JP2014046672A

JP2014046672A - Ｔダイおよびその製造方法

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Publication number: JP2014046672A
Application number: JP2012194216A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Honma; 間周平本; Ryota OKE; 亮太桶; Yosuke OGINO; 野陽介荻; Tomonori Yamaguchi; 口智則山; Seiya Mizuno; 野聖也水
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-03-17
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: US20170066085A1; DE112013004338T5; CN104582932A; US10493565B2; WO2014038490A1; DE112013004338B4; TWI610781B; JP5242837B1; CN104582932B; KR101833110B1; US20150258724A1; TW201429664A; KR20150052199A

Abstract

【課題】リップ部が高品質でかつ高い耐久性を有し、さらに比較的低コストで製造可能なＴダイを提供する。
【解決手段】Ｔダイ（１）のリップ部（９）の少なくともエッジ部（９ｅ）に、母材にニッケル系合金またはコバルト系合金からなる耐食耐摩耗性合金の粉末をレーザ肉盛溶接することにより形成された肉盛層（１０）が設けられており、この肉盛層が、金属硼化物が結合相中に分散した金属組織を有する
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂材料からなるフィルムないしシートを形成するために用いられる、スリット状の吐出口を有するＴダイおよびその製造方法に関する。

樹脂フィルムの製造方法の一つとして、Ｔダイと呼ばれるスリット状のオリフィス（吐出口）を有するダイを用いて溶融樹脂を押し出す方法がある。特に光学用途の樹脂フィルムにおいては、高い膜厚均一性を有することおよびダイライン（押出方向の縦筋）が無いことが求められている。このため、当該用途に用いられるＴダイにおいては、Ｔダイ内部の溶融樹脂流路の内壁面が平滑で溶融樹脂の摩擦が小さいこと、オリフィスの先端のリップ部の寸法精度が高くかつシャープエッジとなっていること、そしてこのような状態が長期間にわたって維持されるように高い耐久性を有していること、が求められている。この要求に応じて、従来から、溶融樹脂流路には硬質クロムめっき層等の被覆層を設け、リップ部にはさらに硬い硬質被覆層を設けることが行われている。

特許文献１には、硬質粒子としてのＷＣ粒子と、バインダーとしてのＮｉ，Ｃｏ若しくはＣｒとを混合してなる合金からなるＷＣ系被覆層を、リップ部に、溶射により設けることが記載されている。リップ部以外の溶融樹脂流路の内壁面には硬質クロムめっき層が設けられている。しかし、このような被覆層は比較的脆いため、溶射後に研削および研磨加工によりエッジ部を仕上げる際に、剥がれ、クラック若しくは欠損等の欠陥が生じやすい。このような欠陥は、ダイライン発生の原因となる。また、ＷＣ系被覆層と硬質クロムめっき層との密着性があまり良くないため、これら２つの層の間で剥離またはクラックが生じるおそれもある。

特許文献２には、超硬合金からなる平板状のリップ部材をセラミックス系接着剤により本体部材に接着したＴダイが形成されている。これによれば、リップエッジをシャープエッジに仕上げることができる。しかし、超硬合金は硬質クロムめっき層との密着性があまり良くなく、また、接着部があるので、リップ部以外をめっき仕上げすることが難しい。また、十分な接着強度を確保するには接着面積を大きくとる必要があり、このため超硬合金部分を大きくする必要があるので、材料コストが高くなる。

特許文献３および４には、オーステナイト／フェライトの二相ステンレス合金からなるダイ本体に、ＨＩＰ（Hot Isostatic Press 熱間等方加圧））処理によって耐食耐摩耗性合金の粉末を焼結同時拡散接合により結合してリップ部を形成することが記載されている。耐食耐摩耗性合金としては、Ｂ（硼素）を含有するニッケル系合金またはコバルト系合金が用いられる。リップ部以外の溶融樹脂流路の内壁面には硬質クロムめっき層が設けられている。特許文献３、４記載の方法により得たリップ部は、金属組織が緻密であり欠陥も少ないため、エッジ部を高精度のシャープエッジに形成することができる。しかし、特許文献３、４記載の方法の実施には、非常に複雑、高価、大型の製造設備が必要である。また、ＨＩＰ処理時には、ダイ本体を例えば１３００℃、１３０ＭＰａといった高温高圧に曝すため、ダイ本体の歪みおよび曲がりが生る。このため、その分を見込んだ加工をダイ本体に施しておく必要がある（特に特許文献３を参照）。すなわち、特許文献３、４の方法の実施には、多大な手間およびコストがかかるという問題がある。

特開２００６−２２４４６２号公報特開２００７−１９６６３０号公報特開２０１２−２０４３４号公報特開２０１１−２３５５００号公報

本発明は、リップ部が高品質でかつ高い耐久性を有し、さらに比較的低コストで製造可能なＴダイ、およびその製造方法を提供する。

本発明によれば、内部に流動性材料流路を有するとともに、前記流動性材料流路の先端部にスリット状の吐出部を形成するリップ部を有しているダイ本体を備えたＴダイにおいて、前記リップ部の少なくともエッジ部に、母材にニッケル系合金またはコバルト系合金からなる耐食耐摩耗性合金の粉末をレーザ肉盛溶接することにより形成された肉盛層が設けられているＴダイが提供される。好適な一実施形態において、前記肉盛層は、金属硼化物または金属炭化物が結合相中に分散した金属組織を有する。

