JP2017065230A - 樹脂成形品および樹脂成形品の製造方法、並びに樹脂成形品の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維混練による強度、剛性、軽量化といった特長を確保しつつ表面の平滑化、外観の美麗さなど表面性状に優れ、同時に耐候性、耐紫外線性、耐光性にも優れた樹脂成形品を提供する。【解決手段】この樹脂成形品１０は、炭素繊維、ガラス繊維、またはこれらの複合繊維から成る繊維基材の成形体１に接着層２を有する樹脂表皮材３を貼着した構成とし、この樹脂成形品を製造するには、繊維と樹脂を混合した成形体を受け治具２３に載置した後、この成形体の上方に、接着層を有する樹脂表皮材を該表皮材の接着層を下向きにして配置し、成形体および樹脂表皮材の周囲を負圧状態にするとともに、樹脂表皮材を加熱し、受け治具を上昇させて軟化した樹脂表皮材に成形体を密着させ、受け治具の上方領域を加圧状態にした後、受け治具の周囲を開放し、樹脂表皮材被覆成形体を取り出す。【選択図】 図１

Description

本発明は樹脂成形品および樹脂成形品の製造方法、ならびに樹脂成形品の製造装置に関する。

繊維材と樹脂材とを混練した素材を所望形状に成形した成形品は従来から知られており、例えば繊維材として炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックはその一例であり、金属製のものと比べて強度や剛性に優れ、かつ軽量であり、腐食も少ない点で各種の量産構造部品として使用されている。また、その量産性に注目して自動車の内装品や外装品のほか、家電製品、スポーツ用品等、用途は多岐にわたっている。
また、このような繊維強化プラスチック部品に塗装を施して製品化する技術として特許文献１に示す塗膜形成方法および塗装物品が開示されており、正反射光方向には金属光沢を呈し、それ以外の方向には炭素繊維強化プラスチックのつや消しの素材感を呈するように光反射性顔料の膜厚および平行光線透過率を規定した構成としている。

特許文献２の自動車用外装品は、カーボンブラックおよびプラスチック製染料を着色剤として添加し、ＰＣおよびＰＢＴに加えてアクリロニトリル−スチレン樹脂を数〜数十重量％の割合で混練してポリマーアロイ化した樹脂材を用いることにより、無塗装でも深み感や表面硬度が得られるようにしている。また、自動車の内装部品に発光機能を簡易に得られるようにした自動車用機能部品（特許文献３）、黒色塗料を用いることなく従来と同等の美観や耐薬品性等を備えた低明度色塗装の自動車車体および自動車部品（特許文献４）も開示されている。さらに特許文献５〜７に示すように加飾フィルムやシート材を被着体に被着させる真空成形方法および真空成形機も既に開示されている。

特開２０１２−２００６８１号公報 特開平１１−１０６５１８号公報 国際公開ＷＯ２０１３／０２２０２７号公報 特開平５−２９３４３４号公報 特開２０１５−４４２８５号公報 特開２０１２−１１６０９４公報 特開２０１２−９６４１６公報

繊維を混練してなる成形品は上述のように強度や剛性に優れ、また軽量であるという利点はあるものの、繊維質の部分が表面に露呈するため成形品の表面がどうしても粗面となり、凹凸のある表面となる不都合がある。このため、成形品の用途によっては後工程で塗装を施したり、熟練作業者による塗装と表面研磨を繰り返し行って平滑化する必要がある。このように従来の繊維強化成形品は後工程の表面処理に手数を要し、高価となるとともに、塗装と研磨作業をする熟練職人の個人差によって表面平滑化の品質にばらつきが生じるという問題があった。またとりわけ炭素繊維の成形品を屋外で用いる場合には耐候性、対紫外線性が要求される。

本発明は繊維混練による強度、剛性、軽量化といった特長を確保しつつ表面の平滑化、外観の美麗さなど表面性状に優れ、同時に耐候性、耐紫外線性、耐光性にも優れた樹脂成形品を提供することを目的とする。

