JPH0717421Y2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0717421Y2
JPH0717421Y2 JP8904789U JP8904789U JPH0717421Y2 JP H0717421 Y2 JPH0717421 Y2 JP H0717421Y2 JP 8904789 U JP8904789 U JP 8904789U JP 8904789 U JP8904789 U JP 8904789U JP H0717421 Y2 JPH0717421 Y2 JP H0717421Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はプラズマ処理装置に関し、さらに詳しく述べる
と、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)
等の合成樹脂材料からなる製品、特にPPバンパー等(以
下、被処理物と記す)の表面を、それに塗装を施す前
に、酸素プラズマ等で処理してその表面の被膜付着性、
特に塗膜付着性を向上させるのに用いられる改良された
プラズマ処理装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、自動車部品の材料が軽量でかつ意匠性に優れた合
成樹脂材料に移行しつつあることは周知の通りである。
ところで、比較的安価で容易に入手可能なPP,PE等の合
成樹脂材料は、それらを例えば車両外板に使用した場
合、材料表面とその上に施される塗膜との密着性が悪い
ので、不所望な層間剥離を発生することが屡々である。
かかる問題を解消する1手段として、塗装に先がけて樹
脂材料の表面を改質して塗膜の密着性を良好ならしてめ
る技術、特に例えば、プラズマ処理技術が知られてい
る。
プラズマ処理技術の一例としてPPバンパーを酸素プラズ
マで処理する方法を示すと、次の通りである:最初に、
所定の形状に射出成形したPPバンパーを例えば1,1,1−
トリクロルエタンのような有機溶剤の蒸気で所定の時間
にわたって洗浄して成形汚物等を除去する。この蒸気洗
浄の完了後、バンパーをプラズマ処理用台車、治具に搭
載して真空処理槽内に案内する。処理槽では、その槽内
を真空状態にしかつその真空を維持しながら、プラズマ
処理用ガスである酸素ガスを導入することによって所定
の時間にわたって低温プラズマ処理を実施する。プラズ
マ処理によってバンパーの表面改質が完了した後、その
バンパーを後続の上塗り塗装に供し、そして乾燥する。
ところで、プラズマ処理の前段階として行われる有機溶
剤蒸気洗浄(以下、特に“プラズマ前処理”と呼ぶ)に
おいて一般的に用いられる有機溶剤は、前記した1,1,1
−トリクロルエタンのほか、トリクロルエチレン、テト
ラクロルエチレン、塩化メチレンなどである。このよう
な有機溶剤は、しかし、蒸気洗浄からプラズマ処理まで
の短時間のうちに、それが含浸せしめられている被処理
物から十分に、すなわち、後続のプラズマ処理に影響を
及ぼさない程度に、放出されないのが現状である。実
際、有機溶剤蒸気洗浄によってその溶剤の多くが被処理
物に含浸せしめられ、この含浸せしめられた有機溶剤は
洗浄槽から取り出してプラズマ処理用真空処理槽に搬入
するまでの間に十分に放出されず、よって、引き続くプ
ラズマ処理の条件下、被処理物に含浸せしめられていた
有機溶剤がガス状となって顕著に放出されるので、プラ
ズマ処理が阻害され、不均一なプラズマ処理が惹起さ
れ、そして被処理物の一部に被膜が付着し得ないという
問題が発生する。
本考案者らのグループは、有機溶剤蒸気での被処理物洗
浄により発生してくる上記問題点を解決すべく研究の結
果、合成樹脂材料からなる製品を有機溶剤蒸気で洗浄し
た後であってプラズマ処理を実施する前、その製品に含
浸せしめられた有機溶剤を除去する工程をプラズマ処理
プロセスに加えるのが有利であることを見い出し、実際
に満足し得る成果を得た(特開昭61-95034号公報参
照)。
〔考案が解決しようとする課題〕
本考案者らは、上記した有機溶剤残留の問題の重要性に
