(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素樹脂で構成されたフッ素樹脂部材を、金属、ガラス樹脂又はシリコン樹脂のいずれかで構成された他の部材に、接着剤を用いることなく接着する接着方法であって、
前記フッ素樹脂部材の表面をプラズマにより改質する表面改質工程と、
常温及び常圧の下で、前記表面改質工程で改質された前記フッ素樹脂部材の前記表面を、前記他の部材に前記接着剤を介さずに接合する接合工程と、
を有することを特徴とする接着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素樹脂で構成されたフッ素樹脂部材を他の部材に接着する接着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、フッ素樹脂は、耐薬品性、耐熱性、電気絶縁性、防汚性、耐候性、耐紫外線劣化性、撥水撥油性、低摩擦係数など、他の樹脂に見られない優れた性質を備えている。ここで、従来から、金属部材の表面を保護する目的から、このフッ素樹脂で構成されたフッ素樹脂部材をシート状にして、金属部材の表面に接着することが行われている。そして、このフッ素樹脂部材を金属部材に接着させる手段として、接着剤が用いられていた。
【０００３】
しかしながら、接着剤を使用すると、接着剤と部材との親和性が悪いため、接着強度が低くなったり、また接着ムラがあったり、部材が相互に剥がれてしまうなどの問題がある。
【０００４】
また、接着剤と部材との親和性を上げるために、薬液処理などでフッ素樹脂部材の表面改質を行っているが、接着剤を必要とするために接着剤層（数１０μｍ）が存在し、部材の特性に影響が出てしまう問題が残る。
【０００５】
また、従来の薬剤処理による表面改質では、製造工程が複雑で長くなり（薬液処理、水洗い、乾燥、接着剤塗布、接着などが必要）、また、装置が大型化する問題がある。
【特許文献１】特開２００６−２９４５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、接着剤を用いずに部材同士を接着しようとすると、部材の融点付近あるいはそれ以上の温度で、溶着させなければならない。その温度で部材同士を溶着させると、部材の組成の変化、形状の変形、変色などが生じてしまうことがあり、使用できる部材の材質、用途が限定されてしまう不便さがある。
【０００７】
また、接着剤を用いずに部材同士を接着できるようにするためには、部材の化学的又は物理的な構造及び組成から変更しなければならず、膨大な時間と経費が必要となってくる。また、各部材の化学的又は物理的な構造及び組成を変えると、部材の優れた特性（例えば、耐熱性、強度、絶縁性など）を犠牲にすることにもなる。
【０００８】
そこで、本発明は、フッ素樹脂部材と他の部材を、接着剤を用いることなく、かつ各部材の化学的又は物理的な構造及び組成を変化させることなく、接着することができる接着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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、フッ素樹脂で構成されたフッ素樹脂部材を、金属、ガラス樹脂又はシリコン樹脂のいずれかで構成された他の部材に、接着剤を用いることなく接着する接着方法であって、前記フッ素樹脂部材の表面をプラズマにより改質する表面改質工程と、常温及び常圧の下で、前記表面改質工程で改質された前記フッ素樹脂部材の前記表面を、前記他の部材に前記接着剤を介さずに接合する接合工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、表面改質工程において、フッ素樹脂部材の表面がプラズマにより改質される。次に、接合工程において、常温及び常圧の下で、表面改質されたフッ素樹脂部材の表面が、金属、ガラス樹脂又はシリコン樹脂のいずれかで構成された他の部材に接着剤を介さずに接合される。これにより、フッ素樹脂部材は、他の部材に強固に接着する。このように、本発明の接着方法によれば、接着剤を用いることなく、かつ各部材の化学的又は物理的な構造及び組成を変えることなく、フッ素樹脂部材と他の部材を容易かつ確実に接着することができる。
