が導入された。比較例１、２の平面形状（上方からみたときの平面の形状）は、本実施形態のものと同じ（３００×３００ｍｍの正方形）である。比較例１では、本実施形態と同様、「成形面」に対応する平面が平面研削によって完成された。比較例２では、「成形面」に対応する平面は、金型の平面部にフッ素樹脂がコーティングされて完成された（コーティングされた膜の表面（平面）に対して加工が施されていない）。

この実験の結果を表１に示す。表１において、水準１が本実施形態に対応し、水準２、３が比較例１に対応し、水準３が比較例２に対応する。基部及び樹脂層の材質及び厚さ等は表１に示すとおりである。各水準に対して３つのサンプルが作製され、それぞれのサンプルについて「成形面」の平面の平面度が測定された。この測定は、周知の３次元測定機を用いて、ＪＩＳ
Ｂ０６２１に基づいて行われた。

表１から理解できるように、本実施形態の平面度は、０．０３０ｍｍ以下である。これに対し、比較例１及び比較例２の平面度は、０．０３０ｍｍより大きい。比較例１の平面度が比較的大きいのは、「成形面」を平面研削する際の基準面として使用され得る剛性の高い基準面が存在しないこと、並びに、平面研削後の平面の変形を抑制することが困難であること、等に基づくと考えられる。比較例２の平面度が比較的大きいのは、コーティング膜の厚さにばらつきが不可避的に生じること、並びに、コーティングが高温下でなされるため金型が変形してコーティング膜の表面（即ち、「成形面」）に変形が発生し易いこと、等に基づくと考えられる。

これに対し、本実施形態の平面度が０．０３０ｍｍ以下と比較的小さいのは、樹脂層２０が剛性の高い金型（基部１０）に張り付けられていることによって樹脂層２０が変形し難いこと、並びに、剛性の高い金型（基部１０）を加工の基準として扱って平面研削がなされ得ること、等に基づくと考えられる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、基部１０と樹脂層２０の接合面が平面であるが、曲面であってもよい。また、上記実施形態では、樹脂層２０の「成形面」に平面部Ｐ１が存在するが、平面部が存在しなくてもよい。更には、凹部（段差）２１がなくてもよい。

Claims (6)

1. セラミック粉末を含むスラリーから形成された成形体の成形に使用される成形型であって、
   基部と、
   前記基部の上に接合されているとともに表面が成形面を構成する樹脂層と、
   前記基部と前記樹脂層との間に介在するとともに前記基部と前記樹脂層とを接合する接着層と、
   を備え、前記基部は前記樹脂層と比べて剛性が高く、
   前記樹脂層の最小厚さは０．１ｍｍ以上であり、
   前記基部の接合面の平面部分の上に存在する前記樹脂層の成形面の部分において、高さが０．１ｍｍ以上の段差が形成された、
   成形型。
2. 請求項１に記載の成形型において、
   前記樹脂層の成形面に形成されている窪みの深さの最大値が０．００７ｍｍ以下である、成形型。
3. セラミック粉末を含むスラリーから形成された成形体の成形に使用される成形型を製造する製造方法であって、
   基部の上に接着剤を用いて前記基部と比べて剛性が低い樹脂層を貼り付け、前記樹脂層の表面に加工を加えることにより成形面を完成する工程を含む、成形型の製造方法。
4. 請求項３に記載の成形型の製造方法において、
   前記樹脂層の成形面に形成されている窪みの深さの最大値が０．００７ｍｍ以下である成形型を製造する、製造方法。
5. 請求項３又は請求項４に記載の成形型の製造方法において、
   前記樹脂層の最小厚さが０．１ｍｍ以上である成形型を製造する、製造方法。
6. 請求項５に記載の成形型の製造方法において、
   前記基部の接合面の平面部分の上に存在する前記樹脂層の成形面の部分において、高さが０．１ｍｍ以上の段差が形成された成形型を製造する、製造方法。

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