JP5755971B2 - 圧空成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧空成形用金型、圧空成形方法、及び、成形品に関する。

箱状の成形品（筐体）を作製する技術として、現在、射出成形法が一般的である。ところで、最近の電子部品や自動車内装部品においては、薄肉、軽量化や、高級感を出すためのデザイン性が、強く求められている。然るに、１．５ｍｍ以下の厚さを有する成形品を射出成形法に基づき成形しようとした場合、成形品の面積にも依るが、屡々、射出成形法において使用する金型に設けられたキャビティ内を溶融熱可塑性樹脂で完全には充填できない。このような問題を解決するための方法として、分子量が低く、充填性に優れた熱可塑性樹脂を用いる方法があるが、靭性不足に起因した成形品の割れ等の不具合が発生している。また、別の方法として、ゲート点数を増やして、キャビティ内への溶融熱可塑性樹脂の充填時の流動距離を短くする方法があるが、ウェルドラインが多く発生し、強度が低下したり、外観不良を招いている。

特開平１０−１６６４３６号公報 特開平０８−０５２７９６号公報

射出成形方法における問題点を解決し、箱状の成形品を作製する方法として、圧空成形方法が考えられる。圧空成形方法は、例えば、特開平１０−１６６４３６号公報や特開平０８−０５２７９６号公報から周知である。しかしながら、圧空成形方法は、雑貨や食品容器類、電灯カバー類の成形に適用されているものの、成形品の外観や賦形性、強度、寸法精度の観点から、電子機器や電子部品、自動車内装部品等の成形に適用された例は、本発明者が調べた限り、知られていない。

従って、本発明の目的は、優れた外観や賦形性、強度、高い寸法精度を有する成形品の成形を可能とする圧空成形方法、係る圧空成形方法の実行に適した圧空成形用金型、及び、係る圧空成形方法に基づき成形し得る成形品を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型は、
下側に向かって突出した上型突出部が外周部に設けられており、圧縮気体を導入する導入孔を有する上型、及び、
上型突出部に対向して、上側に向かって突出した下型突出部が外周部に設けられた下型、
から構成され、型締時、上型突出部と下型突出部とが圧空成形用材料を介して接する圧空成形用金型であって、
下型の底面の中央部には凸部が設けられており、
上型には、上下動する可動コア部が備えられており、
下型の底面と対向する可動コア部の底面には、下型に設けられた凸部の平面形状と相似形の内面を有するリング状の突出部が設けられていることを特徴とする。尚、可動コア部が最下方に位置するとき、可動コア部の底面に設けられたリング状の突出部は、下型に設けられた凸部を隙間を開けて取り囲む状態となる。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る圧空成形方法は、
下側に向かって突出した上型突出部が外周部に設けられており、圧縮気体を導入する導入孔を有する上型、及び、
上型突出部に対向して、上側に向かって突出した下型突出部が外周部に設けられた下型、
から構成され、
下型の底面の中央部には凸部が設けられており、
上型には、上下動する可動コア部が備えられており、
下型の底面と対向する可動コア部の底面には、下型に設けられた凸部の平面形状と相似形の内面を有するリング状の突出部が設けられている圧空成形用金型を用いた圧空成形方法であって、
可動コア部を上方に配置し、圧空成形用材料を下型突出部上に配して、圧空成形用材料を加熱し、次に、
上型と下型とを型締めして、加熱された圧空成形用材料を介して上型突出部と下型突出部とを接した状態とした後、
導入孔から圧縮気体を導入して、下型に設けられた凸部に基づき圧空成形用材料を賦形し、次いで、
可動コア部を最下方に移動させ、可動コア部の底面に設けられた突出部の内面を圧空成形用材料に接触させる、
各工程から成ることを特徴とする。

本発明の第１の態様に係る圧空成形方法において、圧縮気体の圧力は１×１０⁶Ｐａ乃至５×１０⁶Ｐａとすることが好ましい。圧縮気体として、空気を例示することができるが、これに限定するものではなく、例えば、窒素ガス等を用いることもできる。以下の説明においても同様である。

上記の好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る圧空成形方法にて使用される圧空成形用金型、あるいは又、本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型（以下、これらを総称して、『本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型等』と呼ぶ）において、下型に設けられた凸部の側面と、可動コア部に設けられた突出部の内面の間隔（Ｌ_S）は、成形すべき成形品の厚さｔ_Sに相当する形態とすることが好ましい。即ち、可動コア部が最下方に位置するとき、可動コア部の底面に設けられたリング状の突出部は、圧空成形用材料を挟んで、下型に設けられた凸部の側面と対向して配置された状態となる。これによって、下型の底面から凸部が立ち上がる領域に圧空成形用材料をより一層確実に密着させることができる結果、成形品に一層優れた賦形性を付与することができる。

上記の好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型等において、可動コア部が最下方に配されたとき、可動コア部の底面と下型に設けられた凸部の頂面上に位置する圧空成形用材料の部分との間には隙間が存在することが望ましい。隙間が存在することで、可動コア部の底面と圧空成形用材料とが接触することが無くなり、しかも、下型に設けられた凸部の頂面上に位置する圧空成形用材料の部分との間に圧縮気体が巻き込まれることを防止できる結果、成形品に一層優れた外観を付与することができる。尚、この隙間として、０．５ｍｍ乃至５ｍｍを例示することができる。

更には、上記の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型等において、凸部の表面上には剥離促進層が形成されている形態とすることができる。そして、この場合、剥離促進層は、ＳｉＣ層、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＣｒＮ層、ＤＬＣ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＳｉｎ層、ＡｌＣｒＮ層、ＣｒＳｉＮ層、ＴｉＢＮ層、ＡｌＣｒＳｉＮ層、ＡｌＺｒＮ層、ＡｌＺｒＳｉＮ層及びＣｒＢＮ層から成る群から選択された少なくとも１層から成る形態とすることができる。そして、これによって、凸部から成形品を容易に剥離することができる結果、優れた外観、高い寸法精度を有する成形品の成形が可能となる。後述する本発明の第２の態様に係る圧空成形方法にて使用される圧空成形用金型においても、同様とすることができる。

