(57)【要約】【課題】型面と成形材料との密着力が強く、離型耐久性に優れる成型物の製造方法、及び成形型を提供する。【解決手段】成形基型１により成型物を製造する方法において、成形基型１の表面に酸化物であるバッファー層２を積層する工程と、バッファー層２の表面にフッ素系素材又はシリコン系素材である離型層３を積層する工程とを備える。また、離型層３を積層する前に、バッファー層２の表面を改質する工程や、バッファー層２を積層する前に、成形基型１の表面を改質させる工程を備えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型により成型物を製造する方法において、
前記成形型を構成する成形基型の表面に酸化物であるバッファー層を積層する工程と、
前記バッファー層の表面にフッ素系素材又はシリコン系素材である離型層を積層する工程とを備えることを特徴とする成型物の製造方法。
【請求項２】
前記離型層を積層する前に、前記バッファー層の表面を改質する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の成型物の製造方法。
【請求項３】
前記バッファー層を積層する前に、前記成形基型の表面を改質させる工程を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成型物の製造方法。
【請求項４】
前記成形基型は、クロム、ニッケル、ニッケルリン、又は金属メッキを施した樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の成型物の製造方法。
【請求項５】
前記バッファー層は二酸化ケイ素であり、前記離型層はフッ素系素材であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の成型物の製造方法。
【請求項６】
前記バッファー層及び離型層の少なくとも一方の積層は、浸漬法、真空蒸着法、スパッタリング法、化学的蒸着法のいずれか1つで行われることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の成型物の製造方法。
【請求項７】
成型材料を成型する成形型であって、
成形基型と、前記成形基型の表面に積層された酸化物であるバッファー層と、
前記バッファー層の表面に積層されたフッ素系素材である離型層と、
を備えることを特徴とする成形型。
【請求項８】
前記離型層は、表面が改質された前記バッファー層に積層されていることを特徴とする請求項７に記載の成形型。
【請求項９】
前記バッファー層は、表面が改質された前記成形型の表面に積層されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の成形型。
【請求項１０】
前記成形基型は、クロム、ニッケル、ニッケルリン、又は金属メッキを施した樹脂であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の成形型。
【請求項１１】
前記バッファー層は、二酸化ケイ素であり、前記離型層はフッ素系素材であることを特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載の成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成型物の製造方法、及び成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、成形型を用いて製造される成型物として水素系燃料電池のセパレータがあり、このセパレータは、ニッケルリンを素材としている。そして、このようなセパレータの製造方法は、種々提案されている。特許文献１には、燃料電池のセパレータの製造方法について、金属層の物質として、ニッケル等を使用することができる旨、及び離型剤としては、フッ素系等の離型剤を使用することができる旨が記載されている。また、特許文献２には、燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池についてフッ素系の離型剤を使用することが記載されている。
【０００３】
更に、特許文献３には、燃料電池用セパレータとして、基材と、基材上に形成された下地合金層と、下地合金層上に形成された金メッキ層と、を備えるものであって、下地合金層がM1−M2−M3（ただし、M1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、及びSnから選択される少なくとも1つの元素、M2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、及びRuから選択される少なくとも1つの元素、M3は、P、及びBから選択される少なくとも1つの元素である。）ことを特徴とする技術が記載されている。
【０００４】
そして、特許文献４には、型面に対する表面処理方法として、金型の型面を照射する工程では、形成された層を型面から剥離させない程度の照射条件下でエキシマ紫外光を照射することによって形成された層の表面と硬化樹脂との間の離型性を確保する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２２７８８４号公報
【特許文献２】特開２００３−７７４８７号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１４／０１０６６３Ａ１公報
