JPS63190682A - プレコ−ト金属板の連続プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、有機塗料によって塗装するか、あるいは樹脂
フィルムをラミネートなどにより樹脂を表面に被覆した
表面処理金属板の表面改質、特に耐汚染性や硬度などの
特性向上をマイクロ波直接処理による連続プロセスで得
る方法及び装置に関するものである。

従来の技術 樹脂を表面に被覆した表面処理金属板（以下単に表面処
理金属板という）に求められている特性としては、被覆
された樹脂の耐汚染性、耐食性、耐候性、硬度、及び加
工性などがある。

従来は、家電メーカなどのユーザが、購入した金属板を
加工の後、樹脂を金属板上に被覆するボストコート鋼板
が主であった。が、ユーザ側の設備削減などの要求から
、鉄鋼メーカで樹脂被覆した後出荷する表面処理金属板
（いわゆるプレコート鋼板）へのニーズが高まってきて
いる。プレコートｍ板は、塗装後加工を施されるため、
優れた加工性が求められる。しかし、加工性に優れた樹
脂皮膜は、硬度や耐汚染性などの特性が劣るといった問
題がある。

この問題を解決するために、特開昭Ｇｏ−１９０７３号
公報にみられる、低温非平衡プラズマを利用し、表面処
理金属板の樹脂皮膜の表層部の重合又は改質により、耐
汚染性や硬度などの特性の向上を図る試みが近年研究さ
れている。ここでは、数１００ＫＨｚの高周波を用い、
樹脂皮膜鋼板側をアース電極とした容量結合型プラズマ
発生方式を用いている。

また、樹脂フィルム等の連続プラズマ処理装置として、
例えば特開昭５７−１８７３７号公報が提案されている
。ここでは、真空処理槽前後にシール装置を設置したＡ
ｉｒ　ｔｏ　Ａｉｒ型装置で、大気側から真空側にフィ
ルムを連続搬送し１回転ドラム電極（アース側）にフィ
ルムを巻き付け、固定電極との間で高周波放電を行うも
のである。

また、マイクロ波によるプラズマ処理装置は、半導体製
造等の電子工学の分野で実用化されているが、主として
１反応容器外でプラズマを発生させ、ガスの流れと共に
反応容器内に導く、シャーワー管マイクロ波プラズマ処
理装置であり、被処理物はバッチ式もしくは自動補給型
バッチ式で処理するものである。

発明が解決しようとする問題点 低温非平衡プラズマによる表面処理金属板の表面改質は
、前記した例（特開昭８０−１９０７３号公報）でなさ
れているが、工業的な規模では未だ実現されていない。

また、この方法に用いられているプラズマ発生方式やそ
の他特開昭５７−１８７３７号公報で用いられているプ
ラズマ発生方式は、数１００ＫＨｚ〜数１００ＭＨｚの
高周波を用いる容量結合型が採用されているが、これら
の方式では、被処理物が鋼板などの導電体である場合、
それ自体放電回路の一部を構成するため、被処理物の形
状、幾何学的位置や電気的物性により放電が不安定とな
る欠点がある。

加えて、電極型であるため、電極物質などに含まれる不
純物の影響が問題となる。

マイクロ波シャワー管型プラズマ処理装置では、被処理
物への効果が主としてラジカルによるため１表面処理金
属板の耐汚染性や硬度などの特性向上に充分な効果を得
ることはできない。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決しようとす
るものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、樹脂を表面に被覆した表面処理金属板の表面
改質方法において、マイクロ波発生器によって発生した
マイクロ波を、マイクロ波導波管を通じ、電磁波を通す
材料を介して真空処理槽内に伝播させ、該真空処理槽内
で直接プラズマを発生させると共に連続的に搬送される
前記金属板をプラズマ処理することを特徴とするプレコ
ート金属板の連続プラズマ処理方法であり、樹脂を表面
に被覆した表面処理金属板の連続プラズマ処理装置にお
いて、前記金属板の出入側にシール装置を具えた真空処
理槽に、マイクロ波導波管を通じ、石英ガラスを介して
真空処理槽内にマイクロ波を伝播するマイクロ波発生器
とガス供給系及び排気系とを設けてなることを特徴とす
るプレコート金属板の連続プラズマ処理装置である。

