JP4882017B2 - 塗工ダイ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、走行する可撓性帯状支持体にゲル状又は液状の塗工液を塗布する塗工ダイ及びその製造方法に関するものである。
従来の塗工ダイとして、特許公報などの具体的な公知文献を挙げることはできないが、従来使用されている塗工ダイには、ダイ本体に形成されたダイ流路の先端側に超硬合金製のリップ部材を取り付けたものがあり、このリップ部材の超硬合金によって、高い剛性、耐摩耗性及び耐食性が得られ、先端部形状精度の向上が図られる。
しかしながら、上記のような超硬合金製のリップ部材をダイ本体に取り付けた塗工ダイでは、焼結体の中に微細な気孔が残留していて、この焼結体を研削すると、ピンホールが多く見られることから、表面粗度の点で問題があって、高精度の塗布が要求される液晶ディスプレイパネルの製造工程などでは使用できない。また、超硬合金製のリップ部材を、溶接、ロウ付けなどの接合手段によってダイ本体に接合すると、接合部において溶接欠陥やロウ付け欠陥、接合強度の低下などの影響によって接合部の摩耗や変形が大きいため、上記同様に高い精度が要求される液晶ディスプレイパネルの製造工程などでの使用ができない。
本発明は、上記の事情に鑑み、超硬合金製のリップ部材に代えて、ＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing の略称で、熱間等方圧加圧と言う）処理によりダイ本体の母材に直接拡散接合されたＨＩＰ層からなるリップ部とすることにより、リップ部の組織が緻密化され、表面粗度を高精度に仕上げることができると共に、接合部の強度低下や接合欠陥の発生がなく、しかもエッジ部が高精度のシャープエッジに仕上げられ、耐摩耗性及び耐食性が良好となるリップ部を有する塗工ダイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）で構成されるダイ本体４内に形成されたダイ流路５の先端側にリップ部８が設けられ、前記ダイ流路５に供給される塗工液をリップ部８から吐出する塗工ダイにおいて、耐食性及び耐摩耗性の良好なニッケル系合金又はコバルト系合金からなる合金粉末１９をＨＩＰ処理によってダイ本体４を構成する一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の母材に夫々直接拡散接合させることにより、少なくとも前記リップ部８が、ＨＩＰ層２０により形成され、さらに、該ＨＩＰ層２０が形成された少なくとも前記リップ部８の一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の合せ面が、夫々、鏡面研削加工されてなることを特徴とする。
請求項２は、請求項１に記載のダイにおいて、ダイ本体４を構成する一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の母材は、オーステナイト／フェライトの２相系ステンレスからなることを特徴とする。
請求項３に係る塗工ダイの製造方法の発明は、請求項１又は２に記載の塗工ダイを製造する方法であって、少なくとも前記リップ部８を、ＨＩＰ処理により耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末１９をダイ本体４を構成する一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の母材に直接拡散接合させたＨＩＰ層２０によって形成することを特徴とする。
請求項４に係る塗工ダイの製造方法の発明は、請求項１又は２に記載の塗工ダイを製造する方法であって、三次元的に湾曲したり屈曲するような形状の合金粉末用凹部２４，２５を形成したダイ素材１２，１３からなるカプセル１８を形成し、このカプセル１８のダイ素材１２，１３の合金粉末用凹部２４，２５に耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末１９を充填してＨＩＰ処理を行うことにより、前記合金粉末１９をダイ素材１２，１３に直接拡散接合したＨＩＰ層２０を形成し、このダイ素材１２，１３及びＨＩＰ層２０を機械加工することにより、ダイ本体４を形成すると共に、ダイ本体４内に三次元的に湾曲したり屈曲するような形状のダイ流路５を形成することを特徴とする。
