JP6436040B2 - スラリーの塗布方法及び塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行する基材の片面又は両面にスラリーを連続的に塗布するスラリーの塗布方法及び塗布装置に関する。

従来、耐食性、加工性、美観性、絶縁性等の性能を付与するために、鋼板等の基材に各種の塗膜を連続的に形成する表面処理が行われている。一般的に、このような表面処理には塗布液を絞るロールコーターが用いられており、ロールを２本用いる２ロールコーター、又は、ロールを３本用いる３ロールコーターが広く使用されている。特に３ロールコーターを用いた表面処理では、塗膜の膜厚の制御性に優れることや塗膜の表面の外観が比較的美麗になることが知られている。

しかしながら、表面処理に用いるロールの本数が増えると、メンテナンスや操業管理が複雑になるために生産コストが高くなる。このため、生産コストを削減するために、１本のロールによって塗布液を絞る塗布方式の表面処理が広く用いられている。この塗布方式の表面処理は、予め余剰に供給した塗布液の付着量をロールの押し付け荷重によって調整する処理であり、場合によっては必要な付着量を確保するために表面に溝が形成されたゴムロールを用いる。そして、この表面処理では、ロールは、基材との接触面において基材の走行方向と同方向に回転し、余剰な塗布液を絞って付着量を調整する。

ところで、スラリー等の固体粒子を含む塗布液を塗布する際には、塗布液を吐出するノズルの詰まりが問題となり、スリットノズル等を用いて基材の幅方向に塗布液を均一に供給することが困難になる。このため、一般に、基材の幅方向については、基材の幅方向に沿って配列されたスプレーノズル等を用いて塗布液を供給する。しかしながら、スプレーノズル等を用いても基材の幅方向に塗布液を均一に供給することは難しく、塗布液が基材の幅方向に不均一に供給されるためにロールによる絞り後も塗布ムラが残存することがある。

一方、塗布方式の表面処理によって発生する代表的な欠陥として、リビングと呼ばれるロールの周方向に発生するスジ状の外観欠陥がある。リビングは、ロール間及びロールと基材との間の液メニスカスの流体圧力変動が表面張力の安定化の効果を上回った時に発生する欠陥として知られており、ロールと基材との間の液メニスカスの流量が多くなる程発生しやすい。このため、特許文献１には、塗布ムラ欠陥の発生を抑制し、塗布液を均一に塗布するために、ガスワイピングを用いたスラリー塗布方法が提案されている。また、特許文献２には、ロールコーターを用いてスラリー付着量を調整した後にガスワイピングで最終付着量を調整する方法が提案されている。しかしながら、特許文献１，２記載の方法のようにノズルからの気体噴射によって最終付着量を調整した場合、スラリーが飛散し、美麗な外観を維持することが困難になる。

特開昭６３−２８６５２１号公報 特許第３００４１５１号公報

一般に、スラリー塗布後の基材は乾燥が完了するまで搬送ロールに接触させることができないために、基材が宙づりの状態となる区間が存在し、基材に振動が発生しやすい。このため、特許文献１，２記載の方法のようにノズルからの気体噴射によって塗布液の最終付着量を調整した場合、基材の振動によって基材とノズルとの間の距離が変動し、ノズルが意図せず基材の表面に近接し、スラリーが飛散してしまうことがある。また、基材の入側及び出側の処理のために基材の走行速度（ライン速度）が低下した場合、気体の圧力調整が間に合わず、スラリーの払拭力が過剰になることによって、スラリーが飛散してしまうことがある。これにより、ノズルからの気体噴射によってスラリーの最終付着量を調整する場合、基材の全長に渡って美麗な外観を維持することが困難になる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基材の全長に渡ってスラリーを均一に塗布可能なスラリーの塗布方法及び塗布装置を提供することを目的とする。

