(57)【要約】【課題】金属材料に対する腐食、処理後の乾燥処理が問題とならず、被処理物の表面の塗膜付着性等を改善できるオゾンを用いた表面処理方法及び表面処理装置を提供する。【解決手段】密閉処理室１内において、大気圧プラズマ放電によるオゾン発生装置４でオゾンガスを発生させ、送風装置５で循環させ、被処理物１０の表面をオゾンガスに接触させる。この状態で所定時間以上保持する。この所定時間ｔは、オゾン濃度をｃとして（ｃ×ｔ）の累積が予め設定した値を超える時間ｔとする。【選択図】図１
2009120785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物の表面をオゾンガスに接触させた状態で所定時間以上保持することを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
前記オゾンガスと前記被処理物との接触を密閉された室内において行うことを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記室内における前記オゾンの体積濃度をｃ、前記被処理物の表面と前記オゾンガスとの接触時間をｔとしたとき、（ｃ×ｔ）の値が予め設定した値を超えたことを以って処理を終了することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面処理方法。
【請求項４】
プラズマ放電によりオゾンガスを発生させるオゾン発生装置により生成したオゾンガスを前記オゾンガスとして用いることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の表面処理方法。
【請求項５】
大気圧下でのプラズマ放電によりオゾンガスを発生させるオゾン発生装置により生成したオゾンガスを前記オゾンガスとして用いることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の表面処理方法。
【請求項６】
被処理物を収容し密閉可能な処理室と、
オゾンガスを発生させるオゾン発生装置と、
前記オゾン発生装置が生成したオゾンガスを前記処理室内で前記被処理物の収容部を通過するように循環させる循環手段とを備える表面処理装置。
【請求項７】
前記処理室内のオゾン濃度を計測するオゾン濃度計を備えることを特徴とする請求項６に記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濡れ性、塗膜付着性等の改善を目的としたオゾンを用いた表面処理方法及び表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
濡れ性、塗膜付着性等の改善を目的とした表面処理方法は、様々な産業分野で応用可能である。航空機に注目すると、航空機の外装は過酷環境下に置かれるため、高い塗膜付着性が求められる。
図５に、従来の塗装前表面処理工程の一例を示す。図５は、航空機材料に施される処理の一例である。最後のプライマー塗装Ｓ３までで塗装前処理が完了し、後工程の上塗りにつながる。なお、外装塗装のためには、プライマー塗装Ｓ３前温風乾燥Ｓ２後にパーツを組立てる組立工程が入る。
航空機材料としては、ジュラルミンや超ジュラルミン等の高比強度のアルミニウム合金が多用されている。これらの高力アルミニウム合金は引っ張り強さが５００〜６２０Ｍｐａと高く、合金元素としてＣｕ，Ｚｎなどの重金属を含有し、時効硬化によって高い強度を発揮する。
一方、これらの航空機材料の耐食性には弱点があるため、耐食性確保を主目的として、アノダイシング（陽極酸化処理）Ｓ１を行うことが通例となっている。
【０００３】
一般に、金属表面への塗装の場合、下塗りとしてプライマーを塗布し、その上から上塗りの塗料を塗装した方が、塗膜の付着力が向上する。
しかし、金属表面とプライマー塗膜との付着力、プライマーと上塗り塗膜との付着力をさらに改善することは望まれる。
プラスチック材の表面を塗装する場合にあっては、プラスチック表面は、極性基が少なく濡れにくいため、塗膜の付着力が小さい場合がある。特に、結晶化度の高いプラスチック、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ナイロン等は、ポリマーの凝集力が大きく難溶性のため、塗膜の付着力が小さくなる。
