JP6941683B2 - 金属部材、樹脂部材及び外装部品の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、例えば自動車等の車両の外板などの部品を塗装する代わりに塗装代替フィルムで被覆する製造方法に関する。

従来、車両の外装部品等（例えば、フェンダ、バンパ、ボンネット、ホイールキャップ等の樹脂成形品）の意匠性を向上させるために、スプレー塗装を用いることが一般的に行われていた。しかし、近年、このようなスプレー塗装を含む塗装工程においては、塗装と乾燥を繰り返して行うために大きな設備とスペースを要し、生産性が低下するため、塗装工程を合理化すること等を目的として、前記外装部品に加飾フィルム（以下、塗装代替フィルムという）を貼合して、製品の外観を向上させる方法が検討されている。

この種の従来技術による塗装代替フィルム１は、例えば図６に示すように、クリア層１９、着色層１２及び接着剤層１４を順次積層して構成されているフィルムであり、例えば、特開昭６３−１２３４６９号公報及び特開平９−１８３１３６号公報に記載されている。

ここで、クリア層１９は、例えばポリウレタン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン系樹脂、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニルデン）又はこれらの混合物による透明性の高い樹脂材料を用いて形成され、着色層１２の保護、艶出し等の機能を有する。また、着色層１２は、前記クリア層１９とほぼ同様の樹脂材料中にメタリック顔料を配合して形成され、これにより着色層１２は、スプレー塗装に近いメタリック色の外観を与えている。さらに、接着剤層１４は、塗装代替フィルム１を自動車の外装部品等の表面に接着するものである。

そして、この塗装代替フィルム１を前記外装部品等に接着するときには、予め塗装代替フィルム１を赤外線ランプ照射等により加温した後、この塗装代替フィルム１をインモールド成形、真空成形等により外装部品の表面形状に合わせて成形し、接着剤層１４によって外装部品の表面に貼合する。ここで、塗装代替フィルム１を貼合する際に、この塗装代替フィルム１は、図６（ａ）に示す層構造を保ったままの状態で、金型や外装部品の輪郭に合わせて延伸され、外装部品に貼合される。

ところで、前記図６に示すように、従来の技術では塗装代替フィルム１は接着剤層１４を
介して貼合される。

しかし、自動車等の外装部品のような複雑な形状に貼合する際には、曲面部分等で塗装代替フィルム１が部分的に大きく延伸され、そのように延伸による歪を受けた状態を接着剤で固定されるため、以下のような問題が生じる。

すなわち、塗装代替フィルム１を外装部品等に貼合する際に、塗装フィルム１を延伸しながら接着剤を介して貼合せると、基材と塗装代替フィルムとの接合力に局所的に強い部分と弱い部分が発生する。この問題への対処としては、貼合せしめる基材との接着性に優れた接着剤を選定することが有効であるが、車両の外装部品には樹脂からなる部材（樹脂部材）もあれば、金属からなる部材（金属部材）もあり、どのような部材にも優れた接着力を発現する接着剤の選定は実質的に不可能である。

本開示の一実施形態としては、種々の部材に対して優れた接着力を発現でき、かつ、車両の外装部品に求められる耐久性のある優れた加飾を発現することができる樹脂部材、金属部材及び外装部品の製造方法を提供することである。また、本開示の別の一実施形態としては、本開示の一実施形態に係る製造方法を組み合わせることで、車両における塗装工程を省略することを提供することである。

本発明者は接着剤の選定をまず研究したが、特定の形状や材質には対応できても、種々の形状や材質に対応できるものは発見できなかった。そこで、塗装代替フィルムの貼合せを接着剤に頼らずにできないか研究した結果、特定のインモールド成形や熱圧着であれば接着力を確保できることを見出した。しかしながら、これらの方法を採用するだけでは、塗装代替フィルムに要求される耐久性のある優れた外観を付与することができず、さらに外装部品の製造方法について鋭意研究した結果、本開示に到達した。

かくして本開示の一実施形態によれば、下記（１）〜（３）の金属部材の製造方法、下記（４）〜（６）の樹脂部材の製造方法、さらには下記（７）〜（１４）の外装部品の製造方法が含まれる。
（１）車両の外装部品として用いる金属部材の製造方法であって、熱可塑性樹脂フィルム、着色層及び半硬化ハードコート層をこの順で有する塗装代替フィルム及び半硬化ハードコート層の表面に貼りあわされる保護フィルムからなる積層体と、鋼板とを用い、前記積層体と前記加熱された鋼板とを熱圧着させてプレス成形を行い、かつ、前記半硬化ハードコート層を硬化させる成形工程を含む、金属部材の製造方法。
（２）前記金属部材の成形工程が前記積層体の前記塗装代替フィルム側と前記加熱された鋼板とを熱融着によって貼り合わせることを含む、前記（１）記載の金属部材の製造方法。
（３）前記加熱された鋼板に前記塗装代替フィルムの前記熱可塑性樹脂フィルム側を貼り合わせる際に、前記塗装代替フィルムは前記保護フィルム側から冷却されていることを含む、前記（１）記載の金属部材の製造方法。

（４）車両の外装部品として用いる樹脂部材の製造方法であって、熱可塑性樹脂フィルム、着色層及び半硬化ハードコート層をこの順で有する塗装代替フィルム並びに前記半硬化ハードコート層の表面に貼りあわされる保護フィルムからなる積層体と、溶融状態の樹脂とを用い、金型に前記積層体を挿入した後、前記溶融状態の樹脂を射出成型してインモールド成形し、前記金型に挿入後インモールド成形が終了するまでの間に前記半硬化ハードコート層を硬化させることを含む、樹脂部材の製造方法。
（５）前記射出成型において射出される樹脂が、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリフェニレンスルフィド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種の樹脂である前記（４）記載の樹脂部材の製造方法。
（６）前記ポリオレフィン樹脂が、ポリプロピレン樹脂を含む、前記（５）記載の樹脂部材の製造方法。

