銀薄膜の表面処理方法及びそれを用いた精密部品並びに電気電子デバイス
【課題】精密部品や電気電子デバイスに形成された銀薄膜の表面を、簡単な工程により、安全且つ安価に、環境負荷も少なく、しかも従来と同等以上の特性を備えたＰＴＦＥコーティングすることが可能である銀薄膜の表面処理方法及びそれを用いた精密部品並びに電気電子デバイスを提供する。
【解決手段】基体の表面の全面又は部分的にパターン形成された銀薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施す表面処理方法であって、前記基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより基体の表面及び銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去する。銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理する。
【解決手段】基体の表面の全面又は部分的にパターン形成された銀薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施す表面処理方法であって、前記基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより基体の表面及び銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去する。銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銀薄膜の表面処理方法及びそれを用いた精密部品並びに電気電子デバイスに係わり、特に精密部品や電気電子デバイスに形成された銀薄膜の表面をＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）コーティングする表面処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、精密機器に使用されるボルトやナットは、カジリを防止するために、ネジ山を含む表面に部分銀メッキが施され、その銀メッキ薄膜の表面は、摩擦を更に低減し、腐食を防止するためにＰＴＦＥコーティングが施されていた。このＰＴＦＥコーティングには、ＰＴＦＥのディスパージョンであるユノンＳ（日本バルカー工業株式会社の商品名）をスプレー塗布した後、加熱して溶剤を除去していた。しかし、ユノンＳは、可燃性で、またオゾン層破壊物質のフロンを含むため、このスプレー塗布作業には、細心の注意を払う必要があるばかりでなく、環境負荷が大きいといった欠点がある。
【０００３】
また、特許文献１には、銀メッキ薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施した空洞共振器が開示されている。つまり、空洞共振器の内面に、光沢銀メッキ又は半光沢銀メッキを施し、その上面にさらにＰＴＦＥコーティングが施されている。ＰＴＦＥコーティングには３８０℃の熱処理を行う旨の記載があるが、具体的なコーティング処理方法には言及されてない。
【特許文献１】特開２００５−３３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、精密部品や電気電子デバイスに形成された銀薄膜の表面を、簡単な工程により、安全且つ安価に、環境負荷も少なく、しかも従来と同等以上の特性を備えたＰＴＦＥコーティングすることが可能である銀薄膜の表面処理方法及びそれを用いた精密部品並びに電気電子デバイスを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前述の課題解決のために、基体の表面の全面又は部分的にパターン形成された銀薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施す表面処理方法であって、前記基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより前記基体の表面及び前記銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去することを特徴とする銀薄膜の表面処理方法を構成した（請求項１）。
【０００６】
ここで、前記銀薄膜が、銀メッキによって形成されたもの（請求項２）、あるいは銀ペーストを塗布後、焼成して形成されたもの（請求項３）であることが好ましい。特に、好ましいのは無光沢銀メッキである。
【０００７】
また、前記ＰＴＦＥパウダーが、ＰＴＦＥファインパウダー若しくは低分子量ＰＴＦＥ粉末であることが好ましい（請求項４）。更に、好ましくは、前記ＰＴＦＥパウダーの粒径が０．２〜２μｍである（請求項５）。
【０００８】
そして、前記熱処理の温度は、５０℃以上で前記銀薄膜又は基体の熱変形温度の低い方の温度以下であることが好ましい（請求項６）。
【０００９】
特に、前記基体がステンレス鋼であり、前記銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理することがより好ましい（請求項７）。
【００１０】
そして、本発明は、前述の銀薄膜の表面処理方法を用いて、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した精密部品を提供する（請求項８）。特に、前記基体がボルト又はナットであり、ネジ山を含む表面に部分的に銀薄膜を形成したものであると、ネジの噛合部の摩擦力が低下し、締め付け時にカジリがなく好ましい（請求項９）。
【００１１】
また、本発明は、前述の銀薄膜の表面処理方法を用いて、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した電気電子デバイスを提供する（請求項１０）。
【発明の効果】
【００１２】
以上にしてなる請求項１に係る発明の銀薄膜の表面処理方法は、基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより前記基体の表面及び前記銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去したので、基体の表面の全面又は部分的にパターン形成された銀薄膜の表面に、ドライプロセスだけの簡単な工程により、安全且つ安価に、環境負荷も少なくＰＴＦＥコーティングを施すことができる。本発明の方法により、従来のＰＴＦＥディスパージョンをスプレー塗布し、溶剤を除去する熱処理を行う方法と比較して、精密ナット、ボルトの締め付け時のトルクを低減することができることを確認している。
