JP4592410B2 - プラスチックの金属調装飾品 - Google Patents

Description

この出願の発明は、プラスチックの表面が金属調に光沢のあるもの等として装飾されたプラスチックの金属調装飾品に関するものである。

従来一般的にプラスチック成形品の金属調装飾品は、アルミニュウム蒸着を用いた、化粧品容器、置時計ケース、家電製品のボタン、飾り等として数多く使用されている。

これら従来のプラスチックの金属調装飾品を実現するための加工法としては、射出成形によるプラスチック成形品にアンダーコートを配設し、アルミニュウムを蒸着した後に保護コートとしてのトップコートを配設するという方法が採用されている。

この場合のアンダーコートは、通常は、プラスチック成形品と蒸着金属膜との密着性の向上や、金属蒸着膜の光沢の向上等を目的として実施されている（たとえば非特許文献１を参照）。そして、近年では、アンダーコートのための塗料は、熱乾装塗料よりも生産性よい紫外線硬化塗料が多く用いられるようになっている。

しかしながらアンダーコートを配設する場合には、製品周囲の溜まり現象、即ち額縁症状が多発し金属調外観の品格が失われ、この不具合は防止しようと塗膜をより薄くするとゆず肌現象といった不具合が発生するという問題があった。

さらにまた、アンダーコートの塗膜の厚さは、紫外線硬化するために５ミクロン以上が不可欠のため、ヘアーライン、シボといった微細模様が消失してしまうという欠点があった。

例えば家電ボタン、飾りなどに多く使用される＃２４０サンドペーパーを用いて製作した電鋳金型で射出成形したポリカーボネート成形品のヘアーライン模様の山と谷の距離を表面粗さ計で測定すると０．８〜１．０ミクロン位である。また＃１００のアルミナでプラストして得られた電鋳金型での成形品のシボ模様の山と谷の距離は同じく測定すると１．０〜１．５ミクロン位である。

このため、アンダーコートの膜厚が５ミクロンであるとしてもヘアーライン、シボなどの微細模様が消失することは自明であった。

このような事情から、プラスチック成形品の表面のヘアーライン、シボ、鏡面の微細模様を顕出させるためにアンダーコートを配設しないことが考えられる。

しかしながら、発明者等においても、アンダーコートを配設しないでプラスチック成形品に直接装飾用としてアルミニュウム蒸着を施す場合には、充分な密着性が得られないことが確認されている。
「薄膜ハンドブック」（オーム社発行）（昭和５８年１２月１０日）、第４１頁

そこで、この出願の発明は、以上のような背景から、従来の問題点を解消し、アルミニュウム等の金属蒸着に際してアンダーコートを配設することなしに、鏡面仕上げした金型、またはシボ、ヘアーラインといった微細模様を有する電鋳金型を用いて表面転写されたプラスチック射出成形品の外観を失うことなく、成形品と蒸着膜との密着性を良好なものとした、プラスチックの金属調装飾品を提供することを課題としている。

この出願の発明は、上記の課題を解決するために以下のことを特徴としている。

第１：シボ模様を有する電鋳金型を用いて射出成形したプラスチック成形品にクロム金属を１２重量％以上を含む合金を下地蒸着し、次いでアルミニュウムを蒸着した後に紫外線硬化塗料を塗布して保護コートを形成してなることを特徴とするプラスチックの金属調装飾品。

第２：鏡面仕上げした金型を用いて射出成形したプラスチック成形品にクロム金属を１２重量％以上を含むステンレスを下地蒸着し、次いで錫を蒸着した後に紫外線硬化塗料を塗布して保護コートを形成してなることを特徴とするプラスチックの金属調装飾品。

第３：ヘアーライン模様を有する電鋳金型を用いて射出成形したプラスチック成形品にニッケル７０〜８５％、クロム１５〜３０％の重量比からなるクロム合金を下地蒸着し、次いでアルミニュウムを蒸着した後に紫外線硬化塗料を塗布して保護コートを形成してなることを特徴とするプラスチックの金属調装飾品。

第４：クロム合金の下地蒸着に先立って、プラスチック成形品表面に真空中において高周波励起プラズマ処理を施してなることを特徴とする上記第１から第３のいずれかのプラスチックの金属調装飾品。

