CN101296755A - 涂布头 - Google Patents

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    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet

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Abstract

在片状构件等被涂布构件的表面上涂布涂液的涂布装置的涂布头上不容易产生损伤。本发明提供了一种涂布头，在该涂布头的顶端部分有效地配置有由硬质合金构成的构件，并且，组入这些构件使得不会产生涂料浸透的间隙。该涂布头的特征是，在其顶端部分涂覆有规定厚度的硬质合金。该硬质合金可以是含有碳化钨(WC)的金属陶瓷。此外，该涂覆可以采用喷镀来进行。

Description

涂布头
技术领域
本发明涉及在片状构件或板状构件等被涂布构件的表面上涂布涂液的涂布工具以及涂布装置，特别涉及具备窄缝状的涂布喷嘴的涂布工具以及涂布装置。
背景技术
以往，人们在被涂布物体的表面上被覆以热敏性膜、导电性膜、低反射导电膜、抗紫外线膜、防电磁波膜、保护膜或磁性膜为代表的各种涂膜。例如，在片状构件的表面上均一地涂布很薄的涂布液，形成涂膜层，作为在进行这样的涂布作业的涂布装置中安装的涂布工具，一直使用具有使涂布液通过的窄缝的涂布工具。作为这样的涂布工具，有具备涂布头(工具本体)的涂布工具。在图6中例示了这样的涂布工具。
涂布装置911具有涂布头910，涂布头910是将被称作后缘的第1构件911和被称作刮刀刃的第2构件912互相装配而构成的。涂布装置具有使可挠性带状支承体914沿图中箭头方向(口)移动的进给机构(图中未示出)，第1构件911和第2构件912沿着可挠性带状支承体914移动的方向(口)被依次并列配置。即，第1构件911被配置在可挠性带状支承体914移动的方向(口)的上游，第2构件912被配置在下游。并且，在这些第1、第2构件911和912之间，形成涂布液向第1构件911和第2构件912的顶端流通的窄缝913，在该窄缝913的顶端，形成了在第1、第2构件911、912的顶端开口的流出口913a。
具有窄缝状的喷嘴的涂布头911，由于与被涂布构件914的接触、涂料所产生的腐蚀或者与可能含有的颜料等粒子的摩擦，有时在作为涂布刃的顶端部分会产生损伤。当这样的损伤的大小达到一定值以上时，涂料会进入伤痕中，难以形成均一的涂膜。为此，在伤痕增大到一定程度时，需要研磨顶端部分，进行涂布头顶端部分的翻新。因而，由于涂布装置的定期检查、保养、涂布头翻新时涂布装置中断使用或预备的涂布头的准备、以及翻新后的涂布头的精密的安装等，显著降低涂布过程的生产率。
图7中示意地表示在942涂布头上产生的损伤的例子950、952。由于与被涂布构件的接触等，形成了沿着移动方向逐渐变窄的三角形状的损伤952，其中，有时会产生贯通至相对一侧的深沟954。典型的损伤，其宽度较大时大约是0.1到0.3mm，这样的损伤，涂料会浸入其中，妨碍稳定地形成涂膜。
为此，希望在涂布头的顶端部分不容易产生损伤，具体地说，有人提出了涂布头的材料为硬质合金的方案(例如，专利文献1)。
