JP5529459B2 - コーティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック基材上に金属膜を形成するコーティング方法に関する。

従来、かかるコーティング方法、具体的には、車両用灯具におけるリフレクターの反射面を形成する方法としては、リフレクター基材の上面に、高温下でのガスバリアー性に優れた変性シリコン樹脂を塗布し乾燥してアンダーコート層を形成し、該アンダーコート層を１０μｍ以上と比較的厚く形成することによってリフレクター基材表面の凹凸を吸収し平滑化し、乾燥後のアンダーコート層の上に、銀スパッタリングにより銀蒸着膜を１００〜３００μｍの膜厚に形成し、銀蒸着膜上に、変性シリコン樹脂を主成分とする耐熱性，ガスバリア性に優れるとともに、銀に対し密着性をもつ樹脂塗料を塗布し乾燥して、６〜１０μｍの膜厚にトップコート層を形成する様にした方法が見受けられる（例えば、特許文献１参照）。

又、プラスチック基材が、例えばポリカーボネート樹脂、アクリロニトリル・スチレン共重合体樹脂の場合にあっては、成型後の表面が比較的平滑であることから、そのまま蒸着させても反射効率の高い反射面を形成可能であるが、不飽和ポリエステル樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂の場合にあっては、成型後の表面に凹凸があり、そのまま蒸着させても反射効率の低い反射面しか形成できないため、上記特許文献１に記載の発明と同様に、プラスチック基材の表面にプライマー層を形成し蒸着面を平滑化した上で金属を蒸着することで、反射効率の高い反射面を形成する様にしている。
よって、現状ではプラスチック基材に直接反射面を蒸着形成せずに、プライマー層を介して形成するのが一般的な手法とされている。

特開２０００−１０６０１７号公報（請求項１、段落番号〔００３６〕〜〔００４１〕、図２）

しかし、上記従来技術にあっては、アンダーコート層を樹脂塗料を塗布し乾燥させて形成する、所謂『湿式手法（ウェットプロセス）』であるため、成膜材料が工場内に拡散し易く作業環境を良好に維持することが出来ず、而も必要量以上の成膜材料が使用されて経済性に劣り、乾燥に時間を要するなど、解決せねばならない課題があった。

本発明は、上記従来技術に基づく、アンダーコート層をウェットプロセスで形成することにより不具合が生じる課題に鑑み、プラスチック基材の表面にプラズマＣＶＤ法により、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を原料としＳｉＯ _x 膜を成膜してプライマー層を形成する工程と、該プライマー層の表面を不活性ガスによるボンバード処理する工程と、このプライマー層の平滑な表面に真空蒸着法又はスパッタリング法により金属層を形成する工程と、該金属層の表面にプラズマＣＶＤ法により、原料をヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を原料としＳｉＯ _x 膜を成膜してトップコート層を形成する工程とを有したコーティング方法にすることによって、全ての処理をドライプロセス化する様にして、上記課題を解決する。
而も、プライマー層の表面をボンバード処理してぬれ性を向上させることで、金属層との密着性を向上させる様にしている。