本発明は、第１図に示すようにマイクロ波発生装置（２
，５，６の組合せをこのように呼ぶこととする。）と真
空シール装置ｌｌ及びガス供給系（７，８の組み合せを
このように呼ぶこととする。）を接続した真空処理装置
（９，１０の組み合せをこのように呼ぶこととする。）
内にマイクロ波を伝播させ、プラズマを発生せしめ、表
面処理金属板の改質を連続的に大量低コスト処理するこ
とができるようにしたものである。

作用 第１図において１表面処理鋼板１は大気側より真空処理
装置内を経て、再び大気側へと連続通板される。真空処
理槽ｌＯの表面処理金属板の出入側に設置された真空シ
ール装Ｗｉｌｌにより１表面処理金属板が通板中であっ
ても、真空処理装置は１Ｏ−２〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒ程度
の圧力に保たれる。ガス供給器７より供給されるガスは
、真空処理槽１０内に配置されたガス供給管により、真
空処理槽ｌＯ内に均一に供給される。マイクロ発生器５
によって発生したマイクロ波は分配器、アイソレータ、
整合器や導波管（図示せず）等によって構成される導波
回路６を通じ、マイクロ波入射部２より冷却されたフラ
ンジ４と石英ガラス３を介して、真空処理槽１０内に直
接伝播する。

真空処理装置内に供給されたガスにマイクロ波が作用し
てプラズマが発生する。この場合プラズマ発生範囲内外
に電極は存在せず、マイクロ波の定在波により被処理物
の試料の近傍で高密度かつ安定したプラズマを発生させ
ることができる。

連続して搬送される表面処理金属板１は、前部真空シー
ル装置１１ａを通り、大気中より真空処理装置内に通板
する。

真空処理装置内において発生しているプラズマの物理的
及び化学的などの効果により１通板中の表面処理金属板
ｌは、デポジション、エツチング、スパッタリングや重
合などの作用を受け、樹脂皮膜表面の有機高分子の架橋
促進め樹脂皮膜表面への薄膜形成等によって耐汚染性や
硬度などの特性の付与もしくは向上がなされる。処理を
施された表面処理金属板１は、後部真空シール装置１１
ｂを通じて大気中に排出される。

以下、本発明について、さらに詳細に説明する。

本発明の表面処理金属板の基板となる金属板としては、
特に制約はないが、冷間で圧延された鋼板、これらの上
に亜鉛、アルミニウム、ニッケル、スズ、銅、コバルト
、鉄その他の金属及びこれらの合金あるいは複合材をめ
っき等により被覆した鋼板、ステンレス、アルミニウム
、チタン及びそれらの合金材料等が挙げられる。

さらにこの上に、０．１〜５鉢程度の化成処理槽を有す
るものも含まれる。化成処理は、金属板の耐食性、耐酸
化性及び密着性を向上させるため行われるもので、たと
えば、リン酸亜鉛処理、リン酸鉄処理、あるいは電解ク
ロメート処理によって行われる。

金属板上に樹脂を被覆する方法としては、樹脂塗料を塗
装して得る方法（いわゆるカラー鋼板など）、又は樹脂
フィルムをラミネートする方法（いわゆるラミネート鋼
板など）などがあるが、特に限定するものではない。

本発明に使用される通常塗料は特に制約はなく、ポリエ
ステル系、アクリル系、エポキシ系、ビニル系、アルキ
ッド系、ウレタン系、シリコン系など通常に使用される
塗料が適用可能である。

また本発明に使用される樹脂フィルムは特に制約はない
が、ポリエステル、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、などの樹脂フィルムが適用可能である。また
樹脂皮膜の表層部を処理する際、非酸化性又は酸化性雰
囲気で行われる。雰囲気ガスとしては、アルゴン、窒素
、ヘリウム等の不活性ガス、塩化メチレン、フッ素、四
フッ化炭素、六フッ化炭素、シリコン系化合物等の活性
ガス、酸素などの単独又は混合ガスが挙げられる。

次に本発明のプラズマ発生方法について説明する。

マイクロ波発生器によって発生したマイクロ波をマイク
ロ波導波回路を介して真空処理槽ｌＯ内に伝播させ、真
空処理槽内で直接プラズマを発生させる。

このようにすると、従来表面処理金属板に使用されてい
た容量結合型に比べ、イオン密度が高く、ラジカル寿命
の長いプラズマが得られる。

またマイクロ波プラズマの特徴である大きな容積にほぼ
均一なプラズマが発生し、加えていったん整合が取れる
と、ガス流量の変化やマイクロ波電力の変化に対しても
崩れることなく、安定なプラズマが得られる。

