プラスチックおよび金属部品の銀メッキの完全なプロセス：UVスプレーライン vs. 真空蒸着機

銀メッキは、自動車内装や家電製品から家庭用電化製品に至るまで、その洗練された金属光沢、耐食性、美的汎用性で評価され、業界の定番仕上げとなっています。UVスプレーと真空蒸着（物理蒸着、PVD）という2つの主要な技術は、プラスチックと金属基板の異なる要件に対応しています。UVスプレーは費用対効果と複雑な形状への適応性を提供しますが、真空蒸着は優れた耐久性と本物の金属質感を提供します。この記事では、前処理（研磨と超音波洗浄）からコアコーティングステップまで、銀UV塗料の組成や真空蒸着ターゲットの選択など、プラスチックと金属部品の基板固有の適応に焦点を当てて、両方のプロセスの完全なワークフローについて詳しく説明します。

前処理：研磨と超音波洗浄

前処理は、コーティングの密着性、均一性、および耐久性を確保するために不可欠です。表面の欠陥、汚染物質（油、ほこり、酸化物）、または残留物によって、剥離、気泡、または光沢のムラが発生する可能性があります。硬度、耐熱性、および表面多孔性の違いにより、プロセスはプラスチックと金属基板の間でわずかに異なります。

研磨：基板固有の技術

研磨は、銀メッキの反射特性を向上させ、目に見える欠陥を減らすために、滑らかで欠陥のない表面を作成することを目的としています。

プラスチック部品の場合

プラスチック基板（例：ABS、PC、PMMA）は比較的柔らかく（ショアD 60-85）、傷がつきやすいため、穏やかな研磨方法が必要です。

• 研磨剤の選択：材料の変形を避けるために、細かいグリットのサンドペーパー（P1500-P2000）またはダイヤモンド研磨ペースト（1-3 μm）を使用します。高光沢の要件には、マイクロファイバークロスと研磨コンパウンド（アルミナまたはシリカを含む）による最終的なバフ処理により、Ra ≤ 0.05 μmの表面粗さが得られます。

• 設備：手動研磨または低速のオービタルポリッシャー（1000-1500 RPM）は、熱可塑性部品の反りを防ぎます。テクスチャード加工されたプラスチック部品は、元の表面パターンを維持するために積極的な研磨をスキップし、金型離型剤を除去するための軽度の洗浄のみが必要です。

金属部品の場合

金属基板（例：アルミニウム、鋼、亜鉛合金）はより硬く（HV 100-300）、より厳格な研磨に耐えることができます。

• 研磨シーケンス：アルミニウム酸化物サンドペーパー（P400-P800）による粗研磨は機械加工痕を除去し、次に中研磨（P1000-P1200）とセリウム酸化物ペーストによる仕上げ研磨（P1500-P2000）を行います。鏡面仕上げには、クロム酸化物ペーストを使用した布ホイールポリッシャー（2000-3000 RPM）により、Ra ≤ 0.02 μmが得られます。

• バリ取り：研磨前に、金属部品はバリ取りを行い、コーティングの堆積やひび割れの原因となる鋭いエッジを除去します。

超音波洗浄：多段階除染

超音波洗浄は、高周波音波（40-80 kHz）を使用して、微細孔や複雑な表面から汚染物質を剥離し、複雑な形状の部品に対して従来の洗浄方法よりも優れた性能を発揮します。

主な注意点：超音波周波数は、プラスチックの場合は40 kHz（キャビテーション損傷を軽減）、金属の場合は60〜80 kHz（汚染物質の除去を強化）に設定されています。部品は、洗浄中の傷を避けるために、ソフトライナー付きのメッシュバスケットに入れられます。

UVスプレーライン：銀メッキプロセス

UVスプレーは、静電スプレーを介して銀色のUV硬化型コーティングを塗布し、高速硬化、低VOC排出、および優れた色の一貫性を提供します。プラスチック部品および低摩耗金属部品に最適です。

銀UV塗料の組成

銀仕上げと性能を決定するコア材料は、次のように配合されたUV硬化型塗料です。

• 樹脂システム：アクリレートオリゴマー（柔軟性のためのウレタンアクリレート、硬度のためのエポキシアクリレート）とモノマー（トリメチロールプロパントリアクリレート、TMPTA）がフィルムマトリックスを形成します。プラスチックの場合、柔軟なオリゴマー（破断時伸び≥ 50％）はひび割れを防ぎ、金属の場合、硬質オリゴマー（硬度≥ 2H）は耐傷性を高めます。

• 銀顔料：アルミニウムフレーク粉末（アルミニウム銀ペースト）は主要な着色剤であり、粒子サイズは5〜20 μmで、分散性と耐候性を向上させるために表面処理（シランカップリング剤）が施されています。顔料の充填量（重量比10〜15％）は、金属光沢を制御します。充填量が多いほど、より明るく、より反射性の高い仕上がりになります。

• 添加剤：光開始剤（1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、HCPK）はUV光（365 nm）を吸収して硬化をトリガーし、フロー剤（ポリエーテル変性ポリシロキサン）はオレンジピールを防ぎ、変色防止剤（ベンゾトリアゾールUV吸収剤）は銀光沢を保持します。

• 溶剤：低VOC希釈剤（酢酸エチル、酢酸イソブチル）は、スプレー性に合わせて粘度（15〜20 s、DIN 4 mmカップ）を調整し、残留溶剤を最小限に抑えます（気泡の発生を防ぐため）。

スプレーおよび硬化プロセス

1. プライマー塗布（オプション）：密着性の低いプラスチック（例：PP）の場合、UV硬化型プライマー（アクリル+塩素化ポリオレフィン）を最初にスプレーし、乾燥膜厚（DFT）は5〜8 μmです。UVランプ（80〜100 mJ/cm²）で10〜15秒間予備硬化します。

