JP5850961B2 - Die head manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ダイヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a die head manufacturing method .
光透過性を有するポリマーフィルム(以下、フィルムと称する)は軽量であり、成形が容易であるため、光学フィルムとして多岐に利用されている。中でも、セルロースアシレートなどを用いたセルロースエステル系フィルムは、写真感光用フィルムの他、液晶表示装置の光学フィルム(偏光板保護フィルムや位相差フィルム等)として用いられている。 Polymer films having light permeability (hereinafter referred to as films) are lightweight and easy to mold, and thus are widely used as optical films. Among these, cellulose ester films using cellulose acylate are used as optical films (polarizing plate protective films, retardation films, etc.) for liquid crystal display devices in addition to photographic photosensitive films.
フィルムの主な製造方法として溶液製膜方法が知られている。溶液製膜方法では、膜形成工程と膜乾燥工程と剥取工程とフィルム乾燥工程とが順次行われる。膜形成工程では、流延ダイを用いて、ポリマーと溶剤とを含むポリマー溶液(以下、ドープと称する)を流出し、移動する支持体の上に流延膜を形成する。膜乾燥工程では、流延膜が自立して搬送可能になるまで、流延膜から溶剤を蒸発させたり、流延膜を冷却したりする。剥取工程では、膜乾燥工程を経た流延膜を支持体から剥がして湿潤フィルムとする。フィルム乾燥工程では、湿潤フィルムから溶剤を蒸発させてフィルムとする。 A solution casting method is known as a main method for producing a film. In the solution casting method, a film forming process, a film drying process, a stripping process, and a film drying process are sequentially performed. In the film forming step, a casting solution is formed on a moving support by using a casting die to flow out a polymer solution containing a polymer and a solvent (hereinafter referred to as a dope). In the film drying step, the solvent is evaporated from the cast film or the cast film is cooled until the cast film becomes self-supporting and can be conveyed. In the peeling process, the cast film that has undergone the film drying process is peeled off from the support to form a wet film. In the film drying step, the solvent is evaporated from the wet film to obtain a film.
流延ダイは、支持体の移動方向に並設された1対のリップ板と、これら1対のリップ板の両側端部を覆う1対の側板と、1対のリップ板及び1対の側板によって囲まれてなる流路とを有する。ドープの流れ方向に直交する断面において、流路はスリット状に形成される。スリットは、支持体の移動方向へ延びる短辺と、支持体の移動方向に直交する方向(幅方向)に延びる長辺とからなる細長い矩形に形成される。リップ板や側板は、熱膨張率が小さく、ドープに用いられる溶剤に対して溶解性が低いステンレスから形成される。ステンレスは、例えば、SUS316L等である。 The casting die includes a pair of lip plates arranged in parallel in the moving direction of the support, a pair of side plates that cover both side ends of the pair of lip plates, a pair of lip plates, and a pair of side plates. And a flow path surrounded by. In the cross section orthogonal to the flow direction of the dope, the flow path is formed in a slit shape. The slit is formed in an elongated rectangle composed of a short side extending in the moving direction of the support and a long side extending in a direction (width direction) orthogonal to the moving direction of the support. The lip plate and the side plate are made of stainless steel having a low coefficient of thermal expansion and low solubility in the solvent used for the dope. The stainless steel is, for example, SUS316L.
流延ダイは、移動する支持体に向けて流路の出口からドープを流出する。この結果、リップ板の先端部と支持体との間にはビードが形成される。膜形成工程において、ビードが不安定になると、流延膜に厚みむらが生じてしまう。このため、ビード形成の起点となるリップ板の先端部を尖鋭化することにより、ビードの安定化を図っている。 The casting die flows out of the dope from the outlet of the channel toward the moving support. As a result, a bead is formed between the tip of the lip plate and the support. If the bead becomes unstable in the film forming step, unevenness of thickness occurs in the cast film. For this reason, the bead is stabilized by sharpening the tip of the lip plate that is the starting point of bead formation.
ところが、SUS316Lは、ビッカース硬度がHv180程度と比較的軟らかいため、機械加工による先端部の尖鋭化が非常に困難である。このため、リップ板の先端部にSUS316Lよりも硬質な超硬層を設け、この超硬層に対して所定の機械加工により、リップ板の先端部を尖鋭化している。この超硬層としては、例えば特許文献1に開示されているように、炭化タングステン(WC)層が知られている。 However, since SUS316L is relatively soft with a Vickers hardness of about Hv180, it is very difficult to sharpen the tip by machining. For this reason, a cemented carbide layer harder than SUS316L is provided at the tip of the lip plate, and the tip of the lip plate is sharpened by a predetermined machining on the cemented carbide layer. As this super hard layer, for example, as disclosed in Patent Document 1, a tungsten carbide (WC) layer is known.
また、リップ板の先端部の好ましい形状は、フィルムの製造条件によって変わる。このため、リップ板を、流路の入口をなすリップ板本体と流路の出口をなす先端部(以下、ダイヘッドと称する)に分け、リップ板本体にダイヘッドを着脱自在に設ける。このようなダイヘッドを選択して使用することで、1つの製造ラインにおいて、多品種のフィルムを切り替えて製造することが容易となる。 Moreover, the preferable shape of the front-end | tip part of a lip board changes with film manufacturing conditions. For this reason, the lip plate is divided into a lip plate main body that forms the inlet of the flow path and a tip portion (hereinafter referred to as a die head) that forms the outlet of the flow path, and the die head is detachably provided on the lip plate main body. By selecting and using such a die head, it becomes easy to switch and manufacture various types of films in one production line.
ところで、膜形成工程を長時間連続して行うと、ダイヘッドに設けられた炭化タングステン層が腐食してしまう。炭化タングステン層の腐食は、バインダー金属(コバルト原子等)の溶出に起因する。炭化タングステン層が腐食したままの状態で流延ダイを用いると、炭化タングステン層が剥がれ、この剥がれに起因して、フィルムの表面にすじ(筋)が生じる故障が発生してしまう。このため、膜形成工程を一定時間行う度に膜形成工程を停止してダイヘッドを新しいものに交換せざるを得ず、フィルムの生産効率が低下してしまう。 By the way, when the film forming process is continuously performed for a long time, the tungsten carbide layer provided on the die head is corroded. Corrosion of the tungsten carbide layer is caused by elution of a binder metal (such as cobalt atoms). If the casting die is used in a state where the tungsten carbide layer is corroded, the tungsten carbide layer is peeled off, and due to this peeling, a failure in which streaks (streaks) are generated on the surface of the film occurs. For this reason, every time the film forming process is performed for a certain period of time, the film forming process must be stopped and the die head replaced with a new one, and the production efficiency of the film is lowered.
このような背景から、特許文献2に開示されているように、炭化タングステン層よりも長寿命であって、安定したDLC(Diamond Like Carbon)膜をダイヘッドに形成することが行われている。また、液晶表示装置の大型化に伴い、幅広な光学フィルムの需要が急増している。幅広な光学フィルムを製造するためには、1対の側板の間隔を従来よりも大きくし、リップ板本体やダイヘッドを長くしなければならない。このダイヘッドを長くすると、DLC膜形成時に生じるダイヘッドの反りの量が増大する。反りが生じたダイヘッドは、リップ板本体への取り付けが困難となる。このため、特許文献2では、DLC膜を130℃以上200℃以下の加熱温度で形成することにより、ダイヘッドの反りを一定範囲に抑えている。
From such a background, as disclosed in
しかしながら、DLC膜を表面に有し反りを抑えたダイヘッドを、流延ダイのドープ流出口に取り付けて、溶液製膜した場合に、製膜開始直後はフィルムの表面にすじが生じる故障が発生することはないものの、製膜を長時間連続して行うと、すじ状故障が発生することが判り、対策が望まれていた。このようなすじ状故障は、フィルムの幅広化に対応させた長い出口形状の流延ダイを用いると、発生率が高くなる。 However, when a die head having a DLC film on the surface and suppressing warpage is attached to the dope outlet of the casting die and solution film formation is performed, a failure that causes streaks on the film surface occurs immediately after the start of film formation. However, it has been found that streak-like failure occurs when film formation is performed continuously for a long time, and a countermeasure has been desired. Such a streak-like failure becomes higher when a long outlet-shaped casting die corresponding to the widening of the film is used.
本発明はこのような課題を解決するものであり、フィルムの幅広化に対応したダイヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a die head corresponding to the widening of the film.
