JP2008509829A - 反射防止及びグレア防止特性を備えた樹脂成型部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、樹脂成型部品またはその改良に関する。より詳しくは、反射防止及びグレア防止特性を備えた部品及びその製造方法に関する。本発明の樹脂成型部品の製造方法は、グレア防止加工面を有する第１の樹脂フィルム（１１、１１ａ）上に反射防止コート（１２）を設け、第１の樹脂フィルムを金型（２）内に挿入し、金型内に樹脂を注入して、反射防止特性とグレア防止加工面とを備えた部品を成型する。

Description

本発明は、樹脂成型部品またはその改良に関する。より詳しくは、反射防止及びグレア防止特性を備えた樹脂成型部品及びその製造方法に関する。

樹脂成型部品は、外観を向上させるために、特殊な光学特性を必要とする場合が多い。例えば車両用計器カバー（即ち、計器を覆う透明板）の場合は、カバーに当たる光の反射やグレアに邪魔されることなく、運転者がカバー後方の計器をはっきり見ることができなければならない。

従来、こういった光学特性は部品の成型後に加えられてきた。例えば、成型後に部品を反射防止性樹脂に浸して部品表面に反射防止コートを施すことができる。しかしながら、コート剤が表面を流れて筋がついたり、突条・穴・凸部に樹脂が溜まったり、コート剤の膜で穴部が塞がったり、部品の凹部にコート剤の液溜まりができたりといった問題があり、複雑な形状の成型部品に均一なコートを形成するのは難しかった。成型後にグレア防止用の凹凸面の加工を行なうこともできるが、曲線を含む成型部品に均一な凹凸面を形成するのは難しかった。このため、従来の車両用計器カバー等の部品はその光学特性にグレアを充分低下させるほどの効果がなく、車両用ダッシュボードには通常、カバーに陰を作って反射やグレアを防ぐための隆起部分あるいは凹部分が設けられている。

従って、曲線を含む複雑な形状で、必要な光学特性を有する樹脂成型部品を効率良く製造する手段が求められている。また、成型完了後にさらに加工を必要とせず、一つの成型工程のみで部品を作製可能であることが望ましい。

本発明は上記課題を解決することを目的とし、光学コートを薄いフィルムに設け、このフィルムを成型工程中に部品に固着させるものである。

射出成形による樹脂成型部品は、「インモールドラベリング」（ＩＭＬ）、「フィルムインサート成形」（ＦＩＭ）、「インモールド成形」（ＩＭＤ）などの技術を用いて装飾を施すことが多い。これは、従来の印刷技術により予め薄い樹脂フィルムに適当な絵柄を印刷しておき、これを必要な形状に切断してラベルを作成し、このラベルを射出成形金型の、好ましくは金型キャビティの一面上にセットした後、部品形成樹脂をキャビティ内に注入するものである。樹脂が硬化するとラベルは永久的に成型部品に付着されるので、成型工程によって直接、装飾まで完成させた部品を作製することができる。この方法は例えば、携帯電話のカバー部品の製造に使用されている。

本願発明者は、この技術を、光学コート付きフィルムを成型工程途中の部品に設けるために応用できることに初めて着目した。

本発明の一特徴点によれば、第１の樹脂フィルム上に反射防止コートを設け、少なくとも一片の該フィルムを金型内に挿入し、金型内に樹脂を注入して、反射防止特性を備えた部品を成型する、樹脂成型部品の製造方法を提供するものである。

反射防止コートは多層真空蒸着法にて該第１のフィルムに設けることが好ましい。また、反射防止コートは、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層したもの、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とを交互に積層したもの、又は、樹脂主体の反射防止コートを含むとよい。また、第１のフィルムの基材はポリカーボネート又はライトコントロールフィルムから成るとよい。また、第１のフィルムが、グレア防止加工面、フィルム基材と反射防止コート間に設けられるハードコート、着色料、一面に設けられる印刷模様、のいずれか一つ又は複数の特性をさらに有しているとよい。

