JP2018140374A - スラリー塗布方法および塗布装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スラリーに含まれる大粒径の粒子の帯状部材表面への付着を抑制する。
【解決手段】走行する帯状部材およびロールの少なくとも一方にノズルからスラリーを噴射して供給し、前記帯状部材の表面にロールを押し付けることによりスラリーを塗布するスラリー塗布方法であって、前記帯状部材に水平な面と、前記ノズルの軸中心方向により形成される前記スラリーの噴射角度を0°以上50°以下とし、前記帯状部材の走行方向における、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線と前記帯状部材の表面または前記ロールの表面との交点と、ロールの回転中心との間の距離ｄを100mm以下とし、前記帯状部材の表面から前記交点までの高さｈを、前記ロールの直径の1/2以下とする、スラリー塗布方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、スラリー塗布方法および塗布装置に関し、特に、走行する基材に対して連続的にスラリーを塗布するスラリー塗布方法および塗布装置に関する。
従来から、鋼板に耐食性・加工性・意匠性・絶縁性・密着性等の性能を付与するために、鋼板表面に各種被膜の塗布処理が行われている。この処理方式としてロールコーターがあり、3本のロールを用いる3ロールコーターは、塗布膜厚の制御性に優れること、表面外観が比較的美麗となることが知られている。しかしながら、ロール本数が増えるとメンテナンスや操業管理が複雑になるため生産コストが高くなる。簡易に表面処理を行うために、ノズルから基材へ塗布液を供給した後、1対のロールで絞る水平パスのスクイズコーター方式が使用される。必要な塗布液の付着量を確保するためにロール表面に溝を切って塗布量を調節する場合もある。
水と固形物を混合したスラリーを、水平パスのスクイズコーターで塗布すると、大きい粒子ほど沈降しやすいため、10μm以上の粒子が基材の上面に多数付着して、そのままロール直下をすり抜けることで、塗布欠陥となる場合がある。
スラリー塗布に関して、特許文献１には、スラリー噴射ノズルのノズル間距離、鋼板とノズル間の距離および鋼板への吹き付け角度を変更することで、スラリーの塗布量を均一化することが記載されている。特許文献２には、基材長手方向に発生するスジ状の塗布ムラの対策として、ノズルによる気体噴射で余剰スラリーを除去して膜厚を調整し、スラリーの飛散による外観不良をロールで均すことが記載されている。特許文献３には、粒子付着の対策として、スラリーまたはガス噴射により、ロールコーター入側に形成される液膜の濡れ広がりを250mm以下に制御することが記載されている。
特開平11-350152号公報 特開2013-180270号公報 特開平8-283866号公報
しかしながら、特許文献１、２では、大粒径の粒子付着の抑制については検討されていない。また、通板速度が40m/min以下と遅い場合には、板に随伴して塗布液がロールに衝突することで生じる、基材近傍に沈降した粒子を巻上げる流れが弱くなるため、特許文献３の液膜の濡れ広がりを制御する手法だけでは十分に大粒径の粒子付着を抑制できない。
また、水平パスのロールコーターによる液体の塗布では、スラリーのように液中に粒子を含む液体を塗布する場合に、大きい粒子ほど沈降しやすいため、基材表面に多数付着して塗布欠陥となる場合がある。特に、塗布速度が40m/min以下と遅い場合、走行する基材に随伴して塗布液がロールに衝突することで生じる、沈降した粒子を巻上げる流れが弱くなるため、塗布欠陥となりやすい。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ロールコーターでスラリーを塗布する場合に、スラリーに含まれる大粒径の粒子の基材表面への付着を抑制することを目的とする。
発明者らは、走行する帯状部材等の基材にスラリーを塗布するに際し、スラリーの噴射角度およびスラリーの供給位置を所定の範囲に制御することで、スラリーに含まれる大粒径の粒子の基材表面への付着を抑制できることを新規に知見し、本発明の完成に至った。
本発明は、上記の新規な知見に立脚するものであり、その要旨構成は、以下のとおりである。
１．走行する帯状部材およびロールの少なくとも一方にノズルからスラリーを噴射して供給し、前記帯状部材の表面にロールを押し付けることによりスラリーを塗布するスラリー塗布方法であって、
前記帯状部材に水平な面と、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線とにより形成される前記スラリーの噴射角度を0°以上50°以下とし、
前記帯状部材の走行方向における、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線と前記帯状部材の表面または前記ロールの表面との交点と、ロールの回転中心との間の距離ｄを100mm以下とし、