上記のプライマーに限らず塗膜はポリマーであるため、プライマー上への上塗り塗装は、プラスチック表面への塗装に近似したものがあり、従来、プライマー上に上塗りした塗膜の付着力が不足し、接着破壊や凝集破壊を起すことがあった。
素材表面やプライマー等の下塗り表面などの被処理物表面の付着性を改善する何らかの表面処理が求められる。
【０００４】
特許文献１には、オゾンを用いた表面洗浄方法が記載されている。同方法は、オゾンを溶解した過酸化水素水の蒸気又は過酸化水素水を、被処理物の表面に接触させた状態で
紫外線を照射する方法である。
【特許文献１】特開平６−２８７７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、以上の従来技術にあってもさらに次のような問題があった。
特許文献１に記載のオゾンを用いた表面洗浄方法にあっては、蒸気又は水を用いるので、金属材料に対する腐食、処理後の乾燥処理が問題となる。
【０００６】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、金属材料に対する腐食、処理後の乾燥処理が問題とならず、被処理物の表面の塗膜付着性等を改善できるオゾンを用いた表面処理方法及び表面処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、被処理物の表面をオゾンガスに接触させた状態で所定時間以上保持することを特徴とする表面処理方法である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記オゾンガスと前記被処理物との接触を密閉された室内において行うことを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記室内における前記オゾンの体積濃度をｃ、前記被処理物の表面と前記オゾンガスとの接触時間をｔとしたとき、（ｃ×ｔ）の値が予め設定した値を超えたことを以って処理を終了することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面処理方法である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、プラズマ放電によりオゾンガスを発生させるオゾン発生装置により生成したオゾンガスを前記オゾンガスとして用いることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の表面処理方法である。
【００１１】
請求項５記載の発明は、大気圧下でのプラズマ放電によりオゾンガスを発生させるオゾン発生装置により生成したオゾンガスを前記オゾンガスとして用いることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の表面処理方法である。
【００１２】
請求項６記載の発明は、被処理物を収容し密閉可能な処理室と、
オゾンガスを発生させるオゾン発生装置と、
前記オゾン発生装置が生成したオゾンガスを前記処理室内で前記被処理物の収容部を通過するように循環させる循環手段とを備える表面処理装置である。
【００１３】
請求項７記載の発明は、前記処理室内のオゾン濃度を計測するオゾン濃度計を備えることを特徴とする請求項６に記載の表面処理装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被処理物の表面をオゾンガスに接触させた状態で所定時間以上保持することによって、オゾンガスから分離した活性酸素が被処理物表面の有機汚染物質から炭素等の元素を引き抜いてＣＯ２等の揮発性物質に変化して除去する。その結果、被処理物表面に官能基が形成されることとなり、これによって、被処理物表面の濡れ性、塗膜付着性が改善され、塗装した場合、塗膜の長期耐久性が改善される。
本発明によれば、オゾンガスを被処理物の表面に接触させるだけのドライ式であるため、金属材料に対する腐食、処理後の乾燥処理が問題とならない。
