JP4351351B2 - コーティング条件決定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコーティング条件決定方法に係わり、特に圧延鋼板に塗料をカーテンコーティング法によりコーティングする際の操業条件であるコーティング条件決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる白物家庭電気製品（例えば電気冷蔵庫、冷蔵庫）等では、圧延鋼板の表面に塗料を塗布したコーティング鋼板が使用される。
このコーティング鋼板は、所定速度で移動する圧延鋼板上に矩形開口から塗料をカーテン状に自由落下させるカーテンコーティングによって製造することが一般的である。
【０００３】
しかし、流体である塗料が自由落下する際ににゆらぎが生じるため、カーテン状の塗料の厚さが変動し、圧延鋼板にコーティングされた塗料の厚みは一定とはならない。
このためコーティング表面に凹凸が生るだけでなく、極端な場合には塗料の途切れが生じるおそれもある。
【０００４】
さらに、塗料の厚さが変動すると、圧延鋼板に接触する部分で空気を巻き込みコーティング鋼板に気泡が発生するおそれもある。
このため、コーティングの操業条件を変更するとき、例えば新たな塗料を使用するときには、コーティング鋼板の塗料膜の厚さが予め定めた範囲内に納まる操業条件を設定することが必要となるが、従来は塗料の粘性又は比重、あるいは鋼板の移動速度等の各種のパラメータを変更して模擬操業を行い最適な操業条件を探索していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数のパラメータを変更して最適な操業条件を探索するために実際の塗装ラインを操業する模擬操業は、長時間を要するだけでなく経済的にも負担を要するものであった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、実際の塗装ラインを操業せず塗料の動特性を表す数式モデルを使用したシミュレーション操業によって最適な操業条件を決定することの可能なコーティング条件決定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコーティング条件決定方法は、カーテンコーティングの初期条件及び境界条件を表すパラメータを設定するパラメータ設定段階と、
【数２】

品質評価値算出段階で算出された品質評価値が予め定められた閾値０．０２以下であるか否かを判定する品質評価値判定段階と、品質評価値判定段階で品質評価値が予め定められた閾値０．０２以下であると判定された時は、パラメータ設定段階で設定されたパラメータをコーティング条件と決定するコーティング条件決定段階と、前記品質評価値判定段階で品質評価値が予め定められた閾値０．０２より大であると判定された時はパラメータ設定段階で設定されたパラメータの少なくとも１つを変更して前記挙動シミュレーション段階に戻るパラメータ変更段階と、からなる。
【０００８】
本発明にあっては、シミュレーションを実行することにより品質評価値が算出される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はカーテンコーティング法の説明図であって、鋼板送りローラ１１の回転により圧延鋼板１２は所定速度ｖで移動する。
塗料１３は圧延鋼板１２の直上ｈの高さから塗料ローラ１４の隙間ｄを介して塗料が自由落下し、圧延鋼板１２上に落下し、塗布される。
【００１１】
塗料は溶剤を加えて予め所定の比重ρ及び粘性μに調整され、塗料の表面張力σは予め実施した実験により数式で表すことができる。
ここで、圧延鋼板１２の走行方向に沿ってＸ軸を、Ｘ軸に垂直にＹ軸をとれば塗料の挙動は式（１）によって表される。
【００１２】
【数３】

【００１３】
従って、初期条件及び境界条件が決まれば、周知の数値計算法を適用（例えば式（１）を時間軸及び空間座標軸について差分方程式に変換した後、ＶＯＦ［Volume of Fluid ］法を適用）することによって式（１）を解き、Ｘ−Ｙ平面の所定位置の時刻ｔにおける塗料の有無、さらには塗料の落下点から所定距離Ｌ離れた点における塗料膜の厚さｗ（ｔ）を決定することができる。
【００１４】
コーティング鋼板の品質は塗装膜厚さの均一の程度によって評価可能であることから、品質評価の指標として所定期間Ｔの塗料膜の厚さの標準偏差ｗ_stと塗料膜の厚さの時間的平均値ｗ_avの比ｑを使用する。即ち品質評価指標ｑは式（２）で定義される。
【００１５】
【数４】

