JP4017222B2 - Manufacturing method of surface bright product - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表面光輝製品の製造方法に関し、特に真空金属化処理を利用して表面光輝製品を製造する場合に、湿式プロセスのような煩雑な処理を必要とすることなしに、容易かつ簡便に金属微粒子薄膜層を島状構造として、外力が作用した場合であっても金属微粒子薄膜層に亀裂を生じ難くし、またたとえ亀裂が生じたとしても錆の発生を極力抑制して、錆の拡大ひいては薄膜層や保護層の剥離を効果的に防止することにより、美麗な光輝化表面の安定した維持を可能ならしめようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、自動車のフロントグリルやサイドモール、オーナメント、さらにはウインドーの周縁部に装着される合成樹脂製のモールディング材として、あるいはアルミニウム合金やスチール製のホイール材として、一部または全面を真空金属化処理によって光輝化した、表面光輝製品と呼ばれるものが使用されている。
【０００３】
この種の材料は、通常、所定の形状に成形した合成樹脂製や金属製の基材の表面に、必要に応じてベースコート層を被覆したのち、スパッタリング等の真空金属化処理によって金属薄膜を被成し、その上にさらに透光性のトップコート層を形成することによって製造されている。
【０００４】
しかしながら、上記のようにして得られた表面光輝製品は、金属薄膜層が連続して形成されているが故に、以下に述べるような問題があった。
すなわち、表面に光輝化処理が施された成形品を車体等に取り付けて使用する場合、外部から外力を受けて撓んだり変形することがあり、このような場合に金属薄膜層には亀裂が生じ易い。また、ある種の用途においては、何らかの外力を受けた場合に、製品自身が撓んだり変形したりしてその力を吸収する機能が必要とされるが、ベースコート層やトップコート層はその復元能力を有するものの、金属薄膜層はその変形に追従できないため、やはり部分的に亀裂が発生するおそれが大きい。
【０００５】
金属薄膜層に、上記したような亀裂が発生すると、かかる亀裂から水等が浸入し、金属薄膜層に錆が発生する、しかもかような錆の発生領域が拡大すると、金属薄膜層やトップコート層で剥離が生じる。
このように、金属薄膜層に錆や剥離が生じた成形品は、その本来の機能を全うできず、成形品自体の装飾性が損なわれることは言うまでもない。
【０００６】
上記の問題を解決するものとして、特開昭64-47853号公報において、製品基材の表面に真空金属化処理によって被覆した金属微粒子薄膜層を、この金属を溶解し得る溶剤の中に浸して溶解エッチングを施すことにより、金属微粒子間の溝部の残留物を溶解除去し、その後にトップコートを被覆する方法が開発された。
上記の方法によれば、金属微粒子間の溝部にトップコートが浸透し、金属微粒子を包み込みつつ、トップコートとベースコートが強固に結合することから、外力により撓みや変形が生じたとしても金属微粒子薄膜層に亀裂が発生し難く、たとえ亀裂が発生したとしても個々の金属微粒子が独立しているので、錆の発生・拡大ひいては薄膜層やトップコート層の剥離を効果的に防止することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法には、以下に述べるような問題を残していた。
(1) 島状構造の金属微粒子を得るのに、溶剤中に浸して溶解させるという、湿式プロセスを別途必要とする。
(2) 真空金属化処理は乾式プロセスであるのに対し、島状金属微粒子間の溝部の残留物を除去する処理は湿式プロセスであることから、両者が一貫した連続プロセスとすることが難しい。
(3) 溶剤中に浸して溶解エッチングした後、その溶剤が酸性であればアルカリにより、一方アルカリであれば酸により中和処理し、さらに数度の水洗処理を必要とするので、処理が煩雑なだけでなく、大型の処理設備を必要とする（なお、溶剤の酸やアルカリが残存すると徐々にではあるが経時的に金属微粒子は溶解または腐食していくので、かような酸やアルカリは完全に除去する必要がある）。
(4) 溶剤の濃度や浸漬時間など、溶解エッチング条件を厳密に管理する必要がある（例えば、浸漬時間が長ければ過剰に溶解し、短ければ溶解不足となり、いずれの場合にも所望の島状構造を安定的に形成するのが難しい）。
【０００８】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、湿式プロセスのような煩雑な処理を別途に必要とすることなく、真空金属化処理工程にわずかの工夫を加えるだけで、容易かつ簡便に金属微粒子薄膜層を所望の島状構造とすることができる表面光輝製品の有利な製造方法を提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．製品基材の表面に、真空金属化処理によって、熱膨張係数が製品基材よりも0.15 × 10 -4 /K 以上小さい金属の微粒子からなる薄膜層を、該製品基材の温度が常温： 15 〜 25 ℃よりも低い低温で形成し、
ついで、この金属微粒子の薄膜層を被覆した製品基材の温度を該常温まで戻し、基材全体の体積を熱膨張させることによって、被覆した金属微粒子層に微細な溝状クラックを発生させ、該金属微粒子薄膜層がマクロ的には一体に連続した光輝表面にみえるものの、ミクロ的にはこの溝状クラックにより互いに分離された多数の独立した島状構造とし、
この状態で、製品基材の表面に透明な液状トップコートを塗布し、製品基材表面の金属微粒子層の全面を覆うと共に、この液状トップコートを溝状クラック内に浸透させて製品基材の表面と接触させることにより、独立した多数の島状構造の金属微粒子を包み込みつつ、製品基材の表面に強固に固着したトップコート層を形成する、ことを特徴とする表面光輝製品の製造方法。
【００１０】
２．製品基材が、その表面に予め合成樹脂製のベースコート層をそなえるものである、上記１記載の表面光輝製品の製造方法。
【００１１】
３．製品基材が、金属成形品である、上記１または２記載の表面光輝製品の製造方法。
４．製品基材が、非金属成形品である、上記１または２記載の表面光輝製品の製造方法。
５．製品基材が、合成樹脂成形品である、上記４記載の表面光輝製品の製造方法。
【００１２】
６．合成樹脂成形品が、ゴム状の弾性を呈する合成樹脂からなる、上記５記載の表面光輝製品の製造方法。
７．ゴム状の弾性を呈する合成樹脂が、熱可塑性エラストマー樹脂である、上記６記載の表面光輝製品の製造方法。
８．熱可塑性エラストマー樹脂が、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂またはスチレン系樹脂である、上記７記載の表面光輝製品の製造方法。
【００１４】
