(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
厚さ方向に垂直な二平面を有する第1の板と、厚さ方向に垂直な二平面を有する第2の板とを含み、前記第1の板と前記第2の板が垂直に交差し、その交差部分のうち、少なくとも、前記第1の板の一方の前記平面と前記第2の板の一方の前記平面とが垂直に交差する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂粒子からなり、前記変性四フッ化エチレン樹脂粒子からなる箇所以外が、四フッ化エチレン樹脂粒子からなる予備成形品をプレス成形で得る工程と、
前記予備成形品を焼成する工程と
を含むことを特徴とするフッ素樹脂成形品の製造方法。
【背景技術】
【0002】
四フッ化エチレン樹脂(PTFE)のようなフッ素樹脂からなるフッ素樹脂一体槽は、アイソスタティック成形法で作製されている。アイソスタティック成形法として、例えば特許文献1に、ポリテトラフルオロエチレン粉末を1500〜10000kg/cm
2の高圧条件で等圧圧縮成形した後、この成形体を焼成することが記載されている。
【0003】
一方、フッ素樹脂一体槽をラバーバッグ成形法、すなわち、一面がゴム膜からなる成形金型にPTFEモールディングパウダーを充填した後、静水圧を成形圧力として加えることにより予備成形品を得た後、焼成し、冷却する方法により得ることが試みられている。しかしながら、この方法により得られた成形品は、ゴム膜で成形された面に凹凸が形成され、この面の直線性が十分でなく、切削代を多く必要とするため、製品歩留まりに劣る。
【0004】
また、外型と内型の間にPTFEモールディングパウダーを充填した後、プレスで上下方向から加圧する方法により、フッ素樹脂一体槽を成形することも検討されている。しかしながら、プレス成形で上下方向から加圧すると、底板に加わる圧力と側板に加わるPTFEモールディングパウダーの移動の差に起因し、PTFEモールディングパウダーの嵩高さが底板分と側板分とで異なるため、底板と側板の繋ぎ部のコーナにクラックが発生し、フッ素樹脂一体槽を成形できなかった。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】第1の実施形態に係るフッ素樹脂成形品を示す斜視図である。
【
図2】
図1に示すフッ素樹脂成形品をII−II線に沿って切断した断面図である。
【
図3】
図1に示すフッ素樹脂成形品をIII−III線に沿って切断した断面図である。
【
図4】
図1に示すフッ素樹脂成形品の変性四フッ化エチレン樹脂領域を示す平面図である。
【
図5】第2の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。
【
図6】外金型内に変性PTFEモールディングパウダー及びPTFEモールディングパウダーを配置した状態を示す平面図。
【
図7】外金型内に内金型を配置した状態を示す平面図。
【
図8】第2の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。
【
図9】第2の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。
【
図10】第2の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。
【
図11】第2の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。
【
図12】第2の実施形態で得られる予備成形品にクラックが発生するメカニズムを説明するための模式図。
【
図13】実施形態に係るフッ素樹脂成形品の別な例を示す斜視図。
【
図14】実施形態に係るフッ素樹脂成形品の別な例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【0012】
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係るフッ素樹脂成形品を
図1〜
図4を参照して説明する。
図1〜
図3に示す通り、フッ素樹脂成形品1は、矩形底板(第1の板)2と、第1の板2の四辺から延出した第1〜第4の側板(第2の板)3a〜3dとを有する、角槽(例えば箱型形状の単槽)である。
図2及び
図3に示すように、第1の板2は、厚さ方向Tに垂直な二平面を有する矩形の板であり、第2の板3a〜3dは、それぞれ、厚さ方向T
0に垂直な二平面を有する矩形の板である。第1〜第4の側板3a〜3dは、それぞれ、底板2と直角に交わっている。短辺側の第1の側板3aと短辺側の第2の側板3bが底板2を介して対向し、長辺側の第3の側板3cと長辺側の第4の側板3dが底板2を介して対向している。
図2〜
図4に示すように、第1〜第4の側板3a〜3dの内面(一方の平面)と底板2の内面(一方の平面)2aとが交差する部分4a全周を含むように、底板2の内面2aの周縁4bから、第1〜第4の側板3a〜3dの外表面(他方の平面)4cまでに枠状に、変性四フッ化エチレン樹脂が形成されている。周縁4bに形成された変性四フッ化エチレン樹脂領域(以下、第1の領域とする)は、底板2の内面2aから所望の厚さT
