JP6488351B2

JP6488351B2 - フッ素樹脂成形品

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Publication number: JP6488351B2
Application number: JP2017198547A
Authority: JP
Inventors: 庄一小川; 裕生川添
Original assignee: Chukoh Chemical Industries Ltd
Current assignee: Chukoh Chemical Industries Ltd
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: JP2018008532A

Description

本発明は、フッ素樹脂成形品及びその製造方法に関するものである。

四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）のようなフッ素樹脂からなるフッ素樹脂一体槽は、アイソスタティック成形法で作製されている。アイソスタティック成形法として、例えば特許文献１に、ポリテトラフルオロエチレン粉末を１５００〜１００００ｋｇ／ｃｍ²の高圧条件で等圧圧縮成形した後、この成形体を焼成することが記載されている。

一方、フッ素樹脂一体槽をラバーバッグ成形法、すなわち、一面がゴム膜からなる成形金型にＰＴＦＥモールディングパウダーを充填した後、静水圧を成形圧力として加えることにより予備成形品を得た後、焼成し、冷却する方法により得ることが試みられている。しかしながら、この方法により得られた成形品は、ゴム膜で成形された面に凹凸が形成され、この面の直線性が十分でなく、切削代を多く必要とするため、製品歩留まりに劣る。

また、外型と内型の間にＰＴＦＥモールディングパウダーを充填した後、プレスで上下方向から加圧する方法により、フッ素樹脂一体槽を成形することも検討されている。しかしながら、プレス成形で上下方向から加圧すると、底板に加わる圧力と側板に加わるＰＴＦＥモールディングパウダーの移動の差に起因し、ＰＴＦＥモールディングパウダーの嵩高さが底板分と側板分とで異なるため、底板と側板の繋ぎ部のコーナにクラックが発生し、フッ素樹脂一体槽を成形できなかった。

特開平６−１８２７９１号公報

本発明は、クラックのないフッ素樹脂成形品及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、厚さ方向に垂直な二平面を有する第１の板と、厚さ方向に垂直な二平面を有する第２の板とを含み、前記第１の板と前記第２の板が垂直に交差し、その交差部分のうち、少なくとも、前記第１の板の一方の前記平面と前記第２の板の一方の前記平面とが垂直に交差する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂からなり、前記交差する部分を含むように、前記第１の板の前記一方の平面の少なくとも一部から、前記第２の板の他方の平面までの少なくとも一部に前記変性四フッ化エチレン樹脂が形成されており、前記交差する部分から、前記第２の板の前記他方の平面までの前記少なくとも一部に対応した第２領域に形成された前記変性四フッ化エチレン樹脂の厚さは、前記第１の板の前記一方の平面の前記少なくとも一部に対応した第１領域に形成された前記変性四フッ化エチレン樹脂の厚さよりも大きく、前記変性四フッ化エチレン樹脂からなる箇所以外が、四フッ化エチレン樹脂からなることを特徴とするフッ素樹脂成形品が提供される。

また、本発明によれば、予備成形品をプレス成形で得る工程と、予備成形品を焼成する工程とを含むことを特徴とするフッ素樹脂成形品の製造方法が提供される。予備成形品は、厚さ方向に垂直な二平面を有する第１の板と、厚さ方向に垂直な二平面を有する第２の板とを含み、前記第１の板と前記第２の板が垂直に交差し、その交差部分のうち、少なくとも、前記第１の板の一方の前記平面と前記第２の板の一方の前記平面とが垂直に交差する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂粒子からなる。変性四フッ化エチレン樹脂粒子からなる箇所以外が、四フッ化エチレン樹脂粒子からなる。