本発明はまた、繊維素材を基体とする成形体の表面処理の容易化、工程数の削減、表面平滑化など表面性状の均一化を図り得る樹脂成形品の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明による樹脂成形品は、炭素繊維、ガラス繊維、またはこれらの複合繊維から成る繊維基材の成形体に接着層を有する樹脂表皮材を貼着して成るものである。

本発明のひとつの形態によれば、前記成形体は、前記繊維基材にＡＢＳ、ポリカーボネート、アクリル、ナイロンのすくなくともいずれかを結合剤として成形して成ることを特徴とする。

また本発明の他の形態によれば、前記樹脂表皮材は樹脂フィルムの下側に接着層が付着され、前記成形体の表面に加飾層が形成されていることを特徴とする。

本発明のさらに他の形態によれば、前記樹脂表皮材は樹脂フィルムの下側に接着層が付着され、前記樹脂フィルムと前記接着層との間に加飾層が介在されていることを特徴とする。

本発明のさらに他の形態によれば、前記樹脂表皮材は前記樹脂フィルムの下面をエッチングした後、接着層が付着されて成ることを特徴とする。

本発明のさらに他の形態によれば、前記樹脂表皮材はアクリル材、ポリカーボネート材、ＡＢＳ材、ＰＥＴ材、塩化ビニル材、ポリウレタン材、ポリプロピレン材の少なくともいずれかであることを特徴とする。

本発明のさらに他の形態によれば、前記樹脂表皮材の厚みが０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする。

本発明による樹脂成形品の製造方法は、炭素繊維、ガラス繊維、またはこれらの複合繊維から成る繊維基材の成形体を受け治具に載置した後、前記成形体の上方に、接着層を有する樹脂表皮材を該表皮材の前記接着層を下向きにして配置し、前記成形体および前記樹脂表皮材の周囲を負圧状態にするとともに、前記樹脂表皮材を加熱し、前記受け治具を上昇させて軟化した前記樹脂表皮材に前記成形体を密着させ、さらに前記受け治具の上方領域を加圧状態にした後、前記受け治具の周囲を開放し、樹脂表皮材被覆成形体を取り出すことを特徴とする。

本発明に係る樹脂成形品の製造方法のひとつの形態によれば、前記樹脂表皮材は樹脂フィルムの下側に接着層が付着され、前記成形体の表面に加飾層が形成されていることを特徴とする。

本発明による樹脂成形品の製造方法の他の形態によれば、前記樹脂表皮材は樹脂フィルムの下側に接着層が付着され、前記樹脂フィルムと前記接着層との間に加飾層が介在されていることを特徴とする。

本発明による樹脂成形品の製造方法のさらに他の形態によれば、前記樹脂表皮材は前記樹脂フィルムの下面をエッチングした後、接着層が付着されて成ることを特徴とする。

本発明による樹脂成形品の製造方法のさらに他の形態によれば、前記樹脂表皮材はアクリル材、ポリカーボネート材、ＡＢＳ材、ＰＥＴ材、塩化ビニル材、ポリウレタン材、ポリプロピレン材の少なくともであることを特徴とする。

本発明による樹脂成形品の製造方法のさらに他の形態によれば、前記樹脂表皮材の厚みが０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする。

本発明による樹脂成形品の製造方法のさらに他の形態によれば、前記成形体は、前記繊維基材にＡＢＳ、ポリカーボネート、アクリル、ナイロンを結合剤として成形して成ることを特徴とする。

本発明に係る樹脂成形品の製造装置は、繊維成形体の受け治具を上下動可能に収容した下チャンバーボックスと、ヒータを内蔵し、かつ前記下チャンバーボックスに対して上下動可能な上チャンバーボックスと、前記上下チャンバーボックスの間に張り渡された樹脂表皮材と、前記上下チャンバーボックス内に連通する負圧付勢手段と、前記上チャンバーボックス内に連通する空圧付勢手段と、前記受け治具の上下動駆動装置および前記上チャンバーボックスの上下動駆動装置とを有し、前記下チャンバーボックスの上昇による前記樹脂表皮材に対する前記受け治具上の前記成形体の押付け、および前記負圧付勢手段および前記空圧付勢手段の付勢、消勢、および前記ヒータの加熱により、前記樹脂表皮材を前記成形体に被着させるように構成されている。