上記のＴダイの好適な一実施形態において、前記肉盛層と連続する前記流動性材料流路の内壁面にめっき層が設けられている。本発明は、このようなめっき層を有するＴダイの製造方法も提供する。この製造方法は、リップ合わせ面となる第１面と、リップ端面となる第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続する前記第１面および前記第２面に対して傾斜する第３面とを有する素材を用意する工程と、前記第３面の上に、耐食耐摩耗性合金の粉末をレーザ肉盛溶接して肉盛層を形成する工程と、その後、前記素材の前記第１面および前記第２面を、当該第１面および第２面に隣接する前記肉盛層の部分と一緒に研削する工程と、その後、前記肉盛層の前記表面、並びに前記素材の前記第１面の上にめっき層を形成する工程と、その後、めっき層を研削して、前記肉盛層を露出させるとともに、前記素材の前記第１面上にあるめっき層の表面と面一な表面を前記肉盛層が有するようにする工程と、を備えたことを特徴としている。

本発明の一実施形態に係るＴダイの縦断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）に示すリップエッジ近傍を拡大して示す図である。図１に示すＴダイのダイ本体の内壁面を示す側面図である。図１に示すＴダイの製造方法を説明する図である。肉盛層を形成するためのレーザ肉盛溶接について説明する図である。レーザ肉盛溶接により形成した肉盛層の顕微鏡写真の写しである。レーザ肉盛溶接により形成した層の硬度分布を示すグラフである。ＨＩＰにより形成した層の硬度分布を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して発明の実施形態について説明する。

図１および図２に示すように、Ｔダイ１は、一対のダイ部材３、４からなるダイ本体２を有している。ダイ部材３、４の間に溶融樹脂流路（流動性材料流路）５が形成されている。溶融樹脂流路５は、上流側から順に、流入部６、マニホールド部７、およびスリット状の吐出部８を有している。Ｔダイ１の長手方向中央部にある流入部６は図示しない押出機に接続され、この流入部６から溶融樹脂流路５内に溶融樹脂が供給される。供給された溶融樹脂は、Ｔダイ１の長手方向に延びる略円形断面のマニホールド部７に流入し、Ｔダイ１の長手方向に広がった後に、スリット状の吐出部８に流入し、吐出部８の開口端縁から膜の形態で、図示しないローラー上に押し出される。各ダイ部材３，４の吐出部８の開口端縁の近傍の部分は、リップ部９と呼ばれる。図２において、符号６ａ，７ａ，８ａは、流入部６、マニホールド部７、吐出部８にそれぞれ面するダイ部材３（４）の壁面を示している。なお、当業者に周知の通り、粉末あるいは顆粒状の樹脂原料を溶融して押し出す押出機本体（図示せず）、押出機本体の吐出口に取り付けられた上記のＴダイ、Ｔダイから押し出されたフィルム状の樹脂を受けるローラ（図示せず）により押出成形機が形成される。

Ｔダイ１のリップ部９は、耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末を粉末レーザ肉盛溶接によって、母材であるダイ部材３，４と接合した肉盛層１０によって形成されている。肉盛層１０は、各図において梨地模様を付けて示してある。溶融樹脂流路５に面するダイ部材３、４の表面（内壁面）にはめっき層２０が形成されている。また、リップ部９と連続するダイ部材３、４の下面にもめっき層２０が形成されている。特に図１（ｂ）に明瞭に示されるように、めっき層２０は肉盛層１０と連続して設けられている。

めっき層２０は、溶融樹脂との間の摩擦が低く、かつ、溶融樹脂の流れに曝されても容易に損耗しない耐摩耗性を有していることが好ましい。また、溶融樹脂から腐食性のガスが発生する場合には、この腐食性ガスにより容易に腐食しない耐食性をめっき層２０が有していることも好ましい。具体的には、めっき層２０は、硬質クロムめっき層とすることができる。めっき層２０は、上記の特性を具備するのであれば任意のものとすることができ、例えば、無電解ニッケルめっき層であってもよい。

肉盛層１０を形成する材料は、ニッケル系合金またはコバルト系合金からなる粉末であることが好ましい。ニッケル系合金またはコバルト系合金は耐食性、耐摩耗性に優れているものが多く、樹脂成形の用途に適している。ニッケル系合金またはコバルト系合金は、ダイ本体の材料として好適に用いることができる鉄鋼材料との接合力に優れており、溶接肉盛材料として好適である。ニッケル系合金またはコバルト系合金は、様々な組成のものが市販されており、重視する特性（例えば、耐摩耗性、耐食性、シャープエッジの形成容易性、靭性、ダイ本体への接合性）に応じた材料選択をすることができる。特に、Ｂ（硼素）またはＣ（炭素）が添加されたニッケル系合金又はコバルト系合金は、Ｂ化合物またはＣ化合物が結合相中に分散した金属組織を呈し、このため合金の硬度が高く、また、耐摩耗性に優れている。一般的には、硬度が高い材料の方がそうでない材料と比較して、エッジ部をより鋭利に（シャープエッジ化）することができ、この点においてもＴダイのリップ部の材料として適している。

