JP2016087986A - 樹脂基体及び樹脂基体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂材料からなる基材11と、基材11表面に形成されたセラミック層12とからなり、セラミック層12は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなる樹脂基体10。基材11は、ポリメチルメタクリレート又はポリカーボネートであり、セラミック層12は、SiC、WC、TiC、TaC、ZrC、VC、HfC、B4C、Mo2C、NbC、Cr3C2、Si3N4、TiN、AlN、BN、ZrN、TaN、NbN、Cr2N、VN及びHfNから選択された少なくとも一種からなるセラミック層である樹脂基体10。
【選択図】図1
Description
樹脂材料は、全体のデザイン及び形状の複雑さを増すことにより競争相手の自動車と差別化するのと同時に、機能性部品を成形されたプラスチックモジュールへ統合することによりウィンドウの組み立ての複雑さを低減する能力を与える。軽量プラスチックウィンドウモジュールの使用は、乗物のより低い重心(乗物のより良好な運転及び安全性)並びに改良された燃料経済の両方を容易にすることができる。又、プラスチックウィンドウモジュールは、転覆事故中の搭乗者の乗物内での保持を促進することにより、乗物の全体的な安全性を増大する。
具体的には、基層は、ポリカーボネート、アクリル、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリスルホンもしくはコポリマーのような熱可塑性樹脂、又はいずれかの他の適する透明なプラスチック物質、あるいはそれらの混合物を含有する。
耐候性フィルム層は、アクリル系ポリマー、イオノマー系ポリマー、フルオロ系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シロキサン系ポリマー又はそれらのコポリマーの群から選ばれる。
耐磨耗性層は、酸化アルミニウム、フッ化バリウム、窒化ホウ素、酸化ハフニウム、フッ化ランタン、酸化マグネシウム、酸化スカンジウム、一酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素、珪素オキシ窒化物、珪素オキシカーバイド、水素化珪素オキシカーバイド、炭化珪素、酸化タンタル、酸化チタン、酸化錫、酸化イットリウム、酸化亜鉛、亜鉛セレニド、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム及びチタン酸ジルコニウムの群から選ばれる物質を含有する。
であることが記載されている。
この発明によれば、耐磨耗性層は、磨耗により生じる損傷から耐候性フィルム層及び基層を保護するのに有用であることが記載されている。
そのため、プラスチックパネル全体として劣化を防止することはできない。
樹脂材料からなる基材と、上記基材表面に形成されたセラミック層とからなり、上記セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなることを特徴とする。
上記温度であると、樹脂材料からなる基材に熱的ダメージを与えにくいため好ましい。
また、上記スパッタリングは、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、2極スパッタ法、反応性スパッタ法、又は、ECRスパッタ法であることが好ましい。
以下、本発明の樹脂基体及び樹脂基体の製造方法について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
本発明の樹脂基体は、樹脂材料からなる基材と、上記基材表面に形成されたセラミック層とからなり、上記セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなることを特徴とする。
図1に示す樹脂基体10は、樹脂材料からなる基材11と、基材11の表面に形成されたセラミック層12とからなる。
上記基材の粗化面の表面粗さRzJISが0.3μm未満であると、基材の表面積が小さくなるため、基材とセラミック層との密着性が充分に得られにくくなる。一方、基材の粗化面の表面粗さRzJISが20μmを超えると、基材の表面にセラミック層が形成されにくくなる。これは、基材の粗化面の表面粗さRzJISが大きすぎると、基材の表面に形成された凹凸の谷の部分にセラミック層が形成されにくく、この部分に空隙が形成されるためであると考えられる。
なお、基材の粗化面の表面粗さRzJISは、レーザー顕微鏡(キーエンス社製VK−X200violet仕様)を用いて表面の輪郭曲線を測定した後、JIS B 0601(2001)に準拠して、走査距離は30μmとして測定することができる。
また、基材の厚さは、樹脂基体を使用する用途に応じて適切な厚さとすることができる。
板状の樹脂基体の基材として適切なmmオーダーの厚さでもよいし、フィルム状の樹脂基体の基材として適切なμmオーダーの厚さでもよい。なお、基材の厚さは不均一であってもよく、ランプレンズ、ランプレンズと一体化したランプカバーなどの場合には例えば中央の厚い凸形状となる。
セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなる。
炭化物系セラミックとしては、SiC、WC、TiC、TaC、ZrC、VC、HfC、B4C、Mo2C、NbC及びCr3C2等が挙げられる。
また、窒化物系セラミックとしては、Si3N4、TiN、AlN、BN、ZrN、TaN、NbN、Cr2N、VN及びHfN等が挙げられる。
また、炭窒化物セラミックも、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックに含まれ、炭窒化物セラミックとしては、炭窒化タングステン等が挙げられる。
セラミック層は、これらの炭化物系セラミック及び窒化物系セラミックのうちの1種のみを含んでいてもよいし、2種以上の炭化物系セラミック及び窒化物系セラミックを含んでいてもよい。
これらの中でも硬度の高いセラミックが好ましく、ビッカース硬度が500〜10000HVであるセラミックが好ましい。
また、セラミック層はSiCであることが好ましい。
セラミック層の厚さが上記範囲であると、紫外線を充分に吸収することができるため樹脂材料に紫外線の影響が及ぶことを防ぐことができる。また、耐摩耗性も充分に付与される。
セラミック層の厚さを3000nmを超えて厚くしても特性に大きな変化はなく、そのような厚さのセラミック層を形成することが難しく、時間もかかるため、樹脂基体の価格が高くなりすぎる。
セラミック層の厚さは、例えば、レーザー顕微鏡を用いて測定することができる。
基材の表面にセラミック層が形成された部分とセラミック層が形成されていない部分がある試料を準備し、基材の表面にセラミック層が形成された部分とセラミック層が形成されていない部分の境界の段差をまたぐようにレーザー顕微鏡を走査して、その段差の高さをセラミック層の厚さとして測定することができる。
上記測定用試料は、セラミック層の形成時に一部をマスキングしてセラミック層を形成することにより作製してもよいし、形成したセラミック層の一部を除去することによって作製してもよい。
本発明の樹脂基体の製造方法は、基材表面に炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックを物理蒸着により堆積させ、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなるセラミック層を形成することを特徴とする。
はじめに、基材を準備する。
基材としては本発明の樹脂基体の説明で説明した樹脂材料を使用することができ、使用する用途に応じて任意の形状に切削加工、押出成形等により成形した材料を準備する。
また、基材の表面の不純物を除去するために洗浄処理を行うことが好ましい。
上記洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理を用いることができ、具体的には、例えば、水やアルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法等を用いることができる。
また、スパッタリング装置内に基材を設置し、プラズマを発生させることによって基材の表面をプラズマ洗浄してもよい。この場合、プラズマ洗浄の後にそのままスパッタリングによりセラミック層の形成を行ってもよい。
この粗化処理後に、さらに洗浄処理を行ってもよい。
基材表面の好ましい表面粗さ等については、既に説明したので、ここでは、その説明を省略する。
続いて、基材表面に炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなるセラミック層を形成する。
セラミック層の形成は、物理蒸着(PVD)により行うことができる。
物理蒸着によりセラミック層を形成する場合、基材の温度が高温にならず、樹脂材料の耐熱温度以下の温度でセラミック層を形成することができるので、樹脂材料へのセラミック層の形成方法として適している。
具体的には、物理蒸着を5〜200℃で行うことが好ましい。この温度はチャンバー内の設定温度であり、常温(25℃±15℃)であることも好ましい。なお、樹脂材料からなる基材が物理蒸着の熱で溶融しないよう適宜冷却して温度調整してもよい。
これらの中でもスパッタリングにより行われることがより好ましく、スパッタリングは、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、2極スパッタ法、反応性スパッタ法、又は、ECRスパッタ法であることが好ましい。
特に、RF(交流、高周波)スパッタであることが好ましく、RFマグネトロンスパッタであることがより好ましい。
RFスパッタであると、絶縁体であるセラミックターゲットについてもスパッタリングが可能であり、マグネトロンスパッタとすることによって成膜速度を速くすることができる。
そして、高周波電圧を印加してスパッタリングを所定時間行い、所定の厚さのセラミック層を基材上に形成する。
具体的には、自動車用の窓、ミラー材、ランプカバー又はランプレンズであることが好ましい。
自動車用の窓としては、前後左右の窓、ルーフ等が挙げられる。
また、基材のセラミック層が設けられた面の反対側の面に反射層を形成することにより、ミラー材として使用することができる。
