よくある話です。 あるファブリケーターは、部品が各工程でどれだけの時間を費やしているかを分析します。 レーザー切断、曲げ加工、溶接など、これらの社内部門は通常、分単位または時間単位で測定できます。 しかし、部品を外部の下請け業者に出すと、その時間は通常数日、時には数週間単位で計測される。
それでも、すべてのファブリケーターが粉体塗装ラインを持っているわけではありませんし、それには正当な理由があります。 地域にカスタム コーティングの親密なネットワークがあるショップでは、粉体塗装に踏み切ることはあまり意味がないでしょう。 粉体塗装のラインを立ち上げるのは簡単なことではありません。 しかし、粉体塗装業者との密接で迅速なネットワークがない場合、ファブリケーターには選択肢がないこともあります。
ファブリケーターは、前処理から粉体塗装そのもの、そして乾燥の要件に至るまで、装置の基本を学ぶ必要があります。 しかし、このパズルの重要な要素であるトレーニングの必要性を忘れてはなりません。 粉体塗装はとても簡単です。 粉体塗装や仕上げでパーツを破損したりスクラップにしたりすることは、塗装工程の前にレーザー切断や溶接などあらゆる付加価値を考えると、高価な失敗です。
これを考慮して、The FABRICATORは、粉体塗装業界のトレーニングを専門とする、ミシガン州グランドラピッズに拠点を置くTalbert ConsultingのRodger Talbertに話を聞きました。 その結果、この業界も金属加工と同じような課題に直面していることがわかりました。 粉体塗装の品質は、技術だけでなく、その技術を管理し、使用する人々によって左右されるのです。
初日
初心者の粉体塗装オペレーターの初日を観察して、Talbertはいくつかのことに気づきました。 まず、「簡単な仕事だ」という誤解がある。 「変な話だが、本当なんだ。 粉体塗装は、普通の人ならどうやったら粉がつくか分かるという意味で、簡単な仕事に見えるかもしれません。
このように塗膜が均一でないのは、粉体塗装の仕組みに対する基本的な誤解からきています。 濡れた塗料とは異なり、粉体には表面張力がないため、表面に付着し続けることができません。 液体ではなく、粉体なのです。 粉体塗料が付着するのは、静電気の作用があるときだけです。「電気には、オームの法則に基づいた独自の挙動があります。 「電気は抵抗が最も少ない経路をたどるのです」。
初心者がスプレーを始めると、最初はすべてがうまくいっているように見えます。 しかし、すぐに、隣接する内側フランジの狭い角や2本のワイヤーが交差する部分など、特定の部品の領域ではコーティングが十分に行き渡らず、平らな領域では行き渡りすぎてしまうのです。 これは、平らな部分は電気抵抗が少なく、角の部分は電気抵抗が大きいからです。
初心者は角の部分にガンを当てて十分な被覆を得ようとしますが、粉の一部が抵抗の少ない部分、つまり平らな部分に流れてしまうことに気がつきます。 その結果、ある部分はオーバーコート、ある部分はアンダーコートとなり、全体的にムラになってしまうのです。 作業者は何を見落としているのか？ それは、状況に応じて、ひとつかもしれないし、いくつかもしれません。
装置と技術
前処理設定、ライン速度、部品の吊り下げ、ライン密度、硬化炉の設定など、作業中にオペレーターが直接制御できない変数もあります。 オペレーターがコントロールできる変数については、機器の設定と技術の 2 つの分野に分類できます。
Talbert は機器から始めることを提案します。 結局のところ、良いテクニックを身につけるためには、オペレーターが機器の設定の悪さと戦っている場合ではないのです」
「カバレッジに影響を与える2つの異なるサブシステムがあります。 と彼は言います。「まず、空気圧を正しく設定することを含む、送達コンポーネントです。 これは、適切な量の粉末を提供し、粉末が過剰な速度を持つことを防ぎ、美しい、均一なパターンを与えます。 これはプロセスの空気圧の部分です。」
