WO2020017106A1

WO2020017106A1 - フッ素樹脂成形体の成形方法、医療用ダイヤフラムの製造方法、及び半導体用ダイヤフラムの製造方法

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Publication number: WO2020017106A1
Application number: PCT/JP2019/014515
Authority: WO
Inventors: 淳一樋口
Original assignee: Jasi株式会社
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2020-01-23
Also published as: CN112469546A; EP3825089A1; EP3825089A4; JP6634574B1; EP3825089B1; US20210237315A1; JPWO2020017106A1; CN112469546B

Abstract

部位毎に特性が異なるフッ素樹脂成形体を一体成形物として成形することができるフッ素樹脂成形体の成形方法を提供する。　フッ素樹脂の粉体を一次金型１００で押圧することにより予備成形体を成形し、予備成形体を焼成後に二次金型に充填して押圧した状態で冷却することによりフッ素樹脂成形体を成形するフッ素樹脂成形体の成形方法であって、予備成形体の成形は、平均粒径の異なる少なくとも二種類のフッ素樹脂の粉体を積層した積層体１０を一次金型１００に充填して実施される。

Description

フッ素樹脂成形体の成形方法、医療用ダイヤフラムの製造方法、及び半導体用ダイヤフラムの製造方法

　本発明は、フッ素樹脂の粉体を一次金型で押圧することにより予備成形体を成形し、予備成形体を焼成後に二次金型に充填して押圧した状態で冷却することによりフッ素樹脂成形体を成形するフッ素樹脂成形体の成形方法に関する。さらに、本発明は、当該フッ素樹脂成形体の成形方法を利用した血清又はワクチンの製造に用いる医療用ダイヤフラムの製造方法、並びに半導体製品の洗浄に用いる半導体用ダイヤフラムの製造方法に関する。

　ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と称する。）等のフッ素樹脂は、耐熱性、耐薬品性等に優れるため、例えば、ダイヤフラム、ベローズ等の素材として好適に使用されている。

　従来、フッ素樹脂成形体の成形方法として、圧縮成形法が知られている。圧縮成形法は、精密な成形体を成形する方法として好適であり、例えば、高い寸法精度が要求されるダイヤフラムを成形する場合には、圧縮成形法の一種として、一次金型によりフッ素樹脂の粉体を圧縮して予備成形体を形成し、予備成形体を焼成後に二次金型で圧縮しながら冷却することで所望の形状に仕上げるホットコイニング法が用いられている。

　ホットコイニング法を用いたダイヤフラムの製造方法の一例として、初めにフッ素樹脂を押圧して予備成形体を形成し、次に予備成形体を焼成して焼成体とし、さらに焼成体を加熱して加熱処理体とし、最後に加熱処理体を高温プレスするとともに急冷することで最終製品とする技術があった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１のダイヤフラムの製造方法では、フッ素樹脂の結晶化を抑え、使用時に反復変形によりクラックが生じることのないダイヤフラムを製造することができるとされている。

特開平５－１０４４４号公報

　ところで、ダイヤフラムには、使用時に反復変形する膜部の他に、非変形部である弁部等を有することで、部位毎に異なる機能を実現する製品がある。このようなダイヤフラムでは、例えば、膜部に耐屈曲性が求められ、弁部に耐摩耗性が求められる等、部位によって要求仕様が異なる。そのような要求仕様を実現するためには、部位毎に樹脂の結晶化度を変える等、部位の要求仕様に応じた製品設計が必要となる。

　しかしながら、特許文献１の製造方法では、ダイヤフラムの部位毎に異なる結晶化度を実現することは想定されていない。特許文献１を初めとする従来技術では、反復変形部、及び非変形部等の部品を別体のフッ素樹脂成形体として成形し、これらを成形後に結合させることで、部位毎に特性の異なるダイヤフラムを製造していた。しかしながら、このような製造方法で得られたダイヤフラムは、結合部の強度が不十分となる可能性があった。また、部位毎に異なる品質管理が必要となるため、製造コストの増大を招くという問題があった。

