金属調軟質高分子成形体
【課題】軟質高分子成形体に優れた金属調を実現し、トップコート層を設けた場合であっても光沢が喪失せず元来の金属調を維持することができる金属調軟質高分子成形体の提供。
【解決手段】軟質高分子成形体１１に金属薄膜層１３を有する金属調軟質高分子成形体１０について、金属薄膜層１３を、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有するものとし、かつその層厚を２０ｎｍ〜１００ｎｍとした。
【解決手段】軟質高分子成形体１１に金属薄膜層１３を有する金属調軟質高分子成形体１０について、金属薄膜層１３を、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有するものとし、かつその層厚を２０ｎｍ〜１００ｎｍとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟質高分子成形体の表面に金属調の加飾がなされた金属調軟質高分子成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形体の表面に金属薄膜層を有する金属調樹脂成形体は、樹脂成形体の表面にめっきや蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法により金属薄膜層を形成して得られることが知られており、蒸着などによれば、光沢性の良い、いわゆる鏡面状の加飾を実現でき金属薄膜層は金属板などと同様な金属光沢を放つことができるものとなる。このような場合、金属の被膜を硬質な樹脂の表面に形成させるのが一般的であり、剥離しにくい密着性の高い表面被膜が得られる。
【０００３】
ところが、この硬質の樹脂成形体に代えて軟質高分子成形体を用いた場合は、成形体の変形とともに金属薄膜層も連動して変形することで金属薄膜層に割れが発生したり、白濁して見えてしまったりする不都合がある。また、軟質高分子成形体には軟質性を付与するための種々の添加剤が混入されている場合も多く、添加剤成分の染み出しによって金属薄膜層が剥離し易くなり、また、光沢が変化し易いという問題がある。
【０００４】
こうした問題は、金属薄膜層が一様に連続した膜として形成される場合に起こることが知られており、この問題を解決するためには、金属薄膜層を一様な連続膜として形成しないようにすることが提案されている。例えば、特開平１１−３４２２０号公報（特許文献１）では微細な金属粒を形成するものとして構成したり、特開平１１−１３１２１３号公報（特許文献２）では、連続膜として形成した金属薄膜層を加熱することでクラックを有する金属薄膜層として構成することが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−３４２２０号公報
【特許文献２】特開平１１−１３１２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法で形成された金属薄膜層は、その表面にトップコート層を設けると白濁してしまい、金属光沢を保てない場合がある。その原因は定かではないが、トップコートを形成する際に、金属薄膜層を形成している金属の微粒子にトップコート層用インキが入り込み、金属の微粒子の配列を乱すため、金属の微粒子に当たる光が干渉し乱反射を引き起こすことが原因であると推測される。また、予めクラックを形成する特許文献２に記載の方法では、クラックの大きさを制御することが困難であり、安定した製造条件が得られないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、軟質高分子成形体に優れた金属調を実現し、トップコート層を設けた場合であっても光沢が喪失せず優れた金属調を維持することができ、不具合の起こりにくい高品質の金属調軟質高分子成形体を得ることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明は、軟質高分子成形体に金属薄膜層を有する金属調軟質高分子成形体であって、金属薄膜層は、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有し、かつ層厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍである金属調軟質高分子成形体を提供する。
【０００８】
金属薄膜層は、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有し、かつ層厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍとしたため、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体とできる。また、トップコート層を設けても白濁することなく、優れた金属光沢を有するものとすることができる。さらに、所定の蒸着により製造できるため、安定した製造が可能であり、製造コストが安く、安定して不具合のない品質が得られる金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【０００９】
そして本発明は、金属薄膜層が、走査型電子顕微鏡での表面写真によって３５μｍ×５０μｍの範囲内で、島部の抜けまたは前記最大長を超える大きさの島部の存在箇所が２つ以下である金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【００１０】
すなわち、金属薄膜層の多数の島部が不連続に密集する表面構造を、走査型電子顕微鏡での表面写真による表面状態が、金属薄膜層表面の３５μｍ×５０μｍの範囲内で、島部の抜けまたは前記最大長を超える大きさの島部の存在箇所が２つ以下であるととらえることができる。所定の範囲内での島部の抜けや最大長を超える大きさの島部の合計の存在箇所が２つ以下であれば、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体とすることができ、また、トップコート層を設けても白濁することがない。
【００１１】
