(57)【要約】【課題】被接着性に優れた部位を有し、かつ当該部位の良好な被接着性が長時間持続する芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物を提供する。【解決手段】芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主材料として形成された芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物１は、表面の一部に、接着物質を介して他の部材と接合される被接着部１０を備え、被接着部は、深さ１００マイクロメートル以下の溝１１が複数設けられることにより形成された凹凸パターンと、芳香族ポリエーテルケトン樹脂が熱変性することにより溝が設けられた側の面の少なくとも一部に形成された変性層１２とを有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主材料として形成された芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物であって、
表面の一部に、接着物質を介して他の部材と接合される被接着部を備え、
前記被接着部は、
深さ１００マイクロメートル以下の溝が複数設けられることにより形成された凹凸パターンと、
前記芳香族ポリエーテルケトン樹脂が熱変性することにより前記溝が設けられた側の面の少なくとも一部に形成された変性層と、
を有することを特徴とする芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物。
【請求項２】
前記芳香族ポリエーテルケトン樹脂はポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする請求項１に記載の芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物。
【請求項３】
芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主材料として形成された芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面処理方法であって、
前記芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面にレーザ光を照射し、深さ１００マイクロメートル以下の溝を複数形成するとともに、当該表面の少なくとも一部において前記芳香族ポリエーテルケトン樹脂を熱変性させて変性層を形成することを特徴とする芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面処理方法、より詳しくは、芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物における接着性を高めるための表面処理方法および芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ、登録商標）をはじめとする芳香族ポリエーテルケトン樹脂は、優れた耐化学性、耐熱性、絶縁性を示す。中でもＰＥＥＫは、結晶性の熱可塑性樹脂で、ポリカーボネート等に代表される非結晶性汎用エンジニアリングプラスチックを超える耐熱性、ポリアセタール樹脂等に代表される結晶性汎用エンジニアリングプラスチックを超える耐薬品性、及び優れた耐疲労性及び耐摩耗性などの特性から、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックとして、医療機器や航空機、半導体製造機器などの構造部品の材料として利用が進んでいる。
【０００３】
芳香族ポリエーテルケトン樹脂に限らず、樹脂を材料とする加工物を実用に供するに際しては、同一材料または異種材料からなる他の部材と接着剤を介して接合する必要性をしばしば生ずる。ここで、芳香族ポリエーテルケトン樹脂は、上述のように優れた特性を示す反面、接着剤に対する被接着力が劣るため、接着後にはがれやすいという問題がある。
【０００４】
従来知られている樹脂加工物表面の接着性改良方法としては、化学エッチング、プライマーの塗布、コロナ放電処理、プラズマ或いはオゾンの雰囲気下に暴露する、紫外線照射などが知られているが、芳香族ポリエーテルケトン樹脂に関しては、化学エッチング、プライマーの塗布はほとんど効果がなく、他の各手法は、ある程度の改善効果は得られるものの、その効果は一時的である。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ＰＥＥＫで形成された加工物の被接合部に紫外線を照射する表面処理方法が開示されている。これによれば、紫外線照射によって、ＰＥＥＫ高分子のカルボニル基の選択的活性化と、成形品表面の有機物（汚れ）の分解とにより接着性が向上するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２０２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１における選択的活性化は、改質効果が一定時間（例えば数十分から数時間）で焼失するため、表面処理後短時間で接着作業を実行する必要がある。