ISSN 0372-3496
CODEN : TYKOAT
倉 、
,
、
VOL.38
メ
.
表紙の説明
女紙のり:立はⅢf線後力'散乱川折沙(EBSD)からiリられた超屯導線材則クラッド制禹J'板(NV
CIVSUS)のミクロ瓢1雛を水している.行緊(Π!」.りはNi胴の紙Ⅷ1粒界,カラーで央水した図
は「甜庶に 2判1削1司したNi則(ノ,1上)およびそのNi炉11:にスパッタリング法を川いて成峽した
CC02榊(イiド)の同'柿所での靴品配向性を喪現Lたマッピング1凱である. CC021門はNi仲1
に比べてその人部分が」'f色で色分け女水されており.結品配向性が轍粘品レベルにまで改芹し
ていろことをポしている.このことから,小;クラッド兪1'』'板を仙川することで,さらに商座
な趙1Ⅱ噂特竹1をイiした次1"代線材の製造がUj能になると1棚、¥される.
The fr01】1 COVCI' sho、vs a micn)・【cxtl】re 01' mU11i,1aycl'・mC1ι11・claι1 (NVCⅡ/SUS) SU11S11'atc
r01" S111〕el'con〔川Ctivc 、vil'c ob駐lincd hy EleC11'on Back scaⅡCI' 1)jⅡ'昨Iclion P1111C打IS (E"SD)
anι11yscs. Thc black ιlnd 、vhitc liRurC 1嚇 a l)11CkⅡ1'ound cover rcveals a C1γ虹ι11月1'11i" nl'1P
Of 111C Ni layel'.、Π10 UP11el' 1Cn al】ιl t11U lowcr・riH111 11ⅡUI'CS ι11'C C010卜11】ι11]pi11f; rcSⅡlts 01'
C1γSla】 01'icl】talion 01' biιIxiι111y t(、×1Ⅱ1、cd Ni layel' 1川d 壮1'1101' dcl)osilod ccoZ 1ι",CI' on 小C
Njlayel' 1,y S11Ⅱltcri11且"1C(hod, rcsl,ectivcly. A11h0Ⅱ目h l)oth n〕al,S をlrc mC11S1Ⅱ't:d on 山C
Sanlc saln111C locati(川 or the subslr1110,小C OYcn111 C010】' 01'1hc ce02 1ιlycr m111) bocomes
11hlcl'thそ川 lhal 01'1ho Ni1ιlyel'11111P. Thjs mca11S Ⅱla1 小C CI'yS1ι11 0riontaⅡ0" 01'1hc ce02
1ι1γCI' is ilnprovcd clos0 10 壮Ic si"目IC CJ'ysta1 1evel. This me1111・clad sul)S11'alC 1111S becn
1111ticil〕alcd aS ι11Utul'e 01'【hc "CX1 目Cnel'alion supcl'C011dⅡClot'、vith a 11iHh l,el'r0訂η1111CC.
目
制
Ⅲ
政
慎秀
D1缶のPETへア発生メカニズム
・・・・・・・・甲
斐屋丸
ポリエステルフィルムラミネート鋼板を川いた
和
FI
英秀
小王ム
・-i可
倉北
2.鋼板用衷而検査装慌t「i-TOP」の開発
フし
紀
13
昌
央
.......「1、】
逸
Y系超屯導線材用クラッド基板(NVCU/SUS)上に成膜した
小闇廟Ce02の結晶配向性の改善
橋黒岡
4
,島見本川山
3.樹脂被覆鋼板への表而エンボス賦形に関する理論解析
列幸
23
勇介
裕介
31
哲平
浩碕
Ⅲ、氷代
M伽N氾.系サーメット溶射材の特性および組織に及ぽす熱処恥の膨糾"'平
矢田
5
沽郎
41
裕言ι
博文
山
藤谷
UGフソA1の遺伝子多型を判別するDNAチップキットの開発
平゛細←
6
幸
51
茜
1!〔!喫ヨι
野
即文
TOYO KOHAN
Technical
Reports of Toyo Kohan company Ltd.
V01.38
Contents
Genenlting Mechanism or pET・Hair at DI・can
AずαNahhη KAI
Forming pl'ocess 0Π"aminaled sleel
Shmk・hi TAYA
Hidιkaこ" TOMARU
2. Developmenl of Aulo surrace 1ΠSI)eclion syslcm
1'or steel stnp "i・'1'OP"
A,01011tj,'i KAWAMURA
13
Hkle"1nsa KURA1汎
HidιO KU汎Mσro
3, TheoreliCι11 AI〕ι11ysis of 13mbossing proccss
On a FHm coaled sleel shcct
4. 1ml)t'OV引ηCnl 01' cryslal orienlalion 01' CC02 Fihn
On Nickcvcoppcl'/sla川ICss slcel C111d subS11'alc
R)r REBCO SUPCI'conduclivc 、vh'C
5. 1nnucncc of Hcat、1'1'ealtnenl on lhc MechaniCι11 PI'operties and
SU、UC1111'e 01' M02NiB2 Basc ccl'1nets pl'oduced
by 山C spnly coating Method
6. Devclopme川 01'1)NA chip ror Dcleclkm
01' U61ソA l polylnorl)11isms
π,3'hハ,"ki NAKA工Ⅱ住IA
23
H'.Ⅶike HI:NMI
"'」、ι'ke HASⅡIMOTO
31
TepPιi KUHOKA、Vハ
Hhγリ1ao oKAYAMA
Koro HIHArA
41
Hhわki YANAGA
HhunⅢli TAS"恨0
Kok'hi HlkAYAMA
Ak'1,1e l'1'0
UaY"ko HOSOYA
NhγリiU財i YAM,、NO
51
陽!中中4ゞ4ι(滑)鵬藏'!藁胖
Ⅱ,辻/一Ⅲル瓢剛悼"担瓢1の劉滑Z*
P.W0日 OUI」0.10qul01ゞ'DNI'OD I00IS O'(0、1.11n^($0、1 *
九Ⅷ地ιi心凋■MI!1'10 オ?1叫科弼@ご叩勲而皀卓縣コ1蜘
勺剛q井揚ψ寸乍ナι」ad?"ケ'r'刈)"0計ι>↓ヨdψ
Y斗口/驥蔀@彬姑漏〒縱牙1鯏la受卯■淑渦M判'1q¥
励m'拘UdwooZ1幸rr:?1V1削ゞ1f 鉾え1訓m讐@ザai ナιJad
Υ1数マ卸牙lq瓢所,●Y魚欝嚇@則箏男蘇'@ン9*M1卒
ナι、13d '1α皀リ9γ身1幸地菅剖刈むゐ掘凡罪IH鷹@W〒f嘉
4 '立コみ'ン0惇罪リ白リY0勘判汲郷靭@才判J"!喫
〒科可矧則ψ俳姑判)゛0コ拐}嘉励@"訴'えj洲i蝉@寸Ⅲ
→ Y)コ→一しき 4孝▽中ナιⅢ'・Yir1才剛P劃叫:コ
>サⅢとιψγ卜当受ι1レ導コ1膿傭乳f{"立劉卯Ⅱ0 ':11リ1ψ
0、{0↓: oln、1J り}0難松勿1邸1蠏ン?叫尋勢f鯏一口a 壬厶「
1可印み・' 9'九 1曝洲)UI01Ⅱ'11絢ψ(ι>、1ad 'D1 司)"
誓瓣疏0知'ギ10ln、1"'え'リ県η1Ⅱイ那二q (UUD OWU1川n
立剰御Ⅱ0(1■'.1・,@刷沸!@91ιコ'¥産)九!'齋畢黒"敬
(100IS POWODOP!×0 ⅡlnluloJUD/U川!〔uojqD O!MI0.1100{ヨ
(県,゛・O×"案冴1@9叫ι'式 V@打}a1馴la)ヨ'、4式ヨ Kイ'
コルf9リ卓降小呼露併1則膺9q惰仁1科淵瓢1論え数劉!到m
齋'■:1 91.出馴二1列1劉la畢滑廟→一さミ 4 '工1白身号
:SDD田酬鰐毒 OC?ワ'04判脱'捌冷斗'凧n1山06引'0む
゛ X '叫仙@リ1U▼「i少ι肌!リH'Φ.'.1ψ"馴早二?皀数?蹄{
'¥γ郷?侵
式丑中*卿徽白dハ.上1}儒61 'ギ11何4@棚駄,'U,.可・卞*判
案D訴1譜&鵬對珍"ユ列酎芽井撫92."肆?H'熱'劉リ尋?
馴1,1:寧致而印瓣 6 瀦辻1司1「判削皀11鉾コM,1膨ナ 4H ¥0茆1畢
呈獣
' L
馴罪!牙1ざ41a@兆乳4 ')o f コ1?之受゛fⅡ孝酔朧→一★ミ
'HIOU田0.1!<UO :uolsoqpn :100吟 PolnlUⅡ1股1:月U!UO.1!:U1100念n、10<oq : SPJOMバヨM
11011n』OU03.1!Eq,、1ad oq1 Ⅱ!月Ⅱ(11nso、1'q念noua 含Ⅱ0」1S S! UO!SOUPη 0川.11 UOA01)01〕!OA股 oq l '〔肥J U1Ⅲ
Oq】.100.1nloo.1.1 0ql'%91.10AO S! oln」弁U!UO.1! OL!11股Ul osno oul ul'令UO.11S S! oln」1Sqns oql ol uo!soqpn
0〔11.1! soln,10U守井,1!nq・、1'1d ou '」OAOMoq 'U11!10ql ul U1股.11S O.1nlon.U I? SOP!AO.1d %01,1001股」容U!110.1! UV
:S11ngo_1 包U!M0ⅡQl oul sn ulnl〔101)1noo P11n ssooo、1d
OU1 含U!、1np U11Ⅱ POWUIU】1?1 0【" U! U!悲.ns oul uo olE」界U!1川,11.10 SI00、ⅡO PO)POUO OS1股ヨM 't川!10.玲UOB
,1!"q oql pUキ1 SSヨコ0.1d 吊UIUO』! oql uooMloq uounlo、1 0WP!コ1110 01.10P.10 【11'0.10Ⅱ1.10uund '【川!1n,10U0魯
、1!1?q 、1,ad oq1 11! UO"コnpaj oql u!分U!11nsoj 'N91 Uuql o.10ul oumooq l{1盲UO.11S .1,10・P010od lul!、1 aul
UOUM PououoqS バ1q股、10P!SUO() U1含U01」10・P寺laod U11非 aq、1.'令0!1-10do.1d oA、1 01Ⅱ UOOMwq uo!ル1aj.10コ n
P[moj pU股 Uno polu.1Qno 0容PO 、10ddn aql w U1含U01.UO-1)010od U11Ⅱ aLI】 PU" 01".11Sqns oq】 0I UO!sa[1PⅡ
U11!」 OUI U守omloq uo!10ID、1 P01股盲11SOAU! OM 'UO!1股.10U0宕.1!股{1・、1ad 01{1 」0 山SIU股qoolU 争1畢.11S110UIOP
01 'バPnls SⅡ" UI 'oln.11Sqns aul pU11 U11!.1、LEld oql uDOMloq uo!SOUP琶.10容110.11S 琶 Pun olEJlsqns
10als .10 ssa、os pla皿.玲Mol n ul!M olq!S$守,1ddns suM .U吟U・、1ad aι11 Paljodo」バ1Sno!AO.1d oM 'SSO00.1d
g!1n 命τU、1np U11Ⅱ↓三d oq1 盲UⅨno.1q j0 言U!A凱IS バq P田Ⅱ、10U0合 U川Os pno,1q1 甘 S! qo!qM 'POU川U OM 1ηモ11
」!U11・jad n $S寺.tddns 01 バ.1股SSO0OU S! 1!'人UA110npojd u! UO!10npo」山0」」 1UOAO、1d 01.1ap』O U!'SSO00,1d
(1(D 写UIUO.11 PUU UM記」a 011aals palnu!uln1 Ⅱ11Ⅱ(↓ヨd) 0ル1nτ1川do.101 0U0いql0バ10d jo uoU11コ1川dn uo : S!sdoUバS
M O」.11="¥コ1リN 'V人YI!Uコ!U!リS '1νX O.Uリ1"'υIV
Wols paleu!ulnl jo ss0コ0.1d 容U!UUO' U曹D・1a ル」1nH・1ad JO UIS!unqo0レゞ昼U!1E.1auaD
、畦筆N
.
*
劃、函田・、h蓼斑孫山
▽X=卒K畢誕'>↓ヨdm田10
以、1幽盈酔臨'ー*ミ47'Ⅲ少ιⅢ'Σ工rl*
91:'10<第庸'!)"
東洋鋼鈑
V01.38
強度緋持という容器の基本性能とトレードオフとなる可能
れているため, CIC吐1!は15m剖所で作製した
性も含んでおり,ある・定の効果は見込まれるが完令な解
②ぶりき(snめっき鋼板)
決策となりにくいことは否めない.そこで,本報では容器
冷延鋼板をアルカリ脱脂,硫酸酸洗後,フェロスタン浴
性能を維持したままD肋幻杉でのPETへア低減効果が得ら
により所定』11のSnめっきを施し,りフロー処理によりSn
れる可能性のある,基材とPETフィルムの密"/J向上に着
めっき皮膜の加熱溶融処理を行った後,電解クロム酸処即
口し, PETへアの低減効果を評価するとともに基材とPET
を行って供試ぷりき基材を作製した.般にぶりきはSn
フィルムの密着力向 1二力炉ETへア低減に寄与するメカニズ
が酸化すると塗料密着性等が劣化するため,それを抑制す
ムについて老察した
る U的でクロメート処郡としてCr,"皮朕を約5mwlr;施し
た'1"構造とした.なお,クロメート皮膜の雛造に関して
2.実験方法
は,幾つかの報告"M がなされており,央血層がクロム水
和酸化物で構成されていると考えられている.
信) Niめっき鋼板
2.1 供試材
2.1.1 」"材および表側処理
冷延鋼板をアルカリ1悦脂,硫酸酸洗後,ワット浴により
ラミネート鋼板の基材としては,これまでに比較i内PET
篭解Nめっきを施し,磁解クロム酸処理を行って供'Ni
ヘアが発牛しにくい傾向が認められた極低炭素冷延釧板に
めっき鋼板を作製した, Mめっきに関しても,ぶりきと
様々のめっきを施しためっき鋼板を"1いだ供'式冷延
同様な表廟状態での評価を行うためにCr*皮膜を劃巧mw
鋼板の化学組成および材料仕様(機械特性,板1,りを
所施した'1愽構造とした.一般にNiめっき鋼板は雌池ケー
ス用材料に多く用いられている樹が,最近では飲料缶川
Table 1 に小す.
途にも用いられている,舟.
本報では,遜常,缶川材料に適川されているECCSとぶ
(4) Ni・sn合金めっき鋼板
りきに加えて, Mめっき,ならびに央面が徹細1川凸てフィ
ルム密打力の向上が期待できるM・sn合金めっきについて
冷延鋼板をアルカリ脱脂,硫酸酸洗後,枢解に kる
も検村した. J'材に施しためっき皮膜柚成をTable 2に小
Ni・sn介金めっきを施L,雛解クロム酸処科!を行って供試
す.
NisnA金めっき鋼板を作製した. Ni・sn介金めっきは痢1
Ⅱ)篭解クロムめっき鋼板(ECCS)
成比*により長愉状態が異なり, Nhsn,Ni3Sn2あるいは
Ni3Sndの金属問化合物が析出し,1拓硬度で光沢のある表
冷延鋼板をアルカリ1悦脂.航酸酸洗後,電解クロム酸処
鯉(金属クロムめっき後,クロム水和酸化物を竃解処理D
Imを帛する..方,簿い液濃度で低皿流密麿の条件に
を施して供試篭解クロムめっき鋼板(ECCS)を作製した.
おいてNi比ギを約90%とした場合,黒色を雫し喪佃が微
・般にECCSは,塗料密祚性を向上させるU的で金属Cr層
細1川凸を不す特徴がある.ここでは,その微細凹凸の影糾
とクロム水和酸化物(以下C抄と略記する)胴の'1"枇造
を確認するために, Ni比率が約90%になるように作製し
からなっている. C1似,tに1刈しては15m{ヅ1寸程度で塗料剛
た.なお, MSΠ合金めっきに関しても,ぶりきと阿康な
着性が良好な結果が得られていること6・,,さらにフィル
喪血状態でのd平仙を行うためにC1孤皮膜を郵巧m剖IH施し
ム密打牲は5 20m剖'の範囲で良好であることがポさ
た J覗拙造とした.
Tab1θ 1 111C SI)ccilicali'Hl of s{山S11'鶚le for lami11aled ma{erials
Chemical composition/wt%
Speci打Cation of the substrate
Yield Tensile
C
Si
Mn
P
S
Nb
0,001
0010
0.170
0013
0009
0025
Teble2
Surface
treatment
/Mpa
/Mpa
247
351
Thc sl】ecMicalion 01' SUJ'1hce lreaⅡれenl
Coating arnount
Surface
treatment
PrimarY
SecondarY
//rrl
Cげ"/m /rrt
ECCS
Cr :0.12
15
Tin plate
Sn :28
Ni plate
Ni :48
Ni・sn a110y plate
Ni・sn :5.0
5
5
2
5
CS N櫛
N9
Stren宮th strength icness
/mm
0.235
ボリエスプルフィルムラミネート鋼板を用いたD 1 俳のPETへア兆生メカニズム
Tabl.3 Thc sl〕eci介Cι11ion ofl)01γmcl'1i11n lbr laminaιCd
S eC市oation 0十 resin
M
Inside
Outside
PET-1A co ol mer av=0.9
PET-1A co ol mer white)
Tm
c
225
235
T岩゜C
TenSⅡe
Yi邑ld point
Elon宮ヨtion
Stren宮ヒh
Mpa
充刀
RI
R2
The kind of resin
Mechanical ro ertieS 70 C
Thermal ro erties
Film
n1ι11Criι11S
/%
/Mpa
39
33
32
40
320
356
Elastic
modulus
/Mpa
116
70
Tabl.4 Thc c011dilion 01'thc can r01'ming l]1'ocess
(3) The drawina process (cuppin号)(b) The redraw and wa1Πroning process (Body maker)
Tool condition
Item
Punchdiameter mm
91.0
Dra、Nin ratio
1.54
Blank holderforce kN
25
D『awin s eed s m
60
Tool condltion
Item
Punch diameter
66.0
mm
Punch
Tooltempera加re/゜C
Redraw
30
Ironin Die
40
0
2 1 2 フイルム
100
再絞り・しごき成形は,ボディメーカ(東洋食品機械製
ポリエステル樹垢フィルムは,ホリエチレンテレフタ
B3-26)をj"いて,液体湘滑剤(クーラント)を使川しな
レートイソフタレートの典電介(PETIA典重介)枯排詣
を用い,抑出し製膜後,無延伸フィルムのままで使川した.
いドライ条件ドでハンチ径66.0叩にて成形速座10ospmで
行った.ボディメーカでの11i絞り・しごき成形条件を
また,缶内lm側には膜,J28μmの透明フィルム,缶外愉側
Table 4 (b)に小す.なお,肌1[度については,通常,
には酸化チタン系n色顔料を約27%含打する1摸厚16μmの
成形前の板厚に対する1,,1み減少半をしごき率として11ハ●
1'1色フィルムを適川した. f共'式フィルムの物性をTable 3
が,本報では缶先端部の刎Π.;度に着Πするために,しごき
に小す
成形していない再絞り缶の先端部厚みから,しごき成形後
の缶先端部の厚み減少率(%)を算1,Ⅱして適川し, 15%あ
2.1.3 ラミネート鋼板
るいは20%にて成形試験を突施した.
製缶試験に供したラミネート鋼板は,」'材を1ん接接触加
熱により240゜C (ぶりきは, snの融点が232 Cのため,
2.3 評価方法
220C)に加熱した後,ラミネート用供而式フィルムを熱融
2.3.1 めっき表lm状態
着して作製した.これらのラミネート鋼板を作製した後,
めっき後の衣血状態は,逃界放射型心代屯f顕微鏡(FE
ハラフィン系ワックスを両【mに卸電冷油し,製缶,式験に供
SEM ; Fleld Emission scanning Elecn'on
した.なお,ハラフィン系ワックスは,製缶後の熱処理に
Microscope,"本1Ⅱ「製」SM・9330F)により観察した.めっ
より除太可能であり,洗浄処郡水要である.
き喪【m の色味はLi偵で測定した. U偵は,分光測色.11'
(KONICA MIN011A製CM・350od)のSCE (拡散反射)
2.2 製缶方法
値およびSCI(令反島"値でポした.
製缶濡式験は,ラミネート鋼板からφ153mmの内形プラン
クを打ち抜いた後,浅絞りカップを作製するカッヒング 1:
2.3.2 フィルムと基材の密着ノJ
柁と作製した浅絞りカップを再絞り・しごき成形するボ
基材に対するフィルムの密11/Jは, 180゜ピール試験によ
ディメーカの21程からなるプレス成形により行った以
り埴材に対するフィルムの剰難強度を測定することで評価
ドにカッピングおよびボディメーカでの製缶 1」程を慨説す
した". 180 ヒール試験においてはFig.1に示すような試
る.
験片を則いて,引恨試験機(オリエンテック製テンシロン
2.2.1 カッヒング
井り品(25C)でフィルムのみを劇離させたときの荷電を測
万能,A験機 RTC・1210A)により,試験速崖0.17肌ノSにて
カッヒングは,機械フレス成形機(AM A D A製
TPU5Si,公称能ノj441kN)を用いて,ハンチ径91.0仙に
て成形速度6山Pm ( strokc per minⅡte )で行った.
Table 4 (a)にカッヒング[机の成形条件を水す.
定し,フィルムと膳材の密綜ノJとした洌定は,任延平1「
ガ向, 11延1貞角方向および45 /j向を 1 簡所ずつ行って n
3とし,その平均値を測定値とした.測定位1汽は,缶先
端部付近とし,カッヒング 1二程後は缶底から30叩,「1i絞り
」.:程後は缶底から40mm,さらにしごき 1二甲11後は缶底から60
2.2.2
ボディメーカ
叩の位1置にて試験を行った.
束洋鋼鈑 V01.38
PET "1耐1(0Ⅱt.ず)
Substrate
マ
Fr■Ctur■ヨⅡ一昌C■
Shoar.d 与UHOC.
PE「桁m
(1"1枯r)
Le^ Ofpe.1.d P訂"1m
重、
(C) or065 S■otton view 0〒tho C■Π toP 電d言e
(1'na8θ of pET-、皐ir and pET 侃「n de1■mi"ation
15mm
^
^
ノ
、
ず
Ironln客 di.
〆
n' di.
Formin' 10.d
1 (out●r)
.
Clear 51m
、(innor )
PU"ch
(inside)
、
^
ConbodY
Can bodY
(a) OUL-Line 0チ 1ronln' proce$$
Fig.1
0I C.n w.11
、
Modcl 01' 180
Pccli11R ICSI
F
Π"1n区
P
h
10■d
(b) PET-hきir 宮●rler8tion rrlechani8m
(EΠ1.r菖ement of the d色3hed li"e)
Fig.2 Schonlalic viow of lroning l)mc05S and pET・hair al can k)1) ed武C
た,供試ラミネート材をカップ,再絞り缶およびD1缶の
2.3.3 フィルム求11酢界加状態観察
180 ヒール試験後のj,ミ材刈の剌離界而状態は,碓界放射
粁製缶T程でサンプリングし,缶先端部を光学顕微鏡およ
びFE、SEMにより断lm観察するとともにFig.1 (C)のよう
型走゛「"此 f顕微鏡(FE・SEM ; Ficld Emission scannin旦
に缶先端部のフィルム剌雌kさを訓定した.ここで,フィ
EleC11'0「1 Microscopc, 11本1琶 r・製.1SM・9:謂0"を用いて,
ルム剥雌長さは,缶先端部の切断端細の破断血枇成でだ
剰雌界Ⅷ喪畑の情傑を得るために蒸打をせず,加速心光は
れ訊ι(R0ⅡOVCI')」とせん断lfli (shalrcd SⅡ「「ace)」の
5kV以ト'として観察した.ただし, j'材'とフィルムの井詞η
交!1iを起点として「缶1搭さドノjに向かい剥嫡龍したフィルム
強度がフィルムの引帳強庶を U"1る場介はフィルムが破断
の投影長さ U"eng山 o「peclcd pET 61m)」を測定●賀とし九
して180 ヒール'貳験後の剥焼界而が得られない.このよう
成形缶の部価は,缶光端部のフィルムの扱傷状態をH祝,
な場介は, 180 ヒール,誠験後の供,式ラミネート材をへキサ
光学顕微鏡またはFE・SEMによる外観剃察および断mi観
フルオロイソプロハノール(以ド, HFIP)に約5分拙Ⅱ泛汝
察により行っ大:. PETへアのa,N111iには以ドのようなIF"甑を
してフィルムを溶解した後,フィルム残汝を別途半、例ルた
設定した.」'リ郡寺の述絖製儁状態を号戀すると,極微碓の
HFIP新液にて2回洗浄して除去し,j,垪す側の女1市状態のみ
PE「ヘアがあってもいずれはフィルム削れや破耶」が兆小す
をFE・SEMにて観察した.さらに,詳細にはフィールドエ
るため,のみが使用"1能と判断している.
ミッションオージェマイクロフロープ(FE・AES, 11本1Ⅱ
成形,Ⅱ先端部の令岡でフィルムの損傷が令くない状
f製.1AMP・950OF)を川い,/t楽およひ化介物の分析を行っ
態
た.
