WO2006123614A1

WO2006123614A1 - プラズマ発生装置付き射出成形装置並びに射出成形及び表面処理方法

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Publication number: WO2006123614A1
Application number: PCT/JP2006/309663
Authority: WO
Inventors: Hideo Sugai
Original assignee: National University Corporation Nagoya University
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2006-11-23
Also published as: JP2006321137A; JP4660702B2; US20090174120A1

Description

明細書

プラズマ発生装置付き射出成形装置並びに射出成形及び表面処理方法技術分野

[0001] 本発明はいわゆる射出成形装置及び射出成形方法に関し、射出成形時にプラズマガスにより表面処理を実施するものである。

背景技術

[0002] プラスチック材料は、射出成形方法を用いて種々の形状の製品を低コストで生産できること力、広く産業分野で利用されている。また、プラスチックは軽量でリサイクルが容易であると!/、う特徴を持ち合わせており、例えば自動車や電化製品等の金属材料やガラス材料をプラスチックで置き換える研究も行われている。

[0003] 例えば自動車のガラス窓の榭脂化においては、車体の軽量ィ匕による燃費向上及び環境負荷の軽減を図り、一体成形による製造コストの低減も図ることが可能である。例えば欧州では自動車窓ガラスの 3〜5%を榭脂化する計画がある。この「榭脂化」には、合わせガラスにプラスチックフィルムを挟み込む方式を含む。

[0004] ところでプラスチック材料はガラスに比べて耐スクラッチ性、耐紫外線性等の面で難があり、その表面を薄膜コーティングすることによって強化することが課題となっている。現在行われている下記の技術はそれぞれ難点を有している。まず榭脂表面にハードコートフィルムを貼る方式では、基材との剥離が発生する。また、 2枚のガラスの間にプラスチックフィルムを挟み込む方式では、しわの発生が問題となる。このように、ガラスの「榭脂化」は問題を抱えており、榭脂を窓材としているのは、現在のところサンルーフや開閉を行わな、クォータガラスに限られて!/、る。

[0005] さて、榭脂の表面改質を低温で可能とする技術としてプラズマ処理が有望視されている。例えば下記特許文献 1においては、射出成形の金型を用いてそのままガスプラズマ処理する技術を開示して、る。

特許文献 1：特許第 2994878号

[0006] 特許文献 1の技術の概要は次の通りである。金型キヤビティ内に溶融榭質を射出充填し、冷却して固化させる。次に金型を寸開させて、成形品と金型の間に間隙を形成する。当該間隙を真空排気し、金型間に 13. 56MHzの高周波電力を印加し、間隙にプラズマを発生させる。この際、表面処理に対応した反応性ガスを導入して、成形品の表面処理を行う。こうして放電を停止し、間隙を大気圧に戻したのち成形品を取り出す。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 上記特許文献 1の技術は、次のような問題を有している。まず、 2つの金型間に高周波電力を印加する場合、一方を接地すると他方は接地力浮力せる必要が有り、浮いた側の金型から発せられる電磁波を遮蔽する必要がある。即ち、当該電磁波を遮蔽しないと、周囲の例えば制御装置に障害を引き起こす力であり、この場合、射出成形装置全体を覆う接地金属体が必要となる。

[0008] 接地金属体を設けた場合、金型が数十 cmより大きなものであると、接地金属体と接地力浮いた側の金型との間の浮遊容量が大きくなり、高周波電源と負荷とでインピ一ダンス整合をとることが困難となる。

[0009] 接地力も浮いた側の金型に榭脂成形品が接しているとき、榭脂成形品表面には数百ボルトの自己ノィァスが発生し、強いイオン衝撃によって榭脂表面が荒れるので、コーティング膜が損傷を受ける可能性がある。

[0010] 本発明は上記の課題を解決するために成されたものである。

課題を解決するための手段

[0011] 請求項 1に記載の発明は、射出成形装置であって、射出成形後に金型の一方と成形品との間に間隙を設けて 2つの金型を固定する手段と、 2つの金型の少なくとも一方の金型に形成された導波管と、導波管に接続され、間隙に対してマイクロ波を放射するマイクロ波アンテナと、当該間隙から排気して所定の真空度を保持する排気手段と、当該金型と成形品との間の間隙に成形品の表面を処理するためのガスを導入する手段とを有し、前記間隙に前記ガスのプラズマを発生可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置付き射出成形装置射出成形装置である。

