JP4953520B2

JP4953520B2 - ディッピング制御方法とその装置、及びロール部材の製造方法

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Publication number: JP4953520B2
Application number: JP2001172521A
Authority: JP
Inventors: 原島　　寛; 知之遊佐; 勝善広石
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2021-06-07
Also published as: JP2002361142A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディップ槽内に被塗装物を浸漬して塗装する際に、上記被塗装物の移動速度を制御するディッピング制御方法とその装置、及び、表面にディッピングによる塗膜層を形成したロール部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６（ａ）は、例えば、特開２００１−４６９３５号公報に記載されたディッピング塗装装置５０の構成を示す図である。このディッピング塗装装置５０は、ハンガー５１に懸垂された被塗装物５２を、図示しない水平移動手段により塗装液５３が充填されたディップ槽５４の直上に移送した後、上記ディップ槽５４を、ガイド部材５５上に設けられた、モータ５６ａとチェーン５６ｂ及び中継プーリー５６ｃを備えた垂直移動手段５６により、上記ガイド部材５５に沿って上方に移動させ、図６（ｂ）に示すように、上記被塗装物５２をディップ槽５４内に浸積させた後、上記ディップ槽５４を下降させて上記被塗装物５２をディップ槽５４から引き上げて、上記被塗装物５２の表面に塗膜層を形成するものである。このとき、上記ディップ槽５４の移動速度を、例えば、図７に示すような、所定の時間毎に変更するステップ状の速度制御プログラムに従って制御する。
【０００３】
次に、上記構成のディッピング塗装装置５０の動作について、図８を参照して説明する。
まず、モータ５６ａを駆動し、被塗装物５２がディップ槽５４の液面５３に達するまで上記ディップ槽５４を一定速度Ｖ_１で上昇させる（ステップＳ１）。次に、ディップ槽５４の上昇速度を弛め、（Ｖ_１→Ｖ_２）、上記被塗装物５２が完全にディップ槽５４内に浸積されるまで上記速度Ｖ_２でディップ槽５４を上昇させ（ステップＳ２）た後、上記被塗装物５２を所定時間ディップ槽５４内に保持する（ステップＳ３）。その後、モータ５６ａを逆方向に回転させ速度Ｖ_２でディップ槽５４を下降させて、被塗装物５２をディップ槽５４から引き上げる（ステップＳ４）。最後に、上記被塗装物５２が完全に空気中に露出された時点でディップ槽５４の上昇速度を速めて（Ｖ_２→Ｖ_１）、被塗装物５２を初期位置まで戻す（ステップＳ５）。
なお、上記例では、多数の被塗装物５２を連続処理するため、ディップ槽５４の方を移動させて被塗装物５２のディッピングを行っているが、一般的には、ディップ槽５４を固定して、被塗装物５２を上，下方向に移動させる方法が採られている。
【０００４】
このような移動体の位置制御は、通常、サーボモータを用いた位置制御装置により行われる。図９は、例えば、特開２０００−３２２１０５号公報に記載されたサーボ制御装置６０の構成を示す図で、このサーボ制御装置６０では、移動体であるステージ６１を支持するボールネジ６２に連結されたサーボモータ６３の回転を制御することにより、上記ステージ６１の位置及び速度を制御する。詳細には、上記サーボモータ６３に取付けられたエンコーダ６４の出力を位置算出手段６５に入力して、上記ステージ６１の位置ｘを検出し、この検出位置ｘと位置・速度指令値設定部６６から送られた、予め設定された指令位置ｘ_０とを比較し、速度制御器６７により、サーボモータ６３を駆動する電流を、位置の差分（Δｘ＝ｘ_０−ｘ）に応じて制御して上記ボールネジ６２を回転させ、上記ステージ６１の位置を制御する。