成形缶先端部の極・部のフィルムに幌徴な扱傷があ
る状態
2.3.4 缶先端部のPETへアの,平価
△:成形缶先端部のフィルムに幌微な損傷がある状態
Fig.2 (a)に,しごき成形の概略としごき成形小の 1二j↓,
△:成形缶先端部のフィルムに部分的な棚傷がある状態
材料について椣式的にボした杠声邑断陶図を水し,Fig2 (b)
X :成形缶先端部の令岡でフィルムが扱傷・脱落し,
に缶先端部を拡人したイメージ図を水す.このぱ1のように,
PETへアがΠ視観察Ⅱ1能な状態
缶先端部ではハンチ進行力向に対して後力'仙に材料を拘東
するものがないため,」'材と比峨して強度の低い樹1断フィ
3.実験結果および考察
ルムが擾先的に変形し, PETへアが発乍するものと推測し
ている.また,しごき成形では,ハンチとj'材の開に作川
する成形荷電により缶内血側のフィルムが変形しやすい 1:
3.1 めっき表面状態の観察結果
Fi83に 4郁類のめっき喪1断のFE・SEM観察と L仙によ
に,プランク打ち拔きの際に切断lmがダレ側となる缶内lhi
る色介いを調査した粘果を小す, ECCSは板状の女lmにか
側の力'カレやノ側である缶外旧i側よりPETへアが兆,kしやす
なり微細な粉状物が認められ,ぷりきは・部1川みが見られ
いので,本轍では缶内lm側に関してのみ井仙を行ったま
るがリフローを行っているため門牡11な央Ⅱliを水し, Niめっ
ポリエステルフィルムラミネート鋼板を用いたD1缶のPETへア発生メカニズム
てぃるが卜分に表血を覆っているわけではなく,絞り成形
による任縮応力により界面が破壊され, sn酸化1摸が形成
S (TI"P1串te)
0 (ECOS)
CI:786
LV81Ue scE:19.9 1'
される血敏が増加するために密着力が低下するものと推測
される.カッヒングエ程では,ぶりきだけでなくECCS(の
およびNiめっき(N)でも庇縮応力により纃貯ノJが少L低
下する傾向があるが, Ni・sn合金めっきは逆に密打力が向
一艶^
N
上した.これは, F地.3に示したようにNisn合金めっきの
NS (Ni-sn plate)
(Ni pl.te)
擬面は微細1川凸になっており,カッヒング↓程では帰力向
Iue soE
C :99
に圧縮され曲面に成形される際にその凹凸がより強くフィ
^
ルム眉に押し込まれ,アンカー効果が平板時よりもさらに
堺大することによって,圧縮応ノJがかかっても樒着力が向
1:したものと推刈される.
>
1耳絞りおよびしごき〔程ではいずれの基材においても
^
カッヒング 1二程で低 Fした密着ノJが再度向上した.これは
F四.3
1耳絞りおよびしごき成形による発熱によりフィルムが1'零
Ficld cmission sC引1口in召 Clcclr011 microsc01)e (FE SEM)
microgrιIP11S 細ld l, value or11fler plalin武 Sleel sheels
近傍もしくはそれ以[:になるため,フィルムとめっき1"の
界lhiにおける再結合が生じ,いずれのめっき桶でも密打力
きは1μm以ドの1川凸がめっき則内に認められ,そして
が向 ltLたものと推Ⅷ11される.これに対して,カッヒング
Ni・sn介金めっきは0.2μm程度の粒状物に榎われている様
〔程ではフレス機の述転速度が遅いことに加えて,ハンチ
のストローク長さが麹いことおよびフレス機のストローク
f・力圷認められた.
L仙は, ECCSとNiめ0 きはほぼ同等な仙であウたが,
エンド付近で成形していることもあり,1与絞りおよびしご
ぶりきに1對しては光沢があるために,拡散反射をポすSCE
き「程と比較して製缶時のハンチの線速疫はν20からυ10
の仙カリ1ξ常に低く令反射をポすSC1が滞い伽を小した.
に智fまり,かつカッヒングじ程では11チ絞り1程と比較して
缶伽川での」'材怯度が低いため,製缶時の成形発熱による゛'
・/i, Ni・sn介金めっきに関してはよ1↓色であるためSCEも
材il,1度 1二H.が小さくなる.モのため,カッピングニに程では
S引も低い価を小した.
11i絞り・しごき 1:札{と同様のフィルムと基材の密着力1川後
が見られないものと推測される.
3.2 フイルム密着力に及ぽすめつき種類の影
製缶塒の成形発熱に関しては,製缶心後の缶温が測定で
Fia.4に芥緬のめっき鋼板を基材として用いた時の各 1:
乳!のフィルム井i11/Jをボす.なお, Ni・sn介金めっき鋼板
きないために,これまでにも熱仰井斤による検ホザが試みら
(NS)では,ラミネート鋼板から 11i絞り 1:程までにおいて
れている,その解析方怯に供試基材の降伏応ノJや 1二貝.温度
は,フィルム破断怯度よりも繍詐ノJが1価くフィルムが破断
等を適川し,成形前後のi品度 k界を算出した. F喰.5に,
したために,フィルムカ圷脚折したときの荷噴を180 ヒール
水,式験条件でのIH交りダイス出L1の缶暁断而における缶堅
強度としてポした.絞り成形であるカッヒング「子1!ては
の1'Jみノi向派度分布の解析結染例を小す.この懐1から,11i
Ni・sn介金めっき以外は儒打ノJが低ドする傾向が見られ,
絞り 1:樫においては,フィルムと"材の界而付近はフィル
とくにぶりき(S)では人きぐ密貯ノJが低ドした.ぶりき
1卯
の場合, SΠ酸化膜を抑制するためにクロメート処則をhつ
90
P
25.0
80
Z
1且宅.↑
'私仁Φbの一ΦΦQ
200
15.0
70
60
50
如
10.0
O0如一
5.0
^C
・→コー S
^N
30
20
Widt":15mm
・イ)- NS
PU"ch l05i●
0.0
Larni町武ed
Steel
Fig.4
Sub罫h冒血
CUP
Redraw
Can
( 25't m )
Dl carl
(15% Reduotion)
Fig.5
180 pecl Stl'en武lh or ench can r01'nlin11 PI'ocess
5
Outsi面 Dio
例m
例m
(2nμm)
( 14 'ι m )
Cak11】aⅡ0" rcs"110f lhc ca" bodY Icml)CI'al【11'c jusl
ancr rcd朕IW I"'OCCSS
東洋鯛鈑
Sar"Dle 愉
[.mihat.d st..1
ΦH■●山丘C.ofS仙.0
V01.38
CUO W.11
(30mr. h.i゛k ●聞lbottom
REdrew 0■rl wa11
D( C8" wa11(15闇R.d.)
('仙"M Mi■lt hom bott.rl
4住彦"h.吋lt"酎"b0ιt副愉
NS
(Ni-S" 0110ν)
Crack of N←Sn
日
ET resin
Detailo en ance
area
(NS. Dl can wa11)
Fig.6
FE・SEM mlcr0甘rι11)11S of subslrιMe S111'ねCC ι11'1CI' 180 1]cclh1目 le、t
ムのT甘近傍まで舛温することがわかる.したがって, fli
れは,"硬度で脆いFcsn合金が成形による1り周力'向の庄
絞り1二程における拷打力向主に1剥する上記挑測が裏付けら
縮応ノ」に追従できずに破壊したものであり,基材とフィル
れる.
ムとの接触面鞁率が低ドし,大きく谿着力が低ドした原耿1
,
になっていると号えられる.
3.3 フィルム剥離界面の分析結果
Mめっき鋼恢(N)では,ラミネートおよびカッヒング
Fig.4に水したしごきτ程後(しごき率巧%)の缶先端
〔親後のフィルムを剰誹した基材衣【面にフィルムの破片と
部180 ヒール悔度渕定後の剥離而基材側をFE・SEM観察し
思われる箇所が認められることから,カッピング1:程まで
た結果を"宮.6に水す.
はある程座基材に対するフィルム密着力の高いことが不1唆
ECCS (C)では,フィルムを剥雜した基材喪面にフィ
されている.
ルムの破片と思われる簡所(犬印俳りが認められることか
Ni・snf、金めっき鋼板(NS)では,ラミネート鋼板,カソ
ら,基材に対するフィルム密丹ノJの商さが小唆されている.
プ,再絞り缶で180゜ピール試験における剥雜界旧iが得られ
ぶりき(S)では,フィルムを剥酢した」'材喪向にフィ
なかったので,フィルムをHFIPにて溶解して除よ・した後
ルムの破片か令く見られないことから,全般的に基材に対
に基材表lmを観察している. Ni・sn介金めっき鋼板(NS)
するフィルム密綜ノJの低さが小t唆されている.また,カッ
のj'材友血には,微細111W11が見られ,成形によるめっき皮
ヒング後の劇峠外lmには央1Ⅲに微細な空洞が見られる.こ
膜の微剤11クラックが認められる.しごき C界では.成形発
ポリエステルフィルムラミネート鋼板を1 いたD 1イ11のP 羽 Tへア発生メカニズム
熱で柔らかくなったフィルムがその微細1川凸やひび割れ部
がより低ドL,その場合にはSn酸化膜j肝の凝染破壊にな
に押し込まれることにより,密肺ノJが高くなったと考えら
りやすいと,1われている2町.
れるこのようなしごき」:程後の剰隨界而には, Fig.6の
Niめっき鋼板(N)では, M, cr,0およびCが認めら
F1到にポすように,高倍率にしないと見えない程度の徴細
れていることから,求1嫡旧杉態はNiめっきとC广埴則の外lm剰
なフィルム片が見られ,」'材に対するフィルム密杵力の高
酢, CI'則とフィルム層の界血剥誹,およびフィルムの基
さが小唆されている.
材側の凝染破壊の混介であると留えられる.
180 ヒール試験の脚嫡伽m基材側につぃてFE・SEM観察の
Msn合金めっき鋼板(NS)では,極わずかの0は認め
結巣を検"するため,同剥酢而についてFE・AESによる紕
られるが,ほとんどはCしか検出されないので,劇雌形態
はほぽフィルムの'材側の凝藥破壊であると考えられる
Fig.7のFE・AES分析結果から,フィルムと基材との剥酢
AES Analysis charヒ
Sample
NO.
界血について,その惇み力向位羅を推定し柴理した.その
(Dl can walD
C
結巣をFig.8にポす.まず,」進材とフィルムの密着ノJが
所低いぶりきでは,成形によりSn酸化膜層が凝染破壊す
ることでフィルム剰酢が小じやすい状態となっている.
Cr
(ECC$)
カ,基材'とフィルムの密腔力が・番商いNi・sn合金めっき
C cr
の剌離界面は, FE・SEMによる観察結果より,フィルム片
700
即0
I n EnRroy【OV)
と認められる飾所がないものに例してもFEAESで分析し
た場合, Cが検出されており,フィルムの残存が硫認でき
S
C
(Tin plate)
100
300
ろ. FE・AESの分析深さは数nmと'われていることから,
Cr
Sn
500
7伽
ラミネート1時の熱によりフィルムの基材仙1が溶けて脆く
^
E胎dr引IEnergY{■VI
なっていることで, FE・SEMの仙H象ではわからない程度の
極飾いフィルム則が180 ヒール日式験により剥離した際に」'
N
Ocr
C
(Ni plate)
材仙"こ残っているものと推訓される,つまり, Ni・sn介金
Ni
のフィルム剥酢後の界lmは』'材とフィルムの界1所ではなく
^
500
En●roY{●V
フィルム胴内の凝染破壊がほとんどとなっており,しごき
成形後も奔易にフィルム剰酢が牛じにくい状態となってい
NS
る巴考えられる.また, ECCSとNiめっきではぶりきと
0
C
(Ni-sn a110Y)
100
3ω
500
7帥
900
日肌tr引1重n■f9Y(BV)
Sample
Fi9.フ
NO.
F11・A駐S analvsis ch11Π「ot' S1山S"'aιe su"acc
Fracture interface image
a什er 18d peelina test (Dl can walD
ancl' 180 1)ecling lcst 01' can 、va"
C
成分析を行った.これらの結果をFi菖.7に小す.
ECCS (C)では, CI',0およびCが認められ,別揺御杉態
PE「打lm
●■●●
.
..
"、..゛..ー、....ー゛.."
Cr oxide
(ECCS)
Ste.1
はCf"則とフィルム層の界lm剰酢およびフィルム基材側の
つか剖・.あるが,本桜における結釆と向様に,承1情旧杉態
(丁in plate)
..
Or oxide
ET,
.
.
S
゛゛
ネート鋼板および塗裴鋼板の剰籬界lmを闘佐した研究が幾
:ヘ
凝染破壊の混合であると冴えられる. ECCSを川いたラミ
.
、●●,゛■
Ste61
はフィルムあるいは輪裴の凝染破壊であることが確認され
( 1'1る.
■■
PET 行lm
'畢1.
.
'●●■●.
..
゛
.
●●..■.' '電.
Cr oxide
.
昏
N
ぶりき(S)では, sn, CI',0およびCが認められるた
(Ni plate)
めに,剥酢形態はSn酸化膜廟の凝染破壊およびC1心舸と
Ste.1
フィルム肝の界而剥離,さらにフィルム基材側の凝染破壊
の混介であると老えられる.ぶりきを用いたラミネート鋼
..■●
Cr oxide
冒
、
、、
ノ
'
(Ni-sn a110ν)
あり,もに剥離形態はS11酸化膜胴の凝染破壊である
.●..1.'■'圏
ι
2.Z'1
PET州m
■●●●卑■
ゞ
NS
板および塗装鋼板の剥雌界血を調査した研究も幾つか
St..1
と轍告されている.ただし,それはSn山の桶類によって異
なり,乾燥経時により成長するSn0の状態では塗料密杵性
Fig.8 Tyl)ica11iaul'C O「 1}1C I】ccled l,arlS ι11'1er 180 pceling lesl
7
東洋鋼鈑 V01.38
Ni・sn介金めっきの中岡の状態を小している.
部を断面観察して基材とフィルムの癌杵ノJ向 11により
3.4 フィルム密着力とPETへアの関係
端部のフィルムが基材に拘束される効果を確認した,
Fig.9にしごき率15%,200"でしこき成形を施した後の
3.5 缶先端部の断面観察
缶鞭フィルム密打力とPETへア発牛の開述性を不す.180
Fiぢ.10 (a)に各締めっきにおける各 r柁缶での缶先端
ヒール強度が巧N程度まてはPETへア発生状態は変化しな
部断向をFE・SEMにより観察した結果を水す.
いが,それ以上の180 ヒール強皮になるとPETへアが良好
になる傾向が認められ大.つまり,フィルム密着ノJが■K
ぶりき(S)については,カッヒング後の缶先端部にお
なると,フィルムの基材に対する相対的な変形が抑えられ
いてフィルムが大きく浮いて巻き形状となっている様了が
るため缶先端部のPETへアが発牛しにくくなるものと推刈
確認できる.これは, Fig.4で門ミしたようにカツヒング 1t
程後のフィルム密貯力が低かったためと考えられる.再絞
される.このような現象を検証するため,成形後の缶先端
り 1二界では先端部においてフィルムが浮いた状態となり,
L- m と 1 ↑ 山 丘 、 o m こ 0 一 一 m コ 一 里 W
0 0 △△ X
しごきτ程では,缶先端部のフィルムがない部分が増加し,
ーコー^- S
..
^^-N
フィルムが下切れている様 fが硴認できる.これは,
・イ)ー^- NS
Fig.4で小したように再絞り成形時の発熱によってフィル
^0
.
ム密杵力はある程庶回後するが,'旦泙いてしまった先端
ず
.
◆
ず
のフィルムは成1杉11尋に作用する 1.!↓からの圧ノJによって,
.
ノ
『ン
^●
缶先端力'向にフィルムかより川1し出され,さらにしごき 11
令.■五一
Closed point $olid 11n巴;Reductlo" r■tlo=15%
程後では缶先端部の川0μm強の部分でフィルムが下Wれ
Open point Da8hed line:Reductioo mti0里2側
た状!走となり, PETへアか発,1{している.・/j, Ni・sn介
金めっき鋼板(NS)について↓ιると,カッヒングや11j絞
0
5
10
15
20
180゜ pee15tr臼ngヒh ヨ什er ironi0宮
25
り 1二樫において缶先端都の椒1,,ι'邪分ψ;桝li)までフィルム
N
がはみN1している様 fが認められる.しかし, Fig.6で水
Fig.9
Sample
NO'
Rcla110nS11il,11Cι、vce11 eva111alion 01'1)E、r・h11il' 01' can
jnsiae and 180 PCCI SU'CⅡ武lh
したように成形によるめっき央lmの微矧1111凸や微細クラッ
Cup wa11
Redraw can wa11
Dl carl wa11
30mm he喰ht
40rnrn h6確"t
from bottom
"'om b0廿om
60mm he確ht
丘om bottom
C
(EOCS)
S
(Tin plate)
N
Ni plote
PET 例m (i的ner
^
NS
Ni sn a loY
Steel
^
(日) Thiokness reduction from redrew to DI:15% reduction at C自n top ed宴e
(b) NS2 ( Dl cen waⅡ,20%『eduction ●t Cきn toD ed宮e )
Fig.10 FE・SEM micr01;raP11S ofl)ET hah'(川 C1川 top cd号C
8
ポリェステルフィルムラミネート鋼板を川いたD1缶のPETへア発小メカニズム
、
◆●
◆
^
^
、
韻
、
PE「ヘア発生メカニズムの考察
、
、
3.6
、
、
的な状態を水している.
.
.
、
、
に関しては,フィルムとの密杵力がぶりきとNi・sn令金
めっき鋼板の巾闇程度であるため,缶先端部の様fも,・1,間
、
、
おいても,先端のフィルムが下切れ, PETへアが発生する
様子が認められる.また,ECCS (C)とMめっき鋼板(N)
.◆
認められない.ただし, Fig.10 (b)に示すように,しご
き率20%になると,密杵ノJの高いNisn台金めっき鋼板に
(Φであ三)﹄一伺工1↑山丘、0に0一一田コ一叫>山
端部のフィルムが剥肌したり,下切れたりしている様fは
0 0 △△ X
ク部にフィルムが抑し込まれるために密着力が高く,缶先
■
◆C
■S
'N
●NS
0.0
05
1.0
1,5
20
2.5
De1ヨ庁lin3tin宮 len宮th of pET 例m
On cantop edEe/mm
3.6.1 缶先端部フィルム剥離長さと密打力の関係
Fi三.11に各極めっきにおけるカツヒングじ程としごき r
程(缶先端部しごき率15%)の缶先端部フィルム剥酢長さ
Flg.12
Rclalionship be(、ve011 CV社hlali'川 or pHI、・1111ir (i11Sidc)
an(1【1ClaminaⅡn召 leΠ客lh or pET Ⅱlm o" can top cdge
と180 ヒール強座の関係をポす.いずれの 1二程においても
180゜ヒール強座がlhK なるとフィルム剥離長さが加くなっ
ており,フィルム密杵力と拙先端部のフィルム剰雌長さに
3.6 3 」'材とフィルムの降伏艶リJの1對係がPETへアに
は,」_:程1'に相関があることがわかっ大:.特に, 180 ヒー
及ぼす影粋
ル強皮が巧Nを超えると,フィルム剥齡長さがかなり匁く
基材とフィルムの降伏応力には大きな差があり,この帳
皮第によるフィルムへの鴛み藥中が原因でPETへアが発乍
30
する"1能性について以卜の通りぢ樂した.フィルム物竹は
、
、
、
25
、
、
、
、
、
0
2
1.0
;:
1.5
口
、
■
=
に0
毛亡Φ一凹こ罵に一E.一Φ0
EE＼乱でΦ§仁田0
EE↑山区、0
成形1時の発熱を"慮し,、地近傍の70Cで引恨試験し九結
、
、
果を用いて比岐し大:, Tal)10 1およびTable 3に小寸よう
△
に,フィルムは基材の18程度の降伏応ノJしかなく(基材:
247Mpa,フィルム:32Mpa),しごき成形の極址初はj'
■
材がほとんど亥形せずフィルムのみが変形する瞬岡が存在
'
'
N
N$
◇
し,ハンチの前進に作い」'材の変形が始まると推測される.
0
、、、、、
しごき成形開始心後からわずかに成形が進んだときの缶先
、
010主●d poi"t cuoDi嘔 orooe部
ODerl poi"t :1ずonina pro06Ξ3
◆
◆
..
05
端部断血の模式図をF喰.13に水す. F壌.14には, F地.13に
小したしごき成形開始俺後のフィルムのみが変形す引瞬岡
00
0
5
10
15
20
25
180゜ peelstren宮th/N
Fig.11 RolalionS11il) bcl、Yecn 180 11ecl s"'cn片【h o" can l01)
Cd甘C 川ld dclal"f"a11t礁 len豊ιh 01' PET lilm
なる傾向が認められた.
について,缶先端部のしごき*に対する缶先端部フィルム
の址人扣汽歪みを計算した織巣をポしている.しごき成形
の初W1の缶先端部フィルムの1'人肘1門ボみは,缶先端部の
しごき率の増加に伴い指数関数的に助加し,缶先端部のし
ごき率が約1000で缶内1面側フィルムの破断飛み(真がみ換
算で都".4)に到迷する.したがって,"材とフィルムの
3.6.2 PETへアと缶先端部のフィルム剥離長さの1對係
密丹ノJに拘わらず,缶先端部のしごき率が1006以上のしこ
Fig.12に谷駈めっきにおけるPE「ヘア評点と将上鼎缶の
き成形をljうと,本探の試験条件においては缶先端部の
缶先端部のフィルム剰雌長さの関係を示す.缶先端部の
フィルムが破断するⅡ1能性がある.しかしながら,本轍の
フィルム剰離長さが1.0加以ドとなるとPETへア評.,1iが向
試験を兪むこれまでの試験結果からは缶先端部のしごき率
上することが判明し,缶先端部のフィルム剥眺長さとPET
1006では PETへアは確認されていない.すなわち,本報
ヘアに樹関があることがわかった.つまり, Fig.10の断1雨
カ:」'工でも小したように,フィルムと1,ミ材の儒着ノJを向上さ
の試験斜果から,缶先端部のしごき率が10 15%の領域
せることによって成形時の紙先端部のフィルムが浮いた
き成形塒の"材/フィルム外佃近傍のフィルムの変形が拘
では, J'材とフィルムの密着ノJが向 1二するに伴って,しご
り,下U」れたりしにくくなるため,缶先端部のフィルムが
東されやすくなるため,またf11先端部のフィルムが破断し
剰航しにくくなり,それに伴ウてPETへアの状態が良好に
た後もJ'材から■倒悦しにくくなるため, PETへアが発生す
なると嵯えられる,
る缶先端部のしごき*が増火したと冴えられる.ただし,
4{洋鋼叛 V01.38
Ironin宮 die
フィルムへの企み染巾によるフィルムの破断であると
考えられる.
入::L
、
、﹄
3 PETへア発乍と缶先端部のしごき率との関係を藥理す
ると,以下のようになる
.1000末満フィルム屑がしごき成形により破壊される
゛
Dl can wa11
領域ではないので, PETへアは発生しない.
.10
Punch
15%:フィルム層がしごき成形により破壊され
る領域てはあるが,基材とPETフィルムの密摘力が高
い場合にはフィルム馴全体に及ぶ破壊が抑制される領
F殉.13 Deformali011ima昔e 01' can l01) edae in ironing p
域であり,基材とPETフィルムの密着ノJ向上により
PETへアを改善できる.
5,0
゛゛
.15%超:基材とPETフィルムの密着力によってフィル
ム屑の破壊を抑制できる領域ではなくフィルム層令
0
4
体に破壊が進む領域であり,しごき成形により円汀へ
.
3.5
アが発生する.
.イ'P ,
0
3
゛゛才
舗
E品E一冥●霊
?一尋、冨●旦一仁"一尋主0山)番●OE0叫C-E0﹄一に一
Eそ乱でΦ旦eδ、0に一■bw-Cき里30●
4.5
引用文献
ξ>,
2.0
゛.
剛
Fr●otUず●尋tf■ln of
D 111屋侠,料フU暢宏,池Ⅱ1保と,有松裕治,志水慶・:
,
PETfilmo0ヤ)ー゛
PETfilmo0ヤ)'_ー
1.5
東洋鋼鈑,33 (2002),23.
_、、、・・・ー、、、 1
10
2)田屋慎,甲斐政浩,Ⅱ1邊純,上井博史,堤悦郎,
0.5
佐イh則人,1,丸秀和:東洋鋼鈑,36 (2008),42
00
0
5
10
15
20
Reductιon fatio ofC忌o toP ■dEo in ironi町且 Prooe$エ
/調(conv."UO".15加in)
Fig. M
Elrecl olequiνι11e11t Sιrain and l'eduction l'a【io of C1111
{op ed昌C on pET・hair
3)小斐政沽,田屋慎・,戸丸秀和:鉄と鋼,99 (2013),
20.
4 ) 111斐政沽, U.1屋lt↓・,1i丸秀和:鉄と鋼,舗(2013),
503.
5)叩斐政浩,Ⅱ.1屋慎, j,丸秀村1:鉄と鋼, 100 化014),
,
缶先端部のしごき率が15%を超える領域では,基材とフィ
966,
ルムの界而から籬れたフィルム層内においても凝染破壊が
6)乾恒火,1川条誠.,滑水信糊金属喪血技術,32(198D,80.
発生するため,」'材とフィルム1批の密着力に1村らず, PET
フ)松林宏:金属衷1'i技術,33 U982),4備.
ヘアが発乍するものと推渕される.
8)前田亟綻,小俣裕保,朝野秀次郎:鉄と鋼,64
(1978),539.
4.結言
9 ) S.C.Bt'i11011:BI'il.corros,、1.,1 ( 1965),91.
H)) P.Rocquet and p.Aubn111: BI'il. C01'1'OS.」.,5 (197の,
本轍では,ポリエステルフィルムラミネート鋼板をj"い
たD1缶のPETへア低減に及ぼす基材とPETフィルムの密竹
性向上の効果について検祉し, PETへアが発牛するメカニ
193.
U) S.E.Rauch Jr. and R.N.sleinbicker:、1. Elcclrochcm.
SOC.,120 (1973),735.
ズムについて考察した.得られた結論をまとめると以卜の
12) S.C.Brilt0Π:BI'it.corros.J.,10 ( 1975),85.
通りである.
13)有賀慶司,1川條諒::金属表伯i技術,27 U976),フ,
Ⅱ) PETへア発生の第・嬰因は,基材とフィルムの密着力
14) V.Leroy,J.P.servais,L.Habraken,L.Renard,」.
である.180 ヒール強度が15Nを超える状態になると,
Lelnpereur and s.A.cockel'iⅡ:1St bltcrnarional
成形されても缶先端部のフィルムが剥雌しにくいた
め,缶先端部のフィルム剥雌部が短くなり, PETへア
Tinplatc confel'ence, U976),:畑9.
15)火村等,大村英雄:回ミi羊鋼鈑,29 (199D,43.
