(57)【要約】【課題】連続して走行する基材に対して高速塗装を施した場合でも、空気同伴や筋状むら等の外観欠陥が発生しない塗装装置と、その塗装装置を用いた有利な塗装方法を提案する【解決手段】基材表面に塗布液を供給して基材に塗装を施すスリットダイを有する仕上塗装装置と、その仕上塗装装置の上流側に、１本以上のロールからなるプレコート装置を有する塗装装置を用いて、連続して走行する基材に塗装を施す際に、上記仕上塗装装置とプレコート装置は同じ組成の塗布液を使用し、かつ、仕上塗装装置では、塗布液の塗布をプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態において行うことを特徴とする塗装方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続して走行する基材表面に塗布液を供給して基材に塗装を施すスリットダイを有する仕上塗装装置と、その仕上塗装装置の上流側に、１本以上のロールからなるプレコート装置を有することを特徴とする塗装装置。
【請求項２】
上記プレコート装置の基材と接触するロールは、表面に研磨加工を施したゴムライニングロールであることを特徴とする請求項１に記載の塗装装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の塗装装置を用いて連続的に走行する基材に塗装を施す方法において、上記仕上塗装装置とプレコート装置は同じ組成の塗布液を使用し、かつ、仕上塗装装置では、塗布液の塗布をプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態において行うことを特徴とする塗装方法。
【請求項４】
仕上塗装装置での塗布液の膜厚を、ダイ−基材の距離の２／５超えとすることを特徴とする請求項３に記載の塗装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的に走行する基材の表面（片面または両面）に塗装を施す塗装装置と、その設備を用いて連続的に走行する基材に塗装を施す方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、連続して走行する鋼板（鋼帯）のような基材に耐食性や加工性、美観性、絶縁性等の高い機能を付与するため、その基材表面に各種の塗膜を形成させる塗装処理を施すことが行われている。この塗装処理には、ロールを用いた塗装装置（以降、「ロールコータ」ともいう）を用いるのが一般的であり、その装置としては、２本のロールを用いた２ロールコータあるいは３本のロールを用いた３ロールコータが広く用いられている。
【０００３】
中でも、３ロールコータは、塗布膜厚の制御性に優れていること、表面外観が比較的美麗な塗膜が得られることなどから、塗装装置の主流になっている。図２は、３ロールコータの模式図を示したものである。この３ロールコータは、塗布液４が満たされているコータパン８より塗布液を汲み上げるピックアップロール７と、上記ピックアップロール７によって汲み上げられた塗布液４の量を調整するミタリングロール（ドクターロール）１１と、上記塗布液をピックアップロール７から受け取り、それを基材１の表面に転写するアプリケータロール６から構成されている。
【０００４】
上記各ロールの回転方向には、ロール間の近接点あるいは密接点において、同方向に回転するナチュラル回転と、逆方向に回転するリバース回転とがあるが、リバース回転の方が、被塗布面の表面凹凸に沿った膜厚均一な塗膜面が得られやすいということから、特に、アプリケータロール６の回転方向は、基材１の走行方向に対してリバース回転とする場合が多い。また、アプリケータロール６には、基材表面に傷を付けないため、鋼ロールにゴムをライニングしたゴムロールが多く用いられている。
【０００５】
ロールコータによって形成される塗膜に発生する代表的な欠陥としては、周方向に筋状の模様が現れる「ローピング」と呼ばれる外観欠陥がある。この欠陥は、流体圧力の変動が、表面張力のメニスカス形状を安定化する効果を上回ったときに発生することが知られている。その他には、アプリケータロールと基材間に空気が巻き込まれて、かすれ（擦れ）が発生したり、膜厚むらを起こしたりして外観品質を低下させる欠陥がある。
【０００６】
上記ロールコータの問題点を解決する塗装装置としては、スリット状のダイから基材表面に塗布液をカーテン状に押し出して供給し、塗布するダイコータが知られている。特に、近年では、加工技術の向上によって、幅広の基材に対しても均一な膜厚を付与することができるスリットダイが開発されており、このダイを用いた塗布装置が、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平０４−０１８９６０号公報
