JP5640428B2 - インサート成形用光学反射フィルム、及びこれを用いたインサート成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、形態電話やパソコンなどの電気機器、化粧品の容器などのプラスチックの表面加飾に関するものである。特にフィルムインサート法に利用される金属光沢調を有する光学反射フィルムと加飾成形物たるインサート成形品の構造、及び製造方法に関する。

近年プラスチック成形品の表面加飾には、表現性の高いものが要求されている。
一般に、プラスチック成形品の表面加飾としては、直接印刷、転写印刷、箔押し、塗装、水中転写等を利用して、成形後のプラスチック成形品に対して加飾を行う方法や、インモールド成形法やインサート成形法などによる射出成形との同時絵付けを利用して、成形と同時に加飾する方法などがある。これらの加飾方法により、抽象画や写真、木目調、デザイン調のもの、グラデーション調など多岐に渡る絵柄を使用した加飾による表現が可能となる。

しかし、金属表面調の光沢を有する製品を得るための方法としては、特許文献１に記載にように、プラスチック成形品の表面に対し、直接金属メッキする方法が主流であった。

特開２００７−１９０７０２号公報

通常、金属メッキのメッキ膜は０．５〜１ｍｍと厚い膜となるため、樹脂のもつ特性である柔軟性が完全に覆い隠されてしまい、衝撃吸収性の乏しい製品となる。また、メッキ膜を保護するためにメッキ後にオーバーコート材をクリア塗装しなければならないことや、カラー着色する場合はメッキ後に別の着色塗装が必要になることなどから、工程が増加しコストアップが大きく、生産性が悪い。また、メッキ用及び塗装用の廃液処理が必要となるため、作業環境悪化に対する対策も講じなければならない。

一方、金属膜により光学反射層を形成した光学反射フィルムは、当該光学反射層が成形等の工程により引き伸ばされてクラックを生じるおそれがある。クラックが生じた場合、金属膜により光学反射層を形成するプラスチック成形品の表面加飾において、その意匠性の低下が問題となりやすい。

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、金属調の表面光沢を有する表面加飾を担う光学反射フィルムを用いたインサート成形等において、加飾性能に関わる光学反射層のクラック発生に対して抑止効果のある光学反射フィルムの構成を実現するとともに、これをフィルムインサート法による射出成形に用いることで意匠性の高い成形品を得ることが可能となる製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、プラスチックフィルムからなる基材の一方の面に、１膜以上の金属膜または金属化合物膜からなり厚さ２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光学反射層が形成され、その光学反射層の上に光輝性向上、及び熱吸収性向上を目的とした着色層が形成されており、上記光学反射層は、残留内部応力が−３００ＭＰａ以上となるように制御した材料で形成されていることを特徴とするインサート成形用光学反射フィルムを提供するものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記光学反射層の残留内部応力が、−３００ＭＰａ以上であり、上記光学反射層は、酸化チタンと二酸化ケイ素とを組合せた積層体、酸化チタンとアルミナとを組合せた積層体、酸化タンタルと二酸化ケイ素とを組合せた積層体のいずれか１種の積層体で形成されていることを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記基材の他方の面に、ハードコート層が形成されていることを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記基材と上記光学反射層との間に緩衝層を介挿したことを特徴とするものである。

次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記光学反射層を２層以上の積層構造とし、その光学反射層のうちの少なくとも２層は、それぞれ高屈折材と低屈折材とで構成されることを特徴とするものである。

次に、請求項６に記載した発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のインサート成形用光学反射フィルムを射出成形用金型内に設置して、加熱及び真空吸引することで凹凸差の大きい三次元形状に加工して、当該インサート成形用光学反射フィルムを、射出成形用金型のキャビティ形成面に密着させた後、型締めして金型内のキャビティに成形樹脂を射出することで、樹脂成形品の成形の際に光学反射フィルムを樹脂成形品に接着させることを特徴とするインサート成形品の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、金属調の表面光沢を有する表面加飾を担う光学反射フィルムを用いたインサート成形等において、加飾性能に関わる光学反射層のクラック発生に対して抑止効果のある光学反射フィルムの構成を実現するとともに、これをフィルムインサート法による射出成形に用いることで意匠性の高い成形品を得ることが可能となる製造方法を提供することが可能となる。