【００１３】
請求項２によれば、銀薄膜が銀メッキによって形成されていると、銀メッキの表面に接触させたＰＴＦＥパウダーの付着性に優れ、その後の熱処理によって良好なＰＴＦＥ皮膜を形成することができ、それにより銀メッキを保護することができるとともに、摩擦力低減化を図ることができる。銀メッキとしては、光沢銀メッキよりも無光沢銀メッキの方が優れている。ここで、前記基体が金属であり、その表面に銀メッキがパターン形成されている場合、基体の全体にＰＴＦＥパウダーを接触させても、刷毛、振動又はガスパージにより銀メッキ表面以外の部分に付着したＰＴＦＥパウダーを容易に除去することができる。
【００１４】
請求項３によれば、銀薄膜が銀ペーストを塗布後、焼成して形成されたものであると、基体表面に複雑なパターンで銀薄膜を形成し、その表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆することができる。特に、基体が電子基板であり、その上に配線パターンが銀薄膜で形成されている場合、ＰＴＦＥ皮膜を形成して電気絶縁することができる。
【００１５】
請求項４、５によれば、ＰＴＦＥパウダーが、ＰＴＦＥファインパウダー若しくは低分子量ＰＴＦＥ粉末であると、銀薄膜を形成した基体の表面が、微細な凹凸を有していても満遍なく付着させることができるとともに、銀薄膜との付着力を増大させることができる。特に、前記ＰＴＦＥパウダーの粒径が０．２〜２μｍであるとより好ましいのである。ここで、粒径が０．２μｍよりも小さいと取り扱いが難しくなるばかりでなく、高価になって入手が困難になり、実用的でない。一方、粒径が２μｍよりも大きいと、銀薄膜に対する付着力が小さくなり、熱処理する前にＰＴＦＥパウダーが落ちてしまうといった不都合が生じ、その上、基体の微細な凹凸に満遍なく付着させることができなくなるので好ましくない。
【００１６】
請求項６によれば、熱処理の温度を５０℃以上で銀薄膜又は基体の熱変形温度の低い方の温度以下とすれば、銀薄膜又は基体を熱変形させずにＰＴＦＥパウダーを熱処理して、個々の粒子が連結されたＰＴＦＥ皮膜を形成することができる。
【００１７】
請求項７によれば、基体がステンレス鋼であり、前記銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理することにより、大気中での熱処理でも基体を熱変色させずに銀メッキ皮膜の表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆することができる。ステンレス鋼は、機械的性質、耐薬品性、耐熱性等の特性に優れ、様々な精密部品を作製することができ、その表面に銀メッキ皮膜を形成して、機械的には他の部品に対する密着性、変形性を付与し、電気的には導電性を高める等の性質を付与することができ、その表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆することで、銀メッキ皮膜を保護することができる。
【００１８】
請求項８、９によれば、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した精密部品を提供することができ、特に、前記基体がボルト又はナットであり、ネジ山を含む表面に部分的に銀薄膜を形成したものであると、ネジの噛合部の摩擦力が低下し、締め付け時にカジリがなくなり、ボルト又はナットをより小さい締付トルクで大きな締付力（軸力又は推力）を得ることができるとともに、締付トルクに対して常に一定の締付力を得ることができ、締付力の管理が容易になる。また、保守点検や修理の際に外して、再度締め付ける場合にも再現性良く組み立てることができる。
【００１９】
請求項１０によれば、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した電気電子デバイスを提供することができる。特に、銀薄膜は導電性に優れているので、基板の表面にパターン形成して電気配線とすることができ、その表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆して電気絶縁をすることができる。また、マイクロ波の導波管や空洞共振器の内面に導電性の高い銀薄膜を形成することにより、マイクロ波の減衰を抑制でき、更に銀薄膜を被覆するＰＴＦＥ皮膜は高周波特性に優れているので、誘電損失も少なくすることができる。本発明は、その他の電気電子デバイスにも適用することが可能な要素技術である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明を更に詳細に説明する。
【００２１】
本発明の表面処理方法は、先ず金属や耐熱合成樹脂からなる基体の表面の全面又は部分的に銀薄膜をパターン形成し、次いで銀薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施すものであるが、ＰＴＦＥコーティングにＰＴＦＥパウダーを用いることに特徴がある。
【００２２】
ここで、前記銀薄膜は、通常の銀メッキによって形成する。銀メッキには、光沢銀メッキと無光沢銀メッキがあるが、後述のように無光沢銀メッキの方が好ましい。代表的には、シアン化物のメッキ浴を用いた電気メッキで行うが、無電解銀メッキでも良い。
【００２３】
また、前記銀薄膜は、銀ペーストを塗布後、焼成して形成されたものでも良い。銀ペーストは、銀の微粒子を有機物バインダーと混合したもの、あるいは酸化銀微粒子をエチレングリコール等の還元剤と混合したものを用いる。これらの銀ペーストは、スクリーン印刷や塗布法等によって基体表面にパターン形成することができ、それを１５０℃程度で焼成して導電性膜を形成する。
【００２４】
銀は貴金属の中でも塩化物や硫化物と反応して腐食しやすい傾向にあり、また非常に柔らかいので傷付き易いといった特徴を有している。銀が柔らかいという特性は、精密ボルトやナットのネジ部に薄膜を形成してカジリを防止するために利用される。一方、銀は腐食や空気酸化して変色しやすいので、その表面を被覆する必要がある。
