カーボン粉粒複合樹脂の成形方法
【課題】以下に示す事項を目的とするカーボン粉粒複合樹脂の成形方法を提供する。
（１）射出成形金型の鍋状成形品の底面中央に相当する部位の内型表面において、黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、成形品層内におけるクラック発生や物性低下を回避する。
（２）ゲート近傍における反応遅延に起因する応力残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止する。
【解決手段】この発明に係るカーボン粉粒複合樹脂の成形方法は、鍋状成形品の底面中央外壁の相当部分に設けられ、ロッドを内在してゲート１を配した吐出管４を備えた成形金型１０を用いて、カーボン粉粒とフェノール樹脂を主体として成る成形材料を注入して加熱・加圧による賦形するカーボン粉粒複合樹脂の成形方法において、射出直後に成形金型の保持圧を一時的に解放した後、直ちにロッドを降下させるとともに成形金型の保持圧を回復させるようにしたものである。
（１）射出成形金型の鍋状成形品の底面中央に相当する部位の内型表面において、黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、成形品層内におけるクラック発生や物性低下を回避する。
（２）ゲート近傍における反応遅延に起因する応力残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止する。
【解決手段】この発明に係るカーボン粉粒複合樹脂の成形方法は、鍋状成形品の底面中央外壁の相当部分に設けられ、ロッドを内在してゲート１を配した吐出管４を備えた成形金型１０を用いて、カーボン粉粒とフェノール樹脂を主体として成る成形材料を注入して加熱・加圧による賦形するカーボン粉粒複合樹脂の成形方法において、射出直後に成形金型の保持圧を一時的に解放した後、直ちにロッドを降下させるとともに成形金型の保持圧を回復させるようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱が可能な炊飯釜などに使用するカーボン粉粒複合樹脂の成形方法に関する。カーボン粉粒と高炭素含有物質である結合材を主体とするカーボン粉粒複合樹脂の射出成形に用いる金型構造に特徴があるものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱コイルの渦電流による電磁誘導加熱を利用したコンロや炊飯器は、磁性金属にアルミニウムや銅などの高熱伝導金属を積層したクラッド材の成形品が主流である。しかし、クラッド材は、鍋や釜などの形状に加工することが困難であるうえ、フッ素樹脂などの耐熱樹脂塗装面との界面で剥離し易いという課題があった。
【０００３】
このため、従来の電磁誘導加熱の素材に代えて、優れた導電性と伝導度を有するカーボン凝結体の使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、コークスなどのカーボン粉粒と結合材であるフェノールやピッチなどの高炭素含有物との混合物を棒柱状に加圧して成型したものを無酸素雰囲気下の１０００〜３０００℃で加熱して得たカーボン凝結体とし、これを炊飯釜などの調理器具に切削加工したものが、高温での調理器具として有効であることが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
上述の調理器具の製造方法によれば、カーボン焼結体を切削加工の大半を占める凹状容器の中空部分にある素材の廃棄が多く、加工工数も大きい、という課題があった。さらに、カーボン圧縮体の欠陥の内在を事前に検知することが困難なうえ、切削によって露出するなどによって意匠および強度などに悪影響を及ぼし、使用できないこともあった。
【０００６】
これらの課題を解決する手段として、カーボンの粉粒とフェノール樹脂の原料液やタールピッチなどの結合材との混合物である成形材料を金型内に注入して加圧して賦型した後、得られた成形品を焼成処理することにより、鍋状に成形されたカーボン凝結体を得る手段が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
しかし、電磁誘導加熱が可能な調理器具として使用するうえで必要な強度、電気伝導、熱伝導に優れた特性を備えたカーボン凝結体成形品を得るためには、成形材料のフェノール樹脂含有量を少なくすることが必須である。反面、カーボン粉粒表面が十分な濡れを有しないために凝集し易く、見掛けの粘度が向上して流動性が低下すると共に、流動の先端が合流するウエルド部分は剛直な筋状として意匠上の欠陥が認められ、強度の低下とともに成形品の壁面としての均質性が喪失し易いという課題があった。
【０００８】
上述の如く、ウエルドを形成することなしに射出成形による炊飯釜の成形を行うには、炊飯釜の上部にあるフランジの外周に成形材料が同時に到達するように流動させることが肝要であり、成形品の底面中央部分にゲートを設けることが最も好適である。
【０００９】
しかし、ゲートから吐出した成形材料は、相対する内壁面に衝突して局部的に乱流を生じるために、成形品の当該部分の色や光沢に変調を来す。また、衝突速度を緩和する大口径のゲートを設けた場合には、ゲートの処理に多くの手間を要する他に、金型内でのゲート切断の負荷を受けて成形品層内に亀裂が発生する、という不具合を生じる。
【００１０】
また、ゲートが位置する底面中央部では、金型温度より低温度で溶融した成形材料が衝突する下金型が局部的に冷却されるうえに最終の充填物が対流するので、周辺各部より反応遅延に伴う硬化収縮の引張応力が集中して内部応力を蓄積し、クラックの発生や物性の極端な低下を招く、という課題を有していた。
【００１１】
特定位置に集中して投入する成形材料を、金型温度に近似した温度とするために昇温する手段として、例えば、成形材料を射出成形するとき、通常のスプルー及びランナー温度よりスプルー及びランナー温度をさらに高くすることにより、メラミン樹脂を含有する成形材料がキャビティに入る前に反応が進み、ゲート内での発熱も大きくなって、硬化時間を短縮する手段が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１２】
また、金型キャビティ内への樹脂の充填完了後、射出圧力を連続的に上昇させてなるため、成形品表面のバリやヒケ、成形品内部の気泡、応力ムラなどが発生せず、高品質の成形品を得る手段が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９−７５２１１号公報
【特許文献２】特開平９−７０３５２号公報
【特許文献３】特開２００７−４４２５７号公報
【特許文献４】特開平０７−１６４４７０号公報
【特許文献５】特開昭６１−２２７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記特許文献４に開示されたものは、射出時間から想定する成形材料のスプルー及びランナーの通過時間が極めて短時間であることを鑑みれば、前記成形材料の溶融温度を前提とした射出時の温度を金型温度に近似させうる十分な温度上昇を期待することは困難であるほか、金型から成形材料の逆流を抑止するために金型と接するノズルがランナーの温度上昇に伴って、内部に残留する成形材料が硬化して次の吐出を妨げる、という課題を備えることになる。また、上記特許文献５に開示されたものは、不定形な充填材を混合した複合材料の成形における充填時圧力を維持し続けた場合には、充填材同士が当接する部分の変形に基づく内部応力の残存が、樹脂のガラス転移点以上の温度領域で応力が解放されることに伴ってクラックなどの欠陥発生を誘発する、という課題を備えることになる。
【００１５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、以下に示す事項を目的とするカーボン粉粒複合樹脂の成形方法を提供する。
