(57)【要約】【課題】鋼球等のピーニング材や圧縮空気の吹付け、高圧水の噴射などの工程を必要とせず、簡易な手段によって被改質材の表面を均一かつ高密度に改質できる表面改質方法を提供すること、および操作性に優れ、低コストで被改質材の表面を均一かつ高密度に改質できる超音波伝達部材および表面改質装置を提供すること。【解決手段】  液体中で、被改質材の表面に超音波伝達部材を介して超音波を付与し、被改質材表面に圧縮残留応力を形成する、超音波伝達部材が液晶ポリマーから構成される表面改質方法、液晶ポリマーから構成される超音波伝達部材およびそれを含む表面改質装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中で、被改質材の表面に超音波伝達部材を介して超音波を付与し、被改質材表面に圧縮残留応力を形成する表面改質方法であって、
超音波伝達部材が液晶ポリマーから構成される表面改質方法。
【請求項２】
液体中で、被改質材の表面に超音波を伝達し、被改質材表面に圧縮残留応力を形成することによって表面を改質する超音波伝達部材であって、液晶ポリマーから構成される超音波伝達部材。
【請求項３】
超音波振動子から発生する超音波を被改質材の表面に伝達する超音波伝達部材を有する超音波発生手段と、液体中で被改質材を収容する容器とを備えた表面改質装置であって、超音波伝達部材が液晶ポリマーから構成される表面改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被改質材の表面を改質する方法ならびにその方法に使用する超音波伝達部材および表面改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属等の材料表面に圧縮残留応力を形成し、材料表面の応力を緩和する表面改質手法として、鋼球や硬質物体を被改質材の表面に打ち付けるショットピーニングが知られている。このショットピーニングは、直径数ミリの鋼球等を圧縮空気により被改質材表面に吹き付け、鋼球等が被改質材の表面に衝突するときに発生する衝撃力によって被改質材の表面に圧縮応力が形成される。しかし、鋼球等を打ち付ける方法は、鋼球等のピーニング材料および圧縮空気の吹き付け工程が必要であり、また、被改質材の表面形状が複雑な場合、圧縮応力形成効果が不均一になると共に、鋼球等が被改質材の凹部などに滞留してその回収が困難になるという問題があった。
【０００３】
鋼球等のピーニング材料を使用しない方法として、水中でノズルから高圧水を噴射し、キャビテーションを伴う水中水噴流を加工対象面に衝突させて加工対象面の応力改善を行うウォータージェットピーニングによる表面改質方法も知られている（特許文献１）。しかし、この方法も、高圧水を噴射するための設備が必要となり、加工対象面が複雑な形状の場合、キャビテーションの発生がばらつき、やはり圧縮応力形成効果が不均一になるという問題があった。
【０００４】
鋼球等のピーニング材料や特別な装置が不要な方法として、被改質材の表面に液体を介在させて振動体を配置し、振動体を高周波振動させることによって発生するキャビテーション作用により被改質材にピーニング効果を付与する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
この方法は、液体にキャビテーション気泡を発生させ、その気泡の発生・崩壊による衝撃波を利用してピーニングを行うことで被改質材の表面に圧縮残留応力を形成するものであり、鋼球等のピーニング材や圧縮空気の吹付け、高圧水の噴射などの工程が不要となるという効果を有する。
【０００６】
高周波振動は超音波帯域、すなわち超音波を付与することにより行われるが、キャビテーション気泡の発生による圧縮残留応力の形成は長時間を要するとともに、均一な表面改質を行うことが困難であった。特に、被改質材の表面形状が複雑な場合や微小サイズの被改質材の場合、その傾向が顕著であり、さらなる改良が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３７３９３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、鋼球等のピーニング材や圧縮空気の吹付け、高圧水の噴射などの工程を必要とせず、簡易な手段によって被改質材の表面に均一かつ高密度に圧縮残留応力を形成することができる表面改質方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、操作性に優れ、低コストで被改質材の表面に均一かつ高密度に圧縮残留応力を形成することができる超音波伝達部材および表面改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、超音波を付与することにより圧縮残留応力を形成し、被改質材の表面を改質する方法について鋭意検討した結果、液体中で、液晶ポリマーから構成される超音波伝達部材を介して超音波を付与することによって、被改質材の表面改質効果が著しく向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち本発明は、液体中で、被改質材の表面に超音波伝達部材を介して超音波を付与し、被改質材表面に圧縮残留応力を形成する表面改質方法を提供する。
【００１２】
本発明はまた、被改質材の表面に超音波を伝達し、被改質材表面に圧縮残留応力を形成することによって表面を改質する超音波伝達部材であって、液晶ポリマーから構成される超音波伝達部材を提供する。
