(57)【要約】【課題】加飾を行うフィルムに形成された絵柄と成形品との位置合わせ精度を向上させ、外観品位を向上させる。【解決手段】加熱部１２で加熱したフィルム７を送り出す巻出部１と、ヒーター９を有する定盤８上で加熱しながらフィルム７に絵柄を印刷する印刷部２と、印刷されたフィルム７を金型５，６間にセットするフィルム送り機構１６，１６と、型締めされた金型５，６間の空間に樹脂を流し込んで射出成形を行う成形部３とを具備し、フィルム７を成形時の金型５，６の温度近傍に加熱した状態で前記印刷を行い、該フィルム７を金型５，６に挟み込んで射出成形を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムを加熱した状態でフィルムに図柄を印刷する印刷工程と、図柄が印刷された前記フィルムを、第１金型と第２金型との間にセットする配置工程と、前記第１金型と前記第２金型とを型締めして、前記第１金型と前記第２金型とにより形成された空間に樹脂を注入する成形工程とからなり、射出成形と共に加飾を行うことを特徴とする加飾成形方法。
【請求項２】
前記印刷工程の前に、ロールに巻回された前記フィルムを加熱するロール加熱工程を設け、前記ロール加熱工程により加熱された前記フィルムを前記印刷工程に供給することを特徴とする請求項１に記載の加飾成形方法。
【請求項３】
前記ロール加熱工程における加熱は、前記ロールの中心から前記フィルムを加熱することを特徴とする請求項２に記載の加飾成形方法。
【請求項４】
前記印刷工程の前記フィルムの加熱温度と、前記第１金型あるいは前記第２金型のいずれか一方の前記配置工程における金型の温度とを、略同一に設定することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の加飾成形方法。
【請求項５】
前記印刷工程の前記フィルムの加熱温度と、前記第１金型あるいは前記第２金型のいずれか一方の前記配置工程における金型の温度とを、前記フィルムのガラス転移点以下の温度に設定することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の加飾成形方法。
【請求項６】
前記印刷工程の前記フィルムの加熱温度を、前記配置工程の前記第１金型の温度と前記成形工程の前記第１金型の温度との間の温度、あるいは前記配置工程の前記第２金型の温度と前記成形工程の前記第２金型の温度との間の温度に設定することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の加飾成形方法。
【請求項７】
前記印刷工程において前記フィルムに作用させる張力と、前記配置工程において前記フィルムに作用させる張力とを、略同一に設定することを特徴とする請求項１に記載の加飾成形方法。
【請求項８】
前記印刷工程において、温度制御可能な定盤と前記フィルムとを接触した状態で、前記フィルムに図柄を印刷することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の加飾成形方法。
【請求項９】
前記印刷工程において、前記定盤に独立して温度制御可能な２つの領域を設け、前記２つの領域における一方の領域において印刷を行い、前記２つの領域の他方の領域において加熱工程を行うことを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の加飾成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムに絵柄を印刷して、射出成形時おいて成形と同時に絵柄を転写して加飾を行う加飾成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の加飾成形法として、フィルムに絵柄を印刷して、射出成形時に成形と同時に絵柄を転写して加飾を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は特許文献１に記載された従来装置の説明図であって、本装置は、樹脂材料を射出成形するための成形型を第１金型５と第２金型６とから構成し、この第１金型５と第２金型６との間にフィルム７を入れ、両型５，６内に封入されたフィルム７上に樹脂を射出することにより、高精度な射出成形体を成形すると同時に、フィルム７上に印刷または積層された加飾膜あるいは機能性膜を射出成形体上に転写させるものである。
【０００４】