（１）射出成形金型の鍋状成形品の底面中央に相当する部位の内型表面において、黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、成形品層内におけるクラック発生や物性低下を回避する。
（２）ゲート近傍における反応遅延に起因する応力残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に係るカーボン粉粒複合樹脂の成形方法は、鍋状成形品の底面中央外壁の相当部分に設けられ、ロッドを内在してゲートを配した吐出管を備えた成形金型を用いて、カーボン粉粒とフェノール樹脂を主体として成る成形材料を注入して加熱・加圧による賦形するカーボン粉粒複合樹脂の成形方法において、射出直後に成形金型の保持圧を一時的に解放した後、直ちにロッドを降下させるとともに成形金型の保持圧を回復させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係るカーボン粉粒複合樹脂の成形方法は、成形金型の鍋状成形品内面中央に相当する部位の内型表面において、黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、成形品層内におけるクラック発生や物性低下を抑制できた。
【００１８】
また、射出直後に高温保持した吐出管の加圧と解放を繰り返しながら成形材料を排出したので、黒鉛粒子同士の鋭角な形状を備える端部が当接した部分における前記端部が変形して圧縮応力を残留する状態から、安定な平面が当接する密な充填状態を確保して成形品の加熱時変形を抑止するとともに、当該部分に低温の原料が集中して載置される部位を拡散したので、反応遅延に起因する応力残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１を示す図で、成形金型１０（ゲート１および吐出管４部分の金型構造）の概念断面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、ゲート１近傍の概念横断面図。
【図３】実施の形態１を示す図で、炊飯釜の底面中央部における落球衝撃強度の比較結果を示す図。
【図４】比較のために示す図で、従来の成形金型１１０（ゲート１０１近傍）の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
以下、この発明を実施するための形態の一例を説明する。本実施の形態は、カーボン粉粒複合樹脂の成形方法（ゲート遮断と圧縮機能を備えた射出成形ゲートの構造）に関する。先ず、実施の形態１の概要について説明する。
【００２１】
黒鉛粉粒の含有率が高いフェノール樹脂との混合物を用いてＬ／Ｔの大きな薄肉成形品の射出成形を行う際に、前記混合物である成形材料の粘度が極めて高く、流動性に劣るために成形品の密度分布が大きい、という課題を有する。特に、炊飯釜のような鍋状の成形品では、ウエルド部分の強度低下と過度な残留応力の抑制に加え、成形品の外観意匠性を確保するために、密度分布の偏在と金型充填後に射出圧力の分布に依存した二次流動が発生しないように、成形材料の金型内における流動を制御する必要がある。このため、成形材料には成形機内の保持などに要する可使時間と流動粘度の過度な上昇を抑制しうる好適な反応速度を備えるが、炊飯釜の場合はＬ／Ｔが大きいうえに薄肉成形品であることから、流動の制御に困難を伴う。
【００２２】
尚、Ｌ／Ｔは、一定厚みの平面部を有し、この平面部の厚みをＴとし、ゲートから最も離れた該平面部の末端と該ゲート間の距離をＬとしたときの両者の比を言う。
【００２３】
また、ウエルドを形成しない流動形態を得るために、フランジ全周に渡って同時に成形材料が到達するように底面中央部に設置したゲートから射出する成形手段は、前記ゲートから吐出した成形材料が、相対する内壁面に衝突して局部的に乱流を生じさせる。このため、当該部分の色調や光沢に変調を来し、これを避けるためのゲートの口径拡大は、成形品のゲート部分を処理するのに多くの手間を要するほか、金型内でのゲート切断の際に過度な負荷を受けた成形品の内層部分に亀裂が発生する、という不具合を生じる。
【００２４】
また、ゲートが位置する底面中央部では、金型温度より低温の成形材料が衝突する部分が局部的に冷却されるとともに最終の充填物が滞留するので、周辺各部より反応遅延に伴う硬化収縮の引張応力が集中して内部応力が集中し、クラックの発生や物性の極端な低下を招く、という課題を有していた。
【００２５】
そこで、フェノール樹脂に黒鉛粉粒を高い含有率で混合した成形材料を用いた射出成形品を焼成処理して得る誘電加熱の発熱効率が高いカーボン凝結成形品を得る成形金型において、前記成形材料の吐出位置に相当する成形品の底部中央相当位置に、以下の構造を備えたゲートを設けて上記課題を解消する。
【００２６】
つまり、吐出管内で一時的に保持して加温した成形材料を金型キャビティに充填することによって、金型温度に近似させると共に、これを低速で流入させて最終充填位置にある成形材料を底部中央位置から排除するようにした。その後、底面中央部に滞留した成形材料を中心とした加圧によって強度の向上を達成した。
【００２７】
この挙動を可能にする射出成形用金型は、成形材料が金型に充填する円筒状の吐出管にロッドを内蔵して成り、前記吐出管上部に設けたゲートから吐出した成形材料が吐出管を経て金型キャビティ内を充填するようにした。このとき、ゲートよりも大きな径を備えた吐出管を充填してキャビティへの流入速度が低減、さらに、内部に残留する成形材料をロッドが金型キャビティ内に押し出して成形品に圧力を負荷するようにした。
【００２８】
さらに、吐出管の圧力付加段階で、ロッドには圧力の付加と解放を繰り返すことによって、高い含有率を備えた黒鉛粒の端辺同士が当接して過度に歪みを保持することを回避するようにした。
【００２９】
以上、一連の金型駆動を含む成形材料の射出完了から硬化完了まで、金型と吐出管は保持圧と温度を保持し、この段階が完了した後に金型を開放して射出成形品を取り出すことになる。
【００３０】
そのように構成することにより、炊飯釜内面中央部に相当する部位で、内金型面における黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、局部におけるクラック発生や物性低下を回避できた。
【００３１】
一方、射出直後に高温保持した吐出管の加圧と解放を繰り返しながら成形材料を排出したので当該部分の反応の遅延に伴う引張応力の残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止、射出成形品の黒鉛粒子同士の当接による変形を本来の形状に戻しながら密な充填状態を確保するので、成形品の均質化が達成できた。
【００３２】
射出成形によって鍋状の成形品を得る手段であって、黒鉛粉粒と結合材のフェノール樹脂から成る成形材料を用いて鍋状の成形品である炊飯器の内釜を成形し、これを無酸素雰囲気の高温で焼成処理して得た凝結体であるカーボン粉粒複合樹脂の成形方法（電磁誘導加熱調理器の製造方法）について、以下に詳述する。
【００３３】
成形材料は、石油コークスを無酸素状態の高温（３０００℃）で焼成処理して得た黒鉛の塊状物を、０．１ｍｍ以下に粉砕した黒鉛粉粒に、水で希釈したフェノール、第四級アンモニウム塩型カチオン活性剤を界面活性剤として加え、任意温度に加温しながら黒鉛粉粒が均一分散するように撹拌しながらホルムアルデヒドを添加して重合させたものである。反応時の温度と時間を調整して任意重合度を成す半硬化フェノール樹脂が、黒鉛粉粒物の表面に２５ｗｔ％の被覆量になるようしたもので、得られた成形材料Ａは４０℃以下の低温で減圧乾燥処理を行った。
【００３４】
界面活性剤には、例えば、高分子電解質挙動を示して重合過程のフェノール樹脂とポリイオンコンプレックスを形成したものを用いる。
【００３５】
尚、成形材料は、フェノール樹脂より分解開始温度が低く、焼成段階でカーボン残存率が少ない有機繊維を混合して用いてもよい。
【００３６】
以上の方法によって得られた未硬化状態のフェノール樹脂は、黒鉛粉粒物の表面がフェノール樹脂を重合する原料液で常に濡れた状態にあるため、黒鉛粉粒の外面に樹脂薄膜が形成され、前記黒鉛粉粒の結合材として保持した成形用原料として得た。
