(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を混合した合成高分子の原料気体にレーザー光の照射を行う第１の工程と、
レーザー光照射後にその気体を圧縮する第２の工程と、
第２の工程終了後に圧縮された気体を拡散させて気相重合させる第３の工程と、
を備え、これらの工程を実行することにより前記気体を光酸化重合させてワーク表面に
合成高分子からなる潤滑膜を形成する潤滑膜の形成方法。
【請求項２】
前記第１の工程におけるレーザー光の照射に際し、前記原料気体を透過したレーザー光強度を測定し、そのレーザー光強度が所定の値になるように制御しながら気相重合させる請求項１記載の潤滑膜の形成方法。
【請求項３】
前記原料気体が複数種類の物質からなる請求項１記載の潤滑膜の形成方法。
【請求項４】
前記第１の工程において前記複数種類の原料気体を個別の照射領域でそれぞれレーザー光を照射して、レーザー光照射後にそれら気体を混合して圧縮する請求項３記載の潤滑膜の形成方法。
【請求項５】
酸素を混合した合成高分子の原料気体を貯蔵した原料槽と、
その原料槽から供給された前記原料気体にレーザー光を照射する比較的広い断面積を有
するレーザー光照射部と、
そのレーザー光照射部に対してレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、
前記レーザー光照射部に続き、レーザー光照射部よりも狭い断面積を有し、レーザー光
照射後の前記気体を圧縮するする重合部と、
その重合部に続き、断面積が広くなっており、前記圧縮された気体を拡散させて気相重
合させる拡散部と、
その拡散部に続き、光酸化重合された合成高分子からなる潤滑膜をワーク表面に形成す
るための潤滑膜形成部と、
を備えた潤滑膜の形成装置。
【請求項６】
前記レーザー光照射部とレーザー光照射手段がそれぞれ複数設けられ、前記原料気体
が複数種類の物質からなり、各原料気体がそれぞれのレーザー光照射部に供給されて個別
にレーザー光を照射する請求項５記載の潤滑膜の形成装置。
【請求項７】
前記原料気体を透過したレーザー強度を測定するレーザー透過光強度計を設け、そのレーザー透過光強度計で測定されるレーザー強度が所定の値になるように前記レーザー光照射手段のレーザー強度を制御する構成になっている潤滑膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ワーク表面にフッ素系合成高分子潤滑剤からなる潤滑膜を形成するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、航空機や宇宙機器など高真空や放射線で暴露されるきびしい環境下で使用される潤滑膜が開発されている。特に、ペルフルオロポリエーテルに代表されるフッ素系合成高分子潤滑剤がこの用途のために開発され、使用されている。ペルフルオロポリエーテルは、常温で液体であり、蒸気圧は１０−６から１０−１２Ｔｏｒｒ  ときわめて低い。よって高度の高い上空でも蒸発しにくい。
【０００３】
現在のところ、このようなペルフルオロポリエーテル潤滑剤としては、分子量数千から１万程度のものが商品化されている。これらを潤滑膜として形成するにはフッ素系溶剤に溶かして溶液浸せき法により塗布したり、スピンコート法や真空蒸着法などが用いられている。
【０００４】
しかし、これらの方法では、潤滑剤分子と基板表面は化学結合によって結合しているわけではなく、熱、溶剤、あるいはワークとの摺動などによって潤滑剤が飛散しやすく、長時間にわたって安定した潤滑特性が得られなかった。
【０００５】
これらを解決する方法として、たとえば、特開昭６１−１５５３４５号公報に開示されるように、アンカー機能を持つ末端基を持ったペルフルオロポリエーテル潤滑剤が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術（特開昭６１−１５５３４５号）における潤滑剤は、特定の金属表面においては、アンカー機能を持つ末端基が金属表面にしっかりと結合し、耐飛散性に優れたものであるが、表面の材質や表面状態によって付着性に差があり、やはり安定した潤滑特性を確保できたわけではなかった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、表面の材質や状態にかかわりなく安定した潤滑特性を得ることができる潤滑膜の形成方法及び形成装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、酸素を混合した合成高分子の原料気体にレーザー
光の照射を行う第１の工程とレーザー光照射後にその気体を圧縮する第２の工程と、第２
