JP2013230464A - コーティングされた建材を製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建具産業において屋外で利用するための例えばセクショナルドアパネル、オーバヘッドドア、ドア組立体等のコーティングされた建材を製造し、またはドアおよび／またはドア組立体を一体化したファサード用建材を製造する方法を提供する。
【解決手段】送り方向に沿って前記建材を製造すべく定められた出発材料とコーティング機構との間で相対移動を生成し、前記送り方向を横切りかつコーティングされる主面に対して実質的に垂直なコーティング方向に沿って前記コーティング機構からコーティング材を前記出発材料に塗布するものであり、前記コーティング方向に垂直に移動しかつ前記出発材料と前記コーティング機構との間の相対移動の過程で前記コーティング機構によって覆われるコーティング平面の面要素当たりに塗布される前記コーティング材の量が、前記出発材料を表す材料データに基づいて制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、建具産業において屋外で利用するための例えばセクショナルドアパネル、オーバヘッドドア、ドア組立体等のコーティングされた建材を製造し、またはドアおよび／またはドア組立体を一体化したファサード用建材を製造する方法であって、建材を製造すべく定められた出発材料とコーティング機構との間で送り方向に沿って相対移動を生成し、送り方向を横切りかつコーティングされる主面に対して実質的に垂直なコーティング方向に沿ってコーティング機構からコーティング材を出発材料に塗布するものに関する。

従来の方法では、表面を着色ラッカー塗料等でコーティングされ、屋外で利用される建材は、屋外で利用するのに必要な耐候性を得るためにスプレーブース内で吹付塗装される、または、浸漬法において保護ラッカーで塗装される。このような方法で被覆ラッカー層を形成すると、厚さを正確に調整することができず、６０μｍ超の層厚、多くの場合、８０〜１００μｍの層厚が建材の表面に形成される。このような層厚は、所望する耐候性を得るためには一般に必要とされない。さらに、保護ラッカーの塗布時に、保護ラッカーの一部が建材に付着しなかったり、所望箇所に付着しなかったりするため、ラッカー損失が生じる。このラッカー損失は、特に公知の吹付法の場合、スプレーブース内で特に大きく、使用するラッカー材料の３分の１以上にまで及ぶ。

そのことから廃棄処理問題が生じるだけでなく、コーティングすべき建材の表面積単位当たりに必要なラッカー損失も負担しなければならないので経済的不利も生じる。

これらの問題を解決するために特許文献１で提案された建材製造方法とこのような方法を実施するのに適した装置では、保護ラッカー、または、高い耐引掻性をさらに付加することができかつ極めて良好な耐紫外線性を有する耐候性コーティング材料が、従来のインクジェットプリンタのインクノズルによって建材に塗布される。これにより、所望する耐候性を得るのに十分な６〜７μｍのコーティング厚が形成され、さしたるラッカー損失は生じない。

上記公知方法では、場合によっては例えば印刷等の装飾表面を備えておくこともできる建材がコーティングステーションに供給される。主に少なくとも半透明な保護ラッカーの少なくとも特定領域を閉鎖された層が、コーティングステーションにおいて連続的に建材に塗布される。従来のインクジェットプリンタのインクノズルを利用することによって、少なくとも１つの印刷ヘッド列によって表面に印刷される個々の液滴で閉鎖層を構成することができる。最後に、上記公知方法では例えば紫外光を利用してコーティングが硬化される。

上記公知方法によって従来の浸漬法または吹付法の廃棄処理技術的、経済的諸問題は解決することができる。しかしながら、いくつかの事例ではコーティング領域で気候に起因した損傷を生じ得ることが判明した。

ドイツ特許出願公開第１０ ２００９ ０４１ ８６０号明細書

先行技術におけるこれらの問題に鑑み、本発明の課題は、一方で公知の浸漬法や吹付法において観察される経済的、生態学的諸問題を解決し、他方で確実な耐候性を達成するコーティングされた建材を製造する方法および装置を提供することである。

本発明によればこの課題は、コーティング方向に垂直に移動しかつ出発材料とコーティング機構との間の相対移動の過程でコーティング機構によって覆われるコーティング平面の面要素当たりに塗布されるコーティング材の量が、出発材料を表す材料データに基づいて制御されることを実質的に特徴とする公知方法の改良によって解決される。

