JP4562891B2 - 真空成形加工に適した加飾用シート、これを用いた成形シートの製造方法、成形同時加飾成形品の製造方法および成形同時加飾成形品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、立体形状成形品の表面を加飾するために真空成形加工して用いられる加飾用シートと、これを用いた成形シートの製造方法、成形同時加飾成形品の製造方法および成形同時加飾成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンソールボックス、センタークラスター、スイッチベースなどの自動車内装部品や携帯電話筐体などの通信機器部品を加飾する方法としては、加飾用シートを用いた成形同時加飾法がある。この方法は、少なくとも基材フィルムと加飾層とから構成される加飾用シート１を射出成形用の金型内に入れて、型閉め後、成形樹脂９をキャビティ１０に射出し、成形樹脂９を固化した樹脂成形品１１の表面に加飾用シート１を一体化接着させて成形同時加飾成形品１５を得るものである（図３〜５参照）。
【０００３】
上記成形同時加飾法においては、通常、成形樹脂９をキャビティ１０に射出する前に、射出成形用の金型内又は金型外にて加飾用シート１を可動型３のキャビティ形成面７に沿うようにあらかじめ立体加工を施し成形シート２１としておく。
【０００４】
現在、この立体成形加工の方法として広く一般に利用されている方法には、真空成形加工がある。たとえば、加飾用シート１を射出成形用の可動型３のキャビティ形成面７前面にセットした後に、可動型３と固定型４との間に挿入した加熱板５等で加飾用シート１を加熱して軟化させ、軟化状態の加飾用シート１と可動型３の加飾用シート１に対向する面との間の空間を密閉して真空吸引孔６から排気及び空間内の気圧を下げる、所謂真空吸引２を行なうことにより、加飾用シート１を引き伸ばして可動型３のキャビティ形成面７に沿うように立体形状に加工し、成形シート２１を得る（図１および図２参照）。
【０００５】
また、真空成形加工の別の例としては、加飾用シート１を射出成形用の可動型３にセットする前に、射出成形用の可動型３と固定型４とは別の立体加工成形用型１２を用い、立体加工成形用型１２の成形面前面に加飾用シート１を間に介して配置した加熱板等で加飾用シートを加熱して軟化させ、軟化状態の加飾用シート１と立体加工成形用型１２の成形面との間の空間を密閉して真空吸引２することにより、加飾用シート１を引き伸ばして立体加工成形用型１２の成形面に沿うように立体形状に加工して成形シート２１を得た（図６参照）のち、射出成形用の可動型３のキャビティ形成面７に、立体加工された加飾用シート１（成形シート２１）をはめ込む（図７参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した手段により加飾用シートを真空成形加工した場合、その条件設定が不適当であると、加飾用シートの意匠が極端に歪んだり、加飾用シートが破れたり、また真空成形加工によっても加飾用シートが所望の形状に充分に立体加工されなかったりといった問題が生じやすい。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、上記の問題点を解決した成形シートの製造方法、成形同時加飾成形品の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも基材フィルムと加飾層とから構成される加飾用シートを所望の形状に真空成形加工して成形シートを得る成形シートの製造方法であって、真空成形加工する直前の加飾シートの表面温度をＴ（℃）、加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率が、２５℃で実施したときのヤング率の５０％になったときの加飾用シートの表面温度をＴｈ（℃）、真空成形加工する加飾用シートの厚みをｔ（ｍｍ）、面積伸び比をＸ、Ｔｈ（℃）の環境温度下で加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率をｋ（Ｐａ）としたとき、２５＜Ｔｈ≦Ｔ≦（１００＋Ｔｈ）、および０≦（Ｔ−Ｔｈ） ２ ／（Ｘ×ｋ×ｔ ３ ）≦７．１×１０ −３ の条件を満たすように構成した。
【００１０】
また、少なくとも基材フィルムと加飾層とから構成される加飾用シートを射出成形用の金型内に入れ、型閉め後、成形樹脂をキャビティに射出し、樹脂成形品の表面に加飾用シートを一体化接着させて成形同時加飾を行う成形同時加飾成形品の製造方法において、本発明は、成形樹脂をキャビティに射出する前に、射出成形用の金型内又は金型外にて加飾用シートを上記各式の条件で所望の形状に真空成形加工しておくように構成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。
図１、図２および図６は加飾用シートの真空成形の工程の一つを示す断面図、図３、図４および図７は成形同時加飾成形品の製造方法の工程の一つを示す断面図、図５は成形同時加飾成形品の例を示す断面図、図８は引張試験において使用する引張試験機を示す斜視図、図９は引張試験において引張試験機の試験片を固定する部分を示す断面図、図１０は加飾用シートの伸び特性を示すグラフ、図１１は真空成形によって加飾用シートに歪みが発生した場合を示す図、図１２は真空成形によっても加飾用シートに歪みが発生しない場合を示す図、図１３は加飾用シートの面積伸び比を説明する図である。図中、１は加飾用シート、２は真空吸引、３は可動型、４は固定型、５は加熱板、６は真空吸引孔、７はキャビティ形成面、８はゲート部、９は成形樹脂、１０はキャビティ、１１は樹脂成形品、１２は立体加工成形用型、１４はクランプ部材、１５は成形同時加飾成形品、１６は試験片、１７はネジ、１８はチャック、１９はチャック、２０は可動部材、２１は成形シートをそれぞれ示す。
【００１３】
真空成形加工では、加飾用シート１を射出成形用の可動型３あるいは立体加工成形用型１２の前面に配置した後、当該金型表面に加飾用シート１をクランプ部材１４等によって押さえ付けることによって加飾用シート１の真空成形加工する部分の周囲の全部または一部を固定しているため、その状態で真空吸引２されると加飾用シート１に荷重（張力）がかかることとなる。この荷重の増加に対し、弾性の限界点（弾性限度）に至るまでは比例して伸びが発生する比例部分があり（フックの法則）、この限界点を比例限度という。そして加飾用シート１がフックの法則に従うとき、比例限度内での垂直方向の荷重と伸びの比例定数をヤング率というが、それは図１０に示したように加飾用シート１の表面温度に対して依存性がある。
ただし、加飾用シート１の表面温度と加飾用シート１の伸びとの間に比例関係があるわけではなく、常温からある温度まではほとんど同じ伸び方を示し（図１０中Ｔ１，Ｔ２）、その温度を超えると急速に伸びやすくなり、ヤング率が低下する傾向がある（図１０中Ｔ３，Ｔ４）。
【００１４】
この急速に伸び始めたときの温度を超えて加飾用シート１の表面温度を高くすればするほど、真空吸引によって局所的な伸びのみでも所望の形状に成形することが十分可能となるため、加飾用シート１の意匠について、パターンが変形したり（図１１参照）、色の濃度が不均一になったりする等の極端な歪みが起こりやすくなる。したがって、加飾用シート１の表面温度を真空吸引によって歪みが生じにくい（図１２参照）温度に低く抑えるように加熱板５等にて加熱する必要がある。
【００１５】
上記の急速に伸び始めたときの温度を超えて加飾用シート１の表面温度を高くして真空吸引した場合、その加飾用シート１の伸びは、ほとんど同じ伸び方を示す温度における加飾用シート１の伸びのおおよそ２倍以上である。そこで、まず本発明者らは、加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率が、常温、すなわち２５℃で実施したときのヤング率の５０％になる加飾用シートの表面温度Ｔｈ（℃）を基準として、加飾用シート１の表面温度を設定すればよいと考えた。
