薄膜　薄箔のアニール（熱処理）

熱膨張がもたらせる課題

熱処理では何と言っても一番に考慮の範囲に入れるべき部分なのが

熱膨張係数　

熱処理に多いプラスチックと金属箔（アルミ箔、銅箔）の熱膨張係数、熱膨張率を表にしてみました。フィルムや箔が温度上昇することにより変化する長さを示すものが線膨張係数（線膨張率）、体積を示すものが体積膨張率と呼ばれます。線膨張率を３倍したものが体積膨張率となります。これらを総称して熱膨張係数や熱膨張率と呼びます。
プラスチックの熱膨張率は、金属に比べると一桁大きく、セラミックスに比べると二桁違ってきます。それほど熱によって長さと体積が変わってしまう素材なうえ、ガラス転移温度を境にして大きくなる材料も存在します。そのため、ガラス転移温度を挟んで低温側と高温側との傾き差が大きい材料ではガラス転移温度前後の温度範囲に分けて線膨張係数を求めることが必要になります。

熱膨張係数	線膨張係数	ガラス転移温度
アルミ箔	23
銅箔	16.8
SUS410	10.4
SUS304	17.3
ポリイミドフィルム	NA
PTFE	10	115 ℃
PET	70	69℃

熱膨張による変化量は、下記の式で求めることが出来ます。

引用https://keisan.casio.jp/exec/user/1448592530

我々の業界で多く使用されるアルミ箔は係数が意外に大きいのです。アルミの膨張係数は23。これは気温が１℃上昇するに従い、１ｍあたり23.0μｍ（0.023mm）伸びるということです。
　

原反時と熱処理時の温度差が大きく異なれば、その分だけ製品の寸法に変化が生じることになります。それらの部分を考慮してアニール（熱処理）していく必要があります。

対して加熱プロセルを変えることで材料が持つ応力をゼロに近づけることも可能です

酸化被膜がもたらす悪影響を

空気中で銅箔を熱処理すると、表面は次第に黒色の物質に変化します。これは銅と空気中の酸素が化合して、酸化銅という化合物ができるからです。これを化学反応式で表すと、2Cu　＋　O2　→　2CuO　となります。このように物質が酸素と化合する化学変化を「酸化」と言い、これによってできる化合物を「酸化物」と言います。

表面に形成される酸化被膜が腐食を抑え、安定の基礎となるのですが、200℃を境目に酸化の加速は著しくなり、分厚く変色した酸化被膜が形成され抵抗値が上がり接合力を弱めたり、電気を通さなくなったりと、安定を保つはずの酸化被膜が逆に機能低下の原因にもなります。それらをカバーするべく超高温でも極度酸化させない無酸素熱処理を窒素パージ工法を用いて新しく革新いたしました。

0.1％以下の酸素濃度

毎分〇〇〇literの窒素を送りこみながら0.1％以下を保つ環境と品質を厳格に管理するための沢山の知恵と工夫のセンサー、現場力から実現しています。

ロールtoロールで

銅箔は薄く巻かれている状態が主流ですが、高温炉は窒素ガスを充填して酸素と置換し、更に巻き戻し展開した材料が高温炉にインサートされる際の酸素の巻き込まれ対策も解決。薄い箔は４μから