また請求項 2に記載の発明は、請求項 1に記載のプラズマ発生装置付き射出成形装置において、導波管内には誘電体が充填されていることを特徴とする。 [0012] また、請求項 3に記載の発明は、 2つの金型を固定する手段は、成形品のいずれの側にも間隙を設けることが可能であり、排気手段と、ガスを導入する手段とは、成形品のいずれの側に設けた間隙に対しても作用可能であることを特徴とする。

更に請求項 4に記載の発明は、 2つの金型を固定する手段は、成形品の両側に同時に間隙を設けることが可能であり、排気手段と、ガスを導入する手段とは、成形品の両側に設けた間隙に対して作用可能であることを特徴とする。

[0013] また、請求項 5に記載の発明は、マイクロ波アンテナは、スロットが誘電体で充填されたスロットアンテナ力も成ることを特徴とする。この場合において、スロットは、誘電体で充填されているか、スロットアンテナの前面が誘電体板で覆われているカゝ、又は、その両者を採用することが望ましい。このように構成することで、アンテナ前面を滑らかな面として、金型の他のキヤビティ面と共に、成形品の成形面を構成することができる。そして、スロットパターンが成形面に投影されることが防止される。

また、請求項 6に記載の発明は、マイクロ波アンテナは、 2枚の誘電体板で挟まれたマイクロストリップアンテナから成り、成形時には、金型と共に成形品の成形面を構成することを特徴とする。このように構成することで、アンテナ前面を滑らかな面として、金型の他のキヤビティ面と共に、成形品の成形面を構成することができる。そして、マイクロストリップアンテナのパターンが成形品の成形面に投影されることが防止されるさらに、請求項 7に記載の発明は、射出成形方法であって、射出成形後に金型の一方と成形品との間に間隙を設けて 2つの金型を固定し、当該間隙から排気して所定の真空度を保持すると共に成形品の表面を処理するためのガスを導入し、ガスをマイクロ波によりプラズマ化して成形品の表面を処理することを特徴とする射出成形及び表面処理方法である。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるので、金型のいずれも接地することができる。また、マイクロ波による放電は lmm程度の間隙で容易にブラズマを発生させることが可能である。金属の上に誘電体がある時、マイクロ波は表面波として誘電体面に沿って伝搬して、くので、大面積のプラスチック表面に沿ってマイク口波プラズマを発生させることができる。これは板状のプラスチック成形品におヽて特に効果が高ぐ大面積のプラスチック板の表面処理が容易となる。また、マイクロ波プラズマではイオンエネルギーが低!、ので、プラズマによる表面へのダメージは起こらない。このように、高周波放電における上述した問題点を、本願発明により解決することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明の具体的な一実施例である射出成形及び表面処理装置 1000の構成及び使用方法を示す断面図。

[図 2]マイクロ波アンテナの構成を示す構成図。

[図 3.A]実施例 2の射出成形及び表面処理装置 2000の構成及び使用方法を示す断面図。

[図 3.B]実施例 2の射出成形及び表面処理装置 2000の構成及び使用方法を示す断面図。

[図 3.C]実施例 2の射出成形及び表面処理装置 2000の構成及び使用方法を示す断面図。

[図 4.A]実施例 3の射出成形及び表面処理装置 2100の構成及び使用方法を示す断面図。

[図 4.B]実施例 3の射出成形及び表面処理装置 2100の構成及び使用方法を示す断面図。

[図 4.C]実施例 3の射出成形及び表面処理装置 2100の構成及び使用方法を示す断面図。

[図 4.D]実施例 3の射出成形及び表面処理装置 2100の構成及び使用方法を示す断面図。

符号の説明

[0016] 1000 :射出成形及び表面処理装置

100 :第 1の金型

120 :ジャッキ

130 :ガス供給部 131 :ガス導入管

132、 132a :ガス導入口

140 :排気装置

141 :排気管

142、 142b :排気口

150 :導波管

160 :マイクロ波アンテナ

161 :スロット

200 :第 2の金型

201 : 0リング

300 :榭脂射出器

発明を実施するための最良の形態

[0017] 例えばマイクロ波のアンテナとして多数のスロットアンテナを用いることが可能であり

、大面積に渡って均等にマイクロ波を照射することで一様な分布の高密度プラズマを発生させることが可能となる。マイクロ波のアンテナとしては分岐を有するストリップラインアンテナを用いても良、。

[0018] ガス導入箇所は複数用いても良い。これにより一様に反応ガスを乖離させ、ラジカル分布を均一化し、一様性の良い表面改質を行うことができる。

以下、本発明を具体ィ匕した実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されることなぐその実施形体は種々に変更可能である。

