JP2022189795A - セメント成形体の粉体塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメント成形体の粉体塗装において所望の塗装品質を安定して得る。【解決手段】予熱工程では、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線１０をセメント成形体１の被塗装面２に照射して、セメント成形体１を加熱する。塗着工程では、予熱工程で加熱したセメント成形体１の被塗装面２に粉体塗料を付着させて塗料層４を形成する。加熱工程では、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線１０を、塗着工程で形成した塗料層４の表面に照射して、塗料層４及びセメント成形体１を加熱する。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートやモルタル等によって形成されるセメント成形体の塗装方法に関する。

特許文献１には、コンクリートブロックの表面を加熱する第１工程と、加熱したコンクリートブロックの表面に粉体塗料を付着させる第２工程と、コンクリートブロックの表面を再加熱して粉体塗料を完全に溶融する第３工程と、溶融した粉体塗料による塗膜を硬化定着させるためにコンクリートブロックを冷却する第４工程と、を含むコンクリートブロックの塗装工程が開示されている。

コンクリートブロックの加熱には近赤外線が用いられる。近赤外線によって集中的に加熱することにより、コンクリートブロックの表面のみを加熱して内部まで熱が伝わらないようにすることができるので、コンクリートブロックの蓄熱を抑制することができ、コンクリートブロックを冷却する時間を短縮することができる。

特開２０１９－１４２７５８号公報

特許文献１のように、塗装前のセメント成形体（コンクリートブロック）の被塗装面（表面）に近赤外線を照射して加熱（予熱）すると、セメント成形体の被塗装面が主に加熱され、セメント成形体の内部まで熱が伝わり難い。同様に、被塗装面に付着した粉体塗料（塗料層）の表面に近赤外線を照射して加熱すると、塗料層の表面が主に加熱され、塗料層の内部やセメント成形体まで熱が伝わり難い。このため、塗装前の加熱（予熱）では、セメント成形体が十分に乾燥せず、塗装後においてセメント成形体に残存する水分が塗料層（硬化前の塗膜）を通過して蒸発し、塗料層の硬化によって形成される塗膜に気泡跡が生じる可能性がある。気泡跡の発生は、外観を損なうばかりでなく、塗膜の定着性の低下や塗膜が部分的に薄くなるなどの要因となる。また、塗装後の加熱では、塗料層の内部やセメント成形体が十分に昇温せず、塗膜の定着性が低下する可能性がある。このように、近赤外線を照射して加熱する方法では、所望の塗装品質を安定して得られないおそれがある。

そこで本発明は、所望の塗装品質を安定して得ることが可能なセメント成形体の粉体塗装方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、セメント成形体の粉体塗装方法であって、予熱工程と、塗着工程と、加熱工程とを備える。予熱工程では、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線をセメント成形体の被塗装面に照射して、セメント成形体を加熱する。塗着工程では、予熱工程で加熱したセメント成形体の被塗装面に粉体塗料を付着させて塗料層を形成する。加熱工程では、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線を、塗着工程で形成した塗料層の表面に照射して、塗料層及びセメント成形体を加熱する。

赤外線とは、波長がおよそ０．７μｍ～１０００μｍの範囲の電磁波であり、予熱工程及び加熱工程では、赤外線のうちピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線を用いる。

塗着工程では、セメント成形体の被塗装面に塗料層が形成され、加熱工程では、塗料層及びセメント成形体が加熱される。塗料層（層状の粉体塗料）は、加熱されて溶融した後、冷却によって硬化して塗膜となり、被塗装面に定着する。

予熱工程では、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線をセメント成形体の被塗装面に照射する。照射された中赤外線の一部は、セメント成形体の内部へ透過する。水の吸収スペクトルには３μｍ付近の波長に大きな吸収帯が存在するため、セメント成形体の内部へ透過した中赤外線は、セメント成形体の内部に残存する水に吸収され、水を加熱する。これにより、セメント成形体の内部に残存する水を効率良く蒸発させて、セメント成形体の乾燥を促進することができる。

被塗装面が予熱工程で加熱されるので、塗着工程において粉体塗料が被塗装面に付着し易い。また、予熱工程で十分に乾燥したセメント成形体の被塗装面に粉体塗料を付着させて塗料層（硬化前の塗膜）を形成するので、塗膜に気泡跡が発生する不具合を抑制することができる。

加熱工程では、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線を塗料層の表面に照射する。照射された中赤外線の一部は、塗料層の内部へ透過し、さらにその一部は、セメント成形体の内部へ透過する。中赤外線は、ピーク波長が１．４μｍよりも短い近赤外線や５．０μｍよりも長い遠赤外線に比べて、粉体塗料及びセメント成形体に吸収され易く、粉体塗料の溶融及び硬化やセメント成形体の加熱に有効である。このため、塗料層の内部やセメント成形体を十分に昇温させることができ、塗膜の定着性を向上させることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様の粉体塗装方法であって、塗着工程では、マイナスに帯電した粉体塗料を被塗装面に吹付けて付着させる。