【００３７】
また、比較例として用いた成形材料Ｂには、石油コークスを無酸素状態の高温（３０００℃）で焼成処理した塊状物を粉砕した黒鉛の粉粒と、ノボラック系フェノール樹脂との混合物を、７５：２５の割合で混合したものを用いた。混合物は、フェノール樹脂をアルコールなどに溶かし、混練機内で黒鉛に噴霧しながら混練した後、乾燥することによって得た。
【００３８】
また、黒鉛粉粒には多くの微粉末を含んでいるうえ、破砕によって形成した鋭角な端辺が当接して固着し易いので、射出成形機内の回転するスクリューの溝内で混練する際に凝集してスクリュー内に滞留し、計量が困難な状況に陥る。このため、成形材料は、１〜３ｍｍ程度に加圧造粒したものを用いることにより、前記課題の解消が可能である。
【００３９】
次に、該成形用原料（成形材料Ａ、成形材料Ｂ）をシリンダー温度が６０℃、ノズル温度が１１０℃、金型温度が１６５℃の射出成形条件にて金型外周面に設けたゲート部から射出して加圧し、３分間の硬化時間として保持後に脱型して、成形品を得た。
【００４０】
このとき、低融点である未硬化状態のフェノール樹脂と黒鉛粉粒との混合物である成形材料Ｂの射出時圧力が１０．５Ｍｐａであったのに対し、本実施の形態に係る成形材料Ａは７．５ＭＰａの低圧で金型内の充填を完了した。これは、成形材料Ａが金型内を充填する際に、表面に未硬化のフェノール樹脂を被覆した黒鉛粉粒が、破砕により形成した鋭角な端辺が丸みを帯びており、前記フェノール樹脂の溶融とともに流動に伴う圧力によって凝集し難い態様を成していることによる。
【００４１】
図１、図２は実施の形態１を示す図で、図１は成形金型１０（ゲート１および吐出管４部分の金型構造）の概念断面図、図２はゲート１近傍の概念横断面図である。
【００４２】
射出成形機（成形金型１０）内で溶融した成形材料は、図１に示すように、ゲート１から吐出管４を経て内釜形状に賦形する金型キャビティ３内に充填される。金型キャビティ３は、内型６と外型７との間に形成される。金型キャビティ３は、図示はしないが、炊飯釜の形状をしている。吐出管４は、炊飯釜の底部外面の略中央部に位置する。吐出管４は、進退自在なロッド５を備える。吐出管４の内周を吐出管内壁面４ａとする。
【００４３】
図４は比較のために示す図で、従来の成形金型１１０（ゲート１０１近傍）の概念図である。従来の成形金型１１０における成形材料を金型キャビティ１０３内に充填する底面中央位置における金型構造は、図４に示すように、底部外面（外型１０７）に配したゲート１０１から成形品底部の内面（内型１０６の内型内壁面１０６ａ）に向けて吐出する構成であった。このため、ゲート１０１から吐出した成形材料は高速で内型１０６に衝突した後、金型キャビティ１０３内を流動することになる。
【００４４】
つまり、図４に示した従来の成形金型１１０では、炊飯釜の底面中央からフランジ部分に向かって流動させることが必須であることから、炊飯釜内面中央の相当部位の対向位置に設置したゲート１０１から高速で吐出した成形材料が内型内壁面１０６ａに激突するので、黒鉛粉粒の固着や金型表面の摩耗による平滑性を損なう意匠性低下や金型への固着を来し易いという課題を有する。
【００４５】
これに対し、本実施の形態に基づく成形金型１０のゲート１を用いれば、図１に示したように、ゲート１から高速で吐出した成形材料が、吐出管内壁面４ａに衝突した後に、吐出速度を急激に低下させて金型キャビティ３内を充填することになるので、上記不具合を生じることがない。
【００４６】
本実施の形態に基づく成形金型１０は、図１、図２に示すように、吐出管４の側面に形成されたゲート１から吐出した成形材料は、ゲート１から射出した成形材料が吐出管４内に吐出される。そして、成形材料は、吐出管内壁面４ａに衝突して内部を埋めて炊飯釜の底面中央部に相当する位置の内型６に極めて遅い速度で到達し、金型キャビティ３内に僅かな未充填部を残して充填される。次に、射出が完了した直後に、吐出管４内にあるロッド５を降下させて、内部に残留する成形材料を金型キャビティ３内に投入後、硬化を完了させることによって炊飯釜を賦形する。
【００４７】
この吐出管４内にあるロッド５の降下は、定圧を付与して降下させた場合、黒鉛を粉砕して得た粉粒が備える鋭角な端辺が高い吐出圧を受けて当接する部位が多く存在し、該部分が大きな圧縮歪みを保持した状態にある。この結果、得られた成形品は、焼成過程などで受ける高温状態において、結合材としての保持力が低下するガラス転移点温度以上で、ひずみを解放する膨張挙動を来す。
【００４８】
その膨張挙動は不均等で黒鉛粉粒周辺の限られた部位に集中するので、微細な亀裂が発生しやすい。その結果、フェノール樹脂の重合時の副生成物である水蒸気や未反応の低分子量原料の残留物が前記微細亀裂に集中して、気泡を形成して亀裂を拡大させながらフクレを発生させる、という課題を生む。
【００４９】
前記課題を解決する手段として、本発明の「ロッドによる金型の一次保持圧での回復と解放が、成形材料のゲル化直前まで繰り返し行った後、二次保持圧の付加を製品取り出しによる金型開放時まで維持する」に基づいて、成形材料のゲル化開始以前に保持圧の解放と回復を繰り返し行うことにより解消できる。
【００５０】
つまり、吐出圧を受けて黒鉛粒子の端辺が当接する部位の圧縮変形を、金型保持圧の解放によって解消して黒鉛粉粒の微小移動が可能な状態とし、保持圧の回復によって安定した当接状態が得られる位置に微小移動を行う。
【００５１】
この微小移動は、成形温度の１６５℃の雰囲気下で成形材料の粘度が急激に上昇するゲル化時間の８５秒に近い吐出完了から７０秒経過後まで、ロッドが僅かに降下する射出圧力よりも高い１０ＭＰａ加圧力（一次保持圧）をロッド５に付与して１〜２秒間の保持をした後、本発明の「吐出管に内在したロッド降下後の一次保持圧の解放が、ロッドを駆動させない状態で行う」に基づいて、ロッド５の上昇による外気侵入や成形品壁内が変態することのないよう、油圧のみを排除して１〜２秒間の保持を行う工程を繰り返し行った。
【００５２】
この一次保持圧の解放時に黒鉛粒子の微小な移動を可能とした後、前記一次保持圧の回復によって黒鉛粉粒が相互に安定した当接状態を備えることを可能とし、この繰り返しによって安定した当接状態が確保できるものである。本発明の「ロッドによる金型の一次保持圧での回復と解放が、成形材料のゲル化直前まで繰り返し行った後、二次保持圧の付加を製品取り出しによる金型開放時まで維持する」に基づく工程を実施した結果、結合材であるフェノール樹脂がガラス転移温度（Ｔｇ）以上の加熱温度を経過する焼成過程や成形後の加熱処理などの高温雰囲気下における強度の大幅な低下を来す状態で発生する歪みの解放挙動に起因した微細な亀裂発生と、前記微細亀裂にガスが集中して生じるフクレの発生を抑制することができた。
【００５３】
さらに、結合材であるフェノール樹脂がゲル化に伴う硬化収縮を来たし、前記フェノール樹脂に引っ張り応力を付与して内部に残留する。この残留応力は、フェノール樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の加熱温度を経過する焼成過程や成形後の加熱処理などの高温雰囲気下で、成形品壁面に亀裂を発生させて解放する挙動を備えることになる。
【００５４】
特に、成形材料が急激に流動方向を変化させる吐出管４直下では、常に金型よりも十分に低い温度の成形材料が集中して流入する．例えば、射出された成形材料の温度は１１０℃程度であって、１６５℃に加温した金型表面温度を低下させるうえ、最後に流入した成形材料の温度は、他の部位、例えば側壁部などにある成形材料の温度に比較して、流動中に金型からの加温されること無しに滞留することになるので、当該部位における成形材料の反応は、他の部位より遅延することになるから、収縮に伴う応力が集中しやすい状態を醸し出して歪みが残留するほか、微細クラックの発生を来すこともあった。
【００５５】
