JP2001336976A - 紫外線検出体、その使用方法および紫外線検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 紫外線の２次元強度分布の定量的な測定を正
確且つ簡便に行うことができる紫外線検出体を提供す
る。 【解決手段】 参照光線の吸収により蛍光を発する蛍光
体であって、当該蛍光の強度が、当該参照光線よりも短
い波長をもった被検出紫外線の照射後にその照射線量に
応じて低下する蛍光体を含んでなる紫外線検出体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線の照射線量
の測定に特に有用な紫外線検出体、その使用方法および
紫外線検出システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】常温での重合、架橋及び硬化等が短時間
で進行するよう、紫外線（ＵＶ）、エックス（Ｘ）線又
はガンマ（γ）線のような放射線が重合系や重合体に照
射される。通常、放射線は測定されてその強度又は照射
量若しくは積算光量が求められ、架橋及び硬化の調節に
利用される。特に、紫外線は、Ｘ線又はγ線に比べて容
易に取り扱えるので、その測定方法は種々提案されてい
る。

【０００３】例えば、特開平５−１０７１１２号公報、
特開平１１−１０１６８５号公報及び特開平９−１２６
８８７号公報には、紫外線の照射により変色・着色する
材料を用いた紫外線照射量の測定方法が開示されてい
る。このような材料は、フォトクロミック化合物又は銀
系抗菌剤、或いは、ラジカル発生剤とラジカルによって
変色する色素との組み合わせを含んでいる。しかし、こ
のような材料は、紫外線の照射に対応して変色・着色す
るに過ぎず、紫外線の照射量を定量的に測定するのは困
難である。

【０００４】また、特開平８−２９２０９１号公報に
は、紫外線の照射量に応じた蛍光を発する蛍光物質を利
用した紫外線検出装置が開示されている。この公報によ
れば、紫外線検出装置は、集光レンズ及び光ファイバを
介して蛍光を伝送した直後に受光器によってその蛍光の
強度を測定している。したがって、集光レンズ及び光フ
ァイバの設置が制約される場合には、この紫外線検出装
置によって蛍光の強度を測定して紫外線の照射量を求め
ることは実質的に不可能である。また、紫外線検出装置
では、集光レンズは蛍光をできるだけ光ファイバに向け
て投光するだけである。かくして、このような紫外線検
出装置は紫外線の２次元強度分布の測定には適していな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、紫外線の２次元強度分布の定量的な測定を正確且つ
簡便に行うことができる紫外線検出体、その使用方法お
よび紫外線検出システムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題は、参照光線の吸収により蛍光を発する蛍光体であっ
て、当該蛍光の強度が、当該参照光線よりも短い波長を
もった被検出紫外線の照射後にその照射線量に応じて低
下する蛍光体を含んでなる紫外線検出体、本願発明の紫
外線検出体の使用方法であって、前記紫外線検出体に当
該参照光線を照射して、前記紫外線検出体から発せられ
る当該蛍光の初期強度を測定する工程、当該参照光線よ
り短い波長を有する前記検出紫外線を前記紫外線検出体
に照射した後、再度前記紫外線検出体に当該参照光線を
照射して、前記紫外線検出体から発せられる当該蛍光の
周期強度を測定する工程、および当該初期強度および当
該周期強度から、当該検出紫外線の照射線量を求める工
程を備える使用方法、並びに本発明の紫外線検出体、前
記紫外線検出体に参照光線を照射する光源、および前記
紫外線検出体から発せられる蛍光の強度を測定する手段
を備え、前記参照光線より短い波長を有する被検出紫外
線を検出する紫外線検出システムにより解決される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態にしたが
って説明する。なお、図面中、同一又は相当の部分には
同一の符号を付することとする。図１は、紫外線の照射
量を測定できる本発明の紫外線検出体の好適な一実施形
態の断面図である。紫外線検出体は、基本的に、フィル
ム状の基材（１）と、その表面に積層した紫外線応答層
（２）とを有している。基材は、好適には３０〜８０μ
ｍの厚さを有し、紫外線応答層を支持する。基材の材料
は、紫外線応答層を支持できる限り特に限定されないけ
れども、好適には、機械的強度に優れたポリエチレンテ
レフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステルである。基材
は、フレキシブルであってもよい。