予熱工程での加熱による被塗装面への粉体塗料の付着の促進に加えて、マイナスに帯電した粉体塗料を被塗装面に吹付ける（いわゆる静電塗装法を用いる）ので、被塗装面への粉体塗料の付着率を向上させる（粉体塗料の消費量を抑制する）ことができる。

本発明の第３の態様は、セメント成形体の粉体塗装方法であって、予熱工程と、塗着工程とを備える。予熱工程では、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線をセメント成形体の被塗装面に照射して、セメント成形体を加熱する。塗着工程では、予熱工程で加熱したセメント成形体の被塗装面に、流動浸漬法によって粉体塗料を付着させて塗料層を形成する。流動浸漬法を用いるので、被塗装面への付着に寄与しない粉体塗料の消費量を少なく抑えて、粉体塗料のロスを低減することができる。

本発明第４の態様は、第１～第３の態様の粉体塗装方法であって、塗着工程では、塗料層が硬化した塗膜の厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下となるように、被塗装面に粉体塗料を付着させる。

塗膜が薄すぎると所望の耐久性（耐用年数）が得られない可能性があり、塗膜が厚すぎると重量化やコストの上昇を招くが、塗膜の厚さが５０μｍ以上３００μｍとなるように被塗装面に粉体塗料を付着させるので、所望の耐久性を確保しつつ、重量化及びコストの上昇を抑制することができる。

本発明によれば、セメント成形体の粉体塗装において所望の塗装品質を安定して得ることができる。

本発明の第１実施形態の塗装方法の各工程を説明するための模式図（側面図）であり、（ａ）は予熱工程を、（ｂ）は塗着工程を、（ｃ）は加熱工程を、（ｄ）は冷却工程をそれぞれ示す。 中赤外線の状態を模式的に示す側面図であり、（ａ）は予熱工程を、（ｂ）は加熱工程をそれぞれ示す。 第１実施形態の変形例を説明するための模式図であり、（ａ）は予熱工程の側面図を、（ｂ）は予熱工程の上面図を、（ｃ）は塗着工程の側面図をそれぞれ示す。 本発明の第２実施形態の塗着工程を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は、セメント成形体の粉末塗装に関する。セメント成形体とは、セメントを含有する粉体材料を水で練混ぜ、型に注入する等によって所望の形状に形成し、乾燥して硬化させたものである。セメント成形体には、コンクリート成形体（スレート瓦、コンクリートブロック、コンクリート外壁等）や、モルタル成形体が含まれる。以下の実施形態では、スレート瓦の外面（被塗装面）に粉体塗装を施す場合について説明するが、塗装対象はスレート瓦以外のセメント成形体であってもよい。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態は、板形状のセメント成形体（スレート瓦）１の粉体塗装方法であり、最初に、図１（ａ）に示すようにセメント成形体１を加熱する（予熱工程）。予熱工程では、例えば石英ヒータによって構成された中赤外線ヒータ３を、セメント成形体１の被塗装面２（図示の例では上面）に対向するように配置し、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線１０を中赤外線ヒータ３から被塗装面２に照射する。その際、例えば被塗装面２（又は被塗装面２の近傍のセメント成形体１）が所定温度を所定時間（例えば１４０℃を５分間）継続して維持するように、中赤外線１０の照射（中赤外線ヒータ３の運転）を制御する。予熱工程における加熱条件（上記所定温度及び所定時間）は、上記（１４０℃を５分間）に限定されず、後述する塗着工程で被塗装面２に付着させる粉体塗料の種類に応じて設定される。

図２（ａ）に示すように、照射された中赤外線１０は、その一部が被塗装面２で反射し、他の一部がセメント成形体１の内部へ透過する。乾燥し硬化したセメント成形体１にはある程度の水分が残存するが、水の吸収スペクトルには３μｍ付近の波長に大きな吸収帯が存在するため、セメント成形体１の内部へ透過した中赤外線１０は、セメント成形体１の内部に残存する水に吸収され、水を加熱する。これにより、セメント成形体１の内部に残存する水を効率良く蒸発させて、セメント成形体１の乾燥を促進することができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、予熱工程で加熱したセメント成形体１の被塗装面２に粉体塗料を付着させて塗料層４を形成する（塗着工程）。塗着工程では、静電塗装ガン５が用いられ、マイナスに帯電した粉体塗料を静電塗装ガン５から被塗装面２に吹付けて付着させる。静電塗装ガン５は、１つであってもよく複数であってもよい。粉体塗料は、熱硬化性であってもよく、熱可塑性であってもよい。熱硬化性の粉体塗料には、エポキシ系、エポキシポリエステル系、ポリエステル系、フッ素樹脂系が含まれる。熱可塑性の粉体塗料には、塩化ビニル系、ポリエチレン系、ポリアミド（ナイロン）系が含まれる。なお、粉体塗料を帯電させず（静電塗装ガン５を使用せず）、被塗装面２に単に吹付けてもよい。