一実施形態においては、上記製造方法はさらに、金型内に第２の樹脂フィルムを挿入し、金型内に樹脂を注入して第１のフィルムを部品の一面に付着させ第２のフィルムを部品の反対面に付着させる工程を含む。第２のフィルムが、グレア防止加工面、フィルム基材と反射防止コート間に設けられるハードコート、着色料、一面に設けられる印刷模様、一面に設けられるモスアイ模様、のいずれか一つの特性を有していることが好ましい。

別の実施形態では、部品が、第１のフィルムが付着される面とは反対面にモスアイ構造を成型されて成る。

また本発明の第２の特徴点によれば、樹脂基材と、基材表面に付着された樹脂フィルムとを備え、該フィルムが反射防止コートを備えて成ることを特徴とする樹脂成型部品を提供する。

また本発明の第３の特徴点によれば、グレア防止加工面に加工が施され、反射防止コートを有する基材を備えた樹脂フィルムを提供する。

以下、具体例を用いて、本発明の上記及びその他の特徴について、添付の図面を参照しながら説明する。

まず、図１を参照してＩＭＬ工程について説明する。ステップＡにおいて、フィルム片から形成されるラベル１を、金型２の片方の型のキャビティの内面上にセットする。これは手作業で行なってもよいが、自動化された製造ラインであれば、機械によってより迅速かつ正確に行なうことができる。ラベル１は平坦であってもよいし、あるいは、予め、付着先の部品形状にほぼ一致するように形成しておいてもよい。予備形成しておくことで、極端な形状（即ち、鋭角や急なカーブ）を有する部品であっても、フィルムラベルに大きなシワや歪みを生じることなく固着させることができる。

ステップＢでは金型２の一対の型を合わせて、成型部品の所望形状を形作るキャビティ３を形成する。ラベル１は、部品設計に依存してラベルが有する予備形成形状やツマミ部、真空やクランプなどによって金型キャビティ３の一面の定位置に保持されている。

ステップＣにおいて、加熱「溶融樹脂」を射出穴４から注入してキャビティ３を樹脂で満たすと、ラベル１が加熱されてキャビティの輪郭に沿うように押しつけられ、キャビティ３の形状に合わせて変形する。部品はそのまま冷却され、溶融樹脂が硬化して、フィルムがその表面に固着する。

ステップＤでは、金型２の一対の型を分離し、模様を備えて完成した成型部品５が取り出される。必要であれば、ラベル１から延出したツマミ部を、成型部品５の端に合わせて切り取る。

ＩＭＬ工程を用いる場合、ラベルと樹脂が互いに固着するように、ラベルを形成するフィルム材料は加熱溶融樹脂と相溶性を有するものでなければならない。通常は、双方が同じ材料、例えばポリカーボネートフィルムとポリカーボネート溶融樹脂とを用いる。ラベルフィルムが溶融樹脂と直接に相溶性を有するものでない場合は、プライマーとしてフィルム後面に「タイコート」を設けて、部品と強固に固着するようにしてもよい。このようなタイコートはラベルフィルムの後面に、既知の技術により設けられる。

本発明の第１の特徴点によれば、ＩＭＬ工程及びラベル１の予備形成が必要な場合はこれの前に、フィルムに光学コートを設ける。成型部品の曲線表面より、フィルムの平坦な表面の方が、均一なコートを形成し易い。従って、光学特性をこれまでよりも格段に正確に制御することができる。

図２に本発明の第２の特徴点による光学フィルム１０を示す。第２の特徴点によれば、このようなフィルム１０からラベルを切り出して上述のＩＭＬ工程で用いればよく、このとき、所望形状の押型を用いるとよい。

フィルム１０は、反射防止コート１２を有する樹脂膜１１を備えている。好ましい実施形態においては、膜１１はポリカーボネートから成り、１００μｍ〜２５０μｍ、好ましくは１７５μｍの厚みを有している。膜１１の厚みが薄すぎると、ＩＭＬ工程で用いるには強度が足りずに裂けてしまう。また厚みが厚すぎると、ＩＭＬ工程中に充分加熱されずに、成型部品の輪郭線に正しく沿って変形することができず、部品内応力が生じたり、ＩＭＬ工程後に部品からフィルムが剥離する恐れもある。膜１１の片面に反射防止コート１２が施されている。

