特許 5651894 噴板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5651894

(24)【登録日】2014年11月28日

(45)【発行日】2015年1月14日

(54)【発明の名称】噴板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B05B 1/00 20060101AFI20141218BHJP

【ＦＩ】

   B05B1/00 Z

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2010-75178(P2010-75178)

(22)【出願日】2010年3月29日

(65)【公開番号】特開2011-206645(P2011-206645A)

(43)【公開日】2011年10月20日

【審査請求日】2012年10月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】397002360

【氏名又は名称】ヤマホ工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】独立行政法人産業技術総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】591023594

【氏名又は名称】和歌山県

(74)【代理人】

【識別番号】100076406

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 勝徳

(72)【発明者】

【氏名】東 恵一

(72)【発明者】

【氏名】池口 明宏

(72)【発明者】

【氏名】堀野 裕治

(72)【発明者】

【氏名】茶谷原 昭義

(72)【発明者】

【氏名】重本 明彦

(72)【発明者】

【氏名】中本 知伸

(72)【発明者】

【氏名】竿本 仁志

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２７６５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８８４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８６３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２５２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１９７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１６７５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３０９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２２７０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２３３１４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０５Ｂ １／００

Ｂ０５Ｃ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

噴霧口を有する噴板基体の表面に、プラズマイオン注入法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成する噴板の製造方法であって、
前記プラズマイオン注入法は、加熱によりガス化したシリコン系ガスをマイナス１０ｋＶのパルスバイアス電圧を印加しながら添加することにより、噴板基体の表面に中間層を形成する中間層の形成工程と、前記中間層の形成工程により中間層が形成された噴板基体に対し、成膜原料である炭化水素ガスの存在下でパルスバイアス電圧を印加することにより、噴板基体の周囲にプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンを噴板基体に注入し、噴板基体の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成するイオン注入及び成膜工程とを備えて成り、
前記イオン注入及び成膜工程が、高周波電源に対しパルスバイアス電圧をマイナス１５ｋＶからマイナス３ｋＶまで変化させながら印加して行なわれることを特徴とする噴板の製造方法。

【請求項2】

噴板基体が、周縁板部と、該周縁板部の底面から上向きに陥入して形成された錐陥部とから成るとともに、噴霧口が錐陥部の頂部に上下貫通して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の噴板の製造方法。

【請求項3】

ダイヤモンドライクカーボン膜の厚みが０．５μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の噴板の製造方法。

【請求項4】

噴板基体がステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の噴板の製造方法。

【請求項5】

噴板基体が合成樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の噴板の製造方法。

【請求項6】

噴板が農業用噴霧ノズルに使用されるものであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の噴板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体もしくは粉粒体を噴霧する噴霧ノズルなどに使用される噴板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

噴霧技術は工業のみならず、農業においても農薬散布などに用いられている。このような農薬散布作業用の噴霧ノズルにはステンレス鋼など金属製の噴板が多用されている。そして、近年は飛散農薬の環境への影響や残留農薬の問題から、長期間に渡って一定の噴霧量や噴霧性能を維持できる耐久性に優れた噴板が求められている。
そこで、耐摩耗性に優れるセラミックス製の噴板が市販されているが（特許文献１）、プレス成型可能な金属製噴板に比べてセラミックス製噴板は機械加工のコストが高く、更に気温が下がる冬季に噴板に付着した水分による凍害割れを生じるという問題も抱えている。
また、特許文献２にあるように、インクジェットプリンタ等の精密機器用噴板の改良として、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-Like Carbon: 以下、ＤＬＣと略称する）をコーティングすることが既に提案されている。しかしながら、このような噴板を屋外において高水圧で使用する場合は表面コーティングが剥離しやすく、更に耐摩耗性に加えて耐食性を必要とする。そのために、農業用ノズルの噴板用としてはＤＬＣコーティングの実用化を難しくしている。
ここで述べるＤＬＣとは、炭素の三次元的結合であるｓｐ³混成軌道と、二次元的結合であるｓｐ2混成軌道、あるいは水素との結合とが不規則に混じり合っていて、特定の結晶構造を持たないアモルファス構造からなる硬質の炭素系皮膜をいう。そして、このＤＬＣ膜の特徴として、高い耐摩耗性、耐腐食性などを有することが挙げられる。