本発明によれば、大気圧下でのプラズマ放電によりオゾンガスを発生させるため、高濃度オゾンタンク等、高圧環境を使用することなく、安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る表面処理装置を示す構成図である。本表面処理装置は、密閉可能な処理室１を備える。処理室１に被処理物１０の収容部２が形成されている。被処理物１０は収容部２に安置される。処理室１の上にオゾン発生部３が形成されている。オゾン発生部３には、オゾン発生装置４が設置されている。オゾン発生装置４は、大気圧プラズマ発生装置を搭載したものである。オゾン発生装置４は、その大気圧プラズマ発生装置による大気圧下でのプラズマ放電によりオゾンガスを発生させる。オゾン発生装置４には、オゾンガスを収容部２に送るファンを用いた送風装置５が付設されている。処理室１には、上下に配されたダクト６が形成されている。ダクト６の下部には、収容部２の下部に連通する開口６ａが設けられ、ダクト６の上部には、オゾン発生部３に連通する開口６ｂが設けられている。
【００１７】
したがって、オゾン発生装置４で発生したオゾンガスは、送風装置５によって収容部２に送給され、収容部２の雰囲気として被処理物１０に接触する。被処理物１０の表面はオゾンガスに曝される。オゾンガスは、開口６ａ、ダクト６、開口６ｂを通ってオゾン発生部３に至る。すなわち、本表面処理装置は、オゾン発生装置４が生成したオゾンガスを処理室１内で被処理物１０の収容部２を通過するように循環させる。
【００１８】
また、本表面処理装置は、処理室１内のオゾン濃度を計測するオゾン濃度計７を備える。オゾン濃度計７は、収容部２内のオゾン濃度を計測するように設けられている。
さらに、本表面処理装置は、排気バルブ８と、これに接続されたオゾン処理装置９とを備える。オゾン処理装置９は、オゾンガスを分解してＯ２にする装置である。処理室１内のオゾンガスを排気バルブ８及びオゾン処理装置９を介して排出することができる。その排気のオゾン濃度は、オゾン処理装置９の作用により、一定の安全なオゾン濃度に下げられる。
【００１９】
次に、以上の構成の表面処理装置を用いた表面処理方法の一連の流れを説明する。
まず、収容部２のドア（図示せず）を開け、被処理物１０を収容部２に設置する。
次に、前記ドアを閉め、処理室１を密閉する。
次に、オゾン発生装置４及び送風装置５を起動し、オゾンガスを循環させ、被処理物１０の表面をオゾンガスに接触させる。このとき、図２に示すように、オゾン１１から分離した活性酸素１２が被処理物１０の表面の有機汚染物質から炭素等の元素を引き抜いてＣＯ２等の揮発性物質に変化して除去する。その結果、被処理物表面に官能基が形成される。
かかる状態を所定時間保持してオゾンガスによる作用を進行させる。
これにより、被処理物１０の表面の官能基が十分に生じ、被処理物１０表面の濡れ性、塗膜付着性が改善され、塗装した場合、塗膜の長期耐久性が改善される。被処理物１０は、金属素材そのものでもよいし、金属素材表面に塗布されたプライマーでもよい。また、被処理物１０をプラスチック等の非金属材料としてもよい。
【００２０】
所定時間経過したら、オゾン発生装置４を停止し、排気バルブ８を開け処理室１内のガスを排出する。
排気が終了したら、収容部２のドアを開け、被処理物１０を取り出す。
【００２１】
オゾン発生装置４は、プラズマ放電電圧の印加・停止を繰り返し、その放電期間の時間比率を変化させることによって、オゾンの発生量を調整することができる。オゾン濃度計７の計測値に基づきオゾン発生装置４を制御してオゾンの発生量を調整する制御システムを本表面処理装置に構成することも有効である。
【００２２】
本発明者の研究によれば、図４に示すようにオゾンの体積濃度をｃ、被処理物１０の表面とオゾンガスとの接触時間をｔとすると、一定の塗膜の付着力をえるためには、（ｃ×ｔ）＝一定という法則性がある。
上記所定時間を一定としても、オゾン濃度ｃが低いときは処理が不十分となり、オゾン濃度ｃが高いときは、過剰に時間をかけることとなる。
したがって、（ｃ×ｔ）の値が予め設定した値を超えたことを以って処理を終了することによって、一定の塗膜の付着力を確実に得ることができるとともに、過剰に時間をかけて作業効率を低下させることも無い。
この場合、作業者がオゾン濃度計７を確認して手動操作で処理を終了してもよい。また、オゾン濃度計７とオゾン発生装置４とを連携させた制御システムを用いて処理の終了を自動制御してもよい。
【実施例】
【００２３】
ここで、上記実施形態に従った本発明の実施例を開示する。