【００１３】
本発明はまた、超音波振動子から発生する超音波を被改質材の表面に伝達する超音波伝達部材を有する超音波発生手段と、液体中で被改質材を収容する容器とを備えた表面改質装置であって、超音波伝達部材が液晶ポリマーから構成される表面改質装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の表面改質方法および表面改質装置は、液晶ポリマーから構成される超音波伝達部材を使用することよって、被改質材の表面に高密度かつ均一に圧縮残留応力を形成し、被改質材の表面を効率よく改質することができる。特に、被改質材の表面形状が複雑な場合や微小サイズの被改質材であっても効率よく改質することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の表面改質装置の第１の実施態様を説明する略示断面図である。
【図２】本発明の表面改質装置の第２の実施態様を説明する略示断面図である。
【図３】本発明の表面改質装置の第３の実施態様を説明する略示断面図である。
【図４】本発明の表面改質装置の第４の実施態様を説明する略示断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の表面改質方法では、液体に浸漬した被改質材の表面に対して、液晶ポリマーから構成される超音波伝達部材を介して超音波が付与される。
【００１７】
液晶ポリマーで構成された超音波伝達部材を介することによって、超音波は、非定常かつ均一な音圧となって液体中に高密度かつ均一なキャビテーション気泡を生じさせるので、圧縮残留応力を形成する表面改質効果が向上すると推定される。
【００１８】
以下に本発明の表面改質方法に用いる表面改質装置の例を挙げるが、表面改質装置の構成がこれらに限定されることを意図するものではない。
【００１９】
本発明の表面改質装置の第１の実施態様を図１に示す。表面改質装置１は、被改質材４の被処理面４１に対向する位置に配置される超音波発生手段２を備えている。
【００２０】
超音波発生手段２は、超音波振動子２１、超音波伝達部材２２およびキャビテーション発生部２３を有し、超音波電源装置３から電線３１を通じて供給される電流によって超音波を発生させる構成となっている。
【００２１】
超音波振動子２１は、例えば、超磁歪材料や圧電型セラミック材料を用いたものが好適に使用される。
【００２２】
超音波伝達部材２２は、液晶ポリマーで構成され、超音波振動子２１で発生した超音波を伝達する部材である。超音波伝達部材２２は、接着あるいはねじ止めなどの固定手段により超音波振動子２１に接合される。超音波伝達部材の形状や寸法は、被改質材および超音波振動子に応じて適宜設定することができる。超音波伝達部材の厚みは、例えば０．１〜２０ｍｍであってよい。
【００２３】
キャビテーション発生部２３は、金属、セラミックあるいは液晶ポリマーを含む樹脂材料などで構成される。キャビテーション発生部２３はキャビテーション発生面２４を有し、接着あるいはねじ止めなどの固定手段により超音波伝達部材２２に接合される。キャビテーション発生部２３が液晶ポリマーから構成される場合には、キャビテーション発生部２３は超音波伝達部材２２と一体成形されてもよい。
【００２４】
キャビテーション発生部２３の形状は、特に限定されないが、例えば、平板などとすることができ、より複雑な超音波を発生させることができる観点から、格子状などの溝やリブなどの凹凸状の表面構造を有していてもよいし、あるいはメッシュ状としてもよい。超音波発生手段２を被改質材４に対して処理中に移動可能にする場合にはホーン状やバー状であってもよい。
【００２５】
超音波振動子２１で発生した超音波は、超音波振動子２１と接合された超音波伝達部材２２を介してキャビテーション発生部２３に伝達され、キャビテーション発生面２４と被処理面４１との間隙１０に存在する液体８中にキャビテーション気泡９を発生させる。
【００２６】
キャビテーション発生面２４と被処理面４１との最短距離である間隙１０は、十分な表面改質効果を得るという点から１００μｍ〜１０ｍｍが好ましく、５００μｍ〜５ｍｍがより好ましい。
【００２７】
超音波発生手段２は、支持手段５によって、キャビテーション発生面２４が被処理面４１に対向するように被改質材４に対して下部に近接配置される。
【００２８】
支持手段５は、一方を超音波発生手段２に接合し、他方を例えば容器６の内壁に接合して、超音波発生手段２を支持する。
【００２９】
支持手段５は、超音波発生手段２を移動しながら被改質材４に対して超音波を付与できるように構成してもよい。
【００３０】
容器６は、少なくともキャビテーション発生面２４と被処理面４１とが浸漬するように液体８を保持する。容器６は、間隙１０を液体８で満たすことができればよく、例えば、槽状などとすることができる。
【００３１】
キャビテーション発生面２４と被処理面４１との間を満たす液体８としては、水、水溶液、油や有機溶剤などを使用することができる。  
【００３２】
被改質材４は、被改質材支持手段７によって、被処理面４１をキャビテーション発生面２４に対向する位置に支持される。
【００３３】
本発明に係る被改質材４の材質としては、特に限定されないが、例えば、金属、セラミックスや樹脂などが挙げられる。これらの中でも金属が好ましい。金属としては、例えば、鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが挙げられる。