上記すじ状故障の発生原因を検討したところ、DLC膜や下地層に微細なクラックが発生しており、クラックやこのクラックに起因するDLC膜の剥がれによって、すじ状故障が発生している知見を得た。この知見に基づき、鋭意検討した結果、微細なクラックは、DLC膜を成形する際に、下地層とベースとの間で発生する熱膨張歪みに起因して発生することが判明した。 As a result of examining the cause of the occurrence of the streak-like failure, it was found that fine cracks occurred in the DLC film and the underlayer, and that the streak-like failure was caused by the crack and the peeling of the DLC film caused by the crack. Obtained. As a result of intensive studies based on this knowledge, it has been found that fine cracks are generated due to thermal expansion strain generated between the underlayer and the base when the DLC film is formed.
本発明は上記知見に基づきなされたものであり、本発明のダイヘッドの製造方法は、ポリマー及び溶剤を含むドープを流出する流延ダイのドープ流出口に取り付けられるダイヘッドの製造方法であって、下地層形成工程と、DLC膜形成工程と、クラック阻止適合条件の判定工程とを含む。下地層形成工程は、ステンレス製のベースの上に、超硬材料を有する下地層を形成する。DLC膜形成工程は、下地層の上に気相成膜法によりDLC膜を形成する。クラック阻止適合条件の判定工程は、DLC膜形成工程におけるベースと下地層との熱膨張歪みにより求められる下地層に作用する応力を、下地層の破断応力未満にするために、ベースと下地層との各線膨張係数、ベースの長手方向の長さ、気相成膜法における加熱温度の組み合わせを決定する。この組み合わせに基づき下地層形成工程とDLC膜形成工程とが行われる。ベースに作用する圧縮力をPB、下地層に作用する引っ張り力をPL、ベースの長手方向に直交する断面における下地層の断面積をALとした際に、下地層に作用する応力σ1を、σ1=(PB−PL)/ALにより求める。 The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and a method of manufacturing a die head according to the present invention is a method of manufacturing a die head attached to a dope outlet of a casting die that flows out a dope containing a polymer and a solvent. It includes a formation process, a DLC film formation process, and a crack prevention conformity determination process. In the base layer forming step, a base layer having a super hard material is formed on a stainless base. In the DLC film forming step, a DLC film is formed on the underlayer by a vapor deposition method. In order to make the stress acting on the underlayer determined by the thermal expansion strain between the base and the underlayer in the DLC film forming step less than the breaking stress of the underlayer, The combination of the linear expansion coefficient, the length of the base in the longitudinal direction, and the heating temperature in the vapor phase film forming method is determined. Based on this combination, a base layer forming step and a DLC film forming step are performed. When the compressive force acting on the base is PB, the tensile force acting on the base layer is PL, and the cross-sectional area of the base layer in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the base is AL, the stress σ1 acting on the base layer is σ1 = (PB-PL) / AL
ベースは細長い柱体であり、長手方向の長さをLYとし、長手方向に直交する断面における最大長さをLWとした際にLY≧50・LWであり、長さLYが1500mm以上であり、下地層の厚みが70μm以上130μm以下であり、DLC膜の厚みが0.7μm以上2μm以下であることが好ましい。 The base is an elongated column body, where LY ≧ 50 · LW when the length in the longitudinal direction is LY and the maximum length in a cross section perpendicular to the longitudinal direction is LW, and the length LY is 1500 mm or more, The thickness of the underlayer is preferably 70 μm or more and 130 μm or less, and the thickness of the DLC film is preferably 0.7 μm or more and 2 μm or less.
ベースがSUS316L、SUS329J1、SUS630のいずれか一つから形成されており、下地層が炭化タングステンから形成されていることが好ましい。 It is preferable that the base is formed of any one of SUS316L, SUS329J1, and SUS630, and the underlayer is formed of tungsten carbide.
下地層とDLC膜との硬度差が500Hv以下であることが好ましい。また、DLC膜は気相成膜法により形成され、硬度が1300Hv以上であることが好ましい。 The difference in hardness between the underlayer and the DLC film is preferably 500 Hv or less. The DLC film is preferably formed by a vapor deposition method and has a hardness of 1300 Hv or more.
気相成膜法は、イオン化蒸着、イオンプレーティング、プラズマCVDのいずれか一つであることが好ましい。 The vapor deposition method is preferably any one of ionized vapor deposition, ion plating, and plasma CVD.
本発明によれば、下地層に対してDLC膜を形成する際に、下地層やDLC膜のクラックの発生が抑えられ、クラックの無いDLC膜からなるダイヘッドが得られる。このようなダイヘッドを備えた流延ダイを用いることにより、クラックに起因するDLC膜の剥がれが無くなる。また、剥がれに起因してDLC膜による低摩擦特性が部分的に低下するため、この低下部分のダイヘッド出口に、ドープ固形物が発生し成長することがあるが、剥がれが無くなることにより、このドープ固形物の発生・成長が抑えられる。したがって、ドープ固形物を除去するために、流延を中断して、ダイヘッドを洗浄する回数を大幅に減らすことができ、流延中断による製品ロスが少なくなり、連続且つ安定してフィルムを製造することができる。また、フィルムの幅広化に対しても、これらの効果は得られる。 According to the present invention, when the DLC film is formed on the underlayer, the generation of cracks in the underlayer and the DLC film is suppressed, and a die head composed of the DLC film without cracks can be obtained. By using a casting die having such a die head, the DLC film is not peeled off due to cracks. In addition, since the low friction characteristic due to the DLC film is partially reduced due to peeling, dope solids may be generated and grow at the die head exit of the lowered portion. Generation and growth of solid materials can be suppressed. Therefore, in order to remove the dope solids, the casting can be interrupted to greatly reduce the number of times the die head is washed, and the product loss due to the casting interruption is reduced, and the film is manufactured continuously and stably. be able to. Also, these effects can be obtained for widening the film.
(溶液製膜設備)
溶液製膜設備の一例を示す図1において、溶液製膜設備10は、流延室12とピンテンタ13と乾燥室15と冷却室16と巻取室17とを有する。流延室12には、流延ダイ21、流延ドラム22(支持体)、減圧チャンバ23、剥取ローラ24が設けられる。
(Solution casting equipment)
In FIG. 1 showing an example of the solution casting equipment, the solution casting equipment 10 includes a casting