図１（ａ）及び（ｂ）には、コンベアによって搬送されるセメント成形体１の上方に中赤外線ヒータ３及び静電塗装ガン５を配置した例を図示している。塗着工程において、粉体塗料の噴射及び停止を手動で制御してもよく、自動で制御してもよい。

被塗装面２が予熱工程で加熱されるので、塗着工程において粉体塗料が被塗装面２に付着し易い。また、予熱工程で十分に乾燥したセメント成形体１の被塗装面２に粉体塗料を付着させて塗料層４（硬化前の塗膜６）を形成するので、塗膜６に気泡跡が発生する不具合を抑制することができる。

さらに、予熱工程での加熱による被塗装面２への粉体塗料の付着の促進に加えて、マイナスに帯電した粉体塗料を被塗装面２に吹付ける（いわゆる静電塗装法を用いる）ので、被塗装面２への粉体塗料の付着率を向上させる（粉体塗料の消費量を抑制する）ことができる。

また、塗着工程では、塗料層４が硬化した塗膜６の厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下となるように、被塗装面２に粉体塗料を付着させる。塗膜６が薄すぎると所望の耐久性（耐用年数）が得られない可能性があり、反対に塗膜６が厚すぎると重量化やコストの上昇を招くが、塗膜６の厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下となるように被塗装面２に粉体塗料を付着させることにより、所望の耐久性を確保しつつ、重量化及びコストの上昇を抑制することができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、セメント成形体１及び塗料層４を加熱する（加熱工程）。加熱工程では、予熱工程と同様に、セメント成形体１の塗料層４に対向するように中赤外線ヒータ３を配置し、ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線１０を中赤外線ヒータ３から塗料層４に照射する。その際、例えば塗料層４（又は塗料層４の近傍のセメント成形体１）が所定温度を所定時間（例えば１６０℃を５分間）継続して維持するように、中赤外線１０の照射（中赤外線ヒータ３の運転）を制御する。加熱工程における加熱条件（上記所定温度及び所定時間）は、上記（１６０℃を５分間）に限定されず、塗着工程で被塗装面２に付着させた粉体塗料の種類と量とに応じて設定される。予熱工程と加熱工程では、中赤外線ヒータ３を両工程で兼用してもよく、各工程に専用の中赤外線ヒータ３を設けてもよい。

図２（ｂ）に示すように、照射された中赤外線１０は、その一部が塗料層４で反射し、他の一部が塗料層４の内部へ透過し、さらに塗料層４へ透過した一部がセメント成形体１の内部へ透過する。中赤外線１０は、ピーク波長が１．４μｍよりも短い近赤外線や５．０μｍよりも長い遠赤外線に比べて、粉体塗料及びセメント成形体１（セメント成形体１の構成成分）に吸収され易く、粉体塗料の溶融及び硬化やセメント成形体１の加熱に有効である。このため、塗料層４の内部やセメント成形体１の内部を効率良く且つ十分に昇温させることができ、塗膜６の定着性を向上させることができる。

例えば、粉体塗料を提供する塗料メーカー等は、塗膜の形成に推奨される加熱条件（推奨加熱条件）を公開している。本実施形態の上記加熱条件（１６０℃で５分間）で塗膜を形成可能な粉体塗料の場合、加熱炉による推奨加熱条件として、１７０～１８０℃で２０～２５分という条件が例示されている。加熱炉による推奨加熱条件と中赤外線による加熱条件（本実施形態の加熱条件）とを比較すると、中赤外線の方が加熱炉よりも、温度を１０～２０℃低く抑えるとともに、時間を１／４～１／５程度に短縮することができる。

最後に、図１（ｄ）に示すように、加熱された塗料層４及びセメント成形体１を冷却する（冷却工程）。冷却工程では、送風機７から塗料層４に向けて送風し、塗料層４及びセメント成形体１を冷却し、塗料層４を硬化させる。塗料層４が硬化して定着することにより、被塗装面２上に塗膜６が形成される。

