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【発明の名称】 |
ライニングロールの縦弾性係数測定方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】松森 保雄
【氏名】大谷 成明
【氏名】武石 芳明
【氏名】濱荻 健司 |
【課題】ロールコータの塗装膜厚制御の計算モデル中にライニングロールの縦弾性係数をパラメータとして含む場合に、簡便かつ容易に縦弾性係数を求める方法を提供し、制御精度を向上させること。
【解決手段】ウェット状態でロールを回転させながら、ロール間の往復押込みサイクルを行い、押込量と荷重の測定値からロール撓みを補正して真の押込量を求め、塗料の流体挙動に関する真の押込量および荷重の関係に基づいて、縦弾性係数を求める。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも１本がライニングされた２本の回転するロールが塗料で覆われた状態で、ロール間の往復押込みサイクルを行い、得られた押込量の測定値と荷重の測定値から、ロール撓みを補正して真の押込量を求め、塗料の流体挙動に関する真の押込量および荷重の関係に基づいて、縦弾性係数を求めることを特徴とするライニングロールの縦弾性係数測定方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はロールコータ型塗装装置（以下、ロールコータという）において、塗装膜厚制御の制御定数として重要なライニングロールの縦弾性係数を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１にロールコータの概略図を示す。ロールコータは鋼帯、紙、フィルムなどの帯状体に塗料、インク、接着剤、機能剤等の液状体（部分的に固形粒子を含む場合もある）を連続的に塗装する装置として広く用いられている。以下の説明では鋼帯塗装用のロールコータを例に述べる。
【０００３】ロールコータは、塗料パン１内の塗料６を引き上げる金属製のピックアップロール２と、ピックアップロール２から塗料を受け取り、鋼帯５の表面に塗料を転写して塗装するアプリケータロール３と、鋼帯５を支持する金属製のバックアップロール４より構成される。均一に塗料を転写するため、アプリケータロール３の表面には硬質ゴムのライニング７が施されている。
【０００４】塗装膜厚制御ではピックアップロールとアプリケータロールとの間隙（以下この２つのロールの接触部分をニップとも言う）を調整し、アプリケータロールに移動する塗料流量（塗料厚さ×周速）を制御している。ニップの間隙調整はいずれかのロール両端の圧下ねじなどの圧下機構を駆動することによって行われる。通常は２つのロールがキスタッチしたよりもさらに締め込んだ状態で塗装するので、締め込みの量を押込量ともいう。アプリケータロールはライニングされており、ピックアップロールは金属製またはライニングされたロールであるため、ニップの間隙調整をするには、少なくとも１本のライニングロールの弾性変形を考慮しなければならない。塗装膜厚の計算機制御を行っている場合はとくにライニングロールの縦弾性係数の精度が制御精度に大きく影響する。
【０００５】塗装膜厚制御では塗装膜厚制御モデルが用いられる。例えば特開平５−２２０４４１号公報に記載の塗装膜厚モデル式ではライニングの縦弾性係数（ヤング率）を押込量に依存しない定数として扱っている。
【０００６】従来ライニングロールのような円筒型のゴムの縦弾性係数Ｅを簡便に測定する方法として、ライニングロールを研磨後、ショアー硬度を測定し、Ｅ＝ａ・Ｈｓ−ｂ（ただし、Ｅ：縦弾性係数、Ｈｓ：ショアー硬度、ａ，ｂ：定数、である。）として求める方法がある。
【０００７】しかし、円筒型のライニングロールのショアー硬度を測定するのは相当の熟練を要し、誤差も大きい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平５−２２０４４１号公報では塗装膜厚の制御因子として、ニップ圧を変化させる制御方法を例示している。ニップ圧制御の方式では比較的高いニップ圧、すなわち押込量が大きい状態で制御するため、縦弾性係数を定数として扱ってもあまり問題はない。しかし、厚膜塗装の場合のように低ニップ圧で操業する場合には押込量が小さく、この領域での縦弾性係数は一定ではないため、縦弾性係数を定数として扱うと制御精度が極端に悪くなると言う問題がある。
【０００９】一方、ライニングのゴムは塗料に含まれる有機溶剤のため膨潤したり、塗装開始後、時間経過にともなってライニングロールの温度が変化するため、ライニングロールの縦弾性係数は刻々変化する。塗装ラインを長時間停止することなく、ライニングロールの縦弾性係数変化を的確に把握できれば、これを塗装膜厚のモデル式に取り込み、塗装膜厚の制御精度を高めることができる。しかし、前記のショアー硬度を測定して縦弾性係数を求める方法はオフラインでの測定であるため、経時変化による膨潤や温度変化には対応できない。
