マイケル・ケリー（アライド・フォトケミカル）およびデビッド・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、年間数万ポンドもの揮発性有機化合物（VOC）をほぼ完全に排除できると想像してみてください。さらに、生産速度が向上し、生産量が増え、部品1個あたり／直線フィートあたりのコストが削減されることも想像してみてください。
持続可能な製造プロセスは、北米市場におけるより効率的で最適化された製造を推進する上で鍵となります。持続可能性は、さまざまな方法で測定できます。
VOC削減
エネルギー消費量の削減
最適化された労働力
製造生産性の向上（より少ない資源でより多くの生産量）
資本のより効率的な利用
さらに、上記の多くの組み合わせ
最近、大手チューブメーカーがコーティング工程において新たな戦略を導入しました。同社が従来採用していたコーティング剤は水性塗料で、VOC含有量が高く、可燃性も問題となっていました。今回導入された持続可能なコーティング剤は、固形分100%の紫外線（UV）コーティング技術です。本稿では、顧客が抱えていた当初の課題、UVコーティングプロセス、プロセス全体の改善点、コスト削減、VOC削減について概説します。
チューブ製造におけるコーティング工程
製造元は、図1aおよび1bに示すように、水性塗料を使用していたが、塗装後に汚れが残っていた。この工程では塗料材料が無駄になるだけでなく、作業現場におけるVOC（揮発性有機化合物）への曝露や火災の危険性が高まるという問題も生じていた。さらに、顧客は既存の水性塗料よりも優れた塗装性能を求めていた。
多くの業界専門家は水性塗料とUV塗料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塗料は、UV塗料製造工程の一部に過ぎません。
図1. プロジェクト参画プロセス
UVはプロセスです
UV処理は、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、塗装面積あたりのコスト削減といった利点をもたらします。UVコーティングプロジェクトを成功させるには、UV処理を3つの主要な要素、すなわち1）顧客、2）UV塗布・硬化装置のインテグレーター、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導入を成功させる上で非常に重要です。それでは、プロジェクト全体の取り組みプロセスを見ていきましょう（図1）。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させる鍵は、明確に定義されたエンゲージメント手順を持ち、柔軟性を備え、さまざまなタイプの顧客とそのアプリケーションに適応できる能力を持つことです。顧客とのプロジェクトエンゲージメントを成功させるための基礎となる7つのエンゲージメント段階は以下のとおりです。1) 全体的なプロセスに関する議論、2) ROIに関する議論、3) 製品仕様、4) 全体的なプロセス仕様、5) サンプル試用、6) RFQ / 全体的なプロジェクト仕様、7) 継続的なコミュニケーション。
これらの取り組み段階は、順番に進めることも、同時に進めることも、順番を入れ替えることも可能ですが、すべて完了させる必要があります。このような柔軟性を持たせることで、参加者の成功確率を最大限に高めることができます。場合によっては、あらゆるコーティング技術、特にUVプロセスに関する豊富な業界経験を持つUVプロセス専門家をリソースとして活用するのが最善策となるでしょう。この専門家は、あらゆる課題に対応し、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．全体的なプロセスに関する議論
ここでは、顧客の現在のプロセスに関する初期情報が交換され、現在のレイアウトが明確に定義され、長所と短所が明確に定義されます。多くの場合、相互の秘密保持契約（NDA）が締結されている必要があります。次に、明確に定義されたプロセス改善目標を特定する必要があります。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、具体的な指標が定義されます。
ステージ2：投資収益率（ROI）に関する考察
プロジェクトの初期段階で投資対効果（ROI）を理解することが重要です。詳細なレベルはプロジェクト承認に必要なレベルまで必要ではありませんが、顧客は現在のコストの明確な概要を把握しておく必要があります。これには、製品単位、1フィート単位などのコスト、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、サステナビリティコスト、資本コストなどが含まれます。（ROI計算ツールについては、この記事の末尾をご覧ください。）
ステージ3：製品仕様に関する議論
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最初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、顧客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「今日と明日」と呼んでいます。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る）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必要がある）との間のバランスを取る作業です。
ステージ4．全体的なプロセス仕様
図2. 水性塗料プロセスからUV塗料プロセスに移行する際に利用可能なプロセス改善点
顧客は、現在のプロセスと、既存の手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が現状を把握し、うまくいっている点とそうでない点を新しいUVシステムの設計に反映させるために重要です。UVプロセスは、コーティング速度の向上、設置面積の削減、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）。顧客の製造施設への共同訪問を強くお勧めします。これは、顧客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：実証および試運転
顧客とUVシステムインテグレーターは、コーティング剤供給業者の施設を訪問し、顧客のUVコーティング工程のシミュレーションに全員で参加する必要があります。この間、以下のような活動が行われることで、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、およびテスト
競合するコーティング製品をテストしてベンチマークを行う
ベストプラクティスを確認する
品質認証手順の見直し
UVインテグレーターをご紹介します
今後の詳細な行動計画を作成する
ステージ6．見積依頼書／プロジェクト全体の仕様書
