JP2007245135A

JP2007245135A - 紫外線塗料硬化設備、塗料硬化方法

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Publication number: JP2007245135A
Application number: JP2006350832A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Hara; 秀明原; Masahiro Goto; 征弘後藤; Takao Nomura; 孝夫野村
Original assignee: Trinity Industrial Corp
Current assignee: Trinity Industrial Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】不活性ガスの消費量を低減でき、しかも紫外線硬化型塗料の早期硬化を図ることができる紫外線塗料硬化設備を提供すること。
【解決手段】紫外線塗料硬化設備１１は、ワークＷに紫外線を照射して紫外線硬化型塗料を硬化させる。紫外線塗料硬化設備１１は、処理槽１２、搬送手段１４、光源１３及び供給手段３１を備える。処理槽１２は、槽上部１２ａが閉塞され、槽最下部にワーク出入口１２ｃ，１２ｄが形成される。搬送手段１４は、ワーク出入口１２ｃを介してワークＷを処理槽１２内に搬入し、ワーク出入口１２ｄを介して処理槽１２外にワークＷを搬出する。光源１３は、処理槽１２内のワークＷに紫外線を照射する。供給手段３１は、加熱された空気よりも軽い不活性ガスを処理槽１２内に供給し、処理槽１２内に溜める。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークに紫外線を照射して、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料を硬化させる紫外線塗料硬化設備、及び、ワークに紫外線を照射することによる塗料硬化方法に関するものである。

従来、紫外線塗料硬化設備は、車両用部品などのワークに塗布された紫外線硬化型塗料（ＵＶ塗料）を硬化させる工程などで使用されている。具体的にいうと、紫外線塗料硬化設備では、コンベアによりワークを一定方向に搬送しながらワーク表面に紫外線を照射することにより、ワーク表面のＵＶ塗料の硬化処理を行う。

ところが、空気中に存在する酸素により、ＵＶ塗料の硬化が阻害されてしまうことがある（いわゆる「酸素阻害」）。従来の紫外線塗料硬化設備では、上記の酸素阻害を打ち消すように、高い光量の紫外線を照射してＵＶ塗料を硬化させていたが、ＵＶ塗料を効率良く硬化させるためには、紫外線が照射される照射ゾーン内の酸素濃度をできるだけ低下させておくことが望ましい。

そこで、上部にワーク出入口が形成された処理槽を設け、処理槽内に炭酸ガス（二酸化炭素）などの不活性ガスが充満した状態で、処理槽内を通過するワークに対して紫外線を照射することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。このようにすれば、空気よりも重い炭酸ガスが処理槽内に溜まるのに伴い、空気がワーク出入口から押し出されることで処理槽内の酸素濃度が低下するため、ＵＶ塗料を効率良く硬化させることができる。
特表２００３−５１５４４５号公報（請求項１，５，６等参照）特開２００５−３４２５４９号公報（図１等参照）

ところで、紫外線の照射には通常ＵＶランプが用いられる。このＵＶランプは、紫外線の照射時に発熱し、その熱は処理槽内の炭酸ガスの温度を上昇させる。特に、ワークが車両用部品のような大型部品であると、高出力のＵＶランプを複数用いてワーク表面に必要な照射量（例えば、数千ミリジュール）を確保する必要があるため、ＵＶランプの発熱量は増加し、炭酸ガスの温度上昇は顕著になる。その結果、炭酸ガスの比重が小さくなって軽くなるため、槽上部のワーク出入口を介して炭酸ガスが処理槽外に漏れ易くなる。ゆえに、処理槽内の酸素濃度が高くなるため、ＵＶ塗料の硬化効率が低下してしまい、硬化不足となってしまう。しかも、酸素濃度を低く維持するためには、絶えず炭酸ガスを供給し続けなければならないため、炭酸ガスの消費量が多くなり、コストアップの原因となる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、不活性ガスの消費量を低減でき、しかも紫外線硬化型塗料の早期硬化を図ることができる紫外線塗料硬化設備及び塗料硬化方法を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、大型のワークに対する処理も可能な紫外線塗料硬化設備及び塗料硬化方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ワークに紫外線を照射して、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料を硬化させる紫外線塗料硬化設備であって、ガス不透過性の壁材により構成され、槽上部が閉塞されている一方で槽最下部にワーク出入口が形成された処理槽と、前記ワークを上昇させながら前記ワーク出入口を介して前記ワークを前記処理槽内に搬入するとともに、前記ワークを下降させながら前記ワーク出入口を介して前記処理槽外に前記ワークを搬出する搬送手段と、前記処理槽に設置され、前記処理槽内を通過する前記ワークに紫外線を照射する光源と、空気よりも軽い不活性ガスを送り出す不活性ガス源と、前記不活性ガスを前記処理槽の周囲の温度よりも高い温度に加熱する加熱手段と、前記不活性ガス源と流路的に接続され、前記不活性ガスを前記処理槽内に供給する供給手段とを備え、加熱された不活性ガスが前記処理槽内に溜まるように構成されたことを特徴とする紫外線塗料硬化設備をその要旨とする。

