マイケル・ケリー（アライド・フォトケミカル）、デビッド・ハグッド（フィニッシング・テクノロジー・ソリューションズ）
パイプやチューブの製造工程で発生するVOC（揮発性有機化合物）をほぼすべて除去できると想像してみてください。年間数万ポンドものVOCを削減できるのです。さらに、生産速度を向上させ、スループットを向上させ、部品1個あたり／リニアフィートあたりのコストを削減できると想像してみてください。
持続可能な製造プロセスは、北米市場における製造の効率化と最適化を推進する上で鍵となります。持続可能性は様々な方法で測定できます。
VOC削減
エネルギー使用量の削減
最適化された労働力
製造出力の高速化（少ない生産量でより多くの成果）
資本のより効率的な活用
さらに、上記の組み合わせも多数あります
最近、大手チューブメーカーがコーティング事業に新たな戦略を導入しました。これまで主力のコーティングプラットフォームは水性でしたが、これはVOC含有量が高く、可燃性も伴っていました。そこで、新たに導入された持続可能なコーティングプラットフォームは、100%固形分の紫外線（UV）コーティング技術でした。この記事では、お客様が当初抱えていた課題、UVコーティングプロセス、プロセス全体の改善、コスト削減、そしてVOC削減についてまとめます。
チューブ製造におけるコーティング作業
メーカーは水性コーティングプロセスを採用していましたが、画像1aと1bに示すように、汚れが残っていました。このプロセスはコーティング材の無駄を生むだけでなく、作業現場におけるVOCへの曝露と火災の危険性を増加させるという危険も生み出していました。さらに、顧客は現行の水性コーティングプロセスと比較して、コーティング性能を向上させることを求めていました。
多くの業界専門家は水性コーティングとUVコーティングを直接比較しますが、これは現実的な比較ではなく、誤解を招く可能性があります。実際のUVコーティングは、UVコーティングプロセスの一部です。
図1. プロジェクトエンゲージメントプロセス
UVはプロセスである
UVは、環境面での大きなメリット、プロセス全体の改善、製品性能の向上、そしてもちろん、1フィートあたりのコーティングコスト削減を実現するプロセスです。UVコーティングプロジェクトを成功させるには、UVを3つの主要要素、すなわち1) 顧客、2) UV塗布・硬化装置インテグレーター、3) コーティング技術パートナーからなるプロセスとして捉える必要があります。
これら3つはすべて、UVコーティングシステムの計画と実装を成功させる上で不可欠です。それでは、プロジェクト全体のエンゲージメントプロセス（図1）を見てみましょう。ほとんどの場合、この取り組みはUVコーティング技術パートナーが主導します。
あらゆるプロジェクトを成功に導く鍵は、明確に定義されたエンゲージメントステップを策定し、柔軟性と多様な顧客タイプとそのアプリケーションへの適応能力を組み込むことです。顧客とのプロジェクトエンゲージメントを成功に導くための基盤となるのが、以下の7つのエンゲージメントステージです。1) プロセス全体に関する議論、2) ROIに関する議論、3) 製品仕様、4) プロセス全体に関する仕様、5) サンプルトライアル、6) 見積依頼書（RFQ）／プロジェクト全体に関する仕様、そして7) 継続的なコミュニケーションです。
これらのエンゲージメントステージは、順番に実行することも、一部を同時に実行することも、順番を入れ替えることもできますが、すべて完了する必要があります。この柔軟性が、参加者の成功の可能性を最大限に高めます。場合によっては、あらゆるコーティング技術に関する貴重な業界経験、特にUVプロセスに関する豊富な経験を持つUVプロセスの専門家をリソースとして活用することが最善策となる場合があります。この専門家は、あらゆる問題に対処し、中立的な立場からコーティング技術を適切かつ公平に評価することができます。
ステージ1. 全体的なプロセスの議論
ここでは、顧客の現在のプロセスに関する初期情報交換が行われ、現在のレイアウトと長所・短所が明確に定義されます。多くの場合、相互秘密保持契約（NDA）を締結する必要があります。次に、明確に定義されたプロセス改善目標を特定します。これには以下が含まれます。
持続可能性 – VOC削減
労働力の削減と最適化
品質の向上
ライン速度の向上
床面積の削減
エネルギーコストの見直し
コーティングシステムの保守性（スペアパーツなど）
次に、特定されたプロセス改善に基づいて特定のメトリックが定義されます。
ステージ2. 投資収益率（ROI）の議論
