JP6094498B2

JP6094498B2 - 樹脂成形用金型

Info

Publication number: JP6094498B2
Application number: JP2014008478A
Authority: JP
Inventors: 洋平一原; 金子　満晴; 満晴金子
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: JP2015136819A

Description

本発明は樹脂成形用金型に関する。

射出成形、ブロー成形、真空成形等によって各種の樹脂成形品が成形されている。それら樹脂成形品の表面は一般に光沢を有する。そのため、表面の光沢度を下げる必要があるときは、例えば、艶消し塗装が行なわれている。また、樹脂成形用金型の型面に微細な凹凸を形成しておくことにより、樹脂成形品の表面に微細凹凸を形成すること、つまり、光沢度が低い艶消し状の表面を得る方法も知られている。このような型面の粗面化はサンドブラストや化学エッチングによって行なうことができる。この方法によれば、樹脂成形品への艶消し塗装は不要になる。

艶消しが目的ではないが、表面に各種の凹凸模様を有する樹脂成形品を得るための、樹脂成形用金型の化学エッチング法が特許文献１に記載されている。それは、型面にレジスト樹脂を付着させ、レジスト樹脂間に露出している型面をエッチングしてレジスト樹脂を除去するという工程を複数回繰り返すというものであり、回数を重ねる度にレジスト樹脂の幅を狭くしていくことにより、富士型の凸部を型面に形成することが記載されている。

特開平１１−２４５２３４号公報

ところで、樹脂成形用金型の型面の粗面化に関し、型面の凹凸を微細にすると、得られる樹脂成形品表面の艶消しには有利になるが、耐傷付き性（スクラッチ特性）が低下するという問題がある。樹脂成形品の表面が引っ掻かれたときに小さい凸部ほど削られ易くなる、或いは塑性変形し易くなるためである。このように低艶化と耐傷付き性の向上は型面の粗面化という観点からは相反する要求となる。

また、樹脂成形品の近傍にガラス面があるときには、このガラス面に樹脂成形品の像が映ることがある。樹脂成形品の使用場所によっては、この映り込みを抑制することが要望される。例えば、自動車のフロントガラスやメーターパネルに樹脂製内装品が映り込むと、その視認性が低下する。一般に樹脂成形品の表面が粗くなるほどその凹部と凸部のコントラストが強くなり、映り込みを生じ易くなる。

本発明は、耐傷付き性を損なうことなく、低艶化及び映り込み抑制を図ることを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、樹脂成形用金型の型面に微細な凹凸を形成し、この微細凹凸の少なくとも凸面にさらに微細な凹凸を形成するようにした。

ここに提示する樹脂成形用金型は、その型面に、成形すべき樹脂成形品の表面を粗面化するための微細凹凸が形成され、該微細凹凸の少なくとも凸面に、成形すべき樹脂成形品の表面を粗面化するためのさらに微細な極微凹凸が形成されており、
上記微細凹凸の凹凸高さが１μｍ〜３０μｍであり、上記極微凹凸の凹凸高さが０．１μｍ〜１５μｍであって、
上記極微凹凸の凹凸高さが上記微細凹凸の凹凸高さの０．３倍以上０．７倍以下であり、
上記型面の十点平均粗さＲｚが１０μｍ〜３０μｍであり、
局部山頂の平均間隔Ｓが１００μｍ〜２００μｍであることを特徴とする。

この金型によれば、得られる樹脂成形品は、その表面に上記型面の上記微細凹凸に対応する微細凹凸が形成され、該微細凹凸の凹面に、上記型面の極微凹凸に対応するさらに微細な極微凹凸が形成されることになる。

このように、樹脂成形品表面の微細凹凸の凹面にさらに微細な極微凹凸が形成されるから、樹脂成形品の低艶化が図れ、映り込み抑制にも有利になる。一方、樹脂成形品表面の微細凹凸の凸部は極微凹凸の凸部に比べて大きいから、引っ掻きによる削れや塑性変形を生じ難い。また、極微凹凸の凸部が引っ掻きによって削れ、或いは塑性変形しても、該極微凹凸の凸部は小さいから、その引っ掻き傷は目立ち難い。すなわち、耐傷付き性が向上する。

また、上記微細凹凸の凹凸高さは１μｍ〜３０μｍであり、上記極微凹凸の凹凸高さは、０．１μｍ〜１５μｍであって、上記極微凹凸の凹凸高さが上記微細凹凸の凹凸高さの０．３倍以上０．７倍以下であり、上記型面の十点平均粗さＲｚが１０μｍ〜３０μｍであり、局部山頂の平均間隔Ｓが１００μｍ〜２００μｍであるから、樹脂成形品の耐傷付き性を損なうことなく、低艶化及び映り込み抑制を図る上で有利になる。