【０００８】紫外線応答層は、ある特定の光線（参照光
線）を吸収して蛍光を発することができる蛍光体を含ん
でいる。本発明では、この蛍光体が参照光線よりも短い
波長をもった紫外線（被検出紫外線）の照射を受ける
と、その蛍光強度を低下することを利用する。換言する
と、紫外線応答層が紫外線により照射される前後におい
て上記蛍光の強度が変化すれば、紫外線を検出すること
ができる。また、本発明によれば、このような蛍光体の
蛍光強度は被検出紫外線の照射線量に応じて低下するこ
とが明らかにされた。したがって、本発明の紫外線検出
体によれば、紫外線応答層に被検出紫外線を照射する前
後における蛍光強度を測定し、蛍光強度の減衰率を計算
することによって、被検出紫外線の照射線量を求めるこ
とができる。その際、紫外線を検出するために、当該紫
外線の照射と同時に蛍光の強度を測定する必要はなくな
る。

【０００９】かくして、本発明の紫外線検出体は、蛍光
の受光器やその他の関連機器を伴うことなく、紫外線に
よる重合、架橋及び硬化の対象物に近接して配置するだ
けで、紫外線の照射線量を計測することができる。した
がって、本発明では、紫外線検出体を設置する際におけ
る物理的な制約が緩和される。このような物理的な制約
の緩和は、特に、ウエブが紫外線効果装置にスレッドア
ップされたとき、従来の積算光量計や紫外線強度計と異
なり、上記紫外線検出体によりオンラインでの紫外線照
射量又は強度の測定を可能にする点で、大きな意義を有
する。

【００１０】本発明の紫外線検出体は、紫外線応答層に
蛍光体を均一に含んでいれば、被検出紫外線の照射前後
で紫外線応答層の照射位置に応じて発する蛍光強度を変
えることもできる。このような場合、上記紫外線検出体
は、紫外線硬化装置から紫外光源を取り外したり、又
は、紫外線強度計を特別なスキャン装置によって紫外線
硬化装置内で移動させたりすることなく、被検出紫外線
の照射量の２次元分布も簡便に求めることを可能にす
る。

【００１１】本発明で使用する蛍光体としては、既知の
蛍光体から上記のような特性を有するものを選択して用
いればよく、例えば、日成化成（株）からニチロン・ホ
ワイトという商品名で市販されている染料を挙げること
ができる。この染料は、３００〜４００nmの波長範囲を
もつ近紫外線を吸収して蛍光を発し、また、その紫外線
よりも短い波長をもった紫外線の照射線量に応じて失活
し蛍光強度を減らすことができる。

【００１２】本発明では、上記のような蛍光体を、通
常、マトリックス材料に分散して紫外線応答層を構成す
る。好ましいマトリックス材料は、蛍光体が被検出紫外
線をできるだけ多く吸収して蛍光を紫外線応答層の外部
に効果的に発するよう、無色透明な材料である。そのよ
うな材料の好適例は、ジョンソン・ポリマー社からJonc
ryl 67という商品名で市販されているポリマーである
が、上記のような透明性を有する限り、他のポリマーを
使用することもできる。

【００１３】紫外線応答層の厚さ及び蛍光体の濃度は、
測定に必要な蛍光強度に応じて適宜選択すればよい。例
えば、紫外線応答層が、マトリックス材料に対して約２
重量％未満の蛍光体を含む場合は、紫外線応答層の厚さ
を少なくとも２μｍとする。他方、マトリックス材料に
対して約２重量％以上の蛍光体を含む場合は、紫外線応
答層の厚さを１〜２μｍ以下とする。

【００１４】図１に示されるように、基材の裏面（紫外
線応答層を形成した面とは反対の面）に粘着層（３）を
設け、紫外線検出体をウェブ等に貼り付けて固定するこ
ともできる。また、固定前に粘着層を保護しておくため
に、粘着層上には剥離層（４）を配置してもよい。

【００１５】マトリックス材料に蛍光体を分散させた紫
外線応答層を有する本発明の紫外線検出体は、次のよう
にして製造することができる。ただし、紫外線検出体の
製造方法はこれに限定されるものではなく、種々の周知
・慣用の方法により、紫外線検出体を製造することがで
きる。まず、マトリックス材料と蛍光体を、２‐メチル
エチルケトン（ＭＥＫ）及びプロピレングリコールモノ
メチルエーテル（ＰＭＡ）のような溶剤と均一に混合し
て紫外線応答層形成用塗料を調製する。つぎに、この塗
料を基材の一面に塗布し、乾燥して溶剤を除去し、紫外
線応答層を形成する。基材の他面には、必要に応じて粘
着層のコーティング及び剥離層の設置をして、紫外線検
出体を作製する。