（７）前記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の製造方法で製造された金属部材と、前記（４）〜（６）のいずれか１つに記載の製造方法で得られた樹脂部材と、を組合せることを含む、車両の外装部品の製造方法。
（８）前記保護フィルムは、動的粘弾性測定における貯蔵弾性率と損失弾性率との比（ｔａｎδ）の主ピークを示す温度が８０℃以上である前記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の製造方法。
（９）前記塗装代替フィルムにおける前記半硬化ハードコート層が、熱硬化性樹脂を含有する、前記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の製造方法。
（１０）前記熱硬化性樹脂が、アクリル系樹脂を含む、前記（９）に記載の製造方法。
（１１）前記塗装代替フィルムの前記着色層が、バインダー樹脂及び着色剤を含有する、前記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の製造方法。
（１２）前記着色剤が、カーボンブラック（墨）、鉄黒、チタン白、アンチモン白、黄鉛、チタン黄、弁柄、カドミウム赤、群青、コバルトブルー、キナクリドンレッド、イソインドリノンイエロー、フタロシアニンブルー、アルミニウム、真鍮、二酸化チタン及び真珠光沢顔料からなる群より選ばれる少なくとも１種である着色剤を含む、前記（１１）に記載の製造方法。
（１３）前記塗装代替フィルムの前記熱可塑性樹脂フィルムが、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリアリーレンスルフィド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種の樹脂を含む、前記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の製造方法。
（１４）前記熱可塑性樹脂フィルムが、厚み１μｍを超える接着剤層を有さない、前記（１３）記載の製造方法。

本開示の一実施形態によれば、種々の部材に対して優れた接着力を発現でき、かつ、車両の外装部品に求められる耐久性のある優れた加飾を発現することができる金属部材の製造方法、樹脂部材の製造方法又は外装部品の製造方法を提供することができる。また、本開示の別の実施形態としては、本開示の一実施形態に係る製造方法を組み合わせることで、車両における塗装工程を省略することができる。

本開示で使用する塗装代替フィルム及び保護フィルムを積層した積層体の部分拡大断面図 本開示で使用する他の塗装代替フィルム及び保護フィルムを積層した積層体の部分拡大断面図 本開示で使用する他の塗装代替フィルム及び保護フィルムを積層した積層体の部分拡大断面図 本開示で使用する他の塗装代替フィルム及び保護フィルムを積層した積層体の部分拡大断面図 本開示で使用する他の塗装代替フィルム及び保護フィルムを積層した積層体の部分拡大断面図 従来の製造方法で用いる塗装代替フィルムの部分拡大断面図

本開示に係る一実施形態の製造方法は、車両の外装部品として用いる金属部材の製造方法であって、熱可塑性樹脂フィルム、着色層及び半硬化ハードコート層とを、この順で有する塗装代替フィルム並びに半硬化ハードコート層の表面に貼りあわされる保護フィルムとからなる積層体と鋼板とを用い、前記積層体と加熱された鋼板とを熱圧着させてプレス成形を行い、かつ、半硬化ハードコート層を硬化させることを含む、金属部材の製造方法である。

本開示に係る一実施形態としての製造方法は、車両の外装部品として用いる樹脂部材の製造方法であって、熱可塑性樹脂フィルム、着色層及び半硬化ハードコート層とを、この順で有する塗装代替フィルム並びに半硬化ハードコート層の表面に貼りあわされる保護フィルムからなる積層体と、溶融状態の樹脂と、を用い、金型に前記積層体を挿入した後、溶融状態の樹脂を射出成型してインモールド成形し、成形が終了するまでの間に半硬化ハードコート層を硬化させることを含む、樹脂部材の製造方法である。

本開示に係る一実施形態の製造方法は、上述の製造方法で得られた金属部材と、上述の製造方法で得られた樹脂部材とを組合せることを含む、車両の外装部材の製造方法である。

先述の通り、接着剤を介した接着によって樹脂部材及び金属部材を製造する場合、樹脂部材及び金属部材の両方に対する接着性に優れた接着剤を選定する必要がある。車両の外装部品における耐久年月を考慮すると、樹脂部材及び金属部材の両方に対して優れた接着力を持続し続けることができる接着剤が求められるが、技術的障壁も高い。
樹脂部材を作成する公知の方法であるインモールド成形は、基材樹脂と化学的に類似又は同等の原料を使用したシートを溶融状態で使用する熱圧着技術である。このため、インモールド成形によって成形された、例えば、ホイールキャップ、エンブレムの車両外装は、実用に耐えうるものとなっている。熱圧着されることにより樹脂部材の接着性は確保できるものの、一方で、樹脂部材は、美麗な外観を得るために、成形後にスプレー塗装が従来行われていた。
発明者らは、接着性を確保しつつ美麗な外観を得るために、樹脂部材の表面を傷つけないように保護フィルムでカバーしつつ、成形できないかと考え、半硬化ハードコート層をさらに熱処理により２段階目の硬化反応を促進させることで、成形後にも美麗にすぐれた外観を得ることができることを見出した。さらに、本開示に係る製造方法を用いることによって、従来、後に続いていた塗装工程を簡略化することができ得る。
塗装工程を簡略化するためには、前記（１）や前記（４）の製造方法で示した事項が重要であると推察される。一方で、環境対応による軽量化が求められる中、車両の外装部品は樹脂部材の他に、車両に求められる安全性や走行安定性に金属の剛性が関係しているため、金属部材が多く使用されている。したがって、塗装工程を省略するためには、まずもって、金属に対しても使用できる塗装代替フィルムが求められる。

一般に、金属は、生の鋼板で使用すると、すぐに空気中で酸化され、錆びが進行する。これを防止するために、亜鉛合金めっき鋼板や鉄ニッケル合金めっきなど、めっき皮膜を鋼板に付与することで均一な表面を形成させて、保管や、搬送中などの化学的な変性を防ぐため、防錆油による処理が行われていることが一般的である。実用では、電着塗装によりリン酸亜鉛めっきをさらに付与することで耐久性に優れた防錆処理が行われている。

