JP2013241489A - 樹脂成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融樹脂の粘性体中に添加された強磁性体光輝材を、所要の回転磁界を印加して配向を揃える三軸配向制御と、シフト移動させて集中分布させる配向分布制御とを行なって成形し、金属質感や光輝感を表現し、上質感を持たせたもの。
【解決手段】本発明の樹脂成形体１２は、形状異方性を有する強磁性体光輝材１０を所定量添加した熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂、エラストマー、ゴムの高分子材料を備え、前記高分子材料が型キャビティ内で溶融樹脂状態にあるとき、所要の位置に回転磁場を印加させて、混在している前記強磁性体光輝材の配向を備え、かつ所要の方向にシフト移動させる三軸配向制御と配向分布制御とが行なわれ、前記溶融樹脂中の強磁性体光輝材１０は意匠面側にシフト移動し、集中分布して配向され、成形加工されるものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、溶融樹脂に添加される強磁性体光輝材を用いた樹脂材料着色技術に係り、特に、溶融樹脂の粘性体中に添加される形状異方性の強磁性体光輝材に所要の回転磁界を印加して成形し、金属質感、光輝感を表現して上質感を持たせ、外観不具合を抑制した樹脂成形体およびその製造方法に関する。

近年、外観用樹脂成形体は、環境対策から揮発性有機化合物の低減や、樹脂部品のコストダウンを目的として、塗装等の表面処理を施さず、樹脂材料自体に着色を行ない、着色のまま成形したものを用いる着色樹脂材料の使用が拡大している。

中でも、上質感がある外観用樹脂成形体を得るために、樹脂材料に金属粉、ガラスフレーク、マイカ等の光輝材（着色材）を使用し、樹脂成形体に光輝感やパール感を付与し、パールメタリック色、シルバーメタリック色、ガンメタリック色に着色した着色樹脂材料が一般的に多用されている。

光輝感のある樹脂成形体を得るためには、樹脂成形体に添加される光輝材は平滑面で光を効果的に反射させる必要がある。このためには、光輝材は球のように平滑面を有さない球面形状ではなく、板状材料が好ましい。一般的に流通している光輝材は、粒子状の形状異方性を持った鱗片形状に加工されている。

光輝材を用いた着色樹脂成形体には、光輝材が０．１〜数％程度添加されているものが一般的である。光輝材は溶融樹脂中に均一分散されるために、樹脂成形体に光輝材を添加しても樹脂成形体表面付近で目視により確認可能な光輝材の量は、全体の添加率から極く僅かである。このため、光輝材添加率が０．１〜数％程度では、樹脂成形体に金属質感や光輝材を表現するのに不充分であり、限界がある。金属質感をより向上させるためには、光輝材の添加率を増加させることで対応可能であるが、増加させると樹脂材料としての物性や機能を損なったり、コスト高となり経済性が損なわれる。

光輝材を数％添加した程度の樹脂材料の樹脂成形体では、成形体表面に分散して分布している光輝材から得られる斑状の光輝感のみで塗装以上の金属質感や光輝感、例えばフリップフロップ値で３以上の光輝感を得ることができない。

また、光輝材は、金属質感を表現するために鱗片状で成形加工されるため、光輝材の配向による目視上の外観変化が顕著である。多用されている射出成形の樹脂成形体では、射出成形の樹脂衝突等で光輝材の配向が変化し、成形体表面にウェルドラインやヒケ、フローマークが発生する。樹脂成形体はウェルドライン等の発生により、樹脂成形体特有の外観不具合が目立ち易い。

従来は、固化可能なホットメルト樹脂等の流動体に導電性材料を分散させ、この導電性材料に時間変動磁場を印加させ、この導電性材料に生じた誘導電流による誘導磁場と時間的変動磁場との磁気的相互作用によって導電性材料を配向させる技術が特許文献１に記載されている。

特許文献２には、懸濁媒体（液体）に懸濁している短繊維の被懸濁体を静磁場下で楕円的に回転する磁場を印加させて被懸濁媒体を配向制御する技術が、また、特許文献３には、溶媒に非強磁性体セラミックス結晶粒子を分散させたスラリーに回転磁場を印加して非（強）磁性体粒子を配向制御する技術が記載されている。

また、引用文献４には、樹脂材料に磁性体光輝材（金属フレーク）を混在させた溶融樹脂を金型キャビティ内に射出して、磁石の磁力を交互に発生させて磁性体光輝材を溶融樹脂内で移動させ、ウェルドマークの発生を防止したメタリック樹脂製品の製造技術が記載されている。

さらに、引用文献５には、半溶融状態の鋳物に混在される短繊維の金属複合材料素材を型キャビティ内で回転磁界を与えつつ冷却し、短繊維が所定の方向に配向された金属基複合材料を製造する技術が記載されている。この引用文献５に記載の技術は、樹脂材料着色技術ではない。

特開２００８−７１４９５号公報 特開２００６−５７０５５号公報 特開２００６−２６４３１６号公報 特開平１０−９５０２６号公報 特開平２−２９５６６５号公報

特許文献１に記載の発明は、導電性材料に誘起される導電電流と導電性材料に時間的に変動する印加磁場との相互作用により導電性材料の配向制御を行なうものである。また、特許文献２および３に記載の発明は、回転磁場である動的磁場を用いるが、カーボンファイバ、ポリエチレンの短繊維、および非強磁体セラミック結晶体の非磁性体を対象とするものであり、非磁性体の結晶の異方性磁化率を用いた配向制御を行なうもので、磁性体の形状異方性を対象としていない。

一方、樹脂成形体に金属質感を向上させるためには、金属の光輝材の添加率を増加させることで樹脂成形体に金属感や光輝感を持たせることが可能であるが、樹脂材料としての物性および機能が損なわれてしまったり、コスト高により経済性が損なわれてしまう。