肉盛層１０の材料として好適なニッケル系合金粉末の組成を以下に４つ例示する。
（Ｎｉ系合金−１）７１．６５ｗｔ％Ｎｉ−２０．０ｗｔ％Ｍｏ−３．１ｗｔ％Ｂ−５．２ｗｔ％Ｓｉ−０．０５ｗｔ％Ｃ
（Ｎｉ系合金−２）６５．９２ｗｔ％Ｎｉ−２０．５ｗｔ％Ｍｏ−５．０ｗｔ％Ｃｕ−３．３ｗｔ％Ｂ−４．７ｗｔ％Ｓｉ−０．０８ｗｔＣ
（Ｎｉ系合金−３）５４．１４ｗｔ％Ｎｉ−２２．５ｗｔ％Ｍｏ−９．５ｗｔ％Ｗ−５．０ｗｔ％Ｃｕ−２．８ｗｔ％Ｂ−５．４ｗｔ％Ｓｉ−０．６６ｗｔ％Ｃ
（Ｎｉ系合金−４）５７．０ｗｔ％Ｎｉ−１６．５ｗｔ％Ｃｒ−１７．０ｗｔ％Ｍｏ−５．０ｗｔ％Ｆｅ−４．５ｗｔ％Ｗ

好適なコバルト系合金粉末の組成を以下に２つ例示する。
（Ｃｏ系合金−１）６８．５ｗｔ％Ｃｏ−２０．０ｗｔ％Ｃｒ−５．１ｗｔ％Ｗ−１．５ｗｔ％Ｎｉ−３．１ｗｔ％Ｂ−１．８ｗｔ％Ｓｉ
（Ｃｏ系合金−２）４６．０ｗｔ％Ｃｏ−３０．０ｗｔ％Ｃｒ−２．５ｗｔ％Ｃ−１．０ｗｔ％Ｓｉ−１．０ｗｔ％Ｍｎ−１．０ｗｔ％Ｍｏ−３．０ｗｔ％Ｆｅ−３．０ｗｔ％Ｎｉ−１２．５ｗｔ％Ｗ
上記組成のニッケル系合金粉末またはコバルト系合金粉末を用いることにより、硬度４６０〜９００Ｈｖの肉盛層１０を得ることができる。

肉盛層１０の寸法は、図１（ｂ）に示すように、リップ合わせ面側の肉盛層幅Ｗ１が０．２〜１．７ｍｍ、リップ端面側の肉盛層幅Ｗ２がエッジから０．２〜２．４ｍｍとなっていることが好ましい。好適な一実施形態として、リップ合わせ面側の肉盛層幅Ｗ１が１．２ｍｍ、リップ端面側の肉盛層幅Ｗ２が２．１ｍｍ、リップ部９の全長が１１００ｍｍ、が例示される。なお、図１（ｂ）および図３においては図面を見やすくするためにめっき層２０をかなり厚く表示しているが、実際にはめっき層２０の厚さは最終製品において１００μｍ未満、例えば数十μｍであり、肉盛層１０の厚さより大幅に小さい。

肉盛層１０の寸法設定の理由について以下に述べる。

Ｔダイ１の性能だけを考慮するなら、最も負担の大きいリップ部９のエッジ部９ｅだけが肉盛層１０により形成されていれば十分であり、エッジ部９ｅ以外の溶融樹脂接触部分は、肉盛層１０より廉価に形成することができるめっき層２０（硬質クロムメッキ層、無電解ニッケルメッキ層等）により構成して何ら問題はない。肉盛層１０の材料は非常に高価であるので、コスト低減の観点からも、肉盛層１０の寸法をあまり大きくすることは好ましくない。

しかし、リップ部９（特にエッジ部９ｅ）に欠け等の欠陥が生じた場合、研削または研磨加工によりその欠陥を修正できるので、この点からも肉盛層１０の寸法をある程度大きく設定した方が好ましい。

また、製造技術上の観点からも、エッジ部９ｅから所定範囲内は肉盛層１０により形成されていることが好ましい。幅広樹脂シート成形用のＴダイには、その長手方向幅が３メートルを越える長尺なものまであり、このサイズの場合には、低歪みで施工可能なレーザ肉盛溶接といえども、ダイ部材３、４の素材にある程度の曲がりが発生しうる。ダイ部材厚さ方向の曲がりが発生するとその修正はかなり困難である。リップ端面側の肉盛層幅Ｗ２をある程度大きめに設定しておけば、ダイ部材厚さ方向の曲がりが発生しても、研削加工によりリップ部９を直線状に加工することができる。なお、ダイ部材厚さ方向の曲がりと比較して、ダイ部材高さ方向の曲がりは発生し難いため、リップ合わせ面側の肉盛層幅Ｗ１はリップ端面側の肉盛層幅Ｗ２よりも小さくてもよい。

