JP3584548B2

JP3584548B2 - 成形用金型装置及び成形品の製造方法

Info

Publication number: JP3584548B2
Application number: JP14787395A
Authority: JP
Inventors: 昌伸千田; 康彦荻巣
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JPH08336843A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、成形品に係り、特に、樹脂成形品において、その表面の光沢の程度の低い、いわゆるつや消しの成形品（低グロス成形品）を得るための成形用金型装置及び当該成形品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような低グロス成形品を得るための技術として、グリッドブラスト、又はサンドブラストと称されるブラスト処理法を挙げることができる。このブラスト処理法においては、金型の成形面に対し、金属粗粒、砂、或いは研磨材が照射される。そして、上記粒子の運動エネルギーによって成形面が削られ、表面が粗化される。このように、成形面表面が粗化された金型が用いられることによって、いわゆるつや消しの表面を有する成形品が転写成形される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、以下に示すような問題があった。すなわち、上記技術では、照射する粒子として最も粒径の小さい砂を用いた場合であっても、その粒径は数μｍのものであった。このため、図５に示すように、金型５１の成形面５２の粗化を図るのにも限界があり、それ以上低グロスの製品を得るのは困難であった。
【０００４】
また、同図に示すように、粗化された金型５１の成形面５２が剥き出しとなっているため、金型５１を構成する素材によっては、すぐに錆が生じたり腐食が起こったりしてしまうおそれがあった。従って、金型装置の非使用時には、防錆剤を成形面５２に塗布しておく必要があった。
【０００５】
さらに、成形面５２の粗化された部分は、非常に脆く、樹脂等の当接により摩滅されやすかった。そのため、成形を繰り返すうちに、成形面５２の微細な凹凸が削られて消滅してしまい、当初期待していた低グロス製品が得られなくなってしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、表面の低グロス化が図られた成形品を提供するとともに、当該低グロス化された成形品が容易に、かつ、長期に渡って安定して得られる成形品の製造方法を提供することにある。さらには、本発明の別の目的は、かかる低グロス化された成形品を得ることでき、かつ、耐食性、耐久性の向上を図ることのできる成形用金型装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、少なくとも２つの金属製の分割型を備え、各分割型の少なくとも１つはＳＣＭ系素材としてのクロム及びモリブデンの混入された炭素鋼よりなり、当該分割型に形成された成形面により成形品を成形するための成形用金型装置であって、前記成形面の少なくとも一部にはブラスト加工及びシボ加工の少なくとも一方が施された面に対して、水素ガスを導入するとともに、水素ガス１に対する流量比が０よりも多く、かつ、０．２よりも少ない一酸化炭素ガスを導入してなるイオン窒化処理により微細な凹凸を形成するとともに、表層部に窒化層を形成したことをその要旨としている。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の成形用金型装置の前記成形面により形成されてなるキャビティ内に可塑化された樹脂材料を充填する工程と、前記樹脂材料を固化させたものを、前記成形用金型装置から取り出す工程とを備えたつや消しの表面を有する成形品の製造方法をその要旨としている。
【００１４】
なお、上記イオン窒化処理においては、窒素ガスが用いられる必要があることはいうまでもない。
また、ＳＣＭ系素材というのは、クロム及びモリブデンの混入された炭素鋼であって、ＪＩＳＧ４１０５及びＪＩＳＧ４１０３に規定された鋼材である。
【００１５】
【作用】