【００３４】
本発明に係る超音波の周波数は、低周波数から高周波数のいずれの領域のものであってよいが、表面改質がより効果的である点から２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚが好ましく、３０ｋＨｚ〜４ＭＨｚがより好ましく、５０ｋＨｚ〜３ＭＨｚがさらに好ましい。
【００３５】
超音波電源装置３における超音波の周波数は、超音波の非定常性および均一性を増大させて表面改質の均質化効果を一層向上させるという点から、例えば、１〜１０秒などを周期として１ＭＨｚ〜５ＭＨｚなどの間で連続的あるいは断続的に変化させてもよい。
【００３６】
本発明の表面改質装置の第２の実施態様を図２に示す。
【００３７】
第２の実施態様では、超音波発生手段２は、支持手段５によって、キャビテーション発生面２４が被処理面４１に対向するように、容器６の底部に配置された被改質材４の上部に近接配置される。
【００３８】
第２の実施態様においては、被改質材は容器６の底部に配置されるため被改質材支持手段は設けなくてもよい。
【００３９】
本発明の表面改質装置の第３の実施態様を図３に示す。
【００４０】
第３の実施態様では、容器６が液晶ポリマーで構成されて、被改質材４と対向する部位にキャビテーション発生部２３が設けられる。
【００４１】
超音波振動子２１は容器６の外側に接合されるが、キャビテーション発生を妨げなければ容器６の内側に接合されてもよい。
【００４２】
第３の実施態様においては、容器６の少なくとも一部分が液晶ポリマーから構成されることにより、その液晶ポリマーから構成された部分が超音波伝達部材として働き、容器６の液晶ポリマーから構成される部分と接触するキャビテーション発生部２３の表面および／または容器６の内壁面がキャビテーション発生面２４となる。第３の実施態様においては、超音波発生手段を支持する支持手段は不要となる。第３の実施態様においても、キャビテーション発生部２３が液晶ポリマーから構成される場合は、容器６の液晶ポリマーから構成される部分と一体成形されてもよい。
【００４３】
被改質材４は、被処理面４１が容器６の内壁面に対向するように容器６の底部に対して近接配置される。
【００４４】
本発明の表面改質装置の第４の実施態様を図４に示す。
【００４５】
第４の実施態様では、超音波振動子２１と超音波伝達部材２２とが間接的に接続される。
【００４６】
すなわち、超音波振動子２１で発生した超音波は、容器６および超音波伝達部材２２を介してキャビテーション発生部２４に伝達され、キャビテーション発生面と被改質面との間でキャビテーション気泡を発生させる。
【００４７】
超音波振動子２１は容器６の外側に接合されるのが好ましいが、内側に接合してもよい。
【００４８】
第４の実施態様においては、超音波伝達部材２２が容器６に載置または接合して構成されるので、超音波発生手段を支持する支持手段が不要となる。
【００４９】
第１乃至第４の実施態様において、被改質材４の上方または下方にキャビテーションを発生させる場合について説明したが、いずれの態様においても上方または下方に加えて、またはそれらに代えて被改質材４の側方にキャビテーション気泡を発生させてもよい。さらに第１乃至第４の実施態様を組み合わせた態様、すなわち被改質材の上方および下方にキャビテーションを発生させる態様であってよく、さらにその組み合わせた態様において被改質材４の側方にキャビテーション気泡を発生させてもよい。
【００５０】
本発明に使用する液晶ポリマーとは、当業者にサーモトロピック液晶ポリマーと呼ばれる、異方性溶融相を形成する液晶ポリエステル樹脂または液晶ポリエステルアミド樹脂である。
【００５１】
液晶ポリマーの異方性溶融相の性質は直交偏向子を利用した通常の偏向検査法、すなわち、ホットステージにのせた試料を窒素雰囲気下で観察することにより確認できる。
【００５２】
本発明に使用する液晶ポリマーは、分子鎖中に脂肪族基を有する半芳香族液晶ポリマー、または分子鎖が全て芳香族基より構成される全芳香族液晶ポリマーのいずれであってもよい。
【００５３】
本発明に使用する液晶ポリマーを構成する繰返し単位としては、芳香族オキシカルボニル繰返し単位、芳香族ジカルボニル繰返し単位、芳香族ジオキシ繰返し単位、芳香族アミノオキシ繰返し単位、芳香族ジアミノ繰返し単位、芳香族アミノカルボニル繰返し単位、芳香族オキシジカルボニル繰返し単位、脂肪族ジオキシ繰返し単位、および脂肪族ジカルボニル繰返し単位などが挙げられる。
【００５４】
芳香族オキシカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えば、４−ヒドロキシ安息香酸、３−ヒドロキシ安息香酸、２−ヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、５−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、４’−ヒドロキシフェニル−４−安息香酸、３’−ヒドロキシフェニル−４−安息香酸、４’−ヒドロキシフェニル−３−安息香酸などの芳香族ヒドロキシカルボン酸およびそれらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにこれらのアシル化物、エステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。これらの中では４−ヒドロキシ安息香酸および６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸が得られる液晶ポリマーの特性や結晶融解温度を調整しやすいという点から好ましい。
