(57)【要約】【課題】  簡単に作製することができ、使用する樹脂材料等にも制約が加わることがなく、しかも熱伝導や耐久性に優れた樹脂型を提供する。【解決手段】  少なくとも３層からなる多層構成の樹脂型である。最も内側の樹脂成形品と接する内側層に含まれる無機粉末の割合をＡ％、中間層に含まれる無機粉末の割合をＢ％、外側層に含まれる無機粉末の割合をＣ％とした時に、Ａ＞Ｂ＞Ｃである。無機粉末は、例えば金属粉末であり、金属粉末は例えばアルミニウム粉末である。各層は、例えばケミカルウッドにより形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３層からなる多層構成の樹脂型であって、
最も内側の樹脂成形品と接する内側層に含まれる無機粉末の割合をＡ％、中間層に含まれる無機粉末の割合をＢ％、外側層に含まれる無機粉末の割合をＣ％とした時に、Ａ＞Ｂ＞Ｃであることを特徴とする樹脂型。
【請求項２】
前記無機粉末は金属粉末であることを特徴とする請求項１記載の樹脂型。
【請求項３】
前記金属粉末がアルミニウム粉末であることを特徴とする請求項２記載の樹脂型。
【請求項４】
前記各層は、ケミカルウッドにより形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の樹脂型。
【請求項５】
ブロー成形用であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の樹脂型。
【請求項６】
発泡ブロー成形用であることを特徴とする請求項５記載の樹脂型。
【請求項７】
内側層は複数個に分割されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の樹脂型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂材料を成形する際に金属製の金型の代わりに用いられる樹脂型に関するものであり、特に、冷却効率や耐久性に優れた新規な樹脂型に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロー成形等の樹脂成形品の成形においては、アルミニウム等の金属材料からなる金型が広く用いられている。ただし、金属製の金型は高価であるため、例えば試作用の成形型として、一部、樹脂製の成形型（いわゆる樹脂型）も検討されている。樹脂型は、樹脂材料を主体として形成されるため、金属材料からなる金型に比べて安価であり、試作用の型として使用した場合に、コストを大幅に削減することができる。
【０００３】
ただし、樹脂型は熱伝導率や耐久性等が金属製の金型に比べて不十分であり、その用途は多くて５０ショット程度の少数試作用に限定されている。多数生産では、耐久性等の点で不安が多い。
【０００４】
このような状況から、樹脂型に金属粉末を添加して、熱伝導率や耐久性を改善する試みがなされている。例えば特許文献１には、溶融樹脂を流し込んだ後に硬化させて樹脂製型を形成する樹脂製型の製造方法において、溶融樹脂に金属粉末を添加するとともに、溶融樹脂の粘度を低下させた後に硬化させることで、キャビティ周囲部の金属粉の濃度を高めることが開示されている。
【０００５】
特許文献１に記載される技術で作製される樹脂型は、前記の通り、キャビティ周囲部の金属粉の濃度が高いことから、樹脂製型を用いて製品を射出成形するときの冷却効率を高めることができ、製品を射出成形するときの製造効率に優れると共に、キャビティ周囲部の剛性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２５５３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、樹脂型の作製に特殊な製法が必要であり、金属粉末の分布を適正に制御することも難しい。さらに、溶融樹脂の粘度をコントロールする必要があることから、使用できる樹脂材料も制約される可能性がある。
【０００８】
本発明は、前述の従来の実情に鑑みて提案されたものであり、簡単に作製することができ、使用する樹脂材料等にも制約が加わることがなく、しかも熱伝導や耐久性に優れた樹脂型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するために、本発明の樹脂型は、少なくとも３層からなる多層構成の樹脂型であって、最も内側の樹脂成形品と接する内側層に含まれる無機粉末の割合をＡ％、中間層に含まれる無機粉末の割合をＢ％、外側層に含まれる無機粉末の割合をＣ％とした時に、Ａ＞Ｂ＞Ｃであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の樹脂型においては、多層構造を採用し、キャビティが形成され成形される樹脂材料と接する内側層に熱伝導に優れる無機粉末を添加している。無機粉末の添加は、耐久性を向上する上でも有効である。ただし、例えば無機粉末を添加した内側層と、無機粉末を添加していない外側層の２層構成とすると、試作を重ねた際に、これら２層の物性（熱伝導率等）の差異に起因して、樹脂型に亀裂が入ったり破損したりすることがあることがわかってきた。例えば、ブロー成形用の比較的大型の樹脂型の場合、内側層を複数個に分割して形成し、これを接着剤で一体化することにより樹脂型として汲組み上げることが行われるが、このような場合に分割された内側層間に亀裂が入ることがある。
【００１１】
