水銀ランプ vs UV-LED光源
UV照射器のランニングコスト比較

一方で、費用面においては、水銀ランプ光源とUV-LED光源を比較した際に、光源本体の価格のみでまだ”UV-LED光源は高い”というイメージを持たれることが多くあります。
ただし、最も重要である運用全体でかかる費用（ランニングコスト）で比較していただいた場合、実はUV-LED光源の方が安くなったというお客様が多数おられます。

そこで本記事では、お客様からご質問をいただくことが多いUV-LED光源のランニングコストについて、実はUV-LED光源の方が水銀ランプ光源よりも安いという点をご紹介したいと思います。

ランニングコストで考慮すべき項目

まずは、水銀ランプ光源とUV-LED光源のランニングコストを検討する際に考慮すべき４つの項目をご紹介します。

1. UV照射器の価格
2. ファイバー
3. LED/ランプの交換費用
4. 光源の出力

各項目について詳細を説明していきます。

1. UV照射器の価格

水銀ランプに関しては従来から存在する技術であることに加えて、内部での制御が非常に簡素化されているため、UV照射器の導入費用はUV-LED光源（ALE3）よりも安価です。
また、市場にはいくつかのブランドがありますが、その機能は大きく変わらず、出力は搭載する水銀ランプのW数に左右されます。

対して、UV-LED光源(ALE3)は内部に装置の複雑な制御機構と高出力のLEDのチップを内蔵しているため水銀ランプと比較すると導入費用は高額です。

水銀ランプとケイエルブイのUV-LED光源(ALE3)を比較すると、ALE3の導入には2倍ほどの費用が必要となります。

2. ファイバー

水銀ランプはUV光を透過するため石英を使用したファイバーを使用することが一般的です。
主にコア径3㎜～8㎜ほどのファイバーを使用することが多く、細かい素線の集合体となっています。素線には石英を使用しているため価格は約20～30万円となります。またデメリットとして内部の素線が切れてしまうことで光出力が低下するため、運用中に交換が必要となる可能性があります。プロセスラインや装置内でファイバーを動かす必要がある場合は断線がより顕著となります。

3. LED/ランプの交換費用

交換費用を考える際に重要になるのは、寿命と点灯時間です。

水銀ランプの寿命は、約1000～2000時間ほどです。
また、ランプの点灯不点灯の切り替えを頻繁に行うことができないため、インラインで使用する場合は常にランプをＯＮにし、使用しない際はシャッターで光を遮断する方法が一般的です。

対して、UV-LED光源（ALE3）の寿命は、5000時間です。
ただし、この寿命は100%の出力で使用した際に、70%ほどの出力となる時間であるため、以下のような観点で、水銀ランプと比較してLEDの交換回数は大幅に少なくなります。

• 頻繁にON /OFFが可能であるため水銀ランプより大幅に点灯時間が短くなる。
• 水銀ランプの寿命の一般的な定義（出力が50％になるまでの時間）に対して定義がきびしい。
• 出力を絞って使用するなどコントロールが可能。

4. 光源の出力

出力が高いと照射時間の短縮化、光源の長寿命化につながります。

樹脂および接着剤は「必要な積算光量＝照射強度×時間」が定められているため強度が強ければ強いほど照射する時間を短縮することが可能となるためです。
一般的なLED照射器は水銀ランプよりも出力が弱いものが多く、硬化に必要な時間が水銀ランプよりも長くなるため、寿命が短くなる要因になっていました。
ケイエルブイのUV-LED光源（ALE3）は、φ10㎜に照射した場合でも4000mW/cm2を実現可能です。この値は、一般的な水銀ランプの照度と同等であり、照射時間が長くなるということを懸念する必要がありません。

UV照射器のランニングコスト比較

ここまでで挙げた４つの項目を踏まえて、水銀ランプとUV-LED光源のランニングコストのシミュレーショングラフを作成してみます。

想定条件

以下が想定した条件です。

想定条件は、あくまで仮のものになりますので、実際に検討される際には、上記のような条件にあてはめて計算してください。

使用条件

装置	水銀ランプ	UV-LED光源 ALE3
照射時間	10秒	10秒
OFF時間	30秒 (シャッター遮断)	30秒 (LED off)
工場稼働時間	24時間	24時間
一日の点灯時間	24時間	6時間
1か月あたりの点灯時間	25日	25日
月当たりの点灯時間	600時間	150時間
寿命	1500時間	5000時間
交換頻度	2.5か月	33か月

費用条件

装置	水銀ランプ	UV-LED光源 ALE3
光源装置	55万	150万
ファイバー	25万	20万
交換部材	20万	55万

ランニンングコスト比較結果

結果をグラフで示します。
グラフのポイントは、水銀ランプの方が初期費用は安いですが、ランプの交換頻度が高いため、14ヶ月を過ぎるあたりで、UV-LED光源の方がコストが低くなるという点です。

グラフについて、少し詳しく見ていきます。

初期の費用は水銀ランプの方が安価で導入費用が安く済んでいるのがわかります。これは、UV照射器の価格が水銀ランプの方が安価なためです。

ただし、24時間駆動を使用条件とすると水銀ランプは24時間点灯のため、約2.5か月でランプの交換が必要となります。
対して、UV-LED光源（ALE3）は点灯、不点灯が可能なため1日の実質的な点灯が8時間となり、さらに寿命も長いため、UV-LED光源（ALE3）の交換頻度は33か月に１回ほどです。
そのため、約14か月経過時点で総合的な費用が逆転しました。

今回の計算で考慮していない部分

実際には、LED/ランプ交換の「人的コスト」も「ダウンタイム」も考慮に入れる必要があります。
UV-LED光源（ALE3）は3年間でLED交換が1回であるのに対して、水銀ランプは3年間でランプ交換を14回も実施する必要があり、それ自体が管理者の負担になります。

加えて、ファイバーの経年劣化による交換を想定に入れた場合は、より水銀ランプ側のランニングコストが上がることとなります。

まとめ

今回の、水銀ランプとUV-LED光源のランニングコスト比較結果をまとめると以下３点になります。

• 導入時コストは水銀ランプの方が安価
• ランニングコストで計算すると、14ヶ月程度でUV-LED光源（ALE3）の方が安価になる。
• 3年経過時のUV-LED光源（ALE3）のランニングコストは、水銀ランプよりも約100万円も安価

今回は、3年までをシミュレーションしましたが、この差は想定する期間を長くするほどUV-LED光源のランニングコストが安くなります。
実際には、照射時間など環境に依存しますので、お客様の環境に合わせて検討いただけますと幸いです。

超高出力のUV-LED光源（ALE3）の詳細に関しましては、是非ケイエルブイまでお問い合わせください。