(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
型表層の第１層を熱硬化性樹脂で構成し、この第１層をバックアップする第２層を、金属粒を熱硬化性樹脂で接合したもので構成する成形樹脂型において、
前記金属粒を略同径の金属球とし、かつ、前記熱硬化性樹脂が熱硬化する前に、前記第２層に所定荷重をかけることにより、前記金属球間から前記熱硬化性樹脂を除去することで、隣り合う金属粒同士を互いに直接接触させ、前記第２層の熱伝導率を高めたことを特徴とする成形樹脂型。
【請求項２】
前記金属球の直径を０．３〜３ｍｍの範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の成形樹脂型。
【請求項３】
前記第１層と前記第２層との間に、熱硬化性樹脂にステンレス性の不織布を含有させた中間層が積層され、
前記中間層の熱膨張率が、前記第１層の熱膨張率より高く、前記第２層の熱膨張率より低くなるように、前記不織布の含有量を設定したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の成形樹脂型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用のパネル或いはシートを製造するときに使用する成形樹脂型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等のパネルやシートを真空成形或いはプレス成形する型として、例えば特公平７−１０６５７６号公報「表面メッキ樹脂製型及び製造方法」が提案されている。
この公報の表面メッキ樹脂製型は、熱硬化性樹脂製型（バックアップ型）にポリマー型導電性中間層を形成し、ポリマー型導電性中間層の表面に例えばニッケルメッキを施して金属メッキ層とし、金属メッキ層でパネルやシートを真空成形或いはプレス成形するものである。
【０００３】
しかし、同公報の金属メッキ層は耐久性を考慮して、規定厚さ（例えば、５０〜３００μｍ）になるようにメッキを施す必要がある。このため、メッキ処理に時間がかかり生産性を高める上で問題がある。
【０００４】
一方、成形樹脂型のなかにはメッキ処理を施さないものもある。すなわち、金属メッキを施す代りに、例えばバックアップ型に熱硬化性樹脂を塗布して、塗布した熱硬化性樹脂でキャビティに対向する成形面を形成するものである。この成形樹脂型によれば、金属メッキを施す必要がないので、比較的短い時間で成形樹脂型を得ることができる。この成形樹脂型について次図で説明する。
【０００５】
図１１は従来の成形樹脂型の要部拡大図であり、型表層１００の第１層１０１をアルミニウム片１０２・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）を含む熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）１０３で構成し、この第１層１０１をバックアップする第２層１０５を、アルミニウム粒１０６・・・を熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）１０７で接合したもので構成した状態を示す。
なお、第１層１０１の成形面１０８に凹部１０８ａ及び凸部１０８ｂを形成することで、シート１１０の表面１１０ａに「しぼ（凹凸面）」を形成することができる。
【０００６】
次に、成形樹脂型でシート１１０をプレス成形する工程を説明する。
先ず成形樹脂型を５０℃に冷却すると共にシート１１０を１８０℃まで加熱し、次に成形樹脂型の第１層１０１をシート１１０に押し付けてシート１１０を所望の形状にプレス成形する。
このとき、シート１１０の温度が第１層１０１及び第２層１０５に伝わり、成形樹脂型の温度が１２０℃まで上昇する。
次いで、成形樹脂型を型開きして、成形樹脂型の温度を５０℃まで冷却した後、上記工程を順次繰返す。
