JPH04328135A - 樹脂成形品のコロナ放電処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、樹脂成形品のコロナ
放電処理方法および装置に関し、詳しくは、樹脂成形品
の表面に対して、塗装性や印刷性、接着性などを向上さ
せるために行うコロナ放電処理の方法と、この方法に用
いるコロナ放電処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリプロピレンなどからなる樹脂フィル
ムの表面にコロナ放電処理を施すことによって、フィル
ム表面の印刷性や接着性を向上できることは良く知られ
ており、各種製品の製造に利用されている。樹脂フィル
ムだけでなく、立体的な三次元形状を有する樹脂成形品
の表面に対しても、常圧下でコロナ放電処理を行って、
塗装性や接着性などを向上させることが行われている。

【０００３】コロナ放電処理では、放電電極と対向電極
の一対の電極を用い、この一対の電極の間に被処理物を
配置しておき、常圧下で電極間に高電圧をかけてコロナ
放電を発生させることによって、被処理物の表面にコロ
ナ放電処理を施す。このとき、電極間にかける高電圧と
しては、通常、交流高周波電圧が用いられている。交流
高周波電圧は、コロナ放電が発生し易く、表面処理の効
果に優れているとされている。なお、特開昭４７−４８
９０号公報には、フィルムに対するコロナ放電処理に、
パルス幅が１００〜２００マイクロ秒程度の電圧パルス
を用いる技術が開示されており、このような電圧パルス
を用いることによって、処理効果が向上するとされてい
る。

【０００４】三次元形状の樹脂成形品に対してコロナ放
電処理を行う場合、三次元形状の樹脂成形品は樹脂フィ
ルムに比べて厚みがあり、しかも、その厚みが部分的に
違っていたり、外形に凹凸があったり、貫通孔があいて
いたりするので、表面全体に均一なコロナ放電処理を行
うのが難しいという問題がある。従来における、三次元
形状の樹脂成形品に対するコロナ放電処理方法としては
、特開昭５７−１１９９３１号公報に開示された方法が
ある。この方法は、一対の電極、すなわち保持電極と逆
電極を用い、被処理物を保持電極に保持しておくととも
に、逆電極に取り付けられた可撓性放電装置の先端位置
が、常に、被処理物の表面から一定の距離になるように
して、保持電極および被処理物と逆電極および可撓性放
電装置を相対的に移動させながら、保持電極と逆電極の
間に交流高周波電圧を印加して、コロナ放電を発生させ
る。

【０００５】また、特開昭６２−５７４３１号公報に開
示された方法は、放電先端部が曲面形状を有する放電電
極を、被処理物の形状に沿って相対的に移動させながら
、２０〜３０ｋＨｚの交流高周波出力を印加して、コロ
ナ放電を発生させるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した従
来における、三次元形状の樹脂成形品に対するコロナ放
電処理方法では、樹脂成形品の外周や開孔部の内周など
に存在する縁部には、十分な処理を施せないという問題
があった。これは、従来の方法では、放電電極が樹脂成
形品の縁部に近づくと、放電電極と対向電極の間の距離
、いわゆる極間距離が小さくなり、表面処理に効果のあ
るコロナ放電を安定して維持できず、絶縁破壊による火
花放電を起こしてしまうので、縁部近くには十分なコロ
ナ放電処理を行えなくなるからである。従来の通常の処
理条件では、樹脂成形品の縁部から２０ｍｍ程度の範囲
については、十分なコロナ放電処理が施せない場合が多
い。

【０００７】樹脂成形品の縁部近くで絶縁破壊による火
花放電が起こり易いのは、放電電極と対向電極の間に樹
脂成形品が存在していれば、絶縁破壊が起こる可能性は
少ないのであるが、前記した縁部近くでは、両電極間で
、直接空気中を通じて短絡を起こして火花放電を発生し
たり、樹脂成形品の表面に沿って電流が流れ易くなった
りするので、絶縁破壊が起こってしまうのである。

【０００８】火花放電の発生をさけるには、放電電極と
対向電極を樹脂成形品の前記縁部に近づけなければよい
が、そうすると、コロナ放電も縁部近くには到達せず、
十分な処理が行われない。また、放電電極と対向電極の
間に印加する電圧を小さくすれば、絶縁破壊による火花
放電も起こり難くなり、電極を樹脂成形品の縁部まで近
づけることができるが、電圧が小さければ、当然、コロ
ナ放電による表面処理作用も弱くなり、樹脂成形品全体
の処理効果が低下してしまう。

【０００９】前記特開昭６２−５７４３１号公報には、
樹脂成形品の開孔部に、エポキシ樹脂などの誘電体から
なる緩衝板を嵌入しておき、開孔部でコロナ放電が乱れ
ないようにする技術が開示されている。しかし、この方
法では、樹脂成形品の開孔部に合わせた形状の緩衝板を
準備しておき、この緩衝板をいちいち開孔部に装着した
り、または、緩衝板を対向電極に取り付けておいたりす
る手間がかかり、作業能率や電極作製効率を大幅に低下
させる欠点がある。また、開孔部と緩衝板の間にわずか
でも隙間があいていると、この隙間を通して絶縁破壊が
起こり火花放電が生じる可能性があり、信頼性に乏しい
。

【００１０】そこで、この発明の課題は、三次元形状を
有する樹脂成形品の縁部近くを含めた表面全体に良好な
コロナ放電処理を施すことのできる樹脂成形品のコロナ
放電処理方法を提供することにある。また、上記方法を
好適に実施するために用いるコロナ放電処理装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者らは、放電電極に
印加する高電圧の波形を種々変更して実験を行ったとこ
ろ、他の条件が同じでも、波形の違いによって、常圧下
で火花放電を開始する電圧が異なり、かつ、表面処理に
有効なコロナ放電を行いうる波形条件が存在することを
見いだした。そして、火花放電を起こし難く、かつ、表
面処理に有効な波形条件を検討した結果、本願発明を完
成するに至ったものである。

