UV硬化の仕組み2

3.従来の光源とLED

従来から、紫外線照射装置によるUV硬化のための光源として、水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが使われてきました。
近年、低消費電力・長寿命であるLEDが光源として登場し、その優位性から採用されるケースが非常に増えています。

	LED光源の性質	従来(非LED)の光源
出力	低出力	高出力
消費電力	低	高
発熱	少ない	発熱
波長域	狭い	広い（ブロード）
制御	細かな制御が可能なため、ミリ秒単位の停止・照射の切り替え制御可能	細かな制御がしにくいため、停止・照射の切り替えに時間がかかる
寿命	寿命が長い(ランプの5~20倍)ため、交換頻度が低い 尚、出力が高ければ高いほど早く消耗する	ランプ寿命が短いため、高頻度の交換が必要 尚、出力が高ければ高いほど、早く消耗する
処理問題	水銀を含まないため処理しやすい	水銀など有害物質を含むため処理しにくい

4.UV硬化の速度

UV照射によって樹脂が硬化する際、数秒程度で硬化します。
ですが、硬化速度が遅い場合があります。
例えば環境による要因（大気中の水分）や、機器側の要因（照射波長、強度など）があります。
状況によっては硬化しないというケースもよくあります。

5.UV硬化を妨げる要因

固まらない理由１：酸素の影響

大気中の酸素の影響で反応が止まるケースがあります。
アクリレート系モノマーを利用する場合、顕著と言われています。
照射強度が弱いと、反応速度が塗膜内の酸素の拡散に負けてしまい硬化しないケースがあります。

固まらない理由２：高湿度

湿度70%以上の高湿下で、硬化速度が著しく損なわれる場合があります。
光カチオン重合系の開始剤で、対応する添加剤を用いない場合です。どうしても高湿度環境でのUV硬化が必要な場合は、添加剤により改善することがあります。

固まらない理由３：硬化材料の配合と照射光の関係

光重合開始剤・増感剤の配合が、照射するUVの波長域と適合していない。
先述のとおり、反応する波長域とずれている場合、硬化しません。

固まらない理由４：底まで光が届かない

膜が厚すぎる、影になり光が届かない。
表面が先に硬化し、奥まで光が届かない場合固まらない原因になる。非LEDでは、短い波長で表面を固め、長い波長で奥を固めるという方式が取れたが、波長域の狭いLEDでは難しく工夫が必要。

固まらない理由５：照射強度

照射強度が弱い。
旧来の水銀・メタハラ等の光源と比べ、一般的にLEDは照射強度が弱い。
ワークとの距離がある場合も、強度が低下します。
そのように、UV硬化の成否は複合的な要因に基づきます。

旧来の非lED光源（水銀ランプなど）からLED光源の製品に切り替えようとした場合、それまでのノウハウでは活かせない（硬化しない）ケースもあります。

過去の事例を見ると、特に「出力不足」「波長域の違い」から起こるケースが多いように感じます。
従来の非LED光源では、UVランプといえどブロードに近い波長の光が放射されるものが多く、ピーク波長以外の周辺波長域の光が硬化に影響を及ぼすケースもあります。

硬化材料の配合に関しては、「いかに硬化させるか」だけでなく「硬化後に得られる最適な物性」の面も考える必要があり、硬化しないからといって容易には変更し難いケースも多いと考えられます。最終製品の品質に影響を及ぼすためです。

そのようなお困りの際には、弊社の扱うハイパワーUV-LED照射装置をご検討ください。
実機での検証も可能です。

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