が発生しにくくなる.ガ, 15Nよりも密着力が低い
16)椎名弸,市ド知彦,宇都宮秀紀,辻本和弘,横矢博,平
場介は,成形された際に缶先端部のフィルムが基材か
ら剥雜して浮いてしまうため,缶先端部のフィルム剥
酢部が長くなり, PETへアが発生しゃすくなる.
2) PETへア発生の第要囚は,しごき成形によってラミ
ネート材が変形し始める局所的な初期段階における
野茂:特許公報第42袷2701ナ(2009)
17)渡辺徹,新井・",廣瀬毅,近沢Ⅱ1敏:Π本金属学会
誌,63 U999),489.
18)渡辺徹,新井・",艇瀬毅:Π本金属学会',64
(2000),242.
ポリエステルフィルムラミネート鋼板を用いたD 1缶のPETへア発生メカニズム
19) B.A.spiridonov and N.N.Berezina : proteclion ot
Metals,40 (2004),85.
20)駒井正雄,谷Π歩,清水信義,志水慶,田中厚夫:鉄と
鋼,83 a997),37フ.
2D 鈴木威,岩佐浩樹,山下正明:鉄と鋼,89 (2003),142.
22) K.Hamahal'a, H.ogata, H.Kimura and T.1Chida:
2nd North American Tinplate conference,(1990),
125.
23)前田重義:金属表1旬技術,37 a98田,430.
24)中林熊保,石田正説,松原政信,小林聡,林田貴裕,
毎田知止:東洋鋼鈑,35 (2006),1.
鋼板用表面検査装置「i・TOP」の開発
河村兀紀、・倉田英
.
北本秀夫、
3
Development of Auto surface lnspection system for steel strゆ"i TOP"
A,010π01'i KAWAMURA, Nide,"asa KURA1汎, HidιO K"'AMO'ro
Synopsis :1n late years lhe quality reqⅡil'eme川 of steel pl'oducls has become seν引'cr.1n 小e late 1980S,、VC
developcd the nl'sl aulo sul'face il〕speclion sysleln having a line sens01' camel'a and a light source lo
Contr01 1he sud'ace quality or stec! slril)S,
Ab01Ⅱ 2000, by the introduclion 01' digitized Ⅱne sensor camera and h礁hly ped'01、med pel'sonal
Computel', the auto inspeCⅡon syst剖n on l]1'oduclion lines wcl'e 1且1'aely iml)roved and beaan to
apl)ear on 小e markel as appliCそHions or nlm and papel'insl〕eCⅡ01〕S. A11hc same Ⅱmc,、ve tt'ied lo
apply 山e syslem on 小e SιCCI SI"1)s and developed a lo、v pnce and hi豊111y eⅡ'icienl hlspcCⅡon
Syslem nna11y by combinin目 01"' experiences and techn010巷y which we had cU1ⅡValed l'or a long
Iime. since ⅡIcn, we have ver山ed ιhc effeCⅡVeness o「小e sysle1η in 011r pl'odⅡCⅡon Ⅱno n01 0nly
for sleel st"PS Ⅱ1(c a lin l、ree sleel (TFS), a lamj11ιlted sleel,ι11inl)1ale, and sleel ber01'e plaling, bul
also for an aluminum plale.
In 20U , we named lhjs syS1引n "iJrop" and began l01〕1'omole i110 olh01' coml〕ιlnics. so far i111as
bcen 、veⅡ,rcceived and conlr山Ulcd to lhc impl'ovemeΠ1 01、 PI'oduclivily a11d qualHγ 1'or cuslomers
both in dolneSⅡC をlnd ovel'seas,
1Π lhis l)3Per, we inlroduce oul' auto sul'race inspeclion syslcln, SO・caⅡed,"i・TOP" 1hal we
developed r01' steel slrjl〕. By using 111is system, the i11SI)eclion abilily WそIs greι111y impn〕ved, so iι
became lx〕ssiblc t01'ecognize such a det'ect like a liahl c0101'cd scale 、vhich used 山 be vcry diⅡicult
10 nnd.
Keywords : S111'「ιIce i11SI〕eclion ; i・TOP ; ima曹e l)1'ocessing
川を図るへく,Π礼がこれまでに培った経験・技術を細合
せて,従来剛検介装枕に比べ安価て,高機能な鋼板川検介裴
,
1.緒言
鉄鋼製",の品質に対する俳要象堕求は,近郁ますます厳
肌を火用化する九め, r1社ラインで検址を行ってきた.そ
して,弓ιイ11では,ティンフリースチール,ラミネート材,
しくなってきており.弊社においても1980年代後平より鋼
ぶりき,及び,めっき前鋼板,そして,旦!にはアルミニウ
板川衷1田検吉装机(以後,従来型検介装椴と'批す)を
ム板の喪lm検食裴1殴として社内で連用している.
開発し,品質符刊!に活川してきた
また,2011甲からは同装1πを i・T01勺と兪*,し,外販
を挑進しており,1司内外ユーザーの生産性や品質lmの向上
2000年頃より,ラインセンサーカメラのデジタル化,及
びハソコンの能ノ」向」二に作い,フィルム・紙川の汎川検食
などに人きく寄り,している.
裴脳(以後,リ凡川検査装1汽と記す)が各礼より開発・
本縦では,鋼板川に開発した女山i検査裴擢 i・TOP に
発光された.弊礼はこれに沈11し,祠装齡の鋼板川途へ適
ついて紹介する.なお,Ⅶ口P (アイトップ)とは東派
央i下鋼鈑 V01.38
とにより版幅を求め,广1動で検査帆を設定する機能を逃
鋼鈑の登録商標で,jはinspeCⅡon (検査)の頭文字で,
こ
TOPは検在装擢のTOP(先ず制を進む小を意味する.また,
加した.
読みのアイはeyc (目)に通じ,視党的な検査を愆味する.
汎用検企装1汽では,被検作材が光を透過するため,検倉
の方法が透過式となるが,被検査材は透明なものが多いた
2.i、TOP開発の経緯
め,検俺絶1川外との境Πであるエッジを検11.1することが圈
難となる.それに比べ鋼板の場介は反射力式であり,
1980午代後半より, CCDラインセンサーカメラを用い
た従来型検査装1雛を社内運川してきた.検催方式はFi痕 1
ログ偶号を処郡することにより欠点を検111する方式である.
◆
S喰nal
Processor
M
Line sensor camera
1卯
50
"
0
^
之0'0
0
L喰ht 50urce
＼
カメラで鋼板衣10iを撮像し,得られたカメラ受光11tのアナ
ある.
[苫巴ΦEmomに一だ闡=で里一Φ0田止
にポすような,ラインセンサーカメラカ式を採用している.
Fi菖2に小すように板エツジ部の光量旅を得られる赫点が
.
^
'09●
Pixelin a C急1口er.[biu
Fig.2 Video WιIvcr01'm or sleels{ril〕
i・TOPのエツジ検1."力法をFi8.3にUミす,板エツジ部の
Strlp
光喩で徴分処理を行い,板エッジの位1詮を検川する.その
Fig.1
後,不感出部を設定L.その内側を検査帳とする.鋼板は
SUI'1acc i11SI〕cctio" mothod or slecl slrip
蛇行することがある九め,通板巾に板エッジ検1.1.1処卵を1州
20山11北頁より,フィルム・紙川で安価なパソコン型の汎
j垪的にljうエッジ追従機能を迅加し安定した検査を可能と
用検代裴朧が科礼より1非ザを・叛光された.向裴1縱を弊社フィ
ルムラインに導人した際,対象ラインの速度は遅いが,欠
点サイズが小さいため,カメラ駆動速度は袖K設定されて
いた.そのため,フィルム・紙に比べてサイズの人きい鋼
板の欠点であれば,11可業分解能も大きくN.1来るため,ライ
ン速度が商速でも対応"1能と判断した.弊社の約20イ11にわ
たる衣血処郡鋼版n動検汽に1對する経験・技術と,汎川検
査裴朧とを組み介わせて,安価で処理速度が速い高機能な
鋼板川表巾i検査装1遼「ia'OP の開発を行った.
3.鋼板用途への課題とその対応
汎川検佐製1溌を鋼板則途へ適用し突川化するため,
肢に
次の機能開発を行った.
a)"動検査幅設定,及び,エッジ追従機能
②欠jli検1Ⅱ判延のlfε速化
③鋼板用山像処理の開発
3.2 欠点検出判定の高速化
3.1 自動検宣幅設定,及び,エツジ追従機能
ング装雁やハイラーなどへ欠点検川f'号を出力し,マーキ
鋼板ラインへ喪血検代装紕を'没縱する際,下流のマーキ
鋼板は,フィルム・紙に比べ,被検俺材の輔寸法が変わ
ングによりド下易!へ欠点の位1溌を知らせる運用や欠点部分
る頻度が多い.汎用検査装羅は,その都度,検査幅をチ動
を除去する述爪を行うことが多い.しかし,汎用検汽裴靴
で設定する必要があり作業竹1が悲かった,そのため,
の欠!!i検出は, Fig.4 (a)で水すように処皿!基板で千」'う
i・TOPでは検査スター N1寺に板エッジの光耻荒を検出する
・次判定(欠ゞ.(の光1止差,及びサイズ(面砧,長さ, ND
鋼板用喪仇i検査装1礎「i・TOP」の開発
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
W、.dt、 130omm【4096b社)芸
Y r0部IU"on ■b0ι貞 03mrn u"
Proo.工忌i"ぎ of m'〔e a Dlarle
It multiply 仙.輩1舮ヨ 0f ぜle 0■mera in th●
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1 ^
※ X r閥dU力0".bout 03mm bik
(b) Add]tior1ヨ1 funct爾1
( i-TOP )
(ヨ) Gen■1祉一pur円6■ m即hiΠ●
.L吋■t oUきntitY d話F6renC■
Thr.=hold
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Prim甜Y det■剛in酢iorl
倉
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・U耐lk 口U急"tit¥ differ■nC●(n雌Shold
. siZ卑(a悼ヨ、 1.n肩th、 widけ1
Boerd proce55in宮
Pc processin宮
S●oondarY d■t剖」Noatlon
吐 CaS5ifY bY the shヨ配 of th毛 d■'6CL
R.nk
M
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OK
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OK
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OK
OK
舛G
2
3
器●一0-0■、mo
L
FiΠヨ1 deterrrlinati伽
吐」ud即仙目ヒ Whet、■r ト'erずr゛1UI
d.f.ct or 卜旧rml.畢皐 d.f.ct
Li●、1t 口Uont此Y d洲■r●nce
(1門写hold)
.sizo(皐r.0、距n言廿1、 wid小)
'・・・・・・・・・・・・↓
OU如Ut the defect detecuoo si三胎10f the 卜叩rm晶、11 defecL
H.r巾hul defed or harf"1e6S defeot is seteble with a rank.)
OU如Ut a defed detection
Si舮.1 串t h宮h $peed
Fig,4 Mclhod orthe dC1セCl processina
から欠点候補部の画像を切り出す)と,データ処則ハソコ
3.3.1 圧縮処到1
ンで行う次判定(欠点の光址達,及びサイズ(血獄1,長
般的な女1珂検査装1汽は欠点検1Ⅱの血像処到!として,通
さ,編)からランク判定し,有占欠点,無害欠点を決定す
常.濃淡の変化!1tを求める徹分処理を使川する.微分処理
る)があり,次判定後に欠点検出信号を出力していたた
は小さい点状欠点については安定して検川Ⅱ1能だが,変化
め,約3秒の処理時1剖を聾していた.そのため.欠点検出
がなだらかで欠1瓢の際がはっきりしない沌汚れ状欠点の検
信号を使用して,ド流の機器を制御する場合,検在装1靴の
出を片下とする.その対策として,i午OPでは1血像をル締
設置位胤が11訓劃」されていた.そこで, i・TOPではFi君.4 (b)
する庄縮処到!機能を前処理として追加し九.圧縮処理前後
に尓すように従来データ処理ハソコンで熊施していた'次
のイメージ,及び,アナログイ'号をFig.5にポすが,微分
判定処理を基板上で赦行して竹う市で,欠点検出偏昇'判定
処埋前に1師像を圧縮することで,より酢れた画素の濃淡変
の商速化を実現した.ただし,ハソコンで火施する:次判
化批を求めることができるため,大きい刊"弓れ状欠ゞμ二対
定は,名・ランク別に欠点検出{〒昇・を1.1.1力することが1寸能で
して有、効となる.
あるが,基板で行う1拓速判定の場令は欠JI、1のランク分けを
庇縮する力法は,単純に画楽を抜き取る「Ⅲ"1き」と,
行わず,欠点検1"偏号を1.Ⅱ力する.なお,」'板で1↑う1布速
判定の処理時例、'は,カメラが欠点部を撮像・判定してか
近傍画索を平均化する「移動平均」とがあり,各庄縮方法
ら,0,02砂以、ドとなる.
平均にて圧縮処理した画像をF培.7に水す,特徴として,
冏引きは地介(対象物の欠点以外の正常な部分のノイズ)
本機能は,シャーライン等,欠点検出から判定N'VJまで
の距捌訪畉旦いラインに特にイ1効となる.
をFi留.6に,突際の欠点画像を5朽の「問引き」と「移動
が戚縮前の乍伯となるためS/N比を確保し易い.それに比
べ移動、1Z均は,地合が近傍画素と平均化されるため,Ⅱ三締
3.3 鋼板用画像処理の開発
汎用検介装椴では,・都の鋼板特有欠点の検出が圈難で
あった九め,新たに鋼版川血像処理を開発した.
*1:処馴時闇には,検吉装綴が欠点の人きさを認識する
までの時闇を含まない.例えぱ, Rい筋状欠点では長さを
測定するため,欠点の尾端部を認識L大:後,0.02秒以下で
欠.'!.(検1.Ⅱイ'・牙を出ノJする.
前よりS N比が小さくなる可能性がある.そのため,移動
、F均は特に地介が大きくS/N比を安定して得られない場介
のみに使川する
門 0之
00 (カ
誓.ヨ
U
m刀︾
ココ
︾
誘『
1ぞ
言Φ
国国国
国区国
国区国
心
国国国国国
国国■国国
国国回国■
m
(口ー
回回 0
1_図豆回
国■・
国国国国■
区国国国国
工0.
6こ
(巴↓三ヨ三如ヨ.
D
(山+ず+0+n+●キい丁土
鋼板則喪血核翫裴饌「ilop」の開発
5
ψ乃
^
1之.与
5
1
占7寓7
%
野子5
}ま目点座標X内Y:7乳X殉Y:動
π画像1^1働親画像1脚罵1卸
^^了%モノリロ
主目占階調 373%
,与
譲器認郎
裂彬棚脚
都畿靴裂
裟出饗搬
叩器最器
将彬山雛
,,5
三,51
占7寓7
●長7
●丘了
●90
虫,2
510
51β
^
(a) Thinning method
^
肌"
,,莟
^
書乏与
Fig.7 h11a武e orcomplEssion procossin目
1
庄目貞座.、X抑Y二,剖X内Y二剛
11^1^
貌画像1戚巨1冊
3み話^3■9%モノリロ
主目占階調゛4_フ%
34_1 400 ^_' 412
3子6 ●Z4 ^2 ●Z4
^6 443 ●00 439
41' ●6.3 412 4●_フ
●尋6 ●Z了
^6 ●4347
^ 4区3
(b) Averaglng
(C) 1mage of before processing
茸5
%
435 ●豊2 47_1
●4.子●且6 4E7
4症3 "241.1
47551霊 415
4霊罪 5玉.ヨ 4了β
4●3 乳5415
51Ⅱ^.3 4了霊
method
東洋鋼鈑
V01.38
3.3.2 スケール噂用判定処理
f ( i-1,」-1) f ( i,j-1) f ( i+1,上1)
スケールの様な薄い筋状欠点は,従来より使用している
微分処腔での安定した検1,Ⅱは困難であった.そのため,汎
f( i-1,j) f( i,j ) f( i+1.」)
用検査装1難の既存機能であっ九*間フィルタを利用して,
薄い筋状欠点に有効な画像処理を開発した.
f ( i-1,」+1) f ( i,j+1) f ( i+1,」+1)
なお,空問フィルタとは,注日血業を中心にした M行"
N列の近傍マトリックス,及び同じサイズの係数マトリッ
(a) pixel value of target
クスで戴和演算を行い注蹴画楽の画業値を変換するフィル
タのことで,変換後の画素値は以Fの公式で求めることが
できる1
W
h (-1,-1)
h ( 0,-1)
h ( 1,-1)
h (-1,0 )
h ( 0,0 )
h ( 1,0 )
h (-1,1)
h ( 0,1)
h ( 1,1)
W
g(iゾ)=ΣΣ/(i+1",j十h)・h(加,π)
n)
jダ
11=-1P "1
g (i゛):変換後の画業佃, f(i,j):洗日11M楽の画索値,
h (m,n):係数マトリックス
係数マトリックスを3心と仮定すると,洗Π画索の画索仙
(b) coefficient matrix
と係数マトリックスはFig.8で喪すことができ,変換後の
Fig,8 CalcU1ι11i0110fspatialfil【01
画索値は以下の通り計算できる.
60
2
0
2
10
0
゛
0
0
0
・10
・20
0
30
22222
0
$1GNAL20
00000
30
000000
0
0
40
0000000
0
50
0
.40
( b ) Coefficient matrix
(a) pixel value of target
U
印
50
40
30
"川N11、
""1Ⅷ
、ノ
,
・20
t
゛%'
0
・10
ーー
』'
1
T
20
SIGNAL
10
」
・30
叫0
( C ) Pixel value of after conversion
Fig.9 hηaac l)t'occssi"H orsl)ι11i111 n11el'
18
鋼板川女血検介裴枇 iTOP の開禿
フマスの和を「0 (ゼロ)」とすることで処理後の画索値を
g(i,j)*ΣΣ
1(i+ nl,j+,1)・11(m,川
..-1所=ー】
0 (ゼロ) 1,ミ雉とすることができる.なお,数値を大きく
し則嫡*を変更することで,より薄い欠点を強闘すること
* V(i-1,j-1)・ h(-1,-1)" V(i, j-1)・即,-1)}
゛{/(iH,j・ 1)・加,・1)" V(i・】,j)・ h(・1,の}
゛{j(i,j)・地,の}一仇i゛ 1,j)・如,の卜 V(i・ 1,j川・川・1,1)}
も口1能である鋼版川に1昇1発したスケール導用判定処砥!
②
時の1唖像処理例をFi耳.11に示す.本処理により,延い筋状
欠点が強調され検出能力が向上している.
゛仇i,j-1)・ h(0,1)},{1(H I," 1)・加,1)}
現状では,画像処理を2段階で行うことができるため,
そして,薄い筋状欠,'反用に開発した処理の空闇フィルタ
微分処垣!・nξ締処奥!・スケール専川判定処即をJ'本に,欠
計算例をFi3.9に示し,同図中央の・部を数値で衷した牢
点の形態に合わせて処理の鋤み合わせを変処したり,係数
問フィルタ計算例をF喰.10にポす.入7の係数マトリツク
マトリックスの数値を変堂!して使胴している.例えば,長
スが今回開発した処騨て,縦殖算処理巴命名し使川してい
丁・方向に長く人きい薄汚れ状欠Jはの場合は, 1段階Πの1111j
る.縦のフマスに詑ぶ 2 により長予方向に敬算するこ
像処邸で圧縮処理を行い,2段階"でスケール専川判定処
とで,欠!!、U甫牙は強調し,地介は平均化させる.また,横
川!を行うことで欠点をより強調することができる.
2
0
2
2
2
2
-3
-4
-1 1
-4
-8
3
-10
-13
U
5
0
-22
即リ836653
-10
-12
心゛
U 朝
゛
町袷
3 4
9
-38
-14
0
-42
U"U闘U
34434478
-3
0000000
0
0
4
-35
-41
2
0
2
9797
2
-38
7
0
( b ) c o e ffic ie n t
0
-34
2
0
(a) pixel value of target
-33
0
1
2
2
0000000
2
3
X
0
000000
3
4
5
ーー201012
131ーー31
55555555
2101ーー
31ーー2
222101
ーーーー2
4
2
2
-24
-30
(C) pixel value of after conversion
Fig.10 lmιlac pl'OCC怖h1暑 01'SI)ι川al "Ⅱer (valuc)
区三三=>
Aft e r Processlng
Before Processlng
Fi9.11 h11e号rιltion !)1'ocessing
19
matrlx
東洋鋼鈑
V01.38
而の乱反射のみを検査する場令などに使朋する.ハイブ
4.実機への展開
リッドタイフハイグレードタイフは表裏面検介で,圧長
,
射ノ乱反射の2樋光学系が必要になる場介に使用し,その小
でもライン速麼が高速となる場Aや検出Lたい欠!!、功;多極
4.1 実用化
20帖午から汎用検査装1殴を的社ラインに導入し,鋼板表
の場令にハイグレードを仙jUする.
而検査に必要な機能の開発を行ってきた.現在では,鋼板
用に機能を遡加したi・TOPを,ティンフリースチール,ラ
4.2 i、TOP外販
ミネート材,ぶりき,及びめっき前鋼板,吏にはアルミニ
社内の逓川で実用化のΠ処がたち,2011年よりiTOPの
ウム板で社内運用している. Fig.12に検査部ユニツト(カ
外販を開始した.これまでに圈1勾外へ13台納人(2014午Ⅱ
メラ,光揚0 の外観を尓し, Fig.13に操作ハネルの外観を
水す.また, 1・TOPが検1Ⅱし仙H象した代挺的な欠Jli画像サ
"現在)し,導人したユーザーには,装般の能力や使い勝
ンプルはF喰.14に不す通りて,モノクロの色榔川な測倍功ξ得
に大きく寄ら・している,
下などで満足頂け,ユーザーの乍産性や品質伯iの恂上など
られる.
弓ι在は1舸兆した機能の不」無て, i・TOPを3つのグレードに
5.結言
分け,ライン仕様や検出したい欠点などから最速なグレー
ドを進定している.各グレードの仕様はTable 1の通りと
フィルム・紙川の汎用検代裴般にΠ社で培った表lm処則
なる.使い分けとして,スタンダードタイフは鋼板の表裏
鋼板"動検査に関する経験巴技術を矧み合わせ,さらに以
ドの機能を突則化し,鋼板宅への適用が可能な安価な長旧i
検査装靴 i・TOP」を1升1発した.ま九,20Ⅱ司三からは本裴
1靴の外販を開始し, 1可内外へ13台納人(2014年IU]現右0
(") scalo (black)
( b ) s c a lc ( w h il o )
(C) scra【ch
(d)」8mmod by slodgo
(C) pre$5Cd 叩ark
(O H010
Fi9.12 1nS11eclion Ⅱ11il (C印ηera,1ig111 Sourcc)
瓢、
Fig.13 0PCI'a{01' P11nel
Fig,14 Sa111PIC 01' dcrocl
Ⅱ11a武C
鋼板用女血検丘裴統 iTOP の開を
Table l cradc oriTOP
S始ndard
Hybrid
H喰h 岩rade
2048 6144 PⅨ
2048 6144 Pix
2048 8192 Pix
80MHZ
80MHZ
80 160MHZ
Series 0千 max
2
4
4
Number 0十 max
4
8
48
F0110win" the ed三e
available
available
available
OutDut 0千 r白ヨ1 time judge
available
available
evailable
Matrix
7 X 7
7 X 7
7 X 7
Circuit
2
2
4
not 日νailable
avai1きble
SpeC而Cation$
Camera
Image
Processlng
MUIU5tage
ailable
の検川能力が向 1二した
している.
a)板エッジを検1_Ⅱする機能により,白動で検査血,1を,女定
することが可能となっ力.また,朋1切的に板エッジ検
11゛後に鋼板川央噛検代装般 i・TOP の俳1発にあたり,
1,Ⅱを行い,迫従することで蛇行の際も安定した検代が
ご恊ノJ頂いた関係行位に,途上をf什りて深く感謝の意を女す
可能となった.
る
②欠点検Ⅱ_1判定の商速化により,欠点検出から判定NVJ
までの目測肋珪豆いラインへの設1汽がN1能となった,
B)鋼板川途に1刑発した胤綸処理やスケール導川判定処則
を適川することにより,これまで従来型検介装枕で検
Ⅱ.1が仏1握ιであった,苅汚れ状欠点,薄いスケール欠点
引用文献
第51;ミ空岡フィルタリング処,", hⅡP: il〕だ0.
CS.ehime・U.ac.jp/column/gazo syo" chaple15.h11nl
樹脂被覆鋼板への表面エンボス賦形に関する理論解析
中島利幸、・逸見勇介牝
Theoretical Analysis of Embossing process on a Film coated steel sheet
7bs/1iyⅡkiNAKASHIMA, Hι」'ukι HENMI
Synopsis : A crysla11ine l)olybutylene lerephlhelale (PBT) 1ilm coated sleel S1祀el has been used as en interior
building matenal. Thc pBT nlm coaled surlace on the steel sheclis usua11y given a design pn〕perly
by embossing al high・speed conⅡnuous manufaclurina line. Thel'erore,ilis ve1γ dimcultlo cslimate
the suilable elnboss condnlon. Especia11y, in lenns of dclerminlng 壮le minimum "11η thiclme豁
requil'ed lbr cmbossing pl'ocess on 小e pBT 員lm surl'ece,、ve have needed consldel'able experiments.
In an e"'or110 1'educo cosl aⅡd {ime,小eoretical eslimation or the minimum film 小Ickness is
Si昇n所Canl. Thus,1he viscoelaslic behavior 01' PBT polymc】' during lho embossing process has bcen
invost礁ated by a numerical simulation in order lo oplimize lhe 1Ⅱm ιhick11ess for slamp gcome11'ies.
