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JP2019150976A - 加飾金属部品の加工方法と加飾金属部品 - Google Patents

加飾金属部品の加工方法と加飾金属部品 Download PDF

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允煥 呉
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英生 峯
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友紀 三田
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Abstract

【課題】金属板材表面の意匠性の高い加飾金属部品を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の加飾金属部品は、金属板材を曲げもしくは絞り加工などのプレス加工で形成した成形体であって、金属板材（２）の一方の面に凹凸形状（５）を有する樹脂層（１６）が積層されており、樹脂層（１６）は光透過性を有し、樹脂層（１６）は表面層（３）と金属板材（２）と表面層（３）を接合させる中間層（４）で形成されており、中間層（４）は熱可塑性樹脂であり、凹凸形状（５）の隣接する凸の山の頂点（６）と凹の谷の底面（７）との金属板材（２）表面の垂直方向距離をｔ１、樹脂層（１６）の総厚みをｔ０としたとき、ｔ０ × ０．１３ ≦ ｔ１ ＜ ｔ０ × ０．８５である、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、金属板材の表面に凹凸を有する樹脂層を設けた積層材を、曲げもしくは絞り加工などのプレス加工で形成した加飾金属部品に関するものである。
家庭用電気機器である冷蔵庫・洗濯機・乾燥機・炊飯器・エアコン・電子レンジなどでは、板金プレス成型品を外観に有するものがある。具体的には、金属が本来保有する意匠性を活かし、例えば、金属板材の表面にヘアライン模様を有するステンレスヘアライン材を使用し、商品のデザインを差別化し、付加価値を高める取り組みが活発化している。
一方で、更なる意匠性向上のための取り組みが要求されている。図６は特許文献１に記載された金属缶の製造方法を示す。これは、缶胴部外面に立体感や奥行きのある特殊な美粧性を付与できる製造方法であって、板金１０１の表面に熱硬化性接着剤１０２を介しフィルム１０３を貼り合わせ、更に同時にその上から凹凸形状１０４のロール転写により表面に凹凸を付与している。
特開平８−３９７２９号公報
図６に示した従来の方法では、凹凸形状１０４の付与による意匠性向上を図っているが、板金１０１の金属板材が本来保有する光沢感、表面処理目を意匠性に活かすことまではできていない。
また、熱硬化性接着剤１０２を使用しており、凹凸付与後に製缶等のための丸める加工においては凹凸の追従が可能であるが、絞り加工等の大きな伸びが発生する加工には追従できず、大きな伸びが発生する加工前に付与された凹凸形状が崩れ、外観の意匠性担保が困難である。
本発明は、曲げもしくは絞り加工などのプレス加工において凹凸部の厚みの減少等の形状崩れを起こすことなく形成され、金属板材の光沢やヘアライン、バイブレーション研磨等の処理目が視認でき、凹凸形状によって奥行感が生れる、意匠性の高い、加飾金属部品を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の加飾金属部品は、金属板材を曲げもしくは絞り加工などのプレス加工で形成した成形体であって、金属板材の一方の面に凹凸形状を有する樹脂層が積層されており、前記樹脂層は光透過性を有し、前記樹脂層は表面層と前記金属板材と前記表面層を接合させる中間層で形成されており、前記中間層は熱可塑性樹脂であり、前記凹凸形状の隣接する凸の山の頂点と凹の谷の底面との前記金属板材表面の垂直方向距離をｔ１、前記樹脂層の総厚みをｔ０としたとき、ｔ０ × ０．１３≦ ｔ１ ＜ ｔ０ ×０．８５ である、ことを特徴とする。