の工程終了後に圧縮された気体を拡散させて気相重合させる第３の工程とを備え、これらの工程を実行することにより前記気体を光酸化重合させてワーク表面に合成高分子からなる潤滑膜を形成するようになっている。
【０００９】
この場合、実際の装置としては、酸素を混合した合成高分子の原料気体を貯蔵した原料槽と、その原料槽から供給された前記原料気体にレーザー光を照射する比較的広い断面積を有するレーザー光照射部と、そのレーザー光照射部に対してレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、前記レーザー光照射部に続き、レーザー光照射部よりも狭い断面積を有し、レーザー光照射後の前記気体を圧縮するする重合部と、その重合部に続き、断面積が広くなっており、前記圧縮された気体を拡散させて気相重合させる拡散部と、その拡散部に続き、光酸化重合された合成高分子からなる潤滑膜をワーク表面に形成するための潤滑膜形成部とを備える必要がある。
【００１０】
【作用】
原料槽から供給された気体原料は、光透過性の材質でできた比較的広い断面積を持つレーザー光照射部に送られ、拡散した状態でレーザー光を吸収する。レーザー光照射部では、原料気体の拡散により、分子密度が小さな状態でレーザー光が有効に原料分子に吸収されるので、レーザー光の利用効率をあげることができる。レーザー光照射部においてレーザー光反応により生成したラジカルは、続いてレーザー光照射部よりも狭い断面積を持つ重合部に入って気体圧縮が行われ、ラジカルと反応分子の衝突確率を上げて重合反応を促進する。ある程度重合が進行した中間体分子は、重合部に続いて徐々に断面積が広くなってゆく構造を持つ拡散部に入り、拡散しながらワーク表面に衝突する。このことにより、大面積にわたり均一な膜厚で付着強度の強い潤滑膜を形成することができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例に係る潤滑膜の製造装置の概略構成図である。図１において、この製造装置は、ビームエキスパンダー付きＡｒＦエキシマレーザー１と、このＡｒＦエキシマレーザー１から出射されたレーザー光の照射が行われるレーザー光照射部２と、レーザー光照射部２に続く重合部３と、重合部３に続く拡散部４と、拡散部４に続き、内部にワークを保持するワーク保持チャンバー５と、原料気体ボンベ８が接続され、電磁弁９を介して前記レーザー光照射部２に接続された気体混合供給部６と、ワーク保持チャンバー５及び気体混合供給部６側に接続された排気用ポンプ７とから構成されている。２本の原料気体ボンベ８には、それぞれペルフルオロプロペンと酸素とが貯蔵され、気体混合供給部６で所定の混合モル比に混合される。
【００１３】
このように構成された製造装置を使用して潤滑膜を製造する場合には、まず、ステンレス製の円板からなるワークをワーク保持チャンバー５内に入れ、排気用ポンプ７によって保持チャンバー５内を真空に引く。その後、気体混合供給部６において混合モル比１：５に混合されたペルフルオロプロペンと酸素を、電磁弁９を開放してレーザー光照射部２に供給する。照射領域における混合ガス圧は１０Ｔｏｒｒである。電磁弁９の開弁時間は１μ秒、繰り返し速度は５Ｈｚである。
【００１４】
レーザー光は、電磁弁９の開弁から２０μ秒後に照射するように遅延回路によってエキシマレーザー１のトリガーが制御されている。照射領域におけるレーザー光強度は、１０ｍＪ／ｃｍ２  である。その後、反応気体は、重合部３、拡散部４を経て、ワーク保持チャンバー５内に拡散する。なお、レーザー光照射部２の断面は３ｃｍ×１０ｃｍ、重合部３の断面は１ｃｍ×０．５ｃｍ、拡散部４における出口の断面は１５ｃｍ×１５ｃｍである。
【００１５】
以上の条件で１０分間反応を続けた後、ワークを取り出した。ワーク表面をＦＴ−ＩＲで分析すると１３００ｃｍ−１にＣＦ結合伸縮モードに帰属される吸収スペクトルが得られた。ワーク表面をＥＳＣＡ（エックス線光電子分光）によって分析するとペルフルオロポリエーテルに帰属されるスペクトルが得られた。
【００１６】
このようにして形成された潤滑膜の潤滑特性を調べた。潤滑膜を表面に形成したステンレス製円板を５００ｒｐｍで回転させながら先端がｒ＝５０ｍｍに加工されたステンレス製ピンを円板に押しつけてピンにかかる接線力を測定して摩擦係数を算出した。その結果、本実施例の潤滑膜は摩擦係数０．０５の値を示し、塗布前の摩擦係数０．５から格段に摩擦係数が低下したことが明らかになった。さらに、この摺動実験を真空チャンバー（雰囲気圧０．１Ｔｏｒｒ）内で行うと摩擦係数０．１の値が得られ、真空中でも安定した潤滑特性が得られることがわかった。
【００１７】
図２は本発明の第２の実施例に係る潤滑膜の製造装置の要部を示す斜視図である。この図２では、図１に示した第１の実施例と同等と見なせる各部は省略し、第２の実施例の特徴部分だけを図示した。