このとき、上記エンコーダ６４の出力を差分演算器６８に入力してサーボモータ６３の回転速度Ｖを演算し、速度制御器６７において、上記回転速度Ｖと予め設定された指令速度Ｖ_０を比較して、サーボモータ６３を駆動する駆動電流を制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような制御方法は、移動体が所定の時間に所定の位置に達するようにサーボモータ６３の回転速度を制御する、いわゆる「速度ループ」による制御であるため、これを所定位置における被塗装物５２の移動速度が重要視されるディッピング塗装に適用した場合には、塗膜層の仕上がりが劣化してしまうといった問題点があった。すなわち、上記制御系では、一般に指令位置に対して実際の位置が遅れることが多いため、例えば、上述した被塗装物５２をディップ槽５４から引き上げる場合などには、時刻がｔ＝ｔ_５に達すると、被塗装物５２の一部がディップ槽５４内にあるにもかかわらず、次のステップに移行して、引き上げ速度を増加させてしてしまう場合などが発生する。ディッピングで形成される塗膜層の膜厚は被塗装物５２の引き上げ速度に依存するので、上記のように引き上げ速度が変化すると、被塗装物５２に塗装ムラが生じたり、塗膜層の表面のうねり、すなわち、被塗装物５２の引き上げ方向での膜厚変化が大きくなってしまうといった問題点があった。特に、水系の樹脂を用いて被塗装物５２表面に塗膜層を形成する場合には、溶剤系の樹脂に比べて塗装液５３の乾燥が遅いため、塗装ムラや表面のうねりが更に大きくなる。
【０００６】
そこで、複写機やＦＡＸなどに用いられるの帯電ローラ等のロール部材のような表面性が要求される被塗装物５２をディッピングする際には、図１０に示すように、移動速度を変更する速度制御プログラムのステップの数を増加させて、被塗装物５２の移動速度を細かく制御することにより、ディッピング時における移動速度の変化を滑らかにする方法も行われている。しかしながら、被塗装体５２の速度制御プログラムは、被塗装物５２の大きさや形状あるいはディッピングする塗料の特性等により変更する必要があるため、ステップ数を増加させた場合には、プログラムの変更や位置，速度の設定が複雑になりプログラム作成に時間がかかるだけでなく、メモリー容量を増加させたり演算速度を高速化しなければならなかった。
【０００７】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、速度制御のステップ数を増加させることなく、被塗装物表面に均一な厚さの塗膜層を形成するためのディッピング制御方法とその装置、及び、表面性の良好な塗膜層を有するロール部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のディッピング制御方法は、サーボモータの回転角度を検出して塗装液が充填されたディップ漕内に浸漬される被塗装物の到達位置を検出し、被塗装物の移動速度を上記検出された到達位置に応じて変更するとともに、上記到達位置が予め設定された目標到達位置に達していない場合には、被塗装物の移動速度を当該位置における移動速度に保持することを特徴とするもので、これにより、被塗装物の移動速度を予め設定された到達位置における移動速度に制御することができるので、速度制御のステップ数を増加させることなく、被塗装物の移動速度のムラをなくし、表面性に優れた塗膜層を形成することが可能となる。また、従来の速度ループで発生した被塗装物の移動速度の急激な増加を抑制することができるので、被塗装物の塗装ムラや表面のうねりを確実に低減することが可能となる。また、請求項２に記載のディッピング制御方法は、上記塗装液として水系樹脂を用いたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載のディッピング制御装置は、サーボモータの回転角度を検出して上記被塗装物の到達位置を検出する手段と、上記検出された到達位置と、予め設定された被塗装物の目標到達位置と目標移動速度との関係とに基づいて、上記被塗装物の移動速度を制御する手段とを備え、検出された被塗装物の到達位置が、予め設定された被塗装物の目標到達位置に達していない場合に被塗装物の移動速度を当該位置における速度に保持するようにしたものである。
