JP6841883B2

JP6841883B2 - 成形型

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Publication number: JP6841883B2
Application number: JP2019159778A
Authority: JP
Inventors: 一博水木; 真司藤崎; 誠大森
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-10
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: JP2021037680A

Description

本発明は、成形型に関する。

従来、流動性を有する自己硬化性の成形用原料を用いた成形体の形成に用いられる成形型として、成形空間と、成形空間上に配置される連通路と、連通路上に配置されるベント空間とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。成形用原料は、成形空間に充填された後、連通路を介して成形空間からベント空間に供給される。

国際公開第２００９／０４４７３０号

しかしながら、成形用原料が成形空間から連通路に流出する際、成形用原料の流れが乱れて、成形用原料と成形空間及び連通路の接続部の内壁との隙間に気泡が残留しやすいため、成形体の表面にボイドが生じやすいという問題がある。

本発明の目的は、成形体にボイドが生じることを抑制可能な成形型を提供することである。

本発明に係る成形型は、成形空間と、成形空間上に配置される連通路と、連通路上に配置されるベント空間とを備える。鉛直方向に沿った一断面において、水平方向における連通路の幅は、水平方向における成形空間の幅より狭い。一断面において、成形空間及びベント空間の接続部の第１内壁は、成形空間の外側に向かって凸状に湾曲する第１湾曲面と、第１湾曲面の上端と滑らかに連なり、成形空間の内側に向かって凸状に湾曲する第２湾曲面とを含む。

本発明によれば、成形体にボイドが生じることを抑制可能な成形型を提供することができる。

実施形態に係る成形型の側面図である。実施形態に係る成形型の上面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図３の部分拡大図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。

（成形型１０の構成）
本実施形態に係る成形型１０の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、成形型１０の側面図である。図２は、成形型１０の上面図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。

成形型１０は、例えば、金属（アルミニウム、アルミニウム合金、ＳＵＳ鋼、ニッケル合金など）によって構成される。成形型１０は、内部に注入される液状又はゾル状の成形用原料を硬化（ゲル化）させて成形体を形成するために用いられる。成形型１０は、例えば、鋳込み成形法の一種であるモールドキャスト法による成形体の形成に好適である。

成形用原料は、流動性を有する自己硬化性のスラリーである。成形用原料は、所定の粉末、反応剤、ゲル化剤、溶媒、分散助剤、その他の添加剤（例えば、造孔剤など）を含む。

所定の粉末は、成形体の基材である。所定の粉末としては、例えば、セラミック粉末、金属粉末、及びこれらの混合物が挙げられる。セラミック粉末としては、例えば、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、窒化アルミニウム粉末、炭化珪素粉末などが挙げられるが、これに限定されない。金属粉末としては、白金粉末、タングステン粉末、モリブデン粉末などが挙げられるが、これに限定されない。所定の粉末の含有量は特に限られないが、例えば、２０体積％以上６０体積％以下とすることができる。

反応剤は、ゲル化剤と反応して硬化反応（ゲル化反応）を引き起こす反応性官能基を含む。反応剤としては、多価アルコール（エチレングリコールのようなジオール類、グリセリンのようなトリオール類等）、多塩基酸（ジカルボン酸等）、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。反応剤の含有量は特に限られないが、例えば、０．０５体積％以上５体積％以下とすることができる。

ゲル化剤は、反応剤に含まれる反応性官能基と反応して硬化反応を引き起こす添加剤である。ゲル化剤としては、例えば、ＭＤＩ（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート）、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアナート）、ＴＤＩ（トリレンジイソシアナート）、ＩＰＤＩ（イソホロンジイソシアナート）などが挙げられる。ゲル化剤は、イソシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）及びイソチオシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ）の少なくとも一方を有することが好ましい。これにより、ゲル化剤と反応剤との反応を促進することができる。ゲル化剤の含有量は特に限られないが、例えば、３体積％以上２０体積％以下とすることができる。

溶媒は、所定の粉末を分散させるための添加剤である。溶媒としては、多塩基酸エステル（グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（トリアセチン等）、脂肪族多価エステルなどの２以上のエステル基を有するエステル類などが挙げられる。溶媒の含有量は特に限られないが、例えば、３０体積重量％以上７０体積％以下とすることができる。

分散助剤は、成形用原料の粘度を低減させるための添加剤である。分散助剤は、所望により添加される任意の添加剤である。分散助剤としては、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリカルボン酸系共重合体、重合体のリン酸エステル塩化合物、酸基を含む重合体のアルキルアンモニウム塩化合物、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。分散助剤の含有量は特に限られないが、例えば、０．５体積％以上１０体積％以下とすることができる。

