CN1301800C - 用在涂覆装置中的涂杆 - Google Patents

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Abstract

一种用在涂覆装置中的涂杆，其用于向连续运行着的物体上涂覆涂覆液，并包括圆柱状基质材料和形成在基质材料圆周表面上的耐磨镀层。如果镀层与物体之间的磨擦系数以μ表示，镀层的维氏硬度以Hv表示，基质材料的热膨胀系数以α1×10-6/℃表示，镀层的热膨胀系数以α2×10-6/℃表示，镀层的薄膜厚度以tμm表示，则μ和Hv满足一个预定的关系表达式，和/或α1、α2和t满足另一预定的关系表达式。具体地讲，Hv＞1500×μ2+1200和/或|α1-α2|＜3/(t-4)+7。本发明还提供了一种制造用在涂覆装置中的涂杆的方法，其中耐磨镀层被形成在圆柱状基质材料的圆周表面上。

Description

用在涂覆装置中的涂杆
技术领域
本发明涉及一种用在涂覆装置中的涂杆，涂杆表面上形成有耐磨镀层，还涉及这种涂杆的制造方法，具体地讲，本发明涉及一种适于在被涂覆物体例如连续运行的带材上涂覆涂覆液的涂覆装置涂杆，以及这种涂杆的制造方法。
背景技术
作为一种广泛采用的处理方法，在制作感光材料、光刻处理材料、磁记录材料、记录纸材料、感光平印版或类似物时，由薄金属、纸、薄膜或类似材料制成的片状或带状被涂覆物体(被涂覆基片)沿纵向连续运行，同时其一侧被涂覆上涂覆液(感光液)。
在很多情况下，在实施涂覆时，涂覆装置中的涂杆(涂棒)被带到与被涂覆物体的表面相接触的地方，而且在涂杆旋转的同时，涂覆液施加到图杆的表面上，以实现涂覆。这种涂覆方法称为杆式涂覆方法。
例如，如图8所示，在现有技术的涂覆装置涂杆40(以下简称作涂杆40)中，槽48大致沿着圆周方向形成在表面中，耐磨性镀层44通过表面重整处理而形成在圆柱形基质材料44上。镀层44的形成可以通过多种方法实现，例如电镀、物理蒸镀和化学蒸镀等。
对于现有技术中的涂覆装置涂杆，需要解决的第一个问题是，在涂杆40用于实施高速涂覆的情况下(特别是在高速涂覆阳极电镀的铝带材的情况下)，形成在涂杆40上的凸出部分46会在短时间内磨损。在凸出部分46以这种方式在短时间内磨损后，形成在涂杆40上的槽40会变浅，因而被涂覆物体例如带材上被涂覆的涂覆液量的调节精度将下降。其结果是，需要频繁更换涂杆40。为了在将涂覆液涂覆在带材的步骤中提高生产率并节约能量，上述问题是必须解决的严重问题。即是使没有形成槽的涂覆装置涂杆，其镀层也容易局部磨损，从而产生相同的问题。
对于这种问题所采取的解决措施的一些例子公开于日本专利申请公开文献(JP-A)No.2001-901、2000-343012、2000-354808、2000-334349和04-048956中。
顺便说一下，为了提高涂杆表面的耐磨性能，可以采用同时考虑涂杆44的硬度和涂杆44与带材(被涂覆物体)W之间磨擦系数的措施。然而，上述公开物中均未描述过考虑这两点因素。
为了形成耐磨镀层44，优选采用离子镀方法。然而，尚没有出版物中公开过应当采用哪种离子镀方法用于形成镀层。在各种离子镀方法中，如果薄膜是利用空心阴极离子镀方式形成的，则可以在较宽的区域内形成均匀且良好的镀层。这样的例子公开于JP-A No.55-100975、1-240646、5-25617和8-100254中。然而，这些出版物中均没有考虑过将这些例子应用于涂覆装置涂杆中。
对于现有技术的任何涂覆装置涂杆而言，需要解决的第二个问题是，在较大的剪应力或常规应力施加在涂杆上时，镀层容易破裂或从基质材料上剥落。造成这个问题的主要原因是产生在镀层中的残余应力较大。残余应力是因基质材料与镀层之间的热膨胀系数差异而引起的。
这一问题不但会出现在沿圆周方向在表面上设有槽的涂覆装置涂杆中，也会出现在没有设置槽的涂覆装置涂杆中。
针对这一问题而提出的解决措施公开于JP-A No.2001-901、2000-343012、2000-354808和2000-334349中。
顺便说一下，为了防止涂覆装置镀层破裂，可以采用同时考虑薄膜厚度和镀层与基质材料之间热膨胀系数差值的措施。然而，上述公开物中均没有描述过考虑这两点因素。
对于现有技术的任何涂覆装置涂杆而言，需要解决的第三个问题是，在形成镀层时，会在镀层中产生非常小的裂纹(裂口)。这是因镀层与基质材料之间的较大热膨胀系数差值而造成的。产生裂纹，会严重影响到制作涂覆装置涂杆时的生产率的提高。
这一问题不但会出现在沿圆周方向在表面上设有槽的涂覆装置涂杆中，也会出现在没有设置槽的涂覆装置涂杆中。
作为解决这一问题的措施，一些在基质材料与镀层之间形成中间层的例子公开于JP-A No.6-64087和2000-354808中。
然而，在这些出版物中没有考虑到热膨胀问题。因此，需要为此而采取进一步的措施。
对于现有技术的任何涂覆装置涂杆而言，需要解决的第四个问题是涂杆的制造方法，如前所述，需要大致在涂覆装置涂杆的表面上形成耐磨镀层。镀层的形成可以通过多种方法实现，例如电镀、物理蒸镀和化学蒸镀等。然而，在很多情况下，要使用真空内腔，以便通过诸如离子镀等物理蒸镀而形成镀层。从耐磨的角度看，希望均匀地形成镀层。因此，在通过离子镀而形成镀层时，可以采用多种方式实现镀层的均匀度。
例如，在JP-A No.63-192855中，通过提高电离效率而在较大区域内形成均匀的镀层。在JP-A No.01-240646和01-252764中，为了在较大区域内形成均匀的镀层，电离效率被提高，而且形成镀层的速度被设置得较高。
然而，在作为被涂覆物体的圆柱状基质材料变得非常长时，普通的内腔无法容纳基质材料。即使是在能够容纳长基质材料的大尺寸内腔中，也经常会将蒸镀源设在偏离这种大尺寸内腔的中心的位置上。换言之，由于受到内腔尺寸的限制，在很多情况下基质材料不能正好安置在蒸镀源的上方。因此，这就带来了一个问题，即厚度较大的镀层形成在基质材料上的靠近蒸镀源的区域中，厚度较小的镀层形成在基质材料上的远离蒸镀源的区域中。即使是将基质材料中心安置在蒸镀源的正上方，也会在基质材料较长的情况下造成形成在基质材料两端的镀层的厚度小于其中央的镀层厚度这一问题。
JP-A No.02-077573或02-079764中描述了一个例子，其中作为被涂覆物体的较长对象连续运行，同时通过离子镀而形成均匀的镀层。然而，这个例子不能用于在非连续对象例如涂覆装置涂杆的基质材料上形成镀层。
发明内容
考虑到前面提到的原因，本发明的第一个目的是提供一种用在涂覆装置中的涂杆，涂杆表面上形成有耐磨镀层(以解决第一和第二个问题)。
本发明的第二个目的是提供一种用在涂覆装置中的涂杆，其能够防止表面发生破裂或剥落(以解决第三个问题)。
本发明的第三个目的是提供一种制造涂覆装置涂杆的方法，其中耐磨镀层被形成在基质材料上，以具有均匀的厚度(以解决第四个问题)。
为了达到第一个目的，本发明的第一个方面提供了一种用在涂覆装置中的涂杆，其用于向连续运行着的被涂覆物体上涂覆涂覆液，所述涂杆包括：圆柱状基质材料；以及形成在基质材料的圆周表面上的耐磨镀层，镀层包含至少一层；其中，镀层包括如此选择的材料，即能够使得镀层与被涂覆物体之间的磨擦系数μ与镀层的维氏硬度Hv满足关系表达式：Hv＞1500×μ2+1200。
本说明书和权利要求书中出现的“摩擦系数”指的是动态摩擦系数。被涂覆的连续运行物体主要指的是带状或板状材料。涂覆液可以是任何液体材料，例如感光液。
