(57)【要約】      （修正有）【課題】ソリやタワミを生じさせにくい残留応力の少ないフッ素樹脂成形品及びその製造方法を提供する。【解決手段】フッ素樹脂成形品の製造方法は、フッ素樹脂粉末２と、前記フッ素樹脂粉末２中に埋め込まれ、互いに隙間を隔てた状態で接合パイプ４により連結された複数の補強材３とを含む予備成形品に、焼成を施す工程を具備することを特徴とする。得られた成形品のうち、角槽などの一体層が半導体や液晶の薬液戦場工程で使用される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素樹脂粉末と、前記フッ素樹脂粉末中に埋め込まれ、互いに隙間を隔てた状態で接合パイプにより連結された複数の補強材とを含む予備成形品に、焼成を施す工程を具備することを特徴とするフッ素樹脂成形品の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法により製造されることを特徴とするフッ素樹脂成形品。
【請求項３】
前記補強材間に隙間が存在することを特徴とする請求項２記載のフッ素樹脂成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素樹脂成形品及びその製造方法に関するものである。
【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は、耐薬品性と耐熱性を有する。このため、ＰＴＦＥから得られる成形品のうち、角槽などの一体槽が半導体や液晶の薬液洗浄工程で使用されたり、リング状等の丸ものがシリコンウェハーを１枚ずつ洗浄するカップに使用される等、多岐に亘って使用されている。
【０００３】
フッ素樹脂はソリやタワミが生じ易いという特性を有する。このため、特許文献１に開示されているような、アルミニウムインサートの表面にフッ素系樹脂の膜をコーティングするフッ素系樹脂の射出成形が検討されている。
【０００４】
しかしながら、フッ素樹脂成形品をインサート成形で作製すると、焼成時のフッ素樹脂の収縮率が芯材に比して大きいことから、フッ素樹脂に残留応力が生じる。その結果、フッ素樹脂の肉厚を薄くすると、フッ素樹脂の破断が生じ、反対に肉厚を厚くすると、芯材が曲がったり、フッ素樹脂の残留応力が拡大する。また、一体槽のように大きいプレートをインサート成形で作製することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−３６９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、残留応力の少ないフッ素樹脂成形品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るフッ素樹脂成形品の製造方法は、フッ素樹脂粉末と、前記フッ素樹脂粉末中に埋め込まれ、互いに隙間を隔てた状態で接合パイプにより連結された複数の補強材とを含む予備成形品に、焼成を施す工程を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るフッ素樹脂成形品は、前記製造方法により製造されたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、残留応力の少ないフッ素樹脂成形品及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る方法で用いられる予備成形品のリブ構造を示す平面図。
【図２】第１の実施形態に係る方法で用いられる予備成形品の側面図。
【図３】図２のリブ構造の補強材の拡大断面図。
【図４】図２のリブ構造の補強材の焼結後の拡大断面図。
【図５】第２の実施形態に係る方法で用いられる予備成形品の平面図。
【図６】図５の補強材の拡大断面図。
【図７】図５の補強材の焼結後の拡大断面図。
【図８】比較例１のフッ素樹脂成形品における焼結前及び焼結後の状態を示す断面図。
【図９】比較例２のフッ素樹脂成形品における焼結前及び焼結後の状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（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の製造方法を以下に説明する。第１の実施形態は、角槽に適用した例である。
【００１２】
リブ付き角槽の金型に、フッ素樹脂粉末を充填する。フッ素樹脂粉末は、例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を挙げることができる。リブ用金型部に充填されたフッ素樹脂粉末に、丸棒からなる補強材を複数本埋め込む。リブ用金型部の各辺それぞれに、３本の補強材を一列に配置する。隣り合う補強材の端部を接合パイプに挿入することにより、３本の補強材を２個の接合パイプを用いて連結する。接合パイプの一方から挿入された補強材の端部と、接合パイプの他方から挿入された補強材の端部は、互いに接せず、隙間を開けて配置されている。接合パイプは、補強材間の隙間部分にフッ素樹脂粉末を充填しないため、及び強度を補う役割をしている。
【００１３】
