紫外線硬化樹脂向けUVランプ・UV照射装置の設計開発

エアピュアでは、紫外線硬化樹脂向けUV-Aランプのご提案、UV照射装置の設計開発を行っています。

長年にわたり、紫外線応用機器や駆動用電源・インバーターの設計開発に携わってきた経験豊富なエンジニアが対応いたします。お気軽にご相談ください。

紫外線硬化樹脂 UV-Aランプの役割

紫外線は波長が短い順にUV-C、UV-B、UV-Aと呼ばれ、その中でもUV樹脂の硬化に用いられる波長域はUV-Aです。UV-Aランプは、紫外線の中でも比較的波長の長いUV-A（320-400nm）を放出する光源です。

UV-Aについて： UV-A　紫外線A波の波長と影響

紫外線硬化樹脂の硬化プロセスにおいて、UV-Aランプは光重合開始剤を活性化させる役割を担います。

紫外線硬化樹脂は、その速硬性、高強度という特性を活かし、DIYやホビー用途から、樹脂の成形、医療、塗料、接着剤、インキなどの産業工業分野まで幅広く活用されています。

光重合開始剤と紫外線UV-Aによる硬化の仕組み

紫外線硬化樹脂は光重合という化学反応を利用し、光重合開始剤とUV-Aの相互作用によって硬化します。

樹脂中に含まれる光重合開始剤がUV-Aを吸収すると、活性ラジカルが発生します。この活性ラジカルがモノマー（単量体）同士を結合させ、高分子のポリマー（重合体）へと変化させます。

この重合反応によって、紫外線硬化樹脂は液体から固体へと硬化します。

UV-Aは、UV-BやUV-Cに比べて人体への影響が比較的少ないため、安全に作業を行いやすいという利点があります。また、一般的な紫外線硬化樹脂は、UV-Aに感度を持つ光重合開始剤を使用しているため、UV-Aランプが広く用いられています。

樹脂の種類とUV硬化特性　最適な波長と硬化速度

紫外線硬化樹脂には、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系など、さまざまな種類があり、それぞれ最適な硬化波長や硬化速度が異なります。

例えば、アクリル系樹脂は一般的にUV-Aで硬化しやすく、速硬化性に優れています。一方、エポキシ系樹脂は、より高いエネルギーを必要とする場合があり、他の波長も併用することがあります。

紫外線硬化樹脂の種類によって反応を起こすための波長が異なるため、樹脂を選ぶ際はまずデータシートなどを確認し、硬化樹脂の特性や推奨される波長範囲を確認することが重要です。

UV-Aランプ他のUV波長との比較とメリット

UV-Aランプが紫外線硬化に広く用いられる理由は、以下のとおりです。

安全性: UV-BやUV-Cに比べて人体への影響が比較的少ない。
汎用性: 多くの光重合開始剤がUV-A波長に感度を持つため、幅広い樹脂に対応可能。
入手性: 比較的に安価で入手しやすいランプが多い。

特にUV-Cランプは殺菌作用が強い反面、人体への有害性も高く、取り扱いには特別な注意が必要です。そのため、一般的な紫外線硬化用途では、UV-Aランプが主流となっています。

UV-Aランプの種類と特徴

UV-Aランプには、大きく分けてブラックライト、蛍光管、LEDの3種類があり、それぞれ特性が違います。

ランプの種類	特徴	メリット	デメリット	主な用途
ブラックライト	低圧水銀ランプ、可視光線カットフィルター	安価	発熱が多い、寿命が短い	蛍光観察、イベント
蛍光管	蛍光物質に放電	比較的効率が高い、広範囲照射可能	ブラックライトよりは高価、やや大型	検査、工業用途の一部
UV-A LED	LED素子から特定波長のUV-Aを照射	長寿命、低消費電力、小型、高出力化	他のタイプより高価な場合がある、特定波長	精密硬化、小型装置、ハンドメイド、工業用途

ブラックライト・蛍光管・LED　構造とスペクトルの違い

ブラックライト

低圧水銀ランプの一種で、可視光線を吸収するフィルターを通してUV-A波長のみを照射します。比較的安価ですが、発熱が多く、寿命も短い傾向があります。

蛍光管

蛍光物質を塗布した管に放電を起こしてUV-A波長を発生させます。ブラックライトよりも効率が高く、比較的広範囲を照射できます。

UV-A LEDランプ

LED素子から特定の波長のUV-Aを照射します。長寿命、低消費電力、小型化が可能というメリットがあります。近年、高出力化も進み、様々な用途で活用されています。

UV-A LEDランプの進化　小型・高出力・長寿命

UV-A LEDランプは近年、目覚ましい進化を遂げています。小型化が進み、携帯型のUV硬化装置やペン型の製品なども登場しています。また、高出力化も進んでおり、従来のランプに匹敵する硬化速度を実現する製品も増えています。