根据第一个方面，即使被涂覆物体的运行距离较长，镀层也不容易磨损。因此，即使涂覆装置涂杆用于向高速运行着的被涂覆物体上施加涂覆液，也可以防止镀层在短时间内消耗掉，以避免出现涂覆精度下降或产生诸如涂覆条纹等涂覆缺陷。
在本发明的这个方面中，Hv可以设置为1500或以上。
通过这种方式，在被涂覆物体的单位运行距离中的镀层磨损量可以显著降低。
在本发明的这个方面中，动态磨擦系数μ可以设置为0.5或以下。
通过这种方式，在被涂覆物体的单位运行距离中的镀层磨损量可以显著降低。
在本发明的这个方面中，镀层可以通过离子镀而形成。
通过离子镀方法形成的镀层的附着性高于其他方法形成的镀层，因此镀层不容易破裂或剥落。
在本发明的这个方面中，镀层可以利用空心阴极离子镀方法而形成。
通过空心阴极离子镀方法形成的镀层具有比其他离子镀方法形成的镀层更平滑的表面状态。因此，镀层与运行着的被涂覆物体之间的接触面积会增加，而且产生在镀层中的最大剪切力会降低，从而减小镀层的磨损速度。因此，镀层的耐磨性能可以进一步提高。涂杆表面的最大粗糙度的下限没有特别的限制。最大粗糙度较低的涂杆表面更优选采用。
在本发明的这个方面中，镀层可以在400℃或以下的温度形成。
通过这种方式，在形成了镀层之后涂杆温度返回外界温度时，所产生的热应力(残余应力)容易保持在足够小的值。
在本发明的这个方面中，镀层的薄膜厚度可以设置在0.2至4.0μm的范围内。
如果薄膜厚度小于0.2μm，则镀层不具有防止磨损所需的足够厚度，而且会因涂杆表面的粗糙度而导致镀层表面粗糙，因此不容易保持镀层的光滑度。如果薄膜厚度为4.0μm或以上，则镀层容易破裂。因此，如果在形成镀层的过程中使涂杆温度发生了变化，或者在涂覆装置涂杆的使用过程中有剪应力或常规应力施加在涂杆表面上，则镀层容易破裂或剥落。
薄膜厚度优选为1.0μm或以上。在这种情况下，涂杆可以具有足够长的使用寿命。
在本发明的这个方面中，基于槽的不规则结构可以形成在涂杆的圆周表面上，以调节施加在被涂覆物体上的涂覆液量。
在涂覆装置涂杆通过这种方式而具有由涂杆表面中的槽构成的不规则结构的情况下(所谓的无绕线涂杆)，涂覆液量调节器具与涂覆装置涂杆形成一体。这样，即使是在真空中也能够利用这种无绕线涂杆而令人满意地完成镀层处理。这一点在特性上与使用绕线杆式的情况不同。
为了达到第一个目的，在本发明的第二个方面中，一种用在涂覆装置中的涂杆包括：圆柱状基质材料；以及形成在基质材料的圆周表面上的耐磨镀层；其中，如果基质材料的热膨胀系数以α1×10-6/℃表示，镀层的热膨胀系数以α2×10-6/℃表示，镀层的薄膜厚度以tμm表示，则满足关系表达式：|α1-α2|＜3/(t-4)+7。
通过这种方式，同时考虑了镀层的薄膜厚度和热膨胀系数，因此镀层中产生的热应力可以限制在给定值或以下，从而即使在涂杆温度变化时因基质材料和镀层的热膨胀系数不同而在镀层中产生热应力，在镀层形成时产生在镀层中的热应力和在薄膜形成后产生在镀层中的残余应力也能够被抑制在给定值或以下。这样，即使是在镀层形成过程中导致涂杆温度变化，或是在涂杆使用过程中有剪应力或常规应力施加在涂杆表面上，镀层也不容易破裂或剥落。
在本发明第二个方面中，镀层可以在350℃或以下的温度形成。
通过这种方式，在形成了镀层之后涂杆温度返回外界温度时，所产生的热应力(残余应力)容易保持在足够小的值。
在本发明的这个方面中，|α1-α2|可以设置为1×10-5/℃或以下。
通过这种方式，可以在涂覆装置涂杆的使用过程中确实防止镀层破裂或剥落。
在本发明的这个方面中，镀层的薄膜厚度可以设置在0.2至4.0μm的范围内。
如果薄膜厚度小于0.2μm，则镀层不具有防止磨损所需的足够厚度，而且会因涂杆表面的粗糙度而导致镀层表面粗糙，因此不容易保持镀层的光滑度。如果薄膜厚度为4.0μm或以上，则镀层容易破裂。
薄膜厚度优选为1.0μm或以上。在这种情况下，涂杆可以具有足够长的使用寿命，并且可以在涂覆装置涂杆的使用过程中确实防止镀层破裂或剥落。
为了达到前述第二个目的，在本发明的第三个方面中，一种用在涂覆装置中的涂杆包括：圆柱状基质材料；形成在基质材料的圆周表面上的中间层；以及形成在中间层的表面上的耐磨镀层。
通过这种方式，可以防止镀层破裂。
在本发明第三个方面中，中间层的热膨胀系数可以小于基质材料但大于镀层，或者中间层的热膨胀系数可以大于基质材料但小于镀层。
其结果是，即使在涂杆温度变化时因基质材料和镀层的热膨胀系数不同而在镀层中产生了热应力，中间层也可以用于缓解热应力。因此，产生在镀层中的热应力可以减小。这样，即使是在镀层形成过程中导致涂杆温度发生变化，或是在涂杆使用过程中有剪应力或常规应力施加在涂杆表面上，镀层也不容易破裂或剥落。
在选择镀层和中间层的材料时，如果它们的热膨胀系数以这样的方式设置，即所述系数不与基质材料的热膨胀系数相差太大，则在外界温度下残留在镀层中的热应力会减小。这种选择能够有益地防止镀层破裂或剥落。
在本发明的这个方面中，中间层可以由多层构成。各层的热碰撞系数可以这样设置，即从基质材料侧至镀层侧一层一层地逐渐增加或减小。
其结果是，可以避免因基质材料和镀层材料的热膨胀系数差别相对较大而造成较大的热应力产生在镀层中。
在本发明的这个方面中，中间层的薄膜厚度可以设置在3至12μm的范围内。如果薄膜厚度小于3μm，则中间层不具有防止磨损所需的足够厚度，而且会因涂杆表面的粗糙度而导致镀层表面粗糙，因此不容易保持镀层的光滑度。如果薄膜厚度为12μm以上，则镀层向中间层的附着均匀度会降低。其结果是，镀层的表面不能形成均匀表面。
在本发明的这个方面中，镀层的薄膜厚度可以设置在0.2至4.0μm的范围内。
如果薄膜厚度小于0.2μm，则镀层不具有防止磨损所需的足够厚度，而且会因涂杆表面的粗糙度而导致镀层表面粗糙，因此不容易保持镀层的光滑度。如果薄膜厚度为4.0μm或以上，则镀层容易破裂。
在本发明的这个方面中，镀层可以通过离子镀而形成。
通过这种方式，在镀层形成时，镀层的温度可以设置得充分低。此外，镀层向基质材料上的附着力可以显著提高。
在本发明第二个方面中，镀层可以在350℃或以下的温度形成。
通过这种方式，在形成了镀层之后涂杆温度返回外界温度时，所产生的热应力(残余应力)容易保持在足够小的值。
在本发明的这个方面中，基于槽的不规则结构可以形成在涂杆表面中，以调节施加到被涂覆物体上的涂覆液量。
在涂覆装置涂杆通过这种方式而具有由涂杆表面中的槽构成的不规则结构的情况下(所谓的无绕线涂杆)，涂覆液量调节器具与涂覆装置涂杆形成一体。这样，即使是在真空中也能够利用这种无绕线涂杆而令人满意地完成镀层处理。这一点在特性上与使用绕线杆式的情况不同。
为了达到前述第三个目的，在本发明的第四个方面中，提供了一种制造用在涂覆装置中的涂杆的方法，其中，耐磨镀层被形成在圆柱状基质材料的圆周表面上，所述方法包括：布置步骤，将基质材料布置在蒸镀装置的内腔内；第一镀层形成步骤，将来自蒸镀源的镀层材料蒸镀在从基质材料的一个端部至基质材料中央部分的区域中；重新布置步骤，重新布置基质材料，以使基质材料的一个端部与另一端部互换位置；以及第二镀层形成步骤，将来自蒸镀源的镀层材料蒸镀在从基质材料的另一端部至基质材料中央部分的区域中。
作为蒸镀装置，通常使用物理蒸镀装置，它的用于形成镀层的内腔中的构造是众所周知的。
