JPH10272412A

JPH10272412A - ロールコータの塗装条件の設定方法

Info

Publication number: JPH10272412A
Application number: JP7988597A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hamaogi; 健司濱荻; Koji Takatani; 幸司高谷
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ロールコータ型塗装装置のピックアップロー
ルとアプリケータロールの基準点の設定誤差および、前
記２つのロールの押込量設定誤差に係わらず、精度の高
い塗膜厚制御を行う。【解決手段】ピックアップロールとアプリケータロー
ル間の押込量の変化量Δδに対する塗膜厚の変化量Δｔ
の感度（Δｔ／Δδ）が小さくなるような塗装条件で塗
膜厚制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロールコータ型塗装
装置において、鋼板等の帯状材に連続的に塗装を行う
際、塗膜厚を高精度に制御することができる塗装条件の
設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家電製品等に広く塗装鋼板が用い
られるようになり、防錆性、加工性、溶接性の品質要求
により、塗膜厚の要求精度も非常に高くなってきた。

【０００３】図１にロールコータ型塗装装置の概要を示
す。従来から、このロールコータ装置が鋼帯、紙などの
帯状材に連続的に塗料を塗布する装置として広く用いら
れてきた。ロールコータ型塗装装置は、塗料パン１内の
塗料６を引き上げる金属製のピックアップロール２と、
ピックアップロール２から塗料を受け取り帯状体５の表
面に塗料を転写して塗装するゴムライニングされたアプ
リケータロール３と、帯状材５を支持するバックアップ
ロール４より構成される。

【０００４】ロールコータ型塗装装置で塗布する場合、
帯状体５の搬送速度に対するピックアップロール２とア
プリケータロール３の周速の比、およびピックアップロ
ール２とアプリケータロール３間の押し込み状態を適宜
制御して塗膜厚の制御を行っている。以下、特に断らな
い限り、ピックアップロール２とアプリケータロール３
間を単に「ロール間」と言う。各ロールの周速について
は、アプリケータロール３の周速をＵａ、ピックアップ
ロール２の周速をＵｐとするとき、Ｕａ／Ｕｐを周速比
という。通常バックアップロールの周速Ｕｂに対してＵ
ｂ：Ｕａ：Ｕｐ＝１：1.1 〜1.5 ：0.2 〜0.5 の関係に
ある。

【０００５】帯状体５とアプリケータロールの間隙がそ
のまま塗膜厚になるわけではなく、アプリケータロール
３から供給される塗料が帯状体５に転写されて乾燥前の
塗膜厚になる。従ってピックアップロール２とアプリケ
ータロール３の間隙設定がアプリケータロール３への塗
料供給量を支配する。ピックアップロール２とアプリケ
ータロール３の相互の回転と塗料の粘性によって両ロー
ル間には間隙を押し広げようとする流体圧力が働き、ア
プリケータロール３表面のゴムライニングはこの流体圧
に対して撓んで塗料厚さは厚くなる。これらのロール回
転数、アプリケータロール３表面のライニングの弾性な
どの要因が複雑に関係して塗膜厚がきまってくる。これ
ら、各ロールの周速、塗料の粘性、ロール間の間隙、ア
プリケータロールのゴムライニングの弾性など、塗膜厚
を支配する条件を総称して塗装条件という。なお以下の
説明で特に断らない限り、塗膜厚とはロールコータにお
ける未乾燥状態の塗膜厚を言う。

【０００６】ピックアップロール２とアプリケータロー
ル３は両ロールの線接触の状態（これをロール間の基準
点という）からさらにロール間を締め込む方向に動かし
てアプリケータロール３が圧縮変形した状態で塗装作業
を行っている。このとき、ロール間の基準点からロール
間を締め込む方向に動かすときの移動量をロール押込量
と言う。ロール間の基準点を設定する作業はロール補修
後の立ち上げのようにロール間の機械的要素が変化した
ときに必要な作業である。

【０００７】ロール間の基準点を設定する際、アプリケ
ータロール３表面はゴムライニングされているためロー
ル間の接触の瞬間を自動的に検出するのは困難である。
そのため、作業者がロール間に隙間ゲージ等のスペーサ
を入れ、ロール幅方向に一様な接触状況でピックアップ
ロール２、アプリケータロール３およびスペーサとが接
触するようにロール間隙を調整した後、スペーサの厚さ
に相当する押込量を与え、ロール間の基準点を設定する
作業が通常行われている。