本発明に係るスラリーの塗布方法は、走行する基材の片面又は両面にスラリーを供給し、前記基材の表面側及び裏面側に配置された絞りロールをそれぞれ前記基材の表面及び裏面に押し付けることによって、スラリーの付着量を調整しながら前記基材の片面又は両面にスラリーを塗布するスラリーの塗布方法であって、前記基材との接触面において前記絞りロールを前記基材の走行方向と同じ方向に回転させ、前記絞りロールの回転速度を前記基材の走行速度の１．２倍以上、２倍以下の範囲内に制御する制御ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係るスラリーの塗布方法は、上記発明において、前記絞りロールが、前記基材の走行方向に沿って複数段設けられ、前記制御ステップは、最終段の絞りロールにおいて前記スラリーの付着量を調整する前のスラリーのウェット膜厚を最終ウェット膜厚の１倍以上、２倍以下の膜厚に調整するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係るスラリーの塗布方法は、上記発明において、前記基材が方向性電磁鋼板であり、前記スラリーが焼鈍分離剤であり、前記絞りロールの表面には単位幅当たりの溝断面積が５０ｍｍ^２／ｍ以上、４００ｍｍ^２／ｍ以下の範囲内にある線状の溝が形成されていることを特徴とする。

本発明に係るスラリーの塗布方法は、上記発明において、前記絞りロールの直径が４０ｍｍ以上、４００ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする。

本発明に係るスラリーの塗布装置は、走行する基材の片面又は両面にスラリーを供給し、前記基材の表面側及び裏面側に配置された絞りロールをそれぞれ前記基材の表面及び裏面に押し付けることによって、スラリーの付着量を調整しながら前記基材の片面又は両面にスラリーを塗布するスラリーの塗布装置であって、前記基材との接触面において前記絞りロールを前記基材の走行方向と同じ方向に回転させ、前記絞りロールの回転速度を前記基材の走行速度の１．２倍以上、２倍以下の速度に制御する制御手段を備えることを特徴とする。

本発明に係るスラリーの塗布装置は、上記発明において、前記絞りロールが、前記基材の走行方向に沿って複数段設けられ、前記制御手段は、最終段の絞りロールにおいて前記スラリーの付着量を調整する前のスラリーのウェット膜厚を最終ウェット膜厚の１倍以上、２倍以下の膜厚に調整することを特徴とする。

本発明に係るスラリーの塗布装置は、上記発明において、前記基材が方向性電磁鋼板であり、前記スラリーが焼鈍分離剤であり、前記絞りロールの表面には単位幅当たりの溝断面積が５０ｍｍ^２／ｍ以上、４００ｍｍ^２／ｍ以下の範囲内にある線状の溝が形成されていることを特徴とする。

本発明に係るスラリーの塗布装置は、上記発明において、前記絞りロールの直径が４０ｍｍ以上、４００ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする。

本発明に係るスラリーの塗布方法及び塗布装置によれば、基材の全長に渡ってスラリーを均一に塗布することができる。

図１は、本発明の一実施形態であるスラリーの塗布装置の構成を示す模式図である。 図２は、図１に示すスラリーの塗布装置の変形例の構成を示す模式図である。 図３は、絞りロールの構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるスラリーの塗布装置の構成及びその動作について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるスラリーの塗布装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるスラリーの塗布装置１は、方向性電磁鋼板等の基材Ｐの走行方向に沿って順に配置された、スラリー供給ノズル２と、複数段（本例では２段）の絞りロール３ａ，３ｂと、を備えている。なお、本実施形態では、基材Ｐの走行方向に沿って絞りロールを複数段配置することとしたが、図２に示すように、絞りロールを１段のみ配置するようにしてもよい。

スラリー供給ノズル２は、例えばスプレーノズルによって構成され、その吐出口が基材Ｐの表面及び裏面に対向するように配置されている。スラリー供給ノズル２は、吐出口を介して基材Ｐの表面及び裏面に焼鈍分離剤（例えば酸化マグネシウムを含むスラリー）等のスラリーＳを塗布する。なお、スラリー供給ノズル２をスプレーノズルによって構成する場合、スラリーの詰まりを抑制するために、オリフィス径をφ３ｍｍ以上とすることが好ましい。また、スラリーは、絞りロール３ａ，３ｂで基材Ｐの表面及び裏面に付着したスラリーを絞るために基材Ｐの表面及び裏面にある程度余剰に供給されること（例えばウェット膜厚２００μｍ以上）が好ましい。