連続240分（最大）

超精密モーターと制御で連続4時間が可能に、材料を巻き戻しながら、ロールtoロールの状態でおこないます。

熱処理（焼成加工）で解決できること

・残留応力トラブル

・結晶化（抵抗値の安定）
・導電膜の抵抗値を下げる
・加熱プロセスによるフィルム変形の対策

・平面性が出ないので製品性能が出ないなど解決
・打跡を解消する

・横段（よこだん）の解消
・残留溶媒問題
・脱水処理

・圧延油を熱で飛ばす
・熱収縮低減（応力を限りなくゼロに）

熱処理から産み出される新機能

金属箔を軟らかくすることも

金属箔を処理する目的として【焼きなまし】があります。焼きなましとは、素材の内部歪みを取り除き、微細な組織を加熱・冷却することにより軟化させ、目的の強さ、軟らかさを得ることができ、各加工工程の品質安定、向上に繋がる処理です。最高温度600℃、金属箔の酸化を防ぐために低酸素雰囲気での処理でそれらを実現しています。ニッケル箔や特殊合金など、比較的硬い金属箔をカットや抜き加工する際に「カット端部の切れ味が悪い」「精密部品の抜き加工で精度が安定しない」などお悩みをお聞きすることがあります。そのお悩み、焼きなまし（アニーリング）で解決できます！

事例を一つご紹介

先日、プレス加工業者の方から、寸法精度が出なくて困っているとお問合せいただきました。製品規格公差は±0.03mm。プレス型の形状や刃の材質を変更したが、どうしても寸法がバラツキ、公差外のものが発生してしまう。ユーザーへの納期も迫っていたので、早くどうにかしないと・・・ということですぐに焼きなましに取り掛かりました！！最適な条件を見出すまでに少し時間はかかりましたが、3ゾーン炉の加熱温度制御、処理時間、そして徐冷を絶妙にコントロールすることにより満足するものができました。プレス加工後の精度も非常に安定し、無事高品質のものを期日までに納めることができた、とお電話いただきました(^^)/

その時の画像がこちら

樹脂の結晶化と熱収縮

機能性樹脂や耐熱フィルムでの処理目的は、結晶化や熱収縮低減があります。加工時のポイントは複数あるパラメータをマトリクスする際に、最も重要な部分は素材表面の実温です。同じ設定でも素材や厚み、成膜時の製造条件により顕著に変化しますがMSRでは過去の実績データを元に、熟知した技術者による微調整加減で実現しています。今後も、唯一無二で有り続けることを目指し学んでいきます。

フィルムの熱収縮、寸法安定には「ゼロ」で
熱収縮率を軽減させる為の「やっかいな敵は張力」。ロールtoロールの搬送なので少なからず張力が掛かってしまいます。「ある程度、低張力なので軽減するんじゃないの～？」　　いいえ、そんなことはありません。特殊な手法で少しの張力をキャンセルすることに成功

残留応力とは

ウィキペディアによると意図しない残留応力の発生は構造物の早期破壊を引き起こす場合もある。残留応力は様々なメカニズムで発生する。例えば、塑性変形や温度勾配、物質の相転移などがある。溶接時に発生する熱は局所的な材料の膨張を発生させる。溶接中は、溶接されている部品が移動したり、溶融金属が膨張を吸収するが、溶接完了時には、ある部分は他の場所以上に早く冷却され、残留応力が残る結果となる。

フィルムや金属箔の製造工程では、このような残留応力が必ず存在し、それらが品質の鍵を握るといっても過言ではなく、高精度を要求される程、アニール処理は必要とされます。

残留溶剤を揮発させる。

フィルム型機能膜や多層絶縁フィルム、包装材料や容器、ゴム・プラスチック等の石油化学製品は、製造工程でインキや接着剤、粘着剤、コーティング塗工液などの各種有機溶剤が多量に使用されます。その際の有機溶剤等は、乾燥工程等で殆ど揮発・除去されますが、僅かに製品内部に残留します。残留溶剤が次の工程で悪影響を及ぼすことが多くアニール処理で解決することが増え始めています。

偏肉などのゲージバンドもアニール処理で解消！

詳細へスキップ

材料が流れる方向（マシンディレクション）の張力を低くすることは、ロールtoロールの連続熱処理においては、困難な課題です、巻き戻しから引っ張って巻き取るので無理もないですが縦の収縮と大きく関係することから、可能な限り弱い張力制御がもとめられてきました。熱処理メンバーは日々研究の中から張力管理制御を繰り返し繰り返し調整することで最小10Nの張力でワークを管理することが出来ました。お試しください。