【００１０】
また、請求項４に記載のロール部材の製造方法は、サーボモータの回転角度を検出して上記ロール部材の到達位置を検出し、ロール部材の移動速度を上記検出された到達位置に応じて変更するとともに、上記到達位置が予め設定された目標到達位置に達していない場合には、ロール部材の移動速度を当該位置における移動速度に保持することを特徴とするものである。
また、請求項５に記載のロール部材の製造方法は、上記塗装膜の表面のうねりが０．０１〜５μｍであることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本実施の形態に係わるディッピング塗装装置１０の概要を示す図で、同図において、１１はサーボモータ、１２はこのサーボモータ１１と減速機１３を介して連結されたボールネジ、１４は上記ボールネジ１２に図示しないボールナットにより固定され、塗装すべきロール部材１５のシャフト１５ａを保持する材料支持台、１６は枠状の基台で、この基台１６の枠上部に設けられた水平部材１６ａにおいて上記サーボモータ１１を支持するとともに、両脚１６ｂ，１６ｂにより、上記材料支持台１４の両端を支持してガイドする。また、１７は上記材料支持台１４の下方に、上記ロール部材１５と対向するように設置された、塗装液１７Ｌが充填されたディップ槽、１８はサーボモータ１１に取付けられ、サーボモータ１１の回転角度を検出するエンコーダ、２０は上記エンコーダ１８の出力に基づいて、サーボモータ１１を駆動・制御する電流を上記サーボモータ１１に供給するディッピング制御装置である。
【００１２】
図２は上記ディッピング制御装置２０の機能ブロック図で、このディッピング制御装置２０は、サーボモータ１１に取付けられたエンコーダ１８の出力に基づいて材料支持台１４の移動距離Ｌを算出し、被塗装体であるロール部材１５の到達位置を検出する到達位置検出手段２１と、エンコーダ１８の出力を差分してロール部材１５の移動速度Ｖを演算する速度算出手段２２と、上記到達位置検出手段２１で検出された移動距離Ｌのデータと、図３に示すような、予め記憶された移動距離と移動速度との関係を設定するＬ−Ｖ_０マップ（位置−速度線図）２３とに基づいて当該位置の目標速度Ｖ_０を設定する目標速度設定手段２４と、上記目標速度Ｖ_０と上記演算されたロール部材１５の移動速度Ｖとに基づいて、上記サーボモータ１１の駆動電流を制御して、材料支持台１４の移動速度、すなわち、ロール部材１５の移動速度Ｖを制御する速度制御器２５と、この速度制御器２５の出力に基づいて、サーボモータ１１を駆動する電流をサーボモータ１１に供給するモータ駆動手段２６とを備え、上記ロール部材１５の下降あるいは上昇時における移動速度を制御する。
【００１３】
図４は、本発明のディッピング制御方法を示す制御フローで、本例では、従来のようにロール部材１５の位置と移動速度とを時間制御するのではなく、上記図３に示した位置−速度線図（速度制御プログラム）に従ってロール部材１５の移動速度を制御することにより、ロール部材１５の移動速度Ｖが常に当該位置での目標移動速度Ｖ_０になるように制御する。
まず、初期速度を設定してサーボモータ１１を駆動し（ステップＳ１０）、所定の時間毎に、エンコーダ１８の出力から、０．０１ｓｅｃ．毎にロール部材１５の移動距離を算出して到達距離を求め、０．１ｓｅｃ．毎にロール部材１５の移動速度を制御する（ステップＳ１２）。そして、ロール部材１５が予め設定された目標移動速度の変更位置に達したかどうかを判定し（ステップＳ１４）、達していた場合には、次のステップＳ１６に進み、ロール部材１５の目標移動速度を変更する。達していなかった場合には、上記ステップＳ１２に戻り、上記位置に達するまで、ロール部材１５の目標移動速度を保持する。
