树脂部件生产方法与流程

本发明的一个方面涉及树脂部件生产方法。

背景技术：

近年来，由于树脂材料的增加的强度，已经在各种领域中使用由树脂制成的产品。例如，在自动车的领域中，由于要求环境负载的减轻，已经要求减小自动车用构件的重量。因此，已经将由金属制成的构件置换成由树脂制成的构件。

然而，当将树脂部件引入到要求润滑性的部分(例如滑动部、齿轮、轴承等)时，产生油的浸润性的问题。关于润滑油的浸润性，树脂部件劣于金属制部件。存在树脂部件无法表现充分的润滑性能的情况。因此，已经提出各种被加工以提高树脂部件相对于油或水的浸润性的部件。

例如，专利文献1公开了一种蜗轮，包括：由金属制成的芯；树脂部，该树脂部与该芯的外周表面一体地形成，并且树脂部具有齿轮齿；和通过等离子体cvd法、等离子体离子注入法等而在齿轮齿的表面中形成的硬碳膜。

例如，专利文献2公开了水泵中的机械密封件，包括具有彼此对置的滑动表面的固定环及旋转环。通过等离子体照射、激光、紫外线等而在各滑动表面中形成亲水面部。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：jp-a-2004-155245

专利文献2：jp-a-2005-188651

技术实现要素：

发明要解决的问题

树脂部件的表面处理的方法主要分类成物理处理和化学处理。专利文献1及2中公开的处理方法属于前者即物理处理。物理处理是对部件的表面进行加工或者在部件的表面上形成膜由此改变表面的物理性质的处理。物理处理在处理得到的效果的持续性(耐久性)方面优越，而且能够由干式工艺进行。因此，物理处理比化学处理(例如用溶剂处理)对环境带来的负担小。然而，对于除了平面形状以外的复杂形状，尚未令人满意地建立物理处理。

另一方面，以通过溶剂或气体向树脂部件的表面(聚合物表面)添加官能团(-oh基、-ch基等)的方式，进行化学处理。因此，化学处理对于复杂形状而言令人满意地有效。然而，官能团对聚合物表面的粘着力太弱，使得表面容易受外力或气氛影响。因此，关于耐久性，化学处理一般劣于物理处理。而且，也担心：如果未适当地处理溶剂，对环境的负担可能增加。

因此，本发明的一个方面的目的是提供一种树脂部件生产方法，在该树脂部件生产方法中，与树脂模制制品的形状独立地，能够向树脂模制制品赋予长期持续的液体浸润性，并且对环境的负担低。

用于解决问题的手段

根据本发明的一个方面，用于制造树脂部件(1)的方法包括：第一工序，在所述第一工序中，模制具有预定形状的树脂模制制品(2)；及第二工序，在所述第二工序中，在真空中，通过等离子体对所述树脂模制制品的表面(3、4、5、6)进行处理，以在所述树脂模制制品的所述表面中提供凹凸，其中在所述第二工序中，在惰性气体中进行放电点火以产生等离子体，并且在维持真空度的同时，然后将原料气体置换成空气。

顺便提及，在上述段落中，括弧内的数字等表示与后面将描述的实施例中的对应构成元件的附图标记。但是，这些附图标记不意图限制权利要求的范围。

发明的优点

根据本发明的一个方面，由于通过真空中的等离子体激励而电离的带电粒子，使树脂模制制品的表面成为高能量状态。因此，能够提高表面的结晶性，以使表面密度增加。同时，通过微弱的离子溅射能量，能够使树脂模制制品的表面粗糙度增加，从而能够增加树脂模制制品与液体或液滴接触的接触表面面积。作为结果，能够得到在确保对外力例如摩擦力的优异耐久性的同时提高浸润性的效果。而且，由于在真空中进行等离子体处理，因此带电粒子不被释放，而是能够被散布在整个树脂模制制品上。因此，即使树脂模制制品的形状是包含交织表面(例如筒状部件的内周表面)的复杂形状，也能够均匀地对部件的各表面进行处理。此外，由于使用等离子体(物理处理)的干式工艺，能够减小对环境的负担。