2. 銀UV塗料スプレー：静電スプレーガン（電圧60〜80 kV、スプレー圧0.3〜0.5 MPa）は、銀塗料を1〜2コートで塗布し、DFTは15〜25 μmになります。スプレー距離は20〜30 cmで、コンベア速度は1〜2 m/minで、均一な被覆を確保します。

3. フラッシュオフステージ：溶剤の蒸発を可能にし、硬化中のピンホールの形成を減らすために、部品を室温で5〜10分間保持します。

4. UV硬化：水銀ランプ（電力80〜120 W/cm）またはLED UVランプ（365 nm）は、コンベア速度3〜5 m/minでコーティングを硬化させ、総エネルギー線量は300〜500 mJ/cm²です。硬化時間は1〜3秒で、完全な架橋（ゲル含有量≥ 95％）を保証します。

5. トップコート塗布（オプション）：高摩耗用途には、透明なUVトップコート（DFT 10〜15 μm）を塗布し、追加のUVパス（200〜300 mJ/cm²）で硬化させて、耐傷性（≥4H鉛筆硬度）と耐薬品性を高めます。

真空蒸着機：銀メッキプロセス

真空蒸着（マグネトロンスパッタリング）は、高真空環境で薄い銀金属膜を堆積させ、優れた密着性、耐摩耗性、および本物の金属質感を提供します。高性能金属部品およびプレミアムプラスチック部品に最適です。

銀メッキのターゲット材料の選択

ターゲットは、銀仕上げの純度、耐久性、およびコストを決定します。2つの主要なオプションが使用されています。

• アルミニウム（Al）ターゲット：最も一般的な選択肢（99.99％の純度）で、研磨されたアルミニウムと同様の明るい銀光沢を提供します。アルミニウムは費用対効果が高く、化学的に安定しており、耐食性を高める高密度酸化層（Al₂O₃）を形成します。ターゲットの寸法はチャンバーサイズによって異なり（通常、小型機器の場合は300×100×5 mm）、スパッタリング収率は1.2原子/イオンです。

• 銀（Ag）ターゲット：純粋で反射性の高い銀仕上げ（例：鏡面のような表面）には、99.99％純粋な銀ターゲットが使用されます。銀は優れた反射率（可視光に対して≥95％）を持っていますが、アルミニウムよりも柔らかく（HV 60-80）高価です。高級用途（例：高級電子機器、自動車トリム）でよく使用され、変色を防ぐための保護トップコートが施されています。

マグネトロンスパッタリングプロセス

1. ローディングと固定：前処理された部品は、均一なコーティングを確保するために回転固定具（遊星回転、5〜10 RPM）に取り付けられます。プラスチック部品は、熱損傷を避けるために低温固定具を使用します。

2. 真空排気：チャンバーは、ターボ分子ポンプを使用して1×10⁻³ Paのベース圧力に排気し、フィルム欠陥（ピンホール、酸化）の原因となる空気と水分を除去します。

3. イオン衝撃洗浄：アルゴン（Ar）ガスを導入し（圧力1×10⁻¹ Pa）、部品に負のバイアス（-300〜-500 V）を印加します。アルゴンイオンが表面に衝突し、残留汚染物質を除去し、基板を活性化します（密着性を高めます）。このステップは5〜10分間続きます。

4. スパッタリングと堆積：ターゲットはDC電源（2〜5 kW）で励起され、アルゴンガスをイオン化するプラズマを生成します。アルゴンイオンがターゲットに衝突し、回転する部品に堆積する金属原子（AlまたはAg）を放出します。主なパラメータ：

• 堆積圧力：2×10⁻² Pa（アルゴン流量20〜30 sccm）。

• 堆積温度：プラスチックの場合は80〜120℃、金属の場合は150〜200℃。

• 膜厚：50〜200 nm（銀光沢を制御します。膜が厚いほど反射性が高くなります）。

1. 堆積後処理：堆積後、チャンバーは窒素でパージされ、部品は室温（20〜30分）まで冷却されます。耐摩耗性を高め、変色を防ぐために、薄い保護層（SiO₂またはAl₂O₃、20〜50 nm）がスパッタリングされることがよくあります（銀ターゲットには不可欠です）。

コーティング後検査と品質管理

両方のプロセスは、性能コンプライアンスを確保するために厳格なテストが必要です。

• 密着性試験：金属の場合はクロスカット試験（ASTM D3359）で100/100の評価（剥離なし）、プラスチックの場合はテープ試験（3M 610）（コーティングの除去なし）。

• 外観検査：D65標準照明下での目視評価により、ムラ、ピンホール、または色のずれ（銀色の場合ΔE ≤ 1.0）を確認します。

• 物理的特性：鉛筆硬度（UVスプレーの場合は≥2H、真空蒸着の場合は≥3H）、耐摩耗性（500g負荷で≥500サイクル、ASTM D4060）、および耐食性（48時間塩水噴霧試験、ASTM B117—錆や変色なし）。

• 膜厚：デジタル厚さゲージ（UVコーティングの場合は1 μmの精度、真空蒸着の場合は1 nm）でDFTコンプライアンスを確認します。

プロセスの比較とアプリケーションシナリオ

一般的なアプリケーション

• UVスプレー：自動車内装プラスチック（ダッシュボードトリム、ドアハンドル）、家電製品の筐体（電話の背面カバー）、おもちゃ、家庭用電化製品。

• 真空蒸着：自動車外装金属部品（ホイールリム、グリル）、プレミアム電子機器（ラップトップフレーム）、医療機器、装飾金属器具。