1までで、外面(他方の平面)4eに到達していない。一方、第1〜第4の側板3a〜3dに形成された変性四フッ化エチレン樹脂領域4d(以下、第2の領域とする)は、第1の領域の厚さT
1よりも大きい厚さT
2を有する。これらの部分以外の箇所は、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)からなる。
【0013】
変性四フッ化エチレン樹脂は、PTFEに比して焼成時の溶融粘度が低く、流動性が高い。このため、少なくとも、底板2の内面2aと第1〜第4の側板3a〜3dの内面とが交差する部分4aを変性四フッ化エチレン樹脂で形成することにより、フッ素樹脂成形品1にクラックが発生するのを防止することができる。フッ素樹脂成形品1は、例えば、PTFE粉末及び変性四フッ化エチレン樹脂粉末を用いて作製した予備成形品を焼成する工程を含む方法により得られる。予備成形品の成形時に発生したクラックは、焼成時に変性四フッ化エチレン樹脂粉末が溶融して流動した樹脂によって埋められるため、消滅する。
【0014】
変性四フッ化エチレン樹脂として、例えば、ダイキン工業株式会社製の型式M−112またはM−111の変性四フッ化エチレン樹脂粉末を挙げることができる。
【0015】
図1〜
図3では、第1〜第4の側板3a〜3dの内面(一方の平面)から外表面(他方の平面)4cまでを変性四フッ化エチレン樹脂で形成したが、これに限らず、第1〜第4の側板3a〜3dの内面付近を変性四フッ化エチレン樹脂で形成し、第1〜第4の側板3a〜3dの外表面4cに変性四フッ化エチレン樹脂を露出させないことも可能である。変性四フッ化エチレン樹脂の色相はPTFEと異なるため、変性四フッ化エチレン樹脂の領域を成形品内部に制限することにより、成形品の外表面がPTFEで構成されるため、成形品の外表面の色相を統一することができる。
【0016】
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法である。第2の実施形態の方法は、(a)金型の底板部と側板部とが繋がるコーナ全周を含む部分に変性四フッ化エチレン樹脂粒子を充填し、残りの部分に四フッ化エチレン樹脂粒子を充填する工程と、(b)側板部に充填された粒子にプレス成形を施す工程と、(c)底板部と側板部に充填された粒子にプレス成形を施すことにより、予備成形品を得る工程と、(d)予備成形品に焼成を施す工程とを含む。
【0017】
変性四フッ化エチレン樹脂粒子には、例えば、変性PTFEモールディングパウダーを使用することができる。また、四フッ化エチレン樹脂粒子には、例えば、PTFEモールディングパウダーを使用することができる。ここで、モールディングパウダーとは、懸濁重合で得られた原料粉末を意味する。モールディングパウダーは、いったん数十〜数百μmの大きさに粉砕され、続いて成形用途に応じ、粒状化{造粒(pelletizing)}、微粉化(finecutting)、前加熱(presintering)などの処理が施されたものである。また、granular resinとも言われる。
【0018】
第2の実施形態の方法を
図5〜12を参照して説明する。
【0019】
図5は、外金型内に、底板分のフッ素樹脂粉末を充填する工程を示している。
図5に示すように、矩形筒状の外金型10は、金属板からなる支持板11上に配置されている。矩形の樹脂板12は、外金型10内の支持板11上に配置されている。フッ素樹脂粉末の充填は、以下の方法で行われる。まず、PTFEモールディングパウダー13を、樹脂板12上に所望の高さまで充填する。次いで、
図6に示すように、変性PTFEモールディングパウダー14を、PTFEモールディングパウダー13の表層部の周縁に枠状に充填する。これにより、底板分のモールディングパウダーの充填が完了する。
【0020】
図7及び
図8は、内金型を配置し、外金型と内金型の間にフッ素樹脂粉末を充填する工程を示している。まず、
図7及び
図8に示すように、角柱状の内金型15を、外金型10内の底板分のモールディングパウダー13上と変性PTFEモールディングパウダー14上の内縁部分に配置する。これにより、変性PTFEモールディングパウダー14の外縁部分は、
図7に示すように、外金型10と内金型15の間に形成された矩形枠状の空間内に収容される。外金型10と内金型15の隙間が側板の厚さとなる。底板分の変性PTFEモールディングパウダー14の内縁部分は内金型15の底面と接し、残りの外縁部分は、外金型10と内金型15の隙間全周に配置されている。外金型10と内金型15の隙間全周の変性PTFEモールディングパウダー14上に、変性PTFEモールディングパウダー14をさらに投入する。次いで、外金型10と内金型15の間の空間の残りの部分に、PTFEモールディングパウダー13を充填する。
【0021】
