JPH0285353A - プラスチックのコーティング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプラスチックのコーティング方法に関し、ざら
に詳しくは、真空蒸着法を用いて、２層に形成された誘
電体物質をベースコート膜とした侵、該膜上に種々の目
的、用途に応じた膜を形成させた場合、基板に対して優
れた密着性を有する蒸着膜を形成することのできるプラ
スチックのコーティング方法に関する。

［従来の技術およびその課題］ 透光性に優れたプラスチック材料は、軽量で機械的強度
に優れていると共に、加工性がよく、かつ自由にデザイ
ンできることから、特にガラスの代替用として、光学分
野等において幅広く用いられている。

現在多く使用されている透明プラスチックとしては、熱
可塑性のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）　、ポリスチレン（
ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）等や、熱硬化性のポリジエチレン
グリコールビスアリルカーボネート（ＣＲ−３９）等が
ある。

これらのプラスチック類のうち、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）は光学部品として、透明性、軽量性、
易加工性、耐衝撃性等に優れておリ、特に光の透過率は
他の樹脂と比べて最もよい。

しかしながら、このプラスチック基材には大きな欠点が
２つあり、その第１は、表面硬度が低いため、摩擦や引
っかきなどによってその表面が損傷を受けやすいことで
ある。また第２は、光学特性を与えるために、プラスチ
ック基材に対し、金属層または金属化合物層を形成し、
これを鏡面として使用したり、あるいは導電膜等として
使用することがよく行われているが、密着性耐ヒート試
験において、剥離クラック（膜のひびわれ）等が発生す
るという問題が起きることである。

そこで、これらの欠点を改善するために、種々の方法が
提案されている。

その方法の一つとして、プラスチック基材に金属蒸着模
を形成するに際して、密着強度を高めるため、下地層と
してのアンダーコート（紫外線硬化法、電子線照射硬化
法、熱硬化法等による形成）、あるいは保護膜としての
トップコートを施す方法がある。しかしながら、アンダ
ーコートやトップコートは、ムラが生じたり、異物が付
着することがあって、製造工程におけるクリーン度の維
持が必要であり、製造環境の整備が困難なうえ、大量生
産においての難点もあった。また、被膜の膜厚は通常３
〜５１Ｊ！Ｉｔの範囲で塗膜化されているため、表面精
度を必要とするものには適さない。

そのため真空蒸着法でこれらのアンダーコート膜、トッ
プコート膜を形成させ、密着性、ハードコート性を改善
する方法がいくつか報告されているが、これらの報告を
もとに、膜を形成しても十分な密着強度は得られず、実
用に耐える製品は（ｑられなかった。

これは、プラスチック基材がガラス等の無機物質と比較
して含水率、線膨張係数が大きく、また成形された際に
発生する残留応力も大きいことに起因すると考えられる
。そのため、プラスチック基材上に形成された膜につい
て、＋７０〜−３０℃のヒートサイクル試験を行うと、
基材の伸縮に伴って、金属にヘアでクラックが生じたり
、また膜の剥離が起きたりする。

以上のような真空蒸着の問題点を解決する手段としてプ
ラズマイオンブレーティング法や、蒸着の前に行うイオ
ンボンバード洗浄法がある。これらは共にガス（反応性
ガス、不活性ガス）を導入し、真空中で気体放電（励起
）させ、蒸発源から基材に入射してくる蒸発物をイオン
化することにより、真空蒸着では得難い特性の薄膜を形
成することができる。

気体放電を発生させる方法には、マトツクス法、ＲＦ励
起法、多陰極法、ホロカソード法、バイアスプローグ法
等があり、どれも励起された反応性、もしくは不活性ガ
スのイオンや、励起粒子、ラジカル粒子等が真空槽内に
発生している。そして、この電荷をもつ粒子（蒸着分子
）を基材側の電圧により加速させ、引きつけ、これによ
り密着性の優れた膜をプラスチック基材上に形成させる
が、反面、蒸着槽に付着している他の蒸着分子も一緒に
スパッタされることとなる。そのため蒸着回数を何回も
重ねた真空槽内では、こういった活性化してはならない
イオンが増えるために、本来の目的とした膜の中に入り
込み、密着性が低下する原因になる場合がある。

