專利名稱：用在涂覆裝置中的涂桿及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在涂覆裝置中的涂桿，涂桿表面上形成有耐磨鍍層，還涉及這種涂桿的制造方法，具體地講，本發(fā)明涉及一種適于在被涂覆物體例如連續(xù)運行的帶材上涂覆涂覆液的涂覆裝置涂桿，以及這種涂桿的制造方法。
在很多情況下，在實施涂覆時，涂覆裝置中的涂桿(涂棒)被帶到與被涂覆物體的表面相接觸的地方，而且在涂桿旋轉(zhuǎn)的同時，涂覆液施加到圖桿的表面上，以實現(xiàn)涂覆。這種涂覆方法稱為桿式涂覆方法。
例如，如圖8所示，在現(xiàn)有技術(shù)的涂覆裝置涂桿40(以下簡稱作涂桿40)中，槽48大致沿著圓周方向形成在表面中，耐磨性鍍層44通過表面重整處理而形成在圓柱形基質(zhì)材料44上。鍍層44的形成可以通過多種方法實現(xiàn)，例如電鍍、物理蒸鍍和化學蒸鍍等。
對于現(xiàn)有技術(shù)中的涂覆裝置涂桿，需要解決的第一個問題是，在涂桿40用于實施高速涂覆的情況下(特別是在高速涂覆陽極電鍍的鋁帶材的情況下)，形成在涂桿40上的凸出部分46會在短時間內(nèi)磨損。在凸出部分46以這種方式在短時間內(nèi)磨損后，形成在涂桿40上的槽40會變淺，因而被涂覆物體例如帶材上被涂覆的涂覆液量的調(diào)節(jié)精度將下降。其結(jié)果是，需要頻繁更換涂桿40。為了在將涂覆液涂覆在帶材的步驟中提高生產(chǎn)率并節(jié)約能量，上述問題是必須解決的嚴重問題。即是使沒有形成槽的涂覆裝置涂桿，其鍍層也容易局部磨損，從而產(chǎn)生相同的問題。
對于這種問題所采取的解決措施的一些例子公開于日本專利申請公開文獻(JP-A)No.2001-901、2000-343012、2000-354808、2000-334349和04-048956中。
順便說一下，為了提高涂桿表面的耐磨性能，可以采用同時考慮涂桿44的硬度和涂桿44與帶材(被涂覆物體)W之間磨擦系數(shù)的措施。然而，上述公開物中均未描述過考慮這兩點因素。
為了形成耐磨鍍層44，優(yōu)選采用離子鍍方法。然而，尚沒有出版物中公開過應(yīng)當采用哪種離子鍍方法用于形成鍍層。在各種離子鍍方法中，如果薄膜是利用空心陰極離子鍍方式形成的，則可以在較寬的區(qū)域內(nèi)形成均勻且良好的鍍層。這樣的例子公開于JP-A No.55-100975、1-240646、5-25617和8-100254中。然而，這些出版物中均沒有考慮過將這些例子應(yīng)用于涂覆裝置涂桿中。
對于現(xiàn)有技術(shù)的任何涂覆裝置涂桿而言，需要解決的第二個問題是，在較大的剪應(yīng)力或常規(guī)應(yīng)力施加在涂桿上時，鍍層容易破裂或從基質(zhì)材料上剝落。造成這個問題的主要原因是產(chǎn)生在鍍層中的殘余應(yīng)力較大。殘余應(yīng)力是因基質(zhì)材料與鍍層之間的熱膨脹系數(shù)差異而引起的。
這一問題不但會出現(xiàn)在沿圓周方向在表面上設(shè)有槽的涂覆裝置涂桿中，也會出現(xiàn)在沒有設(shè)置槽的涂覆裝置涂桿中。
針對這一問題而提出的解決措施公開于JP-A No.2001-901、2000-343012、2000-354808和2000-334349中。
順便說一下，為了防止涂覆裝置鍍層破裂，可以采用同時考慮薄膜厚度和鍍層與基質(zhì)材料之間熱膨脹系數(shù)差值的措施。然而，上述公開物中均沒有描述過考慮這兩點因素。
對于現(xiàn)有技術(shù)的任何涂覆裝置涂桿而言，需要解決的第三個問題是，在形成鍍層時，會在鍍層中產(chǎn)生非常小的裂紋(裂口)。這是因鍍層與基質(zhì)材料之間的較大熱膨脹系數(shù)差值而造成的。產(chǎn)生裂紋，會嚴重影響到制作涂覆裝置涂桿時的生產(chǎn)率的提高。
這一問題不但會出現(xiàn)在沿圓周方向在表面上設(shè)有槽的涂覆裝置涂桿中，也會出現(xiàn)在沒有設(shè)置槽的涂覆裝置涂桿中。
作為解決這一問題的措施，一些在基質(zhì)材料與鍍層之間形成中間層的例子公開于JP-A No.6-64087和2000-354808中。
然而，在這些出版物中沒有考慮到熱膨脹問題。因此，需要為此而采取進一步的措施。
對于現(xiàn)有技術(shù)的任何涂覆裝置涂桿而言，需要解決的第四個問題是涂桿的制造方法，如前所述，需要大致在涂覆裝置涂桿的表面上形成耐磨鍍層。鍍層的形成可以通過多種方法實現(xiàn)，例如電鍍、物理蒸鍍和化學蒸鍍等。然而，在很多情況下，要使用真空內(nèi)腔，以便通過諸如離子鍍等物理蒸鍍而形成鍍層。從耐磨的角度看，希望均勻地形成鍍層。因此，在通過離子鍍而形成鍍層時，可以采用多種方式實現(xiàn)鍍層的均勻度。
例如，在JP-A No.63-192855中，通過提高電離效率而在較大區(qū)域內(nèi)形成均勻的鍍層。在JP-A No.01-240646和01-252764中，為了在較大區(qū)域內(nèi)形成均勻的鍍層，電離效率被提高，而且形成鍍層的速度被設(shè)置得較高。
然而，在作為被涂覆物體的圓柱狀基質(zhì)材料變得非常長時，普通的內(nèi)腔無法容納基質(zhì)材料。即使是在能夠容納長基質(zhì)材料的大尺寸內(nèi)腔中，也經(jīng)常會將蒸鍍源設(shè)在偏離這種大尺寸內(nèi)腔的中心的位置上。換言之，由于受到內(nèi)腔尺寸的限制，在很多情況下基質(zhì)材料不能正好安置在蒸鍍源的上方。因此，這就帶來了一個問題，即厚度較大的鍍層形成在基質(zhì)材料上的靠近蒸鍍源的區(qū)域中，厚度較小的鍍層形成在基質(zhì)材料上的遠離蒸鍍源的區(qū)域中。即使是將基質(zhì)材料中心安置在蒸鍍源的正上方，也會在基質(zhì)材料較長的情況下造成形成在基質(zhì)材料兩端的鍍層的厚度小于其中央的鍍層厚度這一問題。
JP-A No.02-077573或02-079764中描述了一個例子，其中作為被涂覆物體的較長對象連續(xù)運行，同時通過離子鍍而形成均勻的鍍層。然而，這個例子不能用于在非連續(xù)對象例如涂覆裝置涂桿的基質(zhì)材料上形成鍍層。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種用在涂覆裝置中的涂桿，其能夠防止表面發(fā)生破裂或剝落(以解決第三個問題)。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種制造涂覆裝置涂桿的方法，其中耐磨鍍層被形成在基質(zhì)材料上，以具有均勻的厚度(以解決第四個問題)。
為了達到第一個目的，本發(fā)明的第一個方面提供了一種用在涂覆裝置中的涂桿，其用于向連續(xù)運行著的被涂覆物體上涂覆涂覆液，所述涂桿包括圓柱狀基質(zhì)材料；以及形成在基質(zhì)材料的圓周表面上的耐磨鍍層，鍍層包含至少一層；其中，鍍層包括如此選擇的材料，即能夠使得鍍層與被涂覆物體之間的磨擦系數(shù)μ與鍍層的維氏硬度Hv滿足關(guān)系表達式Hv＞1500×μ2+1200。
本說明書和權(quán)利要求書中出現(xiàn)的“摩擦系數(shù)”指的是動態(tài)摩擦系數(shù)。被涂覆的連續(xù)運行物體主要指的是帶狀或板狀材料。涂覆液可以是任何液體材料，例如感光液。
根據(jù)第一個方面，即使被涂覆物體的運行距離較長，鍍層也不容易磨損。因此，即使涂覆裝置涂桿用于向高速運行著的被涂覆物體上施加涂覆液，也可以防止鍍層在短時間內(nèi)消耗掉，以避免出現(xiàn)涂覆精度下降或產(chǎn)生諸如涂覆條紋等涂覆缺陷。
在本發(fā)明的這個方面中，Hv可以設(shè)置為1500或以上。
通過這種方式，在被涂覆物體的單位運行距離中的鍍層磨損量可以顯著降低。
在本發(fā)明的這個方面中，動態(tài)磨擦系數(shù)μ可以設(shè)置為0.5或以下。