また、加飾金属部品は、外観の形状が天面部、側面部、前記天面部と前記側面部を繋ぐコーナー部を有し、前記天面部における前記中間層の前記金属板材表面から前記凹凸形状の谷の底面までの厚みをＨｔ、前記側面部における前記中間層の前記金属板材表面から前記凹凸形状の谷の底面までの厚みをＨｓ、前記コーナー部における前記中間層の前記金属板材表面から前記凹凸形状の谷の底面までの厚みをＨｃとしたときに、Ｈｔ ＞ Ｈｓ ＞ Ｈｃ の関係を持つことが、より好ましい。
また、加飾金属部品は、前記樹脂層の一部の層に光吸収材料が含有され、前記光吸収材料は光透過性を有し、前記光吸収材料層内の隣り合う第１領域，第２領域では、前記第１領域が前記第２領域よりも光吸収率が高く、光透過率が低いことが、より好ましい。
本発明の加飾金属部品の加工方法は、金属板材の一方の面に凹凸形状を有する樹脂層が積層され、前記樹脂層は光透過性を有し、前記樹脂層は表面層と前記金属板材と前記表面層を接合させる中間層で形成されており、前記中間層は熱可塑性樹脂であり、前記凹凸形状の隣接する凸の山の頂点と凹の谷の底面との前記金属板材表面の垂直方向距離をｔ１、前記樹脂層の総厚みをｔ０としたとき、ｔ０ × ０．１３ ≦ ｔ１ ＜ ｔ０ × ０．８５である材料を、プレス加工するときに、前記金属板材表面から前記凹凸形状の谷の底面を、前記中間層の軟化温度以上に加熱してから、プレス加工して、前記中間層の前記金属板材表面から前記凹凸の谷の底面を前記金属板材の伸びに追従させる、ことを特徴とする。
この構成によれば、外面に微細な凹凸形状を有する光透過性で一部が熱可塑性樹脂の樹脂層が金属板材上に形成されていることで、金属板材の光沢やヘアライン、バイブレーション研磨等の処理目が視認でき、さらに微細な凹凸形状によって奥行感が生れる意匠性の高い加飾金属部品を得ることができる。
また、一部が熱可塑性樹脂の樹脂層であるため、金属板材の表面から微細な凹凸形状の谷の頂点までの層部の厚みを、それぞれの絞り形状に合わせて変化させることで、微細な凹凸形状をそのまま保持、および破断をさせることなく、加飾金属部品を得ることができる。
本発明の実施の形態１における（ａ）プレス加工で形成した加飾金属部品１の側断面図と（ｂ）その天面部８の拡大断面図 本発明の実施の形態２における（ａ）プレス加工で形成した加飾金属部品１の側断面図と（ｂ）その天面部８の拡大断面図と（ｃ）その側面部９の拡大断面図および（ｄ）そのコーナー部１０の拡大断面図 本発明の実施の形態３における（ａ）加飾金属部品１の拡大断面図と（ｂ）別の具体例の加飾金属部品１の拡大断面図 同実施の形態の加飾金属部品１の（ａ）表面の撮影写真と（ｂ）その拡大図 本発明の実施の形態４におけるプレス加工でコーナー部１０を曲げ加工している途中の拡大断面図 特許文献１に記載された凹凸形状付与工程の断面図
以下、本発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、各実施の形態においては、同じ構成要素には同じ符号を付けて説明する。図面は理解し易くするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示す。また、図示された各構成要素の厚み、長さ等は図面作成の都合により実際とは異なる。
また、各構成要素の形状等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（実施の形態１）
図１（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１を示す。
図１（ａ）は金属板材を曲げもしくは絞り加工などのプレス加工で形成した成形体である加飾金属部品１を示す。加飾金属部品１の外観の形状が、例えば、天面部８、側面部９、天面部８と側面部９を繋ぐコーナー部１０を有している。