前記帯状部材の表面から前記交点までの高さｈを、前記ロールの直径の1/2以下とする、スラリー塗布方法。
２．単位板幅あたりの前記スラリーの流量が35L/min/m以上である、上記１に記載のスラリー塗布方法。
３．前記帯状部材の走行速度が40m/min以下である、上記１または２に記載のスラリー塗布方法。
４．走行する帯状部材およびロールの少なくとも一方にノズルからスラリーを噴射して供給し、前記帯状部材の表面にロールを押し付けることによりスラリーを塗布するスラリー塗布装置であって、
前記帯状部材が走行する面に水平な面と、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線とにより形成される前記スラリーの噴射角度を0°以上50°以下とし、
前記帯状部材の走行方向における、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線と前記帯状部材の表面または前記ロールの表面との交点と、ロールの回転中心との間の距離ｄを100mm以下とし、
前記走行する帯状部材の表面から前記交点までの高さｈを、前記ロールの直径の1/2以下とする、スラリー塗布装置。
本発明によれば、ロールコーターでスラリーを塗布する場合に、スラリーに含まれる大粒径の粒子の帯状部材表面への付着を抑制することができる。
スクイズコーターによるスラリー塗布の模式図である。 スクイズコーターによるスラリー塗布の模式図である。 スクイズコーターによるスラリー塗布の模式図である。 MgO粗粒含有率と、スラリー噴射量および距離ｄとの関係を示すグラフである。 MgO粗粒含有率と、ライン速度および距離ｄとの関係を示すグラフである。 MgO粗粒含有率と、スラリー噴射角度および距離ｄとの関係を示すグラフである。 MgO粗粒含有率と、スラリー噴射角度および高さｈとの関係を示すグラフである。
以下、本発明のスラリー塗布方法の詳細を説明する。
本発明の一実施形態では、図１に示されるように、ノズル２からスラリー（塗布液）を帯状部材１のおもてとうらの両面に噴射して余分な液をロール３およびロール４で絞る、水平パスのスクイズコーター塗布方式で実施される。図１の方式では、スラリーを2度ロール３およびロール４で絞っている。前段のロール３で膜厚を若干厚く調節して、後段パスで再度絞って膜厚を所定のレベルに調節することで、後段のロール４の出側のメニスカスを安定化してスジ状欠陥の発生を抑制できる。上記実施形態に代えて、前段のロール３のみを配置し、スラリーを1度絞るのみであってもよい。
［帯状部材］
帯状部材の素材は特に限定されず、帯状のあらゆる材料が適用される。一実施形態では、帯状部材は鋼帯であるが、アルミ等の他の金属板、紙、フィルム等であることとしてもよい。
［スラリー］
塗布液として使用されるスラリーは、液体に粒子を混合したものであり、一実施形態では、液体は水であり、粒子は無機粒子である。液体は、水以外に有機溶剤であってもよい。無機粒子としては、酸化マグネシウム粉、ニッケル粉、シリカ粉、アルミナ粉が挙げられる。例えば、水に酸化マグネシウムを混合してスラリーとし、鋼板の表面に塗布する。
［ノズル］
ノズル２は、スラリーを噴射できればよく、形状等は特に限定されない。ノズル２の種類としては、例えば、扇状ノズル、スリットノズル、円錐ノズルなどが挙げられる。スラリーの噴射方法としては、上記のようなノズル２から一般的な方法で噴射すればよい。
ノズル２は１つ以上設置することとしてもよい。鋼板のおもてとうらの両面にスラリーを噴射する場合には、少なくとも２つ設置することとする。好ましくは、鋼板のおもて面側とうら面側に、それぞれ、板幅に応じた数のノズル２または板幅に応じた数のノズル孔を有するノズル２を設置する。複数のノズル２または複数のノズル孔を有するノズル２を設置する場合のノズル２またはノズル孔の幅方向ピッチは、板幅方向に均一にスラリーを塗布するために、250mm以下にすることが好ましい。ノズル２の強度を確保するため、より好ましくは、ノズル直径の5倍以上250mm以下とする。
［ロール］
ロール３およびロール４の材質は、帯状部材１に対して塗布液を均一にならせる材質を選定する。材質としては、ゴムロールがよく用いられるが、例えば、耐摩耗性に優れたウレタンゴム、ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンなどで、硬度がショアA45〜85°であることが好ましい。
ロール径が大きい場合は、ロール周長が長くなるため、単位面積当たりの摩耗が少なくなりロール寿命が長くなるが、ロール出側のロール−帯状部材間のメニスカスに滞留する塗布液の量が多くなるためスジ状の塗布欠陥が発生しやすい。ロール径が小さい場合は、スジ欠陥は発生しにくくなるが、ロール寿命が短くなる。したがって、ロール径は、50mm以上400mm以下とすることが好ましい。より好ましくは、スジ防止のため、50mm以上300mm以下とする。