触媒は、ゲル化剤と反応剤との反応を更に促進するための添加剤である。触媒は、所望により添加される任意の添加剤である。触媒としては、例えば、トリエチレンジアミン、ヘキサンジアミン、６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノールなどが挙げられる。触媒の含有量は特に限られないが、例えば、０．０１体積％以上３体積％以下とすることができる。

このような成形用原料は、上記の各組成物を混合した時点から硬化し始めるため、例えば射出成形に用いられる熱可塑性樹脂とは異なり、急速に粘度が増大する。具体的には、成形用原料は、各組成物の混合から２分経過後の粘度をＥ１（せん断速度１ｓｅｃ^−１）とし、各組成物の混合から１２分経過後の粘度をＥ２（せん断速度１ｓｅｃ^−１）としたとき、０．０１Ｐａ・ｓｅｃ≦Ｅ１≦３．０Ｐａ・ｓｅｃ、２．０Ｐａ・ｓｅｃ≦Ｅ２≦２０００Ｐａ・ｓｅｃ、Ｅ２／Ｅ１≧５．０の関係を満たすものである。

図１に示すように、成形型１０は、鉛直方向に沿って縦置きされた状態で使用される。図１乃至図３では、成形型１０が一部材によって構成されているように描かれているが、成形型１０は、複数の部材が連結されることによって構成されていてもよい。

成形型１０は、成形空間１１と、ゲート空間１２と、第１連通路１３と、ベント空間１４と、第２連通路１５と、ランナー１６とを内部に有する。

成形空間１１は、成形体を形成するための空間である。成形空間１１は、いわゆるキャビティーである。成形空間１１には、成形用原料が充填される。

成形空間１１は、ゲート空間１２の上方に配置される。成形空間１１とゲート空間１２との間には、第１連通路１３が配置される。成形空間１１は、ベント空間１４の下方に配置される。成形空間１１とベント空間１４との間には、第２連通路１４が配置される。

成形空間１１は、成形体の外形に対応していればよく、その形状は特に限られない。図１に示すように、本実施形態では、成形空間１１が、略直方体状に形成されている。また、図３に示すように、本実施形態では、成形空間１１の下端部が、第１連通路１３に向かってテーパ状に形成され、成形空間１１の上端部が、第２連通路１５に向かってテーパ状に形成されている。成形空間１１及び第２連通路１５の接続部の構成については後述する。

なお、成形体に流路などの構造を設ける場合には、当該構造の形状に応じた物体（例えば、棒など）を成形空間１１に予め配置してもよい。また、成形体に何らかの物体（例えば、導体、電子機器など）を埋設する場合には、当該物体を成形空間１１に予め配置してもよい。

ゲート空間１２は、成形空間１１の下方に配置される。ゲート空間１２は、成形空間１１に供給される成形用原料を貯留するための空間である。ゲート空間１２の容積は、成形空間１１の容積より小さくてもよい。ゲート空間１２は、成形空間１１に成形用原料をスムーズに供給できるように構成されていればよく、その形状は特に限られない。図１に示すように、本実施形態では、ゲート空間１２が、成形空間１１の下端部に沿って配置されている。また、図３に示すように、本実施形態では、ゲート空間１２の上端部が、第１連通路１３に向かってテーパ状に形成されている。

第１連通路１３は、ゲート空間１２上に配置される。第１連通路１３は、成形空間１１及びゲート空間１２に連通する。第１連通路１３は、ゲート空間１２に充填された成形用原料を成形空間１１に導くための流路である。第１連通路１３は、図３に示すように、成形空間１１及びゲート空間１２よりも狭く形成されている。すなわち、第１連通路１３は、成形空間１１とゲート空間１２との間を狭窄させている。これにより、ゲート空間１２に成形用原料をスムーズに充填させることができるとともに、成形体の硬化後、成形空間１１内で硬化した製品部とゲート空間１２内で硬化した非製品部とを簡便に切除することができる。

ベント空間１４は、成形空間１１の上方に配置される。ベント空間１４は、第２連通路１５上に配置される。ベント空間１４は、成形空間１１に供給された過充填分の成形用原料を貯留するための空間である。ベント空間１４の容積は、成形空間１１の容積より小さくてもよい。図１に示すように、ベント空間１４は、成形型１０の上面に形成された複数の排出口１４ａに繋がる。ベント空間１４における過貯留分の成形用原料は、排出口１４ａから外部に排出される。ベント空間１４の形状は特に限られない。図１に示すように、本実施形態では、ベント空間１４が、成形空間１１の上端部に沿って配置されている。また、図３に示すように、本実施形態では、ベント空間１４の下端部が、第２連通路１５に向かってテーパ状に形成されている。