コート１２は従来の樹脂主体の反射防止コート剤でよく、樹脂液に膜を浸すことにより設けられる。但し、反射防止コート１２が、二酸化シリコン膜１２ａなどの低屈折率材料と、二酸化チタン膜１２ｂなどの高屈折率材料とを交互に重ねた層を有していることが好ましい。各層の厚みは、層間面からの反射光が互いに光学干渉を起し、全体の反射光が効果的に相殺されるように計算して決定される。従って各層の適切な厚みは、フィルム１０（即ち、膜１１及びコート１２）を形成する材料の屈折率と、予測される入射光波長とに左右される。好ましい実施形態においては、コート１２が三層の二酸化シリコンと二層の二酸化チタンの計５層を備えて成る。好ましい実施形態においては、ポリカーボネートに隣接する二酸化シリコン層の厚みが２１．８ｎｍ、これに隣接する二酸化チタン層の厚みが１６．７ｎｍ、これに隣接する二酸化シリコン層の厚みが３４．０ｎｍ、これに隣接する二酸化チタン層の厚みが１２４．９ｎｍ、最後の二酸化シリコン層の厚みが９０．４ｎｍである。但し、層の数や各層の厚みはフィルム１０の仕様に左右されることは言うまでもなく、層をより多く設ければ、精度良くより広い範囲の入射光波長を対象にすることができる。

このように積層することでフィルム１０の光学特性を細かく制御することができ、様々な用途に合わせてその反射防止特性を調整することができる。但し、各層１２ａ、１２ｂを膜１１表面に非常に均一かつ精密に積層することが重要である。従って好ましい実施形態においては、マイクロ波を用いたスパッタリング法による真空蒸着にて各層１２ａ、１２ｂを形成している。この方法は、真空中にて膜１１上に無機材料を蒸着することを含む。

また、好ましい実施形態においては、プラズマ電子ビーム蒸着法を用いている。プラズマアシスト型では、接着力を高め内部応力を低減させる手段として、誘電体蒸着の前に膜あるいは膜上の層面を予備調整する手段を提供する。このような蒸着法は例えば欧州特許出願公開第１，１５４，４５９号明細書に記載されている。この方法によれば、反射防止材などの材料の非常に薄い層を高精度に積層することができ、膜１１上に非常に精度高く均一な層を積層することができる。ここで重要なのは、本方法は低温で行われるため、膜１１の熱損傷を防ぐことが出来るという点である。基材を高温に加熱する必要がある蒸着方法では、ポリカーボネート製の膜１１が溶ける恐れがあり不都合である。

一実施例においては、蒸着工程に先立って、まず真空チャンバを１×１０⁵ｍＢａｒまで真空排気した。電子ビームるつぼ蒸発器を蒸着源とし、プラズマ源から供給されるある量の酸素を用いて、各層１２ａ、１２ｂの屈折率を高精度に制御する。

上述の実施例におけるフィルム１０の反射防止特性を様々な波長において測定した。図３に、様々な入射光波長における入射光の反射率をグラフにして示す。このフィルムでは、入射光の表面反射率が平均して０．３％より低くなっていることが分かった。すなわち、表面に当たる光のうち０．３％未満しか反射されず、９９．７％以上の入射光が透過した。

グレア防止フィルムは、表面を非常に細かく粗面化することで得られる。このような表面は反射光を拡散させるので、ある一点（例えば看視者の目）において知覚される反射量が低減される。但し、入射光も拡散されてしまうため、その分、表面を透過する光の量も低減する。表面が滑らかであると入射光のほとんどがそのまま反射され、輝いて見える。従って、看視者の目と強い光源との位置関係により、輝く面上に光源がまぶしく反射して見える。一方、表面に細かい凹凸があると、入射光が拡散されて、使用者の目に届く反射光強度は低下する。この場合、表面はくすんで見え、強い光源からの反射光はより拡散される。このような表面が、本願クレーム中でいうグレア防止加工面である。

