(57)【要約】【課題】硬化時間を短縮することにより樹脂部材の生産効率を向上させることが可能な成形用型および樹脂部材の製造方法を提供する。【解決手段】  金型１は、薄肉部と、薄肉部に比べて肉厚の大きい部位である厚肉部とを有し、熱硬化樹脂からなる樹脂部材を成形するための成形用型であって、薄肉部に対応する薄肉成形部１３Ａと、厚肉部に対応する厚肉成形部１３Ｂとを含むキャビティ部１３を取り囲む本体部１０と、本体部から厚肉成形部１３Ｂに向けて突出するピン１４とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉部と、前記薄肉部に比べて肉厚の大きい部位である厚肉部とを有し、熱硬化樹脂からなる樹脂部材を成形するための成形用型であって、
前記薄肉部に対応する薄肉成形部と、前記厚肉部に対応する厚肉成形部とを含むキャビティ部を取り囲む本体部と、
前記本体部から前記厚肉成形部に向けて突出する突出部とを備えた、成形用型。
【請求項２】
前記突出部は複数個形成されている、請求項１に記載の成形用型。
【請求項３】
前記突出部は前記本体部よりも熱伝導率の高い材料からなっている、請求項１または２に記載の成形用型。
【請求項４】
前記突出部の突出方向に垂直な平面における前記突出部の断面に外接する円は、５ｍｍ以上の直径を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形用型。
【請求項５】
薄肉部と、前記薄肉部に比べて肉厚の大きい部位である厚肉部とを有し、熱硬化樹脂からなる樹脂部材の製造方法であって、
成形型のキャビティ部に熱硬化樹脂の素材を供給する工程と、
前記成形型によって、前記キャビティ部に供給された前記素材を成形する工程とを備え、
前記成形型には、請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形用型が用いられる、樹脂部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用型および樹脂部材の製造方法に関し、より特定的には熱硬化性樹脂の成形に使用可能な成形用型および熱硬化樹脂を成形することにより得られる樹脂部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱硬化樹脂を成形することにより得られる樹脂部材は、たとえば圧縮成形法によりシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）やバルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）などの熱硬化性樹脂からなる素材を加熱、圧縮して成形することにより製造される。より具体的には、このような樹脂部材は、プレス装置に取り付けられて所定温度に加熱された金型を開き、素材としてＳＭＣが採用される場合は所定量のＳＭＣシート材を重ねて投入し、ＢＭＣが採用される場合は所定量のＢＭＣの塊を下型に投入し、型締めし、一定時間加熱、加圧することにより製造される。
【０００３】
金型内に投入された樹脂は、金型に接する領域から加熱され、さらに硬化反応による反応熱で温度が急激に上昇し、ピークを示した後、金型温度に向かって冷却される。その後、金型を開いて成形品を取り出し、室温まで冷却する。一般的に、素材（熱硬化樹脂）を金型内に保持しておく時間である硬化時間は、温度がピークを示すまでに要する時間（ピーク温度到達時間）以上とされる。
【０００４】
一方、樹脂部材においては、要求される機能や強度などの観点から、他の部分に比べて肉厚の大きい厚肉部が設けられる場合が多い。厚肉部が存在する場合、硬化時間は、最も肉厚の大きい領域の中心部（金型からの距離が最も大きい部位；厚肉部中心部）が金型温度近くまで加熱されて硬化反応を開始する時間に依存して決定される。部位によって肉厚が異なる場合、ピーク到達時間は部位によって異なり、最も遅れる場所、これは通常厚肉部中心部となるが、この場所の温度がピークを示すまでに要する時間（最終ピーク温度到達時間）以上の時間が硬化時間として採用される。このため、厚肉部を有する樹脂部材を製造する場合、当該樹脂部材の大部分が薄肉部であり、薄肉部が早く硬化しても、全体の硬化時間は厚肉部が硬化するまでの時間とする必要があり、長くなる。その結果、成形サイクルが長くなり、生産性が低下するという問題がある。
【０００５】