本発明によれば、クラックのないフッ素樹脂成形品及びその製造方法を提供することができる。

第１の実施形態に係るフッ素樹脂成形品を示す斜視図である。図１に示すフッ素樹脂成形品をII−II線に沿って切断した断面図である。図１に示すフッ素樹脂成形品をIII−III線に沿って切断した断面図である。図１に示すフッ素樹脂成形品の変性四フッ化エチレン樹脂領域を示す平面図である。第２の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。外金型内に変性ＰＴＦＥモールディングパウダー及びＰＴＦＥモールディングパウダーを配置した状態を示す平面図。外金型内に内金型を配置した状態を示す平面図。第２の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。第２の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。第２の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。第２の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法における一工程を示す断面図である。第２の実施形態で得られる予備成形品にクラックが発生するメカニズムを説明するための模式図。実施形態に係るフッ素樹脂成形品の別な例を示す斜視図。実施形態に係るフッ素樹脂成形品の別な例を示す斜視図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るフッ素樹脂成形品を図１〜図４を参照して説明する。図１〜図３に示す通り、フッ素樹脂成形品１は、矩形底板（第１の板）２と、第１の板２の四辺から延出した第１〜第４の側板（第２の板）３ａ〜３ｄとを有する、角槽（例えば箱型形状の単槽）である。図２及び図３に示すように、第１の板２は、厚さ方向Ｔに垂直な二平面を有する矩形の板であり、第２の板３ａ〜３ｄは、それぞれ、厚さ方向Ｔ₀に垂直な二平面を有する矩形の板である。第１〜第４の側板３ａ〜３ｄは、それぞれ、底板２と直角に交わっている。短辺側の第１の側板３ａと短辺側の第２の側板３ｂが底板２を介して対向し、長辺側の第３の側板３ｃと長辺側の第４の側板３ｄが底板２を介して対向している。図２〜図４に示すように、第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの内面（一方の平面）と底板２の内面（一方の平面）２ａとが交差する部分４ａ全周を含むように、底板２の内面２ａの周縁４ｂから、第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの外表面（他方の平面）４ｃまでに枠状に、変性四フッ化エチレン樹脂が形成されている。周縁４ｂに形成された変性四フッ化エチレン樹脂領域（以下、第１の領域とする）は、底板２の内面２ａから所望の厚さＴ₁までで、外面（他方の平面）４ｅに到達していない。一方、第１〜第４の側板３ａ〜３ｄに形成された変性四フッ化エチレン樹脂領域４ｄ（以下、第２の領域とする）は、第１の領域の厚さＴ₁よりも大きい厚さＴ₂を有する。これらの部分以外の箇所は、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなる。

変性四フッ化エチレン樹脂は、PTFEに比して焼成時の溶融粘度が低く、流動性が高い。このため、少なくとも、底板２の内面２ａと第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの内面とが交差する部分４ａを変性四フッ化エチレン樹脂で形成することにより、フッ素樹脂成形品１にクラックが発生するのを防止することができる。フッ素樹脂成形品１は、例えば、ＰＴＦＥ粉末及び変性四フッ化エチレン樹脂粉末を用いて作製した予備成形品を焼成する工程を含む方法により得られる。予備成形品の成形時に発生したクラックは、焼成時に変性四フッ化エチレン樹脂粉末が溶融して流動した樹脂によって埋められるため、消滅する。

変性四フッ化エチレン樹脂として、例えば、ダイキン工業株式会社製の型式Ｍ−１１２またはＭ−１１１の変性四フッ化エチレン樹脂粉末を挙げることができる。

図１〜図３では、第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの内面（一方の平面）から外表面（他方の平面）４ｃまでを変性四フッ化エチレン樹脂で形成したが、これに限らず、第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの内面付近を変性四フッ化エチレン樹脂で形成し、第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの外表面４ｃに変性四フッ化エチレン樹脂を露出させないことも可能である。変性四フッ化エチレン樹脂の色相はＰＴＦＥと異なるため、変性四フッ化エチレン樹脂の領域を成形品内部に制限することにより、成形品の外表面がＰＴＦＥで構成されるため、成形品の外表面の色相を統一することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態に係るフッ素樹脂成形品の製造方法である。第２の実施形態の方法は、（ａ）金型の底板部と側板部とが繋がるコーナ全周を含む部分に変性四フッ化エチレン樹脂粒子を充填し、残りの部分に四フッ化エチレン樹脂粒子を充填する工程と、（ｂ）側板部に充填された粒子にプレス成形を施す工程と、（ｃ）底板部と側板部に充填された粒子にプレス成形を施すことにより、予備成形品を得る工程と、（ｄ）予備成形品に焼成を施す工程とを含む。

変性四フッ化エチレン樹脂粒子には、例えば、変性ＰＴＦＥモールディングパウダーを使用することができる。また、四フッ化エチレン樹脂粒子には、例えば、ＰＴＦＥモールディングパウダーを使用することができる。ここで、モールディングパウダーとは、懸濁重合で得られた原料粉末を意味する。モールディングパウダーは、いったん数十〜数百μｍの大きさに粉砕され、続いて成形用途に応じ、粒状化｛造粒（pelletizing）｝、微粉化（finecutting）、前加熱（presintering）などの処理が施されたものである。また、granular resinとも言われる。