従って、請求項１に記載の発明によると、空気よりも軽い不活性ガスが加熱手段によって加熱されるため、空気との比重差が大きくなって不活性ガスがさらに軽くなる。その結果、不活性ガスは、槽上部が閉塞された処理槽内に溜まりやすくなる。即ち、不活性ガスが処理槽外に漏れにくくなるため、不活性ガスの消費量を低減できる。しかも、加熱された不活性ガスが処理槽内に溜まることにより、処理槽内の温度が高くなるため、紫外線硬化型塗料は、紫外線だけでなく不活性ガスの熱によっても硬化が促進される。よって、紫外線硬化型塗料の早期硬化を図ることができる。

また、処理槽がガス不透過性の壁材によって構成されているため、不活性ガスが壁部を透過して処理槽外に漏れることがない。さらに、ワーク出入口が槽最下部に形成されているため、ワーク出入口からの不活性ガスの漏れを最小限に抑えることができる。従って、ある程度大きくワーク出入口を形成することも可能となり、例えば三次元的な形状を有する大型のワークに対する処理も可能となる。

ここで、不活性ガスとしては、狭義にはヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスなどの希ガス族元素が挙げられ、広義には化学反応性の低い窒素ガスなども挙げられる。そして、空気よりも軽い不活性ガスとしては、ヘリウムガスや窒素ガスなどが挙げられるが、ヘリウムガスに比べてかなり安価な窒素ガスを用いることが好ましい。また、不活性ガスとして窒素ガスを用いれば、ヘリウムガスに比べて気体拡散速度が低いため、不活性ガスが処理槽外に漏れにくくなる。

上記発明において、前記供給手段は、前記加熱手段によって加熱された窒素ガス（不活性ガス）を前記処理槽内に供給してもよいし（請求項２）、未加熱の窒素ガスを前記処理槽内に供給した後で、加熱手段によって加熱してもよいが、前記加熱手段によって加熱された窒素ガスを前記処理槽内に供給することが好ましい。このようにすれば、加熱手段を処理槽内に設けなくても済むため、処理槽を小型化できる。また、加熱手段が処理槽内を通過するワークの邪魔にならない。

上記発明において、前記処理槽の側壁の内面に、斜め上方に向かって延びる熱対流誘導板を突設することが好ましい（請求項３）。不活性ガスが温度低下に伴って比重が大きくなり、槽上部から側壁の内面に沿って下方に流れたとしても、不活性ガスは、熱対流誘導板によって上方に導かれるために循環しやすくなる。これにより、不活性ガスが温度低下に伴って処理槽外に漏れることを防止できる。

また、上記発明において、前記搬送手段は、前記ワークをワーク支持体で支持しながら搬送するフロアコンベアであり、前記供給手段は、前記処理槽の槽底部に配置されていることが好ましい（請求項４）。この場合、搬送手段がワークを下方から支持して搬送するフロアコンベアであるため、搬送手段に付着した異物がワークに落下する心配がなく、ワーク表面の紫外線硬化型塗料へのゴミの付着を防止することができる。また、供給手段から供給された不活性ガスは、槽底部から槽上部側に向かって流れるため、その流れの方向は、処理槽内にて発生した循環流（熱対流）の方向と等しくなる。ゆえに、処理槽内における循環流の乱れを防止することができる。さらに、加熱された不活性ガスは槽上部側に流れるために、槽底部の温度よりも槽上部の温度のほうが高くなる傾向にあるが、供給手段を槽底部に配置することにより、処理槽内を均一に加熱できる。

上記課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、槽上部が閉塞されている一方で槽最下部にワーク出入口が形成された処理槽内に、空気よりも軽い加熱不活性ガスを溜めるとともに、この状態で前記ワーク出入口を介してワークの搬入及び搬出を行いながら、前記処理槽内を通過する前記ワークに紫外線を照射することにより、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料を硬化させることを特徴とする塗料硬化方法をその要旨とする。

従って、請求項５に記載の発明によると、槽上部が閉塞された処理槽内に空気よりも軽い加熱不活性ガスを溜めるため、加熱不活性ガスが処理槽外に漏れにくくなり、不活性ガスの消費量を低減できる。また、処理槽内に加熱不活性ガスを溜めた状態でワークの搬入及び搬出が行われるため、ワークに紫外線が照射される時点で、処理槽内には加熱不活性ガスが充満する。よって、紫外線硬化型塗料は酸素に阻害されることなく硬化する。しかも、加熱不活性ガスが処理槽内に溜まることで処理槽内の温度が高くなるため、紫外線硬化型塗料は、紫外線だけでなく不活性ガスの熱によっても硬化が促進される。よって、紫外線硬化型塗料の早期硬化を図ることができる。