　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、部位毎に特性が異なるフッ素樹脂成形体を一体成形物として成形することができるフッ素樹脂成形体の成形方法を提供することを目的とする。また、当該フッ素樹脂成形体の成形方法を利用した血清又はワクチンの製造に用いる医療用ダイヤフラムの製造方法、並びに半導体製品の洗浄に用いる半導体用ダイヤフラムの製造方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するための本発明にかかるフッ素樹脂成形体の成形方法の特徴構成は、
　フッ素樹脂の粉体を一次金型で押圧することにより予備成形体を成形し、前記予備成形体を焼成後に二次金型に充填して押圧した状態で冷却することによりフッ素樹脂成形体を成形するフッ素樹脂成形体の成形方法であって、
　前記予備成形体の成形は、平均粒径の異なる少なくとも二種類のフッ素樹脂の粉体を積層した積層体を前記一次金型に充填して実施されることにある。

　本構成のフッ素樹脂成形体の成形方法は、予備成形体の成形が、平均粒径の異なる少なくとも二種類のフッ素樹脂の粉体を積層した積層体を一次金型に充填して実施されるため、得られるフッ素樹脂成形体では、平均粒径の異なるフッ素樹脂の粉体に由来する部位毎に、結晶化度等の特性を相違させることができる。その結果、部位毎に特性の異なるフッ素樹脂成形体を一体成形物として成形することができる。

　本発明に係るフッ素樹脂成形体の成形方法において、
　前記積層体は、平均粒径が異なる二種類のフッ素樹脂の粉体から形成される第一層と第二層とを有し、
　成形後の前記フッ素樹脂成形体において、前記第一層に相当する第一部位と前記第二層に相当する第二部位との機能が異なるように、前記二種類のフッ素樹脂が選択されることが好ましい。

　本構成のフッ素樹脂成形体の成形方法によれば、積層体の第一層と第二層とが平均粒径が異なる二種類のフッ素樹脂の粉体から形成され、成形後のフッ素樹脂成形体において第一層に相当する第一部位と第二層に相当する第二部位との機能が異なるように、二種類のフッ素樹脂が選択されるため、要求仕様の異なる第一部位と第二部位とを一体に成形することができる。

　本発明に係るフッ素樹脂成形体の成形方法において、
　前記第一部位は、平均粒径が３００μｍ以上であるフッ素樹脂の粉体から形成された非変形部であり、
　前記第二部位は、平均粒径が１００μｍ以下であるフッ素樹脂の粉体から形成された反復変形部であることが好ましい。

　本構成のフッ素樹脂成形体の成形方法によれば、第一部位は平均粒径が３００μｍ以上であるフッ素樹脂の粉体から形成されるため、非変形部に求められる耐摩耗性に優れる特性を有するものとなり、第二部位は平均粒径が１００μｍ以下であるフッ素樹脂の粉体から形成されるため、使用時に繰り返し変形する反復変形部に求められる耐屈曲性に優れる特性を有するものとなる。

　本発明に係るフッ素樹脂成形体の成形方法において、
　前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。

　本構成のフッ素樹脂成形体の成形方法によれば、耐熱性、耐薬品性等に優れるポリテトラフルオロエチレンの成形体を得ることができる。

　本発明に係るフッ素樹脂成形体の成形方法において、
　前記二次金型の内部に形成されるキャビティーの容積は、前記一次金型の内部に形成されるキャビティーの容積の０．８０～０．９５倍に設定されることが好ましい。

　本構成のフッ素樹脂成形体の成形方法によれば、一次金型を用いて予備成形体を成形し、その後、一次金型よりも内部に形成されるキャビティーの容積が僅かに小さい二次金型を用いてフッ素樹脂成形体を成形するため、圧縮成形のみでフッ素樹脂成形体を精密に成形することが可能となる。そのため、成形後にフライス盤等を用いた切削加工等を実施する必要がなく、歩留まりを向上させることができる。

　本発明に係るフッ素樹脂成形体の成形方法において、
　前記反復変形部は、断面が湾曲形状をなすダイヤフラムの膜部として形成され、
　前記非変形部は、前記湾曲形状の凸面側において前記膜部から延在する柱状の連結部、及び当該連結部の先端側に一体に設けられ、前記連結部の延在方向と直交する方向において前記連結部よりも幅広な形状をなす弁部として形成され、
　一方の端部が他方の端部より幅広な形状をなす金属部材を、前記弁部の内部に前記一方の端部を配し、前記湾曲形状の凹面側において前記膜部から前記他方の端部を露出させるように、インサート成形により埋め込むことが好ましい。