９．液状トップコートの塗布時に、製品基材を、常温： 15 〜 25 ℃を超える高温に保持してなる、上記１〜８のいずれかの項に記載の表面光輝製品の製造方法。
【００１５】
10．真空金属化処理が、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、エレクトロンビーム加熱蒸着法およびイオンプレーティング法のうちから選んだいずれかの方法である、上記１〜９のいずれかの項に記載の表面光輝製品の製造方法。
【００１６】
11．真空金属化処理に使用する金属材料が、クロム、ニッケル、アルミニウム、インジウム、鉛、チタン、鉄、金および銀のうちから選んだいずれかの金属、またはこれらの合金である、上記１〜10のいずれかの項に記載の表面光輝製品の製造方法。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づき具体的に説明する。
図１〜図７に、本発明に従う表面光輝製品の製造要領を図解する。
図１において、番号１は製品基材である。この製品基材１の材質については、金属および非金属とくに合成樹脂が有利に適合するが、その後に真空下で金属化処理を施すので、スポンジ状の多孔質材料は好ましくない。また、製品基材の機械的特性として、温度上昇に伴う熱膨張力が、後述する金属微粒子の薄膜層の面方向の引張り力よりも大となるような形状にする必要がある。
【００２１】
製品基材１は、その表面が平滑であれば、そのまま次工程の真空金属化処理に供することができるが、かかる真空金属化処理に先立ち、図２に示すような弾性伸縮可能な合成樹脂のベースコート層２を予め形成しておくことが有利である。というのは、かようなベースコート層２を形成すると、基材表面が一層平滑になるだけでなく、次工程の真空金属化処理の際に金属微粒子との密着性が向上し、さらにはトップコート層との密着性の向上にも有効に寄与するからである。
【００２２】
ついで、好ましくはベースコート層を被覆した製品基材の表面に、真空金属化処理により、図３に示すような、金属微粒子からなる薄膜層３を形成する。
ここに、真空金属化処理としては、微量なアルゴンガスの存在下でのスパッタリング法、抵抗加熱蒸着法およびエレクトロンビーム加熱蒸着法等が有利に適合するが、かような方法によって薄膜層を形成した場合には、図３および図４に示すように、ミクロ的には個々の金属微粒子４の周りが谷５で囲まれたような形状の被膜が形成される（ただし、谷部５には、僅かながらも金属微粒子が残存していて、必ずしも基材表面またはベースコート表面まで到達していない）。
【００２３】
従来は、上記のような形状の被膜について、各谷部を基材またはベースコート表面まで到達させて、各金属微粒子を島状に独立させるために、溶剤中に浸して溶解させるという、湿式プロセスを別途必要としたのである。
しかしながら、かような湿式プロセスは、種々の問題を包含していたのは前述したとおりである。
【００２４】
そこで、本発明では、上記のような湿式プロセスを用いず、通常の真空金属化処理の際に若干の工夫を加えることによって上記の問題を解決したのである。
すなわち、本発明では、まず、常温（15〜25℃）よりも低い低温で、真空金属化処理によって熱膨張係数が製品基材よりも小さい金属の微粒子からなる薄膜層を形成する。この状態が、図３に示した状態で、製品基材の寸法は、常温時の寸法Ｌよりもα（片端当たり）だけ縮まっている。
その後、この金属微粒子の薄膜層３を形成した製品基材全体の温度を常温まで戻すと製品基材の寸法は常温時の寸法Ｌに戻り、さらに温度を上昇させると、熱膨張により、製品基材の寸法は常温時の寸法Ｌよりもβ（片端当たり）だけ拡大する（図５参照のこと）。
【００２５】
このように、製品基材全体の体積を熱膨張させた場合、製品基材またはベースコート層は熱膨張係数が大きいために製品基材の寸法はかなり大きくなるが、薄膜層を構成する金属微粒子の熱膨張係数は小さいので、金属微粒子層の内部には面方向の引っ張り応力が発生し、特に谷部に応力が集中するため、図５および図６に示すように、金属微粒子の周りの谷部に沿って基材またはベースコート表面まで達する溝状のクラック６が発生する。
【００２６】
そこで、本発明では、隣接する島状構造の金属微粒子間に基材またはベースコート表面まで達するクラック６が形成されている状態で、図７に示すように、製品基材の表面に透明な合成樹脂製の液状トップコートを塗布し、製品基材表面の金属微粒子層の全面を覆うと共に、この液状トップコートを溝状クラック内に浸透させて製品基材またはベースコートの表面と接触させることにより、独立した多数の島状構造の金属微粒子を包み込みつつ、製品基材の表面に強固に固着したトップコート層７を形成するのである。
かくして、湿式プロセスのような煩雑な工程を別途に必要とすることなしに、島状構造の金属微粒子を個々にトップコート層で包み込んだ金属光輝層が形成されるのである。
【００２７】
かかる金属光輝層は、マクロ的には金属微粒子層が一体に連続した光輝表面にみえるものの、ミクロ的には溝状クラックにより互いに分離された多数の独立した島状構造になっていて、トップコート層が島状の金属微粒子を包み込みつつ、トップコート層とベースコート層が強固に結合していることから、外力により撓みや変形が生じたとしても、大部分は溝状クラック部で吸収されるため金属光輝層には亀裂が生じ難く、たとえ亀裂が生じたとしても金属光輝層の発錆は目視されない極めて微細な範囲に止まるので、錆の拡大ひいては金属光輝層やトップコート層の剥離等が生じるおそれはない。
【００２８】
ここに、製品基材としては、金属材料の場合、アルミニウム、マグネシウムまたはそれらの各合金が、また非金属材料の場合、合成樹脂全般および一部のセラミックスが有利に適合し、特に好適な合成樹脂としては、硬質のものとして、ＡＢＳ樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＰＥ樹脂、ＰＢＴ樹脂やこれらのポリマー・アロイ等が、また軟質のものとして、ＴＰＯ（熱可塑性オレフィン系樹脂）やＴＰＵ（熱可塑性ウレタン系樹脂）等の熱可塑性エラストマー樹脂が挙げられる。
製品基材として金属材料を用いた場合には、基材とは異なる色調の光輝表面が得られ、また非金属材料を用いた場合には、基材表面とは異なる色の光輝色が得られる。
また、製品基材として合成樹脂、特にゴム状の弾性を呈するエラストマー樹脂を用いた場合は、通常の金属成形品と同等の外観品質を保ちながら、例え変形しても元の形に容易に復元させることができ、安全性の上でも有利である。加えてエラストマー樹脂は、通常の硬質樹脂の場合と同様に、射出成形などの加熱・圧縮成形が可能で、製品基材の成形が容易なだけでなく、入手が容易という利点もある。
なお、製品基材として特に金属材料を用いる場合には、その後に被覆する金属微粒子薄膜層の金属微粒子よりも熱膨張係数が大きいものを選択使用することが肝要である。
【００２９】