【００１２】前記課題を解決する、この発明にかかる樹
脂成形品のコロナ放電処理方法は、三次元形状を有する
樹脂成形品を放電電極と対向電極の間に配置し、両電極
の間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させることに
より、樹脂成形品の表面にコロナ放電処理を施す方法に
おいて、波高値が１０〜１００ｋＶ、パルス幅が１μｓ
以下、パルス頻度が１０〜１０００ｐｐｓの高電圧パル
スによりコロナ放電を発生させるようにすることを特徴
とする。

【００１３】また、この発明にかかる樹脂成形品のコロ
ナ放電処理装置は、対向して配置された放電電極および
対向電極と、放電電極と対向電極の間に高電圧を印加し
てコロナ放電を発生させる高電圧電源を備え、三次元形
状を有する樹脂成形品の表面にコロナ放電処理を施すコ
ロナ放電処理装置において、前記高電圧電源が、高電圧
直流を発生する電源供給部と高電圧直流を高電圧パルス
に変換するパルス形成部を備えていて、波高値が１０〜
１００ｋＶ、パルス幅が１μｓ以下、パルス頻度が１０
〜１０００ｐｐｓの高電圧パルスを発生する高電圧パル
ス電源であることを特徴とする。

【００１４】樹脂成形品の材料は、ポリプロピレン、ポ
リエチレンその他のポリオレフィン系樹脂など、コロナ
放電処理によって表面の特性を向上させることのできる
任意の樹脂からなるものが用いられる。前記ポリオレフ
ィン系樹脂は、極性基をもたないため、接着性や印刷性
が悪いという問題があり、これらの特性を向上させるた
めにコロナ放電処理が有効である。樹脂成形品の材料に
は、上記樹脂に加えて、ゴム材料や顔料、充填剤、酸化
防止剤、紫外線防止剤などの各種添加剤が、必要に応じ
て含まれるのは言うまでもない。

【００１５】樹脂成形品の形状は、樹脂成形品の利用目
的に合わせて、凹凸部やリブあるいは開孔部など、任意
の三次元形状を有するものが用いられる。この発明は、
一部に開孔部が形成された樹脂成形品に対して良好な処
理効果が発揮できる。樹脂成形品の具体例としては、自
動車用のインストルメントパネルパッド（いわゆるイン
パネパッド）、バンパー、モール等が挙げられる。

【００１６】放電電極および対向電極の構造は、通常の
樹脂成形品に対するコロナ放電処理装置の場合と同様で
よく、既知の電極構造が自由に採用できる。具体的には
、例えば、対向電極としては、樹脂成形品の内面形状に
対応する三次元形状を有し、樹脂成形品の内面に挿入さ
れて、樹脂成形品を保持しておけるものが用いられる。 対向電極と樹脂成形品は全面で密着していることが望ま
しいが、部分的に離れている個所があっても、それほど
問題ではない。対向電極と樹脂成形品が部分的に離れて
いる場合、その距離が１０ｍｍ以下程度であれば、十分
にコロナ放電処理が可能である。対向電極の構造として
は、全体が導電性の素材からなるものであってもよいし
、例えばＦＲＰ等の絶縁性の材料からなる基材に対して
、その表面に薄い可撓性のある導体材料、例えば銅箔や
アルミテープなどを貼り付けた構造のものでもよい。

【００１７】放電電極としては、コロナ放電処理で一般
的に用いられる公知の形状の放電極が使用でき、例えば
、樹脂成形品の三次元形状を複数の断面で切断し、各切
断断面毎に、その断面形状に対応して端縁を切り欠いた
薄板状もしくは先端部分がナイフエッジ状の電極を、樹
脂成形品の各断面位置に、樹脂成形品の表面から一定の
距離だけ離して、多数並べて配置されたものが用いられ
る。また、針状の電極やブラシ状の電極を、樹脂成形品
の表面から一定の距離だけ離して多数並べたものも用い
られる。また、針状やブラシ状の電極を、前記の薄板状
もしくはナイフエッジ状の電極先端に取り付けた状態で
、前記同様に樹脂成形品の表面から一定の距離だけ離し
て多数並べたものも用いられる。

【００１８】放電電極と樹脂成形品の表面との間の距離
は、全体として一定であることが好ましく、また、その
距離は電極の形状や印加電圧などの条件によっても異な
るが、通常、５〜５０ｍｍ程度の範囲に設定しておくの
が好ましく、より好ましくは１０〜２０ｍｍに設定して
おくのが良い。また、樹脂成形品の場所による前記距離
のバラツキは、出来るだけ少ないほうが好ましいが、１
０ｍｍ以下程度のバラツキであれば、それほど影響はな
い。

【００１９】樹脂成形品の表面に対して、放電電極が相
対的に移動して、樹脂成形品全体に処理を行うものでも
よい。この相対移動には、樹脂成形品を固定しておき、
放電電極が水平方向に移動するもの、放電電極が水平方
向に移動しながら垂直方向にも移動するもの、あるいは
、放電電極が固定されていて、樹脂成形品および対向電
極が移動するもの、放電電極と樹脂成形品および対向電
極の両方が移動するものがある。但し、電気設備として
の安全上の観点からは、高電圧が印加される放電電極側
が固定されているほうが、より好ましい。移動手段は、
コンベア機構やシリンダ機構など、通常の機械装置にお
ける移動手段が採用できる。

【００２０】放電電極と樹脂成形品が相対的に、水平方
向または垂直方向に一定の周期で揺動するようにしてお
けば、樹脂成形品の表面全体に均一なコロナ放電処理を
施すのに有効である。揺動の具体的条件としては、例え
ば、揺動ストロークが３〜６０ｍｍ、揺動速度が４０〜
４００ｍｍ／分程度に設定することができる。具体的な
揺動ストロークや揺動速度は、樹脂成形品と放電電極の
幾何学的形状によって、適宜変更することができる。揺
動方向は、前後左右など多方向のほうが好ましいが、樹
脂成形品の長手方向など、１方向のみに揺動させるだけ
でも、十分な処理効果が得られる。揺動を行わせる手段
としては、偏心カム機構やクランク機構その他、通常の
機械装置における揺動手段が採用できる。