【００１８】
図２において、電磁弁９の続くレーザー光照射部２は、並列に１対設けられ、両者の最下流部において重合部３に合流して接続されている。なお、符号１０はレーザー透過光強度計を、符号１１はレーザー光照射部２におけるレーザー光入射用石英窓をそれぞれ示している。その他、特に説明しない各部は、全て前述の第１の実施例と同様に構成されている。なお、この実施例では、１，３−ペルフルオロブタジエン、テトラフルオロエチレン、及び酸素がそれぞれ貯蔵タンク８に貯蔵されている。
【００１９】
このように構成された製造装置によって潤滑膜を製造する場合、混合モル比１：４で１，３−ペルフルオロブタジエンと酸素をまぜた原料ガスを図２の左側のレーザー光照射部２ａに供給し、テトラフルオロエチレンを図２の右側のレーザー光照射部２ｂに供給する。レーザー光照射部２ａ，２ｂにおけるそれぞれのガス圧は左側のレーザー光照射部２ａが１００Ｔｏｒｒ、右側のレーザー光照射部２ｂが２０Ｔｏｒｒである。電磁弁の動作条件は、開弁時間０．５μ秒、繰り返し速度２Ｈｚである。ＡｒＦエキシマレーザー１は２台あり、２つの照射領域を別個に照射するようになっている。レーザー光は、石英製窓１１から入射し、後ろの石英窓から透過する。照射領域を透過したレーザー光は、レーザー透過光強度計１０で強度を測定され、この強度が０．１ｍＪ／ｃｍ２  になるようにエキシマレーザーコントローラにフィードバックがかかるようにした。レーザー強度が強いと、薄膜の生成速度は増加するが、同時に副生成物であるＣＦ３  ＣＦＯやＣＦ２  Ｏが多く発生するようになる。したがって、レーザー強度は、薄膜の生成速度と副生成物の生成量を考慮して決めるべきであり、もちろん０．１ｍＪ／ｃｍ２  以上でもよい。
【００２０】
レーザー光は、電磁弁９の開弁から２０μ秒後に照射するように遅延回路によってエキシマレーザー１のトリガーが制御されている。２つの照射領域で別個に照射された反応ガスは１つの重合部３にて混合圧縮された後、拡散部４を通ってワーク表面に拡散される。レーザー光強度をフィードバックをかけて最適化することにより、原料分子数全体を励起し、しかも過度のレーザー光強度により副反応が誘発されることを防ぐことができる。ワークは実施例１と同様のステンレス製円板である。以上の条件で５分間反応を続け、ステンレス製円板上に潤滑膜を形成した。
【００２１】
ＦＴ−ＩＲ、ＥＳＣＡにより潤滑膜を同定したところ、第１の実施例と同様のペルフルオロポリエーテルが確認された。
【００２２】
第１の実施例と同様の条件でステンレス製ピンによる摺動実験を行うと、摩擦係数０．０７の値が得られた。この摺動実験を真空チャンバー内で行うと、摩擦係数０．０８の値が得られた。これにより、この第２の実施例においても、第１の実施例と同様の効果を有することがわかる。
【００２３】
なお、１，３−ペルフルオロブタジエン、テトラフルオロエチレン、ペルフルオロプロペン以外のペルフルオロオレフィンでも同等の効果が期待できる。
【００２４】
【発明の効果】
これまでの説明で明らかなように、上述のように構成された本発明方法によれば、第１の工程で、原料気体が拡散した状態でレーザー光を照射して効率よくレーザー光を原料気体に吸収させ、レーザー光反応により生成したラジカルは、第２の工程で気体圧縮により重合反応の反応効率を促進させ、ある程度重合が進行した反応中間体は、拡散しながらワーク表面に衝突して潤滑膜を形成するので、ワークの材質等に関係なく大面積にわたって均一な膜厚の潤滑膜を形成することが可能になり、これによってワーク表面の材質や状態にかかわりなく安定した潤滑特性を得ることができる。
【００２５】
また、上述のように構成された本発明装置によれば、原料槽から供給された気体原料は、比較的広い断面積を有するレーザー光照射部に送られ、拡散した状態でレーザー光を吸収し、レーザー光反応によって生成したラジカルは、続いてレーザー光照射部よりも狭い断面積を有する重合部に入り、気体圧縮により重合反応効率を促進させ、ある程度重合が進行した反応中間体は、拡散部において拡散しながらワーク表面に衝突して潤滑膜を形成するので、同様にワーク表面の材質や状態にかかわりなく安定した潤滑特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  ビームエキスパンダー付きＡｒＦエキシマレーザー
２  レーザー光照射部
３  重合部
４  拡散部
５  ワーク保持用チャンバー
６  気体混合供給部
７  排気用ポンプ
８  原料気体ボンベ
９  電磁弁
１０  レーザー透過光強度計
１１  レーザー光入射用石英窓
【図１】
0003590814.tif 000002
【図２】
0003590814.tif 000003