JP2005507796A - 非自立性高分子フィルムの熱成形方法およびそれから作製される物品 - Google Patents

Abstract

熱成形方法および熱成形方法を用いて作製される物体について記載する。最初に、雄型を用いて非自立性高分子フィルムを三次元造形フィルムに成形し、次に、雄型で支持した状態で雌型へ移動させる。さらに、雌型を用いて、三次元造形フィルムの熱成形、強化、またはそれらの併用処理を行うことが可能である。得られる物体は、主要表面全体に実質的に均一な厚さを有する。本方法によれば、三次元物体の作製に使用される高分子フィルムの表面品質を保持することができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００１年１０月３１日出願の米国仮出願第６０／３３６，５０２号明細書の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、熱成形方法および該熱成形方法を用いて作製される三次元物体に関する。特に、本方法は、非自立性高分子フィルムから三次元物体を形成する工程を含む。最初に雄型を用いて三次元物体を形成する。この物体は、最初に雌型を用いて形成された物体よりも主要表面全体に、より均一な厚さを有することができる。
【背景技術】
【０００３】
装飾用の熱成形可能なフィルムは、自動車、トラック、船、家具、建築材料、器具などのようなさまざまな生産財および消費財に装着することのできる三次元の装飾用のアクセサリーおよびパネルを形成するために広く使用されている。たとえば、金属化高分子フィルムは、あたかも金属から作製されているように見える三次元物体を作製するために使用されてきた。これらの物体でそれらの金属対応物を代替すると、次の結果、すなわち、より軽い重量、より低い製造コスト、改良された耐候性、製造の容易さ、より大きい可撓性、およびより鮮明な細部のうちの少なくとも１つを得ることができる。
【０００４】
自動車産業では、たとえば、トリムやバンパーのような種々のコンポーネントは、自動車の外観を良くするために、数十年間にわたりクロム製またはクロムメッキ製の部品から作製されてきた。しかしながら、従来のクロム製部品は、そのような部品に伴うコスト、可撓性の欠如、および製造上の問題に起因して、自動産業および他の産業で不評に陥っている。とはいえ、クロム製部品を用いれば、感じの良い外観をもたせることが可能であり、種々の製品の審美的訴求力を増大させることが可能である。したがって、クロムのように見えるが、クロムやクロムメッキに伴う欠点をもたない材料に対する需要が存在する。
【０００５】
熱成形可能な金属化高分子フィルムは、クロムに似せて作製されてきた。作製されてきたそのようなフィルムの１つは、１層以上の保護用光沢増強性クリアコートの下側にスズまたはスズ合金の層を含む。そのようなフィルムは、クロムから作製されたように見える三次元造形フィルムに熱成形されてきた。たとえば、米国特許第６，０７１，６２１号明細書には、自動車、家具、および他の用途向けの多種多様な物品を作製するために使用することのできる金属化フィルムが記載されている。
【０００６】
多くの異なる表面効果を熱成形可能なフィルムに組み入れることができる。たとえば、塗装もしく着色されているように見えたり、蛍光性もしく燐光性であるように見えたり、または鏡のようにもしく再帰反射性であるように見えたりする表面を提供すべく、熱成形可能なフィルムを使用することもできる。また、表面を、木目、石もしくは他のセラミックス、羊皮紙もしくは他の紙、または皮革もしくは他の編織布のように見えるようにすることもできる。１つ以上のグラフィック画像またはパターンで表面に装飾を施すことができる。国際公開第８８／０７４１６号パンフレットおよび米国特許第６，０８３，３３５号明細書の各明細書には、自動車産業で使用するための高光沢塗装表面のように見える表面を有する熱成形可能なフィルムが記載されている。
【０００７】
熱成形可能なプロセスは、典型的には、雌型を用いて三次元造形フィルムを形成する工程を含む。そのプロセスは、プラグアシストを用いてまたは用いず行うことができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、熱成形方法および熱成形方法を用いて作製される物体に関する。特に、本方法は、非自立性高分子フィルムから三次元物体を形成する工程を含む。最初に雄型を用いて三次元物体を形成する。この物体は、最初に雌型を用いて（たとえば、プラグアシストなしで）形成された物体よりも主要表面全体に、より均一な厚さを有することができる。
【０００９】
本発明の一態様は、熱成形可能な非自立性高分子フィルムから該高分子フィルムを成形して三次元物体を形成する方法を提供する。本方法は、雄型を用いて三次元造形フィルムを形成してから、三次元造形フィルムを雄型から雌型へ移動させる工程を含む。移動工程は、三次元造形フィルムを支持した状態で雄型を雌型に位置整合させてから、雄型を三次元造形フィルムから分離させる工程を含む。三次元造形フィルムのさらなる成形、強化、またはそれらの併用処理を雌型中で行うことが可能である。
【００１０】
本発明の他の態様は、三次元物体を提供する。物体は、主要表面と副次表面とを有する三次元造形フィルムに成形された非自立性高分子フィルムを含む。主要表面全体の厚さは、実質的に均一であり、三次元物体の作製に使用される高分子フィルムの厚さに実質的に等しい。副次表面全体の平均厚さは、主要表面全体の平均厚さ未満である。三次元造形フィルムに強化用の固体材料を充填することができる。三次元物体は、基材に物体を固定するための装着系を備えることもできる。
【００１１】
上記の発明の概要は、本発明のそれぞれの開示された実施形態またはすべての実施態様について記載することを意図したものではない。以下に記載の図面および詳細な説明により、これらの実施形態についてより具体的に説明する。
【００１２】
本発明に係る種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を添付の図面に関連させて検討すれば、本発明をより完全に理解することが可能である。
【００１３】
本発明は種々の変更形態および代替形態に適用しうるが、図面ではそれらの特定例を例示的に示した。これらの特定例について詳細に説明する。以下に記載の本発明の実施形態は、網羅しようとするものでもなければ、以下の詳細な説明に開示されている形態そのものに本発明を限定しようとするものでもない。むしろ、実施形態は、他の当業者が本発明の原理および実際を認識し理解しうるように選択され記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、熱成形可能な非自立性高分子フィルムから三次元物体を作製するために使用することのできる熱成形方法を提供する。最初に、雄型を用いて三次元造形フィルムを形成し、次に、雄型で支持した状態で雌型へ移動させる。この三次元物体は、最初に雌型を用いて形成された物体よりも主要表面全体に、より均一な厚さを有する。三次元物体の少なくとも主要表面では、高分子フィルムの表面品質を保持することができる。
【００１５】
いくつかの用途では、高分子フィルムの表面品質が保持された三次元物体に高分子フィルムを熱成形することが望ましい。たとえば、金属化高分子フィルムは、トリムまたはバンパーのようなコンポーネントの自動車産業に有用な種々の三次元物体に熱成形することができる。三次元物体は、金属化高分子フィルムに損傷を与えることなく所望に応じて形成される。亀裂、引裂き、皺、応力白化、摩耗、不均一色などを生じている表面は、一般的には、許容しうるものではない。そのような表面欠陥の生成が原因となって、これまで、金属化高分子フィルムから熱成形することができる三次元物体のサイズおよび種類が制限されてきた。
【００１６】
本明細書中で使用する場合、「金属化高分子フィルム」とは、ポリマー層の少なくとも一部分に直接的または間接的に隣接して少なくとも１層の金属含有層を含む多層フィルムを意味する。いくつかの実施形態では、金属含有層は高分子材料を含まない。たとえば、金属含有層は、高分子層に結合されているかまたは他の形で堆積されている金属または合金の連続層を含有しうる。
【００１７】
いくつかの従来の熱成形プロセスにおいて、雌型キャビティー中で高分子フィルム（たとえば、金属化高分子フィルムのような装飾フィルム）を真空熱成形することにより、三次元物体を作製することができる。次に、硬化して支持体を形成するキュア性流体（たとえば、高分子材料）を成形フィルムに裏側充填する。雌型キャビティー内で熱成形する場合、高分子フィルムの上表面（すなわち、雌型キャビティーを覆うように延在するが成形前に雌型キャビティーの表面に接触していないフィルムの領域）が最も多く延伸される傾向がある。フィルムを雌型表面に接触させたときに延伸が生じると、高分子フィルムから形成される物体の外観が影響を受ける可能性がある。たとえば、延伸された金属化高分子フィルムは、応力白化、クレーズ、亀裂、輝度損失、光沢損失、反射率損失、色濃度損失、またはそれらの組合せを生じる可能性がある。所望の表面外観、たとえば、金属に似た外観（特に、クロムに似た外観）を有する装飾用品を提供するために金属化高分子フィルムを使用する場合、そのような欠陥は特に望ましくないと考えられる。