ロール３および／またはロール４は、膜厚を確保する観点から、溝を刻印することとしてもよい。ただし、溝が大きすぎると粒子がロールをすり抜けやすくなり塗布欠陥の原因となる。溝を刻印する場合には、例えば、ロール径を50〜400mmとし、ロール周方向へ線状溝を切り、溝断面積を10〜400mm2/mとすることが好ましい。
ロール回転方向は特に規定しないが、用途により切り替えることとする。ロール回転方向を帯状部材１の走行方向と逆方向にした場合、ロール出側のメニスカスに滞留する塗布液を安定化してスジ欠陥発生を抑制できるが、例えば、セラミックス粒など硬質な粒子を含むスラリーの塗布では、セラミックス粒が研磨剤の役割をするため、ロール寿命が短くなる。ロール回転方向を帯状部材１の走行方向と同方向にすることで、ロール寿命を長くできる。スラリーを供給するノズル２（スプレーノズル）の形状は、詰まりを防ぐためオリフィス径Φは3mm以上が好ましい。
[スラリーの噴射角度および供給位置]
帯状部材１への大粒径の粗粒付着を防止するためには、スラリーを可能な限りロール３と帯状部材１の接触部近傍に向かって噴射することが好ましい。スラリーの供給位置がロール３から遠い場合、スラリー噴射により巻上げた粗粒が再び沈降するため、粗粒の帯状部材１への付着を防止できない。噴射方向へ伸ばした直線と帯状部材１の成す角度は浅いほどよく、沈降した粒子を巻上げる流れを強くすることができる。
そのため、図２および図３に示されるように、「噴射角度」、「距離ｄ」、「高さｈ」を定義し、帯状部材１またはロール３に向けてスラリーを噴射する際に、噴射角度を0°以上50°以下とし、距離ｄを100mm以下とし、かつ高さｈがロール直径の1/2以下となるようにノズル２を設置し、スラリーの噴射を制御することが重要である。噴射角度が浅いほど粗粒を巻上げる流れが強くなるが、噴射高さが0mmの場合に噴射角度を0°とするとノズルと鋼板が接触するため、好ましくは、噴射角度を5°以上40°以下とする。
ここで、「噴射角度」とは、「帯状部材１に水平な面と、ノズル２の軸中心方向に伸ばした直線とにより形成されるスラリーの噴射角度」を指し、「距離ｄ」とは、「帯状部材１の走行方向における、ノズル２の軸中心方向に伸ばした直線と帯状部材１表面またはロール３表面との交点（スラリーの供給位置）と、ロール３の回転中心との間の距離」を指し、「高さｈ」とは、「帯状部材１の表面から、ノズル２の軸中心方向に伸ばした直線と帯状部材１表面またはロール３表面との交点（スラリーの供給位置）までの高さ」を指す。
高さｈがロール直径の1/2より大きい場合、噴射したスラリーがロール３にせき止められて、スラリーの流速が低下し、沈降した粒子を巻上げる流れが弱くなるため、粗粒付着を抑制できない。より鋼板とロールの接触部近傍にスラリーを噴射するために、好ましくは、高さｈをロール直径の0倍以上1/3倍以下とする。
なお、ロール３と帯状部材１の接触部近傍にスラリーを噴射する手法は粗粒の低減には有効であるが、スラリー中の気泡がロール３直下をすり抜けてロール出側のメニスカスの流れを乱すことでスジ状塗布欠陥発生の原因となる場合がある。このようなスジ欠陥が多発する場合は、距離ｄを20mm以上とすることでスジを抑制できる。距離dが長いと粗粒が再び沈降するため、好ましくは、距離ｄを20mm以上100mm以下とする。
［スラリー流量］
スラリー流量は、ロール入側のスラリーの流れを速くして、帯状部材近傍に沈降した粒子を巻上げるために、帯状部材１の幅方向の1mあたり（単位幅あたり）35L/min/m以上とすることが好ましい。ただし、流量を大きくすると、ロール入側での液飛散が激しくなるため、単位幅あたり35〜400L/min/mの範囲でスラリー流量を制御することが好ましい。
［通板速度］
通板速度は特に規定しないが、40m/min以下になると、帯状部材１の通板に随伴して塗布液がロール３に衝突することで、帯状部材１近傍に沈降した粒子を巻上げる流れが弱まる。そのため、通板速度が40m/min以下の場合に、本発明を適用して大粒径の粒子付着を抑制することの意義が高まる。付着量が多いほど改善する余地も大きいが、低速度での操業は生産性が低下する問題があるため、より好適には、5m/min以上30m/min以下である。
（実施例１）
板厚0.3mm、板幅1200mmの帯状鋼材に対して、上述のようなロールコーターでスラリー塗布を行った。ノズル２からスラリーを鋼板のおもて面とうら面に噴射して余分な液をロール３で絞り、乾燥炉で乾燥させた。ロール３は直径200mmであり、金属ロールにウレタンゴム（ショアA55°、厚さ20mm）をライニングして作成した。ロール押しつけ圧は、付着量に応じて10〜250kgf/m（100〜2500N/m）の範囲で変化させた。ロール３は板と同速度で同方向に回転させた。ロール表面に幅方向ピッチ0.1mm、深さ0.05mmのV溝加工を施した。スラリー供給用のノズル２は、円筒パイプに丸穴Φ6mmを100mmピッチで幅方向に有するものを使用した。