【００２５】
それには、本発明では、銀薄膜が形成された前記基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより前記基体の表面及び前記銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去する。ここで、パーティクルは、熱処理によってもＰＴＦＥ皮膜を形成しなかったＰＴＦＥパウダーや、ＰＴＦＥパウダー同士が融着した凝集体等であり、精密部品では汚染の原因となるものである。
【００２６】
本発明では、熱処理後において、銀薄膜に定着形成したＰＴＦＥ皮膜の付着力が、基体の他の部位の表面や銀薄膜のＰＴＦＥ皮膜の上に付着したパーティクルの付着力よりも大きいことを利用する。この現象は、本発明の完成過程において発見されたものである。実際に、ステンレス鋼からなる基体の表面に、部分的に銀メッキ薄膜を形成した場合、銀メッキ薄膜とステンレス鋼の表面とでは、熱処理後におけるＰＴＦＥパウダーの付着力に大きな差が生じ、熱処理後に基体の全体を刷毛で払うだけで、銀メッキ薄膜の表面以外の部位のパーティクルを除去することができた。刷毛の代わりに、基体に振動を与えたり、ガスを吹付けて余分なパーティクルを除去することも可能である。基体あるいはパーティクルに振動を与える方法としては、超音波照射や振動テーブルに載置する等の方法がある。ガスパージに使用するガスは圧縮空気で良い。銀メッキ薄膜とＰＴＦＥパウダーとが相性が良い理由は定かでないが、銀メッキ薄膜の表面に直接接触したＰＴＦＥパウダーは、熱処理によって銀メッキ薄膜と密着してＰＴＦＥ皮膜を形成し、その上に付着しているＰＴＦＥパウダー層は、比較的簡単に除去することができる。
【００２７】
前記ＰＴＦＥパウダーとして、粒径が０．２〜２μｍであるＰＴＦＥファインパウダー若しくは低分子量ＰＴＦＥ粉末を用いる。ＰＴＦＥパウダーは、未焼成であることが好ましい。ここで、ＰＴＦＥパウダーの粒径は小さい方が付着力が大きいが、あまり粒径が小さいと入手が困難になり、取り扱いも難しくなるので、粒径の下限を０．２μｍとした。一方、ＰＴＦＥパウダーの粒径が大きくなると、基体に微細な凹凸がある場合、凹部にまで入らなくなるので、粒径の上限を２μｍとした。また、ＰＴＦＥパウダーの熱処理温度は、５０〜３００℃であるが、基体や銀薄膜の耐熱温度より低くする必要があり、５０℃以上で前記銀薄膜又は基体の熱変形温度の低い方の温度以下である。更に、熱処理によって基体が変色したり、変質することを避けなければならない。
【００２８】
最良の実施形態は、前記基体がステンレス鋼であり、前記銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理するものである。この熱処理の温度範囲であれば、ＰＴＦＥパウダーを銀薄膜の表面に定着することができるとともに、前記基体の露出部分の熱変質を防止できる。この条件は、大気炉でのものであるが、真空炉であれば３００℃でもステンレス鋼の表面が変色することはない。しかし、経済性、工業性の観点から、大気炉による熱処理を前提とするならば、熱処理の温度範囲は５０〜２５０℃である。
【００２９】
以下では、ネジ部の表面に銀メッキ薄膜を形成し、その表面をＰＴＦＥコーティングした精密ボルトやナットを実施形態とし、主に締め付け時の摩擦力低下や着脱を繰り返した場合の特性を説明する。図１（ａ）は、精密チューブ継手を示している。この継手１は、流体回路を構成する本体に固定したポート２にチューブ３を連結するものであり、前記ポート２の先端シール部４と、前記チューブ３の端部に固定したスリーブ５の先端シール部６との間にメタルガスケット７を挟み込み、継手ナット８の内周に形成した雌ネジ部９を前記ポート２の外周に形成した雄ネジ部１０に螺合して締め付けることによりシールする構造である。
【００３０】
本実施形態では、前記継手ナット８の雌ネジ部９に、無光沢銀メッキを施し、その上に粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを付着させ、熱処理してＰＴＦＥ皮膜を形成した。比較例として、同じ継手ナット８の雌ネジ部９に、従来の方法であるユノンＳを塗布し、熱処理したものを用意した。呼び径の異なる継手ナットＡと継手ナットＢについて、一定回転角度を得るために必要な締付トルクを測定して比較した結果を図２と図３にそれぞれ示す。測定方法は、先ず手で継手ナットが回らなくなるまで締め、それから図１（ｂ）に示すように、トルクレンチで継手ナットを一定回転角度θだけ締め付け、そのときの締付トルクの値を読み取る方法で行った。これを５回繰り返した。
【００３１】
図２及び図３から明らかなように、本発明の表面処理方法は、従来の方法と比較して有意に締付トルクが小さい。つまり、小さな締付トルクで同等の締付力（軸力）が得られることを意味している。また、５回の繰り返しでも締付トルクの値は安定していることが分かる。
【００３２】
次に、ボルトのネジ部に本発明の表面処理を施して締付力を調べた。ステンレス製のＭ４ボルトのネジ部に、無光沢銀メッキを施し、その表面に粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを付着させ、熱処理条件を変化させてＰＴＦＥ皮膜を形成した。熱処理条件は、温度を５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃とし、各温度とも処理時間を１時間とした。それぞれの熱処理条件で処理したボルトを４本ずつ用意した。また、同じボルトのネジ部に光沢銀メッキを施しただけのものと、光沢銀メッキの表面に粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを付着させ、１００℃、１時間の熱処理を施したものを２本ずつ用意した。
【００３３】