更には、上記の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型等において、可動コア部に設けられた突出部の底面には、成形すべき成形品を切断するための刃が配されている形態とすることができる。刃は、例えば、突出部の内面と同一仮想平面内に位置させればよい。そして、これによって、圧空成形用金型からの成形品に取り外しが極めて容易となる。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る圧空成形用金型は、
下側に向かって突出した上型突出部が外周部に設けられており、圧縮気体を導入する導入孔を有する上型、及び、
上型突出部に対向して、上側に向かって突出した下型突出部が外周部に設けられた下型、
から構成され、型締時、上型突出部と下型突出部とが圧空成形用材料を介して接する圧空成形用金型であって、
下型の底面の中央部には凸部が設けられており、
凸部の表面上には剥離促進層が形成されていることを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る圧空成形方法は、
下側に向かって突出した上型突出部が外周部に設けられており、圧縮気体を導入する導入孔を有する上型、及び、
上型突出部に対向して、上側に向かって突出した下型突出部が外周部に設けられた下型、
から構成され、
下型の底面の中央部には凸部が設けられており、
凸部の表面上には剥離促進層が形成されている圧空成形用金型を用いた圧空成形方法であって、
圧空成形用材料を下型突出部上に配して、圧空成形用材料を加熱し、次に、
上型と下型とを型締めして、加熱された圧空成形用材料を介して上型突出部と下型突出部とを接した状態とした後、
導入孔から圧縮気体を導入して、下型に設けられた凸部に基づき圧空成形用材料を賦形する、
各工程から成ることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る圧空成形方法において、圧縮気体の圧力は１×１０⁶Ｐａ乃至５×１０⁶Ｐａとすることが好ましい。

上記の目的を達成するための本発明の成形品は、
矩形の平面形状を有する底面、及び、底面の外縁部から上方に延びる側面を有し、継ぎ目の無い（シームレスの）箱状の成形品であって、
底面の縦方向の長さは、１ｃｍ乃至１ｍ、好ましくは、５ｃｍ乃至３５ｃｍであり、横方向の長さは、１ｃｍ乃至８０ｃｍ、好ましくは、５ｃｍ乃至３５ｃｍであり、
底面の厚さは、０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍ、好ましくは、０．７ｍｍ乃至１．２ｍｍであり、
外面の鉛筆硬度は、２Ｈ以上、好ましくは、３Ｈ以上であり、
反り量は、０．４ｍｍ以下、好ましくは、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。

鉛筆硬度の測定は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４：１９９９に準拠して行えばよい。また、反りは、成形品の底面にて測定すればよく、２３゜Ｃ、相対湿度５０％の環境に、２４時間、放置した後の平面度（ＪＩＳ Ｂ０４１９−１９９１に準拠）と、８５゜Ｃ、相対湿度８５％、１２０時間の環境試験を実行した後、２３゜Ｃ、相対湿度５０％の環境に、４時間、放置した後の平面度との変化量である。

成形品は箱状の形状を有する。即ち、成形品の外観は、例えば、直方体であるが、側面と側面とが交わる部分は丸みを帯びていてもよい。即ち、底面は矩形の平面形状を有するが、この矩形の平面形状の四隅が丸みを帯びていてもよい。また、底面と側面とが交わる部分は丸みを帯びていてもよい。

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型及び圧空成形方法、並びに、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る圧空成形用金型及び圧空成形方法において、圧空成形用材料は、アクリル系樹脂層とポリカーボネート樹脂層の積層構造を有し、ポリカーボネート樹脂層の外面（箱状の形状を有する成形品の内面を構成する面）の少なくとも一部分には印刷が施されている形態とすることができる。そして、この場合、ポリカーボネート樹脂層が下型に設けられた凸部と接することが好ましく、更には、これらの場合、圧空成形用材料は、ポリカーボネート樹脂層の一方の面に、厚さが５０μｍ乃至１２０μｍのアクリル系樹脂層が共押出しによって積層されて成り、総厚が０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍであり、アクリル系樹脂層の鉛筆硬度が２Ｈ以上である形態とすることが好ましい。アクリル系樹脂層上にはハードコート層が形成されていてもよい。ハードコート層の形成は、成形に使用する前の圧空成形用材料に対して行ってもよいし、成形品に対して行ってもよい。また、本発明の成形品は、外側に位置するアクリル系樹脂層、及び、内側に位置するポリカーボネート樹脂層の積層構造を有する材料から成形されている形態とすることができ、この場合、アクリル系樹脂層の厚さは５０μｍ乃至１２０μｍであることが望ましく、更には、これらの場合、ポリカーボネート樹脂層の表面（箱状の形状を有する成形品の内面）の少なくとも一部分には印刷が施されている形態とすることが好ましい。ポリカーボネート樹脂は、高い靱性を有することが好ましく、具体的には、ＩＳＯ１７９に規定されたシャルピー衝撃強さ（ノッチ付き）が５０ｋＪ／ｍ²以上の値を有することが好ましい。また、ポリカーボネート樹脂の数平均分子量は、２×１０⁴以上であることが望ましい。尚、ＰＭＭＡのシャルピー衝撃強さは２ｋＪ／ｍ²以下であり、高流動性のポリカーボネート樹脂のシャルピー衝撃強さは９ｋＪ／ｍ²以下である。アクリル系樹脂層上にはハードコート層が形成されていてもよい。ハードコート層の形成は、成形に使用する前の圧空成形用材料に対して行ってもよいし、成形品に対して行ってもよい。

