JPH07186151A - 誘電加熱樹脂成形用の成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】成形体の肉厚にはほとんど無関係に設計でき、
誘電加熱により成形体を均一に加熱できる成形型とす
る。 【構成】キャビティ４内に樹脂材料を充填し誘電加熱に
より樹脂材料を加熱して硬化させることにより成形する
誘電加熱樹脂成形に用いられる成形型であって、成形型
１，２はエポキシ樹脂とエポキシ樹脂中に含まれたタル
クとからなることを特徴とする。成形型は誘電加熱時に
肉厚の影響をほとんど受けずに昇温され、かつ昇温速度
が大きいので、成形体は薄肉部であっても放熱が少なく
なり均一に加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形型内の樹脂材料を
高周波による誘電加熱により加熱硬化させて成形体とす
る誘電加熱樹脂成形用の成形型に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる高周波加熱樹脂成形方法には、
交番電磁界の誘電体損を利用して材料を内部から直接加
熱する誘電加熱方式と、交番電磁界の電磁誘導により金
型に生じる渦電流や表皮電流の抵抗損またはヒステリシ
ス損を利用して金型を加熱し間接的に樹脂材料を加熱す
る誘導加熱方式の二種類が知られている。加熱時間及び
熱効率の点で前者の誘電加熱方式が有利であるので、誘
電加熱方式が一般に採用されている。

【０００３】誘電加熱方式の成形方法に用いられる成形
型としては、高周波を遮断せず、それ自身は必要以上に
加熱されにくいシリコーンゴムやポリエステルなどから
製造されたものが多い。なかには高周波発生手段を備え
たものもあるが、コストが安価なことや型の更新の容易
さなどから、高周波発生手段はもたず外部から高周波を
照射することで加熱成形するものが一般的である。

【０００４】ところで誘電加熱樹脂成形方法では、成形
型に充填された樹脂材料は高周波による誘電加熱により
加熱されるが、発熱当初は成形型に熱を奪われ成形型の
肉厚が厚く熱容量が大きいほど奪われる熱量も大きくな
る。また成形体の肉厚が厚いほど発熱量が多く肉厚が薄
いほど発熱量は少ないが、成形型の肉厚は成形体の肉厚
とはほとんど無関係であり成形体の薄肉部ほど奪われる
熱量（放熱量）が大きくなる場合も多い。

【０００５】したがって成形体の肉厚の差によって発熱
・放熱量が異なり、肉厚が薄い部分では加熱不足となっ
たり、肉厚が厚い部分では加熱過多となって炭化が発生
したりして、均一な加熱が困難であるという不具合があ
った。そこで特開平４−２８４２０７号公報には、成形
体の加熱されにくい薄肉部などを成形する成形型型面の
一部又は全部を、高周波で発熱する粒子を含む型材料か
ら形成した成形型が開示されている。このような成形型
を用いることにより、発熱粒子を含む部分の成形型が発
熱するため、薄肉部などの放熱量が小さくなるとともに
成形型からの加熱を受けて昇温特性を厚肉部と同等とす
ることができ、成形体を均一に加熱することが可能とな
る。

【０００６】例えば図１０に示すように、厚肉部１００
と薄肉部１０１をもつ成形体を形成する成形型の場合、
薄肉部１０１に対応する成形型部分をカーボンを含むシ
リコーンゴムからなる発熱型２００で構成する。そして
高周波を照射すると、薄肉部１０１の樹脂材料が発熱す
るとともにカーボンの存在により発熱型２００も発熱す
るため、放熱量を差し引いた発熱量を厚肉部１００と薄
肉部１０１でほぼ同等とすることができ、均一に加熱す
ることが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】発熱型２００をもつ成
形型では、発熱型２００も発熱するので、成形体は自身
の発熱に加えて発熱型２００からの加熱を受け、両方の
熱により昇温する。例えば発熱型２００の昇温速度が樹
脂材料の昇温速度と同一であれば、薄肉部１０１の厚さ
と発熱型２００の厚さの合計が厚肉部１００の厚さと同
一となるようにすることにより、薄肉部１０１の昇温速
度は厚肉部１００と同一となり全体の均一加熱が可能と
なる。

【０００８】ところが成形体の形状が複雑な場合、例え
ばリブ部やボス部などをもつ場合には、その部分では成
形体の厚さが局部的に厚くなるため発熱型２００の厚さ
を薄くする必要がある。しかし強度上の問題などから、
キャビティ形状に合わせて型の厚さを変更することが困
難な場合も多い。したがって発熱型２００の厚さを薄肉
部１０１の形状に合わせて形成することは、必ずしも容
易とはいえない。