第５：上記第１から第４のいずれかにおいて、保護コート上にさらに紫外線硬化塗料の塗布によるハードコートを形成してなることを特徴とするプラスチックの金属調装飾品。

この出願の発明によれば、従来の問題点を解消し、アルミニュウム等の金属蒸着に際してアンダーコートを配設することなしに、鏡面仕上げした金型、またはシボ、ヘアーラインといった微細模様を有する電鋳金型を用いて表面転写されたプラスチック射出成形品の外観を失うことなく、成形品と蒸着膜との密着性を良好なものとした、プラスチックの金属調装飾品が提供される。

プラスチック成形品でありながら金属材料をヘアーライン、シボの微細模様及び鏡面研磨したような高反射の外観を有するプラスチックの金属調装飾品であって、装飾部品として要求される冷熱衝撃試験、恒温恒湿試験、塩水噴霧試験、磨耗試験などの各種環境評価を満足し且つ工業規模で安価に生産できるものが実現される。

この出願の発明のプラスチックの金属調装飾品においては、基板としてのプラスチック成形品の表面にアンダーコートを配設することなく、好適には、真空中で高周波励起プラズマによる処理を施し、蒸着によって下地膜としてのクロム合金膜を配設した後にＡｌ（アルミニュウム）、Ｓｎ（錫）、Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）合金の少なくともいずれかの金属蒸着膜を形成している。

基板としてのプラスチック成形品については、従来より各種用途に用いられている種類の、たとえばポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリアクリレート、ポリイミド等の様々なものであってよく、これらは射出成形、圧縮成形、押出成形、ブロー成形等の各種の方法により成形されたものであってよい。より代表的には、この出願の発明においては、光学部品やエンジニアリングプラスチック等として、射出成形されたプラスチック成形品が励磁され、なかでも、ポリカーボネートが具体例として挙げられる。また、この出願の発明では、特に、前記のように、シボ模様を有する電鋳金型を用いて射出成形されたプラスチック成形品や、鏡面仕上げした金型を用いて射出成形されたプラスチック成形品、さらにはヘアーライン模様を有する電鋳金型を用いて射出成形されたプラスチック成形品が例示される。

以上のようなプラスチック成形品表面に対して施される高周波励起プラズマによる前処理は、いわゆるプラズマボンバード処理等として知られているものであるが、このための方法や手段、それらの改良は、従来公知のものをはじめとして適宜であってよい。このプラズマ処理は、アルミニュウムや錫、銀、ニッケル合金という金属膜の密着性の向上のために、下地膜としてのクロム合金蒸着膜の配設とともに重要である。

通常は、この出願の発明の高周波励起プラズマによる処理では、次のような条件が考慮される。

１）真空槽の到達真空度
１０^-2〜１０^-3Ｐａ
２）雰囲気ガスとその圧分
Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）等の希ガス
１０^-1〜１０^-2Ｐａ
３）周波数と電力
１３．５６ＭＨｚ
１〜３ｋＷ
４）プラスチック成形品温度
２４０〜２９０℃
この出願の発明においては、プラスチック成形品の表面へのクロム（Ｃｒ）合金膜の下地としての蒸着は必須である。このクロム合金膜は、クロム金属を含有する合金膜であって、発明の目的である密着性に優れた金属調装飾品を実現するものであれば、クロムとともに合金を構成する金属は各種のものであってよい。たとえば代表的なものとしては、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｐｔ、Ｐｄ等が例示される。これらの合金膜におけるクロムの含有量としては、通常５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上が、また、８０重量％以下の範囲が考慮される。複数種の金属によって構成されるものであってよい。たとえば、ステンレス（ＳＵＳ）蒸発源を用いての蒸着も有効である。

このようなクロム合金膜を下地とすることは、この出願の発明の本質的な特徴であるが、このクロム合金膜の有効性については後述の実施例においても説明しているが、発明者による詳細な検討によって以下のことが確認されている。

すなわち、たとえばポリカーボネート成形品について、真空中での高周波プラズマ励起で前処理し、次いでアルミニュウム蒸着を実施したが、成膜直後の密着性は良好であったものの、信頼試験の耐湿試験（６０℃×９５％ＲＨ×７２ｈｒ）での密着性は得られなかった。

