JP7349631B2

JP7349631B2 - 成形体及び成形体の製造方法

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Publication number: JP7349631B2
Application number: JP2022516944A
Authority: JP
Inventors: 敦史村田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2023-09-25
Anticipated expiration: 2041-04-06
Also published as: JPWO2021215243A1; US20230160219A1; CN115362055A; EP4141194A4; EP4141194A1; WO2021215243A1

Description

本発明は、成形体及び成形体の製造方法に関する。

例えば、成形体の一つである樹脂成形体においては、その表面の一部に他の部分との視覚的な違いがあるマーキング面が形成された樹脂成形体が知られている。このような樹脂成形体では、表面の一部にレーザ加工を施すことで、文字や図形を有するマーキング面が形成されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１－２８３６６９号公報

ところで、水にさらされる環境下に樹脂成形体が設置された場合、マーキング面が水に覆われて視認性が低下してしまう。

そこで、本発明は、水に濡れたとしても視認性が低下しにくい成形体などを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成形体によれば、所定方向に沿って、複数の凹部と複数の凸部とがそれぞれ交互に所定のピッチで平面状に配置されたマーキング面を表面の一部に有する成形体であって、マーキング面は、当該マーキング面以外の領域に比べて光吸収率が高く、かつ、水接触角が１２０°以上の撥水面または水接触角が６０°以下の親水面である。

また、本発明の一態様に係る成形体の製造方法は、基材の表面の一部に対して、所定方向に沿って複数の凹部と複数の凸部とがそれぞれ交互に所定のピッチで平面状に配置されるようにレーザ加工を施すことでマーキング面を形成し、前記マーキング面は、当該マーキング面以外の領域に比べて光吸収率が高く、かつ、水接触角が１２０°以上の撥水面または水接触角が６０°以下の親水面である。

本発明によれば、水に濡れたとしても視認性が低下しにくい成形体などを提供することができる。

図１は、実施の形態１に係る樹脂成形体が用いられた浴室を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る床の一部を示す説明図である。図３は、実施の形態１に係るマーキング面を拡大して示す断面図である。図４は、実施の形態２に係るマーキング面を拡大して示す断面図である。図５は、実施の形態３に係る凹凸構造を示す平面図である。図６は、実施の形態４に係る樹脂成形体が用いられた看板を示す平面図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る樹脂成形体について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、工程、工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

また、本明細書において、平行又は直交などの要素間の関係性を示す用語及び正方形又は長方形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

（実施の形態１）
［成形体］
まず、実施の形態１に係る成形体である樹脂成形体１の適用例について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る樹脂成形体１が用いられた浴室１００を示す斜視図である。

図１に示すように、浴室１００は、排水口１０２を有する床１０１と、壁１０３と、浴槽１０４とを有している。床１０１、壁１０３及び浴槽１０４の少なくとも一つが樹脂成形体１で形成されていればよいが、本実施の形態では、床１０１が樹脂成形体１で形成されている場合を例示して説明する。

図２は、実施の形態１に係る床１０１の一部を示す説明図である。具体的には、図２の（ａ）は、床１０１の表面を示す平面図である。図２の（ｂ）は、床１０１の断面図である。図２の（ｃ）は、床１０１の背面を示す平面図である。床１０１の表面及び背面は、それぞれ基材である樹脂成形体１の表面が全体的に露出している。つまり、樹脂成形体１の表面には、コーティング層等が積層されていない。

図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、床１０１の表面は、溝状の目地１０と、目地１０によって区画された複数の面状部２０とを備えている。

目地１０は、床１０１の表面に、格子状に設けられた溝である。目地１０は、排水用の溝である。目地１０は、例えば、通し目地（「いも目地」とも言う）状の溝である。目地１０をなす各溝の幅Ｗは、ミリメートルオーダーであり、それぞれ均等である。

複数の面状部２０は、それぞれ平面視正方形状に形成されており、マトリクス状に配置されている。複数の面状部２０のうち、少なくとも一つの面状部２０には、その表面にラベル２１が設けられている。ラベル２１には種々の情報（メーカ名、ブランド名、注意書き等）が記載されている。

