JP2012076121A - 塗工用ロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェブへのスリキズや塗布ムラを解消することができる塗工用ロッドの製造方法を提供する。
【解決手段】ロッド素材２０を準備し、外周面に複数の凸状が形成され、ロッド素材の進入側から退出側に向けて食付き部１２０ａ，１３０ａ、平行部１２０ｂ，１３０ｂ、逃げ部１２０ｃ，１３０ｃを有する一対の転造ダイス１２０，１３０を、ロッド素材２０の軸方向１５０に対する各々の転造ダイス１２０，１３０の主軸１２２，１３２の水平方向の開き角θ１，θ２を、各々の転造ダイス１２０，１３０の逃げ角より０．２０°〜０．４５°小さい角度とし、かつ逃げ部１２０ｃ，１３０ｃ同士が対向するように配置し、ロッド素材２０を軸方向に沿って送り出し、一対の転造ダイス１２０，１３０の逃げ部１２０ｃ、１３０ｃによりロッド素材２０を挟圧しながら、主軸１２２，１３２を中心に一対の転造ダイス１２０，１３０を回転させて転造加工し、塗工用ロッドを製造する。
【選択図】図５

Description

本発明は塗工用ロッドの製造方法に関して、連続走行する薄い金属板、紙、フィルムなどのシート状または帯状の支持体（以下、ウェブという）に各種の液状物質（塗布液）を塗布したり、塗布後に液状物質を平滑化したりするための塗工用ロッドの製造方法に関する。

薄い金属板、紙、プラスチックフィルム等のウェブに各種の塗布液を塗布する塗布装置としては、ロールコータ、エアーナイフコータ、ダイを用いたコータ、及びロッドコータ等の各種の装置が知られている。

これらの塗布装置の中でロッドコータは、簡易な塗布装置であり、各種の塗布液を各種のウェブに塗布することができるので、広く利用されている。ロッドコータは、ウェブに塗布された塗布液の過剰分を塗工用ロッド（バーともいう）で掻き落とすタイプのものと、ウェブへの塗布と塗布液量の調整の両方を１つの塗工用ロッドで行うタイプのものとがある。いずれのタイプのロッドコータにおいても、塗工用ロッドの表面の周方向には多数の溝が形成されている。この溝の深さ及び幅を調整することにより、ウェブに塗布する塗布液量や掻き落とす塗布液量が調整される。

塗工用ロッドの表面に溝を形成する方法として、転造により溝を形成する方法が知られている。この方法は、溝が形成された２つの転造ダイスでロッド素材を挟み込み、２つの転造ダイスを回転させながら、ロッド素材を軸方向に前進し、ロッド素材の表面に溝を形成する。しかしながら、転造ムラによりロッド素材の表面に形成された溝の深さが不均一となった場合、最も高い部分が局所的にウェブに接触して擦り傷が発生する問題がある。

この問題を解決するため、特許文献１は、転造後に塗工用ロッドの表面（山部）を研磨することにより山部同士の軸方向直交断面の重なりを９９．５％以上とすることを開示する。

特許第４４６０２５７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、谷部の形状を考慮しないで、転造後に山部を研磨する。そのため、溝の断面積が研磨により変化し、塗布ムラを引き起こす場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、上記ウェブへのスリキズや塗布ムラを解消できる塗工用ロッドの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による塗工用ロッドの製造方法は、ロッド素材を準備する工程と、外周面に複数の凸状が形成され、前記ロッド素材の進入側から退出側に向けて食付き部、平行部、逃げ部を有する一対の転造ダイスを、前記ロッド素材の軸方向に対する各々の前記転造ダイスの主軸の水平方向の開き角を、各々の前記転造ダイスの逃げ角より０．２０°〜０．４５°小さい角度とし、かつ前記逃げ部同士が対向するように配置する工程と、前記ロッド素材を軸方向に沿って送り出し、前記一対の転造ダイスの前記逃げ部により前記ロッド素材を挟圧しながら、主軸を中心に前記一対の転造ダイスを回転させて転造加工する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の他の態様によると、好ましくは、前記転造加工工程の後に、さらに前記ロッド素材を表面研磨する工程を備える。

