(57)【要約】【課題】一般的な射出成形物の表面にイオンを注入すると、射出成形物の表面が変形したり、表面にシミが生じたり、炭化したり、ウェルドライン（ｗｅｌｄ  ｌｉｎｅ）が再現されるなどの欠陥が発生する。  【解決手段】プラスチック射出成形物の表面改質方法であって、（ａ）２０マイクロメートル以下の表面粗さを有する加工表面を具備したプラスチック射出成形物を用意するステップと、（ｂ）前記プラスチック射出成形物の加工表面の背面を冷却しながら、前記プラスチック射出成形物の加工表面にイオンまたは電子を注入するステップとを含むことを特徴とするプラスチック射出成形物の表面改質方法を提供する。【選択図】図１
2014513167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック射出成形物の表面改質方法であって、
（ａ）２０マイクロメートル以下の表面粗さを有する加工表面を具備したプラスチック射出成形物を用意するステップと、
（ｂ）前記プラスチック射出成形物の加工表面の背面を冷却しながら、前記プラスチック射出成形物の加工表面にイオンまたは電子を注入するステップとを含むことを特徴とするプラスチック射出成形物の表面改質方法。
【請求項２】
前記（ａ）ステップは、
（ａ−１）金型のキャビティを樹脂組成物の溶融温度（Ｔｍ）の５０％以上かつ分解温度以下の第１温度まで加熱するステップと、
（ａ−２）前記金型のキャビティに溶融した前記樹脂組成物を射出するステップと、
（ａ−３）前記樹脂組成物の結晶化温度（Ｔｃ）以下の第２温度まで、前記金型のキャビティを２００ないし４００℃／分の冷却速度で冷却して射出成形物を得るステップと、
（ａ−４）前記射出成形物を取り出すステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック射出成形物の表面改質方法。
【請求項３】
前記（ｂ）ステップは、
（ｂ−１）前記射出成形物の背面をイオンまたは電子注入装置のチャンバ内の支持台に位置させるステップと、
（ｂ−２）前記イオンまたは電子注入装置のチャンバ内の支持台を冷却しながら、前記射出成形物の加工表面にイオンまたは電子を注入するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック射出成形物の表面改質方法。
【請求項４】
前記（ｂ−２）ステップにおいて、前記支持台は、前記支持台の内部を循環する冷却水によって冷却されることを特徴とする請求項３に記載のプラスチック射出成形物の表面改質方法。
【請求項５】
前記（ｂ−２）ステップにおいて、前記支持台は、前記支持台と接触する蓄冷物質によって冷却されることを特徴とする請求項３に記載のプラスチック射出成形物の表面改質方法。
【請求項６】
前記（ｂ−２）ステップにおいて、前記支持台は、前記支持台に設けられたペルチェ素子によって冷却されることを特徴とする請求項３に記載のプラスチック射出成形物の表面改質方法。
【請求項７】
前記（ｂ−２）ステップにおいて、前記支持台は、前記射出成形物と密着して冷却効率を向上させることができるように、前記射出成形物の加工表面の背面と接する面が前記射出成形物の背面に対応する形状を有することを特徴とする請求項３に記載のプラスチック射出成形物の表面改質方法。
【請求項８】
前記（ｂ−２）ステップにおいて、前記支持台と前記射出成形物との間には蓄冷物質を収容する容器が配置され、前記容器は、前記射出成形物と密着して冷却効率を向上させることができるように、前記射出成形物の加工表面の背面と接する面が前記射出成形物の背面に対応する形状を有することを特徴とする請求項３に記載のプラスチック射出成形物の表面改質方法。
【請求項９】
２０マイクロメートル以下の表面粗さを有する表面にイオンまたは電子が注入され、改質された表面を有することを特徴とするプラスチック射出成形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形物の表面改質方法に関するものであって、より詳細には、イオンまたは電子注入によってプラスチック射出成形物の表面を改質する方法およびその方法によって製造された射出成形物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入とは、イオン化された原子を加速して対象物体の表面に強制的に注入して表面の組成、結合状態、結晶構造などを変化させることによって、表面特性を改善する技術である。
【０００３】