以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によると、不活性ガスの消費量を低減でき、しかも紫外線硬化型塗料の早期硬化を図ることができる紫外線塗料硬化設備及び塗料硬化方法を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、紫外線塗料硬化設備１１は、大型のワークＷを製造するための製造ラインに組み込まれ、ワークＷに紫外線を照射して、前工程においてワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料（ＵＶ塗料）を硬化させる設備である。なお、本実施形態のワークＷは、被塗面Ｗ１を表面側に有する一方で被塗面Ｗ１でない凹状曲面Ｗ２を裏面側に有する樹脂製の車両用部品（バンパー）である。

また、紫外線塗料硬化設備１１は、例えば鉄板などのようなガス不透過性の壁材によって略直方体状に形成された処理槽１２を備えている。処理槽１２の槽上部１２ａは天井によって閉塞されている。一方、処理槽１２の槽底部１２ｂ（槽最下部）には、処理槽１２内にワークＷを搬入するためのワーク搬入口１２ｃ（ワーク出入口）と、処理槽１２外にワークＷを搬出するためのワーク搬出口１２ｄ（ワーク出入口）とがそれぞれ別の場所に開口されている。

図１，図２に示されるように、処理槽１２の側壁１２ｅの内面には、複数枚の熱対流誘導板１２ｆが突設されている。各熱対流誘導板１２ｆは、側壁１２ｅの上下方向に沿って等間隔に配置されており、それぞれ斜め上方に向かって延びている。熱対流誘導板１２ｆは、槽上部１２ａから下方に流れる不活性ガスを再び上方に導く機能を有している（図２（ａ），（ｂ）の矢印を参照）。

また、紫外線塗料硬化設備１１は、搬送手段としてのフロアコンベア１４を備えている。フロアコンベア１４は、凹状曲面Ｗ２を下方に向けた状態の前記ワークＷをワーク支持体１９で支持しながら搬送するようになっている。また、フロアコンベア１４は、ワークＷを上昇させながらワーク搬入口１２ｃを介してワークＷを処理槽１２内に搬入するとともに、ワークＷを下降させながらワーク搬出口１２ｄを介して処理槽１２外にワークＷを搬出するようになっている。なお、フロアコンベア１４は、ワーク支持体１９が搬送されるワーク搬送経路１８を備えている。ワーク搬送経路１８は、断面コ字状をなす一対のガイドレール１７ａによって構成されている。両ガイドレール１７ａは、ワーク搬送経路１８の長手方向に平行に設けられている。

図２（ａ）に示されるように、ワーク支持体１９は、４つの車輪１７ｃが回転可能に取り付けられた台車１７を備えている。各車輪１７ｃは、一対のガイドレール１７ａによって支持されるようになっている。このため、台車１７は、例えば図示しない牽引部材（ワイヤやチェーン等）で引っ張られることにより、両ガイドレール１７ａ（ワーク搬送経路１８）に沿って移動する。なお、台車１７が自走する構成であってもよい。また、ワーク支持体１９は、台車１７に対して回動可能に設けられた支持棒１７ｂを備えている。支持棒１７ｂは、上端部にてワークＷを支持するとともに、下端部にワークＷよりも重い錘１７ｄを有している。これにより、ワーク支持体１９がワーク搬送経路１８の傾斜部分を通過する際に、支持棒１７ｂは、錘１７ｄによって台車１７に対して回動する。このため、支持棒１７ｂはガイドレール１７ａの設置面に対してほぼ直立状態に維持され、支持棒１７ｂに支持されるワークＷの向きはほぼ同じ状態に維持される。

図１，図２（ａ）に示されるように、前記処理槽１２には、複数のＵＶランプ１３（光源）が設置されている。各ＵＶランプ１３は、処理槽１２内においてフロアコンベア１４の最高到達点がある箇所に対応して設けられている。具体的にいうと、ＵＶランプ１３は、処理槽１２において互いに対向する側壁１２ｅの上部に各２本ずつ設けられている。よって、紫外線を照射する照射ゾーンは、槽上部１２ａ近傍に位置するようになる。これらＵＶランプ１３は、ワークＷの搬送方向（処理槽１２の長手方向）と平行（即ち横置き）に設置されており、処理槽１２内を通過するワークＷに紫外線を照射するようになっている。なお、各ＵＶランプ１３は、横置きに設置されていたが、縦置きに設置されていてもよい。このようにすれば、ＵＶ塗料をムラなく硬化させることができる。

ＵＶランプ１３としては、図２（ａ）に示すように、発光部１３ａと、凹状の反射面を有するアルミ板１３ｂ（反射板）とを備える集光形のランプが用いられる。ＵＶランプ１３と処理槽１２とを区画する位置には、区画体としての熱線カットフィルタ１３ｃが設けられている。熱線カットフィルタ１３ｃは、ＵＶランプ１３から照射される紫外線を処理槽１２内に透過させるようになっている。よって、ＵＶランプ１３は、加熱窒素ガスが充満している処理槽１２に近付けて配置される。