【0003】

一方、ステンレス鋼に関して、コーティング中の表面温度によっては表面鋭敏化が発生し、耐食性が劣化することが指摘されている。特許文献３によれば、ＤＬＣコーティングを４５０℃以下で行うと鋭敏化を避けられるとあるが、以下に示すように、ＤＬＣコーティングが施される基体（ワーク）の表面温度を正確に測定することは難しい。このような温度測定には、基体に熱電対を接触させて測る方法と、放射温度計などを用いて非接触で測る方法が知られている。接触式で測定する場合、熱電対にプラズマが当たって、測定温度が変わるおそれや熱電対そのものが破壊されるおそれがあるため、ワークの大きさをプラズマが回り込んでこないほどの大きさにする必要があるなど、ワークの形状が限られる。また、基体全体にコーティングを行う場合、この接触方式であれば基体全体の温度管理はできない。一方、非接触式で測定する場合、基体周辺に厚みをもったプラズマ雲がまとわりついているため、測定している温度が基体そのものの温度か、その周りに群がっているプラズマ自体の温度かどうかの区別をつけることができない。それ故、ＤＬＣコーティングが適用されることの多い切削工具などと比べて、噴板基体はサイズが小さく立体形状に富んでいるものが多いため、そのような噴板基体の表面温度を正確に制御しながらＤＬＣコーティングを行うことは困難であると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−８０２５１号公報（セラミックス製ノズル）

【特許文献2】特開２００７−２７６３４４号公報（ＤＬＣコーティングしたノズル）

【特許文献3】特開２００８−１６３４３０号公報（高耐食性部材およびその製造方法）

【特許文献4】特許第３５５５９２８号（表面改質方法および表面改質装置）

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、一定量の噴霧を持続して行うための耐食性と耐摩耗性に優れた噴板の製造方法の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記したように、一定量の噴霧を継続して行うためには耐食性と耐摩耗性に優れる必要がある。この目的を達するために、本発明者等は様々な表面処理方法を検討してきた。耐摩耗性に優れた表面処理としてはＤＬＣコーティングが有効であり、更にプラズマイオン注入法を用いることによって、噴板基体の陥入した内面にもコーティングできることに加え、処理中の表面温度を抑えることができる。これにより、４５０℃以上の表面温度で鋭敏化を起こすとされるステンレス鋼において耐摩耗性と耐食性を兼ね備えた噴板の実現が可能であること、更にはプラズマイオン注入により表面を硬化させて耐摩耗性に優れる合成樹脂製噴板の実現が可能であることの知見を得、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明に係る噴板の製造方法は、噴霧口を有する噴板基体の表面に、プラズマイオン注入法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成する噴板の製造方法であって、前記プラズマイオン注入法は、加熱によりガス化したシリコン系ガスをマイナス１０ｋＶのパルスバイアス電圧を印加しながら添加することにより、噴板基体の表面に中間層を形成する中間層の形成工程と、前記中間層の形成工程により中間層が形成された噴板基体に対し、成膜原料である炭化水素ガスの存在下でパルスバイアス電圧を印加することにより、噴板基体の周囲にプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンを噴板基体に注入し、噴板基体の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成するイオン注入及び成膜工程とを備えて成り、前記イオン注入及び成膜工程が、高周波電源に対しパルスバイアス電圧をマイナス１５ｋＶからマイナス３ｋＶまで変化させながら印加して行なわれることを特徴とするものである。

【0007】

また、前記発明構成において、噴板基体が、周縁板部と、該周縁板部の底面から上向きに陥入して形成された錐陥部とから成るとともに、噴霧口が錐陥部の頂部に上下貫通して形成されているものである。