本発明の成形品から電子機器や電子部品、自動車内装部品を構成することができ、具体的には、携帯電話やスマートフォンの筐体の他、タブレット型の含むパーソナルコンピュータの筐体、ＰＤＡ（携帯情報端末，Personal Digital Assistant）の筐体、携帯型の音楽プレーヤの筐体、ゲーム機の筐体、電子ブックの筐体、電子辞書の筐体、デジタルカメラやビデオカメラの筐体、テレビジョン受像機の筐体、自動車用のヒータ等のコントロールパネルやスイッチ類、木目パーツの筐体を例示することができる。本発明の成形品から携帯電話やスマートフォンの筐体を構成する場合、筐体に設けられた透明な窓部分を本発明の成形品の透明な部分から構成し、筐体のそれ以外の部分を本発明の成形品の印刷された部分から構成すればよく、この場合、例えば、黒色インクを用いてポリカーボネート樹脂層の表面を印刷すればよい。透明なアクリル系樹脂層を介してポリカーボネート樹脂層の印刷面を眺めるので、印刷面の見栄えが格段に向上する。尚、筐体に設けられた透明な窓部分の下方には、通常、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置等が配される。成形品にプレス加工又はＮＣ加工を施して、所望の外形形状への加工、穴部の加工等を行ってもよい。

可動コア部の上下動や上型の上下動は、例えば、油圧シリンダや空気圧シリンダを用いて行うことができる。圧空成形用材料の加熱は、例えば、ヒータを用いて行えばよい。圧空成形用金型それ自体は、周知の構成、構造を有し、周知の材料、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、炭素鋼等から作製すればよく、耐久性の観点から、炭素鋼から作製することが好ましい。リング状の突出部を含む可動コア部は、例えば、圧空成形用金型を構成する材料と同じ材料から作製すればよい。

本発明の成形品は、箱状の基体を内側に備えている構成とすることができる。ここで、基体を構成する材料として、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金を挙げることができるし、あるいは又、基体として、例えば、射出成形法に基づき熱可塑性樹脂から作製、成形された成形品を挙げることもできる。尚、この場合、下型の底面の中央部に設けられた凸部に箱状の基体を被せればよい。但し、これに限定するものではなく、本発明の成形品の裏面を基体（箱状であってもよいし、箱状でなくともよい）に、接着剤あるいは粘着剤を用いて接着してもよいし、あるいは又、超音波接合法に基づき接着してもよい。箱状の基体に突起部やスナップ部、切欠部、凹部、印籠構造部等を設けることで、他の部品への取り付け、他の部品との嵌合等を容易に行うことができる。そして、これによって、ＡＳＳＹ（アッシー）化を図ることができる。

本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型あるいは圧空成形方法において使用される圧空成形用金型においては、可動コア部が設けられているので、成形品の成形時、下型の底面から凸部が立ち上がる領域にも圧空成形用材料を確実に密着させることができる結果、優れた賦形性、高い寸法精度を有する成形品の成形が可能となる。しかも、成形品を構成する材料の選択自由度が高いが故に、高強度を有する材料を選択することができ、高強度の成形品を成形することができる。加えて、一層低い圧力の圧縮気体を用いることができるので、高い安全性を得ることができるし、金型強度を低くすることができるので金型製作コストの低減を図ることが可能となる。本発明の第２の態様に係る圧空成形用金型あるいは圧空成形方法において使用される圧空成形用金型においては、凸部の表面上に剥離促進層が形成されているので、成形時、底面から圧縮気体を容易に抜くことが可能となるし、凸部から成形品を容易に剥離することができる結果、優れた外観、高い寸法精度を有する成形品の成形が可能となる。しかも、成形品を構成する材料の選択自由度が高いが故に、高強度を有する材料を選択することができ、高強度の成形品を成形することができる。

図１の（Ａ）は、実施例１の圧空成形用金型の型開き時の模式的な端面図であり、図１の（Ｂ）は、実施例１の成形品の模式的な断面図である。 図２は、実施例１の圧空成形用金型の型締め時の模式的な端面図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図である。 図４は、図３の（Ｂ）に引き続き、実施例１の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図である。 図５は、図４に引き続き、実施例１の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図である。 図６は、図５に引き続き、実施例１の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図である。 図７の（Ａ）は、図６に引き続き、実施例１の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図であり、図７の（Ｂ）は、所望の外形形状への加工前の成形品の模式的な平面図である。 図８は、実施例２の圧空成形用金型の型開き時の模式的な端面図である。 図９は、実施例３の圧空成形用金型の型開き時の模式的な端面図である。 図１０は、実施例５の圧空成形用金型の型開き時の模式的な端面図である。 図１１は、実施例５の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図である。 図１２は、図１１に引き続き、実施例５の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図である。 図１３は、図１２に引き続き、実施例５の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図である。 図１４は、図１３に引き続き、実施例５の圧空成形方法を説明するための圧空成形用金型等の端面図である。 図１５の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例６及び実施例７の成形品の模式的な断面図である。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。

実施例１は、本発明の第１の態様に係る圧空成形用金型、本発明の第１の態様に係る圧空成形方法、及び、本発明の成形品に関する。

実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例７における成形品１０は、矩形の平面形状を有する底面１１、及び、底面１１の外縁部から上方に延びる側面１２を有し、継ぎ目の無い（シームレスの）箱状の成形品である。そして、底面１１の縦方向の長さは、１ｃｍ乃至１ｍ、好ましくは、５ｃｍ乃至３５ｃｍであり、横方向の長さは、１ｃｍ乃至８０ｃｍ、好ましくは、５ｃｍ乃至３５ｃｍであり、底面の厚さは、０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍ、好ましくは、０．７ｍｍ乃至１．２ｍｍであり、外面の鉛筆硬度は、２Ｈ以上、好ましくは、３Ｈ以上であり、反り量は、０．４ｍｍ以下、好ましくは、０．３ｍｍ以下である。より具体的には、底面１１の縦方向の長さ（外寸法）は１１４．０ｍｍであり、横方向の長さ（外寸法）は５４．０ｍｍであり、底面１１及び側面１２の厚さは１．０ｍｍである。外面の鉛筆硬度及び反り量については後述する。側面１２と側面１２とが交わる部分は丸みを帯びており、底面１１と側面１２とが交わる部分も丸みを帯びている。丸みの半径を１．５ｍｍとした。尚、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例５における成形品１０の模式的な断面図を図１の（Ｂ）に示すが、図１の（Ｂ）にあっては、成形品１０を天地逆に図示している。

