JP3327351B2 - ガスワイピングによる塗装膜厚調整方法 - Google Patents
ガスワイピングによる塗装膜厚調整方法Info
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Description
塗装膜厚調整方法、特に連続的に過剰の塗料を塗布した
走行ストリップの表面の塗料付着量をワイピングノズル
によるガスの噴射によって調整するガスワイピングによ
る塗装膜厚調整方法に関する。
合の塗装膜厚の調整方法としては、塗料の供給量を制御
する方法と、一旦過剰の塗料を塗布した後でその過剰分
を除去する方法とがある。後者に適用される塗料除去手
段としては、リンガロール等の固体を接触させる方法
と、高圧ガスで払拭する方法である、いわゆるガスワイ
ピング方法とが広く採用されている。
する塗料の付着量を目標の値となるように正確に調整す
ることが極めて重要である。
の調整は、塗装後の製品の用途の多様性、耐蝕性、コス
ト等の点から多くの種類に細分化されている。従って、
品種を切替えるときは勿論のこと、目標付着量を変更す
るときにも、ノズル噴射圧P、ノズル−ストリップ間隔
D、塗料塗布位置からのワイピングノズル高さH、ワイ
ピングノズルのスリット厚さB、ストリップ移動速度V
を適切、且つ迅速に変更・設定する必要がある。
イピングによる付着量調整方法としては、例えば、特開
昭54−149331、特公昭56−12316、特開
平1−92324に開示されているものが知られてい
る。
プ表面での気体圧力を、浸漬浴面からの距離の関数とし
てとらえ、該関数を充足するようにノズル高さ、ノズル
−ストリップ間隔、気体の噴射圧力を調整するようにし
ており、又、特公昭56−12316では、気体噴射圧
力がノズルの間隔、高さ、角度、ラインスピード、メッ
キ付着量の関数で表わされることを利用してメッキ付着
量を調整しており、更に、特開平1−92324では、
ノズル直上部のメッキ付着量をフィードバック制御する
際に、ワイピング圧力と付着量の関係式、及び、ノズル
間隔と付着量との関係式を用いてメッキ付着量を調整し
ている。
に、ワイピングノズルの噴射圧P、ノズル−ストリップ
間隔D、ストリップ速度V、塗料付着量W等に基づいて
フィードバック制御する方法や、塗料付着量Wと操業因
子との関係式によりフィードフォワード制御する方法が
一般に実施されている。
ードバック制御を行う際には、連続的に移動するストリ
ップに対する塗料の付着量を調整するために、目標付着
量に応じてワイピングノズルの噴射圧Pやノズル−スト
リップ間隔Dを塗料付着量Wと操業因子との関係式に基
づいて決定している。従って、塗料付着量を正確に調整
するためには、制御に使用する上記関係式が、操業範囲
全体に亘って塗料のワイピング現象を正しく且つ精度良
く表現できていることが重要となる。
報等に開示されている従来のガスワイピングによる被膜
厚調整方法で使用されている関係式は各因子の相関関係
を実験的に求めた実験式であり、同一の関係式が操業範
囲を考慮することなく一律に適用されている。
算値と実績値との間に誤差が存在し、操業範囲(操業因
子を変化させる範囲)が広くなるほどその誤差が大きく
なり、実際の塗料付着量が目標値を外れる製品の量が多
くなる。
着量が目標値から外れることは、フィードフォワード制
御では勿論のこと、フィードバック制御においても、定
常的な偏差となって現われるため、精度の高い塗料付着
量の調整はできないという問題がある。
くなされたもので、品種切換えあるいはストリップの形
状等の要因により操業因子を変更させる場合、その変更
条件に応じて塗料付着量を目標値に制御できる、付着量
と操業因子との適切な関係式を設定し、該関係式に基づ
き塗料付着量を正確に調整することができるガスワイピ
ングによる塗装膜厚調整方法を提供することを課題とす
る。
の下流側にワイピングノズルを配置し、該連続塗布装置
を通過させたストリップに上記ワイピングノズルからガ
スを吹き付けて該ストリップに対する塗料の付着量を調
整するに際し、ワイピングノズルのスリット厚さBと、
