(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲点間部分の両側に自由端側部分を有する屈曲成形体の成形方法であって、
自由端側部分の加熱通路に加熱媒体として蒸気と水の混合物を流通させ、屈曲点間部分の加熱通路に蒸気を流通させて温度制御を行って、各自由端と該自由端に近い側の屈曲点との間の自由端側部分の硬化を、屈曲点間部分の硬化と同時又は屈曲点間部分の硬化より遅らせることを特徴とする熱硬化性材料の成形方法。
【請求項２】
自由端側部分の成形温度を、屈曲点間部分の成形温度よりも低く制御する請求項１記載の成形方法。
【請求項３】
自由端側部分の成形温度と屈曲点間部分の成形温度との温度差が３℃以上である請求項２記載の成形方法。
【請求項４】
屈曲点間部分の両側に自由端側部分を有する屈曲成形体を成形する装置において、
屈曲点間部分と、各自由端と該自由端に近い側の屈曲点との間の自由端側部分の加熱通路を別々に設け、自由端側部分の加熱通路に加熱媒体として蒸気と水の混合物を流通させ、屈曲点間部分の加熱通路に蒸気を流通させることを特徴とする熱硬化性材料の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬化による熱収縮率の大きい熱硬化性材料を用いた成形方法及び成形装置に関し、より詳細には、屈曲点間部分の両側に自由端側部分を有する屈曲成形体を、クラックを発生させることなく成形する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱硬化性材料を用いた樹脂成形体は、住宅設備用品を中心に従来から使用されてきたが、人工大理石としての需要が近年伸びてきており、特にキッチンカウンターや洗面台、浴槽等として熱硬化性樹脂は盛んに使用されている。これら成形体の用途から、人工大理石の成形材料としては、透明感、表面光沢、耐薬品性に優れる成形材料が望まれる。
【０００３】
しかしながら、これら特性を備えた成形材料は、一般に硬化収縮率が大きく、従来の成形方法や成形装置では、成形品にクラックが生じやすい。図７に、島津製作所社製「フローテスター」を用いて、試料２．５ｇ、成形温度１２０℃、成形圧力１００ｋｇ／ｃｍ2 の測定条件下で測定した熱硬化性材料の硬化収縮挙動を示す。かかる図からも理解されるように、熱硬化性材料は加熱により一旦膨脹した後、硬化反応に伴い収縮する（図上ａで示す）。このため、特に樹脂成形体に２以上の屈曲点が存在する場合には、屈曲点前後での熱硬化の速度差から、屈曲点付近でクラックが発生しやすい。図６（ａ）はキッチンカウンター、（ｂ）は浴槽として使用される成形体であって、これら成形体における具体的クラック発生場所を斜線で示す。このようなクラックの発生を防止するため、これまでは熱可塑性ゲル化微粒子等の高価な低収縮化剤を添加して成形性を確保していた。
【０００４】
一方、硬化収縮率が大きい成形材料を使用した場合の上記問題を、成形技術面から改良しようとする試みはこれまでは為されていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に着目してなされたものであって、その目的は、透明感、表面光沢、耐薬品性に優れるが、硬化収縮率が大きな熱硬化性材料を用いて成形体を成形する場合に、硬化収縮によってクラック等が生じることなく優れた表面性状の成形体を成形することができる方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、屈曲点間部分の両側に自由端側部分を有する屈曲成形体の成形方法であって、各自由端と該自由端に近い側の屈曲点との間の自由端側部分の硬化を、屈曲点間部分の硬化と同時又は屈曲点間部分の硬化より遅らせることを特徴とする熱硬化性材料の成形方法が提供される。
【０００７】
ここで、自由端側部分の硬化を遅らせるには、該自由端側部分の成形温度を、屈曲点間部分の成形温度よりも低く制御するのが好ましく、その成形温度差は３℃以上であることが望ましい。
【０００８】
かかる成形温度の制御を行うには、該自由端側部分の加熱通路に加熱媒体として蒸気と水の混合物を流通させ、該屈曲点側部分の加熱通路に蒸気を流通させて制御するのが望ましい。