【特許文献４】特許４０２２０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献４に記載の技術では、金型の型面を直接エキシマレーザー光で改質させ、離型膜をコートしており、型面と硬化樹脂との密着力が弱く、離型耐久性が劣ってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明では、型面と成形材料との密着力が強く、離型耐久性に優れる成型物の製造方法、及び成形型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】
【０００８】
前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、成形型により成型物を製造する方法において、前記成形型を構成する成形基型の表面に酸化物であるバッファー層を積層する工程と、前記バッファー層の表面にフッ素系素材又はシリコン系素材である離型層を積層する工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、成形型の表面に酸化物を積層したした後に、離型層を積層するので、成形型と離型層との密着力がＯＨ基の共有結合によって格段に良くなり、離型耐久性が向上させることができる。
【０００９】
同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の成型物の製造方法において、前記離型層を積層する前に、前記バッファー層の表面を改質する工程を備えることを特徴とする。
本発明によれば、表面が改質されたバッファー層に離型層が積層されるので、バッファー層と離型層の密着力がさらに向上する。
【００１０】
同じく請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の成型物の製造方法において、前記バッファー層を積層する前に、前記成形基型の表面を改質させる工程を備えることを特徴とする。
本発明によれば、表面が改質された成形基型層にバッファー層が積層されるので、成形基型とーバッファー層と密着力が向上する。
【００１１】
同じく請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の成型物の製造方法において、前記成形基型は、クロム、ニッケル、ニッケルリン、又は金属メッキを施した樹脂であることを特徴とする。
本発明よれば、成形基型として、クロム、ニッケル、ニッケルリン、又は金属メッキを施した樹脂から所望のものを選択することができる。
【００１２】
同じく請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の成型物の製造方法において、前記バッファー層は二酸化ケイ素であり、前記離型層はフッ素系素材であることを特徴とする。
本発明よれば、バッファー層は二酸化ケイ素とし、離型層はフッ素酸化物とするので、良好な密着性と剥離性を備えることができる。
【００１３】
同じく請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の成型物の製造方法において、前記バッファー層及び離型層の少なくとも一方の積層は、浸漬法、真空蒸着法、スパッタリング法、化学的蒸着法のいずれか1つで行われることを特徴とする。
本発明によれば、バッファー層及び離型層の少なくとも一方の積層を、浸漬法、真空蒸着法、スパッタリング法、化学的蒸着法から適切な手法で行うことができる。
【００１４】
同じく請求項７に記載の発明は、成型材料を成型する成形型であって、成形基型と、前記成形基型の表面に積層された酸化物であるバッファー層と、前記バッファー層の表面に積層されたフッ素系素材である離型層と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、成形型の表面に酸化物を積層したした後に、離型層を積層するので、成形型と離型層との密着力がＯＨ基の共有結合によって格段に良くなり、離型耐久性が向上させることができる。
【００１５】
同じく請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の成形型において、前記離型層は、表面が改質された前記バッファー層に積層されていることを特徴とする。
本発明によれば、表面が改質されたバッファー層に離型層が積層されるので、バッファー層と離型層の密着力がさらに向上する。
【００１６】
同じく請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の成形型において、前記バッファー層は、表面が改質された前記成形型の表面に積層されていることを特徴とする。
本発明によれば、表面が改質された成形基型層にバッファー層が積層されるので、成形基型とーバッファー層と密着力が向上する。
【００１７】
同じく請求項１０に記載の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の成形型において、前記成形基型は、クロム、ニッケル、ニッケルリン、又は金属メッキを施した樹脂であることを特徴とする。
本発明よれば、成形基型として、クロム、ニッケル、ニッケルリン、又は金属メッキを施した樹脂から所望のものを選択することができる。
本発明よれば、バッファー層は二酸化ケイ素とし、離型層はフッ素系素材とするので、良好な密着性と剥離性を備えることができる。
【００１８】