本発明の他の態様によると、好ましくは、前記転造加工工程において、前記ロッド素材を基台で支持することを含む。

本発明の他の態様によると、好ましくは、前記一対の転造ダイスの距離、及び前記転造ダイスの主軸と前記ロッド素材の中心軸の高さ方向の間隔を調整することを含む。

本発明によれば、ウェブへのスリキズや塗布ムラを防止ができる塗工用ロッドが得られる。

塗工用ロッドを備えるロッドコータを示す概略図。 塗工用ロッドの一部を示す斜視図。 ロッド素材を示す斜視図。 一対の転造ダイスを示す概略図。 塗工用ロッドの製造方法を示す概略図。 転造加工装置の平面図。 研磨装置の断面図。 塗工用ロッドの外周面の拡大図。 開き角−逃げ角と転造ムラの関係を示すグラフ。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。

図１は塗工用ロッドを備えるロッドコータを示す。ロッドコータ１０は、塗工用ロッド１２、塗工用ロッド１２を回転自在に支持するロッド支持ブロック１３、ロッド支持ブロック１３に近接する堰部材１６を備える。ロッド支持ブロック１３と堰部材１６とで形成された塗布液供給路１７に塗布液１５が供給される。走行するウェブ１１に接触した状態で、ウェブ１１の幅方向に塗工用ロッド１２が配置される。ロッドコータ１０において、１つの塗工用ロッド１２が、ウェブ１１への塗布液の供給と塗布液量の調整の両方を行なう。塗工用ロッド１２は、ウェブ走行方向と同方向に回転させても、或いは静止状態にしても、逆方向に回転させてもよい。

ロッドコータ１０を用いた塗布方法を説明する。連続走行するウェブ１１と塗工用ロッド１２の接触部に塗布液１５の液溜り１８が形成される。回転する塗工用ロッド１２により液溜り１８の塗布液１５がウェブ１１に計量塗布される。

図２は、塗工用ロッドの概略構成図である。図２に示すように、塗工用ロッド１２は円柱状のロッド素材２０から構成されている。ロッド素材２０はＳＵＳ等の材料で構成される。ロッド素材２０の周面の周方向に、ロッド素材２０の略全長に渡って溝（凹部２１）が形成される。溝２１が形成される幅は、塗布幅Ｗより大きい。溝（凹部２１）の深さ、幅、ピッチにより塗布液量が調節される。

次に、塗工用ロッドの製造方法について説明する。図３に示すように、塗工用ロッドを構成するロッド素材２０が準備される。ロッド素材２０は、例えばＳＵＳで構成され、３〜７０ｍｍの外径（Ｒ）とする円柱状の形状を有する。

図４は、ロッド素材に溝を形成するための一対の転造ダイスの概略構成図を示す。第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０は、略円柱状の形状を有しており、それぞれの主軸１２２、１３２を回転中心として回転する。主軸の長さは、一般的に１００〜５００ｍｍである。第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０は、ロッド素材に溝を形成するため、溝形状を反転した複数の凸条の外周面を有する。第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０の各々には、ロッド素材の進入側から退出側に向けて、食い付き部１２０ａ，１３０ａ、平行部１２０ｂ，１３０ｂ、逃げ部１２０ｃ，１３０ｃが形成される。食い付き部１２０ａ，１３０ａでは、端部から平行部１２０ｂ，１３０ｂに向けて、所定の食付き角α１、α２が付与され、転造ダイスの外径が漸増する。平行部１２０ｂ，１３０ｂでは、転造ダイスの外径は実質的に等しい。逃げ部１２０ｃ，１３０ｃでは、平行部１２０ｂ，１３０ｂから端部に向けて、所定の逃げ角β１、β２が付与され転造ダイスの外径が漸減する。食付き角α１、α２とは、食付き部１２０ａ，１３０ａの面と平行部１２０ｂ，１３０ｂの延長面との成す角を指し、逃げ角β１、β２とは、逃げ部１２０ｃ，１３０ｃの面と平行部１２０ｂ，１３０ｂの延長面との成す角を指す。食付き角α１、α２は、３０°以下であることが好ましい。食付き角α１と食付き角α２とは等しいことが好ましい。逃げ角β１、β２は、３０°以下であることが好ましい。逃げ角β１と逃げ角β２とは等しいことが好ましい。転造ダイスの食付き部、平行部、及び逃げ部の長さは、必要に応じて適宜設定される。