上記の発明、特に、請求項１に記載の発明によれば、成形用金型装置を構成する分割型のうちの少なくともＳＣＭ系素材よりなる分割型の成形面の少なくとも一部に、一酸化炭素ガスが導入されてイオン窒化処理が施される。このため、上記成形面には、所定のイオンが衝突し、エッチング作用により表面が粗化され、微細な凹凸が形成される。また、これとともに、イオンの衝突に伴い、型の表面温度が上昇し、窒素原子が分割型の表層内に拡散してゆく。さらに、イオンの衝突に伴う化学反応により、成形面の表面に窒化層が形成される。従って、これらの作用があいまって、表面の粗化状態は非常に微細なものとなる。特に、本発明では一酸化炭素ガスが導入されることから、成形面の表面に微細な凹凸表面を有する窒化層がより一層形成されやすいものとなる。
【００１６】
さらに、上記の化学反応により、成形面の表面に窒化層が形成されることから、表面が酸化されにくいものとなるとともに、分割型の表層の硬度が高められる。
【００１７】
また、成形面の所定の箇所に、ブラスト加工及びシボ加工の少なくとも一方が施される。そして、その加工の施された面に対してイオン窒化処理が施される。このため、一旦、ブラスト加工やシボ加工でもって比較的大まかに粗化された成形面は、上記イオン窒化処理にてさらに微細な粗化処理がなされることとなる。
【００１８】
さらに、イオン窒化処理においては、さらに、水素ガスが導入されるとともに、一酸化炭素ガスとしては、水素ガス１に対する一酸化炭素ガスの流量比が０よりも多く、かつ、０．２よりも少ない状態で導入されることとなる。このため、上記作用がより一層確実なものとなる。
【００１９】
一方、上記請求項１に記載の発明の作用を奏する成形用金型装置が用いられることから、成形品は、その成形面に転写された表面形状を有することとなる。従って、成形品の表面は、光沢の程度の低い、低グロス化されたものとなる。
【００２０】
また、さらに質感の飛躍的な向上が図られうる。
【００２１】
さらに、成形品は樹脂材料よりなり、このようにして得られる樹脂成形品は、防眩性に優れたものとなる。
【００２２】
さらにまた、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の成形用金型装置の前記成形面により形成されてなるキャビティ内に可塑化された樹脂材料が充填され、その樹脂材料が固化したものが、成形用金型装置から取り出され、樹脂成形品が得られる。従って、かかる金型装置を用いるのみで、容易に上述の作用を奏する成形品を得ることが可能となる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施例における成形用金型装置１は、分割型を構成する可動型２及び図示しない固定型を備えている。これら可動型２及び固定型は、ＳＣＭ系素材よりなっている（例えば、大同特殊鋼株式会社製グレードＰＸ５表面シボ加工仕上げ）。これら可動型２及び固定型の一部には、所定の樹脂製品を成形するための成形面３が形成されている。この成形面３は、固定型の成形面とともに、所定の樹脂製品を成形するためのキャビティを構成している。また、成形面３は、予めシボ加工が施されているとともに、その上からさらにイオン窒化処理が施されている。
【００２４】
かかるイオン窒化処理に際しては、図２に示すようなイオン窒化装置４が使用される。すなわち、イオン窒化装置４は、炉壁５を有するとともに、該炉壁５内に台座状の直流電極６が設置されている。また、炉壁５には減圧パイプ７が設けられ、該パイプ７は図示しない真空ポンプに連結されている。さらに、前記炉壁５内には、少なくとも窒素ガスと水素ガスの混合されてなる原料ガスが供給されるようになっている。
【００２５】
次に、上記のイオン窒化装置４を用いた、可動型２の成形面３のイオン窒化処理方法の一例について、説明する。
まず、図３に示すように、成形面３が予めシボ加工されてなる可動型２を用意し、前処理としてトリクロロエタンによる超音波洗浄を約３０分間行う。この洗浄は脱脂をも兼ねている。なお、かかる洗浄・脱脂に際してはアセトン、イソプロピルアルコール等を用いてもよい。その後、可動型２を室温で乾燥させる。
【００２６】
次に、前処理工程を経た可動型２を、上記直流電極６上に載置固定する。そして、真空ポンプにて炉壁５内を所定圧力（例えば２６．６Ｐａ）まで減圧した後原料ガス［ガス圧…２６０〜４００Ｐａ、流量…５Ｌ／ｍｉｎ、ガス流量比…Ｎ_２：Ｈ_２：Ｎ_２（８０％）＋ＣＯ（２０％）＝１．２：２：１（Ｎ_２：Ｈ_２：ＣＯ＝１：１：０．１）］を炉壁５内に導入する。