接着剤を介して金属表面に強固に接着させるのが難しい理由の１つとしては、例えば、その表面状態の物理的特性や化学的特性が一定ではない点が挙げられる。すなわち、同じめっき処理鉄板から３次元形状に成形された金属部材であっても、成形時の熱、成形度、保管環境により表面粗度が変化したり、化学的に酸化が進んでしまったりすることで、接着力の斑ができてしまう傾向にある。また、仮に金属表面に強く接着できたとしても、同様の接着剤が、樹脂部材に対して強く接着するというのは困難である点は上述した通りである。

車両のような長期使用が想定される環境下で、接着力を強く保持できるようにするには、可能な限り均一な表面の金属部材に、均一に強い接着力で接着を行うことが求められる。前記（１）に記載の金属への接着方法によれば、金属がコイル状に巻かれた状態、つまり成形にかかる前の状態であれば、成形における差異に対応することなく、接着させることが可能となる。さらに、上述の樹脂部材でのインモールド成形のように、熱圧着を行うことで、強い接着力を、均一に具備させることができる。

車両の外装部品に使用される金属部材は、積層体全体が溶融しないが、金属部材と接する、積層体における熱可塑性樹脂フィルムの表面は少なくとも溶融するような温度となる条件を採用すればよい。そのような観点から金属部材の加工としては、冷間加工が好ましい。なお、冷間プレス工法における成形度の律速は、常温であっても、金属の伸度の方が低いため、樹脂層をあらかじめ熱圧着で接着することで、プレス成形後も樹脂被膜が鋼板に強固に接着できることを見出した。

従来から熱プレスやインモールド成形それ自体は公知であるが、前述の塗装代替フィルムを用いることで塗装工程を省略することができる。

以下、本開示の金属部材の製造方法、樹脂部材の製造方法及び外装部品の製造方法について、具体的に説明する。まず、本開示の積層体は塗装代替フィルムと保護フィルムとからなる。図１〜図５は、本開示で使用する塗装代替フィルム及び保護フィルムを積層した積層体の部分拡大断面図であり、本開示で使用する積層体は図１〜図５に示したものに限られず、例えばこれらを組み合わせたものも好適に使用することができる。

まず、図１に示すように、本実施に係る一実施形態における塗装代替フィルム１は、前記図６に記載の従来技術による塗装代替フィルム１とは異なり、塗装代替フィルムの熱可塑性樹脂フィルム１１を樹脂基材もしくは金属基材に熱融着させる。塗装代替フィルム１は、従来技術のような接着剤からなる接着剤層１４を介さなくてもよい。従来技術の接着剤層による不具合、すなわち接着剤層の劣化に伴う耐久性が低下しやすいことから、塗装代替フィルムにおける熱可塑性樹脂フィルム１１は、１μｍを超える厚さの接着剤層を有さないことが好ましい。
以下、本開示の製造方法で使用する塗装代替フィルム１、保護フィルム２及び積層体３について、以下詳述する。

［塗装代替フィルム］
本開示に用いられる塗装代替フィルム１は、熱可塑性樹脂フィルム１１、着色層１２、半硬化ハードコート層１３を有し、一般に接着剤として使用される樹脂組成物からなる層を設けなくてよく、耐久性の観点から厚さ１μｍ以上の接着剤層は設けないことが好ましい。熱可塑性樹脂フィルム１１は、樹脂部材成形時の成形熱や、鋼板にラミネートされる際に、熱可塑性樹脂が溶融し、その後の冷却で、再度固化することで、接着力を有することができる。

本開示における塗装代替フィルム１は、熱可塑性樹脂フィルム１１、着色層１２、半硬化ハードコート層１３をこの順で有し、表面改質層１５及び表面改質層１６、防汚層１７、光輝材層１８など他の機能層を有していてもよい。特に、塗装代替フィルムの熱可塑性樹脂フィルム１１を樹脂基材もしくは金属基材に熱融着させていることから、外装部品の表面に傷がついても、傷を起点に塗装代替フィルムの剥離が進行することが抑制される。
一方で、接着剤を介して塗装代替フィルムを貼り合わせた場合、外装部品の表面に傷がつくと、熱可塑性樹脂フィルム自体が熱融着されていないため接着力が弱く、塗装代替フィルム自体の面方向の破断強伸度が勝り、傷を起点に剥離が進行しやすい。また、車両外板の補修時に着色層を改めて塗ることも可能となる。
また、車両の外装に使用される上で、美麗な意匠を発現させるために、着色層を複層化することもよく、例えば、図５のように、顔料から成る着色層の上に、バインダー樹脂に光輝材顔料を含有した着色層１２を光輝材層１８として設けることで２層着色層とすることも好ましく、また視認側からの反射特性を考慮して、着色層の最も熱可塑性樹脂フィルム１１に近い側にアルミニウム顔料からなる着色反射層、有色顔料層、クリア塗膜の光輝材顔料層１８という３層着色層とすることも好ましい。必要とする意匠性を付与する上で、着色層を単層として、もしくは複層として使用することは、本開示の目的をなんら否定するものではない。塗装代替フィルム１は、必要に応じて、熱可塑性樹脂や、半硬化ハードコート層を積層させて複層化してもよい。図４のように、防汚層を上層に積層することは、例えば車両の外装に使用された場合に、汚れの付着を避ける機能を付与できるなどの効果を具備することが可能である。好ましくは、熱可塑性樹脂フィルム、着色層、半硬化ハードコート層の順に層構成を有することが好ましい。

次に、本開示における塗装代替フィルム１に用いられる、熱可塑性樹脂フィルム１１について説明する。
本開示における熱可塑性樹脂フィルム１１は、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。その際、成形性や耐久性を向上させる観点から共重合による変性、樹脂ブレンドによる改質を必要に応じて、実施することは好ましいことである。本開示における熱可塑性樹脂フィルムは、フィルムの質量を基準として、少なくとも５０質量％が上記で列挙した樹脂からなる群より選ばれた樹脂であることが好ましい。