オペレーターは2つの異なる空気設定を考慮する必要があります。 (1)総量の割合、(2)速度(霧化またはパターン制御)。 設定は、粉体、部品の混合、およびコーティングを行う人によって異なります。 Talbertは、「典型的な設定は、二次空気供給が40パーセントで4.0 Nm3/h（通常の立方メートル/時）かもしれません。 初心者は電流が大きすぎることが多い。 粉体塗装の初心者は電流をかけすぎてしまうことが多いのですが、適度な電流をかけることで粉体を均一に金属表面に付着させることができます。 粉体を付着させるのは、静電気の引き合いによるものだ。
「粉体の電極から部品への電流の引き込みが強すぎて、粉体の自然な堆積を妨げてしまうのです」とTalbertは言います。 「これは、高電圧が空気分子と衝突し、それらを分割してイオンを生成することで、コーティング表面に形状やテクスチャを作成するものです。
内側の角（およびワークピースの他の高抵抗部分）に生じる反発効果は、粉体塗装業者が「ファラデーケージ」と呼ぶものです。 この効果は、電磁気的な挙動を発見したイギリスの科学者、マイケル・ファラデーにちなんで名づけられました。
古いタイプの粉体ガンは電流設定に制限がないため、部品と粉体ガン内の電極の間の電気抵抗によって、アンペア数が大きく上下します。 ガンをワークに近づけると抵抗値が下がり、その分電流が大きくなります。
特に初心者の場合は、電流を制限することがコツです。 制限値を設定すれば、ガンを近づけたり遠ざけたり、つまり、ガンとワークの距離を変えても、オペレータは希望通りの加工範囲を確保することができます。
新しいガンには、設定可能な電流制限があります。 そのため、オペレータが部品に向かってガンを数インチ動かすと、電流がたとえば60～70マイクロアンペア（多くのアプリケーションで問題を引き起こす可能性がある範囲）に跳ね上がる代わりに、ガンを20～40アンペアに制限することが可能です。 したがって、オペレータが部品に近づくと、ガン内のテクノロジーが電気的に補正し、アンペア数が 40 (または、装置とアプリケーションに最適な値) を超えることはなく、スムーズで一貫したカバレッジが可能になります。 レーザーやプラズマ切断のノズルと同様に、粉体塗装ガンのノズルにもさまざまな選択肢がありますが、塗装ビジネスには2つの構成が広く浸透しています。 1つはファンノズルで、粉体を扇状に噴射し、細長い楕円形のような塗膜を形成する。 もうひとつは、ドーナツ状に集中して塗布する「コニカルディフェクター」。 直径2～3インチ程度の小さなパターンもスプレーできるので、チューブや角が内側にある小さな箱など、完全なコーティングが必要な形状に適しています。
扇形構成は依然として最も人気がありますが、それは単にそのスプレーが部品の形状や部品の表面の種類の範囲にわたってオペレータに最高の効率を与えるからです。
「ラボ環境では、ノズルを頻繁に交換するでしょうが、生産環境では、それは本当に難しいことです」と Talbert 氏は言います。 安定した手つきで、一定のパターンでまっすぐなストロークを行い、ストロークとストロークの間に一定の面積の重なりを持たせるのです」
技術は直感的なものです。 「新人のオペレーターが不規則なパターンでガンを動かしているのをよく見かけます。 新人のオペレーターが不規則なパターンでガンを動かしているのをよく見かけますが、パーツの上で不規則なパターンでガンを動かしてはいけません。 「ガンを左から右へストロークさせ、ガンを落とし、パターンを約50%オーバーラップさせ、右から左へストロークさせるのです」
粉体塗装技術に関して言えば、ガンと部品の距離（目標距離ともいう）とスプレー順序という2つの重要な変数があります。 ターゲット距離はできるだけ一定でなければなりません。 「ある部品には3インチ、別の部品には6インチ離してスプレーすると、膜厚と粉体の挙動に違いが出てしまいます」とTalbert氏は言います。 「粉体塗装の作業では、部品ごと、人ごとに、一貫した目標距離を設定する必要があります」