次に、塗工用ロッドの製造方法について図５を参考に説明する。図５（ａ）に示すように、第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０とは、逃げ部１２０ｃ、１３０ｃが対向するように、配置される。このとき、主軸１２２とロッド素材２０の軸方向１５０との水平方向の開き角θ１が、逃げ角β１−０．４５（°）〜逃げ角β１−０．２０（°）の範囲となるよう、第１転造ダイス１２０が配置される。また、主軸１３２とロッド素材２０の軸方向１５０との水平方向の開き角θ２が、逃げ角β２−０．４５（°）〜逃げ角β２−０．２０（°）の範囲となるよう、第２転造ダイス１３０が配置される。ロッド素材の軸方向に対する転造ダイスの主軸の水平方向の開き角とは、ロッド素材の退出側で、（１）主軸と、（２）ロッド素材の中心軸と平行で主軸と実質同じ高さの直線とで成す角を意味する。開き角θ１と開き角θ２とを上述の範囲とすることで、ロッド素材２０の退出側での逃げ部１２０ｃと逃げ部１３０ｃとのクリアランスＣ２より、ロッド素材２０の進入側での逃げ部１２０ｃと逃げ部１３０ｃとのクリアランスＣ１が狭くなる。開き角θ１と開き角θ２とは、好ましくは、同じ角度である。第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０の進入側でのクリアランスＣ１は、ロッド素材２０の外径Ｒより小さい。第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０は、図示しない駆動装置により、５〜１００ｒｐｍの回転速度で回転し、ロッド素材２０はそれに同期して回転しながら進行する。

図５（ｂ）に示されるように、ロッド素材２０が第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０との間に送り込まれる。第１転造ダイス１２０の逃げ部１２０ｃと第２転造ダイス１３０の逃げ部１３０ｃにより、ロッド素材２０が挟圧される。ダイスの回転中、主軸は油圧その他の方法により保持されている。油圧の大きさは０．６〜１００トンである。

図５（ｃ）に示されるように、ロッド素材２０が、第１転造ダイス１２０の逃げ部１２０ｃと第２転造ダイス１３０の逃げ部１３０ｃとの間を通過する。ロッド素材２０の外周面には、逃げ部１２０ｃと逃げ部１３０ｃにより溝が形成される。開き角θ１と２開き角θ２を、それぞれの逃げ角β１、β２より、０．２０〜０．４５°小さくしている。これにより、逃げ部１２０ｃと逃げ部１３０ｃとによりロッド素材２０を転造している間、逃げ部１２０ｃと逃げ部１３０ｃが実質的に平行となる。逃げ部１２０ｃと逃げ部１３０ｃが実質的に平行となるので、転造ムラを防止することができる。これは、転造工程が塑性変形を伴うものであるために転造前後でロッド素材２０の外径が異なることに起因する。すなわち、転造後のロッド素材２０の外径ｒは、転造前のロッド素材２０の外径Ｒに比べ小さい。

開き角θ１がβ１−０．４５°を下回り、開き角θ２がβ２−０．４５°を下回ると、転造時において一対の逃げ部は進入側で閉じた状態、退出側で開いた状態となる。そのため、転造ダイスの逃げ部の進入側でのみ、点接触的にロッド素材が転造加工されることになる。

開き角θ１がβ１−０．２０°を上回り、開き角θ２がβ２−０．２０°を上回ると、実際に転造している時、入口ではロッド素材が転造ダイスを外側に押し出す状態となる。つまり、一対の逃げ部は進入側で開いた状態で、かつ退出側で閉じた状態となる。その結果、転造ダイスの逃げ部の退出側でのみロッド素材が転造加工されることになる。

開き角θ１がβ１−０．４５〜β１−０．２０の範囲外、開き角θ２がβ２−０．４５〜β２−０．２０の範囲外であると、ロッド素材２０に転造ムラが発生する場合がある。

図６は、転造加工装置の平面図を示す。転造加工装置１００は、ロッド素材を挟圧し転造加工するための第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０、ロッド素材を支持する基台１４０を備える。ロッド素材２０を挟圧する圧力を調整するため、第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０の間の距離（間隔）Ｘ、及び第１転造ダイス１２０と第２転造ダイス１３０の主軸とロッド素材２０の中心軸２２の高さ方向の距離（間隔）Ｙ、主軸１２２，１３２の開き角が調整される。本実施の形態では、距離Ｘを調整することにより、一対の逃げ部のロッド素材への押し込み量（転造圧）が調整される。距離Ｙを調整することにより、ワーク高さが調整される。ここでワーク高さとはダイスの中心を基準とした、ワークの鉛直方向の位置を意味する。