第２の実施形態の方法を図５〜１２を参照して説明する。

図５は、外金型内に、底板分のフッ素樹脂粉末を充填する工程を示している。図５に示すように、矩形筒状の外金型１０は、金属板からなる支持板１１上に配置されている。矩形の樹脂板１２は、外金型１０内の支持板１１上に配置されている。フッ素樹脂粉末の充填は、以下の方法で行われる。まず、ＰＴＦＥモールディングパウダー１３を、樹脂板１２上に所望の高さまで充填する。次いで、図６に示すように、変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４を、ＰＴＦＥモールディングパウダー１３の表層部の周縁に枠状に充填する。これにより、底板分のモールディングパウダーの充填が完了する。

図７及び図８は、内金型を配置し、外金型と内金型の間にフッ素樹脂粉末を充填する工程を示している。まず、図７及び図８に示すように、角柱状の内金型１５を、外金型１０内の底板分のモールディングパウダー１３上と変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４上の内縁部分に配置する。これにより、変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４の外縁部分は、図７に示すように、外金型１０と内金型１５の間に形成された矩形枠状の空間内に収容される。外金型１０と内金型１５の隙間が側板の厚さとなる。底板分の変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４の内縁部分は内金型１５の底面と接し、残りの外縁部分は、外金型１０と内金型１５の隙間全周に配置されている。外金型１０と内金型１５の隙間全周の変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４上に、変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４をさらに投入する。次いで、外金型１０と内金型１５の間の空間の残りの部分に、ＰＴＦＥモールディングパウダー１３を充填する。

図９は、側板部を加圧する第１の加圧工程を示している。外金型１０と内金型１５の間に充填されたモールディングパウダー１３，１４を側板加圧用板１６で上方から加圧する。

図１０は、側板部を加圧する第２の加圧工程を示している。側板加圧用板１６の上端をプレス盤１７で加圧することにより、外金型１０と内金型１５の間に充填されたモールディングパウダー１３，１４をさらに加圧して圧縮する。

図１１は、側板部及び底板部を加圧する第３の加圧工程を示している。側板加圧用板１６及び内金型１５の上端をプレス盤１７で加圧することにより、外金型１０と内金型１５の間に充填されたモールディングパウダー１３，１４をさらに圧縮すると共に、内金型１５を介して底板分のモールディングパウダー１３，１４を加圧する。

加圧による圧縮量は、側板部が底板部よりも多いため、最初の加圧から側板部と底板部を同時に加圧すると、底板部が過度に圧縮され、底板部にクラックが生じる恐れがある。第１〜第２の加圧工程で側板部を加圧した後、第３の加圧工程で側板部及び底板部を加圧することにより、底板部が必要以上に圧縮されるのを防止することができる。

なお、底板部の厚さは、第１〜第３の加圧工程を経るに従って減少するものではあるが、底板部の加圧による圧縮量は、側板部の加圧による圧縮量と比較して小さいため、図９〜図１１では、便宜上、底板部の厚さ変化の図示を省略している。

第１〜第３の加圧工程を経て得られた予備成形品１８には、図１２に示すように、底板１９の内面と側板２０の内面とが交差する部分Ｘにクラック２１が発生する。クラック発生のメカニズムを以下に説明する。交差部分Ｘの近傍に位置する底板１９分のモールディングパウダーが加圧されると、この部分の高さがＳ₁からＳ₂に圧縮される。この圧縮に伴い、フッ素樹脂粒子Ａ₁は、例えば、Ａ₂の位置まで下降する。その結果、底板１９の交差部分Ｘの近傍の充填密度が増加する。一方、側板２０分のモールディングパウダーは、側板加圧用板１６を介して加圧された際、側板加圧用板１６の端面１６ａからの距離が遠くなる程、圧力が伝達され難くなり、加圧による粒子の移動量が減少するため、交差部分Ｘの近傍Ｂにおける充填密度は、上部よりも疎になる。その結果、側板２０における交差部分Ｘの近傍Ｂの充填密度と、底板１９における交差部分Ｘの近傍の充填密度との差が大きくなるため、交差部分Ｘの近傍にクラック２１が生じる。なお、底板１９の外面３１と側板２０の外面３２とが交差する部分Ｙは、交差部分Ｘからの距離が十分に離れていると、底板１９中の交差部分Ｘの近傍の充填密度との差が小さくなるため、この部分Ｙにクラックが見られない。

少なくとも、底板１９の内面と側板２０の内面とが交差する部分Ｘの全周が変性ＰＴＦＥモールディングパウダーから形成されているため、予備成形品１８を焼成することにより、変性ＰＴＦＥモールディングパウダーが溶融して流動した樹脂がクラックを埋め、クラックをなくすことができる。その結果、クラックのないフッ素樹脂成形品を実現することができる。また、予備成形品をプレス成形で作製することにより、フッ素樹脂の使用量をアイソスタティック成形法に比して少なくすることができるため、製造コストを削減することができる。