通過這種方式，在被涂覆物體的單位運行距離中的鍍層磨損量可以顯著降低。
在本發(fā)明的這個方面中，鍍層可以通過離子鍍而形成。
通過離子鍍方法形成的鍍層的附著性高于其他方法形成的鍍層，因此鍍層不容易破裂或剝落。
在本發(fā)明的這個方面中，鍍層可以利用空心陰極離子鍍方法而形成。
通過空心陰極離子鍍方法形成的鍍層具有比其他離子鍍方法形成的鍍層更平滑的表面狀態(tài)。因此，鍍層與運行著的被涂覆物體之間的接觸面積會增加，而且產(chǎn)生在鍍層中的最大剪切力會降低，從而減小鍍層的磨損速度。因此，鍍層的耐磨性能可以進一步提高。涂桿表面的最大粗糙度的下限沒有特別的限制。最大粗糙度較低的涂桿表面更優(yōu)選采用。
在本發(fā)明的這個方面中，鍍層可以在400℃或以下的溫度形成。
通過這種方式，在形成了鍍層之后涂桿溫度返回外界溫度時，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力(殘余應(yīng)力)容易保持在足夠小的值。
在本發(fā)明的這個方面中，鍍層的薄膜厚度可以設(shè)置在0.2至4.0μm的范圍內(nèi)。
如果薄膜厚度小于0.2μm，則鍍層不具有防止磨損所需的足夠厚度，而且會因涂桿表面的粗糙度而導致鍍層表面粗糙，因此不容易保持鍍層的光滑度。如果薄膜厚度為4.0μm或以上，則鍍層容易破裂。因此，如果在形成鍍層的過程中使涂桿溫度發(fā)生了變化，或者在涂覆裝置涂桿的使用過程中有剪應(yīng)力或常規(guī)應(yīng)力施加在涂桿表面上，則鍍層容易破裂或剝落。
薄膜厚度優(yōu)選為1.0μm或以上。在這種情況下，涂桿可以具有足夠長的使用壽命。
在本發(fā)明的這個方面中，基于槽的不規(guī)則結(jié)構(gòu)可以形成在涂桿的圓周表面上，以調(diào)節(jié)施加在被涂覆物體上的涂覆液量。
在涂覆裝置涂桿通過這種方式而具有由涂桿表面中的槽構(gòu)成的不規(guī)則結(jié)構(gòu)的情況下(所謂的無繞線涂桿)，涂覆液量調(diào)節(jié)器具與涂覆裝置涂桿形成一體。這樣，即使是在真空中也能夠利用這種無繞線涂桿而令人滿意地完成鍍層處理。這一點在特性上與使用繞線桿式的情況不同。
為了達到第一個目的，在本發(fā)明的第二個方面中，一種用在涂覆裝置中的涂桿包括圓柱狀基質(zhì)材料；以及形成在基質(zhì)材料的圓周表面上的耐磨鍍層；其中，如果基質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)以α1×10-6/℃表示，鍍層的熱膨脹系數(shù)以α2×10-6/℃表示，鍍層的薄膜厚度以tμm表示，則滿足關(guān)系表達式|α1-α2|＜3/(t-4)+7。
通過這種方式，同時考慮了鍍層的薄膜厚度和熱膨脹系數(shù)，因此鍍層中產(chǎn)生的熱應(yīng)力可以限制在給定值或以下，從而即使在涂桿溫度變化時因基質(zhì)材料和鍍層的熱膨脹系數(shù)不同而在鍍層中產(chǎn)生熱應(yīng)力，在鍍層形成時產(chǎn)生在鍍層中的熱應(yīng)力和在薄膜形成后產(chǎn)生在鍍層中的殘余應(yīng)力也能夠被抑制在給定值或以下。這樣，即使是在鍍層形成過程中導致涂桿溫度變化，或是在涂桿使用過程中有剪應(yīng)力或常規(guī)應(yīng)力施加在涂桿表面上，鍍層也不容易破裂或剝落。
在本發(fā)明第二個方面中，鍍層可以在350℃或以下的溫度形成。
通過這種方式，在形成了鍍層之后涂桿溫度返回外界溫度時，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力(殘余應(yīng)力)容易保持在足夠小的值。
在本發(fā)明的這個方面中，|α1-α2|可以設(shè)置為1×10-5/℃或以下。
通過這種方式，可以在涂覆裝置涂桿的使用過程中確實防止鍍層破裂或剝落。
在本發(fā)明的這個方面中，鍍層的薄膜厚度可以設(shè)置在0.2至4.0μm的范圍內(nèi)。
如果薄膜厚度小于0.2μm，則鍍層不具有防止磨損所需的足夠厚度，而且會因涂桿表面的粗糙度而導致鍍層表面粗糙，因此不容易保持鍍層的光滑度。如果薄膜厚度為4.0μm或以上，則鍍層容易破裂。
薄膜厚度優(yōu)選為1.0μm或以上。在這種情況下，涂桿可以具有足夠長的使用壽命，并且可以在涂覆裝置涂桿的使用過程中確實防止鍍層破裂或剝落。
為了達到前述第二個目的，在本發(fā)明的第三個方面中，一種用在涂覆裝置中的涂桿包括圓柱狀基質(zhì)材料；形成在基質(zhì)材料的圓周表面上的中間層；以及形成在中間層的表面上的耐磨鍍層。
通過這種方式，可以防止鍍層破裂。
在本發(fā)明第三個方面中，中間層的熱膨脹系數(shù)可以小于基質(zhì)材料但大于鍍層，或者中間層的熱膨脹系數(shù)可以大于基質(zhì)材料但小于鍍層。
其結(jié)果是，即使在涂桿溫度變化時因基質(zhì)材料和鍍層的熱膨脹系數(shù)不同而在鍍層中產(chǎn)生了熱應(yīng)力，中間層也可以用于緩解熱應(yīng)力。因此，產(chǎn)生在鍍層中的熱應(yīng)力可以減小。這樣，即使是在鍍層形成過程中導致涂桿溫度發(fā)生變化，或是在涂桿使用過程中有剪應(yīng)力或常規(guī)應(yīng)力施加在涂桿表面上，鍍層也不容易破裂或剝落。
在選擇鍍層和中間層的材料時，如果它們的熱膨脹系數(shù)以這樣的方式設(shè)置，即所述系數(shù)不與基質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)相差太大，則在外界溫度下殘留在鍍層中的熱應(yīng)力會減小。這種選擇能夠有益地防止鍍層破裂或剝落。
在本發(fā)明的這個方面中，中間層可以由多層構(gòu)成。各層的熱碰撞系數(shù)可以這樣設(shè)置，即從基質(zhì)材料側(cè)至鍍層側(cè)一層一層地逐漸增加或減小。
其結(jié)果是，可以避免因基質(zhì)材料和鍍層材料的熱膨脹系數(shù)差別相對較大而造成較大的熱應(yīng)力產(chǎn)生在鍍層中。
在本發(fā)明的這個方面中，中間層的薄膜厚度可以設(shè)置在3至12μm的范圍內(nèi)。如果薄膜厚度小于3μm，則中間層不具有防止磨損所需的足夠厚度，而且會因涂桿表面的粗糙度而導致鍍層表面粗糙，因此不容易保持鍍層的光滑度。如果薄膜厚度為12μm以上，則鍍層向中間層的附著均勻度會降低。其結(jié)果是，鍍層的表面不能形成均勻表面。
在本發(fā)明的這個方面中，鍍層的薄膜厚度可以設(shè)置在0.2至4.0μm的范圍內(nèi)。
如果薄膜厚度小于0.2μm，則鍍層不具有防止磨損所需的足夠厚度，而且會因涂桿表面的粗糙度而導致鍍層表面粗糙，因此不容易保持鍍層的光滑度。如果薄膜厚度為4.0μm或以上，則鍍層容易破裂。
在本發(fā)明的這個方面中，鍍層可以通過離子鍍而形成。
通過這種方式，在鍍層形成時，鍍層的溫度可以設(shè)置得充分低。此外，鍍層向基質(zhì)材料上的附著力可以顯著提高。
在本發(fā)明第二個方面中，鍍層可以在350℃或以下的溫度形成。
通過這種方式，在形成了鍍層之后涂桿溫度返回外界溫度時，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力(殘余應(yīng)力)容易保持在足夠小的值。
在本發(fā)明的這個方面中，基于槽的不規(guī)則結(jié)構(gòu)可以形成在涂桿表面中，以調(diào)節(jié)施加到被涂覆物體上的涂覆液量。
在涂覆裝置涂桿通過這種方式而具有由涂桿表面中的槽構(gòu)成的不規(guī)則結(jié)構(gòu)的情況下(所謂的無繞線涂桿)，涂覆液量調(diào)節(jié)器具與涂覆裝置涂桿形成一體。這樣，即使是在真空中也能夠利用這種無繞線涂桿而令人滿意地完成鍍層處理。這一點在特性上與使用繞線桿式的情況不同。