【００２１】樹脂成形品は、適当な搬送手段すなわち移
動手段によって、放電電極と対向電極の間の処理位置に
配置されるようになっていれば、樹脂成形品の配置を容
易に行える。移動手段は、各種のコンベア機構やリフト
機構などで構成できる。移動手段が、樹脂成形品を対向
電極とともに移動させるようになっていれば、樹脂成形
品の取扱いが容易である。

【００２２】放電電極と対向電極は、高電圧パルス電源
につながっている。高電圧パルス電源は、商用交流ある
いは直流などから、後述する特定の波形を有する高電圧
パルスを発生する装置であり、このような波形の変換を
行うパルス成形回路が組み込まれている。高電圧パルス
電源は、波高値が１０〜１００ｋＶ、パルス幅が１μｓ
以下、パルス頻度が１０〜１０００ｐｐｓの高電圧パル
スを発生できれば、具体的な回路の構造は任意に設定で
きる。具体的には、従来、インパルス高電圧発生器とし
て利用されている各種の回路構造あるいは装置であって
もよい。前記のような波形の高電圧パルスを発生させる
には、高電圧パルス電源として、通常の商用交流電源や
直流電源から高電圧直流を発生する電源供給部と、この
高電圧直流を高電圧パルスに変換するパルス形成部とで
構成されたものを用いるのが好ましい。

【００２３】図２〜図４に高電圧パルスの波形を模式的
に示しており、以下、これらの図にしたがって説明する
。高電圧パルスの波形は回路定数によって変わり、通常
のインパルス高電圧発生回路では、単一方向性の波形、
臨界制動波形、減衰振動波形などを示すことが知られて
いる。図３に臨界制動波形、図４に減衰振動波形を模式
的に示す。この発明では、単一方向性波形、臨界制動波
形、減衰振動波形の何れであってもよいが、減衰振動波
形の場合には、前記したパルス幅などの条件は、第１波
に対して適用するものとする。

【００２４】パルス波形には、正極性パルス、負極性パ
ルス、および、両方の波形が交互に出現する交番パルス
があり、この発明では何れのパルスも使用できる。但し
、交番パルスの場合、この発明で用いるようなパルス幅
の狭い高電圧パルスは、パルスを発生させること自体が
技術的に困難であり、また、耐圧上の問題などがあるの
で、電源回路の作製が困難であり、装置コストが高くつ
く。したがって、正極性パルスまたは負極性パルスのほ
うが、パルス幅の狭い高電圧パルスを容易に作製でき、
回路構成が簡単で経済的であり好ましい。また、フィル
ムに対するコロナ放電処理では、処理後のフィルム巻き
取りを容易にするために、対称な電圧波形を用いること
が望ましいが、三次元形状の樹脂成形品では、巻き取り
を行う必要はないので、対称な波形でなくても何ら問題
はない。

【００２５】図２は、波形の主要部分を拡大して示して
いる。波高値は、波形Ｗの電圧が０から上昇して下降す
る間の頂点までの高さＨで規定される。但し、図２では
、縦軸の目盛りを、頂点の電圧を１００％とする百分率
で示しているので、Ｈが直接電圧値を示しているのでは
ない。高電圧パルスの波高値が高い程、コロナ放電が発
生し易く、処理効果も高くなる。また、同じ処理程度で
よければ、電極間距離を大きくとれる。波高値が１０ｋ
Ｖ未満では、樹脂成形品の表面処理に有効なコロナ放電
が発生し難い。波高値が１００ｋＶを超えると、処理効
果の向上があまり認められないのに対し、高電圧の取り
扱いが困難で、電気設備技術基準などの法的規制も厳し
くなり、装置の耐圧構造が大がかりになり、装置の製造
コストが高くついたりするので、実用的でない。波高値
の好ましい範囲は、４０〜８０ｋＶである。

【００２６】パルス幅は、インパルス電圧波形の定義に
おいて、波尾長（ｗａｖｅ　ｔａｉｌ）と呼ばれている
値で規定する。波尾長は、簡単には、電圧値が０の状態
から上昇した後、最大値の１／２に下がるまでの時間Ｔ
２　′で表される。より厳密には、図２に示す高電圧パ
ルスの波形において、電圧上昇過程で電圧３０％の点Ｘ
１　と電圧９０％の点Ｘ２　とを結んだ線の延長線が電
圧０％の線と交差する点Ｘ０　から、電圧が波高値Ｈの
５０％に下降するまでの時間Ｔ２　が波尾長であると定
義されている。しかし、実際の測定においては、波形Ｗ
の原点０から電圧が波高値Ｈの５０％に下降したところ
までの時間Ｔ２　′を測定しても、前記Ｔ２　とそれほ
ど違わない。したがって、実用上は、Ｔ２　の代わりに
Ｔ２　′でパルス幅を規定しても問題はない。

【００２７】パルス幅が狭いほど火花放電が発生し難く
なり、この発明の効果が良好に発揮できる。パルス幅が
１μｓを超えると、パルス波形の立ち上がりが遅くなる
ので、電子だけを有効に加速することができなくなり、
イオンの加速が多くなって、気体温度の上昇をまねき、
その結果火花放電が発生し易くなる。また、表面処理に
有効な酸素ラジカルや原子状酸素などの活性種は、高速
電子の作用で発生するので、電子を有効に加速できなけ
れば、処理効果も低下する。パルス幅が１００ｎｓ未満
になると、パルス波形の発生回路の製造が困難になるの
で、生産現場に適用するには、実用上１００ｎｓ以上で
行われる。パルス幅の好ましい範囲は、１００〜７００
ｎｓである。