【００１８】
本発明の一態様は、熱成形可能な非自立性高分子フィルムから三次元物体を形成する方法を提供する。本方法は、雄型を用いて三次元造形フィルムを形成してから、三次元造形フィルムを雄型から雌型へ移動させる工程を含む。移動工程は、三次元造形フィルムを支持した状態で雄型を雌型に位置整合させてから、雄型を三次元造形フィルムから分離させる工程を含む。
【００１９】
本明細書中で使用する場合、「非自立性フィルム」とは、冷却させて成形型から取り出したときにその熱成形形状が単独では十分に保持されないフィルムを意味する。非自立性フィルムは、典型的には、自重でつぶれる。いくつかの実施形態では、フィルムの対向支持縁を水平に保持し２５℃で０〜５パーセントの範囲の伸びでぴんと張ったときに、１０ｃｍ×１０ｃｍフィルムサンプルの隣接コーナー間に延在する自由縁が、残りの２つの隣接コーナー間に延在するサンプルの対向支持縁に対して水平位置から下方に約３ｃｍを超えて降下したならば、フィルムは非自立性であるとみなすことができる。いくつかの実施形態では、フィルムサンプルは、水平位置から約５ｃｍを超えてまたは約１０ｃｍを超えて降下する可能性がある。逆に、本明細書中で使用する場合、「自立性フィルム」とは、冷却させて成形型から取り出したときにその熱成形形状を単独で十分に保持することができるフィルムを意味する。
【００２０】
高分子フィルムは熱成形プロセス時に延伸される可能性がある。高分子フィルムが受ける最大量の延伸は、典型的には、三次元物体の視覚的にそれほど有意でない領域で、たとえば、副次表面（側部表面や縁など）に沿って生じる。最小量の延伸は、典型的には、三次元物体の視覚的に有意な領域で、たとえば、主要表面（すなわち、主要表面である上表面）に沿って生じる。したがって、視覚的に有意な表面に対して高分子フィルムの表面特性を熱成形プロセス時に保持することができる。
【００２１】
最小量の延伸が典型的には三次元物体の視覚的に最も有意な領域で生じるので、本発明によれば、熱成形可能な高分子フィルムに組み入れることができる材料の実用的な範囲が拡大され、他の方法では熱成形用途に不向きであると考えられるより低い延性の材料の使用が可能になる。従来の熱成形方法を用いると損傷を受けやすいと考えられる金属化高分子フィルムの場合、本発明の熱成形方法によれば、三次元物体に組み入れることができる（したがって、模擬することができる）金属および金属合金の範囲を拡大することができる。
【００２２】
さらに、本発明によれば、表面特性を過度に劣化させることなく非自立性高分子フィルムを成形しうる輪郭の範囲を増大させることができる。たとえば、満足な外観を有する部品を得るために、従来のプロセスでは、３：１の幅対深さ比、約３０度超の抜き勾配、および約２ｍｍ以下の深さを有する部品の作製に制限させることが判明した。これに対して、本発明の方法では、これらの制限が緩和され、そのようなフィルムから製造することのできる部品および構成の範囲が拡大する。より小さい幅対深さ比（たとえば、２：１または１：１）および約３０度未満の抜き勾配を有する感じの良い外観を有する物品を得ることができる。本明細書中で使用する場合、「抜き勾配」とは、三次元物体の側部表面に平行な線と上表面（すなわち、主要表面）に垂直な線とのなす角度を意味する。形成される物品のサイズにもよるが、たとえば約８ｍｍまで、深さを増大させることができる。
【００２３】
熱成形可能な非自立性高分子フィルム
非自立性高分子フィルムは、典型的には、約１００ミル（約２．５４ｍｍ）までの厚さを有する。たとえば、フィルムに約０．５〜約１５ミル（約０．０１〜約０．３８ｍｍ）または約１〜約５ミル（約０．０２〜約０．１３ｍｍ）の範囲の厚さをもたせることができる。非自立性高分子フィルムは、より大きい整合性を示す傾向があり（すなわち、熱、圧力、および／または真空を加えたときに、より大きい柔軟性、伸張性、および可撓性を示す傾向があり）、より厚肉のフィルム対応物と比較して、熱成形後により細かい細部およびより鮮明に規定された特徴部を呈する傾向がある。
【００２４】
高分子フィルムは、典型的には、成形型表面の輪郭に当接して延伸される十分な伸び特性を有する。フィルムに必要とされる伸び率は、用途により異なる可能性がある。場合により、フィルムは、約１５パーセントまで、約５０パーセントまで、約１００パーセントまで、約２００パーセントまで、約４００パーセントまで、またはそれ以上の伸びを有する。一般的には、より深い溝を有する物品では、より大きい伸張性のフィルムを使用することが好ましい。場合により、高分子フィルムは、約１００パーセント〜約４００パーセントの範囲の伸びを有する。伸びパーセントは、典型的には、熱成形プロセス時に使用される成形型温度に対応する温度で決定される。この温度は、室温〜約１２０℃の範囲または約６０℃〜約８５℃の範囲をとりうる。温度は、熱成形可能な高分子フィルムの組成に依存して変化するであろう。また、高分子フィルムが軟化する範囲の温度を選択することが可能である。
【００２５】
高分子フィルムのヤング率は、フィルムの剛性の尺度になりうるとともに、フィルムの取扱適性の指標となりうる。ヤング率とは、材料の弾性領域の範囲内で長手方向の応力を荷重方向に沿った歪みで割った値を意味する。ヤング率は、引張弾性率と称することができる。本発明を実施する際、熱成形可能な高分子フィルムは、典型的には、約５００ｐｓｉ（約３メガパスカル）〜約２００，０００ｐｓｉ（約１３８０メガパスカル）の範囲のヤング率を有する。たとえば、ヤング率は、約１０００ｐｓｉ〜約１００，０００ｐｓｉ（約６．８〜約６９０メガパスカル）の範囲または約１５００ｐｓｉ〜約５０，０００ｐｓｉ（１０〜約３４５メガパスカル）の範囲をとりうる。
【００２６】
熱成形可能な高分子フィルムは、単層構成または多層構成をとりうる。フィルムは、１種以上のポリマーから生成させたものであってもよいし、１種以上のポリマーと他の物質との複合体であってもよい。他の材料、たとえば、無機の粒子もしくはフィルム、金属、金属合金、金属間組成物、有機材料、従来の添加剤、またはそれらの組合せを、高分子フィルムに組み入れることができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、高分子フィルムは装飾フィルムである。装飾フィルムは、多種多様な表面外観をもたせることができる。たとえば、表面が塗装されているように見えたり、木目を有するように見えたり、クロム様仕上げのような金属仕上げを有するように見えたり、紙もしくは羊皮紙であるように見えたり、石もしくはセラミック材料であるように見えたり、皮革もしくは他のテキスタイルであるように見えたり、１つ以上のグラフィック要素もしくはパターンを有するように見えたり、英数字情報を含有するように見えたり、再帰反射するようにもしくは鏡のように見えたり、蛍光性もしくは燐光性であるように見えたり、真珠光沢があるように見えたり、光沢があるように見えたり、マット化もしくは他のテクスチャー加工が施されているように見えたり、またはそれらが組み合わさって見えたりするようにできる。
【００２８】
図１は、本発明に従って熱成形することができる熱成形可能な高分子フィルム５０の一実施形態である。熱成形可能なフィルム５０は、外表面５２と内表面５４とを有する。外表面５２は、熱成形可能なフィルムから形成される物品の外表面に対応する。同様に、内表面５４は、熱成形可能なフィルムから形成される物品の内表面に対応する。熱成形可能なフィルム５０は、多層構成を有し、第１の表面５８と第２の表面６０とを有する装飾層５６を含む。任意の第１のプライマー層６８（タイ層とも称される）は、装飾層５６の第１の表面５８上に位置する。透明保護層６２は、プライマー層６８上に位置する。第１のプライマー層６８は、装飾層を保護するうえである程度役立つだけでなく、装飾層５６を保護層６２に固着させるうえでも役立つ。第２のプライマー層７０は、装飾層の第２の表面６０上に配設することができる。第２のプライマー層７０により、任意の強化材料またはバッキング材料（図示せず）、基材などのような他の材料への装飾層５６の固着を促進することができる。フィルムの種々の層は、１層以上のサブ構成層から形成することが可能である。たとえば、この代表的な実施形態の透明保護層６２は、内側クリアコート層６４および外側クリアコート層６６を含む。
【００２９】
装飾層５６は、所望の外観を有する外表面５２を提供するように熱成形可能なフィルム５０に組み入れることができる。装飾層５６は、典型的には、透明保護層６２を介して少なくとも部分的に視覚的に識別可能である。装飾層５６は、連続であっても不連続であってもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、装飾層５６は、金属外観を有するフィルム５０の外表面５２の少なくとも一部分を提供する金属含有層の形態をとる（すなわち、フィルム５０は金属化高分子フィルムであってもよい）。金属含有層は、気相堆積、スパッタリング、イオン堆積などのような好適な堆積技術により形成することができる。どんな種類の金属組成物を使用するかに依存して、金属含有層は、不透明になったり、高反射性になったり、かつ／または研磨された鏡のような仕上げを示したりしうる。金属化高分子フィルムは、光学濃度のような性質により特性づけることができる。金属化高分子フィルムが不透明な場合、フィルム５０は、典型的には、イエローフイルターを用いてマクベス（ＭａｃＢｅｔｈ）ＴＤ９３０濃度計で測定したときに約０．９〜約３．０の範囲の光学濃度を有する。