すなわち、プラスチックフィルムの一方の面に光学反射層を形成することなどにより得られたインサート成形用光学反射フィルムを使用することにより、射出成形用金型内での当該光学反射フィルムと成形樹脂との一体形成が可能となる。この結果、メッキ用および塗装用の廃液処理などは不要である。

また、当該光学反射膜の残留内部応力を適性範囲に制御することによりクラックの少ない、外観が良好な成形品を得ることが可能である。更に、フィルム表面を保護するためのハードコート層はインサート成形用光学反射フィルムに予め形成されているので別途の塗工が不要であり、生産効率がよい。

本発明に基づく実施形態に係るインサート成形用光学反射フィルムの一例を説明する模式的断面図である。 本発明に基づく実施形態に係る緩衝層を有する構成としたインサート成形用光学反射フィルムの一例を説明する模式的断面図である。 各種光学反射膜の残留内部応力と曲げ試験により光学反射フィルムに生じるクラックとの相関を示した図である。

以下に、本発明に係る実施形態の本発明のインサート成形用光学反射フィルム１０、および当該インサート成形用光学反射フィルム１０を用いたインサート成形品の製造方法について説明する。

（インサート成形用光学反射フィルム）
本実施形態のインサート成形用光学反射フィルム１０は、図１に示すように、プラスチックフィルムからなる基材１の一方の面（図１では下面）に、光学反射層２が形成され、その光学反射層２の上に着色層３が形成される。また上記基材１の他方の面（図１では上面）に、ハードコート層４が形成されている。
上記光学反射層２は、１膜以上の金属膜または金属化合物膜からなり、厚さが２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下となっている。上記光学反射層２の残留内部応力は、−３００ＭＰａ以上である。上記光学反射層２を２層以上の金属膜または金属化合物膜の積層構造とし、その内の少なくとも２層は、それぞれ高屈折材と低屈折材とで構成しても良い。

上記着色層３は、光輝性向上、及び熱吸収性向上を目的とした層である。
ここで、図２に示すように、上記基材１と上記光学反射層２との間に緩衝層５を介挿しても良い。

（インサート成形品の製造方法）
本実施形態のインサート成形品の製造は、次のように実施する。

まず、上記のようなインサート成形用光学反射フィルム１０を射出成形用金型内に設置して、加熱及び真空吸引する。これによって、インサート成形用光学反射フィルム１０を、凹凸差の大きい三次元形状に加工すると共に、射出成形用金型のキャビティ形成面に密着させる。
次に、型締めして金型内のキャビティに成形樹脂を射出する。これによって、樹脂成形品の成形の際に光学反射フィルム１０を樹脂成形品に接着させることも実施する。

（各層について）
上記プラスチックフィルムからなる基材１は、加熱され真空吸引されることによって、射出成形用金型のキャビティ形成面に密着し、凹凸差の大きい三次元形状への加工が可能な素材からなる。当該基材１としては、ポリエチレン系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート）や、オレフィン系、アクリル、ポリイミド系が使用できる。

なおこの際に、片面（他方の面）にあらかじめハードコート層４が塗工された基材１を使用すると良い。この場合、後工程にて別途ハードコート層４を塗工する必要がなくなるため、工程数の増加及びコストアップを回避することが可能である。

光学反射層２は、基材１と共に加熱され真空吸引されることによって、射出成形用金型のキャビティ形成面に密着する。このとき、光学反射層２が三次元形状に変形した際にクラックを生じると意匠性が損なわれることから、クラックの発生を抑止することが必要となる。この為、当該光学反射層２の膜厚として薄い方が好ましい。但し、厚みが薄すぎると透けが生じるため、厚さ２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることが望ましい。

なお、当該光学反射層２は、単層膜及び積層膜のいずれの構成としても良い。単一色の金属光沢を得ることを目的とする場合には、金属膜により単層膜を形成することで達成が可能となる。一方、金属調の干渉色を帯びた表面光沢感が必要な場合には、光学反射層２の積層界面における多重反射による干渉効果を得るため、光学反射層２は金属化合物による積層構成にて作製されるのが良い。この場合、上記積層界面での多重反射に起因した干渉効果により表面反射率を高めるためには、各層の屈折率の差が大きい方が有利である。したがって、当該光学反射層２を２膜以上の積層構成にて作製する場合には、高屈折率材からなる膜と低屈折率材からなる膜との組合せとすることが好ましい。

