JP2011031594A

JP2011031594A - 治具およびその製造方法

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Publication number: JP2011031594A
Application number: JP2009183256A
Authority: JP
Inventors: Kaori Mogi; かおり茂木
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】基材の表面により強固に高分子膜を密着させた治具およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の治具１０の製造方法は、基材１１と、基材１１上に二酸化ケイ素膜１２を介して設けられた高分子膜１３とを備え、基材１１の一方の面１１ａに、物理蒸着法により二酸化ケイ素膜１２を形成する工程Ａと、二酸化ケイ素膜１２上に、蒸着重合法により高分子膜１３を形成する工程Ｂとを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材の表面に形成される高分子膜によって、基材の表面の凹凸の平坦化、基材への断熱性の付与、基材の表面への保護膜の形成、基材の表面の滑り性の向上などを可能とする治具およびその製造方法に関する。

基材の表面の凹凸の平坦化、基材への断熱性の付与、基材の表面への保護膜の形成、基材の表面の滑り性の向上などを目的として、金属などからなる基材の表面に高分子膜を形成することがある。
従来、このような基材の表面への高分子膜の形成方法としては、湿式法、蒸着重合法などが用いられている。湿式法は、適当な溶媒に原料モノマーを溶解し、溶媒中にて原料モノマーを重合させて、その重合体を含む溶媒を基材の表面に塗布して、基材の表面に高分子膜を形成する方法である。また、蒸着重合法は、原料モノマーを蒸発させ、この気化した原料モノマーを、基材を配置した真空処理室内に導入して、基材の表面にて原料モノマーを重合させて、基材の表面に高分子膜を形成する方法である。

このような湿式法や蒸着重合法による高分子膜は、基材への密着力に劣るため、基材の表面処理を行って、密着力を向上する必要がある。
このような表面処理としては、環状分子と、これを串刺し状に包接する直鎖状分子と、この直鎖状分子の両末端に配置された環状分子の脱離を防止する封鎖基とを有し、直鎖状分子および環状分子の少なくとも一方が疎水性を有する親油性ポリロタキサンからなる常温乾燥型溶剤系上塗り塗料用材料を用いて、基体の表面にベースコート塗膜を形成する方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

また、プラズマ処理、コロナ放電処理、ＵＶ処理および電子線処理から選択された物理的処理が施された基材の表面に、重合性不飽和二重結合を側鎖に有する高分子化合物を接触させ、その後、基材を露光し、その露光により基材表面に発生したラジカルを起点として、重合性不飽和二重結合を側鎖に有する高分子化合物をグラフト重合して、基材に直接結合したグラフトポリマーを生成する基材表面改質方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−０９９９９２号公報特開２００５−３５９１３３号公報

しかしながら、基材の表面にベースコート塗膜を形成する方法では、そのベースコート塗膜を介した高分子膜の基体の表面への密着力が十分ではなかった。
また、プラズマ処理などの物理的処理を用いる方法では、物理処理によって基材の表面の極性を高めているものの、部分的に極性を十分に高めることができないため、高分子膜の基材の表面への密着力が十分ではなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、基材の表面により強固に高分子膜を密着させた治具およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の治具は、基材と、該基材上に二酸化ケイ素膜を介して設けられた高分子膜とを備えてなることを特徴とする。

前記高分子膜は、ポリ尿素、ポリイミド、ポリウレタンのうちすくなくとも１つからなることが好ましい。

本発明の治具の製造方法は、基材と、該基材上に二酸化ケイ素膜を介して設けられた高分子膜とを備えてなる治具の製造方法であって、基材の一方の面に、物理蒸着法により二酸化ケイ素膜を形成する工程Ａと、前記二酸化ケイ素膜上に、蒸着重合法により高分子膜を形成する工程Ｂとを有することを特徴とする。

本発明の治具によれば、基材の一方の面に、二酸化ケイ素膜を介して、高分子膜が設けられているので、高分子膜の基材に対する密着力が強くなる。したがって、二酸化ケイ素膜を介して、基体の一方の面上に、厚みの均一な高分子膜が安定に設けられる。

本発明の治具の製造方法によれば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法などの物理蒸着法により、基材上に二酸化ケイ素膜を形成し、さらに、二酸化ケイ素膜上に、蒸着重合法により高分子膜を形成するので、原料モノマーの重合による高分子膜の形成と同時に、二酸化ケイ素膜を形成する二酸化ケイ素の酸素と、高分子膜の官能基との化学結合が進行するので、二酸化ケイ素膜に対する密着性がより高い高分子膜を、厚みが均一でかつ安定に形成することができる。

本発明の治具の一実施形態を示す概略断面図である。本発明の治具の製造方法の一実施形態を示す概略斜視図である。本発明の治具の製造方法の一実施形態を示す概略斜視図である。本発明の実施例において、高分子膜の密着強度の測定方法を説明する概略断面図である。本発明の比較例において、高分子膜の密着強度の測定方法を説明する概略断面図である。

