JP4649344B2 - 紫外線塗料硬化設備、塗料硬化方法 - Google Patents

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。ＵＶ塗料の硬化工程としては、例えば、プレヒート炉内でワークに熱風を作用させて、ＵＶ塗料の溶剤分を蒸発させた後、紫外線硬化炉内でワークに紫外線を照射して、ＵＶ塗料を硬化させることなどが考えられる。

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、照射ゾーンの空気を不活性ガスに置換することが行われている。

例えば、炉上部にワーク出入口が形成された紫外線硬化炉を設け、紫外線硬化炉内に炭酸ガス（広義の不活性ガスの一種）が充満した状態で、紫外線硬化炉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紫外線硬化炉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紫外線硬化炉内の酸素濃度が低下するため、酸素阻害が生じなくなる。よって、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紫外線ランプ（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、その熱は紫外線硬化炉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、炉上部のワーク出入口を介して炭酸ガスが紫外線硬化炉外に漏れやすくなる。ゆえに、紫外線硬化炉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、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。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ワークに熱風を作用させて、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料の溶剤分を蒸発させるプレヒート炉と、前記プレヒート炉を通過したワークに脱酸素条件下で紫外線を照射して、前記紫外線硬化型塗料を硬化させる紫外線硬化炉とを備える紫外線塗料硬化設備であって、前記紫外線硬化炉は、ガス不透過性の壁材により構成され、炉上部が閉塞されている一方で炉最下部にワーク出入口が形成され、空気よりも軽い不活性ガスが内部に溜まるように構成され、前記プレヒート炉は、熱風を発生してその熱風を炉内に供給する熱風発生装置と、前記熱風発生装置によって供給された熱風を前記紫外線硬化炉側に導いてその熱を前記不活性ガスに伝達する熱風流路とを含んで構成され、前記熱風から伝達された熱によって前記不活性ガスが加熱及び保温される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、熱風の熱が紫外線硬化炉内の不活性ガスに伝達されることで、空気よりも軽い不活性ガスが加熱されるため、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、炉上部が閉塞された紫外線硬化炉内に溜まりやすくなる。即ち、不活性ガスが紫外線硬化炉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紫外線硬化炉内に溜まることにより、紫外線硬化炉内の温度が高くなるため、紫外線硬化型塗料が、紫外線の作用だけでなく不活性ガスの熱の作用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。

さらに、プレヒート炉内で発生した熱風によって不活性ガスが加熱されるため、不活性ガスを加熱装置によってあまり加熱しなくても済む。ゆえに、紫外線塗料硬化設備のランニングコストを抑えることができる。また、熱風から伝達された熱によって不活性ガスが保温されるため、不活性ガスが温度低下に伴って比重が大きくなり、炉上部から下方に流れることが防止される。これにより、不活性ガスが温度低下しにくくなり、ワーク出入口からの不活性ガスの漏れを最小限にすることができる。

また、プレヒート炉内の気体は、熱風発生装置によって熱風となるため、熱風流路を介して確実に紫外線硬化炉側に導かれる。従って、プレヒート炉の熱で不活性ガスを確実に加熱することができる。

さらに、紫外線硬化炉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紫外線硬化炉外に漏れることがない。さらに、ワーク出入口が炉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、「脱酸素条件下」とは、紫外線硬化炉内の酸素濃度が空気中の酸素濃度（２０％程度）よりも低い条件にあることをいうが、紫外線硬化炉内の酸素濃度は、できるだけ０％に近い状態（例えば５％未満）であることが好ましい。このようにすれば、紫外線硬化型塗料を硬化させる際の酸素阻害を防止しやすくなる。

また、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や炭酸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、不活性ガスが紫外線硬化炉外に漏れにくくなる。

上記発明において、前記熱風流路は、前記紫外線硬化炉を囲むようにして配置されていることが好ましい（請求項２）。このようにすれば、紫外線硬化炉内の熱が外部に逃げにくくなるため、紫外線硬化炉内の不活性ガスを確実に保温できる。また、熱風流路と紫外線硬化炉の外壁面との接触面積を大きくすることができるため、不活性ガスを効率良く加熱及び保温することができる。

上記発明において、前記プレヒート炉は、前記熱風流路に流路的に接続されるとともに、溶剤分を含んだ熱風を炉外に排出する排気手段を含んで構成されていることが好ましい（請求項３）。このようにすれば、プレヒート炉内の溶剤濃度が低下するため、紫外線硬化型塗料の溶剤分を効率良く蒸発させることができる。

