JP4933599B2 - 焼結樹脂製シートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばフッ素樹脂や超高分子量ポリエチレン樹脂等の、粒状の樹脂材料を成形型内で加圧焼結した成型体を、刃物を用いて薄切りにしてシート材とするようにした焼結樹脂製シートの製造方法に関する。

例えば塗料や薬品などを移送（圧送）するためのポンプとして、安全性を重視したエア駆動式の複動型のダイアフラムポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。この種のダイアフラムポンプは、ポンプ室に臨むように配置されたダイアフラムを、所定のストロークで往復動することにより、ポンプ室への流体の吸入、吐出が繰返されるようになっている。このとき、上記ダイアフラムとしては、耐薬品性に優れたフッ素樹脂製シートの裏面側に、補強用繊維によって補強された薄板状をなすゴム材を配して構成されたものが供されている。

この場合、フッ素樹脂製のシートは、例えば射出成型や押出成型といった一般的な合成樹脂において用いられる成型方法による成形が不可能な事情がある。そのため、上記ダイアフラムに用いるフッ素樹脂製のシートを製造するには、図４に示すように、まず、ペレット状のフッ素樹脂材料１を成形型４内で加圧状態で焼結して円柱状の成型体２を得、その成型体２の外周面に切断刃７を宛がい、いわば「大根の桂剥き」の如く、薄切り（スカイブ）していく方法が採用されている（図４（ａ）〜（ｃ））。

特開２００３−２３９８６６号公報

ところで、上記したような製造方法により得られたフッ素樹脂製のシート材３は、図４（ｄ）に示すように、表面に、ツールマークＴといわれる切断刃７の痕が、程度の大小はあるものの平行な筋となって残ることが知られている。

一方、上記のようなダイアフラムポンプにあっては、ダイアフラムと同軸上にエアシリンダ（或いは第２のダイアフラム）を組込んで、ダイアフラムを駆動するシャフトに対して、駆動エアによる駆動力に加えて機械的なアシスト力を付与するようにしたものが考えられている。この種のダイアフラムポンプでは、駆動用の高圧エアの入力圧力を１としたときに、２：１或いは３：１の圧力比率（ポンプ比率）で流体の吐出圧力を得ることができる。

ところが、そのようにポンプ比率を２：１或いは３：１としたダイアフラムポンプでは、ダイアフラムの内外両面側の圧力比率が、２：１或いは３：１となるので、ダイアフラムに大きな負荷が繰返して作用する事情がある。上記したフッ素樹脂製のシート材３からなるダイアフラムに、そのような大きな負荷が繰返して作用すると、表面のツールマークＴがクラックに成長し、比較的短時間で破損してしまう不具合があった。特に、流体が有機溶剤等である場合には、有機溶剤がクラックを通して裏面側のゴム層にまで侵入し、ダイアフラムが早期に（例えば数時間程度で）破れてしまう不具合を招くことになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結により得られた成型体を刃物を用いて薄切りにしてシート材とするものにあって、負荷が繰返して作用した際の耐久性を向上することができる焼結樹脂製シートの製造方法を提供するにある。

焼結により得られた成型体を、刃物を用いて薄切りにしてシート材とするようにした焼結樹脂製シートにおいては、シート材の表面にツールマークと呼ばれる刃物の痕つまり平行な筋状の凹凸が生じていることが、負荷が繰返して作用した際のクラック発生等の原因となっていると考えられる。従って、切断の工程においてシート材の表面に生じたツールマークを、その後の処理によって、容易に消すことができれば、実使用時においてツールマークがクラックに成長することを抑制し、上記目的を達成することができる。

本発明の焼結樹脂製シートの製造方法は、粒状の樹脂材料を成形型内で加圧焼結して成型体を得る焼結工程と、前記成型体を刃物を用いて薄切りにしてシート材とする切断工程と、前記シート材の表面を平坦化する平坦化工程とを含み、前記平坦化工程は、前記シート材の表面に対し粒子を高速で吹付けるブラスト処理により行われるところに特徴を有する（請求項１の発明）。これによれば、切断工程において得られたシート材に対し、平坦化工程が実行されることにより、シート材の表面が全体として平坦化され、これにより、シート材の表面に生じていたツールマークを消すことができる、或いはツールマークが残っていてもその凹凸の度合を緩やかなものとすることができる。

このとき、上記平坦化工程を、前記シート材の表面に対し粒子を高速で吹付けるブラスト処理により行う構成とした。これによれば、ブラスト処理により、シート材の表面に生じていたツールマークのうち凸状の部分が潰されるようにしてシート材の表面を全体として平坦化することができる。この場合、ブラスト処理は、比較的安価な装置で簡単に行うことができ、工程の複雑化やコストアップを抑制することができる。

