JP2014104404A - 塗膜乾燥装置及び塗膜乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被塗装体となる樹脂材料の表面に形成された塗膜を乾燥する際、被塗装体の熱変形の防止と塗膜の乾燥時間の短縮の両立を高いレベルで実現するのに有効な技術を提供する。
【解決手段】 本発明にかかる塗膜乾燥装置１０は、被塗装体Ａとなる樹脂材料の表面に形成された塗膜Ｂを乾燥させる装置であって、塗膜Ｂに赤外線を照射するための赤外線照射機構２０と、被塗装体Ａを冷却するための冷却機構３０と、被塗装体Ａの温度が当該被塗装体Ａについて予め設定された上限管理温度を上回らないように、赤外線照射機構２０によって塗膜Ｂに赤外線を照射し、且つ冷却機構３０によって被塗装体Ａを連続的に冷却する制御を行う制御部４０と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塗膜の乾燥技術に係り、特に被塗装体となる樹脂材料の表面に形成された塗膜を乾燥させる技術に関する。

従来、例えば下記特許文献１から６にはいずれも、塗膜を乾燥するための技術が種々開示されている。特許文献１及び２には、金属材料や窯業系材料からなる被塗装体に形成された塗膜に赤外線を照射する技術が開示されている。特許文献３には、金属材料からなる被塗装体に形成された塗膜に熱線ランプからの熱線を照射するとともに冷却用のエアーを間欠的に吐出する技術が開示されている。特許文献４には、金属材料からなる被塗装体に形成された塗膜に赤外線を照射し、また必要に応じて送風を併用する技術が開示されている。特許文献５には、プラスチック材料からなる被塗装体に形成された塗膜を乾燥する際に赤外線による昇温と降温を繰り返す技術が開示されている。特許文献６には、プラスチック材料からなる被塗装体に形成された塗膜に赤外線を照射するとともに冷却用の温風を吐出する技術が開示されている。

特開２０００−０９３８７１号公報 特開２０００−１２６６７４号公報 特許第４０５９４４１号公報 特開平１０−１０９０６２号公報 特開２００８−１７８７７３号公報 特開２００３−１１４０８９号公報

（発明が解決しようとする課題）
ところで、赤外線は対象物の分子の固有振動を助長して高い熱エネルギーを発生させることが知られており、塗膜の乾燥を短時間で行いたい場合には、例えば特許文献１，２，４〜６に開示のように塗膜に赤外線を照射するのが効果的である。一方で、赤外線の照射は母材である被塗装体の温度を急激に上昇させ易く、特に樹脂材料からなる被塗装体の場合には、被塗装体の熱変形を防止する必要がある。そこで、例えば特許文献３，４，６に開示のように冷却用のエアーを用いることで、樹脂材料からなる被塗装体の熱変形を防止することが期待されるが、当該被塗装体の熱変形を防止しつつ塗膜の乾燥時間を短縮する技術を高いレベルで実現するために、塗膜に赤外線を照射する制御と当該被塗装体を冷却する制御との効果的な組み合わせを具現化したいという要請がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、被塗装体となる樹脂材料の表面に形成された塗膜を乾燥する際、被塗装体の熱変形の防止と塗膜の乾燥時間の短縮の両立を高いレベルで実現するのに有効な技術を提供することである。

（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明に係る塗膜乾燥装置は、被塗装体（母材）となる樹脂材料の表面に形成された塗膜を乾燥させる装置であり、赤外線照射機構、冷却機構及び制御部を含む。

赤外線照射機構は、塗膜に赤外線を照射する機能を果たす。これにより、赤外線の照射エネルギーが授与された塗膜は加熱されて硬化する。また、塗膜が加熱状態になることによって被塗装体も同様に加熱状態になる。この場合、赤外線は塗膜の分子の固有振動を助長することによって当該固有振動を熱エネルギーに変換して塗膜を急激に加熱するのに有効である。

冷却機構は、被塗装体を冷却する機能を果たす。この冷却機構は、赤外線の照射によって加熱された被塗装体に対して冷却作用を発揮する。

制御部は、被塗装体の温度が当該被塗装体について予め設定された上限管理温度を上回らないように、赤外線照射機構によって塗膜に赤外線を照射し、且つ冷却機構によって被塗装体を連続的に冷却する制御を行う。