転造加工された塗工用ロッドの表面を研磨装置により、研磨することができる。なお、転造した後に表面を研磨するまでの間に、鍍金その他の表面処理工程が入ってもかまわない。鍍金とは、クロム鍍金やニッケル鍍金、その他複合金属鍍金やダイヤモンドライクカーボン処理などを指し、化学気相成長法やスパッタリング法などによって実施される。図８は研磨装置の断面図を示す。研磨部３１、ロッド回転部３２、ロッドシフト部３３を備える。研磨部３１は、塗工用ロッド１２を上下方向から挟むように保持する多数のラッパ３５と、これらラッパ３５を保持する保持台３６と、ラッパ３５と塗工用ロッド１２との接触面に研磨剤３７を供給する研磨剤供給部３８とを備える。

ラッパ３５は、上下方向で２分割されており、上部ラッパ本体３５ａ及び下部ラッパ本体３５ｂから構成される。ラッパ３５は、塗工用ロッド１２の軸方向に多数並べて保持台３６内に配置される。ラッパ本体３５ａ，３５ｂには、塗工用ロッド１２の直径とほぼ同じ直径の内周面からなる研磨面４０が形成される。ラッパ３５はロッド軸方向長さが、例えば８０ｍｍであり、これが例えば２５個並べて設けられる。ラッパ３５の個数は塗工用ロッド１２の塗布幅または凸部エリアのロッド軸方向長さに応じて決定される。

上部ラッパ本体３５ａは上部支持台３６ａに保持される。上部ラッパ本体３５ａが、その自重によって塗工用ロッド１２に向けて付勢される。下部ラッパ本体３５ｂは下部支持台３６ｂに保持される。ラッパ３５は例えば鋳鉄、銅合金の他に、樹脂性化合物などの材料で構成される。

ラッパ３５の研磨面４０に対して研磨剤３７を供給するため、研磨剤供給部３８は供給パイプ４１及びポンプ４２を有する。研磨剤供給タンク４３からの研磨剤３７がラッパ３５の研磨面４０に供給される。研磨剤３７としては、例えば酸化鉄、酸化アルミ、パミスなどが用いられる。

研磨方法について説明する。最初にラッパ３５内の研磨面４０に塗工用ロッド１２をセットした後に、塗工用ロッド１２の一端部をチャックにより保持する。次に、研磨剤供給部３８を駆動して、各ラッパ３５の研磨面４０に対して研磨剤（ラップ剤）３７を供給する。そして、塗工用ロッド１２を回転しながら、塗工用ロッド１２の軸方向に往復運動させる。これにより、塗工用ロッド１２の凸部がほぼ平坦に研磨される。

［実施例］
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。但し、これらに限定されるものではない。

最初に、１０ｍｍの外径、１０００ｍｍの長さを有し、ＳＵＳ３０４で構成された、円柱形状のロッド素材を準備した。転造加工装置を用いて、転造ダイスの主軸の開き角θと逃げ角βとの差（θ−β）を、−０．５０°〜０°の範囲で変えて、ロッド素材に転造加工により溝を形成した。表1は開き角θと逃げ角βとの差、ロッドの形状、表面研磨の有無、塗布面の面状評価結果を示す。

転造ムラについて、その評価を説明する。図８は塗工用ロッドの外周面の拡大図である。まず、外周表面の山部同士の軸方向に直交する高さの最大値Ｚ_１と最小値Ｚ_２を求め、最大値Ｚ_１と最小値Ｚ_２との差Ｚ_１２を求める。同様に、外周表面の谷部同士の軸方向に直交する高さの最大値Ｚ_３と最小値Ｚ_４を求め、最大値Ｚ_３と最小値Ｚ_４との差Ｚ_３４を求める。差Ｚ_１２と差Ｚ_３４の何れか大きい値を転造ムラＺ（μｍ）とした。基準線は、例えば定盤の上に置くことで設定される。この場合、Ｚ_４＝０となる。