しかし、上述したロッド５の降下と圧力の解放の繰り返し後の本発明の「ロッドによる金型の一次保持圧での回復と解放が、成形材料のゲル化直前まで繰り返し行った後、二次保持圧の付加を製品取り出しによる金型開放時まで維持する」に基づくロッド５への３５ＭＰａの圧力保持は、成形材料の流動方向が急激に変化する吐出管直下で成形品壁内に発生する応力を補足し、亀裂発生の抑止に寄与する。
【００５６】
また、吐出管４を設けて、内部に備えるロッド５の降下に伴って押し出された成形材料は、射出完了降下までの時間に加温され、吐出管４直下に滞留した成形材料を排除して置き換わるので、反応の遅延を抑制して硬化収縮に伴って発生する応力の集中を抑制することができる。
【００５７】
得られた成形品は、無酸素状態で１０００℃の雰囲気下に放置してフェノール樹脂を炭化させ、カーボン凝結体の成形品を得る。このとき、焼成処理によって発生するフェノール樹脂の分解ガスが当該成形品の内部から円滑に放散するよう、フェノール樹脂の分解が活発になって急激な重量減少を来す３５０℃、５００℃、８００℃の近傍で緩い温度上昇と保持を行う。本実施の形態では、３００℃迄を０．５℃／ｍｉｎで昇温した後に５時間保持し、さらに５℃／ｈｒで４５０℃、１℃／ｈｒで５００℃に到達後に５時間の保持、７５０℃迄を５℃／ｈｒ、８００℃迄を２℃／ｈｒで到達後に３時間の保持、その後、０．５℃／ｍｉｎで１０００℃に到達させて２時間の保持を行った。その後、室温まで５℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却し、炊飯釜の凝結体成形品を得た。
【００５８】
このとき、フェノール樹脂の含有率が高く、粒子間に形成された空隙内を充填する成形材料を使用する場合は、焼成処理によってカーボンの残存が極めて少ないアクリルなどの有機繊維を混合して用いることが有効である。これら繊維は、フェノール樹脂に先行して熱分解が開始するので、無数の気孔を形成して、樹脂に分解起因したガスの放出が容易となり、焼成処理時の昇温速度を促進できるので、成形品内部に分解ガスが僅かな空隙に滞留して膨張、成形品の表面を鱗片状に破壊する亀裂の形成抑止に有効であるほか、従来の昇温と保持時間を大幅に縮減することができる。
【００５９】
具体的には、７５０℃迄を５℃／ｈｒ、８００℃迄を２℃／ｈｒで到達後に３時間保持、その後、０．５℃／ｍｉｎで１０００℃に到達後に２時間保持、で行っても欠陥の発生を生じることなく、約２日間の焼成時間短縮を達成した。
【００６０】
次に、炊飯釜としての使用には、凝結体成形品の外面には耐摩耗性と耐熱性に優れるシリコーン樹脂を、内面には調理具材の密着防止を目的にフッ素樹脂を、各々、吹付けて塗装を施した。表面に吹付けた塗料は、凝結体の粒子間で形成された空隙内を充填する含浸によるアンカー効果によって、強固な塗膜密着性が得られる。
【００６１】
図３は実施の形態１を示す図で、炊飯釜の底面中央部における落球衝撃強度の比較結果を示す図である。本実施の形態の上述手段によって得た炊飯釜のカーボン凝結体成形品の吐出管４またはゲート１近傍である底面中央に１５０ｇの鋼球を落下して、クラックを発生することなしに耐えうる最大高さで示した衝撃強度の極端な低下の抑止効果を備えたことが、図３に示す落球衝撃強度の測定結果から確認できた。
【００６２】
図３に示すように、落球衝撃強度の測定に供した試料は、比較例が二種類（＃１、＃２）、本実施の形態が四種類（＃１〜＃４）である。最も優れた本実施の形態の＃４（焼成後にクラックの発生がなく、落球衝撃強度が５５ｃｍでも割れないもの）を基準にして、他の試料の測定結果を説明する。
（１）比較例の＃１は、成形材料が本実施の形態の＃４と異なるため（比較例の＃１は成形材料Ｂ、本実施の形態の＃４は成形材料Ａ）、炊飯釜（カーボン凝結体成形品）に焼成後にクラックが発生するとともに、落球衝撃強度が、１０ｃｍで既に割れた。
（２）比較例の＃２は、成形材料は成形材料Ａであるが、吐出管４による加圧を行わないものである。そのため、炊飯釜（カーボン凝結体成形品）に焼成後にクラックが発生するとともに、落球衝撃強度が、１０ｃｍで既に割れた。
（３）本実施の形態の＃１は、本実施の形態の＃４と比較すると、圧力の解放と回復を行わないものである。しかし、炊飯釜（カーボン凝結体成形品）に焼成後にクラックが発生することなく、落球衝撃強度が、３５ｃｍでは割れたが、３０ｃｍでは割れなかった。比較例（＃１、＃２）に対して、優れていることが解る。
（４）本実施の形態の＃２は、本実施の形態の＃４と比較すると、圧力解放時のロッド５駆動による成形材料を金型内に追加投入する挙動が有で、上記挙動のゲル化直前迄の継続実施を行わないものである。本実施の形態の＃２は、効果はあるものの、本実施の形態の中では最も特性が悪い。圧力解放時のロッド５駆動、上記挙動のゲル化直前迄の継続実施が効果を奏していることが解る。
（５）本実施の形態の＃３は、本実施の形態の＃４と比較すると、ゲル化後の加圧維持を行わないものである。落球衝撃強度が、本実施の形態の＃４の５５ｃｍ（割れない最大値）に対して、本実施の形態の＃３は３０ｃｍ（割れない最大値）であった。
【００６３】
以上の工程を経て得た炊飯釜は、炊飯器に内蔵され、誘電加熱の適正制御を得て炊飯に供する際に係る負荷、例えば、調理道具の落下を想定した衝撃強度などに十分耐えうる耐性を保持するとともに、従来の黒鉛ブロックからの切削加工品に比較して大幅な工数短縮を達成するとともに、安定した製造と品質の確保を可能とした。
【００６４】
本実施の形態によれば、射出成形金型の炊飯釜内面中央に相当する部位の内型表面において、黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、成形品層内におけるクラック発生や物性低下を回避できた。
【００６５】
また、一方射出直後に高温保持した吐出管の加圧と解放を繰り返しながら成形材料を排出したので、黒鉛粒子同士の鋭角な形状を備える端部が当接した部分における前記端部が変形して圧縮応力を残留する状態から、安定な平面が当接する密な充填状態を確保して成形品の加熱時変形を抑止するとともに、当該部分に低温の原料が集中して載置される部位を拡散したので、反応遅延に起因する応力残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止することができた。
【符号の説明】
【００６６】
１ ゲート、３ 金型キャビティ、４ 吐出管、４ａ 吐出管内壁面、５ ロッド、６ 内型、７ 外型、１０ 成形金型、１０１ ゲート、１０３ 金型キャビティ、１０６ 内型、１０６ａ 内型内壁面、１０７ 外型、１１０ 成形金型。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱が可能な炊飯釜などに使用するカーボン粉粒複合樹脂の成形方法に関する。カーボン粉粒と高炭素含有物質である結合材を主体とするカーボン粉粒複合樹脂の射出成形に用いる金型構造に特徴があるものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱コイルの渦電流による電磁誘導加熱を利用したコンロや炊飯器は、磁性金属にアルミニウムや銅などの高熱伝導金属を積層したクラッド材の成形品が主流である。しかし、クラッド材は、鍋や釜などの形状に加工することが困難であるうえ、フッ素樹脂などの耐熱樹脂塗装面との界面で剥離し易いという課題があった。
【０００３】
このため、従来の電磁誘導加熱の素材に代えて、優れた導電性と伝導度を有するカーボン凝結体の使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、コークスなどのカーボン粉粒と結合材であるフェノールやピッチなどの高炭素含有物との混合物を棒柱状に加圧して成型したものを無酸素雰囲気下の１０００〜３０００℃で加熱して得たカーボン凝結体とし、これを炊飯釜などの調理器具に切削加工したものが、高温での調理器具として有効であることが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