【特許文献２】特願平０７−１７１４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１および特許文献２に開示されたダイコータは、ロールコータに特有の欠陥であるローピングが発生しないため、平滑な塗膜面が得られやすく、また、塗液を溜めるコータパンがなく、塗布液の供給が密閉系であるため、作業環境に好ましいという特長がある。しかし、ダイコータを用いて高速塗装を行おうとすると、図３に示したように、塗膜に気泡が巻き込まれて、いわゆる「空気同伴」と呼ばれる外観欠陥が発生し易い。そのため、従来のダイコータは、１０ｍｐｍ程度の低速塗装に限定されており、生産性を阻害する要因となっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、従来技術が抱える上記問題点を解決し、連続して走行する基材に対して高速塗装を施した場合でも、空気同伴や筋状むら等の外観欠陥が発生しない塗装装置と、その塗装装置を用いた有利な塗装方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、スリットダイを用いた仕上塗装装置の上流側にプレコート装置を配設し、このプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態にあるときに、仕上塗装装置で同じ組成の塗布液を塗布することが外観品質の優れた塗膜を得るのに有効であることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、連続して走行する基材表面に塗布液を供給して基材に塗装を施すスリットダイを有する仕上塗装装置と、その仕上塗装装置の上流側に、１本以上のロールからなるプレコート装置を有することを特徴とする塗装装置である。
【００１１】
本発明の塗装装置における上記プレコート装置の基材と接触するロールは、表面に研磨加工を施したゴムライニングロールであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記の塗装装置を用いて連続的に走行する基材に塗装を施す方法において、上記仕上塗装装置とプレコート装置は同じ組成の塗布液を使用し、かつ、仕上塗装装置では、塗布液の塗布をプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態において行うことを特徴とする塗装方法を提案する。
【００１３】
本発明の塗装方法においては、上記仕上塗装装置での塗布液の膜厚を、ダイ−基材の距離の２／５超えとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スリットダイを用いた仕上塗装装置の上流側にプレコート装置を配設することにしたので、高速で連続的に走行する基材の表面に、「空気同伴」等の外観欠陥のない塗膜を安定して形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、連続して通板される鋼帯のような基材の片面または両面に、筋状欠陥や空気同伴等の外観欠陥のない塗膜を安定して得るために、スリットダイを用いた仕上塗装装置と、その上流側にプレコート装置を配設した塗装装置を採用したことを特徴としている。
【００１６】
図４に示したように、ダイコータのみで、プレコート装置を有していない塗装装置の場合には、高速で塗布を行うと、基材に随伴する空気によって、基材−ダイ間のメニスカスを安定して形成することが阻害される結果、図３に示したように、塗装後の液膜中（図中：Ａ）に気泡が巻込まれて外観不良が発生しやすくなる。したがって、上記弊害を回避し、外観品質に優れた塗膜を得るためには、基材に随伴する空気がダイと基材間のメニスカスに悪影響を及ぼさないようにすればよい。
【００１７】
そこで、本発明では、図５に示したように、ダイコータからなる仕上塗装装置の上流側にプレコート装置を配設し、基材表面に予め塗布液の膜（図中：Ｂ）を形成した状態としておくことで、スリットダイから供給される塗布液と基材表面に既に塗布されている塗布液との接触が促進されてメニスカスが安定化するので、気泡の巻き込みを防止することができる。
【００１８】
図１は、スリットダイを有する仕上塗装装置とその上流側に配設されたプレコート装置とから構成された、本発明に係る塗装装置の一例を模式的に示したものである。
上記仕上塗装装置は、基材１の片表面に塗布液４をカーテン状に供給して塗布するスリットダイ３と、スリットダイ３から基材１の表面に塗布液４を塗布する際、基材１を支持するバックアップロール２とから構成されている。上記スリットダイ３には、スリットのギャップを調整する調整ボルト１０が設けられており、これによって、基材幅方向の塗布液の吐出圧力を均一化したり、塗布液の吐出量（塗布量）を制御したりすることができる。さらに、上記スリットダイ３には、スリットダイを移動可能とした駆動装置５が取付けられており、これによりダイと基材との間の距離を精密に制御することができる。なお、図１では、基材１への塗布液の塗布を、基材１が振動を起こさないよう、バックアップロール２に基材１を巻き付けた状態で片面ずつ行っているが、基材１を挟んで両面にスリットダイ３を配設し、バックアップロールがない状態で、両面同時に塗装を施すようにしてもよい。