本発明の治具およびその製造方法の実施の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

「治具」
図１は、本発明の治具の一実施形態を示す概略断面図である。
この実施形態の治具１０は、基材１１と、基材１１の一方の面１１ａに設けられた二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜１２と、二酸化ケイ素膜１２の基材１１と接している面とは反対側の面（以下、「一方の面」という。）１２ａに設けられた高分子膜１３とから概略構成されている。
すなわち、高分子膜１３は、二酸化ケイ素膜１２を介して、基材１１の一方の面１１ａに設けられている。

基材１１としては、ガラス基材、アルミニウム基材、ステンレス基材などが用いられる。
基材１１の厚みは、特に限定されず、治具１０の用途などに応じて適宜調整される。

二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜１２は、基材１１と高分子膜１３との密着性を向上するために、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などの物理蒸着法により形成された膜である。
二酸化ケイ素膜１２の厚みは、基材１１と高分子膜１３との密着性を確保する観点から、１００ｎｍ〜５μｍ程度が好ましい。

高分子膜１３は、ポリ尿素、ポリイミド、ポリウレタンのうちすくなくとも１つから構成されている。
高分子膜１３の厚みは、特に限定されず、治具１０の用途などに応じて適宜調整される。

この治具２０によれば、基材１１の一方の面１１ａに、二酸化ケイ素膜１２を介して、高分子膜１３が設けられているので、高分子膜１３の基材１１に対する密着力が強くなる。したがって、二酸化ケイ素膜１２を介して、基体１１の一方の面１１ａ上に、厚みの均一な高分子膜１３が安定に設けられている。

次に、図１〜図３を参照して、治具１０の製造方法を説明する。
まず、図２に示すように、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などの物理蒸着法により、基材１１の一方の面１１ａに所定の厚みの二酸化ケイ素膜１２を形成する（工程Ａ）。

スパッタリング法を用いた二酸化ケイ素膜１２の形成方法は、真空中でアルゴン（Ａｒ）不活性ガスを導入し、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）ターゲットにマイナスの電圧を印加してグロー放電を発生させ、アルゴン（Ａｒ）不活性ガスをイオン化し、高速でターゲットの表面にガスイオンを衝突させて激しく叩き、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の原子や分子を激しく弾き出し、勢いよく基材の表面に付着させて薄膜を形成する方法である。
また、電子ビーム蒸着法を用いた二酸化ケイ素膜１２の形成方法は、真空中で高エネルギーの電子ビームを材料である二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）に当てて、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を加熱し蒸気流を生成し、蒸発した二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を基板上に凝縮させて付着させ、薄膜を形成する方法である。

次いで、二酸化ケイ素膜１２が設けられた基材１１を、真空処理室内に配置し、この真空処理室内に、蒸発させた原料モノマーを導入し、この原料モノマーを二酸化ケイ素膜１２上で重合させて高分子膜１３を形成するとともに、二酸化ケイ素膜１２を形成する二酸化ケイ素の酸素と、高分子膜１３の官能基との化学結合が進行することによって、図３に示すように、二酸化ケイ素膜１２と高分子膜１３を密着させて（工程Ｂ）、治具１０を得る。

真空処理室内に、蒸発させた原料モノマーを導入し、二酸化ケイ素膜１２上で重合させて高分子膜１３を形成する蒸着重合法では、目的とする高分子膜１３の種類に応じて、原料モノマーが用いられる。
ポリ尿素からなる高分子膜１３を形成する場合、原料モノマーとしては、アミンモノマーとイソシアネートモノマーが用いられる。
ポリイミドからなる高分子膜１３を形成する場合、原料モノマーとしては、無水ピロメリト酸とビス（４−アミノフェニル）エーテルが用いられる。
ポリウレタンからなる高分子膜１３を形成する場合、原料モノマーとしては、１，３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンとトリエチレングリコールが用いられる。

蒸着重合法では、真空処理室内の温度を１０℃〜２１０℃、真空処理室内の圧力を０．０１Ｐａ〜１Ｐａ、原料モノマーの温度を２０℃〜２１０℃、成膜時間を１分〜２４時間とする。

この治具１０の製造方法によれば、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などの物理蒸着法により、基材１１上に二酸化ケイ素膜１２を形成し、さらに、二酸化ケイ素膜１２上に、蒸着重合法により高分子膜１３を形成するので、原料モノマーの重合による高分子膜１３の形成と同時に、二酸化ケイ素膜１２を形成する二酸化ケイ素の酸素と、高分子膜１３の官能基との化学結合が進行するので、二酸化ケイ素膜１２に対する密着性がより高い高分子膜１３を、厚みが均一でかつ安定に形成することができる。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

「実施例１」
基材１１として、ガラス基材を用いた。
スパッタリング法により、基材１１の一方の面１１ａに二酸化ケイ素膜１２を形成した。
次いで、二酸化ケイ素膜１２が設けられた基材１１を、真空処理室内に配置し、この真空処理室内に、蒸発させた４，４´−ジアミノジシクロヘキシルメタンと１，３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン）を導入し、これらのモノマーを自己組織化単分子膜１２上で重合させて、ポリ尿素かなる高分子膜１３を形成し、治具１０を得た。
蒸着重合法において、真空処理室内の温度を３０℃、真空処理室内の圧力を０．３Ｐａ、４，４´−ジアミノジシクロヘキシルメタンの温度を８０℃、１，３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン）の温度を７０℃、成膜時間を１５分とした。