そこで、本発明の樹脂型では、無機粉末を含む内側層と、無機粉末を含まない（あるいは無機粉末の含有量が少ない）外側層の間に、これらの中間の割合で無機粉末を含む中間層を介在させている。中間層を介在させることで、各層間の物性の差異が緩和され、亀裂や破損の発生が抑えられる。
【００１２】
また、本発明の樹脂型は、多層構成とするとともに、各層に含まれる無機粉末の割合を調整することで、必要な熱伝導性や耐久性を確保するようにしている。各層は、無機粉末の配合割合を変えるだけで簡単に形成することができ、無機粉末の分布を適正なものとするための特殊な工程は必要ない。したがって、使用する樹脂材料も何ら制約されることはない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単に作製することができ、使用する樹脂材料にも制約が加わることがなく、しかも熱伝導や耐久性に優れた樹脂型を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した樹脂型の層構成の一例を示す概略断面図である。
【図２】樹脂型を内側層側から見た時の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した樹脂型の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本実施形態の樹脂型１を示すものである。本実施形態の樹脂型１は、図１に示す通り３層構造とされており、内側から順に内側層１１、中間層１２、外側層１３が形成されている。内側層１１にはキャビティが形成されており、溶融樹脂（ブロー成形ではパリソン）がこのキャビティ形状に倣って賦形される。
【００１７】
本実施形態の樹脂型１は、ブロー成形用の樹脂型であり、図２に示すように、内側層１１が複数個（ここでは６個）に分割され、各分割ピース１１ａ〜１１ｆをそれぞれ成形加工した後に、これを組み合わせて接着することで内側層１１が構成されている。
【００１８】
なお、中間層１２や外側層１３は、本実施形態では分割されていないが、例えば中間層１２を内側層１１と同様に分割形成することも可能である。
【００１９】
本実施形態の樹脂型１では、内側層１１、中間層１２、外側層１３のいずれもが安価な樹脂材料を主体として形成されている。樹脂材料としては任意の樹脂材料を使用することができるが、機械的特性等の点でケミカルウッド（いわゆるケミウッド）等が好適である。
【００２０】
ケミカルウッドは、例えば自動車や家電部品の試作デザインモデルを製作する場合に使用される切削加工性、寸法精度に優れた樹脂製の板であり、人工木材とも称される。ケミカルウッドは、通常、結合剤となる液状樹脂に中空ビーズや無機質充填剤、着色剤等を配合しモールド内で板状に硬化させることで形成される。そして、例えばウレタン系ケミカルウッドは、その見掛け比重が０．３〜０．８程度であり、かなりの微細な空隙を内在する。ウレタン系ケミカルウッドには、中空ビーズや切削性に悪影響を及ぼさない無機質充填剤が配合されており、非常に切削加工がし易く、また樹脂系で吸湿性が小さいため比較的寸法精度が良好である。
【００２１】
ケミカルウッドとしては、前記ウレタン系ケミカルウッドの他、エポキシ系ケミカルウッド等もあり、これらのいずれを用いてもよい。各種ケミカルウッドが市販されており、例えば三洋化成社製、商品名サンモジュール、ランプ社製、商品名ラクツール等が代表例である。
【００２２】
ただし、樹脂型１を構成する内側層１１を樹脂材料（ケミカルウッド）のみで作製すると、熱伝導率や耐久性が不十分となるおそれがあることから、本実施形態の樹脂型１では、内側層１１に熱伝道性に優れた無機粉末を添加することとする。溶融樹脂と直接的に接する内側層１１に無機粉末を添加すれば、成形中の冷却効率を高めることができ、成形効率を向上することができる。また、内側層１１に無機粉末を添加することで、ケミカルウッド単独で形成した場合に比べて耐久性を高めることができる。
【００２３】
添加する無機粉末としては、熱伝導率に優れたものであれば如何なるものであってもよく、金属粉末や酸化チタン、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等を例示することができる。これらの中では、熱伝導率等の各種物性の観点から、金属粉末が最適である。金属粉末としては、各種金属の粉末を挙げることができるが、性能、コスト等の点からアルミニウム粉末が最適である。
【００２４】
内側層１１における無機粉末の添加量は、要求される性能や添加する無機粉末の種類により適宜設定すればよいが、例えば無機粉末として金属粉末（アルミニウム粉末）を添加する場合には、添加量を１０質量％〜３０質量％程度とすることが好ましい。金属粉末の添加量が１０質量％未満であると、熱伝導率や耐久性等の性能が不十分になるおそれがある。逆に添加量が３０質量％を越えても性能的には飽和してしまい、コスト増を招くことになるので、３０質量％を上限とする。
【００２５】
一方、内側層１１とは反対の外側層１３は、成形に対する影響が少なく、熱伝導率や耐久性等の性能も内側層１１ほどは要求されない。そこで、外側層１３に関しては、安価なケミカルウッドを使用して、金属粉末等の無機粉末は添加しないか、あるいは内側層１１に比べて僅かな添加量とする。
【００２６】
ただし、金属粉末等の無機粉末を所定量含む内側層１１と金属粉末等の無機粉末を含まない（あるいは含有量が極めて少ない）外側層１３を接する形にすると（内側層１１と外側層１３の２層構成にすると）、これらの物性値（熱伝導率等）の相違により、樹脂型１に亀裂等が生ずるおそれがある。そこで、本実施形態の樹脂型１では、内側層１１と外側層１３の間に中間層１２を介在させ、３層構造としている。