【0008】

更に、前記した各発明構成において、ダイヤモンドライクカーボン膜の厚みが０．５μｍ以上５μｍ以下であるものである。

【0009】

また、前記した各発明構成において、噴板基体がステンレス鋼製であるものである。

【0010】

そして、前記した各発明構成において、噴板基体が合成樹脂製であるものである。

【0011】

更に、前記した各発明構成において、噴板は農業用噴霧ノズルに使用されるものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明製造方法による噴板によれば、噴霧口を有する噴板基体の表面にプラズマイオン注入法によるダイヤモンドライクカーボン膜が形成されているので、ＤＬＣ膜の剥離を生じにくくなる。これにより、噴板の耐摩耗性を向上させて寿命を大幅に延長することができる。因みに、これまでの噴板基体の表面改質としてはめっきが用いられてきたが、このようなめっき処理方法では母材とめっきの見分けがつきにくいために、めっきが剥がれたか否かを目視で確認することは難しかった。これに対し、本発明のＤＬＣコーティングによる特徴として、ＤＬＣ膜は黒い光沢色を有していて噴板基体の色調と大きく異なるため、噴板基体の噴霧口の異常や白色であることの多い噴霧薬剤の付着を即座に且つ簡単に確認することができる。

【0013】

そして、プラズマイオン注入法のイオン注入及び成膜工程が、高周波電源に対しパルスバイアス電圧をマイナス１５ｋＶからマイナス３ｋＶまで変化させながら印加して行なわれるので、膜中応力によるＤＬＣ膜剥離のおそれがなく、噴板基体との密着力が大きく噴霧作業中に摩損することのないＤＬＣ膜を得ることができる。

【0014】

また、噴板基体が周縁板部と錐陥部とから成るような立体的なものである場合でも、錐陥部頂部の噴霧口はもとより噴板裏面である錐陥部にも、ＤＬＣコーティングを行なうことができる。更には、周縁板部と錐陥部の境界部分においても、経時使用によるＤＬＣコーティングの剥離が起こらないため、耐摩耗性を向上させて噴板寿命を大幅に延ばすことができる。

【0015】

更に、ダイヤモンドライクカーボン膜の厚みを０．５μｍ以上５μｍ以下としたものでは、噴板の充分な耐久性が得られ、噴霧圧力によりＤＬＣ膜が摩損したりしない。また、内部応力によりＤＬＣ膜が剥離するということがなく、得られる耐久性のわりに成膜コストが低くて済むという利点を有する。

【0016】

また、噴板基体として、安価で入手の容易なステンレス鋼製または合成樹脂製のものを用いることができ、耐食性と耐摩耗性に富んでいるにも拘わらず廉価な噴板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る噴板の斜視図である。

【図2】（ａ）は前記噴板の縦断面図、（ｂ）は前記噴板を装着した噴霧ノズルの縦断面図である。

【図3】前記噴板の噴板基体にＤＬＣ膜を形成する際に使用されるプラズマイオン注入装置の一例を示す概略構成図である。

【図4】本発明の別の実施形態に係る噴板の斜視図である。

【図5】前記別の噴板を装着した噴霧ノズルの縦断面図である。

【図6】前記噴板を備える噴霧ノズルを用いた噴霧試験装置の概略構成図である。

【図7】ＤＬＣコーティング処理を施した噴板とＤＬＣコーティング処理を施していない噴板の噴霧試験における経過時間と噴霧量増加率との関係を表したグラフの図である。

【図8】（ａ）はＤＬＣコーティング処理を施した噴板端面の噴霧試験前後における電子顕微鏡写真の図、（ｂ）はＤＬＣコーティング処理を施していない噴板端面の噴霧試験前後における電子顕微鏡写真の図である。