このため、プレス成形の生産性を高めるためには、１２０℃まで上昇した成形樹脂型を５０℃まで短い時間で冷却して、冷却時の待機時間を短くすることが重要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第２層１０５のアルミニウム粒１０６・・・は、各々の形状が一定でなく比較的大径のものや比較的小径のものが混合している。アルミニウム粒１０６・・・を一定の間隔で接合することができないので、例えば小径のアルミニウム粒１０６ａがアルミニウム粒１０６ｂ，１０６ｃに接触しない、即ち、アルミニウム粒１０６ａとアルミニウム粒１０６ｂとの間及びアルミニウム粒１０６ａとアルミニウム粒１０６ｃとの間が非接触状態となる。このため、第２層１０５の熱伝導率を高め難い。
【０００８】
従って、プレス成形のときに１２０℃まで上昇した成形樹脂型を、５０℃まで冷却するためには、比較的時間をかける必要がある。この結果、成形樹脂型の待機時間が長くなり、生産性を高めことが難しい。
また、小径のアルミニウム粒１０６ａをアルミニウム粒１０６ｂ，１０６ｃで拘束することができないので、第２層１０５の強度を高めることが難しい。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、成形樹脂型の熱伝導率を高めることができ、さらに成形樹脂型の強度を高めることができる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１は、型表層の第１層を熱硬化性樹脂で構成し、この第１層をバックアップする第２層を、金属粒を熱硬化性樹脂で接合したもので構成する成形樹脂型において、前記金属粒を略同径の金属球とし、かつ、前記熱硬化性樹脂が熱硬化する前に、前記第２層に所定荷重をかけることにより、前記金属球間から前記熱硬化性樹脂を除去することで、隣り合う金属粒同士を互いに直接接触させ、前記第２層の熱伝導率を高めたことを特徴とする。
【００１１】
熱硬化性樹脂が熱硬化する前に、第２層に所定荷重をかけることにより、金属球間から熱硬化性樹脂を除去することで、隣り合う金属粒同士を互いに直接接触させた。
隣り合う金属粒同士を互いに直接接触させて第２層の熱伝導率を高めることで、シートから伝わった熱を効率よく逃がすことができる。このため、比較的短い時間で成形樹脂型を冷却することができるので、成形樹脂型の待機時間を短くすることができる。
また、隣り合う金属粒同士を互いに接触させることで、金属粒を互いに拘束することができるので、成形樹脂型の強度を高めることができる。
【００１２】
請求項２は、金属球の直径を０．３〜３ｍｍの範囲に設定したことを特徴とする。
金属球の直径が０．３ｍｍ未満になると、金属球間の空間が小さくなりすぎて、空間を真空引き用の孔として利用することができない。そこで、金属球の直径を０．３ｍｍ以上に設定することで、金属球間の空間を真空引き可能な空間とした。
また、金属球の直径が３ｍｍを越えると、金属球間の空間が大きくなりすぎて熱伝導率が低くなる虞がある。そこで、金属球の直径を３ｍｍ以下に設定することで、金属球間の空間を比較的小さくして熱伝導率を高くした。
請求項３は、前記第１層と前記第２層との間に、熱硬化性樹脂にステンレス性の不織布を含有させた中間層が積層され、前記中間層の熱膨張率が、前記第１層の熱膨張率より高く、前記第２層の熱膨張率より低くなるように、前記不織布の含有量を設定したことを特徴とする。
このように、中間層を第１層と第２層との間に積層することで熱膨張差を緩和することができる。この結果、例えば第１層に発生する熱膨張差による応力を抑えることができるので、第１層に熱膨張差による亀裂が発生する心配はない。
さらに、型表層を第１層、中間層及び第２層の３層構造としたので型表層の強度を高めることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る成形樹脂型（第１実施の形態）の断面図である。