附图的简要说明

图1是根据本发明的一实施例的用于制造树脂部件的工序的流程图。

图2是用于该树脂部件的树脂模制制品的示意透视图。

图3是用于在该树脂模制制品的等离子体处理中使用的装置的示意图。

图4是表示对各原料气体而言在真空度与放电开始电压之间的关系的坐标图。

图5是脉冲电压的时间图。

图6是表示根据本发明的该实施例的滚动轴承的剖视图。

图7是根据本发明的实施例的用于制造树脂部件的工序的流程图(变型)。

图8是用于说明用于测量软层的硬度的方法的图。

图9是表示在已经形成该软层的情况下的固体接触的状态的图。

图10是用于说明根据本发明的实例的减小摩擦系数的效果的坐标图。

图11是用于说明根据本发明的实例的提高浸润性的效果的坐标图。

图12是表示从树脂部件的表面起的各深度中的硬度的分布及硬度的变化量的坐标图。

图13是用于说明摩擦试验的方法的图。

图14是用于说明摩擦系数的持续性的坐标图。

图15是用于说明减小摩擦系数的效果的坐标图。

实施本发明的模式

以下将参照附图详细描述本发明的实施例。

图1是根据本发明的实施例的用于制造树脂部件1的工序的流程图。

为了制造树脂部件1，例如，通过例如注入模制、挤出模制、压缩模制等已知的模制方法而将树脂原料模制成预定形状，从而形成用作树脂部件1的本体的树脂模制制品2(步骤s1)。

使用的树脂原料的实例可以包括结晶性热塑性树脂和热固性树脂。结晶性热塑性树脂的实例可以包括聚酰胺(pa)、聚缩醛(pom)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚苯硫醚(pps)、聚醚醚酮(peek)、液晶聚合物(lcp)、聚四氟乙烯(ptfe)等。热固性树脂的实例可以包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、硅树脂、乙烯基酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨脂树脂等。结晶性热塑性树脂及热固性树脂不限于上述实例，而是可以适合于树脂部件1的规格而使用各种树脂。

图2是用于在树脂部件1中使用的树脂模制制品2的示意透视图。

树脂模制制品2形成用于在各种应用中使用的树脂部件1的本体。树脂模制制品2被模制成与树脂部件1的规格对应的形状。即，图2中所示的树脂模制制品2的形状只是用于说明本发明的实施例的实例。

树脂部件1的应用的实例可以包括：车辆用滑动部件(例如滚动轴承、滑动轴承等)；由树脂制成的齿轮；当使用被涂物时将用水性涂料或油性涂料涂装的各种被涂物；当使用基板时将用各种涂布剂涂布(防湿涂布、防污涂布、拒水涂布等)的基板等。但是，树脂部件1的应用不限于实例。

树脂模制制品2包含具有预定厚度的管状部件(在该实施例中是圆筒形部件)。例如，树脂模制制品2具有：外周表面3；内周表面4；及两个轴向相反端部的端表面5和5。在所述两个轴向相反端部中的一个端部中，从端表面5选择性地除去树脂模制制品2的厚部的一部分，从而形成切口部6。树脂模制制品2的长度l可以是例如10mm至30mm。而且，树脂模制制品2的内径d可以是例如5mm(φ5)至20mm(φ20)。而且，树脂模制制品2的耐热温度可以是例如80℃至150℃。

接下来，将树脂模制制品2设定在真空腔室装置7中(步骤s2)。

图3是用于在树脂模制制品2的等离子体处理中使用的真空腔室装置7的示意图。

在真空腔室装置7的腔室8的下部中设置基座9。在该基座9中内置有加热器10。通过基座9保持树脂模制制品2，从而能够通过加热器10将树脂模制制品2加热至预定温度。而且，将排气管线12连接至腔室8的下部，该排气管线12的中途设有真空泵11。驱动该真空泵11，从而能够在腔室8的内部维持预定真空度。该实施例中使用的真空的压力范围是例如1×10^-1pa至1×10^-2pa。

另一方面，用于向腔室8内供给原料气体的原料气体供给管线13被连接至腔室8的顶部。虽然在图3中示出仅一条原料气体供给管线13，但是当供给多种原料气体时，可以设置多个原料气体供给管线13。而且，将布线连接至腔室8的顶部14，使得与基座9对置的顶部14也能够用作电极。在顶部14与基座9之间施加直流偏压。在顶部14与基座9之间的距离(电极间距离)是例如80mm至400mm。

在将树脂模制制品2设定在基座9中之后，在真空腔室装置7中开始等离子体处理。

首先，驱动真空泵11以将气体从腔室8通过排气管线12排出，同时从原料气体供给管线13供给原料气体。

在该初始阶段中，将腔室8的内部的压力保持在40pa至90pa的中真空，同时供给惰性气体作为原料气体。然后，在腔室8的顶部14(电极)与基座9之间施加电压，以在惰性气体中诱发放电点火(等离子体激励)(步骤s3)。因此，使惰性气体变成等离子体。在放电点火时施加的电压是例如300v至600v或者优选400v至500v。当施加的电压低于300v时，难以诱发等离子体激励。另一方面，当施加的电压超过600v时，担心：由于基座9上的树脂模制制品2的温度上升及在点火时的火花，可能损坏树脂模制制品2的处理表面(外周表面3、内周表面4、端表面5及切口部6)。而且，加热器10的温度是例如30℃至150℃。

