JP2008031555A - スパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法及び樹脂成形品を固定する吊り掛け治具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂成形品の表面をプラズマ処理で洗浄及び表面改質活性化する樹脂表面洗浄・活性化工程S1と、次に、樹脂成形品の表面に金属をスパッタリングにより成膜する金属薄膜成膜工程S2と、続いて、樹脂成形品に成膜した金属薄膜上にスパッタリングによりニッケル又は銅等の導電化膜を成膜する導電化膜成膜工程S4と、最後にこの樹脂成形品を電気めっきする電気めっき工程とから成る。
【選択図】図2
Description
なお、従来の塗装用の樹脂成形品と、樹脂めっき用の樹脂成形品では、原料収縮率が異なるため塗装用の金型と樹脂めっき用の金型の2種類を準備する必要があった。
従来の装飾用途のクロムスパッタ法では、アンダーコートやトップコート・ハードコート塗装に起因するゴミ・ブツなどの歩留り低下の不安が大きく、多額な投資で塗装用クリーンルームを設置する必要があった。
本発明の成膜皮膜は真空チャンバー中でのスパッタされた金属と湿式電気めっきによる金属めっき膜であり、積層する膜はすべて金属となっており自動車用途に耐える耐磨耗性や耐久性などが付与可能である。また、塗装工程がないのでゴミ・ブツ不良を低減できる。従って、従来の一般的な湿式法による樹脂めっき法と装飾用クロムスパッタ法の欠点を同時に解消することができる装飾めっき品の製造方法を提供することにある。
前記金属薄膜成膜工程(S2)の次に、樹脂成形品(W)に成膜した金属薄膜をプラズマ処理による表面改質処理で活性化する成膜表面活性化処理工程(S3)を更に備えることが好ましい。
前記スパッタリング装置の真空チャンバー内において、複数の吊り掛け治具(11)に樹脂成形品(W)を吊り下げ、各吊り掛け治具(11)をその回転軸線(L)で回転させながら、複数の吊り掛け治具(11)をその回転軸が円形の軌跡上をなぞり、公転するように移動させてスパッタリング処理することが好ましい。
前記樹脂表面洗浄・活性化工程(S1)は、真空雰囲気内において、前記樹脂成形品(W)の表面に、アルゴンと微量酸素を注入してプラズマ処理による表面改質処理することが好ましい。
例えば、前記金属薄膜成膜工程(S2)は、真空雰囲気内において、0.01〜50%にイオン化された金属を、前記樹脂成形品(W)の表面に成膜することができる。
前記金属薄膜成膜工程(S2)では、膜厚が0.01〜2.0μm程度になるように成膜する。
前記導電化膜成膜工程(S4)では、膜厚が0.1〜5.0μm程度になるように成膜することが好ましい。
例えば、前記装飾仕上げめっき(S10)では、3価クロムめっき、クロムめっき、錫/ニッケル合金めっき、ルテニウム又は金めっきなどのめっき処理を施す。
前記回転板(14)の間において、立て掛けた隣接する吊り下げ棒(12)の間に隔壁(15)を更に設けることが好ましい。
スパッタリング装置内において、凹凸面を有する樹脂成形品(W)を回転させながらその表面にスパッタリング処理することにより、その表面に金属を均一に成膜することができる。
樹脂との密着性を得る目的で処理する金属薄膜成膜工程(S2)の次に成膜表面活性化処理工程(S3)を付け加えることで、導電化膜成膜工程(S4)の際に処理する導電化膜の密着力が強固になる。
導電化膜成膜工程(S4)の次に通常の樹脂めっきと同様な電気めっきを施すだけで、最終の樹脂めっき製品を生産することができる。
図1は実施例1のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法を示す工程図である。図2は光沢ニッケルめっき方法の一例を示すものであり、(a)は樹脂導電化処理の工程図、(b)は湿式電気めっき工程図である。
本発明の実施例1のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法は、樹脂成形品Wを治具にセットし、樹脂表面洗浄・活性化工程S1で、スパッタリング装置内において、真空雰囲気状態で樹脂成形品Wの表面をプラズマ処理で洗浄及び表面改質活性化し、次に、金属薄膜成膜工程S2で、同じくスパッタリング装置内において、樹脂成形品Wの表面に、酸素との結合力の強い金属の単一、又は酸素との結合力の強い金属を含む合金を、をスパッタリングにより成膜し、続いて金属薄膜成膜工程S2の次の成膜表面活性化処理工程S3で、樹脂成形品Wに成膜した金属薄膜をプラズマ処理による表面改質処理で活性化し、最後に導電化膜成膜工程S4で、樹脂成形品Wに成膜した金属薄膜上に、所定の金属をスパッタリングにより導電化膜を成膜する方法である。