上述の調理器具の製造方法によれば、カーボン焼結体を切削加工の大半を占める凹状容器の中空部分にある素材の廃棄が多く、加工工数も大きい、という課題があった。さらに、カーボン圧縮体の欠陥の内在を事前に検知することが困難なうえ、切削によって露出するなどによって意匠および強度などに悪影響を及ぼし、使用できないこともあった。
【０００６】
これらの課題を解決する手段として、カーボンの粉粒とフェノール樹脂の原料液やタールピッチなどの結合材との混合物である成形材料を金型内に注入して加圧して賦型した後、得られた成形品を焼成処理することにより、鍋状に成形されたカーボン凝結体を得る手段が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
しかし、電磁誘導加熱が可能な調理器具として使用するうえで必要な強度、電気伝導、熱伝導に優れた特性を備えたカーボン凝結体成形品を得るためには、成形材料のフェノール樹脂含有量を少なくすることが必須である。反面、カーボン粉粒表面が十分な濡れを有しないために凝集し易く、見掛けの粘度が向上して流動性が低下すると共に、流動の先端が合流するウエルド部分は剛直な筋状として意匠上の欠陥が認められ、強度の低下とともに成形品の壁面としての均質性が喪失し易いという課題があった。
【０００８】
上述の如く、ウエルドを形成することなしに射出成形による炊飯釜の成形を行うには、炊飯釜の上部にあるフランジの外周に成形材料が同時に到達するように流動させることが肝要であり、成形品の底面中央部分にゲートを設けることが最も好適である。
【０００９】
しかし、ゲートから吐出した成形材料は、相対する内壁面に衝突して局部的に乱流を生じるために、成形品の当該部分の色や光沢に変調を来す。また、衝突速度を緩和する大口径のゲートを設けた場合には、ゲートの処理に多くの手間を要する他に、金型内でのゲート切断の負荷を受けて成形品層内に亀裂が発生する、という不具合を生じる。
【００１０】
また、ゲートが位置する底面中央部では、金型温度より低温度で溶融した成形材料が衝突する下金型が局部的に冷却されるうえに最終の充填物が対流するので、周辺各部より反応遅延に伴う硬化収縮の引張応力が集中して内部応力を蓄積し、クラックの発生や物性の極端な低下を招く、という課題を有していた。
【００１１】
特定位置に集中して投入する成形材料を、金型温度に近似した温度とするために昇温する手段として、例えば、成形材料を射出成形するとき、通常のスプルー及びランナー温度よりスプルー及びランナー温度をさらに高くすることにより、メラミン樹脂を含有する成形材料がキャビティに入る前に反応が進み、ゲート内での発熱も大きくなって、硬化時間を短縮する手段が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１２】
また、金型キャビティ内への樹脂の充填完了後、射出圧力を連続的に上昇させてなるため、成形品表面のバリやヒケ、成形品内部の気泡、応力ムラなどが発生せず、高品質の成形品を得る手段が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９−７５２１１号公報
【特許文献２】特開平９−７０３５２号公報
【特許文献３】特開２００７−４４２５７号公報
【特許文献４】特開平０７−１６４４７０号公報
【特許文献５】特開昭６１−２２７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記特許文献４に開示されたものは、射出時間から想定する成形材料のスプルー及びランナーの通過時間が極めて短時間であることを鑑みれば、前記成形材料の溶融温度を前提とした射出時の温度を金型温度に近似させうる十分な温度上昇を期待することは困難であるほか、金型から成形材料の逆流を抑止するために金型と接するノズルがランナーの温度上昇に伴って、内部に残留する成形材料が硬化して次の吐出を妨げる、という課題を備えることになる。また、上記特許文献５に開示されたものは、不定形な充填材を混合した複合材料の成形における充填時圧力を維持し続けた場合には、充填材同士が当接する部分の変形に基づく内部応力の残存が、樹脂のガラス転移点以上の温度領域で応力が解放されることに伴ってクラックなどの欠陥発生を誘発する、という課題を備えることになる。
【００１５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、以下に示す事項を目的とするカーボン粉粒複合樹脂の成形方法を提供する。
（１）射出成形金型の鍋状成形品の底面中央に相当する部位の内型表面において、黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、成形品層内におけるクラック発生や物性低下を回避する。
（２）ゲート近傍における反応遅延に起因する応力残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に係るカーボン粉粒複合樹脂の成形方法は、鍋状成形品の底面中央外壁の相当部分に設けられ、ロッドを内在してゲートを配した吐出管を備えた成形金型を用いて、カーボン粉粒とフェノール樹脂を主体として成る成形材料を注入して加熱・加圧による賦形するカーボン粉粒複合樹脂の成形方法において、射出直後に成形金型の保持圧を一時的に解放した後、直ちにロッドを降下させるとともに成形金型の保持圧を回復させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係るカーボン粉粒複合樹脂の成形方法は、成形金型の鍋状成形品内面中央に相当する部位の内型表面において、黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、成形品層内におけるクラック発生や物性低下を抑制できた。
【００１８】
また、射出直後に高温保持した吐出管の加圧と解放を繰り返しながら成形材料を排出したので、黒鉛粒子同士の鋭角な形状を備える端部が当接した部分における前記端部が変形して圧縮応力を残留する状態から、安定な平面が当接する密な充填状態を確保して成形品の加熱時変形を抑止するとともに、当該部分に低温の原料が集中して載置される部位を拡散したので、反応遅延に起因する応力残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１を示す図で、成形金型１０（ゲート１および吐出管４部分の金型構造）の概念断面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、ゲート１近傍の概念横断面図。
【図３】実施の形態１を示す図で、炊飯釜の底面中央部における落球衝撃強度の比較結果を示す図。
【図４】比較のために示す図で、従来の成形金型１１０（ゲート１０１近傍）の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
以下、この発明を実施するための形態の一例を説明する。本実施の形態は、カーボン粉粒複合樹脂の成形方法（ゲート遮断と圧縮機能を備えた射出成形ゲートの構造）に関する。先ず、実施の形態１の概要について説明する。
【００２１】
黒鉛粉粒の含有率が高いフェノール樹脂との混合物を用いてＬ／Ｔの大きな薄肉成形品の射出成形を行う際に、前記混合物である成形材料の粘度が極めて高く、流動性に劣るために成形品の密度分布が大きい、という課題を有する。特に、炊飯釜のような鍋状の成形品では、ウエルド部分の強度低下と過度な残留応力の抑制に加え、成形品の外観意匠性を確保するために、密度分布の偏在と金型充填後に射出圧力の分布に依存した二次流動が発生しないように、成形材料の金型内における流動を制御する必要がある。このため、成形材料には成形機内の保持などに要する可使時間と流動粘度の過度な上昇を抑制しうる好適な反応速度を備えるが、炊飯釜の場合はＬ／Ｔが大きいうえに薄肉成形品であることから、流動の制御に困難を伴う。
【００２２】
尚、Ｌ／Ｔは、一定厚みの平面部を有し、この平面部の厚みをＴとし、ゲートから最も離れた該平面部の末端と該ゲート間の距離をＬとしたときの両者の比を言う。
【００２３】