図2に示すように、流延ドラム22は、水平に配される駆動軸22aと、駆動軸22aに固定されるドラム本体22bとを備える。駆動軸22aは駆動装置(図示しない)に接続される。流延ドラム22は、ステンレス製であることが好ましく、十分な耐腐食性と強度とを有する点から、SUS316L製であることがより好ましい。
As shown in FIG. 2, the casting drum 22 includes a
図3に示すように、流延ダイ21は、内部に流路29を有する。流延ダイ21の下部先端部分には、流路29の出口29oが開口する。流延ダイ21は、出口29oが流延ドラム22の周面22cと近接するように配される。流延ダイ21の詳細は後述する。流延ドラム22の回転により、出口29oの近傍では、周面22cが所定の速度でX方向へ移動する。なお、X方向は流延ドラム22の回転方向を示し、Y方向はX方向に直交する方向(流延膜34の幅方向)を示し、Z方向はX方向及びY方向を含むXY面に直交する方向(流延ダイ21の高さ方向)を示している。
As shown in FIG. 3, the casting die 21 has a
流延ダイ21の流路29にはドープ28が送られる。ドープ28は、出口29oから周面22cに向けてドープ28を流出する。出口29oから出て周面22cに達するまでのドープ28により、ビード33が形成される。周面22cに到達したドープ28は、周面22c上でX方向に延ばされる結果、帯状の流延膜34になる。このようにして、流延ダイ21及び流延ドラム22により流延膜34を形成する膜形成工程が行われる。
The dope 28 is sent to the
減圧チャンバ23は、流延ダイ21よりもX方向の上流側に配置される。図示しないコントローラの制御により、減圧チャンバ23は、ビード33のX方向上流側の気体を吸引する。この気体の吸引により、ビード33の上流側の圧力がビード33の下流側の圧力よりも低い状態になる。減圧チャンバ23により、周面22cの移動に伴って発生し、周面22cの近傍にてX方向に流れる同伴風を吸引することができる。したがって、同伴風との衝突によるビード33の振動が抑えられる。また、吸引によりビード33の長さが短くなり、短くなった分に対応してビード33の振動が抑えられる。
The
流延ドラム22には温調装置32が接続される。温調装置32は、伝熱媒体の温度を調節する温度調節部を内蔵する。温調装置32は、温度調節部と流延ドラム22内に設けられる流路との間で、所望の温度に調節された伝熱媒体を循環させる。この伝熱媒体の循環により、流延ドラム22の周面22cの温度を所望の温度に保つことができる。また、溶液製膜設備10には、流延室12内の雰囲気に含まれる溶剤を凝縮する凝縮装置、及び凝縮した溶剤を回収する回収装置が設けられており、流延室12内の雰囲気に含まれる溶剤の濃度が一定の範囲に保たれている。このようにして、流延ドラム22では、流延膜34から溶剤を蒸発させる膜乾燥工程が行われる。
A temperature control device 32 is connected to the casting drum 22. The temperature adjustment device 32 includes a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the heat transfer medium. The temperature control device 32 circulates the heat transfer medium adjusted to a desired temperature between the temperature adjusting unit and the flow path provided in the casting drum 22. By circulating the heat transfer medium, the temperature of the
剥取ローラ24は、流延ダイ21よりもX方向の下流側に配される。剥取ローラ24は、周面22c上に形成された流延膜34を剥ぎ取って、湿潤フィルム35とする剥取工程を行う。湿潤フィルム35は、流延室12の下流側へ案内される。
The stripping
図1に示すように、流延室12の下流には、ピンテンタ13、乾燥室15、冷却室16、巻取室17が順に配置されている。流延室12とピンテンタ13との間には渡り部40を有する。渡り部40には支持ローラ41が複数並べられている。支持ローラ41は、図示しないモータにより回転する。支持ローラ41は、湿潤フィルム35を支持して、ピンテンタ13へ案内する。なお、渡り部40の支持ローラ41の本数は2本に限られず、1個以上であれば良い。また、支持ローラ41はフリーローラでもよい。
As shown in FIG. 1, a
ピンテンタ13は、1対の環状のチェーンとプーリと乾燥風供給器とを有する。環状のチェーンは、一定ピッチで取り付けられた複数のピンを有する。複数のピンは、湿潤フィルム35の幅方向の両端を貫通して保持する。環状チェーンはプーリ間に掛け巡らされて循環走行する。乾燥風供給器は、ピンにより保持される湿潤フィルム35に乾燥風を供給する。ピンテンタ13の入り口にはブラシが設けられる。ブラシは、湿潤フィルム35の両側部を押圧し、ピンを湿潤フィルム35に貫通させる。ピンにより両側部が保持された湿潤フィルム35は、環状チェーンの循環走行により搬送される。この搬送中に、乾燥風との接触により、湿潤フィルム35から溶剤が蒸発し、フィルム45となる。このようにして、渡り部40からピンテンタ13にかけて、湿潤フィルム35から溶剤を蒸発させてフィルム45とするフィルム乾燥工程が行われる。
The
ピンテンタ13と乾燥室15との間にはサイドスリッタ47が設けられている。サイドスリッタ47は、ピンによる貫通孔が残ったフィルム両側部を中央部から切り落とす。切り離された両側部は、カットブロワを介してクラッシャ(共に図示せず)へ送られて細かく切断され、ドープ等の原料として再利用される。
A side slitter 47 is provided between the
乾燥室15は、多数のローラ49を有する。フィルム45はローラ49に巻き掛けられて搬送される。乾燥室15内の雰囲気の温度や湿度などは、図示しない空調機により調節されている。乾燥室15ではフィルム45の乾燥処理が行われる。乾燥室15には吸着回収装置52が接続される。吸着回収装置52は、フィルム45から蒸発した溶剤を吸着により回収する。
The drying
冷却室16は、フィルム45の温度が略室温となるまで、フィルム45を冷却する。冷却室16及び巻取室17の間には、上流側から順に、除電バー54、ナーリング付与ローラ55、サイドスリッタ56が設けられる。除電バー54は、帯電したフィルム45から電気を除く除電処理を行う。ナーリング付与ローラ55は、フィルム45の両側部に巻き取り用のナーリングを付与する。サイドスリッタ56は、ナーリングを製品フィルム側に残すようにフィルム45の両側部を切り離す。
The cooling
巻取室17は巻取機63を有する。巻取機63は、巻き芯62にフィルム45を巻き付けてロール状に巻き取る。プレスローラ61は、フィルム45を巻き芯62側に押し付ける。
The winding
図4に示すように、流延ダイ21は、ステンレス製(SUS316やSUS316L等)の1対の側板71と、1対のリップ板72とを有する。1対のリップ板72は向き合って密着する。図5に示すように、リップ板72の密着面には流路形成面72aが形成され、この流路形成面72aによって、図6に示すように流路29が形成される。1対の側板71はリップ板72の両端面72bを覆うように取り付けられる。この側板71により、流路29の両端が閉じられる。
As shown in FIG. 4, the casting die 21 has a pair of side plates 71 made of stainless steel (SUS316, SUS316L, etc.) and a pair of
図6に示すように、流路29は、入口流路29aと、マニホールド29bと、スリット流路29cとを有し、これらが流延ダイ21の上部に開口する入口29iから、出口(ドープ流出口)29oに向かって順次設けられる。入口流路29aは、入口29iから流入したドープ28をマニホールド29bへ送る。マニホールド29bは、ドープ28をY方向へ広げながら、ドープ28に含まれるポリマー分子の歪みを緩和させた後、ドープ28をスリット流路29cへ送る。スリット流路29cは、出口29oへ向けてドープ28を送る。
As shown in FIG. 6, the
図7に示すように、スリット流路29cは、流路29内のドープ28の流れ方向(Z方向)に直交するXY面上の断面において、細長い矩形状に形成される。このスリット流路29cの断面において1対の長辺は流路形成面72aからなり、短辺は流路形成面71aからなる。
As shown in FIG. 7, the
図8及び図9に示すように、リップ板72は、ステンレス製(SUS316やSUS316L等)のリップ板本体81とダイヘッド82とに分割される。ダイヘッド82は、XZ平面に沿う断面が略楔形のY方向に細長い角柱体であり、リップ板本体81に取付ネジ97によって着脱自在に取り付けられる。これにより、流延ダイ21の出口29oにダイヘッド82が分離可能に設けられている。リップ板本体81とダイヘッド82の分割位置は、流路形成面72aのうちスリット流路29cの途中である。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
(ダイヘッド)
図10に示すように、ダイヘッド82は、ベース85と、下地層92と、DLC膜86とを有する。図9に示すように、ベース85は、ステンレス製(SUS316やSUS316L、SUS329J1、SUS630等)であり、XZ平面に沿う断面が略楔形である長尺の角柱体から形成されている。ベース85は、Y方向に一定間隔で例えば4個の取付孔95を有する。図11に示すように、この取付孔95に対応する位置でリップ板本体81にはネジ穴96が形成されている。取付孔95を介してネジ穴96に取付ネジ97を取り付けることにより、リップ板本体81にダイヘッド82が着脱自在に締結される。
(Die head)
As shown in FIG. 10, the
図12に示すように、下地層92は、ベース85の下部先端部85aの表面に形成される。下地層92の表面は、Z方向に向かって尖鋭に形成され、流路29を形成するための流路面92aと、外部に露出する露出面92bとを有する。
As shown in FIG. 12, the base layer 92 is formed on the surface of the
下地層92の形成材料は、炭化タングステン(WC)、Al2O3、TiN、Cr2O3などの超硬材料が挙げられるが、特に好ましくはWCである。また、WCとしては、バインダー金属としてコバルトが添加されたWC−Co系の他、WC−Ni系、WC−TiC系、WC−TaC系等が挙げられ、いずれも本発明に用いることができる。下地層92は、例えば、溶射によって形成することができる。下地層92の厚みは、例えば、50μm以上200μm以下の範囲が好ましく、70μm以上130μm以下がより好ましい。なお、各図において、下地層92、DLC膜86は図示する関係上、その厚みを他の部材に比べて誇張して描いてある。
Examples of the material for forming the base layer 92 include super hard materials such as tungsten carbide (WC), Al 2
下地層92は、例えば以下のように形成する。まず、楔形のベース85の尖鋭部分に下地層形成エリアを凹設する。次に、下地層形成エリアに下地層92を設ける。下地層92の形成後に、この下地層92を研磨などの機械加工により、ベース85と同一に形成する。このようにして下地層形成工程が行われる。
