JP2022018215A - ガラス一体型成形品、及びガラス一体型成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外観の品質に優れ、反りが少ないガラス一体型成形品を提供する。【解決手段】樹脂で一体成形された枠体１０の内方に板状のガラス２０が固着されてなるガラス一体型成形品１であって、前記枠体の表面１１に、加飾が施されたインモールド成形用の転写箔３０が転写され、前記枠体を構成する樹脂は、母材中に充填剤として炭素繊維と球状の粒子とを含み、前記充填剤は、前記炭素繊維を主体としつつ、前記球状の粒子として、中空のポリウレアと多孔質のアクリル樹脂とアルミナとから選択される一種以上の樹脂を含む。【選択図】図１

Description

この発明は、ガラス一体型成形品、及びガラス一体型成形品の製造方法に関する。

例えば、スマートフォンや、車載用ナビゲーション装置などに用いられるディスプレイの前面カバーなど、樹脂で一体成形された枠体の内方に板状のガラスが固着されてなるガラス一体型成形品がある。ガラス一体型成形品は、以下の特許文献１や非特許文献１に記載されているように、ガラスインサートモールド成形技術を用いて製造することができる。概略的には、板状のガラスをインサート材として金型内に配置し、その金型内に成形樹脂を射出することで成形される。

特開２０１３－１３９１３６号公報

吉田テクノワークス株式会社、"ガラスインサートモールド"、[online]、［令和２年６月２６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.yoshida-tw.co.jp/products/glass.html＞

ガラス一体型成形品は、成形後に金型から取り出すと、枠体を構成する樹脂は、冷却されて成形収縮を起こす。そして、ガラス一体型成形品では、枠体の成形収縮に伴って、ガラスが体裁面に対して反対側に反るという問題が発生する場合がある。特に近年のガラス一体型成形品には、ガラスをより大きくすること、及び厚みに起因する視差を抑制するためにガラスをより薄くすることが求められており、反りがより発生し易い条件でガラス一体型成形品を製造しなくてはならない。

成形圧力を上げて樹脂の密度を上げれば反りの度合いが少なくなるが、成形圧力を上げるとガラスが破損する可能性がある。また、炭素繊維を含む樹脂を用いて射出成形することで反りを抑制することが知られているが、成形体である枠体の表面にインモールド成形技術によって、ロゴや図案などの加飾が施されたフィルム（以下、転写箔と称することもある）を転写する場合、炭素繊維が、転写箔を傷つけ、加飾の美観が損なわれるという問題がある。

また、ガラス一体型成形品にインモールド成形技術を適用する場合、枠体とガラスとの境界部近傍では、樹脂の熱と圧力が転写箔に十分に伝わり難く、転写箔がベースフィルムから容易に剥離されず、転写箔の縁辺が不規則な形状に転写されるという問題もある。特に、近年では、機器を小型化しつつ大画面化を達成するという要望、あるいは意匠の観点などから、枠体をより狭額化することが求められている。そのため、体裁面における転写箔の転写スペースが極めて少なくなり、転写に要する熱容量がさらに不足し、転写箔の転写性がより悪化する。

そこで、本発明の目的は、外観の品質に優れ、反りが少ないガラス一体型成形品、及びガラス一体型成形品の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、樹脂で一体成形された枠体の内方に板状のガラスが固着されてなるガラス一体型成形品であって、
前記枠体の表面に、加飾が施されたインモールド成形用の転写箔が転写され、
前記枠体を構成する樹脂は、母材中に充填剤として炭素繊維と球状の粒子とを含み、
前記充填剤は、前記炭素繊維を主体としつつ、前記球状の粒子として、中空のポリウレアと多孔質のアクリル樹脂とアルミナとから選択される一種以上の樹脂を含む、
ガラス一体型成形品である。

上記ガラス一体型成形品は、前記樹脂中に、前記炭素繊維が２５ｗｔ％以上４０ｗｔ％未満の割合で含まれているとともに、前記球状の粒子が１．３ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下の割合で含まれているものであってもよい。

前記炭素繊維が、平均繊維長が１０μｍ以上１１５μｍ以下のガラス一体型成形品、前記アルミナの粒度が０．２５μｍ以上５μｍ以下であるガラス一体型製品、前記多孔質のアクリル樹脂の粒度が２μｍ以上１６μｍ以下であるガラス一体型成形品、及びリウレアの粒度が２μｍ以上４．５μｍ未満であるガラス一体型成形品とすることもできる。上記いずれかに記載のガラス一体型成形品において、前記母材は、ポリカーボネートであってもよい。