溶融樹脂の粘性体に添加される金属粉、ガラスフレーク、マイカ粉等の光輝材の添加率を増加させないで、かつ塗装等の表面処理を施さずに、外観用樹脂成形体に金属質感や光輝感を持たせる技術は存在するが、光輝材を数％添加した程度では、充分な金属質感、光輝感（例えばフリップフロップ値３以上）を持たせることができず、樹脂成形体に金属質感や光輝感のある上質感は得られない。

また、溶融樹脂の粘性体中に、強磁性体光輝材の形状異方性を利用して配向を揃える三軸配向制御と、強磁性体光輝材を所要の方向にシフト移動させて一方に集中分布させる配向分布制御技術は知られていない。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、溶融樹脂の粘性体中に添加された強磁性体光輝材を、所要の回転磁界を印加して配向を揃える三軸配向制御と、シフト移動させて集中分布させる配向分布制御とを行なって成形し、金属質感や光輝感を表現し、上質感を持たせた樹脂成形体およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る樹脂成形体は、上述した課題を解決するために、形状異方性を有する強磁性体光輝材を所定量添加した熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂、エラストマー、ゴムの高分子材料を備え、前記高分子材料が型キャビティ内で溶融樹脂状態にあるとき、所要の位置に回転磁場を印加させて、混在している前記強磁性体光輝材の配向を備え、かつ所要の方向にシフト移動させる三軸配向制御と配向分布制御とが行なわれ、前記溶融樹脂中の強磁性体光輝材は意匠面側にシフト移動し、集中分布して配向され、成形加工されることを特徴とするものである。

また、本発明に係る樹脂成形体の製造方法は、上述した課題を解決するために、形状異方性を有する強磁性体光輝材を添加した熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂、エラストマー、ゴムの高分子材料を型キャビティ内にセットし、前記高分子材料を成形加工中に溶融樹脂状態にして所要の位置に回転磁場を印加し、前記溶融樹脂に混在された前記強磁性体光輝材の向きを揃えて同一方向に配向させる三軸配向制御により成形加工することを特徴とする製造方法である。

本発明においては、高分子材料が溶融樹脂状態にあるとき、所要の回転磁場を印加させて三軸配向制御と配向配分制御を行なって成形加工されるので、溶融樹脂中に混在する強磁性体光輝材は配向が平面的に揃えられ、かつ所要の方向にシフト移動して集中分布し、配向されて成形され、成形される樹脂成形体は、塗装以上の金属質感、光輝感を表現でき、上質感のある樹脂成形品が得られる。

また、本発明は、樹脂特有のウェルドライン、ヒケ、フローマーク等が解消でき、樹脂成形体の外観不具合を抑制でき、さらに、塗装工程やメッキ工程を不要とするので、環境負荷物質の排出を低減でき、剥れや錆の発生が生じず、塗装やメッキを不要とした樹脂成形体を提供できる。

樹脂成形体に添加される強磁性体光輝材（金属粉）の形状異方性を例示する概念図。 （Ａ）は回転磁場の印加により溶融樹脂中の強磁性体光輝材の配向を揃える三軸配向制御の説明図、（Ｂ）は同じく強磁性体光輝材をシフト移動させて意匠面近くに集中分布させる配向（配列）分布制御の説明図。 （Ａ）は内部の強磁性体光輝材の配向が不揃いな樹脂成形体を示す拡大断面図、（Ｂ）は本実施形態の樹脂成形体を示すもので、所要の回転磁場の印加により、意匠面近傍に全ての強磁性体光輝材を配向・分布させた拡大断面図。 （Ａ）は図３（Ａ）の樹脂成形体により成形される金属調（メタリック調）樹脂部品を示す平面図、（Ｂ）は図３（Ｂ）に示す本発明の実施形態で製造される樹脂成形体の金属調（メタリック調）樹脂部品を示す平面図。 （Ａ）はメッキを施した樹脂成形体の断面図、（Ｂ）はメッキを施した樹脂成形体の金属調（メタリック調）樹脂部品を示す平面図。 （Ａ）は基材表面にメッキ層を施した樹脂成形体の部分的な拡大断面図、（Ｂ）は樹脂成形低内部の意匠面近傍に強磁性体光輝材が配向（配列）分布制御された樹脂成形体の部分的な拡大断面図。 （Ａ）は溶融樹脂を通常の射出成形に成形される樹脂成形体の一例を示す斜視図、（Ｂ）は溶融樹脂に磁場を印加して射出成形した樹脂成形体の一例を示す斜視図。 （Ａ）は樹脂成形体を成形する回転磁場装置を示す概略的な斜視図、（Ｂ）は図８（Ａ）に示す回転磁場装置の概略的な正面図。 （Ａ）は回転磁場装置の他の例を示す概略的な平面図、（Ｂ）は図９（Ａ）の回転磁場装置を示す概略的な正面図。 回転磁場装置の磁場分布と試料（樹脂成形体）との配置関係を説明する図。 （Ａ）は磁場を印加した場合の強磁性体光輝材の配向パターン例を示す図、（Ｂ）は回転しない強磁性体光輝材の配向パターン例を示す図。 強磁性体光輝材の磁場の印加により引き合う瞬間を説明する説明図。 強磁性体光輝材の磁場の印加により反発し合う瞬間を説明する説明図。 強磁性体光輝材のスタックした試料（樹脂成形体）表面を示す写真。 ガラス容器に入れた磁場印加前の実施例１の試料上面を示す写真。 実験後の実施例１の試料（樹脂成形品）上面を示す写真。 実施例１の試料を射出成形により成形した通常の射出成形品の表面を示す写真。 実験後の実施例１の試料（樹脂成形品）上面外観を示す写真。 実験後の実施例１の試料（樹脂成形品）側面外観を示す写真。 実験後の実施例１の試料下面（底面）を示す写真。 実験後の実施例２の試料（樹脂成形品）上面外観を示す写真。 実験後の実施例２の試料（樹脂成形品）側面外観を示す写真。 実験後の実施例２の試料（樹脂成形品）を二つ割りして試料断面外観を示す写真。 実験前の実施例３の試料外観を示す写真。 実験後の実施例３の試料外観を示す写真。