またこのとき、前記切断工程により得られたシート材の一方の面に対し、別の部材を接合する接合工程を実行する場合には、平坦化工程の後にその接合工程を実行することも可能であるが、その接合工程後に、平坦化工程を前記シート材の他方の面に対して実行する方が好ましい（請求項２の発明）。接合工程が、シート材を加圧、加熱しながら行われるものである場合には、接合工程中に、シート材の他方の面の一定の平坦化が図られることが期待でき、順序を逆にした場合と比べて、その後の平坦化工程をより短時間で効率的に行うことが可能となる。また、平坦化工程の実行前であれば、ツールマークの凹凸によって別の部材との間の接合性がより良好となることも期待できる。

本発明の焼結樹脂製シートの製造方法によれば、焼結により得られた成型体を刃物を用いて薄切りにしてシート材とするものにあって、切断工程後に、シート材の表面を平坦化する平坦化工程を実行することにより、シート材の表面に形成されたツールマークを消すことができ、負荷が繰返して作用した際のクラックの発生ひいては破損等を抑制して耐久性を向上することができるという優れた効果を奏する。

本発明の第１の実施例を示すもので、ダイアフラムの製造工程を示す図 ダイアフラムの縦断面図 ダイアフラムポンプの内部構成を概略的に示す縦断面図 樹脂材料をシート材とするまでの製造工程を順に示す図 ブラスト処理を実行している様子を模式的に示す図

（１）第１の実施例
以下、本発明を、フッ素樹脂シートを主体として構成されるダイアフラムの製造に適用した第１の実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。尚、詳しくは後述するが、本実施例において製造されるダイアフラム１１，１１´は、焼結樹脂製シートとしてのフッ素樹脂シート１２を主体として構成されている。このダイアフラム１１，１１´は、例えば、塗装システムの一部を構成するダイアフラムポンプ２１に用いられるようになっている。

詳しく図示はしないが、塗装システムは、スプレーガン等の塗装装置、塗料供給源、この塗料供給源の塗料（あるいはシンナ等の洗浄液）を前記塗装装置に向けて圧送するエア駆動式の複動型のダイアフラムポンプ２１（図３参照）、ダイアフラムポンプ２１に駆動用の高圧エアを供給するエア供給機構等を備えて構成される。図３は、駆動用の高圧エアの入力圧力に対し、３：１の圧力比率（ポンプ比率）で流体の吐出圧力を得ることができるアシスト機構付きのダイアフラムポンプ２１の構成を概略的に示している。このダイアフラムポンプ２１の構成について簡単に述べる。

即ち、ダイアフラムポンプ２１のハウジング（ボディ）２２は、軸を左右方向に向けた円筒（ドラム）状の外形を有しており、その左右両端部分に、第１及び第２のポンプ室２３，２３′が左右対称的に設けられる。なお、第２のポンプ室２３′における第１のポンプ室２３と同等の部材（部位）には、共通の数字に「′」を付した符号とする。

前記第１のポンプ室２３は、ハウジング２２の左壁部に設けられ内面中央部に円形凹状部２４ａを有するフランジ部２４と、その右側に前記円形凹状部２４ａを塞ぐように設けられる円板状のダイアフラム１１とにより形成される。一方、前記第２のポンプ室２３′は、ハウジング２２の右壁部に設けられ内面中央部に円形凹状部２４ａ´を有するフランジ部２４´と、その左側に前記円形凹状部２４ａ´を塞ぐように設けられる円板状のダイアフラム１１´とにより形成される。このとき、ダイアフラム１１の中心部は、ハウジング２２内を左右方向に延びるシャフト２５の左端部に連結され、該シャフト２５の右端部がダイアフラム１１´の中心部に連結されている。ダイアフラム１１，１１´の詳細については後述する。

また、ハウジング２２の図で左側面部には、マニホールド２６が取付けられている。このマニホールド２６は、上下方向に延びる液体通路２７を有していると共に、その液体通路２７の下端部には、バルブシート、バルブボール、スプリング等を備える逆止弁からなる吸入弁２８が組込まれ、液体通路２７の上端部には、同様の逆止弁からなる吐出弁２９が組込まれている。前記液体通路２７の途中部と、前記フランジ部２４の円形凹状部２４ａ（第１のポンプ室２３）と間は、出入口穴２７ａによって連通されている。