このほか、作業者はまず、カバーしにくい場所、隅やくぼみ、内側のしわなど、ファラデーケージや他の粉体塗装で問題となりやすい高電気抵抗から始める必要があります。 それから、電気抵抗が低く、塗装しやすい平らな面に移るのです。 「タルバートは、「最初に塗装しやすい面に粉体を塗ると、全体の電気抵抗が高くなるだけです」と言う。 つまり、電気抵抗は小さくなるどころか、大きくなってしまうのです」。
ラックとハンガー
ガンオペレーターは、パーツが一貫して正しい向きでラックされハンガーされていなければ、成功することはありません。 部品を洗浄する場合は、水が詰まって隅に溜まらないような方法で吊るす必要があります。 部品は、効率を上げるために十分に近くに配置する必要がありますが、近すぎると、スプレーガンのオペレーターがすべての部品を完全にコーティングすることが難しくなります」
「優れたラックシステムは、オペレーターがすべての部品のすべての領域に適切にアクセスできるようにします」と、Talbert 氏は語ります。 いったんライン上で動くと、揺れたりねじれたりしてはいけないのです。 これもまた、オペレーターが完全で安定した塗装を行うことを難しくします。 特に軽量な部品では、この点が問題になります。 小さな部品はとても軽いので、粉体塗装のスプレー自体が振れてしまうことがあるのです。 これは一見無害に見えますが、この揺れによってガンからターゲットまでの距離が変化し、その結果、塗布量が一定でなくなることがあるのです。
Talbert氏は、同じ部品は同じ方向と高さに吊るすべきであり、そうすればオペレーターは部品ごと、シフトごと、日ごとに、一貫した再現性のある方法で各パーツをコーティングできるようになると付け加えました。
「ラックは清潔であるべきで、接触部分には粉がない必要があります」と Talbert は言います。 「これによって、アース接地による良好な静電吸引力が得られます。」
粉体塗装ラインでの部品の吊り下げ密度については、本が書けるほどです。 カスタム コーターでは、最適なライン密度を見つけることが戦略的なビジネス上の利点となり、真の競争力を持つかどうかの違いとなります。
ファブリケーターではライン密度はそれほど重要ではないかもしれませんが、Talbert が警告するように、ライン密度を無視することは自らのリスクとなるのです。 結局のところ、粉体塗装を内製化するファブリケーターは、粉体塗装のボトルネックを解消するためにそうすることが多いのです。 粉体塗装に大きな投資をして、その投資が非効率的なものになることは避けたいことなのです。
「ラッキングの目的は、簡単に塗装できること、塗装時に部品が乾燥していること、そしてラインから十分な量を得ることです」とTalbert氏は述べています。 「生産性、一貫性、コーティングの容易さ、そして無駄の少なさです。 多くの工場では、パーツのラックや吊り下げを適切に行わないことで、多額の資金を無駄にしています」
このように考えると、パーツのラックや吊り下げを担当する人は、自分の仕事がどれほど重要で、適切に行わなかった場合にどうなるかを知る必要があります。
Leadership in a High Product-mix Environment
オペレーターは、粉体が表面に付着する方法についての実用的な知識が必要です。 スーパーバイザーやその他の部門のリーダーは、もっと多くのことを知る必要があります。 粉体塗装ラインがどのように稼働しているのかを知る必要があるのです。
粉体塗装ラインは、バッチ生産システムとして最もスムーズに機能します。 「キット単位ではなく、サイズやスタイル単位でバッチ処理するのが理想的です。 ガンやオーブン、ラックなどのセットアップが簡単になります」とタルバート。 「全体として、これは望ましい塗装方法です」
これは、加工業者が1つの色を何時間も使い続ける必要があると言っているのではありません。 結局のところ、カスタムファブリケーターがコーティングを社内で行う大きな理由は、迅速なカラーチェンジを活用することです。
同じように、塗装ラインは特定の速度に合わせて設計されており、それは、量、部品の混合、前処理要件、ライン密度（一定のスペースにどれだけ多くの部品を吊るせるか）、および硬化時間によって決まります。