【０００８】帯状体５に付着した塗料の塗膜厚はそのま
までは測定できず、溶剤が乾燥した状態で測定可能であ
る。塗膜厚は赤外線、放射線などの計測器によってオン
ライン的に測定することもできるが、乾燥炉通過後に測
定装置を置かざるを得ず、ロールコータからかなり離れ
た位置になる。そのため、乾燥後の塗膜厚を連続的に計
測して目標値との偏差を求め、ロール間の押込量や、ロ
ール周速にフィードバックする方法は制御遅れが大きく
自動制御には限界がある。従って、塗装条件は操業開始
前にあらかじめ設定しておく必要がある。これらの作業
は以下のように段階を踏んで行われる。

【０００９】まず、操業前には、塗料の粘性、塗膜厚、
ライン速度などの製造仕様が与えられ、現場の作業とし
て、アプリケータロール２を選んでライニングの弾性を
決定し、ロール間の基準点を設定し、ロール間の押込量
を設定するなどの設定作業をおこなう。

【００１０】次に、操業中には塗料の種類、帯状体の種
類、ライン速度などの操業条件が変わると（これを段取
り替えと言う）、周速比、押込量を設定し直さなければ
ならない。

【００１１】さらに、一つの段取りの中の操業中には、
例えば塗膜厚の実測値が判明して目標値との誤差がある
ときや、ライン速度を変更するときに、押込量の修正を
しなければならない。ロール間周速比を調整しても塗膜
厚の修正ができるが、表面性状や色調も変化するので、
通常、周速比はあまり変更しない。

【００１２】以上のような塗装条件の設定の各段階で、
ロール間押込量を設定したり、修正したりするが、ロー
ル間押込量には２つ問題がある。その一つは、ロール間
の基準点の設定作業は現場での不自然な作業姿勢で行う
ため、あるいは作業自体が熟練を要するため、ロール間
の基準点の設定誤差はかなり大きくなることである。

【００１３】２つ目には、各条件間に複雑な関係がある
ため、ロール押込量の段取り替え時の設定、および操業
中の修正は、標準化が困難で、熟練を要する作業である
ことである。塗料の種類やライン速度が与えられると、
アプリケータロール２のライニングの選択方法やロール
間周速比の設定は作業標準が決められている。とはい
え、操業中にアプリケータロール３のゴムライニングが
塗料中の溶媒によって膨潤したり、摩耗したりする経時
変化があるため、ロール間の押込量による塗膜厚制御を
一層困難にしている。

【００１４】この問題を解決するため、塗膜厚の制御方
法として、特開平５−２２０４４１号公報では、塗料供
給量と、帯状体に付着せずにアプリケータロール３に残
るリーク量との差を塗膜量としてモデル式で求め、塗膜
厚を制御する方法が開示されている。

【００１５】また、特開平４−１４５９７５号公報に
は、過去の種々の塗装条件における条件設定値とロール
押込量を記憶し、これを再現することにより塗装を行う
方法が開示されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】特開平４−１４５９７
５号公報に示されるような、過去の操業実績に基づいて
ロール押込量を制御する方法は、前記のロール間の基準
点設定作業におけるバラツキや誤差を含んだまま、制御
を行うため、塗膜厚設定の精度は十分ではなかった。

【００１７】また、特開平５−２２０４４１号公報に開
示されているような、ロール間の押付力による塗膜厚制
御においても、ロール表面のライニング材の劣化や膨潤
によりロール間隙の状況が経時変化し、同様に塗膜厚制
御の誤差要因になる。