そして、ボルトの締付トルクを一定とした場合の締付力（推力）を測定して比較した。測定方法は、図４に原理的に示す装置を用いて行った。つまり、ステンレス製の剛性の高いベース板２０と押え板２１を２本のボルト２２で締め付け、ベース板２０と押え板２１の間に設けたロードセル２３の値を検出計で読み取るのである。詳しくは、前記ベース板２０には、間隔を置いて二つの螺孔２４，２４を形成し、その中心部にロードセル２３を押圧面が突出するように埋設する。前記押え板２１の両端部にボルト２２の挿通孔２５，２５を形成する。そして、前記押え板２１の中央部をロードセル２３の押圧面に載せ、２本のボルト２２，２２を前記挿通孔２５，２５に通してベース板２０の螺孔２４，２４に螺合する。そして、２本のボルト２２，２２をトルクレンチで締付トルクが所定の値になるまで締め付け、そのときのロードセル２３に作用する荷重（締付力）を読み取る。これを１０回繰り返した結果を表１にまとめた。図５は、表１をグラフ化したものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１において、無光沢銀メッキの６種類の結果は、２対のボルトによる締付力を測定した平均である。表１及び図５から明らかなように、光沢銀メッキだけのボルトと比較して本発明の表面処理を施したボルトは格段に締付力が大きい。光沢銀メッキを施し、ＰＴＦＥパウダーを付着させ、１００℃、１時間の熱処理を施したボルトは、着脱回数が４回までは、無光沢銀メッキを施し、ＰＴＦＥパウダーを付着させ、５０〜３００℃の熱処理を施したボルトと略同じ締付力が得られたが、それよりも着脱回数が増えるとやや締付力は低下する傾向である。
【００３６】
熱処理が５０〜３００℃、１時間の場合、着脱回数が１〜１０回まで高い締付力が得られたが、ボルトの未処理部が２５０℃ではやや変色し、３００℃では変色した。従って、ステンレスボルトの場合、大気炉では、熱処理温度の上限を２５０℃とすることが好ましいことが分かった。また、熱処理温度が５０℃でもその他と同等の締付力が得られることは注目に値する。つまり、より熱処理温度が低い方が経済的であるからである。しかし、熱処理温度が５０℃の場合は、着脱回数によって締付力にバラツキが大きくなる傾向がある。そのため、最も好ましい熱処理温度の範囲は、１００〜２００℃であると言える。
【００３７】
また、電気電子デバイスの表面に形成した銀薄膜を、本発明の銀薄膜の表面処理方法を用いて、ＰＴＦＥコーティングすることも好ましい。ここで、電気電子デバイスとしては、マイクロ波の導波管や空洞共振器や、電子基板、面状アンテナ等を挙げることができる。特に、マイクロ波の導波管や空洞共振器は、内面の導電率が高いほど減衰が小さくなるので好ましく、またマイクロ波は周波数が高くなるほど、導体に対する侵入深さは浅くなるといった特徴があり、そのため金属のうちで最も導電率が高い銀の薄膜を導体の内面に形成すると特性が向上するのである。そして、本発明によって、銀薄膜の表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆して防食するのである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の代表的実施形態を示し、（ａ）は継手ナットの雌ネジ部に本発明の表面処理を施した精密チューブ継手の断面図、（ｂ）は継手ナットの締付トルクを測定する測定方法を簡略的に示した説明図である。
【図２】継手ナットＡを締め付けた場合に、一定回転角度を得るために必要な締付トルクを示すグラフである。
【図３】継手ナットＢを締め付けた場合に、一定回転角度を得るために必要な締付トルクを示すグラフである。
【図４】ボルトを一定の締付トルクで締め付けた場合の締付力（推力）を測定する装置の概念断面図である。
【図５】各種処理条件で表面処理したボルトを一定の締付トルクで締め付けた場合の締付力と着脱回数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１ 精密チューブ継手、
２ ポート、
３ チューブ、
４ 先端シール部、
５ スリーブ、
６ 先端シール部、
７ メタルガスケット、
８ 継手ナット、
９ 雌ネジ部、
１０ 雄ネジ部、
２０ ベース板、
２１ 押え板、
２２ ボルト、
２３ ロードセル、
２４ 螺孔、
２５ 挿通孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銀薄膜の表面処理方法及びそれを用いた精密部品並びに電気電子デバイスに係わり、特に精密部品や電気電子デバイスに形成された銀薄膜の表面をＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）コーティングする表面処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、精密機器に使用されるボルトやナットは、カジリを防止するために、ネジ山を含む表面に部分銀メッキが施され、その銀メッキ薄膜の表面は、摩擦を更に低減し、腐食を防止するためにＰＴＦＥコーティングが施されていた。このＰＴＦＥコーティングには、ＰＴＦＥのディスパージョンであるユノンＳ（日本バルカー工業株式会社の商品名）をスプレー塗布した後、加熱して溶剤を除去していた。しかし、ユノンＳは、可燃性で、またオゾン層破壊物質のフロンを含むため、このスプレー塗布作業には、細心の注意を払う必要があるばかりでなく、環境負荷が大きいといった欠点がある。
【０００３】
また、特許文献１には、銀メッキ薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施した空洞共振器が開示されている。つまり、空洞共振器の内面に、光沢銀メッキ又は半光沢銀メッキを施し、その上面にさらにＰＴＦＥコーティングが施されている。ＰＴＦＥコーティングには３８０℃の熱処理を行う旨の記載があるが、具体的なコーティング処理方法には言及されてない。
【特許文献１】特開２００５−３３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、精密部品や電気電子デバイスに形成された銀薄膜の表面を、簡単な工程により、安全且つ安価に、環境負荷も少なく、しかも従来と同等以上の特性を備えたＰＴＦＥコーティングすることが可能である銀薄膜の表面処理方法及びそれを用いた精密部品並びに電気電子デバイスを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前述の課題解決のために、基体の表面の全面又は部分的にパターン形成された銀薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施す表面処理方法であって、前記基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより前記基体の表面及び前記銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去することを特徴とする銀薄膜の表面処理方法を構成した（請求項１）。