そこで検討を重ねた結果、ポリカーボネート成形品に真空中での高周波励起プラズマで前処理し、次いで密着性を向上させるためのクロム１２重量％以上を含む合金を下地金属として蒸着し、光輝性金属光沢を有するアルミニュウム、錫、銀、ニッケル合金などの金属を蒸着したところ、保護膜と紫外線硬化塗料を塗布することにより得られた金属調装飾品は、高光沢の外観が得られ、初期密着、信頼試験の耐湿試験（６０℃×９５％ＲＨ×７２ｈｒ）のセロハンテープの碁盤目の密着試験にも合格した。

一方、プラスチック成形品と蒸着膜との密着性を向上させるために下地金属としてクロム金属のみを蒸着したところ、密着は得られたが、膜にマイクロクラックが発生した。

クロム金属膜の場合には、硬く、圧縮応力が大きいためマイクロクラックが発生したと考えられる。このようなことからも、密着性がよく膜にマイクロクラックしない下地金属としてのクロム合金の優位性が確認されている。

クロム合金蒸着膜におけるクロムの含有量については、シボ模様を有する電鋳金型を用いて射出成形したプラスチック成形品の場合には、クロム金属を１２重量％以上を含む合金を下地蒸着することが、また、鏡面仕上げした金型を用いて射出成形したプラスチック成形品の場合には、クロム金属を１２重量％以上を含むステンレスを下地蒸着することが好ましい。このようなクロム金属の含有量とすることで、クロム金属が酸化して表面全体に化学的に安定で強固な酸化クロムの膜が形成されるからである。クロム金属の含有量が１２重量％未満の場合では、上記の効果が得られない場合があるので好ましくない。また、クロム含有量の上限としては、特に厳密ではないが、いずれの場合も３０重量％以下とすることが一般的には考慮される。

ヘアーライン模様を有する電鋳金型を用いて射出成形したプラスチック成形品の場合には、ニッケル７０〜８５％、クロム１５〜３０％の重量比からなるクロム合金を下地蒸着することが好ましい。

クロム合金の下地蒸着の方法としては、従来公知の真空蒸着やスパッタリング、プラズマイオンプレーティング等が適宜に採用される。この出願の発明での通常の条件としては次のことが考慮される。

１）真空槽の到達真空度
１０^-2〜１０^-3Ｐａ
２）雰囲気ガス
１０^-1〜１０^-2Ｐａ
３）成膜時のプラスチック成形品温度
２４０〜２９０℃
また、下地としてのクロム合金膜の膜厚としては、一般的には、２００〜１２００Åの範囲とすることが好適に考慮される。

そして、この出願の発明においては、次いで、下地としてのクロム合金膜の上には光輝調蒸着膜として、Ａｌ（アルミニュウム）、Ｓｎ（錫）、Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）合金の少なくともいずれかの金属の蒸着膜が形成される。この蒸着は、上記の下地膜と同様に従来公知の方法、条件、そしてその改良が適宜に採用されてよい。

アルミニュウム、錫、銀、Ｎｉ合金の金属膜の膜厚については、装飾品の用途や必要とされる性質にもよるが、通常は、３００〜１０００Åの範囲が考慮される。

光輝調蒸着膜としてのアルミニュウム、錫、銀、Ｎｉ合金の金属膜の上には、紫外線硬化塗膜としての保護コート層が形成される。また、必要に応じて、さらにその上に、紫外線硬化塗膜としてのハードコートが配設されてもよい。これらの保護コートやハードコートのための紫外線硬化性の塗料としては各種のものであってよく、公知のものも適宜に使用される。また膜厚については、通常は、保護コートが５〜２０μｍ、ハードコートが５〜２０μｍの範囲で考慮される。

