JP2008246570A - 軽合金板のプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】意匠性や美観性に優れた表面模様を成形体に施すことができ、生産性に優れた軽合金板のプレス成形方法を提供する。
【解決手段】金型表面に鏡面仕上げ部分と荒仕上げ部分とが共存配置された上金型１１と下金型１２との間に、鏡面仕上げ部分の表面粗さより小さい表面粗さに鏡面化処理された軽合金板Ｋを配置して加圧塑性変形させ、その成形面に前記鏡面仕上げ部分と前記荒仕上げ部分とが転写された軽合金成形体を形成させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、部分的に光沢模様を表面に有する意匠性の高いアルミニウムやマグネシウムなどの軽合金板のプレス成形方法に関する。

近年、携帯電話などの小型通信端末、ポータブルＭＤプレーヤー、ポータブルテープレコーダーなどの小型記録媒体、ノート型パソコン、モバイル型パソコン、デジタルカメラなど各種電子機器のケースやその構成部材である成形体においては、そのデザインのみならず外表面の意匠が重視されている。これらの成形体においては美観、意匠性が購入意欲に大きく影響することから製造メーカは、拡販戦略としてその外観の差別化に大きく関心を持っているところである。
さらに、意匠性ばかりでなく多くの用途において小型化・軽量化が進みそれらを納めるケースも小型化・軽量化が求められている。

これらの成形体の素材としてプラスチックは、デザインの選択も容易で大量生産もできることから多く採用されている。しかしながら、プラスチック材においては、その素材強度の点から成形体の壁を厚くせざるをえず、小型化における難点になっている。一方、金属素材ではプラスチックにないメタリック調の高級感を表現できること、および強度が強いことからケース壁を薄くできる利点がありアルミニウム合金板、マグネシウム合金板などの軽合金が多用されている。

これらの軽合金を素材とする成形体において単にメタリック調の高級感だけでは、多様化する意匠性の変化に対応できない。そこで意匠性を高めるために、これらの成形体の表面に金属光沢化、塗装、梨地仕上げ、ヘアーライン仕上げ、つや消し仕上げなどが施されている。
例えば、特開２００２−５２６４７号公報（特許文献１）では、軽合金の成形体の表面の電着塗装層にヘアーライン加工を施し金属光沢面を露出させ、このヘアーライン面の上に静電塗装によるプライマー層及びクリヤ層を施し耐食性を付与し、金属光沢と着色模様の組み合わせで独特の風合いをもつ複雑な模様表現を可能にしている。
特開２００２−５２６４７号公報

上記のような従来の金属成形体の表面装飾においては、金属光沢面、着色塗装面、ヘアーラインの加工面を部分的に併用することにより意匠性は十分高めている。しかしながら、このような部分的に異なる各種の表面模様を設けるために、成形体を形成後にさらにヘアーライン仕上げ加工や表面研磨仕上げを施す装置を必要としていた。さらに、先にも述べたように成形体およびその構成部材が近時ますます小さくなる傾向にあり、成形後にこれらに仕上げ加工を施すことは複雑で熟練した作業を要するばかりでなく、その工数も余分にかかりその軽減が求められていた。
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、意匠性や美観性に優れた表面模様を成形体に施すことができるとともに、仕上げ加工を省略することにより製造コストの低減をはかることができる軽合金板のプレス成形方法を提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するためになされた本発明の軽合金板のプレス成形方法は、軽合金板を上金型と下金型との間でプレス成形加工する軽合金板のプレス成形方法であって、いずれか一方の金型表面に鏡面仕上げ部分と荒仕上げ部分とが共存配置された前記上金型と前記下金型との間に、前記鏡面仕上げ部分の表面粗さより小さい表面粗さに鏡面化処理された軽合金板を配置して加圧塑性変形させ、その成形面に前記鏡面仕上げ部分と前記荒仕上げ部分とが転写された軽合金成形体を形成させるように構成される。

（２）本発明の軽合金板のプレス成形方法は、前記（１）において、プレス加工される前記軽合金板の元板厚みに対してその１／１０〜１／５の成形厚みに前記軽合金成形体を塑性変形させることにも特徴を有している。

（３）本発明の軽合金板のプレス成形方法は、前記（１）又は（２）において、前記上金型または下金型に施される荒仕上げ部分が、微細な溝加工仕上げ、ミーリング加工仕上げ、ローレット加工仕上げを含むいずれかの工程により形成されていることにも特徴を有している。

