JP2021079580A - 樹脂成形品、樹脂成形品の製造方法、樹脂成形品を備えた機器、樹脂成形用の金型、および金型の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図13(a)の例では、まず矢印sc1に沿って、X方向に隣り合うD(1、1)からD(6、1)までの各所定位置にて順に切削加工してゆく。次に、エンドミルを一旦X軸マイナス方向に回帰させるとともにY軸プラス方向に移動させる。そして、矢印sc2に沿って、X方向に隣り合うD(1、2)からD(6、2)までの各所定位置にて順に切削加工してゆく。以下同様に、矢印sc3に沿ってX方向に隣り合うD(1、3)からD(6、3)を、さらに矢印sc4に沿ってX方向に隣り合うD(1、4)からD(6、4)を、この順に切削加工してゆく。
既に参照した図12(a)に示す加工方法で切削工具を用いて微細な凹部を形成すると、金型に形成された凹部の内面は図12(b)の模式図に示したような滑らかな曲面ではなく、微視的には切削工具の先端の刃形状に依存した溝が形成されている。
微細凹凸405が存在すると、凹部で反射した光と凸部で反射した光には光路長差が生まれるが、光路長差が光の波長の整数倍であれば、図15(b)に示すように凹部で反射した光と凸部で反射した光の位相が一致する。一方、光路長差が光の波長の1/2だけだとすると、凹部で反射した光と凸部で反射した光の位相が逆になるため、互いに打ち消しあって反射光の強度は弱くなる。
しかしながら、実際の樹脂部品400の外観面では、部位により色調が異なる色むらが視認され、意匠品質が低下してしまっていた。例えば、図16(a)に示す樹脂部品400の外観面30の全域に、所定の光沢度(艶消し)を付与するために多数の凸部Cvを設けた場合に、領域31と領域32の色調が異なるという問題が発生していた。
図面を参照して、本発明の実施形態である、樹脂成形品、樹脂成形品の製造方法、樹脂成形品を備えた機器、当該樹脂成形品を製造するための金型、および金型の製造方法について説明する。
尚、以下の実施形態等の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同一の機能を有するものとする。
図2(a)は、実施形態の樹脂成形品である原稿カバー12の外観面130を模式的に示す平面図であり、外観面130の全域には、所定の光沢度(艶消しレベル)を付与するために、形状が視認されがたいほどに微細な凸部が多数設られている。図2(b)は、図2(a)に示す点線で囲まれた領域131の模式的な拡大斜視図、図2(c)は点線で囲まれた領域132の模式的な拡大斜視図である。
本実施形態の樹脂成形品は、金型に形成されたキャビティにゲートから溶融樹脂を射出充填することにより成形される点では従来と同様であるが、実施形態の製造工程に用いる金型の成形面は、従来用いていた金型の成形面とは凹部の形状構成が異なる。尚、樹脂材料としては、例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネートなどの熱可塑性の材料を用いることができる。
次に、本実施形態における樹脂成形用の金型の製造方法について説明する。
図5は、実施形態に係わる金型を製造するマシニングセンタを示す図である。マシニングセンタ80は、加工機本体81と、制御装置82とを有する。樹脂を注入するキャビティは、金型の一部を構成する複数の駒(キャビティ駒と称する場合がある)によって形成されていてもよい。キャビティを駒によって形成すると、複雑な形状の成形品であっても、転写面を分割して加工することができるため、金型の製造コストを削減することができる。
切削工具84はエンドミルを使用することが好ましい。スピンドル85は、切削工具84をZ軸まわりに回転させる。Zステージ88は、スピンドル85を支持し、切削工具84を、加工対象である母材83に対してZ方向に移動させる。同様に、Xステージ86は、母材83に対して切削工具84をX方向に、Yステージ87は、母材83をY方向に移動させる。よって、加工機本体81は、切削工具84を回転させながら、切削工具84の先端を母材83に対して相対的にXYZ方向に移動させることができる。
図10は、分割ランダム加工処理を実施するためのフローチャートの一例である。
まず、ステップS201において、加工情報を取得する。加工情報とは、金型成形面となる表面101に切削加工により形成する複数の凹部Hに関する位置情報である。
次に、ステップS202において、凹部Hを加工する領域をM個の部分領域に分割する、すなわち加工範囲内にM個の部分領域を設定する。