【００２８】パルス頻度が多いほど、処理効率が向上す
る。パルス頻度が１０ｐｐｓ未満では、処理に長時間を
要し、実用的でない。パルス頻度が１０００ｐｐｓを超
えると、通常の高電圧パルス電源では発生困難である。 但し、サイラトロンなどを高圧スイッチとして利用すれ
ば、１０００ｐｐｓ以上のパルス頻度を実現することも
可能であるが、装置が高価になる。高電圧パルス電源の
パルス形成部に、前記サイラトロンに比べて技術的に簡
単な、球ギャップやロータリースパークギャップなどに
よるスイッチング方式を採用する場合には、パルス頻度
は、通常、５０〜４００ｐｐｓ程度である。したがって
、実用上、パルス頻度の好ましい値は約１００〜２００
ｐｐｓ程度となる。

【００２９】パルス波形としては、いわゆる波頭長（ｗ
ａｖｅ　ｆｒｏｎｔ）を短くすることによって、波形の
立ち上がりを速くすることができる。その結果、前記し
たように、電子の加速が良好に行え、火花放電の防止、
および、処理効果の向上が果たせる。したがって、前記
パルス幅が同じであっても、波頭長が短いほうが好まし
い。なお、インパルス電圧波形の定義では、波頭長は、
図２で、前記Ｘ１　点とＸ２　点を結ぶ線の延長線が電
圧１００％の線と交差する点Ｘ３　と前記Ｘ０　点との
間の時間間隔Ｔ１　であると定義されている。

【００３０】コロナ放電処理の各工程は、前記した波形
の高電圧パルスを用いること以外は、通常の常圧下での
コロナ放電処理の場合と同様に行われる。例えば、樹脂
成形品の表面が汚れていれば、前処理で表面を洗浄して
おくと処理効果が向上する。コロナ放電処理を行う際に
、樹脂成形品の表面を、４０℃以上で樹脂成形品の軟化
点以下の温度範囲で加温しておけば、処理効果が向上す
る。

【００３１】前記したように、樹脂成形品の断面形状に
沿って、薄板状もしくはナイフエッジ状の多数の放電電
極板を並べて処理を行う場合、全ての放電電極板に同時
に高電圧パルスを供給してコロナ放電をさせるのでなく
、隣接する放電電極板のうち、一方づつに交互に高電圧
パルスを供給してコロナ放電をさせるようにしてもよい
。この場合は、隣接する放電電極板同士の中間位置直下
の樹脂成形品表面に生じる処理が不十分な部分を無くす
ことができる。

【００３２】

【作用】前記したような波形を有する高電圧パルスは、
従来の交流高周波に比べて、火花放電を開始する電圧が
高くなる。これは、次のような理由が考えられる。一対
の電極間に高電圧をかけたときには、まず、陰極側から
陽極側へ電子なだれが伸びていき、電子なだれが陽極に
到達すると、今度は、陽極側から陰極側へイオンストリ
ーマが伸びる。このイオンストリーマが、陰極に到達す
ると、電極間の絶縁が全路破壊されることになって、火
花放電が始まる。したがって、このような火花放電が開
始されるまでの段階、すなわち、イオンストリーマが陰
極に到達して全路破壊が生じるまでの段階で、電圧印加
を終了してしまえば、火花放電は起こらない。

【００３３】パルス幅の狭い高電圧パルスを電極間にか
けた場合には、電圧が急激に上昇し、かつ、急激に下降
して消滅することになる。電圧が急激に上昇することに
よって、前記した電子なだれの成長は迅速に行われ、コ
ロナ放電が発生するが、電子に比べれば、はるかに速度
の遅いイオンが電極間を移動して電極間の全路破壊が発
生するには時間がかかるので、火花放電が開始されるま
での段階で、電圧が消滅してしまうことになる。すなわ
ち、コロナ放電の発生は良好に行われるが、火花放電は
生じ難いのである。

【００３４】また、コロナ放電の処理効果は、前記電子
なだれによって生成される酸素ラジカルや原子状酸素な
どの活性種に大きく影響されるので、電圧が急激に上昇
する高電圧パルスは、交流高周波に比べて、コロナ放電
処理の効率が良くなる。さらに、電圧が急激に上昇する
高電圧パルスは、コロナ放電の先端が延び易いことによ
り、交流高周波よりも広い面積を処理できることになる
。

【００３５】したがって、パルス幅の狭い高電圧パルス
でコロナ放電を発生させれば、三次元形状を有する樹脂
成形品の外周や開孔部の内周に存在する縁部の近くに電
極を接近させても、火花放電が生じる心配がない。その
結果、前記縁部の近くにも良好なコロナ放電処理を施す
ことが可能になり、三次元形状を有する樹脂成形品の全
表面に対して均一で良好なコロナ放電処理が行える。

【００３６】また、従来の交流高周波でコロナ放電を発
生させる方法では、通常、その周波数を５〜３０ｋＨｚ
程度に設定しており、このことは、約５０００回／秒以
上の頻度で正負の電圧が加わっていることになり、正負
の各々の最大電圧近傍でコロナ放電が起きるとして、パ
ルス頻度に換算すれば、１００００ｐｐｓ以上というこ
とになる。パルス頻度が多いほど、処理効果が高いこと
は前記したとおりであるが、５０００ｐｐｓ以上ものパ
ルス頻度で高電圧パルスを発生させることは技術的に極
めて困難である。しかし、この発明のように、パルス幅
の狭い高電圧パルスを用いれば、１パルス当たりの処理
能力が極めて高いため、パルス頻度が１０００ｐｐｓ以
下であっても、コロナ放電処理の効果の点では、交流高
周波の場合と同等かそれ以上の処理効果を上げ得るので
ある。

【００３７】単一極性の高電圧パルスでコロナ放電処理
を行う場合、放電電極と対向電極すなわち樹脂成形品を
相対的に揺動させておくと、処理の均一性が向上する。 これは、樹脂成形品に対して放電電極が静止した状態で
、放電処理を行うと、隣接する放電電極先端によって形
成された空間電荷が反発し合ったり、樹脂成形品の表面
に残る残留電荷が反発し合うため、両方の放電電極先端
の中間位置直下では、樹脂成形品表面の放電処理が不十
分になる可能性があるからである。前記した、従来の交
流高周波によるコロナ放電処理では、正負交互に電圧が
切り替わるので、空間電荷や樹脂表面の残留電荷が打ち
消され易いが、単一極性のパルスでは、空間電荷が形成
されたり、残留電荷が樹脂表面に残留することがある。 そこで、放電電極と樹脂成形品を相対的に揺動させれば
、隣接する放電電極先端の中間位置も揺動することにな
るので、前記空間電荷や残留電荷による処理不十分な部
分が無くなり、放電電極同士の中間位置直下を含む樹脂
成形品の表面全体に均一な放電処理が行える。

