JP5354246B2

JP5354246B2 - 装飾樹脂製品の製造方法

Info

Publication number: JP5354246B2
Application number: JP2007230460A
Authority: JP
Inventors: 誠喜加藤; 崇志原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: JP2009061641A

Description

本発明は、樹脂製の基材と、この基材に形成された金属層とを備えた装飾樹脂製品、及び、その製造方法に関する。

この種の装飾樹脂製品は、表面に金属層を備えることから、樹脂製品でありながら金属調の外観を呈する。このため、例えばドアハンドル等の自動車用部品をはじめ、様々な分野において、軽量性と金属調の外観との両立が要求される部品に広く利用されている。

従来、このような装飾樹脂製品として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
この装飾樹脂製品は、樹脂製の基材上にアクリル系ＵＶ硬化型塗料若しくはアクリルウレタン系熱乾燥型塗料を塗布することによりアンダーコート層を形成して表面を平滑化し、当該アンダーコート層の上に、スパッタリング若しくは蒸着により金属層を形成することにより得られる。
このように、樹脂製基材の表面に平滑なアンダーコート層を設けて、その上に金属層を形成することにより、樹脂製基材自体の表面の平滑性がそれほど高くない場合であっても、外観の良好な金属層を形成することができる。

また、特許文献２には、樹脂製の基材上に、スパッタリングにより、金属膜を直接形成した装飾樹脂製品が記載されている。この装飾樹脂製品において、直接金属膜を形成できるよう基材表面の平滑性を高めるために、ポリブチレンテレフタレート樹脂中に所定量のポリエチレンテレフタレート樹脂または所定量のポリカーボネート樹脂を混合することが記載されている。

特開２００７−１２４７号広報（特許請求の範囲、図１）特開２００１−３１２９０４号広報（［００１０］段落、［００１１］段落、及び図２）

特許文献１に記載の装飾樹脂製品は、外観の良好な金属層を備えるものの、塗布によるアンダーコート層の形成が必須であるため、コストが増大し、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の排出により環境へ悪影響を及ぼすという問題があった。
一方、特許文献２に記載の装飾樹脂製品は、アンダーコート層を備えないため、良好な外観を呈する金属層を得るためには、基材の表面の平滑性を高める必要があった。このため、上述のように基材の原料として使用できる樹脂が限定されるという問題があった。また、例えば成形時に使用する金型を鏡面仕上げするなど、成形時の条件を厳密に管理する必要がり、コストが増大するという問題があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで、良好な外観を呈する装飾樹脂製品及びこの装飾樹脂材料の製造方法を提供することにある。

本発明に係る装飾樹脂製品の製造方法の第１特徴構成は、高周波スパッタリングにより樹脂製の基材の表面を平滑化する平滑化工程と、前記平滑化工程後の前記基材にドライプロセスにより金属層を形成する装飾工程とを備えた装飾樹脂製品の製造方法において、前記平滑化工程では、高周波出力のオン・オフ制御を行い、前記オン・オフ制御は、高周波出力の１回あたりのオン時間とオフ時間との比率が３：７〜７：３であり、且つ、１回あたりのオン時間が１〜５秒である点にある。

本構成により、高周波スパッタリング後の基材に対して金属層を形成することとなるので、アンダーコート層を形成する工程を備えない場合であっても、良好な外観を呈する装飾樹脂製品を得ることができる。
また、成形時の基材の平滑性がそれほど高くない場合であっても、高周波スパッタリングにより平滑化された基材に金属層を形成することにより、最終的には平滑性の高い基材の表面に金属層を形成することになる。このため、基材の成形時にはそれほど平滑性を気にする必要がないので、従来のように使用できる樹脂の種類が限定されるということはなく、必要に応じて様々な樹脂を利用することができる。また、従来のように、基材を成形する際の条件をそれほど厳密に管理する必要がない。
上述の結果、低コストで良好な外観を呈する装飾樹脂製品を得ることができる。

樹脂製の基材に対して、長時間に亘り連続的に高出力の高周波によりスパッタリングを継続すると、基材の発熱により基材が変形する場合がある。そこで、本構成のように、高周波出力の増減を行うことにより、基材が長時間に亘り連続的に高出力の高周波にさらされることを防止して、基材が変形するのを防止することができる。

本構成のように、高周波出力の増減としてオン・オフ制御を採用することにより、基材が長時間に亘り連続的に高出力の高周波にさらされることを確実に防止することができる。

高周波出力をオン・オフ制御する場合、基材の平滑化の観点からは、オン時間が長くオフ時間が短い方が好ましい。一方、基材の変形防止の観点からは、オン時間が短くオフ時間が長い方が好ましい。
そこで、高周波出力の１回あたりのオン時間とオフ時間との比率が３：７〜７：３であり、且つ、１回あたりのオン時間が１〜５秒とすることにより、基材の平滑化と基材の変形防止とを両立することができる。