したがって、表面処理したものをあらかじめ大量に保存しておくといったことはできず、製造上制約が大きいという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、被接着性に優れた部位を有し、かつ当該部位の良好な被接着性が長時間持続する芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、実行が容易で、効果が長時間持続する芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主材料として形成された芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物であって、表面の一部に、接着物質を介して他の部材と接合される被接着部を備え、前記被接着部は、深さ１００マイクロメートル以下の溝が複数設けられることにより形成された凹凸パターンと、前記芳香族ポリエーテルケトン樹脂が熱変性することにより前記溝が設けられた側の面の少なくとも一部に形成された変性層とを有することを特徴とする。
前記芳香族ポリエーテルケトン樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトンであることが好ましい。
【００１０】
本発明の第二の態様は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主材料として形成された芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面処理方法であって、前記芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面にレーザ光を照射し、深さ１００マイクロメートル以下の溝を複数形成するとともに、当該表面の少なくとも一部において前記芳香族ポリエーテルケトン樹脂を熱変性させて変性層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物によれば、被接着性に優れた部位を有し、かつ当該部位の良好な被接着性が長時間持続する芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物を提供することができる。
本発明の芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面処理方法によれば、実行が容易で、効果が長時間持続する表面処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物を示す平面図である。
【図２】同芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の正面視における被接着部の拡大図である。
【図３】本発明の一実施例における芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の基本形状を示す図である。
【図４】同芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の被接着部の拡大写真である。
【図５】本発明の他の実施例における芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の被接着部の拡大写真である。
【図６】比較例および各実施例の接着強度の計測結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例における芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の基本形状を示す図である。
【図８】同芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の軸線方向における断面図である。
【図９】同芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の被接着部を示す部分拡大図である。
【図１０】同芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の変形例における被接着部を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について、図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物（以下、単に「加工物」と称する。）１を示す平面図である。
【００１４】
本実施形態の加工物１は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂であるＰＥＥＫを主材料として形成されている。ＰＥＥＫは、Victrex Plc、Evonik Industries AG、Solvay Advanced Polymers LLCなどから射出成形用ペレットやフィルム、切削加工用の素形材などが上市されている。したがって、これらの材料を入手し、射出成形や押出成形および圧縮成形などの成形加工法、或いは切削加工等により、所望の形状に加工することにより化合物１の基本形状を形成することができる。
