JPH0612682B2 - コロナ放電処理用対向電極の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （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に使用される対
向電極の製造方法に関するものである。

（従来の技術） ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂は極性基が少
ないので、その表面に塗料、接着剤、印刷等が付着しに
くいという特性がある。そこで、該樹脂の表面に塗料、
接着、印刷等を行う場合には、その前処理として表面に
改質処理を施し、前記付着性を向上させる必要がある。

このポリオレフィン系樹脂よりなる三次元樹脂成形品の
改質処理として、従来においてはフレーム処理（火炎処
理）や重クロム酸溶液等を用いる酸性溶液処理等が行わ
れていたが、最近ではプラズマ処理も行われるようにな
った。前記プラズマ処理は樹脂成形品のほぼ全表面を一
度に活性化することができるので、自動車用バンパー、
モール等の塗装・接着前処理に大きい成果を上げてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記プラズマ処理では減圧されたプラズ
マガス雰囲気が必要なので、真空槽、真空ポンプ、バル
ブ装置、キャリアガス等の大掛りで高価な設備を必要と
する上、前記真空槽内を減圧するのに時間がかかるとい
う問題があった。また、工程はどうしてもバッチ処理を
とらざるを得ないので、工程の自動化は困難であり、工
程毎に真空がきれて次の減圧に時間がかかるという問題
もあった。

そこで、本発明者は樹脂フィルムの改質処理として行わ
れるコロナ放電処理に着目しているが、この処理方法を
三次元樹脂成形品の改質処理に採用するには多くの困難
を伴う。その一つは、成形品が種々の三次元形状をなし
ている場合には、これまでのロール状や平板状の対向電
極では、前記樹脂との間に大きな空気層が生じるととも
に、放電電極との間隔が大きくなるため、コロナ放電が
発生しなくなるという難点である。

従って、前記対向電極を三次元樹脂成形品の裏面の形状
とほぼ同一形状に形成することが考えられているが、こ
の場合には、前記三次元樹脂成形品の裏面と同一形状の
樹脂型を形成し、この表面に薄膜状の導電層を被覆させ
て対向電極としなければならないため、複数の製造工程
を必要とし、作業が非常に面倒であった。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、非導電性物質に
導電性物質を含有させた材料を溶融し、同溶融材料を成
形品の内面に流し込み反応硬化させて対向電極を形成す
るという手段を採用している。

（作用） すなわち、対向電極は非導電性物質に導電性物質を含有
させた材料にて形成されているため、前記非導電性物質
中の導電性物質が電気的な連鎖接触構造を形成し、あた
かも全体が導電体のように作用する。

また、前記対向電極はコロナ放電処理する成形品の内面
と同一形状に形成される。

（実施例） 以下、この発明を具体化した実施例を図面に従って説明
する。

まず、この実施例でコロナ放電処理される成形品につい
て簡単に説明すると、この成形品は三次元樹脂成形品で
あって、三次元的な凹凸を有するものをいう。また、こ
こにいう樹脂は特に誘電体である合成樹脂を指す。

本実施例によってコロナ放電処理する三次元樹脂成形品
は、第１〜３図に示すように、誘電体であるＰＰ樹脂に
て形成された自動車用インストルメントパネルパッド
（以下、インパネパッドと略称する）１であって、その
表面にＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）樹脂製の表皮シートが
装着されることによって、インストルメントパネルが構
成されるようになっている。

前記インパネパッド１はその上面２と前面３との境界、
上面２と側面４との境界等に凸状のコーナ部５を有して
いる。

また、インパネパッド上面２の左右両側には２つの浅い
皿部６，７が設けられている。従って、第２図に示すよ
うに皿部６，７の底縁には凹状のコーナ部９が各々存在
する。また、前記上面２の左端部にはサイドデフロスタ
用エアの吹出口１０が、同じく前面３の左右両側には２
つの換気・空調用エア吹出口１１，１２が各々形成され
ている。角吹出口１０，１１，１２は略四角形状をな
し、縁及び四隅にアール状のコーナ部１３が形成されて
いる。

前記の通り、インパネパッド１は三次元樹脂成形品であ
るとともに、多くのコーナ部５，８，９，１３を備えた
点に特徴を有するものである。

さて、次に前記インパネパッド１をコロナ放電処理する
ための装置を説明する。

このコロナ放電処理装置は、金属フレームによって前後
２段に形成された基台８０上に載せられており、本装置
を区分すると、 Ａ：インパネパッド１を固定するとともに、その裏面に
対向電極を接触させるために、基台８０の第１段目に接
地された対向電極手段Ａと、 Ｂ：コロナ放電処理とこれを三次元的に移動させるため
の移動手段とを有し、基台８０の第２段目に配置された
放電電極手段Ｂと、 Ｃ：前記電極間に高周波を印加するために、基台８０の
左側の棚１４に配置された高周波印加手段Ｃと、 Ｄ：電極移動手段Ｂを制御するために、基台８０の右側
に接地された制御ユニットＤとから構成されている。