成形樹脂型１は、型表層２の第１層５を炭化けい素（シリコンカーバイド「ＳｉＣ」）の細粒を含む熱硬化性樹脂で構成し、第１層５をバックアップする第２層１０を、金属粒を熱硬化性樹脂で接合したもので構成し、第１層５に真空引き用の真空孔２０・・・を複数個開け、第１層５の裏面５ａに沿って複数の冷却用の配管２４・・・を配置し、第２層１０の裏面１０ａ側に枠体２６を取付けたものである。
第１層５及び第２層１０については以下に詳しく説明する。
【００１４】
図２は図１のＡ部拡大図である。
第１層５は、細粒の炭化けい素６・・・を５０〜８０重量％含めた熱硬化性樹脂（以下、「エポキシ樹脂」という）７で厚さｔ１（一例として、ｔ１＝１〜５ｍｍ）に形成し、キャビティ（図示せず）に対向する成形面８に「しぼ」用の凹部８ａ・・・及び凸部８ｂ・・・を形成したものである。
炭化けい素６は、細粒（例えば、粒径は約１０μｍである。）に形成したものである。
【００１５】
細粒の炭化けい素６・・・の含有量を５０重量％以上に設定することで、炭化けい素６・・・を第１層５の凹部８ａ・・・や凸部８ｂ・・・に隙間なく含ませて、第１層５を耐摩耗性に優れた層にした。
また、炭化けい素６・・・の含有量を８０重量％以下に設定することで、エポキシ樹脂７を所定量確保することができ、炭化けい素・・・をエポキシ樹脂で接着して第１層５の強度を充分に確保した。
さらに、炭化けい素６・・・の含有量を８０重量％以下に設定することで、熱硬化前の流動性を良好に保つことができる。このため、第１層５の形成作業が容易になり、短い時間で第１層５を形成することができる。
【００１６】
第２層１０は、金属粒（鋼球）１２・・・の球面に熱硬化樹脂（以下、「エポキシ樹脂」という）１４を付着させ、エポキシ樹脂１４で鋼球１２・・・を接着して厚さｔ２（一例として、ｔ２＝５ｍｍ以上）に形成したものであって、鋼球１２・・・間に空間１５・・・を形成することで多孔質の層としたものである。
第２層１０の空間１５・・・を形成することで第１層５の真空孔２０・・・から真空引きを行うことができる。
【００１７】
鋼球１２・・・は、同径の金属球であり、直径Ｄを０．３〜３ｍｍ（３０００μｍ）の範囲に設定したものである。
鋼球１２・・・を同径とすることで一定の間隔で接合することができるので、隣り合う鋼球１２・・・同士を互いに接触させることができる。このため、第２層１０の熱伝導率を高めることができる。
さらに、隣り合う鋼球１２・・・同士を互いに接触させることで、鋼球１２・・・を互いに拘束することができるので第２層１０の強度を高めることができる。
【００１８】
また、鋼球１２・・・の直径Ｄが０．３ｍｍ未満になると、鋼球１２・・・間の空間１５・・・が小さくなりすぎて、空間１５・・・を真空引き用の孔として利用することができないので真空引き度が劣る。そこで、鋼球１２・・・の直径Ｄを０．３ｍｍ以上に設定することで、鋼球１２・・・間の空間１５・・・を真空引き可能な空間とした。
さらに、鋼球１２・・・の直径Ｄが３ｍｍを越えると、鋼球１２・・・の間の空間１５・・・が大きくなり過ぎて熱伝導率が低くなる虞がある。そこで、鋼球１２・・・の直径を３ｍｍ以下に設定することで、空間１５・・・を比較的小さくして熱伝導率を高くした。
【００１９】
以上に述べた成形樹脂型の製造工程を説明する。
図３（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る成形樹脂型（第１実施の形態）の製造工程の説明図である。
（ａ）において、マスタモデル３０の表面３０ａに炭化けい素を含めたエポキシ樹脂を塗り、熱硬化させて第１層５を形成する。
（ｂ）において、第１層５の裏面５ａに鋼球等を含むエポキシ樹脂を塗布して第２層１０（図１に示す）の一部（厚さ数ｍｍ）１０ｂを構成する。次に、第２層１０の一部１０ｂに沿って複数の冷却用の配管２４・・・を配置し、次いで枠体２６の支柱２７・・・，２８・・・を取付ける。
【００２０】
（ｃ）において、複数の冷却用の配管２４・・・を含み且つ第１層５をバックアップする第２層１０を鋼球等を含むエポキシ樹脂（或いはポリウレタン樹脂又はポリウレア樹脂）で構成して、矢印▲１▼，▲１▼の如くマスタモデル３０から離す。