　本構成のフッ素樹脂成形体の成形方法によれば、反復変形部が、断面が湾曲形状をなすダイヤフラムの膜部として形成され、非変形部が、湾曲形状の凸面側において膜部から延在する柱状の連結部、及び連結部の先端側に一体に設けられた連結部より幅広な弁部として形成され、一方の端部が他方の端部より幅広な金属部材を、弁部の内部に幅広な側の端部を配し、湾曲形状の凹面側において膜部から他方の端部を露出させるように、インサート成形により埋め込むため、成形後のフッ素樹脂成形体において金属部材を膜部の凹面側へ引いた場合にも、金属部材がフッ素樹脂成形体から脱落することを確実に防ぐことができる。そのため、金属部材を駆動装置に取り付けてダイヤフラムを反復駆動させる場合に、優れた耐久性を有するフッ素樹脂成形体を成形することができる。

　本発明に係るフッ素樹脂成形体の成形方法において、
　前記金属部材をフッ素樹脂の粉体で包んだ状態で前記予備成形体を成形することが好ましい。

　本構成のフッ素樹脂成形体の成形方法によれば、金属部材をフッ素樹脂の粉体で包んだ状態で予備成形体を成形するため、成形後のフッ素樹脂成形体と金属部材との密着性を高めることが可能となる。そのため、フッ素樹脂材料との適合性が低く、従来の技術ではフッ素樹脂成形体にインサート成形することが困難であったステンレスの金属部材を利用することができる。

　上記課題を解決するための本発明にかかる医療用ダイヤフラムの製造方法の特徴構成は、
　上記何れか一つに記載のフッ素樹脂成形体の成形方法を利用した血清又はワクチンの製造に用いる医療用ダイヤフラムの製造方法であることにある。

　従来技術において、複数の部品を別体のフッ素樹脂成形体として成形し、これらを成形後に結合させてダイヤフラムを製造すると、結合部が汚染される可能性があり、この様なダイヤフラムを血清又はワクチンの製造に用いると、血清又はワクチンに雑菌等が混入する虞があった。本構成の医療用ダイヤフラムの製造方法によれば、部位毎に特性の異なる医療用ダイヤフラムを一体成形物として成形することができるため、結合部の汚染による血清又はワクチンへの雑菌等の混入が発生することのない医療用ダイヤフラムを製造することができる。また、本構成の医療用ダイヤフラムの製造方法により製造される医療用ダイヤフラムは、フッ素樹脂からなることで非活性状態の界面を有するため、医療用ダイヤフラムの表面からの雑菌等の混入を抑制して安全性の高い血清又はワクチンを製造することができる。

　上記課題を解決するための本発明にかかる医療用ダイヤフラムの製造方法の特徴構成は、
　上記何れか一つに記載のフッ素樹脂成形体の成形方法を利用した血清又はワクチンの製造に用いる医療用ダイヤフラムの製造方法であって、
　前記非変形部は、ダイヤフラムの弁部として形成され、
　前記反復変形部は、ダイヤフラムの膜部として形成されることにある。

　本構成の医療用ダイヤフラムの製造方法によれば、膜部と弁部とで夫々に適した特性を有する医療用ダイヤフラムを一体成形物として成形することができるため、結合部の汚染による血清又はワクチンへの雑菌等の混入が発生することのない医療用ダイヤフラムを製造することができる。また、本構成の医療用ダイヤフラムの製造方法により製造される医療用ダイヤフラムは、フッ素樹脂からなることで非活性状態の界面を有するため、医療用ダイヤフラムの表面からの雑菌等の混入を抑制して安全性の高い血清又はワクチンを製造することができる。

　上記課題を解決するための本発明にかかる半導体用ダイヤフラムの製造方法の特徴構成は、
　上記何れか一つに記載のフッ素樹脂成形体の成形方法を利用した半導体製品の洗浄に用いる半導体用ダイヤフラムの製造方法であることにある。

　従来技術において、複数の部品を別体のフッ素樹脂成形体として成形し、これらを成形後に結合させてダイヤフラムを製造すると、結合部が汚染される可能性があり、この様なダイヤフラムを半導体製品の洗浄に用いると、不純物やコンタミ等が混入する虞があった。本構成の半導体用ダイヤフラムの製造方法によれば、部位毎に特性の異なる半導体用ダイヤフラムを一体成形物として成形することができるため、結合部の汚染による不純物やコンタミ等の混入が発生することのない半導体用ダイヤフラムを製造することができる。また、本構成の半導体用ダイヤフラムの製造方法により製造される半導体用ダイヤフラムは、フッ素樹脂からなることで非活性状態の界面を有するため、半導体用ダイヤフラムの表面からの不純物やコンタミ等の混入を抑制して半導体製品を高度に洗浄することができる。