前処理は通常、キットベースの処理に対してある程度柔軟に対応することができます。 粉体塗装における前処理は2つの重要なステップがある。 (1)洗浄、(2)化成皮膜の塗布で、腐食を防ぎ、粉体の接着を良好にし、コーティングの寿命を向上させることができます。 前処理工程には、部品の準備やその他の処理を行う多くのステップが含まれますが、その目的は、きれいな表面と結合しやすい表面を得ることです。
洗浄工程については、私は多くのラインで働いていますが、非常に多様な種類の材料を使用し、それらをうまく管理しています」と Talbert は言います。 アルミニウムには効果的な化成処理も、鉄にはうまく機能しない傾向があります。 (しかし、酸化ジルコニウムのようないわゆる「遷移金属」製品を使用した一部のコーティングは、前処理システムを異なる材料に適応させることができます）
「しかし一般的には、キットベースの処理では、前処理はそれほど困難ではありません」とTalbertは続けます。 「しかし、課題となっているのは硬化です。 厚いパーツを硬化させる場合、基材の中心部が架橋に必要な温度に達するまでに時間がかかります」
ほとんどの粉体塗装では熱硬化性粉末を使用しています。粉末が溶けてフィルムとして融合するためには、粉末の中で化学反応を起こすための一定のエネルギーと時間が必要です。 粉体がバラバラの粒子の集まりから一貫したフィルムに変化する際に、分子構造が変化することで「架橋」が起こります。 この作業には、キュアするパーツによって一定の時間がかかりますが、キュアまでのラインスピードを調整することで、特定のランでラインに吊るされるすべてのパーツにとって幸せな中庸にすることが可能です。 例えば、ラインは1分間に10フィート（約1.5m）の速度が最適で、8～12 FPMでも十分な速度が得られます。 しかし、5FPMや14FPMで動かすと、問題に直面し始めるかもしれません」
「これは、人々がキットのパーツを動かさないという意味ではありません」と、Talbertは続けます。 より困難であり、パーツごとの質量の範囲を制限する必要があります。たとえば、軽いスチールを厚いスチールの隣に吊るすと、硬化に問題が発生する可能性があります。 しかし、オーブンの中である程度補うことができます」と彼は言う。 「赤外線オーブンを使えば、PLCで制御され、通過する質量や形状に応じて異なる反応を示し、放射量が高くなったり低くなったりしてくれます。 その後、対流式オーブンに入れて硬化工程を終了します。 繰り返しになりますが、限界があります。同じキットのパーツ間で仕上げの要求が違いすぎて、同じランで一緒に流せないことがあるのです。
Talbert氏は、このバランス感覚は粉体塗装を内製化した多くのメーカーに共通する課題であり、だからこそ、粉体塗装の経験を持つスーパーバイザーを雇うことは非常に価値があると付け加えます。 そのスーパーバイザーがオペレーターを教育し、ラインに吊るされたさまざまなパーツに対応し、ガンからターゲットまでの距離を変え、パワーと流量の設定を調整し、場合によってはノズルを変更しなければならないこともあるのです。 オペレーターは、流量はそのままで、ガンを対象物から遠くに移動させればよいのでしょうか？ あるいは、流量はそのままで、パスの回数を減らせばよいのでしょうか？ オペレーターは、こうしたことをその場で考えなければなりません。
どのように自動化されていますか？
自動化された粉体塗装ラインは、PLCベースの赤外線硬化技術だけでなく、インテリジェントなガン自動化により、近年はるかに柔軟性を増しています。 機械式またはロボット式のガンは、目の前を通過する製品に合わせて流量やガンからターゲットまでの距離を変更できるように設定できます。