（４）本発明の軽合金板のプレス成形方法は、前記（１）〜（３）において、前記軽合金成形体が各種電子機器の入力手段となるジョグダイヤルの構成部材であり、前記軽合金板の打ち抜き処理、切削処理、プレス処理、表面処理を介して最終製品に加工されることにも特徴を有している。

本発明によれば、鏡面仕上げ部分と荒仕上げ部分とが共存配置された上金型と下金型との間に、前記鏡面仕上げ部分の表面粗さより小さい表面粗さに鏡面化処理された軽合金板を配置して加圧塑性変形させ、その成形面に鏡面仕上げ部分と前記荒仕上げ部分とが転写された軽合金成形体を形成させるので、意匠性や美観性の高い表面模様を成形体の外表面に施せるとともに、以降の仕上げ加工を省略することにより製造コストを効果的に低減させることができる。

本実施形態の軽合金板のプレス成形方法は、いずれか一方の金型表面に鏡面仕上げ部分と荒仕上げ部分とが共存配置された上金型と下金型との間に、前記鏡面仕上げ部分の表面粗さより小さい表面粗さに鏡面化処理された軽合金板を配置して加圧塑性変形させ、その成形面に前記鏡面仕上げ部分と前記荒仕上げ部分とが転写された軽合金成形体を形成させる。これによって、意匠性や美観性に優れた模様を成形体表面に施すことができる。

金型は上下一対の鍛造用金型であり、例えば、携帯電話機におけるジョグダイヤルなどの金属部品や、自動車部品、家電部品の加工用として使われる。金型は単型（１金型１工程）と、順送型（１金型複数工程）とに分かれ、ほぼ均一な厚みのものを加工するのに適している。ジョグダイヤルなどに適用する場合の金型としては、比較的強度が必要な製品の加工に適し、金型内の金属材料に高圧を加えて塑性変形させるための鍛造型金型を用いる。このような金型材料としては、例えば鋳鉄とモリブデン−タングステン等で構成されるダイス鋼(高合金工具鋼)や、高速度工具鋼、その他の超硬合金が適用できる。なお、金型が軽合金板と接する成形面には鏡面仕上げ部分と荒仕上げ部分とが共存配置されたパターンが形成されており、これによって軽合金板に所定のパターンが効果的に転写されるようにしている。

軽合金板は、アルミニウムやマグネシウム、チタンなどを主体とする合金であり、その厚みが約１〜１０ｍｍのものである。この軽合金板が前記一対の金型により挟圧されることで、金型面の模様パターンがその成形面に転写されるようになっている。この金型によって塑性変形される軽合金板には、鏡面仕上げされた金型部分の表面粗さより小さい表面粗さに予め鏡面化処理されたものが用いられる。
軽合金板を冷間鍛造法で成形すると、ボスや凹部などが一体的に成形でき、表面欠陥が少なく金属光沢面を有する成形体が得られる。アルミニウム合金としては、ＪＩＳ１０００番台から６０００番台のものなどが適用可能であり、アルミニウム−マグネシウム合金としては、主としてＪＩＳ５０５２、５０５６などの展伸性に優れた材質のものが用いられる。

また、本実施形態の軽合金板のプレス成形方法は、プレス加工される前記軽合金板の元板厚みに対してその１／１０〜１／５の成形厚みに前記軽合金成形体を塑性変形させることができる。これによって、金型面の模様パターンを軽合金成形体の表面に確実に形成することができる。
ここで、軽合金板の元板厚みに対して軽合金成形体の成形厚みが１／１０より小さくなると、その塑性変形量が過大となって入り組んだ構造を有するジョグダイヤルなどの精密部材に適用する場合に、変形に伴う亀裂や歪みなどの欠陥が生じ易くなり、逆にこの塑性変形率が１／５を超えると、軽合金成形体に模様パターンが確実に転写できない場合を生じるので好ましくない。

本実施形態の軽合金板のプレス成形方法は、前記上金型または下金型に施される荒仕上げ部分が、微細な溝加工仕上げ、ミーリング加工仕上げ、ローレット加工仕上げを含むいずれかの工程により形成されている。これによって、アルミ合金やマグネシウム合金などの軽合金板の表面に金型に形成された所定の模様を打刻することができ、荒仕上げ部分を迅速に形成させることができ生産性に優れている。
溝加工仕上げやミーリング加工、ローレット加工に際しては、回転工具（フライスカッター・エンドミル等）や、旋盤などにより金型面を転削する公知の加工技術を適用することができる。