上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の塗工ダイによれば、少なくともリップ部８が、耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末１９をＨＩＰ処理によりダイ本体４を構成する一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の母材と直接拡散接合させたＨＩＰ層２０により形成されているから、合金粉末１９のＨＩＰ処理によりリップ部８の組織の緻密化され、超硬合金製焼結体のように内部に気孔が残留することがなくなり、研削やラップ時にピンホールを発生することがなく、接合部の強度低下や接合欠陥の発生もなく、リップ部８の表面粗度が大幅に改善されて、塗工液の流動性が極めて良好になる。そしてさらには、ニッケル系合金又はコバルト系合金のＨＩＰ層２０が形成された少なくとも前記リップ部８の一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の合せ面が、夫々、鏡面研削加工されてなるから、リップ部８のエッジ部を高精度のシャープエッジに仕上げることが可能となる。それゆえ、高精度の塗布が要求される液晶ディスプレイパネルの製造工程などに使用可能となる。
本発明によれば、ＨＩＰ処理される合金粉末がニッケル系合金又はコバルト系合金からなる場合は、耐食性がより一層良好となる。
請求項２に係る発明のように、ダイ本体４を構成する一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の母材がオーステナイト／フェライトの２相系ステンレスからなる場合は、ＨＩＰ処理によってダイ本体４を構成する一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の母材に拡散接合する合金粉末の熱膨張率が近いため、熱膨張差に起因する曲がり変形が少なくなる。
請求項３に係る発明の塗工ダイの製造方法によれば、少なくともリップ部８を、ＨＩＰ処理により耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末１９をダイ本体４を構成する一対のダイ（上ダイ２，下ダイ３）の母材に直接拡散接合させたＨＩＰ層２０によって形成するようにしたから、合金粉末１９のＨＩＰ処理によりリップ部８の組織の緻密化され、超硬合金製焼結体のように内部に気孔が残留することがなくなり、研削やラップ時にピンホールを発生することがなく、接合部の強度低下や接合欠陥の発生もなく、リップ部８の表面粗度が大幅に改善されて、塗工液の流動性が極めて良好になると共に、エッジ部を高精度のシャープエッジに仕上げることが可能で、高精度の塗布が要求される液晶ディスプレイパネルの製造工程などに使用が可能となる。
請求項４に係る発明の塗工ダイの製造方法によれば、三次元的に湾曲したり屈曲するような形状のＨＩＰ層２０を形成することによって、三次元的に湾曲したり屈曲するような形状のマニホールド７部分からリップ部６へ至るダイ本体４内部の複雑な形状の接液部全体をＨＩＰ層２０によって形成した塗工ダイを製造することができる。
以下に本発明の好適な一実施形態を図面にもとづいて説明すると、図１に示すように、塗工ダイ１は、上ダイ２と下ダイ３とからなるダイ本体４を有し、上下ダイ２，３間にはダイ流路５が設けられている。下ダイ３には、図１の(a) ，(d) に示すように、外部から塗工液が供給管Ｋにより矢印ａのように供給される塗工液供給路６と、この供給路６からの塗工液を一旦溜めた後、ダイ幅方向に広げるマニホールド７が設けてある。これら供給路６及びマニホールド７はダイ流路５の一部を形成するもので、ダイ流路５の先端側にはリップ部８，８が設けられる。
また、上ダイ２と下ダイ３との合わせ面２ｏ，３ｏには、マニホールド７の後側に対向する位置及び幅方向両端部に、基部９ａと両袖部９ｂ，９ｂとで平面視略コ字状に形成した厚さｔのライナー９を取り付け、このコ字状ライナー９により塞がれた部分を除いて、下ダイ３の上面３ｏと上ダイ２の下面２ｏとの間には厚さｔ、幅Ｗ１のリップ流路部１０（図１の(a) 〜(c) 参照）を形成し、このリップ流路部１０の先端に位置するリップ部８のリップ口１１から塗工液を吐出するようになっている。
