Matrix for wood pattern and manufacture thereof

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車部品，機械部品などの鋳物部品を作る際に使用する木型を作製するための木型用母材とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳物部品の砂型による鋳型を作るための木製の模型すなわち木型には、姫小松，紅松，朴などの天然木を長年月枯らしたものが用いられ、表面に蝋，ワックスなどを塗って防湿を行っている。 また、量産用の鋳型の場合などには、アルミや黄銅などの金属や樹脂による模型（鋳型の原型）が木型として用いられるようになっている。 そして、機械加工や経済的見地からこれ等木型を作製するための木型用母材として、発泡Ａ
ＢＳ，発泡ポリエチレン，発泡ポリプロピレンなどの熱可塑性合成樹脂による発泡合成樹脂が多く用いられており、エポキシ，フェノール，ポリウレタン等の発泡熱硬化性合成樹脂も用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】木型用母材として天然木を使用した場合、天然木は長年月（１０年以上）枯らして使用しても、木型を作製して６ケ月も経過すると吸湿による膨張，収縮などのため歪を生じる。 この場合、
天然木は木目のため方向性があり歪を生じ易いので木目の方向を互違いに重ねてこれを防いでいるが、それでも歪を生じることは避けられない。 そして加工に際しても木目と節（フシ）があり均質でないので切削しにくい欠点がある。 さらに、天然木では表面硬度に限界があり金属に比べると低く、また耐圧縮力も低く木型を作製した場合、耐久力に劣る欠点がある。

【０００４】木型用母材としてアルミや黄銅などの金属を用いた場合、加工性が良く歪や耐久力に優れた木型（模型）を作製することができるが、コストがかかる欠点がある。

【０００５】また、木型用母材として用いられる上記発泡ＡＢＳ，発泡ポリエチレン，発泡ポリプロピレン，発泡エポキシ，発泡フェノール，発泡ウレタンなど合成樹脂を発泡したものは、発泡の理由として合成樹脂加工するに当って熱可塑性樹脂は切削の際刃物との摩擦熱で溶けてねばる問題があり熱硬化性樹脂は硬過ぎてもろく何れも切削しにくいことから、発泡により切削し易くしたものである。 しかし乍ら、該発泡合成樹脂では切削するとき素材がビビル（微振動する）ため、高速で切削できない問題がある。 さらに、発泡した熱可塑性樹脂では、
母材を成形する場合、発泡しても溶かして成形することには変りはないので、熱溶融して押出機により押出し成形型に充填し冷却固化させるが、このとき樹脂は必ず流れの方向と逆方向に戻ろうとする内部応力が残存する。
このため、木型を作製するに当って母材を切断又は切削したとき、内部応力のバランスをくずして歪が生じる問題が発生する。

【０００６】一方、熱硬化性合成樹脂をバインダーとした木粉が基材である加熱加圧型の木質系素材を木型用母材に使用するには、次のような問題点がある。 すなわち、第１の問題点として、木粉の存在のため、熱伝導度が悪く表面から最大２５m/m 位迄しか硬化しない。 そのため成形厚の限界は５０m/m でこれ以上厚いと表面から２５m/m 以上の内部は粉末状のまま残って終い固化しない。 (これは、木質を３０％以上含有すると熱伝導率が悪くなり内部まで必要な熱が及ばないからである。）これを硬化させようとして更に高周波乾燥炉で加熱すると、内部の木粉から水分が蒸発し、これが既に固化した外側の樹脂を通さないので丸く膨れて変形する問題が起る。 第２の問題点として、加熱時外部から昇温するので樹脂が表面に集り、素材と成形金型との接触面の樹脂密度が高くなり、素材外部と内部の均質が損われる。 これ等２つの理由から熱硬化性合成樹脂をバインダーとして使用した木質系素材は、均質でなく木型用母材としては不適当である。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、木型用母材として基材に木粉を使用して天然木同様に切削しやすい長所を温存するとともに、方向性が無く、切削表面が平滑で熱変形が無く、切削時ビビルことが無く切削速度を上げることができ、均質で５０m/
m 以上の厚物の成形が可能で、木型に加工時内部応力により歪を生じることが無く、更にメッキが可能で作製した木型の耐用度を上げることが出来、木型のコストダウンと木型製作時間の短縮に資することの出来る木型用母材とその製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の木型用母材は、その基材に少くとも８０メッシュパスの微細な木粉が使用され、これが常温で硬化する自硬性の熱硬化性樹脂で所定寸法の大きさに高密度に結合して形成されたもので、その吸水率が３％以下／
２４hr. となっているものである。