要するに本発明は、プラスチック基材の表面にプラズマＣＶＤ法により、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を原料としＳｉＯ _x 膜を成膜してプライマー層を形成する工程と、該プライマー層の表面を不活性ガスによるボンバード処理する工程と、このプライマー層の平滑な表面に真空蒸着法又はスパッタリング法により金属層を形成する工程と、該金属層の表面にプラズマＣＶＤ法により、原料をヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を原料としＳｉＯ _x 膜を成膜してトップコート層を形成する工程とを有しているので、乾式メッキ処理することから、成膜材料が工場内に拡散せず作業環境を良好に維持することが出来ると共に、必要量以上の成膜材料を使用せずに処理することが出来、プライマー層形成後の次工程までの待機時間を大幅に短縮させることが出来る。
而も、金属層をプラスチック基材の微小な凹凸のある表面に直接形成せずに、プライマー層の平滑化された表面に形成することで、自ずと金属層の表面も平滑化されるため、反射効率を向上させることが出来、つまりプラスチック基材の材質に依存せず、金属層の厚さに依存せず、乾式処理だけで密着性の良好なコーティングを形成出来、ヘッドライト及びテールランプなどにおけるリフレクターとしては最適なコーティング構造を提供することが出来、更にプライマー層の平滑な表面に金属層を形成することで、プラスチック基材の凹凸のある表面にそのまま形成された金属層と比較して反射率が向上するため、例えば車輛用のヘッドライト、テールランプのリフレクター（反射板）などに最適となる。
尚且つ、トップコート層を形成することで、金属層の表面を保護することが出来るため、反射効率が低下しないコーティング構造とすることが出来、このトップコート層を、例えば酸化珪素膜（ＳｉＯ_x ）にすれば、表面には撥水機能があり表面に付着した水は粒状に成ってしまうが、トップコート層の表面をボンバード処理し親水性を持たせれば、トップコート層表面のぬれ性が向上して付着した水が表面に拡がるため、トップコート層表面が曇らず、反射率低下を防止出来る。
そして、プライマー層の形成後に、該プライマー層の表面をボンバード処理した上で金属層を形成する様にし、ボンバード処理により、プライマー層の表面を粗面化するか、プライマー層の表層部分を改質化する様にしたので、プライマー層の表面が活性化、粗面化され、ぬれ性が向上するため、金属層との一体性を向上させることが出来、よって金属層が剥離しないコーティング構造とすることが出来る。

プラスチック基材と、該プラスチック基材の表面にプラズマＣＶＤ法により、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を原料としてＳｉＯ _x 膜を成膜して形成されたプライマー層と、不活性ガスによりボンバードされたプライマー層の平滑な表面に真空蒸着法又はスパッタリング法により形成された金属層と、該金属層の表面にプラズマＣＶＤ法により、原料をヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を原料としＳｉＯ _x 膜を成膜して形成されたトップコート層とを有しているので、密着性の良好なコーティング構造を有したプラスティック製品を提供することが出来、更にボンバード処理したプライマー層の表面に金属層を形成したので、更に密着性の良好なコーティング構造を有したプラスティック製品を提供することが出来る等その実用的効果甚だ大である。

本発明に係るコーティング構造は、プラスチック基材の表面に乾式メッキ処理により形成されたプライマー層と、ボンバード処理が施されたプライマー層の表面に乾式メッキ処理により形成された金属層と、該金属層の表面に形成された乾式メッキ処理によりトップコート層とを有している。

尚、『乾式めっき』とは、成膜材料のハロゲン化物、硫化物、水素化合物などを高温で熱分解、酸化、還元、重合或いは気相化学反応などをさせた後、分子を基材上に沈着させて薄膜を形成する化学蒸着法（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や、高温加熱、スパッタリングなどの物理的方法で物質を蒸発させ、プラスチック基材に凝縮させて薄膜を形成する物理蒸着法（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の総称であり、化学蒸着法には、熱エネルギーの付与による熱分解を経て蒸着する熱ＣＶＤ法、原料ガスのプラズマ化による活性化を経て蒸着するプラズマＣＶＤ法、紫外線やレーザー照射による原料ガスの活性化を経て蒸着する光ＣＶＤ法などの方式があり、物理蒸着法には、空気中で物質を加熱蒸発させ、蒸発物質によりプラスチック基材上に薄膜を形成する真空蒸着法（ｖａｃｕｕｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、電界を印加して発生したプラズマを利用し、蒸発原子をイオン化又は励起させ、プラスチック基材上に薄膜を形成するイオンプレーティング法（ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ）、加速された粒子をターゲット表面に衝突させ、運動量の交換によって空間へ放出される、上記ターゲットを構成する原子によりプラスチック基材上に薄膜を形成するスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）などがあり、特に本願では『プラズマＣＶＤ法』でプライマー層及びトップコート層を、『真空蒸着法』又は『スパッタリング法』で金属層を夫々形成している。
上記『プラズマＣＶＤ法』は、具体的には、プラスチック基材にダメージを与えない低温プラズマを用いるのが好ましく、プラスチック基材の温度を低温に保ったままプライマー層及びトップコート層を形成可能で、室温〜６００℃の温度で熱ＣＶＤ法と同等の品質にすることが可能である。
上記『真空蒸着法』は、真空中でアルミを高温で溶融させて、熱エネルギーを有した蒸発アルミとしプラスチック基材の表面に金属（アルミ）層を成膜させる方法で、上記『スパッタリング法』は、具体的には、真空中にＡｒガスを導入しながら、プラスチック基材とターゲット（アルミ（Ａｌ）など）間に直流高電圧を印加し、イオン化したＡｒ( Ａｒ⁺ ) をターゲットに衝突させて、弾き飛ばされたターゲット物質（アルミイオン）によりプラスチック基材に金属（アルミ）層を成膜させる方法で、プラスチック基材を液体や高温気体にさらさずにメッキ処理出来、低温でも優れた密着性が得られる。