このような技術を利用して金属、半導体、セラミック、高分子などのような物体の表面にイオンを注入して表面の性質を変化させる場合、多様な商業的な応用可能性が提供される。対象物体の表面にイオンを注入する場合、摩擦、摩耗、腐食抵抗、硬度、色などの物体の表面の性質を改善するだけでなく、高分子のような不導体にも伝導性を付与することができる。
【０００４】
高エネルギーで加速されたイオンを表面処理しようとする物体の表面に注入させる多様な方法が知られている。伝統的なイオン注入方法は、プラズマ発生装置で発生したイオンを抽出してフォーカシングによってビームの形態に形成し、加速させて対象物体の表面に走査する方式である。ＰＳＩＩ（Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）方法は、プラズマで満たされたチャンバ内の支持台にイオンの注入による表面処理をしようとする対象物を置き、対象物に負の高電圧パルスを印加すると、対象物の表面周囲に生成される遷移性プラズマシース（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｐｌａｓｍａ  ｓｈｅａｔｈ）でイオンの加速が起こる現象を利用して、加速されたイオンが、自発的に負の高電圧が印加された対象物の表面と衝突する原理を利用したものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
イオン注入方法を利用して射出成形物の表面特性を改善しようとする試みがあった。しかし、一般的な射出成形物の表面にイオンを注入すると、図８に示されるように、射出成形物の表面が変形したり、表面にシミが生じたり、炭化したり、ウェルドライン（ｗｅｌｄ  ｌｉｎｅ）が再現されるなどの欠陥が発生する。
【０００６】
一般的に、射出成形されたプラスチック製品は平板製品である。平板製品とは、厚さに比べて幅が５倍以上大きい製品をいう。このような平板状のキャビティ内に樹脂が流れる時は、金型の壁面に固化層を形成しながら噴水のような形状に前進する。これを噴水流（ｆｏｕｎｔａｉｎ  ｆｌｏｗ）という。このような原理によってバレルの前部分に計量された樹脂は製品の表面層を形成するのに使用され、後部分に計量された樹脂は製品の中央部位を満たす。また、剪断変形率が最も大きい部分は固化層と流動層との境界面となり、表面層は速く固化し、中央部位は最後に固化する。したがって、表面層は配向性が大きく、中央部位は配向性が小さい。
【０００７】
本出願の発明者は、射出成形物の表面にイオンや電子を注入する実験を繰り返して、表面の欠陥が主に射出成形物の表面に残存する微細な気泡によって発生することを見出した。一般的な射出成形物の表面は、噴水流（ｆｏｕｎｔａｉｎ  ｆｌｏｗ）に配向性が大きく、気泡が多く、密度が低い。微細な気泡が残存する表面にイオンや電子を注入すると、気泡内部のガスがエネルギーを受けて膨脹して外部に放出されながら、表面に変形やシミを残す。また、表面から一定の深さに残存して外部に放出されずに内部に残る気泡も、エネルギーを受けて膨脹して表面を変形させる。さらに、イオン注入過程で注入されるイオンの高エネルギーによって射出成形物の表面が溶けたり炭化する場合もある。
【０００８】
また、電子ビームを射出成形物の表面に照射して電子を注入して射出成形物の表面特性を改善しようとする場合も、イオン注入によって表面特性を改善しようとする場合と同様に、表面光沢が不均一であるか、表面が変形したり炭化する欠陥がある。
【０００９】
本発明は、射出成形物の表面に変形やシミを発生させることなくイオンや電子を注入して表面を改質するための方法を提供することを目的とする。また、本発明は、表面に変形やシミのないイオンや電子の注入されたプラスチック射出成形物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】
【００１０】
本発明の一態様によれば、プラスチック射出成形物の表面改質方法が提供される。本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法は、（ａ）２０マイクロメートル以下の表面粗さを有する加工表面を具備したプラスチック射出成形物を用意するステップと、（ｂ）プラスチック射出成形物の加工表面の背面を冷却しながら、プラスチック射出成形物の加工表面にイオンまたは電子を注入するステップとを含む。
【００１１】