本発明の範囲には、樹脂で一体成形された枠体の内方に板状ガラスが固着されたガラス一体型成形品の製造方法も含まれ、当該製造方法は、
板状ガラスを金型内に配置する板状ガラス配置ステップと、
基材フィルムに加飾が施された転写箔が積層されたインモールド成形用の転写フィルムを前記板状ガラスが配置される側の前記金型に架け渡す転写フィルム架設ステップと、
閉じた状態の前記金型内に溶融した前記樹脂を射出して前記枠体を成形する射出成形ステップと、
を含み、
前記射出成形ステップでは、母材中に、充填剤として炭素繊維を主体としつつ、球状の粒子からなる中空のポリウレア、多孔質のアクリル樹脂、及びアルミナから選択される一種以上の樹脂が含まれた溶融樹脂を用いるとともに、前記転写フィルムを前記閉じた状態の金型によって挟持させつつ当該融樹脂を射出することで、前記枠体を成形するとともに、当該枠体の表面に前記転写箔を転写させる、
ガラス一体型成形品の製造方法としている。

本発明によれば、美観を維持しつつ、反りが少ないガラス一体型成形品、及びガラス一体型成形品の製造方法が提供される。

ガラス一体型成形品の一実施形態であるディスプレイ装置の前面カバーの構造を示す図である。 上記前面カバーの製造方法を示す図である。 上記前面カバーにおける反りの評価方法を示す図である。 上記前面カバーを構成する樹脂に含まれる炭素繊維の長さの分布状態を示す図である。 上記前面カバーの外観を示す図である。 ポリカーボネートの分子構造を示す図である。 上記前面カバーの外観を示す図である。

以下、実施形態に係るガラス一体型成形品について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一、又は類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。

＝＝＝実施形態＝＝＝
ガラス一体型成形品の一実施形態として、車載用ナビゲーション装置等が備えるディスプレイの前面カバーを挙げる。図１は、ガラス一体型製品の一実施形態である前面カバー１の概略図である。図１（Ａ）は、当該前面カバー１の斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるａ－ａ矢視断面図である。

前面カバー１は、ディスプレイ装置の内部回路を収納するための外装ケースのおもて側を構成する底が浅い略矩形皿状の部品であり、このような前面カバー１は、皿の底に相当する領域が大きく開口した樹脂の一体成形品からなる枠体１０と、その枠体１０の内周に配置された板状のガラス（以下、板状ガラス）２０とによって構成されている。前面カバー１において、板状ガラス２０が外方に面している方向、すなわち体裁面側を上方とすると、板状ガラス２０は、下面２２側に配置されたディスプレイの表示を上面２１側に透過させつつ、当該ディスプレイを保護する機能を担っている。

前面カバー１は、図１（Ｂ）に示したように、枠体１０の内周に、上方から下方に向かって板状ガラス２０の厚さで切り欠いて薄肉にした縁部１３が形成され、この縁部１３の上面１４が板状ガラス２０の下面２２の周縁を下方から支持している。そして、枠体１０の表面１１と縁部１３の上面１４とを連絡する枠の内周面１５と板状ガラス２０の外周面２３、及び縁部１３の上面１４と板状ガラス２０の下面２２において当該縁部１３に下支えされている領域とが互いに固着している。また、枠体１０は、射出成形品からなる枠本体１１０の表面１１にインモールド成形によって転写箔３０が転写された構造となっている。

以上の構成を備えた前面カバー１は、ガラスインサートモールド成形技術と、インモールド成形技術とを組み合わせることで製造される。ガラスインサートモールド成形技術は、板状ガラスをインサート材として成形品を射出成形するものであり、インモールド成形技術は、ベースフィルムに転写箔が積層されてなる転写フィルムをインサート材として転写箔を成形品の表面に転写するものである。

図２に前面カバー１の製造手順の概略を示した。なお、図２では、二つの金型の上下関係と、前面カバー１における上下関係とを一致させている。まず、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示したように、上下方向に開閉する金型（４１、４２）の上方の金型４１に、転写フィルム６０を架け渡した状態で配置するとともに、下方の金型４２の内側に板状ガラス２０を上方に吸引した状態で配置する。このとき、転写フィルム３０ａにおいて、後に転写箔３０として転写される側が、板状ガラス２０が配置される側の金型４２に対面するようにしておく。すなわち、転写フィルム３０ａを上方の金型４１の内面４３と板状ガラス２０の上面２１との間に介在させる。