図１に示されるように、紫外線塗料硬化設備１１は、空気よりも軽い窒素ガス（不活性ガス）を送り出すタンク３２（不活性ガス源）を備えている。また、紫外線塗料硬化設備１１は、タンク３２と処理槽１２内との間を連通しうる窒素ガス供給経路を構成する窒素ガス供給管３７を備えている。窒素ガス供給管３７上には加熱装置３４（加熱手段）が設置されている。加熱装置３４は、タンク３２から送り出された窒素ガスを処理槽１２の周囲の温度（本実施形態では２０℃以上４０℃以下）よりも高い温度（本実施形態では５０℃以上９０℃以下）に加熱するようになっている。なお、本実施形態の加熱装置３４は、熱交換器を加熱源とする装置である。

また、窒素ガス供給管３７上には、窒素ガスを処理槽１２内に供給する窒素ガス供給装置３１（供給手段）が設置されている。即ち、窒素ガス供給装置３１は、窒素ガス供給管３７を介して加熱装置３４及びタンク３２と流路的に接続されている。窒素ガス供給装置３１は、窒素ガス供給ポンプ３３、窒素ガス供給バルブ３５及び窒素ガス供給口３６を備えている。窒素ガス供給ポンプ３３は、加熱装置３４の下流側に配置されており、加熱装置３４によって加熱された加熱窒素ガスを処理槽１２側に供給するようになっている。窒素ガス供給バルブ３５は、窒素ガス供給ポンプ３３の下流側に配置されており、窒素ガス供給管３７を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。窒素ガス供給バルブ３５は、開状態に切り替えられた際に、処理槽１２内に加熱窒素ガスを供給可能とするようになっている。なお、本実施形態の窒素ガス供給バルブ３５は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。また、窒素ガス供給口３６は、処理槽１２の前記槽底部１２ｂの複数箇所に設置されており、加熱窒素ガスを処理槽１２内に供給するようになっている。これにより、加熱窒素ガスが処理槽１２内に溜まるようになる。なお、本実施形態の窒素ガス供給口３６は、上方に開口するノズルである。

図１に示されるように、紫外線塗料硬化設備１１は、窒素ガスよりも軽いヘリウムガスを送り出すタンク４２を備えている。また、紫外線塗料硬化設備１１は、タンク４２と処理槽１２内との間を連通しうるヘリウムガス供給経路を構成するヘリウムガス供給管４３を備えている。また、ヘリウムガス供給管４３上には、ヘリウムガス供給ポンプ４４、ヘリウムガス供給バルブ４５及びヘリウムガス供給口４１が設置されている。ヘリウムガス供給ポンプ４４は、タンク４２から送り出されたヘリウムガスを処理槽１２側に供給するようになっている。ヘリウムガス供給バルブ４５は、ヘリウムガス供給ポンプ４４の下流側に配置されており、ヘリウムガス供給管４３を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。ヘリウムガス供給バルブ４５は、開状態に切り替えられた際に、処理槽１２内にヘリウムガスを供給可能とするようになっている。なお、本実施形態のヘリウムガス供給バルブ４５は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。また、ヘリウムガス供給口４１は、処理槽１２の前記槽上部１２ａに配置されており、ヘリウムガスを処理槽１２内に供給するようになっている。これにより、ヘリウムガスが処理槽１２内の槽上部１２ａのみに溜まるようになる。処理槽１２内へのヘリウムガスの供給量は、窒素ガスの供給量に比べてかなり少なくてよく、例えば本実施形態ではコスト性を考慮して窒素ガスの供給量の１／１０程度に設定している。なお、ヘリウムガスの供給は必須ではなく、必要に応じて適宜行われる。

図１に示されるように、処理槽１２内の前記照射ゾーンには、酸素濃度計２４及び温度計２５が設置されている。酸素濃度計２４は、処理槽１２内の酸素濃度を測定して、酸素濃度測定信号を出力するようになっている。また、温度計２５は、処理槽１２内の温度を測定して、ＣＰＵ２１に温度測定信号を出力するようになっている。なお、酸素濃度計２４は、処理槽１２内のフロアコンベア１４の最高到達点の近傍に位置しており、最高到達点に搬送されてきたワークＷの下端よりも下方に位置している。従って、酸素濃度計２４によってワークＷ付近の酸素濃度を正確に測定できる。同様に、温度計２５も、上記最高到達点の近傍に位置しており、最高到達点に搬送されてきたワークＷの下端よりも下方に位置している。従って、温度計２５によってワークＷ付近の温度を正確に測定できる。

次に、紫外線塗料硬化設備１１の電気的構成について説明する。

図１に示されるように、紫外線塗料硬化設備１１は、設備全体を統括的に制御するための制御装置１５を備えている。制御装置１５は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、入出力回路等により構成されている。ＣＰＵ２１は、ＵＶランプ１３、フロアコンベア１４、加熱装置３４、窒素ガス供給ポンプ３３、窒素ガス供給バルブ３５、ヘリウムガス供給ポンプ４４及びヘリウムガス供給バルブ４５に電気的に接続されており、各種の駆動信号によってそれらを制御する。