能够参照图4说明在等离子体处理的初始阶段中(放电点火时)供给惰性气体作为原料气体的理由。如图4中所示，在40pa至90pa的中真空的压力范围中，空气的放电开始电压是500v至600多v，而惰性气体(he、ar)的放电开始电压约400v至450v。因此，为了将空气的放电开始电压抑制在优选范围(从400v至500v)，腔室8的内部的压力达到约几pa。在这样的低真空下，担心：在放电点火时可能从树脂模制制品2释放气体，由此使树脂模制制品2劣化。然而，当使用惰性气体作为用于放电点火的原料气体，在中真空下能够令人满意地进行放电点火。顺便提及，除了稀有气体例如he或ar之外，可以使用n2(氮气)作为惰性气体。

当放电点火完成时，处理从初始阶段移到定常阶段。在将腔室8的内部的真空度保持在中真空中的同时，维持等离子体激励状态，并且将原料气体从惰性气体置换为空气(步骤s4)。此后，如图5中所示，在比放电开始电压低的电压进行开/关控制，从而在腔室8的顶部14与基座9之间施加脉冲电压。因此，使空气变成等离子体(非平衡等离子体)，并且通过这样电离的带电粒子对树脂模制制品2进行等离子体处理(步骤s5)。顺便提及，在定常阶段中，腔室8的内部由于从初始阶段过渡而在继续出现等离子体的状态下。因此，即使在中真空下，也能够以比较低的电压使空气变成等离子体。

定常阶段的持续时间(等离子体处理时间)是例如10分钟至15分钟。当等离子体处理时间短于10分钟时，难以得到令人满意的处理效果。另一方面，当等离子体处理时间超过15分钟时，担心树脂模制制品2的温度或表面粗糙度可能过度增加。在这样范围的等离子体处理时间中，脉冲电压的脉冲宽度是例如0.2毫秒至1毫秒或者优选0.2毫秒至0.25毫秒。而且，脉冲频率是例如0.1khz至0.5khz或者优选0.4khz至0.5khz。当脉冲频率低于0.1khz时，难以得到令人满意的处理效果。另一方面，当脉冲频率超过0.5khz时，担心树脂模制制品2的温度可能过度增加。而且，在定常阶段中加热器10的温度是例如60℃至120℃。

在等离子体处理后，将树脂模制制品2从腔室8取出。因此，能够得到树脂部件1。

根据上述方法，通过从构成空气的o2、co2、h2o等电离出的带电粒子，使树脂模制制品2的表面(外周表面3、内周表面4、端表面5及切口部6)成为高能量状态。因此，能够使树脂模制制品2的表面的结晶性增加，并且能够增加表面密度。同时，由于微弱的离子溅射能量，能够使树脂模制制品2的表面粗糙度增加，从而能够增加树脂模制制品2的与液体或液滴接触的接触表面面积。作为结果，能够得到在确保对外力例如摩擦力的优异耐久性的同时提高浸润性的效果。例如，能够使树脂模制制品2的表面与液体的接触角小于在等离子体处理之前树脂模制制品2的表面与液体的接触角的70％。

另外，由于在真空中进行等离子体处理，因此带电粒子不被释放，而是能够被散布在整个树脂模制制品2上。甚至在树脂模制制品2的复杂中空部分(例如内周表面4或切口部6)中也能够均匀地进行处理。此外，由于使用等离子体(物理处理)的干式工艺，能够减小对环境的负担。

另外，通过使用空气(包含o2、co2和h2o)的等离子体来处理主要由c(碳原子)、h(氢原子)及o(氧原子)构成的高聚合物材料制成的树脂模制制品2。因此，在等离子体处理期间，能够对树脂模制制品2的表面添加亲油性官能团(-ch基)或亲水性官能团(-oh基)。

此外，在腔室8的顶部14与基座9之间不施加连续电压，而是在腔室8的顶部14与基座9之间施加脉冲电压，同时在腔室8中产生非平衡等离子体(低温等离子体)。因此能够抑制等离子体气氛中的温度上升。因此，即使树脂模制制品2的耐热性不高，也能够将该处理应用于树脂模制制品2。

