JP5235104B2 - 成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空中で蒸着によって成膜を行う技術に関し、特に、自動車ヘッドライト用反射鏡に用いる反射膜の成膜技術に関する。

従来、この種の反射鏡の成型樹脂上にアルミニウム等の金属薄膜を形成する場合には、表面の平滑性や金属薄膜との間の密着性を向上させるため、樹脂上に、湿式前処理で有機溶剤を用いたアンダーコート層を形成するようにしている。
ところで、近年では、環境負荷物質となる有機溶剤の使用を避ける風潮があり、このための代替手段として、アンダーコート層を形成しないポリカーボネート樹脂表面にプラズマ処理（ボンバード処理）を行い、樹脂表面に直接アルミニウム薄膜を形成することも提案されている。

しかし、このような処理を行ったポリカーボネート樹脂の表面に金属薄膜を形成した場合、ポリカーボネート樹脂と金属薄膜との間の密着性が低いという問題があり、これを解決する手段が要望されている。
なお、樹脂上に形成された金属薄膜の密着性を向上させるための先行技術としては、例えば、特許文献１に示されたものが知られている。
特開２００４−２９９３７２号公報

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、樹脂表面と反射膜用の金属薄膜の密着性を向上させることができる反射膜形成技術を提供することにある。

本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意努力を重ねた結果、湿式前処理用のアンダーコート層を形成することなく樹脂表面に対して高密着性の金属薄膜を形成しうることを見出し、本発明を完成するに到った。

かかる知見に基づいてなされた本発明は、成膜対象物の樹脂からなる成膜面上に真空中で緩衝用重合体膜を形成する緩衝用重合体膜形成工程と、前記緩衝用重合体膜上に真空中でアルゴンのプラズマによるボンバード処理を施し、前記緩衝用重合体膜の表面を活性化させて活性化重合体膜を形成するプラズマ処理工程と、当該プラズマ処理された前記緩衝用重合体膜上に、真空蒸着によって光反射性の金属薄膜を形成する反射膜形成工程とを有し、前記成膜対象物の成膜面がポリカーボネート樹脂からなるとともに、前記光反射性の金属薄膜がアルミニウムからなる成膜方法である。
本発明では、前記成膜対象物が、反射鏡を構成する立体的な部材である場合にも効果的である。

本発明の場合、成膜対象物の樹脂からなる成膜面上に真空中で緩衝用重合体膜を形成し、この緩衝用重合体膜上に真空中でアルゴンのプラズマによるボンバード処理を施した後に真空蒸着によって光反射性の金属薄膜を形成することにより、当該プラズマ処理によって緩衝用重合体膜の表面が荒れ、金属薄膜へのアンカー効果を呈するため、樹脂（特にポリカーボネート樹脂）と金属薄膜（特にアルミニウム薄膜）との密着性を向上させることができる。

その結果、本発明によれば、環境負荷物質となる有機溶剤を使用することなく、樹脂表面に金属薄膜を容易に形成することができる。
また、本発明によれば、構成の簡素化及びコストダウンが可能な反射膜用成膜装置を提供することができる。

本発明によれば、湿式前処理用のアンダーコート層を形成することなく樹脂表面に対して高密着性の金属薄膜を形成することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の成膜装置の内部構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施の形態の成膜装置１は、図示しない真空排気系に接続された真空処理槽２を有している。
この真空処理槽２は、それぞれ真空処理槽２の外部に設けられた処理ガス導入部３とモノマー導入部４が接続されている。

処理ガス導入部３は、例えばアルゴン等の処理ガスを供給する処理ガス供給源３０を有している。この処理ガス供給源３０は、流量調整弁３１を介して導入管３２が真空処理槽２に接続され、この導入管３２を介して所定量の処理ガスを真空処理槽２内に導入するように構成されている。

モノマー導入部４は、撥水性重合体膜形成用のモノマーを供給するモノマー供給源４０を有している。このモノマー供給源４０は、流量調整弁４１を介して導入管４２が接続され、この導入管４２を介して所定量のモノマーを真空処理槽２内に導入するように構成されている。