上記のように、加熱状態の被塗装体を連続的に冷却することで、断続的に冷却を行う場合に比べて当該被塗装体の温度が上限管理温度に達するまで赤外線照射機構によって赤外線を照射可能な時間を延長することができる。これにより、赤外線の照射時間が長くなり塗膜が赤外線の照射によって授与されるエネルギーの総量（積算エネルギー）が増えるため、結果的に塗膜が所定の硬度に硬化するまでの時間、即ち乾燥処理に要する時間を短縮することができる。特に、冷却機構による被塗装体の冷却能力を高めるほどに赤外線の照射出力を上げることができ、乾燥処理に要する時間を更に短縮することができる。換言すれば、冷却機構は、被塗装体の連続的な冷却によって、被塗装体の温度が上限管理温度に達するまで赤外線照射機構によって赤外線を照射可能な時間を延長する手段と、塗膜が赤外線の照射によって授与されるエネルギーの総量が当該塗膜の硬化に要するレベルに達するまでの時間を短縮する手段とを兼務している。一方で、被塗装体の温度が上限管理温度を上回らないような制御によって、被塗装体の熱変形を防止できる。従って、被塗装体の熱変形の防止と塗膜の乾燥時間の短縮の両立を高いレベルで実現することができる。

本発明に係る上記の塗膜乾燥装置では、赤外線照射機構は、被塗装体及び塗膜のうちのいずれか一方の温度を計測するための温度計を備えるのが好ましい。冷却機構は、エアーを冷却するためのクーラーと、クーラーによって冷却された冷却エアーを被塗装体及び塗膜の少なくとも一方に供給するための冷却エアー供給管とを備えるのが好ましい。制御部は、温度計によって計測した計測温度と上限管理温度との比較結果に応じて、赤外線照射機構による赤外線の照射エネルギーを可変制御し、且つクーラーによって冷却された冷却エアーを冷却エアー供給管を通じて被塗装体及び塗膜の少なくとも一方に連続的に供給するのが好ましい。この場合、赤外線照射機構は、赤外線の照射出力を変更することによって、或いは赤外線を断続的に照射することによって、赤外線の照射エネルギーを可変制御することができる。これにより、塗膜に対する赤外線の照射エネルギーを可変制御しつつ、冷却エアーによって被塗装体を連続的に冷却する構成を実現することができる。

本発明に係る上記の塗膜乾燥装置では、制御部は、温度計によって計測した計測温度が上限管理温度に達した場合に赤外線照射機構をオフ状態に設定する一方で、温度計によって計測した計測温度が上限管理温度と冷却エアーの温度との間に設定された下限管理温度に達した場合に赤外線照射機構をオン状態に設定するオンオフ制御によって、赤外線照射機構による赤外線の照射エネルギーを可変制御するのが好ましい。この場合、被塗装体の温度上昇が計測された場合に赤外線照射機構をオン状態からオフ状態に切り替えることによって、被塗装体の表面温度を短時間で低下させることができる。一方で、被塗装体の温度低下が計測された場合に赤外線照射機構をオフ状態からオン状態に切り替えることによって、被塗装体の表面温度を短時間で上昇させることができる。これにより、被塗装体の必要以上の温度上昇及び温度低下を抑えつつ塗膜の乾燥処理を短時間で行うのに有効である。

本発明に係る上記の塗膜乾燥装置では、赤外線照射機構は、赤外線として波長が０．７［μｍ］から２．５［μｍ］までの近赤外線を照射可能な近赤外線ヒーターを備えているのが好ましい。赤外線の中でも塗膜の内部まで浸透し易い近赤外線を照射可能な近赤外線ヒーターを用いることによって、塗膜全体を短時間で均一に硬化させることができる。

本発明に係る塗装体乾燥方法は、被塗装体となる樹脂材料の表面に形成された塗膜を乾燥させる方法であって、被塗装体の温度が当該被塗装体について予め設定された上限管理温度を上回らないように、塗膜に赤外線を照射し、且つ被塗装体を連続的に冷却する乾燥処理を含む。この乾燥処理によれば、加熱状態の被塗装体を連続的に冷却することで、断続的に冷却を行う場合に比べて当該被塗装体の温度が上限管理温度に達するまでの時間を長くすることができる。これにより、赤外線の照射時間が長くなり塗膜が赤外線の照射によって授与されるエネルギーの総量が増えるため、結果的に塗膜が所定の硬度に硬化するまでの時間、即ち乾燥処理に要する時間を抑えることができる。一方で、被塗装体の温度が上限管理温度を上回らないような制御によって、被塗装体の熱変形を防止できる。従って、被塗装体の熱変形の防止と塗膜の乾燥時間の短縮の両立を高いレベルで実現することができる。

本発明に係る上記の塗膜乾燥方法の乾燥処理では、被塗装体及び塗膜のうちのいずれか一方の温度を温度計によって計測し、温度計によって計測した計測温度と上限管理温度との比較結果に応じて、赤外線の照射エネルギーを可変制御し、且つ被塗装体及び塗膜の少なくとも一方に冷却エアーを連続的に供給するのが好ましい。これにより、塗膜に対する赤外線の照射エネルギーを可変制御しつつ、冷却エアーによって被塗装体を連続的に冷却する処理を実現することができる。