【００５５】
芳香族ジカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，６−ナフタレンジカルボン酸、２，７−ナフタレンジカルボン酸、１，４−ナフタレンジカルボン酸、４，４’−ジカルボキシビフェニルなどの芳香族ジカルボン酸およびそれらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにこれらのエステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。これらの中ではテレフタル酸、イソフタル酸および２，６−ナフタレンジカルボン酸が得られる液晶ポリマーの機械物性、耐熱性、結晶融解温度、成形加工性を適度なレベルに調整しやすいことから好ましい。
【００５６】
芳香族ジオキシ繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えば、ハイドロキノン、レゾルシン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレン、１，６−ジヒドロキシナフタレン、１，４−ジヒドロキシナフタレン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、３，３’−ジヒドロキシビフェニル、３，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシビフェニルエーテルなどの芳香族ジオールおよびそれらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにこれらのアシル化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。これらの中ではハイドロキノンおよび４，４’−ジヒドロキシビフェニルが重合時の反応性や、得られる液晶ポリマーの機械物性、耐熱性、結晶融解温度、成形加工性を適度なレベルに調整しやすいことから好ましい。
【００５７】
芳香族アミノオキシ繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えば、４−アミノフェノール、３−アミノフェノール、４−アミノ−１−ナフトール、５−アミノ−１−ナフトール、８−アミノ−２−ナフトール、４−アミノ−４’−ヒドロキシビフェニルなどの芳香族ヒドロキシアミンおよびそれらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにこれらのアシル化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【００５８】
芳香族ジアミノ繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えば、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン、１，５−ジアミノナフタレン、１，８−ジアミノナフタレンなどの芳香族ジアミンおよびそれらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにこれらのアシル化物などのアミド形成性誘導体が挙げられる。
【００５９】
芳香族アミノカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えば、４−アミノ安息香酸、３−アミノ安息香酸、６−アミノ−２−ナフトエ酸などの芳香族アミノカルボン酸およびそれらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにこれらのアシル化物、エステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【００６０】
芳香族オキシジカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えば、３−ヒドロキシ−２，７−ナフタレンジカルボン酸、４−ヒドロキシイソフタル酸、および５−ヒドロキシイソフタル酸などのヒドロキシ芳香族ジカルボン酸およびそれらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにこれらのアシル化物、エステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【００６１】
脂肪族ジヒドロキシ繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えば、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオールなどの脂肪族ジオール、ならびにこれらのアシル化物が挙げられる。また、ポリエチレンテレフタレートや、ポリブチレンテレフタレートなどの脂肪族ジオキシ繰返し単位を含有するポリマーを、前記の芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオールおよびこれらのアシル化物、エステル誘導体、酸ハロゲン化物などと反応させることによっても、脂肪族ジオキシ繰返し単位を含む液晶ポリマーを得ることができる。