目地１０及び各面状部２０の表面には、微細な凹凸構造３０が形成されている。図２の（ａ）では、目地１０の表面と、面状部２０の表面とのそれぞれの凹凸構造３０を拡大して示している。本実施の形態では、目地１０の表面の凹凸構造３０と、面状部２０の表面の凹凸構造３０とが同じ構造である場合を例示するが、異なっていてもよい。なお、ここでは、目地１０の表面とは、目地１０をなす溝の底面のことである。つまり、溝の側面（あるいは面状部２０の側面とも言える）にはマーキング面３９は形成されていない。なお、溝の断面形状が、上方が広がる台形状である場合には、溝の側面に対してもマーキング面３９を形成することが可能である。

凹凸構造３０は、平面視においてマトリクス状に配置された複数の凹部３１を有している。凹部３１は平面視において略正方形状である。所定方向において複数の凹部３１の間の部分が凸部３２をなす。凸部３２は、全体的に見ると格子状であり連続しているために一つの凸部３２と言えるが、所定方向のみで見ると各凹部３１に分断されるために複数の凸部３２と言える。つまり、縦方向においても、横方向においても、複数の凹部３１と複数の凸部３２とが所定のピッチで交互に配列されている。このような微細な凹凸構造３０を有する面をマーキング面３９と称す。

図２の（ｃ）に示すように、床１０１の背面は、マーキング面３９を有さない全体として平坦な面となっている。つまり、床１０１の表面には、マーキング面３９が目地１０及び各面状部２０の表面に形成されているために、床１０１の背面よりも光吸収率が高くなっている。

以下、具体的にマーキング面３９について詳細に説明する。図３は、実施の形態１に係るマーキング面３９を拡大して示す断面図である。具体的には、図３は、図２の（ａ）におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。

図３に示すように、所定方向における凸部３２の幅ｗ２と、凹部３１の幅ｗ１との合計が所定のピッチ（ｐ＝ｗ１＋ｗ２）である。所定のピッチｐと、幅ｗ１、ｗ２とを一定の関係を満たすように設定しておくことで、マーキング面３９を撥水面とすることができる。具体的には、マーキング面３９に対する水接触角を１２０°以上とすることができる。

例えば、幅ｗ２／幅ｗ１<０．５とし、所定のピッチｐを２００ｎｍ以上３００μｍ以下とすれば、マーキング面３９に対する水接触角を１２０°以上とすることが可能である。なお、所定のピッチｐは、２００ｎｍ以上１００μｍ以下であればよりよい。また、所定のピッチｐは、２００ｎｍ以上５０μｍ以下であればさらによい。所定のピッチｐは、目地１０を各溝の幅Ｗよりも小さい。

この関係性を満たすのであれば、マーキング面３９内において凹凸構造３０が不均一であってもよい。つまり、凹凸構造３０に密な部分と疎な部分とを形成することで、マーキング面３９内に光吸収性の異なる箇所を形成することができる。例えば、図２の（ａ）におけるラベル２１では、他の部分よりも凹凸構造３０を密にしている。これにより、光吸収性が高まるために、他の部分とに視認性の違いが発現される。つまり、塗料等を用いなくとも、種々の情報を表示することが可能である。

さらに、凹部の深さｄと、幅ｗ２との関係は、深さｄ／幅ｗ２≦１であれば、凸部３２の強度を高めることができ、凸部３２が損傷してしまうことを抑制することが可能である。

次に、樹脂成形体１の製造方法について説明する。

まず、平板状の基材を準備する。この基材は、レーザ加工が可能であれば、如何なる樹脂から形成されていてもよい。レーザ加工可能な樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エラストマー系（スチレン系、オレフィン系、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）系、ウレタン系、エステル系、アミド系）樹脂、ポリエステル系樹脂、エンジニアリングプラスチック、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリル樹脂、エチレンアクリレート樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステルエラストマー樹脂、ポリアミドエラストマー樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂、アセチルセルロース、ポリ酢酸ビニル等も挙げられる。これらのうちの一種単独であってもよく、これらの樹脂が主成分とされる複数の樹脂の混合体であってもよい。

また、基材には、熱硬化性樹脂が含有されていてもよい。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、マレイミド樹脂、シアン酸エステル樹脂、アルキド樹脂、付加硬化型ポリイミド樹脂、熱硬化性アクリル樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂は、これらのうちの一種単独が含有されていてもよく、これらの樹脂が主成分とされる複数の樹脂の混合体が含有されていてもよい。これにより、樹脂成形体１の耐熱性を高めることができる。特に、基材は、フィラー、ガラス繊維、カーボン繊維、着色剤の少なくとも１つを含んでいてもよい。