軟質高分子成形体には、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のＡ硬度が５０〜９５のゴム状弾性体を用いることができる。軟質高分子成形体の硬度がＪＩＳ Ｋ ６２５３硬度のＡ硬度で５０〜９５であるゴム状弾性体を用いたため、軟質高分子成形体が大きく変形することがあっても、その変形に応じて金属薄膜層を構成する金属粒が追随し、金属薄膜層としての割れや、はがれが生じにくい。そして、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体とすることができ、トップコート層を設けても白濁することがない。そのため、屈曲性が必要な用途に用いても金属光沢が劣ることがなく、安定した金属調の外観を保持することができる。さらに、所定の蒸着により製造できるため、製造コストが安く、安定して製造しうる金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【００１２】
また、軟質高分子成形体は熱可塑性エラストマーでなるものとすることができる。軟質高分子成形体を熱可塑性エラストマーとすることで、優れた金属光沢を有し金属と同様の外観を有する柔らかな成形体を得ることができる。また、熱可塑性を有しながら、金属薄膜層の割れやはがれの生じにくい金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【００１３】
また、本発明は、金属薄膜層の軟質高分子成形体側とは反対側の面にトップコート層を設けることができる。金属薄膜層の軟質高分子成形体側とは反対側の面にトップコート層を有する金属調軟質高分子成形体であれば、優れた金属光沢と、製造し易さを有しながら、耐磨耗性等にも優れた金属調軟質高分子成形体となる。
【００１４】
軟質高分子成形体と金属薄膜層の間にベースコート層を有する金属調軟質高分子成形体とすることができる。軟質高分子成形体と金属薄膜層の間にベースコート層を有する金属調軟質高分子成形体であれば、金属薄膜層の密着性が良好で、軟質高分子成形体の表面状態が多少悪い場合でも、金属光沢を有し、安定して製造しうる金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の金属調軟質高分子成形体によれば、金属薄膜層の上にトップコート層を設けた場合であっても、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体である。また、その製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の金属調軟質高分子成形体についてさらに詳しく説明する。なお、各実施形態の説明において、先の実施形態で説明したものと同じ材料、同じ製造方法などとなる場合は重複説明を省略する。
【００１７】
第１実施形態； 図１には本発明の第一実施形態である金属調軟質高分子成形体１０の層構成を示す。この金属調軟質高分子成形体１０は、軟質高分子成形体１１の表面に樹脂膜でなるベースコート層１１を有し、その表面に金属薄膜層１３、さらにその表面にトップコート層１４を有している。
【００１８】
軟質高分子成形体１１には、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のＡ硬度で２０〜１００の硬度を有する高分子材料を用いることができるが、特に、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のＡ硬度で５０〜９５である柔らかな高分子材料を用いることができる。これらの材料には、軟質樹脂や熱可塑性エラストマーなどのゴム状弾性体が挙げられる。具体的には、軟質樹脂として、軟質アクリル、塩ビ、オレフィン系樹脂が挙げられ、また、ゴム状弾性体として、エチレン系、スチレン系、ウレタン系、オレフィン系、ポリエステル系、エーテル系、ポリアミド系等の各種熱可塑性エラストマーや、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の合成ゴムや天然ゴムが挙げられる。
【００１９】
また、軟質高分子成形体１１に用いる材料は、ベースコート層１１との密着性がよく、その軟質高分子成形体１１の成分が染み出さない種類のものが好ましい。この観点から、未反応モノマーが少なく、液状の添加剤等の含有が少ない材料とすることが好ましく、単一、または、より少ない構成単位よりなる重合体であることが好ましい。また、軟質高分子成形体として熱可塑性エラストマーを用いることは好ましい。熱可塑性エラストマーを用いれば、柔らかな材料で表面を金属調に装飾することができるからである。軟質高分子成形体１１は、原材料となる軟質高分子を射出成形などで成形することで得られる。
【００２０】
ベースコート層１２は基材である軟質高分子成形体１１と金属薄膜層１３との両方に密着性があり、金属薄膜層１３の軟質高分子成形体１１への固着力を高めるために設けられる層である。具体的には、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂、エーテル樹脂及び硝化綿(ニトロセルロース)系樹脂よりなる蒸発乾燥型、紫外線硬化型、加熱硬化型の樹脂を用いて形成することができる。また、ベースコート層１２は、軟質高分子成形体１１の変形時にはその変形に追随して柔軟に屈曲する材質が好ましく、この観点からウレタン系またはアクリルウレタン系樹脂を用いることが好ましい。ベースコート層１２の形成は、軟質高分子成形体１１の表面に印刷、塗布など種々の方法により塗工して形成することができる。
【００２１】
金属薄膜層１３は、薄厚の金属層であり、蒸着法により形成することができる層である。用いられる金属としては、アルミニウム、クロム、銅、ゲルマニウム、金、インジウム、鉄、鉛、マグネシウム、ニッケル、パラジウム、白金、銀、錫、チタン、亜鉛などが挙げられる。アルミニウム、銀、インジウム、マグネシウム、錫などは、その融点が低く、金属薄膜を容易に形成できる点で好ましい。
【００２２】
軟質高分子成形体１１への金属薄膜層１３の形成は、蒸着装置を用い、金属を蒸着装置の空間内に均一かつ直線的に飛散させて形成することができる。金属を蒸着装置の空間内に均一かつ直線的に飛散させることで、一様に不連続な金属粒で構成される金属薄膜層１３を軟質高分子成形体１１に形成することができる。これに対し、蒸発した金属が均一かつ直線的に飛散しない場合は、蒸着装置内で金属濃度が不均一となり、偏りが生じて表面に凹凸がある金属薄膜層となる。
【００２３】
