JP2016147489A - フィルムインサート成形品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
従来、このような樹脂成形品を製造する方法としては、加飾フィルムをガラスやプラスチック板などの基材シートに貼り合わせる方法がある。
例えば、下記特許文献1には、タッチパネル前面板に、文字情報などを有する加飾フィルム(デザインシート)と基材シートとを貼り合せる方法が採用されている。
この方法は、平板状の基材シートには好適であるが、立体形状の基材シートには適用できないという問題がある。
また、樹脂成形品を電化製品などの前面パネルとして用いる場合、画像や液晶などの表示に歪みが生じていると視認しにくいものである。
インサートフィルム2は、全光線透過率90%以上、特に94%以上、さらに98%以上であることが好ましい。
本発明において全光線透過率は、JISK7361などに基づいて測定することができる。
インサートフィルム2の表面には、AF(防指紋)、AR(アンチリフレクション、反射防止、低反射)、HC(ハードコード)機能などを付与することができる。これら機能は従来からある方法で付与することができる。
インサートフィルム2は、特に限定するものではないが、線膨張係数が30ppm/K以上、90ppm/K以下、好ましくは40ppm/K以上、80ppm/K以下、さらに好ましくは50ppm/K以上、70ppm/K以下の範囲である。線膨張係数を当該範囲にすれば、フィルムインサート成形品1におけるインサートフィルム2と基材樹脂3との線膨張係数の差を抑えることができ、フィルムインサート成形品1の表裏面における収縮率差を抑えて、フィルムインサート成形品1の歪みを小さくできる。
本発明において線膨張係数は、JISK7197などに基づいて測定することができる。
加飾部6は、印刷することや金属箔などの貼り合せなどにより形成することができる。より具体的には、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷などの印刷、模様が付された又はコーティングされたフィルムの転写、金属箔の転写などにより形成することができる。この金属箔としては、アルミニウム、金、銅、ステンレス、チタンが挙げられ、これにより、鏡面を形成することができる。
加飾部6の部分の全光線透過率10%以下、特に6%以下、さらに2%以下であることが好ましい。
本実施形態では、長方形状の平面部4の周囲から垂下した立ち壁部5を有する形状に賦形する。立体形状は、これに限定されるものではなく用途に応じて適宜立体形状に賦形することができる。
賦形は、特に限定するものではないが、圧空成形などにより施すことができ、より具体的には、インサートフィルム2を、予熱後、フィルムのガラス転移温度付近まで昇温した賦形型に配置し、圧空によりインサートフィルム2を賦形型の形状に成形することができる。
断熱する方法としては、例えば、ブロックごとに加熱温度を変える方法や断熱手段を使用する方法などが挙げられる。
断熱手段は、熱伝導率の低い材料を板状にした部材を用いることができ、特に限定するものではないが、熱伝導率が0.03W/m・K以上、0.20W/m・K以下、好ましくは0.04W/m・K以上、0.18W/m・K以下、さらに好ましくは0.05W/m・K以上、0.15W/m・K以下の材料を用いることができ、具体的には、耐熱性に優れているという観点から、ケイ酸化合物及びガラス繊維などからなる断熱板が好ましい。
断熱材を使用して、予熱工程を行う場合、断熱材の大きさは図2に示すように透明部全体を覆い、且つ、文字等の印刷がなされる場合は、文字部も覆うようにすることがフィルムインサート成形品の歪を低減する観点から好ましい。また、断熱材のサイズは限定されないが、切削加工後のフィルムインサート成形品を正面から見た時の投影面積に対して、65%以上、100%未満、好ましくは85%以上、99%以下、さらに好ましくは95%以上、99%以下である。