【００２７】
さらに、上記直流電極６を陽極とし、炉壁５を陰極として、直流電流８Ａ（電圧５００Ｖ）にてプラズマを発生させ、可動型２を約３０分間で５７５℃まで昇温せしめる。その後、可動型２の温度をその一定値に保持し、所定時間（例えば３時間）、イオン窒化処理を施す［このときの電流約４Ａ（電圧約６００Ｖ）］。そして、所定時間経過後、放電のみを停止させ、一定時間（例えば１．５時間）冷却した後、可動型２を炉壁５から取り出す。
【００２８】
このようにして得られた可動型２は、成形面３にイオン窒化処理が施されるため、上記成形面３には、所定のイオン（窒素イオン、水素イオン等）が衝突し、その運動エネルギーによるエッチング作用により表面が粗化され、微細な凹凸が形成される。また、これとともに、イオンの衝突に伴い、可動型２の表面温度が上昇し、窒素原子が分割型の表層内に拡散してゆく。さらに、イオンの衝突に伴う化学反応により、成形面３の表面に窒化層が形成される。従って、これらの作用があいまって、表面の粗化状態は非常に微細なものとなる。特に、本実施例では、一酸化炭素ガスが導入されることから、成形面３の表面に微細な凹凸表面を有する窒化層がより一層形成されやすいものとなる。
【００２９】
上記効果を確認するため、従来のブラスト処理のみが施された金型装置の分割型のテストピース（比較例１）と、本実施例の金型装置の分割型のテストピース（実施例１）と、イオン窒化処理に際してのガス流量比を実施例の条件に対し変更させた金型装置の分割型のテストピース［一酸化炭素なし／Ｎ_２：Ｈ_２＝１：１で得た成形品（比較例２）］について、６０°の角度からみたときの光沢度合いを測定した。なお、光沢度合いの評価に際してはデジタル変角光沢計ＵＧＶ−５Ｋ及びＳＭカラーコンピュータＳＭ−５を使用し、ＪＩＳＺ８７４１に従って測定した。
【００３０】
実施例１のテストピースのグロス値は「０．３」であった。これに対し、比較例１のテストピースのグロス値は「１．５」であり、また、比較例２のテストピースのグロス値は「１．０」であった。上記の結果からもわかるように、本実施例の金型装置は、成形面を、光沢度合いが低く、いわゆる低グロスのものとすることができることができる。また、本実施例のＳＣＭ系素材の分割型においては、イオン窒化処理を施すに際して一酸化炭素を導入することにより、飛躍的に低グロス化を図ることができることがわかる。
【００３１】
本実施例のさらなる作用効果について言及すると、上記化学反応により可動型２の表面温度が上昇し、窒素原子が可動型２の表層内に拡散してゆく。従って、可動型２の表層の硬度が高められる。その結果、成形面３の微細な凹凸の磨滅を抑制することができ、金型装置１の耐久性の向上を図ることができる。
【００３２】
また、イオンの衝突に伴う化学反応により、成形面３の表面に窒化層（Ｆｅ_２Ｎ，Ｆｅ_３Ｎ，Ｆｅ_４Ｎ）が形成される。従って、かかる窒化層の存在により、表面が酸化されにくいものとなる。その結果、防錆剤等を成形面に塗布する必要がなくなり、その分だけ生産性の向上及びコストダウンを図ることができる。
【００３３】
次に、上記のようにして得られた可動型２等を用いて、樹脂成形品を射出成形した場合の効果について説明する。
本実施例では、図４に示すように、成形品として例えばインストルメントパネル１１のアウタピース１２を公知の射出成形法を用い、ポリプロピレンによって製造することとした。かかるアウタピース１２は、一般に、図示しないフロントガラス近傍に位置するため、フロントガラスへの映り込み防止の要請が高い内装品である。
【００３４】
本実施例によれば、可動型２の成形面３にイオン窒化処理が施されるため、上述した如く、成形面３の粗化状態は非常に微細なものとなる。このため、かかる成形面３により転写成形された樹脂成形品（アウタピース１２）は、いわゆるつや消しの表面を有するとともに、その表面は低グロス化されたものとすることができる。
【００３５】
また、本実施例では、特に、予めシボ加工が施された可動型２を用いているので、一旦、シボ加工でもって比較的大まかに粗化された成形面３は、上記イオン窒化処理にてさらに微細な粗化処理がなされることとなる。このため、得られる成形品の質感の飛躍的な向上が図られうる。すなわち、単に低グロスの成形品（アウタピース１２）が得られるのみならず、その表面の明度も低いものとなる。