本発明に係る上記の塗装体乾燥方法の乾燥処理では、温度計によって計測した計測温度が上限管理温度に達した場合に赤外線照射機構をオフ状態に設定する一方で、温度計によって計測した計測温度が上限管理温度と冷却エアーの温度との間に設定された下限管理温度に達した場合に赤外線照射機構をオン状態に設定するオンオフ制御によって、赤外線照射機構による赤外線の照射エネルギーを可変制御するのが好ましい。これにより、被塗装体の必要以上の温度上昇及び温度低下を抑えつつ塗膜の乾燥処理を短時間で行うのに有効である。

本発明に係る上記の塗装体乾燥方法の乾燥処理では、赤外線として波長が０．７［μｍ］から２．５［μｍ］までの近赤外線を照射するのが好ましい。赤外線の中でも塗膜の内部まで浸透し易い近赤外線を用いることによって、塗膜全体を短時間で均一に硬化させることができる。

以上のように、本発明によれば、被塗装体となる樹脂材料の表面に形成された塗膜を乾燥する際、被塗装体の熱変形の防止と塗膜の乾燥時間の短縮の両立を高いレベルで実現できることとなった。

本発明の一実施形態の塗膜乾燥装置１０の概略構成を示す図である。 図１中の塗膜乾燥装置１０の赤外線照射機構２０を上方からみた平面図である。 図１中の塗膜乾燥装置１０による乾燥処理の温度制御を示す図である。 実施例及び比較例１〜４のそれぞれの実施結果のデータを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の「塗膜乾燥装置」の一実施形態である塗膜乾燥装置１０の概略構成が示されている。この塗膜乾燥装置１０は、ワークＷ（「塗装体」ともいう）のうち被塗装体Ａ（「母材」ともいう）となる樹脂材料の表面に形成された塗膜Ｂを乾燥させる装置であり、その構成要素として赤外線照射機構２０、冷却機構３０及び制御部４０を含む。被塗装体Ａを構成する樹脂材料の典型例として、熱可塑性樹脂であるポリカーボネートが挙げられる。その他として、ポリプロピレン、ＡＢＳ、アクリル等の熱可塑性樹脂を被塗装体Ａを構成する樹脂材料として用いることもできる。一方で、塗膜Ｂを構成する塗料の典型例として、アクリルウレタン樹脂系塗料が挙げられる。

図１及び図２が参照されるように、赤外線照射機構２０は、塗膜Ｂに赤外線を照射する機能を果たすものであり、乾燥処理容器２１内に設けられた反射板（リフレクター）２２、ワーク保持装置２３、モータ２４、近赤外線ヒーター２５、保護部材２６及び温度計２７を備えている。この赤外線照射機構２０が本発明の「赤外線照射機構」に相当する。

反射板２２は、近赤外線ヒーター２５から照射された近赤外線を反射させてワークＷに照射するとともに、当該近赤外線が乾燥処理容器２１外に反射するのを防止する機能を果たす。この反射板２２は典型的にはアルミニウム材料によって構成される。

ワーク保持装置２３は、反射板２によって区画された乾燥処理空間２２ａに配置される。このワーク保持装置２３は、ワークＷを保持するとともに、その回転軸２３ａに接続されたモータ２４によって当該回転軸２３ａを中心に回転駆動される。この場合、ワーク保持装置２３は一方向のみに回転駆動されてもよいし、或いは双方向に回転駆動されてもよい。なお、図２では、ワーク保持装置２３に１つのワークＷが取り付けられているが、複数のワークを取り付けるようにしてもよい。

モータ２４は、ワーク保持装置２３を回転駆動するための駆動手段であり、このモータ２４の駆動軸がワーク保持装置２３の回転軸２３ａに接続されている。このモータ２４は、塗膜Ｂの乾燥処理時に発生した溶剤等に対応可能な防爆形のモータであるのが好ましい。

近赤外線ヒーター２５は、各ワークＷのうち特に塗膜Ｂに向けて一方向から近赤外線（波長が０．７［μｍ］から２．５［μｍ］までの近赤外線）を照射する機能を果たす。この近赤外線ヒーター２５で発生した近赤外線は、各ワークＷの塗膜Ｂに直接的に照射され、またその一部が反射板２２で反射された後に各ワークＷの塗膜Ｂに間接的に照射される。必要に応じて、各ワークＷに複数方向から近赤外線を照射できるように、複数の近赤外線ヒーター２５を用いることもできる。

保護部材２６は、近赤外線ヒーター２５とワーク保持装置２３に保持された各ワークＷとの間に介在しており、塗膜Ｂの乾燥時に発生した溶剤等が近赤外線ヒーター２５側に飛散するのを防止する機能を果たす。この保護部材２６は、乾燥処理空間２２ａが視認可能となるような透光性部材、典型的にはガラス板によって構成されるのが好ましい。