一般的に加飾成形方法は下記の手順で行われている。まず、ロール状または枚葉状のフィルム７上に加飾膜あるいは機能性膜を印刷または転写積層しておき、そのフィルム７を成形型の第１金型５と第２金型６の間に設置する。
【０００５】
次に、第１金型５にフィルム７を吸着により固定したり、クランプ治具１９により固定したりする。
【０００６】
さらに、第２金型６を移動させて第１金型５と密着させ、溶融した樹脂を第１金型５と第２金型６間に所定量射出して成形体を成形する。このときフィルム７上の前記加飾膜が成形品に転写される。そして、一定時間の冷却の後、成形型から成形品を取り出すことで完成する。
【０００７】
前記加飾成形方法において、特に、加飾されている絵柄と成形体との位置合わせが重要となる。その位置合わせの方法として、フィルム７に予め位置決め用のマークを印刷しておき、このマークをカメラあるいはセンサにて検出して、位置決めおよび位置合わせを行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３１５０７５９号公報
【特許文献２】特許第３６２１９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前記従来の技術の加飾成形方法では、成形前の金型とフィルムの絵柄との位置合わせは可能であるが、溶融樹脂の射出によるフィルムの伸縮や金型の加熱冷却によるフィルムの熱伸縮により、成形体と加飾絵柄の位置合わせがずれる点に課題がある。
【００１０】
前記フィルムは、押出し，延伸，スリットなどの工程を通って製作される。そして延伸工程として２軸延伸工法が通常使用されるが、その際、フィルムの長手方向の延伸、および幅方向の延伸をそれぞれ高温加熱／冷却下で行うため、熱ひずみなどの内部応力をフィルム内部に蓄積することになる。
【００１１】
そのため、絵柄を印刷するフィルムは、印刷前に既にさまざまな方向に伸縮しようとする内部応力を保持しており、従来の加飾成形方法にて、成形時の再加熱により、長手方向と幅方向およびフィルム中央部と端部とで、それぞれ不規則に伸縮するため、所定の伸縮量を考慮して絵柄と成形体の位置ずれを補正しても、この内部応力による伸縮のずれは補正が難しい。
【００１２】
また、スリット工程においてフィルムが必要幅に切断されるが、この際、特にフィルム端部には切断による応力が蓄積されることになる。そのため、フィルム端部にインクジェット方式などで印刷し、印刷後にＵＶ光などで硬化させる際に、ＵＶ光による熱が加わると、フィルム端部が不規則に伸縮することになり、位置合わせ精度がさらに悪くなる。
【００１３】
フィルムの加飾には、さまざまな印刷の手法が考えられるが、一般的には常温近傍で印刷されるため、成形時の再加熱時には、絵柄もフィルムに相対して伸縮することになり、成形体と絵柄の位置合わせをさらに難しくすることとなる。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、加飾を行うフィルムに形成された絵柄と成形品との位置合わせ精度を向上させ、外観品位を向上させることができる加飾成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の加飾成形方法は、フィルムを加熱した状態でフィルムに図柄を印刷する印刷工程と、図柄が印刷された前記フィルムを、第１金型と第２金型との間にセットする配置工程と、前記第１金型と前記第２金型とを型締めして、前記第１金型と前記第２金型とにより形成された空間に樹脂を注入する成形工程とからなり、射出成形と共に加飾を行うことを特徴とし、この方法によって、フィルムを成形時の金型温度近傍に加熱した状態で、絵柄を印刷し、かつ金型に挟み込み射出成形を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、加飾用のフィルムにおいて成形時と同じ伸縮状態を作り出し、この状態で成形時と同じ絵柄の形状を印刷することにより、フィルム内の印刷位置を特定することができる。さらに、前記伸縮状態を維持したままで射出成形を行うことにより、絵柄と成形品との位置合わせ精度が向上し、外観品位を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１における加飾成形方法を実現するシステム全体の構成図
【図２】実施の形態１における巻出部の加熱部の詳細構成図であって、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は斜視図加熱部の詳細図