以下、前記各部Ａ〜Ｄの詳細を順に説明する。

〔対向電極手段Ａ〕

第１，２，４，５図に示すように、基台８０の第１段目
には中空の電極台６１が設置されており、該電極台６１
の上部にはインパネパッド１の内部の三次元形状に合致
するように形成された対向電極６２が設けられており、
前記インパネパッド１を内側から支持するようになって
いる。

この対向電極６２は非導電性物質であるエポキシ樹脂粉
末６２ａに導電性物質であるカーボンブラック粉末６２
ｂを含有させた材料を溶融させて、前記インパネパッド
１の内面に流し込んで反応硬化させることによって形成
されている。従って、前記対向電極６２内部では前記カ
ーボンブラック粉末６２ｂ同志が相互に至近距離に接近
して電気的な連鎖接触構造を形成している。つまり、こ
のカーボンブラック粉末６２ｂ同志の電気的な連鎖接触
構造によって、従来の導電層の役割を果たすようになっ
ている。

従って、対向電極６２はその中に含有されたカーボンブ
ラック粉末６２ｂが従来の導電層の役割を果たすため、
該対向電極６２自体を前記インパネパッド１の裏面の三
次元形状と同一形状に簡単に形成することができる。

前述の通り、本実施例の対向電極６２は従来のような三
次元樹脂成形品の内面の形状と等しい樹脂型とその表面
に被覆された導電層との２層構造にする必要がないた
め、非常に簡単に且つ安価に形成することができ、設備
費の低減、再現性の向上等に効果的である。

なお、前記カーボンブラック粉末６２ｂは平均粒子直径
が１０〜１００ｍμのものを用いており、本実施例にお
いては導電性が最良で面接触が生じ易いアセチレンカー
ボンブラックのフレーク状粉末を用いているが、合成樹
脂等の顔料として用いられるもので球状粉、枝状粉、針
状粉、繊維状粉のものを使用しても良く、さらに、超導
電性のカーボンブラック（ケッチェンブラック）を用い
ても良い。また、前記エポキシ樹脂とカーボンブラック
との混合割合は、エポキシ樹脂１００部に対してカーボ
ンブラックが２部〜３０部の範囲内で混合されいてい
る。これは、前記カーボンブラックが２部以下だと対向
電極６２全体が導電体として働かず、３０部以上だとカ
ーボンの分散が困難になるからである。そして、前記対
向電極６２には図示はしないがその一部が接地されてい
る。

前記対向電極６２のうちインパネパッド１の吹出口１
０，１１，１２に対応する箇所には凹部６４が形成され
ており、該凹部６４内にハイパロンゴム、エポキシ樹脂
等の誘電体によって形成された緩衝板６５が嵌入されて
おり、コロナ放電を均一に発生させるようになってい
る。

〔放電電極手段Ｂ〕

第４〜６図に示すように、放電電極手段Ｂはコロナ放電
電極５０と、これをＸ軸（左右）方向に移動させるため
のＸ軸移動手段２０と、同じくＹ軸（前後）方向に移動
させるためのＹ軸移動手段と、同じくＺ軸（上下）方向
に移動させるためのＺ軸移動手段４０とから構成されて
いる。

Ｘ軸移動手段２０において、基台８０には水平方向に平
行して延びる２本の案内ロッド２８が取着されている。
該案内ロッド２８には次のＹ軸移動手段３０を支えるた
めのターンテーブル２６がＸ軸方向に滑動可能に設けら
れている。すなわち、ターンテーブル２６の下面には支
持部材２３が取り付けられ、該支持部材２３に両案内ロ
ッド２８が挿通されることによってターンテーブル２６
が滑動可能になっている。

さらに、ターンテーブル２６の下面のうち支持部材２３
の左右側には螺合部２９が取着され、該螺合部２９には
１本のスクリュウ軸２７が螺入螺退可能に螺合されてい
る。スクリュウ軸２７の右端には歯車２１ａが取着さ
れ、該歯車２１ａは基台８０の右端部に取着されたサー
ボモータ２５の歯車２１ｂと噛み合っている。

従って、サーバモータ２５が回動すると、歯車２１ａ，
２１ｂを介してスクリュウ軸２７が回転するので、該ス
クリュウ軸２７に螺合された螺合部２９とともにターン
テーブル２６はＸ軸方向に移動するようになっている。