この塗工ダイ１の特徴は、ダイ本体４の少なくともリップ部８が、耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末をＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理によってダイ本体４の母材に直接拡散接合したＨＩＰ層２０により形成されている点であり、このＨＩＰ層２０を各図面には梨地模様で示している。図１及び図２に示す実施形態の塗工ダイ１においては、ダイ本体４内に形成されるダイ流路５のうちリップ流路部１０を形成している上下ダイ２，３の内面側がＨＩＰ層２０により形成されている。図３の(a) に示す塗工ダイ１では、ダイ本体４を構成する上下ダイ２，３の合わせ面２ｏ，３ｏ全域にＨＩＰ層２０が形成されており、また同図の(b) に示す塗工ダイ１では、ダイ流路５の先端側に形成されるリップ部８のみがＨＩＰ層２０によって形成されている。
上記塗工ダイ１を製造する方法について、図４〜図６を参照しながら以下に説明する。尚、ここでは、図３の(a) に示す塗工ダイ１、即ち上下ダイ２，３の合わせ面２ｏ，３ｏ全域にわたるようにＨＩＰ層２０が形成される場合の塗工ダイ１の製造方法について説明する。
図４の(a-1) は上ダイ素材１２の断面図、(a-2) は下ダイ素材１３の断面図であって、(b-1) は上ダイ素材１２を下ダイ素材１３との合わせ面側から見た正面図、(b-2) は下ダイ素材１３を上ダイ素材１２との合わせ面側から見た正面図である。上ダイ素材１２及び下ダイ素材１３は、ＨＩＰ層２０の合金粉末に使用されるニッケル系合金粉末又はコバルト系合金粉末と熱膨張率の近いＳＵＳ３２９Ｊ１〜４（オーステナイト／フェライトの２相系ステンレス）が好ましい。各ダイ素材１２，１３の互いの合わせ面側には正面視矩形状の合金粉末用凹部１４を形成すると共に、凹部１４の周辺部に中子型嵌合段部１５を形成し、また図４に関し凹部１４の上部には合金粉末供給口１６を形成する。
先ず、図４の(c-1) ，(c-2) に示すように上下ダイ素材１２，１３の夫々中子型嵌合段部１５に離型処理された板状の中子型１７を嵌合固定し、これら上下ダイ素材１２，１３を互いに重ね合わせて、両ダイ素材１２，１３の外周に現れた分割線部を溶接することによって、同図の(d) に示すようなカプセル１８を形成する。このカプセル１８には供給口１６より各ダイ素材１２，１３内の凹部１４に、図５の(a) に示すように耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末１９を充填し、供給口１６側を塞ぎ板２１によって塞ぎ、脱気密封する。
上記耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末１９としては、ニッケル系合金粉末又はコバルト系合金粉末を使用する。ニッケル系合金粉末として好ましいものの構成元素比率は、ニッケル６９．７５重量％、クロム１６．５重量％、ホウ素３．３重量％、珪素４．０重量％、炭素０．６５重量％、鉄３．５重量％、モリブデン３．０重量％及び銅２．３重量％からなるものである。他の好ましいニッケル系合金粉末は、ニッケル５８．２重量％、クロム１８．０重量％、ホウ素３．３重量％、珪素３．７重量％、炭素０．８重量％、鉄１．５重量％、モリブデン２．５重量％及びタングステン１２．０重量％からなるものである。更に他の好ましいニッケル系合金粉末は、ニッケル５０．０５重量％、クロム１９．０重量％、ホウ素３．０重量％、珪素３．１重量％、炭素０．８５重量％、鉄１．５重量％、モリブデン２．５重量％及びタングステン２０．０重量％からなるものである。一方、コバルト系合金粉末として好ましいものは、その構成元素比率が、コバルト４５．７重量％、クロム１９．０重量％、タングステン１５．０重量％、銅１．３重量％、ニッケル１３．０重量％、ホウ素３．０重量％及び珪素３．０重量％からなるものである。
それから、このカプセル１８を、図５の(b) に示すようにＨＩＰ（熱間等方圧加圧）装置の処理室２１に収容して、例えば１３００℃、１３００Kgf/cm2 の高温高圧下でＨＩＰ処理を行うことにより、各ダイ素材１２，１３の内面側に合金粉末１９が直接拡散接合されたＨＩＰ層２０を形成する。このＨＩＰ層２０は、ニッケル系合金粉末又はコバルト系合金粉末のＨＩＰ処理によって硬度ＨＲＣ５５〜６８の硬質層である。こうしてＨＩＰ処理によって両ダイ素材１２，１３の夫々内面側にＨＩＰ層２０を形成したカプセル１８を解体し、両ダイ素材１２，１３を図５の(c) に示すように互いに分離し、更に各ダイ素材１２，１３の中子型１７を取り外す。
