JP6593635B2 - 樹脂製部材の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、摺動部、歯車、軸受等、潤滑性が要求される箇所に樹脂製部材を導入した場合、油の濡れ性の問題を生じる。樹脂製部材は金属製部材に比べて潤滑油の濡れ性に劣るので、十分な潤滑性能を発揮できない場合がある。そこで、樹脂製部材の油や水に対する濡れ性を向上させるための加工が施された部材が、種々提案されている。
例えば、特許文献2は、互いに対向する摺動面を有する固定環および回転環を含み、プラズマ照射、レーザ光、紫外線等を介して各摺動面に親水面部が形成された、ウォーターポンプにおけるメカニカルシールを開示している。
図1は、本発明の一実施形態に係る樹脂製部材1の製造工程のフロー図である。
樹脂製部材1を製造するには、例えば、射出成形、押出成形、圧縮成形等の公知の成形方法で樹脂素材を所定の形状に成形することによって、樹脂製部材1の本体となる樹脂成形品2を形成する(ステップS1)。
樹脂成形品2は、種々の用途に用いられる樹脂製部材1の本体をなすものであり、樹脂製部材1の仕様に応じた形状に成形される。つまり、図2に示した樹脂成形品2の形状は、本発明の実施形態を説明するための、ほんの一例である。
樹脂製部材1の用途としては、例えば、転がり軸受、すべり軸受等の車両用摺動部材、樹脂製のギア、水性塗料や油性塗料で塗装されて使用される各種被塗物、各種コーティング剤(防湿コーティング、防汚コーティング、撥水コーティング等)でコーティングされて使用される基板等が挙げられるが、これらに限らない。
図3は、樹脂成形品2のプラズマ処理に使用される真空チャンバ装置7の模式図である。
真空チャンバ装置7のチャンバ8の下部には、サセプタ9が配置されている。サセプタ9にはヒータ10が内蔵されている。樹脂成形品2をサセプタ9で保持しておくことによって、樹脂成形品2をヒータ10で所定温度に加熱することができる。また、チャンバ8の下部には、途中に真空ポンプ11が設けられた排気ライン12が接続されている。真空ポンプ11を駆動させることによって、チャンバ8内を所定の真空度に保つことができる。この実施形態で使用される真空の圧力領域は、例えば、1×10−1Pa〜1×10−2Paである。
まず、真空ポンプ11を駆動させることによってチャンバ8内の気体を排気ライン12から排出しつつ、原料ガス供給ライン13から原料ガスを供給する。
この初期段階では、チャンバ8内の圧力を40Pa〜90Paの中真空で保持すると共に、原料ガスとして、不活性ガスを供給する。そして、チャンバ8の頂部14(電極)−サセプタ9間に電圧を印加することによって、不活性ガスに放電点火(プラズマ励起)を行う(ステップS3)。これにより、不活性ガスがプラズマ化する。放電点火時の印加電圧は、例えば、300V〜600Vであり、好ましくは、400V〜500Vである。当該印加電圧が300V未満では、プラズマ励起が困難になる。一方、当該印加電圧が600Vを超えると、サセプタ9上の樹脂成形品2の温度上昇、および点火時のスパークによる樹脂成形品2の被処理面(外周面3、内周面4、端面5および切欠部6)の破損が懸念される。また、ヒータ10の温度は、例えば、30℃〜150℃である。
以上の方法によれば、空気を構成するO2、CO2、H2O等から電離した荷電粒子によって、樹脂成形品2の表面(外周面3、内周面4、端面5および切欠部6)が高エネルギ状態となる。これにより、樹脂成形品2の表面の結晶性を向上させ、表面密度を増加させることができる。同時に、微弱なイオンスパッタエネルギによって、樹脂成形品2の表面粗さを増加させることができるので、液や液滴との接触表面積を増やすことができる。その結果、摩擦力等の外力に対する耐久性に優れる、濡れ性の向上効果を得ることができる。例えば、プラズマ処理前に比べて、液体に対する樹脂成形品2の表面の接触角を70%未満にすることができる。
また、主にC(炭素原子)、H(水素原子)およびO(酸素原子)によって構成される高分子材料からなる樹脂成形品2が、空気(O2、CO2、H2Oを含む)を用いたプラズマで処理される。そのため、プラズマ処理の際に、樹脂成形品2の表面に親油性(−CH基)や親水性(−OH基)の官能基を付与することもできる。