次に、Ｙ軸移動手段３０において、ターンテーブル２６
上面の両側部には各々２個の軸受３５が設けられてい
る。左右の軸受３５間には２本のスクリュウ軸３１が回
転可能かつ進退不能に取着され、両軸３１は水平方向に
平行して延びている。各スクリュウ軸３１の前後には歯
車３６ａが取着され、角歯車３６ａは基台８０の後端部
に取着されたサーボモータ３２の歯車３６ｂと噛み合わ
されている。

２本のスクリュウ軸３１には両軸３１にまたがる螺合部
材３４が螺合されており、該螺合部材３４の中央部には
前方に延びるＹ軸アーム３３が取り付けられている。Ｙ
軸アーム３３の前端には次のＺ軸移動手段４０が固定さ
れている。

従って、Ｙ軸移動手段３０においてもサーボモータ３２
の回転が歯車３６、スクリュウ軸３１及び螺合部材３４
の順に伝達されて、Ｚ軸移動手段４０がＹ軸方向に移動
するようになっている。

次に、Ｚ軸移動手段４０において、Ｙ軸アーム３３の前
端には固定テーブル４１が垂立するように固定されてい
る。固定テーブル４１の前端には２本の案内ロッド４２
が固定され、両ロッド４２は上下方向に平行に延びてい
る。

両案内ロッド４２にはこれにまたがる滑動部材４４が摺
動可能に取り付けられ、該滑動部材４４の中央部には雌
ねじ（図示せず）が形成されている。該雌ねじには上方
に延びるスクリュウ軸４６が螺合され、該スクリュウ軸
４６は固定テーブル４１の上部に取り付けられたサーボ
モータ４５の回転軸４７に直結されている。

他方、滑動部材４４の中央部には下方に延びるＺ軸アー
ム４３がその上端部において固定され、該Ｚ軸アーム４
３の下端部にはコロナ放電用の放電電極５０が常にほぼ
鉛直状態に把持されている。

従って、サーボモータ４５を回転させれば、スクリュウ
軸４６が回転して滑動部材４４を介してＺ軸アーム４３
及び放電電極５０が昇降するようになっている。

大気中に配置される該放電電極５０はステンレス鋼にて
形成された直径約２mm棒状の被把持部５１と、同じくス
テンレス鋼よりなり該被把持部５１の先端に取着された
直径約６mmの球状の放電先端部５２とよりなっている。
被把持部５１は前記の通りＺ軸アーム４３に常にほぼ鉛
直状態に把持され、前記各移動手段２０，３０，４０に
よって移動されるときも傾動しないようになっている。

なお、第７図に示すように、前記放電電極５０の周囲に
はステンレス鋼等で形成されたメッシュ状のシールド筒
５３を設けることが望ましい。該シールド筒５３によっ
て、コロナ放電時における高周波ノイズの輻射を防止す
ることができるからである。

〔高周波印加手段Ｃ〕

第４，７図に示すように、前記対向電極６２と放電電極
５０には高周波発振器１６と高圧トランス１７とよりな
る高周波印加手段Ｃが接続されている。また、高周波ノ
イズ対策のため、高周波発振器１６からも直接アースが
とられている。

高周波発振器１６には２０〜３０ＫＨＺ、最大出力３５
０Ｗの高周波を発生するタンテック社の製品（商品名Ｈ
ＶＯ５−２）が使用されている。高圧トランス１７は高
周波発振器１６の高周波出力を昇圧して電極６２，５０
間に高電圧を印加するためのものであって、同じくタン
テック社の製品（商品名スパーＣ）が使用されている。

〔制御ユニットＤ〕

制御ユニットＤにはコンピュータ等を使用した制御回路
（図示せず）が組み込まれ、該制御回路には放電電極５
０をインパネパッド１の表面近傍に移動させるために
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸移動手段２０，３０，４０の作動を制御す
る運動プログラムや、高周波印加手段Ｃの作動開始と停
止とを制御するプログラム等が書き込まれている。

この制御ユニットＤと前記高周波印加手段Ｃとは、基台
８０を挟んで相当の距離を隔てて配置されており、電源
は別々に独立してとられている。高周波印加手段Ｃから
漏洩する高周波ノイズによって制御ユニットＤのコンピ
ュータが誤作動するのを防ぐためである。また、同理由
から前記高周波発振器１６、高圧トランス１７及び放電
電極５０を接続するコードは確実にシールドする必要が
ある。