為了達到前述第三個目的，在本發(fā)明的第四個方面中，提供了一種制造用在涂覆裝置中的涂桿的方法，其中，耐磨鍍層被形成在圓柱狀基質(zhì)材料的圓周表面上，所述方法包括布置步驟，將基質(zhì)材料布置在蒸鍍裝置的內(nèi)腔內(nèi)；第一鍍層形成步驟，將來自蒸鍍源的鍍層材料蒸鍍在從基質(zhì)材料的一個端部至基質(zhì)材料中央部分的區(qū)域中；重新布置步驟，重新布置基質(zhì)材料，以使基質(zhì)材料的一個端部與另一端部互換位置；以及第二鍍層形成步驟，將來自蒸鍍源的鍍層材料蒸鍍在從基質(zhì)材料的另一端部至基質(zhì)材料中央部分的區(qū)域中。
作為蒸鍍裝置，通常使用物理蒸鍍裝置，它的用于形成鍍層的內(nèi)腔中的構(gòu)造是眾所周知的。
根據(jù)第四個方面，在第二鍍層形成步驟中，鍍層可以形成在基質(zhì)材料的一部分上，所述部分位于可在第一鍍層形成步驟中形成鍍層的范圍之外。另外，由于鍍層是通過兩個步驟而形成的，因此鍍層的薄膜厚度可以形成得大于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的任何鍍層。此外，只要基質(zhì)材料的長度不大于可形成鍍層范圍內(nèi)的長度的兩倍，就能夠在整個基質(zhì)材料上形成鍍層。
在重新布置步驟中，作為示例，基質(zhì)材料被從內(nèi)腔中取出，然后基質(zhì)材料沿著其在第一鍍層形成步驟中插入內(nèi)腔中的方向的相反方向插入內(nèi)腔中，從而被重新布置。通過這種方式，可以容易地完成重新布置步驟，而不需要配備任何專用機構(gòu)。
在本發(fā)明的這個方面中，在第一鍍層形成步驟中，形成的鍍層可以包含第一逐漸變薄鍍層部分，其中鍍層厚度從基質(zhì)材料的一個端部向著基質(zhì)材料中央部分逐漸變薄。在第二鍍層形成步驟中，形成的鍍層可以包含第二逐漸變薄鍍層部分，其中鍍層厚度從基質(zhì)材料的另一端部向著基質(zhì)材料中央部分逐漸變薄，通過這種方式，即使基質(zhì)材料較長，所形成的鍍層也能夠在整體上具有均勻的厚度。
在本發(fā)明的這個方面中，在布置步驟中，基質(zhì)材料的位置被這樣設(shè)置，即能夠形成鍍層的范圍的邊界被用作判斷標準或基準。
通過這種方式，基質(zhì)材料的位置容易設(shè)置，而且容易找到能夠在基質(zhì)材料上形成均勻厚度的位置。
由于在不同的蒸鍍裝置中適宜的基質(zhì)材料設(shè)置位置是不同的，因此，為了使鍍層薄膜具有均勻的厚度，優(yōu)選事先判斷出基質(zhì)材料能夠在相應(yīng)蒸鍍裝置中形成均勻厚度薄膜的設(shè)置位置。
在本發(fā)明的這個方面中，離子鍍裝置可以用作蒸鍍裝置。
通過這種方式，鍍層薄膜容易形成得具有大的附著力和均勻的厚度。
圖2是根據(jù)第一個實施例的涂覆裝置涂桿的放大局部側(cè)向剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的涂覆裝置涂桿的放大局部側(cè)向剖視圖。
圖4是示例1的實驗結(jié)果的曲線圖。
圖5也是示例1的實驗結(jié)果的曲線圖。
圖6是示例2的實驗結(jié)果的曲線圖。
圖7是一個示例的側(cè)向剖視圖，其中涂覆裝置涂桿被用作這種類型的涂桿，即可以刮掉施加在帶材上的多余涂覆液。
圖8是用于與本發(fā)明的第一和第二個實施例作比較的現(xiàn)有技術(shù)中的涂覆裝置涂桿的局部剖視圖。
圖9是利用根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的涂覆裝置涂桿向帶材上涂覆涂覆液時的步驟的側(cè)向剖視圖。


圖10是根據(jù)第三個實施例的涂覆裝置涂桿的放大局部側(cè)向剖視圖。
圖11是第三個實施例中的示例的結(jié)果的曲線圖。
圖12是利用根據(jù)本發(fā)明第四個實施例的涂覆裝置涂桿向帶材上涂覆涂覆液時的步驟的側(cè)向剖視圖。
圖13是根據(jù)第四個實施例的涂覆裝置涂桿結(jié)構(gòu)的放大局部側(cè)向剖視圖。
圖14是利用根據(jù)本發(fā)明第五個實施例的涂覆裝置涂桿是施加涂覆液時的步驟的側(cè)向剖視圖。
圖15(A)至15(C)是側(cè)向剖視圖，分別示出了根據(jù)本發(fā)明第五個實施例的以下狀態(tài)在基質(zhì)材料布置步驟中布置了的基質(zhì)材料的狀態(tài)；實施第一鍍層形成步驟時的狀態(tài)；在第一鍍層形成步驟中形成了鍍層后的狀態(tài)。
圖16(A)至16(C)是側(cè)向剖視圖，分別示出了根據(jù)本發(fā)明第五個實施例的以下狀態(tài)在重新布置步驟中改變了基質(zhì)材料設(shè)置位置后的狀態(tài)；實施第二鍍層形成步驟時的狀態(tài)；在第二鍍層形成步驟中形成了鍍層后的狀態(tài)。
圖17是根據(jù)第五個實施例的示例所作的基質(zhì)材料在內(nèi)腔中的設(shè)置位置(作為一項參數(shù))的側(cè)視圖。
圖18(A)至18(C)是側(cè)向剖視圖，分別示出了根據(jù)第五個實施例的示例(為選擇基質(zhì)材料設(shè)置位置所作實驗)的以下狀態(tài)在基質(zhì)材料布置步驟中布置了的基質(zhì)材料的狀態(tài)；實施第一鍍層形成步驟時的狀態(tài)；在第一鍍層形成步驟中形成了鍍層后的狀態(tài)。
圖19(A)至19(C)是側(cè)向剖視圖，分別示出了根據(jù)第五個實施例的示例(為選擇基質(zhì)材料設(shè)置位置所作實驗)的以下狀態(tài)在重新布置步驟中改變了基質(zhì)材料設(shè)置位置后的狀態(tài)；實施第二鍍層形成步驟時的狀態(tài)；在第二鍍層形成步驟中形成了鍍層后的狀態(tài)。
圖20是根據(jù)第五個實施例的示例(為選擇基質(zhì)材料設(shè)置位置所作實驗)所獲得的鍍層的薄膜厚度分布曲線圖。
圖21(A)至21(C)是側(cè)向剖視圖，分別示出了根據(jù)第五個實施例的示例制作涂桿時的以下狀態(tài)在基質(zhì)材料布置步驟中布置了的基質(zhì)材料的狀態(tài)；實施第一鍍層形成步驟時的狀態(tài)；在第一鍍層形成步驟中形成了鍍層后的狀態(tài)。
圖22(A)至22(C)是側(cè)向剖視圖，分別示出了根據(jù)第五個實施例的示例制作涂桿時的以下狀態(tài)在重新布置步驟中改變了基質(zhì)材料設(shè)置位置后的狀態(tài)；實施第二鍍層形成步驟時的狀態(tài)；在第二鍍層形成步驟中形成了鍍層后的狀態(tài)。
圖23是在五個實施例的示例中獲得的涂覆裝置涂桿的薄膜厚度分布曲線圖。
涂桿10是這樣構(gòu)成的，即耐磨鍍層14形成在圓柱狀基質(zhì)材料12的圓周表面上。在很多情況下，基質(zhì)材料12由不銹鋼制成。在基質(zhì)材料的圓周表面上，沿著帶材W的圓周方向(即垂直于其軸向并且沿著帶材W的運行方向)形成了許多槽18(見圖2)。其結(jié)果是，涂桿的圓周表面被制作成不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。
如果鍍層14與帶材W之間的磨擦系數(shù)以μ表示，則鍍層14的材料是以這樣的方式選擇的，即鍍層14的維氏硬度Hv滿足下面的公式(1)Hv＞1500×μ2+1200 (1)在這個條件表達式中，摩擦系數(shù)越高，相關(guān)的維氏硬度Hv也越高。
其結(jié)果是，涂桿10的鍍層14不容易磨損。因此，即使涂桿以高速向帶材W上涂覆涂覆液，也能夠防止涂覆精度下降和/或產(chǎn)生涂覆條紋等缺陷。由于涂桿10的使用壽命可以延長，因此單位產(chǎn)量中消耗的涂桿10的數(shù)量可以減少。這一事實可以顯著降低制造成本。另外，涂桿10在使用中(也就是在配備有涂桿10的涂覆生產(chǎn)線的運行過程中)的更換次數(shù)可以減少。其結(jié)果是，用于制造帶材W的生產(chǎn)線的開工率可以顯著提高。