実施例 1

[0019] 図 1は本発明の具体的な一実施例である射出成形及び表面処理装置 1000の構成及び使用方法を示す断面図である。射出成形及び表面処理装置 1000は、第 1の金型 100、第 2の金型 200及び榭脂射出器 300を有する。また、第 1の金型 100と第 2の金型 200とを所定の位置で固定するジャッキ 120 (固定手段を構成する）、第 1の金型 100のガス導入口 132から間隙にガスを導入するためのガス供給部 130及びガス導入管 131 (これらがガスの導入手段を構成する）、第 1の金型 100の排気口 142 カゝら間隙内を排気するための排気管 141及び排気装置 140 (これらが排気手段を構成する）を有する。また、第 1の金型 100の射出成形面には、導波管 150が埋設され、マイクロ波アンテナ 160に結合している。導波管 150は、紙面に対して垂直方向に延設された直方体状の導波管であり、紙面表側方向から、または紙面裏側方向からマイクロ波が供給されるものである。また、マイクロ波アンテナ 160は、スロットアンテナを設けた金属板力もなり、導波管 150の一面に設けられて電磁結合されている。また、マイクロ波アンテナ 160は第 1の金型 100の射出成形面に一体的に設けられており、スロット部分は導波管 150と同様に誘電体で充填されているので、射出成形面に凹凸は無い。また、第 2の金型 200には Oリング 201が設けられ、第 1の金型 100とで形成される間隙の気密を保持可能として、る。

[0020] まず、図 1. Aのように、通常の射出成形を行い、成形品 Pを冷却固化する。この際、ガス導入口 132と排気口 142は第 2の金型 200により塞がれている。次に図 1. Bのように、ジャッキ 120を用いて 1〜数 mmだけ第 2の金型 200を移動させて、第 2の金型 200と成形品 Pとの間に空隙 Sを形成する。この際、ガス導入口 132と排気口 142 は、第 2の金型 200の移動により空隙 Sに対して開き、ガス導入管 131、空隙 S、排気管 141は連通する。これらは第 2の金型 200の Oリング 201により気密が保たれる。次に、気密となった空隙 Sから、排気装置 140を用いて排気を行う。続いてガス供給部 130からプラズマ処理のためのガスを空隙 Sに供給する。表面処理としては、カーボンコーティングに適したガスが好ましい。こうして導波管 150を介してマイクロ波アンテナ 160にマイクロ波を供給すると、空隙 Sにおいてマイクロ波による放電が生じ、ガスプラズマが発生する。所望時間の処理後にマイクロ波の供給と反応性ガスの供給を止め、空隙 Sを大気圧に戻したのちに金型を開放して成形品 Pを取り出す。

[0021] マイクロ波アンテナとしては例えば図 2. Aのようなスロットアンテナを用いると良い。

この場合導波管 150は矩形とでき、当該導波管 150の 1つの面にスロットアンテナを設けることが可能となる。尚、導波管 150と同様に、スロット 161には誘電体を充填して、アンテナ表面に不要な凹凸を設けないようにすると良い。更には、図 2. Cの断面図に示すように、プラスチック成形品と接するスロットアンテナの全面を誘電体 167で被覆して、成形品の成形面にスロットアンテナの形状が投影されないようにすることが望ましい。導波管を長ぐ或いはその本数を増やし、スロット 161を多数設けることで、プラズマ発生領域を数 m四方にまで拡張することも可能である。導波管 150は、 TE1 0モードの導波管とすると良、。これにより各スロットから等、パワーのマイクロ波を放射することができ、広、面積に渡って均一且つ高密度なプラズマを生成することができる。

[0022] また、図 2. Bのようなマイクロストリップアンテナを用いても良い。図示しない接地板と誘電体基板 165が積層され、接地板にはスロットから成る、導波管 150との結合のための結合器 162 (破線で示す）が設けられる。また、誘電体基板 165の上には幹線 163と枝状のアンテナ素子部 164を設けてマイクロストリップアンテナを形成する。尚、図 2. Dの断面図に示すように、表面の凹凸を無くして、成形品の成形面にマイクロストリップアンテナの形状が投影されないように、更に幹線 163とアンテナ素子部 164 とを誘電体板 168で全て覆うと良い。

[0023] ガス導入管 131及び排気管 141の所望の位置に金属メッシュを設けて、電磁波を遮蔽すると良い。尚、ガス導入管 131及び排気管 141をカットオフ導波管の構成として電磁波を遮蔽しても良い。

