JP2722224B2 - 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
物の表面を連続的に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、プラズマ処理硬化
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。

本発明はこのような従来技術に鑑みてなされたもので
あり、本発明の目的は、作業者が外部より処理状況を容
易に観察したりチェックすることができ、処理上の不具
合が生じたときに迅速に対応することができ、被処理物
がゴルフボールのような球状の他、円筒状や鼓状などの
他の形状の回転体の場合にも処理域を所定速度で円滑に
通過させて、連続処理を能率よく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、上記目的を達成するため、内部にプラズマ
処理域を有する筒状の本体チャンバーと、該本体チャン
バーの一方の端に連なりバルブの開閉によって独立した
真空室を形成する入口側予備真空室と、前記本体チャン
バーの他方の端に連なりバルブの開閉によって独立した
真空室を形成する出口側予備真空室と、を備えた回転体
の表面処理装置において、前記本体チャンバーのガラス
壁部によって形成するとともに該ガラス壁部の外面の相
対向する位置に電極を設け、前記入口側予備真空室より
前記本体チャンバーを通って前記出口側予備真空室へ至
る通路を下り勾配の直線状の通路で形成することを特徴
とする。

前記正面処理装置においては、プラズマ処理用の本体
チャンバーの通孔の断面形状は、被処理物が球状の場合
は円形断面とし、被処理物が円筒状の回転体である場合
は角形断面とするなど、被処理物の形状に合わせること
により被処理物の流れをスムーズにし、玉詰まりを起こ
すことなく連続的にかつ均一に処理できる構成とするこ
とが好ましい。

〔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は前記本
体チャンバー１の入口（上流側開口）６に接続された入
口側予備真空室、４は前記本体チャンバー１の出口（下
流側開口）８に接続された出口側予備真空室、５は球状
や円筒状あるいはつづみ状等の回転体の形状をした被処
理物、をそれぞれ示す。

前記本体チャンバー１の入口６は真空バルブ７で開閉
され、前記予備真空室３との連通および遮断が制御され
る。

また、前記本体チャンバー１の出口８は真空バルブ９
で開閉され、前記予備真空室４との連通および遮断が制
御される。

前記入口側予備真空室３の入口（上流側開口）10は真
空バルブ11で開閉され、前記出口側予備真空室４の出口
（下流側開口）12は真空バルブ13で開閉される。

前記入口側予備真空室３、本体チャンバー１および出
口側予備真空室４は、図示のように、上流側から下流側
へ低くなるように所定の角度θの傾斜をつけて略直線状
に接続されており、それらの内部に形成した通孔内を前
記回転体（被処理物）５が自重で転動しながら連続的に
移動しうるように構成されている。

前記各室３、１、４内の通孔の断面は、回転体を成す
被処理物５の形状および寸法に適したものにされ、複数
の回転体５が玉詰まりを生じることなくスムーズに転動
しうるように設計されている。

また、前記予備真空室３、本体チャンバー１および予
備真空室４は、それぞれ個別の開閉バルブ14、15、16を
介して真空ポンプ17、17Aに連通され、個別に内部の空
気を吸引しうるよう構成されている。

前記本体チャンバー１のガラス壁部1Aの表面には電源
18によって所定電圧が印加される電極19、20が配設さ
れ、これらの電極19、20間のガラス壁部1A内の空間で前
記プラズマ処理域２が形成されている。

また、前記本体チャンバー１内の前記プラズマ処理域
２を含む内部空間には、開閉バルブ21を介して、プラズ
マ処理用のガスを供給する処理ガス供給源22が接続され
ている。

第１図中の23は本体チャンバー１内の真空度を測定す
る真空計を示す。

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19、20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える
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19、20間に電界を形成する電源18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）５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５の形状として
は、球、円筒、つづみ状の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５をプラズマ処理する
際には、まず、本体チャンバー１の出入口を構成する真
空バルブ７、９を閉じてこれらの空間を大気から遮断
し、空気吸引用のバルブ15を開くとともに真空ポンプ17
Aを作動させて仕切り空間１から空気を引いて真空にす
る。

空間１内が所定の真空度に達したところで空気吸引を
停止し、バルブ21を開いてガス供給源22から本体チャン
バー１内へプラズマ処理用のガスを導入した後、電源18
によってプラズマ処理域２の電極19、20に電圧を印加
し、ガス雰囲気中の電界によってプラズマを発生させ
る。