The underlayer 92 is formed as follows, for example. First, a base layer forming area is recessed at the sharp portion of the wedge-shaped
図9及び図12に示すように、ダイヘッド82のXY平面での断面における最大長さをLWとし、Y方向におけるダイヘッド82の長さをLYとするとき、(LY/LW)の値は、50以上400以下であること、すなわち50・LW≦LY≦400・LWであることが好ましい。LYは、1500mm以上であることが好ましく、2000mm以上であることがより好ましい。
As shown in FIGS. 9 and 12, when the maximum length in the cross section of the
取付孔95は、ベース85をZ方向に貫通する。この取付孔95はY方向に離間して複数設けられる。この取付孔95に対応する位置で、リップ板本体81にはネジ穴96が設けられる。なお、図12では、図の煩雑化を避けるため、DLC膜86の表示は省略している。
The
下地層92のビッカース硬度Hvは、ベース85のビッカース硬度Hvよりも大きい。また、下地層92のビッカース硬度Hvは、DLC膜86のビッカース硬度Hvよりも小さい。下地層92のビッカース硬度Hvは、150Hv以上であることが好ましい。また、DLC膜86のビッカース硬度Hvは、1300Hv以上2500Hv以下であることが好ましい。更に、後に詳しく説明するが、下地層92とDLC膜86のビッカース硬度差(後述のHv2−Hv1)は、500Hv以下であることが好ましい。ビッカース硬度Hvは、ISO14577のインデンテーションハードネス(Oliver&Pharr計算方法)から換算した値である。なお、以下の説明においては、ビッカース硬度を「硬度」、ビッカース硬度差を「硬度差」と称することがある。
The Vickers hardness Hv of the underlayer 92 is larger than the Vickers hardness Hv of the
(DLC膜)
図10に示すように、DLC膜86は、ベース85の表面全体に設けられる。但し、本実施形態では、図10に示すベース85の上端面85bが、図14に示すように固定具106に密着して取り付けられるため、この上端面85bにはDLC膜86が形成されない。DLC膜86は公知の気相成膜法により形成する。処理後のダイヘッド82の反り量を小さくするため、処理中のベース85の加熱温度ΔTは130℃以上300℃以下であることが好ましい。このΔTについては後述する。気相成膜法としては、具体的には、プラズマCVD、イオンプレーティング、イオン化蒸着等があるが、中でもイオン化蒸着が好ましい。DLC膜86の厚みdは、例えば、0.7μm以上2μm以下の範囲内であることが好ましく、1μm以上2μm以下の範囲内であることがより好ましい。
(DLC film)
As shown in FIG. 10, the
図13に示すように、イオン化蒸着によりDLC膜を形成するDLC膜形成装置99は、処理室100内に、リフレクタ101と、フィラメント102、アノード103と、ターゲット電極104と、ガス導入管105とを有する。リフレクタ101は、例えば底部を有する円筒状に形成されている。アノード103は、リフレクタ101と電気的に絶縁した状態でリフレクタ101内に設けられる。これらフィラメント102、アノード103、リフレクタ101の3極構造によりプラズマ源107が構成される。リフレクタ101にはガス導入管105が接続されている。このガス導入管105からリフレクタ101内に炭化水素ガス等の反応ガス108が送られる。ターゲット電極104には、固定具106を介して、ベース85が取り付けられる。電源部109は、リフレクタ電源109a,フィラメント電源109b,アノード電源109c,ターゲット電源109dを有する。これら電源109a〜109dは接続されるリフレクタ101、フィラメント102、アノード103、ターゲット電極104に所定の電圧を印加する。
As shown in FIG. 13, a DLC film forming apparatus 99 that forms a DLC film by ionization vapor deposition includes a
図14及び図15に示すように、ステンレス製の固定具106は、両側に直角に足板111を有する固定板110と、サイズが例えばM6(JIS(日本工業規格))の固定ボルト112とを備える。固定板110にはネジ穴115がY方向に離間し並べて設けられる。取付孔95を介してネジ穴115に固定ボルト112を取り付けられることにより、固定具106にベース85が締結される。
As shown in FIGS. 14 and 15, the
図13に示すように、ガス導入管105からは、リフレクタ101の内部空間に反応ガス108が導入される。アノード103の周囲には、直流アーク放電により、プラズマが発生する。このプラズマにより反応ガス108から炭化水素イオンが生成する。生成した炭化水素イオンはターゲット電極104に向かう。ターゲット電極104にはベース85が取り付けられているため、ベース85に炭化水素イオンが衝突し、ベース85にDLC膜86が形成される。このようにして、DLC膜形成装置99では、イオン化蒸着により、ベース85にDLC膜86を形成するDLC膜形成工程が行われる。
As shown in FIG. 13, the
イオン化蒸着により、ベース85は所定の温度まで加熱される。ダイヘッド82のように細長いものにDLC膜86を形成する場合には、プラズマ源107がダイヘッド82の長さに応じて、長手方向に複数台並べられ、ダイヘッド82の全長に対してイオン化蒸着する。このためダイヘッド82のように細長いものは、その長さが長くなるに従い、プラズマ源107の数量が増え、その分だけ電極数が増えるため、DLC膜形成工程における処理温度が高くなる。
The
DLC膜86の硬度を調節する場合には、例えばイオン化蒸着法では、次のようにする。先ず、炭化水素ガスを原料とし、プラズマ等の気化により炭素イオンC+を発生させる。ベース85にカソード(−)電圧をかける事により、炭素イオンがベース85に叩き付けられてDLC膜86が形成される。この炭素イオンがベース85に衝突した時に、ベース85に生じる炭素イオンの衝突エネルギーに応じて、DLC膜86を構成するダイヤモンド膜(Sp3結合)、グラファイト膜(Sp2結合)の混合比率が変わる。そして、DLC膜86中に、Sp3結合が多いほど膜が硬くなり、Sp2結合が多いと低摩擦な膜が得られる傾向になる。この傾向を利用して、ベース85にかけるカソード電圧等を調節することにより、所望の特性のDLC膜86を形成することができる。
When adjusting the hardness of the
イオン化蒸着の後は室温になるまで冷却される。この加熱及び冷却の過程で、ベース85に反りが生じてしまう。このため、固定板110の表面にフッ素コーティングが施してある。ベース85の形成材料(例えば、SUS316L)よりも低摩擦性のフッ素膜を固定板110の表面に設けて、低摩擦性のフッ素膜を介してベース85を固定した状態でイオン化蒸着を行うことにより、ベース85の反りを抑えながら、ベース85にDLC膜86(図10参照)を形成することができる。
After ionization deposition, it is cooled to room temperature. In the process of heating and cooling, the
なお、固定ボルト112(図15参照)の締め付けトルクは、Y方向中央部から、Y方向両端部に向かうにしたがって小さくなることが好ましい。例えば、Y方向中央部における中央部固定ボルト112の締め付けトルクは10N・mであり、Y方向端部における端部固定ボルト112の締め付けトルクは、3N・mである。また、中央部固定ボルト112及び端部固定ボルト112の間における固定ボルト112の締め付けトルクは、5N・mである。このように端部に向かうほど締め付けトルクが小さくなることにより、ベース85の端部が動き易くなり、ベース85の反りやクラックをより確実に抑えながら、ベース85にDLC膜86(図10参照)を形成することができる。
In addition, it is preferable that the fastening torque of the fixing bolt 112 (see FIG. 15) decreases from the central portion in the Y direction toward both ends in the Y direction. For example, the tightening torque of the
ベース85と下地層92は、材質が異なるため、ベース85の線膨張係数α1と下地層92の線膨張係数α2とが異なる。両者の差(α1−α2)と、DLC膜86を形成する際の加熱温度(DLC膜形成工程での処理温度−室温)ΔTとの関係により、DLC膜86を形成する際に、ベース85の温度上昇によって両者の伸びが異なって熱膨張歪みが発生する。熱膨張歪みは、ベース85と下地層92との各熱膨張により生じる歪みである。この熱膨張歪みによって下地層92が受ける応力σ1がWC破断応力σ2の820MPaを超えると、下地層92が破断し、下地層92及びこの下地層92上に形成されるDLC膜86にクラックが発生する。このクラックの発生により、ダイヘッド82の得率(クラックの発生が無い良品の製品数/製作総数)が低下してしまい、生産効率が低下する。また、従来見逃していた微小なクラックにより、経年使用時にDLC膜86の剥離が生じて、溶液製膜の際にフィルムにすじ状の故障が発生する。
Since the
このため、図16に示すように、クラック阻止適合条件の判定工程121、下地層形成工程122、DLC膜形成工程123を経てダイヘッド82を製造する。クラック阻止適合条件の判定工程121では、ベース85と下地層92との各線膨張係数、ダイヘッド82の長手方向(Y方向)の長さLY、DLC膜形成の際の加熱温度の組み合わせを変えて、組み合わせ毎に、DLC膜の形成の際の温度上昇によるベース85と下地層92との熱膨張歪みによる外力から下地層92に作用する応力、すなわち熱膨張歪みによって下地層92に作用するσ1を求める。この応力σ1が、下地層92の破断応力σ2である820MPa以上となる場合には、この組み合わせでは、クラックが発生すると判定する。また、求めた応力σ1が、820MPa未満の場合には、クラックが発生しないと判定する。なお、前述の外力とは、ベース85に作用する圧縮力PB、下地層92に作用する引っ張り力PLによって生じ、それぞれに対して長手方向の向きにかかる力である。具体的には、PB−PLによって算出される。なお、破断応力σ2は、破断を開始する応力そのものを用いる他に、安全を考慮して、破断を開始する応力に対して、例えば95%、90%、85%、その他の適宜数値からなる安全率を掛けた応力を用いてもよい。
For this reason, as shown in FIG. 16, the
下地層92に作用する応力σ1は、ベース85に作用する圧縮力をPB、下地層92に作用する引っ張り力をPL、ダイヘッド82の長手方向に直交する断面(XZ平面に沿う断面)における下地層92の断面積をALとした際に、
σ1=(PB−PL)/ALにより求める。
The stress σ1 acting on the underlayer 92 is PB as the compressive force acting on the
It calculates | requires by (sigma) 1 = (PB-PL) / AL.