【００３１】
金属含有層を形成するのに使用される金属、合金、および／または金属間組成物のタイプは、広範な金属材料から選択することが可能である。好適な金属材料の例としては、たとえば、スズ、アルミニウム、インジウム、ニッケル、鉄、マンガン、バナジウム、コバルト、ジルコニウム、金銅、銀、クロム、亜鉛、それらの合金、またはこれらの組合せ物が挙げられる。従来の熱成形方法で使用される金属化高分子フィルムは比較的延性のある金属組成物に限定される傾向があるが、本発明によれば、脆すぎて他の方法では熱成形可能なフィルムに組み入れることができないと考えられる金属含有層を高分子フィルム中で使用することが可能である。
【００３２】
金属含有層は、典型的には、約５０オングストローム〜約２５００オングストロームの範囲の厚さを有する。金属含有層の厚さが約３００オングストローム〜約１２００オングストロームの範囲または約３５０オングストローム〜約８００オングストロームの範囲にある場合、十分な不透明度を達成することができる。厚さを変化させることにより、物品の最終的外観を所望に応じて変化させることができる。たとえば、コーティングをより厚くすれば、よく研磨された外観を生じる傾向を示す。本発明を実施する際、金属層の厚さは、典型的には、高分子フィルムの熱成形性にほとんど影響を及ぼさないように選択される。
【００３３】
透明保護層６２は、装飾層５６上に位置し、典型的には、１層以上の保護クリアコー層６４および６６を含む。本明細書中で使用する場合、「透明」という用語は、少なくとも光の一部分を透過する材料を意味する。いくつかの実施形態では、透明材料は、光の５０パーセント超、７５パーセント超、９０パーセント超、９５パーセント超、または１００パーセントを透過する。
【００３４】
保護層６２の１層以上のクリアコート層６４および６６は、次の性質、すなわち、耐摩耗性、所望に応じて高光沢もはくは低光沢、着色、所望に応じて高反射性もしくは低反射性、耐候性、レジリエンス（ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｙ）、耐紫外線性、酸化防止性、耐水性、耐溶剤性、および／または他の性質のうちの１つ以上を提供することのできる多種多様な好適な光透過性保護材料から形成することが可能である。クリアコート層６４および６６は、典型的には、下側装飾層５６が見えるように透明である。
【００３５】
さまざまなクリアコート層が公知であり、本発明を実施する際に使用することができる。適切なクリアコート層の一例としては、米国特許第５，９６８，６５７号明細書に記載されているようなポリメチル（メタ）アクリレートまたはポリメチル（メタ）アクリレートのようなアクリル樹脂中に分散されたポリビニリデンフルオリドのような熱可塑性フッ素化ポリマーが挙げられる。他の適切な保護層としては、米国特許第６，０７１，６２１号明細書などに記載されているようなポリカーボネートおよびポリウレタンが挙げられる。いくつかの実施形態では、保護層をキュアさせて伸張性架橋フィルムを提供することができる。
【００３６】
クリアコート層６４および６６は、場合により、所望の最終目的を達成するために典型的に使用される量で他の添加剤を含有しうる。そのような添加剤としては、酸化防止剤、ＵＶ安定剤、顔料、可塑剤、光沢調整剤、均染剤、帯電防止剤、殺細菌剤、殺真菌剤、充填剤、レオロジー改変剤、これらの組合せなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
特に装飾層が金属外観を有する場合、下側装飾層の反射性鏡様外観を良くするなどのさまざまな目的に内側クリアコート層６４を使用することができる。内側クリアコート層６４は、脂肪族ポリウレタンのような溶液流延ポリウレタンから形成することが可能である。溶剤系塗料を用いると、典型的には、フィルムの全体的伸び特性を損なうことなく金属含有層を堆積させるための平滑表面が得られる。溶剤系塗料はまた、脂肪族イソシアネートを選択したときに、耐候性を提供するうえで役立つことができる。内側クリアコート層６４は、典型的には、約５〜約５０マイクロメートルの範囲の厚さを有する。
【００３８】
溶剤系ポリウレタン前駆体は、商品名「デスモフェン（ＤＥＳＭＯＰＨＥＮ）」としてペンシルバニア州ピッツバーグのバイエル・コーポレーション（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）から市販されている。適切な製品としては、たとえば、ポリエステルポリオール（たとえば、製品番号製品番号６３１Ａ、６５０Ａ、６５１Ａ、６７０Ａ、６８０，１１００，１１５０）、ポリエーテルポリオール（たとえば、製品番号５５０Ｕ、１６００Ｕ、１９００Ｕ、１９５０Ｕ）、およびアクリルポリオール（たとえば、製品番号Ａ１６０ＳＮ、Ａ３７５、Ａ４５０ＢＡ／Ｘ）が挙げられる。クリアコートは、１種以上のポリオールをイソシアネートと反応させてポリウレタンを生成させることにより形成することができる。イソシアネートは、商品名「モンジュール（ＭＯＮＤＵＲ）」および「デスモジュール（ＤＥＳＭＯＤＵＲ）」として、たとえば、デスモジュールＸＰ７１００およびデスモジュール３３００として、バイエル・コーポレーション（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐ．）から市販されている。
【００３９】
外側クリアコート層は、米国特許第６，０７１，６２１号明細書に記載されているような脂肪族水性ポリウレタン樹脂を含む分散体から形成することができる。外側クリアコート層は、典型的には、約０．５ミル〜約３ミルの範囲の厚さを有する。外側クリアコートは、良好な環境安定性を呈しうる保護コーティングを提供する。市販の脂肪族水性ポリウレタンとしては、商品名「ネオレズ（ＮＥＯＲＥＺ）」（たとえば、ネオレズＸＲ９６９９、ＸＲ９６７９、およびＸＲ９６０３）としてアビシア（Ａｖｅｃｉａ）（オランダ国ワールワイク（Ｗａａｌｗｉｊｋ）にある）から、または商品名「バイヒドロール（ＢＡＹＨＤＲＯＬ）」（たとえば、バイヒドロール１２１）としてバイエル・コーポレーションから入手可能な材料が挙げられる。ポリウレタン組成物は、典型的には、少量（たとえば、約２．５％未満）の架橋剤（たとえば、ジアジリジン）を含む。市販のジアジリジンの例は、アビシアから入手可能なネオクリル（ＮＥＯＣＲＹＬ）ＣＸ−１００である。
【００４０】
プライマー層６８および７０は、強化材料またはバッキング材料（図示せず）、クリアコート層、基材などのような他の材料に装飾層５６を固着させるのに役立つ。プライマー層６８および７０は、それぞれ、典型的には、約１００マイクロメートルまでの厚さを有する。いくつかの実施形態では、厚さは、５〜約３０マイクロメートルまたは約６〜約１３マイクロメートルの範囲にある。プライマー層６８および７０の組成は、典型的には、使用する装飾層５６のタイプおよび装飾層５６の固着対象の材料（もし存在するならば）のタイプに依存する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、装飾層５６は、保護層および高分子強化層（たとえば、ポリウレタン強化層）に固着させることのできる金属含有層（たとえば、スズまたはスズ合金の気相堆積金属層）を含む。そのような装飾層と併用しうるプライマー層６８および７０としては、たとえば、（１）欧州特許第０，３９２，８４７Ｂ１号明細書に記載されているポリアミドタイ材料、（２）ヒドロキシ官能性のポリウレタンまたはビニル樹脂（たとえば、ダウ・コーポレーション（Ｄｏｗ Ｃｏｒｐ．）から入手可能なＶＡＧＨコポリマー）のようなヒドロキシ官能性ポリマー、（３）ダウ・コーポレーションから入手可能なＶＭＣＨのようなカルボキシ官能性ポリマー、（４）アミン官能性ポリマー、および／またはそれらの組合せのうちの１つ以上が挙げられる。プライマー層６８および７０は、同一組成であっても異なる組成であってもよい。
【００４２】
他の実施形態では、プライマー層は、半結晶性領域および極性領域を有する架橋された接着性ポリマーを含有しうる。そのような接着性ポリマーは、照射されたプライマー組成物および熱成形可能なフィルムにおけるその使用（ＩＲＲＡＤＩＡＴＥＤ ＰＲＩＭＥＲ ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＵＳＥ ＴＨＥＲＥＯＦ ＩＮ ＴＨＥＲＭＯＦＯＲＭＡＢＬＥ ＦＩＬＭＳ）という名称で２００１年１０月３１日に出願された米国特許仮出願第６０／３３６，４４９号明細書に記載されている。架橋された接着性ポリマーは、典型的には、架橋されていない対応物と比較して同一の伸びパーセントでより低い引張強度を有する。特に、最大伸びパーセントにおける架橋された接着性ポリマーの引張強度は、架橋されていない対応物と比較して減少する傾向がある。より低い引張強度であるため、典型的には、架橋された接着性ポリマーを熱成形することがより容易になる。
【００４３】
本明細書中で使用する場合、「最大伸び」とは、（ｉ）ポリマーフィルムの破断点伸びまたは（ｉｉ）４００％の伸び、のうちの小さいほうの伸びパーセントを意味する。