As a nⅡing process 01'1he pBT polym引'into lhe paⅡem, the embossing proccss can be described by
Viscoelasljc del'01、malion based on 甘enerelized Max、ve11 model. For a sand paⅡern, fi11in8 ratio
dependel〕cies on a r011transit Ⅱlne, a nip pl'essure and an in川al nhη lhickness 、vere eva111aled by
both cxl)erimenls and simulations and Ⅱley agl'ced 、vilh each olhor qljenlitそltively, The dcpcndence
On 山e in川a1 削m lhickness was aⅡribuled lo adhesion 01'1hc polymer a1 小C slamp and subslrale
SurRlces. The rcquisite minimum nlm lhickness lbr a sand Pそ1Ⅱern Ⅱndcl' an aclual condiⅡon was
eSⅡmaled and 小C value corresl〕onded lo t11e l'ilm 小ickncss enough to avoid any e1ηbo$s form
del'ecls, To cslimale the reclangulal' paltcrn suilable l'01' 1hin nlm, paramelers or lhe slamp and the
Polymel' wel'e exprcssed as dimensionless pal'alnelers. As a rcsUⅡ,、ve cl'ealcd 111C contour pl010{'
ΠⅡin目 timc as a runction of dimensionless convex widlh and dimensionless concave widlh at a
dilncnsionless il〕itia11ilm lhickness. A decl'ease o{' nⅡina lime al dilnensionless convex wid山 0.5
1. o and dimensionless concave widlh 2.0 3. o suagesls tha{ the l'e部on colTespondS 山 lhc
rectangular pa11ern suilable ror lhin nlm. 1n addilion lo il, as a auidcline of eslh"aling 山e requisite
minimum nlm lhickness f01' a reclanaular pa11ern,1he contour plots of Ⅱmit time and dh"ensionless
Iimi1 Ⅱlm lhickness 、vere also crealed.
Keywords : embossing pl'ocess; PBT nhη Coaled sleel sheet; viscoelastic def0Πηation; numcl'icel simulation;
1'equisite minlmuln n11n lhickness
行っている.
1.緒言
内裴建材爪として,結品性ポリエステル樹脂のボリブチ
レンテレフタレート(PBT)を鋼板に被稜した, PBT樹脂
被援鋼板がⅡ1いられている1・の.このPBT枯釧拾被桜鋼板に
愆1正性を慣ぢ,するため,鋼板 1二でPBT枯朋旨を融点以 1二の
Fi8.1に尓すように,これまでのエンボスは塩ビ鋼板に
削いられてきた砂Π(F地.1(a))等の比較的製造しやす
いハターンが多かったが,近年では知形(Fig,1(b))等
のより粘座の典求されるパターンが増加してきている.こ
れは, PBT枯"指のエンボス慣形性力斗高いことによる". 1自
230 24がCまで加熱して完全に溶融させ,エンボスロール
近では,四凸感をコンセプトとするエンボス深さ120μm
の愆匠が求められているが,コストや不燃認定等により,
で加丘:することにより,高速かつ連続的にエンボス臘形を
膜厚は址人200μm程度に制隈されている.また,'般的
、技術研究所薄板材料グループチームリーダー
*2製膜部製1膜技術グループ iびⅡ
東洋鋼鈑 V01.38
(a)S肌d
(b)Rectan ular
attern
attern
"
11
1,
゛t
1,1
1●
モーーーーー^
モーーーーー^
0.5
0.5 mm
.
Fi9.1 Sand and l'eclan目Ular patternS Ⅱ'anslerred into pBT nlm coated steel shecls
に膜厚はエンボス深さに対して2 3倍必要という経験則が
ボリウレタン系接着剤(東i羊インキ製造製オリバイン
知られているが',5倍以上必要となる場合もあり,エン
GXA)を用いた.
ボス斌形に址低限必要となる1使11Jは個々のエンボスハター
ン毎に突験により見出すしかない状況にある.そこで,客
2.2 エンボス賦形試験
先の要求するエンボスハターンの必要最小膜厚や,薄膜化
接着剤を塗布した原板を240゜Cに加熱し,ラミネート試
に適したエンポスハターンを挑定するための手法を開発
験機にてフィルムをラミネートした.このラミネート鋼板
し,客先への新柄提案を円滑に行い,エンボスロール作製,
を再度240Cに加熱し, Fig2にボすエンボス賦形貳験機
爽験等に要するコストや特間を削減することが望まれる.
にて砂日ハターンが彫劃1されたエンボスロールを用いて,
これらの課題を解決する下段として,数値解析を判用した
エンボスロール温度15土5゜C,ニップ圧力0.49 0.85
新柄設計プロセスの樹築が打えられる.
Mpa,ロール通過時惜]0.促8 0.12S (ロール遡過速度1,3
本蛾では, PBT樹脂被榎鋼板へのエンボス賦形を,エン
5.4m/tnin)の条件でエンポス賦形を行った.その際,
ポスパターンへの樹脂の充填過程と捉え,その充填過程に
エンボス1劇前の裏面温度を,レコーダーに接続した放射温
対して粘蝉性体変形解析部1を行った.砂"ハターンにつ
度計により連続的に取得し,ラミネート鋼板中央部の裏面
いて解析織果と実験結果とを比較するとともに,製品製造
i品度を計測した.いずれの条件でも,エンボス画前におけ
条件における必要最小膜厚を推定L,本予法の妥汽件を検
る災血温度は210゜Cであることを確認した.なお,鷲な品
証した.また,節形パターンの必要最小膜厚や博膜化に適
樋の製品製造条件は,エンボス偵前における裏面温座Z怖
した知形パターンを推定するための手法を提案し九.
2.実験
240゜C,ニップ圧力2.0 2.5Mpa,ロール通過時11司0.06
PBT釧m
Steel sheet
Radiation
2.1 供試材
thermometer
エンボス賦形試験や粘蝉姓刈定用フィルムとしては,ボ
リプチレンテレフタレート(PBT)フィルムをj11いた
PBT樹脂(ポリプラスチックス製ジュラネックスフ0OFP)
を, Tダイを設雁した二軸押出機に投人し,キャスト法に
ヲ(
十
より,膜厚35,60,85,320μmに製膜した.いずれのフィ
ルムも酸化チタン系白色顔料を混練して貯色しており,顔
Emboss
Backup
料濃度は18Wt%とした U1奥1は朽μmのみ20Wι%).エンボ
r0Ⅱ
r011
ス賦形試験用には膜厚35 舗μmのフィルムを,粘弾竹測
定用としては, 1摸1単320μmのフィルムを川いた.
エンボス臘形H式験川の原板としては,板厚0.40脚の心気
販鉛めっき鋼板(めっき址20wnt)を"1いた.
フィルムを原板にラミネートする際の接祚剤としては,
Quench
hcn1ι11ic diaal'am 01' clnbossit18 PI'ocess
樹脂被割鋼板への女1而エンボス献形に関する恥倫解析
0.12Sである.砂目パターンに関しては,エンポス噂前
Tab1白 I param0ιeN of pr011γ Serics ror pBT P01γmer
における裏面温度235゜C,ニップ圧力2.OMpa,ロール通
ノ
表「Ⅲ粗度計(東京精密製SURFCOM 140OD・3DF)を用
いて,エンボス賦形後の樹脂被援鋼板表面とエンボスロー
ル表面について,表面粗さの最大高さRmaXを測定した.
充填率は,エンボス賦形後の樹脂被製鋼板表瓢のRmaXを
エンボスロール表面のRmaXで除すことにより算N.1した.
砂ロハターンのエンボスロール央佃は, Rmax=21μmで
あった.また,砂目ハターンの解析モデルを作成するため,
エンボスロール表面について,粗さ曲線要素の平均長さ
Rslnを測定し, Rsm 120μmを得た.
2.3 粘弾性測定
粘蝉竹測定装艦(アントンハール製Physica MCR30D
にて, PE「樹脂の粘弾性測定を行ったここで,測定治只・
123456789 川Ⅱ松玲N巧
過時間0.06Sとなる.
には1証径8脚のパラレルプレートを用い,振り角0005%と
﹁,島
して,1肌度60 250゜C,周波数1 10OHZの範囲で掃引した.
得られた粘蝉性データよりマスターカープを作成し,
τ,(S)
g
6.84932 × 10
6.37431 × 10
1.82001 × 10
2.26296 × 10
4.83615 × 10
4.10693 × 10
1.28507 × 10
2,72113×10
3.41470 × 10
4.75098 × 104
9.07357 × 10
6.50893 × 10
2.41104 × 10
4.28048 × 10
6.40664 × 10
2.19794 × 10
1.70238 × 104
4.52359 × 104
690172 × 10
1.20201 × 10
2.26092 × 10
3.19400 × 10
6.36414 × 10
8.48715 × 10
2.25521 × 10
1.99740× 106
1.06533 × 104
5.99258 × 10
6.フ7991 × 10
133242 × 10
3
relaxation time of Ah prony element,
dimensionless shear modulus of 允h prony element
VVLF則パラメータとして,参照温度T,げ= 200゜C,第・定
数0 3,第二定数Q=800゜Cを得た.さらに,粘弾性材
料力ープフィットプログラム(メカニカルデザイン製)を
粘弾性挙動を記述する撒成力程式として,以下の式佑地採
j"いて,式{D,②で太されるPI'ony級数6、力の緩和時Ⅲ1τ
と無次元横弾性率g'を算1.Hした.
,・・,ー。←'・Σ","')・
G,(ω).6,・,・G。Σ・主セξ一{
ひずみ,1は中位テンソル, E'は偏茂ひずみテンソル, E'.,
用している6
ここで, Tは兄リJテンソル,κは体利"単竹:率,ε帥1は体勧
は{帖差粘性ひずみテンソルをそれぞれ水す.乢;カテンソル
G"(.)・G。Σ&・ごぞ97
②
i.1 1+ωτ,
の第一項(庇力項)は線形弾性モデルを,第二埴(粘性項)
ここで,ωは角周波数,6'(ω)は貯闘禅性率, G"(ω)
は投失弾竹率,6伽は長期横弾作率,60は即時横蝉性率を
弾伯{モデルを適用している.解析に必要なパラメータは,
は一般化マックスウェルモデルとWLF刑に1'づく線形粘
いる長期ヤング率ι.と長期ポアソン比νΦを代人すること
文献値鋤より,上て則ヤング率εm o.佛Mpa,長期ポアソ
ン比ν如= 0,4999とした,また,メーカーカタログ値より,
により,式(1),(2)に含まれるG叫と G,を求めた.コ.
捌リ膨張率α= 0.000IK とした.
それぞれ小す.次式③,④に粘蝉性体変形解析の人力に用
G悼
G。
ε如
-2(1゛".)
解析モデルを央現するハラメータとしては,スタンプの
{3}
凸部幅S,1川部幅W,円部深さDO,樹脂の初則膜1,Jho,充
填長D,系の温'度T,ニップHソJP,ロール通過時問ιを用
G
←Σ・')
④
いた.また,スタンプや枯釧旨の各ハラメータを凹部深さで
除すことにより,無次兀凸部噺,1S DO,無次ノ'1川部輔W/
Table 1にPBT樹11旨のPI'ony級数ハラメータをポす.
DO,無次兀初拷リ膜1,.リ10DO,充填*DD0を求め,これらの
無次兀ハラメータに基づき考察を1「つた.
エンボスハターンとしては,砂日ハターンと蛎形ハター
3.解析
ンの2柧類について解析を行った.砂Hハターンについて,
ロール通過時問,ニップⅡ{/J,初1馴摸1'1が変化したときの
3.1 解析方法
エンボス允嫉過子'{の粘蝉性体変形解.析には,熱ナノイン
充填率の変化を評価し,突験結果と比校することにより,
タ(みずほ情縦総研製
胤行t配付本変形解析の妥当性を検証した.また,砂Πハター
MelnsoNE)を1・"いたスタンプを剛体,樹脂を般
ンにて妥汽柁カイ靴認できた解析下松を用いて知・1形ハターン
化マックスウェルモデルて'祉述した粘lt叶N本とし,イi限蟇
についても解析を行い,必聾最小膜厚や痔膜化に適した工
業法を川いて解析を11つた.水シミュレータでは,枯釧旨の
ンボスハターンを挑定するための下法を提案した.
プリント解析シ
ミ ユレ
東洋鋼鈑
V01.38
P
JJ,
アー
Stamp:
Rigid body
ιヨy
"
.
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託1."凱:」::::、::.:,,...
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-2.●
ーき.3
PBT Dolylner;
貌
■●
-0.フ
Viscoelostic body
. ■
0.1
■●●●●●軸
CondiⅡon
3.5
2、フ
1.8
0.9
I syrnmetric
I condi{ion
P。
■■●●●,●● .
Symmelric
:、迷、=:
4,4
Condition
.Ⅱ託能d一一 1二一誕
NO-S1ゆ
.,.
Rsm/2
●●●●●●●^■●゛,^,●●●●●●●^●^
,●゛●●●闇号冒●●,■●畢闇,●,争●■,圏闇●●●●●,卑●●●●●,,●写●匂●●●●N畔,●●●闇,司◆,,,
λ
[μm]
Fig5 A"alytiC1111'CS11110f li11i11目 1〕roccss f01'11 S{川ιI paⅡenlwith
Rsm 120μm, n1 21μm alh 85μm, T 210C ,
P O,75Mpa,t o,028S
NO SⅡPcondiⅡon subs【rato
Fig3
A"ι11ytical mo(1el of li11i1唱 Proccss lbr {1 Sa11d l]al{em
1.0
P
UJ.
Hグ2
1司一^
.゛-COICⅡ1且10d v.1UOS
。Qむ
S【皐mp:
Rigid body
ConC司Ve
0
C
Y.
訂
.Ⅲ
1d
Symmo
Convox
S1叩 Condition
0.6
0.4
r
02
Conditi
閉■
゛●●電
唇●●●
゛..
...,
..
....
..
唇尋昌,
罰●■
二将
岡●●●
e
瑞批d
P
一.,
●●■●
鼻●●
2
d
b
●=●■
7
訟
●重
:畔
卑■
..
●局
●辱
,量
個暑
屑■
..
..
●曇
.、一
動
4●
......
/
S■一
.=
謡●
.,
"
●=
一;.一一.如
畢■■
尋●●,
巨●昇4●●宅
■●●●■■■
●堂属畔●昇"●■
●冨●■
■■桐■
一"*",一.謡"詣
●■●量●写,■
■●■●●=
巨卑■●
....
●●写■●■●■●=●■■●
一●丘
岡M■■■■圏畔冒●■●詞■卿■個■
騨■:■尋,●●争●■旦=●●■●
●■●●巨辱巨●●睡●吋■巨畔宥明●
■■■●■●■●■●●虚●■●,■■●
■■●●羽●奪■軸尋●冒●写●軸■
●■●●■●*●'●旦●■●●■●●
0.0
0.00
、
0'05
0.10
0.1
0.20
0..)
ι(S)
Fig.6
..
^●●●●●●●●●●●
^●●●●●●●昌■●●●●●
NO
】1χPorirnenι01 ν"1UOS
0、8
Condiιio" subslrate
Relali'川 bcl、vce11 n11i1111 1'alio D/D' a11d l'{,11 11'a11S" 1il"e i
ror a sand l)1"1el'n al ho = 85μ m,フ 210 C , P O.75MPι1
1.0
Fig.4 A"alylical "10del 01' n11inR 111'OCC豁 ror a rcct11nHⅡlar paⅡom
Expori川on耻11 V訊Iue5
0.8
赴鳧
3.2 砂目バターンにおける解析
^CⅡIculaιod vU1ⅡCI
0.6
0河
Fig.3に砂11ハターンの觧析モデルを小す.1{験紀i米と
の比較や製゛",'製造条件での解析においては,樹垢・スタン
0.2
プと樹脂」,垪オ界lmを計りなし境界,オ,X、i両端を対称境界
0,0
とした.また,峽1,,ι依存性の原1人1推定においては,枯俳話・
0^0
0.2
0.'1
スタンフと樹脂」,峅す界巾iを,汁1りなし境界と"Ⅱ・1汁}り境
0.6
0.8
1,0
P (MI.0)
Fig.フ
界の芥極紕介せとして,,1'算を行った.実毅結果との比岐に
おいては,スタンフと粒釧片は泓座210゜Cの等i品系とし,エ
1"1in旦 r11tio D/D',ιⅡ1'j nil」 1)1'CSSUI'C P
1'or a S11"d paⅡCnl nl ho = 85μ ln,γ'= 210'C ,1 = 0.028S
RC1111jo" bcnYecn
1.0
ンボスロール 1二lniにニッフⅡニノ川.75MP且を印加したとき
EXDe『imontol VⅡIue5
0.8
の解析においては,スタンフと粒釧芽の温崖Z朽C,ニッフ
0.6
。Q＼Q
の樹垢変形の時1剖変化を解析した.また,熨,',1.製造条件で
ルノJ2.OMpaとした.充填率は, 1111部小央におけるスタン
CalCⅡ1且ιed ν抽Iues
0,^1
プ喪血と樹脂喪而との岡隔から充填長を求め,これを1111部
深さ21μmで除すことにより算出した.充填時間は,允填
0.2
率0.97に到迷した時1削とした.
0.0
0
3.3 矩形パターンにおける解析
Flg.8
Fig.4に向U杉ハターンの解析モデルを水す.樹脂・スタン
26
20
40
60
80
100
、(μm)
Rclalion l)0{、vcen h11i1唯 n"io D Dn 11nd 山ili龍11Ⅱm thickncss
/10 ror 11 Sa11'1 1川nel'111{1 T 210 C , P 0.75NⅡ111.1 0.028S
樹脂被授鋼板への太面エンボス順形に関する理論解析
0.25
1.0
0.8
0.20
StヨΠ'p surf▲Ce/subslro【e surr8Ce
3ご
QQ
Slip/slip
0.6
NO-slip/slip
S"P/NO-slip
0.4
0.15
0,10
ι= 0.06 工
.゛-NO-51ip/NO-slip
0.2
0,05
0.0
0,00
ん1.ih = 50 μm
0
20
60
和
80
20
0
100
Re1皐lion belween Ⅱ1Ⅱng raⅡ0 O Do and initial "1m 小ickness h
ror a S引ld patlern wilh various boundary condiⅡons of slamp
100
80
、(μm)
、(ψ】1)
Fig.9
60
40
Fig."
Relation beιWeen nⅡin目 limc b and in川al nlm lhickness
h" for a sand patler"ヨ1 T= 235゜C , P 2.OMpa
and subslrate surraces a17' 210゜C . P = 0.75Mpa,ι= 0.028S
.
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一
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ヨ噐.
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y
カ"、
[μm]
NO-SⅡP condition
.工妊,.
[μm]
●●明●1●●
1置!ミ讐璽讐1冨ミミ、,誓藷1葬!^坂岳'要,"1非11!!1
.""、一誌箆
{1俗諾緊11詮;11輪器ミ..':
1一
;.
卓'
...
3'3
尋号
.
■■,ー
^1.4
3.5
2.フ
1.8
0.9
0.1
-07
ー」.6
-2.4
-3.3
-4.1
5.0
5.9
6,フ
フ.6
8.5
、
1.
1.
0.
0,
0.5
1.0
1.6
2,2
2.フ
3.8
4.4
4.9
5.5
6.0
6.6
.
ιoy
'ay
NO-S1ゆ Condition
Fig.10 Effecl or hlili壯l nhηⅡlick11ess on li11in目 ljl'OCCSS I'or a S1川d l)alter11 nl r 210 C , P
0.75Mpa,1
0.028S
プ界而は樹脂の変形を妨げないようにN由滑り境界とし,
解析結果は実験結果と概ね・致Lた変化傾向が確認でき
枯"詩・"材界面は滑りなし境界,左右両端は対称境界とし
た. Fia.8に不すように,初期膜厚が川くなると充填率が
たスタンプと樹脂は淵度240Cで定とした.充填時脚
増加し,解析結果は突験結果と概ね同様の傾向が見られた,
と無次ル1川部幅との比較においては,ニッフΠソ」3.5Mpa
F屯.6 8より,長時問領域では解析結果は突験結巣と要・"1
にて解析を行った.また,允填時闇と初期継1,Jとの比較に
な・致が兒られるが,短時間領域では解析結果が低くなる
おいては,ニップ圧ノJ2.OMpaとした.充吋↓時問は,凹部
ことがわかった.この理111としては,適川したマックスウェ
中央に枯朋旨が接触した塒間とした.
ルモデルが即時闇領域で突際の現象を十分に喪現できなく
なっている可能性が考えられる.また,等澁系解析である
4.結果および考察
ことの影粋等も冴えられる
4.1 砂目バターン
ンプと樹脂基材界師の境岬.条作を変化させたときの解析
Fig.9に充填率と初期膜厚との関係において,樹脂・スタ
Fig.5に砂Πハターンのエンボス充填過程にっいて*'1i州1
結果を小すこの結果より,薄膜化による充填率の低下は,
竹体変形解析を行った結巣を小す.等高線レベルは,スタ
樹脂・スタンプ界血を滑りなし境界とした場介に比べ,樹
ンプや樹脂の初期位羅を態池としたときのV方向変位厶Vを
脂・基材界lmを滑りなし境界とした場介の力がより顕砦だ
表している. Fi今.6に小すように,ロール通過時1剖が長く
が,仙j打とも影粋が現れることがわかった.このことから,
なると允填案が"W川する傾向が見られ,解析結果は実験結
膜厚依存性の原因は,樹脂スタンプと樹垢・基材界血の付
果と定!,t的に概ね・致した.また, Fi宮.7にボすように,
ニッフ1モノJが,窃くなると充填率が増加する傾向が見られ,
貯による樹脂変形の抑制と推測された. Fi宮.10に水すよう
に,膜厚が厚くなると両界而の付打による影粋が無祝でき
東洋鋼鈑 V01.38
0.05
gD。 1
$/0。 3
0.0喧
認布和副舶馳船扣剥訟詑狐伯U^非
令二
Zay
S/P。皇 5
0.03
0.02
0.01
1' 1h尋
0.00
0
Fig.15
y
[μm
4
＼'
先ノ00 先'1i,ノ鳥
8
10
Relalion between Ⅱ11ing time b and dimensionless inilial
Ⅱlm lhickncss h n〕 al w/ιh = 10,フ'= 240゜C , P = 2.OMpa
X
Fig.12
、,1佃φ0
Analytical result of fi11ing process for a reclan8U
Paltern with S 500μm, PV 】00μm, n lo01
alhu lo0μm, T 240C. P 3.5Mpa,ι 0.10g
9
10
8
冒
025
7
0.5
。Q＼、
15
gD。
yo。
go。
020
皿6
皿5
廟
3゛
0、巧
3
0.10
2
1
0.05
0
0.00
0.5
10
10
WP
Fi9.13
Relalion bclwcen Ⅲlina lime 0 社11d dimeⅡSionless
Wid山 W/n,alho/ιh l, T 240゜C,P 3.5Mpa
レ杉/D。
CO"cave
Fig.16
Variation 01' dimcnsionless limi1 Ⅲm 小ickncss h o
柚小 dimensionless convex widlh s/D' and dimet需i0 1
Concavo width レV/命 al r 240C, P 2.OMpa
し
5
0.25
' 11m
5
0.25
0.20
0.20
。Q＼、
0.15
。Q＼、
0.10
0.15
0.10
0.05
0.05
0.00
0.5
10
国
HグD。
Fig.14
Val'iaⅡon of nli11a lime b wilh di1ηCnsio"1ess convex
Wjdlh s/Do and 小mensionlcss concave widlh w n ιⅡ
h n1 1. T 240゜C,P 3.5Mpa
0.00
0.5
10
国
レ秒'D。
Fig.17
VariaⅡon o[ 1ilnil tlme l.1,,、vilh dlmensio"1ess convcx
Width s Do and dime11Sionloss concavc widlh レV/D0 社1
T 240C,P 2.OMpa
ることから充填率が増加し,ある一定以上の膜■,1になると
厚ho.'Ⅲ,とおくと, t = 0.06Sと充填11寺措1との交点において
充填率が変化しなくなると推測される.同様の膜厚依存竹1
ho.Ⅷi, 50μmが得られた,接杵剤なし低粗度原板ベース
はこれまでにも確認されている3・4).
の砂nハターンは膜原聞μmでもエンボス賦形不良を生じ
砂ロハターンについて,製品製造条件における充嫉"寺1;.{j
ないが,ラミネート1侍にシワが人りやすいことから現h膜
と初期膜厚との1到係をFi8.Ⅱに水す.ロール逝過1時問ιに
1,.しは40μmに設定されている.ガ,接貯剤付き商粗度原
おいて完令充填されるために必要な址小膜1,.しを必要最小膜
板ベースの砂Πパターンは膜1!よ朽μmにてエンボス噴形不
樹脂被撹鋼板への喪愉エンボス献形に関する即諭解析
良を生じる.これは,接貯刻や"粗度原板の使用で枯判詩・
とから,このようなエンボスパターンの場合,充填11寺惜1の
基材界面の付着が増加し,横力向の変形が抑制されたため
減少や充填率の増加を図る1:で惇峽化が有効な下段である
と推渕される.樹脂・スタンプと楠州旨・基材界lmに滑りなし
ことが確かめられた.また, Fig.16において,無次兀11「部
境界を仮定したときの必要雌小膜1リは50μmと見桜られた
が,これは接竹剤付き高粗度椋版ベースの砂nハターンに
啼が狭いエンポスハターンで無次尤限界膜厚がかなり厚く
なる領域が確認できた.これは,前述のように縦力向の変
おいて妥当な値ではないかと岳えられる.今後,エンボス
形が樹脂・堪材界血の拘束により抑制されるためと考えら
允填過程を最適化する1二で,樹脂ド則や接竹剤,凉板喪血れる.製品製逃時の口ール通過時削は0.1S前後であるので,
の設計が重妾となると号えられる.また,樹脂表眉やエン
Fig.17の無次兀1川部Ⅷ,1が広い領域においては必要最小膜1リ
ボスロール喪而についてもぢ血する必要があると,,える
が得られると井えられる.無次兀1111部幅が狭い領域につい
ては,必要鮭小1摸厚は得られないが,無次兀限界膜厚まで
4.2 矩形パターン
は充填率が増加すると考えられる
Fig、12に知U杉ハターンのエンボス允填過程にっいて粘蝉
性体変形解析をhつた結果を水す.等高線レベルは,砂11
5.結言
ハターンと1州様にV方向変位を女している. F1ぢ 13に各郁
エンボスハターンにおける允加時問と無次兀凹部帳との関
エンボスを慣形したPBT樹砺被纏鋼板の開発コストを削
係を小す充旦知捌副が最小となる無次兀1111部収,1の存在が確
減するため,制沖粋併水変形解析によりエンボス鳳形性に及
認され,この価以上では横方向の変形を生じにくく,この
ぼす膜j,.しの影粋等について"察した結果,以 Fの知見が得
偵以ドでは縦方向の変形を生じにくくなることが推測され
られ大:.
