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UV硬化をランプからLEDに変更する際の注意点

UV硬化の光源のLED化は、長寿命化による運用コストの低減、低消費電力化、細かい照射のコントロールなどのメリットがあり、注目されています。一方で、導入する際には、ランプとの間に大きな結果の差異が発生しないかという点が懸念かと思います。
本サイトでは、結果に差異が発生する可能性となる3点のポイントに関して説明します。

     
  1. 遮蔽物の有無と透過波長
  2.  
  3. UV-LEDの出力
  4.  
  5. UV硬化剤の種類や光重合開始剤の種類

①遮蔽物の有無と透過波長をチェック!!

張り合わせや複数の部材の接着時には、部材越しの照射となり、UV光源とUV樹脂の間に遮蔽物が入ることによる照射強度の減少が発生する可能性があります。特にUV-LEDはランプと比較して波長範囲が狭いため、その波長に対して透過率が悪くないかを確認する必要があります。
UVの波長に対する透過率が低い部材として、アクリル樹脂やポリ塩化ビニルなど一部のプラスティック部材が挙げられます。
張り合わせなど遮蔽物がある場合には、UV-LEDで使用する波長が透過する材料であることをご確認ください。

UV硬化における遮蔽物の透過波長

部材の透過率や、硬化剤/開始剤/添加剤の反応波長に応じて、最適な波長を選択することも有効です。
UV-LED光源装置の中には、複数するLEDを自由に選べるものがあります。
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365nmから970nmまでの豊富なラインナップから波長を選択できるLED光源はこちら

②UV-LEDの出力をチェック!!

一般的に、UV樹脂を硬化させるのに必要なエネルギーは”光源の出力×時間”で与えられるので、出力の強弱によって硬化時間が決まることになります。

    硬化に必要なエネルギー = 光源出力 × 時間 

そして、この硬化時間(スループット)は、コストに直結するファクターですので、現状のランプと同等またはそれ以上の出力のLEDを選択することが求められます。
また、硬化の深度が出力や波長に依存するため、硬化対象に厚みがある場合は、出力の確認がさらに重要になります。
UV-LEDが出始めたころは、LEDはランプよりも出力が低いと言われてきましたが、昨今ではLED光源の高出力化が年々進んできており、非常に高出力の製品が存在します。

ランプよりも出力の高い超高出力LED光源はLED光源はこちら
※LED光源は出力を制御できるため、高出力のものであれば出力を制限して低出力を実現することも可能です。


UV硬化ページ

③UV硬化剤の種類や光重合開始剤の種類をチェック!!

これまでのUV硬化剤接着剤はランプを想定して作成されているため、UV硬化剤の種類によっては、波長帯域の短いUV-LEDでは期待通りに固まらない可能性があります。
本ページでは、主な硬化剤の種類とチェックするべきポイントを紹介します。

(1)UV硬化樹脂の種類

UV硬化のメカニズム

UV硬化樹脂は、UV(紫外線)をはじめとした光によって、以下のような反応が起こり樹脂化(樹脂として固化)します。

  1. UVによって光重合開始剤が分解し、活性種(ラジカルが、イオンなど)が発生
  2. ラジカルにより、モノマーやオリゴマーが結合する重合反応が起こり硬化
UV硬化のイメージ図

UV硬化樹脂の構成成分

UV硬化樹脂は、上記の反応を起こすための成分として、樹脂成分(モノマー/オリゴマー)、光重合開始剤、添加剤から構成されています。

UV硬化樹脂の構成成分

そして、上記の各要素の組み合わせによっていろいろな種類のUV硬化樹脂が存在しますが、大きくはアクリル接着剤とラジカル開始剤の組み合わせとエポキシ接着剤とカチオン開始剤の組み合わせに分けられます。
以下にアクリル接着剤系とエポキシ接着剤系の比較を示します。

                                                                                                                       
硬化剤樹脂成分アクリル接着剤エポキシ接着剤
開始剤ラジカル開始剤カチオン開始剤
接着の強度×
硬化の速度×
耐熱性×
耐薬品性×
酸素による硬化阻害×
価格×

(2)UV-LEDが対応できる硬化剤を見分けるためのチェックポイント

一般的に、アクリル接着剤はラジカル開始剤が365nm付近に吸収スペクトルを持つため、UV-LEDから出力される365nm付近の光を効率よく吸収し硬化反応が起こります。
一方で、エポキシ接着剤は、カチオン開始剤が365nm領域の光を吸収が弱く、UV-LEDの光では硬化しにくいという特徴があります。ただし、UV-LEDでの硬化ができないわけではなく、365nm領域に対して感度の高い添加剤(増感剤)を併用することによってUV-LEDでの硬化を促進する事が可能です。

上記のようにUV-LED硬化を試行する場合には、「アクリル接着剤」、もしくは「もUV-LEDの波長帯に感度を持つ添加剤が添加されているエポキシ接着剤」である事をご確認ください。

                                                               
硬化剤主成分アクリル接着剤エポキシ接着剤
開始剤ラジカル開始剤カチオン開始剤
添加材UV-LED感度低UV-LED感度高
UV-LEDでの硬化適性

硬化剤/開始剤/添加剤とUV-LEDの波長の関係に不安がある場合には、複数の波長のLEDを組み合わせて、ある程度の広い波長幅を持った光を入射する事も有効です。
UV-LED光源装置の中には、複数のLEDを搭載できるものがあるため、そのような装置を選択すると自由度が高くなります。
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複数のLED(最大5個)を搭載し、幅の広い波長域の光を入射できるLED光源はこちら

UV硬化のランプからの置き換えの検討ならこの製品

製品情報

UV-LED照射器ALE/1

UV-LED照射器ALE/1

  • UVランプよりも高い出力
    (UV-LEDとして業界最強水準の高出力)
  • UV硬化剤に合わせた波長スペクトルを選択可能
     (複数のLED搭載可)
     (LEDを選択可)
     (各LEDの出力を調整可)
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