移動速度の変更後は、ロール部材１５の移動距離を算出して到達距離を求め（ステップＳ１８）ロール部材１５が予め設定された目標移動速度の変更位置に達したかどうかを判定し（ステップＳ２０）、ロール部材１５の目標移動速度を適宜変更するステップＳ１８，Ｓ２０を、ロール部材１５が予め設定された静止位置に達するまで繰り返す（ステップＳ２２）。ロール部材１５が静止位置に達すると、サーボモータ１１を所定時間停止させる（ステップＳ２４）。
次に、ロール部材１５を静止位置に所定時間保持した後に、サーボモータ１１を反転してロール部材１５を上昇させ（ステップＳ２６）、ロール部材１５が初期位置に戻るまで、上記下降の場合と同様の制御を行う（ステップＳ２８〜Ｓ３６）。そして、ロール部材１５が初期位置に戻った状態でロール部材１５を停止させ、ディッピングを完了する（ステップＳ３８）。
【００１４】
次に、本発明のディッピング制御方法を用いて、複写機、プリンター等の電子写真装置に用いられる帯電ローラ（ロール部材１５）に、水系樹脂から成る塗膜層を形成する方法について、図５の時間−速度・位置線図を参照して説明する。
まず、サーボモータ１１を初期速度Ｖ_１で駆動し、ロール部材１５のシャフト１５ａの先端部がディップ槽１７の液面に達するまで材料支持台１４を一定速度下降させ、ロール部材１５が所定の位置まで下降したなら、材料支持台１４の下降速度を弛めて（Ｖ_１→Ｖ_２）ロール部材１５を静かにディップ槽１７内に浸積させる。ロール部材１５が所定の位置まで下降していない場合には、移動速度の変更時刻を遅らせてロール部材１５の移動速度をＶ_１に保持し、所定位置に到達した段階で材料支持台１４の下降速度を弛める（Ｖ_１→Ｖ_２）。
次に、ロール部材１５の本体１５ｂがディップ槽１７内に浸積された時点で、材料支持台１４の下降速度を増加させて（Ｖ_２→Ｖ_３）、上記ロール部材１５を完全にディップ槽１７内に浸積させる。
材料支持台１４の移動に遅れが生じた場合でも、本例では、材料支持台１４の下降速度を増加させることなく、材料支持台１４の位置、すなわち、ロール部材１５の位置が所定の位置に到達するまで、ロール部材１５の移動速度を当該位置における速度に保持するようにしているので、ロール部材本体１５ｂの浸積が所定時間より遅れた場合にも、ロール部材本体１５ｂを静かにディップ槽１７へ浸積させることができる。
【００１５】
次に、上記ロール部材１５を所定時間だけディップ槽１７内に保持した後、サーボモータ１１を逆方向に回転させ、移動速度Ｖ_３で材料支持台１４を上昇させる。そして、ロール部材１５のシャフト１５ａの先端部がディップ槽１７の液面付近まで上昇した段階で材料支持台１４の上昇速度を徐々に弛めて（Ｖ_５〜Ｖ_６）ロール部材１５を上昇させた後、一定の速度Ｖ_７で上記ロール部材１５をゆっくりとディップ槽１７から引き上げる。その後、ロール部材本体１５ｂがディップ槽１７から完全に引き上げられた時点で材料支持台１４の上昇速度を速めて（Ｖ_７→Ｖ_８）、ロール部材１５を初期位置まで戻す。
【００１６】
ところで、ロール部材１５の引き上げ速度にムラが生じると、塗装ムラが生じたり、塗膜層の表面のうねり、すなわち、被塗装物５２の引き上げ方向での膜厚変化が大きくなってしまうので、この段階では、ロール部材１５の移動速度の制御は重要である。本例では、上述したように、材料支持台１４が所定の位置に到達するまで移動速度を変更せずに保持するようにしているので、例えば、移動速度の変更時刻にロール部材１５が所定の到達位置に達していない場合には、上記変更時刻を遅らせてロール部材１５の移動速度が常に当該位置での目標移動速度になるように制御する。したがって、例えば、ロール部材本体１５ｂの引き上げが所定時間より遅れた場合にも、一定の速度Ｖで上記ロール部材１５をゆっくりとディップ槽１７から引き上げることができるので、ロール部材１５の引き上げ速度のムラをなくし、表面性に優れた塗膜層を形成することができる。なお、このため、本例では、図５に示すように、ディッピング作業時間が従来に比べて増加する。
