JP2009132102A - Ｔダイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超硬合金製のリップ部材をダイ本体に取り付けてリップ部を構成することにより、そのエッジ部をシャープエッジとするとともに精度や耐摩耗性、耐蝕性を確保した上で、さらにダイ本体を鋳鉄や低熱膨張合金あるいはその他の鋼材等によって形成しても、スリット内を流れる溶融樹脂材料の摩擦や滞留、偏りなどを防ぐ。
【解決手段】ダイ本体１に形成されたスリット３の開口端縁にリップ部が設けられて、スリット３内を通して供給される溶融材料をリップ部から吐出するＴダイにあって、リップ部を超硬合金製のリップ部材を取り付けて構成するとともに、スリット３の内壁面４には、表面が仕上げ加工された中間層１１を介して、硬質クロムめっき層１２を被覆する。
【選択図】図３

Description

本発明は、樹脂フィルム類を溶融押し出し成形により製造する場合などに用いられるＴダイおよびその製造方法に関するものである。

Ｔダイを用いた押出成形法により製造される樹脂フィルムは、特に光学用途などに使用されるものについては厚み偏差やスジ状の欠陥、いわゆるダイスジがないものが求められており、これに伴いＴダイの品質特性も重要となってきている。このため、溶融樹脂材料の流路となるスリットは、滞留が生じないようにその内壁面が滑らかとされるとともに、特に溶融材料が吐出させられるスリット開口端縁のリップ部は、その先端のエッジ部をシャープエッジに形成することができて、しかも欠けや傷、摩耗が発生しないように、硬度や強度、耐摩耗性の高い材質として、加工精度や離型性を向上させることが要求されている。

そこで、例えば特許文献１、２には、スリット内壁面に溶融樹脂との摩擦を低減するための硬質クロムめっきを施す一方で、リップ部先端のエッジ部にはＷＣを主成分とした高硬度で耐摩耗性の高い超硬を例えば溶射によって被覆することが記載されている。また、本発明の発明者らも、例えば特許文献３において、リップ部を超硬合金製のリップ部材によって形成するとともに、このリップ部を除いたダイ本体は超硬合金と略等しい熱膨張係数を有する鋼材（低熱膨張合金）として接着等により取り付けたＴダイを提案している。
特開２０００−３３４８０６号公報 特開２００６−２２４４６２号公報 特開２００７−１９６６３０号公報

ところが、特許文献１、２に記載のようにスリット内壁面に硬質クロムめっきを施すとともに、その先端開口縁のリップ部には超硬を被覆しようとすると、クロムめっきとＷＣとは密着性が悪いため、これらの継ぎ目で面荒れやクラック、段差が生じてしまい、成形された樹脂フィルム等にダイスジを発生させる原因となってしまう。また、特に溶射によって超硬を被覆する場合には、ＷＣを主成分とする粉末材料を溶融して吹き付けることになるので、溶射後に研削・みがき加工を施してエッジ部を仕上げる際に粉末材料の粒子の剥がれやクラックが発生し易く、シャープエッジに仕上げることが困難となる。

この点、リップ部を超硬合金製として鋼材よりなるダイ本体に取り付けた特許文献３に記載のＴダイでは、このようなクラックや剥がれを生じることなくエッジ部をシャープで高精度に仕上げることができ、また高い耐摩耗性や耐蝕性、強度を得ることができる。さらに、高温の溶融樹脂材料が流通させられて吐出させられるＴダイでは、こうしてリップ部をダイ本体と異なる材質のリップ部材で形成してダイ本体に取り付けると、熱膨張の違いからリップ部に歪みが生じてしまうが、特許文献３に記載のＴダイではダイ本体を超硬合金と略等しい熱膨張係数を有する低熱膨張合金よりなる鋼材で形成しているので、このような歪みがリップ部に発生するのも防ぐことができる。

ところが、このような低熱膨張合金は、その材料組成や製造方法が複雑であって高価であり、しかも難加工材であるためにダイ本体に成型するにもコスト高になるという問題がある。そこで、本発明の発明者らは、このような低熱膨張合金よりなる鋼材に代えて、やはり超硬合金と熱膨張係数が略等しく、かつ低熱膨張合金よりは安価で加工性がよい鋳鉄によってダイ本体を形成することを試みた。