得られた治具１０について、高分子膜１３の密着力（密着強度）を測定した。
高分子膜１３の密着強度を、ＱｕａｄＧｒｏｕｐ社製のＲｏｍｕｌｕｓＩＶ薄膜強度試験により測定した。
詳細には、まず、治具１０の高分子膜１３の表面に、直径２．７ｍｍのエポキシ接着剤付きアルミニウム製のスタッドピン（商品名：９０１１０６、フォトテクニカ製）２１を、クリップで挟んで保持した。
次いで、この状態で、治具１０とスタッドピン２１を１５０℃にて１時間加熱することにより、スタッドピン２１の高分子膜１３と接している面に設けられている樹脂２２を溶融させて、高分子膜１３の表面にスタッドピン２１を固定した。
次いで、クリップを外して、スタッドピン２１が固定された治具１０を、薄膜強度試験に設置し、スタッドピン２１を高分子膜１３の表面に対して垂直方向（図４に示す矢印の方向）に引っ張って、高分子膜１３が剥離した時の強度を測定した。
結果を表１に示す。

「実施例２」
基材１１として、アルミニウム基材を用いた以外は実施例１と同様にして、治具１０を作製した。
実施例１と同様にして、得られた治具１０について、高分子膜１３の密着力（密着強度）を測定した。
結果を表１に示す。

「実施例３」
基材１１として、ステンレス基材を用いた以外は実施例１と同様にして、治具１０を作製した。
実施例１と同様にして、得られた治具１０について、高分子膜１３の密着力（密着強度）を測定した。
結果を表１に示す。

「比較例１」
基材１１として、ガラス基材を用いて、実施例１と同様にして、蒸着重合法により、基材１１の一方の面１１ａにポリ尿素かなる高分子膜１３を形成し、図５に示す試料３０を得た。
実施例１と同様にして、得られた試料３０について、高分子膜１３の密着力（密着強度）を測定した。
結果を表１に示す。

「比較例２」
基材１１として、アルミニウム基材を用いて、実施例１と同様にして、蒸着重合法により、基材１１の一方の面１１ａにポリ尿素かなる高分子膜１３を形成し、図５に示す試料３０を得た。
実施例１と同様にして、得られた試料３０について、高分子膜１３の密着力（密着強度）を測定した。
結果を表１に示す。

「比較例３」
基材１１として、ステンレス基材を用いて、実施例１と同様にして、蒸着重合法により、基材１１の一方の面１１ａにポリ尿素かなる高分子膜１３を形成し、図５に示す試料３０を得た。
実施例１と同様にして、得られた試料３０について、高分子膜１３の密着力（密着強度）を測定した。
結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例１と比較例１を比較すると、二酸化ケイ素膜１２を介して、ガラス基材からなる基材１１上に高分子膜１３を設けた実施例１は、ガラス基材からなる基材１１上に直接、高分子膜１３を設けた比較例１よりも密着強度が大きいことが確認された。
同様に、実施例２と比較例２を比較すると、二酸化ケイ素膜１２を介して、アルミニウム基材からなる基材１１上に高分子膜１３を設けた実施例１は、アルミニウム基材からなる基材１１上に直接、高分子膜１３を設けた比較例１よりも密着強度が大きいことが確認された。
また、実施例３と比較例３を比較すると、二酸化ケイ素膜１２を介して、ステンレス基材からなる基材１１上に高分子膜１３を設けた実施例１は、ステンレス基材からなる基材１１上に直接、高分子膜１３を設けた比較例１よりも密着強度が大きいことが確認された。
以上の結果から、二酸化ケイ素膜１２を介して、基材１１上に高分子膜１３を設けることにより、基材１１に対する高分子膜１３の密着力が向上することが分かった。

本発明の治具は、基材に対する高分子膜の密着性に優れるとともに、基材上に形成された高分子膜は厚みが均一でかつ平滑性に優れるので、プラスチック成形用の金型として好適に用いられる。

１０・・・治具、１１・・・基材、１２・・・二酸化ケイ素膜、１３・・・高分子膜。

Claims

基材と、該基材上に二酸化ケイ素膜を介して設けられた高分子膜とを備えてなることを特徴とする治具。
前記高分子膜は、ポリ尿素、ポリイミド、ポリウレタンのうちすくなくとも１つからなることを特徴とする請求項１に記載の治具。
基材と、該基材上に二酸化ケイ素膜を介して設けられた高分子膜とを備えてなる治具の製造方法であって、
基材の一方の面に、物理蒸着法により二酸化ケイ素膜を形成する工程Ａと、前記二酸化ケイ素膜上に、蒸着重合法により高分子膜を形成する工程Ｂとを有することを特徴とする治具の製造方法。