本開示における熱可塑性樹脂フィルム１１の厚みは、１０μｍ〜２５０μｍであることが好ましい。熱可塑性樹脂フィルム１１の厚みは、樹脂部材の接着剤として使用される場合、射出樹脂の射出圧力や、温度によって樹脂が流動してしまう懸念があったり、金属部材の鋼板に使用される場合のラミネート時に、鋼板の加熱温度によってフィルムの金属とは反対面側まで瞬時に加熱されたりすることを防ぐため、上記下限より厚いことが好ましい。一方、熱可塑性樹脂フィルム１１の厚みは、製膜時の生産性及び成形加工時における応力の観点から、２５０μｍ以下であることが好ましい。好ましい熱可塑性樹脂フィルム１１の厚みの下限は、１２μｍであることが好ましく、より好ましくは２０μｍ、特に好ましくは２５μｍであり、厚みの上限は１８８μｍ、より好ましくは１２５μｍ、特に好ましくは１００μｍである。

本開示における塗装代替フィルム１は、前述の熱可塑性樹脂フィルム１１のほかに、少なくとも着色層１２を有する。着色層１２の形成方法は特に制限されないが、コーティングによって積層する方法が簡便で好ましい。着色層１２と熱可塑性樹脂フィルム１１の密着性は、熱可塑性樹脂フィルムの種類や、着色層に使用するバインダー樹脂によって、適宜調整できる。その際、図３に示すように、熱可塑性樹脂フィルムに、コーティングにより表面処理を行い、密着性を補助するような着色層側に表面改質層１６をつけることが好ましい。熱可塑性樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂フィルム自体で接着力を確保できるのであれば、特に制限はなく、その他の層を積層させてもよい。

塗装代替フィルム１は、接着界面の親和性や化学的結合を導入するために、熱可塑性樹脂フィルム１１の表面に表面改質層を設けてもよい。塗装代替フィルム１における熱可塑性樹脂フィルム１１が表面改質層１６を有する場合、表面改質層１６は、生産性及び耐久性の確保が可能となる観点から、５００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることが更に好ましい。また、同様の観点から、表面改質層１６の厚みとしては、５ｎｍ以上であることが好ましく、２０ｎｍ以上であることがより好ましく、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが更に好ましい。 表面改質層１６は、熱可塑性樹脂フィルムのフィルム製膜中にコーティングを行うインラインコーティングによって付与されてもよいし、熱可塑性樹脂フィルムを製膜後一旦ロール状に巻きとり、その後、再度繰り出しを行ってオフラインコーティングを行ってもよい。
なお、表面改質層が有する機能としては、表面改質層の厚みが上記範囲内であれば特に制限はなく、例えば、接着機能等が挙げられる。

本開示における表面改質層１６の成分としては、着色層と熱可塑性樹脂フィルムの間の接着力が確保できるバインダー樹脂を含むことが好ましく、バインダー樹脂としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂及びウレタン樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂を含むことがより好ましい。接着力の調整のため、各樹脂に共重合を施したり、互いに異なる樹脂をブレンドして接着力を向上させたりすることは好適に利用できる。

本開示における熱可塑性樹脂フィルム１１は、単層によって構成されていてもよいし、複層によって構成されていてもよい。単層によって構成されている場合、同一樹脂の溶融、冷却固化を制御し、厚み方向に接着力を持つようにすることが可能である。一方、複層の場合は、他の樹脂を使用することで、例えば、厚み方向に溶融する温度の変化、樹脂部材の射出樹脂の温度に対して調整及び、金属部材に使用する鋼板へのラミネート時により低温での作業が可能となる。

本開示における塗装代替フィルム１に用いられる、半硬化ハードコート層１３は、その言葉の通り半硬化状態である。本開示における半硬化というのは、ハードコート樹脂の硬化反応が完全に進行してしまっていないという意味であり、硬化の度合が半分ということを意味するものではない。本開示の半硬化ハードコート層１３で用いるハードコート樹脂としては、熱硬化性樹脂であることが好ましい。特に、耐候性、耐傷つき性、透明性のため、ハードコート樹脂としては、アクリル系樹脂を含むことが好ましい。

本開示の半硬化ハードコート層１３に用いるハードコート樹脂は、熱可塑性樹脂フィルム１１に塗工によって積層させることが好ましく挙げられ、その手法は、公知のコーティング手法でよいが、半硬化状態でロール状に巻きとることが好ましい。ハードコート樹脂を乾燥させる際に、１次反応が熱により進行し、ハードコート樹脂が半硬化状態で塗膜となることで巻き取ることが可能となる。半硬化ハードコート層１３は、その後２次反応、すなわち前述の乾燥温度より高い温度で反応が進行するように設計することで、部材を成形する際の熱によって半硬化から硬化に効果の度合いを進行させることができる。

本開示における半硬化ハードコート層１３の厚みは、乾燥後の膜厚で５μｍ〜５０μｍになるようにすることが好ましい。半硬化ハードコート層１３の厚みが上記５μｍ以上であることで、樹脂材料が少なく経済性には優れているが、内側の着色層や熱可塑性樹脂フィルム、また、部材となった後の傷や薬品に対する保護性能を高度に維持することができる。一方で、上記厚みが５０μｍ以下であることで、半硬化ハードコート層としての光沢の発現や保護性能という点で優れる。上記観点から、好ましい半硬化ハードコート層１３の厚みは、下限が１０μｍ以上が好ましく、より好ましくは１５μｍであり、他方厚みの上限は４０μｍ以下であり、より好ましくは３５μｍ以下である。

さらに、本開示における半硬化ハードコート層１３は、単層で構成してもよいし、複層で構成してもよい。例えば、２度同じ樹脂を複層でコーティングする際に、乾燥条件を異なるようにすることで硬化度合を調整することができ、結果、後述する保護フィルム２との密着性を確保しやすくなったり、保護フィルム２からの転写を抑制したりすることができる。また、上述の範囲内で、複層化することで、光沢のある表面を発現させることもできる。