顧客の見積依頼書には、工程に関する協議で定義された、新しいUVコーティング作業に関するすべての関連情報と要件を含める必要があります。この文書には、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を盛り込む必要があり、これには、ガン先端への水ジャケット式加熱システムによるコーティングの加熱、容器の加熱と攪拌、コーティング消費量を測定するための計量器などが含まれる可能性があります。
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非常に重要であり、積極的に促進されるべきです。今日のテクノロジーを使えば、定期的なZoom会議などのミーティングを簡単にスケジュールし、参加することができます。UV機器やシステムの設置時に予期せぬ事態が発生しないようにすることが重要です。
パイプメーカーが実現した成果
UVコーティングプロジェクトにおいて考慮すべき重要な点は、全体的なコスト削減です。今回のケースでは、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 – マイクロ波式紫外線加熱 vs. 誘導加熱
一般的な水性塗料システムでは、チューブの加熱前または加熱後に誘導加熱を行う必要があります。誘導加熱器は高価でエネルギー消費量が多く、メンテナンス上の問題も発生する可能性があります。さらに、水性塗料の場合、誘導加熱器のエネルギー消費量は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灯式マイクロ波UVシステムと誘導加熱システムを比較した場合の、100kW/時間以上のコスト削減効果
表1に示すように、このパイプメーカーはUVコーティング技術を導入した後、1時間あたり100kW以上の節約を実現し、同時に年間7万1000ドル以上のエネルギーコスト削減にも成功した。
図3．年間電気料金削減額の図解
このエネルギー消費量の削減によるコスト削減額は、1kWhあたり14.33セントという推定電気料金に基づいて算出された。年間50週間（週5日、1シフトあたり20時間）にわたって2交代制で計算すると、100kWhのエネルギー消費量削減により、図3に示すように71,650ドルの節約となる。
人件費削減 – オペレーターおよび保守担当者
製造業各社が人件費の見直しを進める中で、UV処理はオペレーターやメンテナンス担当者の人件費削減に独自のメリットをもたらします。水性塗料の場合、湿った塗膜が下流の資材搬送機器上で固化することがあり、最終的には除去する必要が生じます。
製造施設の作業員は、下流工程の資材搬送機器から水性塗料を除去・清掃するために、週に合計28時間を費やしていた。
コスト削減（推定28労働時間×1時間あたり36ドル［負担コスト］＝週1,008ドル、年間50,400ドル）に加えて、作業員に求められる肉体労働は、苛立たしく、時間のかかるものであり、非常に危険な場合もある。
顧客は四半期ごとにコーティングの清掃を目標とし、人件費は四半期あたり1,900ドル、それにコーティング除去費用が加算され、合計2,500ドルとなった。年間総節約額は10,000ドルだった。
コーティング費用削減 – 水性塗料 vs. UV塗料
顧客サイトでのパイプ生産量は、直径9.625インチのパイプで月間12,000トンでした。これは、概算で約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、標準的な目標厚さ1.5ミルの高容量・低圧スプレーガンが使用されました。硬化は、ヘレウス社製のUVマイクロ波ランプを使用して行われました。コーティングコストと輸送/内部処理コストの削減額は、表2と表3にまとめられています。
表2．塗装コスト比較 – UV塗料と水性塗料（1フィートあたり）
表3．輸送コスト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効果
さらに、材料費と人件費の削減、および生産効率の向上も実現できる。
UVコーティングは再生可能であり（水性コーティングは再生不可能）、少なくとも96％の効率を実現できる。
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やメンテナンスに費やす時間を削減できます。
生産速度が向上し、顧客は生産速度を毎分100フィートから毎分150フィートに引き上げることが可能となり、これは50%の増加となる。
UV処理装置には通常、生産稼働時間に基づいて追跡・スケジュールされる洗浄サイクルが内蔵されています。これは顧客のニーズに合わせて調整できるため、システム洗浄に必要な人員を削減できます。
この例では、顧客は年間127万7400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りVOCも削減された。
図4．UVコーティング導入によるVOC削減効果
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（揮発性有機化合物）をほぼ完全に排除できるだけでなく、生産性と製品性能全体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つながります。この記事で紹介したように、顧客の年間総コスト削減額は120万ドルを超え、VOC排出量も15万4000ポンド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。プロセス改善に関する追加情報および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／環境上の利点：
揮発性有機化合物（VOC）不使用
有害大気汚染物質（HAPs）は含まれていません
不燃性
溶剤、水、充填剤は一切使用していません。
湿度や温度による生産上の問題は発生していません。
UVコーティングによってもたらされる全体的なプロセス改善：
製品サイズにもよるが、毎分800～900フィート以上の高速生産速度を実現。
設置面積が小さく、直線距離で35フィート未満。
最小限の仕掛品
瞬時に乾燥し、後硬化処理は不要です。
下流の湿式コーティングに関する問題は発生しない
温度や湿度の問題に対するコーティング調整は行われません。
シフト交代時、メンテナンス時、週末の休業期間中は、特別な取り扱いや保管は不要です。
オペレーターおよび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、再ろ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：
湿度試験結果の改善
塩水噴霧試験で素晴らしい結果が得られました。
コーティングの特性と色を調整する機能
クリアコート、メタリック、カラーをご用意しております。
ROI計算ツールで示されるように、1フィートあたりの塗装コストを削減できます。
投稿日時：2023年12月14日