従って１表面処理金属板をマイクロ波プラズマによって
処理すると耐汚染性、硬度等の特性向上を短時間で良好
に得ることが可能である。。

本発明において、マイクロ波入射口（たとえば石英ガラ
ス３の真空面側）と被処理物である表面処理金属板との
間隔（距離Ｄ）は、約１００ｍｍ以下、好ましくは約３
０”１００ｍ５である。これは本発明者らの実験によっ
て確認したものである。

本発明に用いられるマイクロ波直接型プラズマ装置によ
って発生したプラズマをプローブ法によって計測した結
果を第４図に示す、ここで°測定したプラズマパラメー
タは、電子のエネルギーを示す電子温度Ｔｅ（Ｋ）と、
ラジカルの寄与の少ないイオン密度ηｉ　〔個／Ｃｍｌ
〕であり、マイクロ波入射口からの距離り濡■に対する
特性を表わしている。電子温度Ｔｅ及びイオン密度ηｉ
が共に距離りが増大するに従い指数的に減少することが
明かとなった。しかし、イオン密度ηｉが５．ＯＸ　１
０９以上、電子温度Ｔｅが１０，０ＯＯＫ以上であれば
、良好な処理が行えることが実験的に確かめられている
。従って本発明において距離りが１００ｍｍ程度であっ
ても充分な処理が可能である。

また距１１１Ｄによる塗装鋼板温度の測定結果を第５図
に示す、塗膜は２００℃前後で焼けてしまうが１本発明
に用いられるマイクロ波直接プラズマ装置では距離りが
２０層層以下では第５図に示すように２００℃を越える
ので、距離りが２０層１を超であることが好ましい。

また距離りによる塗装鋼板の色差変化を第６図に示す０
色差の０．５以上は肉眼で変色が確認できるため本発明
に用いられるマイクロ波直接プラズマ装置では距１１１
Ｄが３０腸■以上でなくてはならないと言える。

以上３点から距１ｌｌＤが３０〜１００■の範囲内に塗
装鋼板があれば、十分なプラズマ処理が行うことができ
る。

以上説明したように、本発明はマイクロ波直接プラズマ
装置を利用し、表面処理金属板をプラズマ処理するので
、被処理物の形状や電気的物性等がプラズマに与える影
響は容量結合型に比べて小さく、無極放電であるため、
被処理物に対して電極物質などの不純物の影響は少ない
。

本発明の装置は、前述したようにＡｉｒ　ｔｏ　Ａｉｒ
型の処理装置であり、製造ラインに容易に組み込むこと
が可能であり、−貫した連続処理プロセスを実現するこ
とができる。

表面処理金属板が巾広材である場合は、第２図に示すよ
うにマイクロ波入射口を千鳥状に配置すれば均一な処理
を行うことが可能である。

又、プラズマ処理の必要に応じて、真空処理槽ｌＯの下
面や側面などにたとえば第３図に示すようにマイクロ波
入射口を設置することもできる。

また真空圧力、マイクロ波電力、ガス流量や処理時間な
どプラズマに影響を与える要因についてはプローブ法等
によるプラズマ計測を行い、自動制御することも可能で
ある。

以下実施例をあげてさらに詳しく説明する。

実施例 第１図に示すマイクロ波直接型プラズマ処理装置を用い
、有機塗料によって塗装された塗装鋼板を以下の条件で
プラズマを発生させ処理を行った。

放電電力　　　　　　　　各々１．５ｋｗガス圧力　　
　　　　　　０．０５Ｔｏｒｒマイクロ波入射口から被
処理面までの距＃（Ｄ）５０ｍ謹、１００■■ 板速度　　　　　　　　　　３０層７分、８０■／分ガ
ス種　　　　　　Ａｒ、Ｈｅ、Ｃ２Ｆ６．丁ＭＳ＋、Ｑ
耐汚染性の評価は、マジックで表面に汚れを付けた後、
エチルアルコールで拭き取り、よごれの残り方で判断し
た。完全に拭き取れた場合を０、未処理の場合をＸとし
た。

