JP2015172228A

JP2015172228A - 表面構造体及び当該表面構造体の製造方法

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Publication number: JP2015172228A
Application number: JP2014048809A
Authority: JP
Inventors: 禎志戸谷; Sadashi Toya
Original assignee: Globeride Inc
Current assignee: Globeride Inc
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: CN104904686A; JP6157386B2

Abstract

【課題】光輝性を有する高光輝性部と光輝性が抑制された低光輝性部とからなる微細なパターンを形成可能な表面構造体を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る表面構造体は、表面が粗面化された本体と、当該本体の表面に形成され、平滑な表面を有するパターン層と、前記本体及び前記パターン層の表面に物理蒸着された金属被膜層と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、様々な工業製品の表面に形成される表面構造体に関し、より具体的には、物理蒸着により形成された金属被膜層を有する表面構造体に関する。本発明が適用される工業製品には、釣竿、リール、クーラーボックス、及びルアー等の釣具、並びに、ゴルフクラブシャフト等のゴルフ用品が含まれるが、これらには限られない。

物理蒸着によって形成された金属被膜層を有する表面構造体として、特開平１０−２３７６２２号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。かかる表面構造体は、一部が粗面化された下地層と、当該下地層の表面に物理蒸着により形成された金属被膜層とを有する。当該表面構造体においては、下地層の粗面化されていない部分に形成された金属被膜層は高い光輝性を有する一方、粗面化された部分に形成された金属被膜層は光を乱反射するため、当該部分の光輝性は低くなっている。

特開平１０−２３７６２２号公報

上記の特許文献１に記載された表面構造体では、サンドペーパー等の研磨材で下地層の表面を研磨することにより下地層の表面を粗面化している。このような研磨材を用いた粗面化では、粗面化される部分を微細化することができない。したがって、上記特許文献１に記載の方法では、工業製品の表面に光輝性を有する部分と光輝性が抑制された部分とからなる微細なパターン（例えば、文字や細かい模様）を形成することができない。一方、工業製品の表面において、文字や細かい模様が周囲よりも高い光輝性を有するようにして、当該工業製品の装飾性を高めたいという要望がある。

そこで、本発明は、光輝性を有する高光輝性部と光輝性が抑制された低光輝性部とからなる微細なパターンを形成可能な表面構造体を提供することを目的とする。本発明のこれ以外の目的は、明細書全体を通じて明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る表面構造体は、表面が粗面化された本体と、当該本体の表面に形成され、平滑な表面を有するパターン層と、前記本体及び前記パターン層の表面に物理蒸着された金属被膜層と、を備える。

当該実施形態によれば、平滑な表面を有するパターン層の上に形成された金属被膜層は高い光輝性を有し、粗面化された本体の上（のパターン層が存在しない部分）に形成された金属被膜層は低い光輝性を有する。したがって、微細なパターンを有するパターン層を本体の上に形成することにより、光輝性を有する高光輝性部と光輝性が抑制された低光輝性部とからなる微細なパターンを有する表面構造体を形成することができる。なお、本発明の一実施形態においては、表面の平均粗度（Ra）が０．５μｍ以上の場合に、当該表面が「粗面化された」といい、表面の平均粗度（Ra）が０．３μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以下である場合に、当該表面は「平滑である」という。

本発明の一実施形態においては、パターン層を印刷により形成することができる。パターン層を印刷により形成することで、表面が平滑なパターン層を得ることができる。インクにおける溶剤の含有割合が高い場合には、当該溶剤が揮発することによりインク表面に凹凸が発生して表面粗度が大きくなるおそれがあるが、溶剤の含有割合を調整することにより、本体に転写されたインクの表面を平滑に保つことができる。印刷により、本体に形成されるパターン層は、微細なパターン（パターンの構成要素の幅が０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下）を有するように形成することができる。

また、本発明の他の実施形態におけるパターン層はシール又は繊維強化樹脂シートから成る。当該シールや繊維強化樹脂シートは平滑な表面を有する。本発明の一実施形態においては、微細にカットされたシールや繊維強化樹脂シートを本体に貼り付けることにより、微細なパターンを有するパターン層を形成することができる。