根据第四个方面，在第二镀层形成步骤中，镀层可以形成在基质材料的一部分上，所述部分位于可在第一镀层形成步骤中形成镀层的范围之外。另外，由于镀层是通过两个步骤而形成的，因此镀层的薄膜厚度可以形成得大于根据现有技术的任何镀层。此外，只要基质材料的长度不大于可形成镀层范围内的长度的两倍，就能够在整个基质材料上形成镀层。
在重新布置步骤中，作为示例，基质材料被从内腔中取出，然后基质材料沿着其在第一镀层形成步骤中插入内腔中的方向的相反方向插入内腔中，从而被重新布置。通过这种方式，可以容易地完成重新布置步骤，而不需要配备任何专用机构。
在本发明的这个方面中，在第一镀层形成步骤中，形成的镀层可以包含第一逐渐变薄镀层部分，其中镀层厚度从基质材料的一个端部向着基质材料中央部分逐渐变薄。在第二镀层形成步骤中，形成的镀层可以包含第二逐渐变薄镀层部分，其中镀层厚度从基质材料的另一端部向着基质材料中央部分逐渐变薄，
通过这种方式，即使基质材料较长，所形成的镀层也能够在整体上具有均匀的厚度。
在本发明的这个方面中，在布置步骤中，基质材料的位置被这样设置，即能够形成镀层的范围的边界被用作判断标准或基准。
通过这种方式，基质材料的位置容易设置，而且容易找到能够在基质材料上形成均匀厚度的位置。
由于在不同的蒸镀装置中适宜的基质材料设置位置是不同的，因此，为了使镀层薄膜具有均匀的厚度，优选事先判断出基质材料能够在相应蒸镀装置中形成均匀厚度薄膜的设置位置。
在本发明的这个方面中，离子镀装置可以用作蒸镀装置。
通过这种方式，镀层薄膜容易形成得具有大的附着力和均匀的厚度。
附图说明
图1是根据本发明第一个实施例的涂覆装置涂杆用于向带材上涂覆涂覆液时的状态的侧向剖视图。
图2是根据第一个实施例的涂覆装置涂杆的放大局部侧向剖视图。
图3是根据本发明第二个实施例的涂覆装置涂杆的放大局部侧向剖视图。
图4是示例1的实验结果的曲线图。
图5也是示例1的实验结果的曲线图。
图6是示例2的实验结果的曲线图。
图7是一个示例的侧向剖视图，其中涂覆装置涂杆被用作这种类型的涂杆，即可以刮掉施加在带材上的多余涂覆液。
图8是用于与本发明的第一和第二个实施例作比较的现有技术中的涂覆装置涂杆的局部剖视图。
图9是利用根据本发明第三个实施例的涂覆装置涂杆向带材上涂覆涂覆液时的步骤的侧向剖视图。
图10是根据第三个实施例的涂覆装置涂杆的放大局部侧向剖视图。
图11是第三个实施例中的示例的结果的曲线图。
图12是利用根据本发明第四个实施例的涂覆装置涂杆向带材上涂覆涂覆液时的步骤的侧向剖视图。
图13是根据第四个实施例的涂覆装置涂杆结构的放大局部侧向剖视图。
图14是利用根据本发明第五个实施例的涂覆装置涂杆是施加涂覆液时的步骤的侧向剖视图。
图15(A)至15(C)是侧向剖视图，分别示出了根据本发明第五个实施例的以下状态：在基质材料布置步骤中布置了的基质材料的状态；实施第一镀层形成步骤时的状态；在第一镀层形成步骤中形成了镀层后的状态。
图16(A)至16(C)是侧向剖视图，分别示出了根据本发明第五个实施例的以下状态：在重新布置步骤中改变了基质材料设置位置后的状态；实施第二镀层形成步骤时的状态；在第二镀层形成步骤中形成了镀层后的状态。
图17是根据第五个实施例的示例所作的基质材料在内腔中的设置位置(作为一项参数)的侧视图。
图18(A)至18(C)是侧向剖视图，分别示出了根据第五个实施例的示例(为选择基质材料设置位置所作实验)的以下状态：在基质材料布置步骤中布置了的基质材料的状态；实施第一镀层形成步骤时的状态；在第一镀层形成步骤中形成了镀层后的状态。
图19(A)至19(C)是侧向剖视图，分别示出了根据第五个实施例的示例(为选择基质材料设置位置所作实验)的以下状态：在重新布置步骤中改变了基质材料设置位置后的状态；实施第二镀层形成步骤时的状态；在第二镀层形成步骤中形成了镀层后的状态。
图20是根据第五个实施例的示例(为选择基质材料设置位置所作实验)所获得的镀层的薄膜厚度分布曲线图。
图21(A)至21(C)是侧向剖视图，分别示出了根据第五个实施例的示例制作涂杆时的以下状态：在基质材料布置步骤中布置了的基质材料的状态；实施第一镀层形成步骤时的状态；在第一镀层形成步骤中形成了镀层后的状态。
图22(A)至22(C)是侧向剖视图，分别示出了根据第五个实施例的示例制作涂杆时的以下状态：在重新布置步骤中改变了基质材料设置位置后的状态；实施第二镀层形成步骤时的状态；在第二镀层形成步骤中形成了镀层后的状态。
图23是在五个实施例的示例中获得的涂覆装置涂杆的薄膜厚度分布曲线图。
具体实施方式
下面根据第一和第二个实施例描述基于本发明第一个方面的涂覆装置涂杆(该涂杆用于向运行着的带材上涂覆涂覆液)。为了简化，在本发明的实施例描述中仅将涂覆装置涂杆称作“涂杆”。
[第一个实施例]
如图1所示，根据第一个实施例的涂杆10可以向运行着的带材W上涂覆涂覆液，并且能够调节涂覆液的量。
涂杆10是这样构成的，即耐磨镀层14形成在圆柱状基质材料12的圆周表面上。在很多情况下，基质材料12由不锈钢制成。在基质材料的圆周表面上，沿着带材W的圆周方向(即垂直于其轴向并且沿着带材W的运行方向)形成了许多槽18(见图2)。其结果是，涂杆的圆周表面被制作成不规则的结构。
如果镀层14与带材W之间的磨擦系数以μ表示，则镀层14的材料是以这样的方式选择的，即镀层14的维氏硬度Hv满足下面的公式(1)：
Hv＞1500×μ2+1200                        (1)
在这个条件表达式中，摩擦系数越高，相关的维氏硬度Hv也越高。
其结果是，涂杆10的镀层14不容易磨损。因此，即使涂杆以高速向带材W上涂覆涂覆液，也能够防止涂覆精度下降和/或产生涂覆条纹等缺陷。由于涂杆10的使用寿命可以延长，因此单位产量中消耗的涂杆10的数量可以减少。这一事实可以显著降低制造成本。另外，涂杆10在使用中(也就是在配备有涂杆10的涂覆生产线的运行过程中)的更换次数可以减少。其结果是，用于制造带材W的生产线的开工率可以显著提高。
镀层14的薄膜厚度优选设置在1.0至4.0μm的范围内。通过将薄膜厚度设置在1.0μm或以上，镀层可以具有足够的厚度以防磨损。此外，还可以防止因涂杆表面的粗糙度而导致涂覆表面粗糙。其结果是，可以可靠地获得足够的涂覆光滑度。另外，涂杆可以获得充分的使用寿命，并且可以防止涂杆在使用过程中破裂或剥落。
通过将薄膜厚度设置在4.0μm以下，可以防止镀层容易破裂。因此，如果在形成镀层的过程中使得涂杆的温度发生变化，或者在涂杆的使用过程中有剪应力或其他常规应力施加在涂杆上，镀层不容易破裂或剥落。
镀层14优选通过离子镀而形成。这样可以在形成镀层时将镀层的温度设置得足够低，并且使得镀层14向基质材料12上的粘附力显著增大。
镀层14优选为TiN薄膜、TiCN薄膜、CrN薄膜、TiC薄膜、Al2O3薄膜、Cr2O3薄膜、SiO3薄膜、Ti2O3薄膜、AlN薄膜、ZrN薄膜、SiC薄膜、DLC薄膜或类似物。然而，镀层14的种类并不局限于此。
为了调节涂覆液的量，可以在涂覆装置涂杆10的表面侧设置一些结构。作为能够提供所述结构的方式，一种简单易行的方式是在涂杆表面上缠绕线材(未示出)。在表面上缠有线材的涂敷装置涂杆通常称作绕线涂杆。
然而，如果绕线涂杆是在真空状态下经受镀层处理后才被使用的，则会因线材与基质材料之间的间隙中存有空气而难以完成真空处理。
因此，如前所述，在本实施例中，由槽18构成的不规则结构形成在涂杆表面上(所谓的无绕线涂杆)，以便调节施加在被涂覆物体上的涂覆液量。简而言之，涂覆液量调节器具与涂覆装置涂杆形成一体。这样，即使是在真空中也能够令人满意地完成镀层处理。