本開示における塗装代替フィルム１を構成する着色層１２は、単層もしくは複層で構成してもよい。着色層１２は、バインダー樹脂及び着色剤を含有することが好ましい。着色層１２がバインダー樹脂を含有する場合、成形時の伸度によって生じるクラック（すなわち、ひび）を抑制することができ、美観も保持することができる。また着色剤として、顔料もしくは染料を用いることで、美麗に優れた外観が形成できる。このような着色剤としては、カーボンブラック（墨）、鉄黒、チタン白、アンチモン白、黄鉛、チタン黄、弁柄、カドミウム赤、群青、コバルトブルー、キナクリドンレッド、イソインドリノンイエロー、フタロシアニンブルー、アルミニウム、真鍮、二酸化チタン及び真珠光沢顔料からなる群より選ばれる少なくとも１種の着色剤であることが好ましい。調色のために、その他顔料や、添加剤を使用することは、本開示を損なわない限り、好ましい態様である。

［積層体］
本開示における積層体３は、前述の塗装代替フィルムと、半硬化ハードコート層側の表面に貼りあわされる保護フィルム２とからなる。すなわち、本開示における積層体３は上述の構成の塗装代替フィルムの構成に対して、最表面となる半硬化ハードコート層１３の表面に、離形性を有する離形層２２を有した熱可塑性樹脂フィルム２１（保護フィルムと称する）を貼り合わせることで構成される。

［保護フィルム］
本開示において、保護フィルム２に使用される熱可塑性樹脂としては、動的粘弾性測定における貯蔵弾性率と損失弾性率との比の主ピークを示す温度が８０℃以上であることが好ましい。本開示における保護フィルム２は、半硬化ハードコート層１３の保護機能を有し、成形後においても外観が美麗に保たれることが好ましい。保護フィルム２は、塗工面の乾燥熱、塗料の乾燥炉の中を通過に耐え得る観点から、耐熱性及び高温における表面平滑性を有することが好ましい。耐熱性及び高温における表面平滑性の観点から、保護フィルム２に用いられる熱可塑性樹脂としては、動的粘弾性測定における貯蔵弾性率と損失弾性率の比（ｔａｎδ）の主ピークを示す温度が８０℃以上であることが好ましい。該主ピークを示す温度が８０℃以上であると、耐熱性が得られやすく、搬送時の張力などによるフィルムの歪みを抑制することができる。また上限温度は特に設定されないが、保護フィルム２をラミネートするときに入り易いシワを抑制可能な温度であることが好ましい。
これらの観点から、本開示で使用する好ましい保護フィルム２の態様として、熱可塑性樹脂フィルム２１がポリエステル樹脂からなることが好ましい。特に好ましくは、熱可塑性樹脂フィルム１１と同じ樹脂の種類から形成された保護フィルム２であることが好ましい。

また、保護フィルム２の厚みは、１０μｍ〜１００μｍが好ましい。保護フィルム２は最終的に廃棄されるものであり、機能を満たすことが出来れば、経済性に優れることが好ましい。したがって、厚みの上限は、経済性の観点から、上記１００μｍ以下であることが好ましい。また、保護フィルム２としての剛性を確保することで、貼り合わされる半硬化ハードコート層の表面外観を美麗に保つことができるため、厚みの下限は剛性を確保する観点から上記１０μｍ以上であることが好ましい。より好ましい厚みは、２５μｍ以上、特に好ましくは３８μｍ以上であり、厚みの上限は７５μｍ以下であり、特に好ましくは５０μｍ以下である。

保護フィルム２の離形層２２には、表面エネルギーが小さい樹脂からなることが好ましく、シリコーン樹脂又はフッ素樹脂からなる離形層が好ましく例示でき、安価に使用できることから、シリコーン樹脂からなる離形層を有することが好ましい。

保護フィルム２の表面粗さは、保護フィルム２の搬送性と、半硬化ハードコート層への基材転写による外観不良とを避けるため、保護フィルム２の半硬化ハードコート層と接する面の表面粗さは１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。表面粗さが上記範囲内であると、保護フィルム２の搬送性及び取扱い性に優れる。好ましい保護フィルム２の半硬化ハードコート層と接する面の表面粗さの下限は、好ましくは３ｎｍ以上であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以上であり、他方上限は好ましくは８００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５００ｎｍ以下である。

また、保護フィルム２は、まだ反応が進行しきっていない半硬化ハードコート層１３と貼り合わされるため、物理的な形状転写以外にも、保護フィルム２の貼合わせ後の外観不良を抑制するため、反応性の成分を有さないことが好ましい。具体的には、離形層２２として例えばシリコーン樹脂を用いる場合、選定したシリコーン樹脂を保護フィルム２に塗工する際の被熱量と合うように乾燥処理をおこなったシリコーン樹脂乾固膜（１ｇ）に対して、残アミン価を測定した場合５０ｍｇ以下となることが好ましく、より好ましくは４０ｍｇ以下となること、さらに好ましくは２０ｍｇ以下となることで、反応性成分を低減することができる。残アミン価が上記範囲であると、離形層２２の残アミン基による架橋が半硬化ハードコート層との反応を抑制することで、保護フィルム２の剥離時の重剥離が抑制され外観を保つことができる。

つづいて、本開示の製造方法で使用するインモールド成形、熱圧着及びプレス成形について、以下詳述する。

［インモールド成形］
本開示の樹脂部材の製造方法では、金型等に前記塗装代替フィルムを挿入し、溶融状態の樹脂を射出成型してインモールド成形する。その際、インモールド成形が終了するまでの間に半硬化ハードコート層を硬化させる、すなわちインモールド成形の熱を利用して半硬化ハードコート層を硬化させるか、もしくは、金型に挿入後いったん熱を加えて半硬化ハードコート層を硬化させた後にインモールド成形する。
以下、インモールド成形について、詳細を説明する。