なお、第５図に示すように、基台８０のうち前記対向電
極手段Ａより後方の位置には、コロナ放電処理の際に発
生するオゾン等のガスを排出するための排気手段Ｅが配
置されている。

さて、以上のように構成されたコロナ放電処理装置を使
用してインパネパッド１をコロナ放電処理する方法につ
いて説明する。

まず、成形されたインパネパッド１に離形剤や手作業に
起因する汚れ等が付着している場合には、これらをトリ
クロルエタン等の有機溶剤で洗浄する前処理を行うこと
が望ましい。確実にコロナ放電処理を行うためである。
しかし、離形剤や汚れがない場合ないし軽微な場合には
前処理を行う必要はない。

次に、第１，２，４，５図に示すように、対向電極手段
Ａの対向電極６２にインパネパッド１を嵌合させる。こ
の際、対向電極６２は非導電性物質のエポキシ樹脂粉末
６２ａに導電性物質のカーボンブラック粉末６２ｂを含
有させた材料で形成され、その表面ないし全体がインパ
ネパッド１の裏面の三次元形状と略同一形状に形成され
ているため、該対向電極６２の表面全体がインパネパッ
ド１の裏面全体に確実に接触する。

つまり、非導電性物質に導電性物質を含有させたものを
溶融させて前記インパネパッド１の裏面に流し込んで反
応硬化させることによって形成された本実施例の対向電
極６２は従来の方法に比べ非常に簡単に製造可能である
とともに、余分な厚みとなる導電層を被覆しないため、
前記インパネパッド１の裏面形状にぴったりと一致させ
ることができるのである。

従って、誘電体ＰＰ樹脂にて形成されたインパネパッド
１は、そのほぼ全体が対向電極６２に対して電気的に有
効に結合され、対向電極６２と放電電極５０との間隔を
常に小さくすることも可能となる。その結果、放電電極
５０からコロナ放電が発生しやすくなる。

いま仮に、前記インパネパッド１の内部に樹脂を流し込
んで樹脂型を作り、その表面に対向電極となる導電層を
被覆する方法をとる場合には、どうしても、前記導電層
の厚み分だけの全体が大きくなってしまいインパネパッ
ド１の内部との間に誤差が生じる。従って、その上にイ
ンパネパッド１を配置した場合、インパネパッド１と対
向電極６２との間に空気層を生じさせる可能性がある。
この空気層は絶縁層として作用し、コロナ放電が発生し
にくくなる。本実施例では、この空気層を確実になくし
て、前記電気的結合を実現しているのである。

次に、排気手段Ｅを作動させておいてから、制御ユニッ
トＤのスイッチを入れ、放電電極手段Ｂにおける各軸の
移動手段２０，３０，４０をコロナ放電処理のスタート
位置にセットする。このとき、放電電極５０の被把持
部５１は常に鉛直状態に支持されており、放電先端部
５２はインパネパッド１の前縁の左端より上方に約１０
mmの間隔をおいて位置される。

次に，高周波印加手段Ｃの高周波発振器１６が作動され
ると、その高周波出力は高圧トランス１７が昇圧され、
対向電極６２と放電電極５０との間に２８ＫＶの高周波
が印加される。すると、放電先端部５２のうち上面２に
対向している部分とその上面２との間の大気中にコロナ
放電が発生し、上面２のコロナ放電処理が開始される。

Ｘ，Ｙ，Ｚ軸移動手段２０，３０，４０は、制御ユニッ
トＤからの制御信号に基づいて作動するサーボモータ２
５，３２，４５の回転によって各々の方向に移動し、放
電電極５０はインパネパッド１の表面近傍を移動してい
く。

なお、前記放電電極５０の移動速度は前記放電条件下で
は１〜２５０mm／ｓｅｃの範囲内において任意に設定す
ることができるが、本実施例では充分なコロナ放電処理
効果と処理所要時間の短縮とを考え併せ、１５０mm／ｓ
ｅｃとした。

以上のような往復移動を伴うコロナ放電処理によってイ
ンパネパッド１の表面全体がコロナ放電処理され、接着
剤等の付着性が向上する。本実施例のコロナ放電処理に
よるぬれ性の向上は、従来のフレーム処理（火炎処理）
と同程度である。

また、第２図に示すように、放電電極５０が吹出口１
０，１１，１２や皿部６，７の上方を通過するときに
は、該放電電極５０はその落差分だけ下方に移動される
ため、吹出口１０，１１，１２の内側面、皿部６，７の
皿底、コーナ部９，１３等も確実にコロナ放電処理され
る。