温度計２７は、各ワークＷの塗膜Ｂの表面温度（実質的に塗膜Ｂの温度）を計測するためのものである。この温度計２７として典型的には、ワークＷの塗膜Ｂから放射される赤外線の強度から塗膜Ｂの表面温度を非接触で測定可能な放射温度計を用いるのが好ましい。この温度計２７が本発明の「温度計」に相当する。

図１が参照されるように、冷却機構３０は、被塗装体Ａを冷却する機能を果たすものであり、クーラー３１、冷却エアー供給管３２、エアー排気管３４、排気ファン３６を備えている。この冷却機構３０が本発明の「冷却機構」に相当する。

クーラー３１はエアー（外気）を冷却する機能を果たす。このクーラー３１は、冷却された後の冷却エアーの温度を設定可能な設定機能を備えているのが好ましい。クーラー３１のこの設定機能によって、例えば２０［℃］の温度に制御された冷却エアーを得ることができる。このクーラー３１が本発明の「クーラー」に相当する。

冷却エアー供給管３２は、クーラー３１と赤外線照射機構２０の乾燥処理空間２２ａとを接続するための配管であり、クーラー３１側の流入口３２ａと乾燥処理空間２２ａ側の流出口３２ｂを備えている。このため、クーラー３１で冷却された冷却エアーは流入口３２ａから冷却エアー供給管３２に流入してこの冷却エアー供給管３２内を流通した後、流出口３２ｂから乾燥処理空間２２ａに供給される。この冷却エアー供給管３２が本発明の「冷却エアー供給管」に相当する。

冷却エアー供給管３２の流出口３２ｂは、各ワークＷのうち被塗装体Ａ及び塗膜Ｂの少なくとも一方に冷却エアーを供給するように構成されるのが好ましい。被塗装体Ａに冷却エアーを供給すれば当該被塗装体Ａを直接的に冷却することができ、塗膜Ｂに冷却エアーを供給すれば当該塗膜Ｂを介して被塗装体Ａを間接的に冷却することができる。例えば図１及び図２が参照されるように、冷却エアー供給管３２の流出口３２ｂが、各ワークＷの上方から当該ワークＷの上面及び回転軸２３ａに対向する内側対向面に向けて下向きに配置される構成を採用することができる。本構成によれば、冷却エアー供給管３２の流出口３２ｂから流出した冷却エアーは、各ワークＷの上面及び内側対向面に接触しつつ当該ワークＷの撹拌作用によって回転軸２３ａまわりに旋回する。その結果、各ワークＷの全体を効率的に冷却することができる。

エアー排気管３４は、赤外線照射機構２０の乾燥処理空間２２ａと乾燥処理容器２１外の外部空間３７とを接続するための配管であり、乾燥処理空間２２ａ側の流入口３４ａと外部空間３７側の流出口３４ｂを備えている。このため、乾燥処理空間２２ａのエアーは流入口３４ａからエアー排気管３４に流入してこのエアー排気管３４内を流通した後、流出口３４ｂから外部空間３７に排気される。この目的のために、エアー排気管３４に排気ファン３６が接続されている。排気ファン３６の駆動によって、エアー排気管３４内のエアーを円滑に排気するためのエアー流３５と、冷却エアー供給管３２内に冷却エアーを円滑に導入するためのエアー流３３が形成される。なお、エアー排気管３４を流れるエアーの全部又は一部をモータ２４の冷却用エアーとして利用することもできる。また、排気ファン３６に代えて或いは加えて、冷却エアー供給管３２に接続された給気ファンを用いて、エアー流３３及びエアー流３５が形成されるようにしてもよい。

制御部４０は、モータ２４、近赤外線ヒーター２５、温度計２７及び排気ファン３６のそれぞれに接続されている。この制御部４０は、モータ２４の駆動を制御するとともに、必要に応じて駆動時のモータ回転速度を制御することができる。この制御部４０は、温度計２７によって計測した温度情報を検出するとともに、この温度情報に応じて近赤外線ヒーター２５を作動させて後述のオンオフ制御を行うことができ、また必要に応じて作動時の出力調節を行うことができる。この制御部４０は、排気ファン３６の駆動を制御するとともに、必要に応じて駆動時のファン回転速度を制御することができる。なお、モータ２４及び排気ファン３６はいずれも制御部４０に接続されることなく個別に駆動制御されるように構成されてもよい。この制御部４０が本発明の「制御部」に相当する。

上記構成の塗膜乾燥装置１０を用いて、各ワークＷの被塗装体Ａに形成された塗膜Ｂの乾燥処理（塗膜Ｂを硬化させる硬化処理ともいう）を行う場合、例えば下記の手順を採用することができる。各ワークＷでは、所定の塗装処理によって被塗装体Ａに塗膜Ｂが形成されている。一方で、この乾燥処理は、下記の手順に限定されるものではなく、必要に応じて適宜の変更が可能である。