【００６２】
脂肪族ジカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、テトラデカン二酸、フマル酸、マレイン酸およびヘキサヒドロテレフタル酸などの脂肪族ジカルボン酸、ならびにこれらのエステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【００６３】
本発明に使用する液晶ポリマーは本発明の目的を損なわない範囲で、チオエステル結合を含むものであってもよい。このような結合を与える単量体としては、メルカプト芳香族カルボン酸、および芳香族ジチオールおよびヒドロキシ芳香族チオールなどが挙げられる。これらの単量体の使用量は、芳香族オキシカルボニル繰返し単位、芳香族ジカルボニル繰返し単位、芳香族ジオキシ繰返し単位、芳香族アミノオキシ繰返し単位、芳香族ジアミノ繰返し単位、芳香族アミノカルボニル繰り返し単位、芳香族オキシジカルボニル繰返し単位、脂肪族ジオキシ繰返し単位、および脂肪族ジカルボニル繰返し単位を与える単量体の合計量を含む全体に対して１０モル％以下であるのが好ましい。
【００６４】
これらの繰り返し単位を組み合わせたポリマーは、モノマーの構成や組成比、ポリマー中での各繰り返し単位のシークエンス分布によっては、異方性溶融相を形成するものとしないものが存在するが、本発明に使用する液晶ポリマーは異方性溶融相を形成するものに限られる。
【００６５】
本発明に使用する液晶ポリマーの具体的な例として、下記の単量体の組合せから与えられる繰返し単位で構成される共重合体を挙げることができる。
１）４−ヒドロキシ安息香酸／６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸共重合体
２）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル共重合体
３）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／イソフタル酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル共重合体
４）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／イソフタル酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル／ハイドロキノン共重合体
５）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／ハイドロキノン共重合体
６）６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／ハイドロキノン共重合体
７）４−ヒドロキシ安息香酸／６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル共重合体
８）６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル共重合体
９）４−ヒドロキシ安息香酸／６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／ハイドロキノン共重合体
１０）４−ヒドロキシ安息香酸／６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／ハイドロキノン／４，４’−ジヒドロキシビフェニル共重合体
１１）４−ヒドロキシ安息香酸／２，６−ナフタレンジカルボン酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル共重合体
１２）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／２，６−ナフタレンジカルボン酸／ハイドロキノン共重合体
１３）４−ヒドロキシ安息香酸／２，６−ナフタレンジカルボン酸／ハイドロキノン共重合体
１４）４−ヒドロキシ安息香酸／６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／２，６−ナフタレンジカルボン酸／ハイドロキノン共重合体
１５）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／２，６−ナフタレンジカルボン酸／ハイドロキノン／４，４’−ジヒドロキシビフェニル共重合体
１６）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／４−アミノフェノール共重合体
１７）６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／４−アミノフェノール共重合体
１８）４−ヒドロキシ安息香酸／６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／４−アミノフェノール共重合体
１９）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル／４−アミノフェノール共重合体