【００１６】
そして、真空成形加工において意匠に歪みが生じにくくするには加工開始直前の加飾シートの表面温度Ｔ（℃）をどの程度に設定すればよいかを試験により確認した結果、表１〜表３のようになり、１００＋Ｔｈ（℃）を超えて高く設定すると、つまりＴ≦（１００＋Ｔｈ）という条件を満たさないと、真空成形加工された加飾用シート１のほとんどで局部的な伸びによる不良が発生することがわかった。
なお、真空成形加工する直前の加飾シートの表面温度Ｔ（℃）の測定は、金型の前面に配置した加飾用シート１の近くにサーモグラフィ装置を設置して測定する。また、表１〜３の評価において、◎，○，△，×，は、それぞれ下記の状態を意味し、これらの評価は各条件の下に１０回づつ実施した場合の結果による。
◎：意匠の歪みがなく、所望の形状に成形加工出来ている。
○：意匠の歪み又は成形加工不足が若干存在するが、いずれも成形同時加飾には全然問題がないレベルである。
△：意匠の歪み又は成形加工不足のために成形同時加飾で一部不良が発生している。
×：意匠の歪み又は成形加工不足のために成形同時加飾でほとんど不良が発生している。
【００１７】
また、真空成形加工を開始する直前の加飾シートの表面温度Ｔ（℃）は、真空成形加工によって加飾用シート１に歪みが生じないようにただ低くすればよいというわけではなく、型形状に沿って寸法精度よく真空成形加工するには、加飾シート１が完全に軟化することが必要である。真空成形加工する直前の加飾シートの表面温度Ｔ（℃）がＴｈ（℃）未満であると、金型形状に沿って寸法精度よく真空成形加工できない。なお、表面温度がＴｈ（℃）の加飾用シートのヤング率は表面温度が２５℃の加飾用シートのヤング率の５０％であるから、２５℃の加飾用シートのヤング率より小さく、図１０に示したようにヤング率の低下は加飾用シートの温度上昇に因るから、２５＜Ｔｈである。
【００１８】
以上のことから、使用する加飾用シート１の選択とその真空成形加工する直前の温度設定においては、少なくとも２５＜Ｔｈ≦Ｔ≦（１００＋Ｔｈ） …（１）という条件を満たす必要がある。
【００１９】
しかし、使用する加飾用シート１の選択とその真空成形加工する直前の温度設定とを上記式（１）が成り立つように行なっても、優れた真空成形加工の施された加飾用シート１を得られない場合がある。
【００２０】
たとえば、真空成形加工時に加飾用シート１の剛性に対して加飾用シート１表面への熱負荷が相対的に大きすぎて成形しやすくなり過ぎると、加飾用シート１が強引に伸ばされて加飾用シート１の意匠に極端な歪みが生じ、場合によっては加飾用シート１が焼け焦げるという問題が生じることがあった。逆に、真空成形加工時に加飾用シート１の剛性に対して加飾用シート１表面への熱負荷が相対的に小さすぎて成形しにくくなり過ぎると、加飾用シート１が所望の形状に充分に立体加工されないという問題が生じることがあった。加飾用シート１の剛性に応じて加飾用シート１表面への熱負荷を設定しなければならないのである。
【００２１】
また、成形同時加飾成形品の絞り形状に応じて、すなわち面積伸び比Ｘに応じて加飾用シート１表面への熱負荷を設定しなければならない。ここで、面積伸び比Ｘとは、真空吸引する前のシートの単位面積に対して真空成形後のシートの表面積がいくらになるかという比である（図１３参照）。
【００２２】
つまり、真空成形に関する条件においては、上記式（１）以外に、成形同時加飾成形品の絞り形状や加飾用シート１の剛性を考慮し、（加飾用シート１表面への熱負荷）÷（面積伸び比×剛性） の数値がある一定の適正範囲内でなければならない。
なお、この剛性は、本発明者らが試験した結果、加飾用シート１のヤング率ｋ（Ｐａ）と加飾用シート１の厚みｔ（ｍｍ）の３乗との積に比例する。ここで、ヤング率ｋ（Ｐａ）として本当は真空成形加工時のシート表面温度でのヤング率を採用すべきであるが、値が小さくなりすぎて誤差が生じるため、Ｔｈ（℃）でのヤング率を採用した。また、成形のしやすさは真空吸引を開始して完全に立体加工し終えるまでの時間を測定すれば数値化でき、横軸にＴ−Ｔｈ、縦軸に成形時間をとってみると（Ｔ−Ｔｈ）２に比例して真空成形しやすくなることがわかったので、この（Ｔ−Ｔｈ）２の大小を加飾用シート１表面への熱負荷の大小として捉えることとした。
【００２３】
そこで、さまざまな条件によって試験した結果、表1〜３の結果が得られ、これにより適正範囲は下記式（２）に示す範囲であることがわかった。
０≦（Ｔ−Ｔｈ）２／（Ｘ×ｋ×ｔ３）≦７．１×１０−３ …（２）
【００２４】
なお、本発明の加飾用シート１でのヤング率は、各環境温度下において、幅１０ｍｍの加飾用シート１の試験片１６を一対のチャック１８，１９を用いてチャック１８，１９間距離５０ｍｍで固定し、試験片１６の一端を５００ｍｍ／分の一定速度で荷重をかけて引張試験を実施したときの初期引張弾性率で定義する。また、環境温度とは、試験片１６が試験片１６周囲の雰囲気と同じ温度まで加熱された状態での温度である。
【００２５】
試験片１６のサイズを大きくしないのは、試験片１６を引張する前に上記環境温度下にて試験片が軟化して皺だらけになるのを避けるためである。また、試験片１６のサイズをあまりに小さくすると測定誤差が大きくなるためである。したがって、測定誤差が問題にならない程度にできるだけ小さくした結果、上記のサイズとなった。なお、図８および図９において、上側のチャック１８は、試験片１６の上端を挟んだ状態でネジ１７により固定される。また、下側のチャック１９は、試験片１６の下端を挟んだ状態でネジ１７により固定される。図８および図９に示すように、上側のチャック１８は試験機に固定される一方、下側のチャック１９は可動部材２０により下向きに５００ｍｍ／分の速度で下降して試験片１６に引張力を作用させる。
【００２６】
また、試験片１６を引張する速度を５００ｍｍ／分としたのは、実際の真空加工時に加飾用シート１が引き伸ばされる速度が速すぎて、それを再現測定できる装置が少ないため、一般的な引張試験機で測定可能な範囲のうち最も速いと思われる速度を選定した。これでも加工時に加飾用シート１が伸ばされる速度に比べるとまだ遅いものの、実際には引張速度の設定を変えても測定データは殆ど変わらないので、これで十分シミュレートできている。なお、この試験は下向きに可動部材２０を下降させて測定したが、下側のチャック１９を試験機に固定する一方、上側のチャック１８を可動部材２０により上向きに５００ｍｍ／分の速度で上昇させて試験片１６に引張力を作用させても同じ結果が得られる。
【００２７】
本発明において、加飾用シート１はインサートシートであってもよく、転写シートであってもよい。インサートシートは、基材フィルム上に加飾層などを形成したものであり、射出成形と同時に樹脂成形品１１表面に一体接着化し、そのまま最終形態として使用される。加飾層を基材フィルムの樹脂成形品１１側に設けるか、樹脂成形品１１と反対側に設けるかは任意であるが、普通は加飾層を樹脂成形品１１側に向けて基材フィルムを表面保護膜として利用する。転写シートは、基材フィルムを剥離可能な支持フィルムとし、その上に剥離層、加飾層などの転写層を形成したものであり、必ず転写層を樹脂成形品１１側に向けて金型内に挿入され、射出成形と同時に樹脂成形品１１表面に一体接着化した後、基材フィルムは剥離除去される。
【００２８】
上記基材フィルムとしては、ポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、ビニロン樹脂、アセテート樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアクリル系樹脂等、あるいはこれらの各シートの複合体など、通常のインサートシートや転写シートの基材フィルムとして用いられるものを使用することができる。
【００２９】