鍍層14的薄膜厚度優(yōu)選設(shè)置在1.0至4.0μm的范圍內(nèi)。通過將薄膜厚度設(shè)置在1.0μm或以上，鍍層可以具有足夠的厚度以防磨損。此外，還可以防止因涂桿表面的粗糙度而導致涂覆表面粗糙。其結(jié)果是，可以可靠地獲得足夠的涂覆光滑度。另外，涂桿可以獲得充分的使用壽命，并且可以防止涂桿在使用過程中破裂或剝落。
通過將薄膜厚度設(shè)置在4.0μm以下，可以防止鍍層容易破裂。因此，如果在形成鍍層的過程中使得涂桿的溫度發(fā)生變化，或者在涂桿的使用過程中有剪應(yīng)力或其他常規(guī)應(yīng)力施加在涂桿上，鍍層不容易破裂或剝落。
鍍層14優(yōu)選通過離子鍍而形成。這樣可以在形成鍍層時將鍍層的溫度設(shè)置得足夠低，并且使得鍍層14向基質(zhì)材料12上的粘附力顯著增大。
鍍層14優(yōu)選為TiN薄膜、TiCN薄膜、CrN薄膜、TiC薄膜、Al2O3薄膜、Cr2O3薄膜、SiO3薄膜、Ti2O3薄膜、AlN薄膜、ZrN薄膜、SiC薄膜、DLC薄膜或類似物。然而，鍍層14的種類并不局限于此。
為了調(diào)節(jié)涂覆液的量，可以在涂覆裝置涂桿10的表面?zhèn)仍O(shè)置一些結(jié)構(gòu)。作為能夠提供所述結(jié)構(gòu)的方式，一種簡單易行的方式是在涂桿表面上纏繞線材(未示出)。在表面上纏有線材的涂敷裝置涂桿通常稱作繞線涂桿。
然而，如果繞線涂桿是在真空狀態(tài)下經(jīng)受鍍層處理后才被使用的，則會因線材與基質(zhì)材料之間的間隙中存有空氣而難以完成真空處理。
因此，如前所述，在本實施例中，由槽18構(gòu)成的不規(guī)則結(jié)構(gòu)形成在涂桿表面上(所謂的無繞線涂桿)，以便調(diào)節(jié)施加在被涂覆物體上的涂覆液量。簡而言之，涂覆液量調(diào)節(jié)器具與涂覆裝置涂桿形成一體。這樣，即使是在真空中也能夠令人滿意地完成鍍層處理。[第二個實施例]下面描述根據(jù)第二個實施例的涂桿。在第二個實施例中，與第一個實施例中相同的元件以相同的附圖標記表示，并且以下不再對它們作描述。
根據(jù)第二個實施例的涂桿220(見圖3)是這樣構(gòu)成的，即耐磨鍍層222以HCD方式(空心陰極離子鍍方式)形成在圓柱狀基質(zhì)材料212的圓周表面上。
以HCD方式形成的鍍層222的表面狀態(tài)在光滑度方面優(yōu)于其他任何離子鍍形成的鍍層。出于這種原因，鍍層與運行著的帶材W之間的接觸面積可以增加，從而導致鍍層在涂覆階段所產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力下降。由于這樣可以使鍍層222的磨損率降低，因此鍍層222的耐磨性能好于第一個實施例。
作為鍍層222的材料，優(yōu)選采用DLC(類金剛石)或TiN(氮化鈦)。其他優(yōu)選的例子包括TiCN、CrN、TiC、Al2O3、Cr2O3、SiO3、Ti2O3、AlN、ZrN、SiC。或者，也可以采用Ni、Cr、W、Co或類似物通過電鍍而形成的鍍膜。
在本實施例中，由槽218構(gòu)成的不規(guī)則結(jié)構(gòu)可以利用于第一個實施例相同的方式形成在涂桿表面上，以便調(diào)節(jié)施加在被涂覆物體上的涂覆液量。[示例1]由不銹鋼(SUS 304)制作的直徑為φ13mm的基質(zhì)材料被用作基質(zhì)材料12，以制作出多個涂桿，其中鍍層的不同材料(鍍層種類)作為可變參數(shù)。鍍層是通過離子鍍形成的。
這些涂桿被用于向運行著的帶材W上涂覆涂覆液，并且能夠調(diào)節(jié)涂覆液的量。如圖1所示，作了這樣的實驗，其中帶材W在50m/min的運行速度下被涂覆上涂覆液。每個涂桿的旋轉(zhuǎn)方向Q被這樣設(shè)置，即與帶材W相接觸的涂桿表面向著與帶材運行方向P相反的方向移動(見圖1)。至于涂覆液的物理特性，其粘度為8cp，表面張力為22mN/m。涂覆液的配方顯示于表1中。
表1

形成在涂桿表面上的鍍層材料以及材料性能(每種材料與帶材W之間的磨擦系數(shù)以及材料硬度)顯示于表2中。涂覆實驗的結(jié)果顯示于圖4中。在表2中，“材料”一欄中標為“SUS 304”的部分指的是沒有形成鍍層。
表2

從表2和圖4可以理解，在基質(zhì)材料12上的鍍層由DLC薄膜或TiN薄膜構(gòu)成的情況下，耐磨性能遠遠好于鍍層由其他材料構(gòu)成時的情況。
為了考察鍍層硬度與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系，涂覆長度設(shè)置在2×105m時所作實驗的結(jié)果被評估。在磨損量為1.0μm或以下時，在圖5中以代表良好結(jié)果的標記“○”顯示。在磨損量為1.0μm或以上時，在圖5中以代表較差結(jié)果的標記“×”顯示。在圖5中，位于彎曲實線上方的區(qū)域滿足第一個實施例中的表達式(1)。
結(jié)果表明，為了評估鍍層的耐磨性能，需要同時考慮鍍層硬度和摩擦系數(shù)；此外，在帶材W被涂覆涂覆液的實驗中，在滿足表達式(1)的情況下鍍層不容易磨損，而在不滿足表達式(1)的情況下鍍層容易磨損。結(jié)果還表明，優(yōu)選將硬度Hv設(shè)置在1500或以上，并將摩擦系數(shù)μ設(shè)置在0.5或以下，更優(yōu)選將硬度Hv設(shè)置在1800或以上，并將摩擦系數(shù)μ設(shè)置在0.4或以下。[示例2]由不銹鋼(SUS 304)制作的直徑為φ13mm的基質(zhì)材料被用作基質(zhì)材料12，以制作出一個表面以HCD方法鍍有TiN薄膜的涂桿和一個表面以AIP方法(電弧放電方法)鍍有TiN薄膜的涂桿。(在任一情況下，鍍層均通過離子鍍形成。)所述涂桿被用于向運行著的帶材W上涂覆涂覆液，并且能夠調(diào)節(jié)涂覆液的量。如圖1所示，作了這樣的實驗，其中帶材W在50m/min的運行速度下被涂覆上涂覆液。至于涂覆液的物理特性，其粘度為7cp，表面張力為25mN/m。涂覆液的配方顯示于表3中。表3

在表面為硬鉻(H-Cr)和表面為SUS 304的情況下進行了實驗，所得到的實驗結(jié)果被比較。形成在涂桿表面上的鍍層材料以及鍍層厚度顯示于表4中。鍍層實驗結(jié)果顯示于圖6中。
表4

從表4和圖6中可以看到，在鍍層材料為TiN的情況下，耐磨性能顯著好于材料為硬Cr和SUS 304時的情況。另外，可以理解，在相同薄膜厚度下，由HCD方法形成的TiN薄膜的耐磨性能遠好于由AIP方法形成的TiN薄膜。
前面描述了第一和第二個實施例以及它們的示例。上述實施例只是示例性的，在不脫離本發(fā)明主題的前提下，可以對它們作出改變。例如，本發(fā)明可以用作這種類型的涂桿30，其可以刮掉施加在帶材W上的多余涂覆液(見圖7)。當然，本發(fā)明的范圍并不局限于上述實施例。
本發(fā)明的第一和第二個實施例所能夠達到的效果在“發(fā)明內(nèi)容”中被描述為第一方面的效果。[第三個實施例]下面通過第三個實施例描述本實施例的第二個方面。為了簡化，在本實施例的描述中僅將涂覆裝置涂桿稱作“涂桿”。
如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的涂桿310被用于向運行著的帶材W上涂覆涂覆液，并且能夠調(diào)節(jié)涂覆液的量。
如圖10所示，涂桿310是這樣構(gòu)成的，即耐磨鍍層314形成在圓柱狀基質(zhì)材料312的圓周表面上。在很多情況下，基質(zhì)材料312由不銹鋼制成。鍍層314是利用離子鍍裝置形成的。
作為鍍層314的材料，優(yōu)選采用DLC(類金剛石)或TiN(氮化鈦)。其他優(yōu)選的例子包括TiCN、CrN、TiC、Al2O3、Cr2O3、SiO3、Ti2O3、AlN、ZrN、SiC?；蛘撸部梢圆捎肗i、Cr、W、Co或類似物通過電鍍而形成的鍍膜。