塗布液としてのスラリーは水と酸化マグネシウム粉を混合したものを使用し、スラリー中の酸化マグネシウムは15質量％とした。通板速度は10〜120m/minの範囲で変化させた。スラリーを塗布した後のサンプル板を乾燥させて、鋼板表面（おもて面およびうら面）に付着した酸化マグネシウムの焼結粒や凝集粒（MgO粗粒）の粒径を粒径測定器で測定し、鋼板表面における粒径10μm以上のMgO粗粒含有率を得た。
図４に、ロール直径200mm、通板速度10m/min、噴射角度20°、距離ｄを0〜300mm、噴射量20、35、50L/min/mでスラリーを塗布した場合の粒径10μm以上のMgO粗粒含有率を示す。距離ｄを短くすることで粒径10μm以上のMgO粗粒含有率が低減した。噴射量を増加させることで粒径10μm以上のMgO粗粒含有率が低減した。ただし、距離ｄが100mm以下では、噴射量を35L/min/mより多くしても、粒径10μm以上のMgO粗粒含有率は、それ以上大幅には低減しなかった。
図５に、ロール直径200mm、ライン速度（通板速度）10、40、80、120m/min、噴射角度20°、距離ｄを0〜300mm、噴射量35L/min/mでスラリーを塗布した場合の粒径10μm以上のMgO粗粒含有率を示す。通板速度が高いほど粒径10μm以上のMgO粗粒含有率が低くなった。通板速度80m/min以上では、距離ｄによらず、MgO粗粒含有率はほぼ一定であった。
図６に、ロール直径200mm、通板速度10m/min、噴射角度20、50、80°、距離ｄ0〜300mm、噴射量35L/min/mでスラリーを塗布した場合の粒径10μm以上のMgO粗粒含有率を示す。噴射角度が浅いほど粒径10μm以上の粗粒含有率が低くなった。ただし、スラリー供給位置から距離ｄが100mm以下では、噴射角度を50°より浅くしても、粒径10μm以上の粗粒含有率は、それ以上大幅には低減しなかった。
図７に、ロール直径200mm、通板速度10m/min、噴射角度0、20、50、80°、高さｈ10、50、100、150mm、噴射量35L/min/mで塗布した場合の粒径10μm以上のMgO粗粒含有率を示す。噴射角度を0〜50°とすることで、10μm以上の粗粒含有率を低減できた。噴射角度が80°では、高さｈが100mm以下であっても、10μm以上の粗粒含有率は高い結果となった。
なお、上記実施例では帯状部材として鋼板を用いたが、特に鋼板に限定される必要はなく、アルミ等の他の金属板や紙、フィルムにも適用される。また、塗布液についても酸化マグネシウムスラリーに限定するものではない。
１ 帯状部材
２ ノズル
３ ロール（前段のロール）
４ ロール（後段のロール）

Claims (4)

  1. 走行する帯状部材およびロールの少なくとも一方にノズルからスラリーを噴射して供給し、前記帯状部材の表面にロールを押し付けることによりスラリーを塗布するスラリー塗布方法であって、
    前記帯状部材に水平な面と、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線とにより形成される前記スラリーの噴射角度を0°以上50°以下とし、
    前記帯状部材の走行方向における、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線と前記帯状部材の表面または前記ロールの表面との交点と、ロールの回転中心との間の距離ｄを100mm以下とし、
    前記帯状部材の表面から前記交点までの高さｈを、前記ロールの直径の1/2以下とする、スラリー塗布方法。
  2. 単位板幅あたりの前記スラリーの流量が35L/min/m以上である、請求項１に記載のスラリー塗布方法。
  3. 前記帯状部材の走行速度が40m/min以下である、請求項１または２に記載のスラリー塗布方法。
  4. 走行する帯状部材およびロールの少なくとも一方にノズルからスラリーを噴射して供給し、前記帯状部材の表面にロールを押し付けることによりスラリーを塗布するスラリー塗布装置であって、
    前記帯状部材が走行する面に水平な面と、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線とにより形成される前記スラリーの噴射角度を0°以上50°以下とし、
    前記帯状部材の走行方向における、前記ノズルの軸中心方向に伸ばした直線と前記帯状部材の表面または前記ロールの表面との交点と、ロールの回転中心との間の距離ｄを100mm以下とし、
    前記走行する帯状部材の表面から前記交点までの高さｈを、前記ロールの直径の1/2以下とする、スラリー塗布装置。
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