【０００６】
ここで、前記銀薄膜が、銀メッキによって形成されたもの（請求項２）、あるいは銀ペーストを塗布後、焼成して形成されたもの（請求項３）であることが好ましい。特に、好ましいのは無光沢銀メッキである。
【０００７】
また、前記ＰＴＦＥパウダーが、ＰＴＦＥファインパウダー若しくは低分子量ＰＴＦＥ粉末であることが好ましい（請求項４）。更に、好ましくは、前記ＰＴＦＥパウダーの粒径が０．２〜２μｍである（請求項５）。
【０００８】
そして、前記熱処理の温度は、５０℃以上で前記銀薄膜又は基体の熱変形温度の低い方の温度以下であることが好ましい（請求項６）。
【０００９】
特に、前記基体がステンレス鋼であり、前記銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理することがより好ましい（請求項７）。
【００１０】
そして、本発明は、前述の銀薄膜の表面処理方法を用いて、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した精密部品を提供する（請求項８）。特に、前記基体がボルト又はナットであり、ネジ山を含む表面に部分的に銀薄膜を形成したものであると、ネジの噛合部の摩擦力が低下し、締め付け時にカジリがなく好ましい（請求項９）。
【００１１】
また、本発明は、前述の銀薄膜の表面処理方法を用いて、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した電気電子デバイスを提供する（請求項１０）。
【発明の効果】
【００１２】
以上にしてなる請求項１に係る発明の銀薄膜の表面処理方法は、基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより前記基体の表面及び前記銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去したので、基体の表面の全面又は部分的にパターン形成された銀薄膜の表面に、ドライプロセスだけの簡単な工程により、安全且つ安価に、環境負荷も少なくＰＴＦＥコーティングを施すことができる。本発明の方法により、従来のＰＴＦＥディスパージョンをスプレー塗布し、溶剤を除去する熱処理を行う方法と比較して、精密ナット、ボルトの締め付け時のトルクを低減することができることを確認している。
【００１３】
請求項２によれば、銀薄膜が銀メッキによって形成されていると、銀メッキの表面に接触させたＰＴＦＥパウダーの付着性に優れ、その後の熱処理によって良好なＰＴＦＥ皮膜を形成することができ、それにより銀メッキを保護することができるとともに、摩擦力低減化を図ることができる。銀メッキとしては、光沢銀メッキよりも無光沢銀メッキの方が優れている。ここで、前記基体が金属であり、その表面に銀メッキがパターン形成されている場合、基体の全体にＰＴＦＥパウダーを接触させても、刷毛、振動又はガスパージにより銀メッキ表面以外の部分に付着したＰＴＦＥパウダーを容易に除去することができる。
【００１４】
請求項３によれば、銀薄膜が銀ペーストを塗布後、焼成して形成されたものであると、基体表面に複雑なパターンで銀薄膜を形成し、その表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆することができる。特に、基体が電子基板であり、その上に配線パターンが銀薄膜で形成されている場合、ＰＴＦＥ皮膜を形成して電気絶縁することができる。
【００１５】
請求項４、５によれば、ＰＴＦＥパウダーが、ＰＴＦＥファインパウダー若しくは低分子量ＰＴＦＥ粉末であると、銀薄膜を形成した基体の表面が、微細な凹凸を有していても満遍なく付着させることができるとともに、銀薄膜との付着力を増大させることができる。特に、前記ＰＴＦＥパウダーの粒径が０．２〜２μｍであるとより好ましいのである。ここで、粒径が０．２μｍよりも小さいと取り扱いが難しくなるばかりでなく、高価になって入手が困難になり、実用的でない。一方、粒径が２μｍよりも大きいと、銀薄膜に対する付着力が小さくなり、熱処理する前にＰＴＦＥパウダーが落ちてしまうといった不都合が生じ、その上、基体の微細な凹凸に満遍なく付着させることができなくなるので好ましくない。
【００１６】
請求項６によれば、熱処理の温度を５０℃以上で銀薄膜又は基体の熱変形温度の低い方の温度以下とすれば、銀薄膜又は基体を熱変形させずにＰＴＦＥパウダーを熱処理して、個々の粒子が連結されたＰＴＦＥ皮膜を形成することができる。
【００１７】
請求項７によれば、基体がステンレス鋼であり、前記銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理することにより、大気中での熱処理でも基体を熱変色させずに銀メッキ皮膜の表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆することができる。ステンレス鋼は、機械的性質、耐薬品性、耐熱性等の特性に優れ、様々な精密部品を作製することができ、その表面に銀メッキ皮膜を形成して、機械的には他の部品に対する密着性、変形性を付与し、電気的には導電性を高める等の性質を付与することができ、その表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆することで、銀メッキ皮膜を保護することができる。
【００１８】
請求項８、９によれば、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した精密部品を提供することができ、特に、前記基体がボルト又はナットであり、ネジ山を含む表面に部分的に銀薄膜を形成したものであると、ネジの噛合部の摩擦力が低下し、締め付け時にカジリがなくなり、ボルト又はナットをより小さい締付トルクで大きな締付力（軸力又は推力）を得ることができるとともに、締付トルクに対して常に一定の締付力を得ることができ、締付力の管理が容易になる。また、保守点検や修理の際に外して、再度締め付ける場合にも再現性良く組み立てることができる。