【０００９】
また本発明によれば、屈曲点間部分の両側に自由端側部分を有する屈曲成形体を成形する装置において、屈曲点間部分と、各自由端と該自由端に近い側の屈曲点との間の自由端側部分の加熱通路を別々に設けたことを特徴とする熱硬化性材料の成形装置が提供される。
【００１０】
ここで、精密に成形温度の制御を行えることから、該自由端側部分の加熱通路に加熱媒体として蒸気と水の混合物を流通させ、該屈曲点間部分の加熱通路に蒸気を流通させるのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願請求項１の発明に係る成形方法の大きな特徴は、屈曲点間部分の両側に自由端側部分を有する屈曲成形体の成形方法であって、自由端側部分の硬化を、屈曲点間部分の硬化と同時又は該屈曲点間部分の硬化より遅らせる点にある。図１を参照して、（ａ）は断面コの字形状の成形体であって、自由端Ｘの間に屈曲点Ｙが２つある成形体である。この場合、自由端Ｘと屈曲点Ｙとの間の自由端側部分イが先に硬化し、その後に屈曲点間部分ロが硬化すると、熱硬化性材料の硬化の際に生ずる体積収縮による応力によって屈曲点付近（図上「Ｚ」で表す。）にクラックが発生する。一方これと逆の場合、すなわち自由端側部分イの硬化が、該屈曲点間部分ロの硬化と同時又は該屈曲点間部分ロの硬化より遅い場合、硬化の際に生ずる体積収縮による応力は、成形体の自由端側部分イで吸収される。このため、屈曲点付近Ｚにクラックは生じなくなる。（ｂ）は屈曲点Ｙが２つある断面が横Ｓ字形状の他の成形体であって、上記（ａ）の場合と同じように、自由端側部分イの硬化を、該屈曲点間部分ロの硬化と同時又は該屈曲点間部分ロの硬化より遅くすることにより、硬化の際に生ずる体積収縮による応力は、成形体の自由端側部分イで吸収されて屈曲点付近Ｚのクラックは生じなくなる。
【００１２】
クラックの発生原因である硬化収縮による応力は、成形材料の体積に比例するため、硬化する部分の体積が大きいほど発生する応力も大きくなる。したがって、該屈曲点間部分の体積が大きい成形体ほど、屈曲点付近においてクラックが生じやすくなり、このような成形体の成形において本発明の成形方法がより一層効果を奏する。
【００１３】
自由端と屈曲点間の自由端側部分の硬化を、屈曲点間部分の硬化と同時又は該屈曲点間部分の効果より遅くらせるには、該自由端側部分の成形温度を被屈曲点間部分の成形温度よりも低く制御する方法や成形体の厚みを調整し該屈曲点間部分よりも該自由端側部分を厚くする方法、該自由端側部分を形成する部分に、硬化時間が他の部分より長い成形材料を分割配置させて形成する方法等が挙げられる。この中でも作業性が容易なことから、該自由端側部分の成形温度を該屈曲点間部分の成形温度よりも低く制御する方法が本発明の成形方法としては好ましい。この場合、該自由端側部分の成形温度と該屈曲点間部分の成形温度との差は、成形体の形状や熱硬化性材料の種類などによって決定されるべきものであるが、一般に３℃以上が好ましく、より好ましくは５℃以上である。
【００１４】
上記のような金型温度制御を行うには、公知の制御方法を使用することができ、例えば加熱媒体として蒸気を用い、蒸気圧を制御することによって温度制御することができる。ただ、加熱媒体として蒸気を用いる場合、速やかな加熱を行うことはできるものの、速やかに冷却することは現実には困難であるため、設定温度を超える金型部位が生じたときには精度よく温度制御することが困難となることがある。このため、成形温度が低い該自由端側部分の加熱通路には、加熱媒体として蒸気と水の混合物を供給し、成形温度がより高い該屈曲点間部分には、加熱媒体として蒸気を供給するのが望ましい。蒸気と水を混合して、いわゆる湿り蒸気として加熱通路に供給することによって、蒸気中にミスト状に分散した水が気化する際に周りから熱を奪い、金型を迅速かつ有効に冷却することができ、これによって金型を精度よく温度制御することができるのである。
【００１５】
もちろん、加熱手段として電熱加熱、温水加熱、オイル加熱等も用いることができる。
【００１６】