[0024] 上記実施例では、空隙 Sのみ排気する構成としたが、射出成形及び表面処理装置 1000全体を真空室に配置しても良い。

[0025] 上記実施例では榭脂射出器 300を有する第 1の金型 100に導波管 150及びマイク口波アンテナ 160を設けた力第 2の金型 200に導波管 150及びマイクロ波アンテナ 160を設けても良ぐ両方に設けても良い。更には 2個の金型と、榭脂射出器を有する枠状の金型とで射出成形及び表面処理装置を形成し、榭脂成形品の両面を一度にプラズマ処理しても良い。この際、榭脂成形品の両面のプラズマ処理に用いるガスは同一としても異なる物としても良い。

実施例 2

[0026] 図 1の構成を若干変更することで、成形品 Pの両面をプラズマ処理することも可能である。これは成形品 Pの厚さが lcm程度であれば、マイクロ波がアンテナ力成形品 Pを介して反対側のガスをプラズマ化することが可能であるからである。

[0027] まず、図 3. A乃至図 3. Cを用いて成形品 Pの両面を同時にプラズマ処理する射出成形及び表面処理装置 2000の構成及び使用方法を示す。図 3. Aのように、射出成形及び表面処理装置 2000の構成は、図 1. Aの射出成形及び表面処理装置 10 00の構成に対し、ガス導入管 131と排気管 141とを、射出成形器内部で右寄りに設けたガス導入口 132aと排気口 142bとにも連通させることである。但し、当該射出成形器内部で右寄りに設けたガス導入口 132aと排気口 142bとには、レバー a及び bを設けて、ガス供給部 130及び排気装置 140と連通 Z連通せずを切り替える構成とする。またレバー a及び bの表面は、射出成形品と接するようにしている。更に、押し出しアーム c及び dを設けて成形品を移動可能として、射出成形後に成形品 Pと第 1の金型 100との間にも空隙を設けることができるようになつている。

[0028] まず、図 3. Aのように、射出成形を行う。ガス導入口 132と排気口 142とは第 2の金型 200により塞がれている。ガス導入口 132aと排気口 142bとは、レバー a及び bとで塞がれており、レバー a及び bの表面が成形品と接触し、接触面に凹凸は無い。同様に、押し出しアーム c及び dの表面が成形品と接触し、接触面に凹凸は無い。

[0029] 次に、図 3. Bのように、第 2の金型 200を紙面上、所定量左に移動させる。また、押し出しアーム c及び dにより、成形品 Pを所定量左に移動させて、成形品 Pの左右両側に空隙 Sを形成する。

[0030] 次に押し出しアーム c及び dを所定位置に戻し、レバー a及び bを作用させて、ガス導入管 131とガス導入口 132aと排気口 142bと排気管 141とを成形品 Pの右側面の空隙 Sを介してに連通させる。尚、ガス導入口 132と排気口 142とは、第 2の金型 20 0の移動により、成形品 Pの左側面の空隙を介して連通している。

[0031] この後、気密となった両側の空隙 Sから、排気装置 140を用いて排気を行い、ガス供給部 130からプラズマ処理のためのガスを両側の空隙 Sに供給する（図 3. C)。この後導波管 150を介してマイクロ波アンテナ 160にマイクロ波を供給すると、成形品 P の両側の空隙 Sにおいてマイクロ波による放電が生じ、同時にガスプラズマが発生する。所望時間の処理後にマイクロ波の供給と反応性ガスの供給を止め、成形品 Pの両側の空隙 Sを大気圧に戻したのちに金型を開放して成形品 Pを取り出す。

[0032] 成形品 Pの左右に設ける空隙 Sは、設定により、各々異なる間隙幅として良い。

実施例 3

[0033] 図 3. Aに示す構成を若干変更することで、成形品 Pの両面を別々にプラズマ処理することも可會である。

[0034] まず、図 4. A乃至図 4. Cを用いて成形品 Pの両面を順にプラズマ処理する射出成形及び表面処理装置 2100の構成及び使用方法を示す。図 4. Aのように、射出成形及び表面処理装置 2100の構成は、図 3. Aの射出成形及び表面処理装置 2000 の構成に対し、ガス導入口 132と排気口 142とを設けた位置を変更した点である。尚、射出成形及び表面処理装置 2100には、図 3. Aの射出成形及び表面処理装置 2 000と同様に、右寄りに設けたガス導入口 132aと排気口 142bも有している。

[0035] まず、図 4. Aのように、射出成形を行う。ガス導入口 132と排気口 142とは第 2の金型 200により塞がれている。ガス導入口 132aと排気口 142bとは、レバー a及び bとで塞がれており、レバー a及び bの表面が成形品と接触し、接触面に凹凸は無い。同様に、押し出しアーム c及び dの表面が成形品と接触し、接触面に凹凸は無い。