また、肉盛層１０のリップ合わせ面側の肉盛層幅Ｗ１およびリップ端面側の肉盛層幅Ｗ２が０．２ｍｍより小さいと、肉盛層１０がエッジ状になり、その後に施工されるめっき処理において良質なめっき皮膜が得られなくなり、肉盛層とクロムめっきの境界に剥離、欠けなどの欠陥が生じるので好ましくない。よってこの観点からは、肉盛層幅Ｗ１、Ｗ２は０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。

また、後述するように、レーザ肉盛溶接時のレーザ光径が２．４ｍｍあるときに肉盛層の割れ、ブローホールが発生せずしかも高効率で肉盛ができることがわかっている。２．４ｍｍの光径のレーザで効率良く肉盛溶接（ウイービング等無しに１パスでの溶接を行う）を行うには、肉盛溶接面（図３に示す斜面４ａ）の幅を２．４ｍｍまたはこれよりやや大きくするのが良い。これに合致する肉盛層幅Ｗ１、Ｗ２として、Ｗ１＝１．７ｍｍおよびＷ２＝１．７ｍｍの組み合わせを採用することができる。また、リップ合わせ面側の肉盛層幅Ｗ１を最小の０．２ｍｍとした場合には、リップ端面側の肉盛層幅Ｗ２は最大で２．４ｍｍとすることができる。

上記のことを考慮して、肉盛層幅Ｗ１を０．２〜１．７ｍｍ、肉盛層幅Ｗ２を０．２〜２．４ｍｍとするのが好ましいと結論付けることができる。なお、厳密には、Ｔダイ１の最終製品における好ましい肉盛層幅Ｗ１、Ｗ２の値は、上記好ましい肉盛層幅Ｗ１、Ｗ２の値からめっき層２０の厚さを減じた値となるが、最終製品におけるめっき層２０の厚さは数十μｍであり肉盛層幅Ｗ１、Ｗ２よりかなり小さいため、説明の便宜上ここでは無視している。

リップ部９のエッジ部９ａの半径Ｒ（図１（ｂ）参照）すなわちエッジＲは、１〜１０μｍであることが好ましい。Ｔダイを用いた押出機によって製造される樹脂フィルムにおいては、エッジＲは小さければ小さいほど、厚みの偏差、筋状欠陥（ダイライン）および樹脂の滞留が軽減されることが公知である。そのため、エッジＲが１０μｍ以下であることが「シャープエッジ」の業界基準の一つとされている。但し、上記材料を用いて下記の方法で製造されたダイ部材３、４においては、エッジＲが１μｍ未満になると、製造時、使用前後の取付け取り外し時、清掃時等にエッジ部に欠けが生じる頻度が高くなるため、経済的ではない。上記の理由により、エッジＲは１〜１０μｍとすることが好ましく、特に１〜２μｍとすることがより好ましい。

ダイ部材３、４の材料としては、上記の合金粉末をレーザ肉盛溶接することにより形成されたニッケル系合金またはコバルト系合金と熱膨張率の近い鋼材を用いることが好ましい。なお、粉末レーザ肉盛応接は母材に与える熱影響が少ないので、耐熱性の低い安価な構造用合金鋼例えばＳＣＭ４２０〜ＳＣＭ４３５を母材として用いても問題はない。なお、このような廉価な構造用合金鋼を用いることにより、硬質クロムメッキ処理が有効に生かされる。もちろん、必要に応じて母材鋼種は変更可能で、例えば、耐食性および硬度に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼、具体的にはＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはその類似鋼種などを、コスト高にはなるが、用いることもできる。なお、上記のＮｉ系合金およびＣｏ系合金の熱膨張率は概ね１０．５〜１２．５×１０^−６／℃であり、上記した構造用合金鋼およびマルテンサイト系ステンレス鋼の熱膨張率に近いという点においても好ましい。

次に、Ｔダイ１のダイ部材３、４の製造方法について、ダイ部材４を例にとって、図３を参照して説明する。

まず、概ね最終形状と同じ形状の（すなわち最終形状から加工しろ分だけ大きい）ダイ部材４の素材４Ａ（以下「ダイ素材」と称する）を用意する。そして、図３（ａ）に示すように、このダイ素材４Ａの、リップ部９のエッジ部となる部分の近傍を面取り加工する（すなわち破線で示した部分を除去する）。このときの面取り量（寸法Ｃ１およびＣ２）は、４ｍｍ以下とすることが好ましい。この場合には、斜面４ａの幅は、［（４）^２＋（４）^２］^１／２＝５．６ｍｍ以下ということになる。前述したように肉盛層幅Ｗ１を０．２〜１．７ｍｍの範囲内に、肉盛層幅Ｗ２を０．２〜２．４ｍｍの範囲内に設定するのであるなら、斜面４ａの幅は、［（０．２）^２＋（０．２）^２］^１／２〜［（１．７）^２＋（２．４）^２］^１／２、すなわち約０．２８ｍｍ〜約３ｍｍの範囲に設定するのがよい。但し、レーザ光径（スポット径）よりも斜面４ａの幅が小さいと、溶接肉盛の作業性が低下することも考えられるので、前述したようにレーザ光径を２．４ｍｍとするならば、斜面４ａの幅は２．４ｍｍ〜３ｍｍの範囲内にすることがより好ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、面取りにより形成した斜面４ａの上に、前述したニッケル系合金粉末（コバルト系合金粉末でもよい）をレーザ肉盛溶接によって肉盛して、肉盛層１０を形成する。なお、レーザ肉盛溶接については後に詳述する。