該ノズルからストリップ迄の間隔Dとの関係が、定数C
に関して、 (i)D/B≦Cの場合は、スリット厚さBが含まれな
い付着量関係式 W=h 1 ×ρ M ×D 1/2 ×[μ×V/(ρ A ×v 0 2 )] 1/2 により、 (ii)D/B>Cの場合は、スリット厚さBが含まれる
付着量関係式 W=h 2 ×ρ M ×(D/B 1/2 )×[μ×V/(ρ A ×v 0 2 )] 1/2 (ここで、h 1 、h 2 :定数、ρ M :塗料密度、μ:塗料
粘度、V:ストリップ速度、ρ A :ノズル出口のガス密
度、v 0 :ノズル出口の一様流速) により、それぞれ ストリップに対する塗料の付着量を調
整することにより、前記課題を解決したものである。
イピングノズルを配置し、該連続塗布装置を通過させた
ストリップに上記ワイピングノズルからガスを吹き付け
て該ストリップに対する塗料の付着量を調整するに際
し、ワイピングノズルのスリット厚さBと、該ノズルか
らストリップ迄の間隔Dとの関係が、定数Cに関して、
(i)D/B≦Cの場合は、スリット厚さBが含まれな
い付着量関係式 W=h 1 ×ρ M ×(K−1)/(2×η×K×P A )] 1/2 ×D 1/2 ×[μ×V/[(P/P A ) (k-1)/K −1]] 1/2 に より、 (ii)D/B>Cの場合は、スリット厚さBが含まれる
付着量関係式 W=h 2 ×ρ M ×[(K−1)/(2×η×K×P A )] 1/2 ×(D/B 1/2 ) ×[μ×V/[(P/P A ) (k-1)/K −1]] 1/2 (ここで、h 1 、h 2 :定数、ρ M :塗料密度、μ:塗料
粘度、V:ストリップ速度、ρ A :ノズル出口のガス密
度、K:気体の比熱比、η:ノズル効率、P:ガスの動
圧、P A :ノズル出口のガス圧力) に より、それぞれストリップに対する塗料の付着量を調
整することにより、同様に前記課題を解決したものであ
る。
る塗装膜厚調整方法において、ワイピングノズルのスリ
ット厚さB及びノズル−スリット間隔Dの少なくとも一
方を制御してD/B≦Cの関係を維持しながら、付着量
関係式に基づいてストリップに対する塗料の付着量を調
整することにより、一層確実に前記課題を解決したもの
である。
って得られた以下に詳述する知見に基づいてなされたも
のである。
グ現象を理論的に解析した結果、ワイピングノズルから
のガス噴流の特性に起因して、ワイピングノズルのスリ
ット厚さBと、ノズル−ストリップ間隔Dとの相対的関
係を次の2つの場合に分け、それぞれの場合において塗
料付着量と操業因子との関係式を区別して考えることが
重要であるということである。
からのガス噴流における展開領域と完全発達領域の境界
を規定する定数に相当し、実際には、ワイピングガスの
種類、ワイピングガスの温度、ノズル形状等により決ま
る定数で、実験的に求められるものであるが、通常5〜
9程度の値が用いられる。
について詳述する。
容されている塗料からなる浸漬浴12に浸漬・通過させ
た後、上方に引上げられるストリップSに対し、浸漬浴
12からの高さHの位置でワイピングノズル14により
該ストリップSの表面に厚く過剰に付着した塗料に噴射
圧Pで噴射して余分な塗料をワイピングする場合を考え
る。
位置における塗料のワイピング状態を模式的に表わした
ものであり、この図に示されるように、浸漬浴12から
引上げられたストリップSに対してワイピングノズル1
4から圧力Pでガス噴流Fが吹き付けられている場合の
該ストリップSに付着している塗料の流動状態は、流体
力学における運動方程式及び連続の式を用いると、同図
の座標系においては、次の(1)、(2)式で表わすこ
とができる。
ρM ;塗料密度 u ;塗料の速度分布 g ;重力加速度 P;塗料表面に作用するガス圧力 t ;最終の塗料付着量 V;ストリップ速度 x 、y ;座
標 δ;x 位置における塗料の厚さ
で( d′u / d′y )=0( d′は偏微分を表わす)で
あるという境界条件の下で解き、且つ(2)式と連立さ
せることにより、ガス圧力の最大圧力勾配| dP/dx|
max における関係を求めると、次の(3)式を得る。な