次に、図２（Ｃ）に示したように、金型（４１、４２）を閉じ、転写フィルム３０ａを金型（４１、４２）で挟み込み、金型（４１、４２）を閉じたら、図２（Ｄ）に示したように、その金型（４１、４２）内に形成されたキャビティ４４に溶融樹脂１１０ａを射出する。それによって、転写フィルム３０ａの転写箔３０側が溶融樹脂１１０ａと接触してその接触面が相溶状態となる。溶融樹脂１１０ａが冷却すると、樹脂が板状ガラス２０に接着した状態で固着するとともに、転写箔３０がベースフィルム３０ｂから剥離して枠本体１１０の外表面に転写されて枠体１０が成形される。なお、転写フィルム３０ａにおいて、板状ガラス２０接している領域は、溶融樹脂１１０ａと接していないため、板状ガラス２０の上面２１には転写箔３０が転写されず、枠本体１１０の外表面のみに選択的に転写箔３０が転写され、図２（Ｅ）に示したように、金型（４１、４２）を開いて完成した前面カバー１と取り出す。

上述した前面カバー１の構造や製造手順は、従来の前面カバー１と同様である。しかし、実施形態に係る前面カバー１は、枠体を構成する樹脂に含まれている充填剤の組成に特徴を有して、反りが軽減され、かつ転写箔が確実に転写されて美観に優れたものとなっている。

＝＝＝充填剤＝＝＝
周知の如く、樹脂からなる成形品の成形性や強度を向上させるために樹脂材料に充填剤を配合する場合がある。そこで、まず、各種充填剤を含む樹脂を用いて上述した前面カバーをサンプルとして作製した。作製したサンプルは、ポリカーボネート（ＰＣ）を母材とし、その母材に充填剤が一種類だけ含まれた樹脂を用いた各種前面カバー１、及び充填剤を含まない樹脂を用いた前面カバー１である。そして、各サンプルにおける反りと外観の状態とについて評価した。なお、サンプルは、厚さ０．７ｍｍ、アスペクト比１６：９、及び対角７インチの板状ガラス２０備え、上述したガラスインサートモールド成形技術とインモールド成形技術とによって作製した。

サンプルの評価方法は、反りについては、図３に示したように、板状ガラス２０において、長辺方向の両端の位置１６と、板状ガラス２０の下面２２で最も上方にある位置２２ａとの間の高さについて、図中破線で示した反りがない設計上の前面カバー１における高さｈ１と、実際にサンプルとして作製した前面カバー１における同じ位置間で測定した高さｈ２との差分Δｈによって評価した。外観については、製品として提供されている他のガラス一体型成形品と同様の目視検査によって評価した。ここでは、図１（Ａ）において「×」印で示した、枠体の上面１０ａ、側面１０ｂ、及びコーナー１０ｃのそれぞれにおける部位における転写箔３０の転写状態を目視により評価した。そして、各部位（１０ａ～１０ｃ）の外観を、最高点を５とした１～５の５段階で評価するとともに、各部位における得点の合計点（３～１５点）を評価結果とした。

表１に各サンプルの作製条件と、反り、及び外観についての評価結果とを示した。

＜充填剤の形態＞
表１において、サンプル６が充填剤を含まないＰＣを用いて作製したサンプルであり、その他のサンプルが、充填剤を配合されたＰＣを用いて作製したサンプルである。充填剤としては、シラス、アルミナ、ポリウレア、繊維長が異なる炭素繊維ａと炭素繊維ｂ、ガラス繊維、形態が異なる各種アクリル樹脂（アクリルａ～ｃ）を用いた。

充填剤の形態について、シラスやポリウレアにおける「中空」は、粒子状で、表面が開口せず、内部に一つの空間が形成されたものである。サンプルに用いたシラスは、シラスガラスを乾燥後に高温処理することで得られたもの（例えば、ウインライト（登録商標）MSB3011S、株式会社アクシーズケミカル製）である。

また、ポリウレアは、中空率が１％～８５％の中空ポリマーであり、ここでは、平均的な中空率４４％の試作品（ポリウレアａ：ＮＣ－４０２（試作番号）、ポリウレアｂ：ＮＣ－７１２（試作番号）、三水株式会社製）を用いた。

アルミナの「パウダー」は、粉体状で、個々の粒子は、短径と長径とが僅かに異なる球状で、例えば、溶射法などによって中空の球状に形成したものである（例えば、DSH213、株式会社フジミインコーポレーテッド製）。表中では、アルミナの粒度として、短径の平均値と長径の平均値とが示され、サンプルに用いたアルミナの短径と長径の平均値は、それぞれ、２０．０μｍと２０．９μｍであった。

アクリルａの「多中空質」とは、粒子表面が開口せず、内部に複数の空間が形成されている形態であり、樹脂材料メーカーより提供されているものを用いた（例えば、テクポリマー（登録商標）XX-5707、積水化成品工業株式会社製）。アクリルｂの「中空多孔質」は、粒子表面には開口がなく、粒子内部のみが編み目構造となっている形態であり、アクリルａと同様に、樹脂材料メーカーより提供されている（例えば、テクポリマーXX-5708、積水化成品工業株式会社製）。アクリルｃの「多孔質」は、粒子の表面と内部の双方が編み目構造となっている形態であり、これも樹脂材料メーカーより提供されている（例えば、テクポリマーMBP8、積水化成品工業株式会社製）。