【０００９】このような木型用母材を製造する方法として、本発明においては、５０〜７０重量％の８０〜２０
０メッシュの木粉と、これを結合する３０〜５０重量％
の加熱しないで硬化する自硬性樹脂を形成するために主剤としての樹脂と、硬化用の硬化材と、硬化速度を促進する促進剤とを用い、これ等を混練して常温で加圧成形して、吸水率を３％以下／２４hr. になるように調整する方法をとっている。

【００１０】木型用母材の製造の際、木粉に対し自硬性樹脂を混練するに当っては、主剤にはフェノール樹脂組成物を、硬化材にはポリイソシアネート組成物を、促進剤にはピリジン誘導体組成物を用いて、これら三成分からウレタン反応により常温で硬化せしめるようにすることが効果的である。

【００１１】

【作用】上記のごとく構成された木型用母材では、微細な木粉が自硬性の熱硬化性樹脂で結合されているため、
天然木のように木目などによる方向性がなく、また、発泡熱可塑性樹脂の母材のように切削時刃物との摩擦熱でねばることは無いので、木型加工の際の切削性を良くし、さらに、切削表面の平滑化をもたらし、ペーパーによる手仕上げの必要性を少くする。 また、木粉が相互にからみ合い膨張・収縮を阻止するので作製した木型の熱変形を少くする。 さらに、発泡していないので切削時のビビリを防止し切削速度を上げることができる。 また、
材質が均等緻密で作製した木型の歪を生じることが無く耐磨耗性に富み、木型としての保存性を良くし、常温で硬化する自硬性樹脂を使用していることから加熱により母材内部まで熱を及ぼす必要が無いので５０m/m 以上の厚物の母材も容易に得ることができる。

【００１２】さらに、本母材では作製した木型表面に点在するミクロンオーダーの凹所にメッキが着根しこれを基盤としてメッキ層を形成することが出来るのとともに、該木型は吸水率が２４時間で３％以下と低いため、
メッキ加工をする時メッキ液中で木型が含水により割れて使用出来なくなることを防止し、支障なく良好にメッキを行うことができる。 この際、銅メッキが最も容易なのでCu→Ni→Crと重ねることにより表面を硬質クロームメッキで仕上げることが出来る。 また、このようなメッキにより木型の表面硬度が上るため鋳物砂との接触に対し耐用度を上げることができる。

【００１３】また、メッキをすることにより本母材で作製した木型の圧縮強度が上り、且つ滑りが良くなるので低圧のプレス金型としての使用を可能とし、さらに熱伝導が良くなることからアルミ金型に代えて低価格で迅速に試作金型要求に対応させることができる。

【００１４】この木型用母材を製造する場合、木粉を結合するために該木粉に自硬性樹脂を形成する主剤樹脂と硬化剤と促進剤とを混練するとき、主剤樹脂と硬化剤との混練による樹脂の硬化は適量の促進剤により促進されて硬化速度は早められ、加圧成形することにより高密度に結合成形することが出来る。 この際、木粉と自硬性樹脂との比率に関係なく密度が下るとともに吸水率が増え例えば比重が0.8 で吸水率が３％／２４hr. の場合はメッキをすると割れを生じ使用できず、同材質でも密度が高くなる程吸水率が下がり、比重が1.0 以上のときは木工業者による手加工を自由にするとともに、吸水率が下るため割れを生ぜず良好にメッキが出来る。 さらに比重が1.05以上となると機械加工時ビビリを解消し強度も上るとともにメッキ液につけた時浮上る心配がなくメッキが容易である。 また、木粉の粒度（メッシュ) を細かくする程加工面の仕上りは良くなる。

【００１５】そして、木粉に自硬性樹脂を混練する場合、主剤としてフェノール樹脂組成物を、硬化剤としてポリイソシアネート組成物を、また促進剤としてピリジン誘導体組成物を用い、これら三成分を混練することによりウレタン反応が起りその際の常温での硬化速度が早められる。 （なお、このフェノール・ウレタン自硬性の樹脂は米国アシュランド・オイル・インコーポレーテッド社出願にかかる速硬性のものである。関連特許：特公昭４７−５０８７３号，特公昭４８−２５４３１号，特公昭４９−１７１４１号。）

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を木型用母材寸法が幅
550m/m×長さ1200m/m ×厚さ100m/mの場合について説明する。 なお、本発明は何等該実施例に制限されるものでない。

【００１７】上記木型用母材の製造に当って原料の混合を複数個分宛バッチ処理して行うが、次にその配合例を示す。 配合例 １００メッシュ木粉 55.8kg ２００メッシュ木粉 55.8kg フェノール樹脂組成物（主剤） 29.925kg ポリイソシアネート組成物（硬化剤） 31.5kg ピリジン誘導体組成物（促進剤） 1.575kg トリエチルホスヘート（難燃剤粉末） 5.4kg （なお、トリエチルホスヘートに代え臭化アンモニウム，ヘキサブロムベンゼン，トリブロム・フェノール等を使用することができる。