[0036] 次に、図 4. Bのように、第 2の金型 200を紙面上、所定量左に移動させる。これにより、成形品 Pの左側に空隙 S1が形成され、それを介してガス導入管 131、ガス導入口 132、排気口 142及び排気管 141が連通される。こうして排気装置 140を用いて排気を行ヽ、ガス供給部 130からプラズマ処理のためのガスを左側の空隙 S1に供給する。この後導波管 150を介してマイクロ波アンテナ 160にマイクロ波を供給すると、成形品 Pの左側の空隙 S1においてマイクロ波による放電が生じ、ガスプラズマが発生する。

[0037] 所望時間の処理後にマイクロ波の供給と反応性ガスの供給を止め、図 4. Cに示すように、押し出しアーム c及び dにより成形品 Pを左側に移動させて成形品 Pの右側に空隙 S2を形成する。尚、この際、左側の空隙 S1を大気圧に戻して力も成形品 Pを移動させても良ぐまた第 2の金型 200を所定量左右に移動させることで、成形品 Pの右側にできる空隙 S2の幅を、成形品 Pの左側に設けた空隙 S1の幅と異ならせても良い

[0038] これにより、成形品 Pの左側の空隙 S1は消滅し、右側に空隙 S2が形成される。成形品 Pの左側の空隙 S1が消滅したことにより、ガス導入口 132、排気口 142は第 2の金型 200と成形品 Pとで塞がれる。逆に成形品 Pの右側の空隙 S2を介してガス導入管 131、ガス導入口 132a、排気口 142b及び排気管 141が連通される（図 4. C)。こうして排気装置 140を用いて排気を行い、ガス供給部 130からプラズマ処理のためのガスを右側の空隙 S2に供給する。この後導波管 150を介してマイクロ波アンテナ 16 0にマイクロ波を供給すると、成形品 Pの右側の空隙 S2においてマイクロ波による放電が生じ、ガスプラズマが発生する。所望時間の処理後にマイクロ波の供給と反応性ガスの供給を止め、成形品 Pの右側の空隙 S2を大気圧に戻したのちに金型を開放して成形品 Pを取り出す。

図 4. Aの射出成形及び表面処理装置 2100は、図 4. Dのように、成形品 Pの両側に同時にプラズマ処理を行うことも可能である。尚、両側の空隙 S1及び S2の幅は、各々設計により異なる幅としても良、。

Claims

請求の範囲

[1] 射出成形装置であって、

射出成形後に金型の一方と成形品との間に間隙を設けて 2つの金型を固定する手段と、

前記 2つの金型の少なくとも一方の金型に形成された導波管と、

前記導波管に接続され、前記間隙に対してマイクロ波を放射するマイクロ波アンテナと、

当該間隙から排気して所定の真空度を保持する排気手段と、

当該金型と成形品との間の前記間隙に成形品の表面を処理するためのガスを導入する手段と

を有し、

前記間隙に前記ガスのプラズマを発生可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置付き射出成形装置。

[2] 前記導波管内には誘電体が充填されていることを特徴とする請求項 1に記載のブラズマ発生装置付き射出成形装置。

[3] 前記 2つの金型を固定する手段は、前記成形品のいずれの側にも間隙を設けることが可能であり、

前記排気手段と、前記ガスを導入する手段とは、前記成形品のいずれの側に設けた間隙に対しても作用可能であることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載のブラズマ発生装置付き射出成形装置。

[4] 前記 2つの金型を固定する手段は、前記成形品の両側に同時に間隙を設けることが可能であり、

前記排気手段と、前記ガスを導入する手段とは、前記成形品の両側に設けた間隙に対して作用可能であることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載のプラズマ発生装置付き射出成形装置。

[5] 前記マイクロ波アンテナは、スロットが誘電体で充填されたスロットアンテナ力も成ることを特徴とする請求項 1乃至請求項 4の何れか 1項に記載のプラズマ発生装置付き射出成形装置。

[6] 前記マイクロ波アンテナは、 2枚の誘電体板で挟まれたマイクロストリップアンテナから成り、成形時には、前記金型と共に前記成形品の成形面を構成することを特徴とする請求項 1乃至請求項 4の何れか 1項に記載のプラズマ発生装置付き射出成形装置

[7] 射出成形方法であって、

射出成形後に金型の一方と成形品との間に間隙を設けて 2つの金型を固定し、当該間隙力排気して所定の真空度を保持すると共に成形品の表面を処理するためのガスを導人し、

前記ガスをマイクロ波によりプラズマ化して前記成形品の表面を処理することを特徴とする射出成形及び表面処理方法。