２０）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／エチレングリコール共重合体
２１）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル／エチレングリコール共重合体
２２）４−ヒドロキシ安息香酸／６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／エチレングリコール共重合体
２３）４−ヒドロキシ安息香酸／６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸／テレフタル酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル／エチレングリコール共重合体
２４）４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／２，６−ナフタレンジカルボン酸／４，４’−ジヒドロキシビフェニル共重合体。
【００６６】
これらの中でも、１）、９）、１０）および１４）のモノマー構成単位からなる液晶ポリマーが好ましい。
【００６７】
本発明に使用する液晶ポリマーは、２種以上の液晶ポリマーをブレンドしたものであってもよい。
【００６８】
本発明に使用する液晶ポリマーの溶融粘度（キャピラリーレオメーターで測定、測定温度は結晶融解温度＋１０℃〜結晶融解温度＋４０℃、１０００ｓ−１）は、本発明に係る超音波伝達部材の機械強度を担保する点から、５〜１０００Ｐａ・ｓが好ましく、１０〜３００Ｐａ・ｓがより好ましく、１５〜２００Ｐａ・ｓがさらに好ましい。
【００６９】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「結晶融解温度」とは、示差走査熱量計（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ、以下ＤＳＣと略す）によって、昇温速度２０℃／ｍｉｎで測定した際の結晶融解ピーク温度から求めたものである。より具体的には、液晶ポリマーの試料を、室温から２０℃／分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度（Ｔｍ１）の観測後、Ｔｍ１より２０〜５０℃高い温度で１０分間保持し、次いで、２０℃／分の降温条件で室温まで試料を冷却した後に、再度２０℃／分の昇温条件で測定した際の吸熱ピークを観測し、そのピークトップを示す温度を液晶ポリマーの結晶融解温度とする。測定用機器としては、例えば、セイコーインスツルメンツ株式会社製Ｅｘｓｔａｒ６０００等を使用することができる。
【００７０】
本発明に使用する液晶ポリマーは、ペンタフルオロフェノール中で対数粘度を測定することが可能である。本発明に使用する液晶ポリマーは、ペンタフルオロフェノール（濃度０．１ｇ／ｄｌ）中、温度６０℃で測定した場合の対数粘度が０．３ｄｌ／ｇ以上であるものが好ましく、０．５〜１０ｄｌ／ｇであるものがより好ましく、１〜８ｄｌ／ｇであるものがさらに好ましい。
【００７１】
本発明に使用する液晶ポリマーの製造方法には特に限定はなく、前記の単量体成分によるエステル結合またはアミド結合を形成させる公知の重縮合法、例えば溶融アシドリシス法、スラリー重合法などを用いることができる。
【００７２】
溶融アシドリシス法とは、本発明において用いる液晶ポリマーを製造するのに適した方法であり、この方法は、最初に単量体を加熱して反応物質の溶融液を形成し、反応を継続することにより溶融ポリマーを得るものである。なお、縮合の最終段階で副生する揮発物（例えば酢酸、水など）の除去を容易にするために真空を適用してもよい。
【００７３】
スラリー重合法とは、熱交換流体の存在下で反応させる方法であって、固体生成物は熱交換媒質中に懸濁した状態で得られる。
【００７４】
溶融アシドリシス法およびスラリー重合法のいずれの場合においても、液晶ポリマーを製造する際に使用する重合性単量体成分は、常温において、ヒドロキシル基をアシル化した変性形態、すなわち低級アシル化物として反応に供することもできる。低級アシル基は炭素原子数２〜５のものが好ましく、炭素原子数２または３のものがより好ましい。特に好ましくは前記単量体成分のアセチル化物を反応に用いる方法が挙げられる。
【００７５】
単量体の低級アシル化物は、別途アシル化して予め合成したものを用いてもよいし、液晶ポリマーの製造時にモノマーに無水酢酸等のアシル化剤を加えて反応系内で生成せしめることもできる。
【００７６】
溶融アシドリシス法またはスラリー重合法のいずれの場合においても反応時、必要に応じて触媒を用いてもよい。
【００７７】
触媒の具体例としては、例えば、有機スズ化合物（ジブチルスズオキシドなどのジアルキルスズオキシド、ジアリールスズオキシドなど）、有機チタン化合物（二酸化チタン、三酸化アンチモン、アルコキシチタンシリケート、チタンアルコキシドなど）、カルボン酸のアルカリおよびアルカリ土類金属塩（酢酸カリウム、酢酸ナトリウムなど）、ルイス酸（ＢＦ３など）、ハロゲン化水素（ＨＣｌなど）の気体状酸触媒などが挙げられる。
【００７８】
触媒の使用量は、モノマー重量に対し１０〜１０００ｐｐｍが好ましく、２０〜２００ｐｐｍがより好ましい。
【００７９】
このような重縮合反応によって得られた液晶ポリマーは、溶融状態で重合反応槽より抜き出された後に、ペレット状、フレーク状、または粉末状に加工され、成形加工に供される。
