(57)【要約】【課題】  発光部品、電子部品、機械部品などに広く利用できる樹脂無機複合体とその製法を提供する。【解決手段】  樹脂無機複合体厚膜は無機粒子の樹脂を介した結合によって形成されていることがわかる。図３の白い部分は無機粒子の平均粒径は１．８５μｍであり、出発のアルミナ原料の平均粒子径と樹脂無機複合体厚膜中のアルミナ粒子の平均粒子径の平均径には有意差はなく、衝突過程における無機粒子の変形、破砕等は生じていない。また、図３の暗い部分は気孔若しくは樹脂で埋まった部分である。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料と無機材料からなる複合粉体を基材表面に衝突させることにより、複合粉体中の樹脂材料の瞬間的な変形または融着を利用して、樹脂材料と無機材料との複合構造を形成させることを特徴とする樹脂無機複合構造体の製造法。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂無機複合構造体の製造法において、前記複合粉体として、無機粒子を樹脂で被覆した被覆型複合粒子を用いることを特徴とする樹脂無機複合構造体の製造法。
【請求項３】
請求項１に記載の樹脂無機複合構造体の製造法において、前記複合粉体は粒度分布が二峰性であり、大きい方のピークの粒子径を基準にして、小さい方のピークの粒子径が比率で０．５未満であって、そのピーク強度比が重量％にして、（大きい粒子径の粉体）：（小さい粒子径の粉体）＝７：３〜９：１であることを特徴とする樹脂無機複合構造体の製造法。
【請求項４】
基材表面に樹脂無機複合膜が形成された樹脂無機複合構造体であって、樹脂無機複合膜中の無機粒子の粒度分布、結晶構造が原料の無機粒子と同じであることを特徴とする樹脂無機複合構造体。
【請求項５】
請求項４に記載の樹脂無機複合構造体において、前記樹脂無機複合膜の厚さは１〜５００μｍであり、気孔含有率は１０％未満であることを特徴とする樹脂無機複合構造体。
【請求項６】
請求項４に記載の樹脂無機複合構造体において、前記無機粒子の大きさが８０ｎｍ〜５μｍであることを特徴とする樹脂無機複合構造体。
【請求項７】
請求項４に記載の樹脂無機複合構造体において、前記無機粒子間の樹脂の厚みが５μｍ未満であることを特徴とする樹脂無機複合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉体の衝突固化現象を利用した樹脂無機複合構造体の製造法及び樹脂無機複合膜構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維強化プラスチックに代表されるような機械的特性を向上させることを目的とした樹脂と無機物質との複合材料が従来から知られている。例えば、特許文献１には、連続気孔を有するセラミックス多孔質体を溶融樹脂中に浸漬させて連続気孔内に樹脂を含浸せしめた構造が提案されている。
【０００３】
一方、室温に近い温度で複合構造物を製造する方法として、特許文献２や特許文献３にエアロデポジション法（ガスデポジション法）が提案されている。この方法は、微粒子を含むエアロゾルを基板に高速で衝突させ、衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させ、この破砕・変形によって生じる新生面同士を接合させることで構造物を基板上に形成させるものである。
【０００４】
また、上記のエアロデポジション法を、樹脂とセラミックスとの複合構造体の作製に応用した先行技術として特許文献４が挙げられる。この特許文献４にはセラミックス微粒子表面に樹脂をコーティングして複合微粒子とし、この複合微粒子を基材表面に高速で衝突させて複合微粒子を変形または破砕させ、この変形または破砕にて生じた活性な新生面を介して複合微粒子同士を再結合せしめることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０９３７５号公報
【特許文献２】特開２０００−２１２７６６号公報
【特許文献３】特開２００３−１８３８４８号公報
【特許文献４】ＷＯ０２／３４９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される方法では、セラミックス多孔質体中に溶融樹脂を含浸せしめるため、樹脂を溶融温度まで加熱しなければならず、装置が大掛かりとなり、作業環境も悪化しやすい。更に、この方法による場合は、微細なレベルで樹脂とセラミックスが混ざっているわけではないので、複合体全体としては特異な特性を示しても、その特性が複合体のどの部分でも均一に発現するわけではなく、均一な特性を要求される部品などには使用できない。  
