(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料を温度差のある上下金型で圧縮成形して成形品を成形するための熱硬化性樹脂成形材料の成形において、
上下金型間に充填される熱硬化性樹脂成形材料の厚みと熱硬化性樹脂成形材料の材質と圧縮成形の条件から下記の式１により導き出される、圧縮成形中における上下金型内の熱硬化性樹脂成形材料の硬化過程における発熱で該熱硬化性樹脂成形材料の低温金型の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象時における熱硬化性樹脂成形材料の温度差と、
熱硬化性樹脂成形材料の材質から導き出される線膨張係数とに基づいて、
式１；ΔＴ＝ａｔ＋ｂ
（ここで、ｔ：上下金型間に充填される熱硬化性樹脂成形材料の厚み、ａ：熱硬化性樹脂成形材料の材質と圧縮成形の条件から実験的              に求められた係数、ｂ：熱硬化性樹脂成形材料の材質と圧縮成形の              条件から実験的に求められた定数）
式２；ρ＝α×ΔＴ
（ここで、ρ：成形品の変形量（変形部分の曲率）、α：熱硬化  性樹脂成形材料の材質から導き出される線膨張係数）
上記式２により成形品の変形量を予測することを特徴とする熱硬化性樹脂成形材料の成形における変形予測方法。
【請求項２】
ガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料を温度差のある上下金型で圧縮成形して成形品を成形するための熱硬化性樹脂成形材料の成形において、
上下金型間に充填される熱硬化性樹脂成形材料の厚みと熱硬化性樹脂成形材料の材質と圧縮成形の条件から下記の式１により導き出される、圧縮成形中における上下金型内の熱硬化性樹脂成形材料の硬化過程における発熱で該熱硬化性樹脂成形材料の低温金型の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象時における熱硬化性樹脂成形材料の温度差と、
熱硬化性樹脂成形材料の材質から導き出される線膨張係数とに基づいて、
式１；ΔＴ＝ａｔ＋ｂ
（ここで、ｔ：上下金型間に充填される熱硬化性樹脂成形材料の厚み、ａ：熱硬化性樹脂成形材料の材質と圧縮成形の条件から実験的              に求められた係数、ｂ：熱硬化性樹脂成形材料の材質と圧縮成形の              条件から実験的に求められた定数）
式２；ρ＝α×ΔＴ
（ここで、ρ：成形品の変形量（変形部分の曲率）、α：熱硬化  性樹脂成形材料の材質から導き出される線膨張係数）
上記式２により成形品の変形量を予測し、このようにして予測した成形品の変形を予め補償するように上下金型を作成することを特徴とする成形金型の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料を温度差のある上下金型で圧縮成形して成形される成形品の変形を予測するための熱硬化性樹脂成形材料の成形における変形予測方法及び予測した変形を補償することができる成形金型の作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）のようなガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料を成形金型により成形して成形品を成形した場合、成型金型から脱形すると成形過程で生じた内部歪みにより成形品が反り変形して、目的とする設計通りの正確な成形品を得ることができないという問題がある。
【０００３】
そこで、従来から、あらかじめ修正前の成形金型を作成し、この修正前の成形金型で試験的に複数の成形品サンプルを形成し、複数の成形品サンプルがそれぞれ目的とする成形品に対してどれだけ反り変形が生じているかを測り、複数の成形品サンプルにおける変形の測定値を参考にして経験と勘により、成形金型の修正を行っていた。
【０００４】
このため、成形金型に修正を行うための手間と設備が必要となるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料を温度差のある上下金型で圧縮成形して成形される成形品の変形を簡単な方法で予測ができ、また、金型作成に当たり、予測した変形を補償する成形金型を簡単に製造することができる熱硬化性樹脂成形材料の成形における変形予測方法及び成形金型の作成方法を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【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に係る熱硬化性樹脂成形材料の成形における変形予測方法は、ガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料３を温度差のある上下金型１，２で圧縮成形して成形品を成形するための熱硬化性樹脂成形材料３の成形において、