これに対し、厚肉部に対応する金型の材質を熱伝導率の高い材質で構成し、薄肉部に対応する金型の材質を熱伝導率の低い材料で構成する対策が提案されている。これにより、厚肉部の硬化を早め、薄肉部の硬化を遅らせて、全体の硬化時間を短縮することができるとされている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２３９６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示されたように、厚肉部に対応する金型の材質を熱伝導率の高い材質で構成することにより、樹脂部材の表面（金型と接する領域）までの熱の供給が容易になるという効果が得られる。しかしながら、樹脂部材の表面から内部への熱伝導の速度は、樹脂自体の熱伝導率に依存する。そのため、上記特許文献１に開示された対策では、硬化時間を大きく短縮することはできず、樹脂部材の生産効率を十分に向上させることは難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、硬化時間を短縮することにより樹脂部材の生産効率を向上させることが可能な成形用型および樹脂部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った成形用型は、薄肉部と、薄肉部に比べて肉厚の大きい部位である厚肉部とを有し、熱硬化樹脂からなる樹脂部材を成形するための成形用型である。この成形用型は、薄肉部に対応する薄肉成形部と、厚肉部に対応する厚肉成形部とを含むキャビティ部を取り囲む本体部と、本体部から厚肉成形部に向けて突出する突出部とを備えている。
【００１０】
また、本発明に従った樹脂部材の製造方法は、薄肉部と、薄肉部に比べて肉厚の大きい部位である厚肉部とを有し、熱硬化樹脂からなる樹脂部材の製造方法である。この樹脂部材の製造方法は、成形型のキャビティ部に熱硬化樹脂の素材を供給する工程と、成形型によって、キャビティ部に供給された上記素材を成形する工程とを備えている。そして、成形型には、上記本発明の成形用型が用いられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の成形型においては、本体部から厚肉成形部に向けて突出する突出部が形成されている。これにより、当該突出部から厚肉成形部に対して熱を供給することが可能となり、厚肉部中心部におけるピーク温度到達時間を短縮することができる。その結果、本発明の成形型によれば、硬化時間を短縮することにより樹脂部材の生産効率を向上させることが可能な成形型を提供することができる。
【００１２】
また、本発明の樹脂部材の製造方法においては、上記本発明の成形用型が用いられるため、硬化時間を短縮することにより樹脂部材の生産効率を向上させることが可能な樹脂部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】成形型の構造を示す概略断面図である。
【図２】樹脂部材の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】樹脂部材の構造を示す概略斜視図である。
【図４】ピンの直径と最終ピーク温度到達時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１５】
まず、本発明の一実施の形態における成形型の構造について説明する。図１を参照して、本実施の形態における成形型である金型１は、薄肉部と、薄肉部に比べて肉厚の大きい部位である厚肉部とを有し、熱硬化樹脂からなる樹脂部材を成形するための成形用型である。この金型１は、本体部１０と、突出部としてのピン１４とを備えている。本体部１０は、上型１１と、下型１２とを含んでいる。また、上型１１と下型１２とを組み合わせることにより、所望の樹脂部材の形状に対応する形状を有する空間であるキャビティ部１３が形成される。さらに、キャビティ部１３は、樹脂部材の薄肉部に対応する薄肉成形部１３Ａと、厚肉部に対応する厚肉成形部１３Ｂとを含んでいる。すなわち、本体部１０は、薄肉成形部１３Ａと厚肉成形部１３Ｂとを含むキャビティ部１３を取り囲んでいる。そして、ピン１４は、本体部１０の上型１１から厚肉成形部１３Ｂに向けて突出するように形成されている。
【００１６】
ピン１４は、１本のみでもよいが、図１に示すように複数本形成されていることが好ましい。この場合、素材へのより均一な熱伝導を可能とするため、複数のピン１４は等間隔に配置されていることが望ましい。さらに、素材へのより確実な熱伝導を実現するため、ピン１４は複数列に並べて、あるいは平面的に見てマトリックス状に配置されていることが好ましい。また、ピン１４の形状は特に限定されるものではなく、たとえば長手方向に垂直な断面における断面形状は、円形、楕円形、多角形形状など種々の形状を採用することができる。また、図１に示すように、先端部１４Ａにおいて、長手方向に垂直な断面における断面積が小さくなる形状、すなわち先端が細くなる形状を採用することにより、たとえば素材の内部に侵入することが容易となる。
【００１７】
次に、図１〜図３を参照して、金型１を用いた本実施の形態における樹脂部材の製造方法について説明する。図２を参照して、本実施の形態における樹脂部材の製造方法では、まず、工程（Ｓ１０）として金型予備加熱工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図１に示すように上型１１と下型１２とが組み合わされた状態で、金型１が所定の加熱温度に加熱される。
【００１８】
次に、工程（Ｓ２０）として素材供給工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、上記所定の加熱温度に加熱された金型１の上型１１を下型１２に対して相対的に移動させることにより金型１を開き、キャビティ部１３内に熱硬化樹脂からなる素材を投入する。このとき、たとえば素材としてＳＭＣが採用される場合は所定量のＳＭＣシート材を重ねて投入し、ＢＭＣが採用される場合は所定量のＢＭＣの塊を投入する。
