JP4888135B2 - 鋼管の紫外線硬化型塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶剤を用いた防錆油に代わり、紫外線硬化型塗料を走行する鋼管の外表面に塗布し、それを硬化させて硬化保護被膜を形成するための鋼管の紫外線硬化型塗装装置に関する。

錆の発生や輸送、搬送時の疵の発生を防止することを主目的とし、鋼管の外表面に防錆油を塗布することが一般的に行われている（非特許文献１）。これらの防錆油は、樹脂ワニス、あるいはワックス類、鉱物油などを主成分とし、各種添加剤と一緒に溶剤に溶かして使用される。
近年、溶剤を用いた防錆油に代わり、紫外線硬化型塗装装置を用い、紫外線硬化型塗料を鋼管の外表面に塗布し、それを硬化させて硬化保護被膜を形成することが行われている。

ここで、従来の紫外線（ＵＶ光）硬化型塗装装置の一例を図４により説明する。
従来の紫外線硬化型塗装装置は、鋼管Ｗの外表面に塗料を塗布するノズル７と、余分に塗布された塗料を鋼管Ｗの外表面からしごき落とすためのしごき板８と、塗料を硬化するためのＵＶ光９を発生する紫外線ランプとを具備している。このノズル７には、紫外線硬化型塗料を供給する供給配管７Ａが接続されている。この紫外線硬化型塗装装置によれば、ノズル７からの塗料の吐出量を多くできるので、高速塗布が可能となるが、しごき板８により余分に塗布された紫外線硬化型塗料をしごき落とす必要がある。
日本鉄鋼協会編、第３版 鉄鋼便覧第III巻（２）、丸善出版、1980年5月15日発行、ｐ1218〜1219

しかしながら、しごき板を用いて余分な塗料をしごき落とす方式を採用した場合、生産性に優れるとはいうものの、しごき時に管周方向位置で塗布量にムラ及び縦すじが生じ、塗装被膜品質が劣るという極めて重大な問題があった。
ところで、静電塗油ガンを用い、鋼板表面へ防錆油を均一塗布する静電塗油装置が公知である（特開２００１−１２９４４２号公報）。ただし、この静電塗油装置は、防錆油を塗布する静電塗油ガンのノズルとして、鋼板幅方向に長いスリット開口を有する一対の油噴霧ノズルを鋼板に対向配置しているので、鋼管に適用することができない。

一方、開口が円形状である回転霧化ノズルを用い、鋼管の外表面に紫外線硬化型塗料を静電塗装する塗装装置を構成した場合、以下のような問題点があった。この問題点について図３により説明する。
この鋼管の紫外線硬化型塗装装置は、回転霧化ノズルを搭載した一対の静電塗装ガン５と、鋼管Ｗの搬送方向下流側に配置されたＵＶ光９を発生する有電極紫外線ランプ（図示せず）と、静電塗装ガン５に高い電圧を印加する高圧電源６を具備している。この一対の静電塗装ガン５には、それぞれ、紫外線硬化型塗料を供給する塗料供給配管５Ａ，５Ｂと、エアを供給する配管と、高電圧を印加するケーブルとが接続されている。このため、回転霧化ノズルがエアにより毎分１万回転という高速で回転しつつ、供給配管５Ａ，５Ｂから供給された紫外線硬化型塗料を霧化することができる。また、鋼管Ｗを完全にアースして、高電圧を静電塗装ガン５に印加することで、回転霧化ノズルで霧化した塗料を帯電するため、均一塗布が可能である。

しかし、回転霧化ノズルで塗料を霧化し、鋼管Ｗの外表面に静電塗装する方式は、紫外線硬化型塗料の吐出量が少ないため、走行する鋼管の搬送速度が早くなると、鋼管表面に所定の膜厚を形成することが難しく、高速塗布には向かない。また、有電極紫外線ランプの発生するＵＶ光が弱いという問題もあり、高速硬化が達成できない。すなわち、図３に示したような回転霧化ノズルを搭載した装置の場合、塗装被膜品質に優れるが、生産性が劣るという問題点があった。

本発明は、上記に鑑み、生産性および塗装被膜品質に優れる鋼管の紫外線硬化型塗装装置を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討し、回転霧化ノズルに比べて紫外線硬化型塗料の吐出量を多くできる開口が円形状であるエアレスノズルを用いた静電塗装方式とすること、および強力なＵＶ光を照射可能な無電極紫外線ランプを採用することにより、上記課題を解決できるとの知見に基づき、本発明を成すに至った。
すなわち、本発明は、紫外線硬化型塗料を走行する鋼管の外表面に塗布し、それを硬化させて硬化保護被膜を形成するための鋼管の紫外線硬化型塗装装置であって、前記紫外線硬化型塗料を噴射する円形状開口のエアレスノズルを搭載した複数の静電塗装ガンと、前記静電塗装ガンで静電塗装した紫外線硬化型塗料を硬化する複数の無電極紫外線ランプとを具備したことを特徴とする鋼管の紫外線硬化型塗装装置である。

