JP4667557B2

JP4667557B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法

Info

Publication number: JP4667557B2
Application number: JP2000144386A
Authority: JP
Inventors: 育雄河上
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: JP2001323089A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報家電製品、携帯機器、光学機器、精密機器等の強度を必要とする製品に用いられ、外観表面にシボ（凹凸）を有すると共に、少なくともシボの部分に美しい塗装が施された繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ筐体等の外観部品においては、金属を所定の形状に加工または成形した後、さらにその表面に塗装を行うことにより高級感を付与している。例えば、アルミニウム合金を用いる場合は、所定の形状に成形したアルミニウム合金に黒色のアルマイト処理を施し、外観部分となる部位に艶消し黒色塗装を施すことにより、高級感を付与している。
【０００３】
一方、製品の小型・軽量化の要求により、金属部品の多くがプラスチック部品に代わっている。これらのプラスチック部品は、強度を付与するために、強化用繊維をあらかじめ樹脂の中に練り込んだ成形材料が用いられている。又、この成形材料は射出成形を行うことにより、部品の複雑形状を精度良く忠実に成形することがなされている。これらのプラスチック部品の成形表面は、塗装下地であるため、美しい外観は不要である。このため、これらを成形する金型の表面は、塗装外観に影響しない最低限の状態であれば良く、必要に応じて一部分を磨く程度となっている。また、プラスチック部品への塗装は、それまでの金属部品への塗装と同様に、有機溶剤を含む塗料を吹き付けることによってなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、強化用繊維を含有した樹脂の成形に用いる金型の表面は、ミクロンオーダーで見ると平坦であるため、樹脂に混練している強化用繊維が金型の表面に線接触した状態となって、強化用繊維が樹脂成形品の表面に出る。また、射出成形において樹脂の充填が遅れる部位、すなわち金型の凹み部分やウェルドの部分は、樹脂の流れが乱れるため、強化用繊維の向きがばらばらになり、繊維の一部が樹脂成形品の表面から突き出ている。このように強化用繊維が表面に出ている成形品に塗装を施すと、塗膜表面から強化用繊維が突き出て「フィラー浮き」である外観不良が発生することがある。特に、樹脂を軟化、溶解させる作用が強力な有機溶剤を含む塗料を用いる場合に、フィラー浮きが発生しやすくなっている。
【０００５】
又、金型の凹み部分やウェルドの部分は、金型内に残ったガスが集中して微細な気泡となり、樹脂成形品の表面においては強化用繊維が表面に出たミクロンオーダーの孔が多数発生する。このような孔が形成されている成形品に対して、塗装を行うと、孔の内部にエアーが残り、乾燥炉で加熱するときに、エアーが膨張して「アワ」、「発泡」などの外観不良が発生している。
【０００６】
なお、フィラー浮きに対しては、サンドペーパーによって除去した後に、再塗装することで修復可能であるが、工程数が多くなって、コストアップとなる。これに対し、アワおよび発泡に対して同様に再塗装しても、ミクロンオーダーの孔が残っていて、アワまたは発泡が再発することから、修復は事実上不可能となっている。
【０００７】
特開平９−１７４５６５号公報には、以上の問題点を解決するためになされたものであり、ガラスやセラミックなどの熱伝導性の小さな材料からなる入れ子及び入れ子の端部を抑える抑えプレートを金型のキャビティ内に配置している。このような構造の金型に対して、強化用繊維を含有した熱可塑性樹脂を成形することにより強化用繊維の浮き出しを抑制している。
【０００８】
しかしながら、上記公報では、入れ子や抑えプレートを金型に組み込む必要があり、構造が複雑で組み付けが面倒となっている。又、成形を良好に行うためには、高精度に組み立てる必要があり、その作業に困難性が伴っている。さらには、上述した構造であっても、残存ガスに起因したアワや発泡を防止することができない問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造の金型を用いても、塗装外観の不良であるフィラー浮き、アワおよび発泡のない塗膜を有した繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法を提供することを目的する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、強化用繊維含む熱可塑性樹脂組成物を成形材料とし、シボ加工された射出成形用金型を用いて射出成形することにより、表面の少なくとも一部に算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍ、最大高さＲｙが１〜１００μｍの表面粗さのシボを有する成形品を成形し、上記シボの表面に算術平均粗さＲａが２μｍ以下で、最大高さＲｙが１０μｍ以下の表面粗さの塗膜を設けることを特徴とする。