ベース85に作用する圧縮力PBは次のようにして求める。先ず、ベース85の加熱温度による伸び量ΔLYBとベースの長さLYとから、歪みεBを、εB=ΔLYB/LYから求める。次に歪みεBに、ベース85のヤング率EBを乗じて、垂直応力σB(σB=εB・EB)を求める。求めた垂直応力σBにXZ平面に沿う断面での断面積ABを乗じることで、圧縮力PB(PB=σB・AB)を求める。同様にして、下地層92の引っ張り力PLを求める。先ず、下地層92の加熱温度による伸び量ΔLYLとベースの長さLYとから歪みεLを、εL=ΔLYL/LYから求める。次に、下地層92の歪みεLにヤング率ELを乗じて、垂直応力σL(σL=εL・EL)を求める。求めた垂直応力σLに断面積ALを乗じることで、引っ張り力PL(PL=σL・AL)を求める。ここで、ΔLYBは、ベース85を上記加熱温度下でのY方向における長さから、加熱する前(非加熱状態、すなわち室温下)でのY方向における長さを減じたものである。ΔLYLは、下地層92を上記加熱温度下でのY方向における長さから、加熱する前(非加熱状態、すなわち室温下)でのY方向における長さを減じたものである。
The compression force PB acting on the
なお、対象であるベース85の長さLYが長くなるに従い、リフレクタ101の数量を増やしていく必要がある。このため、リフレクタ101の数が増えるに従い、電極数が増える。この電極により真空プラズマ放電を行うため、電極の増加は処理温度の上昇に繋がる。このように、DLC膜形成工程123における処理温度は、ベース85の長さに応じたリフレクタ101の増量により上昇する。したがって、DLC膜形成工程123における加熱温度は予め実験により求めたり、今までの処理実績データに基づき決定したりする。
In addition, it is necessary to increase the quantity of the
クラック阻止適合条件の判定は、上記数式による求め方の他に、表計算ソフト(例えばマイクロソフト社製のエクセル等)を用いてもよい。この場合には、下記表1のように、各欄に、使用したいベース85の長手方向での長さLY、ベース85と下地層92との線膨張係数α、DLC膜形成時の加熱温度ΔT、ヤング率E、断面積Aや下地層92の破断応力σ2を数値入力すると、演算結果として、熱膨張による伸びε、熱膨張時の応力σ、その時の外力F、熱膨張歪みにより下地層92に発生する引っ張り応力σ1の各欄に、演算後の数値が表示される。得られた応力σ1と下地層92の破断応力σ2(=820MPa)とを比較し、σ1<σ2である場合に、その組み合わせの数値が適合していると判定し、最右欄の判定欄には、判定結果として、適合する場合には「OK」が、不適合の場合には「NG」が表示される。このように表計算ソフトを用いることにより、作りたいダイヘッドの材質による数値データや寸法データを入力することで、入力した数値が、クラック阻止適合条件に入っているか否かを自動判定することができる。 The determination of the crack prevention conformity condition may be performed by using spreadsheet software (for example, Excel manufactured by Microsoft Corporation) in addition to the method of obtaining by the above formula. In this case, as shown in Table 1 below, in each column, the length LY in the longitudinal direction of the base 85 to be used, the linear expansion coefficient α between the base 85 and the base layer 92, and the heating temperature ΔT when forming the DLC film are listed. When the Young's modulus E, the cross-sectional area A, and the breaking stress σ2 of the underlayer 92 are numerically input, the underlayer 92 is obtained as a calculation result by the elongation ε due to thermal expansion, the stress σ during thermal expansion, the external force F at that time, and the thermal expansion strain. In each column of the tensile stress σ1 generated in FIG. The obtained stress σ1 is compared with the breaking stress σ2 (= 820 MPa) of the underlayer 92, and when σ1 <σ2, it is determined that the combination value is suitable, and the determination column in the rightmost column shows As a result of the determination, “OK” is displayed when it conforms, and “NG” is displayed when it does not conform. By using spreadsheet software in this way, it is possible to automatically determine whether or not the entered numerical value is in the crack prevention conformity condition by inputting numerical data and dimension data depending on the material of the die head to be created. .
このようなクラック阻止適合条件の判定工程121により、クラック無しの条件を満足する組み合わせが得られた場合には、この条件で先ず、下地層形成工程122により下地層92を形成し、次に、DLC膜形成工程123によりDLC膜86を形成することにより、クラックの発生が無いダイヘッド82を確実に得ることができる。
When a combination that satisfies the crack-free condition is obtained by the crack prevention conforming
なお、表計算ソフトによる数値演算を行う代わりに、図示は省略したが、比較判定とデータ入力案内機能を付加したアプリケーションとして、これをパソコンに組み込んでもよい。この場合には、上記各条件の入力案内機能、入力された各条件の数値に基づき応力σ1を演算する機能、演算した応力σ1を破断応力σ2と比較して、応力σ1が破断応力σ2未満の場合に、これら各条件の組み合わせが適合すると判定する判定機能、比較判定により応力σ1が破断応力σ2以上になった場合に、クラック発生アラームを出して、各条件の再入力をさせる再入力機能をパソコンに持たせるようにアプリケーションを構成する。 Although not shown in the figure instead of performing the numerical calculation by the spreadsheet software, it may be incorporated in a personal computer as an application to which a comparison determination and a data input guidance function are added. In this case, the input guidance function for each of the above conditions, the function of calculating the stress σ1 based on the input numerical values of each condition, and comparing the calculated stress σ1 with the rupture stress σ2, the stress σ1 is less than the rupture stress σ2. In this case, a judgment function for determining that the combination of these conditions is suitable, and a re-input function for issuing a crack occurrence alarm and re-entering each condition when the stress σ1 becomes equal to or greater than the rupture stress σ2 by comparison judgment. Configure your application to have it on your computer.
また、表計算ソフトを組み合わせたアプリケーションとしてもよい。この場合には、表1に示すような表形式の入力案内の他に、求めた応力σ1と破断応力σ2とを比較して、σ1<σ2の場合に、各条件の組み合わせがクラック発生の無い適合条件となっていると表示する。また、σ1≧σ2である場合には、各欄中の数字が点滅表示され、数値を変えることが促される。このとき、数値を上げる方向で適合条件が求める場合には↑や▲の記号を数値に付し、数値を下げる方向で適合条件が求める場合には↓や▼の記号を数値に付すことにより、条件修正を容易に行うことができる。また、数値入力の代わりに、どの程度まで数値を変更すると適合条件に入るかを自動演算し、色を変えてその数値を表示したり、または入力された数値に隣接させて表示したりしてもよい。このとき、一つの条件数値を固定して、他の数値を変動させて自動演算させてもよい。 Moreover, it is good also as an application which combined spreadsheet software. In this case, in addition to the tabular input guide as shown in Table 1, the obtained stress σ1 and the breaking stress σ2 are compared, and when σ1 <σ2, the combination of the conditions does not cause cracks. Displayed as conforming conditions. When σ1 ≧ σ2, the numbers in each column are displayed blinking to prompt the user to change the numerical value. At this time, if the conformity condition is calculated in the direction of increasing the numerical value, ↑ and ▲ symbols are attached to the numerical value, and if the conformance condition is determined in the direction of decreasing the numerical value, ↓ and ▼ are appended to the numerical value, Condition correction can be easily performed. Also, instead of entering numerical values, it automatically calculates how much the numerical value is changed and enters the matching condition, and changes the color to display the numerical value or display it adjacent to the input numerical value. Also good. At this time, one condition numerical value may be fixed, and other numerical values may be changed and automatically calculated.
