JP2004344759A

JP2004344759A - 塗工用ロッド

Info

Publication number: JP2004344759A
Application number: JP2003144129A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Saito; 光生斉藤
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】摩擦係数が小さいとともに優れた耐摩耗性、耐食性が得られるＤＬＣ被膜が、ステンレス鋼から成る基材の表面に高い寸法精度で設けられるようにする。
【解決手段】ステンレス鋼ＳＵＳ３０４にて構成されている基材１６の表層部に窒化処理によって硬質の窒化層１６ｎが設けられるため、浸炭などに比べて基材１６の変形や歪みが少ないとともに、その窒化層１６ｎが設けられた基材の表面にＤＬＣ被膜１８が直接コーティングされているため、基材１６と同程度の高い寸法精度が得られて塗工剤の塗布性能が安定し、塗工品質が向上する。また、窒化処理が施されて硬化させられているため高い密着性が得られ、優れた耐摩耗性と相まってＤＬＣ被膜１８の耐久性が向上するとともに、硬質クロムメッキに比較して電解液の処理などが不要で、環境的にも有利である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は塗工用ロッドに係り、特に、優れた耐摩耗性、耐食性が得られるダイヤモンド状カーボン被膜で被覆した塗工用ロッドの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円柱形状の外周部に軸方向に対して交差するように多数の凸条が一体に設けられ、被塗工部材の表面近傍に略平行に配設されて軸心まわりに回転させられるとともに、その被塗工部材の表面に沿って相対移動させられることにより、その被塗工部材の表面に所定の塗工剤を塗布する塗工用ロッドが知られている。
【０００３】
図６は、上記塗工用ロッドの使用態様の一例を説明する図で、塗工用ロッド１００により合成樹脂製のフィルムやシート、或いは紙などの被塗工部材１０２の表面に所定の塗工剤１０４を塗布する場合であり、（ａ）は、略水平に配設された送りローラ１０６の上方に略平行に塗工用ロッド１００が配設され、長手形状の被塗工部材１０２が送りローラ１０６によって図の右方向へ走行させられるとともに、その送り速度に応じて定められた一定の回転速度で塗工用ロッド１００が矢印で示すように送り方向へ回転させられることにより、被塗工部材１０２の上面に供給された塗工剤１０４を定量送りして被塗工部材１０２の表面に塗布し、所定厚さの塗膜１０８を形成する。また、（ｂ）は、複数の送りローラ１１０によって塗工剤１０４が収容された容器１１２内を被塗工部材１０２が走行させられることにより、その被塗工部材１０２の表面に塗工剤１０４が付着させられる一方、その容器１１２の上方において被塗工部材１０２の表面に近接して略平行に配設された塗工用ロッド１００が矢印で示すように逆方向へ所定の回転速度で回転させられ、余分な塗工剤１０４が掻き落とされることにより、被塗工部材１０２の表面に塗膜１０８が所定の厚さで設けられる。
【０００４】
一方、図７は、塗工用ロッド１００の具体例で、多数の凸条として１条のねじ山１１４が設けられており、そのねじ山１１４の間の凹所（ねじ溝）１１６内に保持される塗工剤１０４の量によって、前記塗膜１０８の厚さが定められる。また、かかる塗工用ロッド１００は一般に、ステンレス鋼にて構成されている基材１１８の表面に硬質被膜１２０が設けられ、所定の耐摩耗性が得られるようになっている。硬質被膜１２０としては、例えば特許文献１に記載されているように、硬質クロムメッキやセラミック被膜、ダイヤモンド被膜など種々のものが提案されており、ダイモンド被膜としてダイヤモンド状カーボン（以下、ＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）という）被膜も用いられる。ＤＬＣは緻密なアモルファス構造で、結晶学的にはダイヤモンドと異なるものであるが、高硬度で優れた耐摩耗性が得られるとともに、化学的に安定しているため強酸や強アルカリの塗工剤を塗布する場合にも使用できる。