【００１８】本発明の目的は、これらの初期のロール基
準点設定の誤差の影響を最小限に留めること、および段
取り替え時および、操業中の押込量修正時に、押込量の
誤差に対する塗膜厚のバラツキを小さくすることによっ
て押込量の制御を容易にして、塗膜厚制御の精度を高め
ることにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】発明者らは塗膜厚を制御
する上で、塗膜厚に及ぼす塗装条件の関係を解明した。
この塗装条件の中で、たとえば塗料種類、ライン速度な
どの製造仕様で決定されるもの以外の条件は、操業現場
で選択、決定することができる。それらの内、発明者
は、 (1)アプリケータロール３のライニング材の厚み、
(2)ピックアップロール２とアプリケータロール３間の
周速比、および (3)ロール間の押込量、の３条件を適切
な範囲に選ぶことによって、塗膜厚のバラツキの制御が
できることに着目した。

【００２０】本発明の要旨は下記の２点にある。 (1) 表面に弾性材をライニングしたアプリケータロール
と、ピックアップロールと、帯状材を支持するバックア
ップロールとで構成されるロールコータを用いて塗装す
るに際し、アプリケータロールとピックアップロール間
の押込量の変化量Δδ（mm）に対する塗膜厚さの変化量
Δｔ（μｍ）の比Δｔ／Δδが20μｍ／mmより小さくな
るような塗装条件を設定することを特徴とするロールコ
ータの塗装条件の設定方法。

【００２１】(2) Δｔ／Δδが、前記アプリケータロー
ルとピックアップロール間の初期位置設定時における最
大誤差Ｇerr （μｍ）に対する塗膜厚の許容誤差Ｔerr
（μｍ）の比Ｔerr ／Ｇerr 以下となるような塗装条件
を設定することを特徴とする前記(1) 項に記載のロール
コータの塗装条件の設定方法。

【００２２】

【発明の実施の形態】前記のように、ロールコータで
は、塗料粘度、帯状体の搬送速度（ライン速度）、及び
これに対するロール間の周速比、アプリケータロール上
の弾性材の厚さと弾性係数、及びロール間の押込量、な
どの塗装条件により帯状体上に形成される塗膜厚は決定
される。これらの塗装条件の中で、塗料粘度は塗料の種
類や希釈割合によって決定され、弾性係数は温度や弾性
材の劣化によって変化し、ライン速度は生産速度により
決定されるため、塗膜厚バラツキの制御に利用すること
はできない。しかし、(1) ピックアップロールのライニ
ング材の弾性材の硬さと厚さは数種のロールから選択す
ることができ、(2) ロール間の周速比は段取りの条件と
して与えることができ、(3) ロール間押込量は直接制御
できるため、これら３つの条件を選んだ。本発明におい
ては、これらの３つの塗装条件の適切な範囲選ぶことに
より、ロール間基準点の設定誤差、およびロール押込量
の設定誤差に起因する塗膜厚のバラツキを制御、抑制す
るものである。

【００２３】図２に、これら３つの塗装条件が塗膜厚に
及ぼす影響を示す。ここで、周速比と弾性材厚さを決定
すると、ロール間の押込量から塗膜厚が決定するが、押
込量の変化量Δδに対する塗膜厚の変化Δｔの比Δｔ／
Δδ（図２の各曲線の勾配である。以下、これを感度と
いう。）は押込量の絶対値によって大きく変化する。

【００２４】この関係を利用し、感度が小さくなるよう
に、ライニング材厚さ（または硬さ）、ロール周速比を
決定し、さらに押込量δの狙い範囲を選択し、その範囲
内で押込量を操作する事により、ロール間の基準点設定
誤差および、ロール押込量設定の誤差に起因する塗膜厚
のバラツキの発生を抑制するのが本発明の狙いである。

【００２５】例えば、図２において、図２の右側半分の
領域の押込量の大きいところでは、多少押込量に誤差Δ
δがあっても、塗膜厚に及ぼす誤差Δｔを小さくするこ
とができる。また、Ｔａの塗膜厚が要求される場合、弾
性材厚さを一定とすると、周速比が大きくなるほど曲線
は上方に移動し、同じＴａに対して制御点は右方に移動
するので感度（Δｔ／Δδ）は小さくなる。あるいは、
周速比を一定とすると、アプリケータロール３の弾性材
が厚くなるほど曲線は上方に移動し、Ｔａの塗膜厚近傍
での感度は小さくなる。このような感度の小さい領域で
塗布することにより、ロール間の押込量に必然的に含ま
れる初期設定誤差、および押込量の設定誤差に起因する
塗膜厚のバラツキの抑制が可能になる。