【００４４】
本明細書中で使用する場合、「半結晶性」という用語は、結晶性の領域とアモルファス性の領域とを有する材料を意味する。接着性ポリマーに対する「結晶性」という用語は、ポリマーが示差走査熱量計（ＤＳＣ）プロット中に少なくとも１つの吸熱ピークを呈することを意味する。これに対して、結晶性領域をまったく含まない「アモルファス」材料は、典型的には、ＤＳＣプロット中に吸熱ピークを示さない。
【００４５】
本明細書中で使用する場合、「架橋」という用語は、一方のポリマーまたはポリマーの一部と他方のポリマーまたはポリマーの一部との間の結合の形成を意味する。本発明のプライマー層に含まれる接着性ポリマーは、典型的には、遊離基中間体の形成により架橋される。適切な架橋方法は、たとえば、化学薬剤、化学線、または電離放射線の使用を含む。
【００４６】
半結晶性接着性ポリマーとしては、たとえば、オレフィン系材料を極性基含有モノマーと反応させることにより生成されるコポリマーを用いることができる。接着性ポリマーのオレフィン部分は、典型的には、本質的に半結晶性である（すなわち、オレフィン部分は、結晶性領域とアモルファス領域の両方を有する）。オレフィン系材料は、たとえば、エチレン、プロピレン、イソブチレン、またはそれらの組合せのようなモノマーの遊離基重合により生成させることができる。いくつかの実施形態では、オレフィン系材料としては、エチレン性不飽和を有するオレフィン系モノマーが挙げられる。たとえば、接着性ポリマーとしては、ポリエチレンオリゴマーまたはエチレンモノマーを極性基含有モノマーと反応させることにより生成されるコポリマーを用いることができる。接着性ポリマーのオレフィン部分は、架橋させることが可能である。いくつかの実施形態では、接着性ポリマーは、オレフィン部分のアモルファス領域で架橋する。
【００４７】
架橋性部分は、典型的には、接着性ポリマーの半結晶性成分の一部分である。たとえば、ポリマーは、高分子主鎖のオレフィン部分から第二級水素を引き抜くことにより架橋させることができる。水素原子を引抜くと、遊離基中間体が生成する。遊離基中間体は、他のオレフィンラジカルまたは追加のポリマーと一緒になってより高分子量のポリマーを生成することができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、接着性ポリマーを架橋させるために電子ビーム線が使用される。放射線量は、典型的には、約１０ミリラド未満である。たとえば、線量は、約０．１〜約１０ミリラドの範囲または約３〜約７ミリラドの範囲をとりうる。放射電圧は典型的には約６００キロボルトまでである。たとえば、電圧は、約２５〜約６００キロボルト、約５０〜約３００キロボルト、または約１００〜約２００キロボルトの範囲をとりうる。より高い電圧を用いれば、接着性ポリマーの厚さのより深くまで進入させることができる。
【００４９】
プライマー層中の架橋された接着性ポリマーは、極性領域を有する。極性領域は、高分子主鎖から直接的または間接的にぶらさげうる極性基または高分子主鎖自体の一部でありうる極性基を含む。いくつかの実施形態では、極性基は、ポリマー主鎖から直接的または間接的にぶらさがっている。極性基により、接着性ポリマーと、広範な他の材料、たとえば、金属含有組成物、セラミックス、ならびに極性官能基および／もしくは極性鎖セグメントまたはこれらの組合せを有する高分子材料と、の間に固着を促進することができる。
【００５０】
極性基の代表例としては、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、ホウ素基、もしくはカルボン酸基のような酸、これらの酸をベースとする塩、これらの酸をベースとするエステル、またはそれらの組合せが挙げられる。極性基としてはまた、アミン基、アルコキシ基、ニトリル基、ヒドロキシ基、ウレタン基、第四級アンモニウム基、米国特許第５，０８１，２１３号明細書に記載されているような複素環式部分、これらの組合せなどを挙げることもできる。
【００５１】
一例を挙げると、接着性ポリマーは、エチレン性不飽和を有する約８０〜約９９質量パーセントのオレフィン系モノマーを、アクリル酸もしくはその塩、（メタ）アクリル酸もしくはその塩、またはそれらの組合せのような約１〜約２０質量パーセントのモノマーと反応させることにより生成されるコポリマーを含む。たとえば、接着性ポリマーは、約９０〜約９７質量パーセントのエチレンと、約３〜約１０質量パーセントのアクリル酸または（メタ）アクリル酸と、を反応させることにより生成させることができる。
【００５２】
米国仮出願第６０／３３６，４４９号明細書に記載されている架橋された接着性ポリマーを含むプライマー層は、本発明の熱成形プロセス時に成形型表面に直接接触させた状態で使用することができる。従来のプライマー層は、典型的には、熱成形時、成形型表面に直接接触させた状態で使用されることはない。なぜなら、そのようなプライマー層は、離型剤の存在下でさえも、成形型に強く固着しすぎる傾向があるからである。従来のプライマー層を成形型から取り出すと、熱成形フィルムに損傷を与える可能性がある。したがって、プライマー層が成形型表面に接触する可能性がある場合、従来のプライマーは、典型的には、図１のプライマー層７０で使用されることはない。
【００５３】
好適な除去性を有するほかに、架橋された接着性ポリマーを含有するプライマー層は、多層フィルムの一方の層を他方の層に固着させることができるかまたは高分子フィルムを強化材のような他の材料に固着させることができる。たとえば、極性基および／または水素結合性基を含有するポリマー（たとえば、ポリウレタンポリマーなど）に金属含有層を固着させるためにプライマー層を使用することができる。
【００５４】
接着性ポリマーは、熱成形可能なフィルムに組み入れる前または組み入れた後のいずれかで架橋させることができる。たとえば、押出などによりプライマー層をあらかじめフィルムの形に作製しておき、次に、熱成形可能なフィルムの１層以上の層に固着、積層、または他の方法で接合させることができる。いくつかの実施形態では、熱成形可能な高分子フィルムに組み入れた後、プライマー層に電子ビームを照射して接着性ポリマーを架橋させることができる。
【００５５】
図１のフィルムの実施形態は、任意の好適な方法を用いて作製することができる。代表的な一方法によれば、外側クリアコート層６６の成分および／または前駆体を含むコーティング可能な流体を剥離ライナー上にキャスティングするかもしくは他の方法でコーティングし、乾燥および／またはキュアさせる。同じように、内側クリアコート層６４は、それらの所望の成分または前駆体を含むコーティング可能な流体から外側クリアコート層６６を覆うように形成することができる。次に、任意のプライマー層６８を内側クリアコート層上に配設することができる。プライマー層は、塗布、積層などにより形成することができる。次に、装飾層５６をプライマー層上に場合に応じて塗布または積層する。装飾層が金属である場合、好ましくは、たとえば、スパッタリング、気相堆積、イオンビーム堆積、または化学気相堆積のような好適な技術を用いて、金属層を形成する。第２のプライマー層７０は、装飾層上に配設することができる。第２のプライマー層は、塗布、積層などにより形成することができる。
【００５６】
図１に示されるように、熱成形可能なフィルムは、２層以上のプライマー層を含有することができる。本発明の熱成形可能なフィルムのいくつかの実施形態では、１層のプライマー層だけを使用する。プライマー層は、たとえば、装飾層に隣接して存在させうる。プライマー層は、装飾層のいずれかの表面上に存在させうる。たとえば、プライマー層は、保護層のような他方の層に装飾層を接合するために使用することができる。この例では、装飾層と保護層との間にプライマー層を介在させることができる。他の例では、プライマー層は、熱成形可能なフィルムの外層でありうる。プライマー層は、たとえば、最終熱成形物品において目に見えない装飾層の表面に接合させることができる。熱成形可能なフィルムの外層として存在するプライマー層は、たとえば、強化材を熱成形造形物に接合させるために使用することができる。
【００５７】
装飾層を含むいくつかの熱成形可能なフィルムでは、２層の高分子層間に装飾層を配設することができる。それぞれの高分子層は、架橋ポリマーを含有しうる。たとえば、２層の架橋されたプライマー層間または架橋されたプライマー層と架橋された保護層との間に装飾層を介在させることができる。
【００５８】
装飾層と保護層の両方を含む熱成形可能なフィルムは、１層以上のプライマー層を含有しうる。たとえば、熱成形可能なフィルムは、プライマー層−装飾層−保護層、装飾層−プライマー層−保護層、またはプライマー層−装飾層−プライマー層−保護層のような順序で配置された構造を有することができる。いくつかの実施形態では、保護層およびプライマー層を両方とも架橋させる。
【００５９】
本発明を実施するのに好適な他の装飾フィルムについてはまた、特許文献にも記載されている。適切なフィルムが記載されている特許文献の代表例としては、米国特許第６，０７１，６２１号明細書および同第５，２９０，６２５号明細書の各明細書が挙げられる。
【００６０】
熱成形方法およびそれにより作製される物品
