JP2678298B2 - 回転体の表面処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は球状物や円筒状物などの回転体を成す被処理
物の表面をプラズマ処理する表面処理装置に関する。

〔従来の技術〕 物品の表面仕上げとして顔料入りペイントやクリヤー
ペイントなどの塗料被覆層を形成する塗装が広く行われ
ている。

このような塗装においては、塗料の密着性を向上させ
て剥離強度および耐衝撃性にすぐれた被覆層を得るため
の前処理として、被処理物の表面を粗面化する方法が採
用されている。

前記粗面化処理としては、例えば、粒状物質を高速で
吹き付けるサンドブラストやショットピーニングが採用
されている。

一方、微細な表面粗面化および表面改質を同時に行い
うるプラズマ処理技術も塗装の前処理方法として採用さ
れ始めている。

本発明は、球または円筒などの回転体を成す被処理物
の表面をプラズマ処理する装置に関する。

本発明による装置で表面処理するのに好適な被処理物
として、例えばゴルフボールを挙げることができる。

ゴルフボール等の表面処理（下地処理）に採用される
プラズマ処理は、一般に低温プラズマ処理と呼ばれるも
のであり、チャンバー内を真空（負圧を含む）にして非
プラズマ重合性ガスを導入し、プラズマ処理域に電圧を
印加することで低温プラズマ（いわゆるグロー放電プラ
ズマ）を発生させることにより行われる。

非プラズマ重合性ガス（処理用ガス）としては、例え
ば、アルゴン、酸素、窒素、ヘリウム等を使用すること
ができ、その他にもプラズマを発生させうるガスであれ
ば種々のものを使用することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ゴルフボールなどの球状物や、円筒状物などの回転体
をプラズマ表面処理する従来の装置としては、例えば特
開昭61−48386号に見られるように、真空チャンバー内
に回転または振動可能なかごまたは枠を設け、被処理物
を前記かごまたは枠内に挿入して回転または振動させる
ことで表面を均一にプラズマ処理していた。

しかし、このような従来の表面処理装置では、かごを
回転させる際にプラズマ処理された回転体が他の回転体
やかごの枠に衝突して擦られるため、プラズマ処理効果
が低減してしまうという問題があった。

さらに、生産性の点から回転体（被処理物）を多量に
入れたチャンバーを用いて空気抜き、プラズマ処理およ
びパージ（大気に戻すこと）という独立した各工程から
成る処理を実施するので、タイムロスが大きく、生産性
を向上させえないという問題があった。

また、プラズマ処理域を一定の真空度に保ち、プラズ
マを発生し続け、被処理物の出し入れを予備真空室を介
して行うロードロック方式も採用されていたが、前述の
特開昭61−48386号の第５図にも見られるように、装置
の構造が複雑になり、被処理物を移動させる際に玉詰ま
りが多発するという問題もあった。

加えて、ロードロック方式の場合、処理室、予備室、
大気を遮へいするバルブの数が多く、バルブの耐久性か
ら生ずるトラブルにより、真空洩れを生ずるという問題
もあった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決でき、
簡単な構造で、球や円筒などの回転体を成す被処理物の
表面のプラズマ処理を、玉詰まり等を生じることなく、
能率よく連続的にしかも均一に行うことができる回転体
の表面処理装置を提供することである。

〔課題解決のための手段〕

本発明は、バルブで開閉される入口を一個所に有しか
つ内部にプラズマ処理域が設けられた本体チャンバー
を、前記入口が前記プラズマ処理域に対し上下するよう
に傾斜揺動可能に支持し、回転体を前記入口から前記本
体チャンバー内へ供給し、該本体チャンバーを傾斜させ
ることにより回転体を自重で転動させながら前記プラズ
マ処理域を通過させて処理を行い、プラズマ処理した回
転体を前記入口から取出すことを特徴とする回転体の表
面処理装置により、上記目的を達成するものである。

〔作用〕

上記構成によれば、プラズマ処理域を設けた本体チャ
ンバーの片側を上下動させて適宜傾斜させるので、回転
体を成す被処理物は転動しながら均一に処理される。

また、複数の回転体は本体チャンバー内を往復動させ
るだけで供給、処理、取り出しを行うことができるの
で、該本体チャンバーの内容積は極力小さくすることが
でき、真空化およびパージのための時間を大巾に短縮で
き、生産性を高めることができ、しかも、バルブからの
洩れのトラブルをほとんんど少なくすることができる。

更に、回転体を案内する円形あるいは多角形断面等の
通路を有する筒状のチャンバーを使用できるので、処理
工程における玉詰まりを起こすことなく連続的に表面処
理を行うことができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明による回転体の表面処理装置の一実施
例を示す模式図である。

第１図において、１は本体チャンバー、２は前記本体
チャンバー内に構成されたプラズマ処理域、３は本体チ
ャンバー１をその基端部で回転可能に支持する支点、４
は前記本体チャンバー１の入口５側に連結され該本体チ
ャンバー１を前記支点３を中心に傾斜揺動させるための
アクチュエータ、６は球や円筒などの回転体を成す被処
理物、をそれぞれ示す。