但是，涂布头整体为硬质合金会增大成本，另外，由于机械加工性能低，因此并不现实。为此，有人提出了只有涂布头的顶端部分为硬质合金的方案(例如，专利文献2、专利文献3)，但是，组装时要想使顶端部分的窄缝的宽度均一并不容易。特别是，即使在组装初期能精密地进行组装，在反复进行涂布作业时，由于这些构件之间的热膨胀的差异而产生的应力等，也容易随着时间推移而发生变化。此外，在组装中，构件之间容易产生微小的间隙，涂料浸透该间隙，可能会改变涂布条件。
专利文献1：日本特开2000-301044号公报
专利文献2：日本特开2002-224607号公报
专利文献3：日本特开2004-261678号公报
发明内容
发明要解决的任务
鉴于以上的情况，本发明提供了只有效地提高涂布头的顶端部分的硬度的涂布头。这样，可以抑制顶端部分的磨损，稳定地形成涂膜。
解决任务的措施
本发明的涂布头，在顶端部分有效地配置有由硬质合金构成的构件，并且，组装这些构件使得不会产生涂料浸透的间隙。即，该涂布头的特征是，在其顶端部分涂覆了规定厚度的硬质合金。该硬质合金可以是含有碳化钨(WC)的金属陶瓷。此外，该涂覆可以采用喷镀进行。因而，被喷镀的喷镀材料可以是含有碳化钨(WC)的金属陶瓷。
更具体地说，本发明提供了以下的产品和方法。
(1)用于在片状构件上形成涂膜而供给涂料的涂布头，其特征在于，包含：具有相对于向该片状构件涂布的方向沿大致直角方向延伸的窄缝的窄缝式涂布喷嘴，以及，保持该涂布喷嘴的涂布头主体；该涂布喷嘴具有限定该窄缝的、以规定的间距对抗的2个喷嘴顶端构件，在该喷嘴顶端构件的至少面向所述片状构件或板状构件的部分上具有通过喷镀形成的硬质合金镀层。
(2)根据上述(1)所述的涂布头，其特征在于，所述涂布喷嘴的基材由不锈钢金属构成，在其上面形成了所述硬质合金镀层。
(3)超硬加工方法，该方法是用于在片状构件或板状构件上形成涂膜而供给涂料的涂布头的窄缝式涂布喷嘴的超硬加工方法，其特征在于，在涂布头的顶端喷镀硬质合金，然后进行研磨，形成规定的形状。
(4)涂布头，其特征在于，具有用于在板状工件上形成涂膜的窄缝式涂布喷嘴，该窄缝式涂布喷嘴是在喷嘴顶端部分喷镀硬质合金而形成。
(5)根据上述(4)所述的涂布头，其特征在于，所述涂布头的主体部分由不锈钢形成，顶端部分由硬质合金形成。
(6)超硬加工方法，该方法是用于在板状工件上形成涂膜的窄缝式涂布喷嘴的超硬加工方法，在涂布头顶端喷镀硬质合金，然后利用研磨调整形状。
这里所说的喷镀，可以包括能形成致密的喷镀膜的爆炸喷镀、利用高温燃气的喷镀、等离子喷镀等。另外，根据需要，还可以进行封孔处理。
附图说明
图1A表示在顶端喷镀了硬质合金的涂布头以及被涂布的构件。
图1B是表示包含在顶端喷镀了硬质合金的涂布头的断面的斜视图，图中还示出被涂布的构件
图2A是表示涂布头顶端部分的喷镀前的状态的断面示意图。
图2B是表示涂布头顶端部分的喷涂后的状态的断面示意图。
图2C是表示涂布头顶端部分的研磨后的状态的断面示意图。
图3是表示涂布头的详细结构的分解斜视图。
图4A是示意表示本发明的实施例中使用的喷涂用的喷枪部分的断面示意图。
图4B是示意表示本发明的实施例中使用的喷涂用的喷枪的侧面图。
图5A是汇总表示本发明中优选使用的喷涂膜的一般特性的数据图表的图。
图5B是汇总表示本发明中优选使用的喷镀材料(TS-10713)的特性的数据图表的图。
图5C是汇总表示本发明中优选使用的喷镀材料(TS-03084)的特性的数据图表的图。
图5D是汇总表示本发明中优选使用的喷镀材料(TS-1305)的特性的数据图表的图。
