JP2005132109A - プラスチック成型用金型の製造方法及びプラスチック成型品の模様の製造方法 - Google Patents

プラスチック成型用金型の製造方法及びプラスチック成型品の模様の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 プラスチック成型品に柔らかく感じる針状突起又は模様を製造する方法を提供する。同成型品成形用金型の製造方法を提供し、金型製造コストと加工時間の低減及び生産能率の向上を図る。
【解決手段】 レーザーカッターの加工用レーザービームで金型基材に穴をカットする際に、（ａ）一の穴カット後にプリズム群の角度調整によりビーム直径を順次縮めながら定点で加工を繰り返して、一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。又は、（ｂ）一つの穴をカット後、ビーム直径を順次広げながら定点で加工を繰り返して、一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。又は、（ｃ）ビーム直径を変えずに定点で加工を繰り返して穴の周辺に傾斜面を有する一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。金型基材に一つの穴の完成後にプリズム群を移動するたびに、ビーム直径を変えて加工する工程を繰り返して模様を作る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プラスチック成型用金型の製造方法及びプラスチック成型品の模様の製造方法に関する。
従来、ジッパーの引き金具における装飾プレートを製造するには、プラスチック成形方法を採用している。そして、一体成形により千変万化の造形をつくり、又は金属薄片をプレス加工して、必要な図形や模様を得ている。
しかし、従来のジッパーの引き金具における装飾プレートとして、非金属材質をプラスチック射出成型法により成形しても、金属材質をプレス加工しても、形成される模様、図案は皆、大きなサイズ仕様であるから、精細さのレベルを向上することができない。とくに、その材質は堅い素材のせいで、指先でタッチしたら、冷たくて硬いという不快な感じがあり、柔らかく触れる感覚が全然ない。
本発明者は、米国特許出願番号１０/１７９１８５の明細書において、“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍａｋｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ ｆｏｒ ｄｅｃｏｒａｔｉｖｅｐｉｅｃｅ”と題する発明を開示し、これに対して特許を認められた。この先行技術は、同様に極めて精細な針状突起を作るが、レーザー加工技術を金型の製造プロセスに応用したものである。レーザーを施すパスは第一ポイントから第二ポイントないし第Ｎポイントまで順次に凹んだ溝をカットしたあとで、レーザーヘッドの高さを高めてレーザービームの直径を少し拡大させる。その後、前と同じ方式で、第一ポイントから第二ポイントないし第Ｎポイントまで、もう一度カットする。それを繰り返して、第一、第二、第三ないし第Ｎポイントの位置まで、数回にわたってレーザーヘッドの放射点の高度位置を高めて、つまり、レーザービームの直径を拡大させる方式で、金属金型をカットすることにより金型に倒立円錐柱状の穴が形成される。
米国特許第６，６１７，５４３号公報
残念ながら、前掲の工程を含む加工方法には、欠陥が依然として存在してある。すなわち、レーザー(ツール)ビームヘッドの移動が頻繁に行われ過ぎるので、製造コスト、加工時間、効率があまりに悪い。位置移動の無駄な時間が極めて多いために、生産能率が向上されない。
本発明が解決しようとする課題は、プラスチック成型品に、肉眼でみると絨毛のように見え、手でタッチすると柔らかく感じる針状突起又はその群からなる模様を製造する方法を提供することにある。また、他の課題は、前記プラスチック成型品を成形することができる金型を製造する方法を提供するとともに、その金型の製造コスト及び加工時間を低減させ、生産能率を向上させることにある。
第一の発明に係るプラスチック成型用金型の製造方法は次の工程からなる。
（ア）レーザーカッターの下にレーザービームヘッドとの間に一定の高さの間隔を設けて金型基材を置く。
(イ)前記レーザービームヘッドの下方に設けてあるプリズム群によりレーザービームを鏡の転換角度により屈折して加工用レーザービームを生成し、その加工用レーザービームで前記金型基材に穴をカットする。
（ウ）上記（イ）の工程において、一つの穴をカットした後、前記レーザービームヘッドの高さを保持したまま前記プリズム群の角度を調整してレーザービームを集中させることにより前記加工用レーザービームの直径を順次縮めながら同一加工点で加工を数回繰り返して、一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。
第２の発明に係るプラスチック成型用金型の製造方法は次の工程からなる。
（ア）レーザーカッターの下にレーザービームヘッドとの間に一定の高さの間隔を設けて金型基材を置く。
