JPH06262116A - コ−ティングノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 帯状被塗工物の幅及び長さ方向に均一でかつ
表面美麗な塗布膜を高速で形成できる塗装装置を提供す
る。 【構成】 連続走行する帯状被塗工物に対向配置させ、
被塗工物の幅方向に延びて開口したスリットから流出す
る塗布液を被塗工物の表面に任意厚みで塗布するコ−テ
ィングノズルにおいて、前記スリット12が開設されてい
るノズルヘッダ−を剛性体の外殻13と弾性体から成る内
室14の二重構造にすると共に、この弾性体内室14を押圧
してその断面形状を前記スリット12の幅方向にわたって
部分的に変形させる調節ロッド16を設置するか、或いは
更に前記剛性体外殻13と弾性体内室14との間に加圧流体
を充填すると共に、この加圧流体の圧力制御装置18を付
設して成る構成を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鉄，ステンレス鋼，
アルミニウム等の金属板や、各種フィルム，テ−プ或い
は紙等の帯状体に、塗料，インキ，磁性材料，接着剤，
機能性剤等のような塗布液を連続的にコ−ティングする
ためのコ−ティングノズルに関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】従来、走行する帯状体に塗布液
を連続的に塗布する手段として種々の方法が提案されて
きたが、その代表的なものにロ−ルコ−ティング法，カ
−テンフロ−コ−ティング法，押出（エクストゥル−ジ
ョン，ダイ，ノズル）コ−ティング法，スプレ−コ−テ
ィング法等があり、各種の産業分野で適用されている。

【０００３】このうち、押出コ−ティング法とは、図３
又は図４で示したように、塗布液が吐出（流出）するス
リット１を有したダイ・ヘッダ−（ノズル）２を被塗工
物３に近接して対向させ、バックアップロ−ル４又はサ
ポ−トロ−ル５にて支持されつつ走行する前記被塗工物
３にスリット１から押し出した塗布液をコ−ティングす
る塗布方法であり、ロ−ルコ−ティング法のように“ロ
−ル目（コ−ティングロ−ルの接触が原因で起きる塗膜
面欠陥）”等を生じることがないため、表面の美麗な塗
膜が得られるとして注目されているものである。

【０００４】なお、この押出コ−ティング法には、図５
で示した如く、塗布液をダイ・ヘッダ−２から被塗工物
３面へ押し出した後、ダイ先端（ダイリップ部６）でブ
レ−ドして塗布液を均一化するものと、図６に示したよ
うにダイ・ヘッダ−２からの吐出液膜を被塗工物３に塗
布してそのまま塗膜化するものとがある。

【０００５】一方、同様に、カ−テンフロ−コ−ティン
グ法も“ロ−ル目”発生の懸念が無くて表面美麗な塗膜
が得られると期待される塗装手段である。このカ−テン
フロ−コ−ティング法は、図７に示すように、ノズル７
のスリット１から流下する塗布液膜の下に被塗工物３を
走行させ（図７ではコンベアベルト８により走行）、塗
布液膜を被塗工物３の上面に被せるように塗膜を形成さ
せる方法である。ここで、図中の符号９は流れ落ちた塗
布液を回収するための塗布液捕獲槽である。

【０００６】なお、上記カ−テンフロ−コ−ティング法
の場合、スリット１から被塗工物３の上面までの距離は
一般に５０〜４５０mm程度であり、流出塗布液膜は表面
張力により縮流するためスリット両端から針金，棒，チ
ェ−ン等のエッジガイドを垂らし、塗布液膜の両端をこ
れに沿わせて縮流を防止する。そして、このカ−テンフ
ロ−コ−タは主として鋼板の切り板ラインに実用化され
ている。

【０００７】ところで、被塗工物の幅方向に延びて開口
したノズルのスリットから塗布液を流出させて被塗工物
面に塗布する上述のようなコ−ティング法（押出コ−テ
ィング法やカ−テンフロ−コ−ティング法等）では、塗
布液を被塗工物に均一に塗布するためスリットノズルか
らの吐出量を幅方向で均一にする必要があることは言う
までもない。

【０００８】ところが、被塗工物の幅は一般に数百〜数
千mmであり、これに塗布液を塗布するスリットノズルの
幅もこれと同等か或いは更に広いため、このような広幅
ノズルのスリットから均一に塗布液を吐出（流出）させ
るのは非常に困難であった。

【０００９】そこで、スリットから塗布液を均一吐出さ
せるために、一般的には図８に示した“Ｔ型”と呼ばれ
るノズルや、図９に示した“コ−トハンガ−型”と呼ば
れるノズルが使われる。これは、ノズルの一箇所から供
給される塗布液が、ノズル内部に形成されたＴ型或いは
コ−トハンガ−型の流路（ノズルヘッダ−）を介して幅
方向へ均一に分配されるよう図ったものである。