図２〜８は、熱成形可能な高分子フィルムを三次元造形フィルムに熱成形することのできる一方法を模式的に示している。図２では、熱成形可能なフィルム７２をロールなどのような適切な供給源（図示せず）から提供し、雄型７４に操作可能に近接させて配置する。一般的には、クランプフレーム７８のような適切な工具を用いてぴんと張った状態でフィルム７２を支持する。形成される物体の視覚的に識別可能な表面に対応するフィルムの外表面８０は、雄型７４に対して外向きに配置される。フィルムの裏側表面８２は、雄型７４に隣接して配置され、雄型の主要表面８６に接触させることができる。雄型７４は、任意の好適な温度に保持することができる（たとえば、温度は、室温〜約１２０℃の範囲または約６０℃〜約８５℃の範囲をとりうる）。所望により追加の加熱機能を提供するために、任意の発熱体（図示せず）（たとえばＩＲヒーター）をぴんと張られたフィルム７２に近接させて配置することができる。
【００６１】
雄型７４は、所望の形状および輪郭を有する１つ以上の雄型成形面（当技術分野では「テーブル」とも称される）を含む。１つ以上の雄型表面の数および相対位置は、形成される造形品の性質、形成される物体が１つ以上の個別要素を含んでいるか、および２つ以上のそのような造形品または物品がフィルムから同時に熱成形されるかなどの因子に依存するであろう。明確にするために、単一の雄型成形面を示す。雄型成形面は、さまざまな高さをもちうるか、丸みを帯びたエッジもしくは鋭いエッジをもちうるか、傾斜しているかもしくは平坦でありうるか、または所望に応じて他の輪郭をもちうる。示されているように、雄型成形面は、１つ以上の側壁８４、主要上表面８６、および側壁と上表面との間の縁の形態の移行ゾーン８８を備える。雄型７４は、実例を示すことを目的として雄型表面を上向きにして示されている。実際には、熱成形プロセスで使用される雄型表面または他の成形型は、所望に応じて、上向き、横向き、または下向きにすることが可能である。
【００６２】
上表面８６は、成形型の「主要表面」とみなすことができる。本明細書中で使用する場合、成形型の主要表面は、本発明の熱成形方法を用いて成形して得られる三次元物体の視覚的に識別可能な部分に対応する。すなわち、三次元物体または三次元造形フィルムの主要表面（たとえば、図３〜８の領域７５）は、図２に示されるように、三次元造形フィルムを最初に形成する前に雄型に接触させるフィルム７２の部分（すなわち、雄型７４の主要表面８６上に位置するフィルムの部分）から形成される。
【００６３】
これに対して、雄型の「副次表面」は、本発明の熱成形方法を用いて成形して得られる三次元造形フィルムまたは物体の視覚的にそれほど識別可能でない部分に対応する。すなわち、雄型の副次表面は、側壁８４および側壁８４とクランプ７８との間の成形型の表面を含む。得られる三次元造形フィルムまたは三次元物体の副次表面（たとえば、図３〜８の領域７６）は、図２に示されるように、雄型に接触させない状態で雄型の副次表面を覆うように懸架されたフィルムの部分から形成される。
【００６４】
図２に示される雄型は、フィルムの外表面上にプライマー層を有していない熱成形可能な高分子フィルムと併用することができる。外層として従来のプライマー層を有する熱成形可能な高分子フィルムは、それが接触するいかなる成形型表面にも強力に固着する傾向がある。フィルムを引き裂くことなく、従来のプライマー層を有する高分子フィルムを成形型から取り出すのは、難しいと考えられる。成形型表面に剥離剤が施されている場合でさえも、従来のプライマーは、固着する可能性ある。したがって、外層としての従来のプライマー層を含有する高分子フィルムを用いる場合、図２または３の場合と同じように雄型を用いてフィルムを熱成形することはないであろう。
【００６５】
これに対して、米国仮特許出願第６０／３３６，４４９号明細書に記載されているようなプライマー層は、熱成形可能なフィルムの外層として使用することができる。そのようなプライマー層は、成形型表面に付着する傾向が小さく、本発明の熱成形方法で雄型に隣接させることができる。そのようなプライマー層は、たとえば、強化材のような種々の材料を熱成形フィルムに固着させるためのタイ層として使用することができる。プライマーは、極性基および／または水素結合性基を有するポリマー（たとえば、ポリウレタンポリマーなど）を熱成形可能な高分子フィルムに結合させるのに特に有用である。
【００６６】
図３では、熱成形可能な高分子フィルム７２は、従来法により、たとえば、中程度の加熱を行って加圧下および／または真空下で、雄型の表面に当接させて整合される。これは、クランプフレーム７８、雄型７４、またはその両方を移動させることにより行うことができる。いくつかの実施形態では、真空によりフィルム７２を雄型７４に接触させることができる。したがって、そのような真空成形を容易にするために、雄型は、多孔性であることもあり、かつ／またはチャネル（図示せず）を含むこともある。いくつかの実施形態では、フィルムの外表面に損傷を与える危険性を最小限に抑えるために、加圧は行わない。この最初の熱成形段階は、予備成形段階とみなすことができる。いくつかの実施形態では、三次元造形フィルムは、雌型へ移動させるときにさらに延伸される。他の実施形態では、三次元造形フィルムは、雌型へ移動させるときにさらに延伸されることはないが、強化材の裏側充填を容易にするために雌型へ移動させる。
【００６７】
厚さは、三次元造形フィルム全体にわたって均一ではない。主要表面７５に沿った平均厚さ（すなわち、図３において雄型の主要表面８６に接触するフィルムの部分）は、副次表面７６に沿った平均厚さ（すなわち、図３において側壁８４に隣接するフィルムの部分および側壁８４とクランプ７８との間の雄型表面に隣接するフィルムの部分）よりも大きい。雄型の主要表面８６に隣接する主要表面７５全体のフィルムの厚さは、実質的に均一であり、熱成形前の高分子フィルムの厚さに実質的に等しい。
【００６８】
本明細書中で使用する場合、三次元造形物または物体の主要表面の厚さ、光学濃度、または他の物理的特性について言及するときの「実質的に均一」という用語は、厚さ、光学濃度、または他の物理的特性が主要表面全体に約１０パーセント未満の変動を示すことを意味する。いくつかの実施形態では、厚さ、光学濃度、または他の物理的特性は、主要表面全体にわたり約５パーセント未満または３パーセント未満の変動を示す。
【００６９】
本明細書中で使用する場合、「実質的に等しい」という用語は、比較される性質が約１０パーセント未満異なることを意味する。いくつかの実施形態では、比較される性質は、約５パーセント未満または約３パーセント未満異なる。
【００７０】
雄型を用いてフィルム７２を予備成形する利点は、三次元フィルムの目視検査から自明であると考えられる。従来の成形プロセス（たとえば、雌型表面だけに当接させてフィルムが成形される成形プロセス）では、最大延伸に付されるフィルムの部分は、三次元造形フィルムまたは物体の上表面に沿って延在する傾向がある。その結果、そのような表面は、応力白化、亀裂、クレーズ、輝度損失、光沢損失、反射率損失、色濃度損失などを生じる傾向を示す可能性がある。完成物品では、これらの主要表面は、物品の全外観に影響を及ぼすという点で視覚的に最も有意になる傾向がある。視覚的な品質の損失は、主に物品に所望の表面外観をもたせるために装飾フィルムが使用される実施形態では、望ましくないと考えられる。
【００７１】
これに対して、本発明の方法によれば、視覚的により有意な表面（すなわち、主要表面）は、より高度に保護される。最大延伸に付されるフィルムの部分は、一般的には、雄型の副次表面に隣接して形成される部分である。このようにすると、三次元造形フィルムの主要表面７５（すなわち、雄型７４の主要成形型表面８６に隣接する表面）の視覚的品質を実質的に保持することができる。最小量の伸びを生じるフィルムの部分は、主要表面である。実用的結果として、本熱成形方法は、延伸に起因する外観欠陥を視覚的な有意性の低い領域にシフトさせる傾向がある。
【００７２】
副次表面（たとえば、側部表面および縁）は典型的には主要表面（すなわち、上表面）よりも大きな延伸を受けるが、それらは得られる三次元物体の主要表面と比較して視覚的にそれほど有意ではないので、これらの副次表面上の伸びは許容しうると考えられる。その結果、反射率、輝度、色濃度、ヘイズなどの損失は、主要表面全体に生じるのではなく、副次表面全体に生じる。
【００７３】
フィルムを雄型７４に当接させて三次元造形フィルムに成形した後、三次元造形フィルム７２を雌型９０へ移動させる。雌型は、任意の好適な温度に保持することができる（たとえば、温度は、典型的には、室温〜約１２０℃の範囲または約６０℃〜約８５℃の範囲である）。この移動は、典型的には、図４および５に示されるように、雄型７４から雌型９０に直接行われる。移動工程中にフィルム７２を支持するように雄型７４を使用することにより、移動を行うために別の中間支持部材を使用する必要性を回避することができる。工具コンポーネント間のいかなる追加の移動段階も、破損しやすい熱成形可能なフィルムに損傷を与える危険性を増大させる。移動のこの部分で雄型７４を用いて予備成形シートを支持すれば、三次元造形フィルムの熱成形形状が保持され、本発明を実施する際、可撓性非自立性フィルムを容易に使用することができる。熱成形可能なフィルムが装飾用非自立性フィルムである場合、成形型間のこの直接移動は、特に有利である。適切な支持体を用いることなく雄型から取り出した場合、非自立性フィルムは、典型的には、予備成形形状を十分に保持しない。