（イ)前記レーザービームヘッドの下方に設けてあるプリズム群によりレーザービームを 鏡の転換角度により屈折して加工用レーザービームを生成し、その加工用レーザービームで前記金型基材に穴をカットする。
（ウ）上記（イ）の工程において、前記レーザービームヘッドの高さを保持したまま、前記プリズム群の角度を調整してレーザービームを集中させることにより前記加工用レーザービームの直径を縮めて一つの穴をカットし、以後、前記加工用レーザービームの直径を順次広げながら同一加工点で加工を数回繰り返して、一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。
第三の発明に係るプラスチック成型用金型の製造方法は次の工程からなる。
（ア）レーザーカッターの下にレーザービームヘッドとの間に一定の高さの間隔を設けて金型基材を置く。
(イ)前記レーザービームヘッドの下方に設けてあるプリズム群によりレーザービームを鏡の転換角度により屈折して加工用レーザービームを生成し、その加工用レーザービームで前記金型基材に穴をカットする。
（ウ）上記（イ）の工程において、前記レーザービームヘッドの高さを保持したまま、前記プリズム群の角度を調整してレーザービームを集中させることにより前記加工用レーザービームの直径を縮めて一つの穴をカットし、以後、前記加工用レーザービームの直径を保持したまま、同一加工点で加工を数回繰り返して、前記穴の周辺に前記金型基材に向かって拡張する傾斜面を有する一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。
第一の発明ないし第三の発明において、所望の模様を有するプラスチック成型品を成形するための金型を製造する場合は、金型基材に一つの倒立円錐柱状の穴を完成した後、プリズム群を含むレーザービームヘッドを横方向へ所定距離移動するたびに、(イ)−(ウ)の工程を繰り返すことを特徴としている。
第四の発明に係るプラスチック成型品の模様の製造方法は、第三の発明によるプラスチック成型用金型の製造方法により製造された金型を用いてプラスチック成型品を成形することにより、先端の径が０．０６−０．０８ｍｍ程度、基端の径が０．３８−０．６ｍｍ程度、高さが０．４−１．０ｍｍ程度の針状突起で構成された文字、数字、記号又は模様を形成することを特徴としている。
請求項１、２及び３の発明によれば、針状突起を有するプラスチック成型品を成形するための、倒立円錐柱状の穴を有する金型を低コストで能率良く生産することができる。
請求項４の発明によれば、多数の針状突起により形成される任意の模様をを有するプラスチック成型品を成形するための、多数の倒立円錐柱状の穴を有する金型を低コストで能率良く生産することができる。
請求項５の発明によれば、プラスチック成型品に、肉眼でみると絨毛のように見え、手でタッチすると柔らかく感じる針状突起又はその群からなる模様を製造する方法を提供することができる。
続いて、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１及び図２は第一の発明の実施の形態を示す。本発明の実施例は、まず板状の金型基材１０をレーザービーム２０でカットして加工する。レーザービームヘッド２１と金型基材１０との間には、高さａの間隔が設けられる。レーザービームヘッド２１の下方に、プリズム群３０が設けられるので、レーザービーム２０が鏡の転換角度により屈折されて加工用レーザービーム３１が生成される。レーザービーム３１で、図１（ａ）に示すように、金型基材１０に穴１１がカットされる。
上述のように、金型基材１０に穴１１をカットしたあと、レーザービームヘッド２１と金型基材１０との間に同じの間隔ａを保持したまま、レーザービーム３２でカットする。レーザービーム３２はプリズム群３０の角度を変換（調整）して、レーザービームが集中されることにより発生され、この集中によりレーザービーム３２のビーム直径がレーザービーム３１のビーム直径より小さい。図１１（ａ）に示すように、レーザービーム３１の直径エリア範囲は、元来、多数のレーザー・スキャン・ライン・ビーム３１ａから、瞬間的にパスｃをスキャンした後、円形範囲をつくり、レーザービーム３１となる。これに対して、図１１（ｂ）に示すように、プリズム群３０の角度を変換すれば、各レーザー・スキャン・ライン・ビーム３１ａが瞬間的にパスｄをスキャンした後、円形範囲を縮小して集中したレーザービーム３２となる。そうすると、レーザービーム３２の直径が元来のレーザービーム３１の直径より小さい。そのときに、レーザービーム３２が金型基材１０をカットすれば、レーザービーム３２が前回に加工して凹んだ穴１１の底部平面が加工基準面となるので、図１（ｂ）に示すように、レーザーのカット作用で、もう一つ穴１２の深さをカットする。