また、ベースコート材としては、液状の二液ウレタン系塗料が特に有利に適合するが、その他、同アクリル・ウレタン系塗料、同ポリエステル変性ウレタン系塗料等も好適に使用できる。なお、ベースコート材は液状で塗布されたのち、80℃, 30分間程度の乾燥・焼き付け処理により、ベースコート層が形成される。
ベースコート層の厚みは、乾燥時で５〜50μm 程度とするのが好ましい。というのは、ベースコート層の厚みが５μm に満たないと平滑な表面が形成されないおそれがあり、一方50μm を超えると表面にタレが生じ易くなるからである。
なお、通常ではベースコート層の形成・付着が困難な製品基材たとえばＰＰ（ポリプロピレン）樹脂等のポリオレフィン系樹脂を使用する場合には、事前に製品基材表面に酸素の存在下で低温プラズマ処理やコロナ放電処理を施すか、塩素化ポリオレフィン系のプライマー層を形成しておくことが好ましい。
【００３０】
さらに、真空金属化処理としては、チャンバー内の製品基材の温度が上昇する度合いが少なく、また金属がエネルギーを持って製品基材表面に衝突し、基材表面またはベースコート層表面に対する密着強度が高い金属微粒子薄膜層の形成が可能なスパッタリング法がとりわけ有利に適合するが、その他許容できる温度上昇の範囲で抵抗加熱蒸着法、エレクトロンビーム加熱蒸着法およびイオンプレーティング法などを用いることができ、それぞれ抵抗加熱蒸着法は真空金属化装置がコンパクトで処理が簡単、またエレクトロンビーム加熱蒸着法は真空下で溶融温度が比較的高い金属でも適用可能という利点がある。
【００３１】
また、真空金属化処理に使用する金属材料としては、クロム、ニッケル、アルミニウム、インジウム、鉛、チタン、鉄、金および銀のうちから選んだいずれか、またはこれらの合金が有利に適合する。
【００３２】
なお、金属微粒子層の膜厚が10nmに満たないと、製品基材表面またはベースコート層の色が透けて見えるおそれがあり、一方 100nmを超えると目視したときに光輝面が白濁化する、換言すると光の反射率が低下する不利が生じるので、膜厚は10〜100 nm程度とするのが望ましい。
また、金属微粒子の平均粒径は10〜500 nm程度とするのが好ましい。というのは、粒径が10nmに満たないと、相対的に溝部の面積が増大するため、美麗な光輝色が得難く、一方 500nmを超えるとそれに伴って厚みが増大する結果、やはり目視したときに白濁化して光輝色が失われるからである。
さらに、各金属微粒子を離間する溝状クラックの平均溝幅は５〜100 nm程度とするのが好ましい。というのは、溝幅が５nmに満たないと、隣り合う各島が実質的につながってしまうため、溝部にトップコート液が十分に浸透しなくなり、一方 100nmを超えると、金属微粒子層の表面の白濁化を生じるからである。
なお、適正な溝幅が得られないときには、製品基材の材質を、熱膨張係数が大または小の材料と組み合わせて合金化（樹脂の場合にはポリマー・アロイ化）したり、ガラスファイバー等の補強材の添加の有無、添加量の変更、材質の変更等で調整することができる。
【００３３】
次に、製品基材と金属微粒子薄膜層との熱膨張係数差は0.15×10-4/K以上（好ましくは 0.5×10-4/K以上）にする必要がある。というのは、熱膨張係数差が0.15×10-4/Kに満たないと、製品基材が熱膨張するときに金属微粒子が追随してしまい、必要とするクラックを形成できないおそれがあるからである。
ここに、代表的な製品基材材料と金属微粒子材料の熱膨張係数を示すと次表１のとおりである。
従って、これらの各材料から熱膨張係数差が好適なものを組み合わせて使用することが肝要である。
【００３４】
【表１】
また、トップコート材としては、液状の二液ウレタン系塗料や同アクリル・ウレタン系塗料に紫外線吸収剤を混入した、無色透明塗料および着色透明塗料等が有利に適合する。
特に、着色透明塗料を使用すると、多様な色を現出できる。例えば、クロムやニッケル・クロム合金、インジウム等の金属薄膜の上に黄色の着色透明トップコート層を形成すれば金色を呈し、また茶色の着色透明トップコート層を形成すればチタン色を呈するようになり、比較的コストの高い金属の使用を回避する上でも有利である。なお、トップコート材は、ベースコート材の場合と同様に、乾燥、焼き付けされてトップコート層が形成される。
ここに、トップコート層の厚みは、乾燥時で５〜50μm 程度（より好ましくは25μm 前後）とすることが望ましい。というのは、トップコート層の厚みが５μm に満たないと、十分な耐候性および耐摩耗性が得られず、一方50μm を超えるとベースコートの場合と同様に表面にタレが生じ易くなるからである。
【００３６】
次に、真空金属化処理を、常温よりも低い低温で行う場合の具体的な実施要領を、その実施に用いて好適な装置と共に説明する。
図８に、実施に用いて好適な装置を示し、図中番号８が冷却チャンバーであり、９は被処理材載置用のラック、10は台車、11は冷媒の供給口、12は冷媒の排出口である。また、13が真空チャンバーであり、14は該チャンバー内温度の低温保持を司る、パイプ状の冷媒の蒸発器、15は蒸発器14への冷媒（液体）の供給口、16は蒸発器14からの冷媒（気体）の排出口、そして17が排気パイプである。
【００３７】
さて、前掲図１または図２に示したような、製品基材または表面にベースコート層を被覆した製品基材を、予め冷却チャンバー８内に装入し、常温よりも低い所定の温度まで冷却する。
ついで、内部に製品基材を装入したままの冷却チャンバー８を真空チャンバー13に近づけ、冷却チャンバー８を上方に引き上げて外した後、製品基材をラック９に載置したまま台車10を速やかに真空チャンバー13内に導き、その後直ちに真空ポンプ（図示省略）により排気パイプ17を介して、該チャンバー13内を真空に引く。
ついで、チャンバー13内が所定の真空度になった段階で真空金属化処理を施すわけであるが、該チャンバー13内では処理中に製品基材の温度が上昇することはほとんどない。
【００３８】
この点について、いま少し具体的に説明すると、真空金属化処理の前に、製品基材を常温よりも低い温度まで冷却しておき（例えば、液体窒素の中に浸漬したり、または図８に示したように霧状の液体窒素で全体を冷却する）、湿気を含む一般的な作業環境の常温の大気中に曝すと、製品基材の表面には結露によって細かい水滴が無数に付着する。また、摂氏零度以下まで冷却した場合には、同様に無数の霜や氷が付着する。
このように、水滴や霜、氷が付着したままの状態で、製品基材を真空チャンバー内にセットし、チャンバー内の空気を徐々に排出して内部を真空にすると、水滴等は容易に気化して製品基材から気化熱（蒸発熱）を奪うので、チャンバー内での製品基材の温度上昇を抑制することができる。
また、真空度が高まるにつれて、熱の移動手段のうち対流、伝導が低くなり、外部（例えば真空チャンバーの壁）からの製品基材に伝わる熱は輻写だけになるが、該チャンバー13内は常に冷却されているので、この輻写による温度上昇も効果的に抑制することができる。