しかしながら、このような鋳鉄によって形成したダイ本体には、その表面にポアやボイドといった開気孔が多数形成されており、また鋳造の際に生成した析出物が表面に析出していることもあって、スリットの内壁面に溶融樹脂材料との摩擦を低減するための硬質クロムめっきを施しても、この硬質クロムめっきの表面にダイ本体の表面性状に応じた凹凸が形成されてしまい、スリットを流れる溶融樹脂に滞留や偏りが生じるおそれがある。これは、例えば低熱膨張合金やその他の鋼材によってダイ本体を形成したときでも、そのスリット内壁面に析出物が存在していれば同様である。

本発明は、このような背景の下になされたもので、超硬合金製のリップ部材をダイ本体に取り付けてリップ部を構成することにより、そのエッジ部をシャープエッジとするとともに精度や耐摩耗性、耐蝕性を確保した上で、さらにダイ本体を鋳鉄や低熱膨張合金あるいはその他の鋼材等によって形成しても、スリット内を流れる溶融樹脂材料の摩擦や滞留、偏りなどを防ぐことが可能なＴダイおよびその製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のＴダイは、ダイ本体に形成されたスリットの開口端縁にリップ部が設けられて、上記スリット内を通して供給される溶融材料を上記リップ部から吐出するＴダイであって、上記リップ部が超硬合金製のリップ部材を取り付けて構成されるとともに、上記スリットの内壁面には、表面が仕上げ加工された中間層を介して、硬質クロムめっき層が被覆されていることを特徴とする。また、このようなＴダイを製造するための本発明のＴダイの製造方法は、上記ダイ本体の上記スリットの内壁面に上記中間層を形成し、この中間層の表面を仕上げ加工した後に、該中間層の表面に上記硬質クロムめっき層を被覆することを特徴とする。

このような構成のＴダイでは、まずダイ本体のスリット開口端縁に設けられるリップ部が、超硬合金製のリップ部材を取り付けて構成されたものであるので、耐摩耗性や耐蝕性を確保することができるのは勿論、リップ部のエッジ部に超硬を溶射して被覆したりするのに比べ、高精度でシャープなエッジを形成することができる。そして、例えば上述のような製造方法によって製造される本発明のＴダイでは、ダイ本体のスリットの内壁面に一旦中間層を形成し、この中間層の表面を仕上げ加工して平滑にした上に硬質クロムめっき層を被覆するので、ダイ本体のスリット内壁面表面に開気孔や析出物が存在しても、硬質クロムめっき層の表面には凹凸を生じさせることなく滑らかな表面状態とすることが可能となる。

従って、このダイ本体を、上述のような低熱膨張合金やその他の鋼材によって形成した場合は勿論、リップ部材の超硬合金と熱膨張係数が略等しい鋳鉄製としても、スリットを流れる溶融材料との摩擦を低減して滞留を防ぐことができる。このため、このような鋳鉄製のダイ本体を採用することにより、高温の溶融樹脂材料が流れてもリップ部に歪みなどを生じることのないＴダイを低コストで提供することが可能となる。

ここで、上記中間層は、その表面に被覆される硬質クロムめっき層が、通常は電解めっきによって形成されることから金属層であることが望ましく、また開気孔や析出物による凹凸を残すことなく表面を仕上げ加工できる厚さとするには、このように金属を溶射した金属溶射層か金属めっき層であることが望ましい。そして、さらにこうして表面を仕上げ加工することを考慮すると、この中間層は、金属溶射層とする場合にはＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｎｉのうち少なくとも１種を溶射した金属溶射層であることが望ましく、また金属めっき層とする場合は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂのうち少なくとも１種をめっきした金属めっき層であることが望ましい。

なお、こうして形成される中間層は、その層の厚みが薄すぎると、表面を仕上げ加工した後でも開気孔や析出物による凹凸が残ってしまって、硬質クロムめっき層の表面を滑らかにすることができなくなるおそれがある一方、この中間層の層厚が厚すぎても、その形成に時間がかかる上に、表面仕上げ加工にも時間や労力を要する結果になる。このため、中間層の厚みは０．０１〜０．２ｍｍの範囲とされるのが望ましい。また、硬質クロムめっき層の厚みは、薄すぎると寿命が短く、逆に厚すぎるとやはりその被覆や表面仕上げ加工に時間や労力を要するので、０．０３〜０．１ｍｍの範囲とされるのが望ましい。