充填剤に炭素繊維やガラス繊維を用いたサンプル７、１４、１６、１７、１８について、炭素繊維ａの「ＭＣＦ短繊維」は、所定の平均繊維長（１０．０μｍ）となるように長繊維をミリングして短繊維にしたＭＣＦ（ミルドカーボンファイバー：Milled Carbon Fiber）である。サンプル１４のガラス繊維や、サンプル１７の炭素繊維ｂに用いた「ＧＦ長繊維」や「ＣＦ長繊維」は、ミリングをしていない長繊維であり、ＧＦ、及びＣＦは、それぞれガラスファイバー（Grass Fiber）、及びカーボンファイバ（Carbon Fiber）を意味する。

長繊維を充填剤として含んだサンプル１４、１７は、長繊維を含んだペレットを用いて成形したものであり、使用したペレットによって平均繊維長が異なる。ＣＦ長繊維（以下、ＣＦと称する）の炭素繊維ｂを充填剤としたサンプル１７に用いたペレット（例えば、ユーピロンCFH2030KR9001（ユーピロンは登録商標）、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製）では、ＣＦの平均繊維長が１６６μｍであった。ＧＦ長繊維（以下、ＧＦと称する）のガラス繊維を用いたサンプル１４に用いたペレット（例えば、ユーピロンGSH3130R、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製）は、繊維長が不定で、表中では繊維長を「※」で示した。

また、ガラス繊維の一般的な繊維の太さ（繊維径）は、５～１０μｍ程度であり、炭素繊維の一般的な繊維径は、５～１５μｍ程度であるが、サンプル１４に用いたＧＦの繊維径は不定であり、サンプル１７に用いたＣＦやサンプル７、１４、１６、１８に用いたＭＣＦ短繊維（以下、ＭＣＦと称する）の繊維径は、ペレットによって平均繊維径にバラツキがあり、７～９μｍであった、表１に示した平均繊維径７．０μｍの数値は、ペレットごとのＣＦの平均繊維径をさらに平均した値である。

ＧＦ及びＣＦを用いたサンプル１４、１７を除く他のサンプルは、ＰＣ単体のペレットにそれぞれの充填剤を配合したものを用いて成形することで作製した。ＰＣ単体のペレットには、ユーピロンS3000R9001（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製）を用いた。

ところで、サンプル１７の作製に用いたペレットに含まれるＣＦの平均繊維長は、上述したように１６６μｍであった。しかし、そのペレットを用いて実際に作製したサンプル１７では、平均繊維長が１１５μｍ程度になっていた。また、ＭＣＦである炭素繊維ａは、表１では、１０μｍの平均繊維長のものが示されているが、事前に、平均繊維長が６０μｍ程度のＭＣＦを充填剤として用いた前面カバー１を試作し、その試作品における反りや外観を評価した。その結果、平均繊維長が１０μｍのサンプル７、１４、１６、１８のぞれぞれと配合率を同じにして平均繊維長を約６０μｍにした試作品とでは評価に差が出なかった。また、試作品では、成形の前後で繊維長の範囲や平均繊維長が維持された。

図４に、ペレットの状態におけるＣＦと、成形後のサンプル１７におけるＣＦとにおける繊維長分布、及び平均繊維長が６４μｍのＭＣＦを３０ｗｔ％の割合で配合した樹脂を用いて作製した試作品における繊維長分布を示した。

図４に示したように、ＣＦの繊維長の範囲は、ペレットの状態と射出成形後のサンプル１７とで変わらず、概ね２０μｍから４００μｍまでであった。しかし、成形後のサンプル１７では、短い繊維長側の頻度が大きくなり、長い繊維長側の頻度が小さくなり、結果として、平均繊維長が成形前と比較して短くなり、上述したように約１１５μｍとなった。これは、射出成形に際して繊維長が大きなＣＦがミリングされたためと考えることができる。また、図４において「サンプルＡ」として示した繊維長分布は、平均繊維長が６４μｍのＭＣＦを含むＰＣを用いて成形した試作品のものである。そして、このサンプルＡの繊維長分布から求めた平均繊維長は６４μｍであり、成形の前後でＰＣ中のＭＣＦの平均繊維長は変わらなかった。

＜評価結果＞
表１において、各サンプルにおける反りの量や外観の点数は、同じ条件のサンプルを複数個（例えば５個）作製したときの平均値である。表１において、サンプル１～５は、充填剤を含まないサンプル６よりも反りが大きくなったサンプルであり、サンプル７～１８は、サンプル６よりも反りが小さくなったサンプルである。そして、サンプル７～１８において、炭素繊維が３０ｗｔ％以上含まれているサンプル１６～１８では、反りが極めて小さかった。