同じく請求項１１に記載の発明は、請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載の成形型において、前記バッファー層は、二酸化ケイ素であり、前記離型層はフッ素系素材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る成型物の製造方法、及び成形型によれば、成形型の表面に酸化物を積層したした後に、離型層を積層するので、成形型と離型層との密着力がＯＨ基の共有結合によって格段に良くなり、離型耐久性が向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る成型物の製造方法、及び成形型を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る成形型の接触角の測定結果を示す表である
【図３】同実施形態に係る成形型の離形性評価の方法を示す模式図である。
【図４】同実施形態に係る成形型の離形性評価の結果を示す表である。
【図５】同実施形態に係る成形型の膜成分部材移行性評価の方法を示す模式図である。
【図６】同実施形態に係る成形型の膜成分部材移行性評価の結果を示す表である。
【図７】同実施形態に係る成形型の耐摩耗性評価の方法を示す模式図である。
【図８】同実施形態に係る成形型の耐摩耗性評価の結果を示すものであり、（ａ）は常温におけるグラフ、（ｂ）は１８０℃におけるグラフである。
【図９】同実施形態に係る成形型のメッキ層の耐剥離性を示す成形型の断面を示す模式図である。
【図１０】同実施形態に係る成形型のメッキ層の耐剥離性評価の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を実施するための形態に係る成型物の製造方法、及び成形型について説明する。
【００２２】
まず、本実施形態に係る成型物の製造方法の基本的な工程について説明する。本実施形態に係る成型物の製造方法では、成形型を構成する成形基型の表面を改質する工程と、この成形基型の表面に酸化物であるバッファー層を積層する工程と、このバッファー層の表面を改質する工程と、このバッファー層の表面にフッ素系素材又はシリコン系素材である離型層を積層する工程とを備える。
【００２３】
図１は本発明の実施形態に係る成型物の製造方法、及び成形型を示す模式図である。まず製造する成形物の成形形状の表面を備えた成形基型１を準備する。この成形基型１にバッファー層２と離型層３とを順次積層して成形型４を形成する。成形基型１の材質は、ニッケル、クロム、ニッケルリンとすることができる。また、樹脂に金属メッキを施して形成したものであってもよい。
【００２４】
次に、成形基型１の表面を改質する。これは、成形型表面へのプラズマ照射などによる。また、成形基型１の表面に、エキシマレーザー光を照射し、活性化させることもできる。エキシマレーザー光を照射する時間は、３０秒から１分程度である。なお、成形型の材質のうち、鉄、銅、アルミニウムについては、成形型の表面を活性化させなくてもよい場合がある。
【００２５】
次に成形基型１の表面にバッファー層２として酸化物層である二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を積層する。このバッファー層２の積層は、ウェットコート法、ドライコート法による。また、イオンアシスト法、真空蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法のいずれかで行うことができる。
【００２６】
更に、このバッファー層２の表面をプラズマやＤＵＶなどにより改質する。そして、このバッファー層２の表面に、フッ素酸化物等のフッ素系コートなど撥水撥油性を示す離型層３形成する。離型層３の形成は、浸漬法、真空蒸着法、スパッタリング法、化学的蒸着法のいずれかで行うことができる。これにより、成形基型１の表面にバッファー層２と、離型層３とが形成され、成形型４が準備される。
【００２７】
本実施形態に係る成型物の製造方法では、成形基型１にバッファー層２と離型層３とが形成された成形型５を用いて合成樹脂等の成型材料により成形物を成形する。成型の方法は、公知の手法による。
【００２８】
本実施形態に係る成型物の製造方法によれば、成形基型１の離型耐久性を極めて高くすることができる。即ち、離型層３の成形基型１への密着力を大きくできる。これは、バッファー層２と、離型層３とが、化学結合、即ちＯＨ基による共有結合により強固に結びつくことによる。
【００２９】
本発明に係る成型物の製造方法により、成形物、例えば自動車の燃料電池のセパレータの製造する場合について説明する。一般には、燃料電池のセパレータの作成には、成形型を使用する。この例では、生産性を向上させるため、セパレータの成形型からの離型性を良好なものとする。なお、成型物は上記燃料電池のセパレータに限定されず、リチウムイオン電池、太陽電池等の部品であってもよい。
【００３０】
＜サンプルによる評価＞
以下、燃料電池用セパレータを前提とし、成形型のサンプルを作成して、「初期接触角」、「離形性」、「離型層成分移行性」、「耐摩耗性」、及び「メッキ層の耐剥離性」について評価を行った。
【００３１】
評価用サンプルとして３種類、Ｎｉ-Ｐメッキ上に３パターン、６つのサンプル、即ちサンプル（１）〜（６）を作成した。なお、サンプル（１）、（２）、（５）、（６）は本発明の実施例であり、サンプル（３）、（４）は従来技術による比較例である。
【００３２】
サンプル（１）、（２）：成形基型にバッファー層を形成した後、離型層を形成して作成した。
サンプル（３）、（４）：成形基型にエキシマ処理を施した後、離型層を形成し作成した。
サンプル（５）、（６）：成形基型にバッファー層を形成した後、エキシマ処理を施した後、離型層を形成して作成した。