また、ウエルドを形成しない流動形態を得るために、フランジ全周に渡って同時に成形材料が到達するように底面中央部に設置したゲートから射出する成形手段は、前記ゲートから吐出した成形材料が、相対する内壁面に衝突して局部的に乱流を生じさせる。このため、当該部分の色調や光沢に変調を来し、これを避けるためのゲートの口径拡大は、成形品のゲート部分を処理するのに多くの手間を要するほか、金型内でのゲート切断の際に過度な負荷を受けた成形品の内層部分に亀裂が発生する、という不具合を生じる。
【００２４】
また、ゲートが位置する底面中央部では、金型温度より低温の成形材料が衝突する部分が局部的に冷却されるとともに最終の充填物が滞留するので、周辺各部より反応遅延に伴う硬化収縮の引張応力が集中して内部応力が集中し、クラックの発生や物性の極端な低下を招く、という課題を有していた。
【００２５】
そこで、フェノール樹脂に黒鉛粉粒を高い含有率で混合した成形材料を用いた射出成形品を焼成処理して得る誘電加熱の発熱効率が高いカーボン凝結成形品を得る成形金型において、前記成形材料の吐出位置に相当する成形品の底部中央相当位置に、以下の構造を備えたゲートを設けて上記課題を解消する。
【００２６】
つまり、吐出管内で一時的に保持して加温した成形材料を金型キャビティに充填することによって、金型温度に近似させると共に、これを低速で流入させて最終充填位置にある成形材料を底部中央位置から排除するようにした。その後、底面中央部に滞留した成形材料を中心とした加圧によって強度の向上を達成した。
【００２７】
この挙動を可能にする射出成形用金型は、成形材料が金型に充填する円筒状の吐出管にロッドを内蔵して成り、前記吐出管上部に設けたゲートから吐出した成形材料が吐出管を経て金型キャビティ内を充填するようにした。このとき、ゲートよりも大きな径を備えた吐出管を充填してキャビティへの流入速度が低減、さらに、内部に残留する成形材料をロッドが金型キャビティ内に押し出して成形品に圧力を負荷するようにした。
【００２８】
さらに、吐出管の圧力付加段階で、ロッドには圧力の付加と解放を繰り返すことによって、高い含有率を備えた黒鉛粒の端辺同士が当接して過度に歪みを保持することを回避するようにした。
【００２９】
以上、一連の金型駆動を含む成形材料の射出完了から硬化完了まで、金型と吐出管は保持圧と温度を保持し、この段階が完了した後に金型を開放して射出成形品を取り出すことになる。
【００３０】
そのように構成することにより、炊飯釜内面中央部に相当する部位で、内金型面における黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、局部におけるクラック発生や物性低下を回避できた。
【００３１】
一方、射出直後に高温保持した吐出管の加圧と解放を繰り返しながら成形材料を排出したので当該部分の反応の遅延に伴う引張応力の残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止、射出成形品の黒鉛粒子同士の当接による変形を本来の形状に戻しながら密な充填状態を確保するので、成形品の均質化が達成できた。
【００３２】
射出成形によって鍋状の成形品を得る手段であって、黒鉛粉粒と結合材のフェノール樹脂から成る成形材料を用いて鍋状の成形品である炊飯器の内釜を成形し、これを無酸素雰囲気の高温で焼成処理して得た凝結体であるカーボン粉粒複合樹脂の成形方法（電磁誘導加熱調理器の製造方法）について、以下に詳述する。
【００３３】
成形材料は、石油コークスを無酸素状態の高温（３０００℃）で焼成処理して得た黒鉛の塊状物を、０．１ｍｍ以下に粉砕した黒鉛粉粒に、水で希釈したフェノール、第四級アンモニウム塩型カチオン活性剤を界面活性剤として加え、任意温度に加温しながら黒鉛粉粒が均一分散するように撹拌しながらホルムアルデヒドを添加して重合させたものである。反応時の温度と時間を調整して任意重合度を成す半硬化フェノール樹脂が、黒鉛粉粒物の表面に２５ｗｔ％の被覆量になるようしたもので、得られた成形材料Ａは４０℃以下の低温で減圧乾燥処理を行った。
【００３４】
界面活性剤には、例えば、高分子電解質挙動を示して重合過程のフェノール樹脂とポリイオンコンプレックスを形成したものを用いる。
【００３５】
尚、成形材料は、フェノール樹脂より分解開始温度が低く、焼成段階でカーボン残存率が少ない有機繊維を混合して用いてもよい。
【００３６】
以上の方法によって得られた未硬化状態のフェノール樹脂は、黒鉛粉粒物の表面がフェノール樹脂を重合する原料液で常に濡れた状態にあるため、黒鉛粉粒の外面に樹脂薄膜が形成され、前記黒鉛粉粒の結合材として保持した成形用原料として得た。
【００３７】
また、比較例として用いた成形材料Ｂには、石油コークスを無酸素状態の高温（３０００℃）で焼成処理した塊状物を粉砕した黒鉛の粉粒と、ノボラック系フェノール樹脂との混合物を、７５：２５の割合で混合したものを用いた。混合物は、フェノール樹脂をアルコールなどに溶かし、混練機内で黒鉛に噴霧しながら混練した後、乾燥することによって得た。
【００３８】
また、黒鉛粉粒には多くの微粉末を含んでいるうえ、破砕によって形成した鋭角な端辺が当接して固着し易いので、射出成形機内の回転するスクリューの溝内で混練する際に凝集してスクリュー内に滞留し、計量が困難な状況に陥る。このため、成形材料は、１〜３ｍｍ程度に加圧造粒したものを用いることにより、前記課題の解消が可能である。
【００３９】
次に、該成形用原料（成形材料Ａ、成形材料Ｂ）をシリンダー温度が６０℃、ノズル温度が１１０℃、金型温度が１６５℃の射出成形条件にて金型外周面に設けたゲート部から射出して加圧し、３分間の硬化時間として保持後に脱型して、成形品を得た。
【００４０】
このとき、低融点である未硬化状態のフェノール樹脂と黒鉛粉粒との混合物である成形材料Ｂの射出時圧力が１０．５Ｍｐａであったのに対し、本実施の形態に係る成形材料Ａは７．５ＭＰａの低圧で金型内の充填を完了した。これは、成形材料Ａが金型内を充填する際に、表面に未硬化のフェノール樹脂を被覆した黒鉛粉粒が、破砕により形成した鋭角な端辺が丸みを帯びており、前記フェノール樹脂の溶融とともに流動に伴う圧力によって凝集し難い態様を成していることによる。
【００４１】
図１、図２は実施の形態１を示す図で、図１は成形金型１０（ゲート１および吐出管４部分の金型構造）の概念断面図、図２はゲート１近傍の概念横断面図である。
【００４２】
射出成形機（成形金型１０）内で溶融した成形材料は、図１に示すように、ゲート１から吐出管４を経て内釜形状に賦形する金型キャビティ３内に充填される。金型キャビティ３は、内型６と外型７との間に形成される。金型キャビティ３は、図示はしないが、炊飯釜の形状をしている。吐出管４は、炊飯釜の底部外面の略中央部に位置する。吐出管４は、進退自在なロッド５を備える。吐出管４の内周を吐出管内壁面４ａとする。
【００４３】
図４は比較のために示す図で、従来の成形金型１１０（ゲート１０１近傍）の概念図である。従来の成形金型１１０における成形材料を金型キャビティ１０３内に充填する底面中央位置における金型構造は、図４に示すように、底部外面（外型１０７）に配したゲート１０１から成形品底部の内面（内型１０６の内型内壁面１０６ａ）に向けて吐出する構成であった。このため、ゲート１０１から吐出した成形材料は高速で内型１０６に衝突した後、金型キャビティ１０３内を流動することになる。
【００４４】
つまり、図４に示した従来の成形金型１１０では、炊飯釜の底面中央からフランジ部分に向かって流動させることが必須であることから、炊飯釜内面中央の相当部位の対向位置に設置したゲート１０１から高速で吐出した成形材料が内型内壁面１０６ａに激突するので、黒鉛粉粒の固着や金型表面の摩耗による平滑性を損なう意匠性低下や金型への固着を来し易いという課題を有する。
【００４５】
これに対し、本実施の形態に基づく成形金型１０のゲート１を用いれば、図１に示したように、ゲート１から高速で吐出した成形材料が、吐出管内壁面４ａに衝突した後に、吐出速度を急激に低下させて金型キャビティ３内を充填することになるので、上記不具合を生じることがない。
【００４６】