金属薄膜層１３の層厚は、２０ｎｍ〜１００ｎｍとすることで金属光沢が十分に発揮され、高級感のある金属調軟質成形体とすることができる。２０ｎｍより薄いと、金属調といえる程度に十分な金属光沢を得ることができず、黒みがかった発色を呈してしまう。また、１００ｎｍを超えるとトップコート層１４を設けた際に白濁した金属光沢となってしまい、金属薄膜層１３に亀裂が生じやすくなる。
【００２４】
トップコート層１４は、金属薄膜層１３の保護、傷つき防止の機能を有する層であり、金属薄膜層１３との密着性、耐摩耗性、耐薬品性、軟質高分子成形体１１の変形に対する追従性などに優れた性質を持つことが好ましい。トップコート層１４として用いることのできる材料には、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂、エーテル樹脂及び硝化綿(ニトロセルロース)系樹脂よりなる蒸発乾燥型、紫外線硬化型、加熱硬化型の樹脂を挙げることができるが、特に架橋型の樹脂を用いることが好ましい。トップコート層１４の形成は、金属薄膜層１３の表面に印刷、塗布など種々の方法により塗工して形成することができる。
【００２５】
こうして得られる金属調軟質高分子成形体１０の金属薄膜層１３の表面状態を図２に示し、比較のため、蒸着条件を種々代えて形成した比較例となる金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層の表面写真を図３〜図５に示す。いずれの写真も、金属薄膜層を形成した後のその表面を、走査型電子顕微鏡で２５０００倍に拡大したものである。図２〜図５のいずれにおいても写真上の一目盛りは２μｍを表す。
【００２６】
図２で示す電子顕微鏡写真は、試料１とした金属調軟質高分子成形体１０の金属薄膜層１３の表面写真である。試料１の詳細は後述する。試料１の金属調軟質高分子成形体１０は、金属薄膜層１３を設けた際、また、その後のトップコート層１４を設けた際も、鏡面状の金属光沢を有し、白濁することなく、優れた金属光沢を有している。これは、金属薄膜層１３が、不連続に密集した金属粒で平坦に形成されているため、トップコート層１４に対して安定しており、金属粒の変化がないためと考えられる。すなわち、この金属調軟質高分子成形体１０の表面は、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有し、島部の抜けまたは前記最大長を超える大きさの島部の存在、あるいは、周囲の島部とはコントラストが相違し白く視認される島部が１つも無いように見える。また、金属薄膜層１３の他の表面を観察しても、走査型電子顕微鏡での表面写真による表面状態が、金属薄膜層表面の３５μｍ×５０μｍの範囲内でこのような箇所が２つ以下である。この金属薄膜層１３の所定の２点間の抵抗値を計測すると１ＧΩ程度となり、金属薄膜層１３は金属粒で形成された不連続体であって、電気的に絶縁状態にあると考えられる。
【００２７】
これに対し、比較例となる試料２の金属調軟質高分子成形体は、その金属薄膜層の表面写真を図３で示すが、金属薄膜層を設けた際は、白濁することが無い優れた金属光沢を有しているものの、トップコート層を設けた後は、白濁してしまい、金属光沢の無い金属調軟質高分子成形体となる。これは、金属薄膜層を形成している金属粒が崩れるためと考えられる。この金属調軟質高分子成形体の表面は、周囲の島部とはコントラストが異なり白く視認される島部が見え、隣接する島部に対し凹凸を有し、平坦な平面となっていないものと推測される。これは、金属が蒸着槽の空間内に均一かつ直線的に飛散せず、偏った分布で飛散してできたものであり、金属薄膜層が連続体となっていると考えられる。
【００２８】
また、比較例となる試料３の金属調軟質高分子成形体は、金属薄膜層の表面写真を図４で示すが、試料２と同様に、金属薄膜層を設けた際は、白濁することが無く優れた金属光沢を有していたが、トップコート層を設けた後は、白濁してしまい、金属光沢の無い金属調軟質高分子成形体となる。これは、金属粒の濃淡のバラツキがあったため、トップコート層の形成で金属薄膜層のバラツキが増幅されて見えるためと考えられる。この金属調軟質高分子成形体の表面は、試料１と同様に、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する表面構造が見られるものの、島部の抜けとみられる部分、換言すれば、島部が密集していない部分が３〜４か所見える。これは、フィラメントと被着体との間隔を広くしたため、蒸着槽内の高さ方向でバラツキが生じたまま金属薄膜層が形成されたためであり、金属薄膜層が連続体となっていると考えられる。
【００２９】
さらに、比較例となる試料４の金属調軟質高分子成形体は、金属薄膜層の表面写真を図５で示すが、金属薄膜層を形成した段階から白濁した金属調軟質高分子成形体となる。この金属調軟質高分子成形体の表面には、長手方向の最大長が５μｍを超える大きな金属粒が見える。これは、金属薄膜層の厚みを厚くしたため、蒸着時間も長くなり、金属粒が成長し、または連なってしまったため、金属薄膜層が連続体となっていると考えられる。
【００３０】
このように、金属薄膜層の上にトップコート層を設けた場合であっても、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体であるかどうかは、金属薄膜層の表面状態を走査型電子顕微鏡で観察することにより、粒状に見える島部の大きさ、島部の抜けの状態、表面の平坦性によって判断することができる。
【００３１】
図２〜図５のそれぞれに示す金属薄膜層を形成する金属調軟質高分子成形体のより具体的な製造条件及び電子顕微鏡による撮影条件を次に示す。
【００３２】
試料１： ＪＩＳ Ｋ ６２５３硬度６０のポリエステル系熱可塑性エラストマーを成形した軟質高分子成形体１２に、ベースコート層１２として「オリジプレートＺクリヤ」（商品名：オリジン電気株式会社製）の主剤４部に対し「ポリハードＲ硬化剤」（商品名：オリジン電気株式会社製）の１部を混合し、「オリジンシンナー＃２１０Ｎｏ.３」（商品名：オリジン電気株式会社製）を加えて粘度調整したアクリル系ウレタン塗料を塗布し、８０℃、３０分での乾燥硬化後の層厚を１０μｍとした。その後、該成形体とフィラメントとの間を１００ｍｍ〜２００ｍｍとした真空蒸着装置にて、電流値が１００アンペア〜２００アンペア、時間が３０秒〜２分、で適宜調整してインジウム（純度９９．９％、株式会社ニラコ製）を該成形体に蒸着させ、層厚が２０ｎｍの金属薄膜層１３を形成した。走査型電子顕微鏡による写真撮影は、「走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎ」（商品名：株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用い、この金属薄膜層１３の表面を倍率２５，０００倍にて撮影したものである。その後、トップコート層１４として、「オリジプレートセットＭＰクリヤ」（商品名：オリジン電気株式会社製）の主剤４部に対し、前記ポリハードＲ硬化剤の１部を混合し、前記オリジンシンナー＃２１０Ｎｏ.３を加えて粘度調整したアクリル系ウレタン塗料を塗布し、９０℃、３０分での乾燥硬化後の層厚を１０μｍとした。こうして試料１とする金属調軟質高分子成形体１０を得た。