実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例７における成形品１０は、外側に位置するアクリル系樹脂層、及び、内側に位置するポリカーボネート樹脂層の積層構造を有する圧空成形用材料２１から成形されている。尚、アクリル系樹脂層の厚さは５０μｍ乃至１２０μｍであることが望ましく、具体的には、アクリル系樹脂層の厚さは０．０６ｍｍであり、ポリカーボネート樹脂層の厚さは０．９４ｍｍである。また、ポリカーボネート樹脂層の表面の少なくとも一部分には（具体的には、一部分には）、黒色のインクを用いて印刷が施されている。実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例７における成形品１０からスマートフォンの筐体が構成される。ここで、成形品（筐体）１０には透明な窓部分１３が設けられており、窓部分１３は圧空成形用材料２１の透明な部分から構成されている。また、成形品（筐体）１０のそれ以外の部分は圧空成形用材料２１の印刷された部分（印刷部分１４）から構成されている。最終的な成形品の組立後にあっては、透明な窓部分１３の下方には、タッチパネル機能を有するＩＴＯ電極付きのＰＥＴフィルム、及び、ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）テープを介して、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置が配される。

実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例７において、圧空成形用材料２１は、上述したように、アクリル系樹脂層とポリカーボネート樹脂層の積層構造を有し、ポリカーボネート樹脂層の外面の少なくとも一部分（具体的には、外面の一部分）には、予め印刷が施されている。そして、ポリカーボネート樹脂層が下型５１に設けられた凸部５４と接するように配される。圧空成形用材料２１は、ポリカーボネート樹脂層の一方の面に、厚さが５０μｍ乃至１２０μｍのアクリル系樹脂層が共押出しによって積層されて成り、総厚が０．７ｍｍ乃至１．５ｍｍであり、アクリル系樹脂層の鉛筆硬度が２Ｈ以上であり、より具体的には、上述したとおりである。

図１の（Ａ）及び図２に模式的な端面図を示すように、実施例１の圧空成形用金型３０は、
下側に向かって突出した上型突出部４２が外周部に設けられており、圧縮気体を導入する導入孔４３を有する上型４１、及び、
上型突出部４２に対向して、上側に向かって突出した下型突出部５２が外周部に設けられた下型５１、
から構成され、型締時、上型突出部４２と下型突出部５２とが圧空成形用材料２１を介して接する圧空成形用金型である。そして、
下型５１の底面５３の中央部には凸部５４が設けられており、
上型４１には、上下動する可動コア部６１が備えられており、
下型５１の底面５３と対向する可動コア部６１の底面６２には、下型５１に設けられた凸部５４の平面形状と相似形の内面を有するリング状の突出部６３が設けられている。可動コア部６１が最下方に位置するとき、可動コア部６１の底面６２に設けられたリング状の突出部６３は、下型５１に設けられた凸部５４を隙間を開けて取り囲む状態となる。尚、図１の（Ａ）には、型開きした状態の圧空成形用金型３０を示し、図２には、型締めした状態（但し、圧空成形用材料２１は配置していない）の圧空成形用金型３０を示す。

圧縮気体は空気から成り、導入孔４３は図示しない配管を介して、図示しないエアーコンプレッサーに接続されている。上型４１の上下動及び可動コア部６１の上下動は、図示しない第１油圧シリンダ及び第２油圧シリンダ３１を用いて行うことができる。参照番号３２は、第２油圧シリンダ３１を駆動するためのオイルである。圧空成形用材料２１の加熱は、図示しないヒータを用いて行えばよい。圧空成形用金型３０それ自体は、周知の構成、構造を有し、炭素鋼から作製されている。リング状の突出部６３を含む可動コア部６１は、圧空成形用金型３０を構成する材料と同じ材料から作製されている。下型５１の底面５３の中央部に設けられた凸部５４の大きさは、１１２．０ｍｍ×５２．０ｍｍであり、高さは５．０ｍｍである。また、可動コア部６１の底面６２に設けられたリング状の突出部６３の内面の寸法は、圧空成形用材料２１の厚さを考慮して、１１４．０ｍｍ×５４．０ｍｍとし、リング状の突出部６３の高さを７．０ｍｍとした。即ち、下型５１に設けられた凸部５４の側面と、可動コア部６１に設けられた突出部６３の内面の間隔（Ｌ_S）は、成形すべき成形品の厚さｔ_S（あるいは、多少のクリアランスを加えた厚さ）に相当する。具体的には、（Ｌ_S−ｔ_S）の値として０ｍｍ乃至１．０ｍｍを例示することができる。即ち、可動コア部６１が最下方に位置するとき、可動コア部６１の底面６２に設けられたリング状の突出部６３は、圧空成形用材料２１を挟んで、下型５１に設けられた凸部５４の側面と対向して配置された状態となる。リング状の突出部６３の平面形状は「ロ」の字状である。また、可動コア部６１が最下方に配されたとき、可動コア部６１の底面６２と下型５１に設けられた凸部５４の頂面上に位置する圧空成形用材料２１の部分との間には隙間が存在する。具体的には、隙間は２ｍｍである。