加飾用シート１が転写シートの場合、基材フィルムの剥離性を改善するために、基材フィルム上に離型層を全面的に形成してもよい。離型層は、転写後に基材フィルムを剥離した際に、基材フィルムとともに加飾層などの転写層から離型する層である。離型層の材質としては、メラミン樹脂系離型剤、シリコーン樹脂系離型剤、フッ素樹脂系離型剤、セルロース誘導体系離型剤、尿素樹脂系離型剤、ポリオレフィン樹脂系離型剤、パラフィン系離型剤およびこれらの複合型離型剤などを用いることができる。離型層の形成方法としては、ロールコート法、スプレーコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。また、基材フィルム上に転写層を設ける前に、ヘアライン目の意匠を形成したり、顔料インキで凹凸層を形成し、マット意匠を形成したりして艶消し表面を形成してもよい。ヘアライン目の意匠やマット意匠は部分的に形成してもよい。
【００３０】
剥離層は、基材フィルムまたは離型層上に全面的または部分的に形成する。剥離層は、転写後に基材フィルムを剥離した際に、基材フィルムまたは離型層から剥離して被転写物の最外面となる層である。剥離層の材質としては、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、ゴム系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂などのほか、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂などのコポリマーを用いるとよい。剥離層に硬度が必要な場合には、紫外線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などの放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などを選定して用いるとよい。剥離層は、着色したものでも、未着色のものでもよい。剥離層の形成方法としては、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。
【００３１】
加飾層は、樹脂成形品１１の表面に文字や図形、記号などを表わしたり、着色表面を表わしたりするためのものである。加飾層は、通常、印刷層として形成する。印刷層の材質としては、ウレタン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂、熱可塑性エラストマーなどの樹脂、好ましくは柔軟な皮膜を作ることができる樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料または染料を着色剤として含有する着色インキを用いるとよい。また、前記バインダーにパール顔料を着色剤として含有する光輝性インキを用いてもよい。印刷層の形成方法としては、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法などを用いるとよい。特に、多色刷りや階調表現を行うには、オフセット印刷法やグラビア印刷法が適している。また、単色の場合には、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法を採用することもできる。印刷層は、表現したい図柄に応じて、全面ベタで設ける場合や部分的に設ける場合がある。
【００３２】
また、加飾層は金属薄膜層から構成されるもの、あるいは金属薄膜層と印刷層との組み合わせから構成されるものでもよい。金属薄膜層は加飾層として金属光沢を表現するためのものであり、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、または鍍金法などで形成する。表現したい金属光沢色に応じて、アルミニウム、ニッケル、金、白金、クロム、鉄、銅、スズ、インジウム、銀、チタニウム、鉛、または亜鉛などの金属、またはこれらの合金若しくは化合物を使用する。
【００３３】
加飾用シート１を２種以上の積層フィルムにしても良い。たとえば、基材フィルムと加飾層の間に他のフィルムを積層してもよいし、基材フィルムと裏打ちシート（ｂａｃｋｉｎｇ ｓｈｅｅｔ）、表面保護シート等の他のフィルムとの間に加飾層を形成してもよい。裏打ちシートは、加飾用シート１に腰の強さを付与して射出成形の型外で予備成形をする場合や射出成形型に挿入する場合の取り扱いを容易にし、成形樹脂９と融着させるためのものである。また、裏打ちシートはそれ自身で加飾機能を持っていてもよい。積層方法としては、一方のフィルム表面が接着性を呈するまで加熱して他方のフィルムを貼り合わせるいわゆる熱ラミネート法や、接着剤を介して２枚のフィルムを貼り合わせるいわゆるドライラミネート法などがある。また、裏打ちシート等の一方のフィルムに加飾層を形成しておき、この加飾層を覆うように基材フィルム材料となる樹脂を押出し成形により被覆するいわゆる押出しコート法などもある。
【００３４】
また、成形樹脂９に接着される面の接着性を向上させるためや加飾用シート１を構成する各フィルム間の接着のために、必要に応じて接着層を設けてもよい。接着層は、ポリ塩化ビニル酢酸ビニル共重合体系樹脂、アクリル系樹脂、またはウレタン系樹脂などから構成するとよい。接着層の形成方法としては、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。
【００３５】
また、成形同時加飾成形品の表面強度を向上させためにハードコート層を設けてもよい。ハードコート層としては、熱硬化性のアクリル樹脂やウレタン樹脂、電離放射線硬化性のウレタンアクリレート樹脂、シアノアクリレート樹脂などを使用することができる。ハードコート層の形成方法としては、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法、ディップコート法などのコート法、スプレー法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。
【００３６】
また、成形同時加飾成形品が透視部分を有する場合、表面における反射を抑えるために低反射層を設けてもよい。低反射層としては、フッ化マグネシウムなどの低屈折率層単層や低屈折率層と高屈折率層の樹脂層積層により、５５０ｎｍの光線反射率が５％以下になるようにすればよい。低反射層の形成方法としては、蒸着などによる金属膜の形成、コーティングによる樹脂層の積層などがある。
【００３７】
加飾用シート１の厚みとしては、５〜７００μｍが好ましい。５μｍに満たないと、フィルム強度が低く成形の際にフィルムが破れる問題がある。７００μｍを超えると、巻き状態の加飾用シートとすることが困難であり、生産性が劣るものとなる。
【００３８】
次に、成形同時加飾成形品の製造方法を説明する。
【００３９】
まず、加飾用シート１を射出成形用金型の可動型３の表面にクランプ部材１４によりセットした後に、可動型３と固定型４との間に挿入した加熱板５等で加飾用シート１を加熱して軟化させ、次いで射出成形用の可動型３の凹部と加飾用シート１との間の空間を密閉して真空吸引孔６から排気して空間内の気圧を下げることによって真空吸引２し、加飾用シート１を引き伸ばして射出成形用の可動型３の凹部すなわちキャビティ形成面７に沿うように立体形状に加工し、成形シート２１を得る（図１および図２参照）。このとき、使用する加飾用シート１が前記した２５＜Ｔｈ≦Ｔ≦（１００＋Ｔｈ）、および０≦（Ｔ−Ｔｈ）２／（Ｘ×ｋ×ｔ３）≦７．１×１０−３の条件を満たせば、真空成形によって加飾用シート１の意匠に歪みが生じたり、加飾用シート１が焼け焦げたり、また真空成形によっても加飾用シート１が所望の形状に充分に立体加工されなかったりといった問題が生じにくい。立体形状に加工する際、あるいはクランプ部材１４で加飾用シート１を押さえ付けて固定する際に、加飾用シート１の不要部分の打抜き加工をしてもよい。
【００４０】