又、上記『ボンバード処理』とは、減圧状態の不活性ガス（一般的にはＡｒガス）放電中で形成された正イオン（Ａｒ⁺ ）を、負に印加したプライマー層（必要に応じて、プラスチック基材、トップコート層）に衝突させ、正イオン（Ａｒ⁺ ）によるスパッタ効果で、表面にある付着不純物や薄い酸化皮膜層などを除去したり、表面を粗面化・活性化したり、含浸不純物（水分その他）を叩き出すために施す処理方法であり、場合によってはプライマー層（必要に応じて、プラスチック基材、トップコート層）の表層部分が、曝された雰囲気の中で改質化される。
又、ボンバード処理発生電源は、直流（ＤＣ）、交流（ＲＦ）、中間周波数（ＭＦ）、マイクロ波等があり、使用電源にはこだわらない。

次に、本発明に係るコーティング方法に関し、バッチ式のコーティング装置による処理工程について説明する。

〔前処理工程〕
プラスチック基材を、下記の条件でボンバード処理して含有水分を叩き出す工程で、必要に応じて行われる。
圧力 ：１３．３Ｐａ（１×１０^-1Ｔｏｏｒ）
Ａｒガス流量：１５００ｓｃｃｍ（０℃、１ａｔｍ）
処理時間 ：３０秒
出力 ：１ｋＷ

〔一次処理工程〕
プライマー層を、下記の条件でプラズマＣＶＤ処理して形成する。
圧力 ：１３．３Ｐａ（１×１０^-1Ｔｏｏｒ）
原料ガス量 ：３００ｓｃｃｍ（０℃、１ａｔｍ）
処理時間 ：２４０〜３００秒
出力 ：１ｋＷ

〔二次処理工程〕
プライマー層の表面を、下記の条件でボンバード処理する。
圧力 ：１３．３Ｐａ（１×１０^-1Ｔｏｏｒ）
Ａｒガス流量：１５００ｓｃｃｍ（０℃、１ａｔｍ）
処理時間 ：３０秒
出力 ：１ｋＷ

〔三次処理工程〕
金属層（反射層）を、下記の条件で真空蒸着処理して形成する。
圧力 ：０．１３３Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｏｒ）
Ａｌ仕込量 ：４ｇ
処理時間 ：６０秒
拡散用Ａｒガス量：適量

〔四次処理工程〕
トップコート層、下記の条件でプラズマＣＶＤ処理して形成する。
圧力 ：１３．３Ｐａ（１×１０^-1Ｔｏｏｒ）
原料ガス量 ：３００ｓｃｃｍ（０℃、１ａｔｍ）
処理時間 ：２４０秒
出力 ：１ｋＷ

〔後処理工程〕
トップコート層の表面を下記の条件でボンバード処理して親水性を付与する工程で、必要に応じて行われる。
圧力 ：１３．３Ｐａ（１×１０^-1Ｔｏｏｒ）
Ａｒガス流量：１５００ｓｃｃｍ（０℃、１ａｔｍ）
処理時間 ：３０秒
出力 ：１ｋＷ

但し、上記コーティング方法は、あくまでもバッチ式コーティング装置における真空蒸着方法による金属層の成膜方法の一例であり、プラスチック基材の材質及び表面形状、投入ガスの導入量により処理時間を適宜変更する必要があり、更にインライン式又は枚葉式コーティング装置においては、処理工程は同じであるが、圧力、ガス量、処理時間及び出力等の諸条件を適宜変更して処理することが必要になる。