【００２６】このように感度の小さな領域を設定するに
は、種々のロール周速比、ライニング厚さ、ロール押込
量についてのデータを採取し、図３のようなグラフを作
成して所望の感度が得られる塗装条件を導出してもよ
い。しかしながら、この方法は煩雑で、ミスも起こりや
すい。そこで、発明者はこれらの塗装条件を後述のよう
に数式化して、コンピュータ制御に適したモデルとし
た。

【００２７】発明者は鋼帯の前記のロールコータ塗装装
置にて種々実験を行った。試験には、図１に示すような
ロールコータ型塗装装置を用いた。この装置は塗料パン
１中の塗料６を引き上げるピックアップロール２と、前
記のピックアップロール２から塗料を引き受け、その一
部を帯状体５に転写するアプリケータロール３と、アプ
リケータロール３により塗料を転写する際に、帯状体５
をアプリケータロール３に押し付けるバックアップロー
ル４から構成されている。上記ピックアップロール２は
直径250 mmの鋼製ロールで、周速Ｕｐで回転している。
アプリケータロール３は直径200 mmの鋼製ロールの表面
に厚さＬ、弾性係数Ｅのゴムがライニングされており、
ピックアップロール２に対して順方向に周速Ｕａで回転
している。これに対して、上記バックアップロール４は
直径750 mmの鋼製ロールで、上記アプリケータロール３
に対して周速度Ｕbで上記帯状体５と共に回転するよう
になっている。発明者は種々の実験の結果、帯状体（鋼
帯）上に形成される塗膜厚ｔは、下記の実験式（１）式
で与えられることを見出した。

【００２８】

【数１】

【００２９】ただし、Ｕm＝（Ｕa＋Ｕp）／2 Ａ：定数Ｂ(δ)＝0.541δ+3.454 Ｃ(δ)＝3.224δ+23.117 δ ：ロール間押込量 μ ：塗料の粘度Ｅ：ゴムライニングの弾性係数Ｌ：ゴムライニングの厚さこれより、塗膜厚感度は、（１）をδで微分して、

【００３０】

【数２】

【００３１】となる。さらに、発明者は塗膜厚感度の限
界値を確認するための試験を行った。試験材は板幅1200
mm、板厚0.8 mmの鋼帯を用いた。ライン速度は40m/min
とし、塗料は粘度0.4 Pa・sec のものを目標塗膜厚を40
μｍとして塗布した。アプリケータロール上のライニン
グゴムの初期弾性係数は68.5kgf/cm²であった。この時
のロール間の基準位置の設定（ロール間隙零位置の設
定）は従来と同様の方法（作業者の目視、手作業）によ
り実施した。この方法による設定精度は±100 μｍであ
った。

【００３２】この試験結果から、式（１）のパラメータ
をもとめ、操業条件下におけるロール間の押込量と塗膜
厚の関係を、式（１）から導出し、図３にグラフ化し
た。なお、感度 (Δｔ／Δδ) は式(2) から容易に求め
ることができる。

【００３３】図３のグラフの各曲線において、ロール間
の押込量がδ＝0.5 mm付近では、曲線の勾配が急激に左
上がりとなっており、薄から厚への段取り替えが非常に
やりにくいことを表している。通常操業において、ライ
ニング厚さも周速比も変更せずに、押込量変更のみで塗
膜厚の段取り替えをする場合、塗膜厚で最大±10μｍ程
度の変更をすることが多い。例えば、図３のＢ点の条件
であれば、薄から厚へ10μｍの段取り替え（Ｂ点から
Ｂ’点へ）に対して、Ｂ’点における感度は60μｍ／mm
程度であり、この程度の感度であれば、塗膜厚の精度管
理は可能である。しかし、Ａ点の場合、塗膜厚を薄から
厚へ10μｍの段取り替え（Ａ点からＡ’点へ）をする
と、感度は250 μｍ／mmにもなり、安定した塗膜厚制御
は困難である。従って、通常の操業範囲で、通常の段取
り替えを考慮した場合、感度（Δｔ／Δδ）は20μｍ／
mm以下になるように塗装条件（アプリケータロールのラ
イニング厚さと硬度、ロール間周速比、および押込量）
を選ぶことが必要である。

