JP2009240946A - 走行する基材への塗装装置および塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続して走行する基材表面に塗装を施す際、コータパンからの気泡の巻き込みや塗布液の飛散がなく、かつ、塗膜表面に筋状欠陥を引き起こすことがない塗装装置と、その装置を用いた塗装方法を提案する。
【解決手段】連続的に走行する基材に接触して塗布液を転写して塗装するアプリケータロールと、そのアプリケータロールに塗布液を供給するスリットダイを有する仕上塗装装置と、その仕上塗装装置の上流側に、１本以上のロールからなるプレコート装置を有する塗装装置を用いて基材表面に塗装を施すに際して、仕上塗装装置とプレコート装置とでは同じ組成の塗布液を使用し、かつ、プレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態において仕上塗装装置で塗布液の塗布を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続的に走行する基材表面（片面または両面）に塗装を施す塗装装置と、その設備を用いて連続的に走行する基材に塗装を施す方法に関するものである。

従来から、連続して走行する鋼板（鋼帯）のような基材に耐食性や加工性、美観性、絶縁性等の高い機能を付与するため、その基材表面に各種の塗膜を形成させる塗装処理を施すことが行われている。この塗装処理には、ロールを用いた塗装装置（以降、「ロールコータ」ともいう）を用いるのが一般的であり、その装置としては、２本のロールを用いた２ロールコータあるいは３本のロールを用いた３ロールコータが広く用いられている。

中でも、３ロールコータは、塗布膜厚の制御性に優れていること、表面外観が比較的美麗な塗膜が得られることなどから、塗装装置の主流になっている。図２は、３ロールコータの模式図を示したものである。この３ロールコータは、塗布液７が満たされているコータパン８より塗布液を汲み上げるピックアップロール６と、上記ピックアップロール６によって汲み上げられた塗布液７の量を調整するミタリングロール（ドクターロール）９と、上記塗布液をピックアップロール６から受け取り、それを基材１の表面に転写するアプリケータロール３から構成されている。

上記各ロールの回転方向には、ロール間の近接点あるいは密接点において、同方向に回転するナチュラル回転と、逆方向に回転するリバース回転とがあるが、リバース回転の方が、被塗布面の表面凹凸に沿った膜厚均一な塗膜面が得られやすいということから、特に、アプリケータロール３の回転方向は、基材１の走行方向に対してリバース回転とする場合が多い。また、アプリケータロール３には、基材表面に傷を付けないため、鋼ロールにゴムをライニングしたゴムロールが多く用いられている。

ロールコータによって形成される塗膜に発生する代表的な欠陥としては、周方向に筋状の模様が現れる「ローピング」と呼ばれる外観欠陥がある。この欠陥は、流体圧力の変動が、表面張力のメニスカス形状を安定化する効果を上回ったときに発生することが知られている。その他には、アプリケータロールと基材間に空気が巻き込まれて、かすれ（擦れ）が発生したり、膜厚ムラを起こしたりして外観品質を低下させる欠陥がある。

上記ローピングを防止する方法については、ライン速度、アプリケータロール、ピックアップロールおよびドクターロールの周速を適正範囲に制御する技術が特許文献１に開示されている。しかし、ロールコータによって基材に塗装を行う特許文献１の技術は、アプリケータロールと基材間への基材上流側からの空気巻き込みにより、塗膜に筋状ムラが発生しやすいという問題がある。また、ピックアップロールがコータパンから塗液を汲み上げる際に、気泡が巻き込まれ、液の飛散が起こりやすいという問題がある。

そこで、上記問題を解決する塗装方法として、特許文献２には、ピックアップロールの代わりに、図３に示したようなスリットダイを用いる方法が開示されている。しかし、この特許文献２の方法では、コータパンからの気泡の巻き込みや塗布液の飛散は解決できるが、アプリケータロールと鋼板間への鋼板上流側からの空気巻き込みによる筋状ムラを解決できない。
特開２０００−２５４５８０号公報 特開平０４−０１８９６０号公報

上述したように、上記特許文献１および特許文献２のような従来技術のみでは、コータパンからの気泡の巻き込みや塗布液が飛散するという問題点や、アプリケータロールと鋼板間に空気が巻き込まれて筋状ムラ（筋状欠陥）が発生するという問題点を解決できていないのが実情である。

そこで、本発明の目的は、連続して走行する基材表面に塗装を施す際、コータパンからの気泡の巻き込みや塗布液の飛散がなく、かつ、塗膜表面に筋状欠陥を引き起こすことがない塗装装置と、その装置を用いた塗装方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、スリットダイを用いた仕上塗装装置の上流側にプレコート装置を配設し、このプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態にあるときに、仕上塗装装置で同じ組成の塗布液を塗布することが外観品質の優れた塗膜を得るのに有効であることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、連続して走行する基材に接触して塗布液を塗布するアプリケータロールと、そのアプリケータロールに塗布液を供給するスリットダイを有する仕上塗装装置と、その仕上塗装装置の上流側に、１本以上のロールからなるプレコート装置を有することを特徴とする塗装装置である。