上記課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、ワークに熱風を作用させて、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料の溶剤分を蒸発させるプレヒート炉と、前記プレヒート炉を通過したワークに脱酸素条件下で紫外線を照射して、前記紫外線硬化型塗料を硬化させる紫外線硬化炉とを備える紫外線塗料硬化設備による塗料硬化方法であって、炉上部が閉塞されている前記紫外線硬化炉内に空気よりも軽い不活性ガスを溜めるとともに、前記プレヒート炉の熱を利用して前記不活性ガスを加熱及び保温す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４に記載の発明によると、プレヒート炉の熱を利用して空気よりも軽い不活性ガスが加熱されるため、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、炉上部が閉塞された紫外線硬化炉内に溜まりやすくなる。即ち、不活性ガスが紫外線硬化炉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を紫外線硬化炉内に溜めることにより、紫外線硬化炉内の温度が高くなるため、紫外線硬化型塗料が、紫外線の作用だけでなく不活性ガスの熱の作用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１〜４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，図２に示されるように、紫外線塗料硬化設備１０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１０は、プレヒート炉１１及び紫外線硬化炉１２を備えている。プレヒート炉１１は、４つの側壁１１ｅ、炉上部１１ａ及び炉底部１１ｂによって略直方体状に形成されている。なお本実施形態では、プレヒート炉１１を構成する壁材は、断熱材を一対の鉄板で挟持することによって構成されており、ガス不透過性を有するとともに断熱性を有している。また、炉底部１１ｂには、プレヒート炉１１内にワークＷを搬入するためのワーク搬入口１１ｃと、プレヒート炉１１外にワークＷを搬出するためのワーク搬出口１１ｄ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、プレヒート炉１１は、熱風発生装置４１及び熱風流路４２を含んで構成されている。熱風発生装置４１は、プレヒート炉１１の外部に配置されており、ヒータ（図示略）とファン（図示略）とを備えている。ヒータは、熱風発生装置４１内に取り込んだ空気を、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。ファンは、ヒータで加熱された空気を熱風にして、その熱風をプレヒート炉１１内に供給するようになっている。なお、プレヒート炉１１内に供給された熱風は、プレヒート炉１１内のワークＷに作用して、そのワーク表面に塗布されたＵＶ塗料の溶剤分を蒸発させる。また、熱風流路４２は、プレヒート炉１１に流路的に接続されており、紫外線硬化炉１２を囲むようにして配置された通路である（図２参照）。熱風流路４２には、熱風発生装置４１からプレヒート炉１１内に供給された熱風が流れるようになっている。

また、図１，図２に示されるように、プレヒート炉１１の側壁１１ｅには、排気手段としての排気口４３が配置されている。排気口４３は、熱風流路４２に流路的に接続されており、溶剤分を含んだ熱風を炉外に排出するようになっている。

さらに、プレヒート炉１１内には温度計２６が設置されている。温度計２６は、プレヒート炉１１内の温度を測定して、ＣＰＵ２１に第１温度測定信号を出力するようになっている。なお図示しないが、温度計２６は、プレヒート炉１１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、温度計２６によってワークＷ付近の温度を正確に測定できる。

一方、前記紫外線硬化炉１２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ている。なお本実施形態では、紫外線硬化炉１２を構成する壁材は、断熱材を有しておらず、１枚の鉄板のみによって構成されている。つまり、紫外線硬化炉１２を構成する壁材は、プレヒート炉１１を構成する壁材に比べて厚さ方向への熱伝導性が高い。紫外線硬化炉１２の炉上部１２ａは天井によって閉塞されている。一方、紫外線硬化炉１２の炉底部１２ｂ（炉最下部）には、紫外線硬化炉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、紫外線硬化炉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。よって、紫外線硬化炉１２は、空気よりも軽い窒素ガス（不活性ガス）が内部に溜まるように構成される。また、紫外線硬化炉１２の側壁１２ｅは、熱風流路４２の一部を構成している。即ち、紫外線硬化炉１２及び熱風流路４２は、側壁１２ｅによって区画されている。このため、紫外線硬化炉１２内の窒素ガスと熱風流路４２内の熱風との接触が防止される。また、熱風流路４２内に導かれた熱風の熱は、側壁１２ｅを介して紫外線硬化炉１２内の窒素ガスに伝達される。その結果、窒素ガスは、熱風から伝達された熱によって加熱及び保温される。