塗膜Ｂの乾燥処理に際し、ワーク保持装置２３によって各ワークＷを保持する。その後、モータ２４の駆動によってワーク保持装置２３を回転軸２３ａを中心に所定の回転速度
で回転駆動する。ワーク保持装置２３を回転させることによって、近赤外線ヒーター２５が各ワークＷに向けて一方向から近赤外線を照射する構造であっても全てのワークＷの塗膜Ｂに均一に近赤外線を照射することができる。これに対して、各ワークＷに向けて複数方向から近赤外線を照射できる構造を採用する場合には、ワーク保持装置２３の回転構造を省略することもできる。

この乾燥処理では、近赤外線ヒーター２５を作動させてオンオフ制御するとともに、排気ファン３６を連続的に駆動させる。このとき、近赤外線ヒーター２５を所定の照射出力（例えば、２［ｋＷ］の照射出力、照射温度１８００［Ｋ］）で作動させることによって、各ワークＷの表面に形成された塗膜Ｂに近赤外線が照射される。また、排気ファン３６の駆動によって、クーラー３１で冷却された冷却エアーを乾燥処理空間２２ａに供給するためのエアー流３３と、乾燥処理空間２２ａで冷却に使用された後のエアーを外部空間３７に排気するためのエアー流３５がそれぞれ連続的に形成される（図１参照）。この場合、乾燥処理空間２２ａに供給される冷却エアーは、一定温度で連続的に供給されてもよいし、或いはクーラー３１の設定温度の変更によって温度を変更しつつ連続的に供給されてもよい。また、この冷却エアーは、一定風量で乾燥処理空間２２ａに供給されてもよいし、或いは排気ファン３６の負荷の変更によって風量を変更しつつ乾燥処理空間２２ａに供給されてもよい。

制御部４０による近赤外線ヒーター２５のオンオフ制御については図３が参照される。このオンオフ制御では、制御部４０が近赤外線ヒーター２５に対して切り替えのための制御信号を出力することによって、近赤外線ヒーター２５のオン状態（ＯＮ）とオフ状態（ＯＦＦ）とが切り替えられる。この場合、経過時間に応じて近赤外線ヒーター２５の切り替えを行う制御（「第１のオンオフ制御」ともいう）や、塗膜Ｂの実際の計測温度Ｔｃと規定の下限管理温度Ｔｂ及び上限管理温度Ｔａのそれぞれとの比較結果に応じて近赤外線ヒーター２５の切り替えを行う制御（以下、「第２のオンオフ制御」ともいう）を採用することができる。

第１のオンオフ制御では、例えばタイマ等の計測手段によって経過時間を計測し、この計測時間が規定の設定時間に達したことを条件にして近赤外線ヒーター２５のオンオフ制御（近赤外線を断続的に照射する制御）を行うことができる。この場合、被塗装体Ａの温度が上限管理温度Ｔａを上回らないように、近赤外線ヒーター２５の照射出力を調節したり、冷却エアーの供給量を調節したりするのが好ましい。このときの上限管理温度Ｔａとして、例えば被塗装体Ａの熱変形が生じ難い上限温度、若しくは当該上限温度にオーバーシュート等の変動幅を加えた管理温度を採用することができる。ポリカーボネート製の被塗装体Ａの場合、この上限管理温度Ｔａを例えば８０［℃］に設定することができる。下限管理温度Ｔｂは、上限管理温度Ｔａと冷却エアーの設定温度（例えば２０［℃］）との間の温度を適宜に選択することができる。この下限管理温度Ｔｂを例えば５０［℃］に設定することができる。

この第１のオンオフ制御では、図３の場合、近赤外線ヒーター２５がオン状態に制御された時点で乾燥処理が開始され、且つ計測手段によって経過時間の計測が開始される。ここで、１サイクルの乾燥処理時間ｔを２４０［ｓｅｃ］に設定した場合、経過時間が１２０［ｓｅｃ］に達するまで近赤外線ヒーター２５をオン状態に維持する。そして、経過時間が１２０［ｓｅｃ］に達したときに近赤外線ヒーター２５をオン状態からオフ状態に切り替え、その後は経過時間が２４０［ｓｅｃ］に達するまで近赤外線ヒーター２５をオフ状態に維持する。

また、引き続いて２サイクル目の乾燥処理を行う場合は、近赤外線ヒーター２５をオン状態に切り替えた後、経過時間が３６０［ｓｅｃ］に達するまで近赤外線ヒーター２５をオン状態に維持する。そして、経過時間が３６０［ｓｅｃ］に達したときに近赤外線ヒーター２５をオン状態からオフ状態に切り替え、その後は経過時間が４８０［ｓｅｃ］に達するまで近赤外線ヒーター２５をオフ状態に維持する。