絞りロール３ａ，３ｂは、例えばゴムロールによって構成され、基材Ｐの表面及び裏面に塗布されたスラリーＳを絞ることによって基材Ｐ上におけるスラリーＳの膜厚を均一に調整する。絞りロール３ａ，３ｂをゴムロールで構成する場合、ゴムロールを形成するゴムの材質としては、耐摩耗性に優れるウレタンゴム、ニトリルゴム、ハイパロンゴム等を用いることが好ましい。また、ゴムロールを形成するゴムの硬度は、ショアＡ４５以上、Ａ８５以下の範囲内にすることが望ましい。

基材Ｐの走行方向上流側に位置する絞りロール３ａによって絞られた後のスラリーＳのウェット膜厚は、最終ウェット膜厚の１倍以上、２倍以下の範囲内にすることが好ましい。基材Ｐの走行方向下流側に位置する絞りロール３ｂによって絞られるスラリーＳの量を削減することにより、絞りロール３ｂと基材Ｐとの間の液メニスカスの液量が減少する。これにより、液メニスカスが乱れることによって発生するスジ模様を減少させ、より美麗で均一な外観が得られる。また、スラリーＳを絞る際に大きな気泡を巻き込み、太いスジ状の欠陥が発生することを抑制できる。

すなわち、絞りロール３ａによって絞られた後のスラリーＳのウェット膜厚が最終ウェット膜厚の２倍より多い場合、絞りロール３ｂと基材Ｐとの間の液メニスカスの液量が増大し、スジ模様が発生する。一方、絞りロール３ａによって絞られた後のスラリーＳのウェット膜厚が最終ウェット膜厚の１倍より小さい場合には、絞りロール３ｂによってスラリーＳの付着量が十分に調整されない部分が残り、スジむらが残存する。

絞りロール３ａ，３ｂの回転方向は、基材Ｐとの接触面において基材Ｐの走行方向と同方向になるようにする。絞りロール３ａ，３ｂの回転方向を基材Ｐとの接触面において基材Ｐの走行方向と逆方向とした方が、絞りロール３ａ，３ｂと基材Ｐとの間の液メニスカスの液量が安定し、スジの発生が抑制されるために、外観がより美麗となる。但し、固体粒子を含むスラリーが研磨剤のような役割をするために、絞りロール３ａ，３ｂが摩耗し、絞りロール３ａ，３ｂの寿命が低下する。

絞りロール３ａ，３ｂの回転速度は、基材Ｐの走行速度の１．２倍以上、２倍以下の範囲内にある。本発明の発明者らは、絞りロール３ａ，３ｂの回転速度を基材Ｐの走行速度の１．２倍以上にすることによって、絞りロール３ａ，３ｂと基材Ｐとの間の液メニスカスに錯乱が起こり、規則的なリビングのスジ模様を微細化し、塗布膜の外観を美麗化できることを見出した。液メニスカスは、大気圧と表面張力及び液膜圧力とがバランスして成り立っている。しかしながら、ロール周速差による乱れや外力が加わることによって、そのバランスは変化する。このため、液メニスカスは、より細かく変形することによって、曲率半径を小さくし、見かけ上の表面張力を大きくする（これは小さな液滴が大きな液滴より球形状を維持し易いことと同意）ことにより、バランスを保っている。結果、液メニスカスの振動は微細化し、それに伴い発生するスジ模様も微細化する。また、一般に、基材Ｐの走行速度に対して絞りロールの回転速度が相対的に速くなると、絞りロールの寿命が低下する。

このため、スラリーを塗布する際には、基材Ｐと絞りロールとの間に相対速度を与えることは無かった。しかしながら、本発明の発明者らは、絞りロールを基材Ｐの走行方向と同じ方向に回転させる場合には、基材Ｐと絞りロールとの間に相対速度を与えることによって絞りロールの摩耗を軽減できることを見出した。但し、絞りロール３ａ，３ｂの回転速度が基材Ｐの走行速度の２倍より大きくなると、絞りロール３ａ，３ｂの回転方向が基材Ｐとの接触面において基材Ｐの走行方向と逆方向である場合と同様に絞りロール３ａ，３ｂの摩耗が激しくなるので、運用上好ましくない。