前記複数の静電塗装ガンが管周方向の相異なる３箇所に配置されてなる。また前記複数の無電極紫外線ランプが管周方向の相異なる４箇所に配置されてなる。

本発明によれば、開口が円形状であるエアレスノズルを搭載した複数の静電塗装ガンで高速塗布を達成し、その下流に配置された複数の無電極紫外線ランプで高速硬化を達成することができる。したがって、上記組合せにより、生産性および塗装被膜品質に優れる鋼管の紫外線硬化型塗装装置を実現できる。

本発明に係る一例の鋼管の紫外線硬化型塗装装置について図１により説明する。
図１（ａ）は本発明例の鋼管の紫外線硬化型塗装装置の構成を示す斜視図、図１（ｂ）はそのＸ１−Ｘ１矢視断面図、図１（ｃ）はＸ２−Ｘ２矢視断面図である。
本発明例の鋼管の紫外線硬化型塗装装置は、紫外線硬化型塗料を噴射する円形状開口のエアレスノズルを搭載した複数の静電塗装ガン１と、それらで静電塗装した紫外線硬化型塗料を硬化する無電極紫外線ランプ２とを具備し、走行する鋼管Ｗの外表面に紫外線硬化型塗料を静電塗装し、それを複数の無電極紫外線ランプが発生するＵＶ光９で硬化させて硬化保護被膜を形成する構成としてなる。

すなわち、管周方向の相異なる３箇所に配置された各静電塗装ガン１には、図１（ｂ）に示したように、その先端部に円形状のノズルが搭載されている。また紫外線硬化型塗料として例えば紫外線硬化型合成樹脂を各ノズルへ供給する塗料供給配管１Ａ，１Ｂ，１Ｃが各静電塗装ガン１に接続されている。なお、図１（ａ）〜（ｃ）には、走行する鋼管Ｗに対して設けた１組の装置構成を示した。

この場合、塗装室３内には、管周方向の相異なる３箇所に静電塗装ガン１を鋼管Ｗの搬送方向に沿って１２０度ずつずらせて千鳥状に配置した（図１（ｂ）参照）。また硬化室４内には、管周方向の相異なる４箇所に無電極紫外線ランプ２を鋼管Ｗの搬送方向に沿って９０度ずつずらせて千鳥状に配置した（図１（ｃ）参照）。
このように複数の静電塗装ガン１が管周方向の相異なる３箇所に配置されてなることが均一高速塗布を達成するうえで好ましい。また複数の無電極紫外線ランプ２が管周方向の相異なる４箇所に配置されてなることが、管周方向に重複（オーバーラップ）してＵＶ光９を照射でき、高速硬化を達成するうえで好ましい。

静電塗装ガン１を用いた静電塗装方式を採用した場合でも、鋼管Ｗの搬送速度、鋼管Ｗの外表面に形成する膜厚を勘案し、エアレスノズルから噴射する紫外線硬化型塗料の吐出量を決め、塗布時、ノズル口径に応じた所定の吐出圧力で紫外線硬化型塗料を噴射することが重要である。
（エアレスノズルの利点）
回転霧化ノズルの場合、エアにより毎分１万回転という高速で回転しつつ、紫外線硬化型塗料を粒子径数十μｍにして霧化するため、所定の吐出圧力が０．２ＭＰａ（２ｋｇｆ／ｃｍ^２）と低い。これに対して、ノズルを回転させず、霧化させるエアレスノズルの場合、所定の吐出圧力が５．０ＭＰａ以上と回転霧化ノズルの２５倍以上ほど高い。このため、エアレスノズルを搭載した静電塗装ガン１では、回転霧化ノズルの場合に比べて、紫外線硬化型塗料の吐出量を多くすることができ、高速塗布を達成できる。

（無電極紫外線ランプ２の利点）
従来の有電極紫外線ランプは、放電方式のもので紫外線発光効率が低く、紫外線量が少ない。
本発明に用いた無電極紫外線ランプ２はマイクロ波で水銀を励起する発光方式であり、紫外線を発光するランプバルブ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄには電極がない。この紫外線を発光するランプバルブ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの背面側には鋼管Ｗに紫外線を集光するリフレクターが、前面側にはマイクロ波を遮蔽するＲＦスクリーンが配置されている。