　上記課題を解決するための本発明にかかる半導体用ダイヤフラムの製造方法の特徴構成は、
　上記何れか一つに記載のフッ素樹脂成形体の成形方法を利用した半導体製品の洗浄に用いる半導体用ダイヤフラムの製造方法であって、
　前記非変形部は、ダイヤフラムの弁部として形成され、
　前記反復変形部は、ダイヤフラムの膜部として形成されることにある。

　本構成の半導体用ダイヤフラムの製造方法によれば、膜部と弁部とで夫々に適した特性を有する半導体用ダイヤフラムを一体成形物として成形することができるため、結合部の汚染による不純物やコンタミ等の混入が発生することのない半導体用ダイヤフラムを製造することができる。また、本構成の半導体用ダイヤフラムの製造方法により製造される半導体用ダイヤフラムは、フッ素樹脂からなることで非活性状態の界面を有するため、半導体用ダイヤフラムの表面からの不純物やコンタミ等の混入を抑制して半導体製品を高度に洗浄することができる。

図１は、フッ素樹脂成形体の成形方法の説明図であり、（ａ）は一次金型の断面図であり、（ｂ）は一次金型に積層体を充填した状態の断面図である。図２は、予備成形体の断面図である。図３は、フッ素樹脂成形体の成形方法の説明図であり、（ａ）は二次金型の断面図であり、（ｂ）は二次金型に焼成体を取り付けた状態の断面図である。図４は、ダイヤフラムの断面図である。

　本発明者が開発したフッ素樹脂成形体は、平均粒径の異なる少なくとも二種類のフッ素樹脂の粉体を原材料とし、部位毎に特性が異なるように構成したフッ素樹脂の一体成形物であり、以下の工程Ａ～Ｄを実施することにより得られる。すなわち、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法では、平均粒径の異なる少なくとも二種類のフッ素樹脂の粉体を積層することにより積層体を準備する工程Ａ、積層体を一次金型に充填して押圧することにより予備成形体を成形する工程Ｂ、予備成形体を焼成することにより焼成体を得る工程Ｃ、及び焼成体を二次金型に充填して押圧した状態で冷却する工程Ｄを実施する。以下、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法に関する実施形態として、特性が異なる複数の部位が一体に成形されたダイヤフラムの製造方法について説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

　図１は、フッ素樹脂成形体の成形方法の説明図であり、工程Ａ及び工程Ｂを説明するものである。図１（ａ）は一次金型１００の断面図であり、図１（ｂ）は一次金型１００に積層体１０を充填した状態の断面図である。一次金型１００は、下側金型となる金型１０１、１０２、及び１０３と、上側金型となる金型１０４とから構成されており、図１（ａ）に示すように、両者を組み合わせた状態で内部にキャビティー１０５を形成する。キャビティー１０５は、最終製品となるダイヤフラム（後述の図４に示す）よりも肉厚な予備成形体（後述の図２に示す）の形状をなす。本実施形態において金型１０２は、金型１０２ａ、及び１０２ｂに分割されており、押圧前の状態では、図１（ｂ）に示すように、金型１０２ａ、及び１０２ｂを離間させた状態で下側金型が組み合わされる。上側金型となる金型１０４には、図１（ｂ）に示す冶具２０Ａを挿入する貫通孔１０４Ａが形成されている。