このように、乾式法のマグネトロン・スパッタ法等により、樹脂成形品Wの表面改質と金属成膜を行い、導電性を付与する。この樹脂導電化処理を施した樹脂成形品Wは治具から取り外し、後述するように電気めっき工程S5〜S10で電気めっき処理を施す。
この樹脂表面洗浄・活性化工程S1は、マグネトロン・スパッタ法の他に、アークプラズマ蒸着法でのプラズマ処理法を使用することができる。
本発明のスパッタリング処理の際に樹脂成形品を固定する吊り掛け治具11は、真空チャンバー(図示していない)内において回転するように設けた吊り下げ棒12と、この吊り下げ棒12に樹脂成形品Wを固定する引っ掛け具13を取り付けたものである。このよう構成した吊り掛け治具11には、各引っ掛け具13に樹脂成形品Wを取り付ける。図示例の樹脂成形品Wは自動車のドアハンドルを示している。このドアハンドルは一例に過ぎず、凹凸形状を有する樹脂成形品Wであれば本発明の吊り掛け治具11に適している。
吊り掛け治具11は、真空チャンバー内において、上下方向に配置した2枚の回転板14と、上下回転板14の間に、円周方向に間隔を開けて着脱自在に立て掛けて使用するようになっている。上下回転板14の間において、吊り掛け治具11の間に隔壁15を設けた。この隔壁15は、金属ターゲット52からスパッタリングされた金属が目的とする樹脂成形品Wに隣接する別の樹脂成形品Wに成膜することを防止するためである。
最後に3価クロムめっき、錫/ニッケル合金めっき、ルテニウム又は金めっきなどの装飾仕上げめっきS10を施してめっき処理を終了する。勿論、従来から利用されている6価クロムからのクロムめっきも使用可能である。
この電気めっき工程S6〜S10は一例であって、これ以外の金属をめっき処理できることは勿論である。
光沢硫酸銅めっき30μm、半光沢ニッケルめっき10μm、光沢ニッケルめっき10μm、マイクロポーラスニッケルめっき1.3μm、クロムめっき0.35μm程度の電気めっきを行い、後述するピーリング密着試験や、サーマルサイクル試験等の樹脂めっき機能試験を実施し、めっき製品の評価を行った。
(1)予備試験(樹脂プレート)
樹脂プレートを使って材料別の密着強度、成膜前の樹脂の表面洗浄・活性化に酸素注入の効果があるか、樹脂材料による差、無機フィラーの影響等を概略的に調べた結果を図8の「表1 プレート密着測定結果」に示した。この表1の結果のように樹脂表面洗浄処理時の酸素ガス注入によって密着性が向上することがわかった。但し、ABS樹脂プレートに関しては酸素ガス注入の効果は高くなかった。ABS樹脂プレート試験には樹脂厚みを変えた3段プレート(ゲート=3mm/2mm/1mm=下段)を使って試験をおこなった。膜厚が厚いところの方が密着力が高く、形状や成形条件でも密着が変化することを予測させる結果となった。材料的には、ナイロン系、ABS系の樹脂の密着強度が高いことがわかった。
試験条件を図9の「表2 スパッタリング実験条件」に示した。めっき密着性用成膜金属はニッケル・クロム合金(合金比=50:50)とクロム(99.9%)品の2種類の試験をおこなった。導電化膜は金属銅(99.9%)をターゲットとして使用した。
図10〜図12の「表3 実製品密着測定結果(Ni−Cr)No1」、「表4 実製品密着測定結果(Ni−Cr)No2」にニッケル・クロム合金での結果を、「表5 実製品密着測定結果(Cr)」にクロムでの結果を示した。
「表2 スパッタリング実験条件」に示した実験条件4、実験条件8、実験条件10の条件で密着力の高い樹脂めっきが作れることがわかった。特に、PA/ABS樹脂は密着力がmax4.75Kgf/cm=約47N/cmの高い数値を示した。その他の材料でも適正な条件を選択すれば量産化が可能である。
PC/ABS樹脂めっき試作品(Ni/Cr実験条件10の製品)及びPA/ABS樹脂めっき試作品(同じ条件)を−30℃/0.5Hr⇒80℃/0.5Hrを1サイクルとして、120サイクルのサーマルショック試験をおこなったが、パート部分の樹脂層薄膜剥離によるめっき浮き現象は確認されなかった。従って、本発明の方法を使えば安全な樹脂めっき部品を量産化できることがわかった。
樹脂表面洗浄・活性化工程S1を実施した後の表面観察を走査型電子顕微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)およびAFM(Atomic Force Microscope;原子間力顕微鏡)を用いて行った。
SEM観察結果を図13に、AFM観察結果を図14に示す。
SEM観察ではプラズマ未処理と処理表面との差が不明瞭であったが、AFM観察ではプラズマ処理を行うことで、樹脂表面に凹凸が出来ることが確認することができた。