図６の(a-1) ，(a-2) は上記のようなＨＩＰ処理によって夫々ＨＩＰ層２０を形成した上ダイ素材１２及び下ダイ素材１３の夫々不要部分を、切断線２２に沿って切断及び切削加工により切断除去しようとする状態を示す断面図であり、同状態を上下ダイ素材１２，１３の夫々合わせ面から見た正面図を(b-1) ，(b-2) に示す。(c-1) 及び(c-2) は、夫々不要部分を切断線２２に沿って切断除去することによって形成した上ダイ２及び下ダイ３を示す。上ダイ２には、ダイ流路５の塗工液供給路６及びリップ流路部１０をドリル加工、フライス加工等によって形成する。
この後、上ダイ２及び下ダイ３の夫々の合わせ面を鏡面研削加工によって鏡面加工し、リップ部８の先端エッジであるリップ口１１は１μｍで仕上がり、その表面粗度（表面粗さ）は、Ｒｙ（最大高さ）０．１μｍに精度に仕上げる。そしてさらにラップを行えば、合わせ面の表面粗度は、Ｒｙ０．０アルファー単位まで仕上げることができる。
図６の(d) は、上記のようにして形成された上ダイ２と下ダイ３とを、合わせ面どうし突き合わせてダイ本体４を形成すると共に、その合わせ面間にマニホールド７の後側に対向する位置及び幅方向両端部に平面視略コ字状のライナー９を挟み込んだ状態で、上下両ダイ２，３をボルト等により一体的に締結することによって形成された、図３の(a) に示すような塗工ダイ１を示したものである。
上記のように製造される塗工ダイ１は、図３の(a) に示すように、マニホールド７からリップ流路１０先端側のリップ部８に亘ダイ本体４内部が、耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末１９のＨＩＰ処理によって、ダイ本体４の母材に直接拡散接合されたＨＩＰ層２０により形成されているから、良好な耐摩耗性及び耐食性が確保されると共に、合金粉末１９のＨＩＰ処理によるリップ部８の組織の緻密化によって曲げ強度が大幅に改善され、また超硬合金の焼結品のように内部に気孔が残留することがないため、研削やラップ時にピンホールを発生することがなく、接合部の強度低下や接合欠陥の発生もなく、リップ部８の表面粗度が大幅に改善されて、塗工液の流動性が極めて良好になると共に、エッジ部であるリップ部８のリップ口１１を１μｍ単位の高精度のシャープエッジに仕上げることが可能で、高精度の塗布が要求される液晶ディスプレイパネルの製造工程などに使用可能となる。
また、図示は省略するが、ＨＩＰ処理により、ダイ本体４の塗工液供給路６から、マニホールド７、リップ流路部１０及びリップ部８に至るダイ流路５の全域に亘るようにＨＩＰ層２０を形成して、硬度ＨＲＣ５５〜６８の硬質層とすることにより、摩耗性の強い塗工液を使用した場合も、そのダイ流路５の接液部に傷、摩耗を発生することがなくなり、永続的に有効に使用することができる。
また、塗工液によっては、図３の(b) に示す塗工ダイ１のように、ダイ流路５の先端側に形成されるリップ部８のみがＨＩＰ層２０によって形成されたものであっても、なんら問題ない。
図４〜図６によって説明した塗工ダイ１の製造方法は、カプセル１８を形成する一対のダイ素材１２，１３の合金粉末用凹部１４に合金粉末１９を充填してＨＩＰ処理を行うことにより、ダイ素材１２，１３の所要部に直線的形状、即ち直方体状のＨＩＰ層２０を形成する場合の実施形態であるが、図７には、ダイ素材１２，１３の所要部に三次元的に湾曲したり屈曲するような所要形状のＨＩＰ層２０を形成する場合の実施形態を示している。このように三次元的に湾曲したり屈曲した形状のＨＩＰ層２０を形成することにより、三次元的に湾曲したり屈曲するような形状のマニホールド７部分からリップ部６へ至る接液部の全体をＨＩＰ層２０によって形成することができるもので、これが、本発明方法の特徴でもある。
図７の(a-1) は一対のダイ素材１２，１３のうちマニホールドが形成される一方のダイ素材１２を他方のダイ素材１３との合わせ面側から見た正面図、(a-2) は(a-1) のＥ−Ｅ線断面図であり、(b-1) は、ダイ素材１３をダイ素材１２との合わせ面側から見た正面図、(b-2) は(b-1) のＦ−Ｆ線断面図である。先ず(a-1) ，(a-2) に示すように、一方のダイ素材１２の合わせ面側には、上辺部が山形を成すと共にその山形上辺部から下辺部にかけて深さが漸次浅くなるような三次元的に湾曲及び屈曲した形状の合金粉末用凹部２４を形成しており、他方のダイ素材１３の合わせ面側には、上辺部は山形を成すが、深さは一定となった合金粉末用凹部２５を形成している。尚、図示は省略するが、各ダイ素材１２，１３の合金粉末用凹部２４，２５にはその中央上部に合金粉末供給口を形成する。