ここでは天面部８の場合を例に挙げて説明するが、加飾金属部品１の層構成などは側面部９，コーナー部１０も天面部８と同様である。図１（ｂ）に天面部８の一部８ａの拡大図を示す。
金属板材２上には、加飾金属部品１を保護する表面層３と、金属板材２と表面層３を密着させる中間層４が積層されて構成されている。表面層３と中間層４は光を透過する透明物質であり、中間層４と表面層３で構成された樹脂層１６は光透過性を有する。樹脂層１６の外面には、複数の凹凸形状５が形成されている。
これによって、金属板材２の表面の光沢やヘアラインやバイブレーション研磨等の処理目が視認でき、表面層３と中間層４の凹凸形状５によって奥行感が生れるため、金属成形体の意匠性が向上する。
なお、樹脂層１６を構成する中間層４と表面層３に用いられる材質は熱可塑性であれば特に限定されず、光透過率が８５％以上であれば、金属板材２の表面の光沢やヘアラインやバイブレーション研磨等の処理目が視認できる。金属板材２についても材質は特に限定されない。金属板材２は金属光沢を有する物質であればよい。
凹凸形状５は、凸の山の頂点６とこれに隣接する凹の谷の底面７の距離をｔ１、樹脂層１６の総厚みをｔ０とした場合、
ｔ０ × ０．１３ ≦ ｔ１ ＜ ｔ０ × ０．８５
である。距離ｔ１，厚みｔ０は、金属板材２表面の垂直方向距離と厚みである。
加飾金属部品１の表面の視認での奥行感は、表面層３表面からの反射光と、光透過性を有する表面層３と中間層４を通過した光により、金属板材２表面の光沢やヘアラインやバイブレーション研磨等の処理目が同時に視認できる。凹凸形状５の隣接する凸の山の頂点６と凹の谷の底面７において、金属板材２表面からの光の反射量に差異が発生するため、擬似的に陰影が表れ、奥行感として認識される。
しかし、ｔ０ × ０．１３ ＞ ｔ１では、凹凸形状５の隣接する山の頂点６と谷の底面７において金属板材２表面からの光の反射量に差異が小さくて奥行感が表れない。また、ｔ１ ≧ ｔ０ × ０．８５では、凹凸形状５の凸部において金属板材２表面からの光の反射量が極端に低いため、金属板材２の光沢の視認が難しいことから、意匠性が低下する。
つまり、ｔ０ × ０．１３ ≦ ｔ１ ＜ ｔ０ × ０．８５の状態において、金属板材２表面の光沢やヘアラインやバイブレーション研磨等の処理目が視認でき、凹凸形状５によって奥行感が生れる、意匠性の高い加飾金属部品１を得ることができる。
絞り加工における加工性については、金属板材の表面から微細な凹凸形状の谷の頂点までの層部の厚みを、それぞれの絞り形状に合わせて設定変更することで、微細な凹凸形状をそのまま保持、および破断をさせることなく、加飾金属部品を得ることができる。
（実施の形態２）
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明の実施の形態２を示す。
この実施の形態２では、加飾金属部品１の天面部８、側面部９、コーナー部１０のそれぞれにおける金属板材２表面から凹凸形状５の凹形状の谷の底面７までの中間層４の最適な厚みについて説明する。
図２（ａ）に示した加飾金属部品１の天面部８の一部８ａ，側面部９の一部９ａ，コーナー部１０の一部１０ａの拡大断面を図２（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。
実施の形態２の加飾金属部品１では、天面部８，側面部９，コーナー部１０の凹凸形状５のｔ１と、樹脂層１６の総厚みｔ０を最適値にすると共に、天面部８、側面部９、コーナー部１０における、金属板材２表面からの実施の形態１で記述した凹形状の谷の底面７までのそれぞれの厚みを、Ｈｔ，Ｈｓ，Ｈｃとした場合、
Ｈｔ ＞ Ｈｓ ＞ Ｈｃ
の関係を持つ。
一般的には、絞り加工などのプレス加工を行う際に、側面部９とコーナー部１０において金属板材２の板厚減少が発生するため、これに伴って、樹脂層１６も伸ばされ、凹凸形状５の崩れ、および破断が発生する。