上記方法に代えて、加飾用シート１を射出成形用の可動型３の表面にセットする前に、射出成形用の可動型３と固定型４とは別の立体加工成形用型１２を用い、立体加工成形用型１２の成形面前面に加飾用シート１を間に介して配置した加熱板５等で加飾用シート１を加熱して軟化させ、次いで射出成形用の可動型３の凹部と加飾用シート１との間の空間を密閉して真空吸引孔６から排気して空間内の気圧を下げることによって真空吸引２し、加飾用シート１を引き伸ばして可動型３のキャビティ形成面７に沿うように立体形状に加工して成形シート２１を得た（図６参照）のち、射出成形用の可動型３のキャビティ形成面に、立体加工された加飾用シート１（成形シート２１）をはめ込むようにしてもよい（図７参照）。
【００４１】
次に、固定型４に対して可動型３を型閉めして溶融状態の成形樹脂９を固定型４のゲート部８からキャビティ１０内に射出し、成形樹脂９を固化させてキャビティ１０内で樹脂成形品１１を形成すると同時にその表面に加飾用シート１（成形シート２１）を一体化接着させて、成形同時加飾成形品を得る（図３および図４参照）。
【００４２】
その後、樹脂成形品１１を可動型３から取り出したのち、樹脂成形品１１に接着した加飾用シート１のうち不要な部分を除去する（図５参照）。なお、前述したようにあらかじめ所望の形状に打ち抜き加工していた場合には、加飾用シート１の不要な部分を除去する作業は不要である。
【００４３】
成形樹脂９は、特に限定されることはない。コンソールボックス、センタークラスター、スイッチベースなどの自動車内装部品や携帯電話筐体などの通信機器部品に用いられる代表的な成形樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂などが一般的に使用される。
【００４４】
なお、横型射出成形機の場合には、上記のとおりであるが、竪型射出成形機の場合には、固定型と可動型の関係が横型射出成形機の場合と逆になる。また、射出成形機の金型は２枚型の場合だけでなく、３枚型の場合にも同様に適用することができる。
【００４５】
【実施例】
以下に、より具体的な実施例を挙げる。
＜実施例１＞
以下の条件で、建材用の成形同時加飾成形品を製造した。
【００４６】
厚み０．０８（ｍｍ）のポリプロピレン系樹脂フィルムを基材フィルムとし、ウレタン系インキを使用しスクリーン印刷法によって加飾層を０．０２（ｍｍ）の厚みに形成し、加飾用シートを得た。この加飾用シートは、ｋ＝１２．８×１０８(Ｐａ)、ｔ＝０．１（ｍｍ）、Ｔｈ＝７０（℃）であった。
【００４７】
この加飾用シートを、さまざまな条件にて真空成形加工したところ、以下のような結果が得られた。
【００４８】
【表１】
【００４９】
本発明の式（１）および式（２）を満足する条件２〜７，１０〜１４，１７〜２１で真空成形加工された加飾用シートを、射出成形用金型内でゲート部より射出された熔融状態のポリプロピレン樹脂と一体接着化し、建材用の成形同時加飾成形品を得た。
【００５０】
＜実施例２＞
以下の条件で、自動車内装用の成形同時加飾成形品を製造した。
【００５１】
厚み０．２５（ｍｍ）のアクリロニトリルブタジエンスチレン系樹脂フィルムを基材フィルムとし、この上に５種類の木目柄パターンからなる加飾層を塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体からなるインキを使用してグラビア印刷法によって０．０１ｍｍ）の厚みに形成し、さらに表面保護シートとして厚み０．２４（ｍｍ）の硬質アクリルフィルムを貼り合せ、加飾用シートを得た。この加飾用シートは、ｋ＝２５．８×１０８(Ｐａ)、ｔ＝０．５（ｍｍ）、Ｔｈ＝７２（℃）であった。
【００５２】
この加飾用シートを、表２の条件にて真空成形加工したところ、以下のような結果が得られた。
【００５３】
【表２】
【００５４】
本発明の式（１）および式（２）を満足する条件２〜７，１０〜１４，１７〜２１で真空成形加工された加飾用シートを、射出成形用金型内でゲート部より射出された熔融状態の耐熱性アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂と一体接着化し、自動車内装用の成形同時加飾成形品を得た。
【００５５】
＜実施例３＞
以下の条件で、小型携帯端末ディスプレイ用の成形同時加飾成形品を製造した。
【００５６】
厚み０．１３（ｍｍ）のポリカーボネート系樹脂フィルムを基材フィルムとし、この上にメタリック顔料を５％含んだアクリル系樹脂からなるハードコート層をリバースコート法にて全面に０．０７（ｍｍ）の厚みに形成し、その上に、真空蒸着法によりフッ化マグネシウムからなる透明な低反射層を０．０００１（ｍｍ）の厚みに形成し、加飾用シートを得た。この加飾用シートは、ｋ＝２２．７×１０８（Ｐａ）、ｔ＝０．２（ｍｍ）、Ｔｈ＝９３（℃）であった。
【００５７】
この加飾用シートを、表３の条件にて真空成形加工したところ、以下のような結果が得られた。
【００５８】
【表３】
【００５９】
本発明の式（１）および式（２）を満足する条件２〜７，１０〜１４，１７〜２１で真空成形加工された加飾用シートを、射出成形用金型内でゲート部より射出された熔融状態のポリカーボネート樹脂と一体接着化し、小型携帯端末ディスプレイ用の成形同時加飾成形品を得た。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の成形シートの製造方法、成形同時加飾成形品の製造方法は、以上のとおりの構成を有するので、次のような優れた効果を有する。
【００６１】
すなわち、前記（１）及び（２）の条件で所望の形状に真空成形加工して成形シートを得るので、真空成形によって加飾用シートの意匠に歪みが生じたり、加飾用シートが焼け焦げたり、また真空成形によっても加飾用シートが所望の形状に充分に立体加工されなかったりといった問題が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】加飾用シートの真空成形の工程の一つを示す断面図である。
【図２】加飾用シートの真空成形の工程の一つを示す断面図である。
【図３】成形同時加飾成形品の製造方法の工程の一つを示す断面図である。
【図４】成形同時加飾成形品の製造方法の工程の一つを示す断面図である。
【図５】成形同時加飾成形品の例を示す断面図である。
【図６】加飾用シートの真空成形の工程の一つを示す断面図である。
【図７】成形同時加飾成形品の製造方法の工程の一つを示す断面図である。
【図８】引張試験において使用する引張試験機を示す斜視図である。
【図９】引張試験において引張試験機の試験片を固定する部分を示す断面図である。
【図１０】加飾用シートの伸び特性を示すグラフである。
【図１１】真空成形によって加飾用シートに歪みが発生した場合を示す図である。
【図１２】真空成形によっても加飾用シートに歪みが発生しない場合を示す図である。
【図１３】加飾用シートの面積伸び比を説明する図である。
【符号の説明】
１ 加飾用シート
２ 真空吸引
３ 可動型
４ 固定型
５ 加熱板
６ 真空吸引孔
７ キャビティ形成面
８ ゲート部
９ 成形樹脂
１０ キャビティ
１１ 樹脂成形品
１２ 立体加工成形用型
１４ クランプ部材
１５ 成形同時加飾成形品
１６ 試験片
１７ ネジ
１８ チャック
１９ チャック
２０ 可動部材
２１ 成形シート
【発明の属する技術の分野】
本発明は、立体形状成形品の表面を加飾するために真空成形加工して用いられる加飾用シートと、これを用いた成形シートの製造方法、成形同時加飾成形品の製造方法および成形同時加飾成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンソールボックス、センタークラスター、スイッチベースなどの自動車内装部品や携帯電話筐体などの通信機器部品を加飾する方法としては、加飾用シートを用いた成形同時加飾法がある。この方法は、少なくとも基材フィルムと加飾層とから構成される加飾用シート１を射出成形用の金型内に入れて、型閉め後、成形樹脂９をキャビティ１０に射出し、成形樹脂９を固化した樹脂成形品１１の表面に加飾用シート１を一体化接着させて成形同時加飾成形品１５を得るものである（図３〜５参照）。
【０００３】