【００１０】従って、本発明の課題はライニングロールをロールコータに装着したまま短時間で、かつ容易に縦弾性係数を測定する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】発明者らは前記のライニングロールの縦弾性係数を簡便に精度よく測定するため種々実験と検討を行い、以下の知見を得た。
【００１２】(1) 塗装膜厚モデルに用いる縦弾性係数はピックアップロールのライニングの有無に関わらず、ピックアップロールとアプリケータロールとを全体で一つの弾性系として把握すればよい。
【００１３】(2) ライニングロールの縦弾性係数は本来ドライ状態（ロールが塗料で覆われていない状態）で押込サイクルを実行し、押込量とロール荷重の関係から求めるべきである。ウェット状態（両ロールが塗料で覆われた状態）でロール間を押込むと、ニップに塗料が介在するため補正を行わなければならないが、ニップの塗料の挙動は流体潤滑モデルによって求めることができるので、ドライ状態への補正が可能である。
【００１４】(3) ニップ直下での押込量（真の押込量）は直接は測定できず、測定できるのは圧下ねじ機構の変位量である。従って真の押込量を求めるには、押込量測定値からロール両端軸および軸受け部などの弾性変形（以下、ロール撓みという）を補正しなければならない。
【００１５】以上の知見から導いた本発明の要旨は「少なくとも１本がライニングされた２本の回転するロールが塗料で覆われた状態で、ロール間の往復押込みサイクルを行い、得られた押込量の測定値と荷重の測定値から、ロール撓みを補正して真の押込量を求め、塗料の流体挙動に関する真の押込量および荷重の関係に基づいて、縦弾性係数を求めることを特徴とするライニングロールの縦弾性係数測定方法」にある。
【００１６】
【発明の実施の形態】縦弾性係数測定に先立ち、アプリケータロールとピックアップロール間の基準位置を定めること、すなわち、両ロールのキスタッチ状態で押込量の表示値をゼロにリセットすることが必要である（以下、このロール間基準位置を定める作業をゼロ調と言う）。従来のゼロ調では、作業者はロールを停止し、ニップ部に例えば 100μｍ厚の隙間ゲージをあてがい、目視で確認しながらロールの左右のバランスをとる。その後、ロール間を 100μｍ押込んだ位置をキスタッチ位置として押込量表示値をゼロにリセットする作業が行われている。しかし、この作業はドライ状態で行わねばならないので、本発明の課題には一致しない。従って、佐藤らの文献（「２ロール系におけるロール接触位置検出方法の検討」、化学工学会第２８回秋季大会予稿集、1995/9）に開示されているように、ウェット状態で左右の荷重をバランスさせた後、ロール間を押込んで行き、押込量対荷重の関係を２次式で回帰式化して自動ゼロ調を行うのが好ましい。
【００１７】ゼロ調を行った後、本発明の縦弾性係数の測定を以下のように行う。まず、ウェット状態でピックアップロールとアプリケータロールを一定速度で回転させながら、ロール間を押込んで行き、再び開放する１往復の押込サイクルを行う。この間、データ収集計算機で荷重値Ｐと押込量表示値Ｓとを一定間隔でサンプリングし、データの組、Ｐ(i) とＳ(i) を保存する。ここで、ｉはサンプリング回数を表すインデックスである。
【００１８】次いで、Ｐ(i) とＳ(i) とのデータの組に対して、下記の(1) 式に示すようにロール軸受け、圧下機構などの弾性変形（ロール撓み）の補正を行い、ニップ直下の真の押込量ｅ(i) を求める。
【００１９】
ｅ(i) ＝Ｓ(i) ＋Ｇ・Ｐ(i) (1)ここで、Ｇはピックアップロールおよびアプリケータロールの機械系の剛性係数の逆数で、ロールコータ設備によって決まる定数である。
【００２０】前記で求められた真の押込量ｅ(i) は荷重値Ｐと押込量表示値Ｓの測定系の統計誤差を含んでいる。ｅ(i) を以下の計算式にそのまま用いてもよいが、発明者らは統計誤差を含まない形に補正する方法を用いた。
【００２１】すなわち、Ｐ(i) とｅ(i) のデータの組に対し、統計処理により下記(2) 式のような回帰式（例えばεの３〜５次の多項式でもよい）を求める。
Ｐ＝Ｐ( ε) (2)荷重Ｐ(i) と、(2) 式によって統計誤差を補正した真の押込量ε(i) とのデータの組を保存する。
【００２２】一方、ウェット状態での測定をドライ状態に換算するために必要なニップの塗料の挙動は以下のように求める。ニップの塗料の挙動を表す式として、発明者らが用いたのは、流体潤滑理論から導出したロール間荷重（ロール反力）Ｐ、真の押込量εおよび縦弾性係数Ｅの関係を表す以下の関係式（実験式）である。
【００２３】