【００３３】
具体的には、成形基型としては、鉄（Ｆｅ）にＮｉ-Ｐメッキを施したものを使用した。また、ガスケット素材は合成ゴムとチタンからなる複合材料を使用した。バッファー層は、真空蒸着法により膜厚が１０〜１００ｎｍとなるようにＳｉＯ２を積層した。
また、サンプル（５）、（６）におけるエキシマ処理は、ＳｉＯ２表面をエキシマレーザー光（波長１７２ｎｍ）を照射して表面の状態を改質した。この時の照射量は３５０ｍＪ／ｃｍ２〜３５００ｍＪ／ｃｍ２とした。
サンプル（５）、（６）の離型層は有効成分０．０５％〜１．０％の液を用い、ディップコート法で作成した。ディップコートの速度は０．２ｍｍ／ｓｅｃ〜３．０ｍｍ／ｓｅｃである。なお、サンプル（１）、（２）についてはドライコート法により作成した。
【００３４】
＜初期接触角の評価＞
各サンプルについて初期の接触角の測定を行った。
測定結果を図２に示す。図２に示すように、サンプル（１）〜（６）のいずれもが離型が良好に行える接触角を有している。
【００３５】
＜離型性の評価＞
図３に示すように、８０℃に加熱したサンプル１０とＳＵＳ製の板材１１で生ゴム１２を挟んだ状態で７ＭＰａの力でプレスし、板材１１を剥がす時の剥離力を測定した。板材１１を剥がした後はエタノールでサンプル１０の表面を洗浄し、更に板材１１をプレスし剥離する工程を繰り返した。１回目と３０回目の結果を図４に示す。
【００３６】
図４に示すように、サンプル（１）、（２）、サンプル（５）、（６）については、３０回目においても、小さな力で剥離でき、良好な離形性を有するものと判定できる。サンプル（３）、（４）については、３０回目において大きな剥離力が必要であった。
【００３７】
＜離型層成分部材移行性の評価＞
図５に示すように、８０℃に加熱したサンプル１０をチタン製の板状部材１３に１５ＭＰａの力で押し当て離型層の成分が部材にどれだけ移行したか評価した。評価は板状部材１３のサンプル１０との接触面の接触角を測定擦ることにより行った。板状部材１３の接触角が初期値より大きくなるほど離型層が移行していると判定できる。なお、サンプル（３）、（４）については、離形性が不良であるため、離形性評価以外の評価は行っていない。結果を図６に示す。
【００３８】
図６に示すように、サンプル（１）、（２）、（５）、（６）において、十分な接触角を有している。ここで、板状部材１３の初期接触角は７５°であり、試験後の接触角８０°〜８５°の値は別途測定した従来品の接触角９５°と比較して低い値であり、離型層の移行がほとんど起きていないことが分かる。
【００３９】
＜耐摩耗性の評価＞
図７に示すように、常温及び１８０℃に加熱したサンプル１０上を加硫ゴム製の摩擦部材１４を手で往復させながら擦り、所定の往復回数毎に接触角を測定した。比較例（１）、（２）、（３）として、フッ素系素材又はシリコン系素材を被膜しているが、バッファー層を有しないサンプルについても測定を行った。結果を図８に示す。図８に示すように、温度の高低に関わらず現行品より優れた摩耗性があることが確認された。常温、及び１８０℃において、比較例（１）、（２）、（３）に比してサンプル（１）、（２）、（５）、（６）は高い接触角を維持した。
【００４０】
＜メッキ層耐剥離性の評価＞
図９（ａ）に示すように、従来の成形型２０は、鉄（Ｆｅ）製の成形基型２１の表面にニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）メッキ層２２を設け、このメッキ層２２に離型層２３を形成して構成している。成形物の離型に際して、メッキ層２２と離型層２３の境界「ｂ」から剥離できれば、次回の成形の準備処理が容易である。しかし、メッキ層２２と離型層２３との密着性が局所的に強いことがあり、実際には成形基型２１とメッキ層２２との境界「ａ」から剥離してしまうことがある。この場合、成形基型２１に再度メッキ層２２を形成する必要がある。
【００４１】
これに対して、本発明の実施形態では、図９（ｂ）に示すように、成形型３０は、鉄（Ｆｅ）製の成形基型３１の表面にニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）のメッキ層３２を設け、このメッキ層３２に、ＳｉＯ２のバッファー層３３を介して離型層３４を形成している。
これにより、成形物の離型に際してメッキ層３２と離型層３４との境界「Ｃ」又は離型層３４と離型層３４との境界「Ｃ」から剥離する。このためメッキ層３２が境界「Ａ」において成形基型３１から剥離することがなく、メッキ層３２の再形成の頻度を減らすことができる。このため、大きな工数、コストの削減につなげられる。
【００４２】
この性能を評価するため、サンプル（１）、（２）、（５）、（６）について成形物の離型後において、離型層３３及び離型層３４を再度形成（リコート）した場合の接触角を測定した。測定値を初期接触角と共に図１０に示す。サンプル（１）、（２）、（５）、（６）は、初期接触角と同等の高い接触角を維持したことから、十分な性能が得られることが分かる。
【符号の説明】
【００４３】
１：成形基型
２：バッファー層
３：離型層
５：成形型
１０：サンプル
１１：板材
１２：生ゴム
１３：板状部材
１４：摩擦部材
２０：成形型
２１：基盤
２２：メッキ層
２３：離型層
３０：成形型
３１：基盤
３２：メッキ層
３３：バッファー層
３４：離型層
【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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