図9は、側板部を加圧する第1の加圧工程を示している。外金型10と内金型15の間に充填されたモールディングパウダー13,14を側板加圧用板16で上方から加圧する。
【0022】
図10は、側板部を加圧する第2の加圧工程を示している。側板加圧用板16の上端をプレス盤17で加圧することにより、外金型10と内金型15の間に充填されたモールディングパウダー13,14をさらに加圧して圧縮する。
【0023】
図11は、側板部及び底板部を加圧する第3の加圧工程を示している。側板加圧用板16及び内金型15の上端をプレス盤17で加圧することにより、外金型10と内金型15の間に充填されたモールディングパウダー13,14をさらに圧縮すると共に、内金型15を介して底板分のモールディングパウダー13,14を加圧する。
【0024】
加圧による圧縮量は、側板部が底板部よりも多いため、最初の加圧から側板部と底板部を同時に加圧すると、底板部が過度に圧縮され、底板部にクラックが生じる恐れがある。第1〜第2の加圧工程で側板部を加圧した後、第3の加圧工程で側板部及び底板部を加圧することにより、底板部が必要以上に圧縮されるのを防止することができる。
【0025】
なお、底板部の厚さは、第1〜第3の加圧工程を経るに従って減少するものではあるが、底板部の加圧による圧縮量は、側板部の加圧による圧縮量と比較して小さいため、
図9〜
図11では、便宜上、底板部の厚さ変化の図示を省略している。
【0026】
第1〜第3の加圧工程を経て得られた予備成形品18には、
図12に示すように、底板19の内面と側板20の内面とが交差する部分Xにクラック21が発生する。クラック発生のメカニズムを以下に説明する。交差部分Xの近傍に位置する底板19分のモールディングパウダーが加圧されると、この部分の高さがS
1からS
2に圧縮される。この圧縮に伴い、フッ素樹脂粒子A
1は、例えば、A
2の位置まで下降する。その結果、底板19の交差部分Xの近傍の充填密度が増加する。一方、側板20分のモールディングパウダーは、側板加圧用板16を介して加圧された際、側板加圧用板16の端面16aからの距離が遠くなる程、圧力が伝達され難くなり、加圧による粒子の移動量が減少するため、交差部分Xの近傍Bにおける充填密度は、上部よりも疎になる。その結果、側板20における交差部分Xの近傍Bの充填密度と、底板19における交差部分Xの近傍の充填密度との差が大きくなるため、交差部分Xの近傍にクラック21が生じる。なお、底板19の外面31と側板20の外面32とが交差する部分Yは、交差部分Xからの距離が十分に離れていると、底板19中の交差部分Xの近傍の充填密度との差が小さくなるため、この部分Yにクラックが見られない。
【0027】
少なくとも、底板19の内面と側板20の内面とが交差する部分Xの全周が変性PTFEモールディングパウダーから形成されているため、予備成形品18を焼成することにより、変性PTFEモールディングパウダーが溶融して流動した樹脂がクラックを埋め、クラックをなくすことができる。その結果、クラックのないフッ素樹脂成形品を実現することができる。また、予備成形品をプレス成形で作製することにより、フッ素樹脂の使用量をアイソスタティック成形法に比して少なくすることができるため、製造コストを削減することができる。
【0028】
予備成形品の焼成温度は、特に限定されるものではないが、例えば、PTFEの未焼成ポリマーの融点340℃以上、好ましくは360℃以上380℃以下にすることができる。
【0029】
第2の実施形態の製造方法は、予備成形品を作製し、これを焼成する工程を備えていれば良いものであるが、必要に応じて他の工程(例えば、焼成後の冷却工程等)を含むことを許容する。
【0030】
なお、第1及び第2の実施形態は、単槽を例にして説明したが、これに限られず、二重槽、単槽内を複数の空間に分割したもの、丸槽、角槽(例えば、三角槽、多角形状の槽)等に適用することができる。単槽内を複数の空間に分割した例を
図13、
図14に示す。
図13に示す槽22は、短辺側の側板3aと3bの間に第1の仕切り板23が配置され、長辺側の側板3cと3dの間に第2の仕切り板24が配置されている。第1,第2の仕切り板23,24により、単槽内は4つの空間に分割されている。第1〜第4の側板3a〜3dの内面と底板2の内面とが交差する部分と、第1の仕切り板23の両面と底板2の内面とが交差する部分と、第2の仕切り板24の両面と底板2の内面とが交差する部分とが、変性四フッ化エチレン樹脂からなる。これら以外の箇所は、四フッ化エチレン樹脂からなる。
【0031】
図14に示す槽25では、L字形状の仕切り板26の一端が第2の側板3bの内面に固定され、他端が第3の側板3cの内面に固定されている。L字形状の仕切り板26により、単槽は2つの空間に分割されている。第1〜第4の側板3a〜3dの内面と底板2の内面とが交差する部分と、仕切り板26の両側面と底板2の内面とが交差する部分とが、変性四フッ化エチレン樹脂からなる。これら以外の箇所は、四フッ化エチレン樹脂からなる。予備成形品をプレス成形する際、仕切り板26の一方の側面と底板2の内面とが交差する部分と、仕切り板26の他方の側面と底板2の内面とが交差する部分の双方にクラックが生じるため、双方を変性四フッ化エチレン樹脂から形成する。これにより、クラックを予備成形品の焼成でなくすことができるため、クラックのないフッ素樹脂成形品が得られる。