上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚みと熱硬化性樹脂成形材料３の材質と圧縮成形の条件から下記の式１により導き出される、圧縮成形中における上下金型１，２内の熱硬化性樹脂成形材料３の硬化過程における発熱で該熱硬化性樹脂成形材料３の低温金型の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象時における熱硬化性樹脂成形材料３の温度差と、
熱硬化性樹脂成形材料３の材質から導き出される線膨張係数とに基づいて、
式１；ΔＴ＝ａｔ＋ｂ
（ここで、ｔ：上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚み、ａ：熱硬化性樹脂成形材料３の材質と圧縮成形の条件              から実験的に求められた係数、ｂ：熱硬化性樹脂成形材料３の材質              と圧縮成形の条件から実験的に求められた定数）
式２；ρ＝α×ΔＴ
（ここで、ρ：成形品の変形量（変形部分の曲率）、α：熱硬化性樹脂成形材料３の材質から導き出される線膨張係数）
上記式２により成形品４の変形量を予測することを特徴とするものである。
【０００７】
また、成形金型５の作成方法は、ガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料３を温度差のある上下金型１，２で圧縮成形して成形品を成形するための熱硬化性樹脂成形材料３の成形において、
上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚みと熱硬化性樹脂成形材料３の材質と圧縮成形の条件から下記の式１により導き出される、圧縮成形中における上下金型１，２内の熱硬化性樹脂成形材料３の硬化過程における発熱で該熱硬化性樹脂成形材料３の低温金型の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象時における熱硬化性樹脂成形材料３の温度差と、
熱硬化性樹脂成形材料３の材質から導き出される線膨張係数とに基づいて、
式１；ΔＴ＝ａｔ＋ｂ
（ここで、ｔ：上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚み、ａ：熱硬化性樹脂成形材料３の材質と圧縮成形の条件              から実験的に求められた係数、ｂ：熱硬化性樹脂成形材料３の材質              と圧縮成形の条件から実験的に求められた定数）
式２；ρ＝α×ΔＴ
（ここで、ρ：成形品の変形量（変形部分の曲率）、α：熱硬化性樹脂成形材料３の材質から導き出される線膨張係数）
上記式２により成形品４の変形量を予測し、このようにして予測した成形品４の変形を予め補償するように上下金型１，２を作成することを特徴とするものである。
【０００８】
上記のようにして上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚みから、成形の際に発生する温度逆転現象時における熱硬化性樹脂成形材料３の温度差ΔＴを求め、該温度差ΔＴと、熱硬化性樹脂成形材料３の材質から導き出される線膨張係数により簡単に成形品の変形を予測することができるものであり、また、このように簡単な方法で予測した成形品４の変形を金型設計に反映して、予測した成形品４の変形を予め補償するように上下金型１，２を作成することで、実際に成形される成形品４として変形が補償されたものとして正確に形成できる成形金型５を作成できるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１０】
ＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）のようなガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料３は温度差のある上下金型１，２で圧縮成形して成形品４を成形するようになっている。つまり、ＳＭＣのようなガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料３を成形する成形金型５は、該成形金型５により成形する成形品４の意匠面が光沢面となるようにするため、上下金型１，２のうち該成形金型５により成形する成形品４の意匠面となる方の金型を高温側として硬化反応が早く開始するように設定してある。