ランプカバーとしてはヘッドランプカバー、スモールランプカバー、ウィンカーカバー、フォグランプカバー、テールランプカバー、ブレーキランプカバー、バックランプカバー、車内灯カバー等が挙げられる。
ランプレンズとしては、ヘッドランプレンズ、スモールランプレンズ、ウィンカーレンズ、フォグランプレンズ、テールランプレンズ、ブレーキランプレンズ、バックランプレンズ、車内灯レンズ等が挙げられ、ランプカバーと一体化したものであってもよい。
また、自動車部品用途以外の用途として、航空機、船舶、鉄道等の自動車以外の輸送用機器の窓、家屋、オフィスビル等の建築物の窓、航空機、船舶、鉄道、自転車、2輪車等の自動車以外の輸送用機器の各種ランプカバー、各種ランプレンズ、室内照明(LED照明、蛍光灯)、信号機、道路灯、歩道灯、防犯灯、公園灯等の各種照明のカバー等に使用することができる。
(1)本発明の樹脂基体は、基材の表面にセラミック層が形成されている。セラミック材料は、エネルギーバンドギャップの作用により一般に短波長側の光を吸収しやすく紫外線を吸収することができ、セラミック層の厚さを適宜調整することにより、セラミック層だけで紫外線を吸収することができる。また、セラミック層は、樹脂材料と比較し圧倒的に硬いので、樹脂基体に耐摩耗性を同時に付与することができる。また、セラミック層だけで紫外線を吸収することができるので、樹脂基体を構成する樹脂材料に紫外線が届かず、紫外線による劣化を防止することができる。さらには、適宜セラミック層の種類等を調整することで紫外線に限定されず、可視光、赤外線に対しても光を減衰させることができる。
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
基材として、ポリカーボネート板(厚さ7mm)を準備した。
この基材表面に、ターゲットをSiCとして、RFマグネトロンスパッタ法を用いて、SiCからなるセラミック層を形成した。スパッタリング装置としては、SRV−4300シリーズ(神港精機製)を使用した。
チャンバー内の圧力は0.6Pa、電力500W、温度条件は常温とし、成膜速度8.6nm/minで狙い厚さ20nmのSiCからなるセラミック層を形成した。
作製された樹脂基体は、透明性を有しており、SiCからなるセラミック層を有しているので、紫外線を吸収することができ、かつ、耐摩耗性に優れたものである。
11 基材
12 セラミック層
Claims (12)
- 樹脂材料からなる基材と、前記基材表面に形成されたセラミック層とからなり、前記セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなることを特徴とする樹脂基体。
- 前記セラミック層は、SiC、WC、TiC、TaC、ZrC、VC、HfC、B4C、Mo2C、NbC、Cr3C2、Si3N4、TiN、AlN、BN、ZrN、TaN、NbN、Cr2N、VN及びHfNからなる群から選択された少なくとも一種からなるセラミック層であることを特徴とする請求項1に記載の樹脂基体。
- 前記セラミック層は、SiCであることを特徴とする請求項2に記載の樹脂基体。
- 前記セラミック層は、非晶質であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂基体。
- 前記基材は、ポリメチルメタクリレート又はポリカーボネートであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂基体。
- 前記基材と前記セラミック層が直接接していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂基体。
- 前記樹脂基体は、自動車用の窓、ミラー材、ランプカバー又はランプレンズであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂基体。
- 前記セラミック層の厚さが5〜3000nmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂基体。
- 基材表面に炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックを物理蒸着により堆積させ、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなるセラミック層を形成することを特徴とする樹脂基体の製造方法。
- 前記物理蒸着は5〜200℃で行うことを特徴とする請求項9に記載の樹脂基体の製造方法。
- 前記物理蒸着は、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング、又は、イオンビーム蒸着により行われることを特徴とする請求項9又は10に記載の樹脂基体の製造方法。
- 前記スパッタリングは、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、2極スパッタ法、反応性スパッタ法、又は、ECRスパッタ法であることを特徴とする請求項11に記載の樹脂基体の製造方法。
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