【００３３】
試料２： フィラメントの種類を代えた以外は、試料１と同様にして製造し、同様に撮影した。
【００３４】
試料３： 蒸着を施す成形体とフィラメントとの間を約２４０ｍｍとした以外は、試料１と同様にして製造し、同様に撮影した。
【００３５】
試料４： 金属薄膜層の形成時間を試料１の場合よりも長くし、金属薄膜層の厚みを１２０ｎｍとした以外は、試料１と同様にして製造し、同様に撮影した。
【００３６】
第２実施形態； 第２実施形態による金属調軟質高分子成形体２０を図６に示す。金属調軟質高分子成形体２０は、第１実施形態で示した金属調軟質高分子成形体１０においてベースコート層１２を設けない構造としたものであり、軟質高分子成形体１１、金属薄膜層１３、トップコート層１４が積層した層構成を有している。
【００３７】
金属調軟質高分子成形体２０を構成する材料、製造方法については、ベースコート層を除き、第１実施形態で示した材料、製造方法と同じである。
【００３８】
また、金属薄膜層１３の表面状態を走査型電子顕微鏡写真で観察すると、第１実施形態における試料１と同様の表面状態が観察された。
【００３９】
第３実施形態； 第３実施形態による金属調軟質高分子成形体３０を図７に示す。金属調軟質高分子成形体３０は、軟質高分子成形体１１に金属薄膜層１３が積層した層構成を有している。ベースコート層１２及びトップコート層１４が形成されていない以外は第１実施形態と同じである。
【００４０】
金属調軟質高分子成形体３０を構成する材料、製造方法については、ベースコート層１２、トップコート層１４を除き、第１実施形態で示した材料、製造方法と同じである。
【００４１】
また、金属薄膜層１３の表面状態を走査型電子顕微鏡写真で観察すると、第１実施形態における試料１と同様の表面状態が観察された。
【００４２】
実施形態の変更例； 上記各実施形態については、ベースコート層１２、金属薄膜層１３、トップコート層１４の他に、金属調軟質高分子成形体１０，２０，３０に着色を与える着色層や、金属薄膜層１３の金属光沢を発揮させないための被覆層、文字や記号などを付与する表示層などを形成することも可能である。
【００４３】
第１実施形態の部分で説明した試料１〜試料４は、いずれも真空蒸着装置により形成したものであるが、同様の表面構造は真空蒸着以外にも、イオンプレーティング、スパッタリングなどの方法によって形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
金属調軟質高分子成形体１０，２０，３０は、柔軟性がありながら表面光沢に優れた金属調の材料であり、金属調のデザインが要求される柔らかな部材、例えば、柔らかなジャックカバーやロボットおもちゃなど可撓性のある材料への利用をはじめ、質量低減が要求される部材などへの利用など種々の用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態による金属調軟質高分子成形体の模式断面図。
【図２】試料１とした本発明の第１実施形態による金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層表面の電子顕微鏡写真図。
【図３】試料２とした比較例による金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層表面の電子顕微鏡写真図。
【図４】試料３とした比較例による金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層表面の電子顕微鏡写真図。
【図５】試料４とした比較例による金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層表面の電子顕微鏡写真図。
【図６】本発明の第２実施形態による金属調軟質高分子成形体の模式断面図。
【図７】本発明の第３実施形態による金属調軟質高分子成形体の模式断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１０，２０，３０ 金属調軟質高分子成形体
１１ 軟質高分子成形体
１２ ベースコート層
１３ 金属薄膜層
１４ トップコート層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟質高分子成形体の表面に金属調の加飾がなされた金属調軟質高分子成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形体の表面に金属薄膜層を有する金属調樹脂成形体は、樹脂成形体の表面にめっきや蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法により金属薄膜層を形成して得られることが知られており、蒸着などによれば、光沢性の良い、いわゆる鏡面状の加飾を実現でき金属薄膜層は金属板などと同様な金属光沢を放つことができるものとなる。このような場合、金属の被膜を硬質な樹脂の表面に形成させるのが一般的であり、剥離しにくい密着性の高い表面被膜が得られる。
【０００３】
ところが、この硬質の樹脂成形体に代えて軟質高分子成形体を用いた場合は、成形体の変形とともに金属薄膜層も連動して変形することで金属薄膜層に割れが発生したり、白濁して見えてしまったりする不都合がある。また、軟質高分子成形体には軟質性を付与するための種々の添加剤が混入されている場合も多く、添加剤成分の染み出しによって金属薄膜層が剥離し易くなり、また、光沢が変化し易いという問題がある。
【０００４】