金型に充填されたフッ素樹脂粉末及び補強材からなる充填物に、加圧圧縮を施すことにより、図１及び図２に示す予備成形品を得る。加圧圧縮は、液圧（アイソスタティック）成形法等の全方向水圧成形で行うことが可能である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、角槽１の４枚の側板の周囲を囲むようにリブ２が設けられている。リブ２の長辺それぞれに、２個の接合パイプ４を用いて一列に連結された３本の丸棒からなる補強材３が配置されている。角槽１の長辺方向の側板の中央付近の反りが大きくなるため、リブ２の長辺の中央付近に補強材３が位置することが望ましい。また、リブ２の短辺それぞれに、２個の接合パイプ４を用いて一列に連結された３本の丸棒からなる補強材３が配置されている。図３に示すように、接合パイプ４の一方から挿入された補強材３の端部と、接合パイプ４の他方から挿入された補強材３の端部は、互いに接せず、隙間５を開けて配置されている。
【００１５】
得られた予備成形品に焼成を施す。焼成を施すと、フッ素樹脂に収縮が生じる。この収縮は、補強材３の長手方向に主に生じるが、図４に示すように、補強材３の間に設けられた隙間５が収縮分減るため、フッ素樹脂の残留応力の発生を防止することができる。その結果、焼成による成形品の変形を防止することができると共に、残留応力によるクラックの発生を防止することができる。
【００１６】
前述した図１〜図４の角槽では、リブの数を１つにしたが、複数設けることが可能である。また、補強材が挿入されたリブを用いる代わりに、側板に補強材を挿入することが可能である。
【００１７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法を以下に説明する。第２の実施形態は、リングに適用した例である。
【００１８】
リング用金型に、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂粉末を充填する。金型に充填されたフッ素樹脂粉末に、円弧状に湾曲した丸棒からなる補強材を複数（例えば４本）埋め込む。補強材は、金型と同心円状に配置されている。隣り合う補強材の端部が接合パイプに挿入されることにより、４本の補強材が４個の接合パイプを用いて連結されている。接合パイプの一方から挿入された補強材の端部と、接合パイプの他方から挿入された補強材の端部は、互いに接せず、隙間を開けて配置されている。接合パイプは、補強材間の隙間部分にフッ素樹脂粉末を充填しないため、及び強度を補う役割をしている。
【００１９】
金型に充填されたフッ素樹脂粉末及び補強材からなる充填物に、加圧圧縮を施すことにより、図５に示す予備成形品を得る。加圧圧縮は、プレス圧縮法、液圧（アイソスタティック）成形法等の全方向水圧成形で行うことが可能である。
【００２０】
図５に示すように、リング状の予備成形品６に、円弧状に湾曲した丸棒からなる補強材７が、成形品と同心円状に配置されている。隣り合う補強材７の端部が接合パイプ８に挿入されることにより、４つ補強材７が４個の接合パイプを用いて連結されている。図６に示すように、接合パイプ８の一方から挿入された補強材７の端部と、接合パイプ８の他方から挿入された補強材７の端部は、互いに接せず、隙間９を開けて配置されている。
【００２１】
得られた予備成形品に焼成を施す。焼成を施すと、フッ素樹脂に収縮が生じる。この収縮は、予備成形品の円周方向に主に生じるが、図７に示すように、補強材７の間に設けられた隙間９が収縮に伴って減少するため、フッ素樹脂の残留応力の発生を防止することができる。その結果、焼成による成形品の変形を防止することができると共に、残留応力によるクラックの発生を防止することができる。
【００２２】
前述した図５〜図７のリングでは、リングの高さ方向の中央付近に補強材を設けたが、補強材は、リングの高さ方向の上下端付近等の複数箇所に設けることが可能である。
【００２３】
第１及び第２の実施形態において、加圧圧縮のための成形圧は、特に限定されるものではないが、２０ＭＰａ程度で、成形サイクルは１．５時間程度にすることができる。また、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。
【００２４】
フッ素樹脂に四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を用いる場合、焼成時の収縮率が３〜６％（３００ｍｍで約１０ｍｍ収縮）であるため、この収縮分が吸収され、かつ収縮後も補強材３，７の間に隙間が残るように隙間の大きさＤを設定することが好ましい。収縮後も補強材３,７間に隙間を残すのは、補強材同士の衝突による応力の発生並びに補強材３，７の破損を防止するためである。隙間に存在する空気は、焼成後の検査においてボイド発生の要因にならず、何ら悪影響を及ぼさないことを検証した。
【００２５】
補強材３，７及び接合パイプ４，８は、焼成時の熱及び加圧圧縮時の成形圧に耐え得る材料から形成することが望ましい。このような材料は、たとえば、ステンレス鋼やチタン等の金属、石英ガラス類、アルミナやチタニア等のセラミックス等が挙げられる。石英ガラス類あるいはセラミックスからなる補強材３，７は、薬液の侵食による腐食を防止することが可能である。
【００２６】
なお、前述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、補強材を一列に配置したが、複数列にして配置することが可能である。
【００２７】
また、フッ素樹脂成形品を切削加工する際、成形品中の補強材の位置は、超音波厚さ測定器で調べることが可能である。
【００２８】
また、前述した第１の実施形態及び第２の実施形態は、金型にフッ素樹脂粉末と、接合パイプを用いて連結された補強材とを充填する工程と、充填物に加圧圧縮を施す工程と、前記充填物に焼成を施す工程とを具備するものであるが、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。