先行技術で見られる問題は、特に建材の制限された表面要素の形状が変化している場合、形状が変化している領域で十分な量のコーティング材が塗布されず、コーティングの内部に空隙が存在し、その結果、場合によって既に印刷された建材表面が天候に起因して損傷することが一番の原因であるとの認識に基づいて、本発明はなされたものである。類似の問題は、異なる様々な材料で構成される建材においても観察される。

本発明に係る方法において、出発材料を特徴付ける材料データ、例えば材料特性を明示する材料データおよび／または建材の表面トポロジーを表す材料データを考慮して塗布されるコーティング材の量を制御することによってこれらの課題が解決される。

形状が変化している建材をコーティングする場合に特に有利であるのは、面要素をコーティング方向に沿って出発材料の制限された表面要素に投影した場合に面要素によって覆われる制限された表面要素の表面積または表面寸法に基づいて、コーティング平面の面要素当たりに塗布されるコーティング材の量が制御されることである。これにより、表面トポロジーに左右されることなく所望量のコーティング材を各境界面に塗布し、これに応じた層厚を得ることができる。その際、データ処理装置（コンピュータ）に格納された建材の３次元断面を考慮して、３次元的な建材表面上に一定の層厚が正確に生じるように、建材の移動平面（コーティング平面）に対してノズル塗布機構（印刷ヘッド）から吐き出されるコーティング材料の量が正確に変更される制御が行われる。吐き出されるコーティング材の量を計算するために、各箇所の３次元モデルから建材表面と建材の移動平面（コーティング平面）との間の角度αが計算され、吐き出されるコーティング材の量が下記式によって計算される。

コーティング量＝標準量×１／ｓｉｎ α
標準量は、コーティング平面と平行に延びる建材の制限された表面要素をコーティングするのに必要なコーティング量を表す。これにより、制限された表面要素当たり同じ量のコーティング材を出発材料の制限された表面要素の少なくとも一部に塗布することができる。

上記説明から読み取ることができるように、材料データはコーティングすべき制限された表面要素のトポロジーを表すトポロジーデータを有してもよく、出発材料に塗布されるコーティング材の量は、これらのトポロジーデータに基づいて制御されてもよい。

制御に必要なデータを所望する量に減らす意味で、トポロジーデータはトポロジー型（例えば格間、条溝等）を記述する型データと建材の寸法を示す拡大縮小データとで形成することができる。その前提として、トポロジー型は、トポロジーを決定する形状変化箇所の個々の寸法間の比率によって形成され、拡大縮小データによって建材寸法に基づいて個々の形状変化箇所の寸法が記述される。

本発明に係る方法を実施する場合、既に装飾表面を有しているかもしれない建材の制限された表面要素がまずコーティングステーションへと送られ、次に、例えば少なくとも半透明な保護ラッカー等のコーティング材が少なくとも区域ごとに閉じられた層となるように連続的に塗布される。閉じられた層は、少なくとも１つの印刷ヘッドによって建材の制限された表面要素に印刷される個々の液滴で構成されている。建材は未処理でコーティングすることができる。しかし、所望する耐候性を得るために、例えば印刷等の装飾を既に備えた建材にコーティング材を供給することも考えられる。塗布後にコーティング材は硬化される。印刷ヘッドノズルまたは印刷ヘッドによってコーティング材を印刷することによって層の層厚も個々の液滴の位置も厳密に制御することができる。これによりラッカー損失は最小限に、例えば１％未満、より好ましくは０.１％未満に減らすことができる。

本発明の範囲内において、一方で所望の耐候性を考慮し、他方で所望の材料使用量の低減を考慮することにより、特別好ましいのは、コーティング材が、５〜６０μｍ、特に８〜４０μｍの厚さで、建材の制限された表面要素、例えば既に装飾を備えた制限表面要素に印刷されるときである。従って、層厚は吹付法による従来の塗布におけるよりも著しく薄い。

本発明の範囲内において、第１の制限された表面領域における個々の制限された表面要素に、制限された表面要素当たり第２の制限表面領域における個々の制限された表面要素に塗布されるよりも多くのコーティング材、特に、制限された表面要素当たり２０〜５０％多くコーティング材を塗布し、予想される天候影響および／または建材の材料特性に対するコーティングの適合を良くし、不必要に高い材料使用量を避けることも考えられる。応力を強く受ける領域は応力を受けることの少ない領域よりも一層良好にコーティング材で保護することができる。