以下、本発明に係る樹脂成形体およびその製造方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

本発明は、流動性のある物質の粘性体中に添加される強磁性体光輝材を用いて成形される外観樹脂成形体に金属質感、光輝感を表現して上質感を持たせた樹脂材料着色技術に関する。特に、本発明は、所要量の強磁性体光輝材を添加した可塑性樹脂材料、もしくは熱硬化性樹脂材料、エラストマー、ゴム等の高分子（樹脂）材料の粘性体（樹脂の場合は粘弾性体）に所要位置で回転磁界を添加して三軸配向制御および配向（配列）分布制御を実施して成形し、樹脂成形体に金属質感、光輝感を表現して上質感を持たせ、樹脂成形体の外観不具合を抑制した樹脂成形体およびその製造方法を提供する。

［流動性のある物質］
流動性のある物質として、可塑性樹脂材料、もしくは熱硬化性樹脂材料、エラストマー、ゴム等の高分子（樹脂）材料が用いられる。この高分子材料には要求される機械的物性、熱的性質、電気的性質、光学的性質等に応じた高分子成形体が得られる樹脂材料が選択される。

本実施形態では、流動性のある物質として硬化性のある熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、エラストマー、ゴム等の高分子材料が用いられる。このうち、熱可塑性樹脂としては、酢酸ビニル、ビニルフルコール、ビニルブチラール、塩化ビニル、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、エチレン、アミド、セルロース、イソブチレン、ビニルエーテル等からなるプレポリマーやポリマーがある。また、熱硬化性樹脂としては、尿素、メラミン、フェノール、レゾルシノール、エポキシ、イミド等からなるプレポリマーやポリマーがある。

さらに、流動性のある物質としての溶融樹脂の粘性体の溶融粘度は、低い方が添加される強磁性体光輝材の三軸配向制御および配向（配列）分布制御がし易く、好ましい。

［強磁性体光輝材］
強磁性体光輝材は、磁化率の高い金属が好ましく、本実施形態では、鱗片状強磁性体金属あるいは、この鱗片状強磁性体金属で被覆されたアルミニウム等の非磁性金属が用いられる。強磁性体としては、鉄、コバルト、ニッケルとこれらの合金が挙げられる。アルミニウム等の非磁性金属でも、より強い磁束密度や磁場を与えることで三軸配向制御および配向分布制御を行なうことができる。強磁性体光輝材に最も適した材料の一例として、ＰＣパーマロイ（７８％Ｎｉ−２２％Ｆｅ）がある。ＰＣパーマロイ材料は、磁化率が高い（６００００）材料である。したがって、鱗片状強磁性体金属とその被覆物である強磁性体光輝材として、磁化率の高いＮｉ−Ｆｅ合金である、鱗片状ＰＣパーマロイは好ましい材料である。

［強磁性体光輝材の移動速度Ｕと配向時間τの関係］
流動性のある物質に添加されて混入される強磁性体光輝材の移動速度Ｕ（ｍ／ｓ）と配向時間τ（ｓ）の関係は、いずれも溶融樹脂の粘度η（Ｐａ・ｓ）の影響が大きいが、次式で表わすことができる。
Ｕ＝Ｖ・ｘ／（μ_０・η・Ｋ）・Ｂ・ｄＢ／ｄｚ ……（１）
τ＝Ｌ・η・μ_０／（Ｖ・Ｎ・ｘ・Ｂ^２） ……（２）
但し、Ｖ ：強磁性体光輝材の体積（ｍ^３）
ｘ ：強磁性体光輝材の体積磁化率
μ_０ ：真空の透磁率（Ｈ／ｍ）
Ｋ ：強磁性体光輝材の移動に関して強磁性体光輝材形状に依存するテンソル
Ｂ ：磁束密度（Ｔ）
ｄＢ／ｄｚ：磁場勾配（Ｔ／ｍ）
Ｌ ：強磁性体光輝材の配向に関して強磁性体光輝材形状に依存するテンソル
Ｎ ：反磁界係数
をそれぞれ示す。

（１）式および（２）式から、強磁性体光輝材の移動速度Ｕと配向時間τは、いずれも強磁性体光輝材の磁化率が大きく影響していることがわかる。

［強磁性体光輝材の形状異方性］
流動性のある物質である樹脂の粘性体中に添加される強磁性体光輝材１０は、所要の位置で回転磁界を印加することにより、三軸配向制御や配向（配列）分布制御を効率よく行なうことができるように、平板状の形状異方性を有し、鱗片状に構成される。

すなわち、強磁性体光輝材１０は、図１に示すように各辺の長さａ，ｂ，ｃがａ≠ｂ≠ｃと互いに異なる形状異方性を持った鱗片状強磁性体金属およびその被覆物として構成される。

［樹脂成形体］
本実施形態の樹脂成形体は、熱可塑性樹脂材料もしくは熱硬化性樹脂材料またはエラストマー、ゴム等の高分子（樹脂）材料からなる溶融樹脂の粘性体中に、平均粒子径１μｍ〜２００μｍ、アスペクト比１０〜１０００を有する強磁性体光輝材１０を０．１〜１０ｗｔ％添加して構成される。溶融樹脂中に強磁性体光輝材１０が均一分散されて溶融している間に、所要の位置で回転磁場を印加すると、鱗片状の強磁性体光輝材１０が全て同じ方向に配向される三軸配向制御と、強磁性体光輝材１０を溶融樹脂の一方（意匠面側）にシフト移動させて集中分布させる配向（配列）分布制御が行なわれる。