以上の点から、プラスチック基材に、直接真空蒸着にて
金属膜を形成させることや、該表面との密着性の良いコ
ーテイング膜を形成することは困難でめった。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は、最近ガラスからの代替用として需要の急増
しつつあるプラスチックレンズに、種々の目的に応え得
る光学膜また導電膜を形成させることを目的として鋭意
研究の結果、プラスチック基材の表面上に真空蒸着法に
て目的とする金属、誘電体物質等を形成させる際、ベー
ス膜としてシリコン（Ｓｉ）含有物質を形成し、次いで
その上にセリウム（Ｃｅ）含有物質、タンタル（Ｔａ）
含有物質または亜鉛（Ｚｎ）含有物質を形成させること
により、密着性、耐摩耗性ならびに耐ヒート性を著しく
向上し得ることを見い出して本発明を完成した。

即ち本発明は、プラスチック基材の表面上に下記［１］
からなる物質を膜厚１０〜１００００人で真空蒸着して
第１の膜を形成した後、該第１の膜上に下記［２］から
なる物質を真空蒸着して第２の膜を形成し、前記第１お
よび第２の膜をベースコート膜として用いてなることを
特徴とするプラスチックのコーティング方法である。

■シリコン単体またはシリコン含有酸化物■セリウム含
有酸化物あるいは沸化物、タンタル含有酸化物、または
亜鉛含有酸化物あるいは硫化物を６０重量％以上含む誘
電体物質本発明は、特にセリウム（ｃｅ）含有物質等が
プラスチックおよびシリコンに対して共に相性が良いと
いう知見に基づいてなされたもので、このベース膜を介
在させ、目的とされる金属、誘電体物質等の単層もしく
は多層蒸着された導電膜、光学膜は、密着性、耐摩耗性
、耐ヒート試験等に優れた結果を示す。

本発明の方法において用いられるプラスチック基材とし
ては、例えば、熱可塑性樹脂のポリメチルメタクリレー
ト、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル
、メチルメタクリレートと他のビニル七ツマ−との共重
合体等、また熱硬化性樹脂のポリジエチレングリコール
ビスアリルカーボネート等が挙げられ、これらの樹脂を
射出成形法またはキャスト成形法によって製造された板
またはレンズである。このうち、透光性に優れたポリメ
チルメタクリレートは特に好ましいものである。

これらのプラスチック基材の表面に、真空蒸着にて膜を
形成する際には、基材表面上に、やけ、指紋、油等の汚
れが存在する場合があるため、中性洗剤やフロン等にて
洗浄し、脱脂、および表面の水の脱水を行う。またプラ
スチック基材の種類によっては吸水率の非常に高いもの
があるため、洗浄終了後、予備乾燥をしておくことが望
ましい。

こうして前工程を終えた基材を真空蒸着するわけである
が、この時用いる蒸着装置は公知のものでよく、排気系
については拡散ポンプ、クライオポンプどちらでもよく
、特に指定はない。また、この時の条件としては、開始
真空度２　Ｘ　１０−５　Ｔｏｒｒ以下が望ましい。

また、本発明の方法において使用される誘電体物質とし
ては、例えば、二酸化チタン（Ｔｉ０２）、酸化ジルコ
ニウム（、ＺｒＯ２）　、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３＞、二
酸化ケイ素（５ｉ０２　）　、フッ化マグネシウム（）
Ｉ（］Ｆ２　）　、その他誘電体物質同士の混合物等が
挙げられるが、特に物質に限定はない。