インサートフィルム2の透明部7における賦形後の位相差は、3/13π(波長540nmにおける位相差62.3nm)以下、好ましくは9/104π(波長540nmにおける位相差23.4nm)以下、さらに好ましくは1/13π(波長540nmにおける位相差20.8nm)以下である。この範囲であることにより、低歪にすることができる。ちなみに、インサートフィルム2の断熱しない部分における位相差は5/26π(波長540nmにおける位相差51.9nm)を超えるものである。断熱した加飾部6の位相差は測定することができないが、透明部7と同程度であると推測される。
インサートフィルム2の位相差を当該範囲に抑えることにより、フィルムインサート成形品1にした際に、位相差を適切な範囲に調整することができる。
なお、インサートフィルムやフィルムインサート成形品の位相差は、該当部における透過前および透過後の偏光子を通じた透過光量差を把握することにより得られる。
この面積割合は、例えば、透明部において横方向を8カ所、縦方向を12カ所に分割、つまり全体で96カ所に分割し、各分割部分の位相差を測定し、3/13π(波長540nmにおける位相差62.3nm)を超える面積の割合として算出することができる。
フィルムゲート部10の面積は、具体的には、金型14のゲート部15の正面面積に対して60%以下、特に55%以下、さらに35%以下であることが好ましい。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(共重合体を含む)、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミドなどを挙げることができる。中でも、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアミドが高耐熱性の観点から好ましく、さらには、ポリカーボネートが高剛性、高耐熱性、高耐衝撃性の観点からより好ましい。
この熱可塑性樹脂は、特に限定するものではないが、射出成形時のせん断速度の好ましい範囲は10(1/s)以上、10000(1/s)以下であり、より好ましくは、100(1/s)以上、1000(1/s)以下である。
この熱可塑性樹脂は、液晶表示装置の前面パネルとして用いられる場合、低歪化が強く要求されるため、射出成形時のせん断速度の好ましい範囲は300(1/s)以下、さらに好ましくは280(1/s)以下、中でも250(1/s)以下であることが好ましい。
基材樹脂3の熱可塑性樹脂のせん断速度は、金型の構造、樹脂のメルトフローレート、樹脂温度、金型温度を設定後、有限要素法を活用したシミュレーションなどで測定することができる。
したがって、前記熱可塑性樹脂の線膨張係数は、前記インサートフィルム2の線膨張係数を100%としたとき、前記インサートフィルム2との線膨張係数との差が、40%以内であることが好ましく、より好ましくは30%以内、さらに好ましくは20%以内である。つまり、前記熱可塑性樹脂の線膨張係数は、前記インサートフィルム2の線膨張係数の60%〜140%の値が好ましい。
本発明において線膨張係数は、例えば、JISK7197などに基づいて測定することができる。
基材樹脂3の熱可塑性樹脂の曲げ弾性率は、1GPa以上、好ましくは1.5GPa以上、さらに好ましくは2.0GPa以上である。高剛性の観点からである。
基材樹脂3の熱可塑性樹脂の全光線透過率は、70%以上、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは85%以上である。
これら物性値は、例えば、JISK7210、JISK7171、JISK7361などに基づいて測定することができる。
樹脂の射出において、金型14を完全に閉じる前(例えば、図6(B)に示すような状態)にキャビティ内に樹脂を充填した後、金型14を閉じる圧縮成形することにより、成形後に歪みが残りにくいフィルムインサート成形品1を成形できる。
金型14は、樹脂射出口11を下方に設け、樹脂が下から上へ流動するようにするのがフィルムインサート成形品1を低歪にする観点から好ましい。
射出成形の金型14内での樹脂圧縮量としては、1.2倍〜2.5倍が好ましい。フィルムインサート成形品1をより低歪とするためには、圧縮量1.8倍〜2.5倍の範囲が好ましく、金型14内における空気成分の巻込み等が起因の外観不良を抑えるためには、圧縮量1.2倍〜1.8倍の範囲が好ましい。