（ｄ）において、支柱２７・・・の頂部にプレート２９をボルト３２（図１に示す）で固定し、次に第１層５に真空引き用の真空孔２０・・・を複数個開けて成形樹脂型１の成形を完了する。
【００２１】
次に、以上に述べた成形樹脂型１の作用を説明する。
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る成形樹脂型（第１実施の形態）の熱伝導を説明する第２層の拡大図であり、（ａ）は従来技術の項で説明した従来の成形樹脂型を「比較例」として示し、（ｂ）は図１〜図３で説明した第１実施の形態の成形樹脂型１を「実施例」として示した。なお、図中エポキシ樹脂は省略した。
【００２２】
（ａ）において、第２層１０５のアルミニウム粒（１０６ａ〜１０６ｇ）は、各々の形状が一定でなく比較的大径のものや比較的小径のものが混合している。このため、各々のアルミニウム粒（１０６ａ〜１０６ｇ）を一定の間隔で接合することができない。従って、例えば小径のアルミニウム粒１０６ａをアルミニウム粒１０６ｄ，１０６ｆ，１０６ｇに接触させることはできるが、アルミニウム粒１０６ｂ、１０６ｃ，１０６ｅに接触させることはできない。
【００２３】
従って、小径のアルミニウム粒１０６ａの熱は、矢印の如くアルミニウム粒１０６ｄ，１０６ｆ，１０６ｇの３個に伝わるだけなので、第２層１０５の熱伝導率を高め難い。
このため、シートから伝わった熱を効率よく逃がすことができないので、比較的長い時間をかけて成形樹脂型を冷却する必要がある。この結果、成形樹脂型の待機時間が長くなり生産性を高めることが難しい。
また、小径のアルミニウム粒１０６ａをアルミニウム粒１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｅで拘束することができないので、第２層１０５の強度を高めることは難しい。
【００２４】
（ｂ）において、第２層１０の鋼球（１２ａ〜１２ｇ）を直径Ｄとして同径の金属球とすることで、隣り合う鋼球（１２ａ〜１２ｇ）同士を互いに接触させることができる。
従って、例えば鋼球１２ａの熱を、矢印の如く鋼球１２ｂ〜１２ｇの６個に伝えることができるので、第２層１０の熱伝導率を高めることができる。
このため、シートから伝わった熱を効率よく逃がして、比較的短い時間で成形樹脂型を冷却することができる。この結果、成形樹脂型の待機時間を短くして生産性を高めることができる。
また、第２層１０の鋼球（１２ａ〜１２ｇ）を同径の金属球とすることで、隣り合う鋼球同士を互いに拘束することができる。この結果、第２層１０の強度を高めることができる。
【００２５】
次に、第２〜４実施の形態について説明する。なお、第１実施の形態と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
図５は本発明に係る成形樹脂型（第２実施の形態）の断面図である。
成形樹脂型４０は、成形樹脂型１と同様に第１層５及び第２層１０を有し、さらに第１層５と第２層１０との間に中間層４２を積層した型表層４１を有するものである。
【００２６】
図６は図５のＢ部拡大図である。
中間層４２は、熱硬化性樹脂（以下、「エポキシ樹脂」という）４４にステンレス性の不織布４６を含めたもので、厚さｔ３（一例として、ｔ３＝１〜５ｍｍ）に形成したものである。
【００２７】
ここで、第１層５のエポキシ樹脂７は、第２層１０のエポキシ樹脂１４と比較して含有量が多いので、第１層５の熱膨張率は第２層１０の熱膨張率より高い。このため、中間層４２の熱膨張率が、第１層５の熱膨張率より高く、第２層１０の熱膨張率より低くなるように不織布４６の含有量を設定する。
従って、中間層４２を第１層５と第２層１０との間に積層することで熱膨張差を緩和することができる。この結果、例えば第１層５に発生する熱膨張差による応力を抑えることができるので、第１層５に熱膨張差による亀裂が発生する心配はない。