上記成形同時加飾法においては、通常、成形樹脂９をキャビティ１０に射出する前に、射出成形用の金型内又は金型外にて加飾用シート１を可動型３のキャビティ形成面７に沿うようにあらかじめ立体加工を施し成形シート２１としておく。
【０００４】
現在、この立体成形加工の方法として広く一般に利用されている方法には、真空成形加工がある。たとえば、加飾用シート１を射出成形用の可動型３のキャビティ形成面７前面にセットした後に、可動型３と固定型４との間に挿入した加熱板５等で加飾用シート１を加熱して軟化させ、軟化状態の加飾用シート１と可動型３の加飾用シート１に対向する面との間の空間を密閉して真空吸引孔６から排気及び空間内の気圧を下げる、所謂真空吸引２を行なうことにより、加飾用シート１を引き伸ばして可動型３のキャビティ形成面７に沿うように立体形状に加工し、成形シート２１を得る（図１および図２参照）。
【０００５】
また、真空成形加工の別の例としては、加飾用シート１を射出成形用の可動型３にセットする前に、射出成形用の可動型３と固定型４とは別の立体加工成形用型１２を用い、立体加工成形用型１２の成形面前面に加飾用シート１を間に介して配置した加熱板等で加飾用シートを加熱して軟化させ、軟化状態の加飾用シート１と立体加工成形用型１２の成形面との間の空間を密閉して真空吸引２することにより、加飾用シート１を引き伸ばして立体加工成形用型１２の成形面に沿うように立体形状に加工して成形シート２１を得た（図６参照）のち、射出成形用の可動型３のキャビティ形成面７に、立体加工された加飾用シート１（成形シート２１）をはめ込む（図７参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した手段により加飾用シートを真空成形加工した場合、その条件設定が不適当であると、加飾用シートの意匠が極端に歪んだり、加飾用シートが破れたり、また真空成形加工によっても加飾用シートが所望の形状に充分に立体加工されなかったりといった問題が生じやすい。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、上記の問題点を解決した成形シートの製造方法、成形同時加飾成形品の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも基材フィルムと加飾層とから構成される加飾用シートを所望の形状に真空成形加工して成形シートを得る成形シートの製造方法であって、真空成形加工する直前の加飾シートの表面温度をＴ（℃）、加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率が、２５℃で実施したときのヤング率の５０％になったときの加飾用シートの表面温度をＴｈ（℃）、真空成形加工する加飾用シートの厚みをｔ（ｍｍ）、面積伸び比をＸ、Ｔｈ（℃）の環境温度下で加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率をｋ（Ｐａ）としたとき、２５＜Ｔｈ≦Ｔ≦（１００＋Ｔｈ）、および０≦（Ｔ−Ｔｈ） ２ ／（Ｘ×ｋ×ｔ ３ ）≦７．１×１０ −３ の条件を満たすように構成した。
【００１０】
また、少なくとも基材フィルムと加飾層とから構成される加飾用シートを射出成形用の金型内に入れ、型閉め後、成形樹脂をキャビティに射出し、樹脂成形品の表面に加飾用シートを一体化接着させて成形同時加飾を行う成形同時加飾成形品の製造方法において、本発明は、成形樹脂をキャビティに射出する前に、射出成形用の金型内又は金型外にて加飾用シートを上記各式の条件で所望の形状に真空成形加工しておくように構成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。
図１、図２および図６は加飾用シートの真空成形の工程の一つを示す断面図、図３、図４および図７は成形同時加飾成形品の製造方法の工程の一つを示す断面図、図５は成形同時加飾成形品の例を示す断面図、図８は引張試験において使用する引張試験機を示す斜視図、図９は引張試験において引張試験機の試験片を固定する部分を示す断面図、図１０は加飾用シートの伸び特性を示すグラフ、図１１は真空成形によって加飾用シートに歪みが発生した場合を示す図、図１２は真空成形によっても加飾用シートに歪みが発生しない場合を示す図、図１３は加飾用シートの面積伸び比を説明する図である。図中、１は加飾用シート、２は真空吸引、３は可動型、４は固定型、５は加熱板、６は真空吸引孔、７はキャビティ形成面、８はゲート部、９は成形樹脂、１０はキャビティ、１１は樹脂成形品、１２は立体加工成形用型、１４はクランプ部材、１５は成形同時加飾成形品、１６は試験片、１７はネジ、１８はチャック、１９はチャック、２０は可動部材、２１は成形シートをそれぞれ示す。
【００１３】
真空成形加工では、加飾用シート１を射出成形用の可動型３あるいは立体加工成形用型１２の前面に配置した後、当該金型表面に加飾用シート１をクランプ部材１４等によって押さえ付けることによって加飾用シート１の真空成形加工する部分の周囲の全部または一部を固定しているため、その状態で真空吸引２されると加飾用シート１に荷重（張力）がかかることとなる。この荷重の増加に対し、弾性の限界点（弾性限度）に至るまでは比例して伸びが発生する比例部分があり（フックの法則）、この限界点を比例限度という。そして加飾用シート１がフックの法則に従うとき、比例限度内での垂直方向の荷重と伸びの比例定数をヤング率というが、それは図１０に示したように加飾用シート１の表面温度に対して依存性がある。
ただし、加飾用シート１の表面温度と加飾用シート１の伸びとの間に比例関係があるわけではなく、常温からある温度まではほとんど同じ伸び方を示し（図１０中Ｔ１，Ｔ２）、その温度を超えると急速に伸びやすくなり、ヤング率が低下する傾向がある（図１０中Ｔ３，Ｔ４）。
【００１４】
この急速に伸び始めたときの温度を超えて加飾用シート１の表面温度を高くすればするほど、真空吸引によって局所的な伸びのみでも所望の形状に成形することが十分可能となるため、加飾用シート１の意匠について、パターンが変形したり（図１１参照）、色の濃度が不均一になったりする等の極端な歪みが起こりやすくなる。したがって、加飾用シート１の表面温度を真空吸引によって歪みが生じにくい（図１２参照）温度に低く抑えるように加熱板５等にて加熱する必要がある。
【００１５】
上記の急速に伸び始めたときの温度を超えて加飾用シート１の表面温度を高くして真空吸引した場合、その加飾用シート１の伸びは、ほとんど同じ伸び方を示す温度における加飾用シート１の伸びのおおよそ２倍以上である。そこで、まず本発明者らは、加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率が、常温、すなわち２５℃で実施したときのヤング率の５０％になる加飾用シートの表面温度Ｔｈ（℃）を基準として、加飾用シート１の表面温度を設定すればよいと考えた。
【００１６】
そして、真空成形加工において意匠に歪みが生じにくくするには加工開始直前の加飾シートの表面温度Ｔ（℃）をどの程度に設定すればよいかを試験により確認した結果、表１〜表３のようになり、１００＋Ｔｈ（℃）を超えて高く設定すると、つまりＴ≦（１００＋Ｔｈ）という条件を満たさないと、真空成形加工された加飾用シート１のほとんどで局部的な伸びによる不良が発生することがわかった。
なお、真空成形加工する直前の加飾シートの表面温度Ｔ（℃）の測定は、金型の前面に配置した加飾用シート１の近くにサーモグラフィ装置を設置して測定する。また、表１〜３の評価において、◎，○，△，×，は、それぞれ下記の状態を意味し、これらの評価は各条件の下に１０回づつ実施した場合の結果による。
◎：意匠の歪みがなく、所望の形状に成形加工出来ている。
○：意匠の歪み又は成形加工不足が若干存在するが、いずれも成形同時加飾には全然問題がないレベルである。
△：意匠の歪み又は成形加工不足のために成形同時加飾で一部不良が発生している。
×：意匠の歪み又は成形加工不足のために成形同時加飾でほとんど不良が発生している。
【００１７】