　工程Ａでは、金型１０１、１０２、及び１０３を組み合わせた一次金型１００の下側金型内に、平均粒径が３００μｍ以上であるフッ素樹脂粉体を堆積させることにより第一層１０ａを形成し、第一層１０ａの上に、平均粒径が１００μｍ以下であるフッ素樹脂粉体を堆積させることで第二層１０ｂを形成し、第一層１０ａと第二層１０ｂとが積層した積層体１０を生成する。ここで、フッ素樹脂粉体の平均粒径は、レーザー回折法によって乾式で測定される有効径の平均値と規定される。フッ素樹脂粉体の平均粒径は、例えば、粒子径分布測定装置を用いて測定することができる。フッ素樹脂成形体は、原材料となるフッ素樹脂粉体の平均粒径が大きい程、耐摩耗性が高くなり、原材料となるフッ素樹脂粉体の平均粒径が小さい程、耐屈曲性が高くなる。そこで、積層体１０は、成形後にダイヤフラムの弁部等、使用時に変形することなく他の部材に接触する非変形部となる層を、平均粒径が大きいフッ素樹脂粉体で形成することが好ましく、成形後にダイヤフラムの膜部等、使用時に繰り返し変形する反復変形部となる層を、平均粒径の小さいフッ素樹脂粉体で形成することが好ましい。例えば、一次金型１００の下側金型の上方で篩にかけながら下側金型の内部に二種類のフッ素樹脂粉体を順次積み上げることで、図１（ｂ）に示すように、第一層１０ａと第二層１０ｂとから構成される積層体１０を形成することができる。本実施形態では、一次金型１００の下側金型内にフッ素樹脂粉体を直接積層させることで、積層体１０の生成と、一次金型１００内への積層体１０の充填とを同時に実施しているが、二層の積層体１０を一次金型１００に充填する前に予め形成しておき、出来上がった積層体１０を一次金型１００の下側金型内に配置する手順としても構わない。また、本実施形態では、積層体１０を第一層１０ａと第二層１０ｂとの二層で構成したが、積層体１０を三層以上で構成してもよい。積層体１０を三層以上で形成する場合、必ずしも全ての層でフッ素樹脂粉体の平均粒径を異ならせる必要はない。例えば、一層目及び三層目を平均粒径が３００μｍ以上である同じフッ素樹脂粉体で形成し、二層目を平均粒径が１００μｍ以下のフッ素樹脂粉体で形成した三層構造の積層体とすることも可能である。

　フッ素樹脂粉体としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と称する。）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、及びエチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体等の粉体が挙げられ、特に、ＰＴＦＥの粉体が好ましい。

　工程Ｂでは、図１（ｂ）に示すダイヤフラムのインサート物となる金属部材２０を、冶具２０Ａに取り付けた状態で上側金型となる金型１０４にセットし、次いで、金型１０４を下方に駆動するとともに、金型１０２ａ、及び１０２ｂを内方に駆動することで、積層体１０を押圧する。工程Ｂにおける積層体１０に対する押圧力は、５０～１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２に設定することが好ましい。積層体１０の押圧は、常温で実施することが好ましい。積層体１０を押圧すると、フッ素樹脂粉体間の微細な空隙が埋まるため、積層体１０の見かけの容積が１／２～１／４に圧縮される。このようにして、積層体１０は、キャビティー１０５の形状を有する予備成形体へと成形される。

　図２は、予備成形体３０の断面図である。予備成形体３０は、積層体１０の第一層１０ａが押圧されて成形された第一予備成形部位３１ａ、３１ｂと、積層体１０の第二層１０ｂが押圧されて成形された第二予備成形部位３２とを有する。予備成形体３０には、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）製の金属部材２０がインサート成形されている。ステンレスは、樹脂材料との適合性が低く、従来の技術ではインサート成形することが困難であったが、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法では、フッ素樹脂粉体、特に、ＰＴＦＥの粉体で金属部材２０を包んだ状態で予備成形を行うため、フッ素樹脂とステンレスとの密着性を高めることが可能となり、その結果、金属部材２０をフッ素樹脂中にインサート成形することができる。

　工程Ｃでは、予備成形体３０を一次金型１００から取り出して、加熱炉にてフッ素樹脂粉体の融点以上の温度で焼成する。焼成温度は、フッ素樹脂粉体としてＰＴＦＥ（融点３２７℃）の粉体を使用する場合、３６０～３８０℃に設定することが好ましい。フッ素樹脂粉体を焼成することにより、予備成形体３０の内部応力が除去され、フッ素樹脂粉体同士が溶着して焼成体となる。

　図３は、フッ素樹脂成形体の成形方法の説明図であり、工程Ｄを説明するものである。図３（ａ）は二次金型２００の断面図であり、図３（ｂ）は二次金型２００に焼成体４０を取り付けた状態の断面図である。二次金型２００は、下側金型となる金型２０１、２０２、及び２０３と、上側金型となる金型２０４とから構成されており、図３（ａ）に示すように、両者を組み合わせた状態で内部にキャビティー２０５を形成する。キャビティー２０５は、最終製品となるダイヤフラム（後述の図４に示す）の形状をなす。本実施形態において金型２０２は、金型２０２ａ、及び２０２ｂに分割されており、押圧前の状態では、図３（ｂ）に示すように、金型２０２ａ、及び２０２ｂを離間させた状態で下側金型が組み合わされる。上側金型となる金型２０４には、図３（ｂ）に示す冶具２０Ａを挿入する貫通孔２０４Ａが形成されている。