さらに、硬質クロムめっき層が被覆される中間層の仕上げ加工された表面の粗さは、粗いままだと硬質クロムめっき層の表面に凹凸が残されるおそれがあるので、例えばＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される最大高さＲｚにおいて１．６Ｓ以下とされるのが望ましい。一方、この中間層を介して被覆される硬質クロムめっき層の表面はできるだけ滑らかに鏡面加工されるのが望ましく、同じく最大高さＲｚにおいて０．８Ｓ以下に仕上げられるのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、リップ部を超硬合金製のリップ部材によって構成することにより、耐摩耗性や耐蝕性を確保するとともにそのエッジ部に高い精度とシャープさを与えることができる一方、ダイ本体のスリット内壁面表面に開気孔や析出物が存在していても、中間層を介して硬質クロムめっき層を被覆することにより、その表面を平滑としてスリット内を流れる溶融材料との摩擦を確実に低減するとともに滞留や偏りを防ぎ、厚み偏差やダイスジのない樹脂フィルム類の溶融押し出し成形を行うことが可能となる。

図１ないし図３は本発明のＴダイの一実施形態を示すものであり、また図３ないし図６はこの一実施形態のＴダイを製造する本発明のＴダイの製造方法の一実施形態を説明するものである。本実施形態のＴダイは、そのダイ本体１が複数（本実施形態では２つ）の本体部材２により構成され、ダイ本体１の後端側（図１および図２において上側）でこれらの本体部材２の側面同士が密着させられて一体化されることによりダイ本体１に組み立てられている。本実施形態では、これらの本体部材２が、後述するリップ部を除いて、例えば特許第２６９４２３９号公報に記載されているような、いわゆる低熱膨張鋳鉄製とされている。

一方、ダイ本体１の先端側（図１および図２において下側）においては、後端側で密着させられた本体部材２の側面同士が間隔をあけて互いに対向することにより、該側面間に、このダイ本体１の先端に開口する溝状のスリット３が、当該ダイ本体１の長手方向（図２における左右方向）に亙って延びるように画成される。従って、ダイ本体１のこの先端側において間隔をあけて互いに対向するこれら本体部材２の側面が、スリット３の内壁面４とされる。

ここで、このスリット３の後端側には、上記長手方向に延びる断面円形状のマニホールド５が形成されてスリット３に連通させられるとともに、このマニホールド５には、上記長手方向の適宜箇所（本実施形態では中央に１箇所）においてダイ本体１の後端面１Ａから延びる供給口６が連通させられている。この供給口６は図示されない押出機に接続されていて、この押出機において粉砕、混和させられるとともに加熱されることにより溶融した例えば高分子有機材料等の溶融樹脂材料が、該供給口６からダイ本体１に供給され、上記マニホールド５を介してダイ本体１の長手方向に給送されるとともに、スリット３を通ってそのダイ本体１先端側の開口端縁から吐出させられる。

このダイ本体１の先端側においては、両本体部材２の上記側面とは反対側の側面が先端側に向かうに従いスリット３側に向かうように傾斜させられて先細り形状とされており、ただしその突端面は、供給口６およびマニホールド５の中心線を含んでスリット３の間隔の中心を通る平面Ｐに直交する平面状とされている。そして、スリット３の開口端縁となるこの突端面と上記内壁面４との交差稜線部分には、それぞれリップ部７が設けられている。なお、本実施形態のＴダイは、図１に示すようにこの平面Ｐに対して対称形状とされている。

本実施形態では、これらのリップ部７は、本体部材２の上記交差稜線部分を断面Ｌ字状に切り欠いた切欠部に、本体部材２とは別体に形成された平板状のリップ部材８を、例えばセラミックス系接着剤による接着等によって接合することにより、各本体部材２と一体化されて設けられている。このリップ部材８は、本実施形態では超硬合金製とされており、ダイ本体１の本体部材２を構成する低熱膨張鋳鉄と熱膨張係数が略等しく、例えば３００℃でともに８．０×１０^−６／℃以下とされていて、本実施形態では両者とも約５．５×１０^−６／℃とされている。

ここで、これらのリップ部７の対向する内壁面９は、その先端側部分が、互いに平行かつ上記平面Ｐとも平行とされており、従って上記突端面とは垂直に交差することになって、このリップ部７の内壁面９と上記突端面との交差稜線部がエッジ部となる。これに対して、スリット３の上記内壁面４は、マニホールド５から先端側に向けて一定間隔で延びた後、先端側に向かうに従い互いの間隔が漸次狭まるように傾斜するとともに、リップ部７の内壁面９後端側は上記先端側部分に対して鈍角に曲折して傾斜し、内壁面４の先端側と段差無く面一に連なるように形成されている。

そして、このスリット３の内壁面４には、図３に示すように中間層１１を介して硬質クロムめっき層１２が被覆されている。このうち中間層１１は、金属粉末を加熱、溶融させて内壁面４に噴射することにより形成した金属溶射層、または内壁面４を除いてマスキングを施した本体部材２を金属めっき液中に浸漬してめっきすることにより形成した金属めっき層とされており、金属溶射層の場合は、望ましくはＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｎｉのうち少なくとも１種よりなる層とされ、また金属めっき層の場合は、望ましくはＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂのうち少なくとも１種よりなる層とされて無電解めっきされる。