【００７４】
図４では、典型的には依然として三次元造形フィルム７２を保持および支持しつつ真空下に置かれている雄型７４は、対応する雌型９０に位置整合させた状態で係合されている。いくつかの実施形態では、雌型は、雄型とほぼ同一の温度で加熱される。
【００７５】
成形型の一方は、他方の対応するアパーチャーおよび／または突起にそれぞれ係合する位置整合突起（たとえば、ピン）および／またはアパーチャー（たとえば、孔）を備えることができる。一般的には、２つの成形型は、キャビティー成形型の２つのダイハーフを一体化させる方法と類似の方法で位置整合される。雌型９０は、一般的には、雄型上の１つ以上の雄型表面にそれぞれ対応する１つ以上の雌型キャビティーを備える。たとえば、図４および５に示されるように、雌型９０は、雄型７４の主要表面８６に対応する主要表面９６および雄型７４の側壁８４に対応する側壁９４を有する。「側壁」および「上端」について言及されている場合、図示されているように雌型９０が上向きのときのキャビティー壁の向きを意味する。成形型９０が他の方向を向いている場合、これらと同一の言及を行いうる。
【００７６】
２つの成形型を一体化させる場合、三次元造形フィルムを保持する雄型表面は、雌型キャビティーに嵌挿される。雌型キャビティーは、少なくともフィルム７２の厚さだけ雄型表面に対してオーバーサイズである。典型的には、２つの成形型を一体化させたときにフィルムの過度の摩擦、摩耗、引裂き、またはその他の損傷が起こらないように十分なクリアランスを設けて、種々の成形型のサイズが設定される。すなわち、雌型キャビティーは、典型的には、フィルム７２に損傷を与えることなく成形型間にフィルム７２を配置するのに十分な程度にオーバーサイズである。雄型表面と雌型キャビティー内のフィルムとの嵌合は、密嵌ではなく遊嵌である。
【００７７】
いくつかの実施形態では、フィルム７２の外表面８０が雌型キャビティーの壁から離間して配置されるように、雌型は、雄型に対して十分にオーバーサイズである。この距離は、好ましくは、大きすぎたり小さすぎたりしない。距離が大きすぎる場合、雄型から雌型へ移動させるとき、主要フィルム表面は、延伸されすぎる可能性がある。この延伸により、これらの表面の外観は過度に損なわれるおそれがある。成形型間のギャップのサイズは、形成される物体のサイズおよび形状に依存する。いくつかの実施形態では、約１ｍｍまでのギャップを設けるように、雌型のサイズを設定することができる。いくつかの実施形態では、ギャップは、約０．５ｍｍ未満、約０．３ｍｍ未満、または約０．２２ｍｍ未満である。
【００７８】
雌型および雄型を一体化して配置した後、図５に示されるように、予備成形シート７２を支持雄型７４から雌型９０に直接移動させる。これは、雌型への圧力印加および／または雌型９０への真空印加のような任意の好適な技術を用いて行うことができる。いくつかの実施形態では、雌型への真空印加を行うことにより、フィルムの外表面に損傷を与える危険性を最小限に抑えることができる。プライマー層が熱成形可能なフィルムの外層である場合、そのような真空移動を容易にするために、雌型９０は多孔性であってもよいしかつ／またはチャネルを備えていてもよい（図示せず）。たとえば、成形型を位置整合させた後、図５に示されるように、雄型を雌型から抜き取とる間、雌型がフィルム７２を支持するように、雄型７４に加わる真空を開放し雌型に真空を印加することができる。雄型表面に隣接していた表面８２は、この時点で露出し、雄型に接合されていたときに露出していた表面８０は、この時点で雌型に隣接する。
【００７９】
いくつかの実施形態では、フィルム７２を雌型９０へ移動させるとき、雌型成形面に整合するようにフィルム７２を追加の熱成形に付すことができる。このとき、追加の熱成形の結果として、副次的ではあるがフィルムのいくらかのさらなる伸びを生じる可能性がある。
【００８０】
形成されたシートの主要表面７５の領域に沿った延伸率は、雄型を用いて予備成形することなく直接雌型を用いて類似の造形物を形成するプロセスと比較して低減される。たとえば、プラグアシストなしで雌型を用いて三次元造形フィルムを形成した場合、主要表面に沿ったフィルムの平均厚さ変動は、約２２パーセントである。主要表面の厚さは、典型的には、熱成形前のフィルムの厚さ未満である。これに対して、本発明の方法を用いた場合、主要表面に沿った平均厚さ変動はわずか約２パーセントであることが観測された。このように１０倍の改良がなされることから、本発明を実施する際、フィルムの原厚寸法はかなりの程度まで保持されることが示唆される。厚さの減少は、フィルムの輝度、色濃度、反射率、および他の重要な視覚的に観察可能な性質の損失に直接関連するので、当然のことながら、本発明に従って形成されるフィルムは、そのような品質をかなり高レベルで保持することが分かる。
【００８１】
上記の熱成形プロセスを用いて作製される物品はまた、プラグアシスト法を用いて作製される物品とも異なる可能性がある。プラグアシスト熱成形方法では、掴持され加熱されたフィルムを成形型に押し込むためにプラグまたはプランジャーを使用する。それにより、表面全体にフィルムの実質的かつ均一な伸びを生じる傾向がある。プラグアシスト法を用いた場合、全厚は、熱成形造形物全体にかなり均一になる傾向がある。主要表面に沿った厚さは、副次表面に沿った厚さと実質的に等しく、主要表面と副次表面との間の移行領域の厚さと実質的に等しい。しかしながら、厚さは、典型的には、三次元物体の作製に使用されるフィルムの厚さ未満である。これに対して、本発明の方法によれば、図３〜８に示されるように、主要表面上では均一な厚さを有するが成形型に整合させてフィルムが延伸される領域ではより薄肉のセクションを有する造形物が得られる。他の顕著な特徴は、三次元物体の主要表面のフィルムの厚さが熱成形前のフィルムの厚さとほぼ同一であるということである。
【００８２】
三次元造形物の厚さは、ポリマーフィルムが熱成形プロセス時に受ける歪みと相関関係を示す。副次表面全体の平均歪みは、主要表面全体の平均歪みよりも大きい可能性がある。熱成形可能なフィルムが金属高分子フィルムである場合、光学濃度もまた、三次元造形フィルムの厚さと相関関係を示しうる。主要表面全体の平均光学濃度は、副次表面全体の平均光学濃度よりも大きくなる可能性がある。主要表面全体の光学濃度は、実質的に均一である可能性があり、三次元造形フィルムの作製に使用される高分子フィルムの光学濃度に実質的に等しい可能性がある。
【００８３】
雌型から取り出す前に熱成形フィルムを強化することができる。強化のタイプおよび強化を行うために用いられる方法は、形成された造形物の性質に依存するであろう。
【００８４】
図６は、強化された熱成形造形物の一実施形態を示している。雌型９０で支持した状態で硬化性流体１００を熱成形フィルム７２に裏側充填することにより、フィルムの成形形状を保持することができる。裏側充填は、任意の好適な技術を用いて、たとえば、射出成形、押出、キャスティングなどにより行うことが可能である。たとえば、米国特許第６，０８３，３３５号明細書には、射出成形を用いて裏側充填を行う方法が記載されている。しかしながら、過度の成形圧力により熱成形フィルムの外観を損ねる可能性があるので、外観が重要な実施形態では、典型的には、適切な低圧を用いて裏側充填が行われる。そのような実施形態では、射出成形法または押出法の使用は典型的には回避される。なぜなら、これらの方法では、フィルムの表面外観に影響を及ぼす可能性のある熱および圧力が必要とされるからである。キャスティング法を用いれば、フィルムへの損傷を最小限に抑えて熱成形造形物を強化することができる。キャビティーに充填した後、流体をそのまま硬化させるかまたは硬化を誘発することにより、成形型から取り出したときに成形シートを支持するのに役だつ物体にする。プライマー層は、得られた強化物体にフィルムを固着させるのに役立つ。
【００８５】
裏側充填流体の性質は、得られる物体の所望の性質に依存してケースごとに異なる可能性がある。非平面状表面に整合できるようにすることを目的とする場合、所望に応じて流体を硬化させてエラストマー性材料または可塑的変形性材料を成形する。たとえば、物体が乗物用のネームプレートである代表的な状況下では、同一のネームプレートを作製し、次に、異なる湾曲を有するパネルが用いられる複数のタイプの自動車上で使用することができる。乗物ごとに特別に設計された個別のネームプレートは必要でない。平面に接合させるかまたは構造用支持材機能をもたせることを目的とする場合、硬化させるとより剛性の高い非可撓性物体を形成する流体がより望ましいこともある。
【００８６】
