光技術情報誌「ライトエッジ」No.34（2011年3月発行）電子ジャーナル10月号（電子ジャーナル） 2010年10月ウシオ電機のUV硬化システム藪慎太郎はじめに 1．光ランプは光の品質を特徴づける最も重要な要素であＵＶ硬化システムとは、紫外線（ＵＶ）を照射すると瞬り、樹脂・材料双方の目的にあったタイプを選択する必時に硬化する感光剤『紫外線（ＵＶ）硬化樹脂』を塗布し要がある。ＵＶ硬化で使用される代表的ランプとして、た物質に、短い波長で化学反応を引き起こすエネル高圧UVランプとメタルハライドランプがある。ギーである紫外線を照射することで硬化させる方法である。紫外線硬化樹脂は以下の特徴を持つ。高圧水銀ランプは石英ガラス製の発光管の中に高純度の水銀と希ガスが封入されたもので、 365nmを主波長として254nm、 303nm、 313nmの紫外線を効率良く放射する。メタルハライドランプと比較し、短波長側の１．速硬化紫外線（ＵＶ）の照射により、通常数秒で硬化する。紫外線出力が高いことが特徴である。メタルハライドランプは発光管の中に水銀に加えてハ溶剤系樹脂と比較して短時間で硬化が可能。２．ダメージレス低温処理が可能で、熱ダメージが少ない。光学ミラー等の光学系中心のシステムのため、加熱炉等の大型設備が不要。４．クリーンテクノロジー無機材のため、有毒ガスや水質汚濁の心配が少な 100 放射照度（％）３．省スペース化高圧水銀ランプ（オゾンあり） 50 く環境にやさしい。又臭気による作業環境への影響も少ない。これらの特徴から、紫外線硬化（ＵＶ）技術 0 200 は、印刷・電子部品・機能性材料・半導体等の多くの 300 400 波長［nm］ 500 分野で使用されている。紫外線硬化技術型に大別される。それぞれに求められる光は異なるために、最適な光を選択する必要がある。また、被照射物材料によっても様々な要求があることから、最適な光（ＵＶ）とシステム（ランプハウス）を選択する必要がある。メタルハライドランプ 100 放射照度（％）紫外線硬化樹脂はラジカル重合型とカチオン重合 50 0 200 32 投稿 300 400 波長［nm］ 500 光技術情報誌「ライトエッジ」No.34（2011年3月発行）ウシオ電機のUV 硬化システムロゲン化物が封入されたもので、 200nm∼450nm まがある場合は、発光管に使用されている石英ガラスにでの広範囲にわたる紫外線を放射する。高圧U Vランプ少量の不純物を混ぜ、低波長域の発光を抑えることもと比較し、365nm 付近の出力が高いことが特徴であ可能である。一般的にオゾンレスタイプと呼ばれ、高圧る。また、高入力タイプ（最大280Ｗ/㎝）のランプも製作水銀灯で使用される。が可能である。２．低温化低波長域（230nm 以下）では、酸素と紫外線（UV）の光化学反応によりオゾンが生成される。使用される樹機能材フィルム等では、材料の特徴から、より低温処脂や材料の特徴に合わせてオゾンの生成を抑える必要理が必要な場合がある。 ■ 二重クーリング構造説明図灯具 Dual Cooling Mechanism Lamp housing コールドミラー Cold mirror UVランプ UV lamp DeepUVカットフィルタ UV Deep UV cut filter フィルタ冷却風（幅射熱カット） Filter cooling air(for cutting radiant heat) 熱線吸収フィルタ（長波長カット） Thermal ray absorption filter(for cutting long wavelengths) ワーク面 Workpiece surface ■ 光フィードバックシステム構成図 Optical Feedback System ランプ出力 Lamp output UV電源装置灯具 UV power supply unit Lamp housing UVランプ UV lamp UV 光フィードバック信号 UV feedback signal 光ファイバコールドフィルタ Optical fiber Cold filter シーケンサ Sequencer 光変換素子 Photo-converter element 受光アンプ Detector amplifier ワーク Workpiece 投稿 33 光技術情報誌「ライトエッジ」No.34（2011年3月発行）電子ジャーナル10月号（電子ジャーナル） 2010年10月プへの投入電力を自動調整し、照度を一定に保つこと紫外線硬化（UV）に必要な波長域の発散ロスは可能なができる。