本実施の形態に基づく成形金型１０は、図１、図２に示すように、吐出管４の側面に形成されたゲート１から吐出した成形材料は、ゲート１から射出した成形材料が吐出管４内に吐出される。そして、成形材料は、吐出管内壁面４ａに衝突して内部を埋めて炊飯釜の底面中央部に相当する位置の内型６に極めて遅い速度で到達し、金型キャビティ３内に僅かな未充填部を残して充填される。次に、射出が完了した直後に、吐出管４内にあるロッド５を降下させて、内部に残留する成形材料を金型キャビティ３内に投入後、硬化を完了させることによって炊飯釜を賦形する。
【００４７】
この吐出管４内にあるロッド５の降下は、定圧を付与して降下させた場合、黒鉛を粉砕して得た粉粒が備える鋭角な端辺が高い吐出圧を受けて当接する部位が多く存在し、該部分が大きな圧縮歪みを保持した状態にある。この結果、得られた成形品は、焼成過程などで受ける高温状態において、結合材としての保持力が低下するガラス転移点温度以上で、ひずみを解放する膨張挙動を来す。
【００４８】
その膨張挙動は不均等で黒鉛粉粒周辺の限られた部位に集中するので、微細な亀裂が発生しやすい。その結果、フェノール樹脂の重合時の副生成物である水蒸気や未反応の低分子量原料の残留物が前記微細亀裂に集中して、気泡を形成して亀裂を拡大させながらフクレを発生させる、という課題を生む。
【００４９】
前記課題を解決する手段として、本発明の「ロッドによる金型の一次保持圧での回復と解放が、成形材料のゲル化直前まで繰り返し行った後、二次保持圧の付加を製品取り出しによる金型開放時まで維持する」に基づいて、成形材料のゲル化開始以前に保持圧の解放と回復を繰り返し行うことにより解消できる。
【００５０】
つまり、吐出圧を受けて黒鉛粒子の端辺が当接する部位の圧縮変形を、金型保持圧の解放によって解消して黒鉛粉粒の微小移動が可能な状態とし、保持圧の回復によって安定した当接状態が得られる位置に微小移動を行う。
【００５１】
この微小移動は、成形温度の１６５℃の雰囲気下で成形材料の粘度が急激に上昇するゲル化時間の８５秒に近い吐出完了から７０秒経過後まで、ロッドが僅かに降下する射出圧力よりも高い１０ＭＰａ加圧力（一次保持圧）をロッド５に付与して１〜２秒間の保持をした後、本発明の「吐出管に内在したロッド降下後の一次保持圧の解放が、ロッドを駆動させない状態で行う」に基づいて、ロッド５の上昇による外気侵入や成形品壁内が変態することのないよう、油圧のみを排除して１〜２秒間の保持を行う工程を繰り返し行った。
【００５２】
この一次保持圧の解放時に黒鉛粒子の微小な移動を可能とした後、前記一次保持圧の回復によって黒鉛粉粒が相互に安定した当接状態を備えることを可能とし、この繰り返しによって安定した当接状態が確保できるものである。本発明の「ロッドによる金型の一次保持圧での回復と解放が、成形材料のゲル化直前まで繰り返し行った後、二次保持圧の付加を製品取り出しによる金型開放時まで維持する」に基づく工程を実施した結果、結合材であるフェノール樹脂がガラス転移温度（Ｔｇ）以上の加熱温度を経過する焼成過程や成形後の加熱処理などの高温雰囲気下における強度の大幅な低下を来す状態で発生する歪みの解放挙動に起因した微細な亀裂発生と、前記微細亀裂にガスが集中して生じるフクレの発生を抑制することができた。
【００５３】
さらに、結合材であるフェノール樹脂がゲル化に伴う硬化収縮を来たし、前記フェノール樹脂に引っ張り応力を付与して内部に残留する。この残留応力は、フェノール樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の加熱温度を経過する焼成過程や成形後の加熱処理などの高温雰囲気下で、成形品壁面に亀裂を発生させて解放する挙動を備えることになる。
【００５４】
特に、成形材料が急激に流動方向を変化させる吐出管４直下では、常に金型よりも十分に低い温度の成形材料が集中して流入する．例えば、射出された成形材料の温度は１１０℃程度であって、１６５℃に加温した金型表面温度を低下させるうえ、最後に流入した成形材料の温度は、他の部位、例えば側壁部などにある成形材料の温度に比較して、流動中に金型からの加温されること無しに滞留することになるので、当該部位における成形材料の反応は、他の部位より遅延することになるから、収縮に伴う応力が集中しやすい状態を醸し出して歪みが残留するほか、微細クラックの発生を来すこともあった。
【００５５】
しかし、上述したロッド５の降下と圧力の解放の繰り返し後の本発明の「ロッドによる金型の一次保持圧での回復と解放が、成形材料のゲル化直前まで繰り返し行った後、二次保持圧の付加を製品取り出しによる金型開放時まで維持する」に基づくロッド５への３５ＭＰａの圧力保持は、成形材料の流動方向が急激に変化する吐出管直下で成形品壁内に発生する応力を補足し、亀裂発生の抑止に寄与する。
【００５６】
また、吐出管４を設けて、内部に備えるロッド５の降下に伴って押し出された成形材料は、射出完了降下までの時間に加温され、吐出管４直下に滞留した成形材料を排除して置き換わるので、反応の遅延を抑制して硬化収縮に伴って発生する応力の集中を抑制することができる。
【００５７】
得られた成形品は、無酸素状態で１０００℃の雰囲気下に放置してフェノール樹脂を炭化させ、カーボン凝結体の成形品を得る。このとき、焼成処理によって発生するフェノール樹脂の分解ガスが当該成形品の内部から円滑に放散するよう、フェノール樹脂の分解が活発になって急激な重量減少を来す３５０℃、５００℃、８００℃の近傍で緩い温度上昇と保持を行う。本実施の形態では、３００℃迄を０．５℃／ｍｉｎで昇温した後に５時間保持し、さらに５℃／ｈｒで４５０℃、１℃／ｈｒで５００℃に到達後に５時間の保持、７５０℃迄を５℃／ｈｒ、８００℃迄を２℃／ｈｒで到達後に３時間の保持、その後、０．５℃／ｍｉｎで１０００℃に到達させて２時間の保持を行った。その後、室温まで５℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却し、炊飯釜の凝結体成形品を得た。
【００５８】
このとき、フェノール樹脂の含有率が高く、粒子間に形成された空隙内を充填する成形材料を使用する場合は、焼成処理によってカーボンの残存が極めて少ないアクリルなどの有機繊維を混合して用いることが有効である。これら繊維は、フェノール樹脂に先行して熱分解が開始するので、無数の気孔を形成して、樹脂に分解起因したガスの放出が容易となり、焼成処理時の昇温速度を促進できるので、成形品内部に分解ガスが僅かな空隙に滞留して膨張、成形品の表面を鱗片状に破壊する亀裂の形成抑止に有効であるほか、従来の昇温と保持時間を大幅に縮減することができる。
【００５９】
具体的には、７５０℃迄を５℃／ｈｒ、８００℃迄を２℃／ｈｒで到達後に３時間保持、その後、０．５℃／ｍｉｎで１０００℃に到達後に２時間保持、で行っても欠陥の発生を生じることなく、約２日間の焼成時間短縮を達成した。
【００６０】
次に、炊飯釜としての使用には、凝結体成形品の外面には耐摩耗性と耐熱性に優れるシリコーン樹脂を、内面には調理具材の密着防止を目的にフッ素樹脂を、各々、吹付けて塗装を施した。表面に吹付けた塗料は、凝結体の粒子間で形成された空隙内を充填する含浸によるアンカー効果によって、強固な塗膜密着性が得られる。
【００６１】
図３は実施の形態１を示す図で、炊飯釜の底面中央部における落球衝撃強度の比較結果を示す図である。本実施の形態の上述手段によって得た炊飯釜のカーボン凝結体成形品の吐出管４またはゲート１近傍である底面中央に１５０ｇの鋼球を落下して、クラックを発生することなしに耐えうる最大高さで示した衝撃強度の極端な低下の抑止効果を備えたことが、図３に示す落球衝撃強度の測定結果から確認できた。
【００６２】
図３に示すように、落球衝撃強度の測定に供した試料は、比較例が二種類（＃１、＃２）、本実施の形態が四種類（＃１〜＃４）である。最も優れた本実施の形態の＃４（焼成後にクラックの発生がなく、落球衝撃強度が５５ｃｍでも割れないもの）を基準にして、他の試料の測定結果を説明する。