また、ＣＰＵ２１には、前記酸素濃度計２４から出力された酸素濃度測定信号が入力されるようになっている。そして、ＣＰＵ２１は、酸素濃度測定信号が示す酸素濃度が閾値以上（例えば５％以上）であるか否かを判定するようになっている。酸素濃度測定信号が示す酸素濃度が閾値以上である場合、ＣＰＵ２１は、窒素ガス供給バルブ３５を開状態に切り替える制御を行うようになっている。一方、酸素濃度測定信号が示す酸素濃度が閾値未満である場合、ＣＰＵ２１は、窒素ガス供給バルブ３５を閉状態に切り替える制御を行うようになっている。このような制御によれば、処理槽１２内の酸素濃度を一定に保つことができるため、塗装品質が安定する。また、窒素ガスの無駄な供給が減るため、窒素ガスの消費量をよりいっそう低減できる。

さらに、ＣＰＵ２１には、前記温度計２５から出力された温度測定信号が入力されるようになっている。そして、ＣＰＵ２１は、温度測定信号が示す温度が６０℃であるか否かを判定するようになっている。温度測定信号が示す温度が６０℃未満である場合、ＣＰＵ２１は、加熱装置３４による窒素ガスの加熱を開始する制御を行うようになっている。また、温度測定信号が示す温度が６０℃よりも高くなると、ＣＰＵ２１は、加熱装置３４による窒素ガスの加熱を停止する制御を行うようになっている。このような制御によれば、処理槽１２内の温度を一定に保つことができるため、ＵＶ塗料の硬化時間が一定になり、塗装品質が安定する。また、窒素ガスを無駄に加熱しなくても済むため、加熱に要するエネルギを節約できる。

次に、紫外線塗料硬化設備１１を用いた塗料硬化方法を説明する。

まず、ＣＰＵ２１は、加熱装置３４に駆動信号を出力し、タンク３２から送られてきた窒素ガスを例えば６０℃に加熱する制御を行う。その結果、窒素ガスの比重が小さくなって、空気との比重差が大きくなり、窒素ガスが軽くなる。本実施形態では、０℃で０．９６７となる窒素ガスの比重が６０℃に加熱された際に０．８程度に低下し、空気の比重（約１）との差が大きくなる。

次に、ＣＰＵ２１は、窒素ガス供給ポンプ３３及び窒素ガス供給バルブ３５に駆動信号を出力する。これにより、窒素ガス供給バルブ３５が開状態に切り替わり、加熱装置３４にて加熱された加熱窒素ガスが、窒素ガス供給ポンプ３３によって窒素ガス供給管３７を通過し、処理槽１２内に充填される。なお、窒素ガスは加熱によって軽くなっているため、槽底部１２ｂにあるワーク搬入口１２ｃ及びワーク搬出口１２ｄを介して窒素ガスが処理槽１２外に漏れることが防止される。

なお本実施形態では、処理槽１２内に窒素ガスのみを供給するが、窒素ガスに加えて少量のヘリウムガスを処理槽１２内に供給するようにしてもよい。この場合、ＣＰＵ２１は、ヘリウムガス供給ポンプ４４及びヘリウムガス供給バルブ４５に駆動信号を出力する。これにより、ヘリウムガス供給バルブ４５が開状態に切り替わり、タンク４２内のヘリウムガスが、ヘリウムガス供給ポンプ４４によってヘリウムガス供給管４３を通過し、処理槽１２内に充填される。なお、ヘリウムガスの比重は窒素ガスの比重よりもかなり小さいため（０℃でのヘリウムガスの比重は０．１３８）、ヘリウムガスは槽上部１２ａに溜まる。これにより、処理槽１２内の酸素濃度をより低くすることができる。

この状態で、ＣＰＵ２１は、フロアコンベア１４に駆動信号を出力し、ワーク搬入口１２ｃを介して処理槽１２内にワーク支持体１９（ワークＷ）を搬入させるとともに、ワーク搬出口１２ｄを介して処理槽１２外にワーク支持体１９（ワークＷ）を搬出させる。なお、ＵＶランプ１３は、紫外線の出力が安定するまでに時間がかかるため、常時点灯している。このため、処理槽１２内を通過するワークＷには紫外線が照射される。その結果、ワークＷのワーク表面に塗布されたＵＶ塗料が硬化する。

ところで、処理槽１２内に充填された加熱窒素ガスは処理槽１２内を上方に流れるものの、槽上部１２ａの天井に触れるなどして温度が徐々に低下してくるために比重が大きくなり、側壁１２ｅに沿って下方に流れるようになる。このように、上方に流れる窒素ガスと下方に流れる窒素ガスとで、処理槽１２内には循環流（熱対流）が発生する（図２（ａ）の矢印を参照）。そして、下方に流れた窒素ガスは、比重が大きくなったとしても空気よりはやや軽いため、槽底部１２ｂ付近に溜まりやすい。なお、窒素ガスは、気体拡散速度が低いため（０．１８ｃｍ^２／ｓ）、槽底部１２ｂ付近から漏れにくい。これにより、ワーク搬入口１２ｃ及びワーク搬出口１２ｄを介して処理槽１２内に外部の空気が侵入しにくくなる。なお、下方に流れる窒素ガスの一部は、熱対流誘導板１２ｆによって再び上方に導かれるため、熱対流が促進される。
［実施例及び比較例］