本実施形態の樹脂成形体は、熱可塑性樹脂材料あるいは熱硬化性樹脂材料等の高分子材料に、形状異方性を有する鱗片状強磁性体光輝材１０を所要量添加したものを、樹脂成形体製造装置としての回転磁場装置（後述）により所要位置で回転磁場を印加させることで、非磁性体で構成された金属等の型収容部である型キャビティ内に収容し、図２（Ａ）に示すように、高分子材料の溶融樹脂１１中の金属粉である強磁性体光輝材１０が全て同じ方向を向くように三軸配向制御し、また、回転磁場に所要の磁場勾配（傾斜磁界）をあたえることで、図２（Ｂ）に示すように、溶融樹脂１１中のある一方（意匠面側）にシフト移動させ、集中分布させて配向する配向（配列）分布制御を行ない、樹脂成形体に金属質感や光輝感を表現して上質感を持たせ、樹脂成形体特有の外観不具合を抑制したものである。

本実施形態は、型チャンバ内で溶融樹脂１１に混合されている金属粉の強磁性体光輝材１０を三軸配向制御および配向分布制御を実施する磁場印加条件を調整して付与し、成形される樹脂成形体１２に金属質感や光輝感を表現した上質感（メッキ質感）が得られる樹脂材料着色技術である。

溶融樹脂１１に強磁性体光輝材１０を添加し、分散させて成形させる通常の成形では、図２（Ａ）に示すように強磁性体光輝材１０の配向方向にバラツキがあり、配向が不揃いであるが、回転磁場を磁場印加条件を調整して印加することにより、強磁性体光輝材１０は全ての配向が同じ方向を向くように三軸配向制御される。また、回転磁場に磁場勾配を与えることで、図２（Ｂ）に示すように、溶融樹脂１１内部の配向が不揃いであった強磁性体光輝材１０は、意匠面付近にシフト移動して集中分布され、配向（配列）分布制御される。

樹脂成形体１２は、図３（Ａ）に示すように、磁場印加前には、溶融樹脂１１中の強磁性体光輝材１０の配向が不揃いで樹脂成形体１２Ａは金属質感や光輝感を発揮することができないが、溶融樹脂１１に所定位置で回転磁場を印加すると、磁場印加後には図３（Ｂ）に示すように、全ての強磁性体光輝材１０が意匠面付近にシフト移動して集中分布するように、配向分布制御される。成形される樹脂成形体１２は、金属質感、光輝感を表現し、上質感のある外観表面を与えることができる。

図４は、自動車のシフトロッドのヘッド部に適用される樹脂部品を示すものである。このうち、図４（Ａ）の樹脂部品１３Ａは金属質感や光輝感を発現できない金属調（メタリック調）樹脂部品を示すものである。この樹脂部品１３Ａは磁場を印加しない図３（Ａ）に示す樹脂成形体１２Ａから成形されるものである。樹脂部品１３Ａは樹脂成形体１２Ａ内部の強磁性体光輝材１０の配向が不揃いで、金属質感、光輝感であるメッキ質感を発現することができない。

これに対し、図４（Ｂ）の樹脂部品１３Ｂは、金属質感・光輝感であるメッキ質感を発現できる金属調（メタリック調）樹脂部品を示すものである。この樹脂部品１３Ｂは、図３（Ｂ）に示すように磁場印加後の樹脂成形体１２（１２Ｂ）から成形されるものである。樹脂部品１３Ｂは、溶融樹脂１１の所定位置に回転磁場の傾斜磁界を印加すると、磁場印加後の強磁性体光輝材１０は配向分布制御され、図３（Ｂ）に示すように、意匠面付近に集中分布するようにシフト移動して配向分布される。磁場印加後、強磁性体光輝材１０の配向（配列）分布制御が行なわれた溶融樹脂１１が成形されると図３（Ｂ）に示す樹脂成形体１２Ｂが得られる。この樹脂成形体１２から金属質感、光輝感のメッキ質感を発現した図４（Ｂ）の樹脂部品１３Ｂが構成される。

ところで、溶融樹脂１１に強磁性体光輝材１０を添加し、混入させる代りに、溶融樹脂１１からなる樹脂成形体１２Ｃに金属メッキを施してメッキ層１４を形成したものがある。この場合は、図５（Ａ）に示すように樹脂成形体１２Ｃの基材表面に金属が堆積しており、樹脂成形体１２Ｃから形成される樹脂部品１３Ｃは図５（Ｂ）に示すように、金属質感、光輝感のメッキ質感を発現することができる。図５（Ｂ）に示される樹脂部品１３Ｃは、図４（Ｂ）に示される樹脂部品１３Ｂとほぼ等価な金属質感や光輝感が得られる。

しかし、図５（Ｂ）に示されるメッキの樹脂部品１３Ｃは、部品表面に金属（メッキ）が露出しているため、アタックを受け易く、損傷や剥れが生じて傷がつき易い。

すなわち、メッキ品の樹脂部品１３Ｃは、図６（Ａ）に示すように基材表面にメッキ層１４が露出して存在するために、アタックされ易く、剥れや損傷が生じ、傷がつき易いのに対し、図６（Ｂ）に示すように所要の回転磁場の印加により意匠面付近に強磁性体光輝材１０がシフト移動して集中するように配向（配列）分布制御された樹脂部品１３Ｂの強磁性体光輝材１０は、樹脂成形体１２Ｂの内部であって意匠面近くに集中して配向されているため、アタックされることがなく、剥れや錆の発生を防止でき、品質向上が図れる。

一般に、樹脂部品１３は、溶融樹脂１１に着色材である光輝材１０Ａを添加して射出成形で成形され、図７（Ａ）に示すように、着色樹脂部品として構成されることが多い。しかし、着色樹脂部品１３は、通常の射出成形時に樹脂衝突等により光輝材１０Ａの配向が変化し、成形体表面にウェルドラインＷＬやヒケ、フローマークが発生する。このため、樹脂部品１３を構成する樹脂成形体１２は、ウェルドラインＷＬ等の発生により、樹脂成形体特有の外観不具合が生じる虞がある。

これに対し、溶融樹脂１１に磁場を印加した状態で射出成形すると、図７（Ｂ）に示すように、強磁性体光輝材１０は、全て同じ方向を向くように配向されるので、樹脂成形体１２はウェルドラインが生じることなく成形され、樹脂成形体特有の外観不具合が抑制される。