（１）比較例の＃１は、成形材料が本実施の形態の＃４と異なるため（比較例の＃１は成形材料Ｂ、本実施の形態の＃４は成形材料Ａ）、炊飯釜（カーボン凝結体成形品）に焼成後にクラックが発生するとともに、落球衝撃強度が、１０ｃｍで既に割れた。
（２）比較例の＃２は、成形材料は成形材料Ａであるが、吐出管４による加圧を行わないものである。そのため、炊飯釜（カーボン凝結体成形品）に焼成後にクラックが発生するとともに、落球衝撃強度が、１０ｃｍで既に割れた。
（３）本実施の形態の＃１は、本実施の形態の＃４と比較すると、圧力の解放と回復を行わないものである。しかし、炊飯釜（カーボン凝結体成形品）に焼成後にクラックが発生することなく、落球衝撃強度が、３５ｃｍでは割れたが、３０ｃｍでは割れなかった。比較例（＃１、＃２）に対して、優れていることが解る。
（４）本実施の形態の＃２は、本実施の形態の＃４と比較すると、圧力解放時のロッド５駆動による成形材料を金型内に追加投入する挙動が有で、上記挙動のゲル化直前迄の継続実施を行わないものである。本実施の形態の＃２は、効果はあるものの、本実施の形態の中では最も特性が悪い。圧力解放時のロッド５駆動、上記挙動のゲル化直前迄の継続実施が効果を奏していることが解る。
（５）本実施の形態の＃３は、本実施の形態の＃４と比較すると、ゲル化後の加圧維持を行わないものである。落球衝撃強度が、本実施の形態の＃４の５５ｃｍ（割れない最大値）に対して、本実施の形態の＃３は３０ｃｍ（割れない最大値）であった。
【００６３】
以上の工程を経て得た炊飯釜は、炊飯器に内蔵され、誘電加熱の適正制御を得て炊飯に供する際に係る負荷、例えば、調理道具の落下を想定した衝撃強度などに十分耐えうる耐性を保持するとともに、従来の黒鉛ブロックからの切削加工品に比較して大幅な工数短縮を達成するとともに、安定した製造と品質の確保を可能とした。
【００６４】
本実施の形態によれば、射出成形金型の炊飯釜内面中央に相当する部位の内型表面において、黒鉛粉粒の固着や金型の摩耗による意匠性の低下、成形品層内におけるクラック発生や物性低下を回避できた。
【００６５】
また、一方射出直後に高温保持した吐出管の加圧と解放を繰り返しながら成形材料を排出したので、黒鉛粒子同士の鋭角な形状を備える端部が当接した部分における前記端部が変形して圧縮応力を残留する状態から、安定な平面が当接する密な充填状態を確保して成形品の加熱時変形を抑止するとともに、当該部分に低温の原料が集中して載置される部位を拡散したので、反応遅延に起因する応力残留に伴うクラック発生や衝撃強度の低下を抑止することができた。
【符号の説明】
【００６６】
１ ゲート、３ 金型キャビティ、４ 吐出管、４ａ 吐出管内壁面、５ ロッド、６ 内型、７ 外型、１０ 成形金型、１０１ ゲート、１０３ 金型キャビティ、１０６ 内型、１０６ａ 内型内壁面、１０７ 外型、１１０ 成形金型。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍋状成形品の底面中央外壁の相当部分に設けられ、ロッドを内在してゲートを配した吐出管を備えた成形金型を用いて、カーボン粉粒とフェノール樹脂を主体として成る成形材料を注入して加熱・加圧による賦形するカーボン粉粒複合樹脂の成形方法において、
射出直後に前記成形金型の保持圧を一時的に解放した後、直ちに前記ロッドを降下させるとともに前記成形金型の保持圧を回復させるようにしたことを特徴とするカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項２】
前記吐出管に内在した前記ロッド降下後の一次保持圧の解放が、前記ロッドを駆動させない状態で行うことを特徴とする請求項１に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項３】
前記ロッドによる前記成形金型の一次保持圧での回復と解放が、前記成形材料のゲル化直前まで繰り返し行った後、二次保持圧の付加を製品取り出しによる前記成形金型開放時まで維持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項４】
前記一次保持圧が射出圧力よりも高く、前記二次保持圧よりも十分に低い状態で前記ロッドの降下による圧縮挙動を伴う状態で行うことを特徴とする請求項３に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項５】
前記成形材料が、フェノール基を含む化合物とアルデヒド基を含む化合物を界面活性剤の存在下の水中で重合したフェノール樹脂未硬化物を被覆したカーボン粉粒と、成形温度で液状を成すフェノール樹脂と、の混合物を用いることを特徴とする請求項１に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項６】
前記界面活性剤が、高分子電解質挙動を示して重合過程のフェノール樹脂とポリイオンコンプレックスを形成したものを用いることを特徴とする請求項５に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項７】
前記成形材料が、フェノール樹脂より分解開始温度が低く、焼成段階でカーボン残存率が少ない有機繊維を混合して用いることを特徴とする請求項５に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項１】
鍋状成形品の底面中央外壁の相当部分に設けられ、ロッドを内在してゲートを配した吐出管を備えた成形金型を用いて、カーボン粉粒とフェノール樹脂を主体として成る成形材料を注入して加熱・加圧による賦形するカーボン粉粒複合樹脂の成形方法において、
射出直後に前記成形金型の保持圧を一時的に解放した後、直ちに前記ロッドを降下させるとともに前記成形金型の保持圧を回復させるようにしたことを特徴とするカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項２】
前記吐出管に内在した前記ロッド降下後の一次保持圧の解放が、前記ロッドを駆動させない状態で行うことを特徴とする請求項１に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項３】
前記ロッドによる前記成形金型の一次保持圧での回復と解放が、前記成形材料のゲル化直前まで繰り返し行った後、二次保持圧の付加を製品取り出しによる前記成形金型開放時まで維持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項４】
前記一次保持圧が射出圧力よりも高く、前記二次保持圧よりも十分に低い状態で前記ロッドの降下による圧縮挙動を伴う状態で行うことを特徴とする請求項３に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項５】
前記成形材料が、フェノール基を含む化合物とアルデヒド基を含む化合物を界面活性剤の存在下の水中で重合したフェノール樹脂未硬化物を被覆したカーボン粉粒と、成形温度で液状を成すフェノール樹脂と、の混合物を用いることを特徴とする請求項１に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項６】
前記界面活性剤が、高分子電解質挙動を示して重合過程のフェノール樹脂とポリイオンコンプレックスを形成したものを用いることを特徴とする請求項５に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【請求項７】
前記成形材料が、フェノール樹脂より分解開始温度が低く、焼成段階でカーボン残存率が少ない有機繊維を混合して用いることを特徴とする請求項５に記載のカーボン粉粒複合樹脂の成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２４０６１０（Ｐ２０１１−２４０６１０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４９９１（Ｐ２０１０−１１４９９１）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]