【００３９】
一般的な真空金属化処理装置（チャンバー内容積：10〜30m3）において、真空ポンプを駆動してチャンバー内を真空金属化処理が可能な10-4〜10-5torr程度まで真空化するには、通常10〜20分を要するが、この時間内に製品基材の温度があまり上昇するのは好ましくない。
この点、上述したように、事前に製品基材を冷却しておいて、さらに製品基材の表面に水滴や霜、氷を付着させておけば、かような温度上昇を効果的に抑制することができる。
なお、真空チャンバー内は常に冷却されているので、真空金属化処理として蒸着法を採用した場合には、蒸発熱源からの放射熱を効果的に吸収することができ、またスパッタリング法を採用した場合には、熱源がないので温度上昇が少ないのに加え、基材表面への金属微粒子の衝突に起因した発熱を効果的に吸収することができるので、これらの処理による製品基材の温度上昇もほとんどない。
【００４０】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、表面光輝製品の製造に際し、金属微粒子薄膜層を島状構造とするのに、湿式プロセスのような煩雑な処理を必要としないので、真空金属化処理と金属微粒子薄膜層の島状化処理を乾式で連続的に実施することができ、生産能率を格段に向上させることができる。
また、工程管理に、湿式プロセスのような厳密さを必要としないので、作業の簡便化に併せ、高品質製品の安定生産が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製品基材を示した図である。
【図２】製品基材の表面にベースコート層を形成した状態を示す断面図である。
【図３】ベースコート層をそなえる製品基材の表面に金属微粒子薄膜層を形成した状態を示す断面図である。
【図４】図３における矢印Ｐ方向から見た金属微粒子薄膜層の平面図である。
【図５】製品基材全体を熱膨張させ、金属微粒子の周りに溝状のクラックが発生した状態を示す断面図である。
【図６】図５における矢印Ｑ方向から見た金属微粒子薄膜層の平面図である。
【図７】溝状クラックが発生した金属微粒子薄膜層の上にトップコート層を被覆した状態を示す断面図である。
【図８】真空金属化処理の実施に用いて好適な、冷却チャンバーおよび真空チャンバーを示す模式図である。
【符号の説明】
１ 製品基材
２ ベースコート層
３ 金属微粒子
５ 谷部
６ 溝状クラック
７ トップコート層
８ 冷却チャンバー
９ 被処理材載置用のラック
10 台車
11 冷媒の供給口
12 冷媒の排出口
13 真空チャンバー
14 冷媒の蒸発器
15 冷媒の供給口
16 冷媒の排出口
17 排気パイプ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for producing a surface brilliant product, and in particular, when producing a surface brilliant product by utilizing a vacuum metallization treatment, without requiring a complicated process such as a wet process, easily and simply. Even if an external force is applied to the metal fine particle thin film layer as an island structure, the metal fine particle thin film layer is less likely to crack, and even if a crack occurs, the generation of rust is minimized and the rust is expanded. As a result, it is intended to enable stable maintenance of a beautiful bright surface by effectively preventing peeling of the thin film layer and the protective layer.
[0002]
[Prior art]
Recently, vacuum metallization has been applied to parts or entire surfaces of automobile front grills, side moldings, ornaments, and synthetic resin moldings that are attached to the periphery of windows, or aluminum alloy and steel wheels. What is called a surface brightening product that has been brightened by the above-mentioned method is used.
[0003]
This type of material is usually coated with a base coat layer on the surface of a synthetic resin or metal substrate molded into a predetermined shape, if necessary, and then coated with a metal thin film by vacuum metallization such as sputtering. And a light-transmitting top coat layer is further formed thereon.
[0004]
However, the surface glitter product obtained as described above has the following problems because the metal thin film layer is continuously formed.