本発明の一実施形態に係る表面構造体の製造方法は、表面が粗面化された本体を準備する工程と、前記本体の表面に、平滑な表面を有するパターン層を形成する工程と、前記本体及び前記パターン層の表面に物理蒸着により金属被膜層を形成する工程と、を備える。

本発明の実施形態によって、光輝性を有する高光輝性部と光輝性が抑制された低光輝性部とからなる微細なパターンを形成可能な表面構造体を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る表面構造体の断面を拡大して模式的に示す図。本発明の一実施形態に係る表面構造体の外観を拡大して模式的に示す図。

以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、各図面において共通する構成要素に対しては同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。

図１は、本発明の一実施形態に係る表面構造体の断面を拡大して模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係る表面構造体は、釣竿、リール、クーラーボックス、及びルアー等の釣具、並びに、ゴルフクラブシャフト等のゴルフ用品等の様々な工業製品の表面に形成される。

図示のように、表面構造体１０は、工業製品の本体１１の表面に所定のパターンに従って形成されたパターン層１２と、本体１１のうちパターン層１２に覆われていない領域の上及びパターン層１２の上に形成された金属被膜層１３と、当該金属被膜層１３の表面に形成されたクリアー層１４と、を含む。

本体１１は、例えば、合成樹脂、繊維強化樹脂、金属、又はセラミック等の様々な素材を用いて、工業製品の形状に応じた形状に形成される。例えば、表面構造体１０が釣竿やゴルフクラブシャフトの表面に形成される場合には、本体１１は細長い筒状又は棒状に形成される。このような筒状又は棒状の本体を有する表面構造体が形成された工業製品の外観を図２に模式的に示す。

本体１１は、図示のように粗面化された表面１１ａを有する。この粗面化された表面１１ａは、例えばサンドペーパーを用いて本体１１の表面を研磨することにより得られる。本体１１の表面は、全体が粗面化されていてもよく、必要に応じて一部分だけが粗面化されていてもよい。

本発明の一実施形態においては、本体１１の表面を粗面化する代わりに、または、本体１１の表面を粗面化することに加えて、本体１１の表面に下地層（不図示）を形成し、この下地層の表面を粗面化することによって、表面が粗面化された本体１１を製作してもよい。この下地層は、塗装やメッキなどの公知の方法で、本体１１の表面に形成され得る。このように、本明細書において、本体の「表面が粗面化された」という場合には、本体（本体１１）の表面自体が粗面化された場合と、粗面化された下地層が本体（本体１１）の上に設けられている場合の両方を含む。粗面化された本体１１の表面の平均粗度（Ra）は、０．５μｍ以上であることが好ましい。

本発明の一実施形態に係るパターン層１２は、吹き付け塗装、しごき塗装、もしくは静電塗装等の各種塗装、又は、スクリーン印刷やインクジェット印刷等の各種の印刷を用いて本体１１の表面に形成される。スクリーン印刷を用いる場合には、所定のパターンを成す開口が形成された刷版を本体１１の上方に配置し、樹脂、顔料及び溶剤を含む塗料を開口に充填し、開口に充填した塗料をスキージを用いて開口から本体１１に向かって押し出すことにより、本体１１の上に所定のパターンを成すパターン層１２が形成される。インクジェット印刷によりパターン層１２を形成する場合に、パターン層１２はつやの有るインクを塗布することにより形成するとともに、本体１１の表面のパターン層１２が設けられる領域以外の領域にインクジェット印刷により入射光を乱反射させるインク（いわゆるつや消しインク）を塗布してもよい。このように、パターン層１２以外の領域にインクジェット印刷によりつや消しインクから成るインク層を形成することにより、パターン層１２の高さを周囲の部分（つまりインク層が形成された部分）と同程度の高さとすることができる。つや消しインクにより形成されたインク層の表面の平均粗度（Ｒａ）は、本体１１の表面の平均粗度（Ｒａ）と同様に０．５μｍ以上であることが好ましい。

本発明の一実施形態に係るパターン層１２は、例えば、シールや繊維強化樹脂シートであってもよい。例えば、シールや繊維強化樹脂シートを所定のパターンに裁断し、その裁断されたシールや繊維強化樹脂シートを本体１１の表面の所定位置に貼り付けることにより、本体１１の上に所定のパターンを成パターン層１２を形成することができる。パターン層１２として用いることができるシールは、例えばニッケル等の金属シールであってもよい。また、パターン層１２として用いることができる繊維強化樹脂シートは、カーボン繊維やガラス繊維等の強化繊維に合成樹脂を含浸したプリプレグシートであってもよい。繊維強化樹脂シートは、例えば、その表面を研磨することにより、平滑な表面を有するように形成される。