スリキズの評価は、塗布膜の面状を目視にて確認したのち、塗布膜を剥離して基板に傷がないかを目視にて確認した。塗布膜と基板共に傷がない場合を◎（最良）、基板に傷があるが塗布膜には傷がない場合を○（良）、塗布膜と基板ともに傷がある場合を×（不良）とした。塗布ムラの評価は塗布直後および乾燥終了後の面状を目視にて確認した。塗布直後と乾燥終了後ともに良好な面状である場合を◎（最良）、塗布直後はムラが見られるが乾燥終了後は良好な面状である場合を○（良）、塗布直後と乾燥終了後ともにムラである場合を×（不良）とした。

塗工用ロッドの外周面の研磨前に関して、表１によれば、開き角θ−逃げ角βを−０．４５°以上−０．２０°以下とすることにより、転造ムラが０．４〜０．７（μｍ）の範囲であった。その結果、スリキズ評価、及び塗布ムラについて、○以上の評価を得た。

一方、開き角θ−逃げ角βを−０．４５°以上−０．２０°以下の範囲外であると、転造ムラＺが１．５（μｍ）以上であった。その結果、スリキズ評価が×であった。

図９は、外周面の研磨前に関して、開き角θ−逃げ角β（°）と転造ムラＺ(μｍ)の関係を示す。グラフを図９に示すように、閉じ角を変化させることで、転造ムラＺの値が極小値を持つことが理解できる。

転造後に研磨処理を行なうことで、条件１及び３ではスリキズ評価が１段階向上した。同様に条件４〜６でもスリキズ評価は向上した。しかしながら、条件４〜６について、研磨処理により局所的に溝部の形状が変化することで溝部の断面積のバラつきが増大した。その結果、条件４〜６では塗布ムラが発生した。

以上から次のことが分かった。

（１）転造後の研磨処理量が一定量を超えると溝部の断面積にバラつきが生じ塗布ムラの発生につながる。良好な塗布面を得るためには、転造加工において転造ムラ（Ｚ）の値を一定以内に抑えることが重要であることが理解できる。

（２）転造加工において転造ムラＺの値を一定以内に抑えることができれば、研磨による溝部の断面積への影響が小さくなる。したがって、研磨処理によって更に広い条件で良好な塗布面状を得ることが可能となることが理解できる。

１００…転造加工装置、１２０…第１転造ダイス、１２０ａ…食付き部、１２０ｂ…平行部、１２０ｃ…逃げ部、１３０…第２転造ダイス、１３０ａ…食付き部、１３０ｂ…平行部、１３０ｃ…逃げ部、１２２，１３２…主軸、１４０…基台、１５０…ロッド素材の軸方向

Claims (4)

1. 塗工用ロッドの製造方法であって、
   ロッド素材を準備する工程と、
   外周面に複数の凸状が形成され、前記ロッド素材の進入側から退出側に向けて食付き部、平行部、逃げ部を有する一対の転造ダイスを、前記ロッド素材の軸方向に対する各々の前記転造ダイスの主軸の水平方向の開き角を、各々の前記転造ダイスの逃げ角より０．２０°〜０．４５°小さい角度とし、かつ前記逃げ部同士が対向するように配置する工程と、
   前記ロッド素材を軸方向に沿って送り出し、前記一対の転造ダイスの前記逃げ部により前記ロッド素材を挟圧しながら、主軸を中心に前記一対の転造ダイスを回転させて転造加工する工程と、
   を備える塗工用ロッドの製造方法。
2. 請求項１記載の塗工用ロッドの製造方法であって、前記転造加工工程の後に、さらに前記ロッド素材を表面研磨する工程を備える塗工用ロッドの製造方法。
3. 請求項１又は２記載の塗工用ロッドの製造方法であって、前記転造加工工程において、前記ロッド素材を基台で支持することを含む塗工用ロッドの製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか記載の塗工用ロッドの製造方法であって、前記一対の転造ダイスの距離、及び前記転造ダイスの主軸と前記ロッド素材の中心軸の高さ方向の間隔を調整することを含む塗工用ロッドの製造方法。

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