【０００９】さらに、従来の発熱型に用いられているカ
ーボン入りのシリコーンゴムは熱膨張係数が大きく、例
えば長さ１ｍにおける寸法誤差を±０．５ｍｍ以下とす
るためには、設定温度に対する温度幅を±１．５℃の範
囲に制御する必要があって、そのような細かな制御が困
難であるために成形体の寸法精度が低いという問題もあ
る。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、成形体の肉厚にはほとんど無関係に設計で
き、誘電加熱により成形体を均一に加熱できる成形型と
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の誘電加熱樹脂成形用の成形型は、キャビティ内に樹
脂材料を充填し誘電加熱により樹脂材料を加熱して硬化
させることにより成形する誘電加熱樹脂成形に用いられ
る成形型であって、成形型はエポキシ樹脂とエポキシ樹
脂中に含まれたタルクとからなることを特徴とする。

【００１２】また第２発明の誘電加熱樹脂成形用の成形
型は、キャビティ内に樹脂材料を充填し誘電加熱により
樹脂材料を加熱して硬化させることにより成形する誘電
加熱樹脂成形に用いられる成形型であって、成形型は誘
電加熱により加熱可能であり厚肉で加熱過多の部分に高
周波遮蔽部材をもつことを特徴とする。

【００１３】

【作用】熱伝導による放熱速度は、放熱側と受熱側の温
度差が大きいほど大きい。そして本第１発明の成形型は
エポキシ樹脂とタルクとから形成されているため、高周
波を照射した場合の昇温速度が大きく、成形樹脂材料と
略同等の昇温速度を示す。したがって成形体（放熱側）
と成形型（受熱側）の温度差が従来より小さくなり、成
形体から成形型への放熱が生じにくくなって、成形体の
肉厚に差があったとしても厚肉部と薄肉部の放熱量の差
は小さく均一に加熱することができる。

【００１４】また第１発明の成形型は、その肉厚による
誘電加熱特性の変動が小さいという特性をもつ。すなわ
ち厚肉であっても薄肉であっても昇温速度に大きな差は
ないので、成形型から成形体に加えられる熱量が全体に
均一となる。さらに、エポキシ樹脂とタルクとから形成
された本第１発明の成形型では、所定温度になると高周
波の照射を続行してもあまり温度が上昇しないという頭
打ち現象が生じる。したがって成形型の肉厚に差があっ
ても、成形型が局部的に温度が高くなることが防止され
ている。

【００１５】そして、第１発明の成形型は、従来のカー
ボン入りシリコーンゴム型に比べて熱膨張係数が小さい
ので、加熱温度幅の制御が容易となる。なお、このよう
になる原因は明らかではないが、高温になるとタルクの
分子構造が変化して高周波が吸収されにくくなるものと
推察される。また高温になるとタルクの熱伝導率が大き
くなり、熱を外部に逃がし易くなることも原因の一つと
推察される。

【００１６】またタルクの含有量は樹脂材料中に１０〜
８０重量％程度が好ましい。これより少ないと誘電加熱
による発熱量が小さくなり、多すぎると成形型の機械的
強度などが低下する場合がある。なお、第１発明の成形
型には、作業性や使用条件などによりアルミナ、ガラ
ス、炭酸カルシウムなど、他の充填材を併用することも
できる。

【００１７】そして第２発明の成形型は誘電加熱により
加熱可能であり、厚肉で加熱過多の部分に高周波遮蔽部
材をもつ。したがって高周波遮蔽部材が無い場合に加熱
過多となる部分では、高周波遮蔽部材の存在により高周
波が遮蔽されるので、加熱過多となるのが防止され成形
型は全体が均一に加熱される。この高周波遮蔽部材とし
ては、金属板や金網など高周波を反射する材料、フッ素
樹脂やポリエステルなどの単体で高周波の吸収の小さい
材料、あるいはエポキシ樹脂やウレタン樹脂など単体で
は高周波を吸収し易い材料にガラスバルーン、石英など
高周波を吸収しにくい材料を混合して結果的に高周波を
吸収しにくくなった材料などを用いることができる。

【００１８】また高周波遮蔽部材を設けるには、成形型
内に内蔵してもよいし外部から成形型を覆うように設け
ることもできる。

【００１９】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （実施例１）図１に本発明の一実施例の誘電加熱樹脂成
形用の成形型を示す。この成形型は上型１と下型２とか
ら構成され、上型１と下型２とがボルト３で型閉じされ
ることで、内部にキャビティ４が形成される。

【００２０】上型１は後述のエポキシ樹脂から形成さ
れ、キャビティ４と連通する上がり口１０が形成されて
いる。この上がり口１０にはホース接続用のシリコーン
ゴム１１が嵌合されている。また上型１の外側表面には
フレーム１２が固定され、上型１を補強している。下型
２も上型１と同様に後述のエポキシ樹脂から形成されて
いる。また下型２の外側表面にはフレーム２０が固定さ
れ、下型２を補強している。