In other words, when a molded product having a surface that is brightened is attached to a vehicle body or the like, it may bend or deform due to external force from the outside. In such a case, the metal thin film layer is cracked. It is likely to occur. Also, in certain applications, when the product is subjected to some external force, the product itself needs to have the function of absorbing the force by bending or deforming, but the base coat layer and top coat layer are restored. Although it has the ability, the metal thin film layer cannot follow the deformation, so that there is a high possibility that the cracks are partially generated.
[0005]
When a crack as described above occurs in the metal thin film layer, water or the like infiltrates from the crack, and rust is generated in the metal thin film layer. Further, when such a rust generation area is expanded, the metal thin film layer or the top coat Delamination occurs in the layer.
Thus, it goes without saying that a molded product in which rust or peeling occurs in the metal thin film layer cannot fulfill its original function, and the decorativeness of the molded product itself is impaired.
[0006]
In order to solve the above problem, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-47853, a metal fine particle thin film layer coated on the surface of a product substrate by vacuum metallization is immersed in a solvent capable of dissolving the metal. A method of dissolving and removing the residue in the groove between the metal fine particles by performing dissolution etching and then coating the top coat has been developed.
According to the above method, since the top coat penetrates into the groove between the metal fine particles and wraps the metal fine particles, the top coat and the base coat are firmly bonded to each other, so that even if bending or deformation is caused by an external force, the metal fine particle thin film Since cracks do not easily occur in the layer, and even if cracks occur, the individual metal fine particles are independent, so that the generation and expansion of rust and, as a result, peeling of the thin film layer and top coat layer can be effectively prevented.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above method still has the following problems.
(1) In order to obtain island-shaped metal fine particles, a wet process of dissolving in a solvent is required.
(2) While the vacuum metallization process is a dry process, the process of removing the residue in the groove between the island-shaped metal fine particles is a wet process, so it is difficult to make both processes consistent and continuous.
(3) After soaking and dissolving in a solvent, if the solvent is acidic, it is neutralized with an alkali. In addition, a large-scale treatment facility is required. (Note that when the acid or alkali of the solvent remains, the fine metal particles gradually dissolve or corrode over time. Need to be completely removed).
(4) It is necessary to strictly control the dissolution etching conditions such as the solvent concentration and immersion time (for example, if the immersion time is long, the solution is excessively dissolved, and if it is short, the solution is insufficiently dissolved. It is difficult to form a stable structure).