プロジェクトのROIを初期段階で把握することが重要です。プロジェクトの承認に必要なレベルまで詳細にする必要はありませんが、顧客には現在のコストの概要を明確に把握してもらう必要があります。これには、製品単価、1フィート当たりのコストなど、エネルギーコスト、知的財産（IP）コスト、品質コスト、運用・保守コスト、持続可能性コスト、資本コストなどが含まれます。（ROI計算ツールへのアクセスについては、この記事の最後をご覧ください。）
ステージ3. 製品仕様の議論
今日製造されるあらゆる製品と同様に、基本的な製品仕様は初期のプロジェクト協議で定義されます。コーティング用途に関しては、これらの製品仕様は生産ニーズを満たすために時間の経過とともに進化しており、通常、お客様の現在のコーティングプロセスでは満たされていません。私たちはこれを「今日 vs. 明日」と呼んでいます。これは、現在の製品仕様（現在のコーティングでは満たされていない可能性があります）を理解することと、現実的な将来のニーズを定義すること（これは常にバランスを取る作業です）との間のバランスを取る行為です。
ステージ4. 全体的なプロセス仕様
図2. 水性コーティングプロセスからUVコーティングプロセスに移行する際に利用可能なプロセス改善
お客様は、現在のプロセスと、既存の方法の長所と短所を十分に理解し、明確に定義する必要があります。これはUVシステムインテグレーターにとって重要であり、うまくいっていることとうまくいっていないことを新しいUVシステムの設計に考慮に入れることができます。UVプロセスは、コーティング速度の向上、必要な床面積の削減、温度と湿度の低減など、大きなメリットをもたらします（図2参照）。お客様の製造施設への共同訪問を強くお勧めします。これは、お客様のニーズと要件を理解するための優れた枠組みとなります。
ステージ5：デモンストレーションと試運転
顧客とUVシステムインテグレーターは、コーティングサプライヤーの施設を訪問し、顧客のUVコーティングプロセスのシミュレーションに全員が参加できるようにする必要があります。この過程では、以下の活動を通して多くの新しいアイデアや提案が生まれるでしょう。
シミュレーション、サンプル、テスト
競合コーティング製品をテストしてベンチマークする
ベストプラクティスを確認する
品質認証手順を確認する
UVインテグレーターに会う
今後の詳細な行動計画を策定する
ステージ6. RFQ / 全体プロジェクト仕様
顧客の見積依頼書には、プロセス協議で定義された新しいUVコーティング工程に関するすべての関連情報と要件が記載されている必要があります。また、UVコーティング技術会社が特定したベストプラクティスも記載する必要があります。これには、ガン先端部への水ジャケット加熱システムによるコーティングの加熱、トート加熱と撹拌、コーティング消費量を測定するためのスケールなどが含まれます。
ステージ7.継続的なコミュニケーション
顧客、UVインテグレーター、UVコーティング会社間のコミュニケーション手段は極めて重要であり、促進されるべきです。今日のテクノロジーは、Zoomや電話会議のような定期的な通話のスケジュール設定や参加を非常に容易にしています。UV機器やシステムの設置時に、予期せぬ事態が発生することがないようにする必要があります。
パイプメーカーが実現した成果
あらゆるUVコーティングプロジェクトにおいて、全体的なコスト削減は重要な検討事項です。このケースでは、メーカーはエネルギーコスト、人件費、コーティング消耗品など、複数の分野でコスト削減を実現しました。
エネルギーコスト – マイクロ波UV加熱と誘導加熱
一般的な水性コーティングシステムでは、チューブの前後に誘導加熱が必要です。誘導加熱器は高価で消費電力が大きく、メンテナンス上の問題も深刻です。さらに、水性ソリューションでは誘導加熱器の消費電力が200kWであるのに対し、マイクロ波UVランプでは90kWしか消費しません。
表1. 10ランプマイクロ波UVシステムと誘導加熱システムを使用した場合の100kW/時以上のコスト削減
表 1 に示すように、パイプ製造業者は UV コーティング技術を導入した後、1 時間あたり 100 kW を超える節約を実現し、年間 71,000 ドルを超えるエネルギー コストも削減しました。
図3. 年間の電気料金節約の図解
このエネルギー消費量の削減によるコスト削減は、推定電力コストを1kWhあたり14.33セントと仮定して算出されました。年間50週間（週5日、1シフトあたり20時間）の2シフトで100kWhのエネルギー消費量削減を計算すると、図3に示すように71,650ドルの節約となります。
人件費削減 - オペレーターとメンテナンス