なお、ファン形状のファンゲート部は、ノズルより充填された溶融樹脂が製品幅方向に広がり、速度を軽減しつつ一定にさせる効果がある。フィルム形状のフィルムゲート部は、製品の幅に広がった溶融樹脂をゲート幅の範囲において一定の速度で流動させることにより、反りや変形を低減させることが可能となる。
フィルムインサート成形品1の歪みが発生するメカニズムとしては、射出成形時、流動状態の樹脂が金型14に充填後、金型14に接することで冷却され、金型14付近の樹脂は収縮前に固化する(圧縮の残留応力)のに対し、金型14の中央付近の樹脂は固化が遅れ、その後収縮しようとするが、表層付近の樹脂が固化しているため収縮不可となる(引張の残留応力)。これらの残留応力により歪みが発生すると考えられ、したがって、再度樹脂のガラス転移点付近の温度領域でアニールすることにより、樹脂の冷却固化による残留応力が解放され、フィルムインサート成形品1は低歪化となる。
切削加工は、アニールの前に行ってもよい。
また、本発明のフィルムインサート成形品1は、透明部における位相差が62.3nm(3/13π)を超える面積割合が40%以下であることが好ましく、より好ましくは35%以下である。この面積割合は、インサートフィルムと同様の方法で算出することができる。
フィルムインサート成形品1は、あらゆる分野の樹脂成形品として用いられるが、特に、立体形状を有し、且つ、高品質の美観や正確な模様の再現性が求められる用途に好ましく用いられる。中でも、金融機関のATMや鉄道駅・レストランなどの自動券売機に用いられるタッチパネルスクリーン、家庭電気製品、携帯電話、オーディオ機器、車載機器等の電子製品に搭載される液晶表示装置の前面パネルとして好適に用いられる。
フィルムインサート成形品1は、従来の樹脂基板やガラス基板に代えて、前面パネルとして用いることができ、裏面に接着層を形成し、センサー(電極)を取り付けることにより、前面パネルとすることができる。これによれば、模様の再現性に優れ、視認性にも優れる立体形状を有する前面パネルを作成することができる。
(フィルム1)
ポリカーボネートをTダイにより製膜したフィルムを用い、このフィルムにAR、AF、HC機能を付与したコート剤をロールコート法によりコーティングした。これを、枚葉にカット後、スクリーン印刷により印刷して基材フィルムとした。
次に、この基材フィルムを上下よりIRヒータで予熱した。予熱温度は、210℃とした。その後、予熱したフィルムを賦形型にセットし、280℃、8MPaの条件で圧空により賦形を行った。得られたインサートフィルムの透明部の位相差を測定し、平均値を算出したところ9/26π(波長540nmにおける位相差93.5nm)であった。また、得られたインサートフィルムの透明部中、位相差62.3nm(3/13π)を超える面積の割合は65%であった。
上記フィルム1で用いた基材フィルムを用い、予熱工程において、文字部および透明部の温度を100〜120℃、それ以外の部分の温度を200℃〜220℃となるように調整した以外は、上記フィルム1と同じ手順でインサートフィルムを作成した。
具体的には、予熱エリアを6×6のブロックに分けて、IRヒータの設定温度をブロックごとに変えて予熱し、各部分の温度が上記のように設定した。得られたインサートフィルムの透明部部分の位相差を測定し、平均値を算出したところ9/52π(波長540nmにおける位相差46.7nm)であった。また、透明部中、位相差62.3nm(3/13π)を超える面積の割合は32%であった。
上記フィルム1で用いた基材フィルムを用い、予熱工程において、フィルムインサート成形品製品部の正面投影面積に対して70%を占める大きさ(252cm2;横12cm×縦21cm)の断熱板(図7の2点鎖線8a)を、製品部中央に設置した以外は、上記フィルム2と同じ手順でインサートフィルムを作成した。
断熱板としては、ケイ酸化合物のバインダ及びガラス繊維からなる繊維複合材料「ミスミ社製HIPAL」(厚さ5mm、線膨張係数7.3×10−5/℃、熱伝導率0.08W/m・K)を使用した。断熱板は、図4に示すように、基材フィルムの加飾部及び透明部の上下に接触しないよう配置して予熱を行い、当該箇所にIRヒータの熱が遮断されるようにした。得られたインサートフィルムの透明部における位相差を測定し、平均値を算出したところ、26.0nm(5/52π)であった。また、透明部中、位相差62.3nm(3/13π)を超える面積の割合は15%であった。