また、接合工程において、常温の下で、フッ素樹脂部材と他の部材とが接合されることにより、各部材の組成が変化したり、各部材の形状が変形したり、各部材が変色してしまうことを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の第１実施形態に係る接着方法について、図面を参照して説明する。
【００１６】
先ず、本実施形態の接着方法を構成する表面改質工程を実施するための大気圧プラズマ処理装置について説明する。図１に示すように、大気圧プラズマ処理装置１０は、印加電極１２を備えている。この印加電極１２と対向する位置には接地電極１４が配置されている。なお、印加電極１２と接地電極１４の一方または両方の電極は、誘電体で覆われている。接地電極１４は、地面にアース接続されている。
【００１７】
また、接地電極１４の一方の端部側には、フッ素樹脂シート（フッ素樹脂部材）Ｓを印加電極１２と接地電極１４との間に送り出すロール状の送出装置１６が配置されている。また、接地電極１４の他方の端部側には、表面改質されたフッ素樹脂シートＳを巻き取るロール状の巻取装置６４が配置されている。
【００１８】
また、接地電極１４の両端部近傍には、フッ素樹脂シートＳに皺が発生しないように下方からフッ素樹脂シートＳを支持する支持ロール２０、２２がそれぞれ配置されている。これにより、フッ素樹脂シートＳの表面改質部は平面状になる。なお、送出装置１６及び巻取装置６４は、図示しないモータなどの駆動源に接続されている。これにより、送出装置１６及び巻取装置６４は、駆動源からの駆動力により回転駆動できるようになっている。
【００１９】
ここで、フッ素樹脂シートＳは、フィルム状又はシート状に形成されていることが好ましいが、これに限られるものではなく、例えば、板状、チューブ状、バルク状など、改質表面が平面となるものであれば、種々の形状のものを用いることができる。また、フッ素樹脂シートＳは、分子内にフッ素原子を含むものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などが挙げられる。
【００２０】
また、印加電極１２には、マッチング回路２４を介して高周波電源２６が電気的に接続されている。この高周波電源２６により印加電極１２と接地電極１４との間に高周波電圧が印加される。また、印加電極１２には、導管２８により混合器３０が接続されている。
【００２１】
混合器３０には、導管３２によりガス流量計測装置３４を介して第１の処理ガス源３６が接続されている。また、混合器３０には、導管３８により気化器４０及びガス流量計測装置４２を介して第２の処理ガス源４４が接続されている。この気化器４０には、導管４６により電磁バルブ４８を介してエタノール供給源５０が接続されている。
【００２２】
ここで、第１の処理ガス源３６及び第２の処理ガス源４４の内部には、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）などの希ガスや、窒素（Ｎ２）などの不活性ガスが充填されている。第１の処理ガス源３６及び第２の処理ガス源４４の内部には、これら単体の不活性ガスが充填されていてもよく、また数種類の不活性ガスが混合したガスが充填されていてもよいが、表面改質の効果が高いヘリウム（Ｈｅ）ガスが充填されていることが特に好ましい。
【００２３】
また、エタノール供給源５０にはエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）が充填されているが、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）に限られるものではなく、例えば、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）など、炭素数４以下の第１級アルコール又は第２級アルコールである低級アルコールであればよい。
【００２４】
次に、第１実施形態の接着方法について説明する。
第１実施形態の接着方法は、フッ素樹脂シートＳと、金属、シリコン樹脂又はガラス樹脂のいずれかで構成される他の部材と、を強固に接着させる方法である。以下、他の部材として、金属部材を例に挙げて詳細に説明する。
【００２５】