炭素繊維が反りを軽減させる機序としては、例えば、次のように考えることができる。まず、前面カバーにおける反りは、枠体を構成する樹脂の収縮時の熱応力が、枠体の内方に固着される板状ガラス２０の座屈強度を上回ることで発生する。したがって、樹脂の収縮が小さければ反りも軽減される。そして、ガラスの線膨張係数が９×１０^－６／℃であるのに対し、ガラス繊維、炭素繊維、無機系充填剤（アルミナ、シラス）、及び有機系充填剤（アクリル、ポリウレア）の線膨張係数は、それぞれ、５×１０^－６／℃、１×１０^－７／℃、７×１０^－６／℃、２×１０^－5／℃、及び５～７×１０^－5／℃程度であり、炭素繊維のみがガラスよりも小さな線膨張係数を有する。

サンプル１～１８の外観については、反りが小さかったサンプル１６～１８の評価が極めて低かった。図５にサンプル６とサンプル１７とにおける転写箔の状態を示した。図５は、前面カバー１の枠体１０におけるコーナー部分を３０倍に拡大した顕微鏡写真であり、図５（Ａ）は、充填剤を含まない樹脂で作製されたサンプル６における転写箔３０の状態を示しており、図５（Ｂ）は、充填剤としてＣＦを用いたサンプル１７における転写箔３０の状態を示している。図５（Ａ）に示したように、サンプル６では表面に光沢があり、転写箔３０に傷が付いていないことがわかる。一方、図５（Ｂ）に示したように、サンプル１７では、転写箔３０の表面がざらついており、さらに、転写箔３０の一部が剥離していることがわかる。

このように、炭素繊維は、転写箔３０に傷を付け、前面カバー１などのガラス一体型成形品（以下、成形品と称する）の美観を大きく損ねる。炭素繊維が転写箔３０を傷づけるという機序については、例えば、炭素繊維は熱伝導率が大きいことから、射出成形時に溶融樹脂１１０ａが放熱して溶融樹脂１１０ａの流動性が低下したためと考えることができる。すなわち、溶融樹脂１１０ａの流動性が低下すれば、針状の炭素繊維が溶融樹脂１１０ａの表層に止まり、その表層に転写される転写箔３０を傷付ける。

他の充填剤を用いたサンプルの評価については、例えば、無機系の充填剤であるシラスやアルミナを用いたサンプル１、３、４、５における評価結果から、概ね、粒度や配合率が大きいほど反りが大きくなり、美観も損なわれる。なお、アルミナは、粒度が０．７μｍで、配合率を３０ｗｔ％とした試作品も作製したが、粘性が不足し、樹脂が流動せず成形不良が発生した。しかしながら、スプルーやランナーの状態を観察したところ、樹脂の収縮が極めて少なかった。すなわち、配合率を微量にして、サブミクロン～数μｍ程度の粒度を有するアルミナを充填剤にすれば、反りの軽減効果と美観向上効果とが期待できることが示唆された。

有機系の充填剤であるポリウレア（ポリウレアａ、ポリウレアｂ）を用いたサンプル８、９、１２、１５では、概ね、外観の評価が高く、粒度が同じポリウレアａを用いたサンプル８、９、１２では、配合率が多いほど反りが小さくなった。また、サンプル９とサンプル１５とを比較すると、粒度が大きいほど反りが小さくなる傾向があると考えることができる。いずれにしても、ポリウレアを用いたサンプルは、外観の評価が１０点以上であり、総じて外観に優れていると言える。なお、ポリウレアａは、３００℃で分解する可能性がある。したがって、ポリウレアａは、射出成形時の温度（ノズル温度）が２６０℃～３２０℃であるＰＣを母材とした充填剤としては使い難い。なお、ポリウレアｂは、中空粒子の外郭の架橋度がポリウレアａよりも高く、それによって耐熱性も高い。したがって、ポリウレアａもポリウレアｂと同様に外郭の架橋度を高めることでＰＣの充填剤として十分に使用できることが容易に予想される。なお、ＰＣとＡＢＳとからなるポリマーアロイ（ＰＣ／ＡＢＳ）は、ノズル温度が２４０℃～２９０℃であり、ＰＣ／ＡＢＳを母材とすれば、ポリウレアａを充填剤として採用することができる。

有機系の充填剤であるアクリルを用いたサンプル２、１１、１３は、それぞれ、粒度、及び配合率が同じで、形態が異なっている。そして、反りは、比表面積が大きいほど、すなわち空隙がより多い形態の方が小さくなっている。そして、外観については大きな差がなく、評価点が１１～１２で、概ね、良好であった。