また、真空成形加工を開始する直前の加飾シートの表面温度Ｔ（℃）は、真空成形加工によって加飾用シート１に歪みが生じないようにただ低くすればよいというわけではなく、型形状に沿って寸法精度よく真空成形加工するには、加飾シート１が完全に軟化することが必要である。真空成形加工する直前の加飾シートの表面温度Ｔ（℃）がＴｈ（℃）未満であると、金型形状に沿って寸法精度よく真空成形加工できない。なお、表面温度がＴｈ（℃）の加飾用シートのヤング率は表面温度が２５℃の加飾用シートのヤング率の５０％であるから、２５℃の加飾用シートのヤング率より小さく、図１０に示したようにヤング率の低下は加飾用シートの温度上昇に因るから、２５＜Ｔｈである。
【００１８】
以上のことから、使用する加飾用シート１の選択とその真空成形加工する直前の温度設定においては、少なくとも２５＜Ｔｈ≦Ｔ≦（１００＋Ｔｈ） …（１）という条件を満たす必要がある。
【００１９】
しかし、使用する加飾用シート１の選択とその真空成形加工する直前の温度設定とを上記式（１）が成り立つように行なっても、優れた真空成形加工の施された加飾用シート１を得られない場合がある。
【００２０】
たとえば、真空成形加工時に加飾用シート１の剛性に対して加飾用シート１表面への熱負荷が相対的に大きすぎて成形しやすくなり過ぎると、加飾用シート１が強引に伸ばされて加飾用シート１の意匠に極端な歪みが生じ、場合によっては加飾用シート１が焼け焦げるという問題が生じることがあった。逆に、真空成形加工時に加飾用シート１の剛性に対して加飾用シート１表面への熱負荷が相対的に小さすぎて成形しにくくなり過ぎると、加飾用シート１が所望の形状に充分に立体加工されないという問題が生じることがあった。加飾用シート１の剛性に応じて加飾用シート１表面への熱負荷を設定しなければならないのである。
【００２１】
また、成形同時加飾成形品の絞り形状に応じて、すなわち面積伸び比Ｘに応じて加飾用シート１表面への熱負荷を設定しなければならない。ここで、面積伸び比Ｘとは、真空吸引する前のシートの単位面積に対して真空成形後のシートの表面積がいくらになるかという比である（図１３参照）。
【００２２】
つまり、真空成形に関する条件においては、上記式（１）以外に、成形同時加飾成形品の絞り形状や加飾用シート１の剛性を考慮し、（加飾用シート１表面への熱負荷）÷（面積伸び比×剛性） の数値がある一定の適正範囲内でなければならない。
なお、この剛性は、本発明者らが試験した結果、加飾用シート１のヤング率ｋ（Ｐａ）と加飾用シート１の厚みｔ（ｍｍ）の３乗との積に比例する。ここで、ヤング率ｋ（Ｐａ）として本当は真空成形加工時のシート表面温度でのヤング率を採用すべきであるが、値が小さくなりすぎて誤差が生じるため、Ｔｈ（℃）でのヤング率を採用した。また、成形のしやすさは真空吸引を開始して完全に立体加工し終えるまでの時間を測定すれば数値化でき、横軸にＴ−Ｔｈ、縦軸に成形時間をとってみると（Ｔ−Ｔｈ）２に比例して真空成形しやすくなることがわかったので、この（Ｔ−Ｔｈ）２の大小を加飾用シート１表面への熱負荷の大小として捉えることとした。
【００２３】
そこで、さまざまな条件によって試験した結果、表1〜３の結果が得られ、これにより適正範囲は下記式（２）に示す範囲であることがわかった。
０≦（Ｔ−Ｔｈ）２／（Ｘ×ｋ×ｔ３）≦７．１×１０−３ …（２）
【００２４】
なお、本発明の加飾用シート１でのヤング率は、各環境温度下において、幅１０ｍｍの加飾用シート１の試験片１６を一対のチャック１８，１９を用いてチャック１８，１９間距離５０ｍｍで固定し、試験片１６の一端を５００ｍｍ／分の一定速度で荷重をかけて引張試験を実施したときの初期引張弾性率で定義する。また、環境温度とは、試験片１６が試験片１６周囲の雰囲気と同じ温度まで加熱された状態での温度である。
【００２５】
試験片１６のサイズを大きくしないのは、試験片１６を引張する前に上記環境温度下にて試験片が軟化して皺だらけになるのを避けるためである。また、試験片１６のサイズをあまりに小さくすると測定誤差が大きくなるためである。したがって、測定誤差が問題にならない程度にできるだけ小さくした結果、上記のサイズとなった。なお、図８および図９において、上側のチャック１８は、試験片１６の上端を挟んだ状態でネジ１７により固定される。また、下側のチャック１９は、試験片１６の下端を挟んだ状態でネジ１７により固定される。図８および図９に示すように、上側のチャック１８は試験機に固定される一方、下側のチャック１９は可動部材２０により下向きに５００ｍｍ／分の速度で下降して試験片１６に引張力を作用させる。
【００２６】
また、試験片１６を引張する速度を５００ｍｍ／分としたのは、実際の真空加工時に加飾用シート１が引き伸ばされる速度が速すぎて、それを再現測定できる装置が少ないため、一般的な引張試験機で測定可能な範囲のうち最も速いと思われる速度を選定した。これでも加工時に加飾用シート１が伸ばされる速度に比べるとまだ遅いものの、実際には引張速度の設定を変えても測定データは殆ど変わらないので、これで十分シミュレートできている。なお、この試験は下向きに可動部材２０を下降させて測定したが、下側のチャック１９を試験機に固定する一方、上側のチャック１８を可動部材２０により上向きに５００ｍｍ／分の速度で上昇させて試験片１６に引張力を作用させても同じ結果が得られる。
【００２７】
本発明において、加飾用シート１はインサートシートであってもよく、転写シートであってもよい。インサートシートは、基材フィルム上に加飾層などを形成したものであり、射出成形と同時に樹脂成形品１１表面に一体接着化し、そのまま最終形態として使用される。加飾層を基材フィルムの樹脂成形品１１側に設けるか、樹脂成形品１１と反対側に設けるかは任意であるが、普通は加飾層を樹脂成形品１１側に向けて基材フィルムを表面保護膜として利用する。転写シートは、基材フィルムを剥離可能な支持フィルムとし、その上に剥離層、加飾層などの転写層を形成したものであり、必ず転写層を樹脂成形品１１側に向けて金型内に挿入され、射出成形と同時に樹脂成形品１１表面に一体接着化した後、基材フィルムは剥離除去される。
【００２８】
上記基材フィルムとしては、ポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、ビニロン樹脂、アセテート樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアクリル系樹脂等、あるいはこれらの各シートの複合体など、通常のインサートシートや転写シートの基材フィルムとして用いられるものを使用することができる。
【００２９】
加飾用シート１が転写シートの場合、基材フィルムの剥離性を改善するために、基材フィルム上に離型層を全面的に形成してもよい。離型層は、転写後に基材フィルムを剥離した際に、基材フィルムとともに加飾層などの転写層から離型する層である。離型層の材質としては、メラミン樹脂系離型剤、シリコーン樹脂系離型剤、フッ素樹脂系離型剤、セルロース誘導体系離型剤、尿素樹脂系離型剤、ポリオレフィン樹脂系離型剤、パラフィン系離型剤およびこれらの複合型離型剤などを用いることができる。離型層の形成方法としては、ロールコート法、スプレーコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。また、基材フィルム上に転写層を設ける前に、ヘアライン目の意匠を形成したり、顔料インキで凹凸層を形成し、マット意匠を形成したりして艶消し表面を形成してもよい。ヘアライン目の意匠やマット意匠は部分的に形成してもよい。
【００３０】