図２に示すように、接着処理では、フッ素樹脂シートＳの表面改質工程が実行される（Ｓ１００）。表面改質工程は、図１に示す大気圧プラズマ処理装置１０を用いて実行される。すなわち、図１に示すように、駆動源からの駆動により送出装置１６及び巻取装置６４が回転駆動されて、フッ素樹脂シートＳが印加電極１２と接地電極１４との間に送り出される。このとき、印加電極１２と接地電極１４との間に位置するフッ素樹脂シートＳの表面処理部は、フッ素樹脂シートＳの表面処理部の近傍が各支持ロール２０、２２により下方から支持されているので、平面状となり、かつ皺がない状態となっている。
【００２６】
また、エタノール供給源５０から液体のエタノールが導管４６を通って気化器４０に供給される。この気化器４０によりエタノールが気化される。また、第２の処理ガス供給源４４から不活性ガスが所定の流量だけ導管３８を通って気化器４０に供給される。気化器４０で気体にされたエタノールは、第２の処理ガス供給源４４から供給された不活性ガスによりバブリングされ、このバブリングされたガスが混合器３０に供給される。このとき、第２の処理ガス供給源４４から気化器４０に供給される不活性ガスの流量がガス流量計測装置４２により計測され、その計測値に基づいて電磁バルブ４８が制御されることにより、エタノール供給源５０から気化器４０に供給されるエタノールの流量が制御される。このように、気化器４０では、エタノールが気化されるとともに、第２の処理ガス源４４から供給された不活性ガスと気化されたエタノールとが混合されて混合ガスとなる。
【００２７】
また、第１の処理ガス源３６からは所定の流量の不活性ガスが導管３２を通って混合器３０に供給される。この第１の処理ガス源３６から供給される不活性ガスは、キャリアガスとして作用する。混合器３０では、第２の処理ガス源４４から供給された不活性ガスと気化されたエタノールとが混合された混合ガスと、第１の処理ガス源３６から供給された不活性ガスとが混合される。これにより、混合器３０では、希釈ガス（処理ガス）が生成される。混合器３０で生成された希釈ガス（処理ガス）が導管２８を通って印加電極１２と接地電極１４との間に供給される。
【００２８】
一方、印加電極１２と接地電極１４との間には、高周波電源２６から高周波電圧が印加される。このときの周波数は、高周波（数百ｋＨｚから数十ＭＨｚ）が用いられるが、特に、工業用周波数である１３．５６ＭＨｚとすることが好ましい。また、印加電極１２と接地電極１４との間は、大気圧（１０１３ｈＰａ）の近傍の圧力（９００ｈＰａ以上１０１３ｈＰａ以下）となっている。
【００２９】
なお、印加電極１２と接地電極１４との間に作用する圧力を９００ｈＰａよりも小さくすると、真空ポンプや真空容器が必要となり、設備の製造コスト及び設備のランニングコストが増大するため、不具合となる。また、印加電極１２と接地電極１４との間に作用する圧力を１０１３ｈＰａよりも大きくすると、処理ガスが外部に漏れてしまうことを防止するために耐圧容器あるいはより高い気密性が必要となり好ましくない。
【００３０】
印加電極１２と接地電極１４との間に希釈ガス（処理ガス）が供給されるとともに高周波電圧が印加されると、印加電極１２と接地電極１４との間の放電空間内の希釈ガス（処理ガス）が電離してプラズマが発生し、希釈ガス（処理ガス）が電離した励起状態となって活性化される。そして、放電空間内に発生したプラズマがフッ素樹脂シートＳの表面に接することにより、フッ素樹脂シートＳの表面改質が行われる。
【００３１】
より具体的には、エタノールがプラズマ中で励起されると、−Ｈ、−ＯＨ、または−Ｏ−等が解離される。フッ素樹脂シートＳのフッ素樹脂表面のＣ−Ｆ結合は、その結合エネルギの関係から、アルコールから解離した−Ｈによって切断される。Ｆが切断されたＣの未結合手（ダングリングボンド）に、−ＯＨまたは−Ｏ−が付き、表面のフッ素樹脂に親水性を与えることになる。これにより、フッ素樹脂シートＳのフッ素樹脂表面を改質させることができる。
【００３２】
なお、炭素数が比較的多い高級アルコールを用いると、アルコールがプラズマ中で励起させる際、粘性が高くなり過ぎて気化させることができないか、あるいはクラスター状になるため、励起が極めて困難になる。また、多価アルコールを用いた場合も、粘性が高くなるため、励起が困難になる。さらに、第３級アルコールを用いると、第３級アルコールが酸化されないため、親水性の官能基を解離させることはできない。これらのように、エタノールを用いることにより、フッ素樹脂シートＳのフッ素樹脂表面を都合良く改質させることができる。