また、本例のように、塗装液１７Ｌとして水系の樹脂を用いた場合には、塗膜層の乾燥が遅いので、従来の制御方法ではロール部材１５を初期位置まで戻す際に塗装ムラや表面のうねりが大きくなり易かったが、本例のように、ロール部材１５の移動速度を位置制御することにより、移動速度のムラをなすことができるので、塗膜層の表面のうねりが０．０１〜５μｍであるような表面性に優れた塗膜層を有するロール部材を得ることができる。
【００１７】
このように、本実施の形態では、被塗装物であるロール部材１５を保持した材料支持台１４の移動距離Ｌを、サーボモータ１１に取付けられたエンコーダ１８の出力に基づいて算出してロール部材１５の到達位置を検出し、上記検出された到達位置データと、予め記憶された到達位置と移動速度との関係を設定するＬ−Ｖ_０マップ２３とに基づいて当該位置の目標速度Ｖ_０を設定して、上記サーボモータ１１の出力、すなわち、ロール部材１５の移動速度Ｖを制御するようにしたので、例えば、ロール部材１５の引き上げ完了時刻が所定時間より遅れた場合などには、移動速度の変更時刻を遅らせて、ロール部材１５の速度が常に当該位置での目標速度になるように制御することができる。したがって、速度制御プログラムのステップ数を増加させることなく、ロール部材１５の移動速度のムラをなくすことができ、表面性に優れた塗膜層を形成することができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態で使用する水系の塗料の例としては、水系フッ素樹脂、水系アクリル樹脂、水系ウレタン素樹脂などの水系樹脂あるいは上記水系樹脂の混合物を挙げることができる。また、樹脂のタイプも、水溶性タイプ、エマルジョンタイプ、サスペンションタイプのいずれの形態で使用してもよい。
また、本発明の制御方法に用いられる塗料としては、上記水系樹脂に限るものではなく、アクリル、ウレタン、ナイロン等をトルエン等の有機溶剤に溶解した溶剤系の樹脂にも適用可能であることはいうまでもない。
【００１９】
また、上記実施の形態では、エンコーダ１８の出力から、０．０１ｓｅｃ．毎にロール部材１５の移動距離を算出して到達距離を求めるとともに、０．１ｓｅｃ．毎にロール部材１５の移動速度を制御して、ロール部材１５の移動速度を、Ｖ_１，Ｖ_１，Ｖ_２，……，Ｖ_８のように変化させたが、上記所定の時間間隔や上記移動速度の制御プログラムの設定の仕方としては、これに限るものではなく、ロール部材１５の大きさや形状あるいは用いられる塗料の特性等により適宜変更可能である。
【００２０】
＜実施例＞
以下に、実施例、比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記に限定されるものではない。
金属製のシャフトの外周にポリウレタンフォームから成るロール本体を形成したロール部材の、上記ロール本体表面に、厚さ５０μｍの塗膜層を、本発明のディッピング制御方法及び従来の制御方法でそれぞれ形成して、帯電ローラを作製し、その外観（塗りムラ）及び表面のうねり状態を、従来の制御方法で作製した帯電ローラと比較した。その結果を以下の表１に示す。なお、表面のうねり状態は、ロール本体の塗膜層の、長さ方向における膜厚の最大値と最小値との差で評価した。
また、上記塗膜層としては、水系樹脂を用いて形成したもの（本発明１，比較例１）と、溶剤系樹脂を用いて形成したもの（本発明２，比較例２）の２種類とした。
【表１】

表１から明らかなように、本発明のディッピング制御方法により作製した帯電ローラの表面層は、従来の方法よりも制御ステップ数が少ないにもかかわらず、塗りムラもなく、表面のうねり状態は良好であった。また、制御が難しい水系樹脂においても、良好な表面性が得られることが確認された。
これに対して、従来の方法では、制御ステップ数を増やしても、本発明のものより表面のうねりが大きく、特に、水系樹脂の場合には外観も表面のうねり状態もともに悪く、十分なディッピング制御ができなかった。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ディップ槽内に浸漬される被塗装物の到達位置を検出するとともに、被塗装物の移動速度を上記検出された到達位置に応じて変更するようにしたので、速度制御のステップ数を増加させることなく、従来の速度ループで発生した被塗装物の移動速度の急激な増加を抑制することができ、表面性に優れた塗膜層を形成することができる。