[第二个实施例]
下面描述根据第二个实施例的涂杆。在第二个实施例中，与第一个实施例中相同的元件以相同的附图标记表示，并且以下不再对它们作描述。
根据第二个实施例的涂杆220(见图3)是这样构成的．即耐磨镀层222以HCD方式(空心阴极离子镀方式)形成在圆柱状基质材料212的圆周表面上。
以HCD方式形成的镀层222的表面状态在光滑度方面优于其他任何离子镀形成的镀层。出于这种原因，镀层与运行着的带材W之间的接触面积可以增加，从而导致镀层在涂覆阶段所产生的最大剪应力下降。由于这样可以使镀层222的磨损率降低，因此镀层222的耐磨性能好于第一个实施例。
作为镀层222的材料，优选采用DLC(类金刚石)或TiN(氮化钛)。其他优选的例子包括TiCN、CrN、TiC、Al2O3、Cr2O3、SiO3、Ti2O3、AlN、ZrN、SiC。或者，也可以采用Ni、Cr、W、Co或类似物通过电镀而形成的镀膜。
在本实施例中，由槽218构成的不规则结构可以利用于第一个实施例相同的方式形成在涂杆表面上，以便调节施加在被涂覆物体上的涂覆液量。
[示例1]
由不锈钢(SUS 304)制作的直径为φ13mm的基质材料被用作基质材料12，以制作出多个涂杆，其中镀层的不同材料(镀层种类)作为可变参数。镀层是通过离子镀形成的。
这些涂杆被用于向运行着的带材W上涂覆涂覆液，并且能够调节涂覆液的量。如图1所示，作了这样的实验，其中带材W在50m/min的运行速度下被涂覆上涂覆液。每个涂杆的旋转方向Q被这样设置，即与带材W相接触的涂杆表面向着与带材运行方向P相反的方向移动(见图1)。至于涂覆液的物理特性，其粘度为8cp，表面张力为22mN/m。涂覆液的配方显示于表1中。
表1
  摩尔比为80/20/70/30的4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯/六亚甲基二异氰酸酯/四甘醇/双羟甲基丙酸制成的聚氨酯[重均分子量100000]   5.0g
  4-重氮二苯胺和多聚甲醛的缩合物(重氮树脂)制成的十二烷基苯磺酸酯   1.2g
  摩尔比为50/50的苯乙烯/单分子-4-甲基-2-戊基苹果酸酯的共聚物[重均分子量100000]   0.1g
  磷酸三甲苯酯   0.3g
  4-磺苯二甲酸   0.1g
  85％磷酸   0.05g
  染料，其中Victoria Pure Blue-BOH(保土谷化学工业公司制造)中的抗衡负离子变为萘磺酸   0.15g
  Megafac F-176(含氟表面活化剂，大日本油墨化学工业公司制造)   0.3g
  γ丁内酯   10g
  1-甲氧基-2-丙醇   24g
  甲乙酮   35g
  甲醇   30g
  水   1g
形成在涂杆表面上的镀层材料以及材料性能(每种材料与带材W之间的磨擦系数以及材料硬度)显示于表2中。涂覆实验的结果显示于图4中。在表2中，“材料”一栏中标为“SUS 304”的部分指的是没有形成镀层。
表2
  材料   摩擦系数(一)   硬度(Hv)
  DLC   0.1   1800
  TiN   0.4   1800
  SUS 304   0.5   500
  硬Cr   0.5   1000
  Ni+PTFE   0.1   550
  Ni+B   0.5   1200
从表2和图4可以理解，在基质材料12上的镀层由DLC薄膜或TiN薄膜构成的情况下，耐磨性能远远好于镀层由其他材料构成时的情况。
为了考察镀层硬度与摩擦系数之间的关系，涂覆长度设置在2×105m时所作实验的结果被评估。在磨损量为1.0μm或以下时，在图5中以代表良好结果的标记“○”显示。在磨损量为1.0μm或以上时，在图5中以代表较差结果的标记“×”显示。在图5中，位于弯曲实线上方的区域满足第一个实施例中的表达式(1)。
结果表明，为了评估镀层的耐磨性能，需要同时考虑镀层硬度和摩擦系数；此外，在带材W被涂覆涂覆液的实验中，在满足表达式(1)的情况下镀层不容易磨损，而在不满足表达式(1)的情况下镀层容易磨损。结果还表明，优选将硬度Hv设置在1500或以上，并将摩擦系数μ设置在0.5或以下，更优选将硬度Hv设置在1800或以上，并将摩擦系数μ设置在0.4或以下。
[示例2]
由不锈钢(SUS 304)制作的直径为φ13mm的基质材料被用作基质材料12，以制作出一个表面以HCD方法镀有TiN薄膜的涂杆和一个表面以AIP方法(电弧放电方法)镀有TiN薄膜的涂杆。(在任一情况下，镀层均通过离子镀形成。)
所述涂杆被用于向运行着的带材W上涂覆涂覆液，并且能够调节涂覆液的量。如图1所示，作了这样的实验，其中带材W在50m/min的运行速度下被涂覆上涂覆液。至于涂覆液的物理特性，其粘度为7cp，表面张力为25mN/m。涂覆液的配方显示于表3中。
表3
  摩尔比为70/30/60/40的4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯/六亚甲基二异氰酸酯/四甘醇/双羟甲基丙酸制成的聚氨酯[重均分子量80000]   5.0g
  4-重氮二苯胺和多聚甲醛的缩合物(重氮树脂)制成的二丁基萘磺酸酯   1.5g
  摩尔比为50/50的苯乙烯/单分子-4-甲基-2-戊基苹果酸酯的共聚物[重均分子量100000]   0.1g
  磷酸三甲苯酯   0.3g
  4-磺苯二甲酸   0.1g
  85％磷酸   0.05g
  Victoria Pure Blue-BOH(保土谷化学工业公司制造)   0.15g
  Megafac F-176(含氟表面活化剂，大日本油墨化学工业公司制造)   0.3g
  1-甲氧基-2-丙醇   25g
  甲乙酮   35g
  甲醇   35g
水 5g
在表面为硬铬(H-Cr)和表面为SUS 304的情况下进行了实验，所得到的实验结果被比较。形成在涂杆表面上的镀层材料以及镀层厚度显示于表4中。镀层实验结果显示于图6中。
表4
  No.   种类   薄膜厚度(μm)
  1   SUS 304   -
  2   硬Cr   12
  3   TiN(HCD)   3
  4   TiN(AIP)   3
从表4和图6中可以看到，在镀层材料为TiN的情况下，耐磨性能显著好于材料为硬Cr和SUS 304时的情况。另外，可以理解，在相同薄膜厚度下，由HCD方法形成的TiN薄膜的耐磨性能远好于由AIP方法形成的TiN薄膜。
前面描述了第一和第二个实施例以及它们的示例。上述实施例只是示例性的，在不脱离本发明主题的前提下，可以对它们作出改变。例如，本发明可以用作这种类型的涂杆30，其可以刮掉施加在带材W上的多余涂覆液(见图7)。当然，本发明的范围并不局限于上述实施例。
本发明的第一和第二个实施例所能够达到的效果在“发明内容”中被描述为第一方面的效果。
[第三个实施例]
下面通过第三个实施例描述本实施例的第二个方面。为了简化，在本实施例的描述中仅将涂覆装置涂杆称作“涂杆”。
如图9所示，根据本发明的涂杆310被用于向运行着的带材W上涂覆涂覆液，并且能够调节涂覆液的量。
如图10所示，涂杆310是这样构成的，即耐磨镀层314形成在圆柱状基质材料312的圆周表面上。在很多情况下，基质材料312由不锈钢制成。镀层314是利用离子镀装置形成的。