【００８０】
本発明に使用する液晶ポリマーは、超音波伝達部材の機械強度を一層向上させる観点から、任意の成分として、さらに無機および／または有機充填材を含有してもよい。
【００８１】
本発明に使用する液晶ポリマーが含有してもよい無機および／または有機充填材の具体例としては、例えば、ガラス繊維、シリカアルミナ繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、タルク、マイカ、グラファイト、ウォラストナイト、ドロマイト、クレー、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスバルーン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタンなどが挙げられ、これらは単独で使用してもよく、または２種以上を併用してもよい。
【００８２】
これらの中では、タルクおよびガラス繊維が、物性とコストのバランスが優れている点で好ましい。
【００８３】
また、無機および／または有機充填材は、表面処理をされたものであってもよい。表面処理の方法としては、例えば、充填材表面に表面処理剤を吸着させる方法、液晶ポリマーと充填材を混練する際に表面処理剤を添加する方法などが挙げられる。
【００８４】
表面処理剤としては反応性カップリング剤（シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ボラン系カップリング剤など）、潤滑剤（高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸金属塩、フルオロカーボン系界面活性剤など）が挙げられる。
【００８５】
無機および／または有機充填材の含有量は、液晶ポリマー１００重量部に対して、１〜１５０重量部であることが好ましく、１０〜１００重量部であることがより好ましい。
【００８６】
無機および／または有機充填材の含有量が１重量部未満であると超音波伝達部材の強度について添加による向上効果が得られにくくなる傾向があり、１５０重量部を超えると超音波伝達部材の強度が低下する傾向がある。
【００８７】
本発明に使用する液晶ポリマーには、本発明の目的を損なわない範囲で、さらに他の添加剤が添加されてもよい。
【００８８】
他の添加剤の具体例としては、例えば、滑剤（高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド、高級脂肪酸金属塩（ここで高級脂肪酸とは、炭素原子数１０〜２５のものをいう）など）、離型改良剤（ポリシロキサン、フッ素樹脂など）、着色剤（染料、顔料、カーボンブラックなど）、難燃剤、帯電防止剤、界面活性剤、造核剤（タルク、有機リン酸塩、ソルビトール類など）、アンチブロッキング剤、酸化防止剤（リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤など）、耐候剤、熱安定剤、中和剤などが挙げられる。これらの添加剤は、単独で使用してもよく、または２種以上を併用してもよい。
【００８９】
添加してもよい他の添加剤の合計量は、液晶ポリマー１００重量部に対して、０．０１〜５重量部が好ましく、０．１〜３重量部がより好ましい。
【００９０】
他の添加剤の合計量が０．０１重量部未満であると、添加剤の機能が実現しにくくなる傾向があり、５重量部を超えると、液晶ポリマーまたは液晶ポリマー組成物の成形加工時の熱安定性が悪くなる傾向がある。
【００９１】
本発明に使用する液晶ポリマーには、本発明の目的を損なわない範囲で、さらに他の樹脂成分が添加されてもよい。
【００９２】
他の樹脂成分の具体例としては、例えば、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、およびその変性物、ならびにポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドなどの熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。これらの樹脂成分は単独で使用してもよく、または２種以上を併用してもよい。
【００９３】
他の樹脂成分を含有する場合、該樹脂成分の含有量は、液晶ポリマー１００重量部に対して０．１〜１００重量部が好ましく、０．１〜８０重量部がより好ましい。
【００９４】
本発明に使用する液晶ポリマーは、液晶ポリマー、ならびに、相溶化剤、無機および／または有機充填材、他の添加剤または他の樹脂成分を混合し、バンバリーミキサー、ニーダー、一軸もしくは二軸押出機などを用いて、液晶ポリマーの結晶融解温度近傍から結晶融解温度＋５０℃の温度条件で溶融混練して得ることができ、射出成形や押出成形などの従来の方法により超音波伝達部材に成形できる。
【００９５】
本発明の液晶ポリマーで構成された超音波伝達部材を使用した改質方法は、例えば、自動車用部材、建築部材、精密機械、産業用機械などに係る部品の表面改質に適用することができる。
【００９６】
以下、実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例】
【００９７】
＜合成例１＞（液晶ポリマー１の合成）
トルクメーター付き攪拌装置および留出管を備えた反応容器に、４−ヒドロキシ安息香酸  ６５５．３ｇ（７３モル％）および６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸  ３３０．３ｇ（２７モル％）を仕込み、さらに全モノマーの水酸基量（モル）に対して１．０２倍モルの無水酢酸を仕込み、次の条件で脱酢酸重合を行った。