＝＝＝考察＝＝＝
以上、表１に示した評価結果と反りが発生する機序とを鑑みれば、充填剤として、線膨張係数がガラスより低い炭素繊維を含ませることが必要であることがわかった。しかし、炭素繊維は、成形物の外観を大きく劣化させる。そこで、上述した炭素繊維による外観が劣化する機序を考慮し、炭素繊維を主体としつつ、その炭素繊維と無機系あるいは有機系の球状の充填剤とを混合したものを充填剤として用いることを考えた。具体的には、ＰＣの分子構造に着目し、成形品において、球状の充填剤がＰＣの分子に対してどのように配合されれば、炭素繊維による反りの軽減効果を維持しつつ、美観を向上させることができるかについて考察した。

図６は、ＰＣの分子構造を示す図である。図６（Ａ）は、ＰＣの重合単位（単量体）１００の化学式を示す図であり、図６（Ｂ）は、樹脂の分子構造を模式的に示した図であり、図６（Ｃ）は、樹脂の全体構造を模式的に示した図である。図６（Ａ）に示したように、ＰＣの重合単位（単量体）１００は、ベンゼン環同士が、メチル基が二個付いた炭素を介して単結合しており、図中で右方に示した炭素Ｃと酸素Ｏが二重結合した構造となっている。ＰＣは、このような単量体が鎖状に繋がってなる高分子の樹脂である。

普通、多数の単量体が繋がってなる樹脂は、隣接する単量体同士が一重結合されている場合、単量体同士は互いに自由に回転する（捻れる）ことができる。そして、図６（Ｂ）において破線で示したように、個々の高分子１０１は糸鞠状で、高分子の集合体である樹脂は、図６（Ｃ）に示したように、多数の糸鞠状の高分子１０１が、互いに絡み合った構造１０２となる。しかし、ＰＣのように二重結合した部分があると、その二重結合した部分では捻れ難くなる。また、実際のベンゼン環は、六個の炭素原子Ｃが平面上に六角形状に配置し、各炭素がｓｐ^２混成軌道をとって全ての炭素同士の結合が等価になっていることから、射出成形に際しても、その骨格が強固に維持される。すなわち、ＰＣの分子は、単量体１００が繋がって糸鞠状になっても、小さく折りたたまれず、糸鞠の中に密度が小さな空隙が多く存在することになる。そして、ＰＣは、射出成形に際して溶融樹脂１１０ａが高圧で押し出されても、空隙の熱膨張が射出圧力に拮抗するため、射出成形によって空隙が埋まらず、ＰＣが高温の溶融状態から固化する際には、その空隙内の圧力が急減して潰れる。ＰＣは、このような機序により、体積収縮率が大きくなっているものと考えることができる。

そこで、ＰＣにおける上記の空隙に充填剤を埋め込むことができれば、体積収縮率が低減し、ガラス一体型成形品を成形したときの反りが軽減されるのではないかと考えた。そして、上記の空隙に埋め込む充填剤としては、表１に示した評価結果や、ＰＣの体積収縮率や分子構造から想定される空隙の体積などから、粒度が０．２５μｍ～５μｍのアルミナが好適であると考えた。また、多孔質のアクリル樹脂であれば、体積収縮率を低減させつつ、硬いアルミナとは異なり、ＰＣが収縮する際に発生する応力も緩和できると考えた。さらに多孔質のアクリル樹脂は、網目構造の中に溜め込んだ熱による保温効果により、樹脂の流動性を促進させ、炭素繊維が樹脂の表層を流動することを抑止できると考えた。すなわち、炭素繊維が溶融樹脂１１０ａの表層を流動することで転写箔に傷が付くことが抑止され、外観の劣化が軽減されると考えた。

＝＝＝充填剤の配合＝＝＝
以上の考察と、表１に示した評価結果より、ＰＣに、炭素繊維を主体としつつ、その炭素繊維に少なくとも多孔質のアクリルとアルミナの一方を加えた充填剤を配合した樹脂からなる前面カバーをサンプルとして作製するとともに、各サンプルについて、サンプル１～１８と同様にして反りと外観とを評価した。なお球状の有機系の充填剤としては、２～１６μｍの粒度から平均的な８μｍの粒度を有する上記MBP8を採用した。