剥離層は、基材フィルムまたは離型層上に全面的または部分的に形成する。剥離層は、転写後に基材フィルムを剥離した際に、基材フィルムまたは離型層から剥離して被転写物の最外面となる層である。剥離層の材質としては、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、ゴム系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂などのほか、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂などのコポリマーを用いるとよい。剥離層に硬度が必要な場合には、紫外線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などの放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などを選定して用いるとよい。剥離層は、着色したものでも、未着色のものでもよい。剥離層の形成方法としては、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。
【００３１】
加飾層は、樹脂成形品１１の表面に文字や図形、記号などを表わしたり、着色表面を表わしたりするためのものである。加飾層は、通常、印刷層として形成する。印刷層の材質としては、ウレタン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂、熱可塑性エラストマーなどの樹脂、好ましくは柔軟な皮膜を作ることができる樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料または染料を着色剤として含有する着色インキを用いるとよい。また、前記バインダーにパール顔料を着色剤として含有する光輝性インキを用いてもよい。印刷層の形成方法としては、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法などを用いるとよい。特に、多色刷りや階調表現を行うには、オフセット印刷法やグラビア印刷法が適している。また、単色の場合には、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法を採用することもできる。印刷層は、表現したい図柄に応じて、全面ベタで設ける場合や部分的に設ける場合がある。
【００３２】
また、加飾層は金属薄膜層から構成されるもの、あるいは金属薄膜層と印刷層との組み合わせから構成されるものでもよい。金属薄膜層は加飾層として金属光沢を表現するためのものであり、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、または鍍金法などで形成する。表現したい金属光沢色に応じて、アルミニウム、ニッケル、金、白金、クロム、鉄、銅、スズ、インジウム、銀、チタニウム、鉛、または亜鉛などの金属、またはこれらの合金若しくは化合物を使用する。
【００３３】
加飾用シート１を２種以上の積層フィルムにしても良い。たとえば、基材フィルムと加飾層の間に他のフィルムを積層してもよいし、基材フィルムと裏打ちシート（ｂａｃｋｉｎｇ ｓｈｅｅｔ）、表面保護シート等の他のフィルムとの間に加飾層を形成してもよい。裏打ちシートは、加飾用シート１に腰の強さを付与して射出成形の型外で予備成形をする場合や射出成形型に挿入する場合の取り扱いを容易にし、成形樹脂９と融着させるためのものである。また、裏打ちシートはそれ自身で加飾機能を持っていてもよい。積層方法としては、一方のフィルム表面が接着性を呈するまで加熱して他方のフィルムを貼り合わせるいわゆる熱ラミネート法や、接着剤を介して２枚のフィルムを貼り合わせるいわゆるドライラミネート法などがある。また、裏打ちシート等の一方のフィルムに加飾層を形成しておき、この加飾層を覆うように基材フィルム材料となる樹脂を押出し成形により被覆するいわゆる押出しコート法などもある。
【００３４】
また、成形樹脂９に接着される面の接着性を向上させるためや加飾用シート１を構成する各フィルム間の接着のために、必要に応じて接着層を設けてもよい。接着層は、ポリ塩化ビニル酢酸ビニル共重合体系樹脂、アクリル系樹脂、またはウレタン系樹脂などから構成するとよい。接着層の形成方法としては、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。
【００３５】
また、成形同時加飾成形品の表面強度を向上させためにハードコート層を設けてもよい。ハードコート層としては、熱硬化性のアクリル樹脂やウレタン樹脂、電離放射線硬化性のウレタンアクリレート樹脂、シアノアクリレート樹脂などを使用することができる。ハードコート層の形成方法としては、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法、ディップコート法などのコート法、スプレー法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。
【００３６】
また、成形同時加飾成形品が透視部分を有する場合、表面における反射を抑えるために低反射層を設けてもよい。低反射層としては、フッ化マグネシウムなどの低屈折率層単層や低屈折率層と高屈折率層の樹脂層積層により、５５０ｎｍの光線反射率が５％以下になるようにすればよい。低反射層の形成方法としては、蒸着などによる金属膜の形成、コーティングによる樹脂層の積層などがある。
【００３７】
加飾用シート１の厚みとしては、５〜７００μｍが好ましい。５μｍに満たないと、フィルム強度が低く成形の際にフィルムが破れる問題がある。７００μｍを超えると、巻き状態の加飾用シートとすることが困難であり、生産性が劣るものとなる。
【００３８】
次に、成形同時加飾成形品の製造方法を説明する。
【００３９】
まず、加飾用シート１を射出成形用金型の可動型３の表面にクランプ部材１４によりセットした後に、可動型３と固定型４との間に挿入した加熱板５等で加飾用シート１を加熱して軟化させ、次いで射出成形用の可動型３の凹部と加飾用シート１との間の空間を密閉して真空吸引孔６から排気して空間内の気圧を下げることによって真空吸引２し、加飾用シート１を引き伸ばして射出成形用の可動型３の凹部すなわちキャビティ形成面７に沿うように立体形状に加工し、成形シート２１を得る（図１および図２参照）。このとき、使用する加飾用シート１が前記した２５＜Ｔｈ≦Ｔ≦（１００＋Ｔｈ）、および０≦（Ｔ−Ｔｈ）２／（Ｘ×ｋ×ｔ３）≦７．１×１０−３の条件を満たせば、真空成形によって加飾用シート１の意匠に歪みが生じたり、加飾用シート１が焼け焦げたり、また真空成形によっても加飾用シート１が所望の形状に充分に立体加工されなかったりといった問題が生じにくい。立体形状に加工する際、あるいはクランプ部材１４で加飾用シート１を押さえ付けて固定する際に、加飾用シート１の不要部分の打抜き加工をしてもよい。
【００４０】
上記方法に代えて、加飾用シート１を射出成形用の可動型３の表面にセットする前に、射出成形用の可動型３と固定型４とは別の立体加工成形用型１２を用い、立体加工成形用型１２の成形面前面に加飾用シート１を間に介して配置した加熱板５等で加飾用シート１を加熱して軟化させ、次いで射出成形用の可動型３の凹部と加飾用シート１との間の空間を密閉して真空吸引孔６から排気して空間内の気圧を下げることによって真空吸引２し、加飾用シート１を引き伸ばして可動型３のキャビティ形成面７に沿うように立体形状に加工して成形シート２１を得た（図６参照）のち、射出成形用の可動型３のキャビティ形成面に、立体加工された加飾用シート１（成形シート２１）をはめ込むようにしてもよい（図７参照）。
【００４１】
次に、固定型４に対して可動型３を型閉めして溶融状態の成形樹脂９を固定型４のゲート部８からキャビティ１０内に射出し、成形樹脂９を固化させてキャビティ１０内で樹脂成形品１１を形成すると同時にその表面に加飾用シート１（成形シート２１）を一体化接着させて、成形同時加飾成形品を得る（図３および図４参照）。
【００４２】
その後、樹脂成形品１１を可動型３から取り出したのち、樹脂成形品１１に接着した加飾用シート１のうち不要な部分を除去する（図５参照）。なお、前述したようにあらかじめ所望の形状に打ち抜き加工していた場合には、加飾用シート１の不要な部分を除去する作業は不要である。
【００４３】