【００１０】しかし、単一の塗布液を一定の条件で吐出
させる場合には、前記Ｔ型或いはコ−トハンガ−型の流
路をそれに合わせて設計することで均一吐出させること
ができるが、塗布液や塗布条件が変わると吐出も不均一
となり、そのため塗布液の種類や塗布条件に合わせたダ
イを複数個揃える必要があった。

【００１１】もっとも、このような不都合を解消するた
めの対策として、特開昭６１−２９１１１７号公報，実
開平２−２５０７３号公報或いは特公平２−５６２７２
号公報に見られるような、スリットギャップを幅方向に
調節できるノズルが提案されている。

【００１２】しかしながら、ノズルのスリットギャップ
を調節する上記塗装装置では、スリットギャップをノズ
ル幅方向で微調整することによりノズル幅方向での吐出
流量分布を均一にできるものの、塗布液膜の吐出速度を
一定にすることは困難であるという問題があった。つま
り、スリットギャップをノズル幅方向に均一化した場合
でも、ノズル内部の“塗布液が一時的に滞留する部分
（ノズルヘッダ−：一時的な液溜部であって吐出液膜の
均一化を図るため何れのノズルにも一般的に設けられ
る）”の塗布液圧力がノズル幅方向で不均一であると、
吐出流量（吐出流速）も幅方向に不均一となってしまう
現象が生じるからである。

【００１３】この場合、上述した塗布液圧力が部分的に
高いところの吐出量は大きいので、前記提案のノズル装
置では、該部分のノズルスリットギャップを狭くするこ
とによって抵抗を大きくし吐出量を減少させる対処がな
される。

【００１４】しかし、ノズルスリットギャップを部分的
に狭くすることで吐出量の同一化を図ると、塗布液の吐
出液膜速度はノズルスリットのギャップが広いところに
比べて速くなってしまい、液膜速度にスリット幅方向の
不均一が生じる結果となる。このように、吐出流量はノ
ズル幅方向で一定であっても、吐出速度にムラがある
と、やはり被塗工物に塗布される部分でムラが生じてし
まう。

【００１５】例えば、ノズルスリットギャップが広い場
所の液膜速度が被塗工物の移動速度より遅く、ノズルス
リットギャップが狭い場所の液膜速度が被塗工物の移動
速度より速い場合を考えると、前者では液膜は引き延ば
されて被塗工物に塗布されるのに対して、後者では液膜
は被塗工物面に滞りながら塗布される。この結果、被塗
工物に塗布される際の膜厚は均一であっても、上述した
ように液膜が被塗工物に塗布される部分での塗布液の流
れ状況が異なるため、この部分にムラ（しわ状凹凸）を
生じて製品の品質を低下させることになる。

【００１６】上述の例は液膜と被塗工物の速度差が極端
な場合であるが、何れにしても、スリット幅方向で液膜
速度に差があると被塗工物の走行速度が幅方向で一定で
あるにもかかわらず被塗工物に液膜が塗布される部分で
の液膜の流れに差異が生じ、乱れの発生で塗布ムラの原
因となる。従って、表面美麗な塗布を行うには、ノズル
からの吐出液膜の厚さと速度をスリット幅方向で均一に
する必要があり、前述したようなノズルのスリットギャ
ップのみを調節する塗装装置では塗膜の美麗化に限界が
あった。

【００１７】このようなことから、本発明が目的とした
のは、帯状被塗工物の幅及び長さ方向に均一でかつ表面
美麗な塗布膜を高速で形成できる塗装装置を提供するこ
とである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意検討を行ったところ、「スリットノズル
を使用した塗装装置によって走行する帯状被塗工物に均
一・美麗な塗膜を形成させるためには、 ノズルの幅方向
のスリットを一定にすることが有効ではあるものの、 こ
れと共にノズル内部に設けられた“塗布液が一時的に滞
留するノズルヘッダ−”の内部断面形状を幅方向にわた
って独立に制御できるようにすることが必要であり、 こ
れによりノズルヘッダ−内の塗布液の静圧が均一化でき
てスリットからの塗布液の流出速度を一定にすることが
できる筈である」との結論に達した。そして、更に研究
を続けた結果、「ノズルヘッダ−の内部断面形状を幅方
向にわたって独立に制御する手段としては、 ノズルヘッ
ダ−部を剛性体の外殻と弾性体から成る内室の二重構造
とし、 ノズルの内圧を剛性体外殻で保持するようにする
と共に、 剛性体外殻の外部から内部の弾性体内室を部分
的に押圧変形させるのが極めて実際的かつ効果的であ
る」との知見を得るに至った。