また、表面が滑らかで摩擦係数が小さいため、液晶関連などの粘性が高い塗工剤を使用する場合でも、目詰まりや摩耗が抑制される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３５４８０８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように硬質クロムメッキの上にＤＬＣ被膜を設けると、塗工用ロッドの表面は凹凸であるため硬質クロムメッキの膜厚がばらつき易く、塗工用ロッドの表面の寸法精度が損なわれて塗工剤の保持量などが変化し、塗膜厚さがばらついて塗工むらを生じる可能性があった。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、摩擦係数が小さいとともに優れた耐摩耗性、耐食性が得られるＤＬＣ被膜が、ステンレス鋼から成る基材の表面に高い寸法精度で設けられるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、円柱形状の外周部に軸方向に対して交差するように多数の凸条が一体に設けられ、被塗工部材の表面近傍に略平行に配設されて軸心まわりに回転させられるとともに、その被塗工部材の表面に沿って相対移動させられることにより、その被塗工部材の表面に所定の塗工剤を塗布する塗工用ロッドであって、（ａ）ステンレス鋼の棒材にて構成されているとともに、転造加工により外周部に前記多数の凸条が設けられた基材と、（ｂ）窒化処理が施されることにより前記凸条を含めた前記基材の表層部に設けられた硬質の窒化層と、（ｃ）その窒化層が設けられた前記基材の表面に直接コーティングされたＤＬＣ被膜とを有することを特徴とする。
【０００９】
第２発明は、第１発明の塗工用ロッドにおいて、（ａ）前記窒化層の深さは１０〜８０μｍの範囲内で、その窒化層の表面のビッカース硬さＨＶは１０００〜１３５０の範囲内であり、（ｂ）前記ＤＬＣ被膜の膜厚は１〜５μｍの範囲内で、そのＤＬＣ被膜の表面のビッカース硬さＨＶは２０００〜４０００の範囲内であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
このような塗工用ロッドにおいては、ステンレス鋼にて構成されている塗工用ロッドの基材の表層部に窒化処理によって硬質の窒化層が設けられるため、浸炭などに比べて基材の変形や歪みが少ないとともに、その窒化層が設けられた基材の表面にＤＬＣ被膜が直接コーティングされているため、基材と同程度の高い寸法精度が得られて塗工剤の塗布性能が安定し、塗膜厚さのばらつきに起因する塗工むらが抑制されて塗工品質が向上する。
【００１１】
また、窒化処理が施されて硬化させられているため高い密着性が得られ、優れた耐摩耗性と相まってＤＬＣ被膜の耐久性が向上するとともに、硬質クロムメッキに比較して電解液の処理などが不要で、環境的にも有利である。
【００１２】
また、ＤＬＣ被膜は、化学的に安定しているためｐＨが３程度以下の強酸や、ｐＨが１１程度以上の強アルカリの塗工剤を塗布する場合にも使用できる。
【００１３】
また、ＤＬＣ被膜は表面が滑らかで、摩擦係数μが０．０５〜０．１程度と小さいため、液晶関連などの粘性が高い塗工剤を使用する場合でも、目詰まりや摩耗が抑制されて優れた塗工品質や耐久性が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の塗工用ロッドは、被塗工部材としての合成樹脂製のフィルムやシート、紙などの表面に所定の塗工剤を薄く塗布する場合に好適に用いられるが、このようなフィルムやシート、紙以外の被塗工部材に塗工剤を塗布する場合に用いることも可能である。塗工剤としては、例えば所定の流動性、粘性を有する液状物質が好適に用いられるが、粉状物などを塗工剤として塗布することもできる。
【００１５】
多数の凸条は、軸方向に多数設けられていることを意味するもので、軸方向に一定の間隔で設けられるが、１周毎に分離していても、或いは所定のねじれ角で捩じれたねじ山であっても良い。その場合のねじ山は、一繋がりの１条ねじでも２以上の複数条のねじ山でも良い。凸条やその凸条間の凹所の形状は適宜定められる。
【００１６】
ステンレス鋼は、耐食性や耐摩耗性などを考慮して採用され、転造加工による凸条の成形が容易なＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼が好適に用いられるが、フェライト系、マルテンサイト系等の他のステンレス鋼を使用することも可能である。
【００１７】
窒化処理方法としては、イオン窒化法やガス窒化法が好適に用いられるが、塩浴窒化法や粉末窒化法などの他の処理方法を採用することもできる。また、ＤＬＣ被膜のコーティング法としては、プラズマＣＶＤ法が好適に用いられ、その場合は共通の反応炉を用いてガス窒化法により窒化処理を行うことができるが、イオンビーム蒸着法やＣＯ_２レーザ誘起放電法などの他の成膜法でＤＬＣ被膜をコーティングすることもできる。