本発明に係る装飾樹脂製品の製造方法の第２特徴構成は、前記平滑化工程後の前記基材にアンダーコート層を形成するアンダーコート層形成工程を備えた点にある。

本構成により、製造される装飾樹脂製品はアンダーコート層を備えることとなる。このため、装飾樹脂製品の外観を一層良好なものにすることができる。

本発明に係る装飾樹脂製品の製造方法の第３特徴構成は、前記装飾工程後の前記基材にトップコート層を形成するトップコート層形成工程を備えた点にある。

本構成により、製造された装飾樹脂製品はトップコート層を備えることとなる。このため、装飾樹脂製品の使用環境等、周囲の環境に応じて、例えば対磨耗性や耐水性などを備えたトップコート層を選択することにより、金属膜を確実に保護することができる。この結果、装飾樹脂製品の良好な外観を長期に亘って維持することができる。

本発明に係る装飾樹脂製品の製造方法の第４特徴構成は、前記平滑化工程と前記装飾工程との間に、前記基材に対してプラズマ処理を行う点にある。

（装飾樹脂製品）
本発明に係る装飾樹脂製品１は、例えば車両用のドアハンドルに適用することができる。
図１は、本発明に係る装飾樹脂製品１の断面構成を示す模式図である。この装飾樹脂製品１は、樹脂製の基材１１と、基材１１の表面に形成された金属層１２とを備える。

基材１１の表面は高周波スパッタリングにより平滑化されている。スパッタリングに利用するガスとしては、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられる。
基材１１の樹脂としては、特に限定はされないが、例えばポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）、ポリアミド樹脂（ＰＡ樹脂）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂）、ＡＢＳ樹脂等の汎用的な樹脂を適宜利用することができる。また、例えばＰＣ／ＰＢＴ混合樹脂、ＰＣ／ＡＢＳ混合樹脂など上記の樹脂を混合して用いてもよい。

また、金属層１２は、スパッタリングや化学蒸着などのドライプロセスにより形成されている。金属層１２の層厚は、特に限定はされないが、１０〜１００ｎｍ程度が好ましい。
金属層１２に用いる金属１２ａとしては、特に限定はされないが、例えばＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｇ，Ａｕなどを適宜用いることができる。また、例えばＡｌＮ，ＣｒＮ，ＴｉＮ，Ａｌ₂Ｏ₃など、上記の金属の酸化物・窒化物を用いても良い。
さらに、例えばＴｉＯ₂とＳｉＯ₂など、複数の材質を積層することにより、光の干渉を用いた金属層１２を形成してもよい。

（装飾樹脂製品の製造方法）
図２は、本発明に係る装飾樹脂製品１の製造方法の各工程を示す図である。この製造方法は、高周波スパッタリングにより樹脂製の基材１１の表面を平滑化する平滑化工程（図２（ａ））と、平滑化工程後の前記基材１１にドライプロセスにより金属層１２を形成する装飾工程（図２（ｃ））とを備える。以下、夫々の工程について説明する。

まず、平滑化工程において、樹脂製の基材１１の表面を高周波スパッタリングにより平滑化する。
図３に示すように、真空チャンバー２中の高周波電極３の近傍に基材１１を載置して、真空チャンバー２中にアルゴンガスを導入しつつ、高周波電圧を印加する。
導入されたアルゴンガスは高周波によりイオン化され、このアルゴンイオンが基材１１の表面に衝突して、基材の表面が削られる。これにより、図２（ｂ）に示すように基材１１の表面が平滑化される。

平滑化工程における高周波電源４の出力は、特に限定されないが、１０〜２００Ｗとすることができ、好ましくは、３０〜１００Ｗある。
また、高周波電源４の周波数は特に限定はされないが、１０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚとすることができ、好ましくは、１０ｋＨｚ〜５０ＭＨｚである。

樹脂製の基材１１に対して、高出力で連続的にスパッタリングを行うとすると、発熱等により樹脂製の基材１１が変形する場合がある。そこで、変形を防止するためにスパッタリング中に高周波電源４の出力を増減することが好ましい。
高周波電源４の出力の増減の一例として、例えば高周波電源４の出力をオン・オフ制御するとよい。
なお、高周波電源４を完全にオン・オフに切り替えるのではなく、例えば高出力状態と低出力状態とを交互に繰り返すように制御しても良い。また、高出力状態から低出力状態まで出力を漸減させていき、低出力状態から高出力状態まで出力を漸増させていくという制御を繰り返してもよい。