【図9】（ａ）は実施例６においてマイナス３ｋＶのパルスバイアス電圧を印加してＤＬＣコーティングを行った噴板を実施例５の噴霧試験に供したものを底面から撮影した写真の図、（ｂ）は実施例６においてマイナス１５ｋＶのパルスバイアス電圧を印加してＤＬＣコーティングを行った噴板を実施例５の噴霧試験に供したものを底面から撮影した写真の図、（ｃ）は実施例２においてＤＬＣコーティングを行った噴板を実施例５による２００時間の噴霧試験に供したものを底面から撮影した写真の図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。図１は本発明の一実施形態に係る噴板の斜視図、図２（ａ）は前記噴板の縦断面図、図２（ｂ）は前記噴板を装着した噴霧ノズルの縦断面図である。
図１および図２において、本実施形態に係る噴板１は、噴板基体２にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティングが施されて、噴板基体２の表面全体にＤＬＣ膜６が形成されている。噴板基体２は、平面視で円形リング状に形成された周縁板部３の内縁部とつながって上向きに突出した円錐状部４と、この円錐状部４の頂部に上下貫通して形成された噴霧口５とを有している。円錐状部４の底面（裏面）は周縁板部３の底面３Ａから上向きに陥入して形成された円錐状の錐陥部４Ａとなっている。このような噴板１は例えば農業用の薬液散布に用いられる噴霧ノズルの主要部品として使用される。図２に示すように、噴霧ノズル１０は、内部に液体流路を有するノズル本体１１と、ノズル本体１１の液体流路内に配備されて流体に旋回流を与える旋回中子１４と、旋回中子１４の上端開口に設置される噴板１と、噴板１の周縁板部３上に設置されて噴板１、旋回中子１４およびＯ−リング１３を押下する押さえ部材１５と、ノズル本体１１に螺止されて押さえ部材１５を固定するキャップ１２とを備えている。

【0019】

上記したＤＬＣ膜の形成技術として種々の方法が知られているが、本発明の噴板基体のように錐陥部を有する立体的なもので、錐陥部の奥まったところにもコーティング処理を施す必要のある被成膜物に対しては、成膜性および密着性等の良さを理由として、プラズマイオン注入法が好適である。この「プラズマイオン注入法」は、プラズマに浸した噴板基体に高電圧パルスを印加して、噴板基体の表面に形成されるシース電場で炭素などを加速してコーティング、またはイオン注入するものであり、噴板基体の表面に沿ってイオンシースができるため、三次元表面部へイオン注入できるとともに、噴板基体周囲のプラズマから直接にイオンを引き出すので、イオン電流を大きくとることが可能である。そのため、成膜時間が短くてすみ、噴板基体の温度上昇を抑えることができる。

【0020】

本発明におけるＤＬＣは、マイナス１５ｋＶ以上マイナス３ｋＶ以下のパルスバイアス電圧を印加したプラズマイオン注入法により噴板基体の表面に形成されることが好ましい。その理由は、パルスバイアスがマイナス１５ｋＶを下回ると、膜中応力によりＤＬＣ膜が剥離する不具合が発生するからである。一方、パルスバイアス電圧がマイナス３ｋＶを上回ると、噴板基体とＤＬＣ膜との密着力が小さくなるために、噴霧作業中にＤＬＣ膜が削られるという不具合が生じる。

【0021】

本発明に用いる噴板基体の材料としては、一定以上の硬度および強度を有するものであれば特に限定されないが、例えば金属、合成樹脂、セラミックなどを用いることができる。そのうち、金属としては、特にプレス成型可能な鋼材、例えばステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金などが挙げられる。また、合成樹脂としては、射出成型法や圧縮成型法により成型可能なポリエチレンやポリ塩化ビニルなどを用いることができる。

【0022】

前記した噴板基体にＤＬＣ膜を形成する際には、図３に示すようなプラズマイオン注入装置が使用される。プラズマイオン注入装置２０は、例えば、真空槽２１と、真空槽２１に対し絶縁部２２を介して貫通設置されている金属製の導体電極２３と、導体電極２３に接続された高周波電源２４および直流パルスバイアス電源２５と、真空槽２１に連結された真空排気装置２６と、空槽２１に連結されたガス供給装置２７とから構成されている。このようなプラズマイオン注入装置２０は例えば栗田製作所社製の市販装置を用いることができる。導体電極２３の先端には、試料である噴板基体２が取り付けられる。