かんがみて、プラズマ処理プロセスのさらなる改良を継
続して研究してきたが、このたび、次のような事実を発
見した。
1,1,1−トリクロルエタン等の洗浄液が被処理物に付着
したまゝプラズマ処理用真空処理槽に持ち込まれると、
真空減圧時、この洗浄液がガス化する。洗浄液のガス化
量が多くなると、真空処理槽内に酸素プラズマを導入し
た時に、本来はプラズマ処理に供されるべき酸素プラズ
マの酸素ラジカルが失活し、被処理物へのアタック量が
減少し、その結果、表面改質が低下し、塗装後の塗膜付
着が低下し、塗膜の剥離が生じやすくなる。なお、表面
改質の低下は、被処理物表面の酸化量が減少し、塗料と
の反応性が低下することに原因があると考えられる。
本考案者らは、上記の現象をより明確に解明するため、
1,1,1−トリクロルエタンを含浸させた被処理物をプラ
ズマ処理用真空処理槽に入れ、連続的に真空排気を行な
いながら、槽内の炭化水素濃度(以下、HC濃度と記す)
を測定したところ、プラズマ処理の有無でHC濃度に顕著
な変化がみられることを見い出した。すなわち、HC濃度
は、プラズマ処理を実施した時、排気時間の増大につれ
て低下しつづけ、しかし、ある時点から増加し始め、ピ
ークに達した後に再び低下しはじめる。この挙動は、排
気時間の増大につれてHC濃度が低下しつづけるプラズマ
処理不実施の場合と対照的である。プラズマ処理実施時
のHC濃度の増大は、次式で説明される様に1,1,1−トリ
クロエタンがプラズマにより分解し、2量体になった結
果と推定できる: この結果、酸素プラズマは被処理物に到達する前に空間
で1,1,1−トリクロルエタンに吸収され、処理効果を発
揮できなくなる。なお、このHC濃度の増大は、1,1,1−
トリクロルエタン以外の類似の有機溶剤においても発生
し得ることが理解される。
本考案の目的は、したがって、プラズマ処理実施時の洗
浄用有機溶剤の残存に原因する上述のような不都合を伴
なわない改良されたプラズマ処理装置を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記した目的は、本考案によれば、合成樹脂材料からな
る被処理物を有機溶剤蒸気で洗浄した後であって塗装を
行う前にプラズマ処理するための装置であって、下記の
手段: プラズマ処理を行う真空処理槽、 プラズマ輸送管で真空処理槽に接続されたプラズマ発生
部、 マイクロ波導波管でプラズマ発生部に接続されたマイク
ロ波発振器、 真空処理槽に接続された真空ポンプ、 真空処理槽内かもしくはその真空排気系内に配置された
炭化水素センサを装備した炭化水素濃度計、そして 炭化水素濃度計の出力信号を処理しかつ適正化された駆
動信号を真空ポンプ及び/又はマイクロ波発振器に入力
する制御装置、 を含んでなることを特徴とするプラズマ処理装置によっ
て達成することができる。
本考案によるプラズマ処理装置において、プラズマ処理
用真空処理槽、プラズマ発生部が付属したマイクロ波発
振器、真空ポンプ(真空排気系)、炭化水素センサを装
備した炭化水素濃度計、そして制御装置は、それぞれ、
プラズマ処理や計測機器、制御機器等の分野において一
般的に用いられるものであることができる。例えば、制
御装置(制御ボックスや制御盤とも呼ばれる)には、炭
化水素濃度の積算回路、単位時間濃度算出回路、基準値
との対比回路、適正処理時間算出回路などを組み込むこ
とができる。なお、本願明細書では、マイクロ波により
プラズマを発生させる部位と真空処理部が完全に分離し
ているプラズマ処理装置について説明するが、必要に応
じて、プラズマ発生部と真空処理部が互いに隣り合った
構造のものなども採用可能である。
本考案のプラズマ処理装置は、例えば次のようにして用
いることができる。なお、以下、被処理物としてPPバン
パーを、そして被処理物洗浄用有機溶剤として1,1,1−
トリクロルエタンをそれぞれ使用した例をあげて説明す
るけれども、本考案はこれのみに限定されるものではな
いことを理解されたい。
被処理物の有機溶剤洗浄: バンパー形状に射出成形したPPバンパーを洗浄槽内で蒸
気洗浄する。最初、バンパーをその形状に倣った治具に
積載し、この治具を介して台車で洗浄槽まで搬送する。