まず、射出成型に用いる樹脂は、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリフェニレンスルフィド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種の樹脂であることが好ましく、特に好ましくは、ポリオレフィン樹脂である。ポリオレフィン樹脂の中でも、車両外装品に要求される強度や耐薬品性、さらに軽量性の観点から、ポリプロピレン樹脂であることが好ましい。成形部材としての特性を満足するため、樹脂に強化繊維や、添加剤、また樹脂自体を共重合したり、他の樹脂とブレンドしたりすることは、本開示の目的を損なわない範囲で好ましい態様である。

射出成型では、シートを金型に接する形式で設置され、ゲートから樹脂が射出され、冷却固化することで完成する。この際、ゲートから射出される樹脂は、溶融状態であり、使用する樹脂の融点に応じた熱を有する。その熱で溶融し、溶融後も着色層などの顔料層に影響を与えないように、射出する樹脂に接触する熱可塑性樹脂フィルムは、適切な厚みを有する。射出された樹脂による熱で、積層体３の熱可塑性樹脂フィルム１１が厚み方向に一部溶融し、界面が混合されたのちに、冷却固化されることで、強固な接着力を有する成形が可能となる。射出成型時の金型は、射出する樹脂の溶融温度と同様に、積層体３の外観を損なわない範囲で、低温に設定して冷却して使用することが好ましい。

［熱圧着］
鋼板は通常ロール状に巻きとられており、積層体もロール状の積層体として製品とすることができるため、ロール上の鋼板及び積層体を用いた場合、ロールｔоロールでのラミネートが可能である。例えば、鋼板を加熱して、供給した積層体３の熱可塑性樹脂フィルム１１側を熱圧着することで、鋼板にフィルムを貼り合わせてもよい。この時、熱可塑性樹脂フィルム１１内で、溶融及び冷却固化を終了させるため、加熱された鋼板に塗装代替フィルムの熱可塑性樹脂フィルムの表面を貼り合わせる際に、塗装代替フィルムは保護フィルム２側から冷却されていることを含むことが好ましい。具体的には、積層体３を貼り合わせる際のラミネートロールは熱可塑性樹脂フィルム１１を溶かさない程度に低温にしておくことが好ましい。
つまり積層体３を介しすることで、鋼板側は加熱状態、保護フィルム２側は冷却状態となり、熱可塑性樹脂フィルム内で溶融と冷却固化を完了させることが可能となり、溶融樹脂内で界面混合が行われ、接着力をさらに向上させることが可能となる。

また、さらに接着力を向上させるために、図２に示すように、鋼板側もしくは熱可塑性樹脂フィルム側（非着色層側）に表面改質層１５を付与することも好ましい態様である。

熱圧着に用いられる鉄板は、車両の外装に使用されるものであればよい。一般に、成形性がよく、厚みが０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ程度の鋼材が使用されるため、そうしたグレードを使用することが好ましい。また、車両の外装に用いられる鋼材は、防錆状の処理として、亜鉛合金めっきを施されていることが好ましい態様である。

［プレス成形］
上記の熱圧着によって鋼板と積層体が一体化されたラミネート鋼板は、プレス成形される。プレス成形としては、先述の通り冷間プレスが好ましい。上述のラミネート鋼板で冷間プレス成形を行う際、鋼板の端部を高圧でホールドする張り出し成形であっても、低圧でホールドし、鋼板が成形によって吸い込まれていく成形であっても、上述のように熱可塑性樹脂フィルム１１を熱融着させることで金属部材の被覆が可能となる。

上述の内容を下記に示す参照例、実施例、比較例を用いて、より詳細に説明する。

［参照例１］
積層体３における塗装代替フィルム１を作成するため、まず熱可塑性樹脂フィルム１１を作成した。熱可塑性樹脂フィルム１１は、ジカルボン酸成分としてテレフタル酸とグリコール成分としてエチレングリコールからなるポリエチレンテレフタレート樹脂１１Ａと、ジカルボン酸成分としてテレフタル酸及びイソフタル酸と、グリコール成分としてエチレングリコールからなる共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂１１Ｂを用いた。樹脂１１Ａ及び樹脂１１Ｂを１６０℃で４時間乾燥後、別々の押出機に供給し、フィードブロックを用いて２層に積層し、ダイからシート状に溶融押出した。シート状に押し出した後、冷却ロールでガラス化した後、９０℃で縦延伸を行った後、リバース式のロールコーターにて両面にアクリル樹脂からなる表面コーティングを行い、その後１００℃で横延伸を行い、面倍１１倍の熱可塑性樹脂フィルム１１をロール状に巻きとった。

熱可塑性樹脂フィルム１１を巻出し、まず着色層１２をコンマコーターで塗工した。着色層１２にはバインダー成分にアクリルウレタン系樹脂、顔料にチタン粒子を２０質量％含有し、不揮発成分が３５質量％の溶剤塗料を用いた。厚み２０μｍになるように塗工を行い、９０℃の乾燥炉で乾燥後巻き取りした。

＜ハードコート用塗料（ＨＣ−１）＞
冷却管、撹拌装置、温度計及び窒素導入管を備えた４つ口フラスコに、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）を１５０部仕込み、窒素雰囲気下で攪拌しながら昇温した。フラスコ内の温度を７４℃まで昇温させ、この温度を合成温度として維持し、メタクリル酸メチル３部、メタクリル酸ｎ−ブチル８２．５４部、アクリル酸−４−ヒドロキシブチル１２．８５部、メタクリル酸０．６１部、ファンクリルＦＡ−７１１ＭＭ（日立化成社製、メタクリル酸−ペンタメチルピペリジル）を１部、アゾビスイソブチロニトリル０．１部を混合したモノマー溶液を２時間掛けて滴下した。モノマー滴下終了１時間後から１時間毎に、アゾビスイソブチロニトリルを０．０２部ずつ加えて反応を続け、溶液中の未反応モノマーが１％以下になるまで反応を続けた。未反応モノマーが１％以下になったら冷却して反応を終了し、固形分約４０％のアクリル系共重合体溶液を得た。このアクリル系共重合体溶液に、ポリイソシアネート化合物としてデュラネート「Ｐ３０１−７５Ｅ」（旭化成ケミカルズ社製、ヘキサメチレンジイソシアネートのポリイソシアネート体、以下、硬化剤１という）５９．９質量部（固形質量）を加え、さらに固形分が３０％となるようにメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）を加えて撹拌し、ハードコート用塗料（ＨＣ−１）を得た。