【００１８】上記２種類のメッシュの木粉を、それぞれ貯溜したタンクから秤量機で秤量して、二重壁のジャケット内のスチームで加熱状態にあり底部に攪拌翼を備えたミキサー（内容量1000リットル) に投入し攪拌，乾燥を行い、木粉の水分１０〜１４％を３％位まで落し組織水のみとし樹脂を強固に硬化せしめるようにする。 そして、ジャケット内の循環水により冷却状態にあり底部に攪拌翼を備えたクーリングミキサー（内容量1000リットル) に、上記混合した木粉を落して冷却し室温（３０℃
以下）に温度を下げる。 一方、貯溜タンクから秤量機で液体レジンである主剤のフェノール樹脂組成物を秤量し、これに同じく秤量した促進剤のピリジン誘導体組成物を添加して、秤量した硬化剤のポリイソシアネート組成物との液体三成分とともに別個に秤量した難燃剤粉末を上記クーリングミキサーに投入し上記木粉と攪拌する。 次に攪拌し混練された混合材料を貯蔵タンクに移して秤量機で母材１本当り69.3kg±１％に秤量してプレス型に充填して60kg／cm ²で２０〜３０分加圧し固化成形させる。

【００１９】この成形に当っては、上記原料混合ラインで混合秤量した原料69.3kgを内容量巾550m/m×長さ1200
m/m ×深さ300m/mの下型に入れ、これを上型で1/3 に圧縮し550m/m×1200m/m ×100m/mの製品に固化させる。 この際自硬に要する時間は３０分である。 硬化が終了したら上型を上昇せしめ下型に設けられた突出ピンで製品を突き上げ取出す。 上記の配合例は、木型用母材の原料を３０分の硬化時間に対応して排出するようにクーリングミキサーでロス２kgを含め210kg 宛逐次バッチ処理して３面の金型に供給成形する場合の一例を示すものである。

【００２０】このようにして製造された木型用母材からは、表１に示すごとく手加工が容易な強度で吸水率が2.
0 のメッキ可能な物性が得られた。

【表１】

【００２１】上記実施例では、巾550m/m×長さ1200m/m
×厚さ100m/mの直方体で比重が1.05の木型用母材について説明したが、プレス金型を変えて丸棒や半丸棒或は特殊な断面を有する長尺物の木型用母材を成形することも可能で、さらに、木粉と自硬性樹脂との比率を変え樹脂の比率を上げることにより機械的強度を上げまた比重を
1.2 とし硬度を上げることも可能であり、この場合は機械加工の際切削し易く、且つ強度も上りメッキし易くなる。 また木粉のメッシュの調整により切削表面の平滑度も変えることが可能など、用途に応じ任意の母材を提供することができる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の本発明の木型用母材によれば、天然木母材のような方向性や発泡熱可塑性樹脂母材のような切削加工時の摩擦熱によるねばりや発泡部によるビビリがなく、木型加工時の切削性が良く切削速度を上げることが出来る。 また、均質で密度が高く、耐磨耗性に富み木型切削時に内部応力に基因する歪を生ずることもなく、作製した木型が経時変化により歪を生ずることも無いので木型の保存性を良くし、且つメッキが可能であり、メッキによりアルミ型に代替させることが出来、更に表面硬化も可能である。 そして製造に際しても
50m/m 以上の厚目のものや丸形など自在な形状のものを得ることが出来る。 従って、その材質による特徴から、
木型加工の全自動化が、例えば５軸のマシニングセンタを利用して図面データのインプットと本母材を所定大きさに接着したものの取付け等により可能となり、熟練工を不要として木型生産を迅速化することができる。 また、メッキ可能なことから、簡易金型生産を迅速化せしめ、金型モデル作製に１ケ月要したものでも３〜４日に短縮することが出来、試作が迅速化され新商品開発に絶大な効果をもたらすことが出来る。 さらにアルミ金型を不要ならしめ、金型作製期間の短縮可能なことから、金型等のコストダウンによる金銭的メリットに資する処が大きい。

【００２３】請求項２記載の発明によれば、所定分量・
所定メッシュの木粉と、主剤樹脂と、硬化材と、促進剤とからなる所定分量の自硬性樹脂とを混練して所定の吸水率に調整することにより、均質で密度の高いメッキ可能な木型用母材を製造することが出来る。

【００２４】請求項３記載の発明によれば、自硬性樹脂を形成する主剤樹脂と硬化材と促進剤とを特定したことにより、ウレタン反応を利用した常温での硬化の速度を早め上記木型用母材の製造時間を短縮せしめることができる。