【００２８】
また、型表層４１を第１層５、中間層４２及び第２層１０の３層構造としたので、第１実施例の成形樹脂型１の型表層２と比較して型表層４１の強度を高めることもできる。
【００２９】
図７は本発明に係る成形樹脂型（第３実施の形態）の要部拡大図である。
成形樹脂型５０の型表層５１は、第２層５２の鋼球１２・・・同士をエポキシ樹脂１４を介在させないで直接接触させたもので、その他は第１実施の形態と同じである。
すなわち、鋼球１２・・・の表面にはエポキシ樹脂１４の薄膜が形成されやすく、この状態でエポキシ樹脂１４を熱硬化すると、鋼球１２，１２間にエポキシ樹脂の薄膜が介在することになる。
【００３０】
鋼球１２，１２間に介在するエポキシ樹脂１４は薄膜なので、熱伝導率に大きな影響はないが、エポキシ樹脂を介在させなければ、熱伝導率をさらに高めることが可能になる。
そこで、例えば、エポキシ樹脂１４が熱硬化する前に、第２層５２に所定の荷重をかけることにより、鋼球１２，１２間からエポキシ樹脂１４を除去するようにした。これにより、第２層５２の鋼球１２・・・同士を直接接触させた成形樹脂型５０を得ることができる。
【００３１】
加えて、成形樹脂型５０によれば、隣り合う鋼球１２同士を直接接触させたことで、第１実施の形態と比べて空間１５をより均一に形成することができる。従って、成形の際に、より均一な真空引きが可能になり製品の品質をより高めることができる。
【００３２】
図８は本発明に係る成形樹脂型（第４実施の形態）の要部拡大図である。
成形樹脂型６０の型表層６１は、第２層６２の鋼球１２・・・同士をエポキシ樹脂１４を介在させないで直接接触させたもので、その他は第２実施の形態と同じである。
従って、第３実施の形態と同様に、第２層６２の熱伝導率をより高めることができ、かつ真空引きをより均一に行うことができる。
【００３３】
次に、第１実施の形態の成形樹脂型１を例に、鋼球の直径Ｄと熱伝導率との関係、及び鋼球の直径Ｄと真空引き通気率との関係を説明する。
図９は本発明に係る成形樹脂型による鋼球の直径Ｄと熱伝導率との関係を示すグラフであり、横軸は鋼球の直径Ｄ（ｍｍ）を示し、縦軸は熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍｈ℃）を示す。
ここで、プレス成形中に、成形樹脂型の冷却時間を所望時間まで短くするためには熱伝導率を１ｋｃａｌ／ｍｈ℃（以下、「規定値」という）以上に設定する必要がある。
【００３４】
熱伝導率は、鋼球の直径Ｄが３ｍｍのとき規定値（１ｋｃａｌ／ｍｈ℃）になり、鋼球の直径Ｄが３ｍｍ未満になると規定値より大きくなる。
一方、鋼球の直径Ｄが３ｍｍを超えると熱伝導率は規定値より小さくなる。
従って、鋼球の直径Ｄを３ｍｍ以下に設定することにより、熱伝導率を規定値より大きくすることができる。
【００３５】
図１０は本発明に係る成形樹脂型において鋼球の直径Ｄと真空引き通気率との関係を示すグラフであり、横軸は鋼球の直径Ｄ（ｍｍ）を示し、縦軸は真空引き通気率（％）を示す。
ここで、プレス成形中に、パネルやシートの成形体を十分に真空吸着するためには、真空引き通気率を５０〜１００％に設定する必要がある。
【００３６】
真空引き通気率は、鋼球の直径Ｄが０．３ｍｍ未満のとき５０％より小さく、鋼球の直径Ｄが０．３ｍｍのとき５０％になる。
また、真空引き通気率は、鋼球の直径Ｄが０．３ｍｍを超えると５０％より大きくなり、鋼球の直径Ｄが３．０ｍｍ以上になると１００％を維持する。
従って、鋼球の直径Ｄを０．３ｍｍ以上に設定することにより、真空引き通気率を５０〜１００％にすることができる。
【００３７】
以上述べたように、図９及び図１０のグラフから、鋼球の直径Ｄを０．３〜３ｍｍに設定することで、十分な熱伝導率を確保することができ、かつ十分な真空引き通気率を確保することができることが判る。
【００３８】
なお、前記実施の形態では、第１層の厚さｔ１を１〜５ｍｍ、第２層１０の厚さｔ２を５ｍｍ以上、中間層４２の厚さｔ３を１〜５ｍｍに設定した例を説明したが、各々の厚さｔ１、ｔ２，ｔ３はこれらの値に限らないで任意に設定することができる。