【0023】

このプラズマイオン注入装置２０では、まず槽内に噴板基体２を配置させた真空槽２１を真空排気装置２６により真空吸引した上で、真空槽２１内に給気管２８経由で低圧炭化水素ガス（プラズマ形成ガス）を導入する。そして、プラズマ生成用の高周波電源２４とイオン注入用のパルスバイアス電源２５とから出力される、例えば１３．５６ＭＨｚの交流の高周波パルス電圧と直流の負の高電圧パルス電圧とを整合回路（図示省略）によって重畳（相互の誘導障害を防止しながら、お互いに結合する）させる。そして、この重畳した電力を、導体電極２３を介して噴板基体２に印加する。それにより、噴板基体２の周囲に炭化水素ガスプラズマを発生させると共に、このプラズマ中のイオンを負の高電圧パルスバイアス電圧によって噴板基体２に誘引・注入させる。また、このイオンのラジカル種の衝撃、積層中にもイオン注入を伴いながら、噴板基体２の表面にＤＬＣ膜の形成を行うのである。

【0024】

なお、このプラズマイオン注入法により形成されるＤＬＣ膜は、以下のような「基体表面へのイオン注入」、「中間層の形成」、「成膜」の３工程によってその厚みや硬さ等を調整することができる。すなわち、「表面へのイオン注入」工程においてはメタンやアセチレンなどの炭化水素ガス、またはヘキサメチルジシロキサンやテトラメチルシランなどのシリコン系ガスを使用することで表面硬度を上昇させる。「中間層の形成」工程においては、同様に、炭化水素ガスやシリコン系ガスによって密着性を向上させる。最後の「成膜」工程においては、ＤＬＣ膜の厚みを調整する。そして、上記した各段階において、導入ガスの種類、導入ガス流量、真空度、高周波電力、高電圧パルス間隔などを適宜設定することにより、形成すべきＤＬＣ膜の厚みや硬さ等を調整することができる。

【0025】

上記のような調整により、本発明の噴板基体に形成するＤＬＣ膜を、膜厚が０.５〜５μｍ程度の範囲にコーティングすると良い。なぜならば、ＤＬＣ膜の膜厚が上記範囲よりも薄すぎたり、膜硬度が低すぎたりした場合は、噴板としての充分な耐久性が得られず、噴霧作業の噴霧圧力によりＤＬＣ膜が摩滅する。逆に、ＤＬＣ膜の膜厚が厚すぎたり硬度が高いすぎたりした場合は、内部応力によりＤＬＣ膜が剥離しやすいうえ、成膜コストのわりに耐久性が僅かしか向上しないためである。

【0026】

上記のように、プラズマイオン注入法によりＤＬＣ膜を形成する手法は、膜強度が高く耐久性に富むＤＬＣ膜を形成しにくいとされる「立体形状」の噴板基体に対して極めて好適である。すなわち、周縁板部３の底面３Ａと錐陥部４Ａの内周面との成す角度θ（図２参照）が４０度以上８０度以下であるような立体的な噴板基体２についても好適に使用できるのである。一方で、噴霧作業においては、図２（ａ）中の６Ａで示す境目位置での摩耗が発生しやすいと想定されるが、ＤＬＣ膜６のコーティングにより境目位置６Ａでの摩耗の発生を防ぐことができる。

【0027】

尚、上記の実施形態では、周縁板部３の底面３Ａから上向きに陥入して形成された錐陥部４Ａを有するような立体的な噴板基体２から作製した噴板１を例示したが、本発明の噴板はそのような立体形状を有する噴板基体を用いるものに限定されない。図４に示すように、例えばステンレス鋼板などの板材からプレス成型などによって成形された噴板基体２ａを用いた噴板１ａも本発明に含まれる。この噴板１ａは、中央部に噴霧口５を有する平板円板状の噴板基体２ａの表面全体にＤＬＣ膜６が形成されている。

【0028】

前記の噴板１ａは、図５に示すような噴霧ノズル１０に使用される。噴霧ノズル１０ａは、例えば、内部に液体流路を有するノズル本体１１ａと、ノズル本体１１ａの液体流路の上端開口に設置される噴板１ａと、ノズル本体１１の上端縁部に螺止されて噴板１ａおよびシールリング１３ａを固定するキャップ１２と、ノズル本体１１ａの液体流路内に配備されて流体に旋回流を与える旋回中子１４ａとを備えている。このような平板状の噴板１ａは、先述した噴板１と比べて、よりいっそう構成が簡素であり安価に提供することができる。そして、このように安価であるにも拘わらず耐食性と耐摩耗性は併せ持っている。