　工程Ｄでは、図３（ｂ）に示す金属部材２０に冶具２０Ａを取り付けた状態で、上側金型となる金型２０４に焼成体４０をセットする。次いで、金型２０４を下方へ駆動するとともに、金型２０２ａ、及び２０２ｂを内方へ駆動することで焼成体４０を押圧しながら、フッ素樹脂粉体の融点以上の温度まで加熱する。工程Ｄにおける焼成体４０に対する押圧力は、１５０～２５０ｋｇｆ／ｃｍ^２に設定することが好ましい。工程Ｄにおける加熱温度は、フッ素樹脂粉体としてＰＴＦＥ（融点３２７℃）の粉体を使用する場合、３６０～３８０℃に設定することが好ましい。焼成体４０を押圧しながら加熱すると、焼成体４０は可塑変形し、キャビティー２０５の形状に成形される。その後、二次金型２００の押圧状態を維持したまま冷却し、二次金型２００の押圧を解除する。工程Ｄにおける冷却温度は、１１０～１３０℃に設定することが好ましい。フッ素樹脂は１１０～１３０℃まで冷却すると、変形しにくくなる。冷却の完了後、二次金型２００を取り外すと、キャビティー２０５の形状に成形されたダイヤフラムが得られる。

　二次金型２００の内部に形成されるキャビティー２０５の容積は、一次金型１００の内部に形成されるキャビティー１０５の容積の０．８０～０．９５倍に設定することが好ましい。一次金型１００での押圧によりダイヤフラムの原型となる予備成形体３０を成形し、その後、一次金型１００よりもキャビティーの容積が僅かに小さい二次金型２００で押圧することにより、圧縮成形のみでダイヤフラムを精密に成形することが可能となる。そのため、成形後にフライス盤等を用いた切削加工等の必要がなく、歩留まりを向上させることができる。

　図４は、ダイヤフラム５０の断面図である。ダイヤフラム５０は、一体成形物である弁部５１ａ、連結部５１ｂ、及び膜部５２と、インサート物である金属部材２０とを有する。弁部５１ａ及び連結部５１ｂは、使用時に変形しない非変形部である。膜部５２は、使用時に繰り返し変形する反復変形部である。非変形部及び反復変形部は、何れもフッ素樹脂で構成されるが、樹脂の結晶化度が異なる。ここで、結晶化度とは、樹脂（高分子）において、分子鎖が規則的に並んでいる部位（結晶部）の当該高分子全体（結晶部＋非晶部）に占める割合である。結晶性高分子であるフッ素樹脂の場合、結晶化度は３０～７０％の範囲となり得る。弁部５１ａ及び連結部５１ｂは、積層体１０の第一層１０ａを構成していた平均粒径が３００μｍ以上であるフッ素樹脂粉体の焼結体であり、結晶化度が５０％以上、７０％以下の耐摩耗性に優れる特性を有する。膜部５２は、積層体１０の第二層１０ｂを構成していた平均粒径が１００μｍ以下であるフッ素樹脂粉体の焼結体であり、結晶化度が３０％以上、５０％未満の耐屈曲性に優れる特性を有する。ダイヤフラム５０の各部の結晶化度は、例えば、広角Ｘ線回折法を用いて測定することができる。図４において、膜部５２は、断面が湾曲形状をなすように形成されている。連結部５１ｂは、膜部５２の凸面側から延在する柱状の形状をなすように形成されている。弁部５１ａは、連結部５１ｂの先端側に一体に設けられ、連結部５１ｂの延在方向と直交する方向において、連結部５１ｂよりも幅広な形状をなすように形成されている。また、金属部材２０は、一方の端部が他方の端部より幅広な形状をなし、幅広な側の端部が弁部５１ａの内部に配され、他方の端部が膜部５２の凹面側から露出するように、ダイヤフラム５０にインサート成形により埋め込まれている。