お、(3)式における| |は絶対値を表わす(下記
(4)、(8)、(9)の各式においても同じ)。
(4)式で記述できる。
に示すように、ガス噴流Fの中心速度の減衰がないポテ
ンシャルコアとその両側の混合領域とからなる展開領
域、及び完全に発達した乱流となる完全発達領域の2つ
の領域に別けて考えることができる。上記各領域におけ
る速度分布は、次の(5)式及び(6)式でそれぞれ表
わされる。
ル出口の一様流速 D;ノズルからの噴流中心線方向距離 B;ノズルスリット厚み σ1 、σ2 、C0 ;定数
れる。ここで、ρA は、ノズル出口のガス密度である。
適用すると、最大圧力勾配は、次の(8)式又は(9)
式で表わせる。
速度 v0 は、等エントロピー流れを仮定して求めること
ができる。
立ち、又、流れの速度が速く状態変化が短時間の内に起
り、その変化が断熱変化である、即ち等エントロピー変
化の場合には、次の(11)式が成立つ。
ピー流れのエネルギー保存則は、次の(12)式で記述
できる。ここで、P A はノズル出口のガス圧力である。
等しいとおき、(11)式の関係を用いると次の(1
3)式が得られる。
があるため、ノズル効率ηを考慮して、次の(14)式
で表わす。
(9)式に代入し、これらを更に(4)式に代入するこ
とによって塗料付着量と各制御因子との関係を表わす次
の(15)、(16)式が導出できる。
る、展開領域と完全発達領域との境界点Cの値(7.4
83)は一例であり、ここでは、ノズル特性定数C0 、
σ1 、σ2 として文献値を用い、(15)式=(16)
式とおいて上記Cを求めた。但し、このCの値は、ガス
噴流の流速分布を実際に測定してこれらノズル特性定数
を決定して求めることが望ましい。
みると、因子のうちρM 、μ、V、Pについては同一の
影響度を示すが、DとBについては両者で異なり、(i
)展開領域では、付着量WがD1/2 に比例し、(ii)
完全発達領域では付着量WがD/B1/2 に比例する。
間隔Dの影響度が小さくなる。
さBに無関係である。
り、付着量と制御因子との関係を区別して考える必要が
ある。
隔Dとノズルのスリット厚さBとの相対的な関係によ
り、塗料付着量と各影響因子との関係が異なることが示
された。従って、D/Bの値により領域を区別して考え
ると共に、それぞれの領域に対して、前記(15)式又
は(16)式のように塗料付着量の関係式を区別して適
用することが重要である。
から明らかなように、塗料付着量は、D/B≦CとD/
B>Cとの場合によって操業因子の影響度が異なり、D
を一定としてBを変化させた場合、D/B>Cの領域で
は、D/Bが小さくなるにつれてワイピング効率が上る
(ワイピングし易くなる)が、D/B≦Cの領域では、
D/Bが変化してもワイピング効率が殆ど変らないこと
である。この様子を図6に示した。なお、Dが小さくな
ればワイピング効率が上ることは一般に知られている。
くするほど、浸漬浴の表面から発生するスプラッシュ
(塗料の飛び散り)を少なくできることを実験的に見出
した。即ち、他の条件が同一の場合、スリット厚さBを
小さくすればスプラッシュの発生を少なくすることがで
きる。
に実験検討を行った結果、ワイピング特性に影響する塗
料の物性を、ワイピングするノズル位置における塗料の
温度の関数として評価することが重要であることであ
る。
おける塗料温度と、塗料付着量の誤差(実測付着量−塗
料温度の依存性を考慮しない場合の計算付着量)との関
係を示したものであるが、この図6から明らかなよう
に、塗料温度の低下と共に、ワイピング特性が低下す
る。ところが、ワイピングノズルの位置における塗料温
度の依存性を考慮する場合には、前記誤差は非常に小さ
くなることが分った。
置における塗料温度の計算方法、及び塗料物性に対する
考慮の方法について前記図3を参照して説明する。
プSがライン速度Vにて温度TM の浸漬浴12に浸漬さ
れ、浸漬浴温度TM に近い温度Tz.1 となって浸漬浴1
2から上方に引上げられる。この浸漬浴12を出るスト
リップ温度Tz.1 は、塗料中の平板に対する熱伝達に基
づくとして次の(17)式で与えられる。