無機系の球状の充填剤としては、０．７μｍの粒度を有するDSH211（株式会社フジミインコーポレーテッド製）を採用した。

以下の表２に、各サンプルの作製条件と評価結果とを示した。

表２に示したように、炭素繊維に有機系の充填剤を添加したサンプル１９～２４は、充填剤を含まないサンプル６に対して反りの量を４０％程度まで軽減することができ、外観の評価点も全て１１点以上であった。図７にサンプル２３における転写箔の状態を示した。図７は、図５と同様に、前面カバー１の枠体１０におけるコーナー部分を３０倍に拡大した顕微鏡写真である。コーナー部分は、板状ガラスとの境界が曲線状で、転写箔３０の転写状態が最も劣化し易い部位である。そして、図７に示したように、図５（Ｂ）に示したＣＦのみを充填剤とした表１におけるサンプル１７に対し、サンプル２３では、３０倍に拡大しても、転写箔３０の表面の傷がほとんど観察できず、図５（Ａ）に示した充填剤を含まないサンプル６と遜色がない程度の光沢を有して美観に優れたものとなっている。このように、ＰＣに、炭素繊維を主体として、球状のアルミナや球状で多孔質のアクリル樹脂が配合された樹脂を用いて成形したガラス一体型成形品は、外観の品質が維持され、反りが少ないものとなる。

なお、充填剤にポリウレアを含ませてもよい。例えば、表１において、アクリルｃを１０ｗｔ％配合したサンプル１３に対し、ポリウレアａを１０ｗｔ％配合したサンプル１２は、反りが若干大きかったものの、外観の評価が満点であった。また、ポリウレアｂを７ｗｔ％配合したサンプル１５では、サンプル１３に対して反りが２割程度軽減され、外観の評価は、サンプル１３の１２点に対してほぼ同じ１１点であった。

したがって、充填剤に含まれるアルミナやアクリルｃをポリウレアに置換した充填剤、あるいは粉末状のアルミナと多孔質のアクリルと中空のポリウレアとを含む充填剤を用いて前面カバー１を作製した場合でも、反りが軽減され、外観も優れたものになることが容易に予想される。

ポリウレアを充填剤に含ませることによってガラス一体型成形品の反りが軽減し外観が維持される機序としては、例えば、ポリウレアの弾性が、アルミナやアクリル樹脂よりも高いことから、射出成形時の圧力を吸収しながら縮径することで、上述した糸鞠状の構造における空隙に入り込み易いということが考えられる。

また、硬いアルミナやアクリル樹脂では、射出成形時に空隙が収縮しようとする力を一気にせき止めてしまうのに対し、ポリウレアは、樹脂が冷却していく過程で空隙の収縮を許容しながらゆっくり吸収していく。そして、中空内部の空気による保温効果との相乗効果により、外観の品質も維持できるものと考えることができる。樹脂が完全に固化するまでに収縮した空隙を弾性によって復元させている可能性もある。

さらにポリウレアは、射出成形時の圧力を吸収することから、成形圧力を高められるという利点がある。実際に、ポリウレアを含まないＰＣのみで前面カバー１を成形すると、２２０ＭＰａの成形圧力で板状ガラス２０が破損したが、ポリウレアａを２．０ｗｔ％含んだＰＣを用いて前面カバー１を作製すると２５０ＭＰａでも破損しなかった。当然、成形圧力を高めることができれば、反りをさらに小さくすることができる。

＝＝＝実施形態に係るガラス一体型成形品の本質＝＝＝
実施形態に係るガラス一体型成形品の本質は、樹脂に含まれる充填剤が、炭素繊維を主体としつつ、炭素繊維以外の微量の球状の充填剤として、粉体状のアルミナ、多孔質のアクリル樹脂、及び中空のポリウレアから選択される少なくとも一種以上が含まれていることにある。すなわち、炭素繊維や充填剤は、上記のＰＣの分子構造に基づく機序に鑑みて常識的なサイズから逸脱しなければよい。そして、充填剤のサイズ、配合率は、製品に求められる仕様（反りの量、外観の評価点）に応じて適宜に調整すればよい。言い換えれば、実施形態に係るガラス一体型成形品は、上述の機序を前提にしなければ想到し得ないものと考えられる。

さらに、表２に示した評価結果から、炭素繊維の配合率が２５ｗｔ％以上４０ｗｔ未満程度であれば、確実に外観を大きく損ねることなく反りを低減させることができると考えられる。また、表２の評価結果から、炭素繊維は、繊維長を短くすると美観を向上させる効果が優位になり、繊維長を長くすると反りを低減させる効果が優位になる傾向がある。いずれにしても炭素繊維の平均繊維長が１０μｍ以上であれば、反りを軽減する効果がより確実になる。炭素繊維の平均繊維長の上限については、図４に示したように、ＣＦを含むＰＣを射出成形すると約１１５μｍの平均繊維長なったことから、上限を１１５μｍとし、充填剤に含まれる炭素繊維の平均繊維長を、１０μｍ以上１１５μｍ以下とすれば、より好ましいと言える。

そして、炭素繊維以外の充填剤については、サンプル２１の１．３ｗｔ％から、サンプル２０の４．５ｗｔ％の範囲で含まれている。なお、アルミナや多孔質のアクリル樹脂の配合率を５．０ｗｔ％より多くすると成形性が低下する場合が確認された。したがって、炭素繊維以外の充填材の好ましい配合率は、１．３ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下であると言える。