以下、実施例１の圧空成形方法の説明を行うが、説明に先立ち、先ず、実施例１〜実施例７において用いた圧空成形用材料２１の製造についての説明を行う。

ポリカーボネート樹脂を押し出す押出成形機（メイン押出機）として、バレル直径６５ｍｍ、スクリューの長さ／直径比＝３５のものを使用し、シリンダー温度を２７０゜Ｃとした。また、被覆層を構成するアクリル系樹脂層を押し出す押出成形機（サブ押出機）として、バレル直径３２ｍｍ、スクリューの長さ／直径比＝３２のものを使用し、シリンダー温度を２５０゜Ｃに設定した。そして、２種類の樹脂を同時に溶融押し出しして積層するために、フィードブロックを使用した。ポリカーボネート樹脂として、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製、商品名：ユーピロンＥ−２０００（数平均分子量：２．８×１０⁴）を用いた。そして、ポリカーボネート樹脂層の片面にアクリル系樹脂層を積層した。ダイヘッド内の温度を２６０゜Ｃとし、ダイ内で積層一体化された樹脂を、鏡面仕上げされた横型配置の３本のポリッシングロールに導いた。尚、第１番ロールの温度を１１０゜Ｃ、第２番ロールの温度を１４０゜Ｃ、第３番ロールの温度を１８５゜Ｃに設定した。そして、第１番ロールと第２番ロールとの間でバンクを形成した後、第２番ロールと第３番ロールとの間を通過させた。引取り速度を１．５ｍ／分として、厚さ１．０ｍｍの共押出シート（圧空成形用材料２１）を押し出した。このとき、メイン押出機とサブ押出機の回転数を、吐出量比がメイン押出機／サブ押出機＝４７０／３０となるように設定した。尚、１．０ｍｍ厚さの共押出シート（圧空成形用材料２１）におけるアクリル系樹脂層の厚さは６０μｍであった。

こうして得られた圧空成形用材料２１のポリカーボネート樹脂層側に、帝国インキ株式会社製造製ＩＰＸ−ＨＦインク（黒色インク）を用いてスクリーン印刷を行い、８０゜Ｃにて加熱・硬化させた後、ピン固定用の穴２２（図７の（Ｂ）参照）を４箇所設けた。

以下、図３の（Ａ）、（Ｂ）、図４、図５、図６、図７の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施例１の圧空成形方法の説明を行う。尚、圧空成形機（エヌケイエンタープライズ株式会社製）に圧空成形用金型３０を取り付けておく。圧空成形機は、搬入ゾーン、加熱ゾーン、プレスゾーン、搬出ゾーンから構成されている。以下の実施例においても同様である。

［工程−１００］
先ず、圧空成形用材料２１を下型突出部５２上に配する。具体的には、圧空成形用材料２１に設けられたピン固定用の穴２２に嵌合するピン５５を下型突出部５２に設けておく。尚、上型突出部４２には、ピン５５と嵌合する孔から成る嵌合部４５が設けられている。ピン５５よりも外側の下型突出部５２の部分、及び、嵌合部４５よりも外側の上型突出部４２の部分には、それぞれ、連続した溝部（図示せず）が設けられ、溝部には「Ｏ」リング（図示せず）が挿入されており、上型突出部４２と下型突出部５２とを接した状態としたとき、密閉状態が保持できる構造となっている。そして、圧空成形機の搬入ゾーンにおいて、例えば、作業者が圧空成形用材料２１に設けられたピン固定用の穴２２に下型突出部５２に設けられたピン５５を嵌合させることで、圧空成形用材料２１を下型突出部５２上に配する（図３の（Ａ）参照）。圧空成形用材料２１のポリカーボネート樹脂層が下型５１の底面５３と対向するように、圧空成形用材料２１を下型突出部５２上に配する。金型温度を８０゜Ｃに設定した。そして、圧空成形用材料２１が配された下型５１を圧空成形機の加熱ゾーンへ搬送し、圧空成形用材料２１をヒータ（図示せず）によって１４０゜Ｃまで加熱する。

［工程−１１０］
圧空成形機のプレスゾーンにおいては、可動コア部６１は上方に配置され、上型４１も上方に配置された状態にある。そして、圧空成形用材料２１が配された下型５１をプレスゾーンへ搬送し（図３の（Ｂ）参照）、第１油圧シリンダを作動させて上型４１を下降させる。こうして、上型４１と下型５１とを型締めして、加熱された圧空成形用材料２１を介して上型突出部４２と下型突出部５２とを接した状態とし、密閉状態とする（図４参照）。

［工程−１２０］
その後、導入孔４３から圧縮気体（圧縮空気であり、圧力は２×１０⁶Ｐａ）を、２秒間、導入して、圧空成形を行い、下型５１に設けられた凸部５４に基づき圧空成形用材料２１を賦形する（図５参照）。

［工程−１３０］
次いで、直ちに、第２油圧シリンダ３１を作動させて可動コア部６１を最下方に移動させ、可動コア部６１の底面６２に設けられた突出部６３の内面を圧空成形用材料２１に接触させる（図６参照）。

［工程−１４０］
その後、第２油圧シリンダ３１を作動させて可動コア部６１を上方に移動させ、更に、第１油圧シリンダを作動させて上型４１を上方に移動させ、型開きする（図７の（Ａ）参照）。この状態における成形品（所望の外形形状への加工前の成形品）の模式的な平面図を図７の（Ｂ）に示す。そして、圧空成形用材料２１（成形品１０）が配された下型５１を圧空成形機の搬出ゾーンに搬出し、下型から圧空成形用材料２１（成形品１０）を取り外す。その後、成形品にプレス加工を施して、所望の外形形状への加工（打ち抜き加工）を行い、成形品を完成させる。