なお、図３に示すように、スラリーの付着量を確保するために絞りロール３ｂの周面に線状溝４を形成してもよい。この場合、線状溝４の延伸方向は基材Ｐの走行方向に対して平行であっても、角度を有していてもよい。また、方向性電磁鋼板に焼鈍分離剤を塗布するためにスラリーの塗布装置１を用いる場合には、線状溝４の幅は単位幅当たりの溝断面積が５０ｍｍ^２／ｍ以上、４００ｍｍ^２／ｍ以下の範囲内になるように調整することが望ましい。線状溝４の幅がこの範囲より狭い場合、焼鈍分離剤の供給量を確保するために絞りロール３ｂの押し付け圧力を低下させる必要があるが、幅方向の押し付け圧力が不均一となり、外観が劣化する。一方、線状溝４の幅がこの範囲より広い場合には、絞りロール３ｂと基材Ｐとの間の液メニスカスの液量が多大となり、外観が劣化する。

また、絞りロール３ａ，３ｂの直径は、小さい方がスジ模様の微細化には効果的である。このため、絞りロール３ａ，３ｂの直径は４００ｍｍ以下とすることが望ましい。さらに好ましくは３００ｍｍ以下とすることが望ましい。但し、剛性不足や運用上の問題から絞りロール３ａ，３ｂの直径が４０ｍｍ未満とすることは好ましくない。

このような構成を有するスラリーの塗布装置１を利用して走行する基材Ｐの片面又は裏面にスラリーを塗布する際には、スラリー供給ノズル２から走行する基材Ｐの表面及び裏面にスラリーＳを連続的に供給する。絞りロール３ａでは、余剰のスラリーＳが絞られる。絞りロール３ａによるスラリーＳの絞り量は、絞りロール３ｂによるスラリーＳの絞り量と同等又は若干多い量に調整されている。これにより、余剰スラリー量が低減された状態で絞りロール３ｂの押し付けによってスラリーＳの最終ウェット膜厚が最終調整される。このように絞りロール３ａによって一度余剰のスラリーＳを絞ることにより、絞りロール３ｂによるスラリーＳ絞り時に発生する液メニスカスの液量を低減し、スジ状欠陥や気泡の巻き込みを低減できる。これにより、基材Ｐの全長に渡ってスラリーを均一に塗布できる。

本実施例では、板厚０．３ｍｍ、板幅１１６０ｍｍの帯状鋼帯に対して以下の表１に示す塗布条件でスラリーを塗布し、乾燥後の塗膜の外観を評価した。スラリー供給ノズル２として、直径６ｍｍの丸穴を１００ｍｍピッチで帯状鋼帯の幅配向に配列したスプレーノズルを用いた。絞りロール３ａ，３ｂとして、金属ロールにゴムをライニングしたゴムロールを用いた。ゴムライニングの厚さは２０ｍｍとし、ゴムは硬度Ｈｓ５５°のウレタンゴムとした。絞りロール３ａ，３ｂの直径は５０〜３２０ｍｍの範囲内とした。また、帯状鋼帯との接触面において帯状鋼帯の走行方向と同方向に回転する条件のゴムロールは、幅方向ピッチ０．１〜２ｍｍ、深さ０．０５〜１ｍｍのＶ形状溝が表面に形成されているものを用いた。また、ゴムロールの押し付け圧力は、スラリーの付着量に応じて２０〜３５０ｋｇの間で変化させた。スラリーは水と酸化マグネシウムの粉末とを混合させたものを用い、スラリーの固形分濃度を５体積％に調整したものを用いた。また、帯状鋼帯の走行速度は６０ｍ／ｍｉｎとした。また、スラリー塗布後は、熱風乾燥炉で３５０°のエアーを吹き付け、１０℃／秒の昇温速度で１５０°まで昇温することによって、塗膜を乾燥させた。

スラリーの付着量については、乾燥後に切り出した帯状鋼帯の蛍光Ｘ線強度を測定し、測定された蛍光Ｘ線強度を予め作成した検量線と比較することによって評価した。なお、検量線は、ＭｇＯ皮膜形成後のサンプルの蛍光Ｘ線強度を測定し、サンプルの質量とＭｇＯ皮膜拭き取り後のサンプル質量との差を測定することによってＭｇＯ皮膜の重量を測定し、蛍光Ｘ線強度とＭｇＯ皮膜の重量との関係を求めることによって作成した。蛍光Ｘ線強度測定時のマスク径は２０ｍｍ、加速電圧は４５ｋＶ、加速電流は５０ｍＡ、測定時間は２０秒とした。表１に示す最終ウェット膜厚は、乾燥後の塗膜の重量とスラリー固形分濃度とから逆算した値である。ウェット膜厚Ａは、スラリー塗布実施中に絞りロール３ｂを開放し、絞りロール３ａのみによるＭｇＯ皮膜の乾燥後の付着量を測定することによって逆算した。