【００９８】
窒素ガス雰囲気下に室温から１７０℃まで１時間かけて昇温し、同温にて３０分間保持した。次いで、３時間かけて３３０℃まで昇温し、さらに３３０℃で１０分反応させた後、１．５時間かけて１０ｍｍＨｇにまで減圧した。所定のトルクを示した時点で重合反応を終了し、反応容器から内容物を取り出し、粉砕機により液晶ポリマーのペレットを得た。  
【００９９】
＜合成例２＞（液晶ポリマー２の合成）
トルクメーター付き攪拌装置および留出管を備えた反応容器に、４−ヒドロキシ安息香酸  ６２８．４ｇ（７０モル％）、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸  ２４．５ｇ（２モル％）、２，６−ナフタレンジカルボン酸  １９６．７ｇ（１４モル％）およびハイドロキノン  １００．２ｇ（１４モル％）を仕込み、さらに全単量体の水酸基量（モル）に対して１．０５倍モルの無水酢酸を仕込み、次の条件で脱酢酸重合を行った。
【０１００】
窒素ガス雰囲気下に室温から１７０℃まで１時間かけて昇温し、１７０℃で３０分保持した。次いで、副生する酢酸を留出させつつ３５０℃まで７時間かけて昇温した後、１．５時間かけて５ｍｍＨｇにまで減圧した。所定のトルクを示した時点で重合反応を終了し、反応容器から内容物を取り出し、粉砕機により全芳香族液晶ポリマーのペレットを得た。
【０１０１】
＜超音波伝達部材の作製＞
合成例１および２で得た液晶ポリマーペレットについて、射出成形機を用いて平板サンプル（８０ｍｍ×８０ｍｍ×１ｍｍｔ）をそれぞれ作製した。
【０１０２】
また、ポリエチレン樹脂（株式会社プライムポリマー製  ２１００J）についても、同様に平板サンプルを作製した。
【０１０３】
金属製超音波伝達部材としては、鋼板（ＳＰＣＣ相当品、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍｔ）を用いた。
【０１０４】
実施例１
超音波伝達部材のサンプルである合成例１で得た液晶ポリマーペレットから作製した平板の下面に超音波振動子（セラミック発信子、２ｍｍφ×１ｍｍｔ）をシリコーン系接着剤で接着し、超音波電源装置（ＤＡＧＡＴＯＲＯＮＩＣ  ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製、ＤＡＧＡＴＲＯＮ８２０２）を接続し、オシロスコープ（Ｐｉｃｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社製）を使用して周波数を調整した。
【０１０５】
水槽中において、被改質材として鋼板（ＳＰＣＣ相当品、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍｔ）を超音波伝達部材の上面に１ｍｍ間隔をあけて配置し、被処理面を含む被改質材の全部が常温の水に浸漬するようにして、１００ｋＨｚで１５分間超音波を付与した。
【０１０６】
被改質材の被処理面について、残留応力測定装置μ−ｘ３６０ｎ（パルステック工業社製）を用いて、Ｘ線応力測定（日本材料学会、鉄鋼編）に準じて、８か所について測定し、平均の応力値および標準偏差を算出した。
【０１０７】
無処理の被改質材の値と比較して、応力値が小さいほど有効に改質されたことを示し、標準偏差が小さいほど均一に改質されたことを示す。
【０１０８】
実施例２および比較例１〜２
超音波伝達部材を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして超音波を付与し、残留応力値（平均値）および標準偏差を算出した。結果を表１に示す。
【０１０９】
また、参考例として、超音波を付与する前の被改質材の表面について、実施例１と同様に測定し算出した残留応力値（平均値）および標準偏差を表１に示す。
【０１１０】
液晶ポリマーを超音波伝達部材として使用した場合（実施例１、２）は、無処理の鋼板（参考例）と比較して残留応力値が−２５ＭＰａおよび−２２ＭＰａと残留応力が小さく、標準偏差が３８ＭＰａおよび４２ＭＰａとなり、均一かつ有効な改質効果が得られたことを示すものであった。
【０１１１】
これに対して、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）およびポリエチレン樹脂（比較例１、２）では、無処理の鋼板（参考例）と比較して標準偏差が大きくなり、改質効果に劣るものであった。
【０１１２】
【表１】
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【符号の説明】
【０１１３】
１  表面改質装置
２  超音波発生手段
２１  超音波振動子
２２  超音波伝達部材
２３  キャビテーション発生部
２４  キャビテーション発生面
３  超音波電源装置
３１  電線
４  被改質材
４１  被処理面
５  支持手段
６  容器
７  被改質材支持手段
８  液体
９  キャビテーション気泡
１０  間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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