約２ｍ３の容積を有した収容部２内にプライマー塗装済みの被処理物１０を装入して、上記実施形態に従いオゾンガスによる表面処理を行った。オゾン濃度を５０ｐｐｍ，１００ｐｐｍ，２００ｐｐｍとした３通り行い、各濃度について異なる処理時間で処理した供試体を得た。無処理の供試体も併せて各供試体に対し、プライマーの上塗りとしてビニール樹脂系塗料を塗装し、乾燥させた後、塗膜の付着力試験を行った。図３にその結果を示す。
【００２４】
図３は、処理時間と付着力との関係を示す。図３に示すように、無処理の供試体では２５０ｇ/ｃｍ程度の付着力を呈するに過ぎない。すなわち、プライマー塗布のみによる付着力は、２５０ｇ/ｃｍ程度である。
これに対し、プライマー表面にオゾンガスによる表面処理を施した供試体にあっては、処理時間の増加とともに、付着力は増加した。例えば、オゾン濃度１００ｐｐｍの場合、0.5時間の処理で４００ｇ/ｃｍを超える付着力を得ることができた。
【００２５】
さらに、過酷環境試験として供試体を温水に所定時間浸した後に、塗膜の状態を確認した。４００ｇ/ｃｍを超える付着力を得た供試体にあっては、格段に高い耐久性を得ていることも確認できた。したがって、本試験においても、本発明による効果が大きいことがわかった。
【００２６】
また、図３のグラフからわかるように、４００ｇ/ｃｍを超えると付着力の伸びは緩やかに変化する。２００ｐｐｍのオゾン濃度でも約４５０ｇ/ｃｍが限界である。また、１００ｐｐｍ及び２００ｐｐｍでは、1.5時間を越えると付着力の低下が観察される。したがって、本実施例においては４００ｇ/ｃｍを超えたタイミングを、オゾンガスによる表面処理を終了するタイミングとすることで、効率的で十分な付着力が得られる処理を行うことができる。
【００２７】
図４に、オゾンの体積濃度ｃと、付着力４００ｇ/ｃｍに到達するのに必要な接触時間ｔとの関係を示す。図４に示すように、オゾン濃度ｃと接触時間ｔとの関係は反比例関係となる。すなわち、（ｃ×ｔ）＝一定である。
本実施例においては、（ｃ×ｔ）＞５０との条件で、４００ｇ/ｃｍという十分な付着力が得られることがわかった。すなわち、オゾン濃度ｃ＝５０ｐｐｍでは1.0時間、オゾン濃度ｃ＝１００ｐｐｍでは0.5時間、オゾン濃度ｃ＝２００ｐｐｍでは0.25時間を越えたことを以ってオゾンガスによる処理を終了すれば、４００ｇ/ｃｍという十分な付着力が得られる。
したがって、予め必要な付着力が得られる（ｃ×ｔ）の値を求めて目標値として設定しておき、（ｃ×ｔ）の値が予め設定した目標値を超えたことを以って処理を終了することによって、効率的で必要な付着力が得られる処理を行うことができる。
【００２８】
以上述べたように、大気圧プラズマ利用のオゾン発生装置で生成したオゾン含有気体をプライマー塗装後の被処理物に接触させることによって、その表面の活性化を行い、その後に塗装を行えば、塗膜の付着力や、耐久性を改善することができる。特に、オゾン濃度ｃ（ｐｐｍ）の気体を（50/ｃ）時間を超えるまで被処理物に接触させることによって、塗膜の特性を効率的かつ効果的に改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面処理装置を示す構成図である。
【図２】オゾンガスによる表面処理の様子を示すモデル図である。
【図３】本発明の実施例に係る各オゾン濃度における処理時間と塗膜付着力の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例に係るオゾンの体積濃度ｃと、付着力４００ｇ/ｃｍに到達するのに必要な接触時間ｔとの関係を示すグラフである。
【図５】従来の塗装前表面処理工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１     処理室
２     収容部
３     オゾン発生部
４     オゾン発生装置
５     送風装置
６     ダクト
７     オゾン濃度計
８     排気バルブ
９     オゾン処理装置
１０   被処理物
１１   オゾン
１２   活性酸素
【図１】
2009120785.tif 000003
【図２】
2009120785.tif 000004
【図３】
2009120785.tif 000005
【図４】
2009120785.tif 000006
【図５】
2009120785.tif 000007