下地層92とDLC膜86との硬度差は、500Hv以下、好ましくは200Hv以下、更に好ましくは100Hv以下にする。両者の硬度差が500Hv以下のように一定範囲内にあると、下地層92に対するDLC膜86の密着力が向上することが実験結果により判っている。これは、両者の界面の硬度差が大きいと、歪み量に差が生じて、密着力が低下することによるものと思われる。また、硬度差が一定値を超えると、SUSなどの柔らかい下地が先ず凹み、DLC膜86が下地の変化に追従することができずに割れてしまうこともある。
The hardness difference between the underlayer 92 and the
なお、DLC膜86を形成する範囲は、ベース85の表面全体であっても、または先端部の一部であってもよい。
The range in which the
上記実施形態では、流延ダイ21を、1対の側板71と1対のリップ板72との組み合わせにより構成したが、これに限らず、例えば側板71は省略して、リップ板72のみによって流路29を形成した流延ダイとしてもよい。更には、側板71、リップ板72以外に他の部材を含んで流延ダイを構成してもよい。
In the above embodiment, the casting die 21 is configured by a combination of a pair of side plates 71 and a pair of
上記実施形態では、流延膜34を自立して搬送可能な状態にするために、流延膜34を冷却したが、本発明はこれに限られず、流延膜34に乾燥風を当てて溶剤を蒸発させ、自立して搬送可能な状態にしてもよい。
In the above-described embodiment, the casting
上記実施形態では、支持体として、流延ドラム22を用いたが、これに代えて流延バンドを用いてもよい。流延バンドを用いる場合には、1対のドラム間に流延バンドを掛け渡して、ドラムを回転させることにより、流延バンドを循環走行させる。 In the above embodiment, the casting drum 22 is used as the support, but a casting band may be used instead. In the case of using a casting band, the casting band is circulated by rotating the casting band between a pair of drums and rotating the drum.
本発明は、ドープを流延する際に、2種類以上のドープを同時に共流延させて積層させる同時積層共流延、または、複数のドープを逐次に共流延して積層させる逐次積層共流延を行うことができる。なお、両共流延を組み合わせてもよい。同時積層共流延を行う場合には、フィードブロックを取り付けた流延ダイを用いてもよいし、マルチポケット型の流延ダイを用いてもよい。 The present invention provides simultaneous lamination co-casting in which two or more types of dopes are simultaneously co-cast and laminated when casting dopes, or sequential lamination co-production in which a plurality of dopes are sequentially co-cast and laminated. Casting can be performed. In addition, you may combine both casting. When simultaneous lamination and co-casting is performed, a casting die to which a feed block is attached may be used, or a multi-pocket casting die may be used.
本発明の溶液製膜設備10において、製品としてのフィルムの幅は、600mm以上であることが好ましく、1400mm以上2500mm以下であることがより好ましい。なお、フィルムの幅が2500mmより大きい場合にも効果がある。またフィルムの膜厚は、15μm以上80μm以下であることが好ましい。ポリマーフィルムの原料となるポリマーは、特に限定されず、例えば、セルロースアシレートや環状ポリオレフィン等がある。 In the solution casting apparatus 10 of the present invention, the width of the film as a product is preferably 600 mm or more, and more preferably 1400 mm or more and 2500 mm or less. It is also effective when the film width is greater than 2500 mm. The film thickness is preferably 15 μm or more and 80 μm or less. The polymer used as the raw material for the polymer film is not particularly limited, and examples thereof include cellulose acylate and cyclic polyolefin.
本発明のセルロースアシレートに用いられるアシル基は1種類だけでも良いし、あるいは2種類以上のアシル基が使用されていても良い。2種類以上のアシル基を用いるときは、その1つがアセチル基であることが好ましい。セルロースの水酸基をカルボン酸でエステル化している割合、すなわち、アシル基の置換度が下記式(I)〜(III)の全てを満足するものが好ましい。なお、以下の式(I)〜(III)において、A及びBは、アシル基の置換度を表わし、Aはアセチル基の置換度、またBは炭素原子数3〜22のアシル基の置換度である。また、トリアセチルセルロース(TAC)の90質量%以上が0.1mm〜4mmの粒子であることが好ましい。
(I) 2.0≦A+B≦3.0
(II) 1.0≦ A ≦3.0
(III) 0 ≦ B ≦2.9
Only one type of acyl group may be used in the cellulose acylate of the present invention, or two or more types of acyl groups may be used. When two or more kinds of acyl groups are used, it is preferable that one of them is an acetyl group. The ratio in which the hydroxyl group of cellulose is esterified with carboxylic acid, that is, the substitution degree of the acyl group satisfies all of the following formulas (I) to (III) is preferable. In the following formulas (I) to (III), A and B represent the substitution degree of the acyl group, A is the substitution degree of the acetyl group, and B is the substitution degree of the acyl group having 3 to 22 carbon atoms. It is. Moreover, it is preferable that 90 mass% or more of triacetylcellulose (TAC) is a particle | grain of 0.1 mm-4 mm.
(I) 2.0 ≦ A + B ≦ 3.0
(II) 1.0 ≦ A ≦ 3.0
(III) 0 ≦ B ≦ 2.9
アシル基の全置換度A+Bは、2.20以上2.90以下であることがより好ましく、2.40以上2.88以下であることが特に好ましい。また、炭素原子数3〜22のアシル基の置換度Bは、0.30以上であることがより好ましく、0.5以上であることが特に好ましい。 The total substitution degree A + B of the acyl group is more preferably 2.20 or more and 2.90 or less, and particularly preferably 2.40 or more and 2.88 or less. Further, the substitution degree B of the acyl group having 3 to 22 carbon atoms is more preferably 0.30 or more, and particularly preferably 0.5 or more.
セルロースアシレートの詳細については、特開2005−104148号の[0140]段落から[0195]段落に記載されている。これらの記載も本発明にも適用できる。また、溶剤及び可塑剤,劣化防止剤,紫外線吸収剤(UV剤),光学異方性コントロール剤,レターデーション制御剤,染料,マット剤,剥離剤,剥離促進剤などの添加剤についても、同じく特開2005−104148号の[0196]段落から[0516]段落に詳細に記載されている。 Details of cellulose acylate are described in paragraphs [0140] to [0195] of JP-A-2005-104148. These descriptions are also applicable to the present invention. The same applies to additives such as solvents and plasticizers, deterioration inhibitors, ultraviolet absorbers (UV agents), optical anisotropy control agents, retardation control agents, dyes, matting agents, release agents, and release accelerators. JP-A-2005-104148 describes in detail in paragraphs [0196] to [0516].