また、最も含有率が高い主材料が芳香族ポリエーテルケトン樹脂であれば、その他にガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、セラミック繊維などを繊維状或いはその他の形態で含有した材料で本発明の加工物が形成されてもよい。これにより加工物の強度の向上を図ることができる。
【００１５】
加工物１は、同一材料または異なる材料で形成された他の部材と接着される被接着部１０を表面の一部に有している。被接着部１０には、本発明の表面処理方法による表面処理が施されており、他の部材と接着剤等の接着物質を介して高い強度で接着されるよう加工されている。すなわち、被接着部１０は、本発明の表面処理により、他の部材との被接着性が高められている。
【００１６】
図２は、加工物１の正面視（図１に示すＡ矢視）における被接着部１０の拡大図である。被接着部１０には、幅方向に延びる溝１１が略等間隔で形成されている。溝１１の深さＤ１は１００マイクロメートル（μｍ）以下とされており、これにより被接着部１０には、微細な凹凸パターンが形成されている。
【００１７】
各溝１１の底面から所定の厚さの領域は、レーザ光による熱変性により加工物１の表面処理前の色、すなわち、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の本来の色から変化しており、酸化または炭化を生じた変性層１２となっている。変性層１２の表面は、加工物１の本来の表面よりも粗くなっており、接着剤等にかみ込みやすくなっている。変性層１２の酸化または炭化の度合いは、後述する表面処理の条件を調節することにより一定範囲で調節できるが、変性層１２を完全に炭化させてしまうと、加工物１から剥離してしまい、接着性が再び低下してしまうため注意する。
また、変性層１２は、加工物１の材料である芳香族ポリエーテルケトン樹脂そのものに比して脆くなるなど、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の好適な物性が損なわれる傾向にあるため、溝１１の底部において加工物１の厚さの５％未満の厚さ、或いは表面からの深さ１００μｍ未満の範囲とされるのが好ましい。
【００１８】
変性層１２は、被接着部１０において、概ね同様の厚さに形成されており、その後、溝１１が形成された面と反対側の面に近づくにつれて、徐々に変性の度合いが小さくなるように、変性の強さが連続的に変化している。底部から離間するにつれて徐々に薄くなるとともに、変性の度合いも徐々に低くなっている。これにより、変性層１２が全体として一様でなくなり、加工物１のうち変性していない他の部位から剥離しにくくなっている。
【００１９】
微細な凹凸パターンを形成するための溝１１の延びる方向は適宜設定されて構わないが、接合後の加工物に対して最も大きいせん断応力が生じる方向または、最も高頻度にせん断応力が生じる方向と直交するように設けられると、当該せん断応力に対して好適に被接着性を発揮できるため、好ましい。
【００２０】
上記のように構成された加工物１の製造方法について説明する。
まず、基本形状を有する芳香族ポリエーテルケトン樹脂の加工物を準備する。次に、被接着部１０を形成する部位に、レーザ光を照射する。
レーザ光の光源としては、金属や樹脂材料の切断・除去加工を行うために用いられるＹＡＧ、ＹＶＯ４などの各種固体レーザや、ＣＯ２などのガスレーザ、ＮｄやＹｂ シリカガラスなどのファイバーレーザなどが利用可能であり、レーザの出力波長は１、０００ｎｍ以上の赤外域が望ましい。レーザ光の出力は数ワット（Ｗ）から３０Ｗ程度の低出力で充分であり、ＡｒＦ、ＫｒＦエキシマレーザを用いたアブレーションを伴う表面改質法よりも安価である。さらに、減圧やガス導入も不要なため、簡便な装置構成と作業で実行することが可能である。
【００２１】
レーザ光を照射する装置の構成は、特に限定されるものではないが、例えば、レーザ光源を照射面上に導き、集光するための光学系と、加工物とレーザ光の出射部とを少なくとも３軸方向で相対移動させる駆動機構、および光学系や駆動機構を制御する制御部を備えたものを用いることができる。それぞれの駆動軸においてレーザ光学系と加工物のどちらを動かしてもよいが、制御の容易さと加工速度の観点からは、被接着部１０の面方向の延びる２軸においては、レーザ光の出射部側を駆動するのが実用的である。当該面方向に直交する１軸においては、加工物および出射部側の何れが駆動されても構わない。なお、出射部側の駆動については、必ずしも光源や光学系そのものを駆動しなくてもよく、例えば、光学系から出射されたレーザ光の光路上に配置されたミラー等を駆動することにより加工物に対してレーザ光が出射される位置を動かしてもよい。
【００２２】
加工物および出射部を適宜駆動して、加工物表面上のレーザ光の焦点を所望の方向にかつ所定のピッチで走査することにより、操作方向に延びる複数の溝１１による凹凸パターンと、レーザ光の熱により芳香族ポリエーテルケトン樹脂の一部が変性して形成された変性層１２とを備えた被接着部１０を備えた加工物１が完成する。
【００２３】
被接着部１０における溝１１の深さＤ１、幅Ｗ１、および変性層１２において一様に変性している部分の厚さＴ１等の各パラメータは、上記の照射部の表面、被酸化部の深さなどの性状は、レーザ光の出力、加工物表面におけるレーザ光のスポット径、照射時の走査速度、走査時のピッチ等を調節することにより適宜調節することができる。さらに、加工物の材料である芳香族ポリエーテルケトン樹脂の分子構造や顔料等の添加物の組成、及び表面処理前の加工物の表面粗さなどに由来するレーザ光の吸収・反射の変化もこれに影響を及ぼす。
