JP3237546B2 - 被覆剤の硬化または架橋方法および被覆物 - Google Patents

被覆剤の硬化または架橋方法および被覆物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空中で電子を電
圧にて加速し、この加速された電子を常圧雰囲気中に取
り出し、基材に施された塗料、印刷インキ、接着剤等の
被照射物に対して電子線(EB)を照射する方法および
電子線照射物に関し、特に、曲面または凹凸面を有する
被照射物に対して電子線を照射する方法および電子線照
射物に関する。
【0002】
【従来の技術】基材に施された塗料、印刷インキ、接着
剤等の被覆剤の硬化または架橋方法として電子線照射に
よるものが提案されており、これまでに多くの検討がな
されている。この方法は、真空中で電子を電圧にて加速
し、この加速された電子を空気中等の常圧雰囲気中に取
り出し、物体に対して電子線(EB)を照射する方法で
ある。
【0003】電子線照射による硬化および架橋の利点と
しては、次のようなものが挙げられる。 (1)希釈剤として有機溶剤を含有させる必要がないので
環境に優しい。 (2)硬化速度が速い(生産性大)。 (3)熱乾燥よりも硬化作業面積が少なくてすむ。 (4)基材に熱がかからない(熱に弱いものにも適用可
能)。 (5)後加工がすぐできる(冷却、エージング等が不要で
ある)。 (6)電気的作業条件を管理すればよいから、熱乾燥の際
の温度管理よりも管理しやすい。 (7)開始剤、増感剤がなくてもよいので、不純物の少な
いものができる(品質の向上)。
【0004】しかし、従来の電子線硬化技術は、以下の
2つの理由などにより、曲面または凹凸面を有する基材
上に塗布された被覆剤には適していない。 (1)加速電圧が通常300kV〜1MVと高く、2次X
線のシールディングおよびイナーティングも必要である
ため、照射装置が大型であり移動するのには適していな
い。 (2)照射装置と基材が一定でないと、塗膜の硬化程度に
ムラが生じるおそれがある。
【0005】したがって、従来の電子線硬化技術におい
ては、照射装置を固定せざるを得ず、また、対象物も
紙、フィルム、金属板等の平板がほとんどであった。従
来も電子線照射装置の中で、走査型と称し、電子線発生
部にスキャンコイルを使用して電子線の方向を走査させ
て照射幅を広げる方式が考えられてはいるが、この方式
は電線被膜の架橋等の極限られた分野に使用されている
に止まっている。
【0006】このように、電子線照射による硬化または
架橋技術は、地球的問題である環境問題の面から、省エ
ネルギーかつ溶剤を放出しない環境に優しいプロセスと
して注目を集めているものの、上述したような品質上の
問題、および装置が大型で初期投資が高いという問題が
ある。また酸素ラジカルの発生に起因して被覆剤表面に
おいて反応が阻害されるため、窒素等の不活性ガスによ
るイナーティングを必要とするが、イナートガスとして
の窒素等の使用によるランニングコストが高い等の問題
がある。そして、これらの問題により、実用化に至らな
い例が多数ある。
【0007】このため、加速電圧が低く、装置の小形化
を図ることができる低エネルギー電子線照射装置および
方法が期待されている。例えば、自動車の外装塗料にお
いては、本体保護のため、多くの塗料が使用されてい
る。現状では溶剤系塗料が主体であり、揮発性有機化合
物(VOC)の低減として、欧米に遅れて水性化や粉体
塗料化が進められている。しかし、両者ともその乾燥方
式が熱硬化で140〜150℃、20〜30分間を要し
ており、多大のエネルギーを消費している。また、熱硬
化方式では、乾燥オーブンの長さは50フィートから1
00フィートもあり、設置スペースも多大なものとな
る。また、後者は品質上の問題点を解決できていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、曲面や凹凸面を有する被
照射物であっても、装置上の問題および品質上の問題も
生じずに電子線を照射することができる電子線照射方
法、およびこのように電子線を照射して得られる電子線
照射物を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、第1に、曲面または凹凸面を有する被照
射物に対し、電子線照射装置における電子線発生部を
面または凹凸面に対応して走査させて電子線を照射する
ことを特徴とする電子線照射方法を提供する。
【0010】第2に、上記方法において、センサーによ
り、前記電子線発生部と被照射物との間隔を常に一定に
保ちながら電子線発生部を走査させることを特徴とする
電子線照射方法を提供する。
【0011】第3に、上記いずれかの方法において、前
記電子線発生部の走査を3次元ロボットにより行うこと
を特徴とする電子線照射方法を提供する。第4に、上記
いずれかの方法において、前記電子線照射の加速電圧が
150kV以下であることを特徴とする電子線照射方法
を提供する。第5に、上記いずれかの方法により電子線