(実験1)
図13に示すDLC膜形成装置99にてイオン化蒸着法により、図12に示すベース85にDLC膜86を形成し、ダイヘッド82(図10参照)を得た。ベース85は、全体がSUS316L製であり、下部先端部85aにWC−Co系の下地層92を有するものを用いた。下地層92はWC溶射により形成し、その硬度Hvは1500であり、線膨張係数は8×10−6/℃であった。ベース85の線膨張係数は16×10−6/℃であり、下地層92とベース85の線膨張係数差は8×10−6/℃であった。ベース85について、長さLXは20mm、長さLYは2000mm、長さLZは20mm、XY平面上の断面における最大長さLWは28mmであった。ステンレス(SUS316L)製の固定板110の表面にフッ素膜が設けられた固定具106(図14及び図15参照)を用いて、ベース85をターゲット電極104に固定した。硬化膜形成工程におけるベース85の加熱温度ΔTは180℃であった。DLC膜86の厚みdは、1.6μmであり、硬度Hvは、2000Hvであった。下地層92とDLC膜86の硬度差は500Hvであった。
(Experiment 1)
A
(実験2〜11)
実験2〜11では、表2に示した条件以外は、実験1と同様にして、ベース85にDLC膜86を形成し、ダイヘッド82を得た。
(Experiments 2-11)
In
表2に、実験1〜11におけるベース85の長さLY(mm)、ベース85の材質、線膨張係数α1、下地層92の材質、線膨張係数α2、硬度Hv1、DLC膜86の硬度Hv2、加熱温度ΔT(℃)を示す。硬度はビッカース硬度Hvを指す。
Table 2 shows the length LY (mm) of the base 85 in Experiments 1 to 11, the material of the
実験2では、ベース85の長さLYを2200mmとして実験1よりも700mm長くした。これに伴い、DLC膜形成工程の加熱温度ΔTが実験1よりも60℃高くなり、240℃となった以外は、実験1と同じ条件とした。下地層92とDLC膜86の硬度差は実験1と同じ500Hvであった。
In
実験3では、ベース85の長さLYを2700mmとし、材質をSUS329J1に変更した。これに伴い、ベース85の線膨張係数α1が12×10−6/℃となり、また、DLC膜形成工程の加熱温度ΔTが実験1よりも90℃高くなり、270℃となった以外は、実験1と同じ条件とした。下地層92とDLC膜86の硬度差は実験1と同じ500Hvであった。
In
実験4では、ベース85の長さLYを3000mmとし、材質をSUS630に変更した。これに伴い、ベース85の線膨張係数α1が12×10−6/℃となり、また、DLC膜形成工程の加熱温度ΔTが実験1よりも105℃高くなり、285℃となった以外は、実験1と同じ条件とした。下地層92とDLC膜86の硬度差は実験1と同じ500Hvであった。
In
実験5では、ベース85の長さLYを1800mmとして実験1よりも300mm長くした。これに伴い、DLC膜形成工程の加熱温度ΔTが実験1よりも20℃高くなり、200℃となり、また得られたDLC膜の硬度が1700Hvとなった以外は、実験1と同じ条件とした。下地層92とDLC膜86の硬度差は実験1よりも低い200Hvであった。
In Experiment 5, the length LY of the
実験6では、ベース85の長さLYを1700mmとして実験1よりも200mm長くした。これに伴い、DLC膜形成工程の加熱温度ΔTが実験1よりも20℃高くなり、200℃となり、また得られたDLC膜の硬度が1400Hvとなった以外は、実験1と同じ条件とした。下地層92とDLC膜86の硬度差は実験1よりも低い−100Hvであった。
In Experiment 6, the length LY of the
実験7では、ベース85の長さLYを3000mmとして実験1よりも1500mm長くした。これに伴い、DLC膜形成工程の加熱温度ΔTが実験1よりも105℃高くなり、285℃となった以外は、実験1と同じ条件とした。下地層92とDLC膜86の硬度差は実験1と同じ500Hvであった。
In
実験8では、ベース85の長さLYを1800mmとして実験1よりも300mm長くした。これに伴い、DLC膜形成工程の加熱温度ΔTが実験1よりも20℃高くなり、200℃となり、また得られたDLC膜86の硬度が1100Hvとなった以外は、実験1と同じ条件とした。下地層92とDLC膜86の硬度差は実験1よりも低い−400Hvであった。
In
実験9では、DLC膜形成工程の加熱温度ΔTを170℃とし、得られたDLC膜の硬度を2700Hvとした以外は、実験1と同じ条件とした。下地層92とDLC膜86の硬度差は実験1よりも高い1200Hvであった。
In Experiment 9, the same conditions as in Experiment 1 were used except that the heating temperature ΔT in the DLC film forming step was 170 ° C. and the hardness of the obtained DLC film was 2700 Hv. The hardness difference between the underlayer 92 and the
実験10では、ベース85に下地層92を形成することなくDLC膜86をベース85に直接形成した以外は、実験5と同じ条件とした。
In Experiment 10, the conditions were the same as in Experiment 5 except that the
実験11では、実験10のSUS316Lのベースに代えて、ニッケル系超硬材料(WC−Ni)からなるベースとした以外は、実験10と同じ条件とした。 In Experiment 11, the same conditions as in Experiment 10 were used except that instead of the base of SUS316L in Experiment 10, a base made of a nickel-based superhard material (WC-Ni) was used.
(評価)
実験1〜11により得られたダイヘッド82について、次の評価を行った。表2において、評価項目に示した番号は、下記の評価項目に付した番号を表す。
(Evaluation)
The following evaluation was performed about the
1.DLC膜のクラック
DLC膜86のクラックの有無を検査した。クラック有無の検査は、株式キーエンス製のマイクロスコープVH−900を使用し、拡大レンズにて100倍に拡大して観察し、クラックの有無と長さを求めた。クラックの有無と長さにより、以下の基準に基づいて評価した。
A:クラックの発生が無い。
B:クラックがあり、その長さが100μm以下である。
C:クラックがあり、その長さが100μmより大きい。
1. Cracks in DLC film The presence or absence of cracks in the
A: There is no occurrence of cracks.
B: There is a crack, and its length is 100 μm or less.
C: There is a crack, and its length is larger than 100 μm.
2.ダイヘッドの反り
ダイヘッド82について反り量Wを測定した。まず、湾曲部分が下向きになるようにダイヘッド82を台座に配した。ダイヘッド82と台座との隙間のうち最大のものを反り量Wとした。この反り量Wについて、以下の基準に基づいて評価した。
A:Wが5μm以下である。
B:Wが5μmより大きく15μm以下である。
C:Wが15μmより大きい。
2. Warpage of Die Head The warpage amount W of the
A: W is 5 μm or less.
B: W is larger than 5 μm and not larger than 15 μm.
C: W is larger than 15 μm.
3.DLC膜の摩擦磨耗強度
DLC膜86に対し摩擦摩耗試験を行い、この試験後にDLC膜86を目視観察し、下記基準に基づいて、DLC膜86の強度を評価した。摩擦摩耗試験の手順は次の通りである。CSM Instruments社製のTribometer(ボールオンディスク式)を用いて摩擦摩耗試験(JIS R 1613−1993)を行った。まず、回転台上にダイヘッド82の一部を切り出したテストピース(50mm×20mm×10mm)を固定し、所定の回転速度で回転台を回転させた。次に、ダイヘッド82の先端部分であって、回転中心から3.0mm離れたDLC膜86の位置に、先端がボール状(直径6.35mm)になっているAl2O3製のディスクボール(試験片)を、所定の荷重(5.0N)で押し当てた。押し当て位置におけるDLC膜86の速度は、0.1m/秒であった。ディスクボールを押し当てた状態でダイヘッド82を20000回転/時で回転させた。この後に、ディスクボールによるDLC膜86の磨耗量を、株式会社東京精密製の表面粗さ測定器(サーフコム 2000DX3)にて測定した。この磨耗量により以下の基準に基づいて評価した。
A:磨耗量が「0」であり、磨耗が無い。
B:磨耗量が100nm以下である。
C:磨耗量が100nmよりも大きい。
3. Friction and Wear Strength of DLC Film A friction and wear test was performed on the
A: The amount of wear is “0” and there is no wear.
B: Abrasion amount is 100 nm or less.
C: Wear amount is larger than 100 nm.
4.DLC膜の密着力評価
DLC膜86に対しスクラッチ試験を行い、DLC膜86の密着力を評価した。スクラッチ試験は、CSM Instruments社製のRevetest(スクラッチ試験機)を用いた。曲率半径が200μmのダイヤモンド圧子(N2−3962)にて、以下の条件で評価した。先ず、DLC膜86にダイヤモンド圧子を100N/minの負荷荷重をかけながら、10mm/minの移動速度でDLC膜86を引っ掻いていく。この引っ掻き中に、DLC膜86が破壊されると、DLC膜86から下地層92のWC膜へと引っ掻き対象が変わる。このとき、DLC膜86の摩擦係数が0.1であるのに対して、WC膜の摩擦係数が0.4であり、この摩擦抵抗の変化を検知する。摩擦抵抗の変化が一定値を超えた場合に、DLC膜86が破壊されたと感知した。そして、DLC膜86が破断した層間剥離(delamination)の臨界荷重を密着力と定義した。
4). Evaluation of adhesion of DLC film A scratch test was performed on the
スクラッチ試験機で荷重から摩擦係数を演算するのに若干のタイムロスが生じると、正しい密着力(DLC膜86が破壊された応力)が得られない。このため、DLC膜86が破壊された場合は、破壊時に放出される弾性波をAE(アコースティック・エミッション)センサにて感知し、DLC膜86が破壊された時間を正確に記録することにより、より正確な密着力データを得ている。なお、初期荷重は0.9N、負荷荷重は100N/min、移動速度は10.0mm/min、AEセンサの感度は9にした。なお、実用上、DLC膜86の密着力は、本評価方式で30N以上であれば、DLC膜86の剥離が無く安定することが判っている。この密着力により以下の基準に基づいて評価した。
A:密着力が30Nを超えている。
B:密着力が20Nを超えて30N以下である。
C:密着力が20N以下である。
If a slight time loss occurs in calculating the coefficient of friction from the load with a scratch tester, the correct adhesion force (stress in which the
A: Adhesion strength exceeds 30N.