【００１９】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「連続走行する帯状被塗工物に対向
配置させ、 被塗工物の幅方向に延びて開口したスリット
から流出する塗布液を被塗工物の表面に任意厚みで塗布
するコ−ティングノズルにおいて、 前記スリットが開設
されているノズルヘッダ−を剛性体の外殻と弾性体から
成る内室の二重構造にすると共に、 この弾性体内室を押
圧してその断面形状を前記スリットの幅方向にわたって
部分的に変形させる調節ロッドを設置するか、 或いは更
に前記剛性体外殻と弾性体内室との間に加圧流体を充填
すると共に、 この加圧流体の圧力制御装置を付設して成
る構成を採用することにより、 スリットからの塗布液流
出量を幅方向に均一化して均一で美麗な塗膜が形成され
るようにした点」に大きな特徴を有している。

【００２０】以下、図面を参照しながら本発明をより具
体的に説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るコ
−ティングノズルの概要説明図である。図１において、
符号11は塗布液を塗布するためのコ−ティングノズルを
示しており、連続して走行する帯状体（被塗工物）に対
向して配置され、該帯状体の幅方向に開設されたスリッ
ト12より塗布液を流出させることによって帯状体表面に
塗布液を任意の厚みで塗布する装置である。

【００２１】ただ、従来のものとは異なって、このコ−
ティングノズル11では、内部に設けられるノズルヘッダ
−（塗布液が一時的に滞留する液溜部）が剛性体（鋼
等）の外殻13とこれに内装された弾性体（ゴム等）から
成る内室14で構成される二重構造となっている。なお、
この二重構造のノズルヘッダ−はノズル内部でその幅方
向に延設されていることは言うまでもないが、剛性体外
殻13に内装された弾性体内室14の後部（スリット12とは
反対側）にはノズル幅方向で複数に分割された押しパッ
ト15が配設されている。

【００２２】押しパット15は回転自在な構造で調節ロッ
ド16に連結されており、更に調節ロッド16はノズル本体
（この例では剛性体外殻13に相当）を介して調節ネジ17
につながっている。前記押しパット15がノズル幅方向に
分割されて複数個配設されていることは前述の通りであ
るが、調節ロッド16及び調節ネジ17も複数個取付けられ
分割された押しパット15のそれぞれに連結されており、
調節ネジ17によりノズルの外部から弾性体内室14をノズ
ルの幅方向にわたって部分的に圧縮変形させ得るように
なっている。

【００２３】一方、図２は、本発明の第２実施例に係る
コ−ティングノズルの概要説明図である。このコ−ティ
ングノズルでは、第１実施例における剛性体外殻13と弾
性体内室14との間に加圧流体を充満し、ヘッダ−圧力調
整弁18にてノズル外部より前記加圧流体の圧力調整がで
きるようになっている。この場合には調節ロッド16の側
面がＯリング19でシ−ルされているが、これは加圧流体
が調節ネジ17の部位に漏洩するのを防ぐためのものであ
る。なお、それ以外の機構構造は図１で示したものと同
じである。

【００２４】

【作用】さて、従来から使用が試みられてきた“スリッ
トから塗布液を流出させて塗布するコ−ティングノズ
ル”は、前述したように幅が広いにもかかわらず、塗布
液の供給はノズルヘッダ−の両サイド或いは後方の１〜
２箇所からなされるのが一般的であった。そのため、ノ
ズルヘッダ−内部における塗布液の流速はどうしてもノ
ズル幅方向に不均一となる。従って、ベルヌ−イの法則
（即ち「動圧と静圧の和は一定である」）からしても、
ノズルヘッダ−内の塗布液流速がノズル幅方向で不均一
であれば静圧も不均一となることは明白で、これにより
スリットからの吐出流速も不均一となる。

【００２５】例えば、ノズルヘッダ−の断面積が一定で
塗布液がノズルヘッダ−の片端から供給される場合に
は、供給端ではノズルヘッダ−内幅方向の流速は速い
が、供給端と反対側に向かうに従い、スリットからの塗
布液流出があるためノズル幅方向に流れる流量は減少
し、断面積が一定であることもあって幅方向の流速は減
少する。そのため、この部位では、ベルヌ−イの法則か
らして流速の自乗に比例する動圧が低下し代わりに静圧
が増加するので、スリットから流出する塗布液の流速は
増大する。即ち、ノズルヘッダ−片端からの塗布液供給
では、供給端に比べ供給端と反対側のスリットからの吐
出流速が大きくなる結果となる。