【００１１】
このように、シボ及び塗膜の粗さや高さを限定することにより、ミクロンオーダーの孔や強化用繊維が成形品の表面に出ることがなく、塗装を施してもフィラー浮き、アワ、発泡が発生することがなくなる。従って、簡単な構造の金型を用いた成形が可能となる。
【００１２】
なお、シボの算術平均粗さＲ_ａが０．５μｍよりも小さい場合は、シボが小さすぎて平滑面に近い表面状態になるため、強化用繊維の突出やミクロンオーダーの孔の発生を防ぐことができない。また、最大高さＲ_ｙが１００μｍよりも大きい場合は、シボが大きすぎ、一度の塗装でシボの山の部分が隠れるように覆うことができなくなるため、美しい塗装面を得ることができないと共に、成形時に金型から成形品を取り外し難くなる。更に、部品が複雑形状であったり、鋭いエッジや突起がある場合において、寸法精度が要求される場合は、これらの形状を満足できなくなる。
【００１３】
成形品のシボの表面を塗装して、表面粗さが算術平均粗さＲ_ａが２μｍ以下で、最大高さＲ_ｙが１０μｍ以下の塗膜を設けることにより、シボの粗さが外観に出ないようにすることができる。この塗膜の厚さは薄くても良いが、シボが全体に一様ではなく、例えば一部にキズ等による極端に高い山がある場合は、これを埋める程度の膜厚が必要となる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明であって、上記塗膜を、吹き付け塗装で設けることを特徴とする。
【００１５】
この発明では、むらの無い美しい塗装面を容易に得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の繊維強化熱可塑性樹脂成形品１のシボの部分の表面を示す断面図である。繊維強化熱可塑性樹脂成形品１は強化用繊維を練り込んだ熱可塑性樹脂組成物を金型内に充填することにより所定の形状に成形されるものである。
【００１７】
図１において、符号７は成形された繊維強化熱可塑性樹脂成形品１に対して塗膜４を形成する前の表面を示す。この表面７には、成形品の成形と同時にシボ面２が形成されている。シボ面２は、算術平均粗さＲ_ａが０．５〜１０μｍ、最大高さＲ_ｙが１〜１００μｍの表面粗さを有するように形成されるものである。強化用繊維３は、シボ面２の谷部分８に点接触している。塗膜４は、シボの山頂部分５を覆っている。塗膜４の表面粗さは算術平均粗さＲ_ａが２μｍ以下で、最大高さＲ_ｙが１０μｍ以下となるように形成されている。なお、図１では、塗膜４の表面を平面として表しているが、これには、上述した表面粗さでは、シボ面２の表面粗さに比べると無視できる範囲のためである。
【００１８】
このような繊維強化熱可塑性樹脂成形品１の塗膜４の表面は、高級感のある塗装外観を備えているので、例えば、カメラや双眼鏡、光磁気記録装置等の本体の外観部品に適している。
【００１９】
繊維強化熱可塑性樹脂成形品１に用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂であれば特に制限はない。熱可塑性樹脂としては、例えばビニル系樹脂、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）等の汎用樹脂およびポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＢＴ等）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド等のエンジニアリングプラスチックスあるいはこれらの熱可塑性樹脂のポリマーアロイなどを使用することができる。これらの内、ＰＣ、ＡＢＳおよびＰＣ／ＡＢＳポリマーアロイは、微細なシボの形成が容易であり、特に、ＰＣは、耐環境性、剛性、強度および成形性のいずれも良好であるため、繊維強化熱可塑性樹脂成形品１として好適に使用することができる。
【００２０】