【００３４】

【実施例】

（実施例１）本発明の効果を確認するために、押込量変
化に対する塗膜厚変化の比について、４つの異なったラ
イニングゴム厚および周速比の組み合わせの条件（図３
のＡ〜Ｄ）の各々に対して、塗布を実施した。この際、
ロール間隙の設定を毎回実施し、経時変化の影響を除く
とともに、設定時における不可避のバラツキの影響を加
味した。

【００３５】この塗布試験結果の塗膜厚のバラツキを図
４（ａ）〜（ｄ）に示す。これによると、感度の大きい
条件Ａ（Δｔ／Δδ＝42μｍ／mm）では塗膜厚の最大誤
差は±５μｍであったが、感度の低下と共に塗膜厚最大
誤差は減少し、感度が最も小さい条件Ｄ（８μｍ／mm）
では最大誤差は±１μｍ以下となり、低押込量変化に対
する塗膜厚変化量の小さい条件下での塗装により誤差の
発生を抑制する事ができた。

【００３６】（実施例２）図５は実施例１と同じ条件の
ライン速度、鋼帯及び塗料に対して目標塗膜厚をそれぞ
れ、30、40、50μｍとし、塗膜厚の許容誤差を±5 ％とし
た場合の操業条件を前記式（１）に基づいてグラフ化し
たものである。感度 (Δｔ／Δδ) は式(2) から求め
た。ロール間の初期設定に関しては実施例１と同様であ
る。この塗装試験では、それぞれの目標塗膜厚に対し
て、感度（Δｔ／Δδ）が異なる塗装条件（ライニン
グ、ロール間周速、および押込量）を用いてそれぞれ、
各目標塗膜厚に対して複数回塗布を実施した。

【００３７】図６にこの塗布試験結果の塗膜厚のバラツ
キを示す。これによると、実施例１と同様に感度（Δｔ
／Δδ）が低い塗装条件では塗膜厚誤差は小さくなる。
ロール間隙基準の設定時に、±Ｇerr の設定誤差があっ
たとしても、塗膜厚のバラツキ管理範囲を±Ｔerr μｍ
以下に抑えるためには、感度（Δｔ／Δδ）が許容塗膜
厚誤差Ｔerr とロール間の相対位置設定における発生最
大誤差Ｇerr の比、Ｔerr ／Ｇerr 以下となる塗装条件
（ライニング、ロール間周速、および押込量）を選ぶこ
とが必要である。

【００３８】

【発明の効果】ロールコータ型塗装装置によって、帯状
体に塗布する際の条件設定において、本発明による方法
を利用することにより、ロール間の位置点の誤差、およ
び段取り替えにともなう押込量の変更誤差にともなう塗
膜厚バラツキを抑制することができるため、容易にかつ
高精度の塗膜厚が得られるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の塗膜厚設定方法を実施するためのロー
ルコータ型塗装装置の概略を示す説明図である。

【図２】本発明の塗膜厚設定法の基本概念を示す説明図
である。

【図３】実施例１の塗装条件を示す説明図である。

【図４】実施例１による塗膜厚精度を示す説明図であ
る。

【図５】実施例２の塗装条件を示す説明図である。

【図６】実施例２による塗膜厚精度を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１塗料パン２ピックアップロール３アプリケータロール４バックアップロール５帯状体６塗料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に弾性材をライニングしたアプリケ
ータロールと、ピックアップロールと、帯状材を支持す
るバックアップロールとで構成されるロールコータを用
いて塗装するに際し、アプリケータロールとピックアッ
プロール間の押込量の変化量Δδ（mm）に対する塗膜厚
さの変化量Δｔ（μｍ）の比Δｔ／Δδが20μｍ／mmよ
り小さくなるような塗装条件を設定することを特徴とす
るロールコータの塗装条件の設定方法。
【請求項２】 Δｔ／Δδが、前記アプリケータロール
とピックアップロール間の初期位置設定時における最大
誤差Ｇerr （μｍ）に対する塗膜厚の許容誤差Ｔerr
（μｍ）の比Ｔerr ／Ｇerr 以下となるような塗装条件
を設定することを特徴とする請求項１に記載のロールコ
ータの塗装条件の設定方法。