次いで、基材に対してプレス加工を施すことで、表面に目地１０及び複数の面状部２０が形成される。

次いで、基材の表面に対して、レーザ加工を施すことでマーキング面３９を形成する。具体的には、基材の表面の一部（目地１０及び複数の面状部２０の表面）に対して、所定方向に沿って複数の凹部３１と複数の凸部３２とがそれぞれ交互に所定のピッチで平面状に配置されるようにレーザ加工を施すことでマーキング面を形成する。レーザを照射するレーザ照射装置からは、短パルスレーザが基材の表面に照射される。短パルスレーザのパルス幅はナノ秒以下が好ましい。

レーザが照射されることでマーキング面３９が形成されるが、この際、基材におけるマーキング面３９以外の領域（背面または側面）と比べるとマーキング面３９の光吸収率は高くなる。これは、以下の種々の要因があるものと考えられる。例えば、１）レーザが照射されることにより、基材の表面が炭化し、濃色化する。２）レーザが照射されることにより、基材の表面の分子密度が高まり、凝縮されて濃色化する。３）レーザが照射されることにより、基材の表面で金属酸化物の不純物準位が形成され濃色化する。現時点では、いずれの要因の信憑性が高いかは不明であるが、結果的にレーザ加工によってマーキング面３９は、他の領域と比べて濃色化され、光吸収率が高くなっている。

ここで、フィラー、ガラス繊維、カーボン繊維、着色剤の少なくとも１つの添加物が基材に含まれている場合には、レーザの照射によって添加物が化学反応するので、より光吸収率を高くすることが可能である。

以上のことにより、水接触角が１２０°以上の撥水面であって、他の領域よりも光吸収率の高いマーキング面３９を有する樹脂成形体１が製造される。なお、マーキング面３９を分析することにより、当該マーキング面３９がレーザ加工によって形成されていることを特定することは可能である。

［効果など］
以上のように、樹脂成形体１のマーキング面３９は、当該マーキング面３９以外の領域に比べて光吸収率が高く、かつ、水接触角が１２０°以上の撥水面である。つまり、マーキング面３９は、その凹凸構造３０を起因として、前述した特性を発揮している。凹凸構造３０は樹脂成形体１の表面自体に刻まれている。このため、水に濡れたとしても凹凸構造３０自体は残存しやすい。例えば、凹凸構造を備えたシート体を樹脂成形体の表面に貼付した構造や、樹脂成形体の表面にフッ素層をコーティングした構造であっても一定の撥水性を発揮することは可能である。しかしながら、長期的に使用していると、シート体やフッ素層は樹脂成形体から剥がれるおそれがあるが、本実施の形態では樹脂成形体１の表面自体に刻まれた凹凸構造３０でマーキング面３９の撥水性を実現している。したがって、マーキング面３９が有する特性を長期的に安定して維持することが可能である。

特に、マーキング面３９は、水接触角が１２０°以上の撥水面であるので、水をはじきやすい。これにより、水に濡れることでマーキング面３９の視認性が低下することを抑制できる。

以上のことにより、水に濡れたとしても視認性が低下しにくい樹脂成形体１を提供することができる。

また、複数の凹部３１と複数の凸部３２とが所定のピッチｐで交互に配列されているので、凹凸構造３０によって反射光が干渉、分光することになり、マーキング面３９の少なくとも一部に構造色が出現する。すなわち、マーキング面３９の一部に反射スペクトルのピーク波長の角度依存性が発生する。これにより、マーキング面３９では、見る角度によって色が変化することとなり、より視認性が高まることとなる。

また、凹部３１の深さＤと凸部３２の幅ｗ２との関係が、深さｄ／幅ｗ２≦１であるので、凸部３２の強度を高めることができ、凸部３２が損傷してしまうことを抑制することが可能である。

また、樹脂成形体１の表面には、所定のピッチｐ以上の幅Ｗ１を有する溝（目地１０をなす溝）が形成されており、マーキング面３９は、この溝の内部に形成されている。これにより、溝の内部の視認性を高めることが可能である。また、溝内の撥水性も長期的に維持することが可能である。