【００１９】
次に、工程（Ｓ３０）として成形工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、所望の樹脂部材の形状に対応するキャビティ部１３が形成されるように、再度上型１１と下型１２とが組み合わされ、金型１が閉じられる。このとき、キャビティ部１３内の素材（熱硬化樹脂）の内部にピン１４が侵入するように、より具体的には、たとえば熱硬化樹脂にピン１４が突き刺さるように再度上型１１と下型１２とが組み合わされる。そして、図示しない加熱部材および加圧部材によって金型１が加熱および加圧される。これにより、キャビティ部１３内の熱硬化樹脂が金型１によって加熱されつつ成形される。さらに、キャビティ部１３内の熱硬化樹脂の温度は、硬化反応による反応熱により金型１の温度を超える温度にまで上昇し、ピーク温度に到達する。そして、厚肉部中心部がピーク温度に到達するまでに要する時間、すなわち最終ピーク温度到達時間以上の時間保持することにより、工程（Ｓ３０）は完了する。
【００２０】
次に、工程（Ｓ４０）として取り出し工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、金型１の上型１１を下型１２に対して相対的に移動させることにより金型１を開き、キャビティ部１３内から成形された熱硬化樹脂を取り出し、室温まで冷却する。そして、必要に応じて、工程（Ｓ５０）として仕上げ加工を行なう仕上げ工程を実施することにより、図３に示すような樹脂部材２が得られる。
【００２１】
図３を参照して、本実施の形態における樹脂部材の製造方法によれば、薄肉部２１と、薄肉部２１に比べて肉厚の大きい部位である厚肉部２２とを有し、厚肉部２２には、厚み方向に延びる複数の穴２３が形成された熱硬化樹脂からなる樹脂部材を製造することができる。
【００２２】
本実施の形態における金型１を用いた樹脂部材２の製造方法においては、工程（Ｓ３０）において、金型１のピン１４から厚肉成形部１３Ｂ内に存在する素材（熱硬化樹脂）に対して熱が供給される。そのため、厚肉部中心部におけるピーク温度到達時間が短縮され、最終ピーク温度到達時間の短縮が実現される。その結果、本実施の形態における樹脂部材２の製造方法によれば、硬化時間を短縮することにより樹脂部材２の生産効率が向上し、樹脂部材２の生産コストを低減することができる。
【００２３】
ここで、本実施の形態における金型１においては、ピン１４は本体部１０よりも熱伝導率の高い材料からなっていることが好ましい。これにより、厚肉部中心部におけるピーク温度到達時間を一層短縮し、樹脂部材２の生産効率をさらに向上させることができる。なお、本体部１０を構成する材料は特に限定されないが、たとえば鋼、より具体的には樹脂成形用の金型用鋼を採用することができる。そして、ピン１４を構成する材料としては、鋼に比べて熱伝導率の高いジュラルミンなどのアルミニウム合金のほか、ベリリウム銅などの銅合金などの金属を採用することができる。
【００２４】
さらに、本実施の形態における金型１においては、ピン１４の突出方向に垂直な平面におけるピン１４の断面に外接する円は、５ｍｍ以上の直径を有していることが好ましい。ピン１４の先端部１４Ａに当該断面の面積が小さい領域である先細部が形成されている場合、当該先細部を除く領域においてこの特徴が達成されていればよい。つまり、上記断面が円形である場合、先細部を除くピン１４の直径は５ｍｍ以上となっていることが好ましい。
【００２５】
本発明者は、突出部であるピン１４の太さと最終ピーク温度到達時間との関係について調査を行なった。その結果、上記ピン１４の断面に外接する円の直径が５ｍｍ未満の場合、当該直径が大きくなるに従って最終ピーク温度到達時間が急激に短縮される一方、５ｍｍ以上では、その短縮の割合が小さくなることを見出した。そのため、上記円の直径は５ｍｍ以上であることが好ましい。一方、上記円の直径が２０ｍｍを超えると、製造される樹脂部材２の強度が低下するおそれがある。そのため、上記円の直径は２０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２６】
また、上記工程（Ｓ３０）において金型１を閉じる際、熱硬化樹脂が硬い等の理由により熱硬化樹脂にピン１４を突き刺すことが難しい場合、たとえば素材がＳＭＣであれば、予めピン１４の配列に対応した穴をＳＭＣに形成しておき、これをキャビティ部１３内に積層すればよい。また、素材としてＢＭＣを採用する場合、予備成形により予めピン１４の配列に対応した穴をＢＭＣに形成しておき、これをキャビティ部１３内に投入すればよい。
【実施例１】
【００２７】