本実施形態の軽合金板のプレス成形方法は、前記軽合金成形体が各種電子機器の入力手段となるジョグダイヤルの構成部材であり、前記軽合金板の打ち抜き処理、切削処理、プレス処理、表面処理を介して最終製品に加工されることにも特徴を有している。これによって、ギザギザなどの凹凸模様が形成され入り組んだ構造のジョグダイヤルを容易に製造することができる。
ジョグダイヤルは、携帯電話機や音楽プレイヤーなどの操作部の上部中央に配置されたプッシュ操作可能なダイヤル入力部などを備えた略円形状や半球状のものである。ジョグダイヤルの構成部材は、アルミ合金などの前記軽合金板を素材として軽合金板の打ち抜き処理、切削処理、前記金型を用いたプレス処理、プレス成形面にアルミなどの酸化被膜を形成させるアルマイト表面処理を介して製造される。
このように製造されるジョグダイヤルの回転操作などにより、例えばジョグダイヤルだけで所望の文字の選択や入力を行ったり、液晶表示部上に表示されるカーソルを所望の位置に移動させたりすることができる。

（実施例１）
図１は実施例１に係る軽合金板のプレス成形方法が適用されるプレス成形装置の説明図であり、図２は同プレス成形装置により製造されるジョグダイヤルの説明図である。以下図面を参照しながら実施例１のプレス成形装置を説明する。
プレス成形装置１０は軽合金成形体となるジョグダイヤルの構成部材を製造するためのための装置の一部であって、軽合金板Ｋを挟圧して鍛造するための上金型１１と、下金型１２を備えている。その上金型１１及び／又は下金型１２の表面には、鏡面仕上げ部分と荒仕上げ部分とが共存配置された模様が配置され、ミーリング加工やローレット加工などが施されている。

軽合金板Ｋは、例えばＪＩＳ規格のアルミ５０５６、６０６１や、住友軽金属株式会社製の２５７Ｓ材、ＳＬ材などの光沢アルミ板（１ｍｍ厚のもの使用）が適用される。なお、このようなアルミ板は、酸化アルミ膜を表面に形成させるアルマイト処理やメッキ（色つきも可）処理により白錆びを抑制したものとすることが望ましい。
上金型１１及び下金型１２における鏡面仕上げ部分は、その表面粗さ（Ｒｍａｘ）が、例えば３〜１０μｍである。一方、軽合金板Ｋの表面粗さは前記金型の鏡面仕上げ部分のそれより小さい２μｍ以下の範囲に鏡面加工されて形成される。
なお、表面粗さ（Ｒｍａｘ）はＪＩＳ０６００１−１９７６：表面粗さの規格に準拠して測定されたものであり、断面曲線から基準長さだけ抜き取った部分の平均線をこれに平行な２直線ではさみ，この２直線の間隔をマイクロメートル単位（μｍ）で表したものとする。

ジョグダイヤル部材（軽合金成形体）となる軽合金板Ｋを上金型１１と下金型１２との間で鍛造する場合は、総荷重４０〜８０ｔ（金型パンチ直径２０ｍｍ）とする鍛造プレスを用いて瞬間的に成形する。なお、両金型に油圧プレスやサーボプレスを用いて、一定時間継続的に鍛造トータル荷重＝１５０ｔを軽合金板にかけて、ジョグダイヤル部材を形成させることも可能である。
こうして、軽合金板Ｋの打ち抜き処理、切削処理、プレス処理、表面処理を介して図２に示すようなジョグダイヤル部材１３を作成する。なお、ジョグダイヤル部材側面にギザギザ部分を形成させる場合はローレット加工などが別途施される。ジョグダイヤル部材１３は、図示するように略円盤状の中央にプッシュボタン１４が嵌合される孔部を有して構成される薄肉部材であり、携帯電話機や携帯音楽プレイヤーなどに装備される。

なお、ジョグダイヤル部材１３のボタンの上面を光沢にする場合を例にとると、一発の鍛造工程で、模様も光沢も形成することができる。また、ジョグダイヤルボタンの裏面にある溝なども同一鍛造工程で形成するが、最終的には、ミーリング加工仕上げやローレット加工仕上げなどの工程を付加するようにしてもよい。