表面の粗面量は重要な要素で、用途によって異なる。グレア防止面の凹凸度が高いほど、透かして見ることができ難くなる。また、円滑面では看視者の目に向かって反射されてしまう光も凹凸度が高ければ拡散される一方で、凹凸化によって、通常は看視者の目に向かって反射されることはない外部光線まで反射されてしまうという、望ましくない結果となる可能性もある。通常は、透明表面の反射特性を完全光沢面の略７５％に低減させるグレア防止凹凸面（グレア防止加工面）を用いるとよい。

従来、コートを設けると粗面化された表面が滑らかになってしまうため、グレア防止面にコートを施すことはなかった。従って、円滑面に反射防止コートを施したものに比して、グレア防止面を反射防止コート剤に浸したものがより勝るということはない。さらに、フィルム表面が粗面であると反射防止コート材の流れに影響し、コート剤の筋がつくなど新たな製造上の問題が生じる。

これに対して上述の真空蒸着法は多目的に使用できるので、グレア防止凹凸面を備えたフィルム１０上に反射防止コート１２を設けることも可能である。図４は、グレア防止凹凸面を上面に有するポリカーボネート膜１１Ａと反射防止コート１２とを備えたフィルムの一例の断面を示している。コート層がグレア防止凹凸面の輪郭にぴったり沿っているので、完成品フィルム１０は凹凸面を有し、反射防止特性とグレア防止特性の双方を有している。このようにコート層がグレア防止凹凸面の輪郭に一致することができるのは、真空蒸着法を用いて反射防止コート層１２を非常に薄く設けたことによる。

用途によっては、反射防止コート１２を設ける前に膜１１上にハードコート１３をさらに設けることが望ましい。これによって柔らかい膜１１上に硬度及び耐久性の高い表面が形成され、この上に反射防止コート１２を設けることができる。図５に、ポリカーボネートフィルム１１と、グレア防止凹凸面を有するハードコート１３と、反射防止コート１２とを備えたフィルムの一例の断面を示す。

ハードコート１３は、ポリシロキサン系樹脂を含むとよい。必要に応じてアクリレートなどの単量体材料を加えて耐薬品性や硬度を改変してもよい。ハードコート１３は加熱により硬化させてもよいが、紫外線硬化法の方が、迅速に行なえ、かつ、ポリカーボネート製の膜１１に熱影響が及びにくいので、より好適である。
ハードコート１３は厚みが通常１μｍ〜１０μｍであり、好適には５μｍ程度であると、コート剤の耐久性と柔軟度とがバランスよく得られる。

膜１１上にまずグレア防止凹凸面を設け、その上からハードコート樹脂をコーティングするとよい。ハードコート層によってグレア防止凹凸面は滑面化されるが、ハードコート１３を設ける前に、最初に膜１１上にグレア防止加工を施す際に、より粗い凹凸を設けておくことで凹凸損失分を補うことができる。

但し、グレア防止凹凸面はハードコート１３そのものに設けることが望ましい。一実施形態においては、所望の粗面を得るために、細かいガラスビーズなどのフィラーをハードコート１３に加えて、所望のグレア防止凹凸面を形成している。あるいは、ハードコート１３の乾燥速度やフロー特性を調整しコート上に吹き付け塗装感が保たれるようにして所望のグレア防止凹凸面を形成してもよい。さらに別の実施形態においては、完全に硬化する前の乾燥途中のハードコート１３にエンボス加工を施してグレア防止凹凸面を設けてもよい。

上述のような光学コートは一般に、部品からの反射やグレアが最も大きい面である部品前面に用いられる。しかし、入射光は前面だけでなく後面からも反射されるので、用途によっては、透明あるいは半透明の部品の後面の光学特性も重要となる。
そこで、部品後面からの反射を防ぐために、部品後面に前述の反射防止フィルムを用いてもよい。この場合、必要な条件に応じてコート層１２を調節する。