【００１９】
請求項１０によれば、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した電気電子デバイスを提供することができる。特に、銀薄膜は導電性に優れているので、基板の表面にパターン形成して電気配線とすることができ、その表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆して電気絶縁をすることができる。また、マイクロ波の導波管や空洞共振器の内面に導電性の高い銀薄膜を形成することにより、マイクロ波の減衰を抑制でき、更に銀薄膜を被覆するＰＴＦＥ皮膜は高周波特性に優れているので、誘電損失も少なくすることができる。本発明は、その他の電気電子デバイスにも適用することが可能な要素技術である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明を更に詳細に説明する。
【００２１】
本発明の表面処理方法は、先ず金属や耐熱合成樹脂からなる基体の表面の全面又は部分的に銀薄膜をパターン形成し、次いで銀薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施すものであるが、ＰＴＦＥコーティングにＰＴＦＥパウダーを用いることに特徴がある。
【００２２】
ここで、前記銀薄膜は、通常の銀メッキによって形成する。銀メッキには、光沢銀メッキと無光沢銀メッキがあるが、後述のように無光沢銀メッキの方が好ましい。代表的には、シアン化物のメッキ浴を用いた電気メッキで行うが、無電解銀メッキでも良い。
【００２３】
また、前記銀薄膜は、銀ペーストを塗布後、焼成して形成されたものでも良い。銀ペーストは、銀の微粒子を有機物バインダーと混合したもの、あるいは酸化銀微粒子をエチレングリコール等の還元剤と混合したものを用いる。これらの銀ペーストは、スクリーン印刷や塗布法等によって基体表面にパターン形成することができ、それを１５０℃程度で焼成して導電性膜を形成する。
【００２４】
銀は貴金属の中でも塩化物や硫化物と反応して腐食しやすい傾向にあり、また非常に柔らかいので傷付き易いといった特徴を有している。銀が柔らかいという特性は、精密ボルトやナットのネジ部に薄膜を形成してカジリを防止するために利用される。一方、銀は腐食や空気酸化して変色しやすいので、その表面を被覆する必要がある。
【００２５】
それには、本発明では、銀薄膜が形成された前記基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより前記基体の表面及び前記銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去する。ここで、パーティクルは、熱処理によってもＰＴＦＥ皮膜を形成しなかったＰＴＦＥパウダーや、ＰＴＦＥパウダー同士が融着した凝集体等であり、精密部品では汚染の原因となるものである。
【００２６】
本発明では、熱処理後において、銀薄膜に定着形成したＰＴＦＥ皮膜の付着力が、基体の他の部位の表面や銀薄膜のＰＴＦＥ皮膜の上に付着したパーティクルの付着力よりも大きいことを利用する。この現象は、本発明の完成過程において発見されたものである。実際に、ステンレス鋼からなる基体の表面に、部分的に銀メッキ薄膜を形成した場合、銀メッキ薄膜とステンレス鋼の表面とでは、熱処理後におけるＰＴＦＥパウダーの付着力に大きな差が生じ、熱処理後に基体の全体を刷毛で払うだけで、銀メッキ薄膜の表面以外の部位のパーティクルを除去することができた。刷毛の代わりに、基体に振動を与えたり、ガスを吹付けて余分なパーティクルを除去することも可能である。基体あるいはパーティクルに振動を与える方法としては、超音波照射や振動テーブルに載置する等の方法がある。ガスパージに使用するガスは圧縮空気で良い。銀メッキ薄膜とＰＴＦＥパウダーとが相性が良い理由は定かでないが、銀メッキ薄膜の表面に直接接触したＰＴＦＥパウダーは、熱処理によって銀メッキ薄膜と密着してＰＴＦＥ皮膜を形成し、その上に付着しているＰＴＦＥパウダー層は、比較的簡単に除去することができる。
【００２７】
前記ＰＴＦＥパウダーとして、粒径が０．２〜２μｍであるＰＴＦＥファインパウダー若しくは低分子量ＰＴＦＥ粉末を用いる。ＰＴＦＥパウダーは、未焼成であることが好ましい。ここで、ＰＴＦＥパウダーの粒径は小さい方が付着力が大きいが、あまり粒径が小さいと入手が困難になり、取り扱いも難しくなるので、粒径の下限を０．２μｍとした。一方、ＰＴＦＥパウダーの粒径が大きくなると、基体に微細な凹凸がある場合、凹部にまで入らなくなるので、粒径の上限を２μｍとした。また、ＰＴＦＥパウダーの熱処理温度は、５０〜３００℃であるが、基体や銀薄膜の耐熱温度より低くする必要があり、５０℃以上で前記銀薄膜又は基体の熱変形温度の低い方の温度以下である。更に、熱処理によって基体が変色したり、変質することを避けなければならない。
【００２８】
最良の実施形態は、前記基体がステンレス鋼であり、前記銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理するものである。この熱処理の温度範囲であれば、ＰＴＦＥパウダーを銀薄膜の表面に定着することができるとともに、前記基体の露出部分の熱変質を防止できる。この条件は、大気炉でのものであるが、真空炉であれば３００℃でもステンレス鋼の表面が変色することはない。しかし、経済性、工業性の観点から、大気炉による熱処理を前提とするならば、熱処理の温度範囲は５０〜２５０℃である。
【００２９】
以下では、ネジ部の表面に銀メッキ薄膜を形成し、その表面をＰＴＦＥコーティングした精密ボルトやナットを実施形態とし、主に締め付け時の摩擦力低下や着脱を繰り返した場合の特性を説明する。図１（ａ）は、精密チューブ継手を示している。この継手１は、流体回路を構成する本体に固定したポート２にチューブ３を連結するものであり、前記ポート２の先端シール部４と、前記チューブ３の端部に固定したスリーブ５の先端シール部６との間にメタルガスケット７を挟み込み、継手ナット８の内周に形成した雌ネジ部９を前記ポート２の外周に形成した雄ネジ部１０に螺合して締め付けることによりシールする構造である。