照射して得られる電子線照射物を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的に説明する。図1は本発明を実施するための電
子線照射装置に用いられる、電子線発生部としての照射
管を示す模式図である。この装置は、円筒状をなすガラ
スまたはセラミック製の真空容器1と、その容器1内に
設けられ、陰極から放出された電子を電子線として取り
出してこれを加速する電子線発生部2と、真空容器1の
端部に設けられ、電子線を射出する電子線射出部3と、
図示しない給電部より給電するためのピン部4とを有す
る。電子線射出部3には薄膜状の照射窓5が設けられて
いる。電子線射出部3の照射窓5は、ガスは透過せずに
電子線を透過する機能を有しており、図2に示すよう
に、偏平状をなしている。そして、照射室内に配置され
た被照射物に照射窓5から射出された電子線が照射され
る。
【0013】このような構成の照射管を有する装置は、
米国特許第5,414,267号に開示されており、Am
erican International Technologies(AIT)社によ
りMin−EB装置として検討されている。この装置に
おいては、低加速電圧でも電子線の透過力の低下が小さ
く、有効に電子線を取り出すことができる。これによっ
て、基材上の被覆材に対し低深度で電子線を作用させる
ことが可能となり、基材への悪影響および2次電子線の
発生量を低下させることができるようになり、大がかり
なシールドは必ずしも必要としない。
【0014】また、電子線のエネルギーが低いため、酸
素ラジカルに起因する被覆剤表面での反応阻害を低減す
ることができるようになり、イナーティングの必要性が
小さくなる。
【0015】このように、シールドの小型化およびイナ
ーティングの低減化、また低加速電圧であるため電子線
発生部分の小型化が可能となることから、電子線照射装
置の飛躍的な小型化が可能となり、上記装置は種々の分
野への応用が期待されている。
【0016】本発明においては、電子線発生部である上
記照射管を備えた電子線照射装置を用いて、曲面または
凹凸面を有する被照射物に電子線を照射するにあたり、
上記照射管自体を走査させる。具体例としては、照射管
にセンサーを取り付け、基材上の被覆剤表面との距離を
一定に制御し、多関節アームを有する3次元ロボット等
により照射管を走査する。したがって、効果ムラが防止
され、より効率よく電子線を照射することができる。こ
の際の照射幅の大きさは基材の大きさや曲面または凹
凸面の形状に応じて適切に選択することができる。照射
管の窓から発生した電子線は被覆剤に到達し、被覆剤を
効果または架橋させる。この場合に、電子線を全面に照
射するため、照射間を走査する時間を要するが、既に公
知の通り、電子線による反応速度は熱硬化、UV硬化と
比較して飛躍的に速いことから問題はない。
【0017】次に、本発明の実施に用いる電子線照射装
置の具体的な構成を図3に示す。図中参照符号10は電
子線照射管を含む本体部分であり、この本体部分10に
光センサー11が取り付けられている。本体部分10
は、図4に示すように、照射窓18を有する照射管17
と、その外側を覆うシールド材19とで構成されてい
る。
【0018】光センサー11は、シールド材19に取り
付けられており、その先端から光を射出して、曲面を有
する基材20上の被覆剤16表面と照射窓18との距離
を検出する。
【0019】本体部分10は多関節伸縮アーム12の先
端に取り付けられており、このアーム12はアーム駆動
ロボット13により駆動される。このアームロボット1
3は、コントロールユニット14により制御される。な
お、参照符号15は電源ユニットである。
【0020】このような構成の装置においては、コント
ロールユニット14は、光センサー11からの情報によ
り照射窓18と被覆剤16との距離を一定に保つよう
に、かつ設定情報にしたがって、アームロボット13に
指令を送り、多関節アーム12を介して照射管を含む本
体部分10を走査させる。この装置では、多関節伸縮ア
ーム12を用いているため、基材が曲面を有していても
自由自在に追従することができ、しかも光センサー11
を用いることにより照射窓18と被覆剤16との距離を
一定に保つことができる。したがって、硬化ムラが防止
され、より効率よく電子線を照射することができる。
【0021】上記被覆剤を塗布する基材としては、処
理、未処理を問わずステンレス鋼(SUS)、アルミ等
の金属およびポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のプ
ラスチック等が挙げられる。
【0022】本発明が適用可能な被覆剤としては印刷イ
ンキ、塗料、接着剤が挙げられる。これらのうち、印刷
インキとしては、凸版インキ、オフセットインキ、グラ
ビアインキ、フレキソインキ、スクリーンインキ等の紫
外線や電子線硬化型インキが挙げられる。
【0023】また、塗料としては、アクリル樹脂系、エ
ポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、ポリエステル樹脂系等
の樹脂、および各種光感応性モノマーを用いた紫外線ま
たは電子線硬化型塗料が挙げられる。
【0024】さらに、接着剤としては、ビニル重合型
(シアノアクリレート系、ジアクリレート系、不飽和ポ
リエステル樹脂系)、縮合型(フェノール樹脂系、ユリ
ヤ樹脂系、メラミン樹脂系)、重付加型(エポキシ樹脂
系、ウレタン樹脂系)などの反応硬化型(モノマー型、
オリゴマー型)接着剤が挙げられる。接着剤の適用例と
しては、従来のものに加え、レンズの接着、ガラスシー
トの接着など、熱に弱い基材にも適応することができ
る。
【0025】上記のような被覆剤においては、従来から
使用されている各種添加剤を使用することができる。各
種添加剤の例としては、顔料、染料、安定剤、溶剤、防
腐剤、潤滑剤、活性剤等が挙げられる。
【0026】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。以
下の説明において、「部」、「%」は、それぞれ重量
部、重量%である。ここでは、硬化性被覆組成物として
金属塗料を用いた例を示す。この塗料の作成は以下の処
方で行った。 ビスフェノールA型エポキシアクリレート 20部 (ダイセル・ユーシービー社製 エベクリルEB600) ポリウレタンアクリレート 15部 (SARTOMER社製 CN963B80) ケトンホルムアルデヒド樹脂 10部 (ヒュルス社製 Synshetic resin SK) イゾボロニルアクリレート 30部 ヒドロキシエチルアクリレート 25部 ルチル型酸化チタン 100部 (石原産業製 タイペークCR−58) 添加剤(BYK社製BYK−358 0.5部
【0027】これらを混合し、サンドミルで1時間分散
して塗料を作成した。この塗料を、中塗りした曲面を有
する金属板(あらかじめプライマー塗料を塗装し、#3
00のサンドペーパーで水研ぎした鋼板)に塗布し、電
子線照射した。照射装置としては図3に示したものを用
いた。電子線発生部としての照射管にはAIT社製Mi
n−EB装置を使用した。また、照射条件は、加速電圧
60kV、電流値800μA、照射幅5cm、照射管走
査速度20m/minとした。このようにして電子線照
射した結果、得られた塗膜は均一であり、塗膜硬度は鉛
筆硬度で2Hと十分な硬度を有していた。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子線照射装置を走査させて電子線を照射するので、曲
面や凹凸面を有する被照射物であっても、装置上の問題
および硬化ムラ等の品質上の問題も生じずに電子線を照
射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するための電子線照射装置を示す
模式図。
【図2】図1の装置の電子線射出部を示す面。
【図3】本発明の実施に用いる電子線照射装置の具体的
構成を示す概略図。
【図4】図3の装置の照射管を含む本体部分を一部切り
欠いて示す斜視図。
【符号の説明】
1……真空容器 2……電子線発生部 3……電子線射出部 4……ピン部 5……照射窓 10……本体部分 11……光センサー 12……多関節伸縮アーム 13……アーム駆動ロボット 14……コントロールユニット 15……電源ユニット 16……被覆剤 20……基材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平2−52200(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21K 5/04 G21K 5/10 C08J 7/00 C08J 7/18 B29C 71/04

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 曲面または凹凸面を有する被照射物に対
    し、電子線照射装置における電子線発生部を曲面または
    凹凸面に対応して走査させて電子線を照射することを特
    徴とする電子線照射方法。
  2. 【請求項2】 センサーにより、前記電子線発生部と被
    照射物との間隔を常に一定に保ちながら電子線発生部を
    走査させることを特徴とする請求項1に記載の電子線照
    射方法。
  3. 【請求項3】 前記電子線発生部の走査を3次元ロボッ
    トにより行うことを特徴とする請求項1または請求項2
    に記載の電子線照射方法。
  4. 【請求項4】 前記電子線照射の加速電圧が150kV
    以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項3の
    いずれか1項に記載の電子線照射方法。
  5. 【請求項5】 前記請求項1ないし請求項4のいずれか
    1項に記載された方法により電子線照射して得られる電
    子線照射物。
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