【００２７】
ここで、中間層１２は、内側層１１と外側層１３の繋ぎの役割を有するものであり、内側層１１の無機粉末の含有量と外側層１３の無機粉末の含有量の中間の含有量で無機粉末を含有することで、内側層１１と外側層１３の物性差を緩和する役割を果たす。
【００２８】
すなわち、内側層に含まれる無機粉末の割合をＡ％、中間層に含まれる無機粉末の割合をＢ％、外側層に含まれる無機粉末の割合をＣ％とした時に、Ａ＞Ｂ＞Ｃとする。例えば内側層１１の金属粉末（アルミニウム粉末）の含有量が２０質量％、外側層１３の金属粉末（アルミニウム粉末）の含有量が０質量％である場合に、中間層１２の金属粉末（アルミニウム粉末）の含有量を１０質量％とする。なお、内側層１１の金属粉末（アルミニウム粉末）の含有量の設定範囲を考えると、中間層１２の金属粉末（アルミニウム粉末）の含有量は、５質量％〜１５質量％程度である。
【００２９】
これにより、無機粉末を含有する樹脂型１に発生する亀裂や破損を防止することができる。中間層１２を形成しないと、熱伝導率の差等に起因して亀裂や剥離等が生じ易くなる。
【００３０】
樹脂型１の層構成としては、前述の３層構造に限られるものではなく、例えば４層以上として、内側から外側に向って無機粉末の含有量が次第に少なくなるように設定することも可能である。ただし、層数が増えるとコスト増の要因となるので、３層構造とすることが最も実用的である。
【００３１】
本実施形態においてはブロー成形用の樹脂型について説明したが、その他の成形型として用いても良い（例えば、射出成形用の成形型）。ただし、本実施形態の樹脂型は、例えばコスト優先で樹脂型を選択し、且つ生産数も多量にする必要がある場合に大きな効果が見込まれることから、ブロー成形に用いるのが好ましいが、その中でも発泡ブロー成形に好ましく適用できる。発泡樹脂の成形温度が未発泡樹脂の成形温度よりも低いためである（例えばポリプロピレンの場合、未発泡での成形温度は２００℃程度であるのに対して、発泡での成形温度は１６０〜１７０℃程度である）。樹脂型は熱伝導率が低く、樹脂を冷却する能力が金型よりも低いが、発泡樹脂の場合は成形温度が初めから低いので、成形サイクルが未発泡の樹脂に比べてそれほど長くならない。
【００３２】
本実施形態の樹脂型１において、樹脂型１に金属粉末等の無機粉末を添加することは、試作時の耐久性向上に有効であるが、成形品と接する内側層１１のみに無機粉末を添加するようにしているので、材料費も削減することができる。さらに、前述の通り、樹脂型１を多層構成とすることで熱伝導率の差異による亀裂、破壊等を防ぐ効果も狙えるが、この現象は大きい製品や試作期間が長いほど発生する傾向にあるので、このような場合に効果が大きい。
【００３３】
加えて、本実施形態の樹脂型１は、多層構成を採用することで、その作製が簡単なものとなっており、特殊な工法を採用する必要がなく、使用する材料に制約が加わることもない。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明がこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の実施例について、具体的な実験結果に基づいて説明する。
【００３６】
実施例１
ウレタン系ケミカルウッドを用いて３層構成の樹脂型を作製した。内側層には、無機粉末としてアルミニウム粉末を２０質量％添加した。外側層には、無機粉末は添加していない。中間層には、無機粉末としてアルミニウム粉末を１０質量％添加した。本実施例では内側層は６分割されている。
【００３７】
比較例１
ウレタン系ケミカルウッドを用いて２層構成の樹脂型を作製した。内側層には、無機粉末としてアルミニウム粉末を２０質量％添加した。外側層には、無機粉末は添加していない。内側層は６分割されている。
【００３８】
比較例２
ウレタン系ケミカルウッドを用いて単層６分割構成の樹脂型を作製した。無機粉末は添加していない。
【００３９】
比較例３
ウレタン系ケミカルウッドを用いて単層６分割構成の樹脂型を作製した。無機粉末としてアルミニウム粉末を２０質量％添加した。
【００４０】
評価
これら実施例及び比較例について、熱伝導率、耐久性、亀裂や破損の発生状況、作製コストについて調べた。結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１から明らかな通り、３層構成にしアルミニウム粉末の各層への添加量を適正なものとした実施例１では、熱伝導率や耐久性に優れ、例えば６分割された内側層の各ピース間等に亀裂が発生することもなく、作製コストの点でも有利な樹脂型を実現できることがわかる。これに対して、アルミニウム粉末を含有する内側層とアルミニウム粉末を含有しない外側層を直接的に接するようにした比較例１では、熱伝導率や耐久性の点では問題なかったが、亀裂や破損の発生が見られた。単層の比較例２，３では、全ての性能を確保することが難しい。
【符号の説明】
【００４３】
１  樹脂型
１１  内側層
１１ａ〜１１ｆ  分割ピース
１２  中間層
１３  外側層
【図１】
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【図２】
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