【００３８】

【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。図１は、この発明にかか
るコロナ放電処理装置の模式的構造および基本的な回路
構成を示している。樹脂成形品１０としては、ポリプロ
ピレンを主材とする自動車バンパーを用いている。樹脂
成形品１０の一部には、車体への取り付けや他部品の取
り付けを行うために、開孔部１２が形成されている。

【００３９】対向電極２０は、樹脂成形品１０の内面形
状に対応する外形状を有し、ＦＲＰなどの樹脂材料から
なる基材の上に、銅箔やアルミテープなどの導電性材料
を貼り付けて形成されている。樹脂成形品１０は、この
対向電極２０に嵌合保持されている。対向電極２０の材
料は、少なくとも表面に導電材料が存在していればよく
、上記構造以外にも、例えば、前記基材に導電性塗料が
塗布されたものでもよい。前記基材の材料も、前記ＦＲ
Ｐのほか、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、塩ビ
樹脂などの絶縁性材料を用いることができる。対向電極
２０は支持部材２２に支持されており、支持部材２２は
、水平方向および垂直方向に移動自在になっている。 支持部材２２の移動機構は図示を省略している。

【００４０】樹脂成形品１０の上方には、放電電極３０
が配置されている。放電電極３０は、樹脂成形品１０の
表面から一定の距離をあけて対面するように配置されて
いる。対向電極２０と放電電極３０には、配線を介して
高電圧パルス電源４０が接続されている。高電圧パルス
電源４０は、汎用の交流電源から高電圧直流を得る電源
供給部５０と、電源供給部５０から供給された高電圧直
流を高電圧パルスに変換するパルス形成部６０とからな
る。電源供給部５０は、通常の電源装置における昇圧回
路あるいはトランス回路を備えている。電源供給部５０
から供給する高電圧直流の電圧は、５０〜１５０ｋＶ程
度で良く、好ましくは７０〜１２０ｋＶ程度に設定する
。パルス形成部６０は、球ギャップ方式のパルス形成回
路を備えている。

【００４１】図示した電源供給部５０およびパルス形成
部６０の回路について簡単に説明する。電源供給部５０
には充電抵抗５２（抵抗値：約１〜１０ＭΩ、好ましく
は約２ＭΩ程度）を有し、パルス形成部６０には充放電
用コンデンサ６４（コンデンサ容量：約１〜４ｎＦ、好
ましくは２〜３ｎＦ）、球ギャップ機構６２、放電抵抗
６６（抵抗値：２５〜３００Ω、好ましくは５０〜１０
０Ω）などを備えている。電源供給部５０は、商用の動
力用交流（三相２２０Ｖ、５０／６０Ｈｚ）からトラン
ス回路や整流回路を経て、高電圧直流を得るようにして
いる。球ギャップ機構６２は、例えば、直径１２０ｍｍ
の球を約５〜４０ｍｍ離して対向させており、対向する
球の間で放電を起こさせて、スイッチング動作を行わせ
る。 対向する球の間隔、いわゆる球ギャップ間隙を調整する
ことによって、球ギャップでの放電開始電圧Ｖｓが変わ
り、その結果、放電負荷系９０に印加される高電圧パル
スの波高値も変えられる。球ギャップ機構６２の周囲に
乾燥空気を供給しておくと、スイッチング動作を良好に
行わせることができる。このような回路で商用交流がパ
ルスに変換される作用は、従来良く知られており、詳し
い説明は省略する。

【００４２】上記のような回路構成からなる高電圧パル
ス電源４０では、パルス形成部６０で得られる高電圧パ
ルスの波高値やパルス幅は、前記球ギャップ機構６２や
充放電用コンデンサ６４、放電抵抗６６などの各回路素
子の特性だけでなく、放電電極３０−樹脂成形品１０−
対向電極２０からなる放電負荷系９０の静電容量や抵抗
、あるいは、放電負荷系９０を含む放電回路全体の浮遊
容量、浮遊リアクタンスなどの影響を受ける。また、コ
ロナ放電現象自体が動的な現象であって、非線型的挙動
をするため、線型回路理論にもとづく過渡現象論では正
確に記述し難い側面がある。例えば、パルス幅は、充放
電用コンデンサ６４の容量と放電抵抗６６の抵抗値など
に影響を受け、パルス波高値は、球ギャップ放電開始電
圧ＶＳ　および充放電用コンデンサ６４の容量、放電負
荷系の静電容量の影響を受けるなどである。したがって
、高電圧パルス電源４０で、所望のパルス波形を得るに
は、コロナ放電処理を行う樹脂成形品１０および放電電
極３０、対向電極２０の構造や材質によって、各回路素
子の特性やその組合せを適当に選択する必要がある。

【００４３】図示した高電圧パルス電源４０で、放電負
荷系９０での放電電圧すなわち波高値４０〜６０ｋＶ、
パルス幅２００〜５００ｎｓ程度のパルスが得られ、こ
のパルスを４０〜１００ｐｐｓ前後のパルス頻度で、放
電電極３０と対向電極２０の間に印加してコロナ放電を
発生させることができる。そして、樹脂成形品１０に対
して、２０〜１２０秒程度の処理を行えば、良好な表面
処理が行われる。具体的には、樹脂成形品１０の表面に
塗装を行った場合の塗膜剥離強度が１．０ｋｇ／ｃｍ　
以上になることが確かめられている。

【００４４】但し、図示した電源供給部５０およびパル
ス形成部６０の回路構成は、基本的な機能を説明するた
めのものであり、同様の機能が実現できれば、必ずしも
、このような回路である必要はない。図５および図７は
、放電電極３０および対向電極２０の具体的構造を示し
ている。