射出成形物の改質しようとする加工表面は、表面層に残存する気泡があってはならない。２０マイクロメートル以下の表面粗さを有する射出成形物の表面層にはほとんど気泡が残留しない。したがって、本発明によれば、イオンや電子を加工表面に注入しても射出成形物の表面層に気泡がほとんど残留しないため、表面の変形やシミが生成されない。また、本発明によれば、イオンや電子を注入する間に加工表面の背面を冷却し、表面層から一定深さ以下に圧縮された状態で残留する気泡が表面層の加熱によって表面に表出するのを防止する。
【００１２】
本発明によれば、表面に気泡が残留しない射出成形物を用意するステップは、（ａ−１）金型のキャビティを樹脂組成物の溶融温度（Ｔｍ）の５０％以上かつ分解温度以下の第１温度まで加熱するステップと、（ａ−２）金型のキャビティに溶融した前記樹脂組成物を射出するステップと、（ａ−３）樹脂組成物の結晶化温度（Ｔｃ）以下の第２温度まで、前記金型のキャビティを２００ないし４００℃／分の冷却速度で冷却して射出成形物を得るステップと、（ａ−４）射出成形物を取り出すステップとを含む。
【００１３】
また、射出成形物の加工表面の背面を冷却しながら、イオンや電子を注入するステップは、（ｂ−１）射出成形物の背面をイオンまたは電子注入装置のチャンバ内の支持台に位置させるステップと、（ｂ−２）イオンまたは電子注入装置のチャンバ内の支持台を冷却しながら、射出成形物の加工表面にイオンまたは電子を注入するステップとを含む。
【００１４】
支持台を用いて加工表面の背面を間接的に冷却する場合、支持台の内部を循環する冷却水を用いて支持台を冷却したり、支持台に蓄冷物質（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ、ＰＣＭ）を接触させて冷却したり、支持台にペルチェ素子を設けて冷却することができる。
【００１５】
また、支持台は、前記射出成形物と密着して冷却効率を向上させることができるように、射出成形物の加工表面の背面と接する面が射出成形物の背面に対応する形状を有するようにすることが好ましい。
【００１６】
さらに、支持台と前記射出成形物との間には蓄冷物質を収容する容器を配置し、容器が射出成形物と密着して冷却効率を向上させることができるように、射出成形物の加工表面の背面と接する面が射出成形物の背面に対応する形状を有するようにすることもできる。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、改質された表面を有するプラスチック射出成形物が提供される。本発明にかかる、改質された表面を有するプラスチック射出成形物は、２０マイクロメートル以下の表面粗さを有する表面にイオンまたは電子が注入されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法によれば、高温で射出成形を行うため、噴水流による表面層の配向性を最小化し、密度を高めることができる。したがって、表面光沢の不均一を防止することができる。また、イオン注入時、対象物を冷却し、射出成形物が注入されるイオンの高エネルギーによって溶けたり焼けてしまうのを防止することができる。さらに、本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法によれば、射出成形物の摩擦、摩耗、腐食抵抗、硬度、色などの物体の表面の性質を改善するだけでなく、射出成形物に伝導性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法の一実施形態の工程図である。
【図２】本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法に用いられる分離型金型が開放された状態の概略図である。
【図３】本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法に用いられる分離型金型が閉鎖された状態の概略図である。
【図４】本発明にかかる射出成形方法（図４Ｂ）と、従来の射出成形方法（図４Ａ）とを比較した概念図である。
【図５】本発明にかかる射出成形方法による射出成形物（図５Ｂ）と、従来の射出成形方法による射出成形物（図５Ａ）との表面の写真である。
【図６】本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法に用いられるイオン注入装置の概略図である。
【図７】本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法に用いられる他のイオン注入装置の概略図である。