図２に本発明に係る成形方法の一実施例を示すシステム図を、図３には図２に示された分割金型の断面図、図４には図２に示された分割金型の上型及び下型における媒体通路の説明図を示す。
【００１７】
図２において、熱硬化性材料を成形する二分割金型は上型３と下型４からなり、図３及び図４に示すように、上型３の成形面の近接内部には媒体通路Ａが形成され、下型４の成形面の近接内部には媒体通路Ｂ及び成形体の肉厚の薄い部分には更に媒体通路Ｃが形成されている。この媒体通路Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに蒸気入口３ａ，４１ａ，４２ａが設けられ、蒸気入口３ａ．４１ａにはボイラー１から蒸気配管を介し、圧力計２２ａ，２３ａの測定値によって制御された減圧弁２２ｂ、２３ｂを通って蒸気が供給される。一方蒸気入口４２ａには、ボイラー１から蒸気配管を介し、圧力計２４ａの測定値によって制御された減圧弁２４ｂを通って供給される蒸気と、後述するドレン部６から供給される温水とを混合した混合物が供給される。これら媒体通路Ａ、Ｂ、Ｃには蒸気出口３ｂ、４１ｂ、４２ｂが形成され、これら蒸気出口にはそれぞれ出口配管が接続されている。媒体通路Ａ及びＢに接続された出口配管にはそれぞれ蒸気トラップ弁５１ａ，５２ａ及びバイパス弁５１ｂ、５２ｂが配設され、ドレンが所定量貯まると蒸気トラップ弁５１ａ，５２ａが開となり貯まったドレンをドレン回収部に排出する。バイパス弁は通常は閉状態としておく。一方媒体通路Ｃに接続された出口配管には流量調節弁５３ａ及びバイパス弁５３ｂが配設され、媒体通路Ｃからドレン回収部６へ排出される蒸気とドレンの混合物流量を調整する。３つの出口配管はその後集合して１つの出口配管となりドレン回収部６に接続される。
【００１８】
ドレン回収部６は、貯水タンク６１、エゼクター６３、ポンプ６２とから構成され、貯水タンクの温度が所定温度を超えたとき又は貯水量が一定量以下となったときには、貯水タンク６１に図示しない給水源から給水弁６４を通って水が補給される。エゼクター６３の吸引室には、媒体通路に接続された出口配管及びポンプ６２の出口側配管６８から分岐した配管６６が接続され、ポンプ６２から供給される水と共に媒体通路から排出されるドレン及び蒸気を配管６５を通して貯水タンク６１に回収する。貯水タンク６１の下部には排出管６７が接続され、排出管６７はポンプ６２入口側に接続される。ポンプ６２の出口側には配管６８が接続され、配管６８は、途中で配管６６を分岐し、流量計７１、流量調節弁７２を介して媒体通路Ｃの蒸気入口４２ａに接続され、媒体通路を通って排出されたドレン及び排出蒸気によって加温された貯水タンク内の水を、媒体通路Ｃへ再供給する。一方分岐した配管６６は前記のとおりエゼクター６３に接続され、貯水タンク６１から排出された水はエゼクターを介して貯水タンクに循環される。
【００１９】
金型温度制御の他の態様を図５に示す。図５（ａ）はキッチンカウンターを成形する金型の断面図であって、金型の下型におけるカウンター部分（屈曲点間部分）の成形温度を１１０℃に、バックガード部分及びエプロン部分（自由端側部分）の成形温度を１０５℃に設定したものである。図５（ｂ）は浴槽を成形する金型の断面図であって、浴槽底面（屈曲点間部分）の成形温度を１１０℃に、浴槽側壁面（自由端側部分）の成形温度を１０５℃に設定したものである。かかる場合において、前記屈曲点間部分の加熱通路Ｂには蒸気を供給し、前記自由端側部分の加熱通路Ｃには蒸気と水の混合物を供給することによって成形温度を精密に制御することができる。この結果、自由端側部分の硬化を屈曲点間部分より遅らせることができ、屈曲部におけるクラックの発生を防止し得るのである。
【００２０】
本発明の成形方法で使用できる熱硬化性成形材料としては、特に限定はなく、アクリル樹脂や不飽和ポリエステル樹脂を配合したバルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）等を挙げることができる。
【００２１】
本発明の成形方法における成形条件に限定はないが、加圧・加熱成形の場合には、圧力は５×１０4 〜２×１０7 Ｐａの範囲、温度は４０〜２００℃の範囲が好ましい。また加圧方向は水平方向、垂直方向いずれであってもよい。