部品後面からの反射を低減する別の方法として、モスアイ模様を用いることもできる。この模様は、最初に蛾の目に観察されたことからこう名付けられている。モスアイ模様はコーティングではなく、刻印、成型、エッチングなどにより所望表面に設けることができ、反射及びグレアを低下させることができる。モスアイ模様を刻印したフィルムは市販されているので、前述のＩＭＬ工程にてこれを用いることができる。

このようなフィルムを例えば図６の断面図に示すような部品に用いて、本発明の効果を得ることができる。この部品は透明な樹脂基材２０を備え、これの（使用時に部品の前面となる）表面に、図５に示すフィルム１０が設けられている。底面にはモスアイフィルム２１が設けられており、底面からの反射とグレアを減少させている。このような部品は、例えばディスプレイの画面や機器カバーとして使用するのに最適である。

また、製造工程中に部品の後面に直接モスアイ模様を成型することも可能である。直接成型することで、市販のモスアイフィルムと同等品質のモスアイ模様が得られ、かつ、第２のラベル製造・取り扱いコストが削減されるため、製造工程をより簡潔、安価にすることができる。

従来から、ＩＭＬ工程用フィルムには、絵柄が用いられてきた。このような絵柄２２を反射防止・グレア防止フィルムの後面に設けて、部品価値をさらに高めてもよい。このような絵柄２２は、反射防止コート１２又はグレア防止凹凸面を設ける前あるいは後に、従来のスクリーン印刷法によりフィルム１０後面に設ける。図７に、このようなフィルムの断面を示す。

市販の（例えば３Ｍ社製）ライトコントロールフィルム（ＬＣＦ）は、フィルムの厚み内に細かいルーバー模様を備えている。このルーバー模様により、光が所望の角度で入射するとフィルムを通過するが、光が所望の角度以外の角度で入射するとフィルム内のルーバー模様に吸収される。このフィルムは一般に、コンピュータのモニタスクリーンに「プライバシー画面」として用いられることが多い。このフィルムにグレア防止面を設けて光学特性を高めることもできる。このようなフィルムに反射防止特性を設けるのに、上述の真空蒸着法を用いることができる。従って上述した様々な加工や工程をＬＣＦに応用すれば、様々な光学特性を有するＩＭＬ工程用フィルムを作製することが可能である。

用途によっては、部品の樹脂基材に着色料を用いることが望ましい。例えば、金型に注入する前の溶融樹脂に染料を加えるとよい。着色料によって光フィルタ及び吸収作用が得られ、部品後面に到る入射光の量を減らして、部品後面から看視者の目に届く反射光の量を減らすことができる。これは、部品後面からの反射を減らすコートフィルムあるいは成型モスアイ構造に代えて、あるいはこれらとともに、用いることができる。

また、着色料を用いて、部品の光学特性を改良することも可能である。例えば、赤色画像ばかりを表示するディスプレイ装置の場合、レンズやカバー部品に赤透過フィルタを設けて、赤の波長域の光のみ部品を透過するようにしてもよい。こうすると、ディスプレイに届く光のうち不要なものの大部分がレンズあるいはカバー部品にて吸収され、看視者は部品を通して、高いコントラストにてディスプレイを見ることができる。
また、着色料をＩＭＬ工程用フィルム材料に用いることもできる。これにより、部品のフィルタ機能をより正確に制御することができる。

上述のフィルムの部品製造への応用例としては、隆起部分を有さない車両用機器群に使用する透明カバーの製造が挙げられる。この用途では高い反射防止、グレア防止特性が求められる一方で、カバーを通して計器が鮮明に視認できなければならない。

前述した本発明の特徴点を様々に組み合わせてこのようなカバーに用いることができるが、部品設計に際してはいくつかの点に留意する必要がある。

グレア防止凹凸密度と、計器ディスプレイからの距離は、計器を見る際の鮮明度に大きく影響する。特に、計器ディスプレイがカバーに近いほど、グレア防止凹凸面によってディスプレイが不鮮明になりにくい。従って、計器をできるだけカバーの近くに配することが望ましい。