予備成形品の焼成温度は、特に限定されるものではないが、例えば、ＰＴＦＥの未焼成ポリマーの融点３４０℃以上、好ましくは３６０℃以上３８０℃以下にすることができる。

第２の実施形態の製造方法は、予備成形品を作製し、これを焼成する工程を備えていれば良いものであるが、必要に応じて他の工程（例えば、焼成後の冷却工程等）を含むことを許容する。

なお、第１及び第２の実施形態は、単槽を例にして説明したが、これに限られず、二重槽、単槽内を複数の空間に分割したもの、丸槽、角槽（例えば、三角槽、多角形状の槽）等に適用することができる。単槽内を複数の空間に分割した例を図１３、図１４に示す。図１３に示す槽２２は、短辺側の側板３ａと３ｂの間に第１の仕切り板２３が配置され、長辺側の側板３ｃと３ｄの間に第２の仕切り板２４が配置されている。第１,第２の仕切り板２３,２４により、単槽内は４つの空間に分割されている。第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの内面と底板２の内面とが交差する部分と、第１の仕切り板２３の両面と底板２の内面とが交差する部分と、第２の仕切り板２４の両面と底板２の内面とが交差する部分とが、変性四フッ化エチレン樹脂からなる。これら以外の箇所は、四フッ化エチレン樹脂からなる。

図１４に示す槽２５では、Ｌ字形状の仕切り板２６の一端が第２の側板３ｂの内面に固定され、他端が第３の側板３ｃの内面に固定されている。Ｌ字形状の仕切り板２６により、単槽は２つの空間に分割されている。第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの内面と底板２の内面とが交差する部分と、仕切り板２６の両側面と底板２の内面とが交差する部分とが、変性四フッ化エチレン樹脂からなる。これら以外の箇所は、四フッ化エチレン樹脂からなる。予備成形品をプレス成形する際、仕切り板２６の一方の側面と底板２の内面とが交差する部分と、仕切り板２６の他方の側面と底板２の内面とが交差する部分の双方にクラックが生じるため、双方を変性四フッ化エチレン樹脂から形成する。これにより、クラックを予備成形品の焼成でなくすことができるため、クラックのないフッ素樹脂成形品が得られる。

以上説明した実施形態によれば、少なくとも、第１の板の一方の平面と第２の板の一方の平面とが直交する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂からなるため、クラックのないフッ素樹脂成形品を提供することができる。

以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。

（実施例）
図５及び図６に示す外金型１０（内寸の幅が３００ｍｍ、長さが４００ｍｍ、高さが２５０ｍｍ）内の支持板１１上の樹脂板１２上に、ダイキン工業株式会社製の型式Ｍ−３９１Ｓの、嵩密度が０．７８ｇ／ｍＬのＰＴＦＥモールディングパウダー１３を５０ｍｍの高さまで充填した。次いで、ダイキン工業株式会社製の型式Ｍ−１１２の、嵩密度が０．４２ｇ／ｍＬの変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４を、ＰＴＦＥモールディングパウダー１３の表層部の周縁に枠状に充填した。

次いで、図７及び図８における外金型１０と内金型１５（外寸の幅が２６０ｍｍ、長さが３６０ｍｍ、高さが６５０ｍｍ）の間の空間の全周に、変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４を投入し、トータル充填高さが６５０ｍｍになるまで変性ＰＴＦＥモールディングパウダー１４を充填した。ひきつづき、外金型１０と内金型１５の間の空間の残りの部分に、ＰＴＦＥモールディングパウダー１３を充填した。

図９に示すように、外金型１０と内金型１５の間に充填されたモールディングパウダー１３，１４を側板加圧用板１６で上方から１７ＭＰａの圧力で加圧した。

次いで、図１０に示すように、側板加圧用板１６の上端をプレス盤１７で加圧することにより、外金型１０と内金型１５の間に充填されたモールディングパウダー１３，１４をさらに１７ＭＰａの圧力で圧縮した。

ひきつづき、図１１に示すように、側板加圧用板１６及び内金型１５の上端をプレス盤１７で１７ＭＰａの圧力で加圧することにより、外金型１０と内金型１５の間に充填されたモールディングパウダー１３，１４をさらに圧縮すると共に、内金型１５を介して底板分のモールディングパウダー１３，１４を加圧し、予備成形品を得た。