【００２１】そして上型１と下型２の境界の一部にはキ
ャビティ４と連通する注入口２１が形成され、注入口２
１にはホース接続用のシリコーンゴム２２が嵌合されて
いる。以下、製造方法を説明することにより、本実施例
の成形型の組成を説明する。上型１及び下型２の基体を
構成するエポキシ樹脂としては、高周波で短時間に加熱
できるためには耐熱性が高いものが望ましい。そしてウ
レタン樹脂を硬化させるためには８０℃±５℃の許容温
度幅が必要であるが、成形型はもっと高温に耐える必要
がある。そこで最高１２０℃まで加熱することを前提と
し、安全を見越して１４０℃以上の耐熱性を有するもの
が必要とされた。

【００２２】このようなエポキシ樹脂としてはビスフェ
ノールＦ型とフェノールノボラック型があるが、常温で
液状であり８０〜１５０℃の低温で硬化可能で作業性の
良好なビスフェノールＦ型を用いることとした。また各
種充填材粉末を誘電加熱したときの昇温速度を測定し、
結果を図２に示す。図２よりタルクは昇温速度が大き
く、温度がある程度高くなると昇温速度が低下して頭打
ちになっていることがわかる。

【００２３】次に、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂に
タルクと石英をそれぞれ３種類の含有量で添加し、誘電
加熱した際の昇温特性のグラフを図３に示す。これより
タルクを添加したものが昇温速度が大きく、また高温で
温度が頭打ちとなるタルクの特性を維持していることも
わかる。そこで以下の配合にて各原料を混合して、成形
体用樹脂組成物を調整した。

【００２４】エポキシ樹脂（「エピクロン８３０」大日
本インキ化学（株）製）３８重量％ エポキシ硬化剤（「Ｈ−４９１」エース化研（株）製）
１１重量％ タルク （「ＭＳタルク」日本タルク（株）製）
２３重量％ ガラスパウダー（「ＥＧＰ−２００」セントラル硝子
（株）製）１３重量％ ガラスバルーン（「Ｋ−２８」３Ｍ（株）製）６重量％ ガラスチョップ（「ＥＣＳ−０１５」セントラル硝子
（株）製）９重量％ なお、ガラスパウダー及びガラスバルーンは、樹脂組成
物の粘度を調整して、成形型制作時の作業性を良好とす
るために用いられている。またガラスチョップは成形型
の強度を向上させるために用いられている。

【００２５】この樹脂組成物をシリコーンゴム１１，２
２が配置された所定の木型に盛り付け室温又は加熱硬化
により成形して上型１及び下型２を形成し、フレーム１
２，２０に固定して本実施例の成形型を得た。得られた
成形型は、ボルトにより上型１と下型２が型閉じされた
後、注入口２１から液状ウレタン樹脂が注入され、上が
り口１０から樹脂が出た段階で充填完了と判断された。
そして高周波出力３〜１５Ｋｗ、加熱時間１５分以下、
加熱温度８０〜９０℃の条件で誘電加熱されたときに、
全体が均一に硬化した成形体が得られた。 （実験例）上記樹脂組成物から直径１００ｍｍ、厚さ１
０，２０，４０ｍｍの３種類の試験片を成形し、それぞ
れの試験片の誘電加熱特性を調べた。試験は同じ厚さの
試験片を２枚重ねて電子レンジに入れ、加熱時間ととも
に２枚の試験片の間の中央部の温度を測定した。

【００２６】なお、電子レンジの出力は１Ｋｗである
が、試験片のみを加熱した場合と、容器に入った２リッ
トルの水とともに試験片を加熱し試験片に作用する高周
波出力を約半減させた場合の２種類の条件で測定を行っ
た。それぞれの結果を図４と図５に示す。また、シリコ
ーンゴム（「ＫＥ−１３１０ＳＴ」信越化学（株）製）
にカーボン（「アサヒサーマル」旭カーボン（株）製）
を３０重量％含有した従来の組成物についても、上記と
同様に試験片を成形し、同様に誘電加熱特性を調べた結
果を図６と図７に示す。

【００２７】図４〜図７より、エポキシ樹脂＋タルクの
方が試験片の厚さによる昇温速度の差が小さく、特に加
熱初期の５分間でシリコーンゴム＋カーボンに比べて試
験片の厚さによる昇温の差が極めて小さくなっているこ
とが明らかである。すなわちこの実験例から明らかなよ
うに、エポキシ樹脂＋タルクから形成された成形型はシ
リコーンゴム＋カーボンから形成されたものに比べて加
熱初期の昇温速度が大きく、かつ肉厚の差による昇温速
度の差が小さい。したがって加熱初期において成形用樹
脂材料から熱を奪って昇温を妨げることがなく、また成
形型の厚さが部分的に異なっている場合でも昇温特性は
ほぼ同一であるため、成形用樹脂材料を均一に加熱する
ことができる。 （実施例２）図８に第２発明の一実施例を示す。この成
形型は実施例１の成形型とほぼ同様の構成であるが、下
型２の厚肉部２５の内部に高周波誘電加熱されにくい発
泡体（例：ウレタンフォーム）からなる高周波遮蔽部材
５０が埋設されていること、厚肉部２５に対向する上型
１の表面及び下型２の表面は金属板又は金網からなる高
周波遮蔽部材５１で覆われていることで、実施例１と異
なっている。