繊維強化熱可塑性樹脂成形品において使用される強化用繊維（フィラー）としては、無機系又は有機系フィラーのいずれも使用することができる。又、その形状は、板状、球状、繊維状あるいは不定形のものでもよい。具体的には、石英等の天然シリカ、湿式法または乾式法で製造した合成シリカ；カオリン、マイカ、タルク、石綿等の天然珪酸塩；珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム等の合成珪酸塩；水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物；アルミナ、チタニア等の金属酸化物；炭酸カルシウム等の金属炭酸塩；アルミニウム、ブロンズ、ステンレス等の金属粉；カーボンブラック；ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維等の繊維状物質；高分子液晶物質；チタン酸カリウムウィスカー、硫酸マグネシウムウィスカー、ほう酸アルミニウムウィスカー、炭酸カルシウムウィスカー、ほう酸マグネシウムウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、サファイアウィスカー、ベリリヤウィスカー等のウィスカー類等を使用することができる。これらの中で好ましいものとしては、チタニア、ステンレス粉、カーボンブラック、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維およびチタン酸カリウムウィスカーであり、特に好ましいものは、ガラス繊維および炭素繊維であり、最も好ましいものは直径５〜５０μｍ、長さ２０〜１０００μｍのガラス繊維、直径２〜２０μｍ、長さ２０〜１０００μｍの炭素繊維である。
【００２１】
これらのフィラー成分は、界面活性剤、カップリング剤等によって表面処理を施したものでも良い。またフィラーは、単独でも、複数種併用しても良い。各種フイラーは、市販の中から適宜選んで用いることができる。
【００２２】
この実施の形態では、熱可塑性樹脂１００重量部に対し、ガラス繊維及び／または炭素繊維を５重量部以上含有する熱可塑性樹脂組成物を用いて成形することにより、成形品に強度および寸法安定性を確保することができる。また、熱可塑性樹脂１００重量部に対し、ガラス繊維及び／または炭素繊維を１００重量部以下にすることで、射出成形に必要な特性である樹脂の流動性の低下、寸法精度の低下を抑えることができると共に、樹脂の流れが滞り易い金型の凹み部分でのショートに代表される成形不良を起こさない程度に抑えることができる。成形品の強度および寸法安定性と、成形時の樹脂の流動性をバランス良く確保するには、熱可塑性樹脂１００重量部に対し、ガラス繊維及び／または炭素繊維を１０〜５０重量部の範囲とすることがより望ましい。
【００２３】
これらのガラス繊維、炭素繊維に限らず、ステンレス等の金属フィラーや、チタニア等の無機フィラーも同様にして使用できる。更に、強度を高める以外の目的として、顔料、染料、アルミ粉等の色材、離型剤、帯電防止剤等を混練することもできる。
【００２４】
塗膜の塗装手段としては、スプレーによる吹き付け塗装、はけ塗り、ローラーによる塗装等を用いることができる。この中で好ましいのは、むらのない美しい塗装面が容易に得られる吹き付け塗装である。塗装工程で使用することができる塗料としては、一般的に広く用いられている塗料、例えば、アクリル系塗料、エポキシ系塗料、ポリエステル系塗料、ウレタン系塗料、アクリル／ウレタン系塗料、アルキッド系塗料等を使用できる。この中で好ましいのは、アクリル系塗料および二液型アクリル／ウレタン系塗料である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
図２は、繊維強化熱可塑性樹脂成形品としてのカメラの鏡枠１０を示す。この鏡枠１０はレンズをその内部に保持する部品であり、外側に露出している外面の全体がシボ面６となっていると共に、このシボ面６には塗装が施されている。
【００２７】
この実施例では、成形品である鏡枠１０の表面に微細凹凸を形成するため、射出成形用金型の型面にＨＮ３０００Ｇ（（株）日本エッチング製シボ加工名）を加工した。そして、熱可塑性樹脂組成物として商品名「ユーピロンＣＧＦ−０５０５（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製）」を用い、金型内で射出成形した。この熱可塑性樹脂組成物は、ガラス繊維を５重量％、炭素繊維を５重量％含有したポリカーボネート樹脂である。この樹脂組成物を射出成形すると、金型のシボ加工部から離型した成形品のシボ面６に、算術平均粗さＲ_ａが０．５μｍ、最大高さＲ_ｙが４．６μｍのシボが形成された。なお、算術平均粗さＲ_ａおよび最大高さＲ_ｙは、ＪＩＳＢ０６０１により規定される方法で、タリサーフを用いて求めた。
【００２８】
その後、成形品の表面（シボ面６）に、二液型アクリル／ウレタン系塗料である商品名「ネオアレックス２５（日本化工塗料（株）製）」を塗装し、８０℃、３０分の条件で乾燥して塗装工程を完了し、完成品である鏡枠１０を作成した。このとき塗膜表面の算術平均粗さＲ_ａは０．１μｍ、最大高さＲ_ｙは１．０μｍであり、塗膜の厚さは平均で１０μｍであった。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形品である鏡枠１０の塗装面を観察したところ、フィラー浮き、アワおよび発泡のない高級感を有する外観となっていた。