【００４５】２本の平行な給電ライン３１、３２に、エ
ポキシ樹脂、アクリル樹脂、塩ビ樹脂などからなる絶縁
性の電極支持板３３が、一定間隔毎に複数枚取付固定さ
れている。電極支持板３３の設置間隔は、通常、２０〜
４０ｍｍ程度に設定しておけば良い。電極支持板３３の
片面に導電性の放電電極板３４が設けられ、放電電極板
３４はターミナル３５を介して給電ライン３１、３２と
電気的に接続されている。隣接する電極支持板３３の放
電電極板３４は、左右の給電ライン３１、３２に交互に
接続されている。放電電極板３４の端縁が、それぞれの
位置で対向する樹脂成形品１０の断面形状に合わせて、
凹形状に切り欠かれており、放電電極板３４と樹脂成形
品１０の表面との間の距離が、どの位置でもほぼ一定に
なっている。放電電極板３４と樹脂成形品１０の距離は
、約１０〜３０ｍｍ程度に設定しておけばよい。

【００４６】また、放電電極３０の構造としては、図６
に示すように、放電電極板３４に、針状またはブラシ状
の放電極３９を約２０ｍｍ毎に取り付け、ブラシ状等の
放電極３９の先端と樹脂成形品１０の表面との距離が一
定になるような構造であってもよい。対向電極２０は、
樹脂成形品１０の内面形状にぴったりと嵌入されるよう
に設けられている。

【００４７】上記のような電極構造を採用すると、複数
の放電電極板３４の中間位置直下に、空間電荷や樹脂成
形品表面の残留電荷による処理不十分な部分が残るのを
防ぐことができる。図８に模式的に示すように、隣接す
る放電電極板３４の中間位置には、両側の放電電極板３
４、３４によって形成される空間電荷や樹脂成形品上の
残留電荷が反発し合うので、約１〜２ｍｍ幅程度の処理
不十分な部分ｄが生じる可能性がある。放電電極板３４
、３４の間隔が狭いほど、空間電荷や残留電荷の反発が
大きくなる。したがって、放電電極板３４、３４を近づ
けると、余計に処理不十分な部分ｄが顕著になる。

【００４８】そこで、図９に示すように、２本の給電ラ
イン３１、３２に接続された放電電極板３４のうち、片
方の給電ライン３１に接続された放電電極板３４ａのみ
に高電圧パルスを印加して放電させる。すなわち、複数
の放電電極板３４のうち、ひとつ置きの放電電極３４ａ
が放電することになる。そうすると、前記同様に、放電
電極板３４ａと３４ａの中間位置には処理不十分部ｅが
残る。但し、この場合は、放電電極板３４ａと３４ａの
間隔が広いので、空間電荷や残留電荷の反発はそれほど
強くなく、処理不十分部ｅでは他部分に比べて処理が弱
い程度になる。この処理不十分部ｅは、他方の給電ライ
ン３２に接続された放電電極板３４ｂの真下に位置して
いる。

【００４９】その後、図９に一点鎖線で示すように、給
電ライン３１には高電圧パルスを印加せず、他方の給電
ライン３２のみに高電圧パルスを印加して、前回放電さ
せなかった放電電極板３４ｂのみを放電させれば、放電
電極板３４ｂの真下になる前段階での処理不十分部ｅに
も、十分な処理が施される。このようにして、放電電極
板３４、３４の間に処理不十分部ｅが全く残らず、樹脂
成形品１０の全体に均一なコロナ放電処理が行える。こ
の方法を採用すれば、放電電極３０と対向電極２０およ
び樹脂成形品１０を揺動させなくても、均一な処理が行
える。また、この方法と揺動を組み合わせることもでき
る。

【００５０】給電ライン３１、３２に同時に通電し、対
向電極２０側すなわち樹脂成形品１０を、放電電極３０
に対して相対的に揺動させれば、均一な処理が行えるこ
とは言うまでもない。また、揺動を行って処理する場合
は、給電ラインが２本である必要はなく、１本であって
も何らさしつかえない。さらに、揺動を行うとともに、
前記２本の給電ライン３１、３２で同時に給電する場合
、あるいは、１本の給電ラインで給電する場合には、電
極支持板３３が絶縁材料で形成されていなくてもよく、
放電電極板３４と同じ導電性材料からなるものであって
もよい。この場合には、電極支持板３３と放電電極板３
４を一体化して放電電極３０を構成することができ、構
造が簡単になる。

【００５１】以下により具体的な実施例を説明する。 −実施例１−まず、この発明の高電圧パルスを用いるコ
ロナ放電処理方法と、従来の交流高周波を用いるコロナ
放電処理方法について、その性能を比較した。その結果
は以下のとおりであった。

【００５２】図１０に示すように、対向電極２０と放電
電極３０の間に樹脂成形品１０を配置し、高電圧パルス
電源もしくは高電圧交流高周波電源４で、放電電極３０
と対向電極２０の間に高電圧を印加してコロナ放電を発
生させ、樹脂成形品１０にコロナ放電処理を施す。この
とき、火花放電を起こさずに、良好なコロナ放電処理が
行える状態で、放電電極３０と対向電極２０が最も接近
できる距離を、放電電極３０の先端から樹脂成形品１０
の表面に沿って対向電極２０までの距離ｈとして測定し
た。印加電圧を変えて、測定を繰り返した。

【００５３】図１１に測定結果を示している。印加電圧
が同じ条件では、交流高周波を用いた比較例に比べて、
パルスを用いたこの発明の実施例のほうが、はるかに最
接近距離ｈが短くなっており、樹脂成形品１０の縁部に
近い位置まで、良好なコロナ放電処理が行えることが実
証された。また、交流高周波を用いた比較例では、電源
の性能上、印加電圧を３０ｋＶ以上に上げることが困難
であったが、パルスを用いたこの発明の実施例では、印
加電圧を６０ｋＶ近くまで容易に上げることができた。 したがって、高電圧パルスを用いることによって、処理
効果を高め、より効率的にコロナ放電処理が行えること
も確認された。