さらに、長寿命化も進み、メンテナンスの手間が大幅に軽減されています。これらの進化により、UV-A LEDランプは、ますます幅広い用途で活用されるようになっています。

ランプの寿命と交換時期

UVランプの寿命は種類によって異なります。一般的なUVランプは従来のランプに比べて長寿命ですが、時間を経るにつれて出力や照度が低下していきます。

期待する性能や特性が出せない可能性があるので、UVランプの交換時期は、メーカーの推奨に従いましょう。ランプの表面に付着した汚れを定期的に拭き取ることで、ランプの寿命を延ばすことができます。

業務用・工業用途向けUV-Aランプの選び方

産業用途向けのUV照射装置は、高速硬化、均一な照射、大面積の照射などが求められるため、高出力・高機能のUV-Aランプが必要となります。また、UV-Aランプは波長によって、照度や浸透性などの特性が違います。

UV-Aの中でも波長の短い(365nm)ものは樹脂コーティングなどに用いられ、波長の長いもの(385nm-405nm)は樹脂の深部まで届きやすく、インクの顔料に阻害されにくいという特徴があり、接着用途や印刷用途などに用いられます。

使用するランプは用途に応じて、以下を考慮する必要があります。

出力: 高出力のランプを選び、硬化時間を短縮します。

照射範囲: 大きな面積を均一に照射できるランプを選びます。

波長制御: 特定の波長に特化したランプを選ぶことで、より効率的な硬化が可能になります。

冷却機構: 高出力ランプは発熱量が多いため、適切な冷却機構を備えたランプを選びます。

UV-Aランプを用いた高速硬化技術　生産性向上への貢献

UV-Aランプは、塗料、接着剤、インキなどの硬化に広く利用されています。特に、高速硬化が求められる生産ラインでは、UV-Aランプを用いた硬化システムが不可欠です。

UV-Aランプを用いた高速硬化技術は、生産性向上に大きく貢献します。従来の熱乾燥方式に比べて、乾燥時間を大幅に短縮できるため、生産ラインの効率が向上し、リードタイムの短縮につながります。

特殊用途向けUV-Aランプ　医療・印刷・塗装・表面処理

UV-Aランプは、医療分野では歯科治療における充填材の硬化などに、印刷分野ではインキの硬化などに、表面処理分野ではコーティングの硬化などに利用されています。

また、印刷業界ではインキの高速硬化に高出力UV-Aランプが使用され、生産効率の向上に貢献しています。自動車業界では、塗装の乾燥工程にUV硬化技術が用いられ、高品質な仕上がりと生産時間の短縮を実現しています。

UV-Aランプの硬化時間と仕上がり　データに基づく検証

UV-Aランプの波長や紫外線硬化樹脂の種類によって、最適な硬化時間や必要な照射エネルギーが異なります。例えば、厚みのある樹脂は、薄い樹脂よりも硬化に時間がかかります。

また、樹脂の色や添加されている顔料によっても、光の透過率が変わり、硬化時間に影響を与える場合があります。

UV-Aの照射距離と硬化時間

照射距離が長くなると、ランプから照射される光の強度が弱くなるため、硬化時間が長くなります。逆に、照射距離が近すぎると、樹脂が過熱し、変色やひび割れの原因となる場合があります。

最適な照射距離は、ランプの種類や出力、樹脂の種類によって異なります。

硬化後の樹脂の品質を評価する際には、硬度、透明度、耐久性などを測定します。

硬度は、硬度計などを用いて測定します。透明度は、透過率などを測定することで評価します。耐久性は、耐候性試験や耐薬品性試験などを行うことで評価します。

UV-Aランプのトラブルとメンテナンス

紫外線硬化樹脂における硬化不良は、以下の原因が考えられます。適切なトラブルシューティングとメンテナンスで改善することができます。

ベタつき: 照射不足、樹脂とランプの波長が合っていない、樹脂の劣化などが原因として考えられます。照射時間を延長したり、適切な波長のランプを使用したり、新しい樹脂を使用して改善します。
ひび割れ: 過剰な照射、急激な温度変化、樹脂の混合不良などが原因として考えられます。照射時間を短縮したり、温度変化を緩やかにしたり、樹脂をよく混合したりすることで改善できます。
白化: 過剰な照射、樹脂の厚みの不均一などが原因として考えられます。照射時間を短縮したり、樹脂を均一に塗布したりすることで改善できます。