従来の樹脂めっきでは、このSEM像程度の凹凸ではめっきのアンカー効果が得られないため、自動車部品規格を満足するめっき密着力は得られるものではないが、本方法では現状程度の表面凹凸で自動車部品規格を満足する密着力が得られている。
この官能基が金属薄膜成膜工程S2のスパッタリング金属が化学結合することで樹脂との密着力が発生する。
その結果、原料によって密着の良い条件と悪い条件があり、原料によってプラズマ処理条件を選択する必要があることが分かった。また、ドアハンドルのRH(右側)とLH(左側)でも、密着力が大きく異なる場合もあることから、成形の条件によっても密着力が異なることが分かった。
図16の表22-1、図17の表22-2に示すように、いずれの樹脂も樹脂表面洗浄・活性化工程S1のイオン照射が未実施であれば密着性が悪く、湿式電気めっき工程後でフクレが発生する傾向が見られた。PA系樹脂はNi系のスパッタリングが良好であるが、PC/ABSは湿式電気めっき工程後の製品外観においてめっきフクレが無い状態で密着の良い条件が少なく、PC/PETについては、いずれの条件も湿式電気めっき工程でめっきフクレが発生し、密着力の良い条件は見いだせなかった
図18の表23に示すように、プラズマ処理未実施であればいずれの樹脂も、Ni系のスパッタリング実験(表22-1)と同様に密着性が得られない。プラズマ処理を実施すると、Ni系のスパッタリング実験とは逆の結果を示し、PA系の原料は密着性が悪く、PC/ABSとPC/PETは1.0kgf/cm以上のピーリング強度が得られた。
図19の表24に示すように、プラズマ処理未実施であればいずれの樹脂も密着性が得らない。PA/ABS(フィラー入り)の1条件以外はいずれも密着性が悪かった。
S2 金属薄膜工程
S3 成膜表面活性化処理工程
S4 導電化膜成膜工程
S5 活性化工程
S6 光沢硫酸銅めっき
S7 半光沢ニッケルめっき
S8 光沢ニッケルめっき
S9 MPニッケルめっき(マイクロポーラスニッケルめっき)
S10 装飾仕上げめっき
11 吊り掛け治具
12 吊り下げ棒
13 引っ掛け具
14 回転板
15 隔壁
52 金属ターゲット
W 樹脂成形品
Claims (17)
- スパッタリング装置内において、真空雰囲気状態で樹脂成形品(W)の表面をプラズマ処理で洗浄及び表面改質活性化する樹脂表面洗浄・活性化工程(S1)と、
次に、同じくスパッタリング装置内において、前記樹脂成形品(W)の表面に、金属をスパッタリングにより樹脂との密着性を確保するために成膜する金属薄膜成膜工程(S2)と、
続いて、前記金属薄膜成膜工程(S2)により樹脂成形品(W)に成膜した金属薄膜上に、スパッタリングにより導電化膜を成膜する導電化膜成膜工程(S4)と、
前記導電化膜成膜工程(S4)が終了した樹脂成形品(W)を電気めっきする電気めっき工程と、から成り、
樹脂成形品(W)の凹凸面に金属を均一に成膜する際に、前記スパッタリング装置内において樹脂成形品(W)を回転させながらその表面にスパッタリング処理する、ことを特徴とするスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。 - スパッタリング装置内において、真空雰囲気状態で吊り掛け治具(11)に取り付けた樹脂成形品(W)を自転するように回転させながらプラズマ処理で洗浄及び表面改質活性化する樹脂表面洗浄・活性化工程(S1)と、
次に、同じくスパッタリング装置内において、吊り掛け治具(11)に取り付けた樹脂成形品(W)を金属ターゲット(52)の前へ公転するように移動させ、そこで自転させながら、金属をスパッタリングにより樹脂との密着性を確保するために成膜する金属薄膜成膜工程(S2)と、
続いて、前記金属薄膜成膜工程(S2)により金属薄膜を成膜した樹脂成形品(W)を別の金属ターゲット(52)の前に公転するように移動させ、そこで自転させながら、スパッタリングにより導電化膜を成膜する導電化膜成膜工程(S4)と、
前記導電化膜成膜工程(S4)が終了した樹脂成形品(W)を電気めっきする電気めっき工程と、から成る、ことを特徴とするスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。 - 前記金属薄膜成膜工程(S2)の次に、樹脂成形品(W)に成膜した金属薄膜をプラズマ処理による表面改質処理で活性化する成膜表面活性化処理工程(S3)を更に備えた、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記スパッタリング装置の真空チャンバー内において、吊り掛け治具(11)に樹脂成形品(W)を吊り下げ、該吊り掛け治具(11)をその回転軸線(L)で回転させながらスパッタリング処理する、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記スパッタリング装置の真空チャンバー内において、複数の吊り掛け治具(11)に樹脂成形品(W)を吊り下げ、