第２連通路１５は、本発明に係る「連通路」の一例である。第２連通路１５は、成形空間１１上に配置される。第２連通路１５は、成形空間１１及びベント空間１４に連通する。第２連通路１５は、成形空間１１に充填された成形用原料をベント空間１４に導くための流路である。第２連通路１５は、図３に示すように、成形空間１１及びベント空間１４よりも狭く形成されている。すなわち、第２連通路１５は、成形空間１１とベント空間１４との間を狭窄させている。これにより、成形用原料を成形空間１１に確実に充填させることができるとともに、成形体の硬化後、成形空間１１内で硬化した製品部とベント空間１４内で硬化した非製品部とを簡便に切除することができる。

ランナー１６は、ゲート空間１２と成形型１０の上面に形成された注入口１６ａとに連通する。ランナー１６は、成形型１０の外部から供給される成形用原料をゲート空間１２に導くための流路である。成形用原料は、注入口１６ａからランナー１６内に供給される。

（成形空間１１及び第２連通路１５の接続部）
次に、成形空間１１及び第２連通路１５の接続部の構成について説明する。

１．一断面における構成
図４は、図３の部分拡大図である。図４には、鉛直方向に沿った成形型１０の一断面が図示されている。

図４に示すように、水平方向における第２連通路１５の幅Ｗ１は、水平方向における成形空間１１の幅Ｗ２より狭い。幅Ｗ１は、第２連通路１５の最小幅である。幅Ｗ２は、成形空間１１の最大幅である。

成形空間１１及び第２連通路１５の接続部とは、成形空間１１と第２連通路１５とが接続される領域を意味する。接続部には、成形空間１１の上端部と第２連通路１５の下端部とが含まれていればよく、その上下端は構造的に明確に規定されていなくてよい。

成形空間１１及び第２連通路１５の接続部は、上方に向かってテーパ状に形成される。本実施形態において、成形空間１１及び第２連通路１５の接続部の幅は、上方に向かうに従って、幅Ｗ２から幅Ｗ１へと徐々に狭くなっている。

図４に示した一断面には、接続部の第１内壁２０ａと、接続部の第２内壁２０ｂとが表れる。第１内壁２０ａは、接続部の一方の内表面である。第２内壁２０ｂは、接続部の他方の内表面である。第１内壁２０ａと第２内壁２０ｂとは、水平方向において互いに対向する。

２．第１内壁２０ａの構成
第１内壁２０ａは、第１湾曲面Ｓ１と、第２湾曲面Ｓ２とを含む。第１湾曲面Ｓ１及び第２湾曲面Ｓ２は、曲線の勾配の変化率が実質的にゼロ（０）となる変曲点Ｔ１において連なる。すなわち、変曲点Ｔ１は、第１湾曲面Ｓ１の上端部であり、かつ、第２湾曲面Ｓ２の下端部である。

図４に示すように、第１湾曲面Ｓ１及び第２湾曲面Ｓ２は、変曲点Ｔ１において滑らかに連なる。本明細書において、滑らかに連なるとは、第１湾曲面Ｓ１と第２湾曲面Ｓ２との間に実質的に段差或いは屈曲点が形成されていないことを意味する。

第１湾曲面Ｓ１は、成形空間１１の外側に向かって凸状に湾曲する曲面である。第１湾曲面Ｓ１には、実質的に段差或いは屈曲点が形成されていないことが好ましい。第１湾曲面Ｓ１は、頂点Ｔ２を含む。第１湾曲面Ｓ１の頂点Ｔ２は、鉛直方向において変曲点Ｔ１の下方に位置する。第１湾曲面Ｓ１の頂点Ｔ２は、水平方向における成形空間１１の中央を基準として、変曲点Ｔ１の外側に位置する。また、第１湾曲面Ｓ１の頂点Ｔ２は、水平方向における第２連通路１５の中央を基準として、変曲点Ｔ１の外側に位置する。