【００２９】
フッ素樹脂は、四フッ化エチレン樹脂に限られるものではなく、例えば、四ふっ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等を挙げることができる。
【実施例】
【００３０】
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。
【００３１】
（実施例１）
７００ｍｍ×７００ｍｍ×５００ｍｍＨのＰＴＦＥ製の角型一体槽を第１の実施形態で説明した方法により作製した。リブの各辺に配置するステンレス鋼製丸棒からなる補強材は３本とし、３本の補強材を２個のステンレス鋼製接合パイプを用いて一列に連結し、リブの各辺に配置した。上記サイズの角型一体槽では、ＰＴＦＥの収縮幅が約２５ｍｍなので、予備成形品の補強材間の隙間の大きさＤ（接合パイプ内の隙間）を１３ｍｍとした。加圧圧縮のための成形圧は２０ＭＰａで、成形サイクルは１．５時間で、焼成温度は３７０℃とした。
【００３２】
得られた角型一体槽は、外形に変形がなかった。また、補強材と接合パイプを用いず、ＰＴＦＥのみを使用して実施例１と同様な条件で加圧圧縮及び焼成を行うことにより作製した角型一体槽（参考例１）のＰＴＦＥの残存応力と、実施例１の角型一体槽のＰＴＦＥの残留応力とを比較したところ、その差はほとんどなかった。ここで、ＰＴＦＥの残留応力は、ＰＴＦＥの残存歪を意味する。
【００３３】
角型一体槽の寸法を３００ｍｍ×５００ｍｍ×４００ｍｍＨに変更したところ、得られた角型一体槽は、外形に変形がなく、また、ＰＴＦＥの残留応力は、参考例１のＰＴＦＥの残存応力との差がほとんどなかった。
【００３４】
（実施例２）
外径が５００ｍｍのＰＴＦＥ製リングを第２の実施形態で説明した方法により作製した。リングに設ける補強材に、円弧状に湾曲したステンレス鋼製丸棒を使用し、図５に示すように４つの補強材を４個のステンレス鋼製接合パイプを用いて一列に連結した。上記外径のリングでは、ＰＴＦＥの収縮幅が約５０ｍｍなので、予備成形品の補強材間の隙間の大きさＤ（接合パイプ内の隙間）を１３ｍｍとした。加圧圧縮のための成形圧は２０ＭＰａで、成形サイクルは１．５時間で、焼成温度は３７０℃とした。
【００３５】
得られたリングは、外形に変形がなかった。また、補強材と接合パイプを用いず、ＰＴＦＥのみを使用して実施例２と同様な条件で加圧圧縮及び焼成を行うことにより作製したリング（参考例２）のＰＴＦＥの残存応力と、実施例２のリングのＰＴＦＥの残留応力とを比較したところ、その差はほとんどなかった。
【００３６】
リングの外径を４００〜６００ｍｍの範囲で変更したところ、得られたリングは、外形に変形がなく、また、ＰＴＦＥの残留応力は、参考例２のＰＴＦＥの残存応力との差がほとんどなかった。
【００３７】
（比較例１）
円板状の金型にＰＴＦＥ粉末１１を充填し、充填されたＰＴＦＥ粉末１１中に円板状のステンレス鋼製補強板１２を埋め込んだ。次いで、成形圧が２０ＭＰａで、成形サイクルが１．５時間の加圧圧縮を施すことにより、図８の（ａ）に示す予備成形品を得た。得られた予備成形品に３７０℃で焼成を施したところ、ＰＴＦＥの収縮により、図８の（ｂ）に示すように、円周方向の側面１３が外側に湾曲した。また、ＰＴＦＥの残留応力は、実施例１のＰＴＦＥの残存応力に比して３％以上大きかった。
【００３８】
（比較例２）
リング状の金型にＰＴＦＥ粉末１４を充填し、充填されたＰＴＦＥ粉末１４中にステンレス鋼製補強リング１５を埋め込んだ。次いで、成形圧が２０ＭＰａで、成形サイクルが１．５時間の加圧圧縮を施すことにより、図９の（ａ）に示す予備成形品を得た。得られた予備成形品に３７０℃で焼成を施したところ、ＰＴＦＥの収縮により、図９の（ｂ）に示すように、円周方向の側面１６が外側に湾曲した。また、ＰＴＦＥの残留応力は、実施例２のＰＴＦＥの残存応力に比して３％以上大きかった。
【００３９】
上記実施例１,２に示す通りに、本願発明によると、補強材間に設けられた隙間が、焼成時のＰＴＦＥの収縮を吸収するため、補強材の変形を防止することができると共に、成形品のＰＴＦＥに応力が残存するのを回避することができる。
【００４０】
これに対し、比較例１，２のように、ＰＴＦＥ成形品に一本物の補強板もしくは補強リングを挿入すると、ＰＴＦＥが径方向に収縮するのに伴って変形し、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように円周方向の側面が太鼓状に膨れた。また、ＰＴＦＥの収縮分が残留応力として蓄積されたため、ＰＴＦＥの残留応力が実施例１，２に比して大きくなった。
【００４１】
以上詳述した通りに本願発明によれば、大型槽やリング状の成形品にも補強材を挿入することが可能となる。また、ウエハーバスケットにシリコンウエハーを収容し、スピンドライヤーをかける場合の遠心力による膨らみを防止することが可能となる。さらに、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等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１…角槽、２…リブ、３，７…補強材、４，８…接合パイプ、５，９…隙間、１１，１４…ＰＴＦＥ粉末、１２…補強板、１３，１６…ＰＴＦＥリングの円周方向の側面、１５…補強リング、Ｄ…隙間の大きさ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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