ところで、メタリック調（金属調）樹脂部品１３を構成する樹脂成形体１２は、図３（Ａ）に示すように、磁場印加前は強磁性体光輝材１０がランダムな分散状態で混入した樹脂成形体１２Ａの断面構造をとるのに対し、磁場印加後には、強磁性体光輝材１０は溶融樹脂１１の一方向にシフト移動した集中分布状態で三軸配向制御と配向（配列）分布制御が組み合せて行なわれ、樹脂成形体１２Ｂが構成される。磁場印加後の樹脂成形体１２（１２Ｂ）の成形体断面形状は、樹脂成形体１２Ｃに金属メッキを施したものと等価な成形体断面形状を有する。この意味で、樹脂成形体１２Ｂで成形される金属調（メタリック調）樹脂部品はメッキ部品の代替品として位置付けすることができる。

本実施形態では、基本的な構成要素として、次の４点が挙げられる。

１．樹脂成形体１２を構成する樹脂材料として、平均粒子径１μｍ〜２００μｍ、アスペクト比１０〜１０００を有する強磁性体光輝材１０を０．１〜１０ｗｔ％添加した熱可塑性樹脂材料、もしくは熱硬化性樹脂材料の樹脂材料を得る。

２．樹脂材料の成形加工中に、溶融樹脂状態にして回転磁界を印加し、溶融樹脂１１に混入された強磁性体光輝材１０の向きを同一方向に配向させる三軸配向制御を行なって樹脂成形体１２を製造する樹脂成形体の製造方法を提供する。

３．樹脂材料の成形加工中に、樹脂材料を溶融樹脂状態にセットし、回転磁場装置１５，１６により回転磁場を印加し、かつ樹脂成形体１２の板厚方向に磁場勾配（傾斜磁場）を付与することで、溶融樹脂１１中の強磁性体光輝材１０の位置を同一方向（表面側）に集中分布させて樹脂成形体１２の製造方法を提供する。

４．樹脂材料を成形する非磁性体の金型等の収容部（型キャビティ）と、磁場を印加する永久磁石や電磁石等の磁石と、前記収容部および磁石の少なくとも一方に回転を付与する回転部と、前記収容部に収容される樹脂材料から溶融樹脂を形成するための加熱温度制御を行なったり、前記回転部に例えば２００ｒｐｍ以上の回転付与を行なう制御装置とから樹脂成形体製造装置が構成される。この製造装置は、２００ｒｐｍの回転磁場を与えることができるように、前記収容部の回転部または磁石の回転部を回転制御できるように構成しても、また、電磁石のように磁場の向きを切替制御することで、回転磁場相当の磁場を与えることができるように回転磁場装置１５，１６（図３および図４参照）を構成してもよい。

本実施形態の基本的な構成要素の２および３は、図８および図９に示す回転磁場装置１５，１６により実施される。

回転磁場装置１５は、図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、双極子を構成するＮ極とＳ極の磁極（２極）１７，１８を直径方向に対向配置している。Ｎ極とＳ極の磁極１７，１８間の、例えば下方に図示しない駆動装置により回転駆動される回転台２０が設けられ、回転台２０上に試料台２１が設置される。この試料台２１とトーラス状あるいはスリーブ状のスペーサ２２と試料台押さえ（蓋体）２３とから非磁性体の型収容部としての収容容器２５が構成され、収容容器２５内部に試料２６を収容する型キャビティ（空間）が形成される。非磁性体の収容容器２５は内部に型キャビティを構成するもので、型キャビティは種々の形状、例えば円筒状、ディスク状の成形空間が構成される。

試料２６としての樹脂材料には、熱可塑性樹脂材料あるいは熱硬化性樹脂材料、エラストマー、ゴム等の高分子（樹脂）材料が用いられる。

回転磁場装置１５は、双極子の磁極１７，１８もしくは試料２６が所要の回転速度、例えば２００ｒｐｍ相当以上の回転速度で回転駆動され、試料２６に回転磁界を印加するようになっている。

また、回転台２０上で試料２６を充填した収容容器２５（型キャビティ）は、加熱温度が調節制御可能に加熱装置２８内に必要に応じて収容される。加熱装置２８は収容容器２５の型キャビティ内に設けられた試料２６の種類に応じて、粘度の小さい最適な溶融樹脂１１を作成するために加熱温度が調節制御される。試料２６として熱可塑性樹脂材料のホモポリプロピレン樹脂の場合、例えば２００℃に加熱する加熱装置２８が用いられる。試料２６に常温硬化型液状シリコーンゴムを取扱う場合には、回転磁場装置１５で磁極１７，１８間に所定時間、例えば２分間回転磁場を印加した後、すなわち、磁場印加終了後に加熱装置２８として８０℃熱間乾燥機を使用して所要時間、例えば２４時間放置し、樹脂成形体１２を製造する。

また、図９（Ａ）および（Ｂ）に示された回転磁場装置１６は、図８に示す回転磁場装置１５に加えて、対向する磁極１７，１８の位置から９０°方向に回転した位置にも磁極１７，１８を対面させて配置したものである。対面した一対の磁極１７，１８を１組みとした場合、一方の組の磁極１７，１８間と正弦波の磁場を、他方の組の磁極１７，１８間に余弦派の磁場を印加することで、全体として回転磁場を印加させることができる。

他の構成は、図８に示す回転磁場装置１５と異ならないので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。

ところで、試料２６としての熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂等の樹脂材料には、平均粒子径１μｍ〜２００μｍ、アスペクト比１０〜１０００の強磁性体光輝材（金属粉）１０が０．１〜１０ｗｔ％添加される。強磁性体光輝材１０は、磁場勾配の高い方に引き付けられる性質を利用し、試料２６は、図１０に示すように、磁場勾配の存在する位置および領域に対向して配置される。磁極１７，１８間は磁場（磁束密度）がほぼ一定（一様）であるため、磁場勾配が存在しない。したがって、試料２６は磁極１７，１８間外に位置するように配置される。