ここに提示する樹脂成形用金型の製造方法は、
樹脂成形用金型の型面に多数の微細な第１耐酸化皮膜を散点状に設け、
上記第１耐酸化皮膜間に露出している型面のエッチングによって第１凹部を形成することにより、当該型面に微細な凹凸を形成し、
上記微細な凹凸を有する型面に、平均径が上記第１耐酸化皮膜の平均径よりも小さな第２耐酸化皮膜を散点状に設け、
上記第２耐酸化皮膜間に露出している型面のエッチングによって、上記第１凹部よりも深さが浅い第２凹部を形成することにより、上記微細な凹凸の凸面及び凹面にさらに微細な凹凸を形成することを特徴とする。

第１耐酸化皮膜を散点状に設ける工程では第１耐酸化皮膜の平均径が２３μｍ〜２５０μｍとなるようにし、第２耐酸化皮膜を散点状に設ける工程では第２耐酸化皮膜の平均径が１４μｍ〜１４０μｍの範囲で上記第１耐酸化皮膜の平均径よりも小さくなるようにすることが好ましい。

第１耐酸化皮膜及び第２耐酸化皮膜は、液状耐酸化皮膜材を上記型面に噴霧することによってそれぞれ散点状に設けることができる。

本発明に係る樹脂成形用金型によれば、成形すべき樹脂成形品の表面を粗面化するために、型面に微細凹凸が形成され、該微細凹凸の少なくとも凸面にさらに微細な極微凹凸が形成されており、上記微細凹凸の凹凸高さが１μｍ〜３０μｍであり、上記極微凹凸の凹凸高さが０．１μｍ〜１５μｍであって、上記極微凹凸の凹凸高さが上記微細凹凸の凹凸高さの０．３倍以上０．７倍以下であり、上記型面の十点平均粗さＲｚが１０μｍ〜３０μｍであり、局部山頂の平均間隔Ｓが１００μｍ〜２００μｍであるから、樹脂成形品の耐傷付き性を損なうことなく、低艶化及び映り込み抑制を図ることができる。

本発明に係る樹脂成形用金型を模式的に示す断面図である。同樹脂成形用金型の製造における各段階を模式的に示す断面図である。同樹脂成形用金型による樹脂成形の状態を模式的に示す断面図である。同樹脂成形で得られる樹脂成形品を模式的に示す断面図である。同樹脂成形用金型の型面の粗さ曲線図である。同樹脂成形用金型の型面の別の場所の粗さ曲線図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜樹脂成形用金型＞
図１に示す樹脂成形用金型１は、その型面に微細凹凸が形成され、該凹凸の凸面及び凹面にさらに微細な極微凹凸が形成されている。この微細凹凸及び極微凹凸は、樹脂成形品の巨視的形状を作るものではなく、樹脂成形品の表面を粗面化するための凹凸である。

すなわち、金型１において、２は型面に上記微細凹凸を形成する第１凹部であり、３は上記微細凹凸の凸面及び凹面に上記極微凹凸を形成する第２凹部である。極微凹凸を形成する第２凹部３の深さ（凹凸高さ）ｄ２は、微細凹凸を形成する第１凹部２の深さ（凹凸高さ）ｄ１よりも浅くなっている。つまり、上記極微凹凸は上記微細凹凸よりも凹凸が小さくなっている。

第１凹部２の深さｄ１は１μｍ〜３０μｍであり、第２凹部３の深さｄ２は０．１μｍ〜１５μｍの範囲で第１凹部２よりも浅い。また、第２凹部３の深さｄ３は第１凹部２の深さｄ１の０．３倍以上０．７倍以下である。上記微細凹凸及び極微凹凸を有する型面の十点平均粗さＲｚは１０μｍ〜３０μｍであり、局部山頂の平均間隔Ｓは１００μｍ〜２００μｍである。この十点平均粗さＲｚ及び局部山頂の平均間隔Ｓには上記微細凹凸が反映されている。