【００２６】また、ノズルヘッダ−後方中央からの供給
では、ノズル中央部での吐出流速が大きく両サイドに向
かうに従って一旦小さくなり、両サイドで再び増加する
速度分布を呈する。

【００２７】このような吐出流速の変化形態はノズルヘ
ッダ−内において流体抵抗がない場合のものであるが、
実際にはノズル幅方向及びスリットからの吐出方向に流
体摩擦抵抗があると共に、供給管とノズルヘッダ−との
接続部における急拡大等による流れの乱れにより、ノズ
ルヘッダ−内における静圧の分布は更に複雑で不均一と
なる。しかも、この静圧の不均一は流量によっても変化
するため、膜厚制御のため吐出流量を変化させて使用す
るコ−ティングノズルでは、ノズルヘッダ−の形状を一
定にすると設計流量以外では必ず塗装ムラが発生するこ
とになる。従って、一層の美麗塗装を望む場合にはノズ
ル内静圧を幅方向に一定にするような制御機構が必要と
なる。

【００２８】そこで、本発明では、コ−ティングノズル
を前述のような構成とし、上記問題を見事に解決してい
る。即ち、前記図１及び図２に示した本発明コ−ティン
グノズルでは、ノズルヘッダ−部を剛性体外殻13と弾性
体内室14の二重構造（図示例では剛性体のノズルの内部
に弾性体のノズルヘッダ−を形成した構造）とし、この
弾性体内室14を複数の押しパット15で個々に変形させ得
るようにしたので、ノズルの内圧は剛性体外殻13で保持
し、また弾性体内室14をノズル幅方向における塗布液流
速の変動に応じて変形させることでノズル幅方向の流速
を均一にすることができ、ノズル内の静圧を均一にする
ことが可能となる。

【００２９】つまり、塗布液の供給が上述したように偏
った部位から行われてノズル幅方向での塗布液流速が不
均一になる場合でも、ノズル外部から調整ネジ17を回し
て複数の押しパット15を調節ロッド16を介しそれぞれ独
立に進退させ、これにより弾性体内室14のノズル幅方向
形状を変えて塗布液流路のノズル幅方向断面形状を前記
塗布液流速変動に相応させれば、ノズル幅方向の流速が
均一となってノズル内の静圧も均一となる。従って、ノ
ズル幅方向に延びるスリットからの吐出流速も均一にな
り、スリットギャップを一定にしておけば吐出流量も均
一になってムラのない美麗な塗装が可能になる。

【００３０】しかも、ノズル内の静圧が一定になるため
“ノズル内圧によって引き起こされるスリットギャップ
の微小な開き”も幅方向で均一となり、膜厚制御のため
にノズル内圧を変化させても初期のスリットギャップを
幅方向に適正にセットしておけば常に均一な吐出流を形
成することが可能で、一台のノズルで幅広い膜厚の均一
美麗な塗装を実施できるようになる。

【００３１】更に、図２で示したコ−ティングノズルの
ように剛性体外殻13と弾性体内室14との間に加圧流体を
充満させ、この加圧流体の圧力制御を行えば、押しパッ
ト15による弾性体内室14の変形動作との重畳作用でもっ
て弾性体内室14の一層きめ細かい高精度な変形制御が可
能になり、前記均一塗装効果は一段と向上する。

【００３２】なお、ここではノズルのスリットギャップ
が幅方向に一定であることを前提としたが、従来から知
られているスリットギャップ調節形式のノズルをベ−ス
にすれば、“ノズルの制作精度不良”のために幅方向の
スリットギャップが不均一となった場合にも対応するこ
とができる。

【００３３】ところで、図１或いは図２に示した例で
は、弾性体内室14の断面変形は調整ネジ17を手動で操作
するものであるが、小型モ−タ等による回転制御、油圧
又は空圧シリンダ−による流体圧制御、或いは固体の膨
張収縮を利用した温度制御等の手法を適用すれば、均一
美麗塗装の自動化が可能になる。

【００３４】続いて、本発明の効果を試験例によって説
明する。

【試験例】表１は、本発明コ−ティングノズルを用いた
塗布試験の結果を従来コ−ティングノズルを用いた場合
のそれと比較した結果を示すものである。

【００３５】

【表１】

【００３６】なお、塗布試験に当って、本発明例では
“図２に示したコ−ティングノズル”を、従来例ではス
リット方向に複数個並べて取り付けたボルトで上ノズル
先端をギャップ側へ部分的に押圧してスリットギャップ
を調節するタイプの“スリットギャップ調節型ノズル
（特開昭61−291117号公報所載のノズル）”を、それぞ
れ幅５００mmで試作して用いた。なお、本発明例で使用
したノズルのスリットギャップは、0.25±0.005mm の精
度で仕上げたものを用いた。