例えばレーザ光の走査間隔が広い場合には、深さＴ１が浅い被接着部のパターンや、隣接する溝１１間の部位が変性しないことにより、変性層と変性していない部位とが被接着部の平面視において溝の延びる方向と直交する方向に交互に現れるようなパターンなどを形成することが可能である。
【００２４】
本実施形態の加工物１によれば、被接着部１０に塗布された接着剤等は、微細な溝１１に入りこんだ状態で他の部材と接着されるため、被接着部１０から接着剤等が外れにくく、接着強度が向上される。
【００２５】
また、溝１１の内面には、変性層１２が形成されているため、芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の本来の表面よりも粗さが増大され、接着剤等と良好に密着する。また、変性層１２は厚さが概ね均一な層状ではあるものの、厚さ方向における変性層から非変性部位への変化は連続的であり、非変性部位と変性層との間に明確な界面が存在しない。したがって、変性層が非変性部位から剥離することが好適に防止され、安定して高い接着強度を保持することができる。
【００２６】
さらに、溝１１による微細な凹凸パターンは、物理的形状変化であるため、表面活性化による接着強度向上に比べて、その効果持続時間が著しく長い。そのため、被接着部１０を形成した加工物をあらかじめ大量に製造して保存しておき、順次使用するといったことも可能となり、加工物１を用いた他の物品の製造に与える制約を小さくすることができる。
【００２７】
また、本実施形態における表面処理方法によれば、レーザ光の各種態様を調節することで、容易かつ確実に所望の形状の被接着部を芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物の表面に形成することができる。
【００２８】
また、レーザ光は被接着部のみに照射されるため、被接着部以外の領域は何ら変質しない。したがって、紫外線照射や、プラズマ照射等と異なり、被接着部以外の部位において芳香族ポリエーテルケトン樹脂の優れた物性を損なうことなく表面処理を行うことができ、他の部位を保護するためのマスク等を設ける必要もない。
【００２９】
本実施形態においては、概ね均一な厚さの変性層を設けるのに代えて、レーザ光の態様を調節することにより、変性層が溝の底部において最も厚く、底部から面方向に離間するにつれて徐々に薄くなるように、変性層の厚さを連続的に変化させることも可能である。このようにすると、変性層１２は厚さ方向に加え、面方向においてもその態様が連続的に変化するため、より剥離しにくくすることができる。
【００３０】
本発明において、微細な凹凸パターンを形成するための溝は、一方向に延びる直線状のものに限られず、様々に設定することができる。例えば、互いに直交する２種類の直線状の溝を被接着部に形成して、被接着部に格子状の凹凸パターンを設けてもよいし、円弧状等の曲線状の溝が単独または直線状溝と組み合わされて凹凸パターンが形成されてもよい。ただし、曲線状の溝を形成する走査プログラムの作成はそれほど容易ではないため、直線状の溝で被接着部を形成するのが容易であり、好ましい。
また、被接着部が形成される部位が平坦である必要もなく、斜面状や曲面状の部位に被接着部が形成されてもよい。
以下に示す各実施例では、上述したバリエーションも含めて本発明の加工物および表面処理方法についてさらに説明する。
【００３１】
（実施例１）
実施例１の加工物は、一方向に延びる溝を有する被接着部を備えた例である。
Victrex Plc社製のＰＥＥＫ（型番４５０Ｇ）を射出成形し、図３に示す、ＪＩＳ  Ｋ６２５１に定義する３号試験片の片側を構成する形状の、厚さ２ｍｍの試験片３１ａを表面処理前の加工物として作製した。試験片３１ａの長手方向の一方の端部における幅５ｍｍ×長さ１２ｍｍの範囲に、試験片３１ａの表面上におけるスポット径がφ５０μｍとなるように、近赤外域のＣＯ２レーザを走査しながら照射した。走査速度は１０００ｍｍ／ｓｅｃ、レーザ光照射のピッチは１００μｍとした。走査方向は、試験片３１ａの幅方向と平行に設定した。
【００３２】
その結果、多数の溝１１からなる微細な凹凸パターンを有する被接着部１０が一方の端部に形成された加工物３１を得た。図４は、試験片３１の平面視における被接着部１０の拡大写真であり、略等間隔で一方向に延びる溝１１を確認することができる。
被接着部１０を拡大して観察した結果、  溝１１の深さＤ１は、約３３μｍ、幅Ｗ１は、約１２６μｍ、着色された領域として計測した変性層１２の厚さＴ１は、約３２μｍであった。
【００３３】
（実施例２）
実施例１の加工物は、格子状の凹凸パターンを有する被接着部を備えた例である。
実施例１と同様の試験片３１ａに対して、実施例１と同様の領域に、近赤外域のＣＯ２レーザを走査しながら照射して互いに直交する２種類の溝を形成した。走査方向は、試験片３１ａの幅方向に対してそれぞれ４５°および１３５°傾いた２方向とし、スポット径の大きさ、走査速度、レーザ光照射のピッチ等の他のパラメータは、実施例１と同様とした。
【００３４】
