JP6841967B2

JP6841967B2 - 成形体の製造方法

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Publication number: JP6841967B2
Application number: JP2020140832A
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: 2020-08-24
Publication date: 2021-03-10
Anticipated expiration: 2040-08-24
Also published as: JP2021037753A

Description

本発明は、成形体の製造方法に関する。

従来、成形空間と、ゲート空間と、ベント空間と、成形空間及びゲート空間に連通する第１連通路と、成形空間及びベント空間に連通する第２連通路とを内部に有する成形型を用いた成形体の製造方法が知られている（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、第２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第２連通路に流出する際、成形用原料に空気が取り込まれやすいため、成形体のうち第２連通路側の表面にボイドが生じるという問題がある。

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体の製造方法を提供することである。

本発明に係る成形体の製造方法では、成形空間と、ゲート空間と、ベント空間と、成形空間及びゲート空間に連通する第１連通路と、成形空間及びベント空間に連通する第２連通路とを内部に有する成形型が用いられる。成形体の製造方法は、ゲート空間に成形用原料を充填する第１工程と、成形空間に成形用原料を充填する第２工程とを備える。成形用原料が成形空間から第２連通路に流出する前に、成形用原料の単位時間当たりの供給量を低減させる。

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体の製造方法を提供することができる。

実施形態に係る成形型１０の側面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。実施形態に係る成形体の製造方法を説明するための模式図である。実施形態に係る成形体の製造方法を説明するための模式図である。実施形態に係る成形体の製造方法を説明するための模式図である。実施形態に係る成形体の製造方法を説明するための模式図である。

（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、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及び図２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２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。

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２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、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２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、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２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、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２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（第１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。

このゲート空間充填工程においてゲート空間１２に供給される成形用原料の単位時間当たりの供給量Ｒ１（以下、「供給量Ｒ１」と略称する。）は、充填時間、成形用原料の粘度、ゲート空間１２の体積、成形空間１１の形状などを考慮して適宜設定することができる。ゲート空間充填工程では、供給量Ｒ１を所定値に保持することが好ましい。

なお、本明細書において、単位時間当たりの供給量とは、１秒の間に供給される成形用原料の体積を意味し、その単位は「ｍＬ／ｓｅｃ」である。単位時間当たりの供給量は、注入口１６ａから注入される成形用原料の注入圧の調整によって制御することができる。供給量Ｒ１の値は特に制限されないが、例えば、０．１〜１０ｍＬ／ｓｅｃとすることができる。

２．成形空間充填工程（第２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。

ここで、成形用原料が第１連通路１３から成形空間１１に流入する前に、成形用原料の単位時間当たりの供給量を低減させることが好ましい。具体的には、成形空間１１とゲート空間１２との間で最も幅が狭くなるラインＬ１３を成形用原料が超える前に、ゲート空間充填工程における供給量Ｒ１から、供給量Ｒ１よりも小さい単位時間当たりの供給量Ｒ２（以下、「供給量Ｒ２」と略称する。）に変更する。供給量Ｒ１から供給量Ｒ２への変更は、注入口１６ａから注入される成形用原料の注入圧の低減によって行うことができる。供給量Ｒ１から供給量Ｒ２への変更は、成形用原料が成形空間１１に流入し始める前に行われればよく、例えば、成形用原料の液面が第１連通路１３内に位置する間に行われてもよいし、成形用原料の液面が第１連通路１３に達する前に行われてもよい。

このように、成形用原料が成形空間１１に流入する前に供給量Ｒ１から供給量Ｒ２へ低減させることによって、第１連通路１３から成形空間１１に成形用原料を緩やかに流入させることができる。そのため、図３（Ａ）に示すように、成形空間１１の壁面に沿って徐々に成形用原料を押し出すことができるため、成形用原料に空気が混入することを抑制できる。その結果、成形体にボイドが生じることを抑制できる。なお、供給量Ｒ２は、図３（Ｂ）に示すように、第１連通路１３から勢いよく流入した成形用原料に空気が混入してしまわないように設定すればよい。なお、供給量Ｒ２の値は、供給量Ｒ１の値より相対的に小さければよく、特に制限されないが、例えば、０．０１〜８ｍＬ／ｓｅｃとすることができる。

また、成形用原料が成形空間１１に流入した後は、成形用原料の単位時間当たりの供給量を増大させることがより好ましい。具体的には、成形用原料が第１連通路１３から成形空間１１に流入した後に、成形用原料の流入開始時点における供給量Ｒ２よりも大きい単位時間当たりの供給量Ｒ３（以下、「供給量Ｒ３」と略称する。）に変更することが好ましい。供給量Ｒ２から供給量Ｒ３への変更は、注入口１６ａから注入される成形用原料の注入圧の増大によって行うことができる。供給量Ｒ２から供給量Ｒ３への変更は、成形用原料が成形空間１１に流入した後に行われればよい。