次に、図３（ｃ）に示すように、ダイ素材４Ａの側面４ｂ（リップ合わせ面、すなわちスリット状吐出部８の内面となる面）および下面４ｃ（リップ端面となる面）とそれぞれ面一となる面１０ｂおよび、面１０ｃを肉盛層１０が有するように、肉盛層１０の一部を研削加工により除去する。すなわち、図３（ｂ）に示す肉盛層１０の破線より外側の部分を除去する。その結果、肉盛層１０の面１０ｂと面１０ｃとが交わる部分がエッジ１０ｅ（ここでは直角のエッジ）となる。研削加工時に、ダイ素材４Ａの一部が削られてもかまわない。なお、図３（ｂ）に示す状態から図３（ｃ）に示す状態に移行させる研削加工は省略することもできる。この場合、後に説明する図３（ｅ）に示す状態から図３（ｆ）に示す状態に移行させる研削加工時に肉盛層１０を削ることにより、図３（ｆ）に示す状態と等価な状態を実現することができる。しかしながら、この場合には、めっき層２０と同時に比較的多い量の肉盛層１０を研削しなければならず加工性の観点から好ましくないため、図３に示した一連の流れを実行することが望ましい。

次に、硬質クロムめっき処理の前処理として、図３（ｄ）に示すように側面４ｂおよび下面４ｃをそれぞれ、肉盛層１０の面１０ｂおよび面１０ｃよりも低くなるように、切削または研磨により除去するアンダーカット処理を行う。このとき、ダイ素材４Ａに接している肉盛層１０の一部も一緒に除去される。すなわち、図３（ｃ）に示す肉盛層１０およびダイ素材４Ａのうちの破線より外側の部分が除去される。このときのアンダーカットの深さＵ１、Ｕ２は、最終的に得られるめっき層２０の厚さを考慮して決定される。例えば、深さＵ１、Ｕ２は、最終的に得られるめっき層２０の厚さとほぼ等しいか、僅かに大きい値に設定される。

次に、図３（ｅ）に示すように、ダイ素材４Ａの溶融樹脂流路５に面する全表面（側面４ｂを含む）、肉盛層１０、そして、ダイ素材４の下面４ｃ（リップ端面となる面）の上に、硬質クロムめっき処理を施し、硬質クロムめっきからなるめっき層２０を形成する。めっき層２０の厚さは、この後に研削加工を行うことから、最終の厚さよりも十分に大きい値、例えば１００μｍ程度とする。硬質クロムめっき処理を行う際には、めっきが不要な部分には、適当なメッキ防止手段（例えばマスキング）を施すことができる。あるいは、めっきが不要な部分のめっきをめっき後に研削加工等によって除去してもよい。

次に、図３（ｆ）に示すように、ダイ素材４Ａの側面４ｂおよび下面４ｃ上の硬質クロムメッキ層２０と肉盛層１０の表面１０ｂおよび１０ｃとがそれぞれ面一になるように研削加工を行う。すなわち、図３（ｅ）に示すめっき層２０のうちの破線より外側の部分を除去する。この状態からさらに僅かに研削加工を進め、肉盛層１０のエッジ部１０ｅ（この部分がリップ部９のエッジ部９ｅとなる）のエッジＲが１〜２μｍとなるようにシャープエッジ加工を行う。このとき、肉盛層１０の表面１０ｂ、１０ｃの一部が僅かに削られる。上記の研削加工の後に、鏡面仕上げのための研磨ないしラッピングを行ってもよい。なお、先に例示したような材料を用いて形成した肉盛層１０は硬さと靱性のバランスが良く、また、肉盛層１０の研削時に用いる砥石が同時に接触する硬質クロムめっき層２０との硬度差も小さいので、研削によるリップ部のエッジ部のシャープエッジ化が容易である。実際の製造においても、エッジＲが２μｍのエッジ部９ｅを問題なく加工することができることが確認されている。

また、ダイ素材４Ａの溶融樹脂流路５に面する硬質クロムめっき表面、特にマニホールド部に面する表面およびスリット状吐出部に面する硬質クロムめっき表面は、バフ研磨等により鏡面仕上げを行うことが好ましい。