【００５４】−実施例２−図１に示した装置を用いて、
この発明の方法で、以下のごとく、ポリプロピレン製の
自動車バンパーに対してコロナ放電処理を行った。 ＜供試材料＞ 自動車用ポリプロピレン製フロントバンパーコロナ放電
処理前に、下記条件で脱脂洗浄を行った＜脱脂洗浄条件
＞ 処理剤：サーフクリーナー５３ＳＲ（日本ペイント（株
）製、樹脂用水系洗浄剤） 処理条件：６０〜６５℃×２分、スプレー圧力１ｋｇ／
ｃｍ２湯洗４０℃×２分、強制乾燥８０〜９０℃×２０
分程度＜コロナ放電処理条件＞ 温湿度：１９℃、７６％ 印加電圧：球ギャップ放電開始電圧Ｖｓ＝８０ｋＶ、直
流設定電圧Ｖｉｎ＝１２０ｋＶ、（Ｖｉｎ：制御盤パネ
ルに表示される電源供給部の直流高電圧値） パルス波高値：Ｈ＝５４ｋＶ パルス幅：Ｔ２　′＝４００ｎｓ パルス頻度：１００ｐｐｓ 放電時間：上記直流設定電圧で３０秒間放電揺動：バン
パー長手方向に４ｍｍのストロークで往復させた。

【００５５】揺動速度８０ｍｍ／分 放電電極：図５〜図７に示す構造。しんちゅう製の放電
電極板３４の縁部に、多数のブラシ状放電極３９を植え
付けた。放電電極板３４のピッチは２０ｍｍであった。 給電は、給電ライン３１、３２ともに同時に給電した。 対向電極：ＦＲＰ製の本体に銅箔、アルミテープ、テフ
ロン（デュポン社の商標）テープを張って作製した。

【００５６】ブラシ状放電極３９とバンパー表面の間の
距離：約１０ｍｍ 充放電コンデンサ容量：２．４ｎＦ 充電抵抗：６ＭΩ 放電抵抗：２５Ω 球ギャップ間隔：３５ｍｍ　　　　乾燥空気供給圧力０
．５ｋｇｆ／ｃｍ １次側入力電流：１０．０Ａ（３相２２０Ｖ）バンパー
温度：室温（１９℃）で放電処理実施上記のような処理
条件でコロナ放電処理を行ったところ、良好なコロナ放
電が発生し、火花放電の発生は認められなかった。

【００５７】上記の処理条件で、３本のバンパーにコロ
ナ放電処理を行い、それぞれに塗装を施した。 ＜塗装・焼付条件＞塗装時期：表面処理されたバンパー
を一定期間放置しておき、処理直後、２４時間後または
１週間後に塗装を行った。

【００５８】放置温湿度：特に管理せず、１０〜２５℃
で５０〜８０％であった。 塗料：Ｒ−２７１ホワイト（ＮＢＣ社製）テンシロン評
価用膜厚…１００〜２００μｍ（専用プライマは不使用
） 焼付乾燥：９０℃×４０分 このようにして、塗装焼付後、２４時間室内に静置した
のち、テンシロン剥離試験を行ったところ、下表のよう
な結果が得られた。

【００５９】

【表１】

【００６０】表中、〔剥離せず〕は、塗膜がバンパーか
ら剥離せず、テンシロン測定ができなかったことを示す
。測定点Ａ〜Ｄは、バンパーの平坦部および端部、開孔
部の縁部などを含む複数個所に設定した。また、テンシ
ロン剥離試験が、形状的に不可能な部位については、ク
ロスカット１ｍｍ幅のセロテープゴバン目剥離試験を行
い、この試験でも剥離しないことを確認した。

【００６１】以上の試験結果から、この発明にかかるコ
ロナ放電処理方法で、火花放電を発生させることなく、
樹脂成形品の前記縁部を含む全体に均一で良好なコロナ
放電処理が行えることが確かめられた。また、放電処理
後、１週間経過しても、放電処理による塗膜付着性向上
の効果が保持されていることも確かめられた。−実施例
３−この実施例では、放電電極３０の構造および動作の
違いにもとづく、処理効果の違いを比較した。但し、揺
動距離が大きいため、バンパー１本処理用の中央部分だ
けの放電極を用い、両側部分に相当する放電極は取り外
して行った。

【００６２】図５〜図７に示す放電電極３０を用い、こ
の放電電極の電極板について、下記のような使用条件で
放電処理を行った。 （Ｉ）　　図９において、放電電極板３４ａのみを用い
た。 （ＩＩ）　　図９において、放電電極板３４ａのみを用
いるとともに、対向電極２０全体を水平方向に５０ｍｍ
揺動させた。（揺動速度３００ｍｍ／分） （ＩＩＩ）　　図８のように、放電電極板３４ａ、３４
ｂを同時に用いた。

【００６３】（ＩＶ）　　　図８のように、放電電極板
３４ａ、３４ｂを同時に用いるとともに、対向電極２０
全体を水平方向に５０ｍｍ揺動させた。（揺動速度３０
０ｍｍ／分） （Ｖ）　　図９において、放電電極板３４ａと放電電極
板３４ｂを切り換えて、交互に放電させた。放電時間は
、放電電極板３４ａと３４ｂのそれぞれの放電時間を合
計した時間で示している。

【００６４】なお、放電電極３０の先端と樹脂成形品１
０表面との距離は１０ｍｍであった。放電電極板３４の
取付ピッチは１６ｍｍであった。したがって、１組の放
電電極板３４ａまたは３４ｂのみを放電させたときのピ
ッチ間隔は３２ｍｍとなる。球ギャップ放電開始電圧Ｖ
ｓ　は７０ｋＶ、直流設定電圧Ｖｉｎは８０ｋＶであっ
た。処理時間は、１５、３０、６０秒で実施した。