更に、引き続いて３サイクル目の乾燥処理を行う場合は、近赤外線ヒーター２５をオン状態に切り替えた後、経過時間が６００［ｓｅｃ］に達するまで近赤外線ヒーター２５をオン状態に維持する。そして、経過時間が６００［ｓｅｃ］に達したときに近赤外線ヒーター２５をオン状態からオフ状態に切り替え、その後は経過時間が７２０［ｓｅｃ］に達するまで近赤外線ヒーター２５をオフ状態に維持する。

第２のオンオフ制御では、例えば塗膜Ｂの計測温度Ｔｃと下限管理温度Ｔｂ及び上限管理温度Ｔａのそれぞれとの比較結果に応じて近赤外線ヒーター２５のオンオフ制御（近赤外線を断続的に照射する制御）を行うことができる。この第２のオンオフ制御には、少なくとも下記の第１ステップから第４ステップが含まれる。第１ステップでは、近赤外線ヒーター２５のオン状態で温度計２７によって実際に計測した塗膜Ｂの計測温度Ｔｃが上限管理温度Ｔａと比較される。第２ステップでは、第１ステップの比較結果に応じて計測温度Ｔｃが上限管理温度Ｔａに達した場合に近赤外線ヒーター２５がオン状態からオフ状態に切り替えられる。第３ステップでは、近赤外線ヒーター２５のオフ状態で計測温度Ｔｃが下限管理温度Ｔｂと比較される。第４ステップでは、第３ステップの比較結果に応じて計測温度Ｔｃが下限管理温度Ｔｂに達した場合に近赤外線ヒーター２５がオフ状態からオン状態に切り替えられる。

なお、上記の第１のオンオフ制御と第２のオンオフ制御とを組み合わせた制御を実施することもできる。例えば、近赤外線ヒーター２５がオン状態の場合に、塗膜Ｂの計測温度Ｔｃに応じて近赤外線ヒーター２５をオフ状態に切り替える第２のオンオフ制御を用いる一方で、近赤外線ヒーター２５がオフ状態の場合に、経過時間に応じて近赤外線ヒーター２５をオン状態に切り替える第１のオンオフ制御を用いることができる。その反対に、近赤外線ヒーター２５がオン状態の場合に第１のオンオフ制御を用いる一方で、近赤外線ヒーター２５がオフ状態の場合に第２のオンオフ制御を用いることもできる。

上記の乾燥処理によれば、赤外線は塗膜Ｂの分子の固有振動を助長することによって当該固有振動を熱エネルギーに変換して塗膜Ｂを急激に加熱して乾燥させる（硬化させる）のに有効である。特に、赤外線の中でも波長が０．７［μｍ］から２．５［μｍ］までの近赤外線は、塗膜Ｂ全体を短時間で均一に硬化させることができる。

一方で、加熱状態の被塗装体Ａを冷却エアーで連続的に冷却することで、断続的に冷却を行う場合に比べて当該被塗装体Ａの温度が上限管理温度Ｔａに達するまで近赤外線を照射可能な時間を延長することができる。これにより、近赤外線の照射時間が長くなり塗膜Ｂが近赤外線の照射によって授与されるエネルギーの総量（積算エネルギー）が増えるため、結果的に塗膜Ｂが所定の硬度（例えば、鉛筆硬度試験（ＪＩＳ Ｋ ５６００：塗料一般試験方法）でＨＢ）に硬化するまでの時間、即ち乾燥処理に要する時間を短縮することができる。特に、冷却機構３０による被塗装体Ａの冷却能力を高めるほどに近赤外線の照射出力を上げることができ、乾燥処理に要する時間を更に短縮することができる。例えば、冷却エアーの設定温度を２０［℃］よりも低い温度にし、或いは、冷却エアーの供給量（風量）を増やしたうえで、近赤外線ヒーター２５の照射出力を２［ｋＷ］よりも高めることができる。この場合、冷却機構３０は、被塗装体Ａの連続的な冷却によって、被塗装体Ａの温度が上限管理温度Ｔａに達するまで近赤外線を照射可能な時間を延長する手段と、塗膜Ｂが近赤外線の照射によって授与されるエネルギーの総量が当該塗膜Ｂの硬化に要するレベルに達するまでの時間を短縮する手段とを兼務している。一方で、被塗装体Ａの温度が上限管理温度Ｔａを上回らないような制御によって、被塗装体Ａの熱変形を防止できる。従って、被塗装体Ａの熱変形の防止と塗膜Ｂの乾燥時間の短縮の両立を高いレベルで実現することができる。