如果基質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)以α1×10-6/℃表示，鍍層的熱膨脹系數(shù)以α2×10-6/℃表示，鍍層的薄膜厚度以tμm表示，則基質(zhì)材料312和鍍層314的選擇方式應(yīng)滿足以下關(guān)系表達式|α1-α2|＜3/(t-4)+7 (2)其結(jié)果是，形成鍍層時所產(chǎn)生的鍍層熱應(yīng)力或者鍍層形成后產(chǎn)生的薄膜殘余應(yīng)力可以降低到給定值或以下，從而防止在涂桿的制造或使用過程中發(fā)生鍍層破裂或剝落。
鍍層314是利用離子鍍裝置形成的。在離子鍍裝置中，鍍層可以以相對低溫形成。因此，涂桿在形成鍍層時和處在外界溫度中時的溫差變小，從而使得形成鍍層時所產(chǎn)生的鍍層熱應(yīng)力或者鍍層形成后產(chǎn)生的鍍層殘余應(yīng)力能夠降低。出于這個原因，鍍層314不容易破裂或剝落。
通過這種方式，在根據(jù)本實施例的涂桿310中，可以防止其鍍層剝落。因此，涂桿的使用壽命可以延長，因此單位產(chǎn)量中消耗的涂桿的數(shù)量可以減少。其結(jié)果是，可以顯著降低制造成本，而且涂桿的更換頻率可以減少。這樣，帶材生產(chǎn)線的開工率可以顯著提高。[示例]由不銹鋼(SUS 304)制作的直徑為φ13mm的基質(zhì)材料被用作基質(zhì)材料312，以制作出多個涂桿，其中鍍層的材料(鍍層種類)、薄膜厚度等作為可變參數(shù)。
這些涂桿被用于向運行著的帶材W上涂覆涂覆液，并且能夠調(diào)節(jié)涂覆液的量。如圖9所示，作了這樣的實驗，其中帶材W在70m/min的運行速度下被涂覆上涂覆液。每個涂桿的旋轉(zhuǎn)方向Q被這樣設(shè)置，即與帶材W相接觸的涂桿表面向著與帶材運行方向P相同的方向移動(見圖9)。涂覆液的配方顯示于表1中。
表1

實驗之后，帶材的涂覆表面狀態(tài)和每個涂桿的表面狀態(tài)被檢測。所加工出的涂桿的結(jié)構(gòu)和涂覆實驗的結(jié)果顯示于表2中。
表2

(基質(zhì)材料(SUS 304)的熱膨脹系數(shù)16.5×10-6/℃)
從表2可以理解，在這13個涂桿中，兩個涂桿(No.4和No.8)在帶材的涂覆表面上產(chǎn)生了劃痕，而且涂桿表面破裂。對于其他涂桿，涂覆表面狀態(tài)和涂桿表面狀態(tài)是好的。
在圖11中，上述實驗的結(jié)果以曲線圖示出，圖中橫軸代表鍍層薄膜厚度，縱軸代表熱膨脹系數(shù)的差值。在圖11中，出現(xiàn)不良結(jié)果的涂桿以×表示，好的涂桿以○表示。位于彎曲實線下方或左側(cè)的區(qū)域是滿足表達式(1)的區(qū)域。
從圖11中可以看出，在滿足表達式(2)的情況下，可以獲得良好的實驗結(jié)果。在不滿足表達式(2)的情況下，會產(chǎn)生缺陷?？梢岳斫?，從生產(chǎn)可靠性的角度來看，滿足表達式(2)“|α1-α2|＜3/(t-4)+7”的區(qū)域，也就是位于圖11中的彎曲虛線的下方或左側(cè)的區(qū)域，更優(yōu)選采用。
此外，可以理解，在鍍層和基質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)差值較大的情況下，需要考慮薄膜厚度是否合適，以防止鍍層發(fā)生破裂。
上面通過第三個實施例而描述了本發(fā)明第二方面。上述實施例只是示例性的，在不脫離本發(fā)明主題的前提下，可以對它作出改變。例如，本發(fā)明可以用作這種類型的涂桿30，其可以刮掉施加在帶材W上的多余涂覆液(見圖7)。當然，本發(fā)明的范圍并不局限于上述實施例。
本發(fā)明的第三個實施例所能夠達到的效果在“發(fā)明內(nèi)容”中被描述為第二方面的效果。[第四個實施例]下面通過第四個實施例描述本發(fā)明的第三個方面。為了簡化，在本實施例的描述中僅將涂覆裝置涂桿稱作“涂桿”。
如圖12所示，根據(jù)本實施例的涂桿410被用于向運行著的帶材W上涂覆涂覆液，并且能夠調(diào)節(jié)涂覆液的量。
如圖13所示，涂桿410是這樣構(gòu)成的，即中間層413形成在基質(zhì)材料412上，而耐磨鍍層414形成在中間層413上。在很多情況下，基質(zhì)材料412由不銹鋼制成。
在中間層413和鍍層414利用離子鍍裝置形成的情況下，它們可以在相對低溫下形成；因此，涂桿在形成鍍層時和處在外界溫度中時的溫差變小，從而使得鍍層414或中間層413不容易破裂或剝落。
在選擇中間層413和鍍層414的材料時，基質(zhì)材料412、中間層413和鍍層414的熱膨脹系數(shù)應(yīng)當以這樣的方式選擇，即它們按著上述次序依次增加或減小。
通過這種方式，即使在涂桿溫度變化時因基質(zhì)材料412和鍍層414之間的熱膨脹系數(shù)差異而導致鍍層414中產(chǎn)生熱應(yīng)力，中間層413也能夠用作緩解材料。其結(jié)果是，施加在各層中的熱應(yīng)力較小。如果高硬度陶瓷這種在薄膜厚度較大時容易破裂的材料被用于形成鍍層414，則通過形成中間層413，可以使得鍍層414至基質(zhì)材料412的薄膜厚度被制作得較大；因此，可以獲得磨損量余度。
通過這種方式，在根據(jù)本實施例的涂桿410中，可以防止其鍍層剝落。因此，涂桿的使用壽命可以延長，因此單位產(chǎn)量中消耗的涂桿的數(shù)量可以減少。其結(jié)果是，可以顯著降低制造成本，而且涂桿的更換頻率可以減少。這樣，帶材生產(chǎn)線的開工率可以顯著提高。[示例]由不銹鋼制作的直徑為φ13mm的基質(zhì)材料被用作基質(zhì)材料412，以制作出四種涂桿(No.1至4)，其中中間層和鍍層依次形成在每個基質(zhì)材料上。這些涂桿被用于向運行著的帶材W上涂覆涂覆液，并且能夠調(diào)節(jié)涂覆液的量。如圖12所示，作了這樣的實驗，其中帶材W在60m/min的運行速度下被涂覆上涂覆液。每個涂桿的旋轉(zhuǎn)方向Q被這樣設(shè)置，即與帶材W相接觸的涂桿表面向著與帶材運行方向P相同的方向移動(見圖9)。涂覆液的配方顯示于表1中。
表1

所制作出的涂桿的結(jié)構(gòu)顯示于表2中，利用各個涂桿所獲得的實驗結(jié)果顯示于表3中。
表2

鋁合金成分Fe0.5％，Si0.8％，Mn0.5％，Mg0.1％，鋁剩余值。
表3

從表2和3可以理解，對于基質(zhì)材料、中間層和鍍層的熱膨脹系數(shù)按這一次序依次減小(單向減小)的涂桿，也就是涂桿No.1和No.2，則帶材的涂覆表面狀態(tài)是好的，而且完成實驗后涂桿表面狀態(tài)也是好的。
另一方面，對于基質(zhì)材料、中間層和鍍層的熱膨脹系數(shù)分別為中、大、小的涂桿，也就是涂桿No.3，劃痕會產(chǎn)生在帶材的涂覆表面上，而且完成實驗后涂桿表面明顯破裂。對于沒有設(shè)置中間層的涂桿，也就是涂桿No.4，它與涂桿No.3相同，劃痕會產(chǎn)生在帶材的涂覆表面上，而且完成實驗后涂桿表面明顯破裂。
上面通過第四個實施例而描述了本發(fā)明第三方面。上述實施例只是示例性的，在不脫離本發(fā)明主題的前提下，可以對它作出改變。例如，本發(fā)明可以用作這種類型的涂桿，其可以刮掉施加在帶材W上的多余涂覆液(見圖7)。當然，本發(fā)明的范圍并不局限于上述實施例。
本發(fā)明的第四個實施例所能夠達到的效果在“發(fā)明內(nèi)容”中被描述為第三方面的效果。[第五個實施例]下面通過第五個實施例描述本發(fā)明的第四個方面。為了簡化，在本實施例的描述中僅將涂覆裝置涂桿稱作“涂桿”。
如圖14所示，根據(jù)本實施例的涂桿制作程序用于制作涂桿，所述涂桿用于向運行著的帶材W上涂覆涂覆液L。