また金属としては、Ｍ、　Ｃｒ、八ｇ、　Ｃｕ、　Ｂｉ
、　Ｉｎ。

Ｈｇ、　Ｎｉ、　Ｓｅ、丁ｅ、　Ｔｉ、　ＡＵ、その他
金属同士の混合物等が挙げられるが、特に物質に限定は
ない。

［実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。

実施例１〜２．比較例１〜３ 基材として、１．４９２（２０℃時）の屈折率を有する
ＰＭＭＡ樹脂を用い、これを超音波洗浄を通した後、ア
ニール乾燥したものを真空蒸着装置内のドームに取付け
、真空にした。このとき基板温度７０℃にセットし、真
空度２．０Ｘ１０−５ＴＯｒｒまで排気した。

次に、下記の表−１に示す５種の条件にて反射防止層を
形成した。

得られた各アクリル板について、以下に示す各条件で環
境試験を行った。

■テープテスト： 粘着テープの剥離試験　２０回 ■ヒートテスト： 温度７０℃の雰囲気中に４８ｈｒ放置 その結果を併せて表−１に示す。なお、表中、層数は基
材よりの層数を示す。

（以下余白） 表−１かられかるように、実施例１と２は、密着性およ
び耐ヒート性において、いずれもよい結果を示した。

比較例１においては密着性、耐ヒート性共に悪く、比較
例２においては、基板に直接Ｃｅ含有物質を使用したた
め、密着性は良好だが、Ｓｉを介在させていないため、
ヒートテストにて微細なりラックが発生した。比較例３
においては、１層目の５ｉ０２の物理的膜厚がｉ　ｉ　
、　３００人と多過ぎのため、密着性が悪い。

各実施例および比較例で１ｑられた蒸着膜の部分断面図
をそれぞれ第１図（ａ）（実施例１）、第１図（ｂ）（
実施例２）、第１図（Ｃ）（比較例１）、第１図（ｄ）
（比較例２）および第１図（ｅ）（比較例３）に示す。

図中、１は基材、２は５ｉ０２．３はＣｅＦ３．４はＨ
（ＪＦｚ　、５はＣｅＯ２，６はｃｅｏ２十ＴｉＯ２（
２０％）である。

また、第２図にこれらの光学特性図を示す。図中、Ａ−
Ｂ、Ｃ−Ｅはそれぞれ実施例１，２、比較例１，２．３
に対応する。なお、Ｆは反射防止層がない場合の反射率
を示す。

実施例３．比較例４ 本例ではグイクロコート（ＺｎＳ／　）ｆｇＦ２の交互
層１０層）を形成させる際、本発明によるベース膜を介
在させた場合と、させない場合との比較試験を行った。

実施例１と同じ条件にて排気し、以下の膜構成にて蒸着
を行い、密着性テストを行った。

実施例３ 基材Ｉ　　５ｉ０２／　ＣｅＯ２／　ＺｎＳ／　Ｈ（Ｊ
Ｆ２　／　ＺｎＳ／　ＨｇＦ２　／　ＺｎＳ／　Ｈ！Ｊ
Ｆ２　／　ＺｎＳ／　ＭＯＦ２　／２ｎＳ／　Ｈ（］Ｆ
２　　Ｉ空気　とベースコート膜を含む１２層コートを
行った。

膜厚は５ｉ０２、ｃｅｏ２は各１／８・λ０（λｏ＝　
５５０ｎｍ） ＺｎＳ、　　ＨｇＦ２は各１／４・λ０（λｏ＝　５５
０ｎｍ） （このとき使用したＣｅＯ２は、ＣｅＯ２＋Ｔｉ０２（
５％）配合） 比較例４ 基材Ｉ　　ＺｎＳ／　Ｈ（ｌＦｚ　／　ＺｎＳ／　Ｈｇ
Ｆ２／　ＺｎＳ／Ｍ（ＪＦ２／　ＺｎＳ／　Ｈ（］Ｆ２
　／　ＺｎＳ／　ＨＣｌＦ２　　ｌ空気と１０層コート
を行った。