次に、最上流側のバルブ11を開いて入口側予備真空室
３内へ所定個数の回転体（被処理体）５を供給し、前記
バルブ11を閉じた後、バルブ14を開いて真空ポンプ17を
駆動することにより該予備真空室３内を真空にする。

この予備真空室３の真空度が所定値に達したところ
で、バルブ７を開いて該真空度３内の回転体５を自重で
転動させながら本体チャンバー１内へ導入し、その内部
のプラズマ処理域２を通過させることで各回転体５の表
面のプラズマ処理を行う。

供給する回転体５の数は１個づつでもよいが、通常で
は例えば５個〜30個程度の複数個を同時に供給し処理す
ることができる。

プラズマ処理が終わったところで、出口側のバルブ９
を開いて表面処理した回転体５を予め真空にしておいた
出口側予備真空室４内へ導入し、必要に応じて本体チャ
ンバー１の出口のバルブ９を閉じた後、最下流側のバル
ブ13を開いて処理済みの回転体５を装置外へ取り出す。

こうして、所定個数の回転体５のプラズマ処理が完了
した後、全バルブ11、７、９、13を閉じるか開いている
ことを確認した後、前述と同じ動作を繰り返して次のロ
ット（所定個数の回転体５）のプラズマ表面処理を連続
して行う。

以上の動作を繰返し実行することにより、回転体を成
す被処理物５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ような表面処理装置によ
れば、球、円筒、つづみ状などの回転体を成す被処理物
５を所定数のロットごとに自重で転動させながらプラズ
マ処理域２を所定の速度で通過させることにより、連続
的に均一な表面処理を実現するとができた。

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５を縦一列に並べて転動させるの
で、該回転体５の形状に応じて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、均一な表面
処理を効率よく短時間で実施することができた。

上記表面処理装置は、例えば、ゴルフボールの塗装前
処理として表面処理を行うのに好適なものであり、該装
置によって、プラズマ処理を連続的に行うことが可能に
なった。

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、本発明によれば、内
部にプラズマ処理域を有する筒状の本体チャンバーと、
該本体チャンバーの一方の端に連なりバルブの開閉によ
って独立した真空室を形成する入口側予備真空室と、前
記本体チャンバーの他方の端に連なりバルブの開閉によ
って独立した真空室を形成する出口側予備真空室と、を
備えた回転体の表面処理装置において、前記本体チャン
バーをガラス壁部によって形成するとともに該ガラス壁
部の外面の相対向する位置に電極を設け、前記入口側予
備真空室より前記本体チャンバーを通って前記出口側予
備真空室へ至る通路を下り勾配の直線状の通路で形成す
る構成としたので、プラズマ処理用の本体チャンバーを
ガラス壁部によって形成するとともに該ガラス壁部の外
面の相対向する位置に電極を設けることから、作業者が
外部より処理状況を容易に観察したりチェックすること
ができ、処理上の不具合が生じた場合に迅速に対応する
ことができ、また、入口側予備真空室より本体チャンバ
ーを通って出口側予備真空室へ至る通路を下り勾配の直
線状の通路で形成することから、被処理物がゴルフボー
ルのような球状の他、円筒状や鼓状などの他の形状の回
転体の場合でも、プラズマ処理域を所定速度で円滑に通
過させて連続プラズマ処理を能率よくしかも均一に行う
ことができる回転体の表面処理装置が提供される。

【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、1A……ガラス壁部、２……プラ
ズマ処理域、３……入口側予備真空室、４……出口側予
備真空室、５……回転体（被処理物）、６……入口、
７、９、11、13……真空バルブ、８……出口、17、17A
……真空ポンプ、18……電源、19、20……電極、22……
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) 特開 昭61−48386（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部にプラズマ処理域を有する筒状の本体
   チャンバーと、該本体チャンバーの一方の端に連なりバ
   ルブの開閉によって独立した真空室を形成する入口側予
   備真空室と、前記本体チャンバーの他方の端に連なりバ
   ルブの開閉によって独立した真空室を形成する出口側予
   備真空室と、を備えた回転体の表面処理装置において、 前記本体チャンバーをガラス壁部によって形成するとと
   もに該ガラス壁部の外面の相対向する位置に電極を設
   け、前記入口側予備真空室より前記本体チャンバーを通
   って前記出口側予備真空室へ至る通路を下り勾配の直線
   状の通路で形成することを特徴とする回転体の表面処理
   装置。