【００１６】
実際のカーテンコーティングとシミュレーションの整合度合いを確認するために、塗料の粘度及び流量をパラメータとして比較を行った。
即ち、塗料の粘度は０．７、１．４、１．８、２．９（Ｐａ・ｓ）の４段階に、流量は３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０（ｇ／ｍ・ｓ）の７段階に変化させ、全ての組み合わせ、即ち４×７＝２８のケースについて比較した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
［表１］は実際のカーテンコーティングの結果の取り纏め表であって、×はコーティングが所定の品質水準に達していないことを、○はコーティングが所定の品質水準以上であることを、△はコーティングがほぼ所定の品質水準であることを示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
［表２］はシミュレーションの取り纏め表であって、各ケースについての品質評価指標ｑを示す。
そして、粘度が１．８（Ｐａ・ｓ）のケースを除いて○に対応するシミュレーションの品質評価指標ｑは０．０２以下であり、×に対応するシミュレーションの品質評価指標ｑは０．０７以上であり、△に対応するシミュレーションの品質評価指標ｑは０．０７〜０．０２であることが判明した。
【００２１】
従って、必要な初期条件及び境界条件が定まっているときは、シミュレーションにより所定位置における塗装膜の厚さを算出し、その塗装膜の厚さに基づいて算出された品質評価指標ｑの値から、シミュレーションに対応する操業条件で実操業した場合に所定の品質を維持されるか否かを判断することが可能である。
図２は第１の発明に係るコーティング条件決定方法で使用されるコーティング条件決定ルーチンのフローチャートであって、いわゆるバッチ処理として必要に応じて実行される。
【００２２】
ステップ２０ではシミュレーションに際して決定すべきパラメータ（塗料の粘性、比重、流量、及び表面張力、並びに塗料流量、塗料の落下距離、及び鋼板の移動速度）を決定し、ステップ２１で式（１）に基づきシミュレーション操業を実行する。
図３はシミュレーション結果であって、（イ）はある時刻の塗料の挙動を示し、（ロ）は鋼板上の塗料膜の厚さの経時変化を示す。
【００２３】
ステップ２２で塗料膜の厚さの経時変化に基づいて品質評価値を算出し、ステップ２３で評価値が予め定められた閾値（０．０２）以下であるかを判定する。ステップ２３で肯定判定されたとき、即ち評価値が閾値以下であるときはコーティング品質が良好であるものとしてパラメータを表示してこのルーチンを終了する。
【００２４】
ステップ２３で否定判定されたとき、即ち評価値が閾値より大であるときは、ステップ２５でパラメータを変更してステップ２１に戻る。
図４は本発明に係る品質評価装置の構成図であって、塗料タンク４０には塗料４１が貯蔵される。貯蔵タンク４０の底には互いに内側に向かって回転する１対の塗料ローラ４０１及び４０２が配置されローラ駆動モータ４２によって駆動される。従って、塗料ローラ４０１及び４０２の回転速度および間隔を変更することにより塗料の流量を変更することができる。
【００２５】
鋼板４３は鋼板送りモータ４４で駆動される鋼板送りローラ４５によって移動される。そして、塗料ローラ駆動モータ４２及び鋼板送りモータ４４の回転数はモータ回転数制御器４８によって制御される。
塗料膜の厚さは厚さ計４６によって計測され、その出力は品質評価器４７に導かれ、品質評価値ｑが算出される。従って品質評価値ｑを常時監視しつつ、コーティッグを行うことができる。
【００２６】
さらに、品質評価器４７の出力をモータ回転数制御器４８に供給することによって、閉ループ制御を行うことも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係るコーティング条件決定方法によれば、実際のコーティングを実施することなくシミュレーションによって所定の品質を満足するコーティング条件を決定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コーティング方法の説明図である。
【図２】 本発明に係るコーティング条件決定方法で使用するコーティング条件決定ルーチンのフローチャートである。
【図３】 シミュレーション結果である。
【図４】 コーティング品質監視装置の構成図である。
【符号の説明】
４０…塗料タンク
４０１、４０２…塗料ローラ
４１…塗料
４２…塗料ローラ駆動モータ
４３…鋼板
４４…鋼板送りモータ
４５…鋼板送りローラ
４６…厚さ計
４７…品質評価器
４８…モータ回転数制御器

Claims (1)

1. カーテンコーティングの初期条件及び境界条件を表すパラメータを設定するパラメータ設定段階と、
   

   

   前記品質評価値算出段階で算出された品質評価値が予め定められた閾値０．０２以下であるか否かを判定する品質評価値判定段階と、
   前記品質評価値判定段階で品質評価値が予め定められた閾値０．０２以下であると判定された時は、前記パラメータ設定段階で設定されたパラメータをコーティング条件と決定するコーティング条件決定段階と、
   前記品質評価値判定段階で品質評価値が予め定められた閾値０．０２より大であると判定された時は、前記パラメータ設定段階で設定されたパラメータの少なくとも１つを変更して、前記挙動シミュレーション段階に戻るパラメータ変更段階と、からなるコーティング条件決定方法。

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