＜樹脂成形用金型の製造方法＞
樹脂成形用金型１の製造方法を図２に基いて説明する。

−第１エッチング工程−
金型１の型面の前処理（脱脂、酸洗、研磨など）後、図２（Ａ）に示すように型面に多数の微細な第１耐酸化皮膜（レジスト）５を散点状に付着させる。この付着には、液状の耐酸化皮膜材を収容する皮膜材容器と、該皮膜材容器から供給される耐酸化皮膜材を空気圧によって噴出するガン本体とを具えたスプレーガンを用いることができる。スプレーガンによって液状耐酸化皮膜材を型面に噴霧することによって、型面に多数の微細な第１耐酸化皮膜５を散点状に付着させる。この工程では、第１耐酸化皮膜５の平均径が２３μｍ〜２５０μｍとなるように、そして、相隣る第１耐酸化皮膜５の間隔が例えば２３μｍ〜２５０μｍとなるようにする。

次に図２（Ｂ）に示すように、第１耐酸化皮膜５間に露出した型面を化学エッチングして第１凹部２を形成する。すなわち、金型１をリン酸、硝酸等を含むエッチング液に浸漬する。この浸漬にあたっては、金型１の型面以外の部分をマスキングしておく。このエッチングにより、第１耐酸化皮膜５間に露出した型面に平均深さ１μｍ〜３０μｍの第１凹部２を形成する。しかる後、型面から第１耐酸化皮膜５及び錆を除去する（図２（Ｃ））。

−第２エッチング工程−
図２（Ｄ）に示すように、第１凹部２による微細凹凸が形成された型面に多数の第２耐酸化皮膜６を散点状に付着させる。すなわち、第１耐酸化皮膜５の場合と同じく、スプレーガンによって液状耐酸化皮膜材を型面に噴霧することによって、第２耐酸化皮膜６を散点状に付着させる。第２耐酸化皮膜６は、第１凹部２による微細凹凸の凸面及び凹面に散点状に付着する。この工程では、第２耐酸化皮膜６の平均径が１４μｍ〜１４０μｍの範囲で第１耐酸化皮膜５の平均径よりも小さくなるように、そして、相隣る第２耐酸化皮膜６の間隔が１４μｍ〜１４０μｍの範囲で第１耐酸化皮膜５の上記間隔よりも小さくなるようにする。

次に、金型１の型面以外の部分をマスキングし、該金型１をリン酸、硝酸等を含むエッチング液に浸漬することにより、第２耐酸化皮膜６間に露出した型面の化学エッチングを行なう。これにより、図２（Ｅ）に示すように、第２耐酸化皮膜６間に露出した型面に、すなわち、第１凹部２による微細凹凸の凸面及び凹面に、深さが０．１μｍ〜１５μｍの範囲で第１凹部２よりも浅い第２凹部３を形成する。しかる後、型面から第２耐酸化皮膜６及び錆を除去する（図２（Ｆ））。

−第１耐酸化皮膜及び第２耐酸化皮膜の径の調整−
第１耐酸化皮膜５及び第２耐酸化皮膜各々の径及び間隔は、スプレーガンによる耐酸化皮膜材の吹付け距離（ノズルと型面との距離；３０ｃｍ〜４０ｃｍ）や吹付け圧（空気圧；４気圧〜６気圧）の制御によって調整することができる。例えば、第１耐酸化皮膜５を型面に付着させるときは、エア圧を４〜６気圧の範囲で低めに設定し、第２耐酸化皮膜６を型面に付着させるときは、エア圧を４〜６気圧の範囲で高めに設定すればよい。また、吹付け距離が短くなるほど耐酸化皮膜の間隔が狭くなる。

−第１凹部及び第２凹部の深さの調整−
第１エッチング工程及び第２エッチング工程では、型面が例えば１分間で深さ約２０μｍ削れる速度で化学エッチングを行なう。この化学エッチングの時間（浸漬時間）を制御することによって、第１凹部２及び第２凹部３の深さを調節することができる。すなわち、第２エッチング工程では第１エッチング工程よりも金型１のエッチング液への浸漬時間を短くすることによって、第２凹部３の深さが第１凹部２の深さよりも浅くなるようにする。

＜樹脂成形用金型で得られる樹脂成形品＞
図３に示すように上記樹脂成形用金型１によって樹脂成形を行なうと、図４に示すように、得られる樹脂成形品７は、その表面に上記型面の第１凹部２に対応する第１凸部８が形成されて、当該表面が微細な凹凸形状になり、この微細凹凸の凸面及び凹面に、上記型面の第２凹部３に対応する第２凸部９が形成されて、当該凸面及び凹面がさらに微細な極微凹凸形状になる。

引っ掻き傷（スクラッチ）は、樹脂成形品７表面の凹凸の凸部が削られる、或いは塑性変形することによって発生するが、微細凹凸を構成する第１凸部８は比較的大きいことから、削られにくい（塑性変形しにくい）。極微凹凸を構成する第２凸部９は小さいから、削られ易い（塑性変形し易い）が、この第２凸部９が削られ或いは塑性変形しても、傷は目立たない。