得られた成形品は、射出成形品並みの非常に高い賦形性を有しており、底面と側面の交わる部位にエッジが出るほど、凸部５４の形状が転写されていた。また、非常に深みのある外観を有していた。アクリル系樹脂層が表側に設けられているにも拘わらず、ポリカーボネート樹脂層との積層物であるため、成形品は、割れることなく打ち抜き加工することができた。しかも、分子量が高いポリカーボネート樹脂を用いているため、１ｍｍの肉厚（側面の厚さは０．６ｍｍ）であるにも拘らず、成形品を手で曲げても割れることもなく、高い剛性を有していた。また、アクリル系樹脂層が表側に設けられているため、鉛筆硬度が「２Ｈ」と非常に優れた表面硬度を有していた。

比較例１として、実施例１の［工程−１２０］の圧空成形処理の実行を省略した。即ち、実施例１の［工程−１１０］に引き続き、実施例１の［工程−１３０］を実行した。成形品としては、賦形性に優れたものを得ることができたが、印刷ズレが生じており、しかも、下型５１の底面５３の中央部に設けられた凸部５４と圧空成形用材料２１との間に圧縮気体が巻き込まれ、外観は醜いものであった。

実施例１の圧空成形用金型あるいは圧空成形方法において使用される圧空成形用金型にあっては、可動コア部が設けられているので、成形品の成形時、下型の底面から凸部が立ち上がる領域にも圧空成形用材料を確実に密着させることができ、しかも、より低い圧力の圧縮気体を用いることができるので、非常に優れた外観、非常に高い寸法精度を有する成形品の成形が可能となる。また、成形品を構成する材料の選択自由度が高いが故に、高強度を有する材料を選択することができ、高強度の成形品を成形することができる。

実施例２は、実施例１の変形である。図８に模式的な端面図を示す実施例２にあっては、凸部５４の表面上に、スパッタリング法にて形成された厚さ１μｍのＴｉＮ層から成る剥離促進層５６が形成されている。この点を除き、実施例２の圧空成形用金型は、実施例１の圧空成形用金型と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。

実施例２にあっては、実施例１の［工程−１００］と同様の工程において、金型温度を１３０゜Ｃに設定した。また、圧空成形用材料２１をヒータによって１３５゜Ｃまで加熱した。以上の点を除き、実施例２の圧空成形方法は、実施例１の圧空成形方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例２にあっては、実施例１よりも金型温度を高く設定したので、賦形性が一層向上した。また、凸部の表面上には剥離促進層が形成されているので、離型性が非常に高く、しかも、圧空成形時、圧縮気体の巻き込みも認められなかった。

実施例３は、実施例１あるいは実施例２の変形である。実施例３の圧空成形用金型の概念図を図９に示すが、実施例３にあっては、可動コア部６１に設けられた突出部６３の底面に、成形すべき成形品を切断する（押し切る）ための刃６４が配されている。刃６４は、突出部６３の内面と同一仮想平面内に位置する。刃６４の平面形状は「ロ」の字状である。以上の点を除き、実施例３の圧空成形用金型は、実施例１あるいは実施例２の圧空成形用金型と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。

実施例４は、実施例１〜実施例３の変形である。実施例４にあっては、得られた成形品のアクリル系樹脂層の表面に、紫外線硬化型アクリル樹脂系ハードコート剤をスプレーガンにて約５μｍの塗膜厚さとなるように塗工処理を行った。そして、８０゜Ｃでの乾燥後、出力８０Ｗ／ｃｍ²の高圧水銀灯を用い、光源下１２ｃｍの位置でコンベアスピード１．５ｍ／分の条件で紫外線を照射してハードコート剤を硬化させた。こうして得られた成形品の鉛筆硬度は「５Ｈ」であった。

実施例５は、本発明の第２の態様に係る圧空成形用金型、本発明の第２の態様に係る圧空成形方法、及び、本発明の成形品に関する。

実施例５の圧空成形用金型１３０は、型開きした状態を図１０の端面図に示すように、
下側に向かって突出した上型突出部１４２が外周部に設けられており、圧縮気体を導入する導入孔１４３を有する上型１４１、及び、
上型突出部１４２に対向して、上側に向かって突出した下型突出部１５２が外周部に設けられた下型１５１、
から構成され、型締時、上型突出部１４２と下型突出部１５２とが圧空成形用材料２１を介して接する圧空成形用金型である。そして、下型１５１の底面１５３の中央部には凸部１５４が設けられており、凸部１５４の表面上には剥離促進層１５６が形成されている。

剥離促進層１５６は、実施例２と同様に、スパッタリング法にて形成された厚さ１μｍのＴｉＮ層から成る。尚、実施例５の圧空成形用金型１３０は、可動コア部６１が設けられていない点を除き、実質的に、実施例２において説明した圧空成形用金型と同じ構成、構造を有する。

圧縮気体は空気から成り、導入孔１４３は図示しない配管を介して、図示しないエアーコンプレッサーに接続されている。上型１４１の上下動は、油圧シリンダを用いて行うことができる。圧空成形用材料２１の加熱は、図示しないヒータを用いて行えばよい。圧空成形用金型１３０それ自体は周知の構成、構造を有し、実施例１の圧空成形用金型３０と同じ材料から作製されている。下型１５１の底面１５３の中央部に設けられた凸部１５４の大きさは、１１２．４ｍｍ×５２．４ｍｍであり、高さは５．０ｍｍである。