図１，図２に示されるように、紫外線塗料硬化設備１０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。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１１ｃを介してワークＷをプレヒート炉１１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１１ｄを介してプレヒート炉１１外にワークＷを搬出するようになっている。さらに、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を紫外線硬化炉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を介して紫外線硬化炉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１に示されるように、ワーク支持体１９は、４つの車輪（図示略）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に示されるように、前記紫外線硬化炉１２には、複数のＵＶランプ１３が設置されている。各ＵＶランプ１３は、紫外線硬化炉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、紫外線硬化炉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、炉上部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（紫外線硬化炉１２の長手方向）と平行（即ち横置き）に設置されている。各ＵＶランプ１３は、プレヒート炉１１を通過して紫外線硬化炉１２内を通過するワークＷに、脱酸素条件下（本実施形態では、紫外線硬化炉１２内の酸素濃度が５％未満である状態）で紫外線を照射して、ＵＶ塗料を硬化させ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。

なお、本実施形態のＵＶランプ１３としては、発光部と、凹状の反射面を有するアルミ板（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と紫外線硬化炉１２とを区画する位置には、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紫外線硬化炉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、窒素ガスが充満している紫外線硬化炉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１０は、窒素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１０は、タンク３２と紫外線硬化炉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、プレヒート炉１１及び紫外線硬化炉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。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。なお、加熱装置３４は必須ではなく、必要に応じて適宜設けられる。仮に加熱装置３４を省略すれば、紫外線塗料硬化設備１０を簡略化できるため、紫外線塗料硬化設備１０のイニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる。

図１に示されるように、窒素ガス供給管３７上には、窒素ガスを紫外線硬化炉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窒素ガスを紫外線硬化炉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、紫外線硬化炉１２内に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、紫外線硬化炉１２の前記炉上部１２ａの天井に配置されており、窒素ガスを紫外線硬化炉１２内に供給するようになっている。これにより、窒素ガスが紫外線硬化炉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、下方に開口するノズルである。

図１に示されるように、紫外線硬化炉１２内の炉上部１２ａにおける窒素ガス供給口３６の下方であって、前記照射ゾーンの上方には、パンチングメタル５１が炉上部１２ａの天井と平行に配置されている。パンチングメタル５１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ている。パンチングメタル５１は、窒素ガスが各貫通孔を通過する際にその流れを整えて、炉上部１２ａ全体から鉛直方向下側に向けて流れる微小風速のダウンフローを生じさせるようになっている。なお、パンチングメタル５１を用いる代わりに、フィルタなどを用いてもよい。この場合におけるフィルタとしては、例えば、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等が好適である。

また、紫外線硬化炉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、紫外線硬化炉１２内の酸素濃度を測定して、ＣＰＵ２１に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、紫外線硬化炉１２内の温度を測定して、ＣＰＵ２１に第２温度測定信号を出力するようになっている。なお図示しないが、酸素濃度計２４は、紫外線硬化炉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１０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１０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及び熱風発生装置４１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。

ＣＰＵ２１には、前記温度計２６から出力された第１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、第１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。第１温度測定信号が示す温度が６０℃未満である場合、ＣＰＵ２１は、熱風発生装置４１による熱風を発生させる制御を行うようになっている。また、第１温度測定信号が示す温度が６０℃よりも高くなると、ＣＰＵ２１は、熱風発生装置４１による熱風を発生させる制御を停止するようになっている。このような制御によれば、プレヒート炉１１内の温度を一定に保つことができる。

さらに、ＣＰＵ２１には、前記温度計２５から出力された第２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、第２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。第２温度測定信号が示す温度が６０℃未満である場合、ＣＰＵ２１は、熱風発生装置４１による熱風を発生させる制御を行うようになっている。また、第２温度測定信号が示す温度が６０℃よりも高くなると、ＣＰＵ２１は、熱風発生装置４１による熱風を発生させる制御を停止するようになっている。このような制御によれば、紫外線硬化炉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。なお、紫外線塗料硬化設備１０が加熱装置３４を有する場合、ＣＰＵ２１は、第２温度測定信号に基づいて加熱装置３４の制御を行うようにしてもよい。具体的には、第２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。また、第２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。

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、紫外線硬化炉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。

次に、紫外線塗料硬化設備１０を用いた塗料硬化方法を説明する。

まず、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、タンク３２から送られてきた窒素ガスが、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、紫外線硬化炉１２内に充填される。そして、紫外線硬化炉１２内に充填された窒素ガスは、パンチングメタル５１の貫通孔を通過し、その際にその流れが整えられて微小風速のダウンフローとなる。これにより、窒素ガスは、パンチングメタル５１の下方にある照射ゾーンなどに流れる。なお、紫外線塗料硬化設備１０が加熱装置３４を有する場合、ＣＰＵ２１は、加熱装置３４に駆動信号を出力して、タンク３２から送られてきた窒素ガスを加熱する制御を行ってもよい。