硬度の評価は、　　ＪＩＳ鉛筆硬度試験で行った。未処
理の場合の硬度が、）ＩＢのものとＨのものの２種類を
用いた（加工性はいずれも（ＯＴ）ノークラックである
。）。

以上の条件を組合せ処理を行った結果を表１゜表２に示
す０表１は未処理硬度が）ＩＢの塗料１表２は未処理硬
度がＨの塗料を用いている。　　ＴＭＳはトリメチルシ
ランを指す。

表１．２を見て明らかのように、耐汚染性について、各
条件とも汚れがきれいに拭き取れ（Ｏ）。

特性の著しい向上が認められている。

硬度に関しては、ＨＢ塗料とＨ塗料とで若干の差異が認
められたが、いずれも２Ｈ以上の硬度が得られている。

加えて、本硬度特性は、塗膜のごく表層の改質によって
得られたものであるため、加工性（ＯＴ）を損なうこと
は無い。

処理による塗膜表面の色調の変化も認められず、外観上
の処理影響は無い。

ここでは、＃汚染性、硬度の特性に注目したが、ガス種
、ガス圧力等を適宜選定することによって、ぬれ性、耐
蝕性、耐候性や帯電防止等の特性の付与、向上も可能で
ある。

（以下余白） 表１ 表２ 発明の効果 本発明の効果を列記すると次のようになる。

（１）本発明のマイクロ波直接型による連続プラズマ処
理方法及び装置では、マイクロ波を真空処理槽内に直接
伝播させることにより、高密度で均一なプラズマを発生
させ、塗装鋼板の耐汚染性、硬度、耐蝕性や耐候性など
の表面特性の付与又は向上を均一かつ短時間で行うこと
が可能である。

（２）　Ａｉｒ　ｔｏ　Ａｉｒ型装置であるため、塗装
ライン等の連続プロセスラインに容易に組み込むことが
でき、連続大量低コスト処理が可能である。

（３）メインテナンスが簡単で、取替など容易に行うこ
とができる。

（４）雰囲気は酸化性、非酸化性いずれも適用できる。

（５）マイクロ波型装置によるプラズマの特徴として大
きい容積でも均一にプラズマ発生させることができ、高
密度で安定である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はマイクロ
波発生部、ガス供給系を含んだプラズマ装置の側面から
見た説明図、第２図は第１図の装置の上部から見たマイ
クロ波入射口を千鳥配置した状態の説明□図、第３図は
側面のマイクロ波入射口の配置の説明図、第４図は、マ
イクロ波入射口から被処理物までの距離と電子温度との
関係図、第５図はマイクロ波入射口から被処理物までの
距離と試料温度との関係図、第６図はマイクロ波入射口
から被処理物までの距離と色差との関係図である。 １・・・表面処理金属板、２・・・マイクロ波入射部、
３・・・石英ガラス、４・・・フランジ、５用マイクロ
波発信器、６・・・導波回路、７．８・・・ガス供給系
、９・・・ガス排気系、ｌＯ・・・真空処理槽、１１　
ａ　、　１１　ｂ・・・シール装置。 代理人　弁理士　井　上　雅　生 １ｂ１０ Ｏ２０１００

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂を表面に被覆した表面処理金属板の表面改質
   方法において、マイクロ波発生器によって発生したマイ
   クロ波を、マイクロ波導波管を通じ、電磁波を通す材料
   を介して真空処理槽内に伝播させ、該真空処理槽内で直
   接プラズマを発生させると共に連続的に搬送される前記
   金属板をプラズマ処理することを特徴とするプレコート
   金属板の連続プラズマ処理方法。
2. （２）マイクロ波入射口から被処理金属板迄の距離が３
   ０〜１００ｍｍであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のプレコート金属板の連続プラズマ処理方法
   。
3. （３）樹脂を表面に被覆した表面処理金属板の連続プラ
   ズマ処理装置において、前記金属板の出入側にシール装
   置を具えた真空処理槽に、マイクロ波導波管を通じ、石
   英ガラスを介して真空処理槽内にマイクロ波を伝播する
   マイクロ波発生器とガス供給系及び排気系とを設けてな
   ることを特徴とするプレコート金属板の連続プラズマ処
   理装置。
4. （４）真空処理槽にマイクロ波導波管を千鳥状に配置し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のプレコ
   ート金属板の連続プラズマ処理装置。