【実施例1】

【0029】

引続き、本発明を実施例によって更に詳しく説明する。
まず、実施例１を説明する。
「ステンレス鋼製噴板に対する膜厚０.５μｍのＤＬＣコーティング」：
先端に噴霧口が開口していて直径１０ｍｍ高さ５ｍｍの円錐部を有する直径１５ｍｍ板厚０.５ｍｍのステンレス鋼(ＳＵＳ ３０４)製の噴板基体に対し、プラズマイオン注入装置（栗田製作所社製：図３参照）を用いてＤＬＣコーティングを施した。その際の前処理として、加熱によってガス化したヘキサメチルジシロキサン（中間層となる）をマイナス１０ｋＶのパルスバイアス電圧を印加しながら添加した。その後、アセチレンを成膜原料として用い、マイナス１５ｋＶのパルスバイアス電圧をマイナス３ｋＶまで変化させながら５０Ｗの高周波電源出力でＤＬＣコーティングを施すことにより、噴板基体の表面全体にわたってＤＬＣ膜を成膜させた。このとき噴板基体と一緒に、一部をマスキングしたシリコン基板も同じ真空槽に入れてＤＬＣコーティングを行い、コーティング後にシリコン基板とＤＬＣ膜との段差を表面粗さ計により測定したところ、０.５μｍであった。これより、噴板基体表面のＤＬＣ膜の厚みが０.５μｍであると推定した。

【実施例2】

【0030】

「ステンレス鋼製噴板に対する膜厚３μｍのＤＬＣコーティング」：
先端に噴霧口が開口していて直径１０ｍｍ高さ５ｍｍの円錐部を有する直径１５ｍｍ板厚０.５ｍｍのステンレス鋼(ＳＵＳ ３０４)製の噴板基体に対し、プラズマイオン注入装置（栗田製作所社製）を用いてＤＬＣコーティングを施した。その際の前処理として、加熱によってガス化したヘキサメチルジシロキサンを中間層として圧力０.４Ｐａでマイナス８ｋＶのパルスバイアス電圧を印加しながら添加した。その後、アセチレンを成膜原料として用い、圧力１.２Ｐａでマイナス１０ｋＶのパルスバイアス電圧を徐々にマイナス３ｋＶまで変化させながら５０Ｗの高周波電源出力でＤＬＣコーティングを行なった。そして、実施例１と同様の方法で噴板基体表面のＤＬＣ膜の厚みを推定したところ、３μｍであった。

【実施例3】

【0031】

「ステンレス鋼製噴板に対する膜厚５μｍのＤＬＣコーティング」：
先端に噴霧口が開口していて直径１０ｍｍ高さ５ｍｍの円錐部を有する直径１５ｍｍ板厚０.５ｍｍのステンレス鋼(ＳＵＳ ３０４)製の噴板基体に対し、プラズマイオン注入装置（栗田製作所社製）を用いてＤＬＣコーティングを施した。その際の前処理として、加熱によってガス化したヘキサメチルジシロキサンを中間層として圧力０.４Ｐａでマイナス８ｋＶのパルスバイアス電圧を印加しながら添加した。その後、アセチレンを原料として、圧力１.２Ｐａでマイナス１０ｋＶのパルスバイアス電圧を徐々にマイナス３ｋＶまで変化させながら５０Ｗの高周波出力でＤＬＣコーティングを行なった。そして、実施例１と同様の方法でＤＬＣ膜の厚みを推定したところ、５μｍであった。

【実施例4】

【0032】

「合成樹脂製噴板に対する膜厚３μｍのＤＬＣコーティング」：
先端に噴霧口が開口していて直径１０ｍｍ高さ５ｍｍの円錐部を有する直径１５ｍｍ板厚０.５ｍｍの合成樹脂(ポリエチレン)製の噴板基体に対し、プラズマイオン注入装置（栗田製作所社製）を用いてＤＬＣコーティングを施した。真空槽内において金属性負電極に対して飛来するイオンが当たるような配置で合成樹脂製噴板基体を設置し、ＤＬＣコーティングを行った。その際の前処理として、加熱によってガス化したヘキサメチルジシロキサンを中間層としてマイナス１０ｋＶのパルスバイアス電圧を印加して添加した。その後、アセチレンを成膜原料としてマイナス１５ｋＶのパルスバイアス電圧をマイナス３ｋＶまで変化させながら、膜厚３μｍのＤＬＣ膜を基板表面にコーティングした。取り出した製品噴板を確認したが、プラズマによる温度上昇に起因する劣化は見られなかった。