【００３７】塗布試験は、前記図３に示した塗布方式を
採用し、幅４５０mm，厚さ0.27mmのブライト処理亜鉛め
っき鋼板に表１で示す２種類の塗料をライン速度を変更
して塗布した。なお、この試験では、塗布膜厚の幅方向
の分布を精確に測定するために敢えてプライマ−を予め
塗布しないブライト鋼板を用いた。

【００３８】ここで、塗膜厚については、Ａ塗料（表１
参照）では乾燥膜厚で１９μｍに、Ｂ塗料では乾燥膜厚
で２４μｍになるようにノズルへの塗料供給ポンプ（ギ
アポンプ）の回転数をライン速度に合わせて制御すると
共に、幅方向の膜厚が均一になるように、本発明例では
弾性体内室の圧縮変形と加圧流体圧力を、また従来例で
はノズルスリットギャップを調整した。

【００３９】塗料を塗布した後の鋼板は、電気加熱炉に
て約２３０℃で６０秒加熱乾燥してから放冷した。そし
て、放冷後は、鋼板幅方向の塗膜厚を１０mmピッチで測
定した。

【００４０】前記表１に示される如く、従来例では幅方
向の膜厚分布に６〜１３％（精度／平均膜厚）のバラツ
キが生じたのに対して、本発明例ではそのバラツキは３
〜６％と減少し非常に均一性が向上していることが分か
る。

【００４１】更に、表面仕上がり状況も、従来例では高
速になるとムラが認められたのに対して、本発明例では
非常に良好であった。表面仕上がりの判定は目視で行っ
たが、その状態は蛍光灯や窓枠等を塗装面に写してその
直線性で判断した。即ち、塗装面にムラ（膜厚の不均
一）等があれば写ったものが変形して見えるため、この
判定手法は適切なものと考えられる。なお、この試験は
クリ−ンル−ム化していない一般の試験室で実施したた
め焼付乾燥後の塗布面には“ブツ”と呼ばれるごみの付
着が見られたが、これは判定の対象から外した。

【００４２】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、帯状物への連続高速美麗コ−ティングを安定して実
施できるコ−ティングノズルが実現され、例えば塗装鋼
板等の生産性並びに品質向上に大きく寄与し得るなど、
産業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明コ−ティングノズルの一例に係る概要説
明図である。

【図２】本発明コ−ティングノズルの別例に係る概要説
明図である。

【図３】従来の押出コ−ティング法（ダイコ−ティング
法）の説明図である。

【図４】従来の押出コ−ティング法（ダイコ−ティング
法）の別形態に関する説明図である。

【図５】押出コ−ティング（ダイコ−ティング）での塗
布部の詳細説明図である。

【図６】別形態の押出コ−ティング（ダイコ−ティン
グ）での塗布部の詳細説明図である。

【図７】従来のカ−テンフロ−コ−ティング法の説明図
である。

【図８】従来のＴ型ノズル（ダイ・ヘッダ−）の説明図
である。

【図９】従来のコ−トハンガ−型ノズル（ダイ・ヘッダ
−）の説明図である。

【符号の説明】 １ スリット ２ ダイ・ヘッダ−（ノズル） ３ 被塗工物 ４ バックアップロ−ル ５ サポ−トロ−ル ６ ダイリップ部 ７ ノズル ８ コンベアベルト ９ 塗布液捕獲槽 11 コ−ティングノズル 12 スリット 13 剛性体の外殻 14 弾性体から成る内室 15 押しパット 16 調節ロッド 17 調節ネジ 18 ヘッダ−圧力調整弁 19 Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 信行 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 板野 重夫 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続走行する帯状被塗工物に対向配置さ
   せ、被塗工物の幅方向に延びて開口したスリットから流
   出する塗布液を被塗工物の表面に任意厚みで塗布するコ
   −ティングノズルにおいて、前記スリットが開設されて
   いるノズルヘッダ−を剛性体の外殻と弾性体から成る内
   室の二重構造にすると共に、この弾性体内室を押圧して
   その断面形状を前記スリットの幅方向にわたって部分的
   に変形させる調節ロッドを設置して成ることを特徴とす
   る、コ−ティングノズル。
2. 【請求項２】 剛性体外殻と弾性体内室との間に加圧流
   体を充填し、かつこの加圧流体の圧力制御装置を付設し
   て成ることを特徴とする、請求項１に記載のコ−ティン
   グノズル。