ウシオ電機のUV硬化システム

藪慎太郎

はじめに

UV硬化システムとは、紫外線（UV）を照射すると瞬時に硬化する感光剤『紫外線（UV）硬化樹脂』を塗布した物質に、短い波長で化学反応を引き起こすエネル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。

1．速硬化
紫外線（UV）の照射により、通常数秒で硬化する。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。

3．省スペース化
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）技術は、印刷・電子部品・機能性材料・半導体等の多くの分野で使用されている。

紫外線硬化技術

紫外線硬化樹脂はラジカル重合型とカチオン重合型に大別される。

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。

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り、樹脂・材料双方の目的にあったタイプを選択する必要がある。UV硬化で使用される代表的ランプとして、高圧UVランプとメタルハライドランプがある。

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ロゲン化物が封入されたもので、200nm～450nm までの広範囲にわたる紫外線を放射する。高圧UVランプと比較し、365nm付近の出力が高いことが特徴である。また、高入力タイプ（最大280Ｗ/㎝）のランプも製作が可能である。

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。使用される樹脂や材料の特徴に合わせてオゾンの生成を抑える必要がある場合は、発光管に使用されている石英ガラスに少量の不純物を混ぜ、低波長域の発光を抑えることも可能である。一般的にオゾンレスタイプと呼ばれ、高圧水銀灯で使用される。

2．低温化

機能材フィルム等では、材料の特徴から、より低温処理が必要な場合がある。紫外線硬化（UV）に必要な波長域の発散ロスは可能な限り抑え、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ムがある。

3．安定性

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い場合は、光フィードバックシステムを使用する。紫外線ランプは使用時間により照射強度が減少する特徴を有するが、フィードバックシステムでは、必要な設定照度を入力することで、定照度での照射が可能である。常時紫外線（UV）照度を自動的にモニタし、その照度を信号に変換し、ランプ電源にフィードバック制御してランプへの投入電力を自動調整し、照度を一定に保つことができる。

4．使用環境への対応

応用分野の広がりにより、クリーンルーム等での使用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排気温度が高いという問題があった。その様な場合は、循環冷却システムにより、冷却風の大部分を再利用し排風量を大幅に減少させるシステムを選択する必要がある。

この様に、樹脂や材料種、その使用目的、環境によって、光（波長）・温度・定照度・クリーン化を考慮して、最適なシステムを構築する必要がある。