樹脂成形品７表面の微細凹凸が比較的大きくても、この微細凹凸の凸面及び凹面にさらに微細な極微凹凸が形成されているから、高い艶消し効果が得られる。また、微細凹凸の凸面と凹面のコントラストも各々に形成されている極微凹凸によって低くなるから、ガラス面に対して樹脂成形品７の像が映りにくくなる。

＜実施例＞
−第１エッチング工程−
Ｓ５０Ｃ(機械構造用炭素鋼)よりなる金型の表面（型面）を研磨し、その型面に耐酸化皮膜材をスプレーガンによって吹き付けて第１耐酸化皮膜を散点状に付着させた。使用したスプレーガンのノズル径は１．３ｍｍであり、第１耐酸化皮膜の直径が７０〜８０μｍ程度になるように吹付け条件を設定した。次に金型をエッチング液に浸漬することにより第１凹部２を形成した。エッチング液の温度は２３℃であり、１分間で深さが約２０μｍ削れる速度となるようにエッチング液を調製した。金型の浸漬時間は３０秒とした（第１凹部２の目標深さ１０μｍ）。しかる後、型面に残る耐酸化皮膜及び錆を除去した。

−第２エッチング工程−
第１エッチング工程によって微細凹凸が形成された型面に、耐酸化皮膜材を第１エッチング工程と同じスプレーガンによって吹き付けて第２耐酸化皮膜を散点状に付着させた。第２耐酸化皮膜はその直径が２０〜４０μｍ程度になるように吹付け条件を設定した。次に金型をエッチング液に浸漬することにより第２凹部を形成した。エッチング液は第１エッチング工程と同様に調製したが、金型の浸漬時間は１５秒とした（第２凹部の目標深さ５μｍ）。しかる後、型面に残る耐酸化皮膜及び錆を除去した。

図５及び図６は上記実施例に係る型面２箇所各々の粗さ曲線を示す。使用した表面粗さ計は株式会社ミツトヨ製の表面粗さ測定装置Ｓ−３０００であり、使用したスタイラスは先端半径２μｍ、先端角度６０°である。図５の型面の十点平均粗さＲｚは１５．８１９μｍ、局部山頂の平均間隔Ｓは１４３μｍ、算術平均粗さＲａは２．９０μｍである。図６の型面の十点平均粗さＲｚは１６．８４０μｍ、局部山頂の平均間隔Ｓは１４０μｍ、算術平均粗さＲａは３．０４μｍである。

上記実施例に係る金型によって成形した樹脂成形品の表面を先端曲率半径（Ｒ）０．５ｍｍの金属針により荷重１５０ｇで引っ掻くスクラッチ試験を行ったところ、傷跡を視認することができたものの、傷の白化は認められなかった。また、当該樹脂成形品の表面は艶消し状態であり、ガラス面に対する像の目立つ映り込みも見られなかった。

ここに、十点平均粗さＲｚ（端的に言えば凹凸高さ）の値が大きくなるほど、また、局部山頂の平均間隔Ｓの値が大きくなるほど、耐傷付き性の向上に有利になるが、低艶化及び映り込み抑制の面では不利になる。しかし、本発明の場合、第１凹部による微細凹凸の凸面及び凹面に第２凹部による極微凹凸が形成されているため、この極微凹凸が低艶化及び映り込み抑制に有利に作用する。

型面の十点平均粗さＲｚは１０μｍ〜３０μｍ、局部山頂の平均間隔Ｓは１００μｍ〜２００μｍ、算術平均粗さＲａは１．５μｍ〜６．０μｍとなることが好ましい。

１金型
２第１凹部
３第２凹部
５第１耐酸化皮膜
６第２耐酸化皮膜
７樹脂成形品
８第１凸部
９第２凸部

Claims

型面に、成形すべき樹脂成形品の表面を粗面化するための微細凹凸が形成され、該微細凹凸の少なくとも凸面に、成形すべき樹脂成形品の表面を粗面化するためのさらに微細な極微凹凸が形成されており、
上記微細凹凸の凹凸高さが１μｍ〜３０μｍであり、上記極微凹凸の凹凸高さが０．１μｍ〜１５μｍであって、
上記極微凹凸の凹凸高さが上記微細凹凸の凹凸高さの０．３倍以上０．７倍以下であり、
上記型面の十点平均粗さＲｚが１０μｍ〜３０μｍであり、
局部山頂の平均間隔Ｓが１００μｍ〜２００μｍであることを特徴とする樹脂成形用金型。