前記本体チャンバー１の入口５は真空バルブ（開閉バ
ルブ）７で開閉され、該バルブ７を閉じることにより前
記プラズマ処理域２を含む本体チャンバー１の内部は気
密空間になる。

前記本体チャンバー１は、開閉バルブ８を介して真空
ポンプ９に連通され、該ポンプ９を作動させて空気を吸
引し真空を形成しうるように構成されている。10はこの
真空度を計測するための真空計を示す。

又、前記本体チャンバー１のガラス壁部1Aの表面には
電源11によって所定電圧を印加される電極12、13が配置
され、これらの電極12、13の間のガラス壁部1A内の電界
空間で前記プラズマ処理域２が形成されている。

さらに、前記本体チャンバー１には、開閉バルブ14を
介して処理ガス供給源15が接続されており、その内部に
構成したプラズマ処理域２にプラズマ処理用のガスを供
給してプラズマ発生雰囲気を生じさせるように構成され
ている。

第１図中のプラズマ処理域２で行われる処理は低温プ
ラズマ処理と呼ばれるもので、チャンバー１内の空気を
引いて真空を形成するとともに非プラズマ重合性ガスを
導入し、その状態で前記電極12、13間に電圧を印加する
ことによりプラズマを発生させる。

この場合の真空度はガスを導入した状態で例えば10〜
0.01torr程度に設定される。しかし、この真空度はプラ
ズマが発生できるガス圧であれば前記範囲に制限される
ものではない。

プラズマ処理用のガスの種類としては、例えば、アル
ゴン、酸素、窒素、ヘリウムあるいはこれらの混合ガス
を使用することができ、さらに、その他にもプラズマを
発生させうるものであれば種々のガスを使用することが
できる。

電極12、13間に電界を形成する電源11としては、プラ
ズマを発生させうるものであれば直流および交流にかか
わらず種々の波形のものを使用することができる。

また、被処理物（回転体）６の材質としては、適切な
プラズマ表面処理（粗面化処理）を施しうるものであれ
ば、金属、プラスチック、セラミック等種々のものに適
用することができ、特に制限はない。

さらに、前記回転体を成す被処理物６の形状として
は、球、円筒、つづみ状などの回転体であれば滑らかな
表面のものの他表面に均一な凹凸等を有するものであっ
てもよく、寸法的には、球径が10mm〜100mm程度のボー
ル状のもの、あるいは直径が10〜100mm程度で長さが10
〜100mm程度の円筒状のものに対して実施したところ、
きわめて良好な結果が得られた。

第１図の表面処理装置で回転体６をプラスチック処理
する際は、真空バルブ７を開にして入口５を開け、球ま
たは円筒などの回転体を成す被処理物６をチャンバー１
内へ供給した後該バルブ７を閉めて密閉する。供給する
回転体６の数は、１個でもよいが通常５〜20個程度の複
数個を１ロットとして同時に供給することができる。

次いで、開閉バルブ８を開いて真空ポンプ９を作動さ
せることによりチャンバー１内の空気を吸引して真空に
する。

チャンバー１内が真空になったところで、開閉バルブ
14を開いてガス供給源15から該チャンバー１内へ処理ガ
スを導入し、さらに、電源11で電極12、13間に電圧を印
加させて、プラズマを発生させる。

この状態において、アクチュエータ４を作動させてチ
ャンバー１を上下に傾斜揺動させ、内部の回転体６を左
右に転動させる。こうして、各回転体６がプラズマ処理
域２を通して移動する間にその表面が均一にプラズマ処
理される。

処理が完了したところでプラズマを停止し、必要に応
じて開閉バルブ８等を介してチャンバー１内を大気圧に
もどし、前記入口５のバルブ７を開いて被処理物６を取
り出す。なお、被処理物６の取り出しは、第１図とは逆
に入口５が下になる方向に傾斜した状態で行えば、自重
を利用して自動的に行うことができる。

以上の動作を繰り返し実行することにより、回転体を
成す被処理物６のプラズマ処理が連続的に行われる。

以上第１図について説明した表面処理装置によれば、
球、円筒、つづみ状などの回転体を成す被処理物６を自
重で転動させながらプラズマ処理域２を通過させること
がてでき、連続的な均一な表面処理を実現することがで
きた。

また、直線状の本体チャンバー１を使用することによ
り複数個の回転体６を縦１列に並べて転動させることが
でき、該回転体６の形状に適した断面の通路を形成する
ことにより、玉詰まりを生じさせることなく、効率よく
短時間のうちに表面処理を行うことができた。

例えば、ゴルフボールの塗装前処理としてのプラズマ
処理については、第１図のような装置によって初めて連
続的に行うことが可能になった。

さらに、本体チャンバー１を傾斜揺動させて被処理物
６を左右いずれかの方向にも移動させるように構成した
ので、本体チャンバー１の容積を極力小さくすることが
でき、真空時およびパージ（大気圧に戻すこと）時の動
作時間を大巾に短縮することができ、生産性を高めるこ
とができた。