B: Adhesion force exceeds 20N and is 30N or less.
C: Adhesive strength is 20 N or less.
実験1,3,4では、クラック、反り、強度が「A」であり、密着力が「B」となった。実験2では、強度が「A」であり、クラック、反り、密着力が「B」であった。実験5では、クラック、反り、強度、密着力の全てが「A」になった。実験6では、クラック、反り、密着力が「A」であり、強度が「B」となった。実験7では、クラック、反りが「C」であり、強度が「A」、密着力が「B」となった。実験8では、クラック、反り、密着力が「A」であり、強度が「C」となった。実験9,10では、クラック、反り、強度が「A」であり、密着力が「C」となった。実験11では、クラック、反り、強度、密着力の全てが「A」となった。
In
ベース85の材質としてSUS316Lを用いる場合には、ベース長さLYが1500mmの実験1の場合には、クラック、反り、強度が共に「A」であり、密着力がBであるのに対して、ベース長さLYが長くなるに従い、評価が下がる傾向にある。例えばベース長さLYが2200mmと長く(実験2)なると、反り及びクラックの評価が「B」に下がってしまい、100μm以下のクラックができてしまうことが判る。更に、ベース長さLYを3000mmと長く(実験7)すると、強度の評価のみが「A」となり、反り及びクラックの評価は、「C」となり、密着力の評価は「B」となる。
When SUS316L is used as the material of the
実験3及び実験4は、ベースの材質をSUS316Lから、SUS329J1やSUS630に変えた。この場合には、ベース長さLYが2700mmや3000mmと長くなっても、クラック、反り、強度が共に「A」であり、密着力がBであるダイヘッドが得られた。
In
実験5では実験1に対して、ベース長さLYが300mm長くなって1800mmとなり、DLC膜86の加熱温度が200℃、硬度Hv2が1700となった以外は実験1と同じ条件である。この場合にはDLC層と下地層92の硬度差Hv2−Hv1が200となって、クラック、反り、強度、密着力が共に「A」であるダイヘッドが得られた。
Experiment 5 is the same as Experiment 1 except that the base length LY is increased by 300 mm to 1800 mm, the heating temperature of the
実験6では、実験1に対して、ベース長さLYが200mm長くなって1700mmとなり、DLC膜86の加熱温度を200℃とし、硬度Hv2を1400とした以外は実験1と同じ条件である。この場合にはDLC層と下地層92の硬度差Hv2−Hv1が−100となって、クラック、反り、密着力が「A」であり、強度が「B」であるダイヘッドが得られた。
Experiment 6 is the same as Experiment 1 except that the base length LY is increased by 200 mm to 1700 mm, the heating temperature of the
実験7は、実験4に対して、材質をSUS316Lに変えた以外は実験4と同じ条件としたダイヘッドである。この場合には、クラック、反りがCとなり、強度がA、密着力がBとなるダイヘッドが得られた。クラック、反りがCであるため、製膜用のダイとして用いる場合に、耐久性に問題がある他に、下地層92の剥がれに起因して製膜したフィルムの表面にすじが生じてしまう難点がある。
実験8は、実験5に対して、DLC膜86の硬度Hv2を1100とした以外は実験5と同じ条件としたダイヘッドである。この場合には、下地層92とDLC膜86との硬度差Hv2−Hv1が−400となり、クラック、反り、密着力がAとなり、強度がCとなるダイヘッドが得られた。強度がCであるため、製膜用のダイとして用いる場合に、耐久性に問題がある
実験9は、実験1に対して、DLC膜86の硬度Hv2を2700,加熱温度を170℃とした以外は実験1と同じ条件としたダイヘッドである。この場合には、下地層92とDLC膜86との硬度差Hv2−Hv1が1200となり、クラック、反り、強度がAとなり、密着力がCとなるダイヘッドが得られた。密着力がCであるため、製膜用のダイとして用いる場合に、耐久性に問題がある。
Experiment 9 is a die head having the same conditions as Experiment 1 except that the hardness Hv2 of the
実験10では、ベース85に下地層92を形成することなくDLC膜86をベースに直接形成した以外は、実験5と同じ条件としたダイヘッドである。この実験10では、DLC膜86とこれに接する部材との硬度差1800となり、実験5の場合に比べて、密着力がCとなり、低下していることが判った。
In Experiment 10, the die head was subjected to the same conditions as in Experiment 5 except that the
実験11では、実験10のSUS316Lのベースに代えて、ニッケル系超硬材料からなるベースとした以外は、実験10と同じ条件としたダイヘッドである。この実験11では、DLC膜86とこれに接する部材との硬度差が600となり、実験10の場合に比べて密着力がAとなっていることが判った。
Experiment 11 is a die head under the same conditions as Experiment 10, except that instead of the base of SUS316L in Experiment 10, a base made of a nickel-based superhard material was used. In Experiment 11, the hardness difference between the
実験11のように、下地層を設けることなく、ベースそのものを超硬材料により構成することにより、DLC膜形成時にベースと下地層との熱膨張歪みに起因する応力が発生することがないため、DLC膜86にクラックが発生したり、クラックに起因するDLC膜86の密着力が低下したりすることがない。これにより、流延ダイの耐久性が高まり、また、すじ状故障の発生を抑えることができる。
As in Experiment 11, since the base itself is made of a super hard material without providing a base layer, stress due to thermal expansion strain between the base and the base layer does not occur when the DLC film is formed. A crack does not occur in the
次に、上記各実験における条件が適合しているかどうかを数値計算表によって演算した結果を表3に示す。 Next, Table 3 shows the result of calculation using the numerical calculation table as to whether or not the conditions in the experiments are satisfied.
表3の結果から、適合条件の判定結果は上記実験1〜9のクラックの評価と一致していることが判る。したがって、ダイヘッドを製造する際に、用いる材質や、この材質に応じた機械的特性、長さ等の組み合わせによって、製造前にクラックの発生有無を確認することができ、得率の低下を招くことがない。また、クラックの発生が無くなるので、微小なクラックに起因する経年使用によるDLC膜86の剥がれも無くなり、すじ状故障の発生がないフィルムを効率良く製造することができる。
From the results in Table 3, it can be seen that the determination result of the matching condition is consistent with the evaluation of the cracks in Experiments 1 to 9. Therefore, when manufacturing a die head, the presence or absence of cracks can be confirmed before manufacturing, depending on the material used and the combination of mechanical properties, length, etc. according to this material, leading to a decrease in yield. There is no. Further, since the generation of cracks is eliminated, the
10 溶液製膜設備
21 流延ダイ
29 流路
29o 出口
72 リップ板
82 ダイヘッド
85 ベース
86 DLC膜
92 下地層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (6)
ステンレス製のベースの上に、超硬材料を有する下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層の上に気相成膜法によりDLC膜を形成するDLC膜形成工程と、
前記DLC膜形成工程における前記ベースと前記下地層との熱膨張歪みにより求められる前記下地層に作用する応力を、前記下地層の破断応力未満にするために、前記ベースと前記下地層との各線膨張係数、前記ベースの長手方向の長さ、前記気相成膜法における加熱温度の組み合わせを決定し、この組み合わせに基づき前記下地層形成工程と前記DLC膜形成工程とを行うクラック阻止適合条件の判定工程とを含み、
前記ベースに作用する圧縮力をPB、前記下地層に作用する引っ張り力をPL、前記ベースの長手方向に直交する断面における前記下地層の断面積をALとした際に、
前記下地層に作用する応力σ1を、
σ1=(PB−PL)/ALにより求めるダイヘッドの製造方法。 In a method of manufacturing a die head attached to a dope outlet of a casting die that flows out a dope containing a polymer and a solvent,
An underlayer forming step of forming an underlayer having a super hard material on a stainless steel base;
A DLC film forming step of forming a DLC film on the underlayer by vapor deposition;
In order to make the stress acting on the underlayer determined by thermal expansion strain between the base and the underlayer in the DLC film forming step less than the breaking stress of the underlayer, each line between the base and the underlayer A combination of an expansion coefficient, a length in the longitudinal direction of the base, and a heating temperature in the vapor phase film forming method is determined, and based on this combination, a crack prevention suitable condition for performing the base layer forming step and the DLC film forming step is determined. A determination step,
When the compressive force acting on the base is PB, the tensile force acting on the base layer is PL, and the cross-sectional area of the base layer in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the base is AL,
Stress σ1 acting on the underlayer is
A die head manufacturing method obtained by σ1 = (PB−PL) / AL.
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