涂桿510是這樣構(gòu)成的，即耐磨鍍層514形成在質(zhì)材料512的圓周表面上。在很多情況下，基質(zhì)材料512由不銹鋼制成。鍍層514是利用離子鍍裝置形成的。[離子鍍裝置的結(jié)構(gòu)]如圖15(A)至15(C)所示，用于形成鍍層的離子鍍裝置516具有內(nèi)腔518和設(shè)在內(nèi)腔518中的蒸鍍源520。
內(nèi)腔518被構(gòu)造得具有較長的尺寸，從而可以容納一根涂桿510，而且蒸鍍源520被布置在從內(nèi)腔518的門522附近至內(nèi)腔518的中間位置的區(qū)域內(nèi)(沿縱向)。[通過在基質(zhì)材料上形成薄膜而加工出制品]離子鍍裝置516用于制作其上形成有耐磨鍍層的制品(涂桿)。首先，未被使用過的圓柱狀基質(zhì)材料512被設(shè)置在內(nèi)腔518中的預(yù)定設(shè)置位置上。將要布置基質(zhì)材料的設(shè)置位置是根據(jù)例如內(nèi)腔518中的標準位置S與基質(zhì)材料512的一個端部512L之間的距離而確定的(布置步驟，見圖15(A))。在本實施例中，描述的是基質(zhì)材料512的一個端部512L的位置與標準位置S重合時的情況。
內(nèi)腔518被抽真空，然后，在基質(zhì)材料512繞著其自身軸線旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，通過離子鍍而在基質(zhì)材料512上形成耐磨鍍層514A(第一鍍層形成步驟，見圖15(B))。此時，用于形成鍍層514A的薄膜形成條件(主要是薄膜形成時間和離子鍍裝置輸出功率)被設(shè)置得能夠使鍍層514A獲得理想厚度，而鍍層即被如此形成。
其結(jié)果是，如圖15(C)所示，耐磨鍍層514A形成在基質(zhì)材料512上的接近于蒸鍍源520的那一半?yún)^(qū)域上，所述區(qū)域即從一個端部512L至中央部分512M的區(qū)域。在中央部分512M處，鍍層端部514T平緩地變薄。
接下來，內(nèi)腔518中的壓力恢復到大氣壓力，然后，基質(zhì)材料512被從內(nèi)腔518中抽出。基質(zhì)材料的方向被改變，以使其先前位于內(nèi)腔518內(nèi)側(cè)部分附近的另一端部512R安置在標準位置S上。也就是說，基質(zhì)材料被布置在改變了180°的狀態(tài)，并且位于其一個端部與另一端部對調(diào)的位置上(重新布置步驟，見圖16(A))。
內(nèi)腔518被抽真空，然后，利用與執(zhí)行第一鍍層形成步驟時相同的條件在基質(zhì)材料上形成鍍層514B(第二鍍層形成步驟，見圖15(B))。
其結(jié)果是，如圖16(C)所示，耐磨鍍層514B形成在基質(zhì)材料512上的接近于蒸鍍源520的那一半?yún)^(qū)域上，所述區(qū)域即從另一端部512R至中央部分512M的區(qū)域。在中央部分512M處，耐磨鍍層514B的鍍層端部514U平緩地變薄。這個鍍層端部514U疊加在鍍層端部514T上。
其結(jié)果是，位于鍍層514A與鍍層514B之間的連接部分514V的厚度，也就是鍍層端部514T與鍍層端部514U相疊加部分的厚度，與涂桿兩端的薄膜厚度一樣大。因此，連接部分514V處沒有形成臺階。
通過這種方式，鍍層514可以被制作得具有理想厚度，并因此而制作出了具有均勻厚度的耐磨鍍層514。因此，在涂桿510被用于向運行著的帶材W上涂覆涂覆液時，涂桿510與帶材W之間的接觸面積可以增大，以防止涂桿510局部磨損。
因此，即使涂覆液以高速施加，也能夠防止涂覆精度下降和/或產(chǎn)生涂覆條紋等缺陷。即使在涂桿的使用過程中會因運行著的帶材W所施加的力而導致有剪應(yīng)力或其他常規(guī)應(yīng)力施加在涂桿510上，鍍層514也不容易破裂或剝落。此外，涂桿510的使用壽命可以延長，因此單位產(chǎn)量中消耗的涂桿510的數(shù)量可以減少。其結(jié)果是，可以顯著降低制造成本，而且每單位產(chǎn)量中的所需涂桿更換次數(shù)(也就是在配備有涂桿510的涂覆生產(chǎn)線的運行周期中的所需涂桿更換次數(shù))可以減少。這樣，用于制造帶材W的生產(chǎn)線的開工率可以顯著提高。
作為鍍層514，優(yōu)選采用類金剛石或氮化鈦薄膜。其他優(yōu)選的材料例子包括TiCN、CrN、TiC、Al2O3、Cr2O3、SiO3、Ti2O3、AlN、ZrN、SiC。
在基質(zhì)材料512在內(nèi)腔518中的設(shè)置位置事先不清楚的情況下，優(yōu)選進行選擇基質(zhì)材料設(shè)置位置的實驗，所述實驗將描述于下面的示例中。在所述實驗中，基質(zhì)材料512的一個端部512L與標準位置S之間的距離作為參數(shù)而被改變?yōu)閳D15(A)中的d1、d2或類似值，而且要判斷在哪個基質(zhì)材料設(shè)置位置上所獲得的薄膜厚度更均勻。通過這種方式，可以找到優(yōu)選的設(shè)置位置。在對離子鍍裝置之一找到了上述設(shè)置位置后，可以在其他離子鍍裝置中使用相同的設(shè)置位置，只要其他裝置與經(jīng)受分析的那個裝置類型相同即可。[示例]在本實施例的示例中，一種離子鍍裝置用于制作涂桿，以將涂桿表面上均勻地形成耐磨鍍層。如圖17所示，本示例中所用的離子鍍裝置536中的可形成鍍層的區(qū)域范圍是水平方向上的900mm或以下的范圍L1。本示例中使用的基質(zhì)材料542的長度(L2)為1600mm。[選擇基質(zhì)材料設(shè)置位置的實驗]在制作其基質(zhì)材料542上形成有鍍層的制品(涂桿)之前，將針對圖17中所示的每個位置No.1至4而執(zhí)行設(shè)置位置選擇步驟(即所謂的條件選擇實驗)，以獲得基質(zhì)材料542在內(nèi)腔538中的優(yōu)選位置，即施加在基質(zhì)材料上的鍍層更均勻或一致的位置。
如圖18(A)所示，基質(zhì)材料542的一個端部542L被布置得與內(nèi)腔538中的標準位置S重合。也就是說，一個端部542L被這樣布置，即它與內(nèi)腔538中的標準位置S之間的距離為0mm(即X＝0mm)，并且基質(zhì)材料伸向內(nèi)腔的內(nèi)側(cè)部分(布置步驟)。接近于內(nèi)腔538的門532的那個端部被當作基準端部542L。基質(zhì)材料542由不銹鋼制成，且直徑為φ10mm。
內(nèi)腔538被抽真空，然后，在基質(zhì)材料542繞著其自身軸線旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，通過離子鍍而在基質(zhì)材料542上形成耐磨鍍層544A(為確定條件所作第一鍍層形成步驟，見圖18(B)和18(C))。鍍層544A的材料用的是TiN(如后文所述的鍍層544E的材料用的也是TiN)。形成鍍層的時間設(shè)置得較短。
接下來，內(nèi)腔538中的壓力恢復到大氣壓力，然后，基質(zhì)材料542被從內(nèi)腔538中抽出?；|(zhì)材料542的方向被改變，以使基質(zhì)材料542的另一端部542R安置在標準位置S上。通過這種方式，基質(zhì)材料542被安置在內(nèi)腔538中(為確定條件所作重新布置步驟，見圖19(A))。
內(nèi)腔538被抽真空，然后，利用與執(zhí)行為確定條件所作第一鍍層形成步驟時相同的條件在基質(zhì)材料上形成鍍層544B(為確定條件所作第二鍍層形成步驟，見圖19(B)和19(C))。
在為確定條件所作第二鍍層形成步驟之后，基質(zhì)材料542被從內(nèi)腔538中取出，而且其薄膜厚度分布被檢驗(見圖20)。在圖20中以橫軸表示的薄膜厚度分布是將“鍍層薄膜厚度”除以“預(yù)期薄膜厚度”而得到的值。