こうした問題は、金属薄膜層が一様に連続した膜として形成される場合に起こることが知られており、この問題を解決するためには、金属薄膜層を一様な連続膜として形成しないようにすることが提案されている。例えば、特開平１１−３４２２０号公報（特許文献１）では微細な金属粒を形成するものとして構成したり、特開平１１−１３１２１３号公報（特許文献２）では、連続膜として形成した金属薄膜層を加熱することでクラックを有する金属薄膜層として構成することが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−３４２２０号公報
【特許文献２】特開平１１−１３１２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法で形成された金属薄膜層は、その表面にトップコート層を設けると白濁してしまい、金属光沢を保てない場合がある。その原因は定かではないが、トップコートを形成する際に、金属薄膜層を形成している金属の微粒子にトップコート層用インキが入り込み、金属の微粒子の配列を乱すため、金属の微粒子に当たる光が干渉し乱反射を引き起こすことが原因であると推測される。また、予めクラックを形成する特許文献２に記載の方法では、クラックの大きさを制御することが困難であり、安定した製造条件が得られないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、軟質高分子成形体に優れた金属調を実現し、トップコート層を設けた場合であっても光沢が喪失せず優れた金属調を維持することができ、不具合の起こりにくい高品質の金属調軟質高分子成形体を得ることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明は、軟質高分子成形体に金属薄膜層を有する金属調軟質高分子成形体であって、金属薄膜層は、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有し、かつ層厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍである金属調軟質高分子成形体を提供する。
【０００８】
金属薄膜層は、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有し、かつ層厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍとしたため、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体とできる。また、トップコート層を設けても白濁することなく、優れた金属光沢を有するものとすることができる。さらに、所定の蒸着により製造できるため、安定した製造が可能であり、製造コストが安く、安定して不具合のない品質が得られる金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【０００９】
そして本発明は、金属薄膜層が、走査型電子顕微鏡での表面写真によって３５μｍ×５０μｍの範囲内で、島部の抜けまたは前記最大長を超える大きさの島部の存在箇所が２つ以下である金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【００１０】
すなわち、金属薄膜層の多数の島部が不連続に密集する表面構造を、走査型電子顕微鏡での表面写真による表面状態が、金属薄膜層表面の３５μｍ×５０μｍの範囲内で、島部の抜けまたは前記最大長を超える大きさの島部の存在箇所が２つ以下であるととらえることができる。所定の範囲内での島部の抜けや最大長を超える大きさの島部の合計の存在箇所が２つ以下であれば、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体とすることができ、また、トップコート層を設けても白濁することがない。
【００１１】
軟質高分子成形体には、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のＡ硬度が５０〜９５のゴム状弾性体を用いることができる。軟質高分子成形体の硬度がＪＩＳ Ｋ ６２５３硬度のＡ硬度で５０〜９５であるゴム状弾性体を用いたため、軟質高分子成形体が大きく変形することがあっても、その変形に応じて金属薄膜層を構成する金属粒が追随し、金属薄膜層としての割れや、はがれが生じにくい。そして、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体とすることができ、トップコート層を設けても白濁することがない。そのため、屈曲性が必要な用途に用いても金属光沢が劣ることがなく、安定した金属調の外観を保持することができる。さらに、所定の蒸着により製造できるため、製造コストが安く、安定して製造しうる金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【００１２】
また、軟質高分子成形体は熱可塑性エラストマーでなるものとすることができる。軟質高分子成形体を熱可塑性エラストマーとすることで、優れた金属光沢を有し金属と同様の外観を有する柔らかな成形体を得ることができる。また、熱可塑性を有しながら、金属薄膜層の割れやはがれの生じにくい金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【００１３】
また、本発明は、金属薄膜層の軟質高分子成形体側とは反対側の面にトップコート層を設けることができる。金属薄膜層の軟質高分子成形体側とは反対側の面にトップコート層を有する金属調軟質高分子成形体であれば、優れた金属光沢と、製造し易さを有しながら、耐磨耗性等にも優れた金属調軟質高分子成形体となる。
【００１４】
軟質高分子成形体と金属薄膜層の間にベースコート層を有する金属調軟質高分子成形体とすることができる。軟質高分子成形体と金属薄膜層の間にベースコート層を有する金属調軟質高分子成形体であれば、金属薄膜層の密着性が良好で、軟質高分子成形体の表面状態が多少悪い場合でも、金属光沢を有し、安定して製造しうる金属調軟質高分子成形体とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の金属調軟質高分子成形体によれば、金属薄膜層の上にトップコート層を設けた場合であっても、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体である。また、その製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の金属調軟質高分子成形体についてさらに詳しく説明する。なお、各実施形態の説明において、先の実施形態で説明したものと同じ材料、同じ製造方法などとなる場合は重複説明を省略する。