第２湾曲面Ｓ２は、成形空間１１の内側に向かって凸状に湾曲する曲面である。第２湾曲面Ｓ２には、実質的に段差或いは屈曲点が形成されていないことが好ましい。第２湾曲面Ｓ２は、頂点Ｔ３を含む。第２湾曲面Ｓ２の頂点Ｔ３は、鉛直方向において変曲点Ｔ１の上方に位置する。第２湾曲面Ｓ２の頂点Ｔ３は、水平方向における成形空間１１の中央を基準として、変曲点Ｔ１の内側に位置する。また、第２湾曲面Ｓ２の頂点Ｔ３は、水平方向における第２連通路１５の中央を基準として、変曲点Ｔ１の内側に位置する。

このように、成形空間１１及び第２連通路１５の接続部の第１内壁２０ａが、第１湾曲面Ｓ１及び第２湾曲面Ｓ２によって構成されているため、成形用原料が成形空間１１から第２連通路１５に流出する際に、成形用原料を第１内壁２０ａに沿ってスムーズに流すことができる。従って、成形用原料と第１内壁２０ａとの隙間に気泡が残留することを抑制できるため、成形体の表面にボイドが生じることを抑制できる。

３．第２内壁２０ｂの構成
第２内壁２０ｂは、水平方向において第１内壁２０ａと対向する。本実施形態において、第２内壁２０ｂは、鉛直線を対称軸として、第１内壁２０ａと線対称に形成されているが、第１内壁２０ａと線対称に形成されていなくてもよい。

第２内壁２０ｂは、第３湾曲面Ｓ３と、第４湾曲面Ｓ４とを含む。第３湾曲面Ｓ３及び第４湾曲面Ｓ４は、曲線の勾配の変化率が実質的にゼロ（０）となる変曲点Ｔ４において連なる。すなわち、変曲点Ｔ４は、第３湾曲面Ｓ３の上端部であり、かつ、第４湾曲面Ｓ４の下端部である。図４に示すように、第３湾曲面Ｓ３及び第４湾曲面Ｓ４は、変曲点Ｔ４において滑らかに連なる。

第３湾曲面Ｓ３は、成形空間１１の外側に向かって凸状に湾曲する曲面である。第３湾曲面Ｓ３には、実質的に段差或いは屈曲点が形成されていないことが好ましい。第３湾曲面Ｓ３は、頂点Ｔ５を含む。第３湾曲面Ｓ３の頂点Ｔ５は、鉛直方向において変曲点Ｔ１の下方に位置する。第３湾曲面Ｓ３の頂点Ｔ５は、水平方向における成形空間１１の中央を基準として、変曲点Ｔ４の外側に位置する。また、第３湾曲面Ｓ３の頂点Ｔ５は、水平方向における第２連通路１５の中央を基準として、変曲点Ｔ４の外側に位置する。

第４湾曲面Ｓ４は、成形空間１１の内側に向かって凸状に湾曲する曲面である。第４湾曲面Ｓ４には、実質的に段差或いは屈曲点が形成されていないことが好ましい。第４湾曲面Ｓ４は、頂点Ｔ６を含む。第４湾曲面Ｓ４の頂点Ｔ６は、鉛直方向において変曲点Ｔ４の上方に位置する。第４湾曲面Ｓ４の頂点Ｔ６は、水平方向における成形空間１１の中央を基準として、変曲点Ｔ４の内側に位置する。また、第４湾曲面Ｓ４の頂点Ｔ６は、水平方向における第２連通路１５の中央を基準として、変曲点Ｔ４の内側に位置する。

このように、成形空間１１及び第２連通路１５の接続部の第２内壁２０ｂが、第３湾曲面Ｓ３及び第４湾曲面Ｓ４によって構成されているため、成形用原料が成形空間１１から第２連通路１５に流出する際に、成形用原料を第２内壁２０ｂに沿ってスムーズに流すことができる。従って、成形用原料と第２内壁２０ｂとの隙間に気泡が残留することを抑制できるため、成形体の表面にボイドが生じることをより抑制できる。

４．他断面における構成
本実施形態において、成形空間１１及び第２連通路１５の接続部は、他断面においても上述した構成を有している。このことについて、図２のＢ−Ｂ断面図である図５を参照しながら説明する。

図５には、接続部のうち幅が最も広い部分の断面が図示されている。図５に示すように、水平方向における第２連通路１５の幅Ｗ１は、水平方向における成形空間１１の幅Ｗ２より狭い。

図５に示した他断面には、図４を参照しながら説明した第１内壁２０ａ及び第２内壁２０ｂが表れる。第１内壁２０ａ及び第２内壁２０ｂそれぞれの構成は上述のとおりである。従って、成形用原料が成形空間１１から第２連通路１５に流出する際に、成形用原料を第１内壁２０ａ及び第２内壁２０ｂそれぞれに沿ってスムーズに流すことができるため、成形体の表面にボイドが生じることを抑制できる。