高周波電源４の出力をオン・オフ制御する場合には、平滑化工程の効率の観点からはオン時間が長くオフ時間が短い方がよい。一方、基材１１の変形を防止する観点からは、オン時間が短くオフ時間が長い方がよい。両者のバランスから、高周波の出力の１回あたりのオン時間とオフ時間との比率は３：７〜７：３が好ましく、１回あたりのオン時間は１〜５秒が好ましい。
また、平滑化工程の合計の時間は５〜１０分に設定すると好適である。

装飾工程において、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、平滑化工程後の基材１１の表面に、ドライプロセスにより金属層１２を形成する。
本発明に適用可能なドライプロセスの一例として、特に限定はされないが、例えばスパッタリング法や化学蒸着法など公知の方法を適宜利用可能である。

［別実施形態１］
図４に本発明の別実施形態に係る装飾樹脂製品１の断面図を示す。この装飾樹脂製品１は、基材１１と金属層１２との間にアンダーコート層１３を備える。つまり、この装飾樹脂製品１の製造の際に、平滑化工程後の基材１１に対してアンダーコート層１３を形成するアンダーコート層形成工程を実行する。アンダーコート層１３の厚みは、特に限定はされないが、２０ｎｍ〜２０μｍ程度が好ましい。

特に限定されないが、アンダーコート層１３は、例えば蒸着重合、プラズマＣＶＤ、ＵＶ硬化型塗料の塗装などにより形成され、好ましくは、蒸着重合、プラズマＣＶＤ等のドライプロセスにより形成される。アンダーコート層１３をドライプロセスにより形成することにより、例えば塗装などのウェットプロセスを用いた場合に発生する揮発性有機化合物の発生を防止することができる。
アンダーコート層１３を蒸着重合により形成する場合には、特に限定されないが、アンダーコート層１３として、例えばポリユリア、ポリアミド、ポリオキサジアゾール、ポリウレタン等を適用することができる。中でもその優れた表面特性から、ポリユリアが特に好適である。

［別実施形態２］
図５に本発明の別実施形態に係る装飾樹脂製品１の断面図を示す。この装飾樹脂製品１は、金属層１２の上にトップコート層１４を備える。つまり、この装飾樹脂製品１を製造する際に、装飾工程後の基材１１に対してトップコート層１４を形成するトップコート層形成工程を実行する。トップコート層１４の厚みは、特に限定されないが、５０ｎｍ〜５０μｍ程度が好ましい。

トップコート層１４は、特に限定はされないが、例えば蒸着重合、プラズマＣＶＤ、ＵＶ硬化型塗料の塗装などにより形成され、好ましくは、蒸着重合、プラズマＣＶＤ等のドライプロセスにより形成される。トップコート層１４をドライプロセスにより形成することにより、例えば塗装などのウェットプロセスを用いた場合に発生する揮発性有機化合物の発生を防止することができる。
トップコート層１４を蒸着重合により形成する場合には、特に限定されないが、アンダーコート層１３として、例えばポリユリア、ポリアミド、ポリオキサジアゾール、ポリウレタン等を適用することができる。中でもその優れた表面特性から、ポリユリアが特に好適である。

［別実施形態３］
図６に本発明の別実施形態に係る装飾樹脂製品１の断面図を示す。この装飾樹脂製品１は、基材１１と金属層１２との間にアンダーコート層１３を備えるとともに、金属層１２の上にトップコート層１４を備える。
アンダーコート層１３及びトップコート層１４の詳細及び形成方法は、上述の別実施形態１及び別実施形態２と同様である。

［別実施形態４］
上述の実施形態において、平滑化工程後の基材１１に対してプラズマ処理を実行しても良い。プラズマ処理により、基材１１と装飾層との密着性を高めることができる。
また、アンダーコート層１３を備える場合においても、アンダーコート層形成工程後の基材１１に対してプラズマ処理を実行しても良い。プラズマ処理により、基材１１と金属層１２との密着性を高めることができる。
プラズマ処理に適用可能なプラズマとしては、特に限定はされないが、例えば大気、酸素、窒素、アルゴン等のプラズマが挙げられる。

［別実施形態５］
上述の実施形態では、自動車用のドアハンドルを例に説明したが、ドアハンドル以外の自動車部品にも適用可能である。また、自動車部品以外にも、家電製品や携帯電話機など、樹脂の表面に金属調の表面装飾を施す様々な製品に適用可能である。