【００１６】本発明の紫外線検出体は以下のような紫外
線検出システムにおいて使用することができる。まず、
紫外線検出体に、適当な波長の参照光線を発射できる光
源を用いて参照光線を照射して、そこから発せられる蛍
光の強度を蛍光強度計（蛍光強度測定手段）で予め測定
する。つぎに、線量計等によって線量又は強度等のスペ
クトルが確認されている標準紫外線を上記紫外線検出体
に照射する。その後、この紫外線検出体に上述した参照
光線を照射して、そこから発せられる蛍光の強度を再度
蛍光強度計で測定する。それから、標準紫外線の線量及
びその照射前後における蛍光強度に基づいて、紫外線の
線量に対する蛍光強度の減衰率の検量線を作成する。具
体的には、その検量線は、標準紫外線及びその照射前後
における蛍光強度の関係を多変量解析又はその他の解析
手法によって調べることにより作成することができる。
本発明では、多変量解析による一次近似でもって検量線
を作成した場合、減衰率（Ｚ）と、紫外線の照射線量
（Ｘ）および蛍光体が発する蛍光の強度（Ｙ）との関係
は、下記の式で表せることがわかった。

【数２】Ｚ ＝ 1‐(Ｙ'/Ｙ) ＝ ａ＋ｂＸ-ｃＹ この式中、ａ、ｂ、ｃは定数であって、紫外線検出体の
厚さ、それに含まれる蛍光体の濃度及び被検出紫外線の
種類によって決まる。

【００１７】つぎに、標準紫外線と同じスペクトルをも
つ紫外線を放射する線源と対向して紫外線検出体を設置
する。その際、上述したように、線源を紫外線硬化装置
に組み入れた状態でその紫外線検出体を設置してもよ
い。その後、線源から供給される被検出紫外線を紫外線
検出体に照射する前後で、参照光線の吸収によって発す
る蛍光の強度をそれぞれ測定して、その減衰率を求め
る。その時、好適にはリニアドライブのような走査手段
を用いて被検出紫外線の線源と紫外線検出体との相対位
置を変えることにより、照射位置毎に蛍光強度の減衰率
を明らかにすれば、被検出紫外線の照射線量の２次元分
布を決定することができる。さらに、被検出紫外線の照
射時間も測定しておけば、その照射時間で照射線量を割
って強度又はその分布をも求めることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例にしたがって説明す
る。ただし、本発明はこれに限定されないことは言うま
でもない。

【００１９】１．紫外線検出体の作製 染料（日成化成(株)製ニチロン・ホワイト）０．３０重
量部及びマトリックス材料（ジョンソン・ポリマー製Jo
ncryl 67）１４．９６重量部を、プロピレングリコール
モノメチルエーテル５９．３２重量部および２‐メチル
エチルケトン２５．４２重量部の混合溶剤に均一に溶か
して塗料を測定した。

【００２０】次いで、この塗料を、幅７００mm及び厚み
５０μｍの帯状ＰＥＴフィルム基材（帝人株式会社製HP
E-50）の一面に塗布した。その後、塗布した塗料層を乾
燥して溶剤を除去し、マトリックス材料に染料を分散さ
せた紫外線応答層（厚さ1.5μｍ）が基材に支持された
ロール状の紫外線検出体を得た。

【００２１】２．検量線の作成 つぎに、上記紫外線検出体を１５０mmの長さに裁断した
後、波長３６５nmの参照紫外線を紫外線検出体に照射し
て、そこから発せられる蛍光の初期強度(Ｙ)を予め測定
した。この測定には、蛍光強度計（SICK OPTIC ELECTRO
NIC製ルミネセンサLUT1-4）を使用した。この蛍光強度
計は、波長３６５nmの参照紫外線源を備えていた。つぎ
に、２５４nmの波長と既知の線量(Ｘ)とをもった標準紫
外線を上記紫外線検出体に照射した。その後、この紫外
線検出体に上述の参照紫外線を照射して、そこから発せ
られる蛍光の終期強度(Ｙ')を再び蛍光強度計で測定し
た。そして、上述の初期強度(Ｙ)及び終期強度(Ｙ')に
基づいて蛍光強度の減衰率（Ｚ=1−(終期強度(Ｙ')/初
期強度(Ｙ)）を算出した。

【００２２】それから、標準紫外線の線量(Ｘ)と標準紫
外線の照射前における蛍光の初期強度(Ｙ)と蛍光強度の
減衰率(Ｚ)との間の関係を多変量解析によって求めた。
その多変量解析による一次近似の関係式は以下の通りで
ある。

【数３】Ｚ ＝ 1‐(Ｙ'/Ｙ) ＝ 0.031795＋0.000286Ｘ-
0.000064Ｙ Ｘ:参照紫外線の照射線量 Ｙ:蛍光の初期強度 Ｚ:減衰率 Ｒ:相関係数(Ｒイ=0.9886) この関係式は、図２に示すグラフで表すこともできる。
この多変量解析によれば、蛍光強度の減衰率(Ｚ)、標準
紫外線の線量(Ｘ)及び標準紫外線の照射前における蛍光
の強度(Ｙ)は、非常に高い相関係数(Ｒ)をもって関係し
ていることが分かった。