得られた予備成形品を３７０℃で焼成することにより、フッ素樹脂製の単槽を得た。得られた単槽は、内寸の幅が２５０ｍｍ、長さが３４５ｍｍ、高さが２２２ｍｍ、外寸の幅が２９０ｍｍ、長さが３８５ｍｍ、高さが２４２ｍｍで、側板の厚さが２０ｍｍ、底板の厚さが２０ｍｍで、単槽の密度が２．２０ｇ／ｃｍ³であった。得られた単槽には、クラックが見られなかった。

（比較例）
変性ＰＴＦＥモールディングパウダーを使用せず、ＰＴＦＥモールディングパウダーのみを使用したこと以外は、実施例と同様にしてフッ素樹脂製の単槽を得たところ、側板の内面と底板の内面とが交差する部分にクラックが見られた。

なお、本願発明は、枚葉式洗浄装置カップや、スプラッシュガード、半導体製造装置等用の洗浄装置パーツなどに適用可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
厚さ方向に垂直な二平面を有する第１の板と、厚さ方向に垂直な二平面を有する第２の板とを含み、
前記第１の板と前記第２の板が垂直に交差し、
その交差部分のうち、少なくとも、前記第１の板の一方の前記平面と前記第２の板の一方の前記平面とが垂直に交差する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂からなり、
前記変性四フッ化エチレン樹脂からなる箇所以外が、四フッ化エチレン樹脂からなることを特徴とするフッ素樹脂成形品。
［２］
前記第１の板からなる底板と、前記第２の板からなる側板とを含む角槽であって、前記底板の内面と前記側板の内面とが交差する部分が前記変性四フッ化エチレン樹脂からなることを特徴とする［１］に記載のフッ素樹脂成形品。
［３］
厚さ方向に垂直な二平面を有する第１の板と、厚さ方向に垂直な二平面を有する第２の板とを含み、前記第１の板と前記第２の板が垂直に交差し、その交差部分のうち、少なくとも、前記第１の板の一方の前記平面と前記第２の板の一方の前記平面とが垂直に交差する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂粒子からなり、前記変性四フッ化エチレン樹脂粒子からなる箇所以外が、四フッ化エチレン樹脂粒子からなる予備成形品をプレス成形で得る工程と、
前記予備成形品を焼成する工程と
を含むことを特徴とするフッ素樹脂成形品の製造方法。
［４］
前記変性四フッ化エチレン樹脂粒子は、変性四フッ化エチレン樹脂モールディングパウダーであることを特徴とする［３］に記載のフッ素樹脂成形品の製造方法。

１…単槽、２…底板、３ａ〜３ｄ…第１〜第４の側板、４，１４…変性ＰＴＦＥモールディングパウダー、４ａ…第１〜第４の側板３ａ〜３ｄの内面と底板２の内面２ａとが交差する部分、４ｃ…単槽の外表面、１０…外金型、１１…支持板、１２…樹脂板、１３…ＰＴＦＥモールディングパウダー、１５…内金型、１６…側板加圧用板、１７…プレス盤、１８…予備成形品、１９…底板、２０…側板、２２,２５…槽、２３…第１の仕切り板、２４…第２の仕切り板、２６…仕切り板。

Claims

厚さ方向に垂直な二平面を有する第１の板と、厚さ方向に垂直な二平面を有する第２の板とを含み、
前記第１の板と前記第２の板が垂直に交差し、
その交差部分のうち、少なくとも、前記第１の板の一方の前記平面と前記第２の板の一方の前記平面とが垂直に交差する部分が、変性四フッ化エチレン樹脂からなり、
前記交差する部分を含むように、前記第１の板の前記一方の平面の少なくとも一部から、前記第２の板の他方の平面までの少なくとも一部に前記変性四フッ化エチレン樹脂が形成されており、
前記交差する部分から、前記第２の板の前記他方の平面までの前記少なくとも一部に対応した第２領域に形成された前記変性四フッ化エチレン樹脂の厚さは、前記第１の板の前記一方の平面の前記少なくとも一部に対応した第１領域に形成された前記変性四フッ化エチレン樹脂の厚さよりも大きく、
前記変性四フッ化エチレン樹脂からなる箇所以外が、四フッ化エチレン樹脂からなることを特徴とするフッ素樹脂成形品。
前記第１の板からなる底板と、前記第２の板からなる側板とを含む角槽であって、前記底板の内面と前記側板の内面とが交差する部分が前記変性四フッ化エチレン樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂成形品。
前記変性四フッ化エチレン樹脂は、前記交差する部分を含むように、前記第１の板の前記一方の平面の少なくとも一部から、前記第２の板の他方の平面までの一部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフッ素樹脂成形品。