尚、上記『ｓｃｃｍ』は、『Standard Cubic Centimeter per Minute』の略称で、気体の標準状態換算を示す単位であり、『ｓｃｃｍ( ０℃、１ａｔｍ）』は、０℃、１気圧状態における単位時間（１分）当たりの流量容積（ｃｃ）を示している。

プライマー層及びトップコート層を形成する酸化珪素膜（ＳｉＯ_x 膜）は、優れた水蒸気バリア性と高透明性とを兼備し、表面には優れた撥水性が備わっており、シラン化合物を加熱蒸発させたガスを用いて成膜され、シラン化合物の例としては、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）としている。

プライマー層及びトップコート層は、プラズマ重合で成膜するとメチル基が表面側に出る構造に出るためにそのままでは撥水機能を有したままとなることから、上記〔二次処理工程〕及び〔後処理工程〕においてボンバード処理を行うことで、表面にアルゴンイオンを衝突させメチル基を部分的に飛ばすことで表面のぬれ性が向上するため、〔二次処理工程〕においては金属層を構成する元素、分子との密着性が向上し、〔後処理工程〕においては付着した水が表面に拡がって表面が曇らない。
よって、本願のコーティング方法は、プライマー層に対し金属層が剥離せず、而もトップコート層の表面が曇らずに反射率が低下しないため、車輛用のヘッドライト、テールランプのリフレクター（反射板）などにおける反射面のコーティング方法としては最適である。

又、コーティング装置としては、多数のプラスチック基材を一度に処理するバッチ式、プラスチック基材を連続的に処理するインライン式及び枚葉式があり、各々に下記の様な特徴がある。

〔バッチ式の特徴〕
常圧又は減圧雰囲気化で実施される化学蒸着による重合膜（プライマー層及びトップコート層）と、真空又は真空に近い雰囲気下で実施される物理蒸着による金属層（反射膜）とを同じ処理空間内で形成可能な機能が具備されており、一回に多数のプラスチック基材を同時処理することを可能にしている。

〔インライン式の特徴〕
少なくとも〔一次処理工程〕〜〔四次処理工程〕の処理室を設け、各処理室にプラスチック基材を１個毎に順次移動させて処理するものであり、１台当たりの処理量はバッチ式及び枚葉式より多い反面、設置面積が大きくなってしまう。

〔枚葉式の特徴〕
少なくとも〔一次処理工程〕〜〔四次処理工程〕の処理室を設け、各処理室にプラスチック基材を１組毎に順次移動させて処理するものであり、タクトタイムはバッチ式及びインライン式よりも早く、設置面積はインライン式より狭い。

尚、本願は、バッチ式、インライン式、枚葉式など装置に限定されることなく、スパッタリング、真空蒸着など、乾式めっきであればプライマー層、金属層及びトップコート層の成膜方法に限定されることなく、金属膜の厚さにも限定されることなく、而もプラスチック基材の材質にも限定されることなく、ダイレクト蒸着により剥離し難い金属膜を成膜出来るコーティング方法である。
特に、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂は、耐衝撃性、耐熱性、難燃性など高い物性を示す樹脂であり、透明性を有するために光学用途に使用でき、本発明に係るコーティング方法によれば、密着性良く金属膜、金属酸化物膜を作成できる。

本発明に係るコーティング方法は、ヘッドランプ、リアランプなどの車両用灯具の他、取っ手などの自動車部品であったり、エンジニアリングプラスティックを基材として利用する、光触媒を塗布した建築用資材、太陽光発電資材、コンデンサーフィルム、無反射光学フィルムなど、要するに表面に金属膜を形成するプラスティック製品であれば適用可能である。

Claims (2)

1. プラスチック基材の表面にプラズマＣＶＤ法により、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を原料としＳｉＯ_x 膜を成膜してプライマー層を形成する工程と、該プライマー層の表面を不活性ガスによるボンバード処理する工程と、このプライマー層の平滑な表面に真空蒸着法又はスパッタリング法により金属層を形成する工程と、該金属層の表面にプラズマＣＶＤ法により、原料をヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を原料としＳｉＯ_x 膜を成膜してトップコート層を形成する工程とを有したことを特徴とするコーティング方法。
2. 前記トップコート層の表面を不活性ガスによりボンバード処理する工程を有したことを特徴とする請求項１記載のコーティング方法。