製造業が人件費の見直しを続ける中、UVプロセスはオペレーターとメンテナンスの工数を削減する独自のメリットをもたらします。水性コーティングの場合、濡れたコーティングが下流のマテリアルハンドリング装置上で固化し、最終的には除去が必要になります。
製造施設のオペレーターは、下流の材料処理設備から水性コーティングを除去/洗浄するのに、1 週間あたり合計 28 時間を費やしていました。
コスト削減（推定 28 労働時間 x 1 時間あたり 36 ドル [負担コスト] = 1 週間あたり 1,008 ドル、または年間 50,400 ドル）に加えて、オペレーターの肉体労働の要件は、イライラさせられるだけでなく、時間がかかり、まったく危険です。
お客様は四半期ごとにコーティングの洗浄を目標としており、人件費は四半期あたり1,900ドル、これにコーティング除去費用を加えた合計2,500ドルでした。年間の節約額は合計10,000ドルでした。
コーティング費用の節約 – 水性 vs. UV
顧客拠点におけるパイプ生産量は、直径9.625インチのパイプで月産12,000トンでした。これは、約570,000リニアフィート（約12,700本）に相当します。新しいUVコーティング技術の塗布プロセスには、高容量・低圧スプレーガンが使用され、標準的な目標厚さは1.5ミルでした。硬化には、Heraeus社のUVマイクロ波ランプが使用されました。コーティングコストと輸送・社内処理コストの削減効果は、表2と表3にまとめられています。
表2. コーティングコストの比較 – UVコーティングと水性コーティング（1フィートあたり）
表3. 入荷輸送費の削減と現場での資材取り扱いの削減による追加的な節約
さらに、材料費と人件費のさらなる削減と生産効率の向上も実現できます。
UV コーティングは再生可能 (水性コーティングは再生不可能) であり、少なくとも 96% の効率が得られます。
UV コーティングは高強度の UV エネルギーにさらされない限り乾燥しないため、作業者は塗布装置の清掃とメンテナンスに費やす時間を短縮できます。
生産速度が速くなり、顧客は生産速度を毎分 100 フィートから毎分 150 フィートに上げることができ、50% の増加となります。
UVプロセス装置には通常、フラッシングサイクルが組み込まれており、生産時間に基づいて追跡・スケジュールされます。これはお客様のニーズに合わせて調整できるため、システムの清掃に必要な人員を削減できます。
この例では、顧客は年間 1,277,400 ドルのコスト削減を実現しました。
VOC削減
図 4 に示すように、UV コーティング技術の導入によって VOC も削減されました。
図4. UVコーティングの実施によるVOC削減
結論
UVコーティング技術により、パイプメーカーはコーティング工程におけるVOC排出量をほぼゼロに抑え、生産性と製品全体の性能を向上させる持続可能な製造プロセスを実現できます。UVコーティングシステムは、大幅なコスト削減にも貢献します。この記事で概説されているように、お客様の年間総コスト削減額は120万ドルを超え、VOC排出量は154,000ポンド（約75,000kg）以上削減されました。
詳細情報およびROI計算ツールへのアクセスについては、www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/をご覧ください。その他のプロセス改善およびROI計算ツールの例については、www.uvebtechnology.comをご覧ください。
サイドバー
UVコーティングプロセスの持続可能性/環境的利点：
揮発性有機化合物（VOC）なし
有害大気汚染物質（HAP）なし
不燃性
溶剤、水、充填剤不使用
湿度や温度の問題はありません
UVコーティングによる全体的なプロセス改善:
製品のサイズに応じて、毎分800～900フィート以上の高速生産速度
物理的な占有面積が 35 フィート (直線長) 未満
最小限の仕掛品
後硬化の必要がなく、すぐに乾燥します
下流のウェットコーティングの問題はありません
温度や湿度の問題に対するコーティング調整は不要
シフト変更、メンテナンス、週末のシャットダウン中に特別な取り扱いや保管は不要です
オペレーターとメンテナンスに関連する人件費の削減
オーバースプレーを回収し、再濾過してコーティングシステムに再導入する能力
UVコーティングによる製品性能の向上：
湿度テスト結果の改善
塩霧試験の素晴らしい結果
コーティングの属性と色を調整する機能
クリアコート、メタリック、カラーもご用意
ROI 計算機によって示されるように、1 フィートあたりのコーティング コストは低くなります。
投稿日時: 2023年12月14日