さらに、前記マニホールド２６（液体通路２７）の下端には、前記ハウジング２２の下部を左右方向に延びる吸込パイプ３０の左端部が接続されており、マニホールド２６（液体通路２７）の上端には、ハウジング２２の上部を左右方向に延びる吐出パイプ３１の左端部が接続されている。前記吸込パイプ３０の左端部には吸込口３０ａが下向きに設けられ、また、前記吐出パイプ３１の左端部には吐出口３１ａが上向きに設けられている。図示はしないが、吸込口３０ａは、管路を介して塗料供給源に接続され、吐出口３１ａは、管路を介して塗装装置に接続される。

これにより、シャフト２５によってダイアフラム１１が図で右方に変位すると、第１のポンプ室２３の容積が増大して負圧となり、吸入弁２８が開放（吐出弁２９は閉塞）して吸込口３０ａ（吸込パイプ３０）から液体（塗料や洗浄液）を第１のポンプ室２３内に吸込む吸入工程が行われる。これに対し、シャフト２５によってダイアフラム１１が図で左方に変位すると、第１のポンプ室２３内の液体が押出され、吐出弁２９が開放（吸入弁２８は閉塞）して吐出口３１ａ（吐出パイプ３１）に向けて液体（塗料や洗浄液）を吐出する吐出工程が行われる。

一方、前記第２のポンプ室２３′においても、ハウジング２２の図で右側面部には、マニホールド２６´が取付けられている。このマニホールド２６´は、やはり同様に、液体通路２７´、吸入弁２８´及び吐出弁２９´等を有し、前記液体通路２７´の途中部と、前記フランジ部２４´の円形凹状部２４ａ´（第２のポンプ室２３´）と間は、出入口穴２７ａ´によって連通されている。液体通路２７′の下端部が、前記吸込パイプ３０の右端部に接続され、液体通路２７′の上端部が前記吐出パイプ３１の右端部に接続されている。

そして、ハウジング２２内には、右寄り部位に位置して、前記シャフト２５を所定のストロークで左右方向に往復駆動するエア駆動機構３２が設けられると共に、その左側に位置して、アシスト用のシリンダ３３が設けられている。このシリンダ３３内には、前記シャフト２５の途中部に連結されたエアピストン３４が設けられている。

これにて、ダイアフラム１１，ダイアフラム１１′及びシャフト２５が図で左右方向に所定のストロークで一体的に往復動し、一方のポンプ室２３，２３´が吸入工程にあるときに、他方のポンプ室２３′，２３が吐出工程となることが、交互に繰返され、もって連続的な液体の圧送が行われるのである。このとき、エアピストン３４によるアシスト力の付加によって、駆動用の高圧エアの入力圧力に対し、３：１の圧力比率で流体の吐出圧力を得ることができるようになっている。

さて、前記ダイアフラム１１．１１´について述べる。これらダイアフラム１１．１１´は左右対称的に設けられるだけで、同一部品であるため、以下、ダイアフラム１１を代表させて述べる。図２に示すように、ダイアフラム１１は、全体としてほぼ円板状をなし、表面側に、例えばＰＴＦＥからなるフッ素樹脂シート１２を有し、そのフッ素樹脂シート１２の裏面側に、別の部材としてのＮＢＲ製のゴム層１４を一体的に接合して構成されている。

また、前記ゴム層１４内の中間層部分には、例えばナイロン製の薄い布からなる繊維製補強材１３が埋め込まれるように設けられている。このとき、焼結樹脂製シートとしてのフッ素樹脂シート１２は、後述する製造方法により製造される円形薄板状のフッ素樹脂製のシート材３から構成されている。このシート材３は、厚み寸法が例えば１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とされている。

さらに、前記ゴム層１４の裏面側中央部には、取付用のディスク１５が埋め込まれた形態で設けられていると共に、そのディスク１５の裏面中心部に、六角穴付きの止めネジ１６が固着され裏面側に突出している。このダイアフラム１１は、その外周側部分が表裏両面から挟まれた形態で、ダイアフラムポンプ２１のハウジング２２内に組付けられ、このとき、前記止めネジ１６によって前記シャフト２５に連結される。

次に、本実施例における、上記ダイアフラム１１（フッ素樹脂シート１２）の製造方法について、図１、図４、図５も参照して述べる。図１は、本実施例におけるフッ素樹脂シート１２（シート材３）及びダイアフラム１１の製造工程を概略的に示している。即ち、ダイアフラム１１を製造するにあたっては、焼結工程Ｐ１、切断工程Ｐ２、接合工程Ｐ３、平坦化工程としてのブラスト処理工程Ｐ４が、順に実行される。