本発明の成形用型を用いて実際に樹脂部材を製造する実験を行なった。まず、素材として厚さ約２ｍｍのＳＭＣシート（１７４０Ｗ、オーウェンスコーニング社製）から縦１３．５ｍｍ、横２７ｍｍのシートを２２枚、縦４５ｍｍ横２７ｍｍのシートを６枚切出した。一方、成形用型としての金型は、上記実施の形態において図１に基づいて説明したものを採用した。より具体的には、図１を参照して、キャビティ部１３の長さ（図１の横方向の幅）は５００ｍｍ、幅（図１の紙面に垂直な方向の幅）は３００ｍｍ、厚み（図１の縦方向の幅）は厚肉成形部１３Ｂにおいて５０ｍｍ、薄肉成形部１３Ａにおいて１０ｍｍとした。また、厚肉成形部１３Ｂの長さは１５０ｍｍとした。さらに、本体部１０の上型１１から厚肉成形部１３Ｂに向けて突出するように、直径１０ｍｍ、長さ３０ｍｍのピン１４を、３０ｍｍの間隔で、長さ方向（図１の横方向）に５列、幅方向（図１の紙面に垂直な方向）に１０列、合計５０本配置した。本体部１０およびピン１４は、いずれも炭素鋼からなっている。
【００２８】
そして、金型１をプレス装置（図示しない）に取り付け、１３０℃に加熱した後、金型１を開き、キャビティ部１３の厚肉成形部１３Ｂに縦１３．５ｍｍ、横２７ｍｍのシート２２枚を積層して投入し、その上に縦４５ｍｍ、横２７ｍｍのシートを６枚積層して投入した。さらに、型締めすると同時に、ピン１４によってＳＭＣシートを突き刺し、１０ＭＰａの圧力で成形した。
【００２９】
その結果、ＳＭＣは比較的早く硬化し、１０分の硬化時間で図２に示す、肉厚の異なる（薄肉部２１と厚肉部２２とを有する）良好な樹脂部材２が得られた。この結果より、本発明の成形用型を用いることにより、短い硬化時間で良好な樹脂部材を製造できることが確認された。
【実施例２】
【００３０】
上記実施例１と同じ金型１を採用するとともに、素材としてＳＭＣに代えてＢＭＣ（ＲＬ−４８１、昭和高分子社製）を採用し、実際に樹脂部材を製造する実験を行なった。図１を参照して、まず、金型１の厚肉成形部１３ＢにＢＭＣを３．８ｋｇ、薄肉成形部１３ＡにＢＭＣを１．８ｋｇ投入した。そして、金型温度１３０℃、圧力１０ＭＰａの条件下で成形した。
【００３１】
その結果、ＢＭＣは上記ＳＭＣの場合と同様に比較的早く硬化し、１０．５分の硬化時間で図２に示す、肉厚の異なる良好な樹脂部材２が得られた。この結果より、本発明の成形用型を用いることにより、ＢＭＣを素材とした場合でも、短い硬化時間で良好な樹脂部材を製造できることが確認された。
【実施例３】
【００３２】
上記実施例１と同様の条件下において、ピン１４の素材を炭素鋼からジュラルミンに変更して実施例１と同様の実験を行なった。その結果、ＳＭＣの硬化時間は９．５分に短縮され、実施例１の場合と同様の良好な樹脂部材２が得られた。この結果より、ピン１４（突出部）を構成する材料として本体部よりも熱伝導率の高い材料を採用することにより、硬化時間を一層短縮できることが確認された。
【実施例４】
【００３３】
ピンの太さと最終ピーク温度到達時間との関係を調査する実験を行なった。実験に用いる金型として、上記実施例１において用いられた金型と同様の構成を有し、ピン１４の太さを変化させた金型を採用した。具体的には、ピンの形状を円柱形状とし、その直径を２．５ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍおよび２０ｍｍに変化させた。そして、上記実施例１の場合と同様の条件で樹脂部材を作製し、その際の最終ピーク温度到達時間を調査した。また、比較のため、ピンを除去した場合についても同様の実験を行なった。なお、温度の測定は、薄肉部中央部および厚肉部中央部において、隣接するピンの間の中央に熱電対を設置して測定した。
【００３４】
次に、図４を参照して、実験結果について説明する。図４において、横軸はピンの直径（ピン直径）、縦軸は最終ピーク温度到達時間をそれぞれ表している。また、図４において、ピン直径０ｍｍに対応するデータ点は、ピンを除去した場合の最終ピーク温度到達時間を示している。
【００３５】
図４を参照して、直径が５ｍｍ未満の場合、当該直径が大きくなるに従って、最終ピーク温度到達時間が急激に短縮される。そして、直径が５ｍｍの場合、最終ピーク温度到達時間は、ピンを設置しない場合の約６０％程度にまで短縮されている。一方、５ｍｍ以上では、最終ピーク温度到達時間の短縮の割合が小さくなっている。この実験結果より、ピンの直径は５ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。
【００３６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の成形用型および樹脂部材の製造方法は、熱硬化性樹脂の成形に使用される成形用型および熱硬化樹脂を成形することにより得られる樹脂部材の製造方法に、特に有利に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  金型、２  樹脂部材、１０  本体部、１１  上型、１２  下型、１３  キャビティ部、１３Ａ  薄肉成形部、１３Ｂ  厚肉成形部、１４  ピン、１４Ａ  先端部、２１  薄肉部、２２  厚肉部、２３  穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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