JP2009075002A - 硬化状態測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】紫外線照射部106の下流側に、本実施の形態に従う硬化状態測定装置を構成する複数のヘッド部112が配置される。この複数のヘッド部112は、搬送方向に直交する方向に配列され、搬送される多層膜の一方向におけるUV接着剤の硬化状態を測定する。硬化状態測定装置は、第1シート204と第2シート202との間に介在するUV接着剤206の硬化状態をリアルタイム(インライン)で測定する。さらに、このUV接着剤206における硬化状態に何らかの不具合があれば、この不具合の原因に応じた対処、たとえば紫外線照射部106を構成する紫外線ランプの交換などが行なわれる。
【選択図】図1
Description
岩井茂彦・松原秀樹、「微分赤外分光法を用いた紫外線硬化樹脂の硬化率の計測」、2005年度 愛知県工業技術試験所研究報告
このように、複数のシート状部材を貼り合わせるような生産ラインにおいては、実用に耐え得る紫外線硬化樹脂の測定方法が存在しなかった。
(生産ラインの概略構成)
図1は、この発明の実施の形態1に従う硬化状態測定装置を備える紫外線照射システム100Aの概略構成図である。
まず、本発明に係る紫外線照射システムにおいて使用される紫外線硬化樹脂(UV接着剤206)について説明する。紫外線硬化樹脂は、紫外線照射前においては主に液体である一方、紫外線照射後においては固体に変化(硬化)する。なお、本明細書において、「紫外線硬化樹脂」とは、その状態(紫外線照射前の液体状態、もしくは紫外線照射後における固体状態)にかかわらず総称的な意味で使用する。
なお、本明細書において、「光重合開始剤」とは、光重合反応を開始させる能力が残存しているものに限らず、当初の光重合開始剤が光重合反応に寄与することによって変化したり光重合反応の対象となるモノマーやオリゴマーが周囲に存在しなかったりすることにより、もはや光重合反応の開始に寄与しない物質となったものをも含む意味で使用する。ここで、光重合開始反応に寄与した後の光重合開始剤は、多くの場合、ほぼ当初の分子の大きさを保持したまま、あるいは2つまたはそれ以上の数の分子に分裂した状態で、ポリマーの末端に結合している。
(1)重合反応を開始させるための活性種(ラジカルや酸など)を生成する能力(量子収率、モル吸光係数)が高い。
(3)活性種の生成能力を発揮するための励起エネルギーのスペクトル域が紫外線領域である。
図2は、この発明の実施の形態1に従う硬化状態測定装置110の模式的な外観図である。
図3を参照して、制御部114は、CPU40と、パネル部38と、記憶部46と、ネットワークインターフェイス部(I/F)48とからなる。また、パネル部38は表示部42および操作部44を含む。
図4は、この発明の実施の形態1に従う硬化状態測定装置のヘッド部112から照射される測定用紫外線50の照射エリアを模式的に示す図である。図4(a)は、単一のヘッド部112を用いる場合を示し、図4(b)は、複数のヘッド部112を生産ラインの搬送方向に直交する方向に配置した場合を示す。
多くの紫外線硬化樹脂では、硬化反応の進行に伴って、発生する蛍光量は増加する。これは、次のようなメカニズムによるものと考えられる。すなわち、硬化反応(重合反応)の進行に伴って光重合開始剤が消費され、未反応の光重合開始剤が減少するので、光重合開始剤で吸収される紫外線照射による光エネルギーのうち、重合反応を生じるための活性種(ラジカルや酸など)の生成に使用される化学的エネルギーとしての使用量が減少することになる。一方で、光重合開始剤は、重合反応に使用された後であっても、紫外線を吸収しやすい性質を残しているため、光重合開始剤が測定用紫外線を吸収することで生じる光エネルギー量は維持されて、蛍光や熱といった化学的エネルギーとは異なる形のエネルギーに変換される。この結果、紫外線硬化樹脂の硬化反応の進行に従って蛍光量が増加する傾向が現れる。さらに、このような傾向は、紫外線硬化樹脂の基本的な組成に由来するものであるから、多くの紫外線硬化樹脂に共通してみられるものとなる。