以下、図１１、図１２、図１３、図１４を参照して、実施例５の圧空成形方法の説明を行う。

［工程−５００］
先ず、圧空成形用材料２１を下型突出部１５２上に配する。具体的には、圧空成形用材料２１に設けられたピン固定用の穴に嵌合するピン１５５を下型突出部１５２に設けておく。尚、上型突出部１４２には、ピン１５５と嵌合する孔から成る嵌合部１４５が設けられている。そして、圧空成形機の搬入ゾーンにおいて、例えば、作業者が圧空成形用材料２１に設けられたピン固定用の穴に下型突出部１５２に設けられたピン１５５を嵌合させることで、圧空成形用材料２１を下型突出部１５２上に配する。圧空成形用材料２１のポリカーボネート樹脂層が下型１５１の底面１５３と対向するように、圧空成形用材料２１を下型突出部１５２上に配する。金型温度を１３０゜Ｃに設定した。そして、圧空成形用材料２１が配された下型１５１を圧空成形機の加熱ゾーンへ搬送し、圧空成形用材料２１をヒータ（図示せず）によって１４０゜Ｃまで加熱した。

［工程−５１０］
圧空成形機のプレスゾーンにおいては、上型１４１は上方に配置された状態にある。そして、圧空成形用材料２１が配された下型１５１をプレスゾーンへ搬送し（図１１参照）、第１油圧シリンダを作動させて上型１４１を下降させる。こうして、上型１４１と下型１５１とを型締めして、加熱された圧空成形用材料２１を介して上型突出部１４２と下型突出部１５２とを接した状態とし、密閉状態とする（図１２参照）。

［工程−５２０］
その後、導入孔１４３から圧縮気体（圧縮空気であり、圧力は４×１０⁶Ｐａ）を、５秒間、導入して、圧空成形を行い、下型１５１に設けられた凸部１５４に基づき圧空成形用材料２１を賦形する（図１３参照）。

［工程−５３０］
その後、第１油圧シリンダを作動させて上型１４１を上方に移動させ、型開きする（図１４参照）。そして、圧空成形用材料２１（成形品１０）が配された下型１５１を圧空成形機の搬出ゾーンに搬出し、下型から圧空成形用材料２１（成形品１０）を取り外す。その後、成形品にＮＣ加工を施して、成形品１０の高さを３．０ｍｍとし、成形品を完成させる。

得られた成形品は、射出成形品並みの非常に高い賦形性を有しており、また、非常に深みのある外観を有していた。アクリル系樹脂層が表側に設けられているにも拘わらず、ポリカーボネート樹脂層との積層物であるため、成形品は、割れることなく打ち抜き加工することができた。しかも、分子量が高いポリカーボネート樹脂を用いているため、１ｍｍの肉厚（側面の厚さは０．６ｍｍ）であるにも拘らず、成形品を手で曲げても割れることもなく、高い剛性を有していた。また、アクリル系樹脂層が表側に設けられているため、鉛筆硬度が「２Ｈ」と非常に優れた表面硬度を有していた。

比較例５Ａとして、ＰＭＭＡシートを圧空成形用材料とした。そして、実施例５の［工程−５００］と同様の工程において、金型温度を５０゜Ｃに設定した。また、圧空成形用材料をヒータによって１２０゜Ｃまで加熱した。得られた成形品は、非常に高い賦形性と非常に深みのある外観を有していた。しかしながら、この比較例５Ａの成形品をＮＣ加工機を用いて切削加工したところ、非常に脆く、成形品の一部が欠けてしまった。

比較例５Ｂとして、ポリカーボネートシートを圧空成形用材料とした。そして、実施例５の［工程−５００］と同様の工程において、金型温度を１００゜Ｃに設定した。また、圧空成形用材料をヒータによって１４０゜Ｃまで加熱した。得られた成形品は、非常に高い賦形性と非常に深みのある外観を有していた。また、ポリカーボネートシートを圧空成形用材料としているので、成形品は、割れることなく打ち抜き加工することができたし、成形品を手で曲げても割れることもなく、高い剛性を有していた。しかしながら、この比較例５Ｂの成形品は、ポリカーボネートシートから構成されているが故に、鉛筆硬度が「２Ｂ」と低い値を示した。また、実施例４と同様のハードコート処理を行った後、鉛筆硬度を測定したところ「Ｆ」であり、ハードコート処理を行っても十分に満足できる硬度ではなかった。

実施例５の圧空成形用金型あるいは圧空成形方法において使用される圧空成形用金型においては、凸部の表面上に剥離促進層が形成されているので、凸部から成形品を容易に剥離することができる結果、優れた外観、高い寸法精度を有する成形品の成形が可能となる。しかも、成形品を構成する材料の選択自由度が高いが故に、高強度を有する材料を選択することができ、高強度の成形品を成形することができる。尚、実施例５に実施例４を適用することができる。

実施例及び比較例で得られた成形品と使用した圧空成形用材料の、２３゜Ｃ、相対湿度５０％の環境に、２４時間、放置した後の平面度を、ＪＩＳ Ｂ０１４９−１９９１に準拠して、三次元測定機により測定した。その後、成形品及び圧空成形用材料に対して、８５゜Ｃ、相対湿度８５％、１２０時間の環境試験を実行し、その後、２３゜Ｃ、相対湿度５０％の環境に、４時間、放置した後の平面度を三次元測定機により測定した。そして、平面度の変化量を「反り」として求めた。実施例における変化量は０．２ｍｍ以下であった。また、シート状の圧空成形用材料は環境変化によって形状が大きく変化するが、箱型形状の成形品に成形することによって、環境変化によっても形状が変化し難いことを見出した。

成形品の反り 圧空成形用シート材料の反り
実施例１ ０．１４ｍｍ ０．６８ｍｍ
実施例５ ０．１７ｍｍ ０．７２ｍｍ
比較例１ ０．１５ｍｍ ０．６８ｍｍ
比較例５Ａ ０．４２ｍｍ １．００ｍｍ
比較例５Ｂ ０．１３ｍｍ ０．２０ｍｍ