【００１８】
本発明の塗工用ロッドは、例えば図６（ａ）、（ｂ）に示す態様で使用されるが、それ以外の態様で使用することも可能である。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である塗工用ロッド１０を示す図で、（ａ）は軸心と直角な方向から見た正面図、（ｂ）は軸心と平行な断面の外周部分の拡大図である。この塗工用ロッド１０は、円柱形状の外周部に凸条として螺旋状の１条のねじ山１２が設けられたもので、被塗工部材の表面近傍に略平行に配設されて軸心まわりに回転させられるとともに、被塗工部材の表面に沿って相対移動させられることにより、その被塗工部材の表面に所定の塗工剤を略均一に塗布するものである。ねじ山１２は、先端（外周面）が軸心と平行な円筒面を成しており、ねじ山１２の間の凹所（ねじ溝）１４は、底部が円弧状の略三角形状を成している。そして、例えば前記図６（ａ）、（ｂ）において前記塗工用ロッド１００の代わりに配設され、軸心まわりに回転させられることにより被塗工部材１０２の表面に所定の塗工剤１０４を所定の厚さで略均一に塗布するように使用される。
【００２０】
上記塗工用ロッド１０は、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼から成る棒状の基材１６の表面にＤＬＣ被膜１８をコーティングしたもので、基材１６の表層部には硬質の窒化層１６ｎが設けられており、例えば図２に示す手順に従って製造される。図２のステップＳ１は転造工程で、例えば図３に示す転造加工装置２０を用いてステンレス鋼棒材２６に転造加工が施され、そのステンレス鋼棒材２６の外周部に前記ねじ山１２が転造される。転造加工装置２０は、一対の転造ダイス２２、２４で円柱形状のステンレス鋼棒材２６を両側から挟圧して転造加工を行うもので、ステンレス鋼棒材２６は支持部材２８によって支持されるようになっている。図３の（ａ）は、ステンレス鋼棒材２６の軸心方向から見た正面図で、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。転造ダイス２２、２４は、何れも前記ねじ山１２の間の凹所１４の形状に対応する断面形状の成形凸部３０が、ねじ山１２と略同じピッチで軸方向に離間して外周面に複数平行、すなわちリードが０の状態で設けられたもので、図３（ｂ）に示すように成形凸部３０がステンレス鋼棒材２６の軸心に対して直角な方向からねじ山１２のリード角と同じ角度θだけ傾斜した姿勢で配設される。一対の転造ダイス２２、２４は、図３（ｂ）の状態において互いに反対方向へ角度θで傾斜させられており、その状態で図３（ａ）に矢印で示す方向へ回転駆動されることにより、ステンレス鋼棒材２６の外周面には傾斜角度θと同じリード角でねじ山１２が転造加工されるとともに、ステンレス鋼棒材２６は軸心まわりに回転しつつ図３（ｂ）の左方向へ送り出され、所定長さで切断されることによりねじ山１２を有する中間品３２が得られる。なお、一対の転造ダイス２２、２４の何れか一方は、成形凸部３０が無い円筒面のものを用いるようにしても良い。
【００２１】
図２のステップＳ２は窒化工程で、例えば前記中間品３２を４００〜６００℃程度のＮＨ_３ガス雰囲気中に数時間〜十時間程度保持するガス窒化法が用いられ、本実施例では窒化層１６ｎの深さが１０〜８０μｍの範囲内で例えば１５〜３０μｍ程度、表面のビッカース硬さＨＶが１０００〜１３５０の範囲内で例えば１０５０〜１１５０程度となるように、処理条件が定められている。
【００２２】
また、図２のステップＳ３は、上記窒化層１６ｎが設けられた中間品３２の表面にＤＬＣ被膜１８をコーティングする工程で、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて行われ、本実施例ではＤＬＣ被膜１８の膜厚が１〜５μｍの範囲内で例えば３〜５μｍ程度、表面のビッカース硬さＨＶが２０００〜４０００の範囲内で例えば２１００〜２２００程度となるように、処理条件が定められている。プラズマＣＶＤ法を用いてＤＬＣ被膜１８をコーティングする場合は、その反応炉を用いて前記ステップＳ２の窒化処理（ガス窒化）を行うことにより、中間品３２を反応炉内に保持したまま窒化処理とＤＬＣ被膜１８のコーティング処理とを連続して行うことができる。
【００２３】