試料２６を磁極１７，１８間の一様な磁束密度領域に配置した場合には、形状異方性を有する鱗片状の強磁性体光輝材１０の三軸配向制御（図２（Ａ）参照）は可能であるが、強磁性体光輝材１０を試料２６の溶融樹脂１１内で一方向、例えば上方にシフト移動させ、集中分布させる配向（配列）分布制御（図２（Ｂ）参照）はできない。

磁極１７，１８間の磁束密度は図５の磁場分布で示すようにほぼ一定で一様であるため、磁場勾配が存在しない。磁極１７，１８間の両外側では磁場勾配が存在する。磁束密度は磁極１７，１８間から離れるに従って級数的に小さくなる磁場勾配が存在する。この磁場勾配は磁極１７，１８に近付くに従って傾斜角度が大きくなり、試料２６の溶融樹脂１１は磁場勾配の大きい位置に配置される。

試料２６の溶融樹脂１１に添加し、混入される強磁性体光輝材１０を三軸配向制御し、かつ所要の方向にシフト移動させ、集中分布の配向（配列）分布制御を行なうために、図８および図９に示す回転磁場装置１５，１６が用いられる。図８（Ｂ）および図９（Ｂ）に示される回転磁場装置１５，１６では、試料２６の溶融樹脂１１に添加される強磁性体光輝材１０を溶融樹脂１１内で図示の上方向に移動させる試料配置構成を採用した例を示す。この例では、図１０に示すように、磁極１７，１８において、磁場勾配の最も高い位置、換言すれば磁極１７，１８間から外れた直近の位置に、収容容器２５（型キャビティ）に収容された試料２６の最上面（意匠面）が位置するようにセットされる。すなわち、回転磁界の磁束密度の最も高い位置は樹脂成形体の意匠面位置とされる。試料２６は磁極１７，１８間から多少離れた位置にセットされても、強磁性体光輝材１０が一方向にシフト移動する効果が得られるが、磁束密度に磁場勾配が低くなるため、好ましくない。

また、試料２６に添加される強磁性体光輝材１０には、三軸配向制御と、シフト移動して集中分布させる配向分布制御とが与えられる。図８および図９に示される回転磁場装置１５，１６内で回転台２０を昇降動作させたり、また回転移動動作と昇降動作の共働動作を付与してもよい。

一方、回転磁場装置１５，１６により、収容容器２５（型キャビティ）内の試料２６に回転磁場を印加させるのは、溶融樹脂１１中に添加される強磁性体光輝材１０に、向きを揃える図２（Ａ）の三軸配向制御と図２（Ｂ）のシフト移動して集中分布させる配向（配列）分布制御とを円滑かつスムーズに行なうためである。

図１に示すように、形状異方性ａ≠ｂ≠ｃを有する鱗片状の強磁性体光輝材１０に磁場を印加した場合、磁場の向きと強磁性体光輝材（強磁性体金属粉）１０の長手方向は、図１１（Ａ）に示すように、平行になる。一方向の磁場を作用させると、強磁性体光輝材１０を一軸制御することができる。しかし、強磁性体光輝材１０の平滑面（ａｂ面）の向きが揃うように制御することができない。

強磁性体光輝材１０の平滑面（ａｂ面）が全て揃うように制御するために、図１１（Ｂ）に示すように、回転磁界Ｂ_Ｒを印加させる。回転磁界の印加により、強磁性体光輝材１０は図２（Ａ）に示すように、平滑面（ａｂ面）が同じ方向を向くように揃えられる。すなわち、強磁性体光輝材１０は、磁場を一方向に印加させると、図１１（Ａ）に示すように、磁場の方向に強磁性体光輝材１０の長手方向が一致する、配向パターンをとり、回転磁場Ｂ_Ｒを印加させると、図１１（Ｂ）に示すように、回転し易い配向パターンを強磁性体光輝材１０が揃えられ、強磁性体光輝材１０は三軸配向制御される。

このため、磁場を回転させる回転磁場Ｂ_Ｒを付与すると、強磁性体光輝材１０は、その長手方向が回転する磁場と平行になろうと追従して回転する。このとき、強磁性体光輝材１０は、最も回転し易いパターンに配向されるために、形状異方性を有する強磁性体光輝材１０は、図２（Ａ）に示されるように三軸配向制御と図２（Ｂ）に示される配向分布制御が行なわれる。溶融樹脂１１の所要位置に回転磁界と傾斜磁場を与えることにより、強磁性体光輝材１０は溶融樹脂１１の一方向にシフト移動して整列状態に集中分布されるために、三軸配向制御と配向（配列）分布制御が行なわれた状態で成形される。

［回転磁場による回転数の影響］
溶融樹脂１１中で強磁性体光輝材１０にある静磁場を印加させると、強磁性体光輝材１０は硬化する。硬化した強磁性体光輝材１０は周辺で磁化した強磁性体光輝材１０と１つになろうと積層される。

しかし、本実施形態では、溶融樹脂１１中に添加された強磁性体光輝材１０に回転磁界を印加させると、磁場が回転しているために、磁化した強磁性体光輝材１０，１０が図１２に示すように引き合う瞬間に、強磁性体光輝材１０，１０の磁板の位置が変わり、磁場方向が変化し、図１３に示すように、反発し合い、硬化した強磁性体光輝材１０，１０同士のスタックが防止される。

ただ、磁場の回転数が低い場合、硬化した強磁性体光輝材１０，１０同士がスタックしてしまうため、強磁性体光輝材１０，１０に適正な回転数の回転磁場を印加させる必要がある。回転磁場の回転数が高ければ高い程、強磁性体光輝材１０，１０のスタックの可能性を減らすことができる。実験では、スタックを生じないようにするため、２００ｒｐｍ以上の回転が必要なことがわかった。回転磁場の回転数が２００ｒｐｍ未満の場合、強磁性体光輝材１０が溶融樹脂１１の表面でスタックし、外観が損なわれることがわかった。強磁性体光輝材１０がスタックした試料２６の表面は図１４に示す写真で示される。