そのうち焼結工程Ｐ１及び切断工程Ｐ２は、フッ素樹脂（例えばＰＴＦＥ）製のシート材３を製造する工程であり、図４に示すようにして実行される。即ち、まず、焼結工程Ｐ１では、図４（ａ）に示すように、粒状（ペレット状）のフッ素樹脂材料１を、成形型４内で加圧焼結して成型体２を得ることが行われる。このとき、成形型４は、円筒状のキャビティ５ａを有する下型（固定型）５、この下型５に対して上方から接離すると共にキャビティ５ａ内のフッ素樹脂材料１を加圧する上型（可動型）６、それらを加熱するヒータ（図示せず）などを備えている。

この焼結工程Ｐ１の実行により、図４（ｂ）に示すように、フッ素樹脂材料からなる円柱状の成型体２が得られる。次の切断工程Ｐ２では、前記円柱状の成型体２を、刃物である切断刃７を用いて薄切りにすることが行われる。具体的には、図４（ｃ）に示すように、その成型体２の外周面に、切断刃７をその刃先の延びる方向が軸方向に平行（平行に近い角度）になるようにして宛がい、いわば「大根の桂剥き」の如く、薄切り（スカイブ）していく方法が採用される。

この切断工程Ｐ２によって、フッ素樹脂製の薄板状のシート材３が得られる。このとき、図４（ｄ）に示すように、シート材３の表面（両面）には、程度の大小はあるものの、ツールマークＴといわれる切断刃７の痕（凹凸）が、切断刃７の相対的進行方向に延びる平行な筋状となって残ることが知られている。

このシート材３は、連続した長尺なものとなっているので、図示はしないが、切断工程Ｐ２の後に、シート材３を、プレス装置を用いて円形状に打抜くことが行われると共に、そのプレスによって、フッ素樹脂シート１２の最終形状（面方向に対して凹凸を有したやや立体的な形状）に近くなるようにいわばクセが付けられた状態とされる。

次の接合工程Ｐ３では、前記打抜かれたシート材３（フッ素樹脂シート１２）の裏面側に、別部材としてのゴム層１４を接合し、ダイアフラム１１を得ることが行われる。図示はしないが、この接合工程Ｐ３では、例えば、ダイアフラム１１の外形形状（止めネジ１６を除く）に対応したキャビティを有した成形型が用いられる。ダイアフラム１１を得る（ゴム層１４を接合する）にあたっては、その成形型内に、前記打抜かれたシート材３（フッ素樹脂シート１２）、繊維製補強材１３、取付用のディスク１５を配置した状態で、ゴム材料（ＮＢＲ）を加硫成型する。これにより、いわばインサート成形が行われ、フッ素樹脂シート１２の一方の面である裏面側に、繊維製補強材１３を埋込んだゴム層１４が一体的に接合され、また、ゴム層１４内に取付用ディスク１５が埋込まれたダイアフラム１１が得られるのである。

最後に、前記フッ素樹脂シート１２の表面（シート材３の他方の面）を平坦化する平坦化工程としてのブラスト処理工程Ｐ４が実行される。このブラスト処理工程Ｐ４では、例えば図５に示すような、ブラスト処理装置（ブラストガン）８が用いられる。周知のように、このブラスト処理装置８は、セラミック或いは金属等の研磨用の粒子９を、圧縮空気により混合しながら搬送し、先端のノズル８ａから高速で噴射させるように構成されており、本実施例では、ダイアフラム１１のフッ素樹脂シート１２の表面に対し、粒子９が高速で吹付けられる。

このブラスト処理工程Ｐ４により、ダイアフラム１１のフッ素樹脂シート１２の表面に生じていたツールマークＴのうち凸状の部分が潰されるようにして、フッ素樹脂シート１２の表面全体が平坦化され、これにより、フッ素樹脂シート１２表面のツールマークを消すことができる。或いはツールマークが残っていてもその凹凸の度合を緩やかなものとすることができる。

以上のようにして製造されたダイアフラム１１（フッ素樹脂シート１２）は、上記したポンプ比率を３：１としたダイアフラムポンプ２１に用いられるのであるが、ダイアフラム１１の表裏両面側に作用する圧力の比率が、３：１となるので、ダイアフラム１１に大きな負荷が繰返して作用する事情がある。

ここで、従来例で述べたように、もし、ダイアフラム１１を構成するフッ素樹脂シート１２の表面にツールマークＴが残ったままであるとすると、ダイアフラム１１に負荷が繰返して作用することによって、フッ素樹脂シート１２表面のツールマークＴがクラックに成長し、比較的短時間で破損してしまう虞がある。特に、圧送すべき流体がシンナ等の有機溶剤である場合には、有機溶剤がそのクラックを通して裏面側のゴム層１４にまで侵入し、ダイアフラム１１が早期に（例えば数時間程度で）破れてしまう不具合を招くことになる。