[0008]
The present invention advantageously solves the above-mentioned problems, and without requiring a complicated process such as a wet process, it is easy and simple to add a few ideas to the vacuum metallization process. An object of the present invention is to propose an advantageous method for producing a surface brightening product in which the metal fine particle thin film layer can have a desired island structure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. On the surface of the product base, by vacuum metallization, a thin layer of thermal expansion coefficient is from 0.15 × 10 -4 / K or less fine metal particles than the product substrate, the temperature of the product substrate is room temperature: 15 Formed at a temperature lower than ~ 25 ℃ ,
Next, the temperature of the product base material coated with the thin film layer of the metal fine particles is returned to the room temperature, and the volume of the entire base material is thermally expanded to generate fine groove-like cracks in the coated metal fine particle layer. Although the metal fine particle thin film layer appears to be a continuous brilliant surface on a macro scale, it has a number of independent island structures separated from each other by the groove cracks on a micro scale.
In this state, a transparent liquid top coat is applied to the surface of the product substrate to cover the entire surface of the metal fine particle layer on the surface of the product substrate, and this liquid top coat is infiltrated into the groove cracks to A method for producing a surface brightening product, characterized by forming a topcoat layer firmly adhered to the surface of a product substrate while enclosing a large number of independent island-shaped metal fine particles by contacting with the surface.
[0010]
2. 2. The method for producing a surface glittering product according to 1 above, wherein the product substrate is provided with a base coat layer made of a synthetic resin in advance on the surface thereof.
[0011]
3. 3. The method for producing a surface bright product according to 1 or 2 above, wherein the product substrate is a metal molded product.
4). 3. The method for producing a surface bright product according to 1 or 2 above, wherein the product substrate is a non-metallic molded product.
5). 5. The method for producing a surface bright product according to 4 above, wherein the product substrate is a synthetic resin molded product.
[0012]
6). 6. The method for producing a surface glitter product according to 5 above, wherein the synthetic resin molded article is made of a synthetic resin exhibiting rubber-like elasticity.
7). 7. The method for producing a surface glitter product according to 6 above, wherein the synthetic resin exhibiting rubber-like elasticity is a thermoplastic elastomer resin.
8). 8. The method for producing a surface glitter product according to 7 above, wherein the thermoplastic elastomer resin is a urethane resin, an olefin resin, or a styrene resin.
[0014]
9 . The method for producing a surface glitter product according to any one of the
[0015]
10 ． The surface brightness according to any one of the
[0016]
11 ． 1 to 10 above, wherein the metal material used for the vacuum metallization treatment is any metal selected from chromium, nickel, aluminum, indium, lead, titanium, iron, gold and silver, or an alloy thereof. The method for producing a surface brightening product according to any one of the items.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
1 to 7 illustrate the manufacturing procedure of a surface brightening product according to the present invention.
In FIG. 1,
[0021]
If the surface of the
[0022]
Next, a
Here, as a vacuum metallization treatment, sputtering method in the presence of a small amount of argon gas, resistance heating vapor deposition method, electron beam heating vapor deposition method, etc. are advantageously adapted, but a thin film layer was formed by such a method. In the case, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, microscopically, a coating having a shape in which each metal
[0023]
Conventionally, with respect to the coating film having the above-described shape, a wet process in which each valley is made to reach the surface of the base material or the base coat and each metal fine particle is immersed and dissolved in a solvent in order to be independent in an island shape. It was necessary separately.
However, as described above, the wet process includes various problems.
[0024]
Therefore, in the present invention, the above-mentioned problems are solved by adding some contrivances in the normal vacuum metallization process without using the wet process as described above.
That it is, in the present invention, firstly, at a lower temperature lower than the normal temperature (15-25 ° C.), the thermal expansion coefficient of a thin film layer composed of fine particles of less metal than the product substrate by vacuum metallization process. In this state shown in FIG. 3, the dimension of the product base material is smaller than the dimension L at normal temperature by α (per one end).
Thereafter, when the temperature of the entire product base material on which the
[0025]
As described above, when the volume of the entire product substrate is thermally expanded, the product substrate or base coat layer has a large coefficient of thermal expansion, so the size of the product substrate is considerably large. Since the thermal expansion coefficient is small, a tensile stress is generated in the plane direction inside the metal fine particle layer, and stress is concentrated particularly on the valley portion. Therefore, as shown in FIGS. A groove-
[0026]
Therefore, in the present invention, a transparent synthetic resin is formed on the surface of the product substrate as shown in FIG. 7 in a state where
Thus, a metallic glitter layer in which island-shaped metal fine particles are individually wrapped with a top coat layer is formed without requiring a complicated process such as a wet process.
[0027]
Such a metallic glitter layer is macroscopically seen as a glittering surface with a continuous metal fine particle layer, but microscopically has a number of independent island structures separated from each other by groove-like cracks. Since the top coat layer and the base coat layer are tightly bonded while the layer wraps the island-shaped metal fine particles, even if bending or deformation occurs due to external force, most of it is absorbed by the groove crack The metal glitter layer is hard to crack, and even if cracks occur, the rust of the metal glitter layer remains in a very fine range where it cannot be visually observed, so the rust spreads and eventually the metal glitter layer and the topcoat layer peel off. There is no fear.
[0028]
Here, as the product base, the case of metallic materials, aluminum, the magnesium Muma others their respective alloys, In the case of non-metallic materials, synthetic resins in general and some ceramics are advantageously adapted, particularly preferred Examples of such synthetic resins include hard resins such as ABS resin, PC resin, PPE resin, PBT resin and their polymers and alloys, and soft resins such as TPO (thermoplastic olefin resin) and TPU (thermoplastic). And thermoplastic elastomer resins such as urethane resins.