真空処理槽２内には保持機構５が設けられ、この保持機構５によって、例えばポリカーボネート（ＰＣ）樹脂からなる立体形状の成膜対象物２０を保持するようになっている。
本実施の形態の保持機構５は、真空処理槽２の中央領域において、例えば鉛直方向に向けて設けられた直線状の保持部６を有している。

この保持部６は、真空処理槽２の外部に設けられた駆動モータ７の回転軸７ａに連結され、複数の成膜対象物２０における凹部状の成膜面２０ａを回転外方側に向けて保持した状態で回転させるように構成されている。

真空処理槽２内の側壁部分には、蒸発源８が設けられている。この蒸発源８は、その蒸気放出面８ａが各成膜対象物２０の成膜面２０ａと対向するように配置されている。なお、蒸発源８は、例えば加熱部分としてタングステン（Ｗ）からなるフィラメントを有し、蒸発材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用いるものを有している。

また、真空処理槽２内の側壁部分には、図示しない交流電源を有するプラズマ発生源９が設けられている。このプラズマ発生源９は、そのプラズマ放出面９ａが各成膜対象物２０の成膜面２０ａと対向するように配置されている。

さらに、上述した処理ガス供給源３０、モノマー供給源４０、駆動モータ７、蒸発源８、プラズマ発生源９は、それぞれコンピュータ等を有する制御手段１０に接続されており、例えば後述するシーケンスに従って制御されるように構成されている。

図２は、本発明に係る成膜方法の一例を示す流れ図、図３（ａ）〜（ｅ）は、同成膜方法によって形成された膜の構成を示す断面図である。
本例においては、図１に示す成膜装置１を用い、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂からなる成膜対象物２０上に成膜を行う場合を例にとって説明する。

本例では、まず、図２に示すプロセスＰ１において、真空処理槽２内を真空排気して所定の圧力にする（例えば、１×１０^-2Ｐａ）。
次に、モノマー供給源４０から重合体膜形成用の原料モノマーを供給し、成膜対象物２０を回転移動させながらプラズマ発生源９を動作させ、成膜対象物２０の成膜面２０ａ上に緩衝用重合体膜２１を形成する（プロセスＰ２、図３（ａ））。
この緩衝用重合体膜２１の原料モノマーとしては、例えばヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）等のシリコン系材料を含むモノマーを好適に用いることができる。

本発明の場合、特に限定されることはないが、後述する反射膜２３の機能を確保し且つ反射膜２３を剥離しにくくする観点からは、緩衝用重合体膜２１の厚さを３０ｎｍ〜１５０ｎｍに調整することが好ましい。
なお、本発明の場合、緩衝用重合体膜２１を形成する前には、成膜対象物２０の表面のプラズマ処理（ボンバード処理）は行わない。

その後、真空処理槽２内を真空排気する（プロセスＰ３）。
さらに、流量調整弁３１を制御して真空処理槽２内に処理ガスを導入して所定の圧力にする（プロセスＰ４）。
本発明の場合、特に限定されることはないが、安定したプラズマを維持する観点からは、真空処理槽２内の圧力を０．１Ｐａ〜１０Ｐａに調整することが好ましい。

そして、プラズマ発生源９を動作させ（例えば１３．５６ＭＨｚ）、真空処理槽２内に例えばアルゴンプラズマを発生させて、成膜対象物２０の緩衝用重合体膜２１の表面をこのプラズマにさらすことにより、図３（ｂ）に示すように、緩衝用重合体膜２１の表面にボンバード処理を施して活性化させ、活性化重合体膜２２を形成する（プロセスＰ４）。このプラズマ処理中は、処理ガスを導入しつつ排気を行いながら、真空処理槽２内の圧力を維持する。