［実施例１］
本発明を、基材１１として、ＰＣ／ＰＢＴ混合樹脂製の自動車用ドアハンドル部品に適用した場合の例を示す。
まず、基材１１に対して平滑化工程を実行した。平滑化工程において、真空チャンバー２中にアルゴンガスを導入し、アルゴンイオンによるスパッタリングによって基材１１の表面を平滑化した。
高周波電源４として、周波数１３．５６ＭＨｚのものを用いた。高周波電源４の出力をオン・オフ制御して平滑化工程を実行した。平滑化工程における合計の処理時間は５分間とし、高周波電源４のオン時間とオフ時間との比を５：５とし、１回のオン時間・オフ時間を、夫々５秒間とした。また、高周波電源４をオンにした際の出力は１００Ｗであった。

平滑化工程後の基材１１に対してアンダーコート層形成工程を実行した。アンダーコート層形成工程において、基材１１上にアンダーコート層１３としてポリユリア膜を形成した。ポリユリア膜の形成は、真空チャンバー中で、ポリユリア膜の原料モノマーであるジアミン及びジイソシアネートを、基材１１に対して蒸着重合することにより行った。形成されたポリユリア膜（アンダーコート層１３）の厚さは、約５０μｍであった。

アンダーコート層形成工程後の基材１１に対して、装飾工程を実行した。装飾工程において、アンダーコート層１３の上に金属層１２としてクロム膜をスパッタリングにより形成した。形成されたクロム膜（金属層１２）の厚さは、約５０ｎｍであった。

装飾工程後の基材１１に対して、トップコート層形成工程を実行した。トップコート層形成工程において、トップコート層１４として、金属層１２の上にポリユリア膜を形成した。ポリユリア膜は、アンダーコート層形成工程と同様の方法により形成した。形成されたポリユリア膜の（トップコート層１４）の厚さは、約２０μｍであった。

上述の方法で得られた装飾樹脂製品１は、従来のウェットプロセスによるクロムメッキ法による装飾樹脂製品と同等の光沢を有していた。
特に、平滑化工程を実行することにより、樹脂成形後の基材１１の平滑性がそれほど要求されないので、金型の表面粗さ等、基材１１の成形時の条件をそれほど厳密にすることなく、高光沢な表面を有する装飾樹脂製品を得ることができた。
また、平滑化工程時の高周波電源４のオン時間とオフ時間との比を５：５とし、１回のオン時間・オフ時間を、夫々５秒間とすることにより、基材１１の変形を効果的に防止することができた。

［実施例２］
平滑化工程における合計の処理時間は５分間とし、高周波電源４のオン時間とオフ時間との比を８：２とし、１回のオン時間を８秒間、１回のオフ時間を２秒間とした以外は、上述の実施例１と同様である。
この方法により得られた装飾樹脂製品１は、本発明の目的は達成し得るものの、基材１１に若干の変形がみられた。これは、高周波電源４のオン時間が長く、樹脂製の基材１１が発熱により変形したためであると考えられる。

［実施例３］
平滑化工程における合計の処理時間を５分間とし、高周波電源４のオン時間とオフ時間との比を２：８とし、１回のオン時間を２秒間、１回のオフ時間を８秒間とした以外は、上述の実施例１及び２と同様である。
この方法により得られた装飾樹脂製品１は、本発明の目的は達成し得るものの、実施例１の方法により得られた装飾樹脂製品１と比較して、表面の光沢性が若干劣っていた。これは、高周波電源４のオン時間が短く、基材１１の平滑化が不十分であったためと考えられる。

本発明に係る装飾樹脂製品の断面図本発明に係る装飾樹脂製品の製造方法の各工程を示す図平坦化工程の詳細を示す図本発明の別実施形態に係る装飾樹脂製品の断面図本発明の別実施形態に係る装飾樹脂製品の断面図本発明の別実施形態に係る装飾樹脂製品の断面図

１装飾樹脂製品
１１基材
１２金属層
１３アンダーコート層
１４トップコート層

Claims

高周波スパッタリングにより樹脂製の基材の表面を平滑化する平滑化工程と、
前記平滑化工程後の前記基材にドライプロセスにより金属層を形成する装飾工程とを備えた装飾樹脂製品の製造方法において、
前記平滑化工程では、高周波出力のオン・オフ制御を行い、
前記オン・オフ制御は、高周波出力の１回あたりのオン時間とオフ時間との比率が３：７〜７：３であり、且つ、１回あたりのオン時間が１〜５秒である装飾樹脂製品の製造方法。
前記平滑化工程後の前記基材にアンダーコート層を形成するアンダーコート層形成工程を備えた請求項１に記載の装飾樹脂製品の製造方法。
前記装飾工程後の前記基材にトップコート層を形成するトップコート層形成工程を備えた請求項１又は２に記載の装飾樹脂製品の製造方法。
前記平滑化工程と前記装飾工程との間に、前記基材に対してプラズマ処理を行う請求項１〜３の何れか１項に記載の装飾樹脂製品の製造方法。