【図８】一般的なプラスチック射出成形物の表面にイオンが注入されて表面に不良が発生した状態を示す写真である。
【図９】一般的なプラスチック射出成形物の表面の電子顕微鏡写真である。
【図１０】一般的なプラスチック射出成形物の表面の表面粗さを示すグラフである。
【図１１】気泡が残留しない表面層を有するプラスチック射出成形物の表面の電子顕微鏡写真である。
【図１２】気泡が残留しない表面層を有するプラスチック射出成形物の表面の表面粗さを示すグラフである。
【図１３】気泡が残留しない表面層を有するプラスチック射出成形物の表面にイオンが注入された状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［第１実施形態］
【００２１】
図１は、本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法のフローチャートである。本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法は、高密度の表面を有する射出品を製造するステップと、射出成形物にイオンを注入するステップとからなる。
【００２２】
本発明において、高密度の表面を有する射出品を製造するステップは、金型のキャビティを樹脂組成物の溶融温度（Ｔｍ）の５０％以上かつ分解温度以下の第１温度まで４００ないし８００℃／分の加熱速度で加熱するステップ（Ｓ１０）と、金型のキャビティに溶融した樹脂組成物を射出するステップ（Ｓ２０）と、樹脂組成物の結晶化温度（Ｔｃ）以下の第２温度まで、金型のキャビティを２００ないし４００℃／分の冷却速度で冷却して射出成形物を得るステップ（Ｓ３０）と、前記射出成形物を取り出すステップ（Ｓ４０）とを含む。
【００２３】
本発明の樹脂組成物は特に限定されないが、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレンからなる群より選択された１つ以上の樹脂と、エチレン−プロピレン、エチレンオクテン、エチレン−プロピレン−ジエン、エチレン−ブチル系およびスチレン−エチレンブチレン−スチレンからなる群より選択された１つ以上の共重合体とを混合したものが好ましい。
【００２４】
高密度ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレンは、高い屈曲強度（ｆｌｅｘｕｒａｌ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を実現することができる熱可塑性樹脂であり、エチレン−プロピレン、エチレンオクテン、エチレン−プロピレン−ジエン、エチレン−ブチル系およびスチレン−エチレンブチレン−スチレンは、高い衝撃強度（ｉｍｐａｃｔ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を改善することができる樹脂である。これらを混合して使用することによって、脆性（ｂｌｉｔｔｌｅｎｅｓｓ）を改善することができる。
【００２５】
樹脂組成物の混合方法は特に制限されない。例えば、前記各成分を、ロール、押出機、ニーダ、バンバリーミキサ、ヘンシェルミキサ（登録商標）、プラネタリーミキサなどの、樹脂分野で一般的に用いられている混合機、混練機を用いて均一に混合する。
【００２６】
射出成形ステップにおいて特に重要で、緻密に制御されなければならない成形条件は、金型のキャビティ温度、昇温速度および冷却速度である。金型のキャビティ温度、昇温速度および冷却速度を制御する方法としては特に制限しない。水あるいはオイルを金型内に循環させたり、金型ヒータで金型温度やキャビティ表面温度を精密に制御することができる温度プロファイル金型の使用を例に挙げることができる。また、金型温度を樹脂組成物の冷却時の温度に設定し、成形直前にキャビティの表面を誘導加熱、赤外線、超音波、電界や磁界、火炎などで一時的に加熱して成形する方法も利用することができる。計量、射出速度、射出圧、２差圧、モールド締結力などの射出成形条件については特に制限はない。
【００２７】
本実施形態では、前記射出成形条件を満足させるための射出成形装置として、超高温金型加熱技術が適用された分離型金型であるＥ−ＭＯＬＤ（出願人によってＥ−ＭＯＬＤで商用化された金型）を用いた。
【００２８】