以下にこの出願の発明の実施例について説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。

ポリカーボネート樹脂を＃２４０ヘアーラインと鏡面光沢面を有する電鋳金型で射出成形したテストピースを真空槽で到達真空度を３×１０^-3Ｐａ、アルゴンガス分圧を５×１０^-2Ｐａとし、コイル状高周波（１３．５６ＭＨｚ）電極で発生させた高周波励起プラズマ中で５分間放置を前処理として、ＳＵＳ３０４を抵抗加熱で蒸発させ３００ｎｍの膜厚を下地蒸着とし、アルミニュウムを抵抗加熱で蒸着させ５００ｎｍの膜厚を高輝性金属調蒸着膜とした。その後真空槽から取り出しアクリル系紫外線硬化塗料をスプレーコートし８０Ｗ／ｃｍ²の高圧水銀灯で３０秒照射し５ミクロン塗膜を硬化させた。

得られたテストピースはヘアーライン、鏡面光沢の光輝性金属調外観を有し、初期密着、信頼性試験の耐湿試験（６０℃×９５％ＲＨ×７２ｈｒ）後のセロハンテープの碁盤目クロスカット剥離テストにも合格した。

熱可塑性樹脂（シクロオレフィンポリマー）（日本ゼオン製、商品名：ゼオノア１０２０Ｒ）を＃１００のアルミナでブラストのシボ模様と鏡面仕上げ光沢面を有する電鋳金型で射出成形したテストピースを真空槽で到達真空度を２×１０^-3Ｐａ、アルゴン分圧５×１０^-2Ｐａとしコイル状高周波（１３．５６ＭＨｚ）電極で発生した高周波励起プラズマで５分間放置を前処理として、８０Ｎｉ、２０Ｃｔのニクロム合金を抵抗加熱で蒸発させた６００ｎｍの膜厚を下地蒸着とし、アルミニュウムを抵抗加熱で蒸発させ７００ｎｍの膜厚を高輝性金属蒸着膜とした。その後真空槽から取り出しアクリル系紫外線硬化塗料をスプレーコートし８０Ｗ／ｃｍ²の高圧水銀灯で２０秒照射し５ミクロンの塗膜を硬化させた。

さらにハードコートタイプのアクリル系紫外線硬化塗料をスプレーコートし８０Ｗ／ｃｍ²の高圧水銀灯で３０秒照射し８ミクロンの塗膜を硬化させた。

このようにして得られたテストピースは、シボ、鏡面光沢の光輝性金属調蒸着の外観を有し、初期密着、信頼性試験の耐湿試験（６０℃×９５％ＲＨ×７２ｈｒ）後のセロハンテープの碁盤目クロスカット剥離テストにも合格した。また消しゴム磨耗テスト（１５００ｇ×１０００回）にも合格し、鉛筆硬度（三菱ハイユニ）テストで２Ｈにも合格した。

本発明は、プラスチック成形品でありながら金属材料をヘアーライン、シボの微細模様及び鏡面研磨したような高反射の外観を有するプラスチックの金属調装飾品であり、装飾部品として要求される冷熱衝撃試験、恒温恒湿試験、塩水噴霧試験、磨耗試験などの各種環境評価を満足し且つ工業規模で安価に生産できるものである。

Claims (5)

1. シボ模様を有する電鋳金型を用いて射出成形したプラスチック成形品にクロム金属を１２重量％以上を含む合金を下地蒸着し、次いでアルミニュウムを蒸着した後に紫外線硬化塗料を塗布して保護コートを形成してなることを特徴とするプラスチックの金属調装飾品。
2. 鏡面仕上げした金型を用いて射出成形したプラスチック成形品にクロム金属を１２重量％以上を含むステンレスを下地蒸着し、次いで錫を蒸着した後に紫外線硬化塗料を塗布して保護コートを形成してなることを特徴とするプラスチックの金属調装飾品。
3. ヘアーライン模様を有する電鋳金型を用いて射出成形したプラスチック成形品にニッケル７０〜８５％、クロム１５〜３０％の重量比からなるクロム合金を下地蒸着し、次いでアルミニュウムを蒸着した後に紫外線硬化塗料を塗布して保護コートを形成してなることを特徴とするプラスチックの金属調装飾品。
4. クロム合金の下地蒸着に先立って、プラスチック成形品表面に真空中において高周波励起プラズマ処理を施してなることを特徴とする請求項１から３のいずれかのプラスチックの金属調装飾品。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、保護コート上にさらに紫外線硬化塗料の塗布によるハードコートを形成してなることを特徴とするプラスチックの金属調装飾品。