次に、真空処理槽２内の真空排気を行う（プロセスＰ５）。
その後、保持機構５を動作させて成膜対象物２０を回転移動させながら真空蒸着を行う（プロセスＰ６）。
これにより、図３（ｃ）に示すように、成膜対象物２０上の活性化重合体膜２２上に例えばアルミニウムからなる反射膜（金属薄膜）２３が形成される。
本発明の場合、特に限定されることはないが、反射膜２３の機能を確保し且つ反射膜２３を剥離しにくくする観点からは、反射膜２３の厚さを５０ｎｍ〜１００ｎｍに調整することが好ましい。

次に、モノマー供給源４０から重合体膜形成用の原料モノマーを供給し、成膜対象物２０を回転移動させながらプラズマ発生源９を動作させ、反射膜２３上に撥水性重合体膜２４を形成する（プロセスＰ７、図３（ｄ））。
この撥水性重合体膜２４は、反射膜２３の酸化及び腐食を防止するための耐アルカリ性の保護膜として機能するもので、その原料モノマーとしては、例えばヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）等のシリコン系材料を含むモノマーを好適に用いることができる。

その後、真空処理槽２内を真空排気する（プロセスＰ８）。
さらに、流量調整弁３１を制御して真空処理槽２内に処理ガスとして例えばアルゴンガスを導入して所定の圧力にする（プロセスＰ９）。
本発明の場合、特に限定されることはないが、安定したプラズマを維持する観点からは、真空処理槽２内の圧力を０．１Ｐａ〜１０Ｐａに調整することが好ましい。

そして、プラズマ発生源９を動作させ（例えば４０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）、真空処理槽２内にアルゴンプラズマを発生させて、成膜対象物２０の撥水性重合体膜２４の表面をアルゴンプラズマにさらすことにより（ボンバード処理）、図３（ｅ）に示すように、撥水性重合体膜２４の表面に親水化重合体膜２５を形成する（プロセスＰ９）。プラズマ処理中は、処理ガスを導入しつつ排気を行いながら、真空処理槽２内の圧力を維持する。
これにより、目的とする保護膜付反射膜２６が得られる。

以上述べた本実施の形態では、例えばポリカーボネートからなる成膜対象物２０の成膜面２０ａ上に真空中で緩衝用重合体膜２１を形成し、この緩衝用重合体膜２１上に真空中でプラズマによる処理を施した後に真空蒸着によって例えばアルミニウムからなる金属薄膜２３を形成することにより、プラズマ処理によって緩衝用重合体膜２１の表面が荒れ、金属薄膜２３へのアンカー効果を呈するため、樹脂（特にポリカーボネート樹脂）と金属薄膜２３（特にアルミニウム薄膜）との密着性を向上させることができる。

その結果、本実施の形態によれば、環境負荷物質となる有機溶剤を使用することなく、樹脂表面に金属薄膜を容易に形成することができる。
また、本実施の形態によれば、構成の簡素化及びコストダウンが可能な反射膜用成膜装置を提供することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、同一の真空処理槽において緩衝用重合体膜形成、活性化処理、反射膜形成、撥水性重合体膜形成及び親水化処理を行うようにしたが、本発明は、これら各工程を異なる真空処理槽において行う場合をも含むものである。

以下、本発明の実施例について、比較例とともに詳細に説明する。
＜実施例＞
図１に示す装置を使用し、ポリカーボネート（ＰＣ）からなる成膜対象物上に、原料モノマーとしてヘキサメチルジシロキサンを用い、厚さ５０ｎｍの緩衝用重合体膜をプラズマ重合により直接形成した。

この場合、真空処理槽内の圧力は、１０Ｐａとし、プラズマの周波数は、４０ｋＨｚとした。
そして、真空排気後、真空処理槽内にアルゴンガスを導入してプラズマ化し、緩衝用重合体膜の表面に対してボンバード処理を行った。

この場合、真空処理槽内の圧力は、１０Ｐａとし、プラズマの周波数は４０ｋＨｚとした。また、ボンバード処理の時間は、３０秒とした。
さらに、真空排気後、蒸発材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用い、厚さ１００ｎｍの反射膜を抵抗加熱蒸着により形成した。