【図３】実施の形態１における加熱プロファイルの説明図
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ実施の形態１と実施の形態２における加熱プロファイルを示す図
【図５】実施の形態１における定盤のヒーターにおける加熱部位の概略図
【図６】実施の形態１におけるフィルムへの絵柄印刷例を示す説明図
【図７】本発明の実施形態２における加飾成形方法を実現するシステム全体の構成図であって、（ａ）は印刷部の構成図、（ｂ）は成形部
【図８】従来の加飾成形方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における加飾成形方法を実現するシステム全体の構成図である。
【００２０】
本システムは、加飾用のフィルム７を加熱しながら巻き出す巻出部１と、フィルム７を加熱しながら絵柄（図柄）を印刷する印刷工程を行う印刷部２と、印刷されたフィルム７を後述する金型間に送って所定位置にセットする配置工程を行うフィルム送り機構１６，１６と、金型間にフィルム７を挟み込んで、射出成形などの成形工程を行う成形部３と、フィルム７を巻き取る巻取部４とにより構成されている。
【００２１】
巻出部１は、ロール状のフィルム７を巻き出す巻出機構と、ロール状に巻回されているフィルム７を均一に加熱するロール加熱工程を行う加熱部１２とから構成される。
【００２２】
巻出部１から巻き出されたフィルム７は、第１テンション測定装置１４でテンションが測定され、所定の設定値にテンションが調整される。このフィルムテンションを一定にするために、フィルム７の巻芯の駆動部にはフィルム巻き径に応じてテンションを作用させかつ調整するための機構（図示せず）が設けられている。
【００２３】
印刷部２は、フィルム７を加熱および吸着固定する定盤８と、絵柄を印刷するために定盤８上に設置されて、インクジェット方式などによりインクをフィルム７に塗布する印刷ユニット１０と、フィルム長手方向および幅方向を印刷するために、印刷ユニット１０を移動および位置決めする駆動部（図示せず）と、インクを硬化させるためＵＶ光などを照射する照射部１１を備えている。
【００２４】
印刷時にフィルム７に接触するようにフィルム７を吸着する定盤８の吸着面側には、フィルム７を加熱するための面状のヒーター９が埋設されており、定盤８の表面温度を制御している。定盤８には温度センサが設置されて定盤温度を検出しており、所定の温度になるようにヒーター出力を調整する。
【００２５】
前記温度調整と前記テンション調整により、所定のテンションが加わると共に所定の温度に加熱されたフィルム７上に、印刷部２において絵柄が印刷される。
【００２６】
次に、印刷部２で印刷が施されたフィルム７は、所定の温度に加熱され、フィルム送り機構１６により、第１金型５と第２金型６間に挿入されるように成形部３へ搬送される。
【００２７】
成形部３では、フィルム送り機構１６により、第１金型５と第２金型６間に送られたフィルム７は、第１金型５に設けられた吸着機構と、フィルム押え機構とにより第１金型５に固定され、かつ第２金型６で挟持される。この状態で型締めされた両型５，６に形成される空間に溶融した樹脂を射出し、冷却することにより、所定の成形が行われる。その際、フィルム７に印刷されている絵柄が成形体に転写される。
【００２８】
前記転写時、フィルム７に皺がなく、かつ印刷時の絵柄の形状およびサイズを維持し、または復元するため、フィルム７を第１金型５に固定する際、第２テンション測定装置１５によりフィルムテンションを測定し、フィルム送り機構１６にて所定のテンションに調整する。
【００２９】
絵柄の転写が終わったフィルム７は、巻取部４の巻取ローラ１３によって巻き取られる。
【００３０】
次に、実施形態１の巻出部１における加熱部１２について詳しく説明する。
【００３１】
図２は実施形態１の巻出部における加熱部の詳細構成図であって、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は斜視図である。
【００３２】
フィルム７は一般的に巻芯２１に巻かれている。本実施形態では、フィルム全体、およびフィルム外内周、および巻かれたフィルム内部を均一に加熱するため、透明樹脂製のパイプ状の巻芯２１などを用いて、巻芯２１の中央部に加熱源である熱線ランプ２３を設けている。熱線ランプ２３は、フィルム７の特性に応じて加熱効率の高い波長をもった赤外線などが望ましい。また、フィルム幅全体を加熱するため、赤外線ランプ長はフィルム幅相当とする。