また、第１層５、第２層１０及び中間層４２をエポキシ樹脂７，１４，４４とした例を説明したが、その他の熱硬化性樹脂として例えばポリウレタン樹脂やポリウレア樹脂等を使用してもよい。
【００３９】
さらに、炭化けい素６の粒径を約１０μｍとしたが、粒径は第１層５の耐摩耗性を確保できる範囲で任意に設定することができる。
また、金属粒１２を鋼球としたが、その他に銅球やアルミニウム球のように熱伝導率の高い金属球を使用してもよい。
【００４０】
前記実施の形態では成形樹脂型１でシートを真空成形又はプレス成形する例を説明したが、成形樹脂型１はシートの他に、例えばパネルの成形に適用することも可能である。なお、シートやパネルは車両用のものに限らないで、その他の製品に適用することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、金属粒を略同径の金属球とし、かつ、熱硬化性樹脂が熱硬化する前に、第２層に所定荷重をかけることにより、金属球間から熱硬化性樹脂を除去することで、隣り合う金属粒同士を互いに直接接触さて第２層の熱伝導率を高めた。
このため、シートから伝わった熱を効率よく逃がすことができるので、比較的短い時間で成形樹脂型を冷却することができる。この結果、成形樹脂型の待機時間を短くして生産性を高めることができる。
また、隣り合う鋼球同士を互いに接触させることで、金属粒を互いに拘束することができる。この結果、成形樹脂型の強度を高めることができる。
【００４２】
請求項２は、金属球の直径を０．３〜３ｍｍの範囲に設定した。
金属球の直径を０．３ｍｍ以上に設定することで、金属球間の空間を比較的大きくすることができるので、金属球間の空間を真空引き可能な空間として利用することができる。
また、金属球の直径を３ｍｍ以下に設定することで、金属球間の空間が大きくなり過ぎることを防ぐことができるので、成形樹脂型の熱伝導率を高めることができる。
請求項３は、第１層と第２層との間に、熱硬化性樹脂にステンレス性の不織布を含有させた中間層を積層した。そして、中間層の熱膨張率が、第１層の熱膨張率より高く、第２層の熱膨張率より低くなるように、不織布の含有量を設定した。
このように、中間層を第１層と第２層との間に積層することで熱膨張差を緩和することができる。この結果、例えば第１層に発生する熱膨張差による応力を抑えることができるので、第１層に熱膨張差による亀裂が発生する心配はない。
さらに、型表層を第１層、中間層及び第２層の３層構造としたので型表層の強度を高めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成形樹脂型（第１実施の形態）の断面図
【図２】図１のＡ部拡大図
【図３】本発明に係る成形樹脂型（第１実施の形態）の製造工程の説明図
【図４】本発明に係る成形樹脂型（第１実施の形態）の熱伝導を説明する第２層の拡大図
【図５】本発明に係る成形樹脂型（第２実施の形態）の断面図
【図６】図５のＢ部拡大図
【図７】本発明に係る成形樹脂型（第３実施の形態）の要部拡大図である。
【図８】本発明に係る成形樹脂型（第４実施の形態）の要部拡大図である。
【図９】本発明に係る成形樹脂型において鋼球の直径Ｄと熱伝導率との関係を示すグラフ
【図１０】本発明に係る成形樹脂型において鋼球の直径Ｄと真空引き通気率との関係を示すグラフ
【図１１】従来の成形樹脂型の要部拡大図
【符号の説明】
１，４０，５０，６０…成形樹脂型、２，４１，５１，６１…型表層、５…第１層、７，１４…熱硬化製樹脂（エポキシ樹脂）、１０，５２，６２…第２層、１２…金属粒（鋼球）、４２…中間層、４６…不織布、Ｄ…鋼球の直径。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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