裏側充填強化用に用いられる典型的な流体としては、一般的には、１種以上のポリマーおよび／またはポリマー前駆体が挙げられる。場合に応じて、ポリマーおよび／または得られるポリマーの代表例としては、１種以上のエポキシ、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミド、ポリシリコーン、フルオロポリマー、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ（メタ）アクリレート、これらのコポリマーなどが挙げられる。いくつかの実施形態では、ポリウレタンポリマーまたはそのようなポリマーを生成する材料が使用される。裏側充填材料は、熱可塑性であっても熱硬化性であってもよい。熱成形温度未満の温度でキュアする熱硬化性物質は、典型的には、フィルムの外観を損ねないように装飾フィルムで使用される。熱硬化性ポリマーおよび／または前駆体は、化学架橋性官能基（たとえば、多官能性イソシアネート架橋剤の存在下でヒドロキシル官能基が架橋したときに生成されるウレタン結合）、エネルギー誘発架橋性官能基（たとえば、カチオン機構または遊離基機構によりキュアするペンダント（メタ）アクリレート基またはエポキシ基）、これらの組合せなどのような１種類以上の硬化性／架橋性官能基を含有しうる。いくつかの実施形態では、フィルムを三次元造形フィルムに熱成形するために使用される温度以下の温度で強化材を硬化させることができる。
【００８７】
裏側充填に使用するのに好適なさまざまな流体が公知でありかつ／または市販されている。裏側充填強化材として使用するのに好適な代表的な材料は、たとえば、欧州特許第３９２，８４７Ｂ１号明細書、米国特許第６，０７１，６２１号明細書、米国特許第５，９６８，６５７号明細書、米国特許第４，１１５，６１９号明細書、国際公開第８８／０７４１６号パンフレットなどの各明細書に記載されている。いくつかの実施形態では、流体は、所望の可撓特性を有するようにかつ熱成形に使用される温度の近傍またはそれ未満の温度で硬化するように調節されたポリウレタンである。
【００８８】
場合により、得られた物体の取付け表面１０２に装着系を配設することができる。いくつかの実施形態では、装着系は、得られた物体を所望の基材に固着および／または固定させる感圧接着剤を含む。これはさまざまな方法で行うことができる。図７に示されるように、一方法では、感圧接着剤またはその前駆体を含む流体組成物を取付け表面１０２上にコーティングし、次に、乾燥させるかまたは他の方法でキュアさせることにより、感圧接着剤１０４の層を設ける。露出した接着剤表面を使用時まで好適な剥離ライナー１０８で保護することができる。任意、取付け表面への固着を増大させるために、取付け表面１０２と接着剤層１０４との間にプライマー層および／またはタイ層または処理（図示せず）を介在させることができる。
【００８９】
取付け表面に装着系を配設するための代替法を図８に示す。両面接着性フォームテープ１１２を取付け表面１０２上に適用することができる。剥離ライナー１１８により外側接着剤表面を保護する。接着剤表面を露出させることが望まれたときに剥離ライナーを除去し、所望の基材に物体を固着させることができる。本発明を実施するのに有用な両面接着テープの一実施形態は、ミネソタ州セントポールのミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャアリング・カンパニー（３Ｍ）（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ（３Ｍ），Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ．）から市販されている両面フォームテープである。
【００９０】
物体を雌型から取り出す前または取り出した後、両面テープを成形物体に固着させることができる。取り出す前に適用する場合、キャビティー中の裏側充填流体を硬化させる前または硬化させた後のいずれかでテープを適用することも選択可能な手段である。多くの場合、まだ雌型中に存在している間に物体にテープを適用するほうがより便利でありかつ／または望ましい。これは、たとえば、比較的大きいシート中で多数の個別物体を一度に成形し、続いて、シートから分離し、さらに、トリミング、レーザーカッティング、ダイカッティングなどにより加工する場合、より便利である。流体が硬化する前に加工すれば、雌型の１つ以上のキャビティー中の裏側充填流体を平坦化するのに役立つ可能性がある。
【００９１】
図８について説明を続ける。任意のプライマー層またはタイ層（図示せず）を用いることにより、物体へのテープの結合を増強することができる。テープ１１２を適用する前に、これを取付け表面１０２の全面または一部分に形成することができる。この任意のプライマー層は、任意の従来のプライマーまたは米国仮特許出願第６０／３３６，４４９号明細書に記載されている架橋された接着性ポリマーから作製することができる。次に、得られた構造体を成形型から取り出し、次いで、保存し、カットし、トリミングし、さらに加工し、他の部品と組み合わせ、または慣例に従って所望に応じて使用することができる。
【００９２】
図２〜８において、雄型および雌型またはこれらの成形型の少なくとも造形面は、典型的には、得られた成形フィルムを成形型から取り出せるようにする剥離特性を呈する材料を含む。場合により、フルオロポリマー、シリコーンポリマーなどのような好適な材料を成形型中に一体化して組み入れることができる。他の選択肢として、１種以上の従来の離型剤を、必要に応じて時々、成形型上にコーティングすることができる。
【００９３】
本発明の熱成形操作の他の実施形態は、連結部で可動に連結一体化された雄型と雌型とを有する熱成形ツールの使用を含む。成形型に真空を印加できるように、両方の成形型は多孔性であってもよい。連結部は、ツールが可動に開閉できる任意の好適な構造体から形成することができる。１つ以上のヒンジがこの連結部を提供するのに好適であることが判明した。熱成形可能なフィルムは、クランプまたはテープのようにフィルムの固定に好適な構造体により、雄型を覆うようにぴんと張られた位置に保持される。雄型に真空を印加することにより、加熱された雄型にフィルムを当接させて成形する。三次元造形物の形成後、フィルムクランプを除去することができる。
【００９４】
２つの成形型を閉めるために、所望により、連結部ヒンジを中心として雄型および／または雌型を枢動させることができる。雄型のときと同じように、雌型を好適な温度まで加熱することができる。ピンとアパーチャーなどのような１つ以上の位置整合構造体をそれぞれ各成形型に配置すれば、閉めたときに２つの成形型が適切に位置整合されるようにするのに役立つ。
【００９５】
雄型および三次元造形フィルムに密嵌するように雌型キャビティーのサイズを設定することも可能であるし、雄型＋フィルムに対してオーバーサイズになるようにすることも可能である。たとえば、雌型の主要表面と雄型に支持されたフィルムの主要表面との間に小さいギャップを存在させることが可能である。雌型に真空を印加しつつ、雄型に印加される真空を開放することができる。その結果、フィルムを雄型から雌型まで直接移動させることができる。いくつかの実施形態では、雌型を用いて三次元造形フィルムをさらに成形することができる（たとえば、熱成形することができる）。
【００９６】
次に、成形型を空ける。熱成形フィルムにより形成されたキャビティー中に裏側充填樹脂をキャスティングし、そのまま硬化させ、かつ／または硬化を誘発して、フィルムをキュアさせ、強化することができる。強化材は剛性であっても可撓性であってもよい。フィルムと補強材とを含む組立て物品を形成することができる。
【００９７】
雌型で支持された組立て物品を覆うように両面テープを適用することができる。テープの露出表面を保護するために剥離ライナーを使用することができる。任意の下地処理またはプライマー層を用いれば、組立て物品にテープを固定するのに役立ちうる。次に、組立て物品を雌型から取り出し、あらかじめ決められた望ましいカットラインに沿ってダイカットすることにより、個別の部品を作製することができる。使用時、部品の裏側の剥離ライナーを除去すれば、部品を所望の基材に容易に固着させることができる。
【００９８】
次に、以下の例示的実施例を参照しながら本発明について説明する。
【実施例】
【００９９】
実施例１〜４
表１に示された種々のポリウレタン分散体を、ウレタン分散体の全固形分含量を基準にして、約１重量パーセントの架橋剤（ネオクリルＣＸ−１００）および約１０重量パーセントのブチルカルビトール溶媒と、混合することにより、フィルムを作製した。ロールコーターのような従来の手段を用いて、約１ミルの乾燥フィルム厚さになるように、組成物を剥離剤被覆ポリエステルフィルム上にコーティングした。コーティングされたフィルムを９３℃で２分間、次に１４０℃で３分間乾燥させた。
【０１００】
約１０部のデスモフェン６５１Ａ６５と、２５部のデスモフェン６７０−８０と、１部のセルロースアセテートブチレートと、５８部のダワノール（ＤＯＷＡＮＯＬ）ＰＭアセテート／メチルイソブチルケトンの５０／５０溶剤ブレンドと、を混合することにより、溶剤系ポリオール組成物を作製した（部は重量基準であった）。組成物を攪拌してよく混合した。約０．８〜１．２の間のイソシアネート対ヒドロキシル比が得られるように、５００ｐｐｍのジブチルスズジラウレート触媒および十分なイソシアネート（デスモジュールＺ４４７０）を組成物に添加した。次に、従来の手段を用いて、約１ミルの乾燥厚さになるように、最初に乾燥させておいたフィルムのそれぞれに組成物をコーティングした。次に、好適な温度プロフィルを用いて、たとえば、１５０°Ｆ（６６℃）で約１．５分間、２００°Ｆ（９３℃）で約１．５分間、および約３００°Ｆ（１４９℃）で約１．５分間、フィルムの乾燥およびキュアを行った。