スクリーン印刷やシールの貼り付けを用いることにより、微細なパターンを成すようにパターン層１２を形成することができる。本明細書において、「微細なパターン」とは、パターンを構成する要素間の間隔（例えば、図１におけるパターン層１２の構成要素１２ａと構成要素１２ｂとの間隔）が、１ｍｍ以下であることをいう。構成要素間の間隔が１ｍｍ以下のパターンを研磨により形成することは極めて困難又は不可能である点に留意されたい。

スクリーン印刷やシートの貼り付けなどの方法でパターン層１２を形成することにより、パターン層１２の表面を平滑にすることができる。本発明の一実施形態において、パターン層１２の表面の平均粗度（Ra）は、０．３μｍ以下好ましくは０．２μｍ以下であることが望ましい。また、パターン層１２の厚みは、例えば、約１０μｍ〜約８０μｍの範囲にすることができ、より好ましくは、約２０μｍ〜約２５μｍの範囲にすることができる。

本発明の一実施形態に係る金属被膜層１３は、本体１１のうちパターン層１２に覆われていない領域の上及びパターン層１２の上に物理蒸着により形成される。蒸着材料としては、アルミニウム、チタン等の様々な金属を用いることができる。本発明で用いることができる物理蒸着には、イオンプレーティング、イオンビームデポジション、スパッタリング、及びこれら以外の当業者に知られている様々な物理蒸着法が含まれる。金属被膜層１３のうち、本体１１のパターン層１２に覆われていない領域の上に形成された部分は、後述するように光を様々な方向に反射し光輝性が低いので、本明細書において低光輝性部１３ａと称されることがある。また、金属被膜層１３のうちパターン層１２の上に形成された部分は、後述するように光を一定の方向に反射し光輝性が高いので、本明細書において高光輝性部１３ｂと称されることがある。

本発明の一実施形態に係る金属被膜層１３の厚みは、例えば、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲とすることができる。この厚みは、蒸着工程の時間を調整することにより調整することができる。金属被膜層１３の厚みが約５０ｎｍよりも薄くなると、金属被膜層１３を透過する光の量が増えるため、本体１１やパターン層１２が透けて見えるようになる。したがって、装飾的な効果として本体１１やパターン層１２を透かして見ることができるようにする場合には、金属被膜層１３の厚みを約１０ｎｍ〜約５０ｎｍとすることが望ましい。逆に、本体１１やパターン層１２を透けさせない場合には、金属被膜層１３の厚みは約５０ｎｍ以上とすることが望ましい。

一方、金属被膜層１３の厚みが約２００ｎｍを超えると、金属被膜層１３にひび割れ（「クラック」ともいわれる。）が生じやすくなる。特に、表面構造体１０が、釣竿の竿管やゴルフのシャフトなどの曲がる部材の表面に形成される場合には、このようなひび割れの問題が顕在化しやすい。かかる事情に鑑みて、金属被膜層１３の厚みは、一般に、約２００ｎｍ以下とすることが望ましい。しかしながら、金属被膜層１３の表面にひび割れが発生しづらい場合（例えば、クーラーボックスに適用する場合）もありえるため、金属被膜層１３の厚みは必ずしも２００ｎｍ以下には限られない。

クリアー層１４は、金属被膜層１３の表面を覆うように形成される。クリアー層１４は、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の透明または半透明の合成樹脂を、金属被膜層１３の表面に塗布することにより形成される。クリアー層１４は、無色であっても有色であってもよい。また、クリアー層１４には、装飾効果を高めるために、ガラスや金属粒子を混入させてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る表面構造体の製造方法について説明する。まず、サンドペーパー等を用いて本体１１の表面を研磨することにより、表面が粗面化された本体１１を準備する。上述のとおり、本体１１の表面に下地層を形成し、この下地層の表面を同様の手法で粗面化してもよい。次に、本体１１の表面に、所定のパターンを有するパターン層１２を形成する。このパターン層１２は、例えばスクリーン印刷により生成される。次に、本体１１のうちパターン層１２に覆われていない領域の上及びパターン層１２の上に、物理蒸着により金属被膜層１３を形成する。次に、金属被膜層１３の表面に透明又は半透明の合成樹脂を塗布し、クリアー層１４を形成する。このようにして、本発明の一実施形態に係る表面構造体１０が得られる。