本発明によれば、繊維混練による強度、剛性、軽量化といった特長を確保しつつ表面の平滑化、外観の美麗さなど表面性状に優れ、同時に耐候性、耐紫外線性、耐光性にも優れた樹脂成形品が得られる。また、繊維素材を基体とする成形体の表面処理の容易化、工程数の削減、表面平滑化など表面性状の均一化を図り得る樹脂成形品の製造方法および製造装置が得られる。

本発明の実施例に係る樹脂成形品の拡大断面図である。 本発明の他の実施例に係る樹脂成形品の拡大断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係る樹脂成形品の拡大断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係る樹脂成形品の拡大断面図である。 本発明の実施例に係る樹脂成形品の製造装置の縦断面図である。 本発明の実施例に係る樹脂成形品の製造工程の前段部分を示す概略図である。 図６に示す樹脂成形品の製造工程の後段部分を示す概略図である。 本発明に係る樹脂成形品の使用例を示す斜視図である。 本発明に係る樹脂成形品の他の使用例を示す斜視図である。

次に、本発明を、図面を参照しつつ、各種の実施例について説明する。
図１〜図４は本発明の各種実施例に係る樹脂成形品１０を示したものであり、図１の実施例は、炭素繊維、ガラス繊維、あるいはこれらの複合繊維からなる繊維基材を結合剤に混合成形して得られた成形体１の上面に接着層２を介して樹脂表皮フィルム、例えば透明樹脂フィルム３を貼着して樹脂成形品１０とした例である。繊繊維材を混合した成形体１は、その表面が繊維成分により凹凸面となるが、その凹凸表面に樹脂フィルム３を貼着することにより平滑な表面が得られ、自動車の内装品やバンパーなどの外装品として塗装や表面研磨を行うことなく美麗な内外装品とすることができる。そして、繊維素材と樹脂素材とを混合成形した成形体は強度、剛性に富み、また軽量であり、かつ量産性にも優れる。

繊維基材の成形体の成形手法としては、上述のように繊維基材を結合剤をバインダーとして利用して混合成形するものの他、繊維素材を織る或いは編む等して成形したもの、繊維素材を織り形成した繊維基材に結合剤を纏わせて成形するもの、繊維素材を編み形成した繊維基材に結合剤を纏わせて成形するもの、さらには繊維基材を上述のような各種手法で成形した後表面に下地塗装を施すもの、さらには繊維基材を上述のような各種手法で成形した後表面に下地塗装を施しさらに表面をサンドリングするもの等各種の成形方法が挙げられ、繊維基材の成形体の成形手法は限定されない。また、樹脂表皮フィルムとしては、繊維基材の成形体に貼着可能な種々の合成樹脂シートが挙げられる。一例の透明樹脂フィルム３としてアクリル材を用いることにより、耐候性、耐紫外線性がよく、またＰＣ材、ＡＢＳ材のフィルムとすれば、成形性がよく量産が可能であり、これらは用途によって適宜選択される。接着層としてはアクリル系接着剤が好適である。また、接着層を含む樹脂表皮フィルム（透明樹脂フィルム３）の厚みｔは０・１〜０・５ｍｍが適切であるが、これも成形品の使用箇所など用途によって任意に定められる。成形体１、接着層２、樹脂表皮フィルム３の各構成は以下の実施例においても同様である。尚、ここで前記樹脂表皮フィルムとしては、アクリル材、ＰＣ材、ＡＢＳ材のほか、ＰＥＴ材、塩化ビニル材、ポリウレタン材、ポリプロピレン材が採用可能な一例である。また結合剤としてはＡＢＳ、ポリカーボネート、アクリル、ナイロンが採用可能な材料の例である。しかしながら樹脂表皮フィルムの材質はこれらに限られず後述する貼着工程において成形体に貼着されうる樹脂シートであればよく、結合剤はこれに限られず繊維基材を成形するに足る材料であればよい。