図２は、本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法に用いられる分離型金型が開放された状態の概略図であり、図３は、本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法に用いられる分離型金型が閉鎖された状態の概略図である。図２と図３に示されるように、本実施形態に用いられる金型装置は、図示しない射出成形機に固定されるためのキャビティ金型２０と、ガイドピン４１に案内され、キャビティ金型２０の前後方にスライディング可能に設けられた中間コア金型３０と、射出成形機に稼動可能に設けられるコア金型固定板５０に固定され、中間コア金型３０のブッシュ３５に挿入されたガイドピン４１が固定されたコア金型支持板４０とを含む。キャビティ金型２０には溶融した樹脂組成物が注入されるキャビティ面２１が形成されており、キャビティ面２１には溶融した樹脂組成物の注入通路２３が連結されている。また、キャビティ金型２０にはガイドピン４１が挿入されるための案内孔２２が形成されている。中間コア金型板３０の、キャビティ面２１に向かう面にはコア面３１が形成されている。コア面３１は、キャビティ面２１と共に溶融した樹脂組成物が注入されるキャビティＣを形成する。中間コア金型板３０は、加熱と冷却が容易となるように、コア金型支持板４０より薄い厚さを有する板状で、従来のコア金型を分離したものである。
【００２９】
分離型金型を具備した射出成形装置を用いて射出成形する方法は次の通りである。射出機に本実施形態の金型装置１００が設けられた状態で、電熱ヒータに電流を供給して、中間コア金型板２０を樹脂組成物の溶融温度（Ｔｍ）の５０％以上かつ分解温度以下の第１温度まで加熱する。樹脂組成物の溶融温度（Ｔｍ）の５０％未満の温度では、溶融した樹脂組成物がキャビティの表面に固化層（ｆｒｏｚｅｎ  ｌａｙｅｒ）を形成しながら前進して流跡が形成されたり、ボイドが形成され、表面の密度が低下することがある。このような表面状態は、イオン注入後に表面光沢の不均一を引き起こす原因となる。分解温度を超える温度では、樹脂組成物が分解されてガスが発生するため、ボイドが形成され、表面の密度が低下する。
【００３０】
中間コア金型板２０は、厚さが薄いため、４００ないし８００℃／分の昇温速度で加熱することができる。同時に、コア金型支持板４０の冷却水配管４３に冷却水を流して、コア金型支持板４０を、効率的な冷却に必要な温度を維持するように冷却する。
【００３１】
中間コア金型板２０とコア金型支持板４０が射出と冷却に適切な温度に到達すると、図中の左側方向に（キャビティ金型側に）コア金型固定板５０を移動させて、キャビティ金型２０と中間コア金型板３０とコア金型支持板４０とが密着するようにする（金型装置の閉鎖）。
【００３２】
次に、密着によって形成されたキャビティＣ内に溶融した樹脂組成物を注入し、注入途中や注入が完了した時点で電熱ヒータの電源を遮断する。電源が遮断されると、冷却されているコア金型支持板４０によって中間コア金型板３０が急速に冷却され、中間コア金型板３０と接しているキャビティ金型２０も、２００ないし４００℃／分の冷却速度で第２温度まで急速に冷却される。
【００３３】
注入が完了して樹脂組成物の凝固が完了すると、コア金型固定板５０を後方に（図中の右側方向に）移動させて、ガイドピン４１がガイド孔２２から分離されるようにする（金型装置の開放）。この時、中間コア金型板３０は、コイルスプリング９０の復元力によってコア金型支持板４０から分離されて冷却が遮断され、同時に、電熱ヒータ３３に電源が供給されて中間コア金型板３０が加熱される。キャビティＣから射出成形された射出成形物を除去し、前記のような過程が繰り返されて射出成形を行うようになる。
【００３４】
図４は、本発明にかかる射出成形方法と、従来の射出成形方法とを比較した概念図であり、図５は、本発明にかかる射出成形方法による射出成形物と、従来の射出成形方法による射出成形物との表面の写真である。図４Ａと図５Ａは、従来の射出成形方法に関するものであり、図４Ｂと図５Ｂは、本発明にかかる射出成形方法に関するものである。従来の射出成形方法では、冷却水が流れる金型のキャビティに溶融した樹脂組成物を射出して成形した。図４Ａから分かるように、従来の射出成形方法は、金型のキャビティの温度が低いため、溶融した樹脂組成物がキャビティの表面に固化層（ｆｒｏｚｅｎ  ｌａｙｅｒ）を形成しながら噴水のような形状（ｆｏｕｎｔａｉｎ  ｆｌｏｗ）に前進する。固化層の形成によって、図５Ａから分かるように、表面層の配向性が大きく、流跡（ｆｌｏｗ  ｌｉｎｅ）が形成される。また、ボイド（ｖｏｉｄｓ）が形成され、密度が低い。反面、図４Ｂから分かるように、本発明にかかる射出成形方法は、金型が高温に加熱された状態で溶融した樹脂組成物が流れるため、キャビティの表面に固化層がほとんど形成されず、溶融した樹脂組成物が層流（ｌａｍｉｎａｒ  ｆｌｏｗ）形状に前進し、図５Ｂのように、表面層の配向性が小さく、均一で、密度が高い。