【0032】
以上説明した実施形態によれば、少なくとも、第1の板の一方の平面と第2の板の一方の平面とが直交する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂からなるため、クラックのないフッ素樹脂成形品を提供することができる。
【実施例】
【0033】
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
【0034】
(実施例)
図5及び
図6に示す外金型10(内寸の幅が300mm、長さが400mm、高さが250mm)内の支持板11上の樹脂板12上に、ダイキン工業株式会社製の型式M−391Sの、嵩密度が0.78g/mLのPTFEモールディングパウダー13を50mmの高さまで充填した。次いで、ダイキン工業株式会社製の型式M−112の、嵩密度が0.42g/mLの変性PTFEモールディングパウダー14を、PTFEモールディングパウダー13の表層部の周縁に枠状に充填した。
【0035】
次いで、
図7及び
図8における外金型10と内金型15(外寸の幅が260mm、長さが360mm、高さが650mm)の間の空間の全周に、変性PTFEモールディングパウダー14を投入し、トータル充填高さが650mmになるまで変性PTFEモールディングパウダー14を充填した。ひきつづき、外金型10と内金型15の間の空間の残りの部分に、PTFEモールディングパウダー13を充填した。
【0036】
図9に示すように、外金型10と内金型15の間に充填されたモールディングパウダー13,14を側板加圧用板16で上方から17MPaの圧力で加圧した。
【0037】
次いで、
図10に示すように、側板加圧用板16の上端をプレス盤17で加圧することにより、外金型10と内金型15の間に充填されたモールディングパウダー13,14をさらに17MPaの圧力で圧縮した。
【0038】
ひきつづき、
図11に示すように、側板加圧用板16及び内金型15の上端をプレス盤17で17MPaの圧力で加圧することにより、外金型10と内金型15の間に充填されたモールディングパウダー13,14をさらに圧縮すると共に、内金型15を介して底板分のモールディングパウダー13,14を加圧し、予備成形品を得た。
【0039】
得られた予備成形品を370℃で焼成することにより、フッ素樹脂製の単槽を得た。得られた単槽は、内寸の幅が250mm、長さが345mm、高さが222mm、外寸の幅が290mm、長さが385mm、高さが242mmで、側板の厚さが20mm、底板の厚さが20mmで、単槽の密度が2.20g/cm
3であった。得られた単槽には、クラックが見られなかった。
【0040】
(比較例)
変性PTFEモールディングパウダーを使用せず、PTFEモールディングパウダーのみを使用したこと以外は、実施例と同様にしてフッ素樹脂製の単槽を得たところ、側板の内面と底板の内面とが交差する部分にクラックが見られた。
【0041】
なお、本願発明は、枚葉式洗浄装置カップや、スプラッシュガード、半導体製造装置等用の洗浄装置パーツなどに適用可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
厚さ方向に垂直な二平面を有する第1の板と、厚さ方向に垂直な二平面を有する第2の板とを含み、
前記第1の板と前記第2の板が垂直に交差し、
その交差部分のうち、少なくとも、前記第1の板の一方の前記平面と前記第2の板の一方の前記平面とが垂直に交差する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂からなり、
前記変性四フッ化エチレン樹脂からなる箇所以外が、四フッ化エチレン樹脂からなることを特徴とするフッ素樹脂成形品。
[2]
前記第1の板からなる底板と、前記第2の板からなる側板とを含む角槽であって、前記底板の内面と前記側板の内面とが交差する部分が前記変性四フッ化エチレン樹脂からなることを特徴とする[1]に記載のフッ素樹脂成形品。
[3]
厚さ方向に垂直な二平面を有する第1の板と、厚さ方向に垂直な二平面を有する第2の板とを含み、前記第1の板と前記第2の板が垂直に交差し、その交差部分のうち、少なくとも、前記第1の板の一方の前記平面と前記第2の板の一方の前記平面とが垂直に交差する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂粒子からなり、前記変性四フッ化エチレン樹脂粒子からなる箇所以外が、四フッ化エチレン樹脂粒子からなる予備成形品をプレス成形で得る工程と、
前記予備成形品を焼成する工程と
を含むことを特徴とするフッ素樹脂成形品の製造方法。
[4]
前記変性四フッ化エチレン樹脂粒子は、変性四フッ化エチレン樹脂モールディングパウダーであることを特徴とする[3]に記載のフッ素樹脂成形品の製造方法。