建材はさまざまな態様とすることができ、例えば、実質的に平らな平面、２次元の制限表面、特に装飾面を一部に有するものだけでなく、所定の３次元構造物、例えばミリメートルから数センチメートルの範囲内の窪みおよび隆起部を有するものでもよい。窪みおよび／または隆起部は格間状または条溝状の形状変化とすることができる。

以下では、それぞれの区域が略平らな２次元建材の、平面から上方または下方に突出した領域を形状変化部と称する。点状の形状変化または別の種類の形状変化による溝状窪みまたは隆起部を有する建材を使用することも考えられる。

建材はエッジまたは湾曲のある少なくとも部分的に形状が変化した表面を有することができ、保護ラッカーはこれらの形状変化を表す材料データに基づいてエッジ領域または湾曲領域では制限された表面要素の平らな領域における厚みよりも大きな厚みで塗布することができる。こうして形状が変化した領域では保護ラッカーの層厚が増加することによって保護性能を適切に向上させることができる。

これに代えて、建材の３次元断面データに基づいて形状変化部の角度を適切に補償することによって、形状が変化した領域で平らな建材箇所と正確に同じ層厚が達成されるように印刷時に層厚を制御することも考えられる。

出発材料は、特許文献１による公知方法におけると同様に、場合によっては形状変化した材料片として、定置されたコーティング機構に対して送り方向に移送することとしてもよい。この実施形態では材料片の移動時に一緒に案内されるコーティング平面がコーティング機構によって塗布される。

既に上述したように、コーティングすべき出発材料は装飾表面を有することができ、例えば既に印刷しておくことができる。

所望する耐候性を得るために特別有意義であるのは、少なくとも区域ごとに閉じたコーティングが、出発材料の表面においてコーティング材により形成されるときである。その際、本発明に係る方法では、コーティング材が個々の液滴で構成され、液滴は主に少なくとも１つの印刷ヘッド列、特に好ましくはウエブの送り方向に沿って前後に配置される２つ、３つまたはそれ以上の印刷ヘッド列によって被塗装表面に塗布される。送り方向に沿って前後に配置される２つ、３つまたはそれ以上の印刷ヘッド列を使用する場合、前後に配置される印刷ヘッド列を個々に互いに独自に制御してコーティング材を放出させることによって、コーティング材の量を制御することができる。

本発明に係る方法の上記説明から読み取ることができるように、コーティング材は望ましくは１つの印刷インキおよび／または少なくとも半透明な保護ラッカーを有する。

特許文献１による公知方法におけると同様に、出発材料を得るために、金属材料を連続的な工程で貯蔵部（コイル）から引き出し、例えば成形等の加工、特に冷間加工を施し、次にコーティング、特に印刷し、場合によっては送り方向を横切る方向に切断することにより所定の長さとすることができる。

所望する光沢値を得るために、出発材料に塗布されたコーティングの表面は艶消しとすることができる。この艶消しは本発明の特に好ましい実施形態において、２００ｎｍ未満、特に約１９２ｎｍの波長を有する紫外光パルスを表面に照射し、光パルスが１００ｎｓ未満、より好ましくは２０ｎｓ未満の持続時間を有し、光パルスの持続時間中に１０^６Ｗ／ｃｍ^２を超える出力を表面に付加することによって実現することができる。

エキシマ法とも称されるこのような方法では、コーティング材の表面領域に微細構造が生成され、この微細構造は所望する光沢度もしくは所望する艶消し感をもたらす。

本発明に係る方法の上記説明から読み取ることができるように、このような方法を実施する装置は、コーティングすべき建材をコーティングステーションへと供給する供給機構と、例えば少なくとも半透明な保護ラッカー等のコーティング材を連続的に塗布する塗布ステーションと、場合によっては艶消し機構と、場合によっては少なくとも半透明なコーティング材を硬化させるステーションとを有する。コーティングステーションは少なくとも１つのディジタル印刷ヘッド列、好ましくは供給方向に沿って前後に配置される２つ、３つまたはそれ以上の印刷ヘッド列を有し、これらの印刷ヘッド列によってコーティング材が個々の液滴を形成することによって装飾表面に印刷される。