本発明の塗装装置における上記プレコート装置の基材と接触するロールは、表面に研磨加工を施したゴムライニングロールであることを特徴とする。

また、本発明は、上記の塗装装置を用いて連続的に走行する基材に塗装を施す方法において、上記仕上塗装装置とプレコート装置は同じ組成の塗布液を使用し、かつ、仕上塗装装置では、塗布液の塗布をプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態において行うことを特徴とする塗装方法を提案する。

本発明の塗装方法は、上記仕上塗装装置のアプリケータロールの周速を、基材の走行速度に対して、０．７〜１．４倍の範囲に制御することを特徴とする。

本発明によれば、スリットダイを用いた仕上塗装装置の上流側にプレコート装置を配設することにしたので、塗布液の飛散を起こすことなく、連続的に走行する基材の表面に、筋状欠陥やローピング等の表面欠陥のない塗膜を安定して形成することが可能となる。

本発明は、連続して通板する鋼帯のような基材の片面または両面に、塗布液の飛散を起こすことなく、筋状欠陥やローピング等の表面欠陥のない塗膜を安定して形成するために、スリットダイを用いた仕上塗装装置の上流側に、プレコート装置を配設した塗装装置を採用したことを特徴としている。

図２に示したような３ロールコータのみからなる塗装装置や、図４に示したような、３ロールコータにプレコート装置を取り付けた塗装装置では、ピックアップロールで塗布液を汲み上げる際のコータパンからの気泡の巻き込みや塗布液の飛散を防止することが難しい。一方、図３に示したような、ダイコータのみを用い、プレコート装置を有していない塗装装置の場合、固形分濃度を２ｖｏｌ％未満にまで希釈した塗布液は、水の表面張力（７２．７５ｄｙｎ／ｃｍ）に近づき、表面張力が上昇して濡れ性が悪化するため、塗布する際、空気が巻き込まれて基材上に液切れが発生し、ライン方向にかすれ（擦れ）が発生しやすくなる。したがって、均一な膜厚を得るためには、基材に随伴する空気がアプリケータロールと基材とのメニスカスに悪影響を及ぼさないようにする必要がある。

そこで、発明者らは、塗装装置を、スリットダイを用いた仕上塗装装置とプレコート装置とからなる装置構成とし、プレコート装置で基材表面に予め塗布膜を形成しておき、さらにその上に、仕上塗装装置で塗布液を塗布（転写）するようにすれば、コータパンからの気泡の巻き込みや液の飛散も回避することができるだけでなく、擦れの発生をも防止できることに想到し、本発明を完成させた。

図１は、仕上塗装装置と、その上流側に配設されたプレコート装置とから構成されてなる本発明に係る塗装装置の一例を模式的に示したものである。
上記仕上塗装装置は、基材１の片表面に塗布液を転写して塗布するアプリケータロール３と、そのアプリケータロール３に塗布液７を供給するスリットダイ４と、アプリケータロール３から基材１の表面に塗布液７を塗布する際、基材を支持するバックアップロール２とから構成されている。

上記アプリケータロール３は、基材表面に傷を付けないために、鋼ロールにゴムをライニングしたゴムロールを用いるのが好ましい。また、アプリケータロール３の回転方向は、基材１の走行方向に対して逆方向のリバース回転とするのが好ましい。また、図１では、基材１への塗布液の塗布（転写）を、基材１が振動を起こさないよう、バックアップロール２に基材１が巻き付いた状態で行っているが、基材１を挟んで両面にアプリケータロール３を配設し、バックアップロールがない状態で、両面同時に塗装を施すようにしてもよい。

次に、仕上塗装装置の上流側に配設されたプレコート装置は、仕上塗装装置で基材表面に塗布液を塗布する前に、予め基材表面に塗布液を塗布しておくことによって、筋状ムラ等の表面欠陥を防止する役割を担うもので、基材に塗布する塗布液を溜めているコータパン８と、そのコータパン８から塗布液を汲み上げるピックアップロール６と、そのピックアップロール６から塗布液の転写を受けて、それをさらに基材１に転写（塗布）するアプリケータロール５とから構成されている。この際の基材の通板方向は、水平パスでも垂直パスでも何れでもよい。

上記プレコート装置のピックアップロール６は、鋼ロールまたはゴムをライニングしたゴムロールのいずれを用いてもよい。また、アプリケータロール５は、鋼ロールにゴムをライニングし、その表面に研磨加工を施したゴムロールであることが好ましい。ゴムロールの表面に、研磨加工を施すことで、濡れ性がよくなり、塗布液がなじみ易くなる効果がある。加工の方法としては、機械研磨による研削や、化学反応による化学研磨を好適に用いることができる。