【００３３】
前記構造により、フィルム７がロール状に巻かれたロール状フィルム２０の全体に熱線が透過することにより、ロール状フィルム２０の内部から均一に加熱することができる。また、ロール状フィルム２０の外周に、内部からの熱線を反射するリフレクタ２２を装備することで、反射光による熱線でもフィルム７を加熱することができる。
【００３４】
巻芯２１の表面に熱電対などの温度センサを設置することにより、熱線ランプ２３の出力を調整することによってフィルム温度を所定の温度に調整することができる。
【００３５】
また、巻芯２１の中央部からの加熱ではなく、ロール状フィルム２０の外周から加熱する構成であってもよい。例えば、温風などによる加熱の場合は、ロール状フィルム２０の表面温度を測定するための測定手段が必要となる。
【００３６】
次に、本加飾成形方式のプロファイルを図３を参照して説明する。
【００３７】
図３において、通常、成形工程における射出成形のサイクルは、金型閉→成形（樹脂射出，保圧，冷却）→金型開となる。そして加飾成形の場合、金型開の間に、絵柄が印刷されたフィルムを金型にセットする。また、成形部３の成形中に、印刷部２においてフィルム７に所定の絵柄を印刷する。
【００３８】
成形部３では、溶融した樹脂を所定量を射出し、かつ保圧，冷却といった成形工程を繰り返すことにより、金型温度は上昇／下降を繰り返し、一定の温度サイクルを繰り返すようになる。使用する樹脂の転移点温度や軟化点温度、あるいは対象とする成形体の大きさなどに依存するが、通常の加飾成形時に使用される材料であるＡＢＳ樹脂やポリカーボネート樹脂などでは、成形工程開始時の金型閉時では、金型温度は約４０〜６０℃に相当する。
【００３９】
本実施形態では、フィルム温度を成形開始時の金型閉時の温度にするために、巻出部１の熱線ランプ２３および印刷部２の定盤８上のヒーター９を、それぞれ所定の温度に調整する。このときの温度は、図４（ａ）に示すように、フィルムの転移点温度以下で、成形開始時の金型閉時の温度に合わせることが望ましい。
【００４０】
また、図１に示す構成のように、印刷部２と成形部３とを直結する場合は、金型温度を随時測定し、成形開始時の金型閉時における温度を測定し、この測定した金型温度になるように、印刷部２の定盤８上のヒーター９に対する温度制御を行うことが望ましい。ここで、フィルム送り時の温度降下分などを考慮して、金型温度にオフセットを加えた所定の温度に加熱する場合もある。
【００４１】
これにより、印刷時および成形開始時の金型閉時における第１金型５上のフィルム伸縮は同じ状態を維持し、印刷された絵柄も新たに伸縮することなく、第１金型５上に吸着固定され、射出成形することができるため、絵柄と成形体とのずれも抑制することができる。
【００４２】
さらに、印刷時と成形時において、一定のテンションをそれぞれの箇所でフィルム７に加えることにより、フィルム７の伸縮を揃えることができるため、印刷時と成形時の絵柄の形状精度が向上する。
【００４３】
さらに、絵柄印刷の方式として、インクジェット方式などによりフィルム７に印刷する際、ＵＶ光などでインクを硬化させる場合には、ＵＶ光が持つ照射エネルギーによりフィルム７が加熱される。
【００４４】
実施形態１においては、図５に示すように、印刷部２の定盤８上のヒーター９の加熱部位を、フィルム７を投入する部分を加熱する領域（１）と、印刷が済んだフィルム７の絵柄を加熱／冷却する絵柄加熱領域（２）と、印刷時にフィルム７を固定する印刷領域（３）と、フィルム７が通らない領域（４）との４領域にて構成して、それぞれ加熱状態が個別に制御可能になっている。
【００４５】
この場合、印刷時にフィルム７を固定する領域（３）は、ヒーター９などの加熱機能と、水冷などの冷却機能を定盤８に設けることにより、ＵＶ光などによる外部からの熱源に対して、冷却機能によってフィルム７の温度上昇を抑制することで、外部からの熱に対するフィルム７の伸縮を抑え、設定したフィルム温度を維持することができる。
【００４６】
また、送風による乾燥硬化の場合は、加熱機能によりフィルム７の温度降下を抑制することで、フィルム温度を維持することができる。その結果、印刷時と成形時とのフィルム温度を所定の温度に維持することができる。
【００４７】
さらに、図６に示すように、フィルム７の端部から所定の距離α以上離した位置で、かつフィルム７の中央部に絵柄を配置して印刷することにより、インクジェット方式などで印刷し、印刷後にＵＶ光などで硬化させても、内部応力が蓄積されたフィルム端部の影響を除くことができる。さらに、成形部３において、当該フィルムを用いて成形しても、絵柄の部分は位置ずれが少なくなり、位置合わせ精度を、さらに向上させることができる。