そして、真空排気後、原料モノマーとしてヘキサメチルジシロキサンを用い、厚さ３０ｎｍの撥水性重合体膜をプラズマ重合により形成した。
この場合、真空処理槽内の圧力は、１０Ｐａとし、プラズマの周波数は、４０ｋＨｚとした。

さらに、真空排気後、真空処理槽内にアルゴンガスを導入してプラズマ化し、撥水性重合体膜の表面に対してボンバード処理を行った。
この場合、真空処理槽内の圧力は、１０Ｐａとし、プラズマの周波数は４０ｋＨｚとした。また、ボンバード処理の時間は、３０秒とした。
以上のプロセスにより実施例のサンプルを作成した。

＜比較例１＞
ＰＣ成膜対象物上に実施例と同一の条件で直接反射膜を形成した。さらに、この反射膜上に実施例と同一の条件で撥水性重合体膜を形成してボンバード処理を行い比較例１のサンプルを作成した。

＜比較例２＞
ＰＣ成膜対象物上に緩衝用重合体膜を形成し、この膜に対してボンバード処理を行うことなく反射膜を形成した以外は、実施例と同一の条件で他の成膜を行い比較例２のサンプルを作成した。

＜比較例３＞
ＰＣ成膜対象物上に緩衝用重合体膜を形成せずその表面に対してボンバード処理を行った以外は、実施例と同一の条件で他の成膜を行い比較例３のサンプルを作成した。

〔密着性の評価〕
接着テープ（住友３Ｍ社製：スコッチメンディングテープ８１０）を実施例及び比較例１〜３のサンプルに貼付し、それぞれの被膜に対して接着テープを直角に保ちながら接着テープを急速に引き剥がした。そして、各サンプルの被膜表面を目視で観察した。その結果を表１に示す。

ここでは、ＰＣ成膜対象物上にＡｌ反射膜が残ったものを○、ＰＣ成膜対象物上にＡｌ反射膜が残らなかったものを×とした。
表１から理解されるように、ＰＣ成膜対象物上に緩衝用重合体膜を形成してボンバード処理を行った後にＡｌ反射膜を形成した実施例にあっては、Ａｌ反射膜がＰＣ成膜対象物上に残っており、樹脂と金属薄膜との密着性を向上させることができた。

一方、上述した比較例１〜３の場合は、いずれもＡｌ反射膜がＰＣ成膜対象物から剥離してしまった。
以上より、本発明による効果を確認することができた。

本実施の形態の成膜装置の内部構成を示す断面図 本発明に係る成膜方法の一例を示す流れ図 （ａ）〜（ｅ）：同成膜方法によって形成された膜の構成を示す断面図

符号の説明

１…成膜装置、２…真空処理槽、３…処理ガス導入部、４…モノマー導入部、２０…成膜対象物、２０ａ…成膜面、２１…緩衝用重合体膜、２２…活性化重合体膜、２３…反射膜（金属薄膜）、２４…撥水性重合体膜、２５…親水化重合体膜

Claims (2)

1. 成膜対象物の樹脂からなる成膜面上に真空中で緩衝用重合体膜を形成する緩衝用重合体膜形成工程と、
   前記緩衝用重合体膜上に真空中でアルゴンのプラズマによるボンバード処理を施し、前記緩衝用重合体膜の表面を活性化させて活性化重合体膜を形成するプラズマ処理工程と、
   当該プラズマ処理された前記緩衝用重合体膜上に、真空蒸着によって光反射性の金属薄膜を形成する反射膜形成工程とを有し、
   前記成膜対象物の成膜面がポリカーボネート樹脂からなるとともに、前記光反射性の金属薄膜がアルミニウムからなる成膜方法。
2. 前記成膜対象物が、反射鏡を構成する立体的な部材である請求項１記載の成膜方法。

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