次に、処理槽からの不活性ガス（窒素ガスまたは炭酸ガス）の流出量を比較した結果を、実施例及び比較例に基づいて説明する。

まず、一端にワーク出入口が開口され、内容積が３１．８Ｌとなる円筒状の処理槽のモデルを２種類準備した。具体的には、ワーク出入口を下端に配置し、処理槽内に窒素ガス（Ｎ_２）を充満させたものを実施例とし、ワーク出入口を上端に配置し、処理槽内に炭酸ガス（ＣＯ_２）を充満させたものを比較例とした。また、ワーク出入口を介して処理槽内に搬入されるワークとして、容積が０．０７Ｌの円柱状のワーク小と、容積が０．２８Ｌの円柱状のワーク大とを準備した。

次に、実施例及び比較例の処理槽に対してそれぞれワーク小及びワーク大を搬入・搬出させ、そのときにワーク出入口を介して流出する不活性ガスの流出量を測定した。このとき、１時間に６０個のワークが搬入・搬出されるように、ワークの速度を設定した。なお、ワークを搬入・搬出しない場合にも、ワーク出入口を介して自然に流出する不活性ガスの流出量を測定した。具体的には、処理槽内の温度（装置内温度）を室温（２３〜２７℃）及び室温＋１０℃（３３〜３７℃）にした状態で流出量を測定し、それぞれの測定値をプロットし、それら２点を線で結んだ（図３のグラフ参照）。

このように測定した結果、実施例及び比較例の両方において、ワーク大を搬入・搬出した場合の不活性ガスの流出量のほうが、ワーク小を搬入・搬出した場合の不活性ガスの流出量よりも大きくなった。また、室温（２３〜２７℃）での不活性ガスの流出量は、実施例においても比較例においても大差はなかった。ところが、比較例では、装置内温度が上昇するのに伴い、不活性ガス（炭酸ガス）の流出量は急激に増加した。従って、不活性ガスが処理槽外に漏れやすく、不活性ガスの消費量を低減しにくいため、比較例の装置構造にして炭酸ガスを用いる技術を本実施形態の紫外線塗料硬化設備１１に採用することは、不適当であることが証明された。一方、実施例では、装置内温度が上昇しても、不活性ガス（窒素ガス）の流出量はさほど増加しなかった。従って、処理槽内がＵＶランプで加熱される本実施形態の紫外線塗料硬化設備１１には、実施例の装置構造にして窒素ガスを用いる技術が適することが分かった。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の紫外線塗料硬化設備１１では、空気よりも軽い窒素ガスが加熱装置３４によって加熱されるため、空気との比重差が大きくなって窒素ガスがさらに軽くなる。その結果、窒素ガスは、槽上部１２ａが閉塞された処理槽１２内に溜まりやすくなる。即ち、窒素ガスが処理槽１２外に漏れにくくなるため、窒素ガスの消費量を低減できる。しかも、加熱された窒素ガスが処理槽１２内に溜まることにより、処理槽１２内の温度が高くなるため、ＵＶ塗料は、紫外線だけでなく窒素ガスの熱によっても硬化が促進される。よって、ＵＶ塗料の早期硬化を図ることができる。

また、処理槽１２がガス不透過性の壁材によって構成されているため、窒素ガスが槽上部１２ａの天井、槽底部１２ｂ及び側壁１２ｅなどを透過して処理槽１２外に漏れることがない。さらに、ワーク搬入口１２ｃ及びワーク搬出口１２ｄが槽底部１２ｂに形成されているため、ワーク搬入口１２ｃ及びワーク搬出口１２ｄからの窒素ガスの漏れを最小限に抑えることができる。従って、ある程度大きくワーク搬入口１２ｃ及びワーク搬出口１２ｄを形成することも可能となり、三次元的な形状を有する大型のワークＷに対する処理も可能となる。

（２）本実施形態では、ワークＷを支持するワーク支持体１９は、ワーク搬送経路１８の傾斜部分を上昇しながらワーク搬入口１２ｃを通過し、ワーク搬送経路１８の傾斜部分を下降しながらワーク搬出口１２ｄを通過する。このように、ワーク支持体１９がワーク搬送経路１８の傾斜部分を通過する場合、支持棒１７ｂは、錘１７ｄによって台車１７に対して回動する。その結果、支持棒１７ｂがガイドレール１７ａの設置面に対してほぼ直立した状態を維持し、支持棒１７ｂに支持されるワークＷの向きがほぼ同じ状態を維持するため、ワーク支持体１９を上下方向から見た際の投影面積は、傾斜部分を通過する際であっても増加しない。従って、ワーク搬入口１２ｃ及びワーク搬出口１２ｄの開口面積を小さくすることができる。ゆえに、窒素ガスがワーク搬入口１２ｃ及びワーク搬出口１２ｄを介して処理槽１２外に漏れることをより確実に防止できる。