図２に示す実施例の樹脂成形品１０は、繊維基材と樹脂材との混合成形による成形体１の表面に印刷手段等により文字、図形等の加飾層４が形成され、この加飾層４を含む成形体１の表面に接着層２が付着され、さらに接着層２の上面に透明フィルム３が貼着されている。接着層２をアクリル系接着剤で構成することにより、透明フィルム３の外面から成形体の加飾層４が目視される。

図３の実施例による樹脂成形品１０は成形体１の上面に接着層２が付着され、この接着層２と透明フィルム３との間に加飾層４が介在された形態で透明フィルム３が下側の接着層２に貼着されている。成形体１の表面の凹凸が透明フィルム３によって平滑化され、かつ透明フィルム３の外面から加飾層４が目視されることは図２の実施例と同様である。

図４に例示する樹脂成形品１０は、樹脂フィルムの下面にエッチング５が施され、このエッチングを施した面が接着層２を介して成形体１の上面に貼着されている。樹脂フィルムを透明フィルムとし、かつエッチングを所望のパターンで形成することにより、透明フィルム３の外面からエッチングが加飾した面として目視される。また、エッチングにより接着層２との結合がより確実となり、表面性状が堅牢な樹脂成形品１０となる。

次に、本発明に係る樹脂成形品の製造装置および製造方法を、図５〜図７を参照して説明する。図５を参照すれば、本実施例に係る樹脂成形品の製造装置２０は、上下に分離可能な下チャンバーボックス２１と上チャンバーボックス２２とを有する。下チャンバーボックス２１内には、前述した炭素繊維、ガラス繊維、またはこれらの複合繊維からなる繊維基材の成形体１（仮想線で示す）を載置する受け治具２３が上下動可能に配置されている。具体的には下チャンバーボックス２１の下側に上下動駆動装置２４が設けられ、この駆動装置２４の作動ロッド２４ａが下チャンバーボックス２１内に挿入され、受け治具２３の支持テーブル２５が作動ロッド２４ａに連結されている。下チャンバーボックス２１には真空吸引する装置、例えば真空タンク２６が連結されている。真空タンク２６は切換弁２７を介して上チャンバーボックス２２にも連通するようになっている。また、下チャンバーボックス２１の上端にはフィルム保持枠２８が設けられ、この保持枠２８に図１〜図４で説明した樹脂フィルム（透明フィルム）、接着層、加飾層などから成る樹脂表皮フィルム２９が交換可能に取り付けられており、樹脂表皮フィルム２９を下チャンバーボックス２１の上端開口部に装着された状態では該ボックス内は密閉状態に保持される。

下チャンバーボックス２１に対して上昇、下降する上チャンバーボックス２２内には、その上部部位にヒータ３０が配置されている。上チャンバーボックス２２の上方位置に上下動駆動装置３１が設けられ、その作動ロッド３１ａが上チャンバーボックス２２の上面に連結されている。また、上チャンバーボックス２２には該チャンバーボックス内を加圧状態にするための加圧装置、例えば圧空タンク３２が切換弁２７を介して連結されている。上チャンバーボックス２２を下降させて樹脂表皮フィルム２９を装着した下チャンバーボックス２１に接合させた状態では、上下チャンバーボックス２２，２１内は密閉状態に保持される。

上述の構成になる樹脂成形品の製造装置によって本発明に係る樹脂成形品を製造する方法を図６、図７を参照して説明する。まず、図６（ａ）に示すように、駆動装置３１によって上チャンバーボックス２２を上昇させて下チャンバーボックス２１内の受け治具２３上に対象製品の繊維基材を混合成形した成形体１を載置するとともに、下チャンバーボックス上端の樹脂表皮フィルムの保持枠２８に所望の樹脂表皮フィルム２９をセットする。この状態で下チャンバーボックス２１内は密閉状態となっている。樹脂表皮フィルム２９は図１〜図４で説明したような透明フィルムと接着層からなる表皮フィルム、透明フィルムと加飾層と接着層とからなる表皮フィルム、あるいは下面にエッチングを施した透明フィルムと接着層からなる表皮フィルムが対象製品の種類、用途などに応じて選定される。なお、樹脂表皮フィルム２９はその接着層が下向き、つまり受け治具２３上の成形体１に対峙する向きに保持枠２８にセットされる。