ステップS204において、部分領域を表す領域番号iを1に設定する。
次に、ステップS206において、繰り返し加工回数jがN、すなわち当該部分領域においてN箇所の凹部の形成が完了したか否かを判定する。j=Nではなかった(S206:No)場合には、ステップS207に進み繰り返し加工回数jに1を加算してステップS205に戻り、まだ凹部を形成していない1箇所をランダムに選択し、切削加工により凹部を形成する。このループは、当該部分領域においてN箇所の凹部の形成が完了するまで繰り返し実行される。
ステップS208において、領域番号iがM、すなわち全ての部分領域において凹部の形成が完了したか否かを判定する。i=Mではなかった(S208:No)場合には、ステップS209に進み、領域番号iに1を加算するとともに繰り返し加工回数jを1にリセットしてステップS205に戻る。そして、次の部分領域においてまだ凹部を形成していない1箇所をランダムに選択し、切削加工により凹部を形成する。このループは、加工範囲内に設定されたM個の部分領域の全てにおいてN箇所の凹部の形成が完了するまで繰り返し実行される。
ステップS208において、領域番号iがMであった(S208:Yes)場合には、全ての凹部の形成が完了したとして、加工を終了する。
図11(a)は、実施例1に係る樹脂成形品の外観面を表す模式的な平面図である。また、図11(b)は、図11(a)に示す矩形で示す領域182を拡大した模式的な斜視図である。
実施例1では、厚さ1.6mm、縦および横の長さが20mmの板状の樹脂成形品180の主面全体に多数の凸部181を形成した。各々の凸部181の高さは10μmであり、隣接する凸部を隔てる間隔は90μmとなるようにし、全部で49284個の凸部を形成した。このように微細な凸部を全面に形成することで、樹脂成形品180の外観面はマットな質感を持つ低光沢(艶消し)面となり、60度光沢度は約8.0となった。
実施例1とは異なり分割ランダム加工処理により金型を製造し、その金型を用いて図11(a)に外観を示す板状の樹脂成形品180を成形した。
本実施例も、樹脂成形品を射出成形するのに用いる金型の材料にステンレスを使用した。図5に示すマシニングセンタにラジアスエンドミルを取り付け、図6(a)を参照して説明した粗加工を行い、さらに、回転式研磨工具とダイヤモンドペーストを用いて図6(b)を参照して説明した鏡面加工を施した。その後、直径が200μmのボールエンドミルを用いて、図9及び図10を参照して説明したように、金型の母材の凹部形成位置をランダムな順番で選択して切削加工を行い、凹部を形成した。母材の加工領域に10×10の部分領域を設定し、各部分領域における繰り返し加工回数を20として部分領域毎に切削加工を行った。全部分領域に凹部を形成するのに要した加工時間は約5時間であり、実施例1のランダム加工の4分の1の加工時間であった。加工した金型の成形面を電子顕微鏡で観察すると、図4(b)を参照して説明したように、ボールエンドミルの刃形状を反映した切削痕である微細凹凸が凹部毎に異なり、近接領域の凹部における微細凹凸の形状がばらついていることが判った。
この金型を用いて射出成形を行い、樹脂成形品180を得た。尚、樹脂材料は黒色のHIPSを使用した。
なお、本発明は、以上説明した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
例えば、樹脂成形品の外観面の全面にわたり表面粗さ(rms)の標準偏差が所定値以上である凸部を設けなければならないわけではない。意匠的に色むらを抑制したい所定領域にのみ表面粗さ(rms)の標準偏差が所定値以上である凸部を設けてもよい。
Claims (16)
- 外観面に複数の凸部が配置され、
各々の前記凸部は、製造誤差を除けば各々の前記凸部の中心線に対して回転対称な形状であり、各々の前記中心線を中心とする円周に沿って形成された微細凹凸を有しており、
前記複数の凸部には、前記微細凹凸の形状が互いに異なる凸部が含まれており、
前記外観面に対する法線方向から見た場合の面積が所定面積である領域について、前記凸部毎に前記微細凹凸の表面粗さ(rms)を求めた時、標準偏差が0.01μm以上となるように、前記微細凹凸の形状が互いに異なる複数の前記凸部が配置されている、
ことを特徴とする樹脂成形品。 - 前記領域を前記外観面に対する法線方向から見た場合に、前記複数の凸部の総面積が、前記所定面積の50%以上である、