图5E是汇总表示本发明中优选使用的喷镀材料(TS-10718)的特性的数据图表的图。
图5F是汇总表示本发明中优选使用的喷镀材料(TS-1301)的特性的数据图表的图。
图5G是汇总表示本发明中优选使用的喷镀材料(TS-3092N)的特性的数据图表的图。
图5H是汇总表示本发明中优选使用的喷镀材料(TS-12006)的特性的数据图表的图。
图5I是汇总表示本发明中优选使用的喷镀材料(TS-11811)的特性的数据图表的图。
图5J是汇总表示本发明中优选使用的喷涂材料(TS-20142NB)的特性的数据图表的图。
图6是表示以往的涂布头的斜视图。
图7是示意地表示在涂布头上产生的损伤的斜视图。
符号说明
20涂布头
21、22分开的涂布头
21a、22a顶端部
23隔片
26空腔部
27窄缝
42喷镀层
具体实施方式
图1示意地表示包含喷镀了硬质合金的顶端构件的涂布头的断面图，同时还示出被涂布的构件。图2A至C，分步骤地表示在涂布头的顶端构件上实施硬质合金加工的情况。图3是表示涂布头的详细结构的分解斜视图。
下面，参照图1A至3，以在液晶基板4上进行涂布的涂布头作为优选的例子进行说明。在图1A和B中，在下部配置左右延伸的片状的液晶基板4，在其上方配置涂布头20。液晶基板或涂布头20从图中的右侧向左侧(或从左向右)相对移动，从左至右(或从右至左)形成涂膜。在图1A中，为了进行说明，从涂布头20的顶端到液晶基板4的上表面的距离画得较大，但实际上，间隔很短的距离D(例如50～150μm)在液晶基板4上进行涂布(图1B)。因此，液晶基板4的上表面和涂布头20的顶端部有时会发生直接或间接的接触，致使涂布头20的顶端部产生磨损或损伤。
涂布头20由相互对抗的分开的涂布头21和22构成，两者相隔规定的间隔。这2个分开的涂布头21和22分别由细长的长方体形状的金属(不锈钢)制的块体构成。分开的块体21和22之间的规定的间隔，可以通过夹入隔片23来限定。分开的块体21和22具有大致平行对抗的表面，这些面大致垂直地向下方延伸，另外，大致水平地在各分开的块体21、22的宽度方向上延伸。涂布头20分别在下方具有呈锐角形突出的刀头部，以便维持上述对抗的各自的表面。即，涂布头20的分开的块体21、22的厚度逐渐减小，使得刀头的顶端边缘成为上述对抗的表面的下方的顶端边缘。
成为该涂布头20的下端喷嘴部的、分开的块体21、22的各自的顶端部21a和22a，大致水平地形成，具有超过液晶基板4的宽度(与涂布头的移动方向垂直的方向的液晶基板4的长度)的长度，形成喷嘴部。如上所述，顶端部21a和22a以规定的间隔对抗。通过由这些顶端部21a和22a限定的规定间隔构成的窄缝27，每单位时间流出规定量(例如，一般的液晶基板约为2cc/sec)的涂料，从而形成均一的涂膜。
窄缝27的规定的间隔，可以通过被分开的块体21、22夹持的隔片23来限定。如图3所示，隔片23是由在平面图中冲切成片假名的コ字形状的薄板构成，该コ字的凹部的边部23a、23b，在2个分开的涂布头21、22之间夹入隔片23时，使这2个分开的涂布头21和22之间保持规定间隔的间隙。利用该间隙形成窄缝27。隔片23的厚度决定该窄缝27的间隙的大小。即，分开的涂布头21和22通过穿过各自的螺栓孔51、52和隔片23的螺栓孔53的连接件螺栓60以及螺帽61来连接时，隔片23的厚度构成实际的窄缝27的间隙的间隔。