限り抑え、かつ被照射物への熱伝導を抑えるために不要な波長を徹底的にカットする二重クーリングシステ４．使用環境への対応ムがある。応用分野の広がりにより、クリーンルーム等での使用３．安定性が必要な場合がある。従来の紫外線（UV）硬化システムは、設置室内から吸気し、クリーンエアーを消費しつつ生産品質安定を目的として、常時一定の照度で照射し、ラインスピードを変えることなく同光量を照射した排気温度が高いという問題があった。その様な場合は、い場合は、光フィードバックシステムを使用する。紫外循環冷却システムにより、冷却風の大部分を再利用し線ランプは使用時間により照射強度が減少する特徴を排風量を大幅に減少させるシステムを選択する必要が有するが、フィードバックシステムでは、必要な設定照ある。度を入力することで、定照度での照射が可能である。常この様に、樹脂や材料種、その使用目的、環境によっ時紫外線（UV）照度を自動的にモニタし、その照度を信て、光（波長）・温度・定照度・クリーン化を考慮して、最号に変換し、ランプ電源にフィードバック制御してラン適なシステムを構築する必要がある。 ■ 循環冷却システム Circulation Cooling System クリーンルーム Clean room ラジエータユニット Radiator unit 制御盤 Control panel ブロア Blower フィルタ Filter ランプハウス Lamp housing ※冷却水が必要となります。 ※Requires cooling water. 4m3/ min. 最新動向−ウシオの新型水冷システムナノ材料の産業化・より一層の環境対応・生産性向上要求等により、紫外線（UV）硬化システムを採用する産業・用途はますます広がりを見せ、これまで以上の高照度・低温・環境追従化が求められている。これらの要求を満たすために、ウシオ電機では新型水冷システムを開発した。 34 投稿光技術情報誌「ライトエッジ」No.34（2011年3月発行）ウシオ電機のUV 硬化システム従来システムとの比較分類高照度比較項目空冷ランプ間接水冷ランプ新型水冷ランプ 300(メタハラ) 240(Hg) 最大ランプ入力(w/cm) 280 220 ピーク照度 (240W/cm高圧Hgランプでの比較) 1400 1000 3500 6000(メタハラ) (mW/cm ) 2 低温化 IR放射処理時間多い長い少ない長い少ない短いコンパクト化灯具サイズ(mm) 170×785×275 200×900×300 145×822×245 その他クリーンルーム対応点灯立上り(sec) 騒音 △ 180 × ○ 180 ○ ○ 30 ○ −光低波長域からの発光を強化することにより開始材との整合をアップさせた。 −照度高発光効率化により高照度を達成し、高速ラインへの追従または従来ラインでのランプ灯数減を実現し、生産性を大幅に向上させた。また、高照度化により硬化促進効果からの必要光量減も可能である。 −低温高照度化により照射時間が短縮され、より低温処理が可能になった。 −環境対応１．極細管にすることにより、ランプハウスシステムを小型化（従来比85％）することに成功した。２．水冷式のためにランプハウス排気機構を廃止し、より高クリーン化に対応した。３．ランプ立ち上がり時間を短縮したことにより、生産に寄与しないダウンタイムの大幅減を実現した。おわりに紫外線硬化システムは印刷用途を中心に、 35年程前から実用化がはじまった。従来には無い新型材料や産業により、その必要性はますます拡大している。生産性向上・省スペース化・高品質化・環境対応の要求が高まることが予想され、要求を満たす【光】と【システム】の開発が重要である。投稿 15 3 9