以这种方式，在使用树脂部件1作为滑动部件的情况下，当滑动部件在油的润滑下滑动时，能够减小润滑油的接触角。因此，能够使少量的润滑油在树脂部件1的滑动面上扩散，由此用润滑油使该滑动面浸润。作为结果，能够减少润滑油的量，以减小搅拌润滑油的阻力。因此，能够例如减小轴承转矩。

在使用树脂部件1作为被涂物或基板的情况下，能够减小涂料或涂布剂的接触角，以提高粘着力。

接下来，将参照图6描述将使用如上所述经受等离子体处理的树脂部件1作为滚动轴承的保持器的模式。

图6是表示根据本发明的实施例的滚动轴承21的剖视图。

滚动轴承21具有：内圈23；外圈24；多个滚珠25；保持器26；润滑脂g；以及一对环状密封部件27和28。内圈23和外圈24用作一对滚道部件，在所述一对滚道部件之间限定环状区域22。滚珠25被设置于区域22中，从而用作相对于内圈23及外圈24滚动的滚动元件。保持器被设置于区域22中，从而保持滚珠25。区域22被填充有润滑脂g。密封部件27和28被固定于外圈24，从而在内圈23上滑动并抵靠内圈23。

密封部件27和28分别包括环状芯金属29和29以及环状橡胶本体30和30。橡胶本体30和30分别被烧结以附着到芯金属29和29上。密封部件27和28的外周部分别配合且固定于在外圈24的两个相反端表面中形成的沟槽部31和31。密封部件27和28的内周部分别配合且固定于在内圈23的两个相反端表面中形成的沟槽部32和32。

润滑脂g被装填到在两圈23和24之间通过所述一对密封部件27和28限定的区域22中，从而能够用润滑脂g大致填满区域22。

根据该结构，能够使润滑脂g在保持器26的滑动表面上扩散，从而用润滑脂g使滑动表面浸润。因此，能够减少润滑脂g的量，以减小搅拌润滑脂g的阻力。因此，能够减小滚动轴承21的轴承转矩。

本发明不限于上述实施例，而是能够以其它实施例来实施。

例如，在初始阶段及定常阶段中使用的原料气体分别不限于惰性气体及空气，而是可以使用其它气体，只要它们能够表现本发明的效果即可。

另外，当在具有高耐热性的树脂模制制品2上进行等离子体处理时，能够使用热等离子体取代非平衡等离子体，而且不必通过脉冲放电来产生等离子体。例如，可以通过rf(radiofrequency：高频)放电来产生等离子体。

另外，在上述实施例中，如图1中所示，紧接在通过惰性气体进行放电点火(步骤s3)之后，将原料气体从惰性气体置换为空气(步骤s4)。然而，如图7中的步骤s3′中所示，可以在原料气体的置换之前用惰性气体的等离子体对树脂模制制品2进行预处理，由此形成软层15(见图8)。更具体而言，在通过惰性气体进行放电点火之后，使惰性气体的等离子体状态继续预定时间。因此，离子化的惰性气体被加速以与靶(未示出)碰撞，并且从靶溅射的物质与树脂模制制品2碰撞。以这种方式，通过惰性气体进行溅射，使得树脂模制制品2的表面中的聚合物链能够断裂(微弱劣化)，以在该断裂部位处形成软层15。

作为用于预处理的惰性气体，可以按原样使用用于放电点火的惰性气体。替换地，可以将用于放电点火的惰性气体改变为其它惰性气体来用于预处理。

预处理的时间可以是例如300秒至600秒。当预处理的时间短于300秒时，树脂模制制品2的表面中的聚合物链可能不令人满意地断裂。相反，当进行预处理超过600秒的长时间时，在树脂模制制品2的表面中可能出现过度的劣化。

这样形成的软层15例如被形成在从树脂模制制品2的表面(处理表面)起小于50μm(或从0μm至20μm)的范围中。软层15的硬度例如与树脂模制制品2的未处理部分(未经受溅射处理的硬层)的硬度相比减小至少40％。具体地，当由薄膜硬度计(以1000μn的压入载荷)测量在400nm至600nm压入时的硬度时，软层15的硬度可以例如是0.05gpa至0.13gpa。可以如下进行薄膜硬度计的测量。即，如图8中所示，切断经受处理的树脂模制制品2。然后将薄膜硬度计的压头在从处理表面在深度方向上的一些部位中顺序压入树脂模制制品2的切断剖面。