また、計器ディスプレイに用いられる色も部品設計に大きな影響を及ぼす。白色光は全ての色の組み合わせから得られるので、白色のディスプレイでは、どの光線も遮られることがないため、カバーに加えた着色料による効果が制限されてしまう。従って、狭い波長域の光を発するか反射するディスプレイを使用することが好ましい。

以上述べたように、フィルム、コート、凹凸、着色などを様々に組み合わせて用いることができる。但し、その他の様々な組み合わせも可能であることは当業者には明らかであり、本発明の範囲は上述の例に限られるものでなく、下記の請求の範囲によって定義されるものであることは言うまでもない。

インモールドラベリング（ＩＭＬ）法による製造工程を示す概略図である。 反射防止コートを備えた樹脂フィルムの概略断面図である。 図２に示すフィルムを測定して得られた反射率を示すグラフである。 反射防止コートを備えたグレア防止フィルムの概略断面図である。 グレア防止面及び反射防止コートを有するハードコートを備えたフィルムの概略断面図である。 図２のフィルムで作成したラベルを第１面に、モスアイ型反射防止特性を有するフィルムラベルを第２面に備えた、本発明の第２の特徴点による樹脂成型部品の一実施形態を示す概略断面図である。 後面に装飾絵柄印刷をさらに備えた、本発明の第３の特徴点による反射防止フィルムの一実施形態を示す概略断面図である。

符号の説明

１ ラベル
２ 金型
３ キャビティ
４ 射出穴
５ 成型部品
１０ 光学フィルム
１１ 樹脂膜
１１Ａ カーボネート膜
１２ 反射防止コート
１２ａ 二酸化シリコン膜
１２ｂ 二酸化チタン膜
１３ ハードコート
２０ 樹脂基材
２１ モスアイフィルム
２２ 絵柄

Claims (14)

1. グレア防止加工面を有する第１の樹脂フィルムに反射防止コートを設け、
   前記第１の樹脂フィルムを金型に挿入し、
   金型内に樹脂を注入して、反射防止特性及びグレア防止加工面を有する部品を形成する、樹脂成型部品の製造方法。
2. 前記反射防止コートを、前記第１の樹脂フィルムに多層真空蒸着法にて設ける請求項１に記載の方法。
3. 前記反射防止コートが、
   低屈折率材料と高屈折率材料を交互に重ねた層、
   ＳｉＯ₂層とＴｉＯ₂層とを交互に重ねた層、又は
   樹脂を主体とする反射防止コートを含む請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１のフィルムがフィルム基材を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 前記フィルム基材が、ポリカーボネート基材及びフィルム厚み内に細かいルーバー模様を有するライトコントロールフィルムから選ばれる請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の樹脂フィルムがさらに、フィルム基材と反射防止コートとの間にハードコートを含む請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記第１の樹脂フィルムが着色料を含む請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第１の樹脂フィルムがその一方の面に印刷模様を有する請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記方法は更に、
   第２の樹脂フィルムを前記金型に挿入し、
   金型内に樹脂を注入して前記第１のフィルムを前記部品の一面に付着させ、前記第２のフィルムを前記部品の反対面に付着させること、
   を含む請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 前記第２の樹脂フィルムが第２のフィルム基材を含み、前記フィルム基材と反射防止コートとの間にハードコートを含む請求項９に記載の方法。
11. 前記第２の樹脂フィルムが、
    グレア防止加工面、
    着色料、
    一面に設けられる印刷模様、
    一面に設けられるモスアイ模様、
    のいずれか一つあるいは複数の特性を有する請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記部品が、前記第１のフィルムが付着される面とは反対面にモスアイ構造を成型されて成る請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
13. 樹脂基材と、
    前記基材の一面に付着された樹脂フィルムとを備え、
    前記フィルムがグレア防止加工面を有し反射防止コートが設けられている、
    グレア防止加工面を備えた樹脂成型部品。
14. グレア防止加工面を有する基材を含み、さらに反射防止コートを含む、
    グレア防止加工面を有する樹脂フィルム。

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