【００３３】
上述したように、各大気圧プラズマ処理装置１０を用いて表面改質（プラズマ処理）されたフッ素樹脂シートＳは、巻取装置６４で巻き取られる。
【００３４】
次に、図２に示す接合工程が実行される（Ｓ２００）。なお、この接合工程の前段階で、接着対象の他の部材である金属部材（他の部材）Ｍの表面を洗浄してゴミ、塵などを除去しておくことが好ましい。この接合工程では、図３に示すように、プラズマにより表面改質されたフッ素樹脂シートＳが金属部材Ｍに接合される。この接合方法は、作業者が手で両者を張り合わせてもよく、また、ベルトコンベアなどで金属部材Ｍを移動させて、フッ素樹脂シートＳと金属部材Ｍとをローラを用いて接合させるようにしてもよい。また、接合時の条件として、常温及び常圧の下で、両者を接合させる。ここで、常温とは、例えば、１５℃から２５℃の範囲を意味する。これにより、フッ素樹脂シートＳと金属部材Ｍとが強固に接着される。なお、フッ素樹脂シートＳの接合対象となる部材は、金属部材Ｍの他に、ガラス樹脂又はシリコン樹脂で構成された部材を用いることによっても、強固な接着力が生じる。
【００３５】
また、接合時の条件として、フッ素樹脂シートＳ又は金属部材Ｍの少なくとも一方を加圧して、両者の間に所定の圧力が作用する状態（常温及び加圧の条件）にて接合すると、両者の接着力が向上しさらに強固に接着される。
【００３６】
以上のように、本実施形態の接着方法によれば、大気圧プラズマ処理装置１０を用いてフッ素樹脂シートＳの表面を改質し、その後、フッ素樹脂シートＳと金属部材Ｍとを接合するだけで、接着剤を用いることなく、フッ素樹脂シートＳと金属部材Ｍを容易かつ確実に接着することができる。
【００３７】
特に、フッ素樹脂シートＳと金属部材Ｍは常温で接合されることにより接着するため、各部材の化学的又は物理的な構造及び組成が変わることを防止できる。
【００３８】
また、フッ素樹脂シートＳと金属部材Ｍとの間に接着剤層が存在しないので、フッ素樹脂シートＳの特性に影響を与えることもない。さらに、大気圧プラズマ処理装置１０を用いた均一な表面改質を行うので、フッ素樹脂シートＳの接着強度にムラが生じてしまうことも防止できる。
【００３９】
特に、大気圧プラズマ処理装置１０Ａ、１０Ｂの処理ガスの生成にはエタノールを用いることにより、有害性がないため、環境に悪影響を及ぼすことを防止できる。また、エタノールには有害性がないため、エタノールを取り扱うために、有害性を考慮した特別な設備が不要となる。また、エタノールには有害性がないため、エタノールを廃液処理するための特別な設備が不要となる。このように、本発明では、環境に悪影響を及ぼすことを防止できるとともに、設備を製造するための製造コストや設備を作動させるためのランニングコストを大幅に低減させることができる。特に、アルコールとしてエタノールを用いることにより、最も安全性を向上させることができる。
【００４０】
さらに、各支持ロール２０、２２によりフッ素樹脂シートＳが支持されるため、フッ素樹脂シートＳの表面処理部が平面状になる。フッ素樹脂シートＳの表面処理部を平面状とすることにより、プラズマを斑なくフッ素樹脂シートＳの表面処理部に照射させることができ、表面改質の品質を大幅に向上させることができる。この結果、フッ素樹脂シートＳと金属部材Ｍとの間の接着力に斑がなくなり、両者の接着強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る接着方法の表面改質工程を実行するための大気圧プラズマ処理装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る接着方法の各工程を示した工程図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る接着方法により接着されたフッ素樹脂部材と金属部材の接着状態を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０      大気圧プラズマ処理装置
Ｓ        フッ素樹脂シート（フッ素樹脂部材）
Ｍ        金属部材（他の部材）
【図１】
0005152784.tif 000002
【図２】
0005152784.tif 000003
【図３】
0005152784.tif 000004