高屈折率材からなる膜と低屈折率材からなる膜との組合せとしては、例えば、高屈折率材としての酸化チタン（ＴｉＯ₂）と、低屈折率材としての二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）との組合せとした積層構成、もしくは高屈折率材としての酸化チタン（ＴｉＯ₂）と、低屈折率材としてのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）との組合せとした積層構成、もしくは高屈折率材としての酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）と、低屈折率材としての二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）との組合せとした積層構成などを挙げることができる。

また、光学反射層２は、ＥＢ蒸着法やスパッタリング法により作製し、この際に基板加熱やイオンビームアシスト法により基材１との密着性を制御することも可能である。加えて、ＥＢ蒸着法ないしスパッタリング法の成膜手法により作製される光学反射層２の残留内部応力を制御した成膜を行うことで、当該光学反射層２を有するインサート成形用光学反射フィルム１０を用いた射出成形用金型内での真空吸引による三次元形状への加工、及びその後の射出成形において、当該光学反射フィルム１０が引き伸ばされることに起因したクラックの発生を遅らせることも可能となる。

図３は、各種光学反射膜の残留内部応力と曲げ試験により光学反射フィルム１０に生じるクラックとの相関を示すものである。ここで、曲げ試験とは、様々な径を有する同心円状の棒に光学反射フィルム１０を巻き付けた際に生じるクラックを観察するというものである。
図３にみられるように、ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂（以下、Ａ膜という）、及びＴｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃（以下、Ｂ膜という）は、ＺｒＯ₂／ＳｉＯ₂（以下、Ｃ膜という）に比べて残留内部応力が小さい。そして、低応力であるＡ膜及びＢ膜では、残留内部応力が大きいＣ膜に比し、より小さな曲率の曲げに対してもクラックを生じにくい。従って、残留内部応力の小さい光学反射膜の方が、曲げに対する耐性に優れているといえる。

更に、上記Ａ膜〜Ｃ膜を成膜して得られた光学反射フィルム１０を使用してインサート成形を行うことで作製した成形品のクラックについて観察を行ったところ、Ｃ膜ではクラックが多い。一方、Ａ膜及びＢ膜の外観は同程度でクラックは少ない。この結果は上記曲げ試験によって得られる結果に対応するものである。
一方、Ｃ膜の残留内部応力は−４５０ＭＰａであり、Ａ膜は約１０ＭＰａ、Ｂ膜は１６０ＭＰａである。当該結果から、光学反射膜の残留内部応力を、−３００ＭＰａ以上とすることが成形により生じるクラックの低減に対し、有効であると思われる。
すなわち、光学反射膜の残留内部応力を、−３００ＭＰａ以上で割れ発生曲率を３．０以下とすることができる。より好ましくは、光学反射膜の残留内部応力を、０ＭＰａ以上に制御する。

着色層３は、熱を効率よく吸収し保持するためのものであり、光学反射層２の金属調の輝度を保つためのものである。着色層３は、ウレタン系の樹脂を用いた印刷法により形成することができる。
なお、インサート成形用光学反射フィルム１０において、図２に示すように、基材１となる基材１と光学反射層２の間に緩衝層５を形成した構成とすることも可能である。緩衝層５を設けることで、基材１である基材１の熱伸縮による変形が、光学反射層２に伝わる影響を遮断する効果が得られる。このため、光学反射層２におけるクラックの発生を抑制できる点で効果的である。なお、当該緩衝層５としては、有機、無機のいずれでもよく、できるだけ薄い方が好ましい。

以下、実施例により本発明のインサート成形用光学反射フィルム１０、及びこれを用いたインサート成形により樹脂成形品を作製する工程につき説明する。

基材１となるプラスチックフィルムには、片面にハードコートが塗工された厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルムを用いた。光学反射層２は、スパッタ法にて酸化チタン（ＴｉＯ₂）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を積層構成にて成膜し、全部で６層からなる厚さ２８０ｎｍの膜を形成した。このとき、光学反射層２の残留内部応力は−１５０ＭＰａであった。続いて、この上に抑え印刷層をスクリーン印刷にて形成することで、本発明のインサート成形用光学反射フィルム１０を得た。

以上の層構成のインサート成形用光学反射フィルム１０を一旦巻き取ってロール状巻物とし、ロール状巻物から光学反射フィルム１０を巻き出し、連続して、射出成形用金型のキャビティ形成面の正面に挿入した。