【００２９】
（実施例２〜５）
実施例２〜５では、実施例１と同様にして、カメラの鏡枠１０の成形および塗装を行った。この場合、射出成形用金型の型面のシボ加工は、実施例２および４がＨＮ３００６Ｇ、実施例３がＨＮ３０１３Ｇ、実施例５がＨＮ３００２Ｇ（いずれも（株）日本エッチング製シボ加工名）にした。また、成形する樹脂組成物は、以下の通りである。
実施例２；商品名「パンライトＢ−７１３０Ｒ（帝人化成（株）製）」
この組成物は、炭素繊維３０重量％を含むポリカーボネート樹脂である。
実施例３；商品名「ユーピロンＧＳ−２０５０ＭＫＲＰ８２５（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製）」
この組成物は、ガラス繊維５０重量％を含むポリカーボネート樹脂である。
実施例４；商品名「デンカＡＢＳＧＲ−０５２０Ｇ（電気化学工業（株）製）」
この組成物は、ガラス繊維２０重量％を含有するＡＢＳ樹脂である。
実施例５；商品名「ユーピロンＧＭＢ−２０２０Ｎ（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製）」
この組成部は、ガラス繊維２０重量％を含有するＰＣ／ＡＢＳポリマーアロイである。
【００３０】
金型のシボ加工部から離型した成形品の表面には、実施例２および４が算術平均粗さＲ_ａが２．４μｍ、最大高さＲ_ｙが１８．６μｍ、実施例３が同じく３．３μｍ、２８．６μｍ、実施例５が０．８μｍ、６．９μｍのシボが形成された。
【００３１】
実施例２および５の成形品の塗装に用いた塗料および乾燥条件は実施例１と同じであるが、実施例３の塗料は、二液型アクリル／ウレタン系塗料である商品名「ハイウレックスＰ（武蔵塗料（株）製）」を用い、７０℃、３０分の条件で乾燥した。実施例４の塗料は、二液型アクリル系塗料である商品名「ネオアレックス２０（日本化工塗料（株）製）」を用い、８０℃、３０分の条件で乾燥した。
【００３２】
実施例２の塗膜表面の算術平均粗さＲ_ａ、最大高さＲ_ｙ、塗膜の平均の厚さはそれぞれ０．１μｍ、２．０μｍ、１０μｍであり、実施例３は０．２μｍ、４．５μｍ、２０μｍ、実施例４は０．１μｍ、３．２μｍ、２０μｍ、実施例５は０．１μｍ、２．７μｍ、１０μｍであった。得られた実施例２〜５の鏡枠１０の塗装面を観察したところ、全てにおいて、フィラー浮き、アワおよび発泡のない高級感を有した外観となっていた。
【００３３】
（比較例１〜５）
比較例１〜５として、それぞれ実施例１〜５と同じ条件で成形及び塗装を行って鏡枠を作成した。射出成型用金型としては、放電加工によって作製したものを用いた。この金型は、その型面にシボ加工のないものである。
【００３４】
なお、型面に段差等の金型の加工むらがあり、この加工むらが成形品に転写されて、塗装外観に影響を与える場合は、磨いてこれを除去した。得られた比較例１〜５の鏡枠の塗装面を観察したところ、全てにおいて、フィラー浮き、アワおよび発泡が認められた。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ミクロンオーダーの孔や強化用繊維が成形品の表面に出ることがなく、塗装外観不良であるフィラー浮き、アワ、発泡が発生することがなくなるため、簡単な構造の金型を用いて成形することができると共に、再塗装が不要となり、コストを低減することができる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、むらの無い美しい塗装面を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における断面図である。
【図２】実施例の鏡枠の断面図である。
【符号の説明】
１繊維強化熱可塑性樹脂成形品
２シボ面
３強化用繊維

Claims

強化用繊維含む熱可塑性樹脂組成物を成形材料とし、シボ加工された射出成形用金型を用いて射出成形することにより、表面の少なくとも一部に算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍ、最大高さＲｙが１〜１００μｍの表面粗さのシボを有する成形品を成形し、上記シボの表面に算術平均粗さＲａが２μｍ以下で、最大高さＲｙが１０μｍ以下の表面粗さの塗膜を設けることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
上記塗膜を、吹き付け塗装で設けることを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。