When a metal material is used as the product base material, a bright surface with a color tone different from that of the base material is obtained, and when a non-metal material is used, a bright color with a color different from that of the base material surface is obtained. .
In addition, when a synthetic resin, especially an elastomer resin exhibiting rubber-like elasticity, is used as the product base, it can easily be restored to its original shape even when deformed, while maintaining the same appearance quality as a normal metal molded product. This is advantageous in terms of safety. In addition, the elastomer resin can be heated and compression-molded such as injection molding as in the case of a normal hard resin, and has the advantage that it is easy to obtain as well as easily mold the product substrate.
In particular, when a metal material is used as the product base material, it is important to select and use one having a larger coefficient of thermal expansion than the metal fine particles of the metal fine particle thin film layer to be coated thereafter.
[0029]
In addition, as the base coat material, a liquid two-component urethane-based paint is particularly suitable, but the acrylic / urethane-based paint, the polyester-modified urethane-based paint, and the like can also be suitably used. The base coat material is applied in a liquid state, and then a base coat layer is formed by a drying and baking process at 80 ° C. for about 30 minutes.
The thickness of the base coat layer is preferably about 5 to 50 μm when dried. This is because if the thickness of the base coat layer is less than 5 μm, a smooth surface may not be formed, while if it exceeds 50 μm, sagging tends to occur on the surface.
Normally, when using a product base material such as PP (polypropylene) resin, which is difficult to form and adhere to the base coat layer, a low temperature plasma treatment in the presence of oxygen on the product base surface in advance. It is preferable to perform a corona discharge treatment or to form a chlorinated polyolefin-based primer layer.
[0030]
Furthermore, as a vacuum metallization treatment, the temperature of the product substrate in the chamber is less likely to rise, and the metal collides with the product substrate surface with energy, and the adhesion strength to the substrate surface or the base coat layer surface is high. A sputtering method capable of forming a thin metal fine particle thin film layer is particularly advantageously adapted, but a resistance heating deposition method, an electron beam heating deposition method, an ion plating method, and the like can be used within a range of other allowable temperature increases. The resistance heating vapor deposition method has an advantage that the vacuum metallization apparatus is compact and easy to process, and the electron beam heating vapor deposition method can be applied even to a metal having a relatively high melting temperature under vacuum.
[0031]
Further, as the metal material used for the vacuum metallization treatment, any one selected from chromium, nickel, aluminum, indium, lead, titanium, iron, gold and silver, or an alloy thereof is advantageously suitable .
[0032]
If the thickness of the metal fine particle layer is less than 10 nm, the color of the product substrate surface or base coat layer may be seen through, while if it exceeds 100 nm, the glittering surface becomes clouded when viewed. The film thickness is preferably about 10 to 100 nm because there is a disadvantage that the reflectance of light is lowered.
The average particle size of the metal fine particles is preferably about 10 to 500 nm. This is because when the particle size is less than 10 nm, the area of the groove portion is relatively increased, so that it is difficult to obtain a beautiful brilliant color, while when the particle size exceeds 500 nm, the thickness increases accordingly. This is because it becomes cloudy and the glitter color is lost.
Furthermore, it is preferable that the average groove width of the groove-shaped cracks separating the metal fine particles is about 5 to 100 nm. This is because when the groove width is less than 5 nm, adjacent islands are substantially connected to each other, so that the top coat liquid does not sufficiently penetrate into the groove part. This is because white turbidity occurs.
If an appropriate groove width cannot be obtained, the product base material is alloyed with a material having a large or small thermal expansion coefficient (polymer or alloy in the case of resin), glass fiber, etc. It can be adjusted by the presence or absence of addition of the reinforcing material, change of the addition amount, change of the material, and the like.
[0033]
Next, the difference in thermal expansion coefficient between the product substrate and the metal fine particle thin film layer needs to be 0.15 × 10 −4 / K or more (preferably 0.5 × 10 −4 / K or more). This is because if the difference in thermal expansion coefficient is less than 0.15 × 10 −4 / K, the metal fine particles may follow up when the product base material is thermally expanded, and the necessary cracks may not be formed. is there.
Here, the thermal expansion coefficients of typical product base materials and metal fine particle materials are shown in Table 1 below.
Therefore, it is important to use a combination of these materials having a suitable difference in thermal expansion coefficient.
[0034]
[Table 1]
Further, as the topcoat material, a liquid two-component urethane paint or a colorless transparent paint or a colored transparent paint in which an ultraviolet absorber is mixed in the acrylic / urethane paint is advantageously adapted.
In particular, when a colored transparent paint is used, various colors can appear. For example, if a yellow colored transparent top coat layer is formed on a metal thin film such as chromium, nickel / chromium alloy, indium, etc., a gold color is exhibited, and if a brown colored transparent top coat layer is formed, a titanium color is exhibited. This is also advantageous in avoiding the use of relatively expensive metals. The topcoat material is dried and baked to form a topcoat layer as in the case of the basecoat material.
Here, the thickness of the top coat layer is desirably about 5 to 50 μm (more preferably about 25 μm) when dried. This is because if the thickness of the top coat layer is less than 5 μm, sufficient weather resistance and wear resistance cannot be obtained, while if it exceeds 50 μm, sagging is likely to occur on the surface as in the case of the base coat. .
[0036]
Next, the concrete implementation point in the case of performing a vacuum metallization process at low temperature lower than normal temperature is demonstrated with an apparatus suitable for the implementation.