また、ＣＰＵ２１は、熱風発生装置４１に駆動信号を出力し、熱風発生装置４１内に取り込んだ空気を例えば６０℃に加熱し、その空気を熱風にしてプレヒート炉１１内に供給する制御を行う。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１１ｃを介してプレヒート炉１１内にワーク支持体１９（ワークＷ）を搬入させる制御を行うとともに、ワーク搬出口１１ｄを介してプレヒート炉１１外にワーク支持体１９（ワークＷ）を搬出させる制御を行う。その結果、プレヒート炉１１内を通過するワークＷに熱風が作用し、そのワーク表面に塗布されたＵＶ塗料の溶剤分が蒸発する。

その後、溶剤分を含んだ熱風は、プレヒート炉１１内から熱風流路４２に導かれ、排気口４３から排出される（図２の矢印参照）。なお、熱風流路４２を流れる熱風の熱は、紫外線硬化炉１２の側壁１２ｅを介して紫外線硬化炉１２内の窒素ガスに伝達される。その結果、プレヒート炉１１の熱によって窒素ガスが約６０℃に加熱（及び保温）される。これにより、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。従って、炉底部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紫外線硬化炉１２外に漏れることが防止される。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。

この状態で、ＣＰＵ２１は、フロアコンベア１４に駆動信号を出力し、プレヒート炉１１外に搬出されたワーク支持体１９（ワークＷ）をワーク搬入口１２ｃを介して紫外線硬化炉１２内に搬入させる制御を行う。これとともに、ＣＰＵ２１は、紫外線硬化炉１２内のワーク支持体１９（ワークＷ）をワーク搬出口１２ｄを介して紫外線硬化炉１２外に搬出させる制御を行う。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、紫外線硬化炉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。

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１０によれば、熱風の熱が紫外線硬化炉１２内の窒素ガスに伝達されることで、空気よりも軽い窒素ガスが加熱されるため、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、炉上部１２ａが閉塞された紫外線硬化炉１２内に溜まりやすくなる。即ち、窒素ガスが紫外線硬化炉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紫外線硬化炉１２内に溜まることにより、紫外線硬化炉１２内の温度が高くなるため、ＵＶ塗料が、紫外線の作用だけでなく窒素ガスの熱の作用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。

（２）本実施形態の紫外線硬化炉１２は、熱伝導性を有する壁材によって構成されているため、熱風の熱を側壁１２ｅを介して紫外線硬化炉１２内に確実に伝達できる。一方、本実施形態のプレヒート炉１１は、断熱性を有する壁材によって構成されているため、プレヒート炉１１内の熱が紫外線塗料硬化設備１０外に放出されにくくなる。しかも、紫外線硬化炉１２内からプレヒート炉１１内に放出された熱が紫外線塗料硬化設備１０外に放出されることも防止できる。

（３）本実施形態では、プレヒート炉１１内に供給された熱風が、プレヒート炉１１、熱風流路４２、排気口４３の順に流れるため、その流れの方向は、プレヒート炉１１内を通過するワークＷの搬送方向と等しくなる。従って、熱風がワークＷに乱されることで熱風流路４２側に流れにくくなることを防止できる。ゆえに、熱風の熱を紫外線硬化炉１２内の窒素ガスに確実に伝達できる。さらに、プレヒート炉１１内に供給された熱風は、熱風流路４２に流れるが、紫外線硬化炉１２の周囲に熱風流路４２があることにより、熱風の熱を紫外線硬化炉１２内の窒素ガスにより確実に伝達できる。

（４）本実施形態では、紫外線硬化炉１２外の空気がワーク搬入口１２ｃ及びワーク搬出口１２ｄを介して侵入することを、ダウンフローの風圧によって防止できる。しかも、ダウンフローはパンチングメタル５１によって整流されて静かに流れるため、たとえ窒素ガスが空気に接したとしても空気中に拡散しにくい。よって、窒素ガスが紫外線硬化炉１２外に漏れ出す量を最小限に留めることができる。

（５）本実施形態のフロアコンベア１４は、ワークＷを下方から支持して搬送するため、フロアコンベア１４に付着した異物がワークＷに落下する心配がなく、ワーク表面のＵＶ塗料へのゴミの付着を防止することができる。