熱処理から産み出される新機能

コーティングを焼き付ける

600℃の超高温、240分の長時間処理で【コーティングを焼き付ける】という要求も満たします。更に熱処理に関する難題を解決するべく、各工場から技術者集結しチームを発足。皆さまの次世代へと繋がる、研究開から量産のブレークスルーを目指します。

熱処理から産み出される新機能

金属箔を軟らかくする

金属箔を処理する目的として【焼きなまし】があります。焼きなましとは、素材の内部歪みを取り除き、微細な組織を加熱・冷却することにより軟化させ、目的の強さ、軟らかさを得ることができ、各加工工程の品質安定、向上に繋がる処理です。MSRでは、最高温度600℃、金属箔の酸化を防ぐために低酸素雰囲気での処理でそれらを実現しています。ニッケル箔や特殊合金など、比較的硬い金属箔をカットや抜き加工する際に「カット端部の切れ味が悪い」「精密部品の抜き加工で精度が安定しない」などお悩みをお聞きすることがあります。そのお悩み、焼きなまし（アニーリング）で解決できます！

事例を一つご紹介

先日、プレス加工業者の方から、寸法精度が出なくて困っているとお問合せいただきました。製品規格公差は±0.03mm。プレス型の形状や刃の材質を変更したが、どうしても寸法がバラツキ、公差外のものが発生してしまう。ユーザーへの納期も迫っていたので、早くどうにかしないと・・・ということですぐに焼きなましに取り掛かりました！！最適な条件を見出すまでに少し時間はかかりましたが、3ゾーン炉の加熱温度制御、処理時間、そして徐冷を絶妙にコントロールすることにより満足するものができました。プレス加工後の精度も非常に安定し、無事高品質のものを期日までに納めることができた、とお電話いただきました(^^)/

フィルム、金属箔の張力、最小10Nから
サンプル熱処理　A４から
連続熱処理、試作　３メーターから

熱処理には三つの方法があります

加熱ロールで材料に直接コンタクト焼成します

ロール加熱温度は最高500℃。
最大幅1700ｍｍ　長さ１ｍからの試験が可能です。

フロートアニールと違って材料をロールにグリップ（固定）しながらのアニール処理なのでダレやゲージが無く非常に綺麗な状態が保てます。その反面、ロールにコンタクトしながら熱処理しますので応力緩和の効果はフロートタイプに比べると少し劣ります。窒素による酸素パージアウトが必要な場合は下段のフロートアニールにて対応します。

②フロートアニール（浮かした状態で焼成加工）

窒素気流条件対応

フロートアニール方式はロールにコンタクトせずに浮かした状態を保ち

ロールto ロールで
最大240分の連続アニールが可能
最高温度600℃
窒素パージオプション詳しく

評価試験表（クリックで拡大）

③バッチ炉熱処理 (BOXに入れるだけの熱処理)

放り込むだけ!!

・ロール状のまま
・シート状を大量に

最高温度350°C±1°Cの高精度制御
昇温、高温設計自由オペレートレスでコスト安!

量産までのプロセス

価値あるコストと時間を導き出すためのプロセスです

A4サイズ実験

↓

方式決定

↓

小型実機評価

↓

大型装置

先ず最初にLABOアニール処理装置でA4サイズぐらいからスタートです。

熱収縮の条件を数通り行い最適で絶対必要な温度と時間を見極めます。

まずは試してみましょう

実績と収縮率の実力

巻き戻しアニール処理（焼成加工）においての実力

最大処理時間：240分
最高温度：500℃(550℃）

ゲージバンドにも大きな効果

フィルムやシートは製膜後はとてもデリケートな状態で熱も応力も残った変形しやすい状態巻き取られます。その結果ゲージバンドと呼ばれる見た目で凸凹した状態で仕上がることがあります。そして、その原反には残留応力が内在しているため、塗工やラミネートの熱入れが加わると、度々変形に至ることがあります。そこで、変形が生じる若干低い温度でじわっと加熱することにより、この残留応力を解放させます。