【００３５】
図９は、従来の一般的な射出成形物のウェルドライン近傍表面の電子顕微鏡写真であり、図１０は、図９の射出成形物のウェルドライン近傍の表面粗さを測定したグラフである。従来の一般的な射出成形物のウェルドラインの周囲には約２３０マイクロメートルの深さの溝が形成されており、ウェルドラインに沿って微細な気泡が残存している。
【００３６】
図１１は、本実施形態の方法によって射出した成形物のウェルドライン周囲表面の電子顕微鏡写真であり、図１２は、図１１の射出成形物のウェルドライン近傍の表面粗さを測定したグラフである。本実施形態の方法によって射出した成形物のウェルドラインの周囲には約２０マイクロメートル以下の溝が形成されており、これは、ウェルドライン以外の表面の表面粗さとほぼ同じ深さの溝である。また、ウェルドラインの周囲にも気泡が残留しない。
【００３７】
図１を参照すれば、射出成形物にイオンを注入するステップは、射出成形物をイオン注入装置のチャンバ内の支持台に位置させるステップ（Ｓ５０）と、イオン注入装置のチャンバ内の支持台を冷却しながら、射出成形物にイオンを注入するステップ（Ｓ６０）とを含む。
【００３８】
射出成形物に加速されたイオンを注入すると、高分子の分子鎖が切断されたり（ｃｈａｉｎ  Ｓｃｉｓｓｉｏｎ）、二重結合をしたり、架橋（ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｉｎｇ）が起こり、機械的、電気的、光学的特性などが変化する。このような変化を利用して射出成形物の摩擦、摩耗、腐食抵抗、硬度、色などの物体の表面の性質を改善するだけでなく、射出成形物に伝導性を付与することができる。
【００３９】
図６は、本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法に用いられるイオン注入装置の概略図である。図６に示される装置は、プラズマイオン注入方法（Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ；ＰＳＩＩ）でイオンを注入する装置である。
【００４０】
図６を参照すれば、チャンバ７１内に設けられた支持台７６に射出成形物Ｗが置かれている。射出成形物Ｗの表面と一定距離離隔した位置に導電体のグリッド８１が設けられている。真空ポンプ７３でチャンバ７１内に適当な真空を形成した状態でガス供給装置７４からプラズマ生成のためのガスが供給され、プラズマ発生器７２の動作によってチャンバ７１の内部にプラズマが形成された状態でグリッド８１に負の高電圧パルスを印加する。この場合、グリッドに形成されたプラズマシースで加速されたイオンの一部はグリッドに注入され、残りはグリッドを通過して支持台７６に位置した射出成形物Ｗの表面に到達する。射出成形物Ｗの表面に到達する前記イオンのエネルギーが十分に大きい場合には、射出成形物Ｗの表面に注入される。ＰＳＩＩ方法においては、グリッドと射出成形物Ｗの表面との間の間隔が近いほど、射出成形物Ｗに到達するイオンのエネルギーが大きいため、イオン注入が行われやすい。しかし、間隔が近すぎると、射出成形物Ｗの表面にグリッドによる影が生じ、処理された表面の均一性を劣化させる問題点がある。
【００４１】
イオン注入が行われる過程で加速されたイオンのエネルギーによって射出成形物Ｗの温度が上昇して射出成形物Ｗが溶けたり焼けてしまうのを防止するために、支持台７６には冷却装置７７が設けられている。また、冷却装置７７は、射出成形物の内部に残存する圧縮された気体がイオンのエネルギーによって射出成形物の表面層がガラス転移温度以上に上昇すると、表面に表出し、表面にシミや変形が発生するのを防止する。支持台７６は、射出成形物Ｗと接する上面が射出成形物Ｗに対応する形状を有するため、支持台７６および射出成形物と密着して冷却効率が増加する。
【００４２】
冷却装置７７は、支持台７６に挿入された冷却パイプ７７を含む。冷却パイプ７７は、冷却媒体、例えば冷却水が循環する流路である。
【００４３】