【００１１】
ところで、ＳＭＣのようなガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料３により成形品４を成形するには上記のような温度差のある上下金型１，２により圧縮成形し、成形後に成形金型５から脱型して自然放置して常温にすることで完成した成形品４を得るのであるが、上記のようにのようなガラス繊維を含有する熱硬化性樹脂成形材料３を温度差のある上下金型１，２で圧縮成形すると、成形中に内部歪みが生じ、この内部歪みにより成形後に成形品４が変形（反り変形）するものである。
【００１２】
そこで、本発明においては、成形品４の変形を生じさせる成形中に生じる内部歪みがどのようなメカニズムにより発生するかを研究した結果、圧縮成形中における成形金型５内の熱硬化性樹脂成形材料３の硬化過程における発熱で該熱硬化性樹脂材料３内部の低温金型側の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象が発生していることを見出した。そして、この熱硬化性樹脂成形材料３の低温金型側の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象の発生時における熱硬化性樹脂成形材料３内部の温度差により上記成形中の内部歪みが生じることを見出した。
【００１３】
すなわち、図１（ａ）に示すように下金型２上にＳＭＣのようなガラス繊維を含有した熱硬化性樹脂成形材料３を設置し、次に、図１（ｂ）に示すように上金型１を型締めしながら熱硬化性樹脂成形材料３を上下金型１，２間に流動させ、次に、図１（ｃ）のように上下金型１，２間に熱硬化性樹脂成形材料３を充填して硬化過程となり、次に、図１（ｄ）のように成形後に型開きをして脱型するという順序で温度差のある上下金型１，２により熱硬化性樹脂成形材料３で成形品４を成形するのであるが、このように温度差のある上下金型１，２で熱硬化性樹脂成形材料３を成形するに当たって、図２のようにＳＭＣの熱硬化性樹脂成形材料３内部の温度を熱センサ（熱電対）Ａ、Ｂ、Ｃで成形中における熱硬化性樹脂成形材料３内部の低温金型（図２では下金型２；１３５℃）側の部分、厚み方向の中間部分、高温金型（図２では上金型１；１４５℃）側の部分をそれぞれ測定したところ、熱硬化性樹脂成形材料３内の上記熱センサＡ、Ｂ、Ｃを設置した各部において図３に示すような温度変化となっていることが判明した。
【００１４】
図３におけるイは図１（ａ）の下金型２上にＳＭＣを設置した時点を示し、ロは図１（ｂ）の上金型１がＳＭＣに接触する型締め開始時点であり、ハは熱硬化性樹脂成形材料３内部において高温金型側の部位において硬化剤の活性酸素が分解を開始する時点であり、ニは熱硬化性樹脂成形材料３内部において低温金型側の部位において硬化剤の活性酸素が遅れて分解することにより高温金型側の部位と低温金型側の部位との温度逆転現象が発生した時点であり、ホは型開きをして脱型する時点である。
【００１５】
この図３のグラフから明らかなように、イからロまでの間は熱硬化性樹脂成形材料３は下金型２に載置してあるのみで上金型１には設置していないので、熱硬化性樹脂成形材料３内部は下金型２（図２では下金型２が低温金型である）側の部位の温度が高い。型締め後の成形過程（ロ以降の成形過程）においては、ロを過ぎてしばらくすると熱硬化性樹脂成形材料３の内部は高温側の金型である上金型１側の部位が低温側の金型である下金型２側の部位よりも高温となる。更に、図３のハの時点で熱硬化性樹脂成形材料３内部において高温金型側の部位が硬化剤の活性酸素が分解を開始する温度となり、高温金型側の部位において先に硬化剤の活性酸素が分解を開始する。このため熱硬化性樹脂成形材料３内部は高温金型側が低温金型側よりもいっそう高くなるように温度差が生じている。ニの少し前の時点になると、熱硬化性樹脂成形材料３内部の低温金型側の部位が硬化剤の活性酸素が分解を開始する温度となって硬化剤の活性酸素が分解を開始する。そして、熱硬化性樹脂成形材料３内部の低温金型側の部位が硬化剤の活性酸素が分解を開始するとすぐに熱硬化性樹脂成形材料３の低温金型の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象が発生し、ニの時点で温度逆転のピークとなる。このニ時点をピークとしてその後各部の温度が低下していってほぼ同じ温度となり、ホの時点で図１（ｄ）のように型開きをして脱型するものである。
【００１６】