塗布後の外観は、乾燥後の帯状鋼帯を切り出し、十分に明るい蛍光灯の下で目視によって評価した。外観評価に関しては、スジの発生がなく、平滑な皮膜が得られているものは◎とした。また、目視ではほとんど気にならない微小なスジが僅かに発生しているものは○、ほぼ全面にはっきりとしたスジむらが見られたものは×とした。評価結果を以下の表１に示す。表１に示すように、本発明の実施例１〜１８では、ロール絞りにより、帯状鋼帯の全長に渡ってスラリーを平滑、且つ、均一に塗布することができた。これに対して、比較例１〜４では、帯状鋼帯と同等速度で回転するロールでスラリーを塗布したので、スジ状のムラが発生し、帯状鋼帯の全長に渡ってスラリーを均一に塗布することができなかった。なお、実施例では、基材として帯状鋼帯を用いたが、基材は帯状鋼帯に限定されることはなく、アルミニウム等の他の金属板や紙、フィルムを基材として用いることもできる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ スラリーの塗布装置
２ スラリー供給ノズル
３ａ，３ｂ 絞りロール
４ 線状溝
Ｐ 基材
Ｓ スラリー

Claims (6)

1. 走行する基材の片面又は両面にスラリーを供給し、前記基材の表面側及び裏面側に配置された絞りロールをそれぞれ前記基材の表面及び裏面に押し付けることによって、スラリーの付着量を調整しながら前記基材の片面又は両面にスラリーを塗布するスラリーの塗布方法であって、
   前記基材との接触面において前記絞りロールを前記基材の走行方向と同じ方向に回転させ、前記絞りロールの回転速度を前記基材の走行速度の１．２倍以上、２倍以下の範囲内に制御する制御ステップを含み、
   前記絞りロールが、前記基材の走行方向に沿って複数段設けられ、前記制御ステップは、最終段の絞りロールにおいて前記スラリーの付着量を調整する前のスラリーのウェット膜厚を最終ウェット膜厚の１倍以上、２倍以下の膜厚に調整するステップを含むことを特徴とするスラリーの塗布方法。
2. 前記基材が方向性電磁鋼板であり、前記スラリーが焼鈍分離剤であり、前記絞りロールの表面には単位幅当たりの溝断面積が５０ｍｍ^２／ｍ以上、４００ｍｍ^２／ｍ以下の範囲内にある線状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスラリーの塗布方法。
3. 前記絞りロールの直径が４０ｍｍ以上、４００ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラリーの塗布方法。
4. 走行する基材の片面又は両面にスラリーを供給し、前記基材の表面側及び裏面側に配置された絞りロールをそれぞれ前記基材の表面及び裏面に押し付けることによって、スラリーの付着量を調整しながら前記基材の片面又は両面にスラリーを塗布するスラリーの塗布装置であって、
   前記基材との接触面において前記絞りロールを前記基材の走行方向と同じ方向に回転させ、前記絞りロールの回転速度を前記基材の走行速度の１．２倍以上、２倍以下の速度に制御する制御手段を備え、
   前記絞りロールが、前記基材の走行方向に沿って複数段設けられ、前記制御手段は、最終段の絞りロールにおいて前記スラリーの付着量を調整する前のスラリーのウェット膜厚を最終ウェット膜厚の１倍以上、２倍以下の膜厚に調整することを特徴とするスラリーの塗布装置。
5. 前記基材が方向性電磁鋼板であり、前記スラリーが焼鈍分離剤であり、前記絞りロールの表面には単位幅当たりの溝断面積が５０ｍｍ^２／ｍ以上、４００ｍｍ^２／ｍ以下の範囲内にある線状の溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスラリーの塗布装置。
6. 前記絞りロールの直径が４０ｍｍ以上、４００ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項４又は５に記載のスラリーの塗布装置。

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