在树脂部件1(树脂模制制品2)与匹配部件17之间可能出现固体接触，因为润滑油量暂时在树脂部件1与匹配部件17之间减少。即使在这种情况下，当形成软层15时，如图9中所示，在软层15在匹配部件17上滑动的同时，能够通过软层15接受并缓和由与匹配部件17的接触引起的冲击。作为结果，能够将在树脂部件1与匹配部件17之间的摩擦系数长期保持得较低。因此能够提高树脂部件1的耐烧结性。即，根据该变型，如图10中所示，能够得到如下效果：不仅由于用空气的等离子体处理而减小混合润滑区域b中的摩擦系数μ(点划线)，而且由于控制树脂部件1的表面层的硬度而减小边界润滑区域a中的摩擦系数μ(双点划线)。由于摩擦的减小，能够抑制树脂部件1的滑动部的温度上升，并且能够使用具有比较低的耐热温度的廉价材料作为树脂部件1的材料。

此外，在权利要求书中记载的范围内能够作出各种设计变化。

实例

接下来，将与本发明的实例一起描述本发明。但是，本发明不限于下列实例。

(实例1)

首先，基于图2，生产待处理样品(模制制品)。在下列条件中生产样品。

树脂材料：pa(聚酰胺)66

长度l：25mm

内径d：φ15

接下来，根据上述方法，对得到的待处理样品进行等离子体处理。顺便提及，作为原料气体，在初始阶段中使用ar，并且在定常阶段中使用空气。

作为处理的结果，在待处理样品的表面中提供具有50μm至200μm的间隔的网眼的结构。能够确认：网眼的结构具有凸部从表面起0.1μm至3.0μm高的构造。顺便提及，基于通过扫描电子显微镜(sem)从样品的被等离子体处理的表面拍摄并得到的图像的标度，确认在该结构中网眼的间隔或凸部的高度。证实网眼的结构使样品的表面面积增加，从而通过作为文泽尔方程而已知的下列表达式(1)，能够减小液体的接触角。

cosθγ＝γcosθ…(1)

(在表达式(1)中，θγ表示粗糙化后的接触角，θ表示平面上的接触角，并且γ表示表面面积倍增因子。)

接下来，将无添加剂的矿物油滴落到样品的被等离子体处理的表面上，以评价其浸润性。图11示出结果。根据图11，证实：在树脂模制制品2的任何部位处，矿物油的接触角都能够被减小至小于在等离子体处理前矿物油的接触角的70％。

(实例2)

准备由pa(聚酰胺)66制成的树脂板，并且根据上述方法对该树脂板进行等离子体处理。顺便提及，作为原料气体，在初始阶段中使用ar，并且在定常阶段中使用空气。而且，在初始阶段中，使ar气体的等离子体状态持续300秒，以对树脂板的表面进行溅射处理(预处理)。

接下来，根据图8中所示的方法，通过薄膜硬度计(以1000μn的压入载荷)测量从树脂板的处理表面起0.3μm、1μm、50μm、200μm、1200μm、1500μm及2000μm深的各位置中的硬度。图12示出结果。根据图12，证实：至少在0.3μm及1μm深的位置中，形成已经使硬度比在等离子体处理前小的软层。另一方面，在50μm至1500μm深的位置中，硬度比在等离子体处理前高。可以考虑：由于溅射处理等而将某些能量(微振动、热能等)施加于树脂板，并且因此在软层的正下方使树脂再结晶化(再缩合化)。

接下来，对经受等离子体处理的树脂板进行摩擦试验。如图13中所示，通过使作为匹配部件的钢环通过润滑油(无添加剂矿物油0.02ml)与树脂板接触，进行摩擦试验。关于摩擦试验的条件，将载荷设定在50n(表面压力：11.4mpa)，并且将速率设定在5500mm/s。图14及图15示出结果。图14是用于说明摩擦系数的持续性的坐标图。另一方面，图15是用于说明减小摩擦系数的效果的坐标图。

如图14中所示可知，证实：在进行实例2的等离子体处理之后，摩擦系数的持续性被提高至约在未进行处理的情况下摩擦系数的持续性的6.2倍高。而且，如图15中所示，证实：摩擦系数的初始值与在未进行处理的情况下摩擦系数的初始值相比减小约79％。

本申请基于在2014年12月24日提交的日本专利申请(特愿2014-260519)及在2015年10月16日提交的日本专利申请(特愿2015-204837)，并且其内容作为参照而援引于此。

附图标记的说明

1…树脂部件、2…树脂模制制品、3…外周表面、4…内周表面、5…端表面、15…软层、26…保持器。