【００１７】
第１実施形態； 図１には本発明の第一実施形態である金属調軟質高分子成形体１０の層構成を示す。この金属調軟質高分子成形体１０は、軟質高分子成形体１１の表面に樹脂膜でなるベースコート層１１を有し、その表面に金属薄膜層１３、さらにその表面にトップコート層１４を有している。
【００１８】
軟質高分子成形体１１には、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のＡ硬度で２０〜１００の硬度を有する高分子材料を用いることができるが、特に、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のＡ硬度で５０〜９５である柔らかな高分子材料を用いることができる。これらの材料には、軟質樹脂や熱可塑性エラストマーなどのゴム状弾性体が挙げられる。具体的には、軟質樹脂として、軟質アクリル、塩ビ、オレフィン系樹脂が挙げられ、また、ゴム状弾性体として、エチレン系、スチレン系、ウレタン系、オレフィン系、ポリエステル系、エーテル系、ポリアミド系等の各種熱可塑性エラストマーや、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の合成ゴムや天然ゴムが挙げられる。
【００１９】
また、軟質高分子成形体１１に用いる材料は、ベースコート層１１との密着性がよく、その軟質高分子成形体１１の成分が染み出さない種類のものが好ましい。この観点から、未反応モノマーが少なく、液状の添加剤等の含有が少ない材料とすることが好ましく、単一、または、より少ない構成単位よりなる重合体であることが好ましい。また、軟質高分子成形体として熱可塑性エラストマーを用いることは好ましい。熱可塑性エラストマーを用いれば、柔らかな材料で表面を金属調に装飾することができるからである。軟質高分子成形体１１は、原材料となる軟質高分子を射出成形などで成形することで得られる。
【００２０】
ベースコート層１２は基材である軟質高分子成形体１１と金属薄膜層１３との両方に密着性があり、金属薄膜層１３の軟質高分子成形体１１への固着力を高めるために設けられる層である。具体的には、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂、エーテル樹脂及び硝化綿(ニトロセルロース)系樹脂よりなる蒸発乾燥型、紫外線硬化型、加熱硬化型の樹脂を用いて形成することができる。また、ベースコート層１２は、軟質高分子成形体１１の変形時にはその変形に追随して柔軟に屈曲する材質が好ましく、この観点からウレタン系またはアクリルウレタン系樹脂を用いることが好ましい。ベースコート層１２の形成は、軟質高分子成形体１１の表面に印刷、塗布など種々の方法により塗工して形成することができる。
【００２１】
金属薄膜層１３は、薄厚の金属層であり、蒸着法により形成することができる層である。用いられる金属としては、アルミニウム、クロム、銅、ゲルマニウム、金、インジウム、鉄、鉛、マグネシウム、ニッケル、パラジウム、白金、銀、錫、チタン、亜鉛などが挙げられる。アルミニウム、銀、インジウム、マグネシウム、錫などは、その融点が低く、金属薄膜を容易に形成できる点で好ましい。
【００２２】
軟質高分子成形体１１への金属薄膜層１３の形成は、蒸着装置を用い、金属を蒸着装置の空間内に均一かつ直線的に飛散させて形成することができる。金属を蒸着装置の空間内に均一かつ直線的に飛散させることで、一様に不連続な金属粒で構成される金属薄膜層１３を軟質高分子成形体１１に形成することができる。これに対し、蒸発した金属が均一かつ直線的に飛散しない場合は、蒸着装置内で金属濃度が不均一となり、偏りが生じて表面に凹凸がある金属薄膜層となる。
【００２３】
金属薄膜層１３の層厚は、２０ｎｍ〜１００ｎｍとすることで金属光沢が十分に発揮され、高級感のある金属調軟質成形体とすることができる。２０ｎｍより薄いと、金属調といえる程度に十分な金属光沢を得ることができず、黒みがかった発色を呈してしまう。また、１００ｎｍを超えるとトップコート層１４を設けた際に白濁した金属光沢となってしまい、金属薄膜層１３に亀裂が生じやすくなる。
【００２４】
トップコート層１４は、金属薄膜層１３の保護、傷つき防止の機能を有する層であり、金属薄膜層１３との密着性、耐摩耗性、耐薬品性、軟質高分子成形体１１の変形に対する追従性などに優れた性質を持つことが好ましい。トップコート層１４として用いることのできる材料には、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂、エーテル樹脂及び硝化綿(ニトロセルロース)系樹脂よりなる蒸発乾燥型、紫外線硬化型、加熱硬化型の樹脂を挙げることができるが、特に架橋型の樹脂を用いることが好ましい。トップコート層１４の形成は、金属薄膜層１３の表面に印刷、塗布など種々の方法により塗工して形成することができる。
【００２５】
こうして得られる金属調軟質高分子成形体１０の金属薄膜層１３の表面状態を図２に示し、比較のため、蒸着条件を種々代えて形成した比較例となる金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層の表面写真を図３〜図５に示す。いずれの写真も、金属薄膜層を形成した後のその表面を、走査型電子顕微鏡で２５０００倍に拡大したものである。図２〜図５のいずれにおいても写真上の一目盛りは２μｍを表す。
【００２６】
図２で示す電子顕微鏡写真は、試料１とした金属調軟質高分子成形体１０の金属薄膜層１３の表面写真である。試料１の詳細は後述する。試料１の金属調軟質高分子成形体１０は、金属薄膜層１３を設けた際、また、その後のトップコート層１４を設けた際も、鏡面状の金属光沢を有し、白濁することなく、優れた金属光沢を有している。これは、金属薄膜層１３が、不連続に密集した金属粒で平坦に形成されているため、トップコート層１４に対して安定しており、金属粒の変化がないためと考えられる。すなわち、この金属調軟質高分子成形体１０の表面は、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有し、島部の抜けまたは前記最大長を超える大きさの島部の存在、あるいは、周囲の島部とはコントラストが相違し白く視認される島部が１つも無いように見える。また、金属薄膜層１３の他の表面を観察しても、走査型電子顕微鏡での表面写真による表面状態が、金属薄膜層表面の３５μｍ×５０μｍの範囲内でこのような箇所が２つ以下である。この金属薄膜層１３の所定の２点間の抵抗値を計測すると１ＧΩ程度となり、金属薄膜層１３は金属粒で形成された不連続体であって、電気的に絶縁状態にあると考えられる。