着色層１２を塗工した原反を再度繰り出し、続いて、半硬化ハードコート層１３を形成するため、上記で調製した不揮発成分で３０％のハードコート用塗料（ＨＣ−１）を硬化後の厚みが１５μｍとなるようにコンマコーターで塗工したのち、９０℃の乾燥炉で十分に乾燥させた。次いで、ポリエチレンテレフタレート樹脂から成る二軸延伸フィルムを保護フィルム２として用いてラミネートをして、ロール状に巻きとり、塗装代替フィルム１と保護フィルム２を有する積層体３を得た。得られた積層体３の保護フィルム２を剥離して、色差を評価した結果、表１に示す通りであった。

［参照例２］
上記で得られた塗装代替フィルム１と保護フィルム２を有する積層体３を用いて、めっき鋼板ＪＡＣ２７０Ｆ４５／４５にラミネートを行い、ラミネート鋼板を作成した。具体的には、積層体３をアンワインド（すなわち、巻出し）し、めっき鋼板を２７０℃に加熱して導き、ラミネートロールを常温にして、積層体３における塗装代替フィルム１側との樹脂１１Ｂ側とめっき鋼板とを熱圧着によりラミネートをおこなった。ラミネートされたラミネート鋼板は、すぐさま冷却水に導き、冷却し、ラミネート鋼板を得た。ラミネート鋼板の保護フィルム２を剥離して、色差を評価した結果、表１に示す通りであった。

［実施例１］
上記で得られたラミネート鋼板を用いて、冷間プレス成形をおこなった。自動車の外板形状として、ドアハンドル部分を想定した金型を用いて、金属成形度で最大２０％の絞りを常温（２５℃）でおこなった。フィルムに格子状に１０ｍｍマスを描き、成形後のフィルムは最大でも２０％以内の成形度となったことを確認した上で、ラミネート鋼板のプレス成形をおこなった。プレス成形後に保護フィルム２を剥離して、物性を評価した結果を表１にまとめた。

［実施例２］
上記で得られた塗装代替フィルム１と保護フィルム２を有する積層体３用いて、インサート成形をおこなった。平板形状の金型を用いて、予め積層体３を金型に減圧密着させ、ポリカーボネート樹脂を射出成型機から押し出して一体成形をおこなった。インサート成形後に保護フィルム２を剥離して、物性を評価した結果を表１にまとめた。

［比較例１］
冷間プレス成形を行う前に保護フィルム２を剥離した以外は、実施例１と同様にして成形をおこなった。得られた金属部材の物性を評価した結果を表１にまとめた。

［比較例２］
上記で得られた塗装代替フィルム１と保護フィルム２を有する積層体３を用いて、半硬化ハードコート層に対して反対側の熱可塑性樹脂基材表面に、コンマコーターを用いて接着剤層を２０μｍ塗工し、９０℃の乾燥炉で乾燥させて、巻き取る前に保護フィルム２でラミネートしながら巻き取り、接着剤付塗装代替フィルムを得た。接着剤付塗装代替フィルムの両面の保護フィルム２を剥がした後、布施真空株式会社製のＴＯＭ（Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｔｈｏｄ）成形機にセットし、１４０℃に加熱しながら、減圧し、ＡＢＳ（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン）樹脂からなる樹脂基材を挿入、大気圧に戻して、成形をおこなった。ＴＯＭ成形後に保護フィルム２を剥離して、物性を評価した結果を表１にまとめた。

ここで、本開示の製造方法によって得られた金属部材及び樹脂部材による表１の結果をまとめる。冷間プレス成形により金属部材に成形する際、保護フィルムがある実施例１と保護フィルムがない比較例１とを比較した審美性の差異ΔＥを評価において、参考例１の塗装代替フィルムに対して、それぞれ０．３及び２．７という結果が得られた。一般的にΔＥが１以下である場合、その色の変化は視認できるものではないとされ、現在使用されている塗装外板の色彩許容度に十分に適合していると考えることが出来る。保護フィルムによって、金型の表面粗さによる転写を抑制することで光学散乱を低減させ、色彩変化を少なくしたことが分かった。

また、参考例２、実施例１及び比較例１の結果を参照すると、ラミネート鋼板の接着力、及び保護フィルムの有無に関わらず金属部材の接着力はほとんど変化が見られない。表１の樹脂と金属が強固に密着し、なおかつ金属成形度に対して十分な応力緩和が働き、成形時にも剥離しない塗装代替フィルムによる塗装が可能になったことが分かった。

また、実施例２及び比較例２の対比から、フィルムインサート成形で接着した樹脂基材とＴＯＭ成形により接着した樹脂基材では外観及び剥離試験での破壊モードも異なることが分かった。インサート成形樹脂基材は、元の塗装代替フィルムに対して、色彩変化ΔＥが０．２と小さいが、ＴＯＭ成形ではΔＥの変化が大きい。これは、減圧加熱により微量に残存した溶剤の蒸発が促進された結果、塗膜に微細な孔が発生して光学散乱をさせた結果であると推察され、塗膜側に、急激な変化をもたらさずに接着が可能である点から、フィルムインサート成形が有用であると推察される。また、インサート成形樹脂基材では剥離試験開始後、すぐに最大接着力を示し、その後剥離され続けることなく破断点に達し、破壊は塗装代替フィルムの破壊であった。一方、比較例２のＴＯＭ成形品では、剥離開始点以後、剥離が続き、基材フィルムの破断に達することなく、基材表面からすべての塗膜が剥離された。このことより破壊は接着剤層の凝集破壊であることが分かった。接着力の最大値は、比較例２と比べて熱圧着された実施例の方が大きく、かつ、剥離され続けないことから、塗装が万が一剥がれた場合でも、その領域のみで剥離が進行しない効果が得られやすい。