上記の一連の肉盛層１０およびめっき層２０の形成処理が終了した後、ダイ素材４Ａの全体を所定の最終形状に加工（切削加工、研削加工および鏡面仕上げ等）することにより、ダイ部材４の製作が完了する。ダイ部材３も同様にして製造することができる。なお、レーザ肉盛溶接によるダイ素材４Ａ全体の熱変形は非常に小さいため、ダイ素材４Ａに設ける加工しろは非常に小さくてもかまわないし、また場合によっては、ダイ素材４Ａの大部分を所定の最終形状に加工した後にレーザ肉盛溶接およびめっき処理を行うことも可能である。

なお、上記の説明では、各ダイ部材３，４が単一のピースからなるものとして説明をしているが、例えば大型のダイ部材を形成する場合等において、複数のピースからダイ部材を構成することもできる。例えば、リップ部９から所定範囲（例えばリップ合わせ面およびリップ端面を含む範囲）を１つのピース（上記肉盛層１０およびめっき層２０を有するリップ部材）として形成し、当該リップ部材を、他のピースとボルト結合する等によってもダイ部材を構成することもできる。

次に、レーザ肉盛溶接について図４を参照して説明する。図４は上述した肉盛層１０を形成するために適したレーザ肉盛溶接装置の一例を示す説明図である。レーザ発振器１０１によって発振されたレーザ光は、ミラー１０２および集光レンズ１０３を介して、肉盛すべき母材であるダイ素材４Ａの斜面４ａ上に照射される。その際、照射されたレーザ光の焦点がダイ素材４Ａの表面上に位置しないように（母材Ａの表面上で合焦しないように）、焦点位置が制御される。焦点位置でのレーザ光径（すなわち）は、例えば約２．４ｍｍとすることができる。

ダイ素材４Ａ上の肉盛対象部位に向けて一対の原料粉末供給ノズル１０４が所定角度で傾斜して取り付けられている。原料粉末容器１０５内に、原料粉末を貯留するホッパ１０６が設けられ、ホッパ１０６からの原料粉末の流出量が制御ディスク１０７により制御される。原料粉末としては、前述したようにニッケル系合金粉末又はコバルト系合金粉末であることが好ましく、さらに流動度を考慮すると球状のアトマイズ粉末であることが好ましい。ホッパ１０６から流出した原料粉末は、キャリアガス供給源１０８から供給された不活性ガス等の非反応性ガスからなるキャリアガスと一緒に、原料粉末供給ノズル１０４から肉盛対象部位に供給される。原料粉末は、レーザ光のエネルギにより溶解され、ダイ素材４Ａ上に肉盛される。このとき、シールドガス供給源１０９から、不活性ガス等の非反応性ガスからなるシールドガスが、シールドガスノズル１１０を介して肉盛対象部位の周囲に供給される。従って、溶接装置を収容する真空チャンバー等の大型設備は必要ない。ダイ素材４Ａはクランプ１１１により保持される。クランプ１１１に駆動機構を設けてよりダイ素材４Ａを紙面垂直方向に移動させることにより、肉盛位置を移動させることができる。レーザ肉盛装置（光学系およびノズル）を移動させることにより、肉盛位置を移動させてもよい。

レーザ肉盛溶接の具体的条件について以下に述べる。特に、Ｂ（硼素）が入っており硬質で高性能であるが溶融凝固時などに割れやすいとされるニッケル系合金粉末又はコバルト系合金のような材料においては、前記母材の表面に照射されるレーザの入射エネルギが、３０〜１５０Ｊ／ｍｍ^２の範囲となるように前記レーザの照射強度を調整することが好ましい。入射エネルギが３０Ｊ／ｍｍ^２よりも小さい場合には、熱量が不足するため粉末の溶融不足および母材との接合不足が発生しやすい。一方、入射エネルギが１５０Ｊ／ｍｍ^２よりも大きい場合には、母材の最表面が過度に溶融して母材の成分元素、特にＦｅ（鉄）が肉盛層内に非常に多く拡散し、肉盛層の組成が金属粉末の組成と大きく異なってしまい、所望の特性が得られなくなる。さらに、溶融過多により凝固収縮の度合いが大きくなり割れが格段に発生しやすくなる。

好適な肉盛溶接条件として、レーザ出力１３００Ｗ、ノズル移動速度４８０ｍｍ／ｍｉｎ、入射エネルギ８６Ｊ／ｍｍ^２が例示される。この条件下で上記（Ｎｉ系−１）の合金を用いて肉盛層を形成したところ、肉盛層のエッジ部近傍において硬さは７４６Ｈｖを示しシャープエッジ加工がしやすい硬さが得られた。上記のレーザの好適な入射エネルギ範囲から外れた範囲で、上記（Ｎｉ系−１）の合金を用いて肉盛層を形成した結果もあわせて述べる。レーザ出力８００Ｗ、ノズル移動速度２４０ｍｍ／ｍｉｎ、入射エネルギ１７２Ｊ／ｍｍ^２の条件で溶接を行ったところ、肉盛層中のＦｅ含有量が３０％超となり、すなわちＦｅ（鉄）が肉盛層の主成分となってしまった。この場合、硬さは４５８Ｈｖ程度であり、また、肉盛層に割れが入る場合もあった。当然のことながらこのような組成では、耐食性にも期待はできない。また、レーザ出力８００Ｗ、ノズル移動速度１４４０ｍｍ／ｍｉｎ、入射エネルギ２９Ｊ／ｍｍ^２の条件で溶接を行ったところ、肉盛層には巣、ブローホールなどの欠陥が多く現れ、さらに、溶融不足および接合不足であり仕上げ加工中に母材から脱落してしまった。