【実施例5】

【0033】

「ステンレス鋼製噴板に対する噴霧試験」：
実施例１と実施例３において作製したＤＬＣコーティング済みの噴板に対し、図６に示すような循環式の噴霧試験装置３０を用いて噴霧試験を行なった。噴霧試験装置３０は、炭酸カルシウムを８０倍の水で希釈した炭酸カルシウム水溶液Ｃを貯留する貯液槽３１と、貯液槽３１内に配備されて炭酸カルシウム水溶液Ｃを撹拌する撹拌機３２と、一端が貯液槽３１内に配置され他端が貯液槽３１内の上部空間に配置された循環路３４と、循環路３４の他端に連結された噴板１付きの噴霧ノズル１０と、貯液槽３１内の液を循環路３４内で圧送する動力噴霧機３３と、循環路３４内の液流量を検出するための圧力計３５とを備えている。動力噴霧機３３は汎用機であるために構造の図示は省略するが、例えば循環路３４が接続される吸水口を有するシリンダと、シリンダ内で往復動する弁付きのピストンと、ピストンを駆動させる駆動機構と、噴霧ノズル１０につながるシリンダ先端の吐出弁と、吐出側の流体圧を蓄圧する空気室と、吐出圧を設定するための調圧弁とを備えている。

【0034】

この噴霧試験装置３０では、動力噴霧機３３が２.０Ｍ Ｐａの吐出圧（設定圧）で炭酸カルシウム水溶液Ｃを循環路３４内に圧送し、噴霧ノズル１０の噴板１から貯液槽３１内に噴霧させる。このとき、圧力計３５により計測された圧力と、動力噴霧機３３で設定されている一定の吐出圧との圧力差から、循環路３４内での流量すなわち噴霧量が推算される。そして、一定時間後の噴霧量変化を算出し、それを試験初期の噴霧量で割ったものを噴霧量増加率として百分率で導出した。尚、試験は、各実施例の噴板とともに、参照用の表面未処理のステンレス鋼（ＳＵＳ ３０４）製の噴板基体（比較例１〜３（いずれも同じ製造ロット製品））も同時に行なった。

【0035】

まず、実施例１のＤＬＣ膜厚０.５μｍの噴板と比較例１の噴板（基体）とを噴霧試験装置３０に供して噴霧試験を１０時間行なった。その結果を下記の表１に示す。

【0036】

【表1】

【0037】

表１によると、ＤＬＣコーティング（膜厚０．５μｍ）を行った実施例１の噴板は噴霧量増加率が２.２ ％であったのに対し、比較例１の噴板（基体）は４.７％で、２倍以上の増加率となり、噴板（基体）の噴霧口の摩耗が大きいことが判る。尚、試験後、実施例１の噴板の表面を肉眼で観察したところ、部分的なＤＬＣ膜の剥離が確認されている。

【0038】

つぎに、実施例３のＤＬＣ膜厚５μｍの噴板と比較例３の噴板（基体）とを噴霧試験装置３０に供して噴霧試験を５０時間行なった。その結果を下記の表２に示す。

【0039】

【表2】

【0040】

表２によれば、ＤＬＣコーティング（膜厚５μｍ）を行った実施例３の噴板は噴霧量増加率が１．０％であったのに対し、比較例３の噴板（基体）は２．０％であって実施例１の噴板と同様に２倍の増加率となり、噴板（基体）の噴霧口の摩耗が大きかった。試験後、実施例３の噴板の表面を肉眼で観察したところ、ＤＬＣ膜の剥離は確認されなかった。
更に、噴霧試験後の実施例３の噴板と比較例３の噴板（基体）のそれぞれの噴霧口の端面を走査型電子顕微鏡により５００倍の倍率で観察した。得られた顕微鏡写真を図８に示す。図８の顕微鏡写真によれば、表面未処理である比較例３の噴板（基体）は、噴霧試験後、図８（ｂ）に示すように、炭酸カルシウム水溶液によって表面が摩滅していた。これに対し、ＤＬＣコーティングを施した実施例３の噴板については、図８（ａ）に示すように、噴霧試験後も噴霧口端面の表面に著しい劣化が視認されず、ＤＬＣ膜が残存していることが確認された。