（６）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紫外線硬化炉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。

・上記実施形態の熱風流路４２は、紫外線硬化炉１２を囲むようにして配置されていた。しかし、熱風流路４２は、紫外線硬化炉１２の側壁１２ｅの少なくとも１つを覆うように配置されていてもよい。また、熱風流路４２は、紫外線硬化炉１２の炉上部１２ａや炉底部１２ｂを覆うように配置されていてもよい。さらに、熱風流路４２は、紫外線硬化炉１２内を通過するように配置されていてもよい。

・上記実施形態では、プレヒート炉１１の熱を利用して窒素ガスを加熱及び保温する方法として、熱風を熱風流路４２の壁材にあてて、その熱を紫外線硬化炉１２内に伝達することが行われていた。しかし他の方法として、熱風で加熱された熱伝達媒体（液体など）を熱風流路４２の壁材にあてて、その熱を紫外線硬化炉１２内に伝達するようにしてもよい。

・上記実施形態では、プレヒート炉１１へのワークＷの搬入・搬出と、紫外線硬化炉１２へのワークＷの搬入・搬出とを、１つのフロアコンベア１４で行っていたが、別々のフロアコンベアで行ってもよい。即ち、プレヒート炉１１から搬出されたワークＷを別のフロアコンベアに載せ替えて、紫外線硬化炉１２内に搬入するようにしてもよい。

・上記実施形態のプレヒート炉１１は、略直方体状をなし、炉底部１１ｂにワーク搬入口１１ｃ及びワーク搬出口１１ｄを有していたが、これに限定されるものではなく、他の形状であってもよい。

・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及び熱風発生装置４１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１０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、前記紫外線硬化炉を構成する壁材は、前記プレヒート炉を構成する壁材よりも熱伝導性が高いことを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（２）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記プレヒート炉は、断熱性を有する壁材によって構成さ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３のいずれか１項において、前記不活性ガスを送り出す不活性ガス源と、前記プレヒート炉の周囲の温度よりも高く、前記紫外線硬化炉の周囲の温度よりも高い温度に前記不活性ガスを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紫外線硬化炉内に供給する供給手段とを備えたことを特徴とする紫外線塗料硬化設備。

（４）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記ワークを前記プレヒート炉内に搬入するとともに、前記ワークを前記プレヒート炉外に搬出し、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紫外線硬化炉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ワークを前記紫外線硬化炉外に搬出する搬送手段を備えたことを特徴と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。 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

１０…紫外線塗料硬化設備
１１…プレヒート炉
１２…紫外線硬化炉
１２ａ…炉上部
１２ｂ…炉最下部にある炉底部
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
４１…熱風発生装置
４２…熱風流路
４３…排気手段としての排気口
Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. ワークに熱風を作用させて、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料の溶剤分を蒸発させるプレヒート炉と、前記プレヒート炉を通過したワークに脱酸素条件下で紫外線を照射して、前記紫外線硬化型塗料を硬化させる紫外線硬化炉とを備える紫外線塗料硬化設備であって、
   前記紫外線硬化炉は、ガス不透過性の壁材により構成され、炉上部が閉塞されている一方で炉最下部にワーク出入口が形成され、空気よりも軽い不活性ガスが内部に溜まるように構成され、
   前記プレヒート炉は、熱風を発生してその熱風を炉内に供給する熱風発生装置と、前記熱風発生装置によって供給された熱風を前記紫外線硬化炉側に導いてその熱を前記不活性ガスに伝達する熱風流路とを含んで構成され、
   前記熱風から伝達された熱によって前記不活性ガスが加熱及び保温される
   ことを特徴とする紫外線塗料硬化設備。
2. 前記熱風流路は、前記紫外線硬化炉を囲むようにして配置されてい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。
3. 前記プレヒート炉は、前記熱風流路に流路的に接続されるとともに、溶剤分を含んだ熱風を炉外に排出する排気手段を含んで構成されている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。
4. ワークに熱風を作用させて、そのワーク表面に塗布された紫外線硬化型塗料の溶剤分を蒸発させるプレヒート炉と、前記プレヒート炉を通過したワークに脱酸素条件下で紫外線を照射して、前記紫外線硬化型塗料を硬化させる紫外線硬化炉とを備える紫外線塗料硬化設備による塗料硬化方法であって、
   炉上部が閉塞されている前記紫外線硬化炉内に空気よりも軽い不活性ガスを溜めるとともに、前記プレヒート炉の熱を利用して前記不活性ガスを加熱及び保温することを特徴とする塗料硬化方法。

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