予熱工程において使用する断熱板の大きさを、フィルムインサート成形品製品部の正面投影面積に対して79%(加飾部全体を覆う大きさ(286cm2;横13cm×縦22cm)として、透明部及び文字部の全周囲において約1cm以上外側に及ぶ領域が覆われるように配置(図7の1点鎖線8b)し、加飾部を含む範囲が断熱されるようにした以外は、上記フィルム3と同じ手順でインサートフィルムを作成した。得られたインサートフィルムの窓部部分の位相差を測定し、平均値を算出したところ1/13π(波長540nmにおける位相差20.8nm)であった。また、透明部中、位相差62.3nm(3/13π)を超える面積の割合は12%であった。
加飾を施さないフィルムを用いた以外は、上記フィルム4と同じ手順でインサートフィルムを作成した。得られたインサートフィルムの部位相差を測定し、平均値を算出したところ5/26π(波長540nmにおける位相差51.9nm)であり、立ち壁部における位相差を測定し、平均値を算出したところ9/26π(波長540nmにおける位相差93.5nm)であった。また、断熱部分全体のうち、位相差3/13π(波長540nmにおける位相差62.3nm)を超える面積の割合は18%であった。
上記フィルム1〜5の位相差は以下のとおり測定した。また、インサートフィルム賦形時にたわみの有無を以下のとおりに判定した。これらの結果を下記表1に示す。
インサートフィルムの位相差は、株式会社フォトニック・ラティス社製の二次元複屈折評価システムPA−110により測定した。より具体的には、該当部に透過前の入射光、および透過後の透過光を、偏光子を通じた時の透過光量差を把握することにより面方向の位相差を見出した。また、面積割合は、上述のように、96区画に分割された各分割部分の位相差を測定し、位相差3/13π(波長540nmにおける位相差62.3nm)を超える面積の割合を算出した。
賦形の際、インサートフィルムの形状を目視で観察し、賦形型のキャビティの形状に大きく追随していないものはたわみ有りと判定した。
上記フィルム3又は4を、金型のキャビティ面に配置して、溶融された熱可塑性樹脂を射出して、実施例1〜5及び比較例1〜3のフィルムインサート成形品を作製した。
射出樹脂を構成する樹脂組成物としては、ポリカーボネート樹脂(せん断速度が250[1/s]以下、ガラス転移温度が140℃以上、メルトフローレート(300℃、1.2kg)が20cm3/10min〜30cm3/10min、曲げ弾性率2GPa以上、全光透過率85%以上)を使用した。
金型は、図5に示すように、樹脂射出口を下方に設けたものを使用した。
フィルムインサート成形品を作製するにあたり、アニールを施した。アニールの条件としては、105℃×2時間とした。
切削加工は、樹脂組成物により金型のゲート部側に形成された張出部を切り落とした。
フィルム4を用いて、樹脂温度300℃、圧縮量1.83倍の設定で、熱可塑性樹脂を射出して、フィルムインサート成形を行った。次いで、上述の条件でアニールを経て、張出部を切削加工してフィルムインサート成形品を作製した。この窓部部分の位相差を測定したところ2/13π(波長540nmにおける位相差41.5nm)であった。
フィルムインサート成形を行った後、張出部の切削加工を経て、アニールを行った点以外は、実施例1と同じ手順でフィルムインサート成形品を得た。この窓部部分の位相差を測定したところ2/13π(波長540nmにおける位相差41.5nm)であった。
樹脂温度320℃の設定で、フィルムインサート成形を行った点以外は、実施例1と同じ手順でフィルムインサート成形品を得た。この窓部部分の位相差を測定したところ15/104π(波長540nmにおける位相差38.9nm)であった。
フィルムインサート成形時における金型の上下を逆にして樹脂射出口を上方にした以外は、実施例1と同じ手順でフィルムインサート成形品を得た。この窓部部分の位相差を測定したところ9/52π(波長540nmにおける位相差46.7nm)であった。