上記の実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
肉盛層１０を形成するために用いられるレーザ肉盛溶接は、高エネルギ密度のレーザ光により局所的に金属を溶解することにより溶接を行うので、母材（ダイ素材）に対する熱影響を低く抑えることができる。また、肉盛材料として、棒状、ワイヤー状またはフィラー状のものではなく、粉末状のものを使用することにより、肉盛幅を小さくすることができるので母材への入熱量が小さくなり、母材に悪影響を及ぼすことなく母材表面を耐摩耗性金属で肉盛被覆することができる。

また、レーザ肉盛溶接では、原料粉末が溶融した後に急冷凝固されるため、凝固後の金属組織は非常に微細かつ均質なものとなる。微細な金属組織はＨａｌｌ−Ｐｅｔｃｈの法則などで硬さも向上する。特に、前述したＮｉ系合金−１〜３およびＣｏ系合金−１或いはこれらに類似する組成の合金においては、Ｂ化合物（金属硼化物）等の硬質粒子が析出するが、その硬質粒子の粒径は０．１μｍ以下と、非常に微細かつ均質である。ここで図５に、レーザ肉盛溶接により形成した前述したＮｉ系合金−１からなる硬質被覆層（肉盛層１０）の金属組織写真の写しを示す。この写真からも、微細な金属硼化物（写真の例ではＭｏ硼化物、Ｎｉ−Ｍｏ硼化物、Ｎｉ硼化物）等の硬質粒子が結合相（本例ではＮｉ中にＭｏおよびＳｉが固溶した相）中に分散した金属組織が形成されていることが明らかである。なお、現れる硬質粒子の組成は合金成分により変化するが、ここで用いられる合金は硬質粒子として金属硼化物および金属炭化物の少なくとも一方を含んでいる点において共通している。

レーザ肉盛溶接により形成した硬質被覆層は、非常に微細かつ均質な組織を有しているため、同じ合金を用いてＨＩＰ法や溶射法で形成したものと比較して、硬質粒子の分散状況に起因する硬度ムラが少ない。ＨＩＰ法や溶射法では原料粉末を完全溶融させることはなく、また急冷凝固もしないため、硬質粒子は粒径が１μｍ以上のものが大半となる。ＨＩＰ法および溶射法で形成された硬質被覆層は、硬質粒子があるところと無いところで２００Ｈｖ以上の硬さの差があることは一般的であると認識されている。これに対して、レーザ肉盛溶接により形成された金属組織は微細かつ均質であるため、硬質被覆層内における硬さのばらつきは非常に小さく、４０Ｈｖ以下に収まる。ここで、レーザ肉盛溶接で形成した硬質被覆層の硬度分布を図６Ａに、ＨＩＰ法で形成した硬質被覆層の硬度分布を図６Ｂにそれぞれ示す。レーザ肉盛溶接で形成した硬質被覆層の硬度のばらつきが少ないことが明らかである。

また、レーザ肉盛溶接により形成された金属組織は微細かつ均質であるため、研磨等の最終仕上げ後の面粗さを非常に小さくすることができる。具体的には、例えば、前述したＮｉ系合金−１においては、レーザ肉盛溶接により形成した硬質被覆層の面粗さは、ラップ仕上げを行うことにより、Ｒａ０．０１程度まで小さくすることができるのに対して、ＨＩＰ法により形成された硬質被覆層の面粗さはＲａ０．０２程度までしか小さくすることができない。前述したＮｉ系合金−２〜３およびＣｏ系合金−１においても同様の傾向を示す。また、レーザ肉盛溶接により形成された金属組織は微細かつ均質であるため、リップ部９のエッジ部９ｅを、エッジＲが１〜数μｍオーダーのシャープエッジに仕上げることができる。

また、レーザ肉盛溶接には、ＨＩＰ処理（背景技術を参照）と異なり、焼結部周囲のカプセル化、カプセル内への合金粉末の充填およびカプセルの脱気密封処理等の非常に煩雑な前工程が不要である。また、レーザ肉盛溶接には、ＨＩＰ処理とは異なり、ダイ素材の全体を高温高圧下（例えば１３００℃、１３０ＭＰａ）にすることができる大型かつ高価な設備は不要である。

また、レーザ肉盛溶接では、ＨＩＰ処理とは異なり、ダイ素材の全体を接合する合金の溶融温度近傍まで昇温する必要はなく、レーザ光照射部近傍のみが局所的に加熱されるだけであるので、ダイ素材（例えば鉄鋼材料）の曲がりは非常に小さいか若しくは無視できる程度に小さいため、熱変形を見込んだダイ素材の加工は必要ないか、あるいは最小限で済む。