上記ニにおける温度逆転現象は、以下のような理由により生じるものと推測される。
【００１７】
すなわち、熱硬化性樹脂成形材料３の硬化過程においてロをすぎてハまでは（実施例ではロをすぎてしばらくしてＣ＝Ａとなって以降ハまでは）、成形金型５内の熱硬化性樹脂成形材料３は高温側の金型である上金型１側の部分が低温側の金型である下金型２側の部分よりもやや高く、厚み方向の中間部分がいずれも成形金型５内の熱硬化性樹脂成形材料３は高温側の金型である上金型１側の部分及び低温側の金型である下金型２側の部分よりも低い、つまり、熱センサＡ、Ｂ、Ｃにより検出した温度はＣ＞Ａ＞Ｂとなっている。
【００１８】
そして熱硬化性樹脂成形材料３の反応が進んで硬化剤の反応温度（活性酸素が分解する温度）になると、硬化剤の活性酸素が分解することでそれまでの温度上昇とは異なる急激な温度上昇が生じるが、この場合、熱硬化性樹脂成形材料３内部の高温側の金型である上金型１側の部分が先にハの時点で活性酸素が分解する温度に到達するため、ハの時点からＣ側が急激に高温となり、Ｃ側の温度を上昇させ、次第にＣ側とＡ側との温度差が大きくなって活性酸素の分解が始まっていないＡ側にＣ側から熱伝導により熱が伝達されるが、ニの少し前になるとＡ側において活性酸素の分解が開始されてＡ側が急激に温度上昇し、このＡ側における活性酸素の分解による温度急激な上昇と上記Ｃ側からＡ側に熱伝導により伝達された熱との合計によりＡ側の温度上昇はいっそう急激となり、熱硬化性樹脂成形材料３内部のＡ側がＣ側よりも高温となる温度の逆転現象が発生し、図３ニの時点でこの温度逆転現象のピークとなる。
【００１９】
そして、ニの時点以降は熱硬化性樹脂成形材料３内部は上下金型１，２側へ熱伝導しながら次第にＡ側、Ｂ側、Ｃ側がほぼ同じ温度となって図３のホとなり、このホの時点で脱型するものである。
【００２０】
本発明においては、上記のように、圧縮成形中における金型内の熱硬化性樹脂成形材料３の硬化過程における硬化剤中の活性酸素の発熱で該熱硬化性樹脂成形材料３内部の低温金型の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象を見い出し、この圧縮成形中における温度逆転現象時（ニ時点）におけるＡ側とＣ側との温度差ΔＴにより内部歪みが生じ、このようにして成形過程で生じた内部歪みにより成形が終了して成形品を脱型した後に成形品に反りのような変形を生じることが判明した。
【００２１】
そこで、この温度逆転現象時における温度差ΔＴに着目して、反り変形を予測するようにしたものである。
【００２２】
つまり、成形品の変形量（変形部分の曲率）は、温度差、熱硬化性樹脂成形材料３の材質と、圧縮成形の条件と、上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚みと、熱硬化性樹脂成形材料３の線膨張係数とにより決定される。
【００２３】
そして、変形に影響を与える温度差が上記温度逆転現象時における温度差ΔＴであるとすると、上記温度逆転現象時における温度差ΔＴは、温度差のある上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚みと熱硬化性樹脂成形材料３の材質と圧縮成形の条件により決まるものであるから次の式１で導きだされる。
【００２４】
式１；ΔＴ＝ａｔ＋ｂ
（ここで、ｔ：上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚み、ａ：熱硬化性樹脂成形材料３の材質と圧縮成形の条件              から実験的に求められた係数、ｂ：熱硬化性樹脂成形材料３の材質              と圧縮成形の条件から実験的に求められた定数）
このように、温度差のある上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚みと熱硬化性樹脂成形材料３の材質と圧縮成形の条件により導き出される図３のニの温度逆転現象時における温度差ΔＴと、熱硬化性樹脂成形材料３の材質から導き出される線膨張係数αとにより下記の式２により成形品４の変形量（変形部分の曲率）を求めることができる。
【００２５】
式２；ρ＝α×ΔＴ
（ここで、ρ：成形品の変形量（変形部分の曲率）、α：熱硬化性樹脂成形材料３の材質から導き出される線膨張係数）