次に、図６（ｂ）に示すように、上チャンバーボックス２２を駆動装置３１によって下降させて下チャンバーボックス２１に接合させるとともに、図６（ｃ）に示すように切換弁２７を操作して真空吸引装置（真空タンク２６）により上下チャンバーボックス２２，２１内を真空吸引して負圧状態にする。また同時にヒータ３０を付勢してボックス内の樹脂表皮フィルム２９を加熱し、表皮フィルムを軟化させる。図６（ｃ）で樹脂表皮フィルム２９が若干受け治具２３側へ垂れ下がっているのは、このヒータ３０の加熱で表皮フィルムが軟化していることを示したものである。
次に、図６（ｄ）に示すように、受け治具２３を駆動装置２４によって上昇させて受け治具２３上の成形体１を、軟化した樹脂表皮フィルム２９に押し付け、樹脂表皮フィルム２９を成形体１に貼着させる。

この後、上チャンバーボックス２２内のヒータ３０を働かせた状態で上チャンバーボックス２２内を負圧状態から大気開放あるいは空圧状態にして成形体表面への樹脂表皮フィルム２９の貼着をさらに促進させる。図６（ｅ）は上チャンバーボックス２２内を大気開放させた場合、図６（ｆ）は空圧装置および圧空タンク３２によって上チャンバーボックス２２内を空圧状態にした場合であり、製造工程としてはそのどちらが採用されてもよいが、対象製品によってより強いフィルム貼着を必要とする場合は図６（ｆ）の空圧付加形態が採用される。この後は、図７（ａ）に示すように空圧および真空吸引を解除するとともに上チャンバーボックス２２を上昇させて受け治具２３から表皮フィルム２９が貼着された樹脂成形品を取り出す。この状態では樹脂表皮フィルム２９の周縁部が成形体１から若干はみ出しているので、図７（ｂ）に示すように成形体１からはみ出した樹脂表皮フィルム２９の部分をカッター３３で切断するトリミング加工を行って樹脂成形品１０を完成させる。なお、樹脂成形品の樹脂表皮フィルムのはみ出しがないような場合は、図７（ｂ）のトリミング加工は省略してもよいことは勿論である。

本発明の実施例に係る表面処理を施した樹脂成形品は強度、剛性に富み、かつ軽量で耐候性、耐紫外線性、表面凹凸の平滑化および美麗な外観性のために種々の箇所に使用される。図８は乗用車のバンパー４１およびサイドミラー４２の背部保持部材４２ａに適用した例である。既存の自動車に対して簡単な工事で本実施例の樹脂成形品に取り替えることができ、しかも強度などの点で充分に機能を満たし得、さらには充分な美観を呈する自動車部品として提供可能である。その他、車両の内装品、例えば運転席前面のダッシュボード、ハンドル部分など各種自動車部品にも適用可能である。また、例えば釣竿、ゴルフ用具、球技用ラケット、登山用具、あるいは介護用具としての杖、パワードスーツ、歩行訓練機材などにも適用可能である。図９はゴルフシャフト５０の部分に本発明の樹脂成形品１０を使用した例であり、既存のゴルフシャフトに要求される性能を満たし得るとともに外観にも優れたゴルフシャフトが実現できる。本発明に係る樹脂成形品は上記２件の使用例に限らず、各種の日常部品や構造部品に適用でき、その応用範囲は広い。

