JP2004143764A - プラスチック製の水栓金具部品とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に金属装飾を施したプラスチック製の水栓金具部品において、従来のクロムメッキに伴っていた、メッキ層が割れたときに危険であるという問題を解消し、使用中に表面層が割れてケガをするという心配がなく、クロムメッキをしのぐ表面強度を有し、しかも、光沢クロム金属色以外のさまざまな色彩の表面を与えることのできるものを提供する。
【解決手段】水栓金具の形状をもつプラスチック成形品の表面に、シリコーン樹脂などのハードコート層を形成し、その上にスパッタリングにより金属（Ｔｉ、Ｔｉ−Ａｌ、Ｃｒなど）の層を設け、さらにこの金属のスパッタリング層の上に、窒素ガスやアセチレンガスを供給しながらイオンプレーティングを行なって、表面に、金属の色彩を有する硬質の金属化合物、たとえばＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＣｒＮ、ＺｒＮ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎなどの層を形成する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属装飾を有するプラスチック製の水栓金具部品と、その製造方法に関する。ここで、「金属装飾」とは、金属化合物によりゴールド、シルバー、ブロンズ、グレーおよびブラウンのような、光沢またはツヤ消しの金属的な外観を有するものをいう。「水栓金具部品」は、各種のハンドル、レバーの類、止水バルブ、蛇口その他の、水道に関する種々の部品を包含する。
【０００２】
【従来の技術】
水道の水栓金具であって、家庭や学校、宿舎、ホテル、公共の施設などで使用するものは、これまで、真鍮にクロムメッキを施して製造したものがほとんどであった。しかし、近年では、欧米の流行に影響されて、光沢クロムの金属色（業界では「ホワイト」とよぶ）以外の、さまざまな色が採用されるようになってきており、なかでも金色は、豪華な雰囲気を与えるとして人気がある。
【０００３】
材料としては、任意の形状に容易に加工できること、軽量であることなどの理由で、プラスチック成形品の使用が盛んである。種々のプラスチックが使用可能であるが、成形の容易さと強度が高いこと、また、価格が安いことを買われて、ＡＢＳ樹脂が最適とされている。ただし、プラスチック成形品のままでは美観に乏しく、安物に見えるので、クロムメッキなどの表面処理を施すことが普通である。
【０００４】
プラスチック成形品へのクロムメッキは、まず銅の無電解メッキ（厚さ１０〜２０μｍ）を行なって電解メッキの拠点をつくり、その上にニッケルを電解メッキ（厚さ１０〜２０μｍ）し、最後にクロムの電解メッキ（厚さ０．１〜０．３μｍ）を行なうという手順に従う。この技術は確立されたものであり、低コストで光沢クロムメッキを実現することができるが、三次元的に複雑な形状をもつものは、メッキ厚さを均一にすることが困難であり、とくに、蛇口のレバーとして好まれる、中央部がカットされた形状のものは、内部にメッキが行き渡らず、膜厚分布の乱れが大きいという、製造上の問題がある。
【０００５】
より重要な問題は、プラスチック成形品表面のメッキ層は、割れたときに、銅−ニッケルの層で鋭角の割れ目が生じ、しばしば、触れた者がケガをするということである。膜厚の不均一な部分は、割れに弱く、危険な裂け目ができやすい。このようなメッキ層の割れが生じる原因は、やはり、温水−冷水の接触による温度変化の繰り返しにあると考えられる。熱膨張率を比較すると、つぎのようにプラスチックと金属では大きな差があり、プラスチックと金属層との界面で剥離が生じやすいのは当然といえる。

【０００６】
現実に、蛇口のレバー製品でケガをしたという需用者が、少なからずいる。そのためにメッキ製品の製造販売をやめた業者もあり、メッキを施さず、塗装などで対応していることもあるが、そのような商品は表面硬度が不足で傷が付きやすいという弱点があり、あまり好まれない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、プラスチック製であって表面に金属光沢のある装飾を設けた水栓金具部品において、従来のクロムメッキに伴っていた、メッキ層が割れたときに危険であるという問題を解消し、使用中に表面層が割れてケガをするという心配がなく、クロムメッキをしのぐ表面強度を有し、しかも、光沢クロム金属色以外のさまざまな色彩の表面を与えることのできるプラスチック製の水栓金具部品と、その製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の金属装飾を有するプラスチック製の水栓金具部品は、水栓金具の形状をもつプラスチック成形品の表面に、ハードコート層、スパッタリングにより形成した金属層およびイオンプレーティングにより形成した金属化合物層を順次設けてなるものである。
【０００９】
金属装飾を有するプラスチック製の水栓金具部品を製造する本発明の方法は、水栓金具の形状をもつプラスチック成形品の表面にハードコート層を形成し、ついで金属のスパッタリング層を設け、その上にイオンプレーティングを行なって金属化合物の層を設けることからなる。