【００４８】
本実施形態におけるフィルムに対する温度設定とテンション設定についてまとめると、以下のようになる。
【００４９】
印刷工程のフィルム７の加熱温度と、第１金型５あるいは第２金型６の少なくともいずれか一方の配置工程における金型温度を略同一に設定する。
【００５０】
また、印刷工程のフィルム７の加熱温度と、第１金型５あるいは第２金型６のいずれか一方の配置工程における金型温度を、フィルム７のガラス転移点以下の温度に設定する。
【００５１】
また、印刷工程のフィルム７の加熱温度を、配置工程の第１金型５の温度と成形工程の第１金型５の温度との間の温度、あるいは配置工程の第２金型６の温度と成形工程の第２金型６の温度との間の温度に設定する。
【００５２】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施形態２における加飾成形方法を実現するシステム全体の構成図である。なお、以下の説明において、図１，図２にて説明した同じ構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明は省略する。
【００５３】
実施形態２では、図７（ａ）に示すように印刷部２に印刷後のフィルム７を巻き取る巻取部１７と、図７（ｂ）に示すように成形部３にフィルム７を巻き出す巻出部１８とを備えて、印刷部２と成形部３を分離する構成にしている。
【００５４】
前記実施形態１の構成の場合には、最終成形品の完成タクトは、フィルム７の単位長さ当たりの印刷時間や成形時間に相当し、印字部２と成形部３のそれぞれのタクトの長い方に支配されるため、必ずしも、効率的ではない場合がある。しかしながら、実施形態２では、この課題を解決するために、印刷後に巻取部１７を設けると共に成形部３に巻出部１８を設けることにより、印刷部２と成形部３は、それぞれ独立したタクトで実施することができるため、効率が向上する。
【００５５】
この場合、巻取部１７と巻出部１８には、フィルム温度を制御する実施形態１における巻出部１の加熱部１２と同様の加熱機構を設ける。
【００５６】
これにより、実施形態２の場合でも、印刷部２のフィルム７の巻取部１７および成形部３の巻出部１８を、成形開始時の金型閉時における温度に制御することにより、フィルム７の伸縮は成形開始時の金型閉時の温度で維持され、印刷時の絵柄の大きさが成形時も維持され、実施形態１の場合と同様の結果を得ることができる。
【００５７】
このとき、印刷時の絵柄を印刷する直前のフィルム７の伸縮状態と、絵柄を印刷した後のフィルム７の伸縮状態がインク特性の違いにより異なる場合でも、図４（ｂ）に示すように、印刷時と成形時の温度とテンション（張力）をそれぞれ個々に設定（張力Ａ，Ｂ）することより、フィルム７の伸縮量を維持することができ、印刷時と成形時における絵柄の形状精度を向上させることができる。
【００５８】
このように、実施形態１，２の加飾成形方法によれば、フィルム特性やインクの特性にバラツキが発生しても、また、印刷工程での外乱が発生しても、フィルムが常に設定された温度と設定されたテンションに維持されるため、印刷時と成形時のフィルムの伸縮を維持することができ、射出成形後の成形体への絵柄の位置精度、および絵柄の形状精度を向上することができ、成形体の外観品位を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、成形時の金型温度近傍にフィルムを加熱した状態で、フィルムに対して絵柄を印刷して、該フィルムを金型に挟み込んで射出成形を行う加飾成形方法であるため、絵柄付き射出成形品の成形などの各種用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  巻出部
２  印刷部
３  成形部
４  巻取部
５  第１金型
６  第２金型
７  フィルム
８  定盤
９  ヒーター
１０  印刷ユニット
１２  加熱部
１３  巻取ローラ
１４  テンション測定装置
１５  テンション測定装置
１６  フィルム送り機構
１７  巻取部
１８  巻出部
２１  巻芯
２３  熱線ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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