ここで、上記構成の塗膜乾燥装置１０を用いて乾燥処理を実行した実施結果について図４を参照しつつ説明する。図４には、実施例と、前述の特許文献１，４，５等に基づいた比較例１〜４を、いずれも同一材料からなるワークを使用した場合について記載している。このワークでは、ポリカーボネート製の被塗装体Ａを使用し、塗膜Ｂを形成するための塗料としてアクリルウレタン樹脂系塗料（関西ペイント株式会社製、レタンＰＧ６０）を使用している。

実施例では、２［ｋＷ］の照射出力の近赤外線ヒーター２５を用いて前述の第１のオンオフ制御を実施しつつ、ワークに対して２０［℃］の冷却エアーを連続的に供給した。特に、図３が参照されるような２４０［ｓｅｃ］の乾燥処理を１サイクルとした場合、実施例では３サイクルの乾燥処理（ｔ＝７２０［ｓｅｃ］）を実施した。

実施例の結果によれば、塗膜Ｂの計測温度Ｔｃを最大で８０［℃］に抑えることができた。また、被塗装体Ａの塗装後の乾燥処理時間ｔを７２０［ｓｅｃ］以下に抑えることができた。従って、ポリカーボネート製の被塗装体Ａに形成された塗膜Ｂを乾燥する際、被塗装体Ａの熱変形の防止と塗膜Ｂの乾燥時間の短縮の両立を高いレベルで実現できることが確認された。また、塗膜Ｂの外観（変形、艶等）について問題がないことが確認された。

これに対して、比較例１では８０℃の温風による乾燥処理（ｔ＝３６００［ｓｅｃ］）を実施した。この比較例１の結果によれば、塗膜Ｂの計測温度Ｔｃを最大で８０［℃］に抑えることができたものの、乾燥処理時間ｔが３６００［ｓｅｃ］であり、実施例の場合のように処理時間を短縮することはできなかった。

また比較例２〜４ではいずれも、２［ｋＷ］の近赤外線ヒーターによる近赤外線の連続照射を実施した。特に、比較例２では１２０［ｓｅｃ］の乾燥処理を実施し、比較例３では２４０［ｓｅｃ］の乾燥処理を実施し、比較例４では３６０［ｓｅｃ］の乾燥処理を実施した。

比較例２〜比較例４の結果によれば、乾燥処理時間ｔをいずれも場合も実施例のように３６０［ｓｅｃ］以下に抑えることができたものの、塗膜Ｂの計測温度Ｔｃがいずれも場合も１１０［℃］を上回るため、被塗装体Ａの熱変形を防止するために上限管理温度Ｔａを下回る温度で乾燥処理を行うことができなかった。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記実施の形態では、塗膜Ｂの計測温度Ｔｃと上限管理温度Ｔａとの比較結果に応じて近赤外線ヒーター２５をオン状態からオフ状態に切り替えることで、計測温度Ｔｃが上限管理温度Ｔａを上回らないように制御する場合について記載したが、本発明では、別の制御態様を採用することもできる。例えば、近赤外線を連続的に照射し、且つ塗膜Ｂの計測温度Ｔｃと上限管理温度Ｔａとの比較結果に応じて照射出力を低下させるような可変制御を採用することができる。また、近赤外線ヒーター２５の設定出力、冷却エアーの温度及び供給量（風量）等の関係に基づいて、上限管理温度Ｔａを上回らないような制御スケジュールを予め策定し、この制御スケジュールにしたがって赤外線照射機構２０及び冷却機構３０を制御することができる。

上記実施の形態では、冷却エアーによって被塗装体Ａを冷却する場合について記載したが、本発明では、加熱状態の樹脂材料製の被塗装体に対して冷却作用を発揮する要素を種々採用することができる。例えば、ワークＷを収容するための乾燥処理容器２１を直接的又は間接的に冷却する装置によって被塗装体Ａを冷却することもできる。

上記実施の形態では、波長が０．７［μｍ］から２．５［μｍ］までの近赤外線を照射可能な近赤外線ヒーター２５を用いる場合について記載したが、本発明では、この近赤外線ヒーター２５に代えて或いは加えて、波長が２．５［μｍ］から４［μｍ］までの中赤外線や、波長が４［μｍ］から１０００［μｍ］までの遠赤外線を照射可能な赤外線ヒーターを用いることもできる。

上記実施の形態では、温度計２７によって塗膜Ｂの温度を計測する場合について記載したが、本発明では被塗装体Ａの温度を計測する温度計を用い、この温度計によって計測した温度と熱伝導度等のパラメータとから塗膜Ｂの温度を間接的に導出することもできる。

上記実施の形態では、ポリカーボネート製の被塗装体Ａに形成された塗膜Ｂを乾燥させる場合について記載したが、１又は複数種類の樹脂材料のみからなる被塗装体や、１又は複数種類の樹脂材料に加えて金属材料等の別材料が含まれる被塗装体に形成された塗膜を乾燥させる技術に対して本発明を適用することができる。この場合、被塗装体に含まれる１又は複数種類の樹脂材料に対応した上限管理温度Ｔａを適宜に設定することができる。