作为镀层314的材料，优选采用DLC(类金刚石)或TiN(氮化钛)。其他优选的例子包括TiCN、CrN、TiC、Al2O3、Cr2O3、SiO3、Ti2O3、AlN、ZrN、SiC。或者，也可以采用Ni、Cr、W、Co或类似物通过电镀而形成的镀膜。
如果基质材料的热膨胀系数以α1×10-6/℃表示，镀层的热膨胀系数以α2×10-6/℃表示，镀层的薄膜厚度以tμm表示，则基质材料312和镀层314的选择方式应满足以下关系表达式：
|α1-α2|＜3/(t-4)+7                    (2)
其结果是，形成镀层时所产生的镀层热应力或者镀层形成后产生的薄膜残余应力可以降低到给定值或以下，从而防止在涂杆的制造或使用过程中发生镀层破裂或剥落。
镀层314是利用离子镀装置形成的。在离子镀装置中，镀层可以以相对低温形成。因此，涂杆在形成镀层时和处在外界温度中时的温差变小，从而使得形成镀层时所产生的镀层热应力或者镀层形成后产生的镀层残余应力能够降低。出于这个原因，镀层314不容易破裂或剥落。
通过这种方式，在根据本实施例的涂杆310中，可以防止其镀层剥落。因此，涂杆的使用寿命可以延长，因此单位产量中消耗的涂杆的数量可以减少。其结果是，可以显著降低制造成本，而且涂杆的更换频率可以减少。这样，带材生产线的开工率可以显著提高。
[示例]
由不锈钢(SUS 304)制作的直径为φ13mm的基质材料被用作基质材料312，以制作出多个涂杆，其中镀层的材料(镀层种类)、薄膜厚度等作为可变参数。
这些涂杆被用于向运行着的带材W上涂覆涂覆液，并且能够调节涂覆液的量。如图9所示，作了这样的实验，其中带材W在70m/min的运行速度下被涂覆上涂覆液。每个涂杆的旋转方向Q被这样设置，即与带材W相接触的涂杆表面向着与带材运行方向P相同的方向移动(见图9)。涂覆液的配方显示于表1中。
表1
  1，2-重氮萘醌-5-磺酰氯化物和焦棓酚-丙酮树脂的酯化制品(描述于美国专利No.3,635,709的示例1中)   0.8g
  甲酚-甲醛酚醛树脂(间位/对位比为6/14，重均分子量7000，数均分子量2500，残余单体0.7％)   1.0g
  苯酚-对甲苯酚-甲醛酚醛树脂(苯酚/对甲苯酚比为55/45，重均分子量8000，数均分子量1600，残余单体0.5％)   0.3g
  苯酚-甲醛酚醛树脂(重均分子量15000，数均分子量2400，残余单体1.2％)   0.2g
  N-(对氨基磺酰基苯基)丙烯酰胺-丙烯酸正丁酯-二乙二醇单甲基醚甲基丙烯酸酯的三元共聚物(摩尔比为40/40/20，重均分子量40000，数均分子量20000)   0.4g
  对乙基酚醛树脂 0.2g
  萘醌-1，2-二氮化物-4-磺酸酯氯化物 0.02g
  四氢苯酐 0.16g
  苯甲酸 0.02g
  焦棓酚 0.05g
  4-[对-N，N-双(乙氧羰基甲基)氨基酚]-2，6-双(三氯甲基)-S-三嗪   0.07g
  姜黄色素 0.007g
  染料，其中Victoria Pure Blue-BOH(保土谷化学工业公司制造)中的抗衡负离子替换为萘磺酸   0.045g
  F176PF(含氟表面活化剂(20％MIBK溶剂)，大日本油墨化学工业公司制造)   0.06g
  MCF-312(含氟表面活化剂(20％MIBK溶剂)，大日本油墨化学工业公司制造)   0.1g
  甲乙酮 35g
实验之后，带材的涂覆表面状态和每个涂杆的表面状态被检测。所加工出的涂杆的结构和涂覆实验的结果显示于表2中。
表2
No.   薄膜种类  薄膜厚度[μm]   热膨胀系数[10-5/℃]   镀层与基质材料之间热膨胀系数差值[10-6/℃] 涂覆表面状态 涂杆表面
  1   DLC   1   7.0   9.5   好   好
  2   DLC   2   7.0   9.5   好   好
  3   DLC   4   7.0   9.5   好   好
  4   DLC   5   7.0   9.5   划痕   破裂
  5   TiN   1   8.4   8.1   好   好
  6   TiN   2   8.4   8.1   好   好
  7   TiN   4   8.4   8.1   好   好
  8   TiN   5   8.4   8.1   划痕   破裂
  9   Ni   3   13.3   3.2   好   好
  10   Ni   6   13.3   3.2   好   好
  11   Ni   12   13.3   3.2   好   好
  12   Cr   3   12.5   4.0   好   好
  13   Cr   12   12.5   4.0   好   好
(基质材料(SUS 304)的热膨胀系数：16.5×10-6/℃)
从表2可以理解，在这13个涂杆中，两个涂杆(No.4和No.8)在带材的涂覆表面上产生了划痕，而且涂杆表面破裂。对于其他涂杆，涂覆表面状态和涂杆表面状态是好的。
在图11中，上述实验的结果以曲线图示出，图中横轴代表镀层薄膜厚度，纵轴代表热膨胀系数的差值。在图11中，出现不良结果的涂杆以×表示，好的涂杆以○表示。位于弯曲实线下方或左侧的区域是满足表达式(1)的区域。
从图11中可以看出，在满足表达式(2)的情况下，可以获得良好的实验结果。在不满足表达式(2)的情况下，会产生缺陷。可以理解，从生产可靠性的角度来看，满足表达式(2)“|α1-α2|＜3/(t-4)+7”的区域，也就是位于图11中的弯曲虚线的下方或左侧的区域，更优选采用。
此外，可以理解，在镀层和基质材料的热膨胀系数差值较大的情况下，需要考虑薄膜厚度是否合适，以防止镀层发生破裂。
上面通过第三个实施例而描述了本发明第二方面。上述实施例只是示例性的，在不脱离本发明主题的前提下，可以对它作出改变。例如，本发明可以用作这种类型的涂杆30，其可以刮掉施加在带材W上的多余涂覆液(见图7)。当然，本发明的范围并不局限于上述实施例。
本发明的第三个实施例所能够达到的效果在“发明内容”中被描述为第二方面的效果。
[第四个实施例]
下面通过第四个实施例描述本发明的第三个方面。为了简化，在本实施例的描述中仅将涂覆装置涂杆称作“涂杆”。
如图12所示，根据本实施例的涂杆410被用于向运行着的带材W上涂覆涂覆液，并且能够调节涂覆液的量。
如图13所示，涂杆410是这样构成的，即中间层413形成在基质材料412上，而耐磨镀层414形成在中间层413上。在很多情况下，基质材料412由不锈钢制成。
在中间层413和镀层414利用离子镀装置形成的情况下，它们可以在相对低温下形成；因此，涂杆在形成镀层时和处在外界温度中时的温差变小，从而使得镀层414或中间层413不容易破裂或剥落。
在选择中间层413和镀层414的材料时，基质材料412、中间层413和镀层414的热膨胀系数应当以这样的方式选择，即它们按着上述次序依次增加或减小。
通过这种方式，即使在涂杆温度变化时因基质材料412和镀层414之间的热膨胀系数差异而导致镀层414中产生热应力，中间层413也能够用作缓解材料。其结果是，施加在各层中的热应力较小。如果高硬度陶瓷这种在薄膜厚度较大时容易破裂的材料被用于形成镀层414，则通过形成中间层413，可以使得镀层414至基质材料412的薄膜厚度被制作得较大；因此，可以获得磨损量余度。