【００２８】本実施例の成形型では、誘電加熱樹脂成形
時に高周波遮蔽部材５０，５１により厚肉部２５の加熱
が抑制されるため、成形型の昇温を一層均一とすること
ができる。なお、本実施例では成形型の材質にエポキシ
樹脂＋タルクを用いたが、これに限るものではなく誘電
加熱可能な材質であれば用いることができる。 （実施例３）図９に第２発明の他の実施例を示す。この
成形型は、下型６のスライドコア６０を誘電加熱されに
くいエポキシパテ（「Ａ−１２９」エース化研（株）
製）から形成し、他は誘電加熱されやすいビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂から形成したものである。

【００２９】スライドコア６０をもつ下型６の部分は厚
肉部となっているので、スライドコア６０のみを誘電加
熱されにくい材質とすれば、厚肉部全体の昇温を遅くす
ることができ、他の薄肉部の昇温とほぼ同一とすること
ができるので、成形型の昇温を一層均一とすることがで
きる。なお、本実施例ではビスフェーノールＡ型エポキ
シ樹脂から成形型を形成したが、実施例１と同様のエポ
キシ樹脂＋タルクから成形型を形成することができるこ
とは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】すなわち本発明の成形型によれば、成形
体の肉厚や成形型の肉厚に部分的に差があっても、キャ
ビティ内に充填された樹脂材料を均一に加熱することが
可能となり、均一な品質の成形体を形成することができ
る。そして第１発明の成形型によれば、温度制御の幅が
広いので、寸法精度の高い成形体を容易に製造すること
ができる。そしてエポキシ樹脂は成形用のウレタン樹脂
原料や溶剤で侵されにくいので、成形型の寿命がシリコ
ーンゴム型に比べて約５倍程度向上する。また、シリコ
ーンゴムとポリエステルとからなる従来の成形型と比べ
て製造が容易である。さらに、ポリエステルは型制作時
の発熱が大きいので一度に厚肉とすることは困難である
が、エポキシ樹脂は発熱がほとんどないので一度に厚肉
とすることができ型制作時間が短縮される。

【００３１】また第２発明の成形型によれば、成形型の
厚肉部に高周波遮蔽部材を設けるだけで成形型の加熱が
均一となるので、成形体が受ける成形型からの熱量が均
一となる。そして高周波遮蔽部材はその肉厚などに無関
係に高周波を遮蔽するので、成形型の制作も容易であ
る。したがって第１発明と第２発明を組み合わせた成形
型によれば、成形型の厚さに無関係に成形体を極めて均
一に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の成形型の断面図である。

【図２】各種粉末の誘電加熱時の昇温速度を示すグラフ
である。

【図３】ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂に各種充填材
を添加した材料の誘電加熱時の昇温速度を示すグラフで
ある。

【図４】本発明の一実施例の成形型を構成する組成物の
誘電加熱時の昇温速度を示すグラフである。

【図５】本発明の一実施例の成形型を構成する組成物の
誘電加熱時の昇温速度を示すグラフである。

【図６】従来の成形型を構成する組成物の誘電加熱時の
昇温速度を示すグラフである。

【図７】従来の成形型を構成する組成物の誘電加熱時の
昇温速度を示すグラフである。

【図８】本発明の第２の実施例の成形型の断面図であ
る。

【図９】本発明の第３の実施例の成形型の断面図であ
る。

【図１０】従来の成形型の断面図である。

【符号の説明】

１：上型 ２：下型 ４：キャビ
ティ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビティ内に樹脂材料を充填し誘電加
   熱により該樹脂材料を加熱して硬化させることにより成
   形する誘電加熱樹脂成形に用いられる成形型であって、 前記成形型はエポキシ樹脂と該エポキシ樹脂中に含まれ
   たタルクとからなることを特徴とする誘電加熱樹脂成形
   用の成形型。
2. 【請求項２】 キャビティ内に樹脂材料を充填し誘電加
   熱により該樹脂材料を加熱して硬化させることにより成
   形する誘電加熱樹脂成形に用いられる成形型であって、 前記成形型は誘電加熱により加熱可能であり厚肉で加熱
   過多の部分に高周波遮蔽部材をもつことを特徴とする誘
   電加熱樹脂成形用の成形型。