伝達係数 lM ;浸漬浴中の浸漬距離 ρS ;ストリップ密度 Cp.s ;ストリップ比熱 tS ;ストリップ厚さ
ングガスにより冷却され、ワイピングノズル14の位置
における付着塗料温度Tz.2 となる。この温度Tz.2 は
次の(18)式で表わすことができる。
ングガス温度 α;ワイピングガスによる熱伝達係数(ノズル圧力の関
数) H;浸漬浴面からノズルまでの距離 ts ′;ストリップ厚さとストリップ熱容量基準に換算
した付着塗料厚さとの和
を、上記(18)式で得られる付着塗料温度を適用し
た、例えば次の(19)式で設定する。
度μを前記(15)式又は(16)式に適用することに
より、一段と精度の高い塗料付着量の調整を行うことが
可能となる。
12から引上げられた直後の付着塗料の温度をストリッ
プ温度Tz.1 に等しいとした。一般の操業条件では、上
記両温度は実質的に等しいため特に問題はないが、スト
リップ温度と付着塗料温度とが異なるとして定式化して
もよい。
プに適用する場合等では、塗料の物性がほとんど変化し
ないので塗料の物性を温度の関数として評価しなくとも
実用上は十分な精度が得られる場合が多い。
り、ノズル−ストリップ間隔Dとノズルのスリット厚さ
Bとの相対的関係により付着量関係式(制御式)を区別
して使用することにより、塗料付着量と操業因子との関
係式の予測精度を向上することが可能となる。
ズル厚さBに関係しない前記(15)式を用い、いわゆ
る完全発達領域においては、ノズル−ストリップ間隔D
及びノズルのスリット厚さBの両者を含む前記(16)
式を用いてそれぞれ、ノズル−ストリップ間隔D及びノ
ズルのスリット間隔Bの少なくとも一方と、ノズル圧力
P、ノズル高さH、ストリップ速度V等を制御すること
により、広い操業範囲に亘って目標の塗料付着量で塗装
を行うことが可能となる。
率を上げるためには、D/B≦Cの領域でワイピングす
ることがよく、又、ワイピングガス流量は、ノズルのス
リット厚さBに比例するため、該スリット厚さBを小さ
くするほどワイピングガス流量を小さくすることが可能
となり、経済的メリットも高い。
合には、浸漬浴表面から発生するスプラッシュを少なく
することができる。
Bの少なくとも一方を制御しながら、スリット厚さBを
できる限り小さくすることが、ワイピング効率を悪化さ
せることなく、ワイピングガス流量を低減でき、しかも
スプラッシュを減少させることができる。
定精度を含めて6.6〜8.1と幅をもった値が得られ
た。従って、展開領域において、前記(15)式を用い
て塗料付着量を調整する場合には、実験より求めたCの
平均値Ca を基準にして、次の(20)式の範囲に調整
することが好ましい。
合には、例えば特開昭63−238254に開示されて
いるノズルを使用することができる。
メッキ方法について、付着量Wとスリット厚さBとの相
関を実験的に求め、スリット厚さBをある範囲に限定す
る方法が開示されているが、ノズル−スリット間隔Dと
スリット厚さBとの相対関係に基づいてメッキ付着量を
調整することは行われていない。
又は前記(16)式により、塗料付着量の調整を行う場
合には、各式に含まれる塗料の粘度について温度依存性
をも考慮するため、一段と高精度な塗料付着量の調整を
行うことが可能となる。
細に説明する。
る連続塗布制御装置の概略を示すブロック線図である。
されている浸漬浴(塗料)12にストリップSを浸漬・
通過させた後、該ストリップSは、上方に引上げられ更
に移動するようになっており、又、浸漬浴12から引上
げられたストリップSの両側には、その両面に所定の圧
力のガスを吹き付けるためのワイピングノズル14が配
設されている。なお、浸漬浴12に浸漬されたストリッ
プSはシンクロール16により方向が変えられるように
なっている。
によりノズル間隔Dやノズルのスリット厚さBが調整可
能となっており、又、調整器20によりその高さHが調
整可能になっている。
向膜厚計22が設置されており、該膜厚計22からの検
出信号は、フィードバック特性補償装置24、フィード
バック制御装置26、操作量選択器28を介して前記調
整器18に入力されるようになっている。