通过这种方式，在根据本实施例的涂杆410中，可以防止其镀层剥落。因此，涂杆的使用寿命可以延长，因此单位产量中消耗的涂杆的数量可以减少。其结果是，可以显著降低制造成本，而且涂杆的更换频率可以减少。这样，带材生产线的开工率可以显著提高。
[示例]
由不锈钢制作的直径为φ13mm的基质材料被用作基质材料412，以制作出四种涂杆(No.1至4)，其中中间层和镀层依次形成在每个基质材料上。这些涂杆被用于向运行着的带材W上涂覆涂覆液，并且能够调节涂覆液的量。如图12所示，作了这样的实验，其中带材W在60m/min的运行速度下被涂覆上涂覆液。每个涂杆的旋转方向Q被这样设置，即与带材W相接触的涂杆表面向着与带材运行方向P相同的方向移动(见图9)。涂覆液的配方显示于表1中。
表1
  1，2-偶氮化萘醌-4-磺酰氯化物和2，3，4-三羟基二苯甲酮的酯化制品(酯化率90％)   0.50g
  甲酚-甲醛酚醛树脂(间位/对位比为6/14，重均分子量7000，数均分子量2500，残余单体0.7％)   0.3g
  N-(对氨基磺酰基苯基)异丁烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈的三元共聚物(摩尔比为30/40/30，重均分子量60000，数均分子量20000)   1.7g
  对乙基酚醛树脂   0.2g
  四氢苯酐   0.1g
  4-[对-N，N-双(乙氧羰基甲基)氨基酚]-2，6-双(三氯甲基)-S-三嗪   0.02g
  姜黄色素   0.01g
  染料，其中Victoria Pure Blue-BOH(保土谷化学工业公司制造)中的抗衡负离子替换为萘磺酸   0.03g
  F176PF(含氟表面活化剂(20％MIBK溶剂)，大日本油墨化学工业公司制造)   0.04g
  MCF-312(含氟表面活化剂(20％MIBK溶剂)，大日本油墨化学工业公司制造)   0.1g
  甲乙酮   15g
  γ丁内酯   10g
所制作出的涂杆的结构显示于表2中，利用各个涂杆所获得的实验结果显示于表3中。
表2
  No.             基质材料                         中间层                     镀层
材料 热膨胀系数[10-6/℃]   与其他部分热膨胀系数相比 材料  薄膜厚度[μm]   热膨胀系数[10-6/℃]   与其他部分热膨胀系数相比 材料 薄膜厚度[μm] 热膨胀系数[10-6/℃]   与其他部分热膨胀系数相比
  1   SUS   16.5   大   Ni   3   13.3   中   TiN   2   8.4   小
  2   SUS   16.5   大   Cr   3   12.5   中   TiN   2   8.4   小
  3   SUS   16.5   中   铝合金   3   20.0   大   TiN   2   8.4   小
  4   SUS   16.5   大                     无   TiN   4   8.4   小
铝合金成分：Fe：0.5％，Si：0.8％，Mn：0.5％，Mg：0.1％，铝：剩余值。
表3
  No.   涂覆表面状态   涂杆表面状态
  1   好   好
  2   好   好
  3   滑痕   明显破裂
  4   滑痕   明显破裂
从表2和3可以理解，对于基质材料、中间层和镀层的热膨胀系数按这一次序依次减小(单向减小)的涂杆，也就是涂杆No.1和No.2，则带材的涂覆表面状态是好的，而且完成实验后涂杆表面状态也是好的。
另一方面，对于基质材料、中间层和镀层的热膨胀系数分别为中、大、小的涂杆，也就是涂杆No.3，划痕会产生在带材的涂覆表面上，而且完成实验后涂杆表面明显破裂。对于没有设置中间层的涂杆，也就是涂杆No.4，它与涂杆No.3相同，划痕会产生在带材的涂覆表面上，而且完成实验后涂杆表面明显破裂。
上面通过第四个实施例而描述了本发明第三方面。上述实施例只是示例性的，在不脱离本发明主题的前提下，可以对它作出改变。例如，本发明可以用作这种类型的涂杆，其可以刮掉施加在带材W上的多余涂覆液(见图7)。当然，本发明的范围并不局限于上述实施例。
本发明的第四个实施例所能够达到的效果在“发明内容”中被描述为第三方面的效果。
[第五个实施例]
下面通过第五个实施例描述本发明的第四个方面。为了简化，在本实施例的描述中仅将涂覆装置涂杆称作“涂杆”。
如图14所示，根据本实施例的涂杆制作程序用于制作涂杆，所述涂杆用于向运行着的带材W上涂覆涂覆液L。
涂杆510是这样构成的，即耐磨镀层514形成在质材料512的圆周表面上。在很多情况下，基质材料512由不锈钢制成。镀层514是利用离子镀装置形成的。
[离子镀装置的结构]
如图15(A)至15(C)所示，用于形成镀层的离子镀装置516具有内腔518和设在内腔518中的蒸镀源520。
内腔518被构造得具有较长的尺寸，从而可以容纳一根涂杆510，而且蒸镀源520被布置在从内腔518的门522附近至内腔518的中间位置的区域内(沿纵向)。
[通过在基质材料上形成薄膜而加工出制品]
离子镀装置516用于制作其上形成有耐磨镀层的制品(涂杆)。首先，未被使用过的圆柱状基质材料512被设置在内腔518中的预定设置位置上。将要布置基质材料的设置位置是根据例如内腔518中的标准位置S与基质材料512的一个端部512L之间的距离而确定的(布置步骤，见图15(A))。在本实施例中，描述的是基质材料512的一个端部512L的位置与标准位置S重合时的情况。
内腔518被抽真空，然后，在基质材料512绕着其自身轴线旋转的状态下，通过离子镀而在基质材料512上形成耐磨镀层514A(第一镀层形成步骤，见图15(B))。此时，用于形成镀层514A的薄膜形成条件(主要是薄膜形成时间和离子镀装置输出功率)被设置得能够使镀层514A获得理想厚度，而镀层即被如此形成。
其结果是，如图15(C)所示，耐磨镀层514A形成在基质材料512上的接近于蒸镀源520的那一半区域上，所述区域即从一个端部512L至中央部分512M的区域。在中央部分512M处，镀层端部514T平缓地变薄。
接下来，内腔518中的压力恢复到大气压力，然后，基质材料512被从内腔518中抽出。基质材料的方向被改变，以使其先前位于内腔518内侧部分附近的另一端512R安置在标准位置S上。也就是说，基质材料被布置在改变了180°的状态，并且位于其一个端部与另一端部对调的位置上(重新布置步骤，见图16(A))。
内腔518被抽真空，然后，利用与执行第一镀层形成步骤时相同的条件在基质材料上形成镀层514B(第二镀层形成步骤，见图15(B))。
其结果是，如图16(C)所示，耐磨镀层514B形成在基质材料512上的接近于蒸镀源520的那一半区域上，所述区域即从另一端部512R至中央部分512M的区域。在中央部分512M处，耐磨镀层514B的镀层端部514U平缓地变薄。这个镀层端部514U叠加在镀层端部514T上。
其结果是，位于镀层514A与镀层514B之间的连接部分514V的厚度，也就是镀层端部514T与镀层端部514U相叠加部分的厚度，与涂杆两端的薄膜厚度一样大。因此，连接部分514V处没有形成台阶。