　フッ素樹脂の結晶化度は、工程Ｄにおける冷却速度によりコントロールすることができる。また、フッ素樹脂の結晶化度は、フッ素樹脂の摩擦係数との間に相関があり、結晶化度が小さい程、摩擦係数は大きくなる。例えば、工程Ｄにおける冷却速度を大きくすることで、フッ素樹脂の結晶化度が小さくなり、ダイヤフラム５０の表面の摩擦係数を大きくすることができる。逆に、工程Ｄにおける冷却速度を小さくすることで、フッ素樹脂の結晶化度が大きくなり、ダイヤフラム５０の表面の摩擦係数を小さくすることができる。

　以上、説明したように、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法によれば、平均粒径の異なるフッ素樹脂の粉体を積層した積層体１０を生成し、この積層体１０を一次金型１００及び二次金型２００を用いて順に押圧してフッ素樹脂成形体を成形するものであるため、得られるフッ素樹脂成形体は、平均粒径の異なるフッ素樹脂の粉体に由来する部位毎に、結晶化度等の特性が相違したものとなる。このように、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法を実施すれば、部位毎に特性の異なるフッ素樹脂成形体を一体成形物として成形することができる。

　また、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法は、血清又はワクチンの製造に用いる医療用ダイヤフラムを成形（製造）するために利用することができる。医療用ダイヤフラムでは、膜部、弁部等の部位に機能に応じて異なる特性を付与することが必要とされている。しかし、従来技術は、特性の異なる膜部、弁部等を別体のフッ素樹脂成形体として成形し、これらを成形後に結合させてダイヤフラムを製造するものであるため、製造中に結合部が汚染される可能性があり、この様なダイヤフラムを血清又はワクチンの製造に用いると、汚染された結合部から血清又はワクチンに雑菌等が混入する虞があった。本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法では、耐屈曲性に優れる膜部と、耐摩耗性に優れる弁部とを一体成形物として成形することができるため、膜部、弁部等の部位に機能に応じて異なる特性を付与しつつ、従来技術において問題となっていた結合部の汚染による血清又はワクチンへの雑菌等の混入が発生する虞がない医療用ダイヤフラムを製造することができる。また、フッ素樹脂成形体は非活性状態の界面を有するため、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法により成形した医療用ダイヤフラムを用いて血清又はワクチンを製造すれば、医療用ダイヤフラムの表面から雑菌等の混入が抑制されることで、安全性の高い血清又はワクチンを製造することができる。

　さらに、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法は、半導体製品の洗浄に用いる半導体用ダイヤフラムを成形（製造）するために利用することができる。本発明の半導体用ダイヤフラムの製造方法によれば、部位毎に特性の異なる半導体用ダイヤフラムを一体成形物として成形することができるため、結合部の汚染による不純物やコンタミ等の混入が発生することのない半導体用ダイヤフラムを製造することができる。また、本発明の半導体用ダイヤフラムの製造方法により製造される半導体用ダイヤフラムは、フッ素樹脂からなることで非活性状態の界面を有するため、半導体用ダイヤフラムの表面からの不純物やコンタミ等の混入を抑制して半導体製品を高度に洗浄することができる。

　次に、具体的実施例に基づいて、本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法をさらに説明する。

　工程Ａとして、図１（ａ）に示す鉄製の一次金型１００において、金型１０１、１０２、及び１０３を組み合わせた下側金型内に、平均粒径が２０μｍであるＰＴＦＥの粉体を堆積させることにより第一層１０ａを形成し、第一層１０ａの上に、平均粒径が４８０μｍであるＰＴＦＥを堆積させることで第二層１０ｂを形成し、第一層１０ａ及び第二層１０ｂの二層からなる積層体１０を生成した。工程Ｂとして、図１（ｂ）に示すように、冶具２０Ａを取り付けた金属部材２０を金型１０４にセットし、下側金型内に積層体１０を充填した状態で、金型１０４を下方に駆動するとともに、金型１０２ａ、及び１０２ｂを内方に駆動することで、堆積体１０を常温において１００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で押圧して予備成形体３０を得た。工程Ｃとして、予備成形体３０を一次金型１００から取り出して、加熱炉にて３７３℃で焼成し、焼成体４０を得た。工程Ｄとして、図３（ｂ）に示ように、金属部材２０に冶具２０Ａを取り付けた焼成体４０を金型２０４にセットし、金型２０４を下方へ駆動するとともに、金型２０２ａ、及び２０２ｂを内方へ駆動することで焼成体４０を２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で押圧しながら３７３℃まで加熱し、その後、１２０℃まで冷却した。冷却後に二次金型２００を取り外し、実施例にかかるダイヤフラム５０を得た。