本実施の形態においては、絞り加工を行う前では、Ｈｔ，Ｈｓ，Ｈｃは同じ厚みで形成するが、絞り加工を行う際に、ＨｓおよびＨｃの厚みを減少させる。つまり、絞り加工時の変形を中間層４に集中させることで、凹凸形状５の形状変形量を少なくすることができる。
なお、天面部８と側面部９は共に平面であるが、ここでは側面部９は、プレス加工において伸ばされ、厚みが天面部８よりも薄くなる場合を説明している。
したがって、絞り加工時に凹凸形状５をそのまま保持、および破断をさせずに、金属板材２表面の光沢やヘアラインやバイブレーション研磨等の処理目が視認でき、凹凸形状５によって奥行感が生れ、意匠性の高い加飾金属部品１を得ることができる。
（実施の形態３）
図３（ａ）（ｂ）と図４（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態３を示す。
この実施の形態３では、実施の形態１または２の加飾金属部品１の樹脂層１６の一部の層には、光吸収材料が含有されている。
具体的には、図３（ａ）に示すように表面層３の中間層４とは反対側の外面、つまり伸び追従側の面に、光吸収材料層１１が形成されている。光吸収材料層１１内の隣り合う第１領域Ａと第２領域Ｂでは、第１領域Ａが第２領域Ｂよりも光吸収率が高い。かつ、第１領域Ａが第２領域Ｂよりも光透過率が低い。
これによって、金属板材２からの光の反射量が第１領域Ａより第２領域Ｂが多く、陰影差が生じるため、凹凸感が更に強調して視認される。
光吸収材料層１１内の領域は複数の領域で構成することが可能であるが、３つの領域で構成した時に凹凸感の視認性が特に良い。例えば、図４（ａ）に示す槌目模様を垂直方向に対して３０度傾いた光源で取得した場合、図４（ｂ）に示す拡大図のように、稜線領域１２、金属光沢反射領域１３、影領域１４の３つの領域で構成される。なお、図４（ａ）は６ｃｍ×４ｃｍの範囲を撮影したもので、図４（ｂ）はその一部を約６倍に拡大したものである。
稜線領域１２での光吸収率をＬｒ、金属光沢反射領域１３での光吸収率をＬｍ、影領域１４での光吸収率をＬｓとした場合、
Ｌｍ ＜ Ｌｒ ＜ Ｌｓ
になるように、光吸収材料を含有させることによって、視認による槌目模様の凹凸感を再現できる。
光吸収材料層１１の印刷方法は、特に限定されず、例えば、グラビア印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷等が挙げられる。
これらによって、金属板材２表面の光沢やヘアラインやバイブレーション研磨等の処理目が視認でき、凹凸形状５によって奥行感が生れ、意匠性の高い加飾金属部品１を得ることができる。
図３（ａ）では表面層３の外面に光吸収材料層１１を設けたが、図３（ｂ）に示すように表面層３と中間層４との間に光吸収材料層１１を設けた層構成としても、同様の効果を期待できる。
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４を示す。
この実施の形態４では、実施の形態１または２の加飾金属部品１をプレス加工する加工方法を説明する。実施の形態３の加飾金属部品１をプレス加工する加工方法も同じである。
実施の形態１または２で説明した加飾金属部品１の中間層４は熱可塑性樹脂で構成されており、熱を加えることで、軟化する。この実施の形態４の加工方法では、金属板材を曲げもしくは絞り加工などのプレス加工の開始前に、金属板材２表面から凹凸形状５の谷の底面７までの内周部１５のみを、中間層４の軟化温度まで加熱し、続いて絞り加工を行うことで、図５に示すように、金属板材２の伸びに金属板材表面から凹形状の谷の底面までの内周部１５が追従する。
内周部１５のみを加熱することで、表面層３の形状を維持することができる。中間層４全体を加熱すると、表面層３の形状が熱によって崩れる。その際の中間層４の加熱温度は、例えば材料によって異なるが、例えば４０℃〜７０℃である。表面層３はこの４０℃〜７０℃で軟化していない。