次いで、洗浄槽内に収容された1,1,1−トリクロルエタ
ンを付属のヒータにより加熱して蒸気となす。トリクロ
ルエタンは、加熱の結果、74〜75℃の温度に達した時点
で蒸発するであろう。このトリクロルエタンの蒸気で1
〜2分間にわたってバンパーを蒸気洗浄する。
含浸有機溶剤の除去: 蒸気洗浄したバンパーを加熱ゾーンに案内して、その領
域内で含浸1,1,1−トリクロルエタンを十分に蒸発させ
る。この加熱ゾーンの場合、バンパーの側面部が集中的
に加熱されるように赤外線ランプが配置されている。こ
の加熱乾燥によって、バンパー内に含浸された1,1,1−
トリクロルエタンが強制的に放出される。
プラズマ処理: 含浸せる1,1,1−トリクロルエタンの除去が完了した
後、バンパーを後続のプラズマ処理用真空処理槽に搬送
して、所定の真空圧が真空処理槽内において達成された
後、常法によりプラズマ処理を実施する。この場合、本
考案のプラズマ処理では、その実施中、トリクロルエタ
ンの濃度を槽内や真空排気系から連続的に測定し、所定
濃度以上になった場合は、そのトリクロルエタン濃度の
増分を、追加すべき処理時間に換算してカウントし、プ
ラズマ処理時間に加算する。すなわち、この場合は、制
御装置からマイクロ波発振器及び真空ポンプに指示が与
えられる結果、処理時間を自動的に延長し所定濃度以下
で必要時間処理することができるようにする。また、こ
の方法において、炭化水素濃度計でプラズマ処理中のト
リクロルエタン濃度を測定し、所定処理時間中の積算濃
度が予め設けた基準値を越えた場合、単位時間の積算濃
度が基準値以下になるよう、再度あるいは任意に時間延
長して処理を実施する。さらにまた、この方法におい
て、HC濃度が10,000ppmをこえると再処理を行うことが
好ましい。さらにまた、この方法において、処理開始時
のHC濃度を好ましくは400ppm以下の任意値に設定し、設
定濃度に達するまで排気を延長することも推奨される。
さらに、本考案によると、制御装置から真空ポンプに対
して指示が送られる場合もある。すなわち、真空処理槽
内の真空圧が所定圧力に到達した時点で、もしもトリク
ロルエタン濃度が所定濃度以上であるならば、その濃度
が所定濃度以下になるまで真空引きを継続する。所定濃
度以下になっていることが確認された時点ではじめて、
マイクロ波発振器を駆動してプラズマ処理を開始する。
〔作用〕
炭化水素センサでプラズマ処理真空処理槽内の炭化水素
を検知し、さらにこの炭化水素センサを接続した炭化水
素濃度計で処理槽内の炭化水素濃度を計測する。この計
測値を制御装置に入力して所定のデータ処理を行い、次
いで、この制御装置から真空ポンプ及びマイクロ波発振
器に同時にあるいは別個に適正化信号を送り、真空処理
時間及びマイクロ波発振時間を望ましい形で制御する。
〔実施例〕
本考案によるプラズマ処理装置は、例えば、第1図のよ
うな構成とすることができる。図中の1はスレンテス鋼
(SUS304)で構成された真空処理槽、2は1,1,1−トリ
クロルエタン蒸気で洗浄済みのPP成形物、3はマイクロ
波発振器、4はマイクロ波導波管、5はプラズマ発生
部、6は石英ガラス製プラズマ輸送管、7は石英ガラス
製シャワー管(図示しないが、多数個のプラズマ噴射口
が備えられている)、8は配管9で真空処理槽1と接続
されている真空ポンプ、10は炭化水素センサ11を配管9
内に配設している炭化水素濃度計、そして12は炭化水素
濃度の積算回路、単位時間濃度算出回路、基準値との対
比回路、適正処理時間算出回路を組み込んだ制御装置で
ある。この制御装置からの適正化のための信号は、指示
回路13を経て真空ポンプ8に、そして指示回路14を経て
マイクロ波発振器3に、それぞれ送られる。
図示のプラズマ処理装置を使用して、例えば次のように
してプラズマ処理を行うことができる:真空処理槽1を
真空ポンプ8で所定の真空圧に減圧した後、矢印の方向
から酸素(O2)ガスを供給し、O2供給と同時かあるいは
あるタイムラグ後、マイクロ波発振器3よりマイクロ波
を発振させ、酸素プラズマをプラズマ発生部5で発生さ
れる。発生せるプラズマを輸送管6、シャワー管7によ