未被使用過的基質(zhì)材料552(見圖17)現(xiàn)在被采用，基質(zhì)材料552的一個端部552L被布置得與內(nèi)腔538中的標準位置S相隔的距離為10mm(即安置在X＝10mm的位置上)，并且基質(zhì)材料伸向內(nèi)腔的內(nèi)側(cè)部分(布置步驟)。然后，利用與執(zhí)行為確定條件所作第一鍍層形成步驟時相同的條件形成鍍層。基質(zhì)材料552的尺寸、材料等設(shè)置得與基質(zhì)材料542相同。
接下來，利用與執(zhí)行為確定條件所作布置步驟時相同的方式，基質(zhì)材料552的方向被改變。此時，基質(zhì)材料552的另一端部552R被安置在X＝10mm的位置上。
此外，利用與執(zhí)行為確定條件所作第二鍍層形成步驟時相同的方式形成鍍層。然后，鍍層的薄膜厚度分布被檢驗(見圖20)。
通過相同方式，在X＝15mm和X＝20mm情況下的形成鍍層，并且檢驗它們的薄膜厚度分布(見圖20)。
從圖20中可以看出，在X＝15mm情況下上述實驗結(jié)果最優(yōu)選采用，也就是說，薄膜厚度最均勻或一致。[通過在基質(zhì)材料上形成鍍層而加工出制品]接下來，要在涂桿560上形成耐磨鍍層564(見圖22(C))。也就是說，加工出制品。
如圖21(A)所示，首先，未被使用過的基質(zhì)材料562被采用，以將基質(zhì)材料562布置在內(nèi)腔538中，基質(zhì)材料562的左端位置滿足X＝15mm(布置步驟)?；|(zhì)材料562的尺寸、材料等設(shè)置得與基質(zhì)材料542相同。
內(nèi)腔538被抽真空，然后，在基質(zhì)材料562繞著其自身軸線旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，通過離子鍍而在基質(zhì)材料562上形成耐磨鍍層564A(第一鍍層形成步驟，見圖21(B)和21(C))。
其結(jié)果是，耐磨鍍層564A形成在基質(zhì)材料562上的接近于蒸鍍源540的那一半?yún)^(qū)域上，所述區(qū)域即從一個端部562L至中央部分562M的區(qū)域。在中央部分562M處，鍍層端部564T平緩地變薄。
在形成鍍層時，為了將鍍層的薄膜(TiN薄膜)厚度設(shè)置為2μm，鍍層的形成時間、裝置的輸出功率等將根據(jù)前述為選擇基質(zhì)材料的設(shè)定位置所作實驗中所形成的鍍層厚度、鍍層形成時間等因素而適宜地設(shè)置。
接下來，內(nèi)腔538中的壓力恢復到大氣壓力，然后，基質(zhì)材料562被從內(nèi)腔538中抽出?；|(zhì)材料562的方向被改變，以使基質(zhì)材料562以這樣的方式安置在內(nèi)腔538中，即基質(zhì)材料562的另一端部562R的位置滿足X＝15mm。通過這種方式，基質(zhì)材料562被安置在內(nèi)腔538中(重新布置步驟，見圖22(A))。
內(nèi)腔538被抽真空，然后，利用與執(zhí)行第一鍍層形成步驟時相同的條件在基質(zhì)材料上形成鍍層564B(第二鍍層形成步驟，見圖22(B)和22(C))。
其結(jié)果是，耐磨鍍層564B形成在基質(zhì)材料562上的接近于蒸鍍源540的那一半?yún)^(qū)域上，所述區(qū)域即從另一端部562R至中央部分562M的區(qū)域。在中央部分562M處，耐磨鍍層564B的鍍層端部564U平緩地變薄。這個鍍層端部564U疊加在鍍層端部564T上。
這個涂桿560的鍍層564的薄膜厚度分布被檢驗。其結(jié)果是，(鍍層薄膜厚度)/(預(yù)期薄膜厚度即2μm)所得到的值被抑制在0.8至1.1的范圍內(nèi)，如圖23中的白色三角形標記所示。
為了形成厚度為3μm的鍍層，未被使用過的基質(zhì)材料572(其尺寸、材料等與基質(zhì)材料562相同)被采用，并且以與加工涂桿560時相同的次序執(zhí)行布置步驟、第一鍍層形成步驟、重新布置步驟、第二鍍層形成步驟。其結(jié)果是，在第一鍍層形成步驟中形成的鍍層與在第二鍍層形成步驟中形成的鍍層之間的連接部分是平滑的。
鍍層的薄膜厚度分布被檢驗。其結(jié)果是，(鍍層薄膜厚度)/(預(yù)期薄膜厚度即3μm)所得到的值被抑制在0.85至1.1的范圍內(nèi)，如圖23中的×標記所示。
因此，可以理解，在總長為1600mm的基質(zhì)材料562(572)的表面上利用離子鍍裝置形成了預(yù)期厚度為2或3μm的鍍層(TiN薄膜)的情況下，如果執(zhí)行了掉轉(zhuǎn)基質(zhì)材料的重新布置步驟，則(鍍層薄膜厚度)/(預(yù)期薄膜厚度)所得到的值能夠被抑制在0.8至1.2的范圍內(nèi)，從而可以獲得良好的薄膜厚度分布。[加工對比制品]在本示例中，在不執(zhí)行重新布置步驟的情況下，涂桿上形成了鍍層。
未被使用過的基質(zhì)材料首先被采用，基質(zhì)材料被布置在內(nèi)腔538中，以使基質(zhì)材料的一個端部的位置滿足X＝15mm。內(nèi)腔被抽真空，然后通過離子鍍而在基質(zhì)材料上形成耐磨鍍層(第一鍍層形成步驟)。
在形成鍍層時，為了在不執(zhí)行所述重新布置步驟的情況下使鍍層(TiN薄膜)的預(yù)期厚度達到2μm，鍍層的形成時間、裝置的輸出功率等將根據(jù)前述為選擇基質(zhì)材料的設(shè)定位置所作實驗中所形成的鍍層厚度、鍍層形成時間等而適宜地設(shè)置。
涂桿上的形成在基質(zhì)材料表面上的鍍層的薄膜厚度分布被檢測。其結(jié)果是，(鍍層薄膜厚度)/(預(yù)期薄膜厚度即2μm)所得到的值被抑制在0.85至1.15的范圍內(nèi)，如圖23中的黑色正方形標記所示。
另外，未被使用的基質(zhì)材料被采用，以便通過相同方式獲得薄膜預(yù)期厚度為1μm的鍍層。
涂桿上的鍍層的薄膜厚度分布被檢測。其結(jié)果是，(鍍層薄膜厚度)/(預(yù)期薄膜厚度即1μm)所得到的值位于0.6至1.6的范圍內(nèi)，如圖23中的黑色菱形標記所示。也就是說，同實施重新布置步驟時的情況相比，薄膜厚度更為不均。
因此，可以理解，在總長為1600mm的基質(zhì)材料的表面上利用離子鍍裝置36形成了預(yù)期厚度為1μm或以下的鍍層(TiN薄膜)的情況下，如果沒有執(zhí)行了掉轉(zhuǎn)基質(zhì)材料的重新布置步驟，則薄膜厚度分布會變得更加不均。
對于上面描述的四種涂桿，它們的摩擦系數(shù)和鍍層硬度被測量。四種涂桿分別用于向以60m/min的運行速度運行著的帶材上涂覆涂覆液。涂覆表面狀態(tài)被檢測。結(jié)果顯示于表1中。
表1

從表1中可以理解，所有摩擦系數(shù)相同，所有鍍層硬度相同，而且所有涂覆表面狀態(tài)良好。因此，可以證實，在實際應(yīng)用中，如果使用以重新布置步驟分割的兩階段加工過程，不會對帶材的涂覆表面產(chǎn)生不良影響，而且鍍層的連接部分是平滑的。
上面通過第五個實施例及其示例而描述了本發(fā)明第四方面。上述第五個實施例只是示例性的，在不脫離本發(fā)明主題的前提下，可以對它作出改變。例如，本發(fā)明可以用作這種類型的涂桿，其可以刮掉施加在帶材W上的多余涂覆液。當然，本發(fā)明的范圍并不局限于上述實施例。
本發(fā)明的第五個實施例所能夠達到的效果在“發(fā)明內(nèi)容”中被描述為第四方面的效果。
權(quán)利要求
1.一種用在涂覆裝置中的涂桿，其用于向連續(xù)運行著的被涂覆物體上涂覆涂覆液，所述涂桿包括圓柱狀基質(zhì)材料；以及形成在基質(zhì)材料的圓周表面上的耐磨鍍層，所述鍍層包含至少一層；其中，如果鍍層的最頂層與被涂覆物體之間的磨擦系數(shù)以μ表示，鍍層的維氏硬度以Hv表示，基質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)以α1×10-6/℃表示，鍍層的熱膨脹系數(shù)以α2×10-6/℃表示，鍍層的薄膜厚度以tμm表示，則μ和Hv滿足一個預(yù)定的關(guān)系表達式，和/或α1、α2和t滿足另一預(yù)定的關(guān)系表達式。