【００１０】
【発明の実施形態】
水栓金具の形状をもつ成形品を構成するプラスチックとしては、常用されている各種の材料、すなわちナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート−ポリエチレンテレフタレート共重合体、ポリカーボネート−ポリエチレンテレフタレート共重合体、ポリカーボネート−ポリブチレンテレフタレート共重合体、ＡＢＳ樹脂またはポリカーボネート−ＡＢＳ樹脂共重合体などから、任意のものを選んで使用することができる。前述のように、ＡＢＳ樹脂が最適である。成形方法も、射出成形、プレス成形、押出成形と後加工の組み合わせなど、任意に選択できるが、射出成形が最適である。
【００１１】
ハードコート層としては、比較的硬度の高い塗膜を与える塗料を使用する。それにより、最終製品の表面に傷がつきにくいものが得られる。常用のポリウレタン塗料またはシリコーン塗料が好適に使用でき、鉛筆硬度にしてＨ〜５Ｈの塗膜が得られる。ハードコート層により、プラスチック製の水栓金具部品表面に成形時に生じた凹凸の影響を防いで、表面が平滑で外観のすぐれた、密着性のある金属装飾を施すことができる。この層の厚さは、５〜３０μｍの範囲にえらぶのが適切であり、通常は１５μｍ以内、１０μｍ程度の厚さで足りる。
【００１２】
スパッタリングにより形成する金属の層は、Ｔｉ、Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物または合金、ＣｒまたはＺｒの層が有用である。ターゲットとしてこれらの金属または合金を使用するスパッタリング技術が既知であり、それにしたがって、ハードコート層上のスパッタリング層を形成すればよい。スパッタリングにより金属層を形成することは、金属層の上に形成されるイオンプレーティング層の密着性を、きわめて高いものにするという利益がある。
【００１３】
イオンプレーティングの技術もまた既知であって、上記したスパッタリングのターゲットの使用と、選択されたガスの供給とを組み合わせることにより、スパッタリング層の上に、所望の金属化合物の層を形成することができる。供給ガスは、窒化物の形成にはＮ_２ガス、炭化物の形成にはアセチレンガス、炭窒化物の形成には（Ｎ_２＋アセチレン）ガスが好適である。スパッタリングの対象とする金属と、イオンプレーティングにより形成する金属化合物の金属とは、同種であっても、異種であってもよい。後者の例を挙げれば、Ｔｉのスパッタリング層の上に、ＣｒＮのイオンプレーティング層を設けるというような組み合わせが可能である。
【００１４】
いうまでもないが、形成する金属化合物の層は、それ自体で美しい外観を与えるとともに、高い硬度を有するものが好適である。具体的な金属化合物は、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＣｒＮ、ＣｒＣ、Ｃｒ（Ｃ，Ｎ）、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＺｒＮ（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｃおよび（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｃ，Ｎ）である。
【００１５】
【実施例】
ＡＢＳ樹脂の射出成形により、図１に示す形状をもつ水栓レバー素材を成形した。この素材は、長さ１２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍである。その表面に、シリコーン塗料「ＵＶ硬化型アクリルシリコーンＸ−４１−２４１５」（信越シリコン製）を塗布して乾燥させ、硬度２Ｈのハードコート層を形成した。このハードコート層の厚さは、約１０μｍである。クロムターゲットを用いたスパッタリング（真空度２．０×１０^−３Ｔｏｒｒ）により、この水栓レバー素材の表面に、厚さ０．０５μｍのクロム層を形成した。その後、スパッタリング装置内に窒素ガスを供給して（圧力５．０×１０^−３Ｔｏｒｒ）イオンプレーティングを行ない、厚さ０．２μｍのＣｒＮ層を形成した。このようにして、外観が美しいシルバーグレー色の金属装飾をもった水栓レバーを得た。
【００１６】
上記のプラスチック製で金属装飾を有する水栓レバーについて、水栓金具業界で品質確認のためによく行なわれている試験を行ない、それぞれ下に記す結果を得た。
［表面硬度試験］　ＪＩＳ　Ａ４４２０
鉛筆硬度３Ｈ以上（ＣｒＮ層は実質硬さ２０００Ｈｖを有するため、傷がつきにくい。）
［密着性試験］　ＪＩＳ　Ｈ８６３０
セロテープ剥離試験：カッターナイフによるマス目の剥離はゼロ。
［キャス試験］　ＪＩＳ　Ｈ８５０２
２４時間：異種金属のコーティング膜がないため、腐食は全く問題ない。
【００１７】
［ヒートサイクル試験］　ＪＩＳ　Ａ４４１１
１００℃の雰囲気に１時間→−２０℃の雰囲気に１時間のサイクルを１０回繰り返したのち、密着の状況を確認したところ、問題はなかった。
［耐沸騰水試験］