次に、第１図で説明した表面処理装置を用いて実際に
プラズマ処理を行った試験例を示す。

〔試験例１〕 直径50mmのプラスチックボールを酸素プラズマで連続
処理を行った後、水に対する接触角を各ボールごとに表
面上の６点において測定した。

測定点は、任意の中心線を基準として前後、左右、上
下の各直交座標軸上の６点とした。

また、測定したボールは本発明によって処理した100
個から10個を抜き取った試料（No.1、No.2……No.10）
とし、比較のためプラズマ処理を行わない未処理のボー
ル（比較例）についても同じ測定を行った。

第１表は、その測定結果を示す。

第１表に示されるように、本発明適用品（処理品）は
比較例（未処理品）に比べ、水に対する接触角が小さ
く、表面処理によって塗料の密着性が大巾に向上するこ
とが判る。

また、処理品の測定値については、抜き取った10個の
ボール間並びに１つのボールの各測定点の間においてほ
とんど差がなく、連続処理したボールが均一にしかも同
程度に表面処理されたことが判る。

〔試験例２〕 熱可塑性アイオノマー樹脂（サーリン樹脂：デュポン
社の商品名）により外被を施され、その表面にディンプ
ルが形成されかつバリ等が除去されたゴルフボール本体
200個に対してプラズマ処理を施した。

プラズマ処理条件は、ガスの種類をアルゴン（Ar）と
し、真空度0.5Torrのもとで、13.56MHzの高周波で100W
の出力で２分間処理を行った。

このようなプラズマ処理を行った処理ボール並びにプ
ラズマ処理無しの未処理ボールに対し、クリヤーペイン
トを塗布した後、クロスパッチテストおよび繰り返し打
撃試験を行って、塗装被膜の密着性を比較評価した。

上記テストは、処理ボール200個から抜き取った20個
の処理ボールと20個の未処理ボールを使用し、10個づつ
の処理ボールおよび未処理ボールに対しクロスパッチテ
ストを行い、残りの10個づつの処理ボールおよび未処理
ボールに対し繰り返し打撃試験を行った。

前記クロスパッチテストは、ボールの塗装表面にナイ
フでクロスカットを入れ、このクロスカットを覆ってセ
ロハンテープ（粘着テープ）を圧着し、このテープを急
速に剥がした時の界面剥離状態を観察する試験法であ
り、本試験においてはボール１個当たりの任意の中心線
を基準とする直交座標軸上の合計６個所に対しクロスパ
ッチテストを行った。

前記繰り返し打撃試験は、ヘッドスピード70m/secで
ゴルフボールを繰り返し打撃して塗装の剥離状態を観察
して行った。

第２表は前述の試験結果を示す。

第２表に示すように、サーリン樹脂外被を有するゴル
フボールに対して本発明装置によるプラズマ処理を施す
と、未処理ボールに比べ、ペイントとの界面密着力がき
わめて大きな塗装面が得られることが判った。

また、処理ボールの１個づつにおいて部分的剥離も生
じておらず、全てのボールに対してむらなく均一にプラ
ズマ処理が施されていることも判った。

さらに、抜き取ったボールについても、各ボールごと
の密着性もすぐれており、本発明による表面処理装置を
使用することにより多量に均一にプラズマ処理すること
ができた。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明による回転体
の表面処理装置は、バルブで開閉される入口を有しかつ
内部にプラズマ処理域が設けられた本体チャンバーを、
前記入口が前記プラズマ処理域に対し上下するように傾
斜揺動可能に支持し、回転体を前記入口から前記本体チ
ャンバー内へ供給し、該本体チャンバを傾斜させること
により回転体を転動させながら前記プラズマ処理域を通
過させて処理を行い、プラズマ処理した回転体を前記入
口から取出するように構成したので、簡単な構成で、球
や円筒などの回転体を成す被処理物の表面のプラズマ処
理を能率よく連続的にしかも均一に行うことができる。

さらに、プラズマ処理用の本体チャンバーを傾斜揺動
させて回転体を左右に移動させるので、本体チャンバー
の容積を小さくすることができ、真空化のための動作時
間を大巾に短縮することができ、生産性を高めることも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回転体の表面処理装置の一実施例
の全体構成を示す模式図である。 １……本体チャンバー、２……プラズマ処理域、３……
支点、４……アクチュエータ、５……入口（本体チャン
バー）、６……回転体（被処理物）、９……真空ポン
プ、11……電源、15……処理ガス供給源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 寿男 東京都秋川市二宮1562―34 (56)参考文献 特開 昭59−144465（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−130758（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブで開閉される入口を有しかつ内部に
   プラズマ処理域が設けられた本体チャンバーを、前記入
   口が前記プラズマ処理域に対し上下するように傾斜揺動
   可能に支持し、回転体を前記入口から前記本体チャンバ
   ー内へ供給し、該本体チャンバーを傾斜させることによ
   り回転体を自重で転動させながら前記プラズマ処理域を
   通過させて処理を行い、プラズマ処理した回転体を前記
   入口から取出すことを特徴とする回転体の表面処理装
   置。