それから、図７の(c) に示すように、上記一対のダイ素材１２，１３の合わせ面どうし対向させ、それらの間に離型処理された板状の中子型２７を介在させた状態で、両上下ダイ素材１２，１３を互いに重ね合わせて、両ダイ素材１２，１３の外周に現れた分割線部を溶接することによって、同図の(d) に示すようなカプセル１８を形成し、このカプセル１８には前記合金粉末供給口よりダイ素材１２，１３内の凹部２４，２５に、前述した実施形態と同様な合金粉末１９を充填して、脱気密封状態とする。
この後、カプセル１８を、図５の(b) に示すＨＩＰ（熱間等方圧加圧）装置の処理室２１に収容して、高温高圧下でＨＩＰ処理を行うことにより、各ダイ素材１２，１３の内面側には前記合金粉末１９が直接拡散接合された三次元的に湾曲及び屈曲した形状のＨＩＰ層２０を形成する。こうしてＨＩＰ処理によって両ダイ素材１２，１３の夫々内面側にＨＩＰ層２０を形成したカプセル１８を解体した後、両ダイ素材１２，１３を互いに分離して、中子型２７を取り外す。しかして、図７の(e) に示すように、一方のダイ素材１２を適宜に形状加工し、そのＨＩＰ層２０の内面側を機械加工することにより、マニホールド７及びリップ流路部１０を形成すると共にマニホールド７に連通する塗工液供給路６を形成し、リップ流路部１０の先端側をリップ部８とする。他方のダイ素材１３も適宜に形状加工し、ＨＩＰ層２０内面も必要に応じて機械加工する。これによって、図示は省略するが、三次元的に湾曲及び屈曲したダイ流路５を形成した一対のダイ２，３からなるダイ本体４を有する塗工ダイを製造することができる。
上記のように三次元的に湾曲したり屈曲するような形状のＨＩＰ層２０を形成することによって、三次元的に湾曲したり屈曲するような形状のマニホールド７部分からリップ部６に至るダイ本体４内部の複雑な形状の接液部全体をＨＩＰ層２０によって形成した塗工ダイを製造することができる。
１ 塗工ダイ
２ 上ダイ
３ 下ダイ
４ ダイ本体
５ ダイ流路
６ 塗工液供給路
７ マニホールド
８ リップ部
９ ライナー
１０ リップ流路部
１１ リップ口
１２，１３ ダイ素材
１４ 合金粉末用凹部
１８ カプセル
１９ 合金粉末
２０ ＨＩＰ層
２４，２５ 合金粉末用凹部
２ 上ダイ
３ 下ダイ
４ ダイ本体
５ ダイ流路
６ 塗工液供給路
７ マニホールド
８ リップ部
９ ライナー
１０ リップ流路部
１１ リップ口
１２，１３ ダイ素材
１４ 合金粉末用凹部
１８ カプセル
１９ 合金粉末
２０ ＨＩＰ層
２４，２５ 合金粉末用凹部
Claims (4)
- 一対のダイで構成されるダイ本体に形成されたダイ流路の先端側にリップ部が設けられ、前記ダイ流路に供給される塗工液をリップ部から吐出する塗工ダイにおいて、耐食性及び耐摩耗性の良好なニッケル系合金又はコバルト系合金からなる合金粉末をＨＩＰ処理によってダイ本体を構成する一対のダイの母材に夫々直接拡散接合させることにより、少なくとも前記リップ部が、ＨＩＰ層により形成され、さらに、該ＨＩＰ層が形成された少なくとも前記リップ部の一対のダイの合せ面が、夫々、鏡面研削加工されてなることを特徴とする塗工ダイ。
- ダイ本体を構成する一対のダイの母材は、オーステナイト／フェライトの２相系ステンレスからなることを特徴とする請求項１に記載のダイ。
- 請求項１又は２に記載の塗工ダイを製造する方法であって、少なくとも前記リップ部を、ＨＩＰ処理により耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末をダイ本体を構成する一対のダイの母材に直接接合させたＨＩＰ層によって形成することを特徴とする塗工ダイの製造方法。
- 請求項１又は２に記載の塗工ダイを製造する方法であって、三次元的に湾曲したり屈曲するような形状の合金粉末用凹部を形成したダイ素材からなるカプセルを形成し、このカプセルのダイ素材の合金粉末用凹部に耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末を充填してＨＩＰ処理を行うことにより、前記合金粉末をダイ素材に直接拡散接合したＨＩＰ層を形成し、このダイ素材及びＨＩＰ層を機械加工することにより、ダイ本体を形成すると共に、ダイ本体内に三次元的に湾曲したり屈曲するような形状のダイ流路を形成することを特徴とする塗工ダイの製造方法。
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