１ 成形体
２ 接着層
３，２９ 樹脂表皮フィルム（透明樹脂フィルム）
４ 加飾層
５ エッチング
１０ 樹脂成形品
２０ 樹脂成形品の製造装置
２１ 下チャンバーボックス
２２ 上チャンバーボックス
２３ 受け治具
２４，３１ 上下動駆動装置
２６ 真空タンク
２７ 切換弁
２８ 保持枠
３０ ヒータ
３２ 圧空タンク
３３ カッター
４１ 乗用車のバンパー
４２ サイドミラー
５０ ゴルフシャフト

Claims (15)

1. 炭素繊維、ガラス繊維、またはこれらの複合繊維から成る繊維基材の成形体に接着層を有する樹脂表皮材を貼着して成る樹脂成形品。
2. 前記成形体は、前記繊維基材にＡＢＳ、ポリカーボネート、アクリル、ナイロンの少なくともいずれかを結合剤として成形して成ることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品。
3. 前記樹脂表皮材は樹脂フィルムの下側に接着層が付着され、前記成形体の表面に加飾層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂成形品。
4. 前記樹脂表皮材は樹脂フィルムの下側に接着層が付着され、前記樹脂フィルムと前記接着層との間に加飾層が介在されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の樹脂成形品。
5. 前記樹脂表皮材は前記樹脂フィルムの下面をエッチングした後、接着層が付着されて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の樹脂成形品。
6. 前記樹脂表皮材はアクリル材、ポリカーボネート材、ＡＢＳ材、ＰＥＴ材、塩化ビニル材、ポリウレタン材、ポリプロピレン材の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の樹脂成形品。
7. 前記樹脂表皮材の厚みが０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の樹脂成形品。
8. 炭素繊維、ガラス繊維、またはこれらの複合繊維から成る繊維基材の成形体を受け治具に載置した後、前記成形体の上方に、接着層を有する樹脂表皮材を該表皮材の前記接着層を下向きにして配置し、前記成形体および前記樹脂表皮材の周囲を負圧状態にするとともに、前記樹脂表皮材を加熱し、前記受け治具を上昇させて軟化した前記樹脂表皮材に前記成形体を密着させ、さらに前記受け治具の上方領域を加圧状態にした後、前記受け治具の周囲を開放し、樹脂表皮材被覆成形体を取り出すことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
9. 前記樹脂表皮材は樹脂フィルムの下側に接着層が付着され、前記成形体の表面に加飾層が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の樹脂成形品の製造方法。
10. 前記樹脂表皮材は樹脂フィルムの下側に接着層が付着され、前記樹脂フィルムと前記接着層との間に加飾層が介在されていることを特徴とする請求項８または９に記載の樹脂成形品の製造方法。
11. 前記樹脂表皮材は前記樹脂フィルムの下面をエッチングした後、接着層が付着されて成ることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
12. 前記樹脂表皮材はアクリル材、ポリカーボネート材、ＡＢＳ材、ＰＥＴ材、塩化ビニル材、ポリウレタン材、ポリプロピレン材の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
13. 前記樹脂表皮材の厚みが０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
14. 前記成形体は、前記繊維基材にＡＢＳ、ポリカーボネート、アクリル、ナイロンの少なくともいずれかを結合剤として成形して成ることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
15. 繊維成形体の受け治具を上下動可能に収容した下チャンバーボックスと、
    ヒータを内蔵し、かつ前記下チャンバーボックスに対して上下動可能な上チャンバーボックスと、
    前記上下チャンバーボックスの間に張り渡された樹脂表皮材と、
    前記上下チャンバーボックス内に連通する負圧付勢手段と、
    前記上チャンバーボックス内に連通する空圧付勢手段と、
    前記受け治具の上下動駆動装置および前記上チャンバーボックスの上下動駆動装置とを有し、
    前記下チャンバーボックスの上昇による前記樹脂表皮材に対する前記受け治具上の前記成形体の押付け、および前記負圧付勢手段および前記空圧付勢手段の付勢、消勢、および前記ヒータの加熱により、前記樹脂表皮材を前記成形体に被着させるように構成されていることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。