【0041】

続いて、実施例２のＤＬＣ膜厚３μｍの噴板と比較例２の噴板（基体）とを噴霧試験装置３０に供し、実施例１および実施例３の噴板と同様に、８０倍希釈の炭酸カルシウム水溶液を１００時間噴霧し、その後加速試験として、希釈倍率４０倍に濃くした炭酸カルシウム水溶液を用いて更に１００時間、合計２００時間噴霧試験を行った。その結果を下記の表３および図７に示す。

【0042】

【表3】

【0043】

表３および図７によれば、比較例２の噴板（基体）は噴霧量変化率が４.６％であったのに対し、ＤＬＣコーティングを行った実施例２の噴板（膜厚３μｍ）は１.０％であったことから、過酷な加速試験を経た場合でも、実施例２の噴板は耐摩耗性が高く耐久性がよいことが判る。また、この実施例２の噴板はＤＬＣ膜の剥離も肉眼で確認できなかった。

【0044】

「剥離したステンレス鋼製噴板」：
先端に噴霧口が開口していて直径１０ｍｍ高さ５ｍｍの円錐部を有する直径１５ｍｍ板厚０.５ｍｍのステンレス鋼(ＳＵＳ ３０４)製の噴板２つに対し、プラズマイオン注入装置（栗田製作所社製）を用いて圧力０.７ＰａでＤＬＣコーティングを施した。その際に、一方（比較例４）にはアセチレンを成膜原料としてマイナス１５ｋＶのパルスバイアス電圧を一定に印加し、他方（比較例５）にはアセチレンを成膜原料としてマイナス３ｋＶのパルスバイアス電圧を一定に印加して、それぞれにＤＬＣコーティング処理を施した。実施例１と同様の方法で噴板基体表面のＤＬＣ膜の膜厚を推定したところ、いずれも３μｍであった。

【0045】

そして、両者に対し実施例５に示した噴霧試験を１０時間行ない、噴霧試験終了後に、それぞれの噴板を底面（裏面）側から写真撮影した。撮影結果を図９に示す。その結果、マイナス３ｋＶのパルスバイアス電圧を印加した噴板は、図９（ａ）に示すように、炭酸カルシウム水溶液が当ってＤＬＣ膜が摩耗し、特に上半分のＤＬＣ膜が剥がれて、噴板基体の下地４Ｚであるステンレス鋼の露出が確認された。一方、図９（ｂ）に示すように、マイナス１５ｋＶのパルスバイアス電圧を印加した噴板は、写真上側３分の１程度のＤＬＣ膜が剥離して下地４Ｚが露出し、残っているＤＬＣ膜には残留応力により皺と亀裂が生じていた。他方で、適切にＤＬＣコーティングを行った実施例２の噴板を実施例５による２００時間の噴霧試験に供したが、図９（ｃ）に示すように、ＤＬＣ膜の剥離は見られなかった。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明に係る噴板は耐食性および耐摩耗性に優れるため、屋内用途に加え、農業ハウスを始めとする屋外用途に利用することができる。ノズルの耐久性向上によって長期間にわたり均一な散布を実行できる。それゆえ、植物工場プラント内での水分・養分散布に用いるような場合、交換に要するメンテナンスコストを低減できる。

【符号の説明】

【0047】

１，１ａ 噴板
２，２ａ 噴板基体
３ 周縁板部
３Ａ 底面
４ 円錐状部
４Ａ 錐陥部
５ 噴霧口
６ ＤＬＣ膜
１０，１０ａ 噴霧ノズル
２０ プラズマイオン注入装置
２４ 高周波電源
２５ パルスバイアス電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】