実施例６は、実施例１〜実施例５の変形である。図１５の（Ａ）に模式的な断面図を示すように、実施例６にあっては、実施例１〜実施例５の成形品を別部材あるいは別部品に組み込むためのアッシー部品を作製した。即ち、実施例６の成形品は、箱状の基体１５を内側に備えている。具体的には、実施例１〜実施例５の成形品の内形に合うように、５２．０ｍｍ×１１２．０ｍｍの寸法を有し、肉厚が２．０ｍｍの射出成形品から成る基体１５が得られるような射出成形用金型を作製した。尚、別部材あるいは別部品に組み込むために、基体１５にボス１６を設けた。基体１５の平面形状は「ロ」の字状である。尚、図１５の（Ａ）あるいは後述する図１５の（Ｂ）にあっては、成形品を天地逆に図示している。

基体１５の成形材料としてポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製Ｈ３０００）を用いた。成形収縮率は５／１０００であり、基体１５と実施例１〜実施例５の成形品とを組み立てた後にも、隙間は生じない。

射出成形機として株式会社日本製鋼所製Ｊ１１０ＡＤを用い、樹脂温度２８０゜Ｃ、金型温度８０゜Ｃ、射出圧８×１０⁷Ｐａにて射出成形を行い、基体（射出成形品）１５を得た。得られた基体１５と実施例１〜実施例５で成形した成形品とを、アクリル系紫外線硬化型接着剤を用いて接合した。アクリル系紫外線硬化型接着剤を硬化させるために、出力８０Ｗ／ｃｍ²の高圧水銀灯を用い、光源下１２ｃｍの位置でコンベアスピード１．５ｍ／分の条件で紫外線を照射した。成形品は基体１５に強固に接着され、別部材あるいは別部品とのアッシー化が可能となった。

実施例７は、実施例６の変形である。実施例７の成形品の模式的な断面図を図１５の（Ｂ）に示すが、実施例７の成形品も、箱状の基体１７を内側に備えている。具体的には、基体１７は、アルミニウムやアルミニウム合金から予め作製され、あるいは又、例えば、射出成形法に基づき熱可塑性樹脂から予め作製、成形されている。幅１．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍの凹部１８が、基体１７の外側側面を一周して設けられている。実施例７の成形品の側面は、この凹部１８に倣って凹んでいる。基体１７の内側面には切欠部１９が設けられており、この切欠部１９と別部品の突起部とを嵌合させることで、成形品と別部品とのアッシー化が可能である。尚、下型の底面の中央部に設けられた凸部に箱状の基体１７を被せ、実施例１〜実施例５と同様にして、圧空成形を実行した。但し、これに限定するものではなく、成形品の裏面を基体１７に、接着剤あるいは粘着剤を用いて接着してもよいし、あるいは又、超音波接合法に基づき接着してもよい。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例における圧空成形用金型の構成、構造、圧空成形方法の条件、成形品の形状、寸法等は例示であり、適宜、変更することができる。

１０・・・成形品、１１・・・成形品の底面、１２・・・成形品の側面、１３・・・成形品の窓部分、１４・・・印刷部分、１５，１７・・・基体、１６・・・ボス、１８・・・凹部、１９・・・切欠部、２１・・・圧空成形用材料、２２・・・ピン固定用の穴、３０・・・圧空成形用金型、３１・・・第２油圧シリンダ、３２・・・オイル、４１・・・上型、４２・・・上型突出部、４３・・・導入孔、４５・・・嵌合部、５１・・・下型、５２・・・下型突出部、５３・・・下型の底面、５４・・・凸部、５５・・・ピン、５６・・・剥離促進層、６１・・・可動コア部、６２・・・可動コア部の底面、６３・・・リング状の突出部、６４・・・刃

Claims (5)

1. 下側に向かって突出した上型突出部が外周部に設けられており、圧縮気体を導入する導入孔を有する上型、及び、
   上型突出部に対向して、上側に向かって突出した下型突出部が外周部に設けられた下型、
   から構成され、
   下型の底面の中央部には凸部が設けられており、
   上型には、上下動する可動コア部が備えられており、
   下型の底面と対向する可動コア部の底面には、下型に設けられた凸部の平面形状と相似形の内面を有するリング状の突出部が設けられており、
   可動コア部が最下方に配されたとき、可動コア部の底面と下型に設けられた凸部の頂面上に位置する圧空成形用材料の部分との間には隙間が存在する圧空成形用金型を用いた圧空成形方法であって、
   可動コア部を上方に配置し、圧空成形用材料を下型突出部上に配して、圧空成形用材料を加熱し、次に、
   上型と下型とを型締めして、加熱された圧空成形用材料を介して上型突出部と下型突出部とを接した状態とした後、
   導入孔から圧縮気体を導入して、下型に設けられた凸部に基づき圧空成形用材料を賦形し、次いで、
   可動コア部を最下方に移動させ、可動コア部の底面に設けられた突出部の内面を圧空成形用材料に接触させる、
   各工程から成ることを特徴とする圧空成形方法。
2. 圧縮気体の圧力は１×１０⁶Ｐａ乃至５×１０⁶Ｐａであることを特徴とする請求項１に記載の圧空成形方法。
3. 圧空成形用材料は、アクリル系樹脂層とポリカーボネート樹脂層の積層構造を有し、
   ポリカーボネート樹脂層の外面の少なくとも一部分には印刷が施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧空成形方法。
4. ポリカーボネート樹脂層が下型に設けられた凸部と接することを特徴とする請求項３に記載の圧空成形方法。
5. 圧空成形用材料は、ポリカーボネート樹脂層の一方の面に、厚さが５０μｍ乃至１２０μｍのアクリル系樹脂層が共押出しによって積層されて成り、総厚が０．７ｍｍ乃至１．５ｍｍであり、アクリル系樹脂層の鉛筆硬度が２Ｈ以上であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の圧空成形方法。

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