ところで、図１では、プレコート装置について、２本のロールを用いたロールコータで説明した。しかし、プレコート装置では、ローピング等の膜厚ムラが発生したとしても、仕上塗装で均一化されるため、１ロールコータでも十分に目的を達成することができる。したがって、膜厚制御が可能な機能さえ有していれば、プレコート装置のロール本数は１本でもよい。なお、３ロールコータは、膜厚制御性に優れるため、塗膜の品質上は２ロールコータより好ましい態様であるが、設備コストが高くなる。

また、プレコート装置において、塗布液をアプリケータロールに供給する方法は、図１に示したようなコータパンから塗布液を汲み上げる方式である必要はなく、例えば、ノズルやダイから塗布液をアプリケータロールに吐出する方式を用いてもよい。
また、プレコート装置において、塗布液をアプリケータロールに供給する方法は、図１に示したようなコータパンから塗布液を汲み上げる方式である必要はなく、例えば、ノズルやダイから塗布液をアプリケータロールに直接吐出させる方式を用いてもよい。

次に、本発明の塗装方法について説明する。
本発明の塗装方法は、上記塗装装置を用いて、連続的に走行する基材に塗装を施すに際して、仕上塗装装置とプレコート装置とで同じ組成の塗布液を使用し、かつ、仕上塗装装置では、塗布液の塗布をプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態において行うことが特徴である。仕上塗装装置とプレコート装置とで、同じ組成の塗布液を、塗布液が液体の状態において重ねて塗布することにより、空気の巻込みを防止できるだけでなく、擦れや筋状ムラ等の発生を防止することができる。

上記塗装に用いられる塗布液は、特に限定されるものではないが、例えば、仕上塗装後の液膜厚が３μｍ未満程度の薄膜の場合は、外観欠陥の発生を防止する観点から、室温における粘度が１０ｍＰａ・ｓ以下、表面張力が３０〜１００ｄｙｎ／ｃｍの範囲になるように塗布液の物性を調整することが好ましい。粘度が１０ｍＰａ・ｓを超えると、粘性力が増加し、メニスカスの圧力変動も大きくなり、外観欠陥が発生しやすくなる。また、表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ未満では、粘性力が増加し、メニスカスの圧力変動も大きくなり、外観欠陥が発生しやすくする。一方、表面張力が１００ｄｙｎ／ｃｍを超えると、濡れ性が悪くなり、はじき、かすれ、ムラが出やすくなるためである。粘度、表面張力の調整方法は、特に限定されるものではなく、希釈、界面活性剤の添加等、既存の方法で行えばよい。また、塗布液の濃度が低すぎると、はじきなどの不良が発生しやすくなるため、０．０１ｖｏｌ％程度以上とすることが好ましい。

また、プレコート装置で、予め塗布する塗布液の膜厚は、塗布面の全面に亘って塗布されていればよく、特に規制されるものではないが、仕上塗布後の液膜厚が３μｍ未満程度の薄膜の場合のプレコート液膜厚は、５μｍ未満とすれば仕上塗布後の液膜厚にはほとんど影響を及ぼさないため、膜厚制御の観点からは好ましい。下限については、特に制限はなく、仕上塗装まで液状で保持できていればよい。

一方、仕上塗装後の塗膜厚みも、特に制限されるものではないが、目標の乾燥膜厚になるように、適宜塗布液の濃度と塗膜厚みを調整すればよい。ただし、外観を良好にするためには、前述のように、塗布液の粘度、表面張力、濃度等を調整することが好ましい。

次に、本発明の塗装方法における、ロール周速条件について説明する。
ロールコータによる塗装において、塗膜に発生する代表的な欠陥としては、前述したロールの周方向の筋模様が基材に転写され、膜厚ムラとなって外観の劣化を引き起こすローピングがある。このローピングは、主に各ロールの周速、ロール押し付け圧、ロール間のギャップ、塗布液の物性値（粘度、表面張力）等に依存するが、塗布液の粘度が高いほど、また、塗装速度（ライン速度）が速いほど発生しやすい傾向にある。高速塗布では、ライン速度、即ち、基材の走行速度に合わせて、アプリケータロールの周速も速くなるため、必然的にローピングの発生は避け難くなる。