通过这种方式，镀层514可以被制作得具有理想厚度，并因此而制作出了具有均匀厚度的耐磨镀层514。因此，在涂杆510被用于向运行着的带材W上涂覆涂覆液时，涂杆510与带材W之间的接触面积可以增大，以防止涂杆510局部磨损。
因此，即使涂覆液以高速施加，也能够防止涂覆精度下降和/或产生涂覆条纹等缺陷。即使在涂杆的使用过程中会因运行着的带材W所施加的力而导致有剪应力或其他常规应力施加在涂杆510上，镀层514也不容易破裂或剥落。此外，涂杆510的使用寿命可以延长，因此单位产量中消耗的涂杆510的数量可以减少。其结果是，可以显著降低制造成本，而且每单位产量中的所需涂杆更换次数(也就是在配备有涂杆510的涂覆生产线的运行周期中的所需涂杆更换次数)可以减少。这样，用于制造带材W的生产线的开工率可以显著提高。
作为镀层514，优选采用类金刚石或氮化钛薄膜。其他优选的材料例子包括TiCN、CrN、TiC、Al2O3、Cr2O3、SiO3、Ti2O3、AlN、ZrN、SiC。
在基质材料512在内腔518中的设置位置事先不清楚的情况下，优选进行选择基质材料设置位置的实验，所述实验将描述于下面的示例中。在所述实验中，基质材料512的一个端部512L与标准位置S之间的距离作为参数而被改变为图15(A)中的d1、d2或类似值，而且要判断在哪个基质材料设置位置上所获得的薄膜厚度更均匀。通过这种方式，可以找到优选的设置位置。在对离子镀装置之一找到了上述设置位置后，可以在其他离子镀装置中使用相同的设置位置，只要其他装置与经受分析的那个装置类型相同即可。
[示例]
在本实施例的示例中，一种离子镀装置用于制作涂杆，以将涂杆表面上均匀地形成耐磨镀层。如图17所示，本示例中所用的离子镀装置536中的可形成镀层的区域范围是水平方向上的900mm或以下的范围L1。本示例中使用的基质材料542的长度(L2)为1600mm。
[选择基质材料设置位置的实验]
在制作其基质材料542上形成有镀层的制品(涂杆)之前，将针对图17中所示的每个位置No.1至4而执行设置位置选择步骤(即所谓的条件选择实验)，以获得基质材料542在内腔538中的优选位置，即施加在基质材料上的镀层更均匀或一致的位置。
如图18(A)所示，基质材料542的一个端部542L被布置得与内腔538中的标准位置S重合。也就是说，一个端部542L被这样布置，即它与内腔538中的标准位置S之间的距离为0mm(即X＝0mm)，并且基质材料伸向内腔的内侧部分(布置步骤)。接近于内腔538的门532的那个端部被当作基准端部542L。基质材料542由不锈钢制成，且直径为φ10mm。
内腔538被抽真空，然后，在基质材料542绕着其自身轴线旋转的状态下，通过离子镀而在基质材料542上形成耐磨镀层544A(为确定条件所作第一镀层形成步骤，见图18(B)和18(C))。镀层544A的材料用的是TiN(如后文所述的镀层544E的材料用的也是TiN)。形成镀层的时间设置得较短。
接下来，内腔538中的压力恢复到大气压力，然后，基质材料542被从内腔538中抽出。基质材料542的方向被改变，以使基质材料542的另一端部542R安置在标准位置S上。通过这种方式，基质材料542被安置在内腔538中(为确定条件所作重新布置步骤，见图19(A))。
内腔538被抽真空，然后，利用与执行为确定条件所作第一镀层形成步骤时相同的条件在基质材料上形成镀层544B(为确定条件所作第二镀层形成步骤，见图19(B)和19(C))。
在为确定条件所作第二镀层形成步骤之后，基质材料542被从内腔538中取出，而且其薄膜厚度分布被检验(见图20)。在图20中以横轴表示的薄膜厚度分布是将“镀层薄膜厚度”除以“预期薄膜厚度”而得到的值。
未被使用过的基质材料552(见图17)现在被采用，基质材料552的一个端部552L被布置得与内腔538中的标准位置S相隔的距离为10mm(即安置在X＝10mm的位置上)，并且基质材料伸向内腔的内侧部分(布置步骤)。然后，利用与执行为确定条件所作第一镀层形成步骤时相同的条件形成镀层。基质材料552的尺寸、材料等设置得与基质材料542相同。
接下来，利用与执行为确定条件所作布置步骤时相同的方式，基质材料552的方向被改变。此时，基质材料552的另一端部552R被安置在X＝10mm的位置上。
此外，利用与执行为确定条件所作第二镀层形成步骤时相同的方式形成镀层。然后，镀层的薄膜厚度分布被检验(见图20)。
通过相同方式，在X＝15mm和X＝20mm情况下的形成镀层，并且检验它们的薄膜厚度分布(见图20)。
从图20中可以看出，在X＝15mm情况下上述实验结果最优选采用，也就是说，薄膜厚度最均匀或一致。
[通过在基质材料上形成镀层而加工出制品]
接下来，要在涂杆560上形成耐磨镀层564(见图22(C))。也就是说，加工出制品。
如图21(A)所示，首先，未被使用过的基质材料562被采用，以将基质材料562布置在内腔538中，基质材料562的左端位置满足X＝15mm(布置步骤)。基质材料562的尺寸、材料等设置得与基质材料542相同。
内腔538被抽真空，然后，在基质材料562绕着其自身轴线旋转的状态下，通过离子镀而在基质材料562上形成耐磨镀层564A(第一镀层形成步骤，见图21(B)和21(C))。
其结果是，耐磨镀层564A形成在基质材料562上的接近于蒸镀源540的那一半区域上，所述区域即从一个端部562L至中央部分562M的区域。在中央部分562M处，镀层端部564T平缓地变薄。
在形成镀层时，为了将镀层的薄膜(TiN薄膜)厚度设置为2μm，镀层的形成时间、装置的输出功率等将根据前述为选择基质材料的设定位置所作实验中所形成的镀层厚度、镀层形成时间等因素而适宜地设置。
接下来，内腔538中的压力恢复到大气压力，然后，基质材料562被从内腔538中抽出。基质材料562的方向被改变，以使基质材料562以这样的方式安置在内腔538中，即基质材料562的另一端部562R的位置满足X＝15mm。通过这种方式，基质材料562被安置在内腔538中(重新布置步骤，见图22(A))。
内腔538被抽真空，然后，利用与执行第一镀层形成步骤时相同的条件在基质材料上形成镀层564B(第二镀层形成步骤，见图22(B)和22(C))。
其结果是，耐磨镀层564B形成在基质材料562上的接近于蒸镀源540的那一半区域上，所述区域即从另一端部562R至中央部分562M的区域。在中央部分562M处，耐磨镀层564B的镀层端部564U平缓地变薄。这个镀层端部564U叠加在镀层端部564T上。
这个涂杆560的镀层564的薄膜厚度分布被检验。其结果是，(镀层薄膜厚度)/(预期薄膜厚度即2μm)所得到的值被抑制在0.8至1.1的范围内，如图23中的白色三角形标记所示。
为了形成厚度为3μm的镀层，未被使用过的基质材料572(其尺寸、材料等与基质材料562相同)被采用，并且以与加工涂杆560时相同的次序执行布置步骤、第一镀层形成步骤、重新布置步骤、第二镀层形成步骤。其结果是，在第一镀层形成步骤中形成的镀层与在第二镀层形成步骤中形成的镀层之间的连接部分是平滑的。
镀层的薄膜厚度分布被检验。其结果是，(镀层薄膜厚度)/(预期薄膜厚度即3μm)所得到的值被抑制在0.85至1.1的范围内，如图23中的×标记所示。