【００２３】３．紫外線の強度分布の測定 実際に、この紫外線検出体を、紫外線硬化装置に供給さ
れるウェブ上に両面テープによって貼り付け、被検出紫
外線の強度分布をつぎのように測定した。本例の紫外線
硬化装置は、標準紫外線と同じ波長（２５４nm）をもっ
た被検出紫外線を長手方向に発する２本の管状の紫外光
源バルブを一直線に配置したものである。このような場
合、紫外光源バルブは、紫外線硬化対象のウェブが進行
する際にその幅方向（クロスウェブ方向）に上記紫外線
を照射することができる。紫外線検出体は、まず、この
ウェブの幅に合わせて裁断してウェブに貼り付けた。そ
れから、この紫外光源バルブによって紫外線検出体に被
検出紫外線を照射し後、参照紫外線をこの紫外線検出体
に照射して、そのときの発せられる減衰した蛍光の強度
を求めた。

【００２４】図３（ｃ）は、その減衰蛍光強度を上記検
量線に適用して求めた紫外線の相対強度分布図である。
２本の紫外光源バルブは上記相対強度分布図に対応し
て、図３（ｂ）に示されているように配置されている。
すなわち、２本の紫外光源バルブの接合部では、相対強
度がわずかに低下していることが図３（ａ）からも観測
される。また、図３（ａ）には、この紫外線硬化装置の
メーカーが専用の輝度計及びそのスキャン装置を用い
て、紫外光源バルブを取り外すことなく被検出紫外線を
測定したときの相対強度分布図が示されている。図３
（ａ）及び図３（ｃ）を比較すると、２つの相対強度分
布は非常によく一致していることが明らかである。

【００２５】

【発明の効果】上述のとおり、本発明の紫外線検出体
は、紫外光源バルブの近接して単に配置するだけで、紫
外線の２次元強度分布の定量的な測定を正確且つ簡便に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の紫外線検出体の一例の断面図であ
る。

【図２】 多変量解析によって求めた、標準紫外線の線
量(Ｘ)と標準紫外線の照射前における蛍光の初期強度
(Ｙ)と蛍光強度の減衰率(Ｚ)との間の関係を示すグラフ
である。

【図３】 紫外線硬化装置のメーカーにより測定された
被検出紫外線の相対強度分布図（ａ）、２本の紫外光源
バルブの配置（ｂ），および実施例で求めた紫外線の相
対強度分布図（ｃ）である。

【符号の説明】

１：基材、２：紫外線応答層、３：粘着層、４：剥離層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 参照光線の吸収により蛍光を発する蛍光
   体であって、当該蛍光の強度が、当該参照光線よりも短
   い波長をもった被検出紫外線の照射後にその照射線量に
   応じて低下する蛍光体を含んでなる紫外線検出体。
2. 【請求項２】 近紫外域の波長をもった当該参照光線を
   前記蛍光体が吸収して初期強度(Ｙ)の蛍光を発する場合
   に、当該参照光線より短い波長をもった当該被検出紫外
   線により照射線量(Ｘ)で照射された後に当該参照光線の
   吸収により終期強度(Ｙ')の蛍光を発するとき、初期強
   度(Ｙ)に対する終期強度(Ｙ')の減衰率(Ｚ)が下記の関
   係式： 【数１】Ｚ ＝ 1‐(Ｙ'/Ｙ) ＝ ａ＋ｂＸ-ｃＹ （式中、ａ、ｂ、ｃは定数である。）により表される請
   求項１に記載の紫外線検出体。
3. 【請求項３】 前記蛍光体が、当該参照光線及び当該蛍
   光に対して透明なマトリックス材に分散されている請求
   項１又は２に記載の紫外線検出体。
4. 【請求項４】 前記マトリックス材がフィルム状の基材
   に支持されている請求項３に記載の紫外線検出体。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線
   検出体の使用方法であって、 前記紫外線検出体に当該参照光線を照射して、前記紫外
   線検出体から発せられる当該蛍光の初期強度を測定する
   工程、 当該参照光線より短い波長を有する前記検出紫外線を前
   記紫外線検出体に照射した後、再度前記紫外線検出体に
   当該参照光線を照射して、前記紫外線検出体から発せら
   れる当該蛍光の周期強度を測定する工程、および当該初
   期強度および当該周期強度から、当該検出紫外線の照射
   線量を求める工程を備える使用方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線
   検出体、 前記紫外線検出体に参照光線を照射する光源、および前
   記紫外線検出体から発せられる蛍光の強度を測定する手
   段を備え、 前記参照光線より短い波長を有する被検出紫外線を検出
   する紫外線検出システム。