【００２７】
これに対し、比較例となる試料２の金属調軟質高分子成形体は、その金属薄膜層の表面写真を図３で示すが、金属薄膜層を設けた際は、白濁することが無い優れた金属光沢を有しているものの、トップコート層を設けた後は、白濁してしまい、金属光沢の無い金属調軟質高分子成形体となる。これは、金属薄膜層を形成している金属粒が崩れるためと考えられる。この金属調軟質高分子成形体の表面は、周囲の島部とはコントラストが異なり白く視認される島部が見え、隣接する島部に対し凹凸を有し、平坦な平面となっていないものと推測される。これは、金属が蒸着槽の空間内に均一かつ直線的に飛散せず、偏った分布で飛散してできたものであり、金属薄膜層が連続体となっていると考えられる。
【００２８】
また、比較例となる試料３の金属調軟質高分子成形体は、金属薄膜層の表面写真を図４で示すが、試料２と同様に、金属薄膜層を設けた際は、白濁することが無く優れた金属光沢を有していたが、トップコート層を設けた後は、白濁してしまい、金属光沢の無い金属調軟質高分子成形体となる。これは、金属粒の濃淡のバラツキがあったため、トップコート層の形成で金属薄膜層のバラツキが増幅されて見えるためと考えられる。この金属調軟質高分子成形体の表面は、試料１と同様に、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する表面構造が見られるものの、島部の抜けとみられる部分、換言すれば、島部が密集していない部分が３〜４か所見える。これは、フィラメントと被着体との間隔を広くしたため、蒸着槽内の高さ方向でバラツキが生じたまま金属薄膜層が形成されたためであり、金属薄膜層が連続体となっていると考えられる。
【００２９】
さらに、比較例となる試料４の金属調軟質高分子成形体は、金属薄膜層の表面写真を図５で示すが、金属薄膜層を形成した段階から白濁した金属調軟質高分子成形体となる。この金属調軟質高分子成形体の表面には、長手方向の最大長が５μｍを超える大きな金属粒が見える。これは、金属薄膜層の厚みを厚くしたため、蒸着時間も長くなり、金属粒が成長し、または連なってしまったため、金属薄膜層が連続体となっていると考えられる。
【００３０】
このように、金属薄膜層の上にトップコート層を設けた場合であっても、白濁することがなく、優れた金属光沢を有する金属調軟質高分子成形体であるかどうかは、金属薄膜層の表面状態を走査型電子顕微鏡で観察することにより、粒状に見える島部の大きさ、島部の抜けの状態、表面の平坦性によって判断することができる。
【００３１】
図２〜図５のそれぞれに示す金属薄膜層を形成する金属調軟質高分子成形体のより具体的な製造条件及び電子顕微鏡による撮影条件を次に示す。
【００３２】
試料１： ＪＩＳ Ｋ ６２５３硬度６０のポリエステル系熱可塑性エラストマーを成形した軟質高分子成形体１２に、ベースコート層１２として「オリジプレートＺクリヤ」（商品名：オリジン電気株式会社製）の主剤４部に対し「ポリハードＲ硬化剤」（商品名：オリジン電気株式会社製）の１部を混合し、「オリジンシンナー＃２１０Ｎｏ.３」（商品名：オリジン電気株式会社製）を加えて粘度調整したアクリル系ウレタン塗料を塗布し、８０℃、３０分での乾燥硬化後の層厚を１０μｍとした。その後、該成形体とフィラメントとの間を１００ｍｍ〜２００ｍｍとした真空蒸着装置にて、電流値が１００アンペア〜２００アンペア、時間が３０秒〜２分、で適宜調整してインジウム（純度９９．９％、株式会社ニラコ製）を該成形体に蒸着させ、層厚が２０ｎｍの金属薄膜層１３を形成した。走査型電子顕微鏡による写真撮影は、「走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎ」（商品名：株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用い、この金属薄膜層１３の表面を倍率２５，０００倍にて撮影したものである。その後、トップコート層１４として、「オリジプレートセットＭＰクリヤ」（商品名：オリジン電気株式会社製）の主剤４部に対し、前記ポリハードＲ硬化剤の１部を混合し、前記オリジンシンナー＃２１０Ｎｏ.３を加えて粘度調整したアクリル系ウレタン塗料を塗布し、９０℃、３０分での乾燥硬化後の層厚を１０μｍとした。こうして試料１とする金属調軟質高分子成形体１０を得た。
【００３３】
試料２： フィラメントの種類を代えた以外は、試料１と同様にして製造し、同様に撮影した。
【００３４】
試料３： 蒸着を施す成形体とフィラメントとの間を約２４０ｍｍとした以外は、試料１と同様にして製造し、同様に撮影した。
【００３５】
試料４： 金属薄膜層の形成時間を試料１の場合よりも長くし、金属薄膜層の厚みを１２０ｎｍとした以外は、試料１と同様にして製造し、同様に撮影した。
【００３６】
第２実施形態； 第２実施形態による金属調軟質高分子成形体２０を図６に示す。金属調軟質高分子成形体２０は、第１実施形態で示した金属調軟質高分子成形体１０においてベースコート層１２を設けない構造としたものであり、軟質高分子成形体１１、金属薄膜層１３、トップコート層１４が積層した層構成を有している。
【００３７】
金属調軟質高分子成形体２０を構成する材料、製造方法については、ベースコート層を除き、第１実施形態で示した材料、製造方法と同じである。
【００３８】
また、金属薄膜層１３の表面状態を走査型電子顕微鏡写真で観察すると、第１実施形態における試料１と同様の表面状態が観察された。
【００３９】
第３実施形態； 第３実施形態による金属調軟質高分子成形体３０を図７に示す。金属調軟質高分子成形体３０は、軟質高分子成形体１１に金属薄膜層１３が積層した層構成を有している。ベースコート層１２及びトップコート層１４が形成されていない以外は第１実施形態と同じである。
【００４０】
金属調軟質高分子成形体３０を構成する材料、製造方法については、ベースコート層１２、トップコート層１４を除き、第１実施形態で示した材料、製造方法と同じである。
【００４１】
また、金属薄膜層１３の表面状態を走査型電子顕微鏡写真で観察すると、第１実施形態における試料１と同様の表面状態が観察された。
【００４２】