以上より、樹脂製部材1を摺動部材として使用する場合には、油潤滑下の摺動において、潤滑油の接触角を低減することができるので、少量の潤滑油を樹脂製部材1の摺動面に濡れ広げることができる。これにより、潤滑油の量を低減でき、潤滑油の攪拌抵抗を低減できるので、例えば、軸受トルクの低減が可能となる。
次に、上記のようにプラズマ処理された樹脂製部材1を転がり軸受の保持器に使用した場合の態様を、図6を参照して説明する。
図6は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受21を示す断面図である。
グリースGは、両輪23,24間に一対のシール部材27,28で区画された領域22内に略一杯となるように封入されている。
本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、他の実施形態で実施することもできる。
また、高い耐熱性を有する樹脂成形品2に対してプラズマ処理を施す場合は、非平衡プラズマに代えて熱プラズマを使用でき、また、パルス放電によってプラズマを発生させる必要もない。例えば、RF(Radio Frequency:高周波)放電によってプラズマを発生させてもよい。
前処理の時間は、例えば、300秒〜600秒であってよい。300秒未満であると、樹脂成形品2の表面の高分子鎖が十分に断裂しない場合がある。一方、600秒を超える長時間処理では、樹脂成形品2の表面に過剰な劣化が生じるおそれがある。
(実施例1)
まず、図2に基づいて処理対象サンプル(成形品)を作製した。サンプルの作製条件は、次の通りである。
長さL:25mm
内径D:φ15
次に、得られた処理対象サンプルに対して、上記の方法に倣ってプラズマ処理を行った。なお、原料ガスとしては、初期段階でArを使用し、定常段階で空気を使用した。
(式(1)において、θγは粗化後の接触角を示し、θは平面上の接触角を示し、γは表面積倍増因子を示す。)
次に、プラズマ処理後のサンプルの表面に、無添加の鉱物油を滴下し、濡れ性の評価を行った。結果を、図11に示す。図11によれば、樹脂成形品2のどの箇所においても、鉱物油の接触角が、プラズマ処理前の70%未満にまで低減できていることがわかった。
(実施例2)
PA(ポリアミド)66からなる樹脂板を準備し、これに対して、上記の方法に倣ってプラズマ処理を行った。なお、原料ガスとしては、初期段階でArを使用し、定常段階で空気を使用した。さらに、初期段階では、300秒間、Arガスのプラズマ状態を継続することによって、樹脂板の表面をスパッタリング処理(前処理)した。
Claims (8)
- 所定の形状の樹脂成形品を成形する第1工程と、
40Pa〜90Paの真空中で、前記樹脂成形品の表面をプラズマで処理することによって、前記樹脂成形品の表面を凹凸加工する第2工程とを含み、
前記第2工程では、不活性ガスに放電点火を行ってプラズマを発生させた後、そのときの真空度を維持したまま不活性ガスを空気に置換し、空気を用いたプラズマによって前記樹脂成形品を処理する、樹脂製部材の製造方法。 - 前記第2工程では、非平衡プラズマによって前記樹脂成形品を処理する、請求項1に記載の樹脂製部材の製造方法。
- 前記第2工程は、パルス放電によって前記非平衡プラズマを発生させる工程を含む、請求項2に記載の樹脂製部材の製造方法。
- 前記第2工程では、空気を用いたプラズマによって10分〜15分間、前記樹脂成形品を処理する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の樹脂製部材の製造方法。
- 前記第2工程では、前記不活性ガスのプラズマで所定の時間、前記樹脂成形品を前処理することによって、前記樹脂成形品の表面に軟質層を形成する工程を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の樹脂製部材の製造方法。
- 前記不活性ガスのプラズマによる前処理は、300秒〜600秒間行われる、請求項5に記載の樹脂製部材の製造方法。
- 前記軟質層は、薄膜硬度計(押し込み荷重:1000μN)を用いて測定した400nm〜600nm押し込み時の硬度が0.05GPa〜0.13GPaである、請求項5または6に記載の樹脂製部材の製造方法。
- 前記樹脂成形品は、摺動部材用の成形品を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の樹脂製部材の製造方法。
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