９５±５℃の沸騰水に１時間浸漬したのち常温に戻し、セロテープ剥離試験を行なった。マス目剥離は起こらなかった。
【００１８】
［落球試験］
水平に置いた水栓レバーの上に、重さ５００ｇの鋼球を、２０ｃｍの高さから落下させた。鋼球が当たった部分に凹みを生じたが、表面層はその変形に追従しており、割れや剥離は観察されなかった。
［引張試験］
水栓レバーの両端を固定しておき、中央部に太さ約１ｍｍの鋼線を引っかけて、２０ｋｇの荷重を１分間かけた。鋼線の当たった部分が凹んだが、表面装飾層に割れや剥離は見当たらなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明にしたがえば、プラスチック製の水栓金具部品の表面に、ハードコート−スパッタリング−イオンプレーティングを順に行なうという簡易な方法により、プラスチックとよく密着した装飾被膜を形成し、表面の金属化合物の被膜により金属装飾を行なうことができる。色調は、形成する金属化合物の選択によって、ゴールド（ＴｉＮ，ＺｒＮ）、シルバー（ＴｉＣ）、ブロンズ（ＴｉＣＮ）、シルバーグレー（ＣｒＮ）およびブラウン（ＴｉＡｌＮ）など、さまざまなものが実現可能である。
【００２０】
この被膜はプラスチック成形品によく密着しており、割れを生じる心配が少なく、安全性が高い。その理由について考えると、各層の厚さが薄いことと、その間の密着性がよいこととが挙げられる。まず、ハードコート層は合成樹脂であって、プラスチック成形品の素材に適用したとき、素材表面を膨潤させて付着しているから、よく一体化している。その上に形成したスパッタリングによる金属層は、ハードコート層に打ち込まれた粒子を基礎とし、そこへ金属粒子が積層することで形成されていて、温度変化にもとづく面方向の伸縮を吸収ないし緩衝する性能がある。
【００２１】
本発明の金属装飾層は、スパッタリングによる金属層の厚さが０．１μｍ以下という薄いものであり、イオンプレーティングによる金属化合物層の厚さも０．２μｍ程度で、合わせても、サブミクロンのオーダーの厚さであるから、従来の光沢クロムメッキを構成していた金属層の厚さ（合計２０〜４０μｍ）にくらべれば、格段に薄い。プラスチックの基材が温度変化により伸縮するとき、厚い金属層よりも薄い（金属／金属化合物）層の方が追従しやすいことは、容易に理解されるであろう。
【００２２】
クロムメッキは上記のように厚いものであり、基材のプラスチック層とは明確な界面を形成して付着しているため、温度変化による応力が加わると、割れてプラスチックとの界面で剥離する。その破面は、メッキが硬質であるため、鋭角になりやすい。これに対し、本発明のスパッタリングによる金属層は、微少な粒子が集積したものであるため、仮にプラスチック層から剥離することがあっても、いわゆる粉状剥離であって、鋭い破面が形成されることはない。このようなわけで、本発明のプラスチック製水栓金具部品は、安全で耐久性が高く、しかも低コストで提供可能な部品である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例において製造した水栓レバーの形状を示す図であって、Ａは平面図、Ｂは縦断面図。

Claims (6)

1. 水栓金具の形状をもつプラスチック成形品の表面に、ハードコート層、スパッタリングにより形成した金属層およびイオンプレーティングにより形成した金属化合物層を順次設けてなる、金属装飾を有するプラスチック製の水栓金具部品。
2. 水栓金具の形状をもつ成形品を構成するプラスチックが、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート−ポリエチレンテレフタレート共重合体、ポリカーボネート−ポリブチレンテレフタレート共重合体、ＡＢＳ樹脂またはポリカーボネート−ＡＢＳ樹脂共重合体から選んだものである請求項１のプラスチック製の水栓金具部品。
3. ハードコート層として、ポリウレタン塗料またはシリコーン塗料を使用した請求項１のプラスチック製の水栓金具部品。
4. スパッタリングにより形成した金属層が、Ｔｉ、Ｔｉ−Ａｌ合金、ＣｒまたはＺｒの層である請求項１のプラスチック製の水栓金具部品。
5. 金属化合物の層がＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＣｒＮ、ＣｒＣ、Ｃｒ（Ｃ，Ｎ）、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＺｒＮ（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｃまたは（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｃ，Ｎ）の層である請求項１のプラスチック製の水栓金具部品。
6. 水栓金具の形状をもつプラスチック成形品の表面にハードコート層を形成し、ついで金属のスパッタリング層を設け、その上にイオンプレーティングを行なって金属化合物の層を設けることからなる金属装飾を有するプラスチック製の水栓金具部品の製造方法。

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