上記実施の形態では、３サイクルの乾燥処理を実施する場合について記載したが、本発明は、乾燥処理が１サイクル以上であればよく、ワークや塗膜の種類等に合わせて適切なサイクル数を選択することができる。

１０…塗膜乾燥装置、２０…赤外線照射機構、２１…乾燥処理容器、２２…反射板、２２ａ…乾燥処理空間、２３…ワーク保持装置、２３ａ…回転軸、２４…モータ、２５…近赤外線ヒーター、２６…保護部材、２７…温度計、３０…冷却機構、３１…クーラー、３２…冷却エアー供給管、３２ａ…流入口、３２ｂ…流出口、３３…エアー流、３４…エアー排気管、３４ａ…流入口、３４ｂ…流出口、３５…エアー流、３６…排気ファン、３７…外部空間、４０…制御部、Ａ…被塗装体（母材）、Ｂ…塗膜、Ｗ…ワーク

Claims (8)

1. 被塗装体となる樹脂材料の表面に形成された塗膜を乾燥させる塗膜乾燥装置であって、
   前記塗膜に赤外線を照射するための赤外線照射機構と、
   前記被塗装体を冷却するための冷却機構と、
   前記被塗装体の温度が当該被塗装体について予め設定された上限管理温度を上回らないように、前記赤外線照射機構によって前記塗膜に赤外線を照射し、且つ前記冷却機構によって前記被塗装体を連続的に冷却する制御を行う制御部と、
   を含む、塗膜乾燥装置。
2. 請求項１に記載の塗膜乾燥装置であって、
   前記赤外線照射機構は、前記被塗装体及び前記塗膜のうちのいずれか一方の温度を計測するための温度計を備え、
   前記冷却機構は、エアーを冷却するためのクーラーと、前記クーラーによって冷却された冷却エアーを前記被塗装体及び前記塗膜の少なくとも一方に供給するための冷却エアー供給管とを備え、
   前記制御部は、前記温度計によって計測した計測温度と前記上限管理温度との比較結果に応じて、前記赤外線照射機構による赤外線の照射エネルギーを可変制御し、且つ前記クーラーによって冷却された冷却エアーを前記冷却エアー供給管を通じて前記被塗装体及び前記塗膜の少なくとも一方に連続的に供給する、塗膜乾燥装置。
3. 請求項２に記載の塗膜乾燥装置であって、
   前記制御部は、前記計測温度が前記上限管理温度に達した場合に前記赤外線照射機構をオフ状態に設定する一方で、前記計測温度が前記上限管理温度と前記冷却エアーの温度との間に設定された下限管理温度に達した場合に前記赤外線照射機構をオン状態に設定するオンオフ制御によって、前記赤外線照射機構による赤外線の照射エネルギーを可変制御する、塗膜乾燥装置。
4. 請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の塗膜乾燥装置であって、
   前記赤外線照射機構は、前記赤外線として波長が０．７［μｍ］から２．５［μｍ］までの近赤外線を照射可能な近赤外線ヒーターを備えている、塗膜乾燥装置。
5. 被塗装体となる樹脂材料の表面に形成された塗膜を乾燥させる塗膜乾燥方法であって、
   前記被塗装体の温度が当該被塗装体について予め設定された上限管理温度を上回らないように、前記塗膜に赤外線を照射し、且つ前記被塗装体を連続的に冷却する乾燥処理を含む、塗膜乾燥方法。
6. 請求項５に記載の塗膜乾燥方法であって、
   前記乾燥処理では、前記被塗装体及び前記塗膜のうちのいずれか一方の温度を温度計によって計測し、前記温度計によって計測した計測温度と前記上限管理温度との比較結果に応じて、赤外線の照射エネルギーを可変制御し、且つ前記被塗装体及び前記塗膜の少なくとも一方に冷却エアーを連続的に供給する、塗膜乾燥方法。
7. 請求項６に記載の塗膜乾燥方法であって、
   前記乾燥処理では、前記計測温度が前記上限管理温度に達した場合に前記赤外線照射機構をオフ状態に設定する一方で、前記計測温度が前記上限管理温度と前記冷却エアーの温度との間に設定された下限管理温度に達した場合に前記赤外線照射機構をオン状態に設定するオンオフ制御によって、前記赤外線照射機構による赤外線の照射エネルギーを可変制御する、塗膜乾燥方法。
8. 請求項５から７のうちのいずれか一項に記載の塗膜乾燥方法であって、
   前記乾燥処理では、前記赤外線として波長が０．７［μｍ］から２．５［μｍ］までの近赤外線を照射する、塗膜乾燥方法。

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