ただし、図５に示した他断面に表れる第１内壁２０ａは、図４に示した一断面に表れる第１内壁２０ａと同一の形状を有していてもよいし異なる形状を有していてもよい。同様に、図５に示した他断面に表れる第２内壁２０ｂは、図４に示した一断面に表れる第２内壁２０ｂと同一の形状を有していてもよいし異なる形状を有していてもよい。

成形空間１１及び第２連通路１５の接続部は、図４の一断面及び図５の他断面に限らず、鉛直方向に沿った成形型１０の全断面において、図４及び図５と同様の構成を有することが好ましい。これによって、成形体のうち接続部の内側の表面全周においてボイドが生じることを抑制できる。

（成形体の製造方法）
次に、成形体の製造方法について説明する。

１．ゲート空間充填工程
まず、ゲート空間１２に成形用原料を充填する。具体的には、成形型１０の外部からランナー１６を介してゲート空間１２に成形用原料を供給することによって、ゲート空間１２に成形用原料を充填する。この際、成形空間１１とゲート空間１２との間が第１連通路１３によって狭窄されているため、ゲート空間１２に成形用原料が充填される前にゲート空間１２から成形空間１１に成形用原料が流入してしまうことを抑制できる。

２．成形空間充填工程
ゲート空間充填工程に続いて、成形空間１１に成形用原料を充填する。具体的には、第１連通路１３から成形空間１１に成形用原料が流入した後、成形用原料が第２連通路１５に達するまで、ゲート空間１２への成形用原料の供給を継続する。

この際、成形空間１１及び第２連通路１５の接続部が上述した構成を有しているため、成形用原料を成形空間１１から第２連通路１５にスムーズに押し出すことができる。従って、成形用原料と成形空間１１の内壁との隙間に気泡が残留することを抑制できる。

３．流出工程（第３工程）
成形空間充填工程に続いて、成形空間１１からベント空間１４に成形用原料を流出させる。具体的には、成形空間１１に成形用原料が充填された後、第２連通路１５からベント空間１４に成形用原料から流出するまで、ゲート空間１２への成形用原料の供給を継続する。

４．固化工程
次に、一定時間（例えば、０．１〜２４時間）放置して、成形用原料を硬化（ゲル化）させることによって成形体を形成する。その後、成形型１０を適宜分解して成形体を取り出す。

（実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、成形型１０は、成形空間１１と、ゲート空間１２と、第１連通路１３と、ベント空間１４と、第２連通路１５と、ランナー１６とを内部に有することとしたが、少なくとも成形空間１１、ベント空間１４及び第２連通路１５を有していればよい。

１０成形型
１１成形空間
１２ゲート空間
１３第１連通路
１４ベント空間
１４ａ排出口
１５第２連通路（「連通路」の一例）
１６ランナー
１６ａ注入口

Claims

流動性を有する自己硬化性の成形用原料を用いた成形体の形成に用いられる成形型であって、
成形空間と、
前記成形空間上に配置される連通路と、
前記連通路上に配置されるベント空間と、
を備え、
鉛直方向に沿った一断面において、水平方向における前記連通路の幅は、水平方向における前記成形空間の幅より狭く、
前記一断面において、前記成形空間及び前記連通路の接続部の第１内壁は、前記成形空間の外側に向かって凸状に湾曲する第１湾曲面と、前記第１湾曲面の上端と滑らかに連なり、前記成形空間の内側に向かって凸状に湾曲する第２湾曲面とを含む、
成形型。
鉛直方向に沿った全断面において、水平方向における前記連通路の幅は、水平方向における前記成形空間の幅より狭く、
前記全断面において、前記第１内壁は、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とを含む、
請求項１に記載の成形型。
前記一断面において、前記接続部の第２内壁は、前記成形空間の外側に向かって凸状に湾曲する第３湾曲面と、前記第３湾曲面の上端と滑らかに連なり、前記成形空間の内側に向かって凸状に湾曲する第４湾曲面とを含む、
請求項１又は２に記載の成形型。
鉛直方向に沿った全断面において、水平方向における前記連通路の幅は、水平方向における前記成形空間の幅より狭く、
前記全断面において、前記第２内壁は、前記第３湾曲面と前記第４湾曲面とを含む、
請求項３に記載の成形型。