以下、図面を参考に本発明を詳しく説明する。発明上重要であるが明細書の中でより詳しく説明されていないすべての発明の特徴箇所に関しても図面から明示的に参照される。

本発明に係るコーティングされた建材を製造する装置の概略図である。 図１に示される装置における印刷ヘッドの下面図である。 コーティングされた建材の詳細図である。

実質板状の建材１、特に組み立て式のドアとびらのパネルは、コンベヤベルトで例示される移送メカニズム４でディジタル印刷ステーション２に供給される。ディジタル印刷ステーション２の内部には１列または複数列のディジタル印刷ヘッド３が設けられ、印刷ヘッドは実質的に建材１の送り方向を横切る幅全体にわたって延びている。建材１は、その上面に装飾表面を有することができ、装飾表面は単色または複数色で印刷またはコーティングしておくことができる。印刷ステーション２における印刷ヘッド３を用いて、保護ラッカーがシングルパス法により建材１の制限された表面要素に供給される。

このために、建材１は、連続した送り速度でディジタル印刷ステーション２を通過し、保護ラッカーは単数または複数の印刷ヘッド列３から小さな液滴として建材１の表面に供給される。個々の液滴のサイズは１〜５００ｐｌ（ピコリットル）、特に１０〜２００ｐｌであり、個々の液滴の体積は制御装置を介して上記範囲内で変更することができる。ある液滴と他の液滴との距離は、Ｘ方向（送り方向）でもこれに垂直なＹ方向でも、すなわち、送り方向でも送り方向を横切る方向でも、１〜３００μｍ、特に好ましくは１０〜１００μｍである。

異なる印刷ヘッド列３から出力されて使用される保護ラッカーに応じて、閉じられた表面を保護ラッカーで生成するために、２つ、３つまたはそれ以上の印刷ヘッド列３、３’、３’’が送り方向に前後に並ぶように使用される。各印刷ヘッド列３、３’、３’’は保護ラッカーから成る液滴を建材１の制限された表面要素に塗布することができる。３つの印刷ヘッド列３、３’、３’’の代わりに、２つ、または３つより多い印刷ヘッド列を前後に配置することもできる。

図２に１つの印刷ヘッド列３を下から見た図が示してあり、この印刷ヘッド列３には、個々の印刷ヘッド３０が互いにずらして配置され、かつ建材１の送り方向を横切って建材１の全幅を覆うように設けられている。各印刷ヘッドは、複数のノズルを含み、各ノズルは液滴サイズまたは液滴体積と液滴数とを変更するために電子制御装置を介して個々に制御され得る。

ディジタル印刷ステーション２の電子制御装置は、建材１の制限された表面要素の正確な輪郭を保護ラッカーで印刷し、建材１の前、後または横で塗り過ぎを防止するのに使用される。同様に、この電子制御装置は、建材１に３次元領域がある場合、例えば形状変化部がある場合、当該領域がより厚い層厚となるように、面当たり所定の高い塗布を実行するために使用される。

印刷ヘッド列３、３’、３’’における個々の印刷ヘッドを適切に配置し、適切な数の印刷ヘッド列と液滴体積および印刷ヘッド当たりの液滴数の適切な選択とを行うことによって、建材１上に例えば１０μｍの所望する層厚が実現される。

保護ラッカーが塗布された後、建材１は、移送機構５によって紫外線放射器を備えた乾燥ユニット６に通され、そこで保護ラッカー層が硬化する。

これに代わる実施形態として、紫外線硬化なしに蒸発によって硬化する溶剤含有保護ラッカーを用いることとしてもよい。第３の実施形態として、紫外線硬化ステーションを通過する前に蒸発させなければならない溶剤を一定割合含有した紫外線硬化型保護ラッカーと組み合わせてもよい。この代わりに、紫外線硬化なしに純粋に物理的に乾燥する水性ラッカーも使用することができる。

他の興味ある実施形態は、ごく強力な短波紫外線放射による特殊な硬化によって得られる。「エキシマ」と称されるこの方法により、塗布された保護ラッカーの表面はまず硬化されて収縮し、この結果として艶消し表面が生じ、その後、さらなる最終硬化によってすべてのラッカー層が完全に硬化する。こうして所望する艶消し保護ラッカー表面が得られ、本来一般的に用いられる粒子状の艶消し剤を保護ラッカーに混ぜる必要はない。