しかし、発明者らの実験結果によれば、アプリケータロールの周速を速くすれば、ローピングが発生しても、ローピングのピッチが小さくなり、塗布ムラが目立ち難くなることがある。また、塗布後から乾燥までの間のレベリング効果により、乾燥後の外観が向上することもある。しかし、アプリケータロールの周速を上げていき、基材の走行速度に対して１．４倍を超えると、アプリケータロールと鋼板間のメニスカスが振動を起こし、擦れ状の筋ムラが顕著となる。また、アプリケータロールの周速を過度に速くすることは、ロールの磨耗の進行を促進するため好ましくない。一方、アプリケータロールの周速が、基材の走行速度の０．７倍を下回ると、ローピングの発生が顕著となる。よって、本発明においては、アプリケータロールの周速は、基材の走行速度に対して０．７〜１．４倍の範囲に制御することが好ましい。

板厚：０．６５ｍｍ、板幅：１１５０ｍｍの亜鉛めっき鋼板のコイルに対して、図１に示した、スリットダイを有する仕上塗装装置と２本のロールを有するプレコート装置とからなる本発明に係る塗布装置を用いて、表１に記載した条件で、目標塗膜厚（乾燥後）を０．１０〜０．１８μｍとする塗装を施した。なお、塗布液には、固形分濃度が５ｖｏｌ％、液温２０℃における粘度が３ｍＰａ・ｓ、表面張力が４０ｄｙｎ／ｃｍのリン酸系水性塗料（乾燥後比重：１．２）を適宜水で希釈して用いた。
ここで、上記仕上塗装装置では、スリットダイには、スリットギャップが０．２ｍｍのものを、また、アプリケータロールには、ロール径が３００ｍｍφの、ゴムをライニングしたゴムロールを用いた。
また、プレコート装置では、コータパンから塗布液を汲み上げるピックアップロールにはロール径が２５０ｍｍφの金属ロールを、また、鋼板と接触するロールにはロール径が２５０ｍｍφの表面にＲａ：３．５μｍの機械研磨加工を施したゴムライニングロールを用いた。そして、プレコート装置における塗膜厚は、ロールの周速およびニップ圧力を調整することで、５μｍになるように調整した。

上記のようにして亜鉛めっき鋼板表面に塗装を施し、乾燥させた亜鉛メッキ鋼板コイルの塗装外観を目視で観察し、塗膜面の外観欠陥（ローピング、擦れ、気泡や液飛散）の発生状況を調査すると共に、乾燥後の塗膜の膜厚を測定した。なお、比較例として、図３のように、プレコート装置無しで、ダイコータのみで仕上塗装を行った場合と、図４のように、プレコート装置有りで、仕上塗装装置に３ロールコータを使用した場合についても、同様の調査を行った。

上記実験の結果を、まとめて表１に示した。表１から、本発明の発明例では、固形分濃度を２ｖｏｌ％未満に希釈して塗布した場合でも、擦れを発生することなく均一な膜厚の塗膜を形成することができた。それに対して、プレコート装置を用いないダイコータのみの比較例（Ｎｏ．１６〜１７）の場合には、塗装外観に擦れが確認され、総合評価は不良であった。また、プレコート装置を用いても、仕上塗装装置に３ロールコータを用いた比較例（Ｎｏ．１８〜２１）の場合には、コータパンからピックアップロールへの気泡の巻き込みや液の飛散が発生し、それに伴う外観不良の発生が確認された。

本発明の技術は、上記実施例のような鋼板への塗装に限定されるものではなく、例えば、アルミ等の他の基材や紙、フイルムの塗装にも適用することができる。

従来の３ロールコータを説明する模式図である。 本発明に係る塗装装置の一例を説明する模式図である。 従来の３ロールコータにプレコート装置を配設した塗装装置の模式図である。 従来のダイを用いた塗装装置（ダイコータ）の模式図である。

符号の説明

１：基材（鋼帯等）
２：バックアップロール
３：アプリケータロール
４：スリットダイ
５：アプリケータロール
６：ピックアップロール
７：塗布液
８：コータパン
９：ミタリングロール（ドクターロール）
１０：ブレード

Claims (4)

1. 連続して走行する基材に接触して塗布液を塗布するアプリケータロールと、そのアプリケータロールに塗布液を供給するスリットダイを有する仕上塗装装置と、その仕上塗装装置の上流側に、１本以上のロールからなるプレコート装置を有することを特徴とする塗装装置。
2. 上記プレコート装置の基材と接触するロールは、表面に研磨加工を施したゴムライニングロールであることを特徴とする請求項１に記載の塗装装置。
3. 請求項１または２に記載の塗装装置を用いて連続的に走行する基材に塗装を施す方法において、上記仕上塗装装置とプレコート装置は同じ組成の塗布液を使用し、かつ、仕上塗装装置では、塗布液の塗布をプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態において行うことを特徴とする塗装方法。
4. 仕上塗装装置のアプリケータロールの周速を、基材の走行速度に対して、０．７〜１．４倍の範囲に制御することを特徴とする請求項３に記載の塗装方法。

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