図7は、この発明の実施の形態1に従う制御部114における制御構造を示すブロック図である。本実施の形態では、複数の硬化状態測定装置が配置され、各硬化状態測定装置に対応する制御部114が測定対象の部分(以下では、「トラック」とも称す)における硬化状態の良否を判断する。
フラットディスプレイなどに使用される多層膜については、面内における硬化ムラを抑制する必要がある。そのため、上述のように各トラックからの蛍光量の大きさの絶対値に基づいて判断するだけではなく、トラック間の蛍光量のバラツキについても許容範囲内に収まっているか否かを判断する必要がある。
上述の実施の形態1では、同一のヘッド部が測定用紫外線を照射するとともに、蛍光を受光する構成について例示したが、各機能を分離して構成してもよい。
図12は、照射ヘッド部122を構成する光学モジュール602の一例を示す斜視図である。
上述の実施の形態1およびその第1変形例では、複数の光源を用いて測定用紫外線を発生する構成について説明したが、実施の形態1の第2変形例では、単一の光源を用いた構成について説明する。
上述の実施の形態1およびその変形例では、2種類のシート状部材を1層の紫外線硬化樹脂を介して貼り合わせた多層膜を測定対象とする場合について例示したが、本実施の形態では、複数の紫外線硬化樹脂の層をもつ多層膜の硬化状態を測定する場合について例示する。
まず、図15を参照して、代表的なフラットディスプレイに用いられる多層膜について説明する。
図15を参照して、液晶ディスプレイは、各々が特定の機能を実現する複数の層から構成されている。具体的には、2つのガラス層416によって挟まれた液晶層418が中心に位置し、その表示面側には、光学補償シート420、偏光板422、反射防止シート424がその順序で積層される。また、液晶層418のバックライト側には、光学補償シート414、偏光板412、輝度向上シート410、レンズシート408、光拡散シート406がその順序で積層される。また、バックライトとしては、光源400と、光源からの光の伝搬方向を変更する導光板402と、反射板404とからなる。
図16は、この発明の実施の形態2に従う硬化状態測定装置110Aの概略構成図である。
まず、紫外線硬化樹脂から発生する蛍光の波長特性について説明する。
図19は、スリーボンド社製3034のスペクトル特性を示す。図20は、ケミテック社製ケミシールU−1582のスペクトル特性を示す。図21は、ケミテック社製ケミシールU−1481のスペクトル特性を示す。図22は、ケミテック社製ケミシールU−1595のスペクトル特性を示す。図23は、ケミテック社製ケミシールU−1542のスペクトル特性を示す。図24は、ケミテック社製ケミシールU−1542Jのスペクトル特性を示す。図25は、ケミテック社製ケミシールU−1455Bのスペクトル特性を示す。
図26は、この発明の実施の形態2に従う紫外線照射システム100Cの概略構成図である。
図27は、この発明の実施の形態2に従う制御部における制御構造を示すブロック図である。本実施の形態では、紫外線硬化樹脂の硬化反応を促進させるための紫外線の照射前後において測定された2つの蛍光スペクトルに基づいて、硬化状態の良否を判断する。なお、硬化反応を促進させるための紫外線の照射前後において、それぞれ共通のトラックからの蛍光量を受光するように、それぞれのヘッド部142が配置される。なお、図27には、代表的に、1つのトラックにおける硬化状態の良否を判断する構成を示すが、複数のトラックにわたってヘッド部142が配置される場合には、図27に示す制御構造が複数設けられる。
[その他の態様]
(ヘッド部間の校正)
複数のヘッド部が搬送方向に直交する方向に配列された場合であって、この直交方向における硬化状態のバラツキを検査するためには、各ヘッド部における測定用紫外線50を発生するための紫外線光源や、発生した蛍光を受光するための受光素子の特性を互いに一致させておく必要がある。すなわち、これらの素子のバラツキによって、硬化状態にバラツキがあると誤って判断されるおそれがあるからである。また、上述したように、上流側で測定された蛍光スペクトルと、下流側で測定された蛍光スペクトルとの差に基づいて、硬化状態の良否を判断するような構成