また、成形体が樹脂成形体１であるので、レーザ加工に対して好適である。

また、樹脂成形体１は熱硬化性樹脂を含むので、樹脂成形体１の耐熱性を高めることが可能である。

また、樹脂成形体１が、フィラー、ガラス繊維、カーボン繊維、着色剤の少なくとも１つを含んでいるので、樹脂成形体１の強度を高めることができる。これにより、凹凸構造３０の形状をより長期的に維持することが可能である。また、これらの添加物は、レーザの照射によって化学反応するので、より光吸収率を高くすることが可能である。

また、マーキング面３９は、レーザ加工によって形成されているので、環境に影響を及ぼしやすい有機材料等を用いなくとも凹凸構造３０を形成できる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、マーキング面３９が撥水面である場合を例示した。この実施の形態２では、マーキング面３９ａが親水面である場合について説明する。図４は、実施の形態２に係るマーキング面３９ａを拡大して示す断面図である。具体的には、図４は、図３に対応する図である。なお、以降の説明において、実施の形態１と同等の部分については同等の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図４に示すように、マーキング面３９ａには、複数の凹部３１と複数の凸部３２とが所定のピッチで平面状に配列された微細な凹凸構造３９が形成されている。所定方向における凸部３２の幅ｗ２と、凹部３１の幅ｗ１との合計が所定のピッチ（ｐ＝ｗ１＋ｗ２）である。所定のピッチｐと、幅ｗ１、ｗ２とを一定の関係を満たすように設定しておくことで、マーキング面３９を親水面とすることができる。具体的には、マーキング面３９に対する水接触角を６０°以下とすることができる。

例えば、幅ｗ２／幅ｗ１≧０．５とし、所定のピッチｐを１μｍ以上、１０００μｍ以下とすれば、マーキング面３９に対する水接触角を６０°以下とすることが可能である。この場合においても、所定のピッチｐは、目地１０を各溝の幅Ｗ１よりも小さい。

このように、樹脂成形体１Ａのマーキング面３９ａは、当該マーキング面３９ａ以外の領域に比べて光吸収率が高く、かつ、水接触角が６０°以下の親水面である。つまり、マーキング面３９ａは、その凹凸構造３０を起因として、前述した特性を発揮している。凹凸構造３０は樹脂成形体１Ａの表面自体に刻まれている。このため、水に濡れたとしても凹凸構造３０自体は残存しやすく、マーキング面３９ａが有する特性を長期的に安定して維持することが可能である。

特に、マーキング面３９ａは、水接触角が６０°以下の親水面であるので、水が水滴にならず、濡れ広がる。これにより、でマーキング面３９Ａの視認性が低下することを抑制できる。

以上のことにより、水に濡れたとしても視認性が低下しにくい樹脂成形体１Ａを提供することができる。

（実施の形態３）
実施の形態１では、複数の凹部３１がマトリクス状に配列された凹凸構造３０を例示した。この実施の形態３では、複数の凹部３１ｂが縞状に配列された凹凸構造３０ｂを例示する。図５は、実施の形態３に係る凹凸構造３０ｂを示す平面図である。具体的には、図５は、図２の（ａ）に対応する図である。図５に示すように、各凹部３１ｂと、各凸部３２ｂは、それぞれ直線状に形成されている。複数の凹部３１ｂと、複数の凸部３２ｂとは、複数の凹部３１と複数の凸部３２とが所定のピッチで交互に配列されている。この場合において、上記の条件を満たせば、マーキング面３９ｂを撥水面としたり、親水面としたりすることが可能である。

なお、凹部と凸部とは、所定のピッチで交互に配列されているのであれば、その平面視形状は如何様でもよい。また、マーキング面は、１つの面内において複数、設けられていてもよい。また、凹部と凸部のレイアウトが異なる複数のマーキング面を重ねて形成することも可能である。この場合、上述した１）～３）の要因がより顕著となるために、重なっていない領域と比べて光吸収率が高くなる。また、１つのマーキング面内において、凹部と凸部とのレイアウト、形状、大きさが異なっていてもよい。