このような中間層１１は、金属溶射層である場合も金属めっき層である場合も、内壁面４の表面から０．０１〜０．２ｍｍの厚みＴ１で形成されるとともに、その表面はＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される最大高さＲｚにおいて１．６Ｓ以下の粗さとなるように仕上げ加工されている。また、硬質クロムめっき層１２は、このような中間層１１が形成された内壁面４を除いてマスキングを施した本体部材２をクロムめっき液中に浸漬して電解めっきすることにより形成され、その中間層１１表面からの厚みＴ２は上記厚みＴ１より薄く、０．０３〜０．１ｍｍとされるとともに、その表面はやはりＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される最大高さＲｚにおいて０．８Ｓ以下に仕上げ加工されている。

このような中間層１１および硬質クロムめっき層１２を被覆する場合の本発明の製造方法の一実施形態では、図４に示すような本体部材２の上記内壁面４に、まず図５に示すように上記厚みＴ１よりも層厚の厚い中間層１１を均一に被覆する。このとき、本体部材２が上述のような鋳鉄である場合には、鋳造の際に生成されるポアやボイドに起因する開気孔Ｈが内壁面４に多数存在しており、こうして被覆した中間層１１の表面にもこの開気孔Ｈによる凹凸が図５に示すように残されることになる。

そこで、本実施形態では同図５に一点鎖線で示すようにこの層厚が厚く被覆された中間層１１の表面を仕上げ加工して図６に示すように開気孔Ｈによる凹凸を除去し、上述のような表面粗さにするとともに層厚を上記厚みＴ１にする。なお、この中間層１１表面の仕上げ加工は、例えば研削加工等により行われる。そして、このように平滑に仕上げられた中間層１１の表面に硬質クロムめっき層１２を厚みＴ２で被覆することにより、図３に示したようにこの硬質クロムめっき層１２の表面すなわちスリット３の内壁面４も上述のような表面粗さで平滑に形成することができる。

こうして硬質クロムめっき層１２が被覆された後にマスキングを外し、上記切欠部にリップ部材８を上述のように取り付けてリップ部７を設け、さらに複数の本体部材２を組み付けてダイ本体１とすることにより、上記実施形態のＴダイが製造される。なお、この硬質クロムめっき層１２についても、上記厚みＴ２より一旦厚く被覆しておいてその表面を仕上げ加工することにより厚みＴ２となるようにしてもよく、その場合には、切欠部にリップ部材８を取り付けて設けたリップ部７の後端側内壁面９も一体に仕上げ加工して、上述のように内壁面４と面一な傾斜面となるようにしてもよい。

従って、例えばこのような製造方法により製造される上記構成のＴダイによれば、まず上記リップ部７が、ダイ本体１を構成する本体部材２とは別部材の超硬合金よりなるリップ部材８を取り付けたものであるので、超硬を溶射した場合のようにエッジ部を形成する際に溶射した粉末粒子が剥離してクラックを生じたりすることが無く、シャープなエッジ部を高精度に形成することができる。また、上述のようにスリット３の内壁面４に被覆された硬質クロムめっき層１２と一体に仕上げ加工することにより、この内壁面４とリップ部７の内壁面９との継ぎ目に面荒れやクラック、段差が生じたりすることもない。

そして、さらに上記Ｔダイでは、このスリット３の内壁面４の硬質クロムめっき層１２が、表面が仕上げ加工された中間層１１を内壁面４との間に介して被覆されているので、たとえダイ本体１の本体部材２が鋳鉄製であって内壁面４に多数の開気孔Ｈが存在していても、その凹凸が表面に現れるのを防いで平滑な硬質クロムめっき層１２を得ることができる。このため、スリット３内を流れてリップ部７から吐出される溶融樹脂材料に滞留や偏りが生じるのを防いで、厚み偏差やダイスジのない高精度、高品質の樹脂フィルム類の溶融押し出し成形を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、このようにダイ本体１として、例えば上述のような低熱膨張鋳鉄製の本体部材２を用いることができるので、高価で加工性の悪い低熱膨張合金を用いなくても、ダイ本体１と超硬合金製のリップ部材８との熱膨張を略等しくすることができる。このため、高温の溶融樹脂材料がスリット３を流れてもリップ部７に歪みが生じることがなく、従って一層高精度、高品質の樹脂フィルム類の溶融押し出し成形が可能なＴダイを、より低コストで提供することができる。