【００３６】
これらのことからも、本実施例の成形品によれば、優れた防眩性を奏し、特に、自動車の内装品（例えばインストルメントパネル１１のアウタピース１２）として使用した場合には、フロントガラス等への映り込みによる不具合を解消することができるという効果を奏する。
【００３７】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、例えば次の如く構成してもよい。
（１）前記実施例では、樹脂成形品、特に、インストルメントパネル１１のアウタピース１２を得る場合に具体化したが、その他の内装品をはじめとする各種樹脂成形品に具体化してもよい。また、例えば金属等のその他の成形品を成形する場合に具体化してもよい。
【００３８】
（２）前記実施例では、可動型２の成形面３にイオン窒化処理を施す場合に具体化したが、固定型、その他の分割型の成形面にイオン窒化処理を施す場合に具体化することもできる。また、成形面３の全てをイオン窒化処理する必要はなく、少なくとも一部に処理を施した場合であってもよい。
【００３９】
（３）イオン窒化処理に際しての処理条件は、上記実施例の数値等に何ら限定されるものではない。例えば、窒素ガスの流量比を適宜変更しても差し支えない。
【００４０】
（４）前記実施例では、予めシボ加工を施した成形面３にイオン窒化処理を施すようにしたが、上記シボ加工を省略してもよい。また、シボ加工の代わりにブラスト処理を施してもよい。かかる処理を施した場合にも、シボ加工と同等の質感の向上を図ることができる。さらに、シボ加工とブラスト処理を併用した上で本発明の処理を施すようにしてもよい。
【００４１】
特許請求の範囲の各請求項に記載されないものであって、上記実施例から把握できる技術的思想について以下にその効果とともに記載する。
（ａ）請求項１又は請求項２に記載の成形用金型装置及び成形品の製造方法において、前記成形品は、車両用インストルメントパネルの一部を構成するものであることを特徴とする。このような構成とすることにより、優れた防眩性を奏し、特に、フロントガラス等への映り込みによる不具合を解消することができるという効果を奏する。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の成形用金型装置によれば、上記低グロス化された成形品を得ることができるとともに、耐食性、耐久性の向上を図ることができるという優れた効果を奏する。また、本発明の成形品の製造方法によれば、表面の低グロス化が図られた成形品を得ることができるとともに、当該低グロス化された成形品が容易に、かつ、長期に渡って安定して得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例における可動型の成形面を示す断面模式図である。
【図２】イオン窒化処理装置を示す模式図である。
【図３】シボ加工を施した可動型を模式的に示す断面図である。
【図４】インストルメントパネル等を示す斜視図である。
【図５】従来技術における金型を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１…成形用金型装置、２…分割型としての可動型、３…成形面、１２…成形品としてのアウタピース。

Claims

少なくとも２つの金属製の分割型（２）を備え、各分割型（２）の少なくとも１つはＳＣＭ系素材としてのクロム及びモリブデンの混入された炭素鋼よりなり、当該分割型（２）に形成された成形面（３）により成形品を成形するための成形用金型装置であって、
前記成形面（３）の少なくとも一部にはブラスト加工及びシボ加工の少なくとも一方が施された面に対して、水素ガスを導入するとともに、水素ガス１に対する流量比が０よりも多く、かつ、０．２よりも少ない一酸化炭素ガスを導入してなるイオン窒化処理により微細な凹凸を形成するとともに、表層部に窒化層を形成したことを特徴とする成形用金型装置。
請求項１に記載の成形用金型装置（１）の前記成形面（３）により形成されてなるキャビティ内に可塑化された樹脂材料を充填する工程と、
前記樹脂材料を固化させたものを、前記成形用金型装置から取り出す工程とを備えたつや消しの表面を有することを特徴とする成形品の製造方法。