このような実験を行った結果、熱圧着による接着機能を持たせた金属部材、樹脂部材で、接着剤による接着力よりも大きな接着力を示し、かつ、成形後の外観も塗工品と同等の美観を保つことが示された。また、金属部材の冷間プレス成形に示されるように、保護フィルムも同時に成形することで、積層体内部の美観を保持できることが示された。

なお、上記表１に記載した金属成形度は、塗装代替フィルムに１０ｍｍの方眼を描画して成形し、方眼の１辺の長さの拡大率で示したものである。表１に記載の外観評価におけるＬ＊ 、ａ＊ 、ｂ＊ 、ＧＲ／６０°及びΔＥは、それぞれ測定装置として日本電色工業株式会社製ＳＥ６０００を用い、ｎ−４５°方式の反射光として測定した結果を示す。表１中のΔＥは、参照例１の塗装代替フィルムのＬ＊、ａ＊ 、ｂ＊ を基準として、参照例２、各実施例及び各比較例のＬ＊ 、ａ＊ 、ｂ＊ をそれぞれＬ＊１ 、ａ＊１ 、ｂ＊１ とし、下記式（１）により求めた。
ΔＥ＝｛（Ｌ＊ −Ｌ＊１ ）２ ＋（ａ＊ −ａ＊１ ）２ ＋（ｂ＊ −ｂ＊１ ）２ ｝（１／２）・・・式（１）
また、表１中の接着力最大値は、接着力試験を幅２０ｍｍの試験片で、２５℃の雰囲気下で、剥離速度５０ｍｍ／ｍｉｎで１８０°方向に剥離した際の最大値（ＭＰａ）を示し、表１中の破壊モードは、剥離後の破壊された部分を表す。

前記形態を自動車の部品等に適用するものとして述べた。しかし、本開示はこれに限らず、例えば塗装代替フィルム１を自動車以外の車両（二輪車、トラック等）、船舶（モータボート等）、家電製品、オーディオ製品、建設部材、鋼板製品等に用いてもよい。

１ 塗装代替フィルム
１１ 熱可塑性樹脂フィルム
１２ 着色層
１３ 半硬化ハードコート層
１４ 接着剤層
１５ 表面改質層（非着色層側）
１６ 表面改質層（着色層側）
１７ 防汚層
１８ 光輝材層
１９ クリア層
２ 保護フィルム
２１ 熱可塑性樹脂フィルム
２２ 離形層
３ 積層体

２０１７年１０月２０日に出願された日本国特許出願２０１７−２０３４６４号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (14)

1. 車両の外装部品として用いる金属部材の製造方法であって、
   熱可塑性樹脂フィルム、着色層及び半硬化ハードコート層をこの順で有する塗装代替フィルム、並びに前記半硬化ハードコート層の表面に貼りあわされる保護フィルムからなる積層体と、鋼板と、を用い、
   前記積層体と前記加熱された鋼板とを熱圧着させてプレス成形を行い、かつ、前記半硬化ハードコート層を硬化させる成形工程を含む、金属部材の製造方法。
2. 前記金属部材の成形工程が、前記積層体の前記塗装代替フィルム側と前記加熱された鋼板とを熱融着によって貼り合わせる、請求項１に記載の金属部材の製造方法。
3. 前記加熱された鋼板に前記塗装代替フィルムの前記熱可塑性樹脂フィルム側を貼り合わせる際に、前記塗装代替フィルムは前記保護フィルム側から冷却されていることを含む、請求項１に記載の金属部材の製造方法。
4. 車両の外装部品として用いる樹脂部材の製造方法であって、
   熱可塑性樹脂フィルム、着色層及び半硬化ハードコート層をこの順で有する塗装代替フィルム、並びに前記半硬化ハードコート層の表面に貼りあわされる保護フィルムからなる積層体と、溶融状態の樹脂と、を用い、
   金型に前記積層体を挿入した後、前記溶融状態の樹脂を射出成型してインモールド成形し、前記金型に挿入後インモールド成形が終了するまでの間に前記半硬化ハードコート層を硬化させることを含む、樹脂部材の製造方法。
5. 前記射出成型において射出される樹脂が、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、及び、ポリフェニレンスルフィド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種の樹脂を含む、請求項４に記載の樹脂部材の製造方法。
6. 前記ポリオレフィン樹脂が、ポリプロピレン樹脂を含む、請求項５記載の樹脂部材の製造方法。
7. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の製造方法で製造された金属部材と、
   請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の製造方法で得られた樹脂部材と、
   を組合せることを含む、車両の外装部品の製造方法。
8. 前記保護フィルムは、動的粘弾性測定における貯蔵弾性率と損失弾性率との比（ｔａｎδ）の主ピークを示す温度が８０℃以上であることを含む、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の製造方法。
9. 前記塗装代替フィルムの前記半硬化ハードコート層が、熱硬化性樹脂を含有する、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の製造方法。
10. 前記熱硬化性樹脂が、アクリル系樹脂を含む、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記塗装代替フィルムの前記着色層が、バインダー樹脂及び着色剤を含有する請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 前記着色剤が、カーボンブラック（墨）、鉄黒、チタン白、アンチモン白、黄鉛、チタン黄、弁柄、カドミウム赤、群青、コバルトブルー、キナクリドンレッド、イソインドリノンイエロー、フタロシアニンブルー、アルミニウム、真鍮、二酸化チタン及び真珠光沢顔料からなる群より選ばれる少なくとも１種の着色剤である請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記塗装代替フィルムにおける前記熱可塑性樹脂フィルムが、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリアリーレンスルフィド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種の樹脂を含む、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の製造方法。
14. 前記熱可塑性樹脂フィルムが、厚み１μｍを超える接着剤層を有さない、請求項１３記載の製造方法。

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