なお、本実施形態ではこのようにダイ本体１を鋳鉄製としているが、特許文献３に記載したような低熱膨張合金製のダイ本体や、これら以外の鋼材等の素材よりなるダイ本体を用いてもよく、このような材料でスリット３の内壁面４に例えば析出物などが発生していても、中間層１１を介することによって硬質クロムめっき層１２の表面を平滑にすることができる。

また、本実施形態では、上記中間層１１が金属層であるため、その表面への硬質クロムめっき層１２の被覆が容易である。さらに、この中間層１１は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｎｉのうち少なくとも１種を溶射した金属溶射層、またはＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂのうち少なくとも１種をめっきした金属めっき層であるので、上述のような開気孔や析出物による凹凸を残さずに表面仕上げできるような厚みＴ１の中間層１１を比較的短時間でより低廉に形成することができる。なお、このような中間層１１の表面仕上げ加工の容易さを考慮すると、これらの材質のうちでもＮｉまたはＮｉ合金よりなる中間層１１が望ましい。また、上記各種の材質よりなる層を積層して中間層１１としてもよい。

なお、この中間層１１の厚みＴ１は、薄すぎると表面仕上げした後でも開気孔や析出物による凹凸がその表面に残ってしまい、その上に被覆した硬質クロムめっき層１２にも凹凸の影響が生じるおそれがある。その一方で、この中間層１１の厚みＴ１が厚すぎても、その形成および表面仕上げに時間や労力を要することになるので、本実施形態のように０．０１〜０．２ｍｍの範囲とされるのが望ましい。

また、表面仕上げ加工された後の中間層１１の表面粗さについても、本体部材２表面の開気孔や析出物による凹凸が残る程度にまで粗いままだと、やはり硬質クロムめっき層１２の表面にも凹凸の影響が生じるおそれがある。このため、中間層１１の表面粗さも本実施形態のようにＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される最大高さＲｚにおいて１．６Ｓ以下の範囲とされるのが望ましい。

一方、この中間層１１に被覆される硬質クロムめっき層１２についても、その厚みＴ２は本実施形態のように０．０３〜０．１ｍｍの範囲とされるのが望ましく、これより厚みＴ２が薄いと硬質クロムめっき層１２の摩耗により寿命が短くなるおそれがある一方、逆にこれより厚いとやはりその被覆に時間や労力を要することになる。ただし、この硬質クロムめっき層１２の表面粗さは、溶融材料との摩擦低減のためには極力滑らかとされるのが望ましく、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される最大高さＲｚにおいて０．８Ｓ以下の鏡面加工とされるのが望ましい。

本発明のＴダイの一実施形態を示す断面図である。 図１におけるＡＡ断面図（一方の本体部材２をスリット３の内壁面４に対向する方向から見た図）である。 図１に示す実施形態、および本発明のＴダイの製造方法の一実施形態を説明する、硬質クロムめっき層１２が被覆された状態のスリット３の内壁面４の拡大断面図である。 本発明のＴダイの製造方法の一実施形態を説明する、被覆前のスリット３の内壁面４（本体部材２の表面）の拡大断面図である。 図４における内壁面４に中間層１１を形成した状態を示す拡大断面図である。 図５における中間層１１の表面を仕上げ加工した状態を示す図である。

符号の説明

１ ダイ本体
２ 本体部材
３ スリット
４ スリット３の内壁面
７ リップ部
８ リップ部材
９ リップ部７の内壁面
１１ 中間層
１２ 硬質クロムめっき層

Claims (5)

1. ダイ本体に形成されたスリットの開口端縁にリップ部が設けられて、上記スリット内を通して供給される溶融材料を上記リップ部から吐出するＴダイであって、上記リップ部が超硬合金製のリップ部材を取り付けて構成されるとともに、上記スリットの内壁面には、表面が仕上げ加工された中間層を介して、硬質クロムめっき層が被覆されていることを特徴とするＴダイ。
2. 上記ダイ本体が鋳鉄製であることを特徴とする請求項１に記載のＴダイ。
3. 上記中間層が、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｎｉのうち少なくとも１種を溶射した金属溶射層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＴダイ。
4. 上記中間層が、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂのうち少なくとも１種をめっきした金属めっき層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＴダイ。
5. 請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のＴダイの製造方法であって、上記ダイ本体の上記スリットの内壁面に上記中間層を形成し、この中間層の表面を仕上げ加工した後に、該中間層の表面に上記硬質クロムめっき層を被覆することを特徴とするＴダイの製造方法。

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