る.このような無次ノU1川部幅依存性は,これまでにも,広
U)粘,t脚U'変形解析を行い,砂Nハターンについて口ー
い無次ルF11部幅の場介は1川部側壁に近い部分のみが盛り上
ル迦過塒冏,ニッフ戚ノJ,初期般1リが変化したときの
かり1111部の,,1.央部分まで充填されにくくなり,狭い無次ノ'
充嫉*の変化を評釧iしたところ,いずれも解析結果は
凹部幅の場介には樹脂が11」1部の奧まで人り込みにくくなる
突験結巣と定祉的に概ね散することがわかった,ま
ということがポされてぃる川.今向の*占蝉竹体変形解析
た,膜厚依存竹の腺因として,樹脂・スタンプと樹}折
においても同様の現象が観測された.
基材界而の付着による樹脂変形の抑制が不唆された
充填時朋とエンボスハターンとの1刈係を明硫にするた
製品製造条件における必要最小膜原を推延したとこ
め, Fig.14に小すような咋商線図を作成した.無次ノ6凸部
ろ,蝉品製造時のエンボス胤形不良を抑制できる膜1,,i
加0.5 1.0,無次允1川部崎2.0 3.0付近の領域にて充填時
闇が触くなることから,この領域が削摸化に適Lたエンボ
に概ね相町すると留えられた.
②粘弾竹1体変形解析により,縛膜化に適した知形ハター
スハターンを喪すと号えられる.無次ノC凸剖朔,1と無次フU1111
ンを推定するための允填時Ⅲ1に関する等高線図を作成
部幅が広い領域にて充嫉塒問が長くなっているが,この領
した.無次ノUI"1部暢0.5 1.0,無次元1川ⅧⅧ詑.0 3.0
域は織力向の変形が樹脂・基材界血の付杵により抑制され
るものと推測される.また,無次元凸部幅と無次兀1"1部W'
付近の伽域にて充加時11Ⅱか加くなることから,この領
域が慰膜化に適した知形ハターンを表すと推刈され
が狭い領域でも允填11寺1剖が長くなっているが,この卸域は
た.また,知形ハターンの必塾最小峽1リを推定するた
縦方向の変形が樹脂・基材界而の拘栄により抑制されるも
めの指剣・として,限界時岡に関する等商線図および限
のと推測される.
界映厚に1刈する等1留線図を作成Lた.
Fig.15に将極エンボスハターンにおける充填時Ⅲ1と無次
以上のように,エンボスを賦形したPBT樹脂被稜鋼板の
ル初捌膜川との関係を小す,無次ル初期膜厚を刑加させる
1瑛1',しに関わる製品設計において,粘引計11体変形解析による
と允填時岡が減少し,特定の無次ノ0初期1摸1,ノ:に到述すると
允嫉時闇が・定となった.允填11寺闇が定となるために必
検討がイ1川であることが叫らかとなった.
要な最小彬Uリを隈界膜1!'ho.1i川,このときの時闇を隈界11寺
エンボスの取り扱いについては老曝しておらず,より複緋
なお,本轍では表向恨力,渦度分布,誹型過札!,ロール
仙1ヒ1i川とする.これらの仙は,1t1小ⅢU,Jに関する,平価基凖
な系においては改・違の余地があると勿えられる.今後,こ
値となる. Fia.16に1帳次元限界1摸厚ho、1m D"とエンボスハ
れらの囲fを含んだ解析を行い,実環境により近い解析モ
ターンに関するき〒高線図, Fig.17に0.i,とエンボスハター
デルの構築を図る.また,単樹脂についての解析のみで,
ンに倒する等"線図をそれぞれ小す
樹垢の粘弾性効巣については'及できなかったことから,
Fi号.16の等1拓線図より,無次ノU凸部幅と無次ノι1川部幅が
広いエンボスハターンでは,無次ノU限外膜11Jが比較的1,'しく
なる伽向が見られた.また, F也.17の等高線図より,この
領域の限界時Ⅲ1は鯨く抑えられることがわかった.このこ
粘蝉性特性が異なる樹脂での比岐検而寸をljい,エンボス1拭
形における粘弾忰体変形解析の適1"竹を硫認する
P例樹脂の粘弾性測定,粘弾性データ郎"斤につきまして
は,大阪府立大学の平井義彦教授のご尽力を賜りました
ここに深く感謝咋1し上げます.
ιεEE
東i下鋼鈑 V01.38
1,,1
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D
Ti
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D。
ω
D/D11
介」j,"波数(1'a〔VS)
陀
ー'- rl、ι一,1i両
,1,1{剛
'ι一Ⅲ、4則茶」H '・ 44 "1M」円則赫静
。ι一中ル則茶IH ' 44 "{彫捕刷芽」Z*
/一Ⅲ肖則菟fH '44 蚫瓢把則譜*
'テ町膨一4・YI'ム'「口升14卦傷動」凋冴而菰馳府'目し
み'つ1動畔0鼻孝? 1¥リ県τf瓢:q沖1稔兇用,保"9駒9叫ι
J?つly尋卿乳昇側矛M@OEm 「薪膨式斗ιnE4」
早 1ρJ斈二I×0ヤ19惇X龍:中(コ、1.)瓢1判IM劉熱励騨@J軍リ
、4式 4上コ1ヨ1Π61'羊1市淵@典励府mコ'U侯")リ9嵯
昼■Ⅲ革"α(Xιι)拶取刈難!)コ?荊島!'所継ンリ9'1斗
M煎励Wユ、cf:1斬χ¥-1W畢湾*14Υψバ上井鳳、而吼ψ
¥C1αyD 量Υ判科剥j"@ユ,ιⅡ'11:1乳1則鄭'0 力っ19 オ'受
汰訓力り勢'捌絢?1導@つ'住9 率Wつ1ヲ之ン?宵謀畢冴
望D則IulqⅡi馴)九雁二1揣淵典!1.,府m >秀噺')勺丑'化
彪ιη1測っ1山9961 「、q九'¥nユ、0工ι?1昭訓ψ ηIHi郡力
旦馴'ι
耻コ14?つ 9'、マ速牙)九?荊以弓朝ヤ)寸0 厶>*蟻"
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守1{1 1n111 P0ⅡlnsS11 S! U 'バ11UonboS110D 'ZOOD nul jo a3!"n11股ISバ.10 、10 UOU.1("S!P 人q poS11110 S! 11!1
Slq11eul P寺UI,1!1U03 S! 1!'0」OUI」0(n.1n" 0」1UX01 ヨ11引d・'10-1n0 飢Ⅱ U川.1.1 POA!、10P バ11nolS股q snM SO0、1目01)
0'ε川oqn 、1011!1 0ql pue 03"1S 含Ⅱ"!sodoP 1股!1!〔1! oql ulo.1、1 S!×1ヨコ S'0IU、11Sqns p.1"m田含U!11!1 1111M .10バnl
!N OUI UO MO.1容 U11U ZO000〔Ⅱ'人10ulnN 'S!xn 0 雪'010.11Sqns l).mMOI SO0」含OP O'ε lnoqn 1股 Pa11Ⅱ gnM !N
Pun zooD UOOMloq uj011股d uo!10股」,U!p oql'oldU11玲!N/ZOOD aql、100OU'μDIU! 0〔11 W Ⅱ'1011nd uo"D股、1.Ⅱ!1)
、10 SIUOUI0.1nsn0山 oql ul'(自doosojo!1/ゞ Uoooola uo!SSIUISUI?.1、1.)レゞヨ1 バq uo"nluo!.10 1ηISバ.10 POAO.1dⅡU
Un 容U!ハnq suo!昼0.1 0t11 U!!N PU酔乞oa3.100コ股、リ0IU! oql poAJosqo oM '1! 0】 UO"11〕PU 111'UO!1nool Uコ1刃
ル U0含バXO 、101〔moUⅢ OUI PU股バ1!<!10110〔"」000{1守.10.U!P OUI ol polnlo.1 0q ol po.10P!SUOO S! 0OUO,10"!P
S!q↓'uojn uo!SO.10 OUI UI0」.1.1田 S! qo!qM oln』1S(リ1S oql jo uo"0301 ヨ川 Putlo.1股 W .Ⅱ1000 10U P!P
11'バ'1股、非U0コ 0ql uo '10月』"120OD J0 股0.1股 UOISOJO OAoqn 川目1.10UI 0I popuodsa、1,10O UO!qM 01股.ⅡSqns oql
、10 U0Ⅱ口001 0ql puno、1E 把 Pojjnoo0 バ10A!SⅡ0IU! H玲UI0<ojdul! S!U、1" ojnlX田 OUEld・」0・】no ol u0Ⅱ口10、1
UI 」0!jadns snA、 1!人11n!oodso '」0バ巳1!N OUI 」0 1"UI U以ⅡⅡ0"muo!.10 1股ISバ、10 joq目!u n 0<股q P1Π03
PU股バX股11d0 バQ UMO.1井 gⅡM 20OD oql']1nso.1 悲 SV 'P01股含ⅡSOA川争』OM SⅡ0Π!PⅡ0コ容Un!sodap olqnl!ns sl!
Pun 01股,】1Sqns oql u0 Ⅱ11Ⅱ U!ul n tujo.10I PD.10nnds s"<、'、13人股1、10unq ls.{!1 0{{1 Sn 'え0OD 'バPnls s!ql ul
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二IT(sns/no/!N)酔壹ゞ K、44困昇削載里需迷人
91;'10<
蕩篤水藁
東i羊鋼鈑 V01.38
る線材開発へと詫Πが染まり,高撮超電導線材の開発に努
霞との最適な位雁関係について調査し,さらにその際に起
力が注がれてきた.その中でも, REBa2CU30y 恨EBCO,
こる結晶配向性改善メカニズムについて検討した鈷果を縦
RE. Y, Gd, sm等の希上類令属)を代喪とする希士類系
告する
酸化物高温超屯導体は磁場中においても高い臨界電流密度
σC)を小し,さらに線材加Tした際に高機械強皮,交流
2.実験方法
損失の低減,低コスト化が見込める等の数多くのメリット
を有することから,次世代の超電導線材用材料として柳待
されている.このREBC0超電導体は多結晶拙造の沌膜に
おいて,高kを得るためには結晶粒を2軸配向させる必要
2.1 高配向クラッド金属基板
Fig.1に本実験で用いたクラッド金属基板(問配向ク
ラッド金屈基板)の概要について尓す本基板は9000以
がある.この九めに半導体製造で培われたエヒタキシャル
の冷間庇延を施した50μm1リのタフピッチ銅箔(、ns
成長簿膜の作製技術が応用され,長尺の金属テーフ土へ商
C1100)と 100μm厚のステンレス鋼板 UIS SUS316D を
度に2軸配向させた酸化物小間1"とREBC0層とを村した
表面活竹化接合法によって接合し,その後の熱処理によっ
超砥導線材の開発が進められている.この2軸配向組織を
て轟度に2軸配向したCU胴上に繊解めっき法により2μm
得るための代表的な技術としては,以下の2種類が存在す
厚のNi胴を形成した材料である.各廟の役割巴しては,
る.つは無配向の金属テープヒへ特定の角皮から成膜面
CⅡ"は2軸配向性を付リさせること, SUS1帝は線材内体の
に対してイオンビームを照射し成膜するこ巴で,2軸配祠
袖強材, Ni肺は巾問舸以降を成膜する際にCU胴の拡散を
'・N剖1悦を得る旧AD (10n Beam Assisted DepoS川on)法
である,.またもう・方はCU, Ni, Ag等の金属へ111延に
防ぐ力めの拡散防止側となっている.
N110シ寺(中仏刈田ly帥W蛇物,d此訂icplhti1唱)
{00" U伽コ、 OTiC胴tω
よる歪を導入した後,高i品熱処即を施し,導入した歪を解
放することで再結晶2軸配向組織を持たせた金繍テープを
CU1ヨ^
{ootl 】00 OEIC111゛d切'OC',ミ1田i社110"
基に高配向中闇胴を形成させるRABiTS (R011ing AssiSιed
BiaxiaⅡy Texlul'ed subS11'ale)怯である励
AU51卯11tcS山t邸&配1【ASS)
これまで我々は,圧延と熱処理によって奔易に再結品2
轍配向金属組織が得られ,低コスト・火卿槌での製造が可
能であるRABiTS法を応用し, Niめっき/CIVSUS316Lから
成る低磁作Ⅱつ商強度なREBC0線材則クラッド金1'枯板
Fig.1
SchC111a(ic "1US11'alio" of t110 con11)1Cx melal subslrale
ror REBco supel'C011dⅡCling wil'C.
(以 Fクラッド金属基板と称す.)を開発した.このJ'板の
作製方法としては,まず強Ⅱξ延加上されたCU箔と井磁性
U.つ商強度であるSUS316Lとを表画i括性化接介法(S山・race
2.2 中間 Ceo.成膜方法
本突験ではRFマグネトロンスハッタリング法を採用し,
Aclivaled Bonding)によって接介し,その後, CU則太1飾
クラッドく兪属」選板のNi層 1:にCe02を成膜した. Table l
の平汁Hヒ処理を行う.そして高温熱処即によってCU解を
に成1侠で用いたCeo"ターゲット(フルウチ化学製)の組
「耳結品させ,高度な2軸配向竹を付勺・させた後,電気Niめっ
成を尓す.本ターゲットは99%以 1二のCCO.で拙成されて
き処理を施すことでCU層の織俳柄'1司を引き継いでエヒタ
いる.またF喰2にスハッタリング装i溌内部のターゲット
キシャル成長したMめっき層を形成する.・
と」'板の位綴関係を水す.φ50mmサイズに加工したク
これまでに,この東汗:鋼鈑で俳1発したクラッド令属」'板
ラツド金瓣』'糎サンプルを図のようにセットし,チャン
Itに小問1"としてCe02 YSZ (イットリア安定化ジルコニ
バー内を10 pa台の真空度となるように真空引きをhつ
ウム)/ce02利1胴膜を形成し,その刊1加膜上にREBC0則
た.その後,成膜前処川!としてチャンパー内に分n江.opa
を成膜することで廊界遜流値30OA/cm以上の長尺の超磁
導線材の作製に成功している.しかし,線材作製過程に
のAI'+30OH2混合ガスを導人し,約970κ・20分の熱処辨!にて
M舸表面の酸化物を達兀除去した後, Table2に小す成膜
おいて小措1層の第υ"nであるCe021煙を成股した際, Nj
条件にてスハッタリング成11奥を行った.尚,本スハッタリ
眉の結品配狗性に対して成膜後のCe02劇の結晶配向仙が
ング装耀は酸化物成膜を想定しており,高億界によって加
劣化する場令があることを確認している.この原因につい
速された酸業負イオンが高エネルギーを持ってJ'板へ衝突
ては下明であるが, ce021杵の結品配向性が劣化しない,
することによる膜へのダメージを防止するために,ター
さらには改哲する成膜条件を検.1゛することで,さらなる廊
ゲットの巾心晒Ⅲこ対して基板のヰ・.心軸を30脚ずらした雛造
界1Ⅱ流値の向 1二を1嵳1ることができると老えられる.
となっている.このスパッタリング装1靴を用い.ターゲッ
そこで本轍ではRFマグネトロンスハッタリング装般を
用いて,下地のクラッド金属J'板と同等以上の高い罷i品配
向性を有L九Ce021"を得るために,ターゲットと成膜位
トとJ沓板開卸解 U丈ド「Sと称す.)を40,60,80mmと変化
させ,挿々のCe02凧を作製した.
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対して各測定点の結品座標系の<Ⅱ1>の傾きを徒算し,
Fi目.4に各TS:40,60,即卿における各基板上の位霞
その稍算値の50%における値を算出し,2倍した値.
1 5 での△ω,△φおよびMORについて尓す.いずれ
・ MOR : Mめっき廟の測定においては川olkloo>, ceo.
のTSにおいても,ターゲットエロージョン領域に対して
層においては10011<UO>を基堆として,これらJ'難より
ほぼ心上に位1雄する②において,下地のNi層に対して
測定点の結吊'方位がずれている割合.
Ce021科の△ω,△ψおよびMORは著しく低減しており,
・COM:に述の結吊,がずれている割介を色分けし九表不.
結品配向竹1か大きく改善していることを示している.それ
に対してエロージョン領域直上より籬れた位耀4,5にお
2.3.2 透過電f・顕徹鏡
いてはCe02層の結晶配向性はほとんど改善されていない.
屯界放射,W透過篭 f顕微鏡(Field Emission 'rra11Smission
このように成膜位1沸によりCeo.屑の結品配向性が大きく
Eleclron Microscopy ; FE・TEM,日本1琶 f製"3M・2010F)
を川いて, ce02/Ni界而の断1所観察および極微鑑f線1"1折
変化する原囚についてエロージョン領域との角度θおよぴ
距雌Lについて着門し,検討した.
(Nano Beam Dim'aclion ; NBD,以 FNBDと称す.)を
拘度θとCe0血司の△ω,△φおよびMORの関係をFig.5
突施した.さらに断面観察から得られたTEM像について,
に水す.丘」度θが減少するに従って,△ω,△φおよび
高速フーリエ変換解析(Fasl Founel' TranS山r1η; FF'「,
MORは低減(改"D していることから, ce02廟の結晶配
以下FFTと称す.)および逆高速フーリエ変換解析(1nverse
向竹と角度θの問に明確な相関1刈係が詔、められる.・方,
Fasl Fouricr Transrorm ;1FFr,以下IFド「と称す.)をリι
Fig.6に小す各θ(θ 5,10,20 仕近)におけるしと
施した.
CC021四の△ω,△φおよびMORの関係ではFig.5のよう
な明確な樹1刈関係は認められない.つまり, ce02珊の結
3.結果および考察
晶配向性は成映時の"度θに人きく依存し,特に角度θが
0゜に近い秘(ターゲットエローション領域に対してほぼ1π
3.1 成膜位註と結晶配向性の関係
上に位1汽する甲'),結,',1,配向性は筈しく改善し,反対に伯
35
(0)TS=40 (mm)
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△α1,△φ a"d misoriC111社li011 1'1"c f吹lnl {1001
100
Iargcl・Sミ山Str三"e a玲lancc M,as (a)40mln,Ⅱ))60mm n"d (C) 80mm, comP11ring lo lhosc rl'om 1100}
r01' Ni 1そlycr .
34
Ihc
Y系超鱸導線材用クラッド基板(NVCU/SUS)上に成膜した中間胴Ce02の結品配向性の改善
35
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80 dS40Π棚)
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●6 8゜crS 印nⅡn)
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△ω(TS 80r"1n)
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一
0
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10
Fig,5
20
40
30
50
0
20
40
30
50
0(゜)
(a)△ω,△φ
(b) Misorientation from {001}<Π0>
△ω,△φ and misori引ltalion rate from loo"<110> a5 a function of{he e in 山e depoSⅡed ce02 nlms.
7
35
6
30
(.)◆ぐ,ヨぐ
'
4
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E2、●U-E仁0一苓三U窄0三工
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ユ
10
0(゜)
4 6 (0=5゜)
8' (0=5')
◆6 8'(θ=10')
4 6'(θ=20゜)
8゜ (0=20')
25
●6 8゜(θ=5゜)
●4 6'(0=10゜)
8゜ (0=10゜)
'6 8'田=20゜)
20
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15
10
△ω(0 5 ).ムΦ(0 5゜)
ムω(0 10 )◆厶Φ(θ 10゜)
'
'
△ω(0 20 )'ム中(θ 20')
0
'
0
20
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帥
80
100
40
20
60
80
100
L(mm)
L(mm)
(b) Misorientation from {001}<110>
(a)△ω,△φ
Fig6 △ω、△ψ and mis01'i0111aliolu'alc l'rom lo01}<" 0> aS 11 funCⅡ0" of 山e L arler del〕osiling ce02
向性調介
度θが大きくなると,ほとんど改善しないこと力巧)かった.
Minamiらは透1"導IE1摸AZO (A1添力11Zno)のスハッタ
前節で址適な条件(ターゲットエロージョン領域に対し
リング成膜において,ターゲットエロージョン領域のln 上
てほぼln 1二の位朧にてCe02を成膜する)でCe02をクラッ
付近では過剰に酸化されると轍告している川.この轍告に
ド金憾j'板上に成膜することにより, ce02胴の結品配向
よると,スパッタ粒fは余怯則に従ってJ選板 Nこ飛来する
性が下地M凧に対して人きく故冉することを小したそ
が,特に真空小に残存した酸粲やターゲットから笵肌した
の改鮮メカニズムを明らかに寸るために,ここでは向・筒
酸楽はイ寸ンとして存在し,商繊界によって加速されるこ
所におけるN所1およびCe02眉の結品配向性について朋汽
とで,そのほとんどがターゲットエロージョン領域の1食 lt
した.
付近に染巾して到達すると考えられている.木フι験におい
まずCeoU棚摸前のNi則および膨m,、配向性が人きく改遮
てもターゲットエロージョン制U或に対してほぼ1臣 1二となる
するターゲットエロージョン笹ル剣こ対してほぼ心上に位枇
2付近では過剰に酸化される環境下になると勞えられ,こ
する 2 付近において成膜したCe021付のCOMを作成した
の過剰な酸化がCeo^胴に何らかの影粋を及ぽし,結品配
(F喰.フ).そして2つの結晶粒AおよびBについて, Ni1凹お
よびCe0が科の△ωおよびlrue・△φを算出し川, Fia.8に
向性の改・再に寄与していると推察される,
小した.ここで{nle・ムφとは△ω成分が全く含まれてい
3.2
ない純粋な△φを小している.通常,△φをEBSDやX線
結晶配向性改善メカニズムの検討
例折を川いて算出する場合△ωの成分が介まれ,多結品体
3.2. I M層およびCe02則の1砥・飾所における粘削,配
35
東洋釧鈑 V01器
M血五如且
CryS也lg皿in A
0
4
4 』 6
6 一宮
●■●●
血駐心Ⅱ」三地^コ
^(剖)"(1{川、or{0011<"0)
1::::ニ]{卯"qoo・0、{0011・110、
1^{此"UO0>or{00IK"0ン
{卯"<1{川>orloo"<"0ケ H
TD
Cry5伯lgrain B
^11m
4mpm
(b) ce021ayer
(a) NHayer
Fig7
Mis01'ienlation ma11S of Nilaycr from to01}doo> and ce02 1aycl' rrom (00" 110> i11 小C sa1ηC I)osili0肌 01'1he ce02 del)osilcd
SⅡbstraιe and lhe crysln11a【1ice ima魯es or arain A and B by mcel]s of lhe EBSD 茄nelyses
7
7
口Nilaycr
口Ce021aycr
6
0︺
{.) ゛ぐ・U己一.3ぐ
(
5
0ぐ,0三一.ヨぐ
4
3
2
0
U
4
3
2
L]区]
△ω
truc・△φ
(a) cwstal grain A
口NilaycT
口CC02 hycr
6
0
■
ムω
Iruc・ムφ
(b) crystal grain B
Fig,8 厶ω and tr"e・△ψ bcrore and ι1Πel" deposjling coo in b0小 CI'ysla1 武」'tlin A and B.
ではその影糾を除厶することが困雌であるが,特定結品粒
直上に位羅する2付近において成膜したCe02凧のCOMを
に 1111 することにより【ruo・△φの算Ⅱ_1が容易となる.
Fi宮.9にポす.さらにその小でも,図巾の赤祚に小す特に
Fig.8において結品粒AはNi1邑の段階で△ωが人きくⅡ'ue・
結品配向性の改善が顕幌な結晶粒(以F,特定結晶粒と称
△φは小さいが, ceozj科では△ωのみが改延し,1rue △
す.)における{001}PFをFi三.10に尓す.拡大部より M胴
φはほとんど変化していないことが分かる.また, Nリ"
のプロット御網D に対してCe眺槻のフロット(功寸円
の段階でlrue・△φが大きい結品粒Bにおいても,結削,粒A
力炉Fの小心へと近づいている,これは試料座標系1001ル
と1川様にCe0が丹は△ωが改ぎ1するものの, 1nle △ψはほ
とんど改遮していない.つまり, F地Nリ愽のlrue'△φの
Ni屑川01ルのずれに対Lて,試料座標系川OUとCe02則
川01ルのずれがRD軸周りに低減されることによりCe02則
大小に1瑚わらず, ce021悦の結品配向性が改等するのは△
の結品配向竹三が改善されたことを示している. F培.Ⅱに
ωのみであり,tnle・△φは改善しないことを小している,
F地.9で小した特定結1晶粒におけるM1付およびCeo^1俳の
3.2.2 結晶配向性改誇のメカニズム
が2.6 改管した結巣となっている.
△ωのRD成分値を水す.この結吊'粒ではRD軸周りに△ω
前項にてCe02凧の結品配向性の改善は△ωのみの改.モ
Fi宮.12にFa.9のCOMヰ,に小した特定結晶粒について,
であることが明らかとなった本項ではCe0ヅM界而訓査
Ceo. Ni界面をTD及びRDの2/j向より観察したTEM像を
等により,結品配向性改善メカニズムをより詳細に検討し
小す.そして,同図中に小した各点1 5におけるNBD測
た.
定から得られた1川折ハターンをFig.13に尓す. TDより観
F地.7と同様に, ce02成膜前のNi榊および結",配向竹が
察したTEM像では, i則定!!、松 5でのCe02のNBDハター
大きく改篝するターゲットエロージョン領域に対してほぽ
ンに違いは見られず,さらに測定ゞ12 (界1'D においてNi
'au (q) PUⅡ口、1'化) UI0.1.1 PaAlosqo 03股J.10111!!N ZOOD oqljo Sヨ含ⅡUu waJ. ZI'6吋
面
0凶 W POA.10sqo (q)
σ11苔 POA.10sqo (智)
Ⅱ四■
031リ.10H11
島气
■回囲
^
'0凶 oq】 1H川0.1n pa1鯵10J SI 00!11U11ηISバ.10 SU
】nt" P0ハ、10gqo s! 1! S毛 01'念H Ⅱ! UMoqs u!η.1容 1111Sバ.100τ11
U! 0OD 11UⅡ!sodop jaUη PⅡ" 0.10」守q m ▽」0 ヨ0UO』0」"a
.10バUI!N
、10バη1'00コ
H'6始
」寺'睡"N
」0'蛙lto0コ
01股」1Sq"S P01!sod01〕 ZOOD oql.10 (6'命" U! POHjnⅡ0
U!n」含 0叩包Ulpjn容ヨ」ⅡUod poj sn uA、011S J0バ引 ZoaD
P11η 1Ⅱ10d H0ηlq 託 UA、0モ1S ,1ヨバ"11N JO 0、111宅U 引od {1001 01'6リ
0
刃口8ヨ冒言己0﹁D三)
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'SOS人1股tルσS日ヨ 0ιΠ」o gunoU1 人q 0ル」1S(1ns p01!sodop zo0コ
OUI 」O UO!1!sod oldUルS 0Ⅱ111S OUI U!<011>{100} UI0』J J0バUI ZO0コ PIW O01 {100} UI0」」」0バ911N Jo sd曹U1 110!ル1110UOS11虹 6'6!ヨ
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Ⅱ凧之可打工聶ヌ^
暴・茶!ψ11斗1ⅢN'即牌Φ町0コ異11Ⅲ.1,¥コ淵1即4二に1(sns nコ 1N)冶致H '・ 44 附"削稔励W渉人
東i羊鋼鈑
V01.38
観察像およびFFT解析を笑施した結果を水す.さらに
翻
Fig.15に, F地.14中のFFT解析内の赤枠で閉んだCe02{2001
およびM12001を用いてIFドr解析を実施した紺果を尓す.