なお、セメント成形体１が板形状以外の立体形状（例えば柱形状など）である場合、予熱工程では、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、セメント成形体１を吊り下げて中赤外線ヒータ３によって側方から加熱し、塗着工程では、図３（ｃ）に示すように、作業者が静電塗装ガン５を手に持ってセメント成形体１に粉体塗料を吹付けてもよい。粉体塗料の吹付け時に、セメント成形体１を回転させてもよく、静電塗装ガン５をセメント成形体１の外周に沿って移動させてもよい。また、加熱工程において、予熱工程と同様に、セメント成形体１を吊り下げて中赤外線ヒータ３によって側方から加熱してもよい。

本実施形態によれば、予熱工程及び加熱工程においてピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線１０を照射して加熱するので、赤外線以外によって加熱する場合や、ピーク波長が１．４μｍ未満の近赤外線や、５．０μｍを超える遠赤外線を用いる場合に比べて、所望の塗装品質を安定して得ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、塗着工程において、静電塗装法に代えて流動浸漬法により粉体塗料を被塗装面２に付着させる粉体塗装方法である。予熱工程では、セメント成形体１を第１実施形態と同様に加熱する。塗着工程の後に塗料層４及びセメント成形体１を加熱するか否かは、諸条件（使用する粉体塗料の種類や予熱工程の加熱温度など）によって決められる。塗着工程の後に塗料層４及びセメント成形体１を加熱する場合は、第１実施形態と同様の加熱工程を塗着工程の後に実行する。

流動浸漬法とは、予熱された被塗物を粉体塗料の流動層に浸漬して、被塗物の外表面に粉体塗料を付着させる方法である。例えば、図４に示すように、底面側が多孔板１３を介してプレナムチャンバー１２と連通する流動槽１１に粉体塗料を入れ、プレナムチャンバー１２に圧縮空気（又は不活性ガス）を圧送する。圧縮空気が多孔板１３を介して流動槽１１内へ流入することにより、流動槽１１内の粉体塗料が流動化して流動層１４となる。予熱工程で被塗装面２を粉体塗料の溶融温度以上に加熱（予熱）した被塗物（セメント成形体１）を、粉体塗料の流動層１４に浸漬する。予熱したセメント成形体１を粉体塗料の流動層１４に浸漬することにより、被塗装面２（セメント成形体１の外表面）に接触した粉体塗料は、半溶融状態又は溶融状態となり、被塗装面２上に塗料層を形成する。塗膜（硬化した塗料層）の厚さは、予熱工程の予熱温度と塗装工程の浸漬時間とによって決まる。流動浸漬法を用いるので、被塗装面２への付着に寄与しない粉体塗料の消費量を少なく抑えて、粉体塗料のロスを低減することができる。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

例えば、上記実施形態の予熱工程、塗着工程、加熱工程及び冷却工程の各工程や、連続する２つの工程間の全て又は一部において、セメント成形体１をコンベア（例えばベルトコンベア）やクレーン等の搬送手段に載置して又は吊り下げて搬送してもよい。また、塗装工程において粉体塗料を被塗装面２に付着させる方法は、静電塗装法や流動浸漬法に限定されず、他の方法を用いてもよい。

本発明は、セメント成形体の粉体塗装に広く適用可能である。

１：セメント成形体
２：被塗装面
３：中赤外線ヒータ
４：塗料層
５：静電塗装ガン
６：塗膜
７：送風機
１０：中赤外線
１１：流動槽
１２：プレナムチャンバー
１３：多孔板
１４：流動層

Claims (4)

1. ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線をセメント成形体の被塗装面に照射して、前記セメント成形体を加熱する予熱工程と、
   前記加熱したセメント成形体の前記被塗装面に粉体塗料を付着させて塗料層を形成する塗着工程と、
   ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線を前記塗料層の表面に照射して、前記塗料層及び前記セメント成形体を加熱する加熱工程と、を備える
   ことを特徴とするセメント成形体の粉体塗装方法。
2. 請求項１に記載の粉体塗装方法であって、
   前記塗着工程では、マイナスに帯電した粉体塗料を前記被塗装面に吹付けて付着させる
   ことを特徴とするセメント成形体の粉体塗装方法。
3. ピーク波長が１．４μｍ以上５．０μｍ以下である中赤外線をセメント成形体の被塗装面に照射して、前記セメント成形体を加熱する予熱工程と、
   前記加熱したセメント成形体の前記被塗装面に、流動浸漬法によって粉体塗料を付着させて塗料層を形成する塗着工程と、を備える
   ことを特徴とするセメント成形体の粉体塗装方法。
4. 請求項１～請求項３の何れか１項に記載の粉体塗装方法であって、
   前記塗着工程では、前記塗料層が硬化した塗膜の厚さが５０μｍ以上３００μｍ以下となるように、前記被塗装面に粉体塗料を付着させる
   ことを特徴とするセメント成形体の粉体塗装方法。

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