（３）本実施形態のＵＶランプ１３は、処理槽１２内においてフロアコンベア１４の最高到達点がある箇所に対応して設けられている。即ち、ＵＶランプ１３は、窒素ガス（及びヘリウムガス）が溜まるために酸素濃度が極少となる槽上部１２ａ近傍に配置されている。これにより、紫外線を照射する際に酸素阻害が生じにくくなるため、ＵＶ塗料を効率良く硬化させることができる。

（４）本実施形態の塗料硬化方法では、ワークＷの搬入を行ってから処理槽１２内に窒素ガスを溜めるのではなく、窒素ガスを溜めておいてからワークＷの搬入を行っている。よって、紫外線の照射に際し、ワークＷを搬入した状態でフロアコンベア１４を止めて、窒素ガスが溜まるのを待たなくても済む。従って、ＵＶ塗料の硬化作業を効率良く行うことができる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態の窒素ガス供給装置３１は、槽底部１２ｂに設置された窒素ガス供給口３６などから構成されていた。しかし、窒素ガス供給装置３１は、窒素ガスを槽上部１２ａから処理槽１２内に供給するガス供給口５１、及び、槽上部１２ａにおいてガス供給口５１よりも下方に配置され、窒素ガスの通過時にその流れを整えて微小風速のダウンフローを生じさせるフィルタ５２（整流手段）などから構成されていてもよい（図４参照）。なお、整流手段としてフィルタ５２を用いる代わりに、パンチングメタルなどを用いてもよい。なお、フィルタ５２は、繊維をまとめて積層することでマット状に構成されたものである。また、パンチングメタルは、板状部材に複数の貫通孔を規則的に配置することで構成される。

・上記実施形態の窒素ガス供給口３６はノズルであったが、窒素ガスの供給路上にフィルタ５３（図５参照）やパンチングメタルを設けた構成であってもよい。同様に、図６〜図９にて示される窒素ガス供給口３６も、窒素ガスの供給路上にフィルタ５３やパンチングメタルを設けた構成であってもよい。

・上記実施形態の処理槽１２は、略直方体状に形成され、槽底部１２ｂにワーク搬入口１２ｃとワーク搬出口１２ｄとが開口された構成であった。しかし、図６に示されるように、処理槽１２を、上り勾配の通路、水平搬送通路及び下り勾配の通路を備えたいわゆる山形のトンネル状に形成し、槽最下部となる処理槽１２の両端にワーク搬入口１２ｃとワーク搬出口１２ｄとを設けた構成にしてもよい。

・上記実施形態の台車１７は、ワークＷが処理槽１２内に搬入された際に、処理槽１２内を通過するようになっていたが、図７に示されるように、処理槽１２の下方を通過するようにしてもよい。このようにすれば、台車１７に付着した異物の処理槽１２内への侵入を防止できる。

・上記実施形態では、加熱装置３４によって加熱した窒素ガスを処理槽１２内に供給するようになっていたが、図８に示されるように、加熱していない窒素ガスを処理槽１２内に供給し、処理槽１２内において窒素ガス供給口３６の近傍に設けたヒータ５５で、供給された窒素ガスを加熱するようにしてもよい。

・図９に示されるように、ＵＶ塗料の硬化時に蒸発する溶剤を回収する溶剤処理装置５６を、処理槽１２に接続してもよい。なお、処理槽１２内の気体は、ファン５７によって溶剤処理装置５６に送られる。

・上記実施形態では、ＵＶランプ１３、フロアコンベア１４、加熱装置３４、窒素ガス供給ポンプ３３、窒素ガス供給バルブ３５、ヘリウムガス供給ポンプ４４及びヘリウムガス供給バルブ４５の制御を１つのＣＰＵ２１で制御するようにしたが、各制御を別々のＣＰＵで行うように構成してもよい。