続いて、実際の実施例を説明する。スチールを金型基材１０とする。レーザービームの直径を、それぞれ０.３８ｍｍ、０.３０ｍｍ、０.２３ｍｍ、０.１６ｍｍ、０.０８ｍｍと順次小さくし、絶えず金型基材１０の定点での加工を数回繰り返す穴積層方法でカットする。十数回、定点でのカットを繰り返すことにより、レーザービーム３３が最終的に予定の適当の深さを有する穴１３が得られる。そのときに、全体からみると、倒立円錐柱状（単一のダイホール）の穴１４がカットされた。一番深い穴１３は金型基材１０の表面から、ｂの深さを有する。金型基材１０にスチールよりも柔らかいアルミニウム、銅を採用する場合は、連続して施したレーザービームのカット回数を減らすことができる。一回毎にレーザービームを照射する時間は短いので、十数回の重複カット時間も実際の加工時間を極めて短いものとすることができる。
図１（ａ）（ｂ）に基づく詳しい説明より、明らかなように、定点での連続カットにより倒立円錐柱状の単一ダイホールの穴１４（図２参照）が形成される。平面に複数の細かいダイホールの穴１４を加工したい場合は、一つのダイホールの穴１４を完成してから、レーザービームヘッド２１(プリズムヘッド３０を含む)を移動し、前述の図１（ａ）（ｂ）の加工プロセスを反復して行う。加工ワーク表面のニーズに応じて、レーザービームヘッド２１(プリズムヘッド３０を含む)を一回ずつ横方向へ所定距離ｘを移動する。同じ要領で複数のダイホールの穴１４をマトリックス状に加工して、図２に示すように、均一に分布することができる。
本発明のもう一つ実施例を図３及び図４に基づいて説明する。金型基材１０にダイホールの穴１４を作るため、金型基材１０をレーザービーム２０でカットする際に、レーザービームヘッド２１と金型基材１０との間に高さａの間隔を設ける。レーザービームヘッド２１の下方に設けられたプリズム群３０によりレーザービーム２０が鏡の転換角度により屈折されて加工用レーザービーム３４が作られる。そのレーザービーム３４を利用して、図３（ａ）に示すように、金型基材１０に直径の小さい穴１５をカットする。続いて、図１１（ａ）又は（ｂ）に示した場合と同様にして、レーザービーム３４の直径を拡大させ、レーザービーム３５を形成する。小さい直径のレーザービーム３４と大きい直径のレーザービーム３５とは同心円になる。それから、レーザービーム３５で金型基材１０の表面をカットする。そのとき、金型基材１０の表面には凹んだ穴１６がカットされる。レーザービーム３５が前回の小さい直径の穴１５の位置をカットする際は、狭い直径の穴１５の底部が加工面となり、その加工面に下へ向かって小さい穴１７をカットする。このような加工原則に基づいて、まず小さい直径のレーザービーム３４で金型の表面をカットし、続いて、より大きい直径のレーザービーム３５で同じ加工ポイントをカットする。こうして、次第に多段式にレーザービームの直径を拡大させ、最終的に、図４に示すように、金型基材の表面に標準サイズの穴がカットされる。要するに、多数の穴の堆積で、ダイホール１４が出来あがる。
図５及び図６に本発明のさらにもう一つの実施例を示す。本実施例においては、金型基材１０にダイホール１４をカットする場合に、金型基材１０に細いレーザービーム３４を施し、金型基材10に直径の小さい穴１５をカットする。その後のプロセスにおいても、レーザービーム３４を小さい穴１５の同じ点に維持させ、定点をカットする。それにより、小さい穴１５の下端にもっと深く入った穴１６を形成する。同時に、反射するビームにより、図５（ｂ）に示すように、狭い直径の小さい穴１５の円周に傾斜面１８がカットされる。少し時間を経て繰り返してカットすると、図５（ｃ）に示すように、穴１９の円周にもっと大きい傾斜面１８ａを形成されて、孔の形状がより深い倒立円錐柱状の穴１９が形成される。このような反復定点カット加工の原則により、図６に示すように、多数の穴堆積によりダイホール１４のカットが出来あがる。一つのダイホール１４のカットを終了するたびに、レーザービームヘッド２１(プリズムヘッド３０を含む)を横方向へ距離ｘを移動して加工を行うことにより、平面上に複数のダイホールの穴１４を均一に分布することができる。
上記第１ないし第３の実施例により製造された金型基材１０を用いてプラスチック成型品を成形するには、図７に示すように、複数のダイホール穴１４をカットした金型基材１０を上ダイセットとして用い、これで下ダイセット４０を閉めた状態で、上下のダイセットの間に形成されたキャビテイにプラスチック材料を射出して成形すると、装飾プレート５０の表面に小さい針状突起５１が成形される。理想的な実施例においては、プラスチック材料（５０）の表面に微細な針状突起５１が多数成形される。これらの微細な針状突起の上端の径は０.０６−０.０８ｍｍぐらいであり、基端の径は０.３８−０.６ｍｍぐらいであり、高さは約０．４−１．０ｍｍである。従って、全体からみれば、装飾プレート５０は表面に微細な針状突起５１が多数成形されているので、プラスチック材質自身が有する弾性により、手でタッチすると、柔らかく触れる感覚がえられ、かつ、摩擦力が向上される。
図８及び図９には、本発明によるプラスチック成型品に模様を成形する方法を用いて成形された装飾プレート５０が示されている。その表面には上記金型を用いて成形された複数の微細な針状突起５１がごく接近させた位置に配設されている。各針状突起の寸法は上記の通りであるので、これを手の指でタッチすると、適度な堅さと柔らかさとの刺激により快適に感じる。