　実施例にかかるダイヤフラム５０の弁部５１ａ、連結部５１ｂ、及び膜部５２における結晶化度を、広角Ｘ線回折法で測定した。弁部５１ａ及び連結部５１ｂは、結晶化度が３０％であり、高い耐摩耗性を有していた。このような弁部５１ａ及び連結部５１ｂにおける特性は、非変形部としての要求仕様を満たすものであった。また、膜部５２は、結晶化度が７０％であり、優れた耐屈曲性を有していた。このような膜部５２における特性は、反復変形部としての要求仕様を満たすものであった。

　本発明のフッ素樹脂成形体の成形方法は、特に、医療用又は半導体用のダイヤフラムを製造するにあたって好適に利用可能であるが、工業用、農業用、研究用、食品用等、他の用途のダイヤフラムを製造する場合においても利用可能である。

　１０　　　　　　　積層体
　１０ａ　　　　　　第一層
　１０ｂ　　　　　　第二層
　３０　　　　　　　予備成形体
　５０　　　　　　　ダイヤフラム（フッ素樹脂成形体）
　５１ａ　　　　　　弁部（第一部位）
　５１ｂ　　　　　　連結部（第一部位）
　５２　　　　　　　膜部（第二部位）
　１００　　　　　　一次金型
　１０５　　　　　　キャビティー
　２００　　　　　　二次金型
　２０５　　　　　　キャビティー

Claims

　フッ素樹脂の粉体を一次金型で押圧することにより予備成形体を成形し、前記予備成形体を焼成後に二次金型に充填して押圧した状態で冷却することによりフッ素樹脂成形体を成形するフッ素樹脂成形体の成形方法であって、
　前記予備成形体の成形は、平均粒径の異なる少なくとも二種類のフッ素樹脂の粉体を積層した積層体を前記一次金型に充填して実施されるフッ素樹脂成形体の成形方法。
　前記積層体は、平均粒径が異なる二種類のフッ素樹脂の粉体から形成される第一層と第二層とを有し、
　成形後の前記フッ素樹脂成形体において、前記第一層に相当する第一部位と前記第二層に相当する第二部位との機能が異なるように、前記二種類のフッ素樹脂が選択される請求項１に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法。
　前記第一部位は、平均粒径が３００μｍ以上であるフッ素樹脂の粉体から形成された非変形部であり、
　前記第二部位は、平均粒径が１００μｍ以下であるフッ素樹脂の粉体から形成された反復変形部である請求項２に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法。
　前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンである請求項１～３の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法。
　前記二次金型の内部に形成されるキャビティーの容積は、前記一次金型の内部に形成されるキャビティーの容積の０．８０～０．９５倍に設定される請求項１～４の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法。
　前記反復変形部は、断面が湾曲形状をなすダイヤフラムの膜部として形成され、
　前記非変形部は、前記湾曲形状の凸面側において前記膜部から延在する柱状の連結部、及び当該連結部の先端側に一体に設けられ、前記連結部の延在方向と直交する方向において前記連結部よりも幅広な形状をなす弁部として形成され、
　一方の端部が他方の端部より幅広な形状をなす金属部材を、前記弁部の内部に前記一方の端部を配し、前記湾曲形状の凹面側において前記膜部から前記他方の端部を露出させるように、インサート成形により埋め込む請求項３～５の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法。
　前記金属部材をフッ素樹脂の粉体で包んだ状態で前記予備成形体を成形する請求項６に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法。
　請求項１～７の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法を利用した血清又はワクチンの製造に用いる医療用ダイヤフラムの製造方法。
　請求項３～７の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法を利用した血清又はワクチンの製造に用いる医療用ダイヤフラムの製造方法であって、
　前記非変形部は、ダイヤフラムの弁部として形成され、
　前記反復変形部は、ダイヤフラムの膜部として形成される医療用ダイヤフラムの製造方法。
　請求項１～７の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法を利用した半導体製品の洗浄に用いる半導体用ダイヤフラムの製造方法。
　請求項３～７の何れか一項に記載のフッ素樹脂成形体の成形方法を利用した半導体製品の洗浄に用いる半導体用ダイヤフラムの製造方法であって、
　前記非変形部は、ダイヤフラムの弁部として形成され、
　前記反復変形部は、ダイヤフラムの膜部として形成される半導体用ダイヤフラムの製造方法。