2.如權(quán)利要求1所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，μ和Hv滿足關(guān)系表達式Hv＞1500×μ2+1200。
3.如權(quán)利要求2所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，Hv設(shè)置為1500或以上。
4.如權(quán)利要求2所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，磨擦系數(shù)μ設(shè)置為0.5或以下。
5.如權(quán)利要求2所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層通過離子鍍而形成。
6.如權(quán)利要求5所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層利用空心陰極離子鍍方法而形成。
7.如權(quán)利要求5所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層在400℃或以下的溫度形成。
8.如權(quán)利要求2所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層的薄膜厚度設(shè)置在0.2至4.0μm的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求2所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，通過槽而產(chǎn)生的不規(guī)則結(jié)構(gòu)形成在涂桿的圓周表面上，以調(diào)節(jié)施加在被涂覆物體上的涂覆液量。
10.如權(quán)利要求1所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，α1、α2和t滿足關(guān)系表達式|α1-α2|＜3/(t-4)+7。
11.如權(quán)利要求10所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層在350℃或以下的溫度形成。
12.如權(quán)利要求10所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，|α1-α2|設(shè)置為1×10-5/℃或以下。
13.如權(quán)利要求10所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層的薄膜厚度設(shè)置在0.2至4.0μm的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層包括多個層，構(gòu)成鍍層的各個層的熱膨脹系數(shù)沿著從基質(zhì)材料到最頂層的順序依次增大或依次減小。
15.如權(quán)利要求1所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，至少一個中間層形成在基質(zhì)材料和耐磨鍍層之間，中間層的薄膜厚度位于3至12μm的范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求1所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層的薄膜厚度位于0.2至4.0μm的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求1所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層通過離子鍍而形成。
18.如權(quán)利要求17所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，鍍層在350℃或以下的溫度形成。
19.如權(quán)利要求1所述的用在涂覆裝置中的涂桿，其特征在于，通過槽而產(chǎn)生的不規(guī)則結(jié)構(gòu)形成在涂桿的圓周表面上，以調(diào)節(jié)施加在被涂覆物體上的涂覆液量。
20.一種用在涂覆裝置中的涂桿，其用于向連續(xù)運行著的被涂覆物體上涂覆涂覆液，所述涂桿包括圓柱狀基質(zhì)材料；以及形成在基質(zhì)材料的圓周表面上的耐磨鍍層；其中，鍍層包括如此選擇的材料，即能夠使得鍍層與被涂覆物體之間的磨擦系數(shù)μ與鍍層的維氏硬度Hv滿足關(guān)系表達式Hv＞1500×μ2+1200。
21.一種用在涂覆裝置中的涂桿，包括圓柱狀基質(zhì)材料；以及形成在基質(zhì)材料的圓周表面上的耐磨鍍層；其中，如果基質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)以α1×10-6/℃表示，鍍層的熱膨脹系數(shù)以α2×10-6/℃表示，鍍層的薄膜厚度以tμm表示，則滿足關(guān)系表達式|α1-α2|＜3/(t-4)+7。
22.一種用在涂覆裝置中的涂桿，包括圓柱狀基質(zhì)材料；形成在基質(zhì)材料的圓周表面上的中間層；以及形成在中間層的表面上的耐磨鍍層。
23.一種制造用在涂覆裝置中的涂桿的方法，其中，耐磨鍍層被形成在圓柱狀基質(zhì)材料的圓周表面上，所述方法包括(a)布置步驟，將基質(zhì)材料布置在蒸鍍裝置的內(nèi)腔內(nèi)；(b)第一鍍層形成步驟，將來自蒸鍍源的鍍層材料蒸鍍在從基質(zhì)材料的一個端部至基質(zhì)材料中央部分的區(qū)域中；(c)重新布置步驟，重新布置基質(zhì)材料，以使基質(zhì)材料的一個端部與另一端部互換位置；以及(d)第二鍍層形成步驟，將來自蒸鍍源的鍍層材料蒸鍍在從基質(zhì)材料的另一端部至基質(zhì)材料中央部分的區(qū)域中。
24.權(quán)利要求23所述的制造用在涂覆裝置中的涂桿的方法，其特征在于第一鍍層形成步驟(b)包括一個形成步驟，以使鍍層包含第一逐漸變薄鍍層部分，在所述第一逐漸變薄鍍層部分中，鍍層厚度從基質(zhì)材料的一個端部向著基質(zhì)材料中央部分逐漸變??；以及第二鍍層形成步驟(d)包括一個鍍層形成步驟，以使鍍層包含第二逐漸變薄鍍層部分，在所述第二逐漸變薄鍍層部分中，鍍層厚度從基質(zhì)材料的另一端部向著基質(zhì)材料中央部分逐漸變薄，所述第二逐漸變薄鍍層部分疊加在第一逐漸變薄鍍層部分上，從而實現(xiàn)第一和第二逐漸變薄鍍層部分的平滑連接。
25.權(quán)利要求23所述的制造用在涂覆裝置中的涂桿的方法，其特征在于，布置步驟(a)包括一個設(shè)置基質(zhì)材料位置的步驟，其中可以形成鍍層的范圍的邊界被用作判斷標準。
26.權(quán)利要求23所述的制造用在涂覆裝置中的涂桿的方法，其特征在于，離子鍍裝置用作蒸鍍裝置。
全文摘要
一種用在涂覆裝置中的涂桿，其用于向連續(xù)運行著的物體上涂覆涂覆液，并包括圓柱狀基質(zhì)材料和形成在基質(zhì)材料圓周表面上的耐磨鍍層。如果鍍層與物體之間的磨擦系數(shù)以μ表示，鍍層的維氏硬度以Hv表示，基質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)以α
文檔編號C23C14/02GK1436605SQ0310426
公開日2003年8月20日 申請日期2003年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月8日
發(fā)明者大島篤 申請人:富士膠片株式會社