冷却装置としては、冷却水が循環する冷却パイプのほか、支持台と接するように設けられた蓄冷物質を使用することができる。蓄冷物質は、低温環境で冷却されて冷熱を貯蔵し、周囲温度が上昇すると、冷熱を放出することによって周囲の空気を冷却させる。蓄冷物質は、ねじ機構、ワイヤ、クランプ機構のような固定手段によって支持台に固定される。加熱された射出成形物は、蓄冷物質の顕熱および／または潜熱を利用して冷却される。蓄冷物質としては、相変化物質（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ、以下、ＰＣＭという）、水またはその他低温で冷却および／または固体相に相変化し、周囲温度が上昇すると、冷熱を放出して周囲の空気を低温に維持させる多様な液体物質が使用できる。
【００４４】
また、図７に示されるように、冷却装置として、支持台７８と射出成形物Ｗとの間に蓄冷物質を収容する容器７９を配置することができる。この容器７９は、射出成形物Ｗと接する上面が射出成形物Ｗに対応する形状を有するため、射出成形物Ｗと密着して冷却効率が増加する。
【００４５】
さらに、冷却装置としては、支持台に設けられるペルチェ（ｐｅｌｔｉｅｒ）素子を用いることができる。ペルチェ素子は、互いに異なる２種類の金属または半導体の端を接続させ、電流を流すと、電流方向によって一方の端子は吸熱し、他方の端子は発熱を起こすペルチェ効果を利用するものであり、電流量に応じて吸熱量を調節することができる。
［第２実施形態］
【００４６】
本発明にかかるプラスチック射出成形物の表面改質方法の第２実施形態は、高密度の表面を有する射出品を製造するステップと、射出成形物に電子を注入するステップとからなる。
【００４７】
高密度の表面を有する射出品を製造するステップは第１実施形態と同様であるので、電子を注入するステップについてのみ説明する。
【００４８】
射出成形物に電子を注入するステップは、射出成形物を電子ビーム照射装置のチャンバ内の支持台に位置させるステップと、電子ビーム照射装置のチャンバ内の支持台を冷却しながら、射出成形物に電子を注入するステップとを含む。
【００４９】
電子ビーム照射装置は、従来の電子ビーム照射装置を用いる。電子ビーム照射装置のチャンバ内の真空度は、真空ポンプによって２×１０−５ｔｏｒｒ以下に維持可能であり、電子ビームのエネルギーは、加速電圧を通じて数十ないし数百ｋｅＶに調節する。
【００５０】
大面積射出成形物の表面を処理するために、電子ビームの照射面積を拡大させることができる。すなわち、電子ビーム光学系で電子ビームの大きさを調節するソレノイドの電流を変化させて電子ビームの照射面積を増加させることができ、スキャン（ｓｃａｎ）タイプの電子ビーム照射装置を用いて広い面積に照射することができる。
【００５１】
電子注入が行われる過程で加速された電子のエネルギーによって射出成形物の温度が上昇して射出成形物が溶けたり焼けてしまうのを防止するために、電子ビーム照射装置のチャンバ内の支持台には冷却装置が設けられている。支持台と冷却装置は実施形態１で説明したのと同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
以上、本発明を好ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想内で当該分野における通常の知識を有する者によって多様に変形可能であることは自明である。
【００５３】
例えば、プラズマイオン注入方法（Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ；ＰＳＩＩ）でイオンを注入するものとして説明したが、プラズマ発生装置で発生したイオンを抽出してフォーカシングによってビームの形態に形成し、加速させて対象物体の表面に走査する方式でイオンを注入することもできる。
【００５４】
図１３は、本発明にかかる、改質された表面を有するプラスチック射出成形物の一実施形態である。図１１の電子顕微鏡写真と図１２の表面粗さグラフはそれぞれ、図１３の写真に表されたプラスチック射出成形物の電子顕微鏡写真とグラフである。図１３の射出成形物は、表面粗さが２０マイクロメートル以下であり、表面にイオンが注入されたものである。窒素（Ｎ２）とヘリウム（Ｎｅ）を１２対８の割合の混合ガスを約１０Ｔｏｒｒの真空でプラズマを生成し、イオンビームインジェクタを用いてイオンを注入したものである。イオン注入時、５℃の蓄冷物質を射出成形物の背面に接触させて冷却した。イオン注入の結果、表面に金属性の光沢が形成され、成形物内部の気泡が表面に表出しておらず、表面にシミや変形が発生しなかった。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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