このように、成形用原料が成形空間１１に流入した後に供給量Ｒ２から供給量Ｒ３へ増大させることによって、成形空間１１における成形用原料の充填時間を短縮することができる。なお、成形用原料の充填中は、供給量Ｒ３を所定値に保持することが好ましい。供給量Ｒ３の値は、供給量Ｒ２より相対的に大きいことが好ましく、特に制限されないが、例えば、０．１〜１０ｍＬ／ｓｅｃとすることができる。

さらに、本実施形態では、成形用原料が成形空間１１から第２連通路１５に流出する前に、成形用原料の単位時間当たりの供給量を低減させる。具体的には、成形空間１１とベント空間１４との間で最も幅が狭くなるラインＬ１５を成形用原料が超える前に、供給量Ｒ３から、供給量Ｒ３よりも小さい単位時間当たりの供給量Ｒ４（以下、「供給量Ｒ４」と略称する。）に変更する。供給量Ｒ３から供給量Ｒ４への変更は、注入口１６ａから注入される成形用原料の注入圧の低減によって行うことができる。供給量Ｒ３から供給量Ｒ４への変更は、成形用原料が第２連通路１５に流出し始める前に行われればよい。

このように、成形用原料が第２連通路１５に流出する前に供給量Ｒ３から供給量Ｒ４へ低減させることによって、成形空間１１から第２連通路１５に成形用原料を緩やかに流出させることができる。そのため、図４（Ａ）に示すように、成形空間１１の壁面に沿って徐々に成形用原料を押し出すことができるため、成形用原料に空気が混入することを抑制できる。その結果、成形体にボイドが生じることをより抑制できる。なお、供給量Ｒ４は、図４（Ｂ）に示すように、成形用原料と成形空間１１の壁面との間に空気が取り残されないように設定すればよい。供給量Ｒ４の値は、供給量Ｒ３の値より相対的に小さければよく、例えば、０．０１〜８ｍＬ／ｓｅｃとすることができる。

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。

この流出工程においてゲート空間１２に供給される成形用原料の単位時間当たりの供給量Ｒ５（以下、「供給量Ｒ５」と略称する。）は、上述した供給量Ｒ４と同じであってもよいが、供給量Ｒ４と異なっていてもよい。

４．硬化工程
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、上記実施形態では、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ることとしたが、成形空間１１の形状は特に制限されない。例えば、成形空間１１は、矩形状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、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ることとしたが、ゲート空間１２の形状は特に制限されない。例えば、ゲート空間１２は、矩形状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、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ることとしたが、ベント空間１４の形状は特に制限されない。例えば、ベント空間１４は、矩形状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、第１連通路１３が、成形空間１１及びゲート空間１２のそれぞれに向かってテーパ状に形成されることとしたが、これに限られない。例えば、第１連通路１３は、矩形状に形成されていてもよい。すなわち、第１連通路１３は、等幅（すなわち、水平方向における幅が鉛直方向において同じ）であってもよい。この場合には、成形用原料が第１連通路１３の上端のラインを超える前に、成形用原料の単位時間当たりの供給量を低減させればよい。

また、上記実施形態では、第２連通路１５が、成形空間１１及びベント空間１４のそれぞれに向かってテーパ状に形成されることとしたが、これに限られない。例えば、第２連通路１５は、矩形状に形成されていてもよい。すなわち、第２連通路１５は、等幅（すなわち、水平方向における幅が鉛直方向において同じ）であってもよい。この場合には、成形用原料が第２連通路１５の下端のラインを超える前に、成形用原料の単位時間当たりの供給量を低減させればよい。

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
１６ランナー
１６ａ注入口

Claims

成形空間と、ゲート空間と、ベント空間と、前記成形空間及び前記ゲート空間に連通する第１連通路と、前記成形空間及び前記ベント空間に連通する第２連通路とを内部に有する成形型を用いた成形体の製造方法であって、
前記ゲート空間に成形用原料を充填する第１工程と、
前記成形空間に前記成形用原料を充填する第２工程と、
を備え、
前記成形用原料が前記成形空間から前記第２連通路に流出する前に、前記成形用原料の単位時間当たりの供給量を前記第２工程における前記成形用原料の単位時間当たりの供給量よりも低減させる、
成形体の製造方法。