って処理槽1内へ供給し、プラズマ処理を開始する。一
方、真空引き開始後から、被処理物2あるいは被処理物
を支える治具(図示せず)等により槽内に持ちこまれた
トリクロルエタン液は蒸発し続けている。このトリクロ
ルエタンは処理開始とともに炭化水素濃度計10により濃
度測定され、所定の処理後、基準濃度をオーバーした場
合には制御装置12の指示によりマイクロ波発振器3、真
空ポンプ8は更に必要時間稼働し処理を続ける。
上記のプラズマ処理を次のような処理条件、塗装条件で
実施した。
1)マイクロ波出力:1000W 2)処 理 圧 力:0.5トル 3)処 理 ガ ス:酸素 4)被 処 理 物:PPバンパー 5)1,1,1−トリクロルエタン :含有量を任意に可変 6)塗 料:ウレタン系塗料 7)焼 付:120℃×40分 8)H C 濃 度計:島津製炭化水素計 処理の完了後、炭化水素濃度計でのHC測定濃度と塗膜付
着の関係を基盤目剥離試験によりプロットしたところ、
第2図に示すようなグラフが得られた。このグラフの結
果から、プラズマ処理中所定濃度以上の1,1,1−トリク
ロルエタンが存在すると、酸素プラズマの被処理物のア
タックを阻害するので、一定値以下の濃度でそれを管理
する必要があることを示している(図中のOKは許容範囲
を、NGは不良域を指している;第3図も同じ)。
第3図は、所定濃度を越えた場合の単位時間濃度と塗膜
付着の関係を示すが、所定濃度をこえた場合も時間を延
長し、10000/Tppm以下になるように処理すれば良いこと
が判る。この制御パターンを第4図へ示すが、濃度を測
定しながら処理時間をコントロールすれば常に安定した
処理品質が得られることが判る。すなわち、ここでは となるようにΔtをコントロールすればよい。
〔考案の効果〕
本考案によるプラズマ処理装置を用いると、真空処理槽
内の例えば1,1,1−トリクロルエタン等の洗浄液の濃度
を自動的に察知し満足な処理が得られるまでプラズマ処
理できるため、安定した塗膜付着が可能となる。また、
従来、塗装乾燥後の破壊試験(しかも抜きとり)でしか
処理程度、不良が判らなかったのが、本考案では、HC濃
度を計ることによってかなりの確度で不良状態が事前に
把握でき、フィードバッグできるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案によるプラズマ処理装置の好ましい一例
を示した略示フローシート、 第2図はHC測定濃度と塗膜付着の関係を示したグラフ、 第3図は単位時間濃度と塗膜付着の関係を示したグラ
フ、そして 第4図は濃度オーバー時の処理パターンを示したグラフ
である。 図中、1は真空処理槽、2は被処理物、3はマイクロ波
発振器、4はマイクロ波導波管、5はプラズマ発生部、
6はプラズマ輸送管、7はシャワー管、8は真空ポン
プ、8は配管、10は炭化水素濃度計、11は炭化水素セン
サ、12は制御装置、そして13及び14は指示回路である。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】合成樹脂材料からなる被処理物を有機溶剤
    蒸気で洗浄した後であって塗装を行う前にプラズマ処理
    するための装置であって、下記の手段: プラズマ処理を行う真空処理槽(1)、 プラズマ輸送管(6)で真空処理槽(1)に接続された
    プラズマ発生部(5)、 マイクロ波導波管(4)でプラズマ発生部(5)に接続
    されたマイクロ波発振器(3)、 真空処理槽(1)に接続された真空ポンプ(8)、 真空処理槽(1)内かもしくはその真空排気系内に配置
    された炭化水素センサ(11)を装備した炭化水素濃度計
    (10)、そして 炭化水素濃度計(10)の出力信号を処理しかつ適正化さ
    れた駆動信号を真空ポンプ(8)及び/又はマイクロ波
    発振器(3)に入力する制御装置(12)、を含んでなる
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
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