【００２２】
本発明で使用する金型は、いずれの材料で製造されていてもよく、例えば鉄、アルミニウム、樹脂等を製造されていればよい。
【００２３】
本発明の成形方法によって成形される成形体は、キッチンカウンターや浴槽、洗面台等として有効に活用される。
【００２４】
【実施例】
成形材料の調整
表１に示す成分組成と物性を有するアクリル系成形材料又はポリエステル材料を作成した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
実施例１〜９、比較例１〜４
表２〜４に示す成形材料及び成形条件で、図３に示すキッチンカウンター成形型（断面形状長さ２８００ｍｍ）を用いて成形を行ない、クラックの発生率（％）を調査した。結果を表２〜４に示す。
【００２７】
ここでその他の成形条件は、成形圧力７．５×１０6 Ｐａ、型締め速度１ｍｍ／ｓｅｃ、保圧時間１０ｍｉｎ、チャージ量３４ｋｇとした。またカウンターのそれぞれの部位に相当する部分の硬化時間を３００ｍｍ角平板金型で測定した。成形条件は、カウンターと同様としチャージ量は成形品の板厚さに合わせて調節した。
【００２８】
クラックの発生率（％）は、各実施例、比較例ごとに１０台を成形し、クラックの有無を目視により評価した。全長に渡りクラックが発生しているもののみならず不連続で微細なクラックが一部に発生しているものまでをクラック有りと判断した。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
【表３】
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【００３１】
【表４】
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【００３２】
実施例１〜９に示すように自由端側部分であるバックガード部分及びエプロン部分の成形温度を、屈曲点間部分であるカウンター部分の成形温度よりも低く設定すると、クラック発生は大幅に改善される。成形材料の硬化収縮率によってクラックの発生率は異なるが、自由端側部分であるバックガード部分及びエプロン部分の成形温度を５℃以上低く設定した場合には、クラックは発生しなかった。一方バックガード部分及びエプロン部分、カウンター部分の成形温度を同じにした比較例１〜３ではクラックが発生し、低収縮化剤を１５部と多量に配合し、硬化収縮率の比較的小さい成形材料を使用した比較例４ではクラックが発生しなかった。
【００３３】
【発明の効果】
自由端側部分の硬化を、屈曲点間部分の硬化と同時又は該屈曲点間部分の硬化より遅らせる本発明の成形方法によれば、樹脂や成形材料の性能面の制限によって硬化収縮率の大きな成形材料を用いる場合であっても、硬化収縮によってクラック等が生じることなく、優れた表面性状の成形体を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形方法を示す概略図である。
【図２】本発明の成形方法の一実施例を示すシステム図である。
【図３】図２に示された分割金型の断面図である。
【図４】図２に示された分割金型の上型及び下型の媒体通路を示す説明図である。
【図５】本発明の成形方法による温度制御を行った金型の断面図である。
【図６】成形体においてクラックが発生する部分を表した図である。
【図７】熱硬化性材料の硬化収縮挙動及び硬化時間（ＭＣＴ）を示す図である。
【符号の説明】
１  ボイラー
３  上型
４  下型
６  ドレン回収部
１１，６５，６７，６８  配管
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ  圧力計
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ  減圧弁
７１  流量計
７２  流量調節弁
Ｘ  自由端
Ｙ  屈曲点
【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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