ことを特徴とする請求項1に記載の樹脂成形品。 - 前記所定面積は、1mm2以上かつ4mm2以下である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂成形品。 - 前記複数の凸部は、各々の高さが15μm未満である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の樹脂成形品。 - 前記外観面に対する法線方向から見た場合に、前記複数の凸部の各々の面積は、23000μm2以下である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の樹脂成形品。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の樹脂成形品を外装部品として備える、
ことを特徴とする樹脂成形品を備えた機器。 - 成形面に複数の凹部が配置され、
各々の前記凹部は、製造誤差を除けば各々の前記凹部の中心線に対して回転対称な形状であり、各々の前記中心線を中心とする円周に沿って形成された微細凹凸を有しており、
前記複数の凹部には、前記微細凹凸の形状が互いに異なる凹部が含まれており、
前記成形面に対する法線方向から見た場合の面積が所定面積である領域について、前記凹部毎に前記微細凹凸の表面粗さ(rms)を求めた時、標準偏差が0.01μm以上となるように、前記微細凹凸の形状が互いに異なる複数の前記凹部が配置されている、
ことを特徴とする樹脂成形用の金型。 - 前記領域を前記成形面に対する法線方向から見た場合に、前記複数の凹部の総面積が、前記所定面積の50%以上である、
ことを特徴とする請求項7に記載の樹脂成形用の金型。 - 前記所定面積は、1mm2以上かつ4mm2以下である、
ことを特徴とする請求項7または8に記載の樹脂成形用の金型。 - 前記複数の凹部は、各々の深さが15μm未満である、
ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の樹脂成形用の金型。 - 前記成形面に対する法線方向から見た場合に、前記複数の凹部の各々の面積は、23000μm2以下である、
ことを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の樹脂成形用の金型。 - 請求項7乃至11のいずれか1項に記載の樹脂成形用の金型に、
溶融した樹脂を射出して成形する、
ことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。 - 回転する切削工具を用いて母材の所定位置を切削し、前記所定位置に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記所定位置を変更する位置変更工程と、を交互に繰り返して、成形面に複数の凹部が形成された金型を製造する方法であって、
前記凹部形成工程においては、製造誤差を除けば前記切削工具の回転軸に対して回転対称な形状の前記凹部が形成され、前記凹部には前記回転軸を中心とする円周に沿って切削時の前記切削工具の形状に応じた微細凹凸が形成され、
前記切削工具の形状は、複数の前記凹部を形成する間に変化し、
前記位置変更工程を繰り返し実行する際には、前記成形面を法線方向から見た場合の面積が所定面積である領域について、製造された金型の前記凹部毎に前記微細凹凸の表面粗さ(rms)を求めた時、標準偏差が0.01μm以上となるように、前記所定位置を変更してゆく、
ことを特徴とする金型の製造方法。 - 前記位置変更工程を繰り返し実行する際には、順に行われる前記凹部形成工程の前記所定位置が空間的に離散して配置されるように、前記所定位置を変更してゆく、
ことを特徴とする請求項13に記載の金型の製造方法。 - 前記位置変更工程を繰り返し実行する際には、順に行われる前記凹部形成工程の前記所定位置が空間的にランダムウォークするように、前記所定位置を変更してゆく、
ことを特徴とする請求項13または14に記載の金型の製造方法。 - 前記位置変更工程を繰り返し実行する際には、前記成形面を構成する複数の部分領域のうち、1つの部分領域内において前記凹部形成工程の前記所定位置が空間的にランダムウォークしたのち、別の部分領域内において前記凹部形成工程の前記所定位置が空間的にランダムウォークするように、前記所定位置を変更してゆく、
ことを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の金型の製造方法。
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