フィルムインサート成形時における圧縮量を約2倍にした点以外は、実施例1と同じ手順でフィルムインサート成形品を得た。この窓部部分の位相差を測定したところ7/52π(波長540nmにおける位相差36.3nm)であった。
フィルム3を用いて、フィルムインサート成形を行った点以外は、実施例1と同じ手順でフィルムインサート成形品を得た。この窓部部分の位相差を測定したところ3/13π(波長540nmにおける位相差62.3nm)以下であった。
フィルム4を用いて、フィルムインサート成形後、105℃×2時間のアニール工程を経て、切削加工を行わなかった以外は実施例1と同じ手順で、インサート成形品を得た。この窓部部分の位相差を測定したところ位相差は5/26π(波長540nmにおける位相差51.9nm)であった。
フィルム4を用いて、インサート成形後、張出部の切削加工を経て、アニール工程を経なかった以外は実施例1と同じ手順で、インサート成形品を得た。この窓部部分の位相差を測定したところ位相差は5/26π(波長540nmにおける位相差51.9nm)であった。
実施例1〜5及び比較例1〜3のフィルムインサート成形品を用いて、以下の試験を行った。なお、位相差は上記と同様に測定した。これらの結果を下記表2に示す。
外観の評価は、フィルムインサート成形品の窓部後方よりバックライトを当て、正面側より偏光板を通し、目視により虹ムラ、およびシルバーの発生有無について確認し、以下の指標で評価した。
◎:虹ムラ、シルバー共に発生せず、視認性に優れる
○:シルバーが少しみられるが、虹ムラはなく、視認性に優れる
×:虹ムラが発生しており、視認性が悪い
フィルムセット性は、フィルムインサート成形における金型への賦形品固定の際、以下の指標で評価した。
○:賦形品にたわみが無く金型に固定する際、支障がない
×:金型への固定に支障をきたすほどのたわみが賦形品に発生している
表2に示すように、フィルムインサート成形品の窓部における位相差を特定範囲とした実施例1〜5は、加飾及び賦形がなされたインサートフィルムを用いて、立体的に成形されたフィルムインサート成形品でありながら、歪み・虹ムラがなく、視認性に優れるものであった。また、実施例1〜5は、賦形工程におけるフィルム予熱時の断熱板使用により過剰な加熱を防いで賦形品のたわみ量を抑制したものであるから、フィルムセット性に優れるものであることが示された。
一方、比較例1−3は、窓部における位相差が高く、視認性に劣り、印刷に向かないものであった。特に位相差が高い比較例1は、フィルムセット性の点からもたわみ量が大きく、成形に支障をきたす状態であった。
2インサートフィルム
3基材樹脂
4平面部
5立ち壁部
6加飾部
7透明部
8断熱板
9ヒータ装置
10フィルムゲート部
11樹脂射出口
12固体型
13可動型
14金型
15ゲート部
Claims (6)
- 透明部及び加飾部を有し、賦形がなされたインサートフィルムを金型に配置し、溶融された熱可塑性樹脂を該金型に射出して成形したフィルムインサート成形品であって、透明部の位相差が19/104π(波長540nmにおける位相差49.3nm)以下であることを特徴とするフィルムインサート成形品。
- 前記インサートフィルムは、賦形後において位相差が3/13π(波長540nmにおける位相差62.3nm)以下である透明部を有する請求項1に記載のフィルムインサート成形品。
- 前記インサートフィルムは、賦形後において位相差が3/13π(波長540nmにおける位相差62.3nm)を超える面積割合が14%以下である透明部を有する請求項1又は2に記載のフィルムインサート成形品。
- 前記熱可塑性樹脂は、線膨張係数が30ppm/K以上90ppm/K以下である請求項1〜3のいずれかに記載のフィルムインサート成形品。
- 前記熱可塑性樹脂は、射出成形時のせん断速度が300(1/s)以下である請求項1〜4のいずれかに記載のフィルムインサート成形品。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のフィルムインサート成形品を用いてなる液晶表示装置の前面パネル。
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