成形樹脂９は、特に限定されることはない。コンソールボックス、センタークラスター、スイッチベースなどの自動車内装部品や携帯電話筐体などの通信機器部品に用いられる代表的な成形樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂などが一般的に使用される。
【００４４】
なお、横型射出成形機の場合には、上記のとおりであるが、竪型射出成形機の場合には、固定型と可動型の関係が横型射出成形機の場合と逆になる。また、射出成形機の金型は２枚型の場合だけでなく、３枚型の場合にも同様に適用することができる。
【００４５】
【実施例】
以下に、より具体的な実施例を挙げる。
＜実施例１＞
以下の条件で、建材用の成形同時加飾成形品を製造した。
【００４６】
厚み０．０８（ｍｍ）のポリプロピレン系樹脂フィルムを基材フィルムとし、ウレタン系インキを使用しスクリーン印刷法によって加飾層を０．０２（ｍｍ）の厚みに形成し、加飾用シートを得た。この加飾用シートは、ｋ＝１２．８×１０８(Ｐａ)、ｔ＝０．１（ｍｍ）、Ｔｈ＝７０（℃）であった。
【００４７】
この加飾用シートを、さまざまな条件にて真空成形加工したところ、以下のような結果が得られた。
【００４８】
【表１】
本発明の式（１）および式（２）を満足する条件２〜７，１０〜１４，１７〜２１で真空成形加工された加飾用シートを、射出成形用金型内でゲート部より射出された熔融状態のポリプロピレン樹脂と一体接着化し、建材用の成形同時加飾成形品を得た。
【００５０】
＜実施例２＞
以下の条件で、自動車内装用の成形同時加飾成形品を製造した。
【００５１】
厚み０．２５（ｍｍ）のアクリロニトリルブタジエンスチレン系樹脂フィルムを基材フィルムとし、この上に５種類の木目柄パターンからなる加飾層を塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体からなるインキを使用してグラビア印刷法によって０．０１ｍｍ）の厚みに形成し、さらに表面保護シートとして厚み０．２４（ｍｍ）の硬質アクリルフィルムを貼り合せ、加飾用シートを得た。この加飾用シートは、ｋ＝２５．８×１０８(Ｐａ)、ｔ＝０．５（ｍｍ）、Ｔｈ＝７２（℃）であった。
【００５２】
この加飾用シートを、表２の条件にて真空成形加工したところ、以下のような結果が得られた。
【００５３】
【表２】
本発明の式（１）および式（２）を満足する条件２〜７，１０〜１４，１７〜２１で真空成形加工された加飾用シートを、射出成形用金型内でゲート部より射出された熔融状態の耐熱性アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂と一体接着化し、自動車内装用の成形同時加飾成形品を得た。
【００５５】
＜実施例３＞
以下の条件で、小型携帯端末ディスプレイ用の成形同時加飾成形品を製造した。
【００５６】
厚み０．１３（ｍｍ）のポリカーボネート系樹脂フィルムを基材フィルムとし、この上にメタリック顔料を５％含んだアクリル系樹脂からなるハードコート層をリバースコート法にて全面に０．０７（ｍｍ）の厚みに形成し、その上に、真空蒸着法によりフッ化マグネシウムからなる透明な低反射層を０．０００１（ｍｍ）の厚みに形成し、加飾用シートを得た。この加飾用シートは、ｋ＝２２．７×１０８（Ｐａ）、ｔ＝０．２（ｍｍ）、Ｔｈ＝９３（℃）であった。
【００５７】
この加飾用シートを、表３の条件にて真空成形加工したところ、以下のような結果が得られた。
【００５８】
【表３】
本発明の式（１）および式（２）を満足する条件２〜７，１０〜１４，１７〜２１で真空成形加工された加飾用シートを、射出成形用金型内でゲート部より射出された熔融状態のポリカーボネート樹脂と一体接着化し、小型携帯端末ディスプレイ用の成形同時加飾成形品を得た。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の成形シートの製造方法、成形同時加飾成形品の製造方法は、以上のとおりの構成を有するので、次のような優れた効果を有する。
【００６１】
すなわち、前記（１）及び（２）の条件で所望の形状に真空成形加工して成形シートを得るので、真空成形によって加飾用シートの意匠に歪みが生じたり、加飾用シートが焼け焦げたり、また真空成形によっても加飾用シートが所望の形状に充分に立体加工されなかったりといった問題が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】加飾用シートの真空成形の工程の一つを示す断面図である。
【図２】加飾用シートの真空成形の工程の一つを示す断面図である。
【図３】成形同時加飾成形品の製造方法の工程の一つを示す断面図である。
【図４】成形同時加飾成形品の製造方法の工程の一つを示す断面図である。
【図５】成形同時加飾成形品の例を示す断面図である。
【図６】加飾用シートの真空成形の工程の一つを示す断面図である。
【図７】成形同時加飾成形品の製造方法の工程の一つを示す断面図である。
【図８】引張試験において使用する引張試験機を示す斜視図である。
【図９】引張試験において引張試験機の試験片を固定する部分を示す断面図である。
【図１０】加飾用シートの伸び特性を示すグラフである。
【図１１】真空成形によって加飾用シートに歪みが発生した場合を示す図である。
【図１２】真空成形によっても加飾用シートに歪みが発生しない場合を示す図である。
【図１３】加飾用シートの面積伸び比を説明する図である。
【符号の説明】
１ 加飾用シート
２ 真空吸引
３ 可動型
４ 固定型
５ 加熱板
６ 真空吸引孔
７ キャビティ形成面
８ ゲート部
９ 成形樹脂
１０ キャビティ
１１ 樹脂成形品
１２ 立体加工成形用型
１４ クランプ部材
１５ 成形同時加飾成形品
１６ 試験片
１７ ネジ
１８ チャック
１９ チャック
２０ 可動部材
２１ 成形シート
Claims (2)
- 少なくとも基材フィルムと加飾層とから構成される加飾用シートを下記（１）及び（２）の条件で所望の形状に真空成形加工して成形シートを得ることを特徴とする成形シートの製造方法。
２５＜Ｔｈ≦Ｔ≦（１００＋Ｔｈ） ...（１）
０≦（Ｔ−Ｔｈ） ２ ／（Ｘ×ｋ×ｔ ３ ）≦７．１×１０ −３ ...（２）
Ｔ（℃） ：真空成形加工する直前の加飾シートの表面温度
Ｔｈ（℃）：加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率が、２５℃で実施したときのヤング率の５０％になったときの加飾用シートの表面温度
ｔ（ｍｍ）：真空成形加工する加飾用シートの厚み
Ｘ： 面積伸び比
ｋ（Ｐａ）：Ｔｈ（℃）の環境温度下で加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率 - 少なくとも基材フィルムと加飾層とから構成される加飾用シートを射出成形用の金型内に入れ、型閉め後、成形樹脂をキャビティに射出し、樹脂成形品の表面に加飾用シートを一体化接着させて成形同時加飾を行う成形同時加飾成形品の製造方法において、成形樹脂をキャビティに射出する前に、射出成形用の金型内又は金型外にて加飾用シートを下記（１）及び（２）の条件で所望の形状に真空成形加工しておくことを特徴とする成形同時加飾成形品の製造方法。
２５＜Ｔｈ≦Ｔ≦（１００＋Ｔｈ） ...（１）
０≦（Ｔ−Ｔｈ） ２ ／（Ｘ×ｋ×ｔ ３ ）≦７．１×１０ −３ ...（２）
Ｔ（℃） ：真空成形加工する直前の加飾シートの表面温度
Ｔｈ（℃）：加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率が、２５℃で実施したときのヤング率の５０％になったときの加飾用シートの表面温度
ｔ（ｍｍ）：真空成形加工する加飾用シートの厚み
Ｘ： 面積伸び比
ｋ（Ｐａ）：Ｔｈ（℃）の環境温度下で加飾用シートを巾１０ｍｍ、チャック間距離５０ｍｍで引張試験を実施したときのヤング率
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