それでも、これらの機械化されたシステムでは、コーティングが困難なファラデーケージなど、部品のすべての領域に到達することが困難な場合があります。 多関節ロボット アームは、スプレー ガンでより多くの場所に到達できますが、ここでもトレードオフがあります。 「しかし、多関節ロボットを使うなら、そのフックは本当に良いフックでなければならず、一日中良い位置にぶら下がっていなければなりません。 そうでないと、ロボットはプログラムされたものだけを塗布し、部品は正しい位置に置かれないかもしれません」。 手作業のオペレーターには目があります。 完全自動化は可能か？ しかし、多くの場合、プロセスの複雑さによって、手動オペレーターを使う方が有利になります」
トレーニング。
ファブリケーターの粉体塗装部門は、粉体塗装を念頭に置いて設計された部品を必要としています。 タルバートが説明したように、狭い角や非常に複雑な形状もコーティングできますが、コーティングの変動要素が多くなり、エラーや再加工、スクラップの可能性が高まります。 「部門監督は、ラインと粉体塗装のプロセスについて全体的な知識を持つ必要があります」と、Talbert氏は述べています。 「前処理を熟知していること。 前処理を知り、洗浄機で何が行われているのかを理解する。 なぜ、どのようにラッキングするのかも知っている。 粉体塗装のガンやキュアオーブンの設定、静電気も理解していなければなりません。 トラブルシューティングの方法も知っている。 彼らはラインの中を歩き、何かを見て、それが正しくないことを即座に知る必要があります」
前処理を考慮すること。 他部門のショップの従業員は、パーツが洗浄されているのを見ただけかもしれない。 監督者はその洗浄を見て、それに何ミリグラムの化成皮膜が施され、脱イオン水がスプレーされ、ある方法で乾燥されることを知るべきです」
人々はどこでこの知識を得るのだろうか？ 経験を通じて得ることもできますが、外部からのトレーニング、装置のベンダー、業界団体、その他の外部トレーニングの情報源から得ることができます。 良い情報源としては、Powder Coating Institute (www.powdercoating.org) やChemical Coaters Association Intl. (www.ccaiweb.com) などがある。
監督者は、今度はオペレーターが効果的かつ効率的になるために必要なトレーニングのレベルを決定する必要がある。 タルバートは、「監督者は、粉体塗装を成功させるために彼らを指導する必要があります」と述べています。 加工工場の上流工程と同様、粉体塗装工は単なるボタン押し屋（あるいはトリガー引き屋）であってはならないのだ。 粉体塗装のオペレーターの腕が悪くても仕事はできるため、気づかれないことが多い問題だとTalbert氏は指摘します。 「ただ、効率的かつ効果的に部品を塗装できないことが多いのです」。
たとえば、彼らはアンプ・ポテンシャルの設定をフルに使っているかもしれません。 しかし、装置についてもっと詳しく知り、マイクロアンペア設定の違いが被覆率にどのように影響するかを知っていれば、部品をより効果的にコーティングできるはずです。
確かに、一部のコントローラーには、オペレーターが使用できる「レシピ」があります。 ボタンを押すと、すべての空気圧と静電気の変数が、手元の部品に合うように自動的に調整されます。 しかし、なぜその設定がうまく機能するのかを理解すれば、粉体塗装業者はもっと成功するはずだと Talbert は付け加えました。 そのとき、「それはジョーの銃で、私の銃ではない、それにジョーは今日はここにいない」と言われたとします。 それは問題だ」とタルバートは言った。 「ジョーはみんなに銃の構え方を教えるべきだったんだ。 そして、それを記録しておくべきだった。 粉体塗装の百科事典である必要はなく、基本的な手順だけでいいのです」
上流の製造工程で言えることは、仕上げ工程でも言えることがわかりました。 正式なトレーニングの欠如は、従事者の不足、離職、および運用上の混乱を招きます。 コーティングにおけるプロセス知識は、製造現場の他の場所と同様に、すべての中心に位置しています。
Talbert Consulting, 616-915-2769, [email protected]