在一个分开的涂布头21的上部，在其横向(涂布头20的宽度方向)的大致中央部位，形成用于注入构成涂布液(或涂料)的液体等的液体注入口24，在其长度方向的两端部的附近，分别形成排气口34。这些液体注入口24和排气口34，分别通过通孔25与设置在分开的涂布头21的中间部或内部的空腔部26连通。空腔部26在分开的涂布头21的宽度方向上延伸，从液体注入口24注入的液体等从大致中央部流向两端部横向流动。此时，在空腔部内残留的空气，通过通孔25，由排气口34排出。这样，空腔部26就可以将这样注入的液体等保持在该空腔部内。
空腔部26与窄缝27连通，空腔部26内的液体，通过窄缝27形成一定的厚度，从窄缝27下方的顶端开口部28喷出。该窄缝27的顶端开口部28形成涂布头20的下端喷嘴部的喷口。
上述分开的涂布头21、22的各自的对抗面的顶端部21a、22a，分别采用喷镀形成镀层42，其表面粗糙度很细，另外，横向的应变也小。例如，附着于顶端部21a、22a上的喷镀膜42a、42b的表面粗糙度是按照JIS测定，Ra例如是0.1～0.2μm，更优选是0.025～0.05μm。窄缝27的间隔，由于隔片的厚度为±0.1μ，涂布头的接合面为2μm以内，因此最大也在2.1μm以下。如果表面粗糙度和间隔不在该范围内，则难以形成均一的涂膜，因而不可取。一旦产生损伤，喷出的涂料在横向上容易产生不均匀，涂膜上容易出现条纹。因而，难以形成均一的涂膜。这样的损伤，可能是在涂布涂料的过程中由于与被涂布对象物液晶基板4的表面凹凸或表面上的污物等异物、以及涂料中的固体成分等接触或滑动而引起的。本实施例中，在不锈钢制的涂布头刀头部分进一步利用喷镀来镀覆硬质合金，因而硬度增高，不容易产生这样的损伤。
图2A至C中说明对分开的涂布头21进行喷镀的程序。首先，通过机械加工等形成涂布头的分开的块体的基体材料形状。此时，最好是预先将向涂布头的刀头喷镀的部分设置成凹陷44、46，形成薄的壁厚(图2A)。这是因为，在顶端部的外侧42C或内侧42b上难以附有高低差异。
在所述凹陷44、46等部分上喷镀硬质合金时，如图2B所示，刀头部分可能形成稍微有一些圆度的形状48。喷镀稍微厚一些是因为，如果太薄，可能有一些伤痕在后续的研磨工序中无法除去。此时，作为任意选择的方案，可以进行封孔处理。开的孔有时也会成为伤痕的起点，另外，对于防止不必要的涂料的浸透通常是有效的。
接着，研磨顶端部分，精加工成所要求的形状(图2C)。此外，也可以进行封孔处理，再次进行表面的精密研磨，但这不是必须的。最终得到的喷镀膜的厚度大约为0.4mm。该厚度优选为0.2mm以上，进一步优选为0.3mm以上。另外，该厚度优选为1mm以下，进一步优选为0.8mm以下。这是因为，如果厚度过薄，耐磨损性不足，如果厚度过厚，镀膜可能会剥离，另外，会大大超过用喷镀附着的最合适的膜厚。分开的涂布头22也按照同样的工序制作，将隔片23介于它们之间，用螺栓等将它们连接，形成涂布头。
通过这样的制作，涂布液不会进入不同的材质的接合部分中，可以制成不容易产生伤痕的涂布头。