図４は、このようにして得られた塗工用ロッド１０の膜厚や表面硬さなどを調べた結果の一例で、ＤＬＣ被膜１８の表面硬さ（ＨＶ０．０２５）は２１６０、膜厚は４．０μｍ、窒化層１６ｎの深さは１６μｍ、表面硬さ（ＨＶ０．３）は１１００であった。
【００２４】
このような本実施例の塗工用ロッド１０によれば、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４にて構成されている基材１６の表層部に窒化処理によって硬質の窒化層１６ｎが設けられるため、浸炭などに比べて基材１６の変形や歪みが少ないとともに、その窒化層１６ｎが設けられた基材の表面にＤＬＣ被膜１８が直接コーティングされているため、基材１６と同程度の高い寸法精度が得られて塗工剤の塗布性能が安定し、塗膜厚さのばらつきに起因する塗工むらが抑制されて塗工品質が向上する。
【００２５】
また、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４から成る基材１６に窒化処理が施されて硬化させられているため高い密着性が得られ、優れた耐摩耗性と相まってＤＬＣ被膜１８の耐久性が向上するとともに、硬質クロムメッキに比較して電解液の処理などが不要で、環境的にも有利である。
【００２６】
また、ＤＬＣ被膜１８は、化学的に安定しているためｐＨが３程度以下の強酸や、ｐＨが１１程度以上の強アルカリの塗工剤を塗布する場合にも使用できる。
【００２７】
また、ＤＬＣ被膜１８は表面が滑らかで、摩擦係数μが０．０５〜０．１程度と小さいため、液晶関連などの粘性が高い塗工剤を使用する場合でも、目詰まりや摩耗が抑制されて優れた塗工品質や耐久性が得られる。
【００２８】
因みに、上記本発明品と、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の生材と、その生材に硬質クロムメッキを施したメッキ品とを用いて、ｐＨ２の強酸塗布剤、およびｐＨ７程度の中性塗布剤を用いて耐久性試験を行ったところ、図５に示すように強酸塗布剤についてはステンレス生材に比較して３〜４倍程度の耐久性が得られ、中性塗布剤についてはクロムメッキ品に比較して１０倍以上の耐久性が得られた。耐久性は、塗布剤の塗膜厚さが所定範囲内か否かによって判断した。
【００２９】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である塗工用ロッドを示す図で、（ａ）は軸心と直角な方向から見た正面図、（ｂ）は軸心と平行な断面の拡大図である。
【図２】図１の塗工用ロッドを製造する手順を説明するフローチャートである。
【図３】図２の転造加工工程で好適に用いられる転造加工装置を説明する概略図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。
【図４】本発明品の膜厚、表面硬さ等の諸元の一例を示す図である。
【図５】本発明品、ステンレス生材、およびクロムメッキ品を用いて行った耐久性試験の結果の一例を示す図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）共に塗工用ロッドを用いて塗工剤を塗布する装置の一例を説明する概略図である。
【図７】従来の塗工用ロッドの一例を示す図で、（ａ）は軸心と直角な方向から見た正面図、（ｂ）は軸心と平行な断面の拡大図である。
【符号の説明】
１０：塗工用ロッド１２：ねじ山（凸条）１６：基材１６ｎ：窒化層１８：ＤＬＣ被膜

Claims

円柱形状の外周部に軸方向に対して交差するように多数の凸条が一体に設けられ、被塗工部材の表面近傍に略平行に配設されて軸心まわりに回転させられるとともに、該被塗工部材の表面に沿って相対移動させられることにより、該被塗工部材の表面に所定の塗工剤を塗布する塗工用ロッドであって、
ステンレス鋼の棒材にて構成されているとともに、転造加工により外周部に前記多数の凸条が設けられた基材と、
窒化処理が施されることにより前記凸条を含めた前記基材の表層部に設けられた硬質の窒化層と、
該窒化層が設けられた前記基材の表面に直接コーティングされたダイヤモンド状カーボン被膜と
を有することを特徴とする塗工用ロッド。
前記窒化層の深さは１０〜８０μｍの範囲内で、該窒化層の表面のビッカース硬さＨＶは１０００〜１３５０の範囲内であり、
前記ダイヤモンド状カーボン被膜の膜厚は１〜５μｍの範囲内で、該ダイヤモンド状カーボン被膜の表面のビッカース硬さＨＶは２０００〜４０００の範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載の塗工用ロッド。