伺図(a)はCe0ヅM界面での傾きが存在しないことが分
かっているTDからのIFFT像,同図(b)にはCe02/Ni界
.
血に傾きが存在することが分かっているRDからのIFFT像
をポしている.両図において,ミスフィット転位と考えら
れる格子縞の変化は硴認できない.しかし,(b)では
Ceo.屑に急激な格子歪み(竹枠で囲む)が観察され,ま
たこの格子歪みはNi屑表面のステップ(赤線矢印で尓す.)
に弁"芯しているとぢぇられる.つまり,本実験で確認され
た結品配向性の故善メカニズムには主にStep mismalch
mechanismが関り・しているとぢえられる.さらに,3.1節
で述へた結晶配向性の改遮が顕箸な箇所とターゲットエ
ローション領域の関係より,このStep mismalch
mechanismの発'1三には酸素ricbな成肱条件が影粋してい
亜醒
(a) NBD pattem at TD
Fig.13
ることもぢぇられ,ム1適な酸素richな環境下でCeo.が成
膜されることによって, Ni層上をCe02が基板喪血のス
テップ端からテラス血に沿って横方向に結品成長するス
(b) NBD pattem at RD
テップフロー成長が発生したと推柳1される.その結巣,
Ce02膜が将ステップ問を連紕的に胴成長し,絡i・歪みを
Thc NBD patt01'ns of va"ous point at the jntcrfoce area
between 小e cc02 and ιhe /NHayers shown in Fi曹.12.
とCe02の格f・スボットが・致しており, Ni1四 1二にCe02が
エヒタキシャル成長していることが確認できた.しかし,
RDより観察し九TEM像では,測定点2 5でのCe02の
NBDハターンはTDと同様に違いは見られないものの,測
Ce0213ycf
定点2 (界血)においてNiとCe02のパターンが散して
N11血ycr
おらず, Ni舸に対してCe02眉が約3.0゜傾いて成長してい
るこ巴が分かっ大:.このTEM断而観察結果とEBSDから得
られた△ωの改善値(前掲F地.Ⅱ)がほぼ一致することか
ら,このCe02/M界而での約3.0 の傾きは,試料座標系10011
5nm
5nm
(a)ob記"cd aιTD
とNi層1001ルのずれに対して,貳料座標系1001ルCe02屑
Fig.14
1001ルのずれが低減された値を示しており,これが結品
(b)obsewcdat ゆ
Ma晋ⅡiⅡed TEM imagcs of 小C CC02 Niintel'facc sho、vn
in Fig、12 (a),(b)(ゞ4,000,000) and correspondi"B FnSι
配向性の改善に寄与していると考えられる.このような工
Fourier TI'ansforms (FI:'D of 小o intel'race.
ピタキシャル1哲が下地基板に対して傾いて成長することに
より結晶配向性が改善される例はBudai, cantoniにより
Ni・W基板 ltへのCe02やY203, TiN等の成膜でも報告され
て、)る日口}
エピタキシャル膜が基敬に対して傾くメカニズムとして
は2種類存在するとされ,'つは基板喪血のステッフ起因
二
; CC0210ycT
によるもの(step mismatch mecha"ism) N で,もう
つはミスフィット転位導人によるもの(biased dislocations
Nilaycr
mecha11ism)佐である.これらのメカニズムは本械にお
ける結晶配向性の改善にも関、していると考えられ.その
5nm
'#細を検討するためにCe02/Ni界1可におけるTEM断仰観
5nm
(ヨ) obscNcd alTD
察のFド1'およびIFFTによる解析を突施した.
Fig.15
Fig.14にFig,12で示し九Ce02/Ni界而の詳細なTEM断面
詑
【b) obscNcd al RD
111νerse Fasl F01'ier TI'ansfornls (1FF" 0「 1he i"{erracc
01〕1ιlined fl'oln FiE.14 (11) a11'1 (1〕),1'CSI)cctively.
Y系超田導線材用クラッドj'板(Nicusus)上に成股した巾剛則CCO.の織品配向性の改俳
刊ιうStep nlislnalch mechanism力ξ発づ三することによって
会社エヌ・ティー・エス,束京,(2田3),9.
が改善Lたと推測される.
3)新日本繼条企画編:超伝導現象と高温超仏導体,株式
会社エヌ・ティー・エス,牙U笈,(2013),135.
4.結言
4 ) Y.川ama, N.Tanabe,0.Kohno and Y.1keno : APPI.
Phys.Letl.,60 (1992),7脚
Ce02層がM凧に対して傾いて成長した結果,結晶配向牲
NicusuSから構成されるREBC0線材用クラッド金属
5) A.Goyal, D.P.Norton, J.D.Budai, M.pal'anlhaman,
E.Dspecht, D.M.Kroeger, D.K.chrislen, Q.He,
基板への中問層Ce02を成膜する際のターゲットと成膜位
B.saffian, F.A.List, D.F.Lee, P.M.Martin,
1靴との最適な位枇関係について訓査し,その際に起こる結
C.E.K111bunde, E.Hartrield and v.K.sikka : APPI.
品配向性の改善メカニズムについて検討した結果,以下の
Phys,1"e11.,69 (199田,1795.
田岡山浩la,南部光」,哩川晢・,引1代 jU史,大ポ
知見を得九,
a) ce02j酢の結謂,配向性はターゲットエロージョン部と
の角塵に大きく依存し,ターゲットエロージョン部ほ
ぼ偵kで成膜することで大きく改稗する.
②結品配向性の改善は△ωのみの改善であり,ιrue・△φ
は改誓されない.
康太郎,永右竜急1,朴和jl:1M瑞以'学会講演概要
(2010秋季),217.
フ) H.okayama, T.Kuroka、va, K.Nanbu, T.Koushin〕,
Y.Hashhnoto, G.HO"da, K.ohki and T.Nagaishi:
Applicd supel'conductivily c0Ⅲ'erence pl'ogl'am
B)結晶配向性が改誓された特定の結晶粒について1旧M
Book (2012),242.
断面観察を実施した結果, CC0ヅM界血にて約3.0 の
8)山口高史,新海優樹,小1川昌也,大氏Ⅱ1鞭, fリ辺
傾きの存在が確認された.この傾きと△ωの改俳値が
祐,湯村洋'Ⅱ:SE1テクニカルレビュー,184 (2014),
ほぼ,致することから,このCC02/Ni界lmでの約3.0
フフ.
の傾きは,試料座標系1001ルNi1科1001比のずれに対
して,試科座標系1001ルCe02廟[0011とのずれが低減
された値を水しており,これが結品配向性の改冉に寄
11していると耆えられる.
4) CC02 Ni界面の1旧M像についてIF円阿皐析を突施した
結果, Nリ'板 ltのステッフ榊造が起因と冴えられる
CC02の楕f企みを確認することができた.
5)本突験での結耐,配向性改鮮はターゲットのエロージョ
ン領域ほぽ直上で迩行している.この箭所は酸*nch
,
9) T.Minami, T.Miyala, T.Yamam010 and 11.'1、oda :
.1.vac.sci.Tcdln01.,18 (2000),1584.
10)"RABi'1'S SUI〕strales Rescl'ch & Devcl01)menl"
OAK RIDCE NAnoNAL LABORATORY.旦!塑1ιι
WYV、、,.hls〕eel'revie、V C01れ 2003 )dl's rcsenlations
旦』_旦工竪^f (accessed 2014-120D
11),1.D.Budιli, VV.Yang, N.'ramⅡ1'a,」.chung,
」.Z.'nschlcr, B.clarson, G.13.1CC, C.pal'k al〕d
D.P.NO「ιon : Nan11'C Malerials,2 (2003),487.
な環境下と考えられ,このような条件で成膜されるこ
12) C.cantoni, A.Goyal, X.Li, M.VV.武Upich, C.'nli引ηe,
とで基板上ではCe02厩のステップフロー成長が起こ
A.A.Gal〕ud, T.Kodenkandath, T.AylU号, M.
り,結晶桜イ・に歪み力{生じるSlep mismalch
mechanismにより Ni炉1上にCe021邑が但iいて成長し,
Pal'anlahman,κ.Kim,」.D.Budai and D.κ.christen:
結品配向性が改普したものと推訓される.
(2005),2981.
Ⅱ3EE TmnsaCⅡons on Applied sul)erconⅢIctivity,15
13) C.cantoni, E.D.spechl, A.Goyal, X.Li alKI M.Rupich:
引
1)新Π本編染企画編
会社エヌ・ティ
^●
2)新Π本編集企画編
用文献
超伝導現象と高温超伝導体,株式
エス,東京,(2013),1.
超伝導現象と高温超伝導体,株式
」.Malcl'.Res.,24 (20【"",520,
14) H.Nagai:」,APPI.phys.,45 a俳4),3789
15) G.H.olesen and R.T.smith : phy.S1日1.S01.,31
(1975),7諦.
MO.NiB.系サーメット溶射材の特性
および組織に及ぽす熱処理の影響
平田浩郎、・矢永裕記兜・田代博文、
Innuence of Heal Treatme川 on the Mechanical properties and struclure 01、 M02NiB2 Base
Cenηets produced by the spray coaⅡn号 Method
κ0゛・O HIHATA, Hiroki YANAUA, Hhη力1Ⅱli TA、Ⅱ1Ⅱ0
Synopsis
M02FeB2 and M02NiB2 boride bese ccl'mcls,、vhich consiSι or 小e boride phase and Fc or Ni base
bindel' phasc, havc had good mechanical pn)perⅡes, exceⅡenl corl'osion and we田'!'esislancc and
have becn apl)1ied lo plaSⅡC inieclion molding machine pans likc cylin(1el's and scl'CWS. At l"'csenl,
howevet',1hosc pl'oduct sizes arc limiled by lheil'1)arlicular mそln11racturing process such as a liquid
Phasc sinlcnna process and by theil'10、v machinabilily. Thel'er01"e, we have devcl01)ed a lhennal
SPI'ay coaⅡng method ror lhcse ccmlels,、vhich makcs possible to form lhe cel'me11ayer eaSⅡy on
Iarge・size or c01川〕1icaled・shaped 乳山S1Πltes.
In lhis l)ιIper, in ordⅢ' to inveS1惜atC 小e S11i1ι山10 condilions o「小C SPI'ay coaling method lbl'小C
SC!'eYv pal'ts, SI)ccimen A, B and c spl'ay・coalcd by Ⅱlree lypes of cennC11)owder A, B and c ,
respeclivcly, wel'e l"'cpal'ed and lheil' mechιlniCι11 PI'01)CI'ties such as torsion and hιU'dness, and
Iheir micl'oslruclul'e" WCI'e 、1Udied. Tho chcnlicel coml〕osilion 01' 1〕0、vder A 、vas Ni・5. OWI゜OB
51、V196MO-17.5Wtooct' and Ⅱ10SC OI PO、vder B and povvdcl' c wel'e Ni・3.小Ⅵ%B・26.6、ν190MO
17.5、Vド%cr、2.0、ν10osi o.3、VI0OC. The po、vdcr A and B 、vel'e m細111factured by lhe 号ran111alion
Si川引'i1唱 mC山od while lhc po、vdcr c wa9 by the 号as alomizaⅡon me{hod.
In coml〕そU'ison or lhC Ⅱ11'ee specimon6,小C I01'que value of specime11 C showed ⅡW hi目hcsl valuc
Or 260N ・ m. The t01'que Vを11UCS I01' each specimen bcgan lo decl'ease whcn healcd abovC 300゜c and
S110、ved 小e minimum value around 40O C .1Π Conlt'a吼,山e hal'dncss i"creιIscd wilh an incrcasc in
山e lcmpe】'alure and showcd lhe maxjmU1Π Va1Ⅱes al'ound 400゜C . Althe healinR mΠ目e l'roln 20O C
t040O C ,1he lorque vt11Ues of each sl)ecimon (11'01〕ped 、、,ilh a di仔剖'enl slan{ and lhe slanl dl'OP
bcC田ne lal'甘CI' in lhe 01'der or spccimen A, B and c. This con"esl)onded weⅡ to a de武ree 01'
am01'phous l〕hase included in lhe Ni bをIse bindel' 1〕11ιIse, Thel'eR"'e, il 、vas considered lhι11 111C
dccrease 01'torque value by hclH tl'eatlnent althese lemperalurc rangcs ¥vas h1ⅡUenced by a degrce
01'1he そ11n01"ph011S phase in 小e bindel'.11 、vas elso assumed 小al slnlCⅡlra11'claxalion of am01'pholb
Phase in 11祀 Nn〕asc bindel' resU11ed iΠ小e decl'easing onhc lorquc va111e 01'1he cennets.
Keywords : M02NiB2 boride base cermels; 1hel'mal sl)1'ay;1)1aslic hljeCⅡon m01(1i1唱 SCI'ews; HVOF
ライト粒f,シリカ粒f・などの芥極フィラーを添加した樹
脂が使川されてぃる.樹脂製品の人半は射川成形機を用い
1.緒言
て成形加]:され,柚川旨と接触するホッハー,スクリュ,先
n動Ⅲ,電f・・延機,粘籍機器などの幅広い分野にて使
端部品といった部材には,フィラーに対する耐摩粍性およ
打1されている樹脂製品は,小型化,怪11t化,恕肉化,さら
び樹脂の溶融時に発生する分解.ガスに対する耐食作が求め
には而謄剣電,,拓強嘘化などの崗件能化が図られ,スーハー
られる.このような門条のもと,優れた耐摩耗性および耐
エンジニアリングフラスチック,ならびにガラス繊緋,フェ
食竹を有するM02MB2 (M : FeまたはNi)系サーメットは
*技術研究所材料削発グルーフ
*2 技術研究所材料1Ⅲ発グルーフ
*:{技術研究所材料開兆グルーフ
削
チームリーダー
東i羊鋼鈑
V01.38
枯釧論成形機部材への適用が進んできた1・2)
MO.FeB.系サーメットは, M02FeB.型の工允系剛化物
2.実験方法
よりなる硬質柑と, Fe基合金の結合桐の2相から構成され
る材料で,超硬合金に近い機械的特性と,ステンレス並み
2.1 供試材
の耐食性とをヨE備した耐食耐摩耗材料である0.また, Fe
供試粉末として, Table 1に小す紲成および製造ノj法が
をNiに圃き換えたM02N旧.系サーメットは, M伽FeB.系
異なる3種類の溶射粉太を用いた.溶射に使用する粉末は,
サーメットと同等の機械的特性に加え,耐食超介金のハス
HVOFが大気プロセスであるため,粉太酸化の影粋の少な
テロイに匹敵する耐食性を有しているの.これらサーメッ
いNiベースのM02NiB2系サーメット粉末を用いた.溶射
ト製スクリュの製造は,まず真空焼結炉での焼結、程にお
粉末AとBは,冊化物量の割合が異なるように組成を変え
いて,サーメット"体の焼結と,芯材となる鋼材との拡散
ており,粉末作製については同じ造粒・焼結法ノj式を
接介が同時に行われ,その後,サーメット舸をスクリュ形
用いた.溶射紛末Cは粉ポBと同じ組成にし,粉末Bとは異
状に機械加上什上げするといった工程で行われる'.この
なる「アトマイズ法によって粉■ミ作製を行った.
ため,製品は焼結炉に投人できる大きさの範囲に1川製があ
「造粒・焼結法方式にて作製Lた1奔射紛末AおよびBは,
る.また,便質なサーメットj"を後加工するため負何が人
MOBやCrBといった研Hヒ物粉ポとMO, cr, NiおよびSiの
きい 1二に,取り代も多く,これまで甘肌旨成形機スクリュと
金属粉末を配令し,振動ボールミルにて溶媒にアセトンを
しての適用範囲が隈定されてきた
用いた2伽寺1州の湿式混介紛砕を行った後,スプレードライ
そこで笹者らは,これらの問題を解決するため,めっき,
ヤーにより造粒した.その後,粉ポAはⅡ50C,粉永Bは
物理蒸着法(PVD),化学蒸貯法(CVD)といった表面処
鮖0゜Cにてln剖胡の奥梨熱処則を実施し,ハワーミルによう
則技術の小でも,人物や複雑形状品への適用が可能で,材
て粉末を解砕した後,超竒波娠動儒い機を用いて分級を行
料の"山度が1音K,成膜速度も怜段に速く,厚膜化も口j能
い,粒度範剛32 郭μmの溶射粉末を得た.次に,アト
と,多くの特長をイ」する溶射技術卦に着剰した. Fi三.1に
ボすように,溶射技術は紛太や作状の怯1体に熱をりぇ,溶
マイズ法」方式の溶射紛末Cは,ガスアトマイズにて球状
融または・半溶融の徴粒fをJ,ミ材表而に商速度(数 1・ 数アi
施し,ハワーミルによって粉ポを解砕し,超許波振動筋い
m/sec)で衝突させ, h1平微粒fの磯胴により皮膜を形成
機を川いて20 53μmの粒度絶囲に分級した溶射粉ポを得
の粉太を作製した後,950Cにて11侍剛の真空熱処郡を突
し,材料表血の改質を行う技術である.従来,サーメット
た.なお,粉ボの適切な熱処即渦度は組成によって熨なり
の溶射にはプラズマ溶射が用いられていたが,紛末の温度
i品座が商過ぎると粉太の焼鮎が進行して解砕が困難とな
が袖K なるため,組成の変動や紛ボ喪愉の酸化が発乍し,
り,低過ぎるとM伽N帽2型研Hヒ物が形成されないため,
良質な皮雌が得られないというⅢ1題があった.しかし近年,
解砕が"1能な温度範囲内の1二隈近くの撮庶にて熱処理を
'r溶融の粒fを1拓速で吹き付ける速麼靈視型の溶射プロセ
行った
スである"商速フレーム溶射法(HVOF; H鳩h velocily
上記の溶射粉永を川いて, Table2にボす溶射条件にて
Oxy目en FⅡel)"が1"1発され,VVC・C0を始めとするサーメツ
0.3mmの皮膜1,,しみになるように溶射施工を行い,?ト柧,.式験
ト材料の皮膜岬,質が人幅に向上し,工業化が進んできた0,
片を作製した.溶射条件については,粉末の組成,スプレー
そこで本報では,サーメット材料の溶射に好適なHVOF
ドライヤー造粒粉末やアトマイズ紛永といった製迭力'式の
を用いたM02Ni&系サーメット溶射材の開発を1Ⅱ内とし
遂いにより址適な溶射条件が異なり,耐トルク性や皮膜硬
て,樹脂成形機スクリュへの適用を想定し,溶射粉末紲成
度といった特竹1を基に最適化した条件を用い九.なお,」轟
および紛末製造力法を変え力各溶射材の皮膜特性,特にス
材には,スクリュの標難的な材質である合金〔貝.鋼
クリュとして電要な耐トルク特性の熱処脛による影糾につ
(SKDⅡ,硬度:58 60HRC)を用いた.
いて検討し九,
溶射後の.貳料に加えて,枯"旨成形機スクリュへの適用を
戀定し,射111成形小の温度と想定される如0゜Cまでの耐熱
Them1丑Ispraym丑terials coatinglayer
(powders,、vire)'、
＼
五
0
区一■
ノノノ浮 Heatingand゜
Ener客y supply
(Gas, Kcroscnc, Electricity)
acceleralion
Substrale
Ofp0訊,ders
性を訓査するため,各溶射材を大気炉にてそれぞれ
200゜C,30OCおよび40O Cで24時闇保持後,炉冷した試料
を供試材とした.
2.2 評価方法
2.2.1 耐トルク性評価
溶射材の耐トルク性評価は,射川成形におけるスクリュ
向転時のトルク負荷を憇定して,ねじり試験機仏3沌製作
Fig.1 Schenlalic dia武ram 01'1hernlal sl"'ny
所製UET・300)を川い,ねじり速麼6 /min.の条件にて供
M仇NiB2系サーメット溶射材の特性および乳胤に及ぼす熱処則の影押
Table l
Powder
Chemical composition501、 sprιly powdcrs and mothoas ror pl'oducing lho powdcrs.
Chemicalcom Osltlons
MO
C
Cr
51.0 17.5
17.5
0.3
26.6 17.5
0.3
26,6
Si
22
5 3 3
A B C
B
(mess%)
Ni
Method for ptoducin8 theΠηal
Spray powders
bal.
Granuletion ' sinterin
b会1.
Granulation " sinterin
Gas atomization
bal.
Table 2 Thor訂lalspray co"dⅡions ror specimeⅡ A、 B and c.
Specimen
Powder
A
A
B
B
Oxygen flow
Kerosene "OW
(mm)
rate (scfh)
rate (gph)
300
】850
6
300
2100
6
300
2100
6
C
C
Spray diS仏nce
試材のねじり試験を災施し,皮膜剥雌または皮膜にクラッ
クを生じた時のトルク値を溶射材の耐トルク性の指標とし
2.2.3 X線川折測定
た.試験片形状は, Fig2に水すようなストレート形状お
X線回折測定装鑁恨iaakU製RINT2000,ターゲツト
CU)を用いて,管1Ⅱ圧:40kv,管電流:20omAの条件に
よびスクリュ形状のものを川いた試験時の環境について
ターを酉占πし,皮膜のクラックや剥雌が分かり難いため,
て2θ/θ測定を11い,溶射材の形成相の同定を行った.試
料は, 10"川脚(厚み5mm)の平板形状のSKDU』'材に0.3
今1"1は室温にて試験を火施し大:.なお,350 Cの大気,・1,で
加の厚みの辯射皮膜を形成した後,皮膜女師を#2000の研
ねじり,;式験を行った場介では,トルク値が宗淘'り1000札1
磨紙にて研磨した.また,それぞれの皮1摸について, Ni
座低下することを硫認している
」'介金の(ⅡD,(200)の同折ヒーク強度から結品化度を
は一高流野囲気小でのねじり試験では試験片の周鬮にヒー
算1_1_1した. Fi琴 3に小すように,結品化度はNリ'介金の結
例,質部分のヒーケ旗座と,非晶質部分のハロー強座とを分
2.2.2 硬膽測定
硬喚はマイクロビッカース硬度託(1川イi製作所製
籬 L, nbや)より求めた.
件にて測定した.なお試験片は,上記ねじり試験片のφ
XC=ⅡC/(1C+1a) 1^100 ・・・(1)
ここで, XCは結吊,化唾, 1Cはネ品'鳥質Ⅷ")のヒークの柚分
20吻の部分を切断し,ψ20叩"5則の形状に機械加τした
強度,1aは非耐,質部分のハローの村杉卜識度を小す.
MVKC2)を用いて溶射材断lmの皮膜硬度を荷重2Nの条
後,断面を鏡而研磨加τした.
150mm
φ
a
(a)strai8hlc0η6guration
0
φ20mm
20rnm
0
令一互.ε3ゐ一磐0一三
:゛ーー号
0
奥
N
φ10mm
1
1
(
奥
)
1
團: CI},sta11ine phase
圀: Non・crystaⅡine phase
140mm
(20の
0
mm
'
:◆^1
φ20mm
^
P 20mm
(b)scrcw confi三Uralio"
Fi92 Base Π11"el'ial ror 【orsion lesl.
30
40
坊タ,
50
2θ(゜)
Fig3
X I'ay di11rac{ion patlel'n or Ni bnsc a110y.
60
東洋鋼鈑
2.2 4 皮膜組織観察および寸ージェ分析
ν01.38
料から、皮膜のみを切り出した後に5Ⅲ冊5叩河肌に加工
オージェ屯f分光裴IFt uE01"製'1UMP・950OF)により,
したものを用いた,
溶射皮膜の組織観察および弁分析点における兀案分析を
行った.試料は,硬度測定に使川したものと同様の試験片
を刑いた.
2.2.8 皮膜密座測定
SKD11基材に厚み1.2m程度て溶射した試料から,溶射
皮膜のみを切り111して10脚ゞ20肌"1mmに加 1二した,式験片を
2.2.5 痢.[織の定111化
H1いて,各i品度で熱処郡をhつた後に皮膜籟皮を測定した
溶射材の釧織について,1二紀紕織観察にて得たSEM写
熱処理は, 1"10*'rorr以 Fの真牢■;囲気にて20O Cから
真を1仰像解析し,次のフルマンの式勘を用いて,朋化物と
700゜Cまで10OC1瑚隔で変化させて行い,各温度にて51時1打
結合村1の体雛率,弸化物の乎均粒径および結介棚の'1ι均1'1
保持後,炉冷Lた.皮膜の密度はアルキメデス法により算
11.1行程を求めた.
鵬した.
dm (4/π)"(N,/NO ・・・(2)
ここで, dmは平均粒径, N'.は矧織リi真 1二任意の1貞線によっ
3.実験結果
てヒットされる中位長さ汽りの砺化物数,喩は任愆の中
位而秡内に含まれる側化物の数である.なお,体桜5名1'は,
1'(83 π)ゞ(N N ・・・(3)
3.1 機械的特性の変化
Fig.4に,溶射後およひ行温度て24時問保持,炉冷後の
溶射材の而圷ルク竹を小すなお,」'材にはストレートj'
てツ」1される.織1、札1の'1ι均111111f程入は,
λ(1・1')/N'・・・ 4
材を川いた.溶射後で熱処郡なしの,貳料では、溶射材Bお
でボされる.