图4A在断面中示出在本发明的实施例中优选使用的HVOF(High VelocityOxy-Fuel)喷镀法中使用的喷枪部分100。从拉瓦尔喷管(Laval Nozzle)中向右边的基板112以5倍音速的高速度喷射含有喷镀材料的气体，形成涂膜层114。在该高速气体中并列有几个菱形110，其被称作菱形激波(Shock Diamond)110。这样的高速气体，如箭头106所示，可以通过将氧和燃烧气体(例如丙烯)输送至喷枪部分100，使高压的氧和丙烯的燃烧气体产生超高速火焰来得到。如中央的箭头104所示，供给喷镀材料(粉末)，使之在火焰中央被加热、熔化、加速。燃烧温度例如是2700℃，其火焰速度达到1500m/sec。如箭头108所示，输送压缩空气，起到保护喷嘴102不受该高温影响的作用。如上所述，由于超音速，因此可以观察到到菱形激波110，利用其动能，可以在基材上形成扁平的喷镀膜。因而，其特征是，具有超致密性，形成细的喷镀表层，由于高密度强度可以得到高结合力，由于低残留应力使得基材的相变化少。
这样的喷镀系统中包含JET KOTE(超音速喷涂)喷镀系统。这种超音速喷镀是在1980年代初，由Browing Engineering Co.(美国)为对抗Union CarbideCo.(美国)的d-gun而开发的新的高能气体喷镀法。特别是，利用5马赫左右的极超音速喷射燃烧气流，能够极其快速地进行高密度的粉末喷镀。此外，这种方法特别适于碳化物系金属陶瓷以及超合金材料的喷镀，对于该领域的材料，与以往的等离子体喷镀法相比，能够形成更优异的高密度、高粘结力的被膜。
在图4B中，用侧面视图示意地表示该超音速喷镀的喷枪。从喷枪的主体103向右延伸的枪身101的前端，高速的燃烧气流111载运粉末喷镀材料，在基板112上形成被膜114。该高速的燃烧气流，是由燃烧气体供给口和氧供给口所供给的燃烧气体和氧在燃烧室105中燃烧所产生的。这样，由于该高速气流而产生的高密度、高结合力是其特征，因此基板112的表面与气流的角度就很重要，希望尽可能是直角。因而，如本实施例所述，为了在3个垂直的面上形成喷镀膜，希望从适于各个面的方向利用上述喷枪进行的喷镀。具体地说，优选的是，将工件或喷枪各自固定在适当的位置上，根据需要使其中一方沿着平行于基板表面的方向滑动。
图5A汇总表示在本发明中优选使用的喷镀用材料的数据。有时，这些材料以外的材料也可以使用。如果大致划分，可以分类成碳化物金属陶瓷和金属·合金两类。虽然碳化物金属陶瓷的最高使用温度比较低，但其硬度较高，更适合在本发明的实施例中使用的。即，如图7所示，磨损是划伤之类的所谓的研磨损伤，因此认为硬度高贡献很大。此外，气孔率为0.5％以下的比较低的程度，不易产生涂料的浸入。另外，如果涂料有腐蚀性，优选使用耐腐蚀性优异的材料。
图5B至5J汇总表示各成分的详细特性的数据。选用其中的材料或其以外的适宜的材料，或者将这些材料组合起来使用，进行上述样的喷镀，实施喷涂头的顶端的超硬加工，可以大幅减少磨损，对形成均一的涂膜起到绝大的效果。

Claims (3)

1.用于在片状构件上形成涂膜而供给涂料的涂布头，其特征在于，包含：具有相对于向该片状构件涂布的方向沿大致直角方向延伸的窄缝的窄缝式涂布喷嘴，以及，保持该涂布喷嘴的涂布头主体；
该涂布喷嘴具有限定该窄缝的、以规定的间距对抗的2个喷嘴顶端构件；
在该喷嘴顶端构件的至少面向所述片状构件或板状构件的部分具有通过喷镀形成的硬质合金镀层。
2.根据权利要求1所述的涂布头，其特征在于，所述涂布喷嘴的基材由不锈钢金属构成，在其上面形成了所述硬质合金涂层。
3.超硬加工方法，该方法是用于在片状构件或板状构件上形成涂膜而供给涂料的涂布头的窄缝式涂布喷嘴的超硬加工方法，其特征在于，在涂布头的顶端喷镀硬质合金，然后进行研磨，形成规定的形状。
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