【０１０１】
次に、約０．９〜３の間の光学濃度になるように、コーティングの施されたフィルムにスズを気相コーティングした。次に、ポリエステル剥離フィルムに支持された（たとえば、ホットメルトコーティングまたは押出により）エチレンアクリル酸（ＥＡＡは、ダウ・ケミカル・カンパニー（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されているプリマコール（ＰＲＩＭＡＣＯＲ）３３３０であり、６．５％アクリル酸および９３．５％エチレンを有する）の厚さ１ミルの層に、５ミリラドおよび１７５キロボルトで電子ビームを照射し、次いで、加熱ニップを用いてスズコーティングに積層した。このニップを約２１０°Ｆ（９９℃）まで加熱した。剥離フィルムを除去した。
【０１０２】
フィルムを熱成形する際、文字「Ｏ」のレリーフを有する雄型を作製した。文字の外形寸法は４２ｍｍ×４０ｍｍであり、最大深さは７ｍｍであった。「Ｏ」の外側縁と「Ｏ」の内側縁とにより囲まれた幅は約８ｍｍであり、抜き勾配は約８度であった。ＥＡＡ面を成形型に当接させてフィルムをテープ留めすることにより、雄型を用いてフィルムを熱成形した。熱風ブロワーを用いてフィルムを加熱し、約１６０°Ｆ（７１℃）の温度まで成形型を加熱した。加熱後、約２６インチ（６６ｃｍ）水銀の真空を用いてフィルムを成形した。成形後、成形フィルムを保持する雄型を、１６０°Ｆ（７１℃）まで加熱された対応する雌型中に配置し、約２６インチ（６６ｃｍ）水銀の真空を用いてさらに成形した。第２の成形後、フィルムの厚さを測定した。もとのフィルムの厚さは、約４．４ミル（０．１７ｍｍ）であった。「Ｏ」の内側縁と外側縁との間の上表面（すなわち、主要表面）では、本発明の熱成形方法を用いると、厚さは４．２ミル（０．１７ｍｍ）であった。上表面（すなわち、主要表面）は、金属層の薄層化を示さなかった。同一フィルムの他のサンプルを雌型のみで成形した。対応する上側部分の厚さは、２．８ミル（０．１１ｍｍ）であり、金属層の顕著な薄層化が観測された。
【０１０３】
雌型熱成形後、等しい当量のレキソレズ（ＬＥＸＯＲＥＺ）５９０１−３００高分子塩ポリオール（イノレッス・ケミカル・カンパニー（Ｉｎｏｌｅｘ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）から入手可能）と、約５００ｐｐｍのジブチルスズジラウレート触媒と、デスモジュールＮ−１００ポリイソシアネート（バイエル・コーポレーションから入手可能）と、を含有する混合物を真空成形フィルム中に注ぐことにより配設されたポリウレタン強化層を、成形型に充填した。フィルムを雌型で支持した場合、混合物はキャビティーに流入した。成形型からの熱は、混合物をキュアさせるのに十分であった。
【０１０４】
キュアされていないウレタンにポリアミドフィルム（マクロメルト（ＭＡＣＲＯＭＥＬＴ）６２４０）のようなフィルムを適用することにより、接着テープとウレタンとの間の固着を促進することが可能であった。欧州特許第３９２８４７Ａ２号明細書に記載されているフォームテープのような感圧テープをポリアミドフィルムに取り付けることができる。埃または他の汚染から保護するために、テープに剥離ライナーを取り付けることができる。次に、雌型から物品を取り出して冷却させ、さらに、たとえばダイカットなどで加工することができる。
【０１０５】
【表１】

【０１０６】
本明細書を考慮すればまたは本明細書に開示されている本発明を実施すれば、本発明の他の実施形態が当業者に自明なものとなろう。当業者であれば、以下の特許請求の範囲により示される本発明の真の範囲および精神から逸脱することなく、本明細書に記載されている原理および実施形態に対して種々の省略、修正、および変更を行うことが可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明で使用することのできる熱成形可能なフィルムの一実施形態の概略断面積である。
【図２】雄型に近接させて配置された熱成形可能なフィルムの一実施形態の概略図である。
【図３】雄型の成形面に当接させて配置された熱成形フィルムの一実施形態の概略図である。
【図４】雌型に当接させて配置された雄型および熱成形フィルムの一実施形態の概略図である。
【図５】雄型から移動させた後の雌型に位置整合させて配置された熱成形フィルムの一実施形態の概略図である。
【図６】雌型に当接させて配置されかつ強化用に裏側充填された熱成形フィルムの一実施形態の概略図である。
【図７】裏側充填強化熱成形フィルムを覆うように配設された接着性コーティングおよび剥離ライナーの一実施形態の概略図である。
【図８】裏側充填強化熱成形フィルムを覆うように配設された接着性フォームテープおよび剥離ライナーの一実施形態の概略図である。

Claims (26)

1. 熱成形可能な非自立性高分子フィルムを提供する工程、
   雄型を用いて該高分子フィルムを三次元造形フィルムに成形する工程、および
   該三次元造形フィルムを該雄型で支持する工程と、該雄型を該雌型に位置整合させる工程と、該三次元造形フィルムから該雄型を分離する工程と、を含む、該三次元造形フィルムを該雄型から雌型へ移動させる工程
   を含む、三次元物体の形成方法。
2. 前記高分子フィルムが装飾フィルムを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記高分子フィルムが、金属含有層を含む多層フィルムである、請求項１に記載の方法。
4. 前記金属含有層が金属材料の連続層を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記雌型が前記雄型および前記三次元造形フィルムに対してオーバーサイズであり、かつ前記三次元造形フィルムの一部分が前記移動工程中に延伸される、請求項１に記載の方法。
6. 前記成形工程が、前記雄型の表面に当接させて前記高分子フィルムの少なくとも一部分を熱成形する工程を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記雌型中で前記三次元造形フィルムを熱成形する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記雌型中で前記三次元造形フィルムを強化する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記三次元造形フィルムの形成に使用される温度以下の温度で前記強化工程が行われる、請求項８に記載の方法。
10. 前記強化工程が、前記三次元造形フィルムの少なくとも一部分に硬化性材料を充填する工程と、該硬化性材料を硬化させる工程と、を含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記硬化工程が、化学触媒を用いて前記硬化性材料を硬化させる工程を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記硬化工程が、硬化を起こす量のエネルギーに前記流体を暴露する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記移動工程が、真空を用いて前記雌型中に前記三次元造形フィルムを引き入れる工程を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記雄型が前記雌型に枢結されている、請求項１に記載の方法。
15. 前記高分子フィルムが、プライマー層である外層を有する多層フィルムである、請求項１に記載の方法。
16. 主要表面と副次表面とを有する三次元造形フィルムに成形された非自立性高分子フィルムを含む三次元物体であって、該三次元造形フィルムが、該主要表面全体に実質的に均一な厚さを有し、該副次表面全体の平均厚さが該主要表面全体の平均厚さ未満である、上記三次元物体。
17. 前記高分子フィルムが装飾フィルムを含み、かつ該装飾フィルムの装飾特徴部が三次元物体において識別可能である、請求項１６に記載の三次元物体。
18. 前記高分子フィルムが金属含有層を含み、かつ該金属含有層が前記三次元物体において識別可能である、請求項１６に記載の三次元物体。
19. 前記副次表面が側部表面であり、かつ前記主要表面が前記三次元物体の視覚的に有意な表面である、請求項１６に記載の三次元物体。
20. 前記三次元造形フィルムに固体材料が充填されている、請求項１６に記載の三次元物体。
21. 前記固体材料が可撓性である、請求項２０に記載の三次元物体。
22. 基材に前記三次元物体を装着するための装着系をさらに含む、請求項１６に記載の三次元物体。
23. 前記装着系が接着剤を含む、請求項２２に記載の三次元物体。
24. 前記装着系が接着剤と剥離ライナーとを含む、請求項２２に記載の三次元物体。
25. 前記三次元物体が前記主要表面全体に実質的に均一な歪みを有し、かつ前記副次表面全体の平均歪みが前記主要表面全体の平均歪みよりも大きい、請求項１６に記載の三次元物体。
26. 前記高分子フィルムが金属化高分子フィルムであり、前記三次元物体が前記主要表面全体に実質的に均一な光学濃度を有し、かつ前記副次表面全体の平均光学濃度が前記主要表面全体の平均光学濃度未満である、請求項１６に記載の三次元物体。