（実施の形態４）
また、実施の形態１では、樹脂成形体１が浴室１００に適用された場合を例示した。しかしながら、樹脂成形体１は、水に濡れうる構造体であれば如何なるものに適用可能である。その他の適用対象としては、屋外に設置される照明器具（街灯、ネオンサイン等）の表面材、噴水やプールにおける照明機器、車両のヘッドランプ、デジタルサイネージ、街頭テレビ、標識、看板などが挙げられる。

例えば、図６では、実施の形態４に係る樹脂成形体１が看板２００Ｃに適用された場合を示している。図６に示すように、看板２００Ｃの表面は、複数のマーキング面３９ｃと、マーキング面３９以外の領域３９ｄとを有している。複数のマーキング面３９ｃは、図示しない凹凸構造によって領域３９ｄよりも光吸収率が高められている。一方、領域３９ｄには、凹凸構造は形成されていない。具体的には、各マーキング面３９ｃは、「Ａ」という文字をなしている。この場合においても、マーキング面３９ｃは、撥水面あるいは親水面であるので、水に濡れたとしてもその水がマーキング面３９ｃを遮りにくい。したがって、看板２００Ａにおける表示内容の視認性を維持することが可能である。

（その他）
以上、本発明に係る水廻り部材について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、各面状部２０の上面視形状は、正方形、長方形、平行四辺形又は菱形などの四角形でなくてもよい。各面状部２０の上面視形状は、三角形又は六角形などの多角形でもよく、少なくとも一部に曲線を含む非対称な図形であってもよい。例えば、各面状部２０の上面視形状は、互いに異なる非対称な形状であってもよい。

また、上記実施の形態では、面状部２０が撥水性を有したマーキング面３９のみを有している場合を例示した。しかしながら、面状部の同一面内に、撥水性を有したマーキング面と、親水性を有したマーキング面とを混在させてもよい。例えば、撥水性を有するマーキング面と親水性を有するマーキング面とが交互に並んでいる（結果的に凹凸構造３０は同一面内で不均一である。）と、平面であってもマランゴニ効果により、面状部の同一面内から水滴が転がり、視認性が高まるといった効果が発現する。

また、上記各実施の形態では、樹脂成形体１が目地１０をなす溝を有する場合を例示したが、溝を有していない樹脂成形体であっても本発明の構成を適用することが可能である。

また、上記各実施の形態では、成形体として樹脂成形体１を例示したが、レーザ加工が可能な素材であれば如何なる素材で成形体を形成してもよい。その他の素材としては、金属などが挙げられる。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１樹脂成形体（成形体）
１０目地（溝）
３１、３１ｂ凹部
３２、３２ｂ凸部
３９、３９ａ、３９ｂ、３９ｃマーキング面
３９ｄ領域
ｐ所定のピッチ
Ｗ、ｗ１、ｗ２幅

Claims

所定方向に沿って、複数の凹部と複数の凸部とがそれぞれ交互に所定のピッチで平面状に配置されたマーキング面を表面の一部に有する成形体であって、
前記マーキング面は、当該マーキング面以外の領域に比べて光吸収率が高く、かつ、水接触角が１２０°以上１８０°未満の撥水面または水接触角が０°より大きく６０°以下の親水面である
成形体。
前記凹部の深さと前記凸部の幅との関係が、前記深さ／前記幅≦１である
請求項１に記載の成形体。
前記表面には、前記所定のピッチ以上の幅を有する溝が形成されており、
前記マーキング面は、前記溝の内部に形成されている
請求項１または２に記載の成形体。
樹脂からなる
請求項１～３のいずれか一項に記載の成形体。
熱硬化性樹脂を含む
請求項４に記載の成形体。
フィラー、ガラス繊維、カーボン繊維、着色剤の少なくとも１つを含む
請求項４または５に記載の成形体。
前記マーキング面は、レーザ加工によって形成されている
請求項１～５のいずれか一項に記載の成形体。
基材の表面の一部に対して、所定方向に沿って複数の凹部と複数の凸部とがそれぞれ交互に所定のピッチで平面状に配置されるようにレーザ加工を施すことでマーキング面を形成し、
前記マーキング面は、当該マーキング面以外の領域に比べて光吸収率が高く、かつ、水接触角が１２０°以上１８０°未満の撥水面または水接触角が０°より大きく６０°以下の親水面である、
成形体の製造方法。