因此，可以理解，在总长为1600mm的基质材料562(572)的表面上利用离子镀装置形成了预期厚度为2或3μm的镀层(TiN薄膜)的情况下，如果执行了掉转基质材料的重新布置步骤，则(镀层薄膜厚度)/(预期薄膜厚度)所得到的值能够被抑制在0.8至1.2的范围内，从而可以获得良好的薄膜厚度分布。
[加工对比制品]
在本示例中，在不执行重新布置步骤的情况下，涂杆上形成了镀层。
未被使用过的基质材料首先被采用，基质材料被布置在内腔538中，以使基质材料的一个端部的位置满足X＝15mm。内腔被抽真空，然后通过离子镀而在基质材料上形成耐磨镀层(第一镀层形成步骤)。
在形成镀层时，为了在不执行所述重新布置步骤的情况下使镀层(TiN薄膜)的预期厚度达到2μm，镀层的形成时间、装置的输出功率等将根据前述为选择基质材料的设定位置所作实验中所形成的镀层厚度、镀层形成时间等而适宜地设置。
涂杆上的形成在基质材料表面上的镀层的薄膜厚度分布被检测。其结果是，(镀层薄膜厚度)/(预期薄膜厚度即2μm)所得到的值被抑制在0.85至1.15的范围内，如图23中的黑色正方形标记所示。
另外，未被使用的基质材料被采用，以便通过相同方式获得薄膜预期厚度为1μm的镀层。
涂杆上的镀层的薄膜厚度分布被检测。其结果是，(镀层薄膜厚度)/(预期薄膜厚度即1μm)所得到的值位于0.6至1.6的范围内，如图23中的黑色菱形标记所示。也就是说，同实施重新布置步骤时的情况相比，薄膜厚度更为不均。
因此，可以理解，在总长为1600mm的基质材料的表面上利用离子镀装置36形成了预期厚度为1μm或以下的镀层(TiN薄膜)的情况下，如果没有执行了掉转基质材料的重新布置步骤，则薄膜厚度分布会变得更加不均。
对于上面描述的四种涂杆，它们的摩擦系数和镀层硬度被测量。四种涂杆分别用于向以60m/min的运行速度运行着的带材上涂覆涂覆液。涂覆表面状态被检测。结果显示于表1中。
表1
No.   薄膜材料   薄膜厚度[μm]   摩擦系数[-]   硬度[Hv]   掉转方向处理   涂覆表面状态
  1   TiN   2   0.4   1800   实施   ○
  2   TiN   3   0.4   1800   实施   ○
  3   TiN   1   0.4   1800   未实施   ○
  4   TiN   2   0.4   1800   未实施   ○
从表1中可以理解，所有摩擦系数相同，所有镀层硬度相同，而且所有涂覆表面状态良好。因此，可以证实，在实际应用中，如果使用以重新布置步骤分割的两阶段加工过程，不会对带材的涂覆表面产生不良影响，而且镀层的连接部分是平滑的。
上面通过第五个实施例及其示例而描述了本发明第四方面。上述第五个实施例只是示例性的，在不脱离本发明主题的前提下，可以对它作出改变。例如，本发明可以用作这种类型的涂杆，其可以刮掉施加在带材W上的多余涂覆液。当然，本发明的范围并不局限于上述实施例。
本发明的第五个实施例所能够达到的效果在“发明内容”中被描述为第四方面的效果。

Claims (19)

1.一种用在涂覆装置中的涂杆，其用于向连续运行着的被涂覆物体上涂覆涂覆液，所述涂杆包括：
圆柱状基质材料；以及
形成在基质材料的圆周表面上的耐磨镀层；
其中，如果镀层的最顶层与被涂覆物体之间的磨擦系数以μ表示，镀层的维氏硬度以Hv表示，则镀层材料被选择为能够使得镀层与被涂覆物体之间的磨擦系数μ与镀层的维氏硬度Hv满足关系表达式：Hv＞1500×μ2+1200。
2.如权利要求1所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，Hv设置为1500或以上。
3.如权利要求1所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，磨擦系数μ设置为0.5或以下。
4.如权利要求1所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层通过离子镀而形成。
5.如权利要求4所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层利用空心阴极离子镀方法而形成。
6.如权利要求4所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层在400℃或以下的温度形成。
7.如权利要求1所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层的薄膜厚度设置在0.2至4.0μm的范围内。
8.如权利要求1所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，通过槽而产生的不规则结构形成在涂杆的圆周表面上，以调节施加在被涂覆物体上的涂覆液量。
9.如权利要求1所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，如果基质材料的热膨胀系数以α1×10-6/℃表示，镀层的热膨胀系数以α2×10-6/℃表示，镀层的薄膜厚度以tμm表示，则α1、α2和t满足关系表达式：|α1-α2|＜3/(t-4)+7。
10.如权利要求9所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层在350℃或以下的温度形成。
11.如权利要求9所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，|α1-α2|设置为1×10-5/℃或以下。
12.如权利要求9所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层的薄膜厚度设置在0.2至4.0μm的范围内。
13.如权利要求1所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层包括多个层，构成镀层的各个层的热膨胀系数沿着从基质材料到最顶层的顺序依次增大或依次减小。
14.如权利要求1所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，至少一个中间层形成在基质材料和耐磨镀层之间，中间层的薄膜厚度位于3至12μm的范围内。
15.如权利要求14所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层的薄膜厚度位于0.2至4.0μm的范围内。
16.如权利要求14所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层通过离子镀而形成。
17.如权利要求16所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，镀层在350℃或以下的温度形成。
18.如权利要求14所述的用在涂覆装置中的涂杆，其特征在于，通过槽而产生的不规则结构形成在涂杆的圆周表面上，以调节施加在被涂覆物体上的涂覆液量。
19.一种用在涂覆装置中的涂杆，包括：
圆柱状基质材料；以及
形成在基质材料的圆周表面上的耐磨镀层；
其中，如果基质材料的热膨胀系数以α1×10-6/℃表示，镀层的热膨胀系数以α2×10-6/℃表示，镀层的薄膜厚度以tμm表示，则满足关系表达式：|α1-α2|＜3/(t-4)+7。
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