図３には、板状またはパネル形状の本体１０を有し、本体の上面に装飾表面が形成されている建材１が示されている。装飾表面は、溝状の窪みが形成された条溝１１を有し、この窪みは建材１の縦方向または横方向に延び得る。条溝１１は、平らな装飾表面への移行部に、機械的に特定の応力を受ける可能性があるエッジ１２を有する。それゆえに、建材１の印刷時に両方のエッジ１２の領域はエッジ１２からさらに離れた方の平らな領域よりも大きな層厚で印刷される。エッジ１２における層厚は、より薄い領域より２０％以上厚く、または薄い領域の２倍または３倍以上厚くすることができる。さらに、条溝１１は、側壁１３および底１４も保護ラッカーで印刷される。保護ラッカーは、より薄い領域において５〜２５μｍ、特に８〜１５μｍの厚さで塗布され得る。

保護ラッカー自体は多種多様な組成とすることができ、好ましい一実施形態において保護ラッカーはアクリレート混合物からなる。

保護ラッカーの粘度は、好ましくは２５℃において５〜３０ｃＳｔ（センチストークス）である。

１ 建材
２ ディジタル印刷ステーション
３ ディジタル印刷ヘッド
３、３’、３’’ 印刷ヘッド列
４ 移送メカニズム
５ 移送機構
６ 乾燥ユニット
１０ 板状またはパネル形状の本体
１１ 条溝
１２ エッジ
１３ 側壁
１４ 底
３０ 印刷ヘッド

Claims (17)

1. 建具産業において屋外で利用するための例えばセクショナルドアパネル、オーバヘッドドア、ドア組立体等のコーティングされた建材を製造し、またはドアおよび／またはドア組立体を一体化したファサード用建材を製造する方法であって、
   送り方向に沿って前記建材を製造すべく定められた出発材料とコーティング機構との間で相対移動を生成し、
   前記送り方向を横切りかつコーティングされる主面に対して実質的に垂直なコーティング方向に沿って前記コーティング機構からコーティング材を前記出発材料に塗布するものであり、
   前記コーティング方向に垂直に移動しかつ前記出発材料と前記コーティング機構との間の相対移動の過程で前記コーティング機構によって覆われるコーティング平面の面要素当たりに塗布される前記コーティング材の量が、前記出発材料を表す材料データに基づいて制御されることを特徴とする方法。
2. 前記コーティング平面の前記面要素当たりに塗布される前記コーティング材の量が、前記コーティング方向に沿って前記面要素を前記出発材料の表面に投影した場合に前記面要素によって覆われる前記建材の制限された表面要素の表面積に基づいて制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記制限された表面要素当たり同じ量の前記コーティング材が前記出発材料の前記制限された表面の少なくとも一部に塗布されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記材料データは、コーティングすべき前記制限された表面要素のトポロジーを表すトポロジーデータを有し、前記出発材料に塗布される前記コーティング材の量は前記トポロジーデータに基づいて制御されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記トポロジーデータは、トポロジー型を記述する型データと拡大縮小データとで形成されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 第１の制限された表面領域における個々の前記制限された表面要素に、前記制限された表面要素当たり第２の制限された表面領域における個々の前記制限された表面要素に塗布されるよりも多く前記コーティング材を塗布し、特に前記制限された表面要素当たり２０〜５０％多く前記コーティング材を塗布することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記出発材料を、場合によっては形状変化しているウエブとして、定置される前記コーティング機構に対して前記送り方向に移送することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. コーティングすべき前記出発材料が装飾表面を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記装飾表面を得るために前記出発材料を印刷することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記出発材料の表面の少なくとも区域ごとに閉じたコーティングが、前記出発材料の表面において前記コーティング材により形成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記コーティング材は、少なくとも１つの印刷ヘッド列から生成され、被塗装表面に塗布される個々の液滴であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記コーティング材は、１つの印刷インキおよび／または少なくとも半透明な保護ラッカーを有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記出発材料を得るために、金属材料を連続的な工程で貯蔵部（コイル）から引き出し、例えば成形等の加工、特に冷間加工を施し、次にコーティング、特に印刷し、場合によっては送り方向を横切る方向に切断することにより所定の長さとすることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記出発材料に塗布された前記コーティングの表面が艶消しとなることを特徴とする特に請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 艶消しのために前記表面に、２００ｎｍ未満、特に約１９２ｎｍの波長を有する紫外光パルスを照射し、前記光パルスが１００ｎｓ未満、より好適には２０ｎｓ未満の持続時間を有し、前記光パルスの前記持続時間中に１０^６Ｗ／ｃｍ^２を超える出力で前記表面に付加することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法を実施する装置。
17. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法で製造された建材。

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