その結果、互いに直交する２種類の溝からなる微細な凹凸パターンを有する被接着部１０Ａが一方の端部に形成された試験片３２を加工物として得た。図５は、試験片３２の平面視における被接着部１０Ａの拡大写真であり、略等間隔で互いに直交するように延びる２種類の溝１３および１４を確認することができる。
被接着部１０Ａを拡大して断面を観察した結果、レーザ照射による変性層の形成の状態は実施例１と概ね同様であった。
【００３５】
次に、実施例１および２の試験片を用いて行った接着強度としての引張せん断強さの計測結果について説明する。
試験片３１および３２と同形同大のＳＵＳ３０４製の相手側試験片を用意し、被接着部にエポキシ系接着剤を塗布して５ｍｍ×１２ｍｍの領域どうしを接合し、ダンベル状の左右対称な形状となるように接着固定した。なお、双方の被接着面における、接着剤塗布前のエタノールによるクリーニングや接着剤硬化のための加熱条件としては、一般的な条件を採用した。
【００３６】
接着剤が硬化した試験片に対して、ＪＩＳ  Ｋ７１６２の手順に従い、島津製作所製オートグラフ試験機を使って被接着部の引張せん断強さを計測した。実施例１および実施例２の他に、被接着部を形成しない試験片（比較例）および実施例１のレーザ光照射ピッチのみ５０μｍとした試験片（実施例１Ａ）についても同様の手順で計測を行った。各群ともサンプル数は３とし、試験片と相手側試験片との接合がはずれたときの引張せん断強さの平均値を破壊強度とした。結果を図６に示す。
【００３７】
図６に示すように、被接着部を形成した各実施例の破壊強度は、いずれも、比較例よりも大きく、接着強度が向上されていることが示された。特に、実施例１の試験片では、比較例の破壊強度約１０メガパスカル（ＭＰａ）に対して、おおよそ２倍の約２０ＭＰａとなっており、実用に充分耐えうる値となっていた。他の実施例についても１５ＭＰａ以上の破壊強度を示し、用途により充分実用可能であることが示された。
【００３８】
（実施例３）
実施例３の加工物は、被接着部を形成する部位が平面ではない例である。
実施例１と同一の材料を射出成型し、図７に示すような略円柱状の形状に、軸線と平行な２つの貫通孔４２を有する加工物４１ａを作製した。各貫通孔４２の一方の開口に、面取り又はザグリ加工により、図８に示すように、加工物４１ａの軸線に対して傾いた被接着面４２Ａを形成した。加工物４１ａの軸線方向における被接着面４２Ａの寸法は１ｍｍとした。
【００３９】
各被接着面４２Ａに対して、加工物４１ａの軸線と平行にレーザ光を照射し、実施例２と概ね同様の態様にて、図９に示すように、加工物４１ａを軸線方向に見た状態において略同心円状の溝４３を多数形成し、各被接着面４２Ａが微細な凹凸パターンおよび変性層４４を有する被接着部４５とされた加工物４１を得た。
【００４０】
得られた加工物４１に対して、管状のＳＵＳ製部材の外周面にエポキシ系接着剤を塗布して貫通孔４２内に接着固定し、さらに、被接着部４５とＳＵＳ製部材との間に同一の接着剤を充填し、両者を接着固定した。その結果、被接着部４５とＳＵＳ製部材との間に充填された接着剤は、被接着部４５と強固に接合され、ＳＵＳ製部材を確実に加工物４１に接合させるとともに、被接着部４５とＳＵＳ製部材との間も水密に保持することができた。
【００４１】
この実施例では、被接着部の溝が円弧状に形成された例を示したが、走査軌跡を径の小さい円弧状とするのが困難な場合等では、これに代えて、図１０に示すように、被接着面４２Ａに、加工物４１ａを軸線方向にみたときに互いに直交する溝４６および４７が形成されて被接着部４８とされてもよい。
この場合、走査中に被接着面４２Ａとレーザ光の出射部との距離がわずかに変化するが、加工物４１ａの軸線方向における被接着面４２Ａの寸法が１ｍｍ程度であれば、レーザ光の焦点を調節しなくても概ね好適に溝４６および４７を形成することができる。ちろん、必要に応じて適宜焦点調節が行われてもよい。
【００４２】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。
【００４３】
例えば、樹脂加工物の材料は、上述のＰＥＥＫに限られることはなく、他の各種芳香族ポリエーテルケトン樹脂が用いられてもよい。又、芳香族ポリエーテルケトン樹脂以外の樹脂材料、例えば四フッ化エチレン樹脂に代表されるフッ素系樹脂や、紫外線照射等の架橋処理が施された超高分子量ポリエチレン樹脂のように、接着が困難な樹脂材料に対しても本発明の方法の適用が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１、３１、３２、４１  芳香族ポリエーテルケトン樹脂加工物
１０、１０Ａ、４５、４８  被接着部
１１、１３、１４、４３、４６、４７  溝
１２、４４  変性層
【図１】
2013253132.tif 000003
【図３】
2013253132.tif 000004
【図６】
2013253132.tif 000005
【図７】
2013253132.tif 000006
【図８】
2013253132.tif 000007
【図１０】
2013253132.tif 000008
【図２】
2013253132.tif 000009
【図４】
2013253132.tif 000010
【図５】
2013253132.tif 000011
【図９】
2013253132.tif 000012