各吊り掛け治具(11)をその回転軸線(L)で回転させながら、複数の吊り掛け治具(11)をその回転軸が円形の軌跡上をなぞり、公転するように移動させてスパッタリング処理する、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。 - 前記樹脂表面洗浄・活性化工程(S1)は、真空雰囲気内において、前記樹脂成形品(W)の表面に、空気を微量残留させた状態でアルゴンガスのプラズマ処理する、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記樹脂表面洗浄・活性化工程(S1)は、真空雰囲気内において、前記樹脂成形品(W)の表面に、アルゴンと微量酸素を注入してプラズマ処理による表面改質処理する、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記金属薄膜成膜工程(S2)は、真空雰囲気内において、前記樹脂成形品(W)の表面に酸素との結合力が強い金属の単一又は酸素との結合力の強い金属を含む合金をスパッタリングにより成膜する、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記金属薄膜成膜工程(S2)は、真空雰囲気内において、0.01〜50%にイオン化された金属を、前記樹脂成形品(W)の表面に成膜する、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記金属薄膜成膜工程(S2)では、膜厚が0.01〜2.0μm程度になるように成膜する、ことを特徴とする請求項1、2又は9のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記導電化膜成膜工程(S4)は、ニッケル又は銅を成膜する、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記導電化膜成膜工程(S4)では、膜厚が0.1〜5.0μm程度になるように成膜する、ことを特徴とする請求項1、2又は11のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記電気めっき工程は、光沢硫酸銅めっき(S6)、半光沢ニッケルめっき(S7)、光沢ニッケルめっき(S8)、MPニッケルめっき(マイクロポーラスニッケルめっき)(S9)の順で各めっき処理を施し、最後に装飾仕上げめっき(S10)を施してめっき処理を終了する、ことを特徴とする請求項1又は2のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- 前記装飾仕上げめっき(S10)では、3価クロムめっき、クロムめっき、錫/ニッケル合金めっき、ルテニウム又は金めっきなどのめっき処理を施す、ことを特徴とする請求項13のスパッタリングによる樹脂導電化を利用した装飾めっき品の製造方法。
- アルゴンプラズマ放電により金属ターゲット(52)の金属をスパッタリングして樹脂成形品(W)に成膜する際に、該樹脂成形品(W)を固定する吊り掛け治具(11)であって、
真空チャンバー内において回転する吊り下げ棒(12)と、該吊り下げ棒(12)に取り付けた、該樹脂成形品(W)を着脱自在に固定する引っ掛け具(13)と、から成り、
前記真空チャンバー内において、前記吊り下げ棒(12)を回転させながらスパッタリング処理するように構成した、ことを特徴とするスパッタリング処理の際に樹脂成形品を固定する吊り掛け治具。 - アルゴンプラズマ放電により金属ターゲット(52)の金属をスパッタリングして樹脂成形品(W)に成膜する際に、該樹脂成形品(W)を固定する吊り掛け治具(11)であって、
真空チャンバー内において、上下方向に配置した2枚の回転板(14)と、
前記回転板(14)の間に、円周方向に間隔を開けて着脱自在に立て掛けた複数の吊り下げ棒(12)と、
各吊り下げ棒(12)に取り付けた、該樹脂成形品(W)を着脱自在に固定する引っ掛け具(13)と、から成り、
前記真空チャンバー内において、前記上下の回転板(14)を回転させると同時に、各吊り下げ棒(12)も回転させながらスパッタリング処理するように構成した、ことを特徴とするスパッタリング処理の際に樹脂成形品を固定する吊り掛け治具。 - 前記回転板(14)の間において、立て掛けた隣接する吊り下げ棒(12)の間に隔壁(15)を更に設けた、ことを特徴とする請求項16のスパッタリング処理の際に樹脂成形品を固定する吊り掛け治具。
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