前記コロナ放電処理の現象は放電によって生ずる多量の
電子の流れが合成樹脂（本実施例ではＰＰ）に衝突し
て、その衝突エネルギが炭素と水素の結合を部分的に破
壊し、合成樹脂表面を酸化、イオン化させて活性化させ
るためであると考えられている。

また、前記コロナ放電は第７図に示すように放電先端部
５２から極めて均一な放電パターンをもって広がるの
で、その時ごとのインパネパッド１の表面の処理範囲は
かなり広く、直径５０〜６０mmの円内は充分に処理され
る。これは、放電先端部５２が球状（曲面形状）である
ため、コロナ放電が一点（とがった部分や角）等に集中
することなく均一に分散するからである。

このように、本実施例のコロナ放電処理装置によれば、
従来のプラズマ処理における真空槽、真空ポンプ、バル
ブ機構、キャリアガス等の大掛りな設備や真空槽の減圧
に要する準備時間等が不要になり、放電電極５０等によ
り大気中でコロナ放電処理を発生させてこれを移動させ
るだけで、ＰＰ樹脂製インパネパッド１の表面改質を行
うことができる。従って、設備費や設備スペースを大幅
に節減できるばかりでなく、処理時間も短縮することが
できる。

さらに、少なくとも放電先端部が曲面形状である放電電
極５１をインパネパッド１の表面に沿って移動させるの
で、コーナ部５，８，９，１３も確実に処理することが
できる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば、次に示すように変更して具体化することも可能
である。

（１）前記対向電極６２の非導電性物質としては、本実
施例のエポキシ樹脂の他、ポリエステル樹脂、シリコン
ゴム、石膏等を用いることも可能である。

（２）カーボンブラック粉末６２ｂは本実施例のアセチ
ルカーボンブラックの他、ハードカーボンであるＳＡ
Ｆ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ソフトカーボンであるＦＥＴ、
ＨＭＦ、ＧＰＦ等を用いても良い。

（３）前記対向電極６２の導電性物質としては、本実施
例のカーボンブラック粉末６２ｂの他、金、銀、銅等の
金属粉や金属繊維等を用いることも可能であり、さらに
は、前記金属粉とカーボンブラック粉末６２ｂとを混合
したものを使用しても良い。

（４）前記放電電極手段ＢにおけるＸ，Ｙ，Ｚ軸移動手
段２０，３０，４０の構造を変更したり、これらに代え
て多関節型のロボット等を使用したりすることもでき
る。また、対向電極手段Ｂに三次元移動機構を設け、イ
ンパネパッド１を移動させて放電電極５０に近接させる
ようにしても良い。

（５）本発明は前記インパネパッド１以外にも、自動車
用バンパー、自動車用モール、オートバイの泥よけフェ
ンダーの他、さらに各種産業機器、家庭用品等の成形後
に塗装、接着、印刷等が必要な全ての三次元樹脂成形品
の対向電極製造方法として用いることができるととも
に、二次元樹脂成形品の対向電極としても用いることが
できる。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、コロナ放電処理
用対向電極の形成作業において従来行われていた樹脂型
の形成作業やその樹脂型の表面に導電層を被覆するとい
った面倒な作業を不要にでき、成形品の内面に対し非導
電物質に導電物質を含有させてなる溶融材料を流し込み
反応硬化させるという簡単な作業だけで、前記対向電極
の表面形状をコロナ放電処理される成形品の内面形状に
ぴったりと嵌合する形状にでき、コロナ放電を発生しや
すくすることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はインパネパッド及び対向電極手段を前後に切断
して示す断面図、第２図は同じく左右に切断して示す断
面図、第３図はインパネパッドの斜視図、第４図はコロ
ナ放電処理装置の正面図、第５図は同じく右側面図、第
６図はＹ軸移動手段の平面図、第７図は放電電極と高周
波印加手段との接続を示す概略図である。 非導電性物質…６２ａ 導電性物質…６２ｂ 対向電極…６２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非導電性物質（６２ａ）に導電性物質（６
   ２ｂ）を含有させた材料を溶融し、同溶融材料を成形品
   （１）の内面に流し込み反応硬化させて対向電極（６
   ２）を形成することを特徴とするコロナ放電処理用対向
   電極の製造方法。
2. 【請求項２】前記非導電性物質（６２ａ）はポリエステ
   ル樹脂、エポキシ樹脂、シリコンゴム、又は石膏である
   特許請求の範囲第１項に記載のコロナ放電処理用対向電
   極の製造方法。
3. 【請求項３】前記導電性物質（６２ｂ）は金属粉又はカ
   ーボンブラック粉末である特許請求の範囲第１項に記載
   のコロナ放電処理用対向電極の製造方法。