ところが、本実施例のダイアフラム１１（フッ素樹脂シート１２）においては、切断工程Ｐ２においてシート材３の表面に生じたクラック発生の原因となるツールマークＴを、ブラスト処理工程Ｐ４を経ることにより、容易に消す（或いは凹凸度合を緩やかにする）ことができ、この結果、ツールマークＴがクラックに成長することを抑制して耐久性の大幅な向上を図ることができたのである。ちなみに、本発明者らの実験によれば、上記ブラスト処理工程Ｐ４を実行しない従来のダイアフラムにあっては、有機溶剤の圧送時において、数時間程度で破れが発生したが、本実施例のダイアフラム１１では、数百時間の寿命が得られることが確認されている。

このように本実施例によれば、フッ素樹脂材料１の加圧焼結により得られた成型体２を切断刃７を用いて薄切りにしてシート材３（フッ素樹脂シート１２）とするようにしたダイアフラムの製造方法にあって、切断工程Ｐ２においてシート材３（フッ素樹脂シート１２）の表面にツールマークＴの発生が避け得ないものであったとしても、その後のブラスト処理工程Ｐ４によって、フッ素樹脂シート１２の表面を全体として平坦化することができる。従って、フッ素樹脂シート１２表面のツールマークＴを消すことができ、ダイアフラム１１に負荷が繰返して作用した際のクラックの発生ひいては破損等の不具合を防止して、耐久性を向上することができるという優れた効果を奏する。

また、特に本実施例では、平坦化工程として、ブラスト装置８を用いたブラスト処理を採用するようにしたので、平坦化工程を比較的安価な装置で簡単且つ確実に行うことができ、工程の複雑化やコストアップを抑制することができる。更に、特に本実施例では、ブラスト処理工程（平坦化工程）Ｐ４を、接合工程Ｐ３の後に実行するようにしたので、接合工程Ｐ３中に、シート材３の他方の面の一定の平坦化が図られることが期待でき、それらの順序を逆にした場合と比べて、その後の平坦化工程Ｐ４をより短時間で効率的に行うことが可能となる。また、平坦化工程Ｐ４の実行前であれば、ツールマークＴの凹凸によって別の部材（ゴム層１４）との間の接合性がより良好となることも期待できる。

尚、上記各実施例では、切断工程Ｐ２として、円柱状の成型体２をいわば「大根の桂剥き」の如く薄切り（スカイブ）していく場合を例示したが、切断工程としては、円柱状の成型体２をいわば輪切り状に切断（スライス）するものであっても良く、その後の平坦化工程によって同様にツールマークを消すことができる。また、上記第１の実施例では、接合工程として、シート材３を成形型内に配置してゴムの加硫成型を行う場合を例としたが、例えばシート材３と、別部材（異なる材料のシート等）とを接着剤によって貼合せるものであっても良い。シート材３単独でも利用できることは勿論である。

さらに、成形型内で加圧焼結する樹脂材料としては、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）に限らず、ＰＴＦＥ以外の他のフッ素樹脂であっても良く、また、超高分子量ポリエチレン樹脂などであっても良い。樹脂材料中に、フィラー等の添加剤が含まれていても良い。熱プレス処理の加熱温度などについては、樹脂材料の種類等によって適宜設定すれば良いことは勿論である。その他、本発明に製造方法により製造される焼結樹脂製シート（シート材）は、ダイアフラムポンプ２１用のダイアフラム１１に限らず、各種の用途に利用することができる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

図面中、１は樹脂材料、２は成型体、３はシート材、４は成形型、７は切断刃（刃物）、８はブラスト装置、９は粒子、１１はダイアフラム、１２はフッ素樹脂シート（焼結樹脂製シート）、１４はゴム層（別の部材）、Ｔはツールマークを示す。

Claims (2)

1. 粒状の樹脂材料を成形型内で加圧焼結して成型体を得る焼結工程と、
   前記成型体を、刃物を用いて薄切りにしてシート材とする切断工程と、
   前記シート材の表面を平坦化する平坦化工程とを含み、
   前記平坦化工程は、前記シート材の表面に対し粒子を高速で吹付けるブラスト処理により行われることを特徴とする焼結樹脂製シートの製造方法。
2. 前記切断工程により得られたシート材の一方の面に対し、別の部材を接合する接合工程を実行すると共に、
   前記平坦化工程は、前記接合工程後に、前記シート材の他方の面に対して実行されることを特徴とする請求項１記載の焼結樹脂製シートの製造方法。

Images