膜厚は各１／４・λ０　（λｏ＝　５５０ｎｍ）得られ
たダイクロ膜を有するアクリル樹脂板の性能評価をした
ところ、表−２に示すような結果が得られた。

表−２ 本２）密着性テスト： ダイクロ膜層に１ｍｍ間隔のｉｏｘｌｏｍｍのゴバンの
目をカッターナイフで線を入れ、これにセロハンテープ
を貼り剥したとき、剥れ落らた個数である（分子は残っ
た数でおる）。

８３）撮動テスト： 約２分間隔の速度で連続的に変化する単弦調和撮動（２
０〜６０Ｈ２周期）を上下、左右方向に各々２０分間、
計１時間行う。この時、蒸着膜が基板から落ちない場合
を良好、基板から落ちた場合を不良とする。

実施例４ 本例では金属コーティングを行う際、ベース膜（５ｉ０
２　／　ＣｅＦ３）を介在させた時の密着性を調べた。

熱硬化性樹脂のポリジエチレングリコールビスアリルカ
ーボネイト（ＣＲ−３９＞の角板（縦１００ｍｍ。

横１００ｍｍ、板厚３ｍｍ）を超音波洗浄にて中性洗剤
−純水−フロンで洗浄を行った。次いで、蒸着面を下に
向け、真空槽に装填した。基板温度を７０〜８０℃に維
持しつつ２Ｘ１０−５丁ｏｒｒまで排気し、ベース膜と
して５ｉ０２を膜厚１００人、ＣｅＦ３　１００％を膜
厚２００人蒸着した後、金属ＣｕおよびＣｒをそれぞれ
１０００人の膜厚でコートした。

密着性テストを実施例３と同じ条件にて行ったが、結果
は１００／　１００と優れた結果を示した。

実施例５，６ 本例では、アクリル成形品上に、ベース膜として、５ｉ
０２　／丁ａ２０５を介在させた場合（実施例５）およ
び５ｉ０２　／　ＺｎＯを介在させた場合（実施例６）
の耐ヒート性を調べた。

熱可塑性樹脂のポリメチルメタクリレート（Ｐ）ｆ）ｆ
Ａ　）の角板（ｌ　１００ｍｍ１横１００ｍｍ　、板厚
３ｍｍ）を超音波洗浄にて中性洗剤−純水−フロンで洗
浄を行った後、蒸着面を下に向け、真空槽に装填した。

以下、実施例４と同じ条件にて排気し、表−３の通り蒸
着を行った。

（以下余白） 表−３ λｏ＝　　５５０ｎｌｌｌ　（５５００人）蒸着後、４
８時間経過後、下記に示すヒートサイクルテストを行っ
たが、実施例５，６共にクラックの発生がなく、異常は
認められなかった。

ヒートサイクルテスト条件： ＋７０〜−３０℃Ｘ１０サイクル 上記ヒ一トサイクルテスト条件を図示すると第３図のよ
うになる。同図は、縦軸に温度、横軸に時間をとったも
のである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のコーティング方法によっ
てプラスチック基材に蒸着された光学膜、導電膜等は密
着性および耐摩耗性等に優れ、基材の面精能を下げるこ
となく、所望の光学特性、電気特性等を満足することが
でき、特に密着性においては、優れた結果を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によって得られた蒸着膜の部分
断面図、第２図はそれらの光学特性図、第３図はヒート
サイクル条件を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラスチック基材の表面上に下記［１］からなる
   物質を膜厚１０〜１００００Åで真空蒸着して第１の膜
   を形成した後、該第１の膜上に下記［２］からなる物質
   を真空蒸着して第２の膜を形成し、前記第１および第２
   の膜をベースコート膜として用いてなることを特徴とす
   るプラスチックのコーティング方法。 ［１］シリコン単体またはシリコン含有酸化物［２］セ
   リウム含有酸化物あるいは沸化物、タンタル含有酸化物
   、または亜鉛含有酸化物あるいは硫化物を６０重量％以
   上含む誘電体物質