本発明の一実施形態に係る表面構造体は以上のようにして製造されるが、上記の製造工程の一部を省略すること、上記以外の工程を追加すること、及び／又は、上述した製造方法を構成する各工程の順序を入れ替えることが可能であり、このような省略、追加、順序の変更がなされた製造方法も本発明の趣旨を逸脱しない限り本発明の範囲に含まれる。

以上のように構成された表面構造体１０に入射した光は、粗面化された本体１１の上に形成された金属被膜層１３の低光輝性部１３ａでは様々な方向に反射される一方、平滑な表面を有するパターン層１２の上に形成された高光輝性部１３ｂでは一定の方向に反射される。したがって、表面構造体１０の表面のうちパターン層１２が存在する部分は、パターン層１２が存在しない部分よりも光輝性が高くなる。パターン層１２は微細なパターンを成すように形成可能であるため、例えば、製品名等の文字、ロゴ、微細な装飾用の模様、及びこれら以外の微細な模様を成すようにパターン層１２を形成することができる。本発明の一実施形態によれば、このような微細なパターンを、低光輝性部１３ａと高光輝性部１３ｂとの光輝性のコントラストを利用して、明りょうに表現することができる。例えば、図２に示すように、「Ｐｒｏ−Ｓｔｙｌｅ」という文字に対応するパターンを成すパターン層１２を形成することにより、この文字に相当する部分が高光輝性部１３ｂとなり、文字以外の部分が低光輝性部１３ａとなるように、金属被膜層１３を形成することができる。これにより、「Ｐｒｏ−Ｓｔｙｌｅ」の文字が光り輝くように製品表面を装飾することができる。

金属被膜層１３は物理蒸着により形成されているため、ナノメートルオーダーの厚みを有するように形成できる。一方、パターン層１２は、スクリーン印刷や金属シートの貼付によって形成されるため、マイクロメートルオーダーの厚みを有する。よって、本発明の一実施形態においてパターン層１２の上に金属被膜層１３を形成しても、パターン層１２が金属被膜層１３に埋もれることがない。つまり、本発明の実施形態においては、パターン層１２の厚さは金属被膜層１３の厚さよりもはるかに厚いので、金属被膜層１３を形成した後であっても、パターン層１２の盛り上がりを視認することができる。これにより、パターン層１２の部分に存在する高光輝性部１３ｂがより際立つような装飾効果を得ることができる。本体や下地層の上に、光輝性粒子を含む合成樹脂を塗布することにより製品の表面に光輝性を提供することも行われている。しかしながら、光輝性粒子を含む合成樹脂を塗布して生成された光輝性層の厚みはマイクロメートルオーダーとなるため、パターン層１２が光輝性層に埋もれてしまい、パターン層１２で形成されるべきパターンが視認しづらくなったり、パターンの境界がぼやけてしまうことになる。これに対し、本発明の実施形態においては、物理蒸着によりナノメートルオーダーの厚さを有する金属被膜層１３を生成するため、パターン層１２によって表現されるべき所期のパターンをはっきりと視認することが可能となる。

本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。

１０表面構造体
１１本体
１２パターン層
１３金属被膜層
１４クリアー層

Claims

表面が粗面化された本体と、
当該本体の表面に形成され、平滑な表面を有するパターン層と、
前記本体及び前記パターン層の表面に物理蒸着された金属被膜層と、
を備える表面構造体。
前記金属被膜層の厚さが前記パターン層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の表面構造体。
前記パターン層が印刷又は塗装により形成され、又は、シールもしくは繊維強化樹脂シートから成ることを特徴とする請求項２に記載の表面構造体。
前記金属被膜層の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記パターン層の厚さが５μｍ以上８０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の表面構造体。
表面が粗面化された本体を準備する工程と、
前記本体の表面に、平滑な表面を有するパターン層を形成する工程と、
前記本体及び前記パターン層の表面に物理蒸着により金属被膜層を形成する工程と、
を備える表面構造体の製造方法。