【００６５】処理後の樹脂成形品１０に塗装を施した後
、塗膜の剥離強度を測定した。図１２に試験結果を示し
ている。この試験結果において、（Ｉ）と（ＩＩ）、あ
るいは、（ＩＩＩ）と（ＩＶ）　を比べれば、対向電極
２０を揺動させることによって、処理効果が向上するこ
とが判る。（ＩＩＩ）において、グラフが下方に突き出
した部分は、局部的に処理が低い部分が残っていること
を示している。この（ＩＩＩ）と（Ｖ）を比べれば、放
電電極板３４ａと３４ｂを切り換えて交互に放電させる
ことによって、局部的に処理が不十分になる部分を無く
し、均一な処理が可能になることが判る。

【００６６】−実施例４−この実施例では、樹脂成形品
１０を加温しておくことの効果を確認した。前記実施例
２とほぼ同様の処理条件でコロナ放電処理を行った。但
し、球ギャップ放電開始電圧Ｖｓは７０ｋＶ、直流設定
電圧Ｖｉｎは８０ｋＶであった。また、コロナ放電処理
を行う前に、樹脂成形品１０を加温して、４０〜５０℃
に昇温させておいた。コロナ放電処理を終了した段階で
、樹脂成形品１０の温度は２５〜３５℃であった。比較
のため、加温を行わない常温（１４〜２４℃）の樹脂成
形品１０に対しても同様のコロナ放電処理を行った。同
時に、対向電極２０の表面材料の材質を種々変えて処理
を行った。放電処理を終えた樹脂成形品１０に、実施例
２に示した塗料および焼付条件で塗装を行い、２４時間
後にテンシロン剥離試験を行った。

【００６７】図１３に試験結果を示している。この試験
結果をみれば、樹脂成形品１０を加温しておくことによ
って、処理効果が向上することが判る。また、対向電極
２０の導電材料の材質にはあまり影響されないことも判
る。このように、加温によって処理効果を向上できるの
は、温度が高いほうが、処理に伴う化学反応が促進され
ることや、処理の障害となる水分が除去されることなど
によるものと考えられる。

【００６８】−実施例５−この実施例では、コロナ放電
処理を行う前に、樹脂成形品１０を洗浄しておくことの
効果を確認した。基本的な処理条件は、前記実施例２と
同様に行った。具体的な洗浄手段としては、トリクロル
エタン（ＴＣＥ）による蒸気洗浄を３０秒で２回繰り返
す方法、花王フォーミング（商品名：花王製、市販洗浄
剤）を用いたスポンジタワシによる手ぶき脱脂を行う方
法、サーフクリーナー（商品名：日本ペイント製、樹脂
用水系洗浄剤）による洗浄を６０℃で２分間行う方法を
適用した。その結果、何れの方法でも、コロナ放電処理
後の樹脂成形品に塗装を施して、その塗膜剥離強度を測
定したところ、洗浄しないものよりも大幅に強度が向上
することが確認された。

【００６９】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる樹脂成
形品のコロナ放電処理方法および装置によれば、前記し
たような波形の高電圧パルスを用いてコロナ放電を発生
させることにより、火花放電が起こり難くなり、樹脂成
形品の縁部により近い位置まで放電電極を接近させるこ
とが可能になる。その結果、従来の方法では、十分なコ
ロナ放電処理が行えなかった樹脂成形品の縁部に対して
も、十分なコロナ放電処理が行え、樹脂成形品全体に均
一で良好なコロナ放電処理が行える。また、従来の方法
に比べて、より高い電圧をかけても火花放電が起こり難
くなるので、印加電圧を高めて、より強い処理効果を上
げたり、より短時間で能率的に処理を行うことが可能に
なり、三次元形状の樹脂成形品に対するコロナ放電処理
の能率向上、性能アップに大きく貢献することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　この発明の実施例を示す装置全体の概略構
成図

【図２】　　この発明に用いるパルス波形の模式的説明
図

【図３】　　パルス波形の具体例を示す波形図

【図４
】　　パルス波形の別の具体例を示す波形図

【図５】　
　放電電極および対向電極の具体的構造を示す断面図

【図６】　　放電電極の別の具体例を示す要部の拡大断
面図

【図７】　　図５の側面図

【図８】　　放電電極への電圧印加状態の１例を示す説
明図

【図９】　　放電電極への電圧印加状態の別の実施例を
示す説明図

【図１０】　　この発明の方法と従来の方法の性能比較
試験の実施方法を示す概略説明図

【図１１】　　上記性能比較試験の結果を示すグラフ

【
図１２】　　この発明における電極構造・動作の違いに
よる性能比較結果を示すグラフ

【図１３】　　この発明における加温による性能向上効
果を示すグラフ

【符号の説明】

１０　　樹脂成形品 ２０　　対向電極 ３０　　放電電極 ４０　　高電圧パルス電源 ５０　　電源供給部 ６０　　パルス形成部 ９０　　放電負荷系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　三次元形状を有する樹脂成形品を放電
   電極と対向電極の間に配置し、両電極の間に高電圧を印
   加してコロナ放電を発生させることにより、樹脂成形品
   の表面にコロナ放電処理を施す方法において、波高値が
   １０〜１００ｋＶ、パルス幅が１μｓ以下、パルス頻度
   が１０〜１０００ｐｐｓの高電圧パルスによりコロナ放
   電を発生させるようにすることを特徴とする樹脂成形品
   のコロナ放電処理方法。
2. 【請求項２】　　対向して配置された放電電極および対
   向電極と、放電電極と対向電極の間に高電圧を印加して
   コロナ放電を発生させる高電圧電源を備え、三次元形状
   を有する樹脂成形品の表面にコロナ放電処理を施すコロ
   ナ放電処理装置において、前記高電圧電源が、高電圧直
   流を発生する電源供給部と高電圧直流を高電圧パルスに
   変換するパルス形成部を備えていて、波高値が１０〜１
   ００ｋＶ、パルス幅が１μｓ以下、パルス頻度が１０〜
   １０００ｐｐｓの高電圧パルスを発生する高電圧パルス
   電源であることを特徴とする樹脂成形品のコロナ放電処
   理装置。