（実施例２）
図３は実施例２のプレス成形装置における順送型金型の正面図であり、図４はその上金型の平面図であり、図５はその下金型の平面図である。この順送型金型を用いる軽合金板のプレス成形方法では、帯状のアルミニウム合金板を搬送装置によって順送型金型２０に順送りしながらプレス成形加工を行うことで軽合金板をジョグダイヤル部材に順次成形加工するものである。

図示するように順送型金型２０は、上金型２１とこれに対向して上下方向に押圧される下金型２２とで構成されている。そして、例えば、切断（シャーリング）、打ち抜き（ブランキング）、切り欠き（ノッチング）、穴明け（ピアッシング）などの工程を順送型金型２０上に設けられた領域Ａ〜Ｃ毎に順次行うように構成された金型であり、せん断、曲げ、絞りなどにより軽合金板をジョグダイヤル部材に仕上げることができるようになっている。

（実施例３）
表１はプレス成形装置１０を用いてプレス成形されたアルミ軽合金板における鍛造鏡面の転写結果のデータである。
ここでは、軽合金板の５材質（住友軽金属株式会社製ＳＬ材、同２５７Ｓ、同１０７０−０材、同３７０材、昭和電工株式会社製Ｂ６材）及び材厚（１．０ｍｍ、０．８ｍｍ、０．６ｍｍ）毎にプレス成形装置１０を用いてプレス成形を行って、その鋳造時とアルマイト処理後の状態をそれぞれ（◎：最良、〇：良好、△：問題あり、×：問題多い）の４段階で評価した。
表１から明らかなように、材質をＳＬ材として、材厚を１．０ｍｍとしたときに、鋳造時及びアルマイト処理後の状態が共に最良（◎）となって、生産性に優れていることが示される。

以上説明したように本発明は、金型における鏡面仕上げ部分の表面粗さより小さい表面粗さに鏡面化処理された軽合金板を金型間に配置して加圧塑性変形させ、その成形面に鏡面仕上げ部分と前記荒仕上げ部分とが転写された軽合金成形体を形成させることを要旨とするものである。
なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改良が可能であり、前述した実施例の形態の他にも多様な実施の形態が考えられる。例えば、本実施例では軽合金板として特定材質（ＳＬ材）、特定材厚のものを適用したが、本発明は、金型との軽合金板とにおける表面粗さが上記関係を満たせばよく、これらの実施例に用いた材質のものに限定されるものではない。

本発明は、軽合金板を用いてジョグダイヤル部材などの電気部品や装飾部材をプレス成形して、光沢模様を部分的に有して意匠性に優れた製品に仕上げるような加工分野に広く適用することができる。

実施例１の軽合金板のプレス成形方法が適用されるプレス成形装置の説明図である。 同プレス成形装置により製造されるジョグダイヤル部材の説明図である。 実施例２のプレス成形装置における順送型金型の正面図である。 同プレス成形装置の上金型の平面図である。 同プレス成形装置の下金型の平面図である。

符号の説明

１０ プレス成形装置
１１ 上金型
１２ 下金型
１３ ジョグダイヤル部材（軽合金成形体）
１４ プッシュボタン
２０ 順送型金型
２１ 上金型
２２ 下金型
Ｋ 軽合金板

Claims (4)

1. 軽合金板を上金型と下金型との間でプレス成形加工する軽合金板のプレス成形方法であって、
   いずれか一方の金型表面に鏡面仕上げ部分と荒仕上げ部分とが共存配置された前記上金型と前記下金型との間に、前記鏡面仕上げ部分の表面粗さより小さい表面粗さに鏡面化処理された軽合金板を配置して加圧塑性変形させ、その成形面に前記鏡面仕上げ部分と前記荒仕上げ部分とが転写された軽合金成形体を形成させることを特徴とする軽合金板のプレス成形方法。
2. プレス加工される前記軽合金板の元厚みに対してその１／１０〜１／５の成形厚みに前記軽合金成形体を塑性変形させることを特徴とする請求項１記載の軽合金板のプレス成形方法。
3. 前記上金型または下金型に施される荒仕上げ部分が、微細な溝加工仕上げ、ミーリング加工仕上げ、ローレット加工仕上げを含むいずれかの工程により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の軽合金板のプレス成形方法。
4. 前記軽合金成形体が各種電子機器の入力手段となるジョグダイヤルの構成部材であり、前記軽合金板の打ち抜き処理、切削処理、プレス処理、表面処理を介して最終製品に加工されることを特徴とする請求項１〜３の内いずれか１項に記載の軽合金板のプレス成形方法。