［実施形態の効果］
本実施形態の樹脂成形体およびその製造方法においては、流動性のある物質の溶融樹脂１１中に添加されて粒子状あるいは粉状の鱗片状の強磁性体光輝材１０に印加される回転磁場の磁場印加条件を調整することで強磁性体光輝材１０の三軸配向制御と集中分布の配向（配列）分布制御を行なうことができ、成形される樹脂成形体１２は、メッキや塗装を行なうことなく、塗装と同等以上の金属質感や光輝感のある材料着色樹脂部品を得ることができる。

また、樹脂成形体１２の製造方法では、塗装工程やメッキ工程を不要としたので、剥れや錆の発生が生じる問題が生じない。さらに、樹脂着色成形体１２にウェルドライン、ヒケ、フローマーク等の発生を抑制でき、樹脂部品特有の樹脂成形体の外観不具合を抑制することができる。

加えて、樹脂着色成形体１２に金属質感や光輝感を表現するのに、強磁性体光輝材１０の添加量は１０％以下と少量でよく、樹脂材料としての物性や機能を維持した金属調（メタリック調）樹脂部品を提供できる。

次に、樹脂成形体およびその製造方法の具体的な実施例を実験に基づき説明する。

［実施例１］
試料２６である樹脂材料に粘度１００Ｐａ・ｓの常温硬化型液状シリコーンゴムを用意した。この試料２６の常温硬化型液状シリコーンゴムに、平均粒子径２４μｍ、アスペクト比４０の鱗片状ＰＣパーマロイフレークを強磁性体光輝材１０として１０ｗｔ％以下の少量、例えば２ｗｔ％添加し、均一分散させたスラリーを、φ２０、厚さ２ｍｍの非磁性体のガラス容器の収容容器２５（型キャビティ）に詰め、この収容容器２５を図８に示された回転磁場装置１５の回転台２０上にセットして実験を行なった。

そして、図８に示す回転磁場装置１５では、磁石の磁極１７，１８間に１Ｔ（テスラ）、回転速度４０ｒｐｍで２分間回転磁場を印加し、磁場印加終了後、加熱装置２８を８０℃の熱風乾燥機で２４時間放置した。結果、磁場印加前の試料２６と比較して、目視上、試料２６上面の金属質感や光輝感は明らかに増加した樹脂成形体１２が固化状態で得られた。

実験後の試料２６である樹脂成形体１２の上面は、図１６の写真で示すように表わされ、試料２６を図１７に示された通常の射出成形品２７の表面と比較して、強磁性体光輝材がほぼ隙間なく密集しており、上質感の高い金属質感や光輝感が得られた。実験後の試料２６の上面は、図１６および図１８に示すように（強磁性体光輝材１０がほぼ隙間なく密集して）上質感のある金属質感や光輝感が得られた。また、試料２６を側面から観察すると、図１９に示すように、試料上部は黒く見え、試料下部は、シリコーンゴムの樹脂色をしていた。さらに、試料２６の下面は図２０に示すように、強磁性体光輝材１０は殆ど存在していなかった。

試料２６に添加される強磁性体光輝材１０に着目すると、図１に示すように、最も光輝感のある面はａｂ面で、ａｃ面やｂｃ面は光を反射する面積がａｂ面に較べ小さく、目視上は黒く見える。

この点を考慮すると、図１６，図１８，図１９の観察結果から、強磁性体光輝材１０であるＰＣパーマロイフレークは、光輝感の高いａｂ面を試料上面に向け、光輝感の低いａｃ面やｂｃ面を試料側面に向けて、配向分布制御されていることがわかる。また、試料２６を側面から見た場合、試料下部はシリコーンゴムの色をしていたことから、磁場印加前に分散して存在していたＰＣパーマロイフレークは、試料上部に移動したことが明らかである。

試料２６の溶融樹脂１１の所定の位置で回転磁場を印加して、強磁性体光輝材１０の三軸配向制御と配向配列分布制御を行なうことにより作成される樹脂成形体１２は、金属質感や光輝感が高く、上質感のある樹脂材料着色技術を提供できることがわかった。樹脂成形体１２の金属質感や光輝感を表わすパラメータの１つに、表１に示すフリップフロップ値（ＦＦ値）がある。

フリップフロップ値（ＦＦ値）の数値の目安は次の通りである。
・ＦＦ値＜３で、材料着色樹脂部品で塗装の樹脂部品と同等の金属質感を表現できる。 ・ＦＦ値≧３では、材料着色樹脂部品で塗装の樹脂部品以上の金属質感を表現できる。 ・ＦＦ値６で、材料着色樹脂部品で最大で半光沢メッキ程度の金属質感を表現できる。

実施例１の試料２６によると実験後のＦＦ値は４で、塗装樹脂部品以上の金属質感、光輝感のある金属調（メタリック調）樹脂部品が得られる。

［実施例２］強磁性体光輝材の三軸配向制御について
試料２６の樹脂材料に添加される強磁性体光輝材１０がａｂ面が全て試料２６の上面を向いていること（三軸配向制御状態）を証明するために、図１０に示す回転磁場装置１６を用いて実験した。この回転磁場装置１６では、試料２６は磁場勾配のない一様磁場の磁極１７，１８間内に配置した。溶融樹脂１１に添加される強磁性体光輝材１０のパーマロイフレークが三軸配向制御のみ起こす条件下で回転磁場装置１６を用いて実験が行なわれる。

試料２６として粘度１００Ｐａ・ｓのウレタン系ＵＶ硬化樹脂の樹脂材料に、平均粒子径２４μｍ、アスペクト比４０の鱗片状ＰＣパーマロイフレーク（強磁性体光輝材１０）を１０ｗｔ％以下の少量、例えば２ｗｔ％添加し、均一分散させたスラリーを、φ８、厚さ１０ｍｍの非磁性型収容容器（型キャビティ）２５に詰め、磁極１７，１８間の磁束密度０．３Ｔ、回転速度２４０ｒｐｍで１秒付加し、回転磁場印加後に紫外線（ＵＶ）を照射して硬化処理を行なった。