実施形態の変更例； 上記各実施形態については、ベースコート層１２、金属薄膜層１３、トップコート層１４の他に、金属調軟質高分子成形体１０，２０，３０に着色を与える着色層や、金属薄膜層１３の金属光沢を発揮させないための被覆層、文字や記号などを付与する表示層などを形成することも可能である。
【００４３】
第１実施形態の部分で説明した試料１〜試料４は、いずれも真空蒸着装置により形成したものであるが、同様の表面構造は真空蒸着以外にも、イオンプレーティング、スパッタリングなどの方法によって形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
金属調軟質高分子成形体１０，２０，３０は、柔軟性がありながら表面光沢に優れた金属調の材料であり、金属調のデザインが要求される柔らかな部材、例えば、柔らかなジャックカバーやロボットおもちゃなど可撓性のある材料への利用をはじめ、質量低減が要求される部材などへの利用など種々の用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態による金属調軟質高分子成形体の模式断面図。
【図２】試料１とした本発明の第１実施形態による金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層表面の電子顕微鏡写真図。
【図３】試料２とした比較例による金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層表面の電子顕微鏡写真図。
【図４】試料３とした比較例による金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層表面の電子顕微鏡写真図。
【図５】試料４とした比較例による金属調軟質高分子成形体の金属薄膜層表面の電子顕微鏡写真図。
【図６】本発明の第２実施形態による金属調軟質高分子成形体の模式断面図。
【図７】本発明の第３実施形態による金属調軟質高分子成形体の模式断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１０，２０，３０ 金属調軟質高分子成形体
１１ 軟質高分子成形体
１２ ベースコート層
１３ 金属薄膜層
１４ トップコート層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟質高分子成形体に金属薄膜層を有する金属調軟質高分子成形体であって、
金属薄膜層は、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有し、かつ層厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍである金属調軟質高分子成形体。
【請求項２】
金属薄膜層は、走査型電子顕微鏡での表面写真によって、３５μｍ×５０μｍの範囲内で、島部の抜けまたは前記最大長を超える大きさの島部の存在箇所が２つ以下である請求項１記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項３】
軟質高分子成形体は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のＡ硬度が５０〜９５のゴム状弾性体である請求項１または請求項２記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項４】
軟質高分子成形体が、熱可塑性エラストマーでなる請求項１〜請求項３何れか１項記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項５】
金属薄膜層の軟質高分子成形体側とは反対側の面にトップコート層を有する請求項１〜請求項４何れか１項記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項６】
軟質高分子成形体と金属薄膜層の間にベースコート層を有する請求項１〜請求項５何れか１項記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項１】
軟質高分子成形体に金属薄膜層を有する金属調軟質高分子成形体であって、
金属薄膜層は、長手方向の最大長が５μｍ以内の蒸着金属粒でなる多数の島部が不連続に密集する平坦な表面構造を有し、かつ層厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍである金属調軟質高分子成形体。
【請求項２】
金属薄膜層は、走査型電子顕微鏡での表面写真によって、３５μｍ×５０μｍの範囲内で、島部の抜けまたは前記最大長を超える大きさの島部の存在箇所が２つ以下である請求項１記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項３】
軟質高分子成形体は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のＡ硬度が５０〜９５のゴム状弾性体である請求項１または請求項２記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項４】
軟質高分子成形体が、熱可塑性エラストマーでなる請求項１〜請求項３何れか１項記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項５】
金属薄膜層の軟質高分子成形体側とは反対側の面にトップコート層を有する請求項１〜請求項４何れか１項記載の金属調軟質高分子成形体。
【請求項６】
軟質高分子成形体と金属薄膜層の間にベースコート層を有する請求項１〜請求項５何れか１項記載の金属調軟質高分子成形体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１３６６８９（Ｐ２００７−１３６６８９Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２９４６３（Ｐ２００５−３２９４６３）
【出願日】平成１７年１１月１４日（２００５．１１．１４）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１４日（２００５．１１．１４）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
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