【００３０】
本実施形態では、前記継手ナット８の雌ネジ部９に、無光沢銀メッキを施し、その上に粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを付着させ、熱処理してＰＴＦＥ皮膜を形成した。比較例として、同じ継手ナット８の雌ネジ部９に、従来の方法であるユノンＳを塗布し、熱処理したものを用意した。呼び径の異なる継手ナットＡと継手ナットＢについて、一定回転角度を得るために必要な締付トルクを測定して比較した結果を図２と図３にそれぞれ示す。測定方法は、先ず手で継手ナットが回らなくなるまで締め、それから図１（ｂ）に示すように、トルクレンチで継手ナットを一定回転角度θだけ締め付け、そのときの締付トルクの値を読み取る方法で行った。これを５回繰り返した。
【００３１】
図２及び図３から明らかなように、本発明の表面処理方法は、従来の方法と比較して有意に締付トルクが小さい。つまり、小さな締付トルクで同等の締付力（軸力）が得られることを意味している。また、５回の繰り返しでも締付トルクの値は安定していることが分かる。
【００３２】
次に、ボルトのネジ部に本発明の表面処理を施して締付力を調べた。ステンレス製のＭ４ボルトのネジ部に、無光沢銀メッキを施し、その表面に粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを付着させ、熱処理条件を変化させてＰＴＦＥ皮膜を形成した。熱処理条件は、温度を５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃とし、各温度とも処理時間を１時間とした。それぞれの熱処理条件で処理したボルトを４本ずつ用意した。また、同じボルトのネジ部に光沢銀メッキを施しただけのものと、光沢銀メッキの表面に粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを付着させ、１００℃、１時間の熱処理を施したものを２本ずつ用意した。
【００３３】
そして、ボルトの締付トルクを一定とした場合の締付力（推力）を測定して比較した。測定方法は、図４に原理的に示す装置を用いて行った。つまり、ステンレス製の剛性の高いベース板２０と押え板２１を２本のボルト２２で締め付け、ベース板２０と押え板２１の間に設けたロードセル２３の値を検出計で読み取るのである。詳しくは、前記ベース板２０には、間隔を置いて二つの螺孔２４，２４を形成し、その中心部にロードセル２３を押圧面が突出するように埋設する。前記押え板２１の両端部にボルト２２の挿通孔２５，２５を形成する。そして、前記押え板２１の中央部をロードセル２３の押圧面に載せ、２本のボルト２２，２２を前記挿通孔２５，２５に通してベース板２０の螺孔２４，２４に螺合する。そして、２本のボルト２２，２２をトルクレンチで締付トルクが所定の値になるまで締め付け、そのときのロードセル２３に作用する荷重（締付力）を読み取る。これを１０回繰り返した結果を表１にまとめた。図５は、表１をグラフ化したものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１において、無光沢銀メッキの６種類の結果は、２対のボルトによる締付力を測定した平均である。表１及び図５から明らかなように、光沢銀メッキだけのボルトと比較して本発明の表面処理を施したボルトは格段に締付力が大きい。光沢銀メッキを施し、ＰＴＦＥパウダーを付着させ、１００℃、１時間の熱処理を施したボルトは、着脱回数が４回までは、無光沢銀メッキを施し、ＰＴＦＥパウダーを付着させ、５０〜３００℃の熱処理を施したボルトと略同じ締付力が得られたが、それよりも着脱回数が増えるとやや締付力は低下する傾向である。
【００３６】
熱処理が５０〜３００℃、１時間の場合、着脱回数が１〜１０回まで高い締付力が得られたが、ボルトの未処理部が２５０℃ではやや変色し、３００℃では変色した。従って、ステンレスボルトの場合、大気炉では、熱処理温度の上限を２５０℃とすることが好ましいことが分かった。また、熱処理温度が５０℃でもその他と同等の締付力が得られることは注目に値する。つまり、より熱処理温度が低い方が経済的であるからである。しかし、熱処理温度が５０℃の場合は、着脱回数によって締付力にバラツキが大きくなる傾向がある。そのため、最も好ましい熱処理温度の範囲は、１００〜２００℃であると言える。
【００３７】
また、電気電子デバイスの表面に形成した銀薄膜を、本発明の銀薄膜の表面処理方法を用いて、ＰＴＦＥコーティングすることも好ましい。ここで、電気電子デバイスとしては、マイクロ波の導波管や空洞共振器や、電子基板、面状アンテナ等を挙げることができる。特に、マイクロ波の導波管や空洞共振器は、内面の導電率が高いほど減衰が小さくなるので好ましく、またマイクロ波は周波数が高くなるほど、導体に対する侵入深さは浅くなるといった特徴があり、そのため金属のうちで最も導電率が高い銀の薄膜を導体の内面に形成すると特性が向上するのである。そして、本発明によって、銀薄膜の表面をＰＴＦＥ皮膜で被覆して防食するのである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の代表的実施形態を示し、（ａ）は継手ナットの雌ネジ部に本発明の表面処理を施した精密チューブ継手の断面図、（ｂ）は継手ナットの締付トルクを測定する測定方法を簡略的に示した説明図である。
【図２】継手ナットＡを締め付けた場合に、一定回転角度を得るために必要な締付トルクを示すグラフである。
【図３】継手ナットＢを締め付けた場合に、一定回転角度を得るために必要な締付トルクを示すグラフである。
【図４】ボルトを一定の締付トルクで締め付けた場合の締付力（推力）を測定する装置の概念断面図である。
【図５】各種処理条件で表面処理したボルトを一定の締付トルクで締め付けた場合の締付力と着脱回数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１ 精密チューブ継手、
２ ポート、
３ チューブ、
４ 先端シール部、
５ スリーブ、
６ 先端シール部、