このような無電極紫外線ランプ２を用いれば、紫外線発光効率が高いため、高速硬化を達成することができる。
ここで、無電極紫外線（ＵＶ）ランプ２の好適な出力範囲を図２に示した。ＵＶランプ出力を５０〜７０％に設定することで、１つのＵＶランプにより塗膜硬度を鉛筆硬度でＨ以上となる硬化範囲を９０度以上にできる。そしてＵＶランプ出力を５０％以上に設定すれば、ＵＶランプ劣化により単位長さ当たりの紫外線量が減少した場合でも、管周方向の相違なる位置に９０度間隔で無電極紫外線ランプ２を配置したので、鋼管Ｗの全周にわたり、目標の塗膜硬度上限：鉛筆硬度で２Ｈを達成できる。

図１に示した本発明例の鋼管の紫外線硬化型塗装装置において、エアレスノズルを搭載した静電塗装ガン１からの吐出量を５０〜２００ｃｃ／分とするため、吐出圧力：５．０〜１０．０ＭＰａ、ノズルから鋼管Ｗまでの間隔：２９０ｍｍ（鋼管の外径が１１４．３ｍｍ時、外径がそれ以下では、外径に応じて間隔が広くなる）とした。
このような３ガンタイプの鋼管の紫外線硬化型塗装装置を用い、以下の目標処理速度で小径継目無鋼管の外周面に硬化保護被膜を形成した。

小径継目無鋼管の目標処理速度：外径が２５．４ｍｍ以上の場合≧６０ｍｐｍ、外径が６０．３ｍｍ以上の場合≧４０ｍｐｍ、外径が１１４．３ｍｍ以上の場合≧３０ｍｐｍ。
なお、硬化保護被膜の膜厚目標値：±５μｍ、被膜硬度の目標値：鉛筆硬度でＨＢ〜２Ｈとした。
この結果から、外径が６０．３ｍｍ以上の場合、目標処理速度の下限：４０ｍｐｍを超える６０ｍｐｍにしても、鋼管の外表面に円周方向の膜厚分布が許容範囲である硬化保護被膜を形成できていることがわかる。その他のサイズの場合にも、吐出圧力を５．０〜１０．０ＭＰａの範囲内で調整することにより、各サイズの目標処理速度を上回る搬送速度で鋼管の外表面に円周方向の膜厚分布が許容範囲である硬化保護被膜を形成できた。

（ａ）は本発明にかかる一例の鋼管の紫外線硬化型塗装装置の構成を示す斜視図、（ｂ）はそのＸ１−Ｘ１矢視断面図、（ｃ）はＸ２−Ｘ２矢視断面図である。 本発明例の紫外線硬化型塗装装置に用いるＵＶランプ出力の好適範囲を示す特性図である。 （ａ）は静電塗装ガンに回転霧化ノズルを搭載した鋼管の紫外線硬化型塗装装置の構成を示す斜視図、（ｂ）はその静電塗装ガンを示す斜視図である。 従来例の紫外線硬化型塗装装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

Ｗ 鋼管（走行する塗装物体）
１ 静電塗装ガン
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 塗料供給配管
２ 無電極紫外線ランプ
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ ランプバルブ
３ 塗装室
４ 硬化室
５ 回転霧化ノズルを搭載した一対の静電塗装ガン
５Ａ，５Ｂ 塗料供給配管
６ 高圧電源
７ ノズル
７Ａ 塗料供給配管
８ しごき板
９ ＵＶ光

Claims (3)

1. 紫外線硬化型塗料を走行する鋼管の外表面に塗布し、それを硬化させて硬化保護被膜を形成するための鋼管の紫外線硬化型塗装装置であって、前記紫外線硬化型塗料を噴射する円形状開口のエアレスノズルを搭載した複数の静電塗装ガンと、該複数の静電塗装ガンで静電塗装した紫外線硬化型塗料を硬化する複数の無電極紫外線ランプとを具備し、前記複数の無電極紫外線ランプが管周方向の相異なる４箇所に、前記鋼管の搬送方向に沿って９０度ずつずらせて千鳥状に配置されてなることを特徴とする鋼管の紫外線硬化型塗装装置。
2. 前記複数の静電塗装ガンが管周方向の相異なる３箇所に配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の紫外線硬化型塗装装置。
3. 前記複数の静電塗装ガンが、管周方向の相異なる３箇所に、前記鋼管の搬送方向に沿って１２０度ずつずらせて千鳥状に配置されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管の紫外線硬化型塗装装置。
   
   
   

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