【００１９】
次に、仕上塗装装置の上流側に配設されたプレコート装置は、上述したように、ダイコータで基材表面に塗布液を塗布する前に、予め基材表面に塗布液を塗布しておくことによって、塗膜中への空気の巻込みを防止する役割を担うもので、基材に塗布する塗布液を溜めているコータパン８と、そのコータパン８から塗布液を汲み上げるピックアップロール７と、そのピックアップロール７から塗布液の転写を受けて、それをさらに基材１に転写（塗布）するアプリケータロール６とから構成されている。この際の基材の通板方向は、水平パスでも垂直パスでも何れでもよい。
【００２０】
上記プレコート装置のピックアップロール７は、鋼ロールあるいはゴムをライニングしたゴムロールのいずれを用いてもよい。また、アプリケータロール６は、鋼ロールにゴムをライニングし、その表面に研磨加工を施したゴムロールであることが好ましい。ゴムロールの表面に、研磨加工を施すことで、濡れ性がよくなり、塗布液がなじみ易くなる効果がある。加工の方法としては、機械研磨による研削や、化学反応による化学研磨を好適に用いることができる。
【００２１】
ところで、図１では、プレコート装置について、２本のロールを用いたロールコータで説明した。しかし、プレコート装置では、ローピング等の膜厚ムラが発生したとしても、仕上塗装前までにある程度レベリングされ、仕上塗装でさらに均一化されるため、１ロールコータでも目的を達成することができる。したがって、膜厚制御が可能な機能さえ有していれば、プレコート装置のロール本数は１本でもよい。ただし、３ロールコータは、膜厚制御性に優れるため、塗膜の品質上は２ロールコータより好ましい態様であるが、設備コストが高くなる。
【００２２】
また、プレコート装置において、塗布液をアプリケータロールに供給する方法は、図１に示したようなコータパンから塗布液を汲み上げる方式である必要はなく、例えば、ノズルやスリットダイから塗布液をアプリケータロールに吐出する方式を用いてもよい。
【００２３】
次に、本発明の塗装方法について説明する。
本発明の塗装方法は、上記塗装装置を用いて、連続的に走行する基材に塗装を施すに際して、仕上塗装装置とプレコート装置とで同じ組成の塗布液を使用し、かつ、仕上塗装装置では、塗布液の塗布をプレコート装置で塗布した塗布液が液体の状態において行うことが特徴である。仕上塗装装置とプレコート装置とで、同じ組成の塗布液を、塗布液が液体の状態において重ねて塗布することにより、空気の巻込みを防止できるだけでなく、擦れや筋状ムラ等の発生を防止することができる。
【００２４】
上記塗装に用いられる塗布液は、特に限定されるものではないが、例えば、仕上塗装後の液膜厚が３μｍ未満程度の薄膜の場合は、外観欠陥の発生を防止する観点から、室温における粘度が１０ｍＰａ・ｓ以下、表面張力が３０〜１００ｄｙｎ／ｃｍの範囲になるように塗布液の物性を調整することが好ましい。粘度が１０ｍＰａ・ｓを超えると、粘性力が増加し、メニスカスの圧力変動も大きくなり、外観欠陥が発生しやすくなる。また、表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ未満では、粘性力が増加し、メニスカスの圧力変動も大きくなり、外観欠陥が発生しやすくなる。一方、表面張力が１００ｄｙｎ／ｃｍを超えると、濡れ性が悪くなりやはじき、かすれ、ムラが出やすくなるためである。粘度、表面張力の調整方法は、特に限定されるものではなく、希釈、界面活性剤の添加等、既存の方法で行えばよい。また、塗布液の濃度が低すぎると、はじきなどの不良が発生しやすくなるため、０．０１ｖｏｌ％程度以上とすることが好ましい。
【００２５】
また、プレコート装置で、予め塗布する塗布液の膜厚は、塗布面の全面に亘って塗布され、目標仕上液膜厚以下であればよいが、目標仕上液膜厚の４／５以下であることが好ましく、１／２以下であればさらに好ましい。
【００２６】
一方、仕上塗装後の塗膜厚みも、特に制限されるものではないが、目標の乾燥膜厚になるように、適宜塗布液の濃度と塗膜厚みを調整すればよい。ただし、外観を良好にするためには、前述のように、塗布液の粘度、表面張力、濃度等を調整することが好ましい。
【００２７】
次に、本発明の塗装方法により、より良好な塗膜を得るための条件について説明する。
前述したように、ダイコータにおける代表的な塗膜欠陥としては、図３で説明したように、上流側から空気が巻き込まれる空気同伴がある。巻込まれた空気は、気泡となって膜厚むらや、塗膜性能の低下、塗膜外観の悪化を引き起こす。この空気同伴は、主に、ダイヘッドと基材との間隔、塗布液の吐出圧力、塗布液の物性値（粘度、表面張力）やライン速度等に依存するが、塗布液の粘度が高いほど、また、基材の走行速度（ライン速度）が速いほど発生しやすい。特に、高速塗布では、基材が高速で濡れることにより、流体の圧力変動に起因する力が表面張力によるメニスカス安定化の効果を上回り、基材−ダイ間のメニスカスの振動が激しくなり、気泡巻き込みの発生は避け難くなるためである。