７ メタルガスケット、
８ 継手ナット、
９ 雌ネジ部、
１０ 雄ネジ部、
２０ ベース板、
２１ 押え板、
２２ ボルト、
２３ ロードセル、
２４ 螺孔、
２５ 挿通孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面の全面又は部分的にパターン形成された銀薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施す表面処理方法であって、前記基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより前記基体の表面及び前記銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去することを特徴とする銀薄膜の表面処理方法。
【請求項２】
前記銀薄膜が、銀メッキによって形成されたものである請求項１記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項３】
前記銀薄膜が、銀ペーストを塗布後、焼成して形成されたものである請求項１記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項４】
前記ＰＴＦＥパウダーが、ＰＴＦＥファインパウダー若しくは低分子量ＰＴＦＥ粉末である請求項１〜３何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項５】
前記ＰＴＦＥパウダーの粒径が０．２〜２μｍである請求項１〜４何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項６】
前記熱処理の温度は、５０℃以上で前記銀薄膜又は基体の熱変形温度の低い方の温度以下である請求項１〜５何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項７】
前記基体がステンレス鋼であり、前記銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理する請求項１記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項８】
前記請求項１〜７何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法を用いて、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した精密部品。
【請求項９】
前記基体がボルト又はナットであり、ネジ山を含む表面に部分的に銀薄膜を形成したものである請求項８記載の精密部品。
【請求項１０】
前記請求項１〜７何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法を用いて、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した電気電子デバイス。
【請求項１】
基体の表面の全面又は部分的にパターン形成された銀薄膜の表面にＰＴＦＥコーティングを施す表面処理方法であって、前記基体にＰＴＦＥパウダーを接触させて表面に付着させた後、熱処理を施して銀薄膜の表面にＰＴＦＥ皮膜を定着形成し、それから刷毛、振動又はガスパージにより前記基体の表面及び前記銀薄膜の表面に付着した余分なパーティクルを除去することを特徴とする銀薄膜の表面処理方法。
【請求項２】
前記銀薄膜が、銀メッキによって形成されたものである請求項１記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項３】
前記銀薄膜が、銀ペーストを塗布後、焼成して形成されたものである請求項１記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項４】
前記ＰＴＦＥパウダーが、ＰＴＦＥファインパウダー若しくは低分子量ＰＴＦＥ粉末である請求項１〜３何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項５】
前記ＰＴＦＥパウダーの粒径が０．２〜２μｍである請求項１〜４何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項６】
前記熱処理の温度は、５０℃以上で前記銀薄膜又は基体の熱変形温度の低い方の温度以下である請求項１〜５何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項７】
前記基体がステンレス鋼であり、前記銀薄膜が無光沢銀メッキ皮膜であり、粒径が０．２〜２μｍのＰＴＦＥパウダーを銀薄膜表面に付着させた後に、５０〜２５０℃の温度で熱処理する請求項１記載の銀薄膜の表面処理方法。
【請求項８】
前記請求項１〜７何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法を用いて、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した精密部品。
【請求項９】
前記基体がボルト又はナットであり、ネジ山を含む表面に部分的に銀薄膜を形成したものである請求項８記載の精密部品。
【請求項１０】
前記請求項１〜７何れかに記載の銀薄膜の表面処理方法を用いて、基体の表面に形成した銀薄膜をＰＴＦＥコーティングして作製した電気電子デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１４４１９８（Ｐ２０１０−１４４１９８Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２０４７４（Ｐ２００８−３２０４７４）
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（５９６０５５２１３）有限会社プロトニクス研究所 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（５９６０５５２１３）有限会社プロトニクス研究所 (2)
【Ｆターム（参考）】
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