ところで、式１により、熱硬化性樹脂成形材料３の材質、圧縮成形をある一定とした条件下で、厚みを異ならせて各厚み毎のΔＴを実験的に求めることで、異なる各厚みごとにａ、ｂを実験的に求めることができる。このようにして求めた熱硬化性樹脂成形材料３の材質、圧縮成形をある一定とした条件下における各厚み毎のａ、ｂをデータとして蓄積することで、以後は材質、圧縮成形をある一定とした条件下においては、ｔさえ判ればΔＴを導き出すことができるものであり、したがって成形品４の変形量（変形部分の曲率）ρは下記式３により、αとｔが判れば下記の式３により求めることができる。
【００２６】
式３；ρ＝α（ａｔ＋ｂ）
ここで、線膨張係数αは熱硬化性樹脂成形材料３の材質から導き出されるものであるから、熱硬化性合成樹脂成形材料３の材質、圧縮成形がある一定の条件下では、上下金型１，２間に充填される熱硬化性樹脂成形材料３の厚みさえ判れば、上記式３により、成形品４の変形量（変形部分の曲率）を簡単に求めて予測することができるのである。
【００２７】
上記のようにして成形品４の変形量を予測する本発明の熱硬化性樹脂成形材料３の成形における変形予測方法によれば、従来のように、実際に成形金型を試験的に製作して、該試験的に製作した成形金型により成形品サンプルを形成し、複数の成形品サンプルがそれぞれ目的とする成形品に対してどれだけ反り変形が生じているかを測って、成形品の変形量を予測するものに比べて、実際に成形金型５を試験的に製作して試験的に成形品サンプルを成形することなく、成形品４の変形量（変形部分の曲率）をあらかじめ簡単に予測することができるものである。
【００２８】
このようにして成形金型５を予め試験的に製作することなく、成形品４の変形量（変形部分の曲率）を予測できるので、この本発明の方法で予測した成形品４の変形を金型設計に反映して、予測した成形品４の変形を予め補償するように上下金型１，２を作成することで、実際に成形される成形品として変形が補償されたものとして正確に形成できる成形金型５を作成できるものであり、従来のように成形金型５を予め試験的に作成する必要がないものであり、成形金型５の作成が容易に行えるものである。
【００２９】
つまり、図４において、上下金型１，２の成形面１ａ，２ａが想像線から実線となるように、金型設計の段階であらかじめ上記変形の補償を考慮して設計して上下金型１，２を作成することで、図５（ａ）のように成形が完了した時点では本来の変形とは逆に変形していた脱形直後の成形品４が上記ΔＴに起因する変形により図５（ｂ）のように変形が補償された設計通りの成形品４となるものである。
【００３０】
【発明の効果】
上記のように本発明にあっては、上下金型間に充填される熱硬化性樹脂成形材料の厚みと熱硬化性樹脂成形材料の材質と圧縮成形の条件からΔＴ＝ａｔ＋ｂの式で導き出される圧縮成形中における金型内の熱硬化性樹脂成形材料の硬化過程における発熱で該熱硬化性樹脂成形材料内部の低温金型の部分が高温金型側の部分よりも温度が高くなる温度逆転現象時における熱硬化性樹脂成形材料の温度差と、熱硬化性樹脂の材質から導き出される線膨張係数とに基づいて、成形品の変形量をρ＝α×ΔＴの式により簡単に予測することができるものであり、また、このように簡単な方法で予測した成形品の変形を金型設計に反映して、予測した成形品の変形を予め補償するように上下金型を作成することで、実際に成形される成形品として変形が補償されたものとして正確に形成できる成形金型を作成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明の熱硬化性樹脂成形材料の成形順序を示す概略説明図である。
【図２】同上の熱硬化性樹脂成形材料内部の圧縮成形中における熱硬化性樹脂成形材料の低温金型側の部分、厚み方向の中間部分、高温金型側の部分の温度を測定するための熱センサの設置位置を説明するための図面である。
【図３】同上の熱硬化性樹脂成形材料内部の圧縮成形中における熱硬化性樹脂成形材料の低温金型側の部分、厚み方向の中間部分、高温金型側の部分の温度変化の計測結果を示すグラフである。
【図４】本発明により予測した成形品の変形を金型設計に反映して予測した成形品の変形を予め補償して作成した上下金型の説明図である。
【図５】（ａ）は同上の予測した成形品の変形を予め補償して作成した上下金型により成形して脱型直後の逆変形状態の説明図であり、（ｂ）は同上の脱変形状態の成形品がΔＴに起因する本来の変形で逆変形が補償された設計通りの成形品となったことを説明する説明図である。
【符号の説明】
１  上金型
２  下金型
３  熱硬化性樹脂材料
４  成形品
５  成形金型
【図１】
0003750629.tif 000002
【図２】
0003750629.tif 000003
【図３】
0003750629.tif 000004
【図４】
0003750629.tif 000005
【図５】
0003750629.tif 000006