はそれぞれ、ストリップSに接触して回転するメジャー
ロールに設けられたパルス発振器30及び速度変換器3
2により測定され、前記フィードバック特性補償装置2
4及びフィードフォワード制御装置34に入力される。
このフィードフォワード制御装置34には、製造条件設
定装置36及びプリセット制御装置38からそれぞれ信
号入力されるようになっており、圧力調整器40を経て
圧力調整弁42を所定の開度に調整するようになってい
る。この圧力調整弁42によりワイピングノズル14か
ら噴出されるガスの圧力を調整可能となっている。
は、プリセット制御装置38を経て前記調整器18に入
力されるようになっている。更に、前記操作量選択器2
8からの信号は前記高さ調整器20へ入力されるように
なっている。
いて簡単に説明する。
着量W、ライン速度V、鋼種等の操業条件が変化する場
合、塗料付着量W、ライン速度Vに応じて、前記(1
5)式又は(16)式を用いて設定値としてのノズル−
ストリップ間隔D、スリット厚さB、ノズル噴射圧Pを
決定する。その際、ノズル−ストリップ間隔Dは、スト
リップがノズルに接触しないようにするために下限値以
下とならないように、又、噴射圧Pは上限値以上となら
ない範囲とし、ノズル高さHは通常基準値に設定する。
プ間隔D、スリット厚さB、噴射圧Pを、前記調整器1
8、圧力調整器40により設定値となるように調整す
る。又、ノズル高さHを調整する必要があるときは、調
整器20により調整する。
による測定結果に付着量の指示値と目標値に差がある場
合や途中でライン速度が変化する場合、(15)式又は
(16)式に基づき、付着量の偏差量やライン速度変化
量に応じて、ノズル−ストリップ間隔D、スリット厚さ
B及び噴射圧Pの少なくとも1つの変化量を算出し、こ
の変化量に対応する調整を前記調整器18、圧力調整器
40により行う。この場合も、ノズル高さHは基本的に
は基準値に設定する。
び(16)式を適用して塗料付着量(塗装膜厚)の制御
を行ったところ、図1の結果が得られた。
速度を変化させた場合に、ワイピング位置での付着塗料
温度を考慮して前記(15)式、(16)式を適用する
ことにより塗料付着量の制御を行った結果を、同図
(B)に示したものである。
1100kg/ m3 の水溶性塗料である。又、浸漬浴12
中の塗料温度は30℃で、浸漬前のストリップ温度は3
5℃である。このとき、ワイピング点における付着塗料
の温度は、ストリップ速度により変化し、速度が大きい
ときは高く、小さいときは低くなるが、この制御時では
22〜30℃であった。
件の下で塗装し、塗装後に焼付処理により溶剤を蒸発さ
せて約1μm の塗膜を形成するようにした。
た、次の(21)式で表わされる付着量関係式を用いて
同一の制御装置により塗料付着量の制御を行った従来方
法の結果を示した、上記図1に相当する図である。な
お、この従来方法で制御する際には、ノズルのスリット
厚さBは考慮せず、又、塗料の物性も考慮していない。
リップ速度の変化のタイミングによって付着量が変動し
ていると共に、速度変化のない定常状態においても偏差
が見られる。これに対し、本発明方法によれば速度変更
の如何に拘らず略目標付着量に制御することができてい
ることが明らかである。
が、本発明は、前記実施例に示したものに限られるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。
前記実施例に示したものに限定されるものでなく、又、
塗料の種類も前記実施例に示したものに限定されるもの
でない。
ノズル−ストリップ間隔Dとノズルのスリット厚さBと
の相対的関係に基づいて塗料付着量を決定する関係式を
設定し、該関係式を用いることにより、品種の切替えや
ストリップの形状等の要因により操業因子を変更させる
際にも、塗料付着量を目標値に制御することが可能とな
る。
ら、付着量を決定する上記関係式を適用することによ
り、ワイピング効率の高い条件で塗料付着量を調整する
ことが可能となると共に、広い操業範囲に亘って、ワイ
ピングガス流量、スプラッシュ発生量を低減でき、更に
限界ノズル圧力を高くすることができることから増産が