よびCのトルク伯はそれそれ250,260N ・ mに対し,溶射
材Aでは約220N mを小し,剛化物耻が少ない溶射材Bお
2,2.6 TEM観察および雌 f線1川折
よびCの方が!拓いトルク仙を水し九.次に,熱処則を行う
,
透過j刷1琶 f顕微鏡(TEM, HITAC田製H・900ONAR)
と,いずれの溶射材も200゜Cまではトルク値に人きな変化
による矧織観察および結合棚の笵f線1川折測定(ビーム径
は認められないものの,300゜C以 1:でトルク仙力H氏ドする
hml)を災施した.試料は, FIBにて削漠化した溶射皮膜
ことが確,認された.なお,熱処理なしと40OC熱処則材を
を川いた.
比較して,最もトルク価の変化耻が人きかったのは溶射材
Aであった.
2.2.7 溶射皮膜の熱膨帳・収綸挙動の剖代
Fi8.5に,溶射皮1侠の艇度を測定した結果を小す.溶射
溶射皮峽の熱膨恨・収縮挙動の測竃として,熱機械分析
後で熱処肌なしでは、溶射材Aが雌も1証い約10ooeVの硬
座をポし,溶射材BおよびCの梗喫はそれぞれ綿OHV,
裴1汽(TMA ; The町no mcC11anical analysis, RiaalくU 製
、1'herm01)1US TMA8310)をj11いた庇縮荷爪法により,室
82叶Ⅳでほぼ祠等の破度を水した.また,熱処煕を行った
il',1から 1000゜Cまで 61.il,1速度:10゜C /min.)の測定を11つ
場合,トルク仙(F喰,4)と同様,いずれも2(川Cまては変
た.試験J・詫よ, SKD1 リ'^材に1,'み1.2肌畍'.!度で溶射した試
化が認、められないものの,30OC以 1二では仙が変化し,皮
、
、
、
、
口
150
、
、、0
100
一
、
(>工)誘0毛為工
、
、
^
.゛
、
、
、
、
400
RC1111ion bcl、VCC" 101'{1"c valuC ι1"d hC11111'eιHmC111
Icm11CⅡlturcs.
●ニニニニ喜ゴ、
800
Ospecimen A
●Specimen B
■Specimen c
0
600
200
400
Heattreatmentt引ηPerature ( C)
Heat 廿eatmenttemperature ( C)
Fi9.4
ー,ー.
,、き
゛ー
600
0
200
,,0
900
700
●SpecimenB
■Specimen c
0
ーー0
0・・・・・・・・σ
1000
Ospecimen A
50
^
^
i
^
、
、
200
1100
ヂ
、
(E.Z)U弓﹄0↑
員、●
、、、
、一、
智●口、
250
1200
二
一
二一
一
二
吾0
300
Flg.5
RCI(11i01】 1)CI、vecn h111'd"css and bC111 11'calmcnl
1臼npcl'ι1Ⅱ11'es.
600
M02NiB2系サーメット溶射材の特性および組織に及ぽす熱処即の影腎
同様にM0およびC1を固溶したNi」選介金であることが確認
膜が硬くなる傾向を水すことが確認された.
された.
Table 3に,溶射後および40OCで熱処理した後の各熔
射材につぃてオージェ元素分析から算出した化学組成を尓
3.2 X線回折測定
Fia.6に,各溶射材の皮膜表面のX線回折測定結果を水
彈!(M:Metal)の複瑚化物とM基合金の回折ハターンか認
す.なお,標準物質を用いた定鍬化ではないため,数値の
絶対値というよりは,材料問および熱処理前後での相対比
められた.溶射材AのNi基合金はハローハターンを水した
較を主Π的に化学紲成の算ι1」を行った.冊化物については,
のに対して,溶射材BおよびCではハローハターンに加え
いずれの溶射材も瑚素量は約30%であり, X線同折結果か
てシャープな回折線が認、められ,材料間にてM基合金の
ら確認された(MO, M, cr)3B2型の弸化物に近い組成
織晶化度に差異が認められた.山式を用いて結晶化度を算
であることが分かる.溶射材Aの結令棚は溶射材BやCと
出すると,溶射材A :000,溶射材B :4300,溶射材C
比べてM0が多く, cr址はほぼ同程度の1,!であることが分
72%てあった.次に,40OCの熱処理を行うた溶射材は,
かった.溶射材BとCを比べると,棚化物および結合相と
いずれの,貳料とも熱処理なしの場合と1"」様の回折ハターン
もに人きな違いは認められなかった.また,冬溶島井オの溶
を小し,熱処理による顕薯な変化は.忍められなかった.
射後と40OC熱処理材を比較した結果,化学組成に顕薯な
す.熱処理なしの全ての溶射材において,正方晶のM3B2
変化は認められなかった.
Fi宮.8に,溶射後および40OCで熱処理した後の将溶射
3.3 組織観察および各相の元素分析
Fig.7に,各溶射材の組織写゛:および弁分析点のオー
ジェ尤素分析結巣を不す.溶射材Aの粒f (pointD から
材について,棚化物と結介相の体槌率(a),棚化物の'F均
は, B, MO, crおよびNiのノ0索が検出され,(MO, Ni,
結果を小す.冊化物の体鞁率は溶射材Aが約40%と最も多
粒径(b)および結合計1の平均門山行程(C)を測定した
C0 心がWの複砺化物であることが雛認された.また,結
く,溶射材BとCは25%程座でほぽ同じであった.朋化物
令紺(poin12)は, M0およびC「を圃溶したNリ'の介金で
の平均粒径は溶射材AおよびBが1μm程座なのに対して,
あることが分かった.組織中に認められる匹色部分
溶射材Cは0.3μmと微細1な粒fであった.そして, i奔射
(point3)では, C『および0が検出されることからC1酸化
材Cは,結介朴1の、F均1'1由i1程が0.6μmであることから
物であると考えられる.次に,溶射材BおよびCのM.B2型
も,棚化物が徴細かつ均に分散した釧織を杲しているこ
複砥1化物印oint4,6)では,溶射材Aと例様にB, MO,
とが分かる.また,将溶射材の溶射後と40OC熱処理材を
CI・およびNi力1検Ⅱ1され,§占令側(poiⅡ15,フ)についても
比岐した結果,矧織状態に顕杵な違いは認められなかった.
厩: cwsta11ine phasc
巨: Non・crysta11ine phase
Specimen A
Speclmen B
Specimen c
0
0
● Te訂a80nal・ M02NiB2
O Ni base a110y
..
.
.
.
◆
0
.
.
30
50
2θ(゜)
0
.
.
.
.
R.T.
',,^..,h,
〆゛
40
400ヤ
.
R.T.
R.T.
,,力多.'
.
400て
.
倉仁コ.e巴ゐ一妥田三
.
^一三=.e吋^ゐ一m長一三
^一石=,e四^ゐ易仁曾三
400て
.
60
30
40
50
2θ(゜)
^ノ,
60
30
40
50
60
2θ(゜)
Fig,6 ×.ray diⅡ'「壯C{ion l}aⅡ0訂Is or sl)ccimen A, B and c 、、,ilhuul hC11111'CHtm引11(R.'「.) and 、、'ilh henltrcalmcnl a140O C
朽
東郡鋼鈑
Specimen A
V01.38
Specimen c
Specimen B
nt l
Point 6
Point 4
Point 2
聖
Point 3
Ni
Cr
Point 2
、ーーー^
Ni
Cr
MO
Point 4
/
Ni
、____1
B
、__^
Cr
Point 5
MO
、ーーーーーJ
、ーーーーJ
MO
CT
0
500
0
Cr
Point 7
MO
、ーーー^
Cr
、_____y
Ni
1000
0
500
Ener筈y (ev)
Cr
Ni
、ーーーーJ
B
、__ノ
MO
Ni
MO
Point 6
、ーーーーーJ
、ーーーーー^
Point 3
0
倉言.e巴習之勺
一一仁二.e邸山でZで
倉暑.e巴山で弓
L︺
Poind
、ーーー^
AES
Poi爪 7
Point 5
1000
En引gy (ev)
1000
500
Energy (ev)
Fig.フ
SEM i1口a冒es and AU習Cr "1eclra al scven Ⅲlalysis l)oin凶 of sl〕ccimen A, B and c 、YⅡh()ul hcat Ⅱ'ealmcnl(R.T.) nnd 、V酬h helH
Ⅱ'ea耻ηel" a140O C
Table 3
ChclniCι11 Composili0ⅡS cslin1ιlted l'1'om AU武el' SPCC11'11m a11ι11yses or "]ccilnen
A, B and c wilh011t hca111"calmCⅡt(R.'1'.) and WⅡh hea【吐'caⅡⅡC"1 at 40O C.
Specimen A
Mo
M02NiB2
boride
a110y
Ni
B
Mo
cr
Ni
Specimen c
B
Mo
cr
Ni
B
RT
51.5 159 4,4 283 42.8 2】9 5.2 30.1 422 20.0 72
30.6
400゜C
51.4 16.6 5,8 262 41.1 22.0 5,5 31.4 432 21,4 5.4
30.1
Mo
Ni base
cr
Specimen B
(at.゜ 0)
cr
Ni
Mo
cr
Ni
Mo
cr
Ni
RT
542 21.3 24.6
212 247 542
209 25.1 54,1
400゜C
542 22.5 23.4
212 25.6 533
21.5 25.6 52.4
M伽Nilh系サーメット溶射材の特性および細雛に及ぽす熱処則の影郷
(安己省吾ε0禽刷U-U三こ仁司UΣ
(a) volume fraction ofborides
(.0)U又﹂0●、0偏0一でE、0三三0>
Without heattreatment
■ With hcattreatment at 400て
40
20
2.0
化) Mean particle size ofborides
、vith0Ⅱt heattreatment
■ With heattreatme爪 a1400て
1.5
1.0
0、5
0
A
B
B
C
Specimerl
Specimen
3.0
(C) Mean free peth ofNi base binder
(Eユ)﹄U勺仁ぞ0ε区UE、仁零Σ
2.5
WHhout healt『eatment
焼結材料の機械的特作は,硬質相である砺化物の',粒径
■ Wlth hea1訂eatmcntat 400゜C
や分敬性といった紕織に影粋されることが知られている
20
川.特に,本研究のように冊化物雄と結介相の削介を大き
く変更した場介では,研1化物{1tが多くなるとともに硬座は
1.5
高くなるものの,抗折ノ1といった材才刊剣聖は低卜する傾向
を水す.本溶射材においても,研1化物量の少ない溶射材B
1.0
およびCの方が溶射材Aよりも1搭いトルク値を水したのに
0.5
対して,皮膜硬麼は低い値を小し九.刷化物上{の師」じ溶射
材BとCにおいては,溶射材Cの側化物村1が微細な紲織で
0.0
B
C
あることから,溶射材Bよりも1テ干"いトルク仙をポした.
Spcclmen
皮膜硬座については,溶射材Cの力'が溶射材Bよりも側化
物扣が微細であるにも関わらず、"下低い伽を水した
Fig.8
ReS11160f "n11目C a!1a1γ!,cb,(a)ν01111"e frl】ction 01
bo"dcs,(b) Mcan pal'ⅡClc sizo or bondcs and (C) m01111
frcc path or Nil〕ase bhldcr
こ
れは,溶射材Bの粘合村"こおいては,結1乳質より似!いアモ
ルファス村1が溶射材Cよりも多いため,結介札1臼体の硬座
が高く,皮膜令体の硬座が淋射材Cよりも茗n菁い偵を尓
したと挑察される
溶射では,溶融状態の溶射紛末が基材表血またはすでに
3.4 TEM観察および電子線回折
成膜された皮朕挺尚で急冷凝囲される.その冷却速度は,
熱処理によるトルク偵の変化か大きかった溶射材Aにつ
いて,結介樹であるNリ'介金のTEM観察および心f線1"1
金属材料では100入i' C/S 1億 C/S,セラミックスでは10
折を行った結果をFig.9に尓す.200ガ倍にてTEM観察を
刀C/S 100ガC/Sに達し,皮膜には非平衡状態が発乍し
行ったところ,400゜C熱処理による熱処鯉前巴の明硫な組
雛変化は認められず,また,屯イ・線川折ハターンにおいて
も顕茗な差拠は確認できなかった. 1nmのビーム径によ
る磁 f線印1折では,第レ、ローの位繩に1川折スポットが現
われるものの,明1略な鈷晶性ハターンは認、められなかった
ことから,巾範囲の秩序は行・在しているものの,長範囲の
欣斤;拙造を持たないアモルファスであった田.
4.考察
10nm
4.1 各溶射材と溶射粉末の関係
Fig.9
まず,熱処理なしの溶射材の機械的特竹および組織と溶
射粉末の1到係について号察する.複剛化物系サーメットの
TEM micr0琴1'aph5 and olectl'0Ⅱ di11'raclion l)111【enls or
Spccimen A 、¥ithoul hca11re社lmC川(R.T.)趾"d 、vilh hα11
IrcalmC11【川 400゜C
47
ていると,'われており,,今1川の材料と組成は異なるもの
くなったと留えられる.以 1二のことから,粉■U制走および
の,同じMONi・Bのノ6系介令において溶射法によるアモ
溶射条件の遊いによって,溶射塒の粉ポi品崖に差與を乍じ
ルファス合金皮膜の作製が報告されている②.今"1の溶射
たものと推察される
,
材においても, X線回折測定や電f・線川折測定から結合相
4.2 溶射材特性に及ぽす熱処理の影
であるNi基合金はアモルファスを形成する傾向があり,
材料惜1でM基合金の結晶化度に差異が認められた.
ここでは,溶射材を熱処理することによる特性変化につ
金属や合金のアモルファスの形成は,モの細成により火
いて考察する.いずれの溶射材も30OC以 1二の熱処理をh
きく異なり,3d遷移金属の合金では10" 10'C Sの冷却速
うことによって機械的特性が変化をしているものの,棚化
度が必要であり,定性的ではあるが,原f半径が薯しく異
物粒fの粒径や分散性といった組織,各棚の化学組成やX
なる允楽の紲み合わせでアモルファス介金が形成され易い
線回折ハターンに顕薯な変化は認められなかっ九.
と言われているUI.突際に,溶射状況解析装枇(oseir社
トルク値について,熱処理なしと400゜C熱処理材での低
製Spraywalch)を川いて溶射粉太が基材へ衝突する痕前
ド,矧( 40OC熱処理!材のトルク値÷熱処理なし材のトル
の温度(溶射紛朱温麼)を測定し,冷却時問を長尾らの報
ク値)漣001を比較すると,溶射材C 溶射材Bく溶射材Aの
皆・叫を参冴に約lmSと↓ι杣り,将溶射材の冷却速度の算
顯に大きくなっており,材料Ⅲ1で差異が認められた.そこ
出を試みた.その結果,溶射紛末i品座は粉末A:】920C, B
で,?ト誹射材のNi基合金の§占晶化度とトルク仙の変化率
17即 C, C:1440゜Cであり,冷却迷度は,溶射粉」ミA:郵」1 9
の関係について喪したものをFi目.11に水す. Ni基介金の結
doo c s, B :約1.8灯06 C S, C:約1.4灯0O C S となっ
品化座が酔K なるとともに,トルク偵の変化率は小さくな
た従って,雌も冷却速座が速く, Niと原f半径の異な
る傾向をボし,゛1-11對があると冴えられる.
るM0をく介む溶射材AのNi基介金は,結介相が100%ア
熱処理によるトルク値の変化の人きかった溶射材Aにつ
モルファス化したと推察される.ま九, Ni基介金の荊1成
いて,皮峽のTMA測定をhつ九結米をFig.12に小す溶
がほぼ1',1じ溶射材BおよびCにおいては,冷却速座の述い
射皮膜は撮度の lt外とともに殉OC付近までは1此線的に膨
によりアモルファス樹の削介に莱異を乍じたと留えられる.
張した後,膨張の傾きが緩やかになり,640Cては・1.収
溶射時の粉来洲度の差異は,粉末形態と溶射条件の述いに
締に転し,舗OC付近から再度膨娘を始めることが分か
越囚するものと考えられる. Fi菖.10の溶射粉ボのSEM写
た.また100OCまで加熱した本"式料を宰音,はで力i冷後、冉
真に水すように,「造粒・焼粘法にて作製した溶射粉太A
座ケ゛話1'(1刈小の21"11 D したところ,皮 1奥は溢座 1'ケ1・とと
およびBは,数μmの1次粒fが凝染して数10μmの顎粒
もに単闘に膨張した. 11川Πの外温塒,30OC付近から膨
を形成しており,その内部には多くの空隙が存在すること
張の傾きが緩やかになり始めたのは,アモルファスめっき
から,擇陽卯寺に燃焼フレームと接触するlm札1が大きいため,
皮峽や金嵐ガラスで桜告されている,アモルファス村1の柚
i肌麼か上がり易く,溶融し易い,・ノゴ,アトマイズ粉末
造緩和過郡とぢぇられ,これによりNi基介金の脆化を小
Cは緻僻な数10μm径の粒f・である九め,溶射時の温度は
じたと推察されるⅢ、,また,660 C付近からの人きな収
1二がり慰fくなる.ま大:,誹射粉ボBはAと比べて酸楽 ltの
縮の1削始は,アモルファス相の織品化が始まっ九ためと野
多い条什にて溶射を行っており,そのため粉末の温座が低
MC小odor
Produci"g the口"且1
S ra
Owdcrs
えられる.
SEM lmagcs
Surlhcc
60
Cr05S-Sι:chon
(0゛)0コ三0-、OU一安抑三器U﹂U0でく
Granulation ,
引nterlng
Gtanulation ・
51nterlr1宮
Specimen A
50
40
Specimen B
.
30
.
Specimen c
20
0
GasotomlzaⅡon
20
40
60
80
A degrce ofcrysta11inity ofNi basc a110ys (゜0)
20μm
Fig.11
F殉,10 SEM "naacs orthet'1ηal spl'aγ 1)0、vdcr A, B ι1"d c.
48
RC胎Ⅱon bonvccn n dccl'casin武 1'ミHC 01'10Π"1C a"d a
dC目1'cc or crysla11il】i",01' Nil)ase ι1110y
M仇NiB2系サーメット誹射材の特竹!および創幟に及ぼ寸熱処理の影僻
一'
'
'
'
.一
゛
.
'
ノ
ーーーーーーーー冒
、
、
Ⅲ
Ⅱ
、
Ⅱ
Ⅲ
8
0
0
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8
0
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6
0
0
4
0
0
2
0
Temperature cc)
400
200
600
800
Heeltreatmenttemperature (先コ)
1000
Shrinkage
'
,
1
、
゛一
、
8.1
ノ.
、
.
'1■晶■1,ーー
、
82
([Eり司)
子、'ノ
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1
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(00)5如哥"
0.6
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Second
一゛゛
^^●
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83
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FiNt heatina
^
゛、、
↑,・0
﹂U詩一如三苗OUで顕巴身、0倉m岳0
〆
expanslon
Fig.M
Fi9,12 Dlme"sional C11a11ge or sprayed coaling layel' of sl)ecim引1
A.{Rcaion l ,Ⅱ, 1Ⅱ indicale no・change, S{TUC1Ⅱr01
1'C1ιⅨati0Π, crysla11iZ社lion l}1'ocess, rcsl)CCⅡVely.)
● Tet玲客onal・ M0ユN田2
Re1日Ⅱon b01、veen dcnsi1γ or spn",ed coati口号 laycr and
heat 11'catmC11t tempel'a1111'c for sl)eci1羽en A.{Re卑on
1 ,Ⅱ, 1Ⅱ i11diCι11e no・chιln写e, slruC1Ⅱra11'eねXalion,
CI],S1ι1小蹴11jon pl'OCCSS, rcspeclivcly.)
500
O NibaseaⅡ0γ
、
、
弔
ノ'●
゛
,
.
.
.
、
、."゛ー.
200
100
0
(a) RT.
0
50
40
60
X"ray dirl'1'aclio" pa11Cnls 01' SI)ccimc" A (a)、viⅡ10UI
hclH 11'caUれe111(R.T.),(b) aftel'11C丑111'eι11menl at 30O C ,
(C) 660゜c an〔Ⅱd) 850゜C
Fig.13に,各温度にて熱処卵した溶射材AのX線川折結
200
400
600
800
Hcattrcatmcnttcmperaturc (゜C)
2θ(゜)
Fig.13
.
300
.
.
30
、
.(b)30OC
、
.
.
、
..
.
400
、
島一.(C)660で.
.
.
.
.
0三二.e巴倉物仁巴三
.
(E.弓豊ず﹂0↑
5
0
.
.
(
.
Fig.15
Rclation bet、Yeo" 10rque Value and hCιH 11'ea""ent
Iempel'atul'cs ror specimeⅡ C.
込まれることが推測される
米を小す.660゜Cの熱処理まではN逃ま合金の1川折ヒークに
突際に,スクリュとしてのイi効性を硫認するため,スク
人きな変化は認められないものの,舗0゜CではNi基介金の
リュ形状基材に溶射した溶射材Cについて,各温度にて
結品,化が硴認された.また, Fi套14に示す皮峽谿座と熱処
100時問の熱処理を行った後の耐トルク性評価を行った結
理温皮の関係からも,耐トルク特性の変化が始まる30OC
巣をF喰.15に小す.熱処瑠!1呈度の上昇・とともにトルク値は
以 1・.では緩やかに密皮が諦K なり,700゜Cでは大きく 1:プι
低 Fし,50OCでは240N ・ mで極小偵を取り,その後熱処
することが分かった.これらの結果は, Fig.12のTMA測
剛温座の上外とともにトルク値は高くなる二とが確認され
定で得られた内容を裏付けているもの巴考えられる.
以上の結果から,溶射材を熱処理することによるトルク
た.この結果は,300゜C以上にてNi基合金のアモルファス
相の槌造緩和によりトルク仙が減少し,60OC以 1:で結品
値の低下は,織合相であるNi基介金のアモルファスの構
化が進むことでトルク仙が上舛したと挑察され,上述の内
造緩和過程に起因した脆化が原因と推察される.また,熱
奔と・政することが分かる.なお,牙"Ⅱ成形機では,スク
処理によるトルク値の低ドを抑えるには,溶射後のNi基
リュを祠転するモーターの響嶽を超えるようなトルクが負
介金のアモルファス化を抑えることができるアトマイズ粉
倩され九場介,機械力1停」上するように没計されており,
末の仙用が有効であると考えられ,また,アモルファス劇1
般的に外径がφ20叩のスクリュではトルクの似界は196N・
の結品化が始まる温度以上での熱処瑠!もトルクの收善が見
mと,われている.溶射材Cは,51川 Cまで1品度をしげて
も196N ・ m以上のトルク値を小すことから,スクリュと
して 1'分な耐トルク作を村しているとぢえられる.
(1992),670.
2) M. Yonelsu, Y. Yamasaki, and K. Takaaj
Proceedings or 200O PO、vder MetaⅡUrgy vvoed
Congl'ess,(2000),127フ.
5.結言
3 )高木研・:まてりあ,36 a羽7), 1139.
高速フレーム溶射法を用いたM02N旧2系サーメッド溶
射材の開発を目的として,溶射材の特性に及ぽす溶射粉末
4)平田浩郎,岩永健吾, 1"崎裕訂」,高木研・:粉体およ
び粉太冶行Z,53 (2006),447
の紲成および形態の影粋,各溶射材の耐熱性を調査した総
5)溶射技術人門,Π本溶射協会,(2006), 1.
果,以下の結論を得た
田原U,1良犬:セラミックス,43 (2008),396.
a)溶射材の而圷ルク牲は結合相の多い釧成が高い値を小
フ) X線回折ハンドブック,株式会ネ1:りガク,(2006),貌.
し,皮膜硬度については剛化物が多い力が高いことが
分かった.また,漆射材を30げC以」.:で熱処理すると,
8)鈴ネ;3:超硬介金と焼結硬質材料,丸善,(1986),
67
トルク強度が低Fし,皮膜硬度が上界する伽向を尓す
9)弘津袖彦,平川秋彦:顕微鏡,妬(2010),250.
ことが硴認された
10) 1瑚水研',駒井正雄:熱処理,32 (1992), 185,
②溶射材を熱処郡することによるトルク偵の低下は,結
介村1であるNiJ'介金のアモルファス相の榊造緩和現
象による脆化に起因していると推察され,この低下の
抑制には溶射後のNij'合令札1'・いのアモルファス形成
を抑えることが爪要であり,その 1つの下法としてア
トマイズ粉ボの利川が打効であると冴えられる.
3 アトマイズ粉ボを川いて,スクリュ形状での耐トルク
川溶射技術人門, n本溶射恊会,(200の,フ.
12)甲厶女康典,網芥健児:東北人学金属材料研究所付属
研究施'没関ljqセンター NCWS I"ctlcr, 17 (20ID,3
13)鈴木謙爾,藤森畔安,橋本功.:アモルファス金属の
基礎,オーム,(1982),23.
14)長尾心f,小牧lf1博,倉橋院郎,針原保典:Π本分繍
学会誌,71 (2007),742
性を剖代した結巣,トルクリミット以[:の良好な耐ト
15)溶射1:学使覧,Π本溶射恊会,(2010), 101.
ルク性を水し,樹脂成形機スクリュへの適川が翔待で
16)鈴木謙爾,膝森麻女,橋本功τ:アモルファス金艇の
きると冴えられる.
基礎,オーム, a982),83
1"安Ⅷ'1i仰,所敏火:滋賀",、東北部」:業技術センター、ド
引
D 駒井11{雄, 1Uiポ研
用文献
,
渡辺忠雄:Π本余属学会誌,56
成19年度研究轍告リ,(2008),4
UGrlA1の遺伝子多型を判別する
DNAチップキットの開発
平山幸、・伊藤茜牝・細谷真悠子叩・山野博文M
DeveloP1ηelH of DNA chゆ for Delection of U6TIAl polym0印hisms
Kok・hi HlkAYAMA, AkιⅡ?e ho, A、,ayltko HOSOYA, Hir0π"ni YAMANO
Synopsis The loxicilies or il'inolecan,、vhich is onc of anli cal〕CCI' druas, havc bcen reporlcd lo corl、elale wilh
Ihc ucT/Al polym0Π〕hisms (UCフソAI*28 and U6?ソAI*6).1n ordel' 10 deleC1 1hesc
Polym01'phiS1ηS, wo have developcd a DNA dlip made by lhe GENE S11,1CON which is Toyo
Kohan' S 0Π且inal subSⅡate.1Π order lo impl'ove the DNA C11il〕 dcteCⅡon accuracy,、vc examined
PCR conditions, hybridizalion condilions and washing condi{i011S.1n addilio",1he thl'eshold lo
.iⅡdac lhc a11Clc type 、vas eslal)1ished by using 952 DNA saml)1CS. By 小e usc 01'1his thl'eshold,、VC
evalualed 111e con'e1ιltion wilh lhc sanger sequencin号. As a l'esUⅡ, aⅡ a11Clcs wel'c consislcl〕1. vve
Were al)1e lo dev010p tho good l)1'ccision DNA chil) to delecl U67'1A I*28 and ι/6フリAI、6.