実験後、試料２６上面は図２１に示すように外観が示され、試料断面は図２２に示すように示され、共に、高い金属質感が得られた。また、試料側面は図２３に示すように半透明で黒っぽく透けている。試料上面は光が反射しているが、試料側面は光が透過していることから、図１に拡大して示す形状異方性の鱗片状の強磁性体光輝材１０は、光輝感の高いａｂ面は試料上面あるいは試料下面を向いており、光輝感の低いａｃ面やｂｃ面は試料側面を向いている（三軸配向制御されている）ことが判明した。

［実施例３］強磁性体光輝材の配向分布制御について
試料２６の溶融樹脂１１中で強磁性体光輝材１０が配向（配列）分布制御されることを証明するために、実施例１の強磁性体光輝材１０であるＰＣパーマロイフレークを用いてシフト移動に関する裏付け実験を行なった。

実施例３では、平均粒子径２４μｍ、アスペクト比４０の鱗片状ＰＣパーマロイ（強磁性体光輝材）フレークを、粘度１００Ｐａ・ｓの常温硬化型液状シリクーンゴム（樹脂材料）に少量、例えば２ｗｔ％添加し、均一分散させたスラリーの上に、さらに、何も添加していない常温硬化型液状シリコーンゴムを配置して、実施例１と同様の実験を行なった。

実験前は、図２４に示すように、試料２６の上側表面は無添加の常温硬化型液状シリコーンゴムの乳白色であったものが、実験後である磁場印加後の試料上側表面は、図２５に示すように、強磁性体光輝材１０であるＰＣパーマロイ粉（フレーク）が存在している。ＰＣパーマロイ粉（フレーク）は、回転磁場装置１５を用いた試験中に無添加の常温硬化型液状シリコーンゴム（樹脂材料）を通過してシフト移動したことが明白となった。

［実施例４］
粘度１０００Ｐａ・ｓのポリプロピレン樹脂の樹脂材料に、平均粒径２４μｍ、アスペクト比４０の強磁性体光輝材１０であるＰＣパーマロイフレークを、数ｗｔ％、例えば２ｗｔ％添加して均一分散させ、ペレット化した試料で、１０×１０×２ｍｍｔの形成体を射出成形で成形した。そして、この射出成形体を図８に示す回転磁場装置１５の収容容器２５にセットし、加熱装置２８で２００℃に加熱し、磁極１７，１８間の磁束密度１Ｔ、回転台速度２００ｒｐｍで６０分回転磁場を印加させた後、冷却して樹脂成形体１２を成形した。

この実験結果では、実施例１に示した樹脂成形体１２と同様、磁場印加前の試料２６と比較して目視上明らかに金属質感が増加していて、試料２６は試料上部が黒く見え、試料下部はプロピレンの色をしている。

［実施例５］
樹脂成形体としてウェルドライン発生状態の射出成形品を用いて、実施例４と同様に実験した。

この実験後に樹脂成形体を観察すると、ウェルドラインが消失していた。

１０ 強磁性体光輝材
１１ 溶融樹脂
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 樹脂成形体
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 樹脂部品
１４ メッキ層
１５，１６ 回転磁場装置
１７ 磁極（Ｎ極）
１８ 磁極（Ｓ極）
２０ 回転台
２１ 試料台
２３ 蓋体（試料台押え）
２５ 収容容器
２６ 試料（樹脂材料）
２７ 射出成形品

Claims (7)

1. 形状異方性を有する強磁性体光輝材を所定量添加した熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂、エラストマー、ゴムの高分子材料を備え、
   前記高分子材料が型キャビティ内で溶融樹脂状態にあるとき、所要の位置に回転磁場を印加させて、混在している前記強磁性体光輝材の配向を備え、かつ所要の方向にシフト移動させる三軸配向制御と配向分布制御とが行なわれ、
   前記溶融樹脂中の強磁性体光輝材は意匠面側にシフト移動し、集中分布して配向され、成形加工されることを特徴とする樹脂成形体。
2. 前記高分子材料に０．１〜１０ｗｔ％添加される強磁性体光輝材は、平均粒子径１μｍ〜２００μｍ、アスペクト比１０〜１０００の鱗片状に構成された請求項１記載の樹脂成形体。
3. 前記強磁性体光輝材を添加した高分子材料の溶融樹脂に回転磁界を印加して三軸配向制御され、前記溶融樹脂中の高磁性体光輝材が、向きを揃えて同一方向に配向された請求項１記載の樹脂成形体。
4. 前記強磁性体光輝材を添加した高分子材料の溶融樹脂に回転磁場を印加し、かつ前記成形体の板厚方向に磁場勾配が付与されて配向分布制御され、
   前記溶融樹脂中の強磁性体光輝材が意匠面近傍にシフト移動して集中的に配向分布された請求項１記載の樹脂成形体。
5. 前記回転磁場は、２００ｒｐｍの回転磁場が直接あるいは間接的に得られるように、磁石の回転部、型キャビティの回転部または磁場の向きの切り替え装置により制御されて構成される請求項１記載の樹脂成形体。
6. 形状異方性を有する強磁性体光輝材を添加した熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂、エラストマー、ゴムの高分子材料を型キャビティ内にセットし、
   前記高分子材料を成形加工中に溶融樹脂状態にして回転磁場を印加し、
   前記溶融樹脂に混在された前記強磁性体光輝材の向きを揃えて同一方向に配向させる三軸配向制御により成形加工することを特徴とする樹脂成形体の製造方法。
7. 前記高分子材料の成形加工中に溶融樹脂状態にして回転磁場を印加し、かつ成形体の板厚方向に磁場勾配を付与し、
   前記溶融樹脂に混在された前記強磁性体光輝材をある一方向にシフト移動させて集中分散させる配向分布制御により成形加工させる請求項６記載の樹脂成形体の製造方法。