可能となる。
図
の様子を示す模式図
態を示す概略説明図
比)とノズルのスリット厚さとの関係を示す線図
付着量誤差との関係を示す線図
装置を示すブロック線図
Claims (3)
- 【請求項1】連続塗布装置の下流側にワイピングノズル
を配置し、該連続塗布装置を通過させたストリップに上
記ワイピングノズルからガスを吹き付けて該ストリップ
に対する塗料の付着量を調整するに際し、 ワイピングノズルのスリット厚さBと、該ノズルからス
トリップ迄の間隔Dとの関係が、定数Cに関して、 (i)D/B≦Cの場合は、スリット厚さBが含まれな
い付着量関係式 W=h 1 ×ρ M ×D 1/2 ×[μ×V/(ρ A ×v 0 2 )] 1/2 により、 (ii)D/B>Cの場合は、スリット厚さBが含まれる
付着量関係式 W=h 2 ×ρ M ×(D/B 1/2 )×[μ×V/(ρ A ×v 0 2 )] 1/2 (ここで、h 1 、h 2 :定数、ρ M :塗料密度、μ:塗料
粘度、V:ストリップ速度、ρ A :ノズル出口のガス密
度、v 0 :ノズル出口の一様流速) により、それぞれ ストリップに対する塗料の付着量を調
整することを特徴とするガスワイピングによる塗装膜厚
調整方法。 - 【請求項2】連続塗布装置の下流側にワイピングノズル
を配置し、該連続塗布装置を通過させたストリップに上
記ワイピングノズルからガスを吹き付けて該ストリップ
に対する塗料の付着量を調整するに際し、 ワイピングノズルのスリット厚さBと、該ノズルからス
トリップ迄の間隔Dとの関係が、定数Cに関して、 (i)D/B≦Cの場合は、スリット厚さBが含まれな
い付着量関係式 W=h 1 ×ρ M ×(K−1)/(2×η×K×P A )] 1/2 ×D 1/2 ×[μ×V/[(P/P A ) (k-1)/K −1]] 1/2 に より、 (ii)D/B>Cの場合は、スリット厚さBが含まれる
付着量関係式 W=h 2 ×ρ M ×[(K−1)/(2×η×K×P A )] 1/2 ×(D/B 1/2 ) ×[μ×V/[(P/P A ) (k-1)/K −1]] 1/2 (ここで、h 1 、h 2 :定数、ρ M :塗料密度、μ:塗料
粘度、V:ストリップ速度、ρ A :ノズル出口のガス密
度、K:気体の比熱比、η:ノズル効率、P:ガスの動
圧、P A :ノズル出口のガス圧力) に より、それぞれストリップに対する塗料の付着量を調
整することを特徴とするガスワイピングによる塗装膜厚
調整方法。 - 【請求項3】請求項1又は2において、 ワイピングノズルのスリット厚さB及びノズル−スリッ
ト間隔Dの少なくとも一方を制御してD/B≦Cの関係
を維持しながら、付着量関係式に基づいてストリップに
対する塗料の付着量を調整することを特徴とするガスワ
イピングによる塗装膜厚調整方法。
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JP09135393A JP3327351B2 (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | ガスワイピングによる塗装膜厚調整方法 |
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KR100411285B1 (ko) * | 1996-12-24 | 2004-04-29 | 주식회사 포스코 | 다양한 제어 모델을 구비한 도금부착량 제어장치 및 방법 |
KR100380728B1 (ko) * | 1996-12-24 | 2003-07-23 | 주식회사 포스코 | 도금부착량 제어장치 및 그 제어방법 |
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-
1993
- 1993-04-19 JP JP09135393A patent/JP3327351B2/ja not_active Expired - Lifetime
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