【００２８】
上記メニスカスの振動は、ダイのギャップや塗布液の吐出圧力の調整により、ある程度防止することができる。しかし、メニスカスの振動は、鋼板の粗さに起因して起こることもあり、この場合、上記調整ではメニスカスの振動は避けられない。その他、高速塗布では、空気同伴以外に、液切れやスジ状模様等の外観欠陥が起こりやすくなる。
【００２９】
そこで、発明者らは、種々の実験を行い、高速塗布を行なっても、安定して外観品質に優れた塗膜を得る条件について検討した結果、塗布液の膜厚をダイ−基材間の距離の２／５超えとすることによって、上記外観欠陥を安定して防止できることを見出した。その理由は、まだ十分に解明されているわけではないが、塗布液の膜厚をダイ−基材間の間隔の２／５以下にすると、ダイ−基材間の液だまり部の形状が不安定となり、空気同伴が起こるためと考えている。本発明では、プレコート装置を有しているため、メニスカスの振動、空気巻込みが緩和され、塗布液の膜厚をダイ−基材間の間隙の２／５以上とすることで安定した塗布を実現することができる。なお、ダイ−基材間の間隔の上限は、特に制限はないが、メニスカスの振動、空気巻込みを少なくするためには、１ｍｍ以下とするのが好ましい。
【実施例】
【００３０】
板厚：１．２ｍｍ、板幅：９５０ｍｍの亜鉛めっき鋼板のコイルに対して、図１に示したスリットダイを用いた仕上塗装装置と、その上流側に配設された２本のロールを有するプレコート装置からなる本発明の塗布装置を用いて、表１に記載した塗布条件で、目標塗膜厚（乾燥前）を３０〜５０μｍとする塗装を施した。
なお、塗布液には、固形分濃度が５ｖｏｌ％、液温２０℃における粘度が３ｍＰａ・ｓ、表面張力が４０ｄｙｎ／ｃｍのリン酸系水性塗料を適宜水で希釈して用いた。
図１の仕上塗装装置におけるスリットダイには、スリットのギャップを調節するための調整ボルトと、ダイと鋼板との距離を調整する駆動機構を備えたものを用いた。
また、プレコート装置は、コータパンから塗布液を汲み上げるピックアップロールには、表面に多数の凹部が形成されているロール径が２５０ｍｍφグラビアロールを、また、鋼板と接触するアプリケータロールには、ゴムをライニングし、Ｒａ：２．０μｍに研磨加工を施したロール径が２５０ｍｍφのゴムロールを用いた。プレコート装置における塗布液の目標膜厚は、ロールの周速およびニップ圧力を調整することで所定の値（５μｍおよび１０μｍ）になるように調整した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
上記のようにして、塗装を施し、乾燥させた亜鉛メッキ鋼板コイルの塗装外観を、十分な明るさの蛍光灯の下で目視観察し、筋状むら、気泡の巻込みの発生を検査し、外観品質を評価した。また、塗装後の塗布液の厚さ（乾燥前）についても測定した。なお、比較例として、図４のように、プレコート装置無しで、ダイコータだけの仕上塗装装置で塗装を行った場合についても、同様の調査を行った。
【００３３】
上記の結果を纏めて表１に示した。表１から、本発明条件に適合するプレコート有りの発明例（Ｎｏ．１〜９）では、基材の走行速度（ライン速度）が５０ｍｐｍ以上でも、気泡巻き込みや筋状のむらを発生することなく良好な外観品質を有する塗膜が得られている。一方、プレコート無しの比較例（Ｎｏ．１０〜１３）では、ライン速度５０ｍｐｍ以上で、気泡の巻込みや、筋状むらが発生し、塗膜外観に劣るものしか得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の技術は、上記実施例では亜鉛めっき鋼板を用いて説明したが、亜鉛めっき鋼板や冷延鋼板等の鋼板に限定されるものではなく、例えば、アルミニウムや銅等の金属板や、紙、フイルム等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の塗装設備の一例を説明する模式図である。
【図２】従来の３ロールコータを説明する模式図である。
【図３】従来のスリットダイにおける空気同伴が起こる様子を説明する模式図である。
【図４】従来のダイコートのみの塗装設備の模式図である。
【図５】本発明のスリットダイによる塗布状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：基材（鋼帯）
２：バックアップロール
３：スリットダイ
４：塗布液
５：駆動装置
６：アプリケータロール
７：ピックアップロール
８：コータパン
９：気泡
１０：調節ボルト
１１：ミタリングロール（ドクターロール）
Ａ：仕上塗装後の塗布膜
Ｂ：プレコート装置で予め塗布された塗布膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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