Keywords : GENE SIUCON; DNA chil〕; gcnc polym01'phisln; U6r/Al gcno
今川,我々はDNAを商密度に仙1定化できる東洋鋼鈑製
ジーンシリコンを1"いて.υ6"A1遺仏 f多川!を判定す
1,緒言
るDNAチップキットを開発した.'DNAチップキットを
近年,ヒトゲノム解析の兆雁により,遺仏f"桜と薬剤
用いてUC7'1AI、28及びU67ΥAI、6の遺仏f多坤!(F喰.1)
の薬効や削作川などとの1刈述が徐々に1川らかになってきて
を判定することで,塩俊イリノテカン投,ナF定忠名に対し
おり個人の遺仏f悩轍に基づき治療方針を決定する個別
て副作川兆現りスクを↓ι鞁もる'Ⅱが出来ることから,懲打
化1ぎ療が身近になっている.遺仏r・情轍と薬効や俐作川と
の生誘の質(Qualily o「 uk)」の向 1二に貨献するもの
の倒係竹の研究開発が進み,多くの悩薬品に対する遺仏f
と考える
,
マーカーが兆見されることで,多様な遺仏fマーカーの矧
ポDNAチップキットの開発にあ九り,まずヒトDNA,i式
み介わせを同時に検Ⅱ{できる遺仏f・診断ツールが非常にイi
料を用いてU的とするDNA領域のみを増幅するPCR条件
川となるその・つの検出・念断ツールとして, DNAチッ
を検村し,その増喫,舮百物を川いてDNAチッフとハイプリ
プを川いた遺仏f診断キットが挙げられる.
ダイズ反応させて,各遺伝f剛を刊別するためにハイブリ
抗がん剤イリノテカンは1111iがんや消化器系のがノνに広く
ダイズ反j心の特熨作が1技も向 1二するハイブリダイズ条什の
適川されている抗がん剤の・つであるが,このイリノテカ
検肘をした,そして,これらの条件のもとで,遺仏 f・剛が
ンの代謝酵業UGTIAHこよって強い抗がん作川をイiする
既知のDNA試料を川いて,将遺仏f刑を判定するための
SN38となる.UGnA1の発現や酵業活竹1が剥い懲打では,
将脇価の股定を行った.最後に,既存のυ6フソA1迫仏f
爪篤な副作用兆現のりスクが 1二"L,この1,111作川りスクと
剛判定怯との判別織果を比較し,本DNAチップの竹能を
遺仏 f多JW (UCTIAI、28及びU67ΥAI、6)との関連が知
確認した,
られている 1・2.
*'Ⅱ業雉述室
牝技術研究所
*:1.Ⅱ業推迎室
*・1,"業挑進宗
バイオチッブ技術グルーフ
11μ叔材料グループ
バイオチッフ技術グループ
バイオチッフ技術グループ
削主,1f
グループリーダー
東i羊鯛鈑 V01.38
Chromo,ⅨT1■ 2
IA9 1A7
Tab恰 I DNA PI'obes
E工伽12.5
E削11
1貞1
Polymorphisms A11eletype
Probe
name
_J
1・"叩)9=1の
UG丁IA9'10
UG丁IA7
【・57{TユG)】
1姑7f「ユG)1
1622{'「,C11
tt.蹄
【AnA)5TMユAnA)7TAAI
UGrl』1*28
UGrl'1*6
Wild
1*28圦1
Vanant
1*28V
Wild
1*6W
Vanant
1*6V
UG丁1角,'60
1.327叩コG)】
Fig.1
Schcmatic l'OPI'csenta【ioD of υ6フソ円豊onc and acn0ⅡC
1)01γmorphism
HYbridizati0肌 COV酎
nlrn
3mm
2.方法
Hybrld1乏■Uon P1急to
DNA chlp
DNAチップを川いた遺伝f刑の検査フローをドi氾にポ
Fig.2 CENE S11,1CON DNA chil)
す.
世士'乞ど^=便亜=ヒゴ^=既劃
=鼬ル倹出
愆者より杣出したゲノムDNAから,検査に必要な遺伝
プを1枚ずつ専川のハイブリダイズ川プレートに叔せた
(FiE.2)
f部分を選択的に増幅する(PCR).この増幅産物を定
の環嫡ドでDNAチップと接触させて反応させる(ハイプ
リダイズ反応). DNAチッフには,それぞれの遺伝f刑に
2.1.2 DNA試料からのDNA増竜'1及び蛍光櫟識
DNA,式'1は匿名化されたヒトDNA,式料を川いた. PCR
対応したDNAフロープがヂめ固定化されており,増幅庠
液は, Table 2に水し九紕成でミ1a製した.またこのとき,
物'1・,に該"1するDNAかイr・在すれぱハイブリダイズb【応を
フライマーミ y クスはTable 3に水した配列のDNAを用
する反応後は太反応DNAを洗浄し,蛍光検出機にて測
い,*281でVel'se及び、6 rolwardに蛍光を標識しt:. PCR
定する増噺'1光物には蛍光標識を施しているため,外部か
裴1'q (Mastercyclel' PI'OS,エツヘンドルフ株式会村:)に
らDNAチッフへ励越光を照射するとハイブリダイズ反応
てPCRを行い, DNAを均幅した.
1,Nこ応じて蛍光を発する.以 Fにi譯細な試験力法を尓す
Tab1巳 2
2,1 DNAチップの作製と試験方法
2 1.1 DNAチッフの作製
3ⅢⅢ角のシリコン基板にDLC (DiamoDd Like cal'bon)
をイオン化蒸杵法により成膜(約40nm)し,各穐反応溶
Componont
Primer mixlure
dNTp mixture
10XPCR buffer
Ta DNA ol merase
0.2
Water
10.8
液中へ泌漬処田!させて,アミノ'及びカルボキシル基を順
次導入した後,カルボキシル基をN・ヒドロキシスクシン
イミド(NHS (N・Hydroxysuccinimide))でエステル化
させて,涌性エステルが表佃修飾された基板「ジーンシリ
コン」を作製した,活性エステルは, DNAの末端に修飾
1)CR CO"1Ponc""
V01Ⅱme(μL)
1.0
1.0
貴nal c0訂C.
Variable
200 ιm01 し ea
2.0
0.5 U μL
Tabl03 P"n〕crsequcnccs
Primer
Se ⅡenceS 5'ー>3'
*28 forward
*28 『everse
*6 forward
*6 reverse
TAGTCGTCCTTCTTCCTCTCTCGT
ATGGCGCCTTTGCTCCT
CCATGCTGGCAAGATACTGTTGA
GATCACACGCTGCAGGAAAG
されたアミノ基とアミド結合を形成するため,ジーンシリ
コンに各郁プローブDNAをDNAスポット装置
2.1.3 ハイブリダイズ及び蛍光検出
(SPBI02000,高1Ⅱ]二業株式会社)にてスホット(φ150
得られた増幅産物とハイプリダイズ緩征lii夜(2.25"
μmの液滴)し,熊イj結合をさせることで,チップと固定
SSC川,23%SDS)とを2:1で況,;・した.この澀介液を
化できる.
DNAチップ上に滴ドし,ハイブリダイズカバーを被せて,
UC71AI、Z8及びUCTIAI、6を検出するため,それそれ
ハイプリダイズ反応を行ったハイプリダイズ反応はハイ
のアレルタイプに対するフローブDNAをジーンシリコン
ブリダイゼーションインキュベーター(HB・100,タイテッ
にスホットした(Table l).その後,チップとの岡定化処
ク株式会社)を川いた.
則を行い,固定化されなかったプロープDNAを沈浄によ
ハイプリダイズ反応後に,ハイプリダイゼーションイン
り除太して, DNAチップを作製した.その後, DNAチッ
キュベーターから取りN_1し,業リくハイブリカバーを外し
UC7ΥA1の遺伝f多型を判別するDNAチップキットの開発
てDNAチップを洗浄液(0.01"SSC川.1 W/V% SDS溶液)
イクルのみとした.所定のPCRサイクル終f後,増煽産物
に5分闇浸批して洗浄を行った後,りンス液(1"SSC)に
を同収し,それぞれをチップとハイプリダイズ反応させて
祉漬した.
冬遺伝f刑(、28,、6)の野生剛プロープ及び変異型プロー
ハイプリダイズプレートをりンス液から取り出し,余分
プの蛍光強度により詐価を行った.
なりンス液を拭き取り,専用蛍光検出器田10SHOT,東
2 2 2 ハイプリダイズ反応条件の検討
洋鋼鈑株式会社)にて蛍光検出画像を得た.
増幅された遺仏f型をDNAチップで検出するために,
2.1.4 蛍光強度値及び判定値の算{.Ⅱ
特異性の1斑いハイブリダイゼーションの条件を反応温座に
蛍光検出脚像からそれぞれのスポットの卸座の中央値を
算出し蛍光強度とした,さらに,遺伝f型を判別する指標
着Πして検,1゛した.具体約には,ハイブリダイゼーション
として,以ドの式を則いて判定値 andex)を算出した.
ぞれN討冏反応させ,蛍光強度と判定値から評価を行った.
インキュベーターを用いて52,54,56,58又は6げCでそれ
判定値
2.2.3 洗浄条件の検討
変異剛アレルの蛍光強座
野生刑アレル蛍光強度と変異型アレルの蚤光強座の平均値
沈許,液(0,016SC/0.1 W/V% SDS溶Hめの液温を15,
20,25,30又は35゜Cになるよう調整した.ハイプリダイズ
後,各泓座の洗浄液でUGTIA1フレートを5分開洗浄した.
洗浄後,検出するまでUG、nA1フレートをりンス液(1"
2.2 実験内容
2 2 1 PCR増幅条件の検,寸
ヒトゲノムから検介対象となる遺伝f部分を選択的に増
SSC)に没した.また,洗浄しないUGTIA1プレートは,
幅するPCR増幅条件について, DNAチップでの検川に効
ハイプリダイズ反応終r後,1nちにりンス液に浸した
率が良い増幅条件を選択するために,アニーリングi品塵,
れらにつぃて判定値から遺仏f型の判定する特興性の,が仙
プライマー濃度,そしてPCRサイクル数を検討した.
を11つた.
こ
1 アニーリング温度の設定
PCR条件(Table 4)のうち,プライマーが鋳型DNA
と結介するアニーリング温度を60,62,64,66,68又は
2.2.4 遺仏f・型判定のための1剥値設定
野乍ナ世ヒトDNA試料,ヘテロ刑ヒトDNA,式料,変宍型
70 Cとして, PCRを行った.得られた増幅産物をDNA
ヒトDNA試料を川いて判定倒仙の設定'貳験を行った.こ
RNA分析川マイクロチップ電気泳動装羅(MUⅡiNA,株
のとき, DNA,貳料は同・のものを複数川仙川した
式会社局泳製作阿n にて解析した.
②プライマー濃度及びPCRサイクル数の股定
蛍光標識したプライマー(*28 rcversC及び、6 forW1Ⅱd)
2.2.5 既存遺伝f川!判定法との村11到竹1試験
105例のヒトDNAJ;料を川いて,既存の検俺ガ法との1「
とボ標識のプライマー(*28 「01'ward及び*6 1'evel'se)を
関竹1を確認するため,本;DNAチッフキットとダイレクト
Table 5に示した濃度で調製し,各プライマー濃皮におい
シークエンス法で*6及び*28の迫仏f・劉判定を行った.
て31,33,35,37,39,41,43または45サイクルのPCR (、1'able
4)を行った,ただし,5:1及び10:1は,31,33及び35サ
Stc
Pre-denalura110n
denaturaιion
aηηealing
extenslon
nnal extenslon
3.1 PCR増幅条件の検討
PCR cycles
Tきble 4
Tcm .
"me
95゜C
95气)
60-70て
72%)
フユτ)
5 min
3.結果及び考察
C cles
a)アニーリング淑度の設定
PCRでのアニーリング温度を60 70゜Cまで2Cずつ変
30 sec
30 SCC
31-45
化させて得られた則帆産物を延気泳動した結果をFig3に
,'した.
30 sec
30 sec
アニーリング温度力蛤0及び62゜Cのとき,ごくわずかに
非特與的な増佃'1産物が生じたが,アニーリング1品座64C以
Table 5
F1ⅡorcsC■in、1宜bclcd
Primer
6.0
1
60
ーー
6.0
6.0
6.0
1」では消失Lた.この引{特異的な増幅産物が令坤IW,1産物.1.
Non
nⅡoresC■in-1ab■Icd
に占める割合を算1.1.1したところ,1%以、トであった.ま大:,
Pr11ncr
アニーリング流度が側及び70゜Cでは増蝦産物!1!は波少した.
( m01/止)
00026
43210
(μm01/L)
■●
5之1動円
Primer
Conctntr■虹on
ratlo
PI'i"1ι.r conCι.ntl'nlio" 1'ntio
1'近接塩基弁"去'"を川いてプライマーのTm (融解温
度;Me1Ⅱn琴 TemperaⅡ"'e)を算Ⅱ↓し大:ところ,各プライ
マーのTm仙は66゜C付近であり,アニーリング泓度を68C
以上にすると,得られた増幅産物11!は低ドした.これは,
東洋鋼鈑 V01絽
コ'Σ一●f.宅一1U易●寺コ弔C●老
叫梨挑糊窃嚇 伽祁
卓1ざ
^
^^
^^
如脚卿脚脚側
C
Annealingtemp.
制 6062646668 70NC
(336 bp)
.6
(256 bp)
Nonspoclfic pro(1Uct写
■1竜28W 01*2■V
0
CYι1●工
酎lm●r r=,,0
ユフ■9 '1
,
15 1
之1
き1
2 31諦41
3 1
1 3 5 1 35
5 1
10 1
印
Fig.4
斜
一.コ殉喜一冒工皇1言に邑
0抑
Fig3 EⅡでCI 0「1hc anneali11武 temp01';1ιUrc 01' PCR
御脚脚岡脚
Enecl orlhe number or pcR cyclcs and prim01
Concontralio" rati0 ιo mCιm ⅢK)rescence intensity of *28
産物か減少したと冴えられた.
5
到lm●rずot陪
コ
0
0"
アニーリングil,1度を1硲くすると,鋳型DNAとプライマー
がハイブリダイズしにくくなったため, PCRで生じ九則幅
■胖6W 01卑OV
,43
Fig5
また,アニーリング肌ι喫が60及び62゜Cのとき,副産物で
3!ココフ394143A5コ1 3
15 1
2 1
?訟
き
35 1
143-531
5 1
10
EⅡセd 01'thc "umber 01'11CR cydcs and pl'imcl'
ConcclHI'alion n北k) 10 mcan n"orcscencc "1tcnsily 01'*6
ある井特異的増幅産物がごくわずかに乍じた.この非特異
的揃幅産物が水DNAチップキットの遺仏 f川!判定に及ぼ
として,それぞれ111剖剖ハイプリダイズを行い,蛍光強度
寸影粋を'小価する必要があるかもしれないが,アニーリン
と判定仙から,,乎仙を行った.行られた蛍光帳度価(2試行
グ流度を64又は66Cにすることで非特典的増柘産物が小じ
の蛍光強座価の平H川ιD をFi琴.6 (、28)及びFi宮.フ(、6)
なくなることから,非特拠的増幅産物が,本DNAチップ
に小L,判定伽(2'1式11それぞれの仙)をFi今.8 (、28)及
キットの遺伝f型判定に影押を及ぼす"1能竹は梅めて低い
びF喰.9 (、6)にポした.
ものと紺論付けた.
②プライマー濃度及びPCRサイクル数の設定
芥サイクル11寺.'!、iの則帆祺誇物を用いて,本DNAチッフと
蛍光強度仙はハイブリダイズ揣'度力巧2Cのとき鰔も1拓
く,ハイプリダイズ1品座の上昇とともに値は低ドした.
,
、28の判定仙についてはハイブリダイズ温座の上昇とと
56CでⅡ1寺1川のハイブリダイズ反応を行い,得られた蛍光
もに野牛ノWの判定伯は低ドし,変熨川!の判定伯は 1:昇・し,
強度仙(2試行の蛍光強喫価の'舮丘川百)をFig.4 (、28)及
56゜Cのときに1'小と11↓大を小した.さらにハイブリダイズ
びFig.5 (、6)にポし大:.
温座を ltHさせると野乍剛の判延偵はヒ舛し,変異型の判
プライマー濃皮比について打11すると,フライマー澁度
定仙は減少した.また,、6の判定偵については,ハイプリ
比力{3:1のときで極人を'認め,5:1及び10:1では蛍光強
ダイズ1品度の 1.:男・とともに野牛型の判定仙は茗しく低ド
度偵の低ドが認められた.さらに,プライマー濃度比が1.5:
し,変熨型の判定値はわずかに 1二外した.56C以 1:では甥
1,2:1及び3:1の条件ドでのPCRサイクル数と蛍光強煙
乍刑及び変異型の判定仙は大きな変動を水さなかったが,
値との関係について行目すると,35,37又は39サイクルで
ヘテロ剋の判定仙は減少した.
蛍光強度値が最大となった.
ハイブリダイズ温庶が低いあるいは1留いと増輔産物と
水DNAチッフキットにおいて,より高いii舸i竹を確保
DNAフローブとが特異的にハイプリダイズできず,野,11
するには,より多くの増幅産物が得られ,商い蛍光強度価
梨及び変党刑の判定偵が1,0に近づく場介があると勞えら
が得られることがqほしい.したがって,ポDNAチッフ
れる.本.貳験で検肘した結果,ハイプリダイズ1品度が低い
キットのプライマー濃座比は 3:1」に, PCRサイクル
能Cの場介,28の変熨刑刊定値及び、6の野中型判定伽が,
数は「3フサイクルとした.
温度が商い58C及び60Cの場A・,28の野乍型及び変災1理
判定仙が1.0に近づいており,これらの温度では特異的な
3,2 ハイブリダイズ反応条件の検討
3.1 節にて検討した鱸適なPCR増借,1条件にてPCRをりミ
施した後,ハイブリダイズ1品座を記.54,56,認又は60C
ハイプリダイズができないことか明らかとなっ九.
また,1非党r内にハイブリダイズしている温座は54 C
56 Cであると冴えられるが,本1)NAチップキットのハイ
1
i
UCフソAiの遺伝 f多剛を判別するDNAチップキットの開発
01.2舌V
.
◆●
.
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54
56
60
58
62
Fig.8
The relali01】5hil) bct、vccn hyl)rid稔alio" 1emperalul'C
日11d ゛Z8 i口dcx
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2.0
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1.8
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1.4
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The rclation5hil〕 bclwcen hyb"dizaⅡon lemperaⅡ11'C
and mean nuorcsce口Ce i"1ensity or*28
hybrudi1■tlon t0州P.
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Fig,6
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5
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■ 1.2目剖
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3^
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50
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リ0゛i.nt
hybrldizauon ternp.(゜C
Fig.フ
The rC1111ion9hip bcl、vccn hybridizalio" 1CmP引'ι11111'C
n1Ⅱ11nC11n 11110resC引Icc i11{cnsi【y 01'*6
Fig.9
Thc re1ιltionship bcl、νOC" hybndi之alion lcml,er111駐1'e
川ld *6 i"dcx
2.0
プリダイズ淵'度設定にあ九っては,ハイプリダイズil'麿の
冥●,に一
ブリダイズ反応を行う恒温槽などの俳1削に伴う流麼低トリ
15
.
ゆ価
低ドが製品の備頼性低下を紹くことが1明らかとなり,ハイ
.
,
゛
.
.
.
◆
.
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●U市田Π竜
'
'
4
棚ld
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スクを1"1避するため,ハイブリダイズi品痩を56Cに設苅:す
0
ム
ム
'
゜゜'・""0「宗.0 闘'・,."0 齢帥 M
ることとし大:.
Wa3hin丘 50lutio" t.rnp.{'C} wa5hln" olutlon te「如.(て)
■1,
゛6
3.3 洗浄条件の検討
洗浄液の胤度を15 35Cとしたとき,及び洗浄液に没汝
Fig.10 賊ⅡでCI 01'、vashin武 S01Ⅱli0Ⅱ lempcl'a111rc lo '28 ι111d *6
i11dex
しなかっ九とき(ー)の弁条件における、28および、6の判
定偵をFi3.10に水した.
く変わらなかったことから,ほとんど井特坐的なハイブリ
判定仙は洗浄液の液11'の上界に伴い,特拠十11が向 1:した.
ダイズ反応を除ム・することができず,本DNAチップキッ
しかしながら,波11'が15 20Cては洗浄しなかったものと
トのfΠ慰i竹をより高いものにするためには,20゜C以ド及び
判定偵が近い値を尓し,35Cでは、28の野中型の判定偵が
1.0に近、づき,特yι州1を小さなかった.
使川した洗浄i夜ての芥プローブDNAの推定'1、m仙は約
35 C以 1二はq!ましくないと結論付けた.
したがって,洗浄液の液温は25 30Cに設定することと
し大:.
30゜Cであり,本'式験ても:川C付近で最も,拓い特妥竹が得
られる結巣となった,液i品が35Cのとき,、28劉乍型の判
3,4 遺伝子型判定のための聞値般定
定価が1.0に近・づき特異性を水さなかったものの,、6野乍
判定仙1剃飾算1.1.1に"たって火施L大:試験数をTeble 6に
剛の判定位は人きく変動せず,特拠"{を小し九ままだった.
水した.得られた芥過仏f型の判定価の平均飾及び標凖偏
この原囚としては,、28はTAの繰り返し配列てあるのに対
差をもとに避伝 f川1を判定するための樹伸を定め, Fig.11
し,、6は・塩基多剛であり,この迩いによるものと"えら
にポした.
れる.、1'mを超える洗河哨齡品度では, TA繰返し配列をイjす
また,各遺仏f・川!の判定幽値Ⅲ1はいずれの遺伝f川!とし
る、28増幅籬物とプロープDNAとのハイプリダイズ反1心が
ても判定することができないと岳えられる九め,'訂'不
不安定となり,特兇竹1が椚失した口能性が冴えられる.
能と'役ンどした.
方,20C以卜では洗浄しなかったものと判定偵が人き
東洋鋼鈑
T皐ble 6
t十
150
ee
Hetero t
Variant t
ee
、¥ild t
2.00
組み令わせて検査することで,抗がん剤イリノテカンを用
The 11Umbcl' of 井Cnolyl)cd S印η1)1e
enot
兜28
史6
いた抗がん剤治療の副作用りスクを高精度に予測すること
373
597
ができる知見が得られている田.今後はこれらの6郁の遺
352
215
伝f多剛を1枚のDNAチップヒで判別できるキットの開発
227
140
をすすめる.
.
DNAサンプルのご提供とダイレクトシークエンス解析
においては,山口大学大学院睡学系研究科消化器・腫傷
冥Φでε
◆Varlarlt
■hetero
1.00
' W11d
0.50
外科学岡正朗前教授(現山Π人学字長),硲彰 1作教授,
任r扇亮・助教,山「1大学医学部附属病院儒床検査部
岡山廸f先生のご協力をいただきました.感謝とともに御
'
0.00
*1β
Fi9.11
ν01.38
礼f11L 上げます.
*6
引用文献
Ⅱ10 dclcrminc(11hrc゛10lds or 、28 a"d '6 ilKlex
D Y. Ando, H. S11ka, M. Ando, T. sawa, K. Muro,11.
3.5 既存遺伝子型判定試薬との相関性試験
DNA試料105例を川いて,本DNAチップキット及びダ
Ucoka, A. Yokoyama, S. sailoh, K. shimokata, and
Y. HascgそIwa:canccl' Res.,60 (2(川の,6921.
イレクトシークエンス法とて遺仏f川!判定を行った.での
2 ) H. Mil〕ιltni, K. sai, M. saeki, Y. sailo, S. ozawa, K.
結果,すべての,式料において遺仏f川!が・致した.このこ
Suzuki, N. Kani、va,」. sawada, T. Hamaguchi, N.
とから,本DNAチッフキットは既存の遺伝f型判定法と
Yamam010, K, shil'ao, Y、 Yanlada, H. ohlnalsu, K.
詞等の判別竹能を右し,良好な相関性を有することが明ら
Kubola, T. Yoshida, A. ohlsu and N. saijo:
かとなった.
4.結言
PhlH'mac(唱enet GeⅡomics,17 (2007),497.
3)岡村浩, 111野"文: New Diamond,29-2 (2013),
17.
4 ) VV. RyC111ik, VV..1. spencer and R. E. Rhoads:
本DNAチップキットにおいてDNAの増幅条件とDNA
チッフとのハイブリダイズ反1心条件の検討を行い,最適な
条件を得ることができた.また,遺仏f・jWの判定を決定す
るための倒偵の設定をtj'つた.そして,璃存の遺仏f剛判
定キットと判定結リιを比較し,良好な村_1関性が得られ大:.
さらに,本DNAチッフキットは2純類の遺仏 r・多剛を判
Nudeic Acids RCS,18-21 (1990),6409,
5 ),1, Mci打kolh and G. vvahl: Anal Biochem.,38-2
(1984),267.
6 ) S. 11aιa1Πa, H . Mishh11a, R.「9Uncdomi, Y.
OkⅡy田ηa, T. Kalo, K. Takahashi, H. Nozawa,11.
Ando, M. KobayaS111, H.'nlkemoto, N. Nι1号ala, S.
別するものであるが,それに加え, U07ΥAI、60,
Kanekiyo, Y.1nouc, Y, Hamaln010, Y, Fujila and Y.
UGTIA7*12 (・57), U6rlA7*2,ιノC7ΥA9、1bのSNPと
Hinoda: canccl' sci.,104-12 (2013,1662.
東洋鋼鈑
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〔非売品〕〔禁無断転載〕
11111リ,三ト、松11iq代IJ" 2!川の 1
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11111リ'ミド松11i斗!柳1 1'112の8
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印
11111",、ド松11i"!哩井129'の1
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