これによって、金属板材表面から凹形状の谷の底面までの内周部１５のみの厚みが減少され、中間層４の軟化温度未満で絞り加工される凹凸部は、厚みの減少等の形状崩れをほとんど起こすことなく形成することができる。
内周部１５の加熱には、熱伝導率のよい金属板材２の中間層４を設けていない方の裏面２ａから加熱する方が、効率がよく、加熱源を持ったヒーター加熱、温水加熱等や、自己発熱させる電磁誘導加熱、通電加熱等を用い金属板材２を加熱すればよい。
これらによって、金属板材２表面の光沢やヘアラインやバイブレーション研磨等の処理目が視認でき、凹凸形状５によって奥行感が生れ、実施の形態１〜３に記載の意匠性の高い加飾金属部品１を得ることができる。
本発明の加飾金属部品は、金属本来の光沢感、凹凸形状に奥行感表現によって意匠性を高め、曲げや絞り加工においての、凹凸形状不良の成型品を取得可能なため、例えば、冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ等の家電製品や、車載の内装部品等、様々な外観プレス加工品に適用できる。
１ 加飾金属部品
２ 金属板材
３ 表面層
４ 中間層
５ 凹凸形状
６ 凸の山の頂点
７ 凹の谷の底面
８ 天面部
９ 側面部
１０ コーナー部
１１ 光吸収材料層
１２ 稜線領域
１３ 金属光沢反射領域
１４ 影領域
１５ 内周部
１６ 樹脂層

Claims (4)

  1. 金属板材を曲げもしくは絞り加工などのプレス加工で形成した成形体であって、
    金属板材の一方の面に凹凸形状を有する樹脂層が積層されており、
    前記樹脂層は光透過性を有し、
    前記樹脂層は表面層と前記金属板材と前記表面層を接合させる中間層で形成されており、前記中間層は熱可塑性樹脂であり、
    前記凹凸形状の隣接する凸の山の頂点と凹の谷の底面との前記金属板材表面の垂直方向距離をｔ１、前記樹脂層の総厚みをｔ０としたとき、
    ｔ０ × ０．１３ ≦ ｔ１ ＜ ｔ０ × ０．８５
    である、加飾金属部品。
  2. 外観の形状が天面部、側面部、前記天面部と前記側面部を繋ぐコーナー部を有し、
    前記天面部における前記中間層の前記金属板材表面から前記凹凸形状の谷の底面までの厚みをＨｔ、
    前記側面部における前記中間層の前記金属板材表面から前記凹凸形状の谷の底面までの厚みをＨｓ、
    前記コーナー部における前記中間層の前記金属板材表面から前記凹凸形状の谷の底面までの厚みをＨｃとしたときに、
    Ｈｔ ＞ Ｈｓ ＞ Ｈｃ
    の関係を持つことを特徴とする、請求項１に記載の加飾金属部品。
  3. 前記樹脂層の一部の層に光吸収材料が含有され、
    前記光吸収材料は光透過性を有し、
    前記光吸収材料層内の隣り合う第１領域、第２領域では、前記第１領域が前記第２領域よりも光吸収率が高く、光透過率が低いことを特徴とする、
    請求項１または２に記載の加飾金属部品。
  4. 金属板材の一方の面に凹凸形状を有する樹脂層が積層され、
    前記樹脂層は光透過性を有し、
    前記樹脂層は表面層と前記金属板材と前記表面層を接合させる中間層で形成されており、前記中間層は熱可塑性樹脂であり、
    前記凹凸形状の隣接する凸の山の頂点と凹の谷の底面との前記金属板材表面の垂直方向距離をｔ１、前記樹脂層の総厚みをｔ０としたとき、
    ｔ０ × ０．１３ ≦ ｔ１ ＜ ｔ０ × ０．８５
    である材料を、プレス加工するときに、
    前記金属板材表面から前記凹凸形状の谷の底面を、前記中間層の軟化温度以上に加熱してから、プレス加工して、
    前記中間層の前記金属板材表面から前記凹凸の谷の底面を前記金属板材の伸びに追従させる、
    加飾金属部品の加工方法。
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