なお、ポリウレアの粒度については、ポリウレアａの粒度が２．１μｍでポリウレアｂの粒度が４．２μｍであったことから、充填剤にポリウレアを含ませる場合、そのポリウレアの粒度を２．０μ以上４．５μｍ未満とすれば、より確実に外観を維持しつつ反りを軽減させることができると考えられる。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
反りと外観を評価するために作製したサンプルは、母材にＰＣを用いていたが、当然のことながら、より成形収縮率が低い他の樹脂を用いれば、より反りが小さなガラス一体型成形品が得られる。例えば、ＰＣ／ＡＢＳは、ＰＣに対して成形収縮率が低く、樹脂メーカーによって提供されているＰＣ樹脂（例えば、ユーピロンＨ３０００、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製）の成形収縮率は０．５～０．７％であり、ＰＣ／ＡＢＳ樹脂（例えば、ユーピロンＭＢ２２１０Ｒ、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製）の成形収縮率は、０．４～０６％である。

ガラス一体型成形品の一実施形態としては、ディスプレイの前面カバーに限らない。また、板状ガラス２０の平面形状は矩形に限らず、多角形や円形など、適宜な形状とすることができる。また、板状ガラス２０は、上面２１や下面２２が平坦面となる平板状でなくてもよく、大きな曲率を有して湾曲したものであってもよい。

１ ガラス一体型成形品（前面カバー）、１０ 枠体、１１ 枠体の表面 １３ 縁部、２０ 板状ガラス、２１ 板状ガラスの上面、２２ 板状ガラスの下面、３０ 転写箔、３０ａ、転写フィルム、３０ｂ ベースフィルム、４１，４２ 金型、４４ キャビティ、１００ ポリカーボネート（ＰＣ）の単量体、１０１ 樹脂を構成する高分子、１０２、樹脂の全体的な構造、１１０ 枠本体、１１０ａ 溶融樹脂

Claims (8)

1. 樹脂で一体成形された枠体の内方に板状のガラスが固着されてなるガラス一体型成形品であって、
   前記枠体の表面に、加飾が施されたインモールド成形用の転写箔が転写され、
   前記枠体を構成する樹脂は、母材中に充填剤として炭素繊維と球状の粒子とを含み、
   前記充填剤は、前記炭素繊維を主体としつつ、前記球状の粒子として、中空のポリウレアと多孔質のアクリル樹脂とアルミナとから選択される一種以上の樹脂を含む、
   ガラス一体型成形品。
2. 請求項１において、前記樹脂中に、前記炭素繊維が２５ｗｔ％以上４０ｗｔ％未満の割合で含まれているとともに、前記球状の粒子が１．３ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下の割合で含まれているガラス一体型成形品。
3. 請求項２において、前記炭素繊維は、平均繊維長が１０μｍ以上１１５μｍ以下であるガラス一体型成形品。
4. 請求項３において、前記充填剤は、少なくとも前記アルミナを含み、当該アルミナは、粒度が０．５μｍ以上５μｍ以下であり、前記アクリル樹脂は、粒度が２μｍ以上１６μｍ以下であるガラス一体型成形品。
5. 請求項３又は４において、前記充填剤は、少なくとも前記アクリル樹脂を含み、当該アクリル樹脂は、粒度が２μｍ以上１６μｍ以下であるガラス一体型成形品。
6. 請求項３～５のいずれかにおいて、前記充填剤は、少なくとも前記ポリウレアを含み、当該ポリウレアは、粒度が２μｍ以上４．５μｍ未満であるガラス一体型成形品。
7. 請求項１～６のいずれかにおいて、前記母材がポリカーボネートであるガラス一体型成形品。
8. 樹脂で一体成形された枠体の内方に板状ガラスが固着されたガラス一体型成形品の製造方法であって、
   板状ガラスを金型内に配置する板状ガラス配置ステップと、
   基材フィルムに加飾が施された転写箔が積層されたインモールド成形用の転写フィルムを前記板状ガラスが配置される側の前記金型に架け渡す転写フィルム架設ステップと、
   閉じた状態の前記金型内に溶融した前記樹脂を射出して前記枠体を成形する射出成形ステップと、
   を含み、
   前記射出成形ステップでは、母材中に、充填剤として炭素繊維を主体としつつ、球状の粒子からなる中空のポリウレア、多孔質のアクリル樹脂、及びアルミナから選択される一種以上の樹脂が含まれた溶融樹脂を用いるとともに、前記転写フィルムを前記閉じた状態の金型によって挟持させつつ当該融樹脂を射出することで、前記枠体を成形するとともに、当該枠体の表面に前記転写箔を転写させる、
   ガラス一体型成形品の製造方法。

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