【０００７】
一方、特許文献２〜４に開示される方法にあっては、機械的衝撃によって無機粒子を変形または破砕させることを前提としており、この変形または破砕の過程で微粒子表面に欠陥が導入されたり、変形または破砕前には有していた原料粉体の特性を失い、機能低下を招く不利がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく本発明に係る樹脂無機複合構造体の製造法は、樹脂材料と無機材料からなる複合粉体を基材表面に衝突させることにより、複合粉体中の樹脂材料の瞬間的な変形または融着を利用して、樹脂無機複合構造を形成させるようにした。
【０００９】
前記無機材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸
ジルコン酸鉛、酸化チタン、酸化亜鉛、イットリアアルミガーネット、ＹＢＣＯ等の金属酸化物系セラミック、窒化アルミ、窒化珪素、窒化炭素等の非酸化物系セラミックス、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅの金属並びに金属間化合物、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｅＯ、ＧａＡｓ半導体の中の一種または二種以上を用いることができる。
【００１０】
前記樹脂材料としては、アクリル系、フッ素系、スチレン系の中から一種または二種以上を用いることができる。
【００１１】
また、前記複合粉体としては、無機粒子を樹脂で被覆した被覆型複合粒子が好ましい。この被覆型複合粒子は機械的な複合化処理により得ることができる。
【００１２】
また用いる複合粉体としては粒度分布が二峰性のものが好ましい。具体的には、大きい方のピークの粒子径を基準にして、小さい方のピークの粒子径が比率で０．５未満であって、そのピーク強度比が重量％にして、（大きい粒子径の粉体）：（小さい粒子径の粉体）＝７：３〜９：１であるものを用いる。
【００１３】
上記の方法によって得られる本願発明の樹脂無機複合構造体は、構造体中の無機粒子の粒度分布、結晶構造が原料の無機粒子とほぼ同じになる特徴を有する。
【００１４】
また機能膜としては、厚さは１〜５００μｍ、気孔含有率は１０％未満であることが好ましく、無機粒子の大きさは８０ｎｍ〜５μｍが好ましく、無機粒子間の樹脂の厚みは５μｍ未満が好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基材上に粉体の衝突固化現象を利用して樹脂無機複合構造体を作製するにあたり、無機粒子の変形や破砕を伴わないので、原料粉体の特性を維持でき且つ極めて残留応力の小さな機能性構造体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施例１）
原材料に、気相成長させた高純度アルミナ粉体（平均粒子径１．８９μｍ、住友化学製ＡＡ−２）と非架橋のアクリル粉体（平均粒子径０．０８μｍ、日本ペイント製ＦＳ１０１）を用いて、樹脂被覆型の樹脂無機複合粉体を作製した。ここで、樹脂の配合量比はアルミナ重量に対し４mass％とした。因みに、この樹脂の配合量はアルミナ粉体と樹脂粉体とがそれぞれ前記平均粒子径を有する球と仮定した場合に、アルミナ粒子表面を樹脂で１００％覆うに必要な量である。
【００１７】
粒子複合化には、粉体層への強い摩擦力と圧縮力の印加が可能なメカノフュ−ジョンシステム（ホソカワミクロン（株）製、AM-20F）を用いた。秤量されたアルミナ粉体並びに樹脂粉体を上記装置の容器に入れ、大気中室温にて１０分間の処理を行った。
【００１８】
図１は処理前のアルミナ粉体の電子顕微鏡写真、図２は処理後の粉体の電子顕微鏡写真であり、図１と図２を比較すると、この処理によりアルミナ粉体は微細化することなくその表面が樹脂に覆われた複合粉体が得られることがわかる。
【００１９】
本発明の原料である樹脂無機粒子の作製には上記の機械的な手法による複合化が有効であった。一般に微粉体中には多くの凝集粒子が観察され、特に本実施例で用いた樹脂粉体は数μｍ以上の凝集粒子を多数含む粉体であったが、上記の機械的手法では、図２に示すように、無機粒子であるアルミナ粉体を粉砕することなく凝集樹脂を解砕し、更に樹脂粒子とアルミナ粒子とを結合させている。
【００２０】
また、図２に示した処理後の被覆型複合粒子と処理前のアルミナ粒子とを安息角で比較すると、被覆型複合粒子は安息角が約１０°低くなり流動性が増している。
【００２１】
以上によって得られた被覆型複合粒子を用い、衝突固化現象を利用した樹脂無機複合構造体の製造を試みた。