また、本発明による制御方法は、被塗装物の移動速度のムラを極めて小さくできるので、塗装液として乾燥の遅い水系樹脂を用いた場合でも、表面性に優れた塗膜層を形成することができる。また、これにより、表面性の良好な塗膜層を有する、複写機、プリンター等の電子写真装置に用いられるロール部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるディッピング塗装装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わるディッピング制御装置の機能ブロック図である。
【図３】ロール部材の到達位置と移動速度との関係を示す図である。
【図４】本発明のディッピング制御方法を示す制御フローである。
【図５】本発明の制御方法によるロール部材の到達位置と移動速度の時間変化を示す図である。
【図６】従来のディッピング塗装装置の構成を示す図である。
【図７】従来の制御フローを示す図である。
【図８】従来の位置制御装置の構成を示す図である。
【図９】移動速度設定のステップ数を増加させた場合の速度制御プログラムの一例を示す図である。
【図１０】従来の制御方法によるにロール部材の到達位置と移動速度の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
１０ディッピング塗装装置、１１サーボモータ、１２ボールネジ、
１３減速機、１４材料支持台、１５ロール部材、１５ａシャフト、
１５ｂロール部材本体、１６基台、１７ディップ槽、１７Ｌ塗装液、
１８エンコーダ、２０ディッピング制御装置、２１到達位置検出手段、
２２速度算出手段、２３Ｌ−Ｖ_０マップ、２４目標速度設定手段、
２５速度制御器、２６モータ駆動手段。

Claims

サーボモータの回転速度を制御して、被塗装物の移動速度を段階的に変更する制御を行い、塗装液が充填されたディップ槽内に被塗装物を浸漬してディッピングするディッピング制御方法において、上記サーボモータの回転角度を検出して上記被塗装物の到達位置を検出し、被塗装物の移動速度を上記検出された到達位置に応じて変更するとともに、上記到達位置が予め設定された目標到達位置に達していない場合には、被塗装物の移動速度を当該位置における移動速度に保持することを特徴とするディッピング制御方法。
上記塗装液として水系樹脂を用いたことを特徴とする請求項１に記載のディッピング制御方法。
サーボモータの回転速度を制御して、塗装液が充填されたディップ槽内に浸漬する被塗装物の移動速度を制御するディッピング制御装置において、上記サーボモータの回転角度を検出して上記被塗装物の到達位置を検出する手段と、上記検出された到達位置と予め設定された被塗装物の目標到達位置と目標移動速度との関係に基づいて、上記被塗装物の移動速度を制御する手段とを備え、
検出された被塗装物の到達位置が、予め設定された被塗装物の目標到達位置に達していない場合に被塗装物の移動速度を当該位置における速度に保持することを特徴とするディッピング制御装置。
サーボモータの回転速度を制御して、ロール部材の移動速度を段階的に変更する制御を行い、塗装液が充填されたディップ槽内にロール部材を浸漬して塗装膜をディッピングで形成する工程を備えたロール部材の製造方法において、上記サーボモータの回転角度を検出して上記ロール部材の到達位置を検出し、ロール部材の移動速度を上記検出された到達位置に応じて変更するとともに、上記到達位置が予め設定された目標到達位置に達していない場合には、ロール部材の移動速度を当該位置における移動速度に保持することを特徴とするロール部材の製造方法。
上記塗膜層の表面のうねりが０．０１〜５μｍであることを特徴とする請求項４に記載のロール部材の製造方法。