また、前述したＨＩＰ処理との比較からも明らかなように、溶射により得られた硬質被覆層（肉盛層）と比較しても、レーザ肉盛溶接により形成された肉盛層１０は、（１）より強靱であり、研削または研磨時に欠け、剥がれまたはクラックなどを発生することがなく、（２）また、肉盛層１０と硬質クロムめっき層２０との境界部における接合強度の低下や結合欠陥の発生もなく、さらには（３）肉盛層１０により構成されたリップ部９の表面粗度が大幅に改善される。

また、レーザ肉盛溶接により形成された肉盛層１０は、母材であるダイ本体３、４に対して溶け込みを有するため、溶射により形成された肉盛層と比較すると、母材との接合強度が格段に大きくなる。

リップ部９、特にそのエッジ部９ｅに欠け等の損傷が生じた場合には、当該損傷が判別できなくなるまで肉盛層１０の（一緒に硬質クロムめっき層２０も）研削加工を行うことにより、補修を行うことができる。一般には０．０１ｍｍを超える欠損が生じた場合には許容範囲外となり、補修が行われる。この補修は、最初に形成した肉盛層１０および硬質クロムめっき層２０が無くなるまで何度でも行うことができる。なお、硬質クロムメッキ層２０は、逆電処理（めっき剥離処理）および再めっき処理を行うことにより、安価で復元することができる。

リップ部９に比較的大きな欠陥が生じた場合には、その欠陥の大きさが肉盛層１０の幅Ｗ１，Ｗ２を超えないのであれば、レーザ肉盛溶接によりその欠陥を埋めることができる。図４に示したレーザ肉盛溶接装置を用いて、レーザの合焦位置を変更してレーザ光径を変化させることにより、欠陥をスポット的にかつ瞬時に補修することができる。補修部は盛り上がっているので、当該補修部が周辺部分と面一になるように研削加工を行う。なお、レーザ肉盛溶接により補修を行っても、その熱影響は局所的である。このため、周囲のクロムめっき層２０が悪影響を受けることはないので、めっき剥離や再めっきを行うことなく、新品同様の状態に補修が可能である。また、補修時の熱影響によりダイ部材３、４が歪むこともない。すなわち、補修工期が短く、補修後のダイ部材の品質もよい。なお、肉盛層１０の幅Ｗ２（上記実施形態の場合、最大で２．４ｍｍ）を超えるような大きな欠損が生じることは殆どないため、上記の補修方法のいずれかにより対処することができる。

なお、上記の実施形態においては、Ｔダイは溶融樹脂の押出に用いるものであったが、塗工液の吐出に用いるものであってもよい。

１Ｔダイ
２ダイ本体
３、４ダイ部材
４Ａ素材、母材（ダイ素材）
４ａ第３面（斜面）
４ｂ第１面（リップ合わせ面となる面）
４ｃ第２面（リップ端面となる面）
５（流動性材料流路）溶融樹脂流路
８吐出部
９リップ部
９ｅリップ部のエッジ部
１０肉盛層
１０ｂ、１０ｃ肉盛層の表面
１０肉盛層のエッジ部
２０めっき層

Claims

内部に流動性材料流路を有するとともに、前記流動性材料流路の先端部にスリット状の吐出部を形成するリップ部を有しているダイ本体を備えたＴダイにおいて、
前記リップ部の少なくともエッジ部に、母材にニッケル系合金またはコバルト系合金からなる耐食耐摩耗性合金の粉末をレーザ肉盛溶接することにより形成された肉盛層が設けられている、
ことを特徴とするＴダイ。
前記肉盛層と連続する前記流動性材料流路の内壁面にめっき層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＴダイ。
前記肉盛層は、金属硼化物または金属炭化物が結合相中に分散した金属組織を有することを特徴とする請求項１または２に記載のＴダイ。
前記肉盛層は、前記リップ部のエッジからリップ合わせ面に沿って０．２〜１．７ｍｍの範囲の第１の幅で広がっており、かつ、前記リップ部のエッジからリップ端面に沿って０．２〜２．４ｍｍの範囲の第２の幅で広がっており、前記第１の幅は前記第２の幅より小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載のＴダイ。
請求項１から４のいずれか一項に記載のＴダイを備えた押出成形機。
請求項２に記載したＴダイを製造する方法において、
リップ合わせ面となる第１面と、リップ端面となる第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続する前記第１面および前記第２面に対して傾斜する第３面とを有する素材を用意する工程と、
前記第３面の上に、耐食耐摩耗性合金の粉末をレーザ肉盛溶接して肉盛層を形成する工程と、
その後、前記素材の前記第１面および前記第２面を、当該第１面および第２面に隣接する前記肉盛層の部分と一緒に研削する工程と、
その後、前記肉盛層の前記表面、並びに前記素材の前記第１面の上にめっき層を形成する工程と、
その後、めっき層を研削して、前記肉盛層を露出させるとともに、前記素材の前記第１面上にあるめっき層の表面と面一な表面を前記肉盛層が有するようにする工程と、
を備えたことを特徴とする、方法。
前記第３面の幅が０．２８ｍｍ以上３ｍｍ以下である、請求項６に記載の方法。