Ｐ＝Ｆ・Ｂ・Ｅ・Ｒm C1・εC2／ｔ (3) Ｆ＝ΣＡk （log Ｎe ）k (4) Ｎe ＝Ｃ3 ・μ・Ｖm ・ｔ・Ｒm C4／（Ｅ・εC5） (5) Ｖm ＝（Ｖp ＋Ｖa ）／２ (6) Ｒm ＝２Ｒp ・Ｒa ／（Ｒp ＋Ｒa ） (7)ここで、Ｆ ：無次元化荷重数、（−）、Ｂ ：ピックアップロールとアプリケータロール軸方向接触長さ（mm）
Ｅ ：ライニングのゴムの縦弾性係数（kgf/cm2 ）
ｔ ：ライニング厚さ（mm）
ε ：真の押込量（mm）
Ｎe ：無次元化弾性数（−）
Ｖm ：ピックアップロールとアプリケータロールの平均周速( ｍ/s)Ｖp ：ピックアップロールの周速( ｍ/s)Ｖa ：アプリケータロールの周速( ｍ/s)Ｒm ：ピックアップロールとアプリケータロールの平均半径(mm)Ｒp ：ピックアップロール半径（mm）
Ｒa ：アプリケータロール半径(mm)Ｃ1 〜Ｃ5 ：定数Ａk ：流体潤滑モデルから導出した多項式の係数、ｋ＝１〜６である。
【００２４】上記(3) 〜(7) 式は縦弾性係数Ｅに対して陰関数形式で表現されているため、以下のように繰り返し計算によって求める。まず、縦弾性係数Ｅを仮定し、前記で保存した真の押込量ε(i) を用いて(3)〜(7) によりＰを求め、前記で保存したＰ(i) と一致するかを確認し、一致しなければＥを修正し、最終的に(3) 式のＰと保存したＰ(i) とが一致するまでＥの収束計算を行う。
【００２５】収束計算の結果求められた縦弾性係数Ｅは特定の真の押込量ε(i) に依存する値でＥ(i) と表記する。すなわち、関数的表現では、Ｅ＝Ｅ（ε） （８）
として表現される。
【００２６】図２に前記の計算によって求めた真の押込量εと縦弾性係数Ｅとの関係を示す。同図の曲線Ａはアプリケータロール交換後、塗装開始直後、曲線Ｂは使用開始後２時間経過したもの、曲線Ｃは１１時間経過後の縦弾性係数である。同図からわかるように、縦弾性係数Ｅは一定ではなく、押込量の範囲によって関数として扱うべきことを示しており、とくに押込量の小さな領域では大きく変化することがわかる。また、時間経過とともに、膨潤により縦弾性係数が低下することがわかる。
【００２７】同図でさらに、ライニングのゴムがさほど膨潤していない使用開始後２時間程度までは、押込量０．５ ｍｍ以上の領域では縦弾性係数は一定とみなすことができるが、時間経過とともに押込量0.5 mm以上の領域でも一定ではないことがわかる。
【００２８】
【実施例】本発明の効果を確認する実験を行った。表１に実験時のロールコータの設備仕様および塗装条件を示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】本発明の実験は以下のようにした。複数の鋼帯の連続塗装を実施中に、鋼帯の継ぎ目ごとに塗装を中断し、本発明の方法によりアプリケータロールの縦弾性係数を測定した。測定の都度、塗装膜厚制御モデルの縦弾性係数Ｅの数値表を修正した。
【００３１】一方、従来例の実験では、塗装膜厚制御モデルは本発明の実験と同じモデルを使用したが、モデル中で使用する縦弾性係数Ｅは定数として与えた。表２に本発明例と従来例の制御結果を示す。同表の初期設定誤差とは、塗装条件が変更される都度行う設定変更によって、塗装膜厚計実測値と目標塗装膜厚との誤差を表したもので、制御モデルの初期設定精度を表すものである。
【００３２】
【表２】
【００３３】同表からわかるように、塗装開始後15本（開始後７時間）ぐらいまでは比較的薄膜厚の製品で、本発明例と従来例との差違はあまり見られなかった。１６本目以後、厚膜になると、本発明例の塗装膜厚誤差（％）は薄膜のときよりよくなったのに対し、従来例では薄膜のときとあまり変化が無いか、またはむしろ悪化した。３１〜４５本では再び薄膜厚になったが、塗装膜厚誤差は開始直後１〜１５本目の薄膜厚のときより悪化した。
【００３４】
【発明の効果】本発明により、時々刻々変化し、押込量によっても変化する縦弾性係数を必要の都度、短時間で容易に測定できるので、塗装膜厚精度を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０１９４９
【氏名又は名称】住友金属建材株式会社
【識別番号】０００００２１１８
【氏名又は名称】住友金属工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】広瀬 章一
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| 【公開番号】 |
特開平１１−９０２９１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月６日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２６０１８３ |
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