・上記実施形態では、紫外線塗料硬化設備１１によって塗装されるワークＷとしてバンパーを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、空力付加物（スポイラーなど）などの他の車両用部品をワークＷとしてもよい。また、ワークＷは、必ずしも車両用部品でなくてもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記ワークは、被塗面を表面側に有する一方で被塗面でない凹状曲面を裏面側に有する車両用部品であり、前記搬送手段は、前記凹状曲面のある裏面側を下方に向けた状態の前記ワークをワーク支持体で支持しながら搬送するフロアコンベアであり、前記供給手段は、前記処理槽の槽底部に配置されていることを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（２）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記光源は、前記処理槽内において前記搬送手段の最高到達点がある箇所に対応して設けられていることを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（３）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記処理槽の前記槽上部に、ヘリウムガスを供給するヘリウムガス供給口を設けたことを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（４）請求項４において、前記ワーク支持体は、前記処理槽内を通過するワーク搬送経路に沿って移動可能な台車と、前記台車に対して回動可能に設けられた支持棒とを備え、前記支持棒は、上端部にて前記ワークを支持するとともに、下端部に錘を有していることを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（５）技術的思想（４）において、前記台車は、前記ワークが前記処理槽内に搬入された際に、前記処理槽の下方を通過することを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（６）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記ワーク出入口は、前記処理槽の槽底部にて開口し、前記処理槽内に前記ワークを搬入するためのワーク搬入口と、前記処理槽外に前記ワークを搬出するためのワーク搬出口とからなることを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（７）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（８）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記供給手段は、前記不活性ガスを前記槽上部から前記処理槽内に供給するガス供給口を有し、前記処理槽内の槽上部において前記ガス供給口よりも下方に配置され、前記不活性ガスの通過時にその流れを整えて微小風速のダウンフローを生じさせる整流手段を備えたことを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（９）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記処理槽内に設置され、前記処理槽内の酸素濃度を測定して酸素濃度測定信号を出力する酸素濃度計と、前記酸素濃度測定信号が示す酸素濃度が閾値以上であるか否かを判定し、前記酸素濃度測定信号が示す酸素濃度が閾値以上である場合に、前記供給手段による前記処理槽内への前記不活性ガスの供給を開始させるとともに、前記酸素濃度測定信号が示す酸素濃度が閾値未満である場合に、前記供給手段による前記処理槽内への前記不活性ガスの供給を停止させる制御手段とを備えることを特徴する紫外線塗料硬化設備。

本実施形態における紫外線塗料硬化設備の概略構成を示す断面図。（ａ）は紫外線塗料硬化設備の概略構成を示す側断面図、（ｂ）は処理槽における熱対流誘導板部分の構成を示す概略図。不活性ガスの流出量を示すグラフ。他の実施形態における紫外線塗料硬化設備の概略構成を示す断面図。他の実施形態における紫外線塗料硬化設備の概略構成を示す断面図。他の実施形態における紫外線塗料硬化設備の概略構成を示す断面図。他の実施形態における紫外線塗料硬化設備の概略構成を示す側断面図。他の実施形態における紫外線塗料硬化設備の概略構成を示す断面図。他の実施形態における紫外線塗料硬化設備の概略構成を示す断面図。

符号の説明

１１…紫外線塗料硬化設備
１２…処理槽
１２ａ…槽上部
１２ｂ…槽最下部にある槽底部
１２ｃ…ワーク出入口としてのワーク搬入口
１２ｄ…ワーク出入口としてのワーク搬出口
１２ｅ…処理槽の側壁
１２ｆ…熱対流誘導板
１３…光源としてのＵＶランプ
１４…搬送手段としてのフロアコンベア
１９…ワーク支持体
３１…供給手段としての窒素ガス供給装置
３２…不活性ガス源としてのタンク
３４…加熱手段としての加熱装置
Ｗ…ワーク
Ｗ１…被塗面
Ｗ２…凹状曲面

Claims

ワークに紫外線を照射して、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料を硬化させる紫外線塗料硬化設備であって、
ガス不透過性の壁材により構成され、槽上部が閉塞されている一方で槽最下部にワーク出入口が形成された処理槽と、
前記ワークを上昇させながら前記ワーク出入口を介して前記ワークを前記処理槽内に搬入するとともに、前記ワークを下降させながら前記ワーク出入口を介して前記処理槽外に前記ワークを搬出する搬送手段と、
前記処理槽に設置され、前記処理槽内を通過する前記ワークに紫外線を照射する光源と、
空気よりも軽い不活性ガスを送り出す不活性ガス源と、
前記不活性ガスを前記処理槽の周囲の温度よりも高い温度に加熱する加熱手段と、
前記不活性ガス源と流路的に接続され、前記不活性ガスを前記処理槽内に供給する供給手段と
を備え、
加熱された不活性ガスが前記処理槽内に溜まるように構成された
ことを特徴とする紫外線塗料硬化設備。
前記供給手段は、前記加熱手段によって加熱された窒素ガスを前記処理槽内に供給することを特徴とする請求項１に記載の紫外線塗料硬化設備。
前記処理槽の側壁の内面に、斜め上方に向かって延びる熱対流誘導板を突設したことを特徴とする請求項１または２に記載の紫外線塗料硬化設備。
前記搬送手段は、前記ワークをワーク支持体で支持しながら搬送するフロアコンベアであり、
前記供給手段は、前記処理槽の槽底部に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の紫外線塗料硬化設備。
槽上部が閉塞されている一方で槽最下部にワーク出入口が形成された処理槽内に、空気よりも軽い加熱不活性ガスを溜めるとともに、この状態で前記ワーク出入口を介してワークの搬入及び搬出を行いながら、前記処理槽内を通過する前記ワークに紫外線を照射することにより、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料を硬化させることを特徴とする塗料硬化方法。