先ず、被覆型複合粒子をＨｅガス中でエアロゾル化し、ロータリポンプに直結した真空チャンバー内に搬送した。このとき、Ｈｅガスの流量は１０リットル／分、真空チャンバー内の圧力はガス導入状態で数百Ｐａであった。一方、真空チャンバー内でエアロゾル搬送管端部に取り付けられたノズルより５ｍｍ隔てた箇所にはガラス基板（無アルカリガラス  コーニング１７３７）をセットしておき、このガラス基板に向けてエアロゾルを３０秒間噴射し衝突せしめた。
【００２２】
得られた構造体（樹脂無機複合体厚膜）の電子顕微鏡写真を図３に示す。図３からわかるように、樹脂無機複合体厚膜は無機粒子の樹脂を介した結合によって形成されていることがわかる。電子顕微鏡によって撮影した２次元画像データから算出した無機粒子の平均粒径は１．８５μｍであった。本実施例の範囲内では、出発のアルミナ原料の平均粒子径と樹脂無機複合体厚膜中のアルミナ粒子の平均粒子径の平均径の有意差はないことから、衝突過程における無機粒子の変形、破砕等は生じなかったと言える。
【００２３】
また、複合粉体のエアロゾルがガラス基板に衝突する際、プラズマ光の発生が観察されなかったこと、出発のアルミナ原料と樹脂無機複合体厚膜のＸＲＤは両者とも同一のアルミナの回折パターンを示したこと等の結果からも、衝突による無機粒子の変形、破砕等は生じなかったと言える。
【００２４】
Ｈｅがス流量は１０リットル／分以上が好ましかった。ある程度以上の高いガス流量が成膜に必要であったことから、個々の粒子の衝突だけでなく粉体層（エアロゾル）の衝突による圧縮過程を含めた複合場が樹脂層の変形（融着）に不可欠な要素であると考えられる。
【００２５】
また、エアロゾル温度は室温乃至ガラス転移温度（Ｔｇ）未満が好ましかった。前記非架橋アクリル樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は約６５℃であるが、エアロゾル温度をこれ以上の温度に上げると、樹脂による固定化が生じなかった。したがって、本発明方法は低温のエアロゾルの衝突による接触点での瞬間的な樹脂の変形若しくは融着を利用した成膜法といえる。
【００２６】
また、図３の暗い部分は気孔若しくは樹脂で埋まった部分であった。この例ではアルミナ粉体は粒子間に小粒子が詰まるような粒度分布を持たなかった。
小粒子として、平均粒径０．３μｍのアルミナ粉体（住友化学製、ＡＫＰ−５０）を前記アルミナ粒子との配合比でおよそ３：７（小粒子が少ない）の二峰性粒子径分布を用いると、ほぼ緻密膜が得られた。また、本実施例の範囲内では重量％にして、（大きい粒子径の粉体）：（小さい粒子径の粉体）＝７：３〜９：１に粒度分布を設計した複合粒子を用いた場合に、電子顕微鏡観察の範囲内で緻密膜が得られた。
【００２７】
また、本実施例での成膜レートは約３０μｍ／秒であった。このような高い成膜レートが得られた要因の一つとして、前記したように複合化による粉体の高流動化が挙げられる。粉体の流動抵抗が大きいと搬送管内あるいはノズルでの目詰まり頻度が大きくなるおそれがあり、粉体の高流動化は量産プロセス化へのスケールアップには必要な粉体設計項目であるといえる。
【００２８】
（実施例２）
実施例１の非架橋アクリル樹脂に替えて、架橋アクリル樹脂およびポリスチレン樹脂を用いて、同様の条件で、樹脂無機複合体厚膜を作製したところ、同様の結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る樹脂無機複合構造体の製造法および当該製造法で得られた樹脂無機複合構造体は、ＤＮＡチップ、蛋白質チップ、細胞チップなどのバイオチップ材料、人工骨、人工歯根、医療用カテーテルなどのバイオ材料、摺動部材の耐摩耗表面コート、防汚表面コート、撥水コート、親水コート、酸化防止膜、防錆材料、耐食材料、抗菌防黴材料、低誘電材料、選択吸収フィルター、蛍光ソーラー集光器の蛍光膜、色素レーザー、微小球レーザー、超高速光スイッチなどの非線形光学材料、フォトニクスデバイス素子、フォトクロミック材料、色素増感型太陽電池、耐熱性を有する建材用保護コート、回路基板用誘電体膜、傾斜機能材料、多孔質材料などに利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】複合化処理前のアルミナ粉体の電子顕微鏡写真
【図２】複合化処理後の粉体の電子顕微鏡写真
【図３】構造体（厚膜）の電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は（ａ）を２倍に拡大している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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