図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明方法により作られた装飾プレート５０には、複数の細くて小さい針状突起５１がある。レーザービームヘッド２１の位置を意図的に調整することにより、加工されたダイホール穴１４を前後及び左右に整列された直交マトリックス状（図１０（ａ））、又は前後又は左右に任意距離ずらされた交差マトリックス状（図１０（ｂ））に配設することができる。従って、前記金型製造方法を用いて、表面に微細な針状突起で構成された任意の文字、記号又は模様を有するプラスチック成型品（装飾プレート）を成形することができる。
第一の発明の実施例における金型の加工ステップを示す説明図。 同実施例による加工結果を示す説明図。 第二の発明の実施例における金型の加工ステップを示す説明図。 同実施例による加工結果を示す説明図。 第三の発明による金型の加工ステップを示す説明図。 同実施例による加工結果を示す説明図。 本発明により作られた金型を用いてプラスチック成型品を作る方法を説明する断面図。 上記成型方法により作られた装飾プレートの外観図。 図８のＡ部分の拡大図。 同拡大部分の平面図であり、針状突起の配設パターンの例を示す平面図。 本発明による金型製造方法において、レーザービームの直径サイズを調整する態様を示す説明図。
符号の説明
１０ 金型基材
２０ レーザーザービーム
２１ レーザービームヘッド
３０ プリズム群
３１、３２、３３、３４、３５ レーザービーム
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７ 穴
３１a スキャン・ライン・ビーム
１８、１８a 傾斜面
４０ 下ダイセット
５０ 装飾プレート
５１ 針状突起

Claims (5)

  1. 次の工程からなるプラスチック成型用金型の製造方法。
    （ア）レーザーカッターの下にレーザービームヘッドとの間に一定の高さの間隔を設けて金型基材を置く。
    （イ）前記レーザービームヘッドの下方に設けてあるプリズム群によりレーザービームを鏡の転換角度により屈折して加工用レーザービームを生成し、その加工用レーザービームで前記金型基材に穴をカットする。
    （ウ）上記（イ）の工程において、一つの穴をカットした後、前記レーザービームヘッドの高さを保持したまま前記プリズム群の角度を調整してレーザービームを集中させることにより前記加工用レーザービームの直径を順次縮めながら同一加工点で加工を数回繰り返して、一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。
  2. 次の工程からなるプラスチック成型用金型の製造方法。
    （ア）レーザーカッターの下にレーザービームヘッドとの間に一定の高さの間隔を設けて金型基材を置く。
    (イ)前記レーザービームヘッドの下方に設けてあるプリズム群によりレーザービームを鏡の転換角度により屈折して加工用レーザービームを生成し、その加工用レーザービームで前記金型基材に穴をカットする。
    （ウ）上記（イ）の工程において、前記レーザービームヘッドの高さを保持したまま、前記プリズム群の角度を調整してレーザービームを集中させることにより前記加工用レーザービームの直径を縮めて一つの穴をカットし、以後、前記加工用レーザービームの直径を順次広げながら同一加工点で加工を数回繰り返して、一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。
  3. 次の工程からなるプラスチック成型用金型の製造方法。
    （ア）レーザーカッターの下にレーザービームヘッドとの間に一定の高さの間隔を設けて金型基材を置く。
    (イ)前記レーザービームヘッドの下方に設けてあるプリズム群によりレーザービームを鏡の転換角度により屈折して加工用レーザービームを生成し、その加工用レーザービームで前記金型基材に穴をカットする。
    （ウ）上記（イ）の工程において、前記レーザービームヘッドの高さを保持したまま、前記プリズム群の角度を調整してレーザービームを集中させることにより前記加工用レーザービームの直径を縮めて一つの穴をカットし、以後、前記加工用レーザービームの直径を保持したまま、同一加工点で加工を数回繰り返して、前記穴の周辺に前記金型基材に向かって拡張する傾斜面を有する一つの倒立円錐柱状の穴を完成する。
  4. 金型基材に一つの倒立円錐柱状の穴を完成した後、プリズム群を含むレーザービームヘッドを横方向へ所定距離移動するたびに、(イ)−(ウ)の工程を繰り返すことにより、所望の模様を形成することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のプラスチック成型用金型の製造方法。
  5. 請求項４に記載のラスチック成型用金型の製造方法により製造された金型を用いてプラスチック成型品を成形することにより、先端の径が０．０６−０．０８ｍｍ程度、基端の径が０．３８−０．６ｍｍ程度、高さが０．４−１．０ｍｍ程度の針状突起で構成された文字、数字、記号又は模様が形成されたプラスチック成型品の模様の製造方法。
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