次に、キャビティ形成面の周囲でクランプ部材により光学反射フィルム１０を固定して、フィルム表面温度が１００℃になるようにして軟化させ、光学反射フィルム１０とキャビティ形成面との間の空間を真空吸引して、光学反射フィルム１０を射出成形用金型のキャビティ形成面に密着させた。

次に、金型を型締めして得られたキャビティに、成形温度２２０〜２５０℃のアクリル樹脂を成形樹脂として射出成形した。
樹脂成形品を冷却したあと、金型から取り出した。外観を確認したところ、クラックの少ない、外観が良好なハードコート付きブルー色の形態電話用商材を得たことを確認した。

光学反射層２を、ＥＢ蒸着により作製する以外は、実施例１と同様の工程により、酸化チタン（ＴｉＯ₂）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を積層構成にて成膜し、全部で６層からなる厚さ３００ｎｍの膜を形成した。このとき、光学反射層２の残留内部応力は−１２０ＭＰａであった。続いて、この上に抑え印刷層をスクリーン印刷にて形成することで、本発明のインサート成形用光学反射フィルム１０を得た。その後、実施例１と同様の工程により、射出成形を行った。そして、外観を確認したところ、クラックの少ない、外観が良好なハードコート付きブルー色の形態電話用商材を得たことを確認した。

酸化チタン（ＴｉＯ₂）とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の積層構成にて成膜し、全部で６層からなる厚さ３２０ｎｍの膜を形成する以外は、実施例１と同様の工程により、光学反射層２を形成した。このとき、光学反射層２の残留内部応力は１６０ＭＰａであった。続いて、この上に抑え印刷層をスクリーン印刷にて形成することで、本発明に基づくインサート成形用光学反射フィルム１０を得た。その後、実施例１と同様の工程により、射出成形を行った。そして、外観を確認したところ、クラックの少ない、外観が良好なハードコート付きブルー色の形態電話用商材を得たことを確認した。

光学反射層２を、ＥＢ蒸着により作製する以外は、実施例１と同様の工程により、全部で６層からなる厚さ３４０ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の膜を形成する以外は、実施例１と同様の工程により、光学反射層２を形成した。このとき、光学反射層２の残留内部応力は８５ＭＰａであった。続いて、この上に着色層３をスクリーン印刷にて形成することで、本発明のインサート成形用光学反射フィルム１０を得た後、実施例１と同様の工程により、射出成形を行った。そして、外観を確認したところ、クラックの少ない、外観が良好なハードコート付きブルー色の形態電話用商材を得たことを確認した。

１ 基材
２ 光学反射層
３ 着色層
４ ハードコート層
５ 緩衝層
１０ インサート成形用光学反射フィルム

Claims (6)

1. プラスチックフィルムからなる基材の一方の面に、１膜以上の金属膜または金属化合物膜からなり厚さ２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光学反射層が形成され、その光学反射層の上に光輝性向上、及び熱吸収性向上を目的とした着色層が形成されており、
   上記光学反射層は、残留内部応力が−３００ＭＰａ以上となるように制御した材料で形成されていることを特徴とするインサート成形用光学反射フィルム。
2. 上記光学反射層の残留内部応力が、−３００ＭＰａ以上であり、
   上記光学反射層は、酸化チタンと二酸化ケイ素とを組合せた積層体、酸化チタンとアルミナとを組合せた積層体、酸化タンタルと二酸化ケイ素とを組合せた積層体のいずれか１種の積層体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインサート成形用光学反射フィルム。
3. 上記基材の他方の面に、ハードコート層が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインサート成形用光学反射フィルム。
4. 上記基材と上記光学反射層との間に緩衝層を介挿したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のインサート成形用光学反射フィルム。
5. 上記光学反射層を２層以上の積層構造とし、その光学反射層のうちの少なくとも２層は、それぞれ高屈折材と低屈折材とで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のインサート成形用光学反射フィルム。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のインサート成形用光学反射フィルムを射出成形用金型内に設置して、加熱及び真空吸引することで凹凸差の大きい三次元形状に加工して、当該インサート成形用光学反射フィルムを、射出成形用金型のキャビティ形成面に密着させた後、型締めして金型内のキャビティに成形樹脂を射出することで、樹脂成形品の成形の際に光学反射フィルムを樹脂成形品に接着させることを特徴とするインサート成形品の製造方法。

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