FIG. 8 shows an apparatus suitable for use. In the figure, numeral 8 is a cooling chamber, 9 is a rack for placing a material to be processed, 10 is a carriage, 11 is a refrigerant supply port, and 12 is a refrigerant. It is a discharge port. Also, 13 is a vacuum chamber, 14 is a pipe-shaped refrigerant evaporator that controls the low temperature inside the chamber, 15 is a refrigerant (liquid) supply port to the
[0037]
Now, as shown in FIG. 1 or FIG. 2, the product substrate or the product substrate whose surface is coated with the base coat layer is charged in the
Next, the cooling
Next, vacuum metallization is performed when the inside of the
[0038]
This point will be explained in more detail. Before the vacuum metallization treatment, the product substrate is cooled to a temperature lower than room temperature (for example, immersed in liquid nitrogen or in FIG. 8). The whole is cooled with mist-like liquid nitrogen as shown), and when exposed to a normal working environment including moisture, an infinite number of fine water droplets adhere to the surface of the product substrate due to condensation. In addition, in the case of cooling to below zero degrees Celsius, innumerable frost and ice are similarly attached.
In this way, when the product substrate is set in a vacuum chamber with water droplets, frost, and ice attached, and the air in the chamber is gradually discharged to evacuate the interior, water droplets etc. are easily removed. Since the vaporization heat (evaporation heat) is taken from the product base material, the temperature rise of the product base material in the chamber can be suppressed.
Further, as the degree of vacuum increases, convection and conduction of the heat transfer means become lower, and heat transferred from the outside (for example, the wall of the vacuum chamber) to the product substrate is only radiation, but the inside of the
[0039]
In a general vacuum metallization apparatus (chamber internal volume: 10-30m 3 ), the vacuum pump is driven to evacuate the chamber to about 10 -4 to 10 -5 torr, which allows vacuum metallization. Usually requires 10 to 20 minutes, but it is not preferable that the temperature of the product substrate rises too much within this time.
In this regard, as described above, if the product base material is cooled in advance and water droplets, frost, or ice is further adhered to the surface of the product base material, such a temperature rise is effectively suppressed. be able to.
In addition, since the inside of the vacuum chamber is always cooled, when the vapor deposition method is adopted as the vacuum metallization treatment, the radiant heat from the evaporation heat source can be effectively absorbed, and when the sputtering method is adopted. In addition to the fact that there is no heat source, the temperature rise is small, and the heat generated due to the collision of the metal fine particles with the substrate surface can be effectively absorbed. rare.
[0040]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, in producing the surface bright product, the metal fine particle thin film layer does not require a complicated process such as a wet process to form an island-like structure. The island formation process of the layer can be continuously performed in a dry manner, and the production efficiency can be significantly improved.
Further, since the process management does not require strictness as in the wet process, it is possible to stably produce high quality products together with the simplification of work.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a product substrate.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a base coat layer is formed on the surface of a product substrate.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a metal fine particle thin film layer is formed on the surface of a product substrate having a base coat layer.
4 is a plan view of a metal fine particle thin film layer viewed from the direction of arrow P in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which grooved cracks are generated around metal fine particles by thermally expanding the entire product base.
6 is a plan view of a metal fine particle thin film layer viewed from the direction of arrow Q in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a topcoat layer is coated on a metal fine particle thin film layer in which a groove-like crack has occurred.
FIG. 8 is a schematic view showing a cooling chamber and a vacuum chamber suitable for use in the implementation of a vacuum metallization process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
10 carts
11 Refrigerant supply port
12 Coolant outlet
13 Vacuum chamber
14 Refrigerant evaporator
15 Refrigerant supply port
16 Coolant outlet
17 Exhaust pipe
Claims (11)
ついで、この金属微粒子の薄膜層を被覆した製品基材の温度を該常温まで戻し、基材全体の体積を熱膨張させることによって、被覆した金属微粒子層に微細な溝状クラックを発生させ、該金属微粒子薄膜層がマクロ的には一体に連続した光輝表面にみえるものの、ミクロ的にはこの溝状クラックにより互いに分離された多数の独立した島状構造とし、
この状態で、製品基材の表面に透明な液状トップコートを塗布し、製品基材表面の金属微粒子層の全面を覆うと共に、この液状トップコートを溝状クラック内に浸透させて製品基材の表面と接触させることにより、独立した多数の島状構造の金属微粒子を包み込みつつ、製品基材の表面に強固に固着したトップコート層を形成する、ことを特徴とする表面光輝製品の製造方法。On the surface of the product base, by vacuum metallization, a thin layer of thermal expansion coefficient is from 0.15 × 10 -4 / K or less fine metal particles than the product substrate, the temperature of the product substrate is room temperature: 15 Formed at a temperature lower than ~ 25 ℃ ,
Next, the temperature of the product base material coated with the thin film layer of the metal fine particles is returned to the room temperature, and the volume of the entire base material is thermally expanded to generate fine groove-like cracks in the coated metal fine particle layer. Although the metal fine particle thin film layer appears to be a continuous brilliant surface on a macro scale, it has a number of independent island structures separated from each other by the groove cracks on a micro scale.
In this state, a transparent liquid top coat is applied to the surface of the product substrate to cover the entire surface of the metal fine particle layer on the surface of the product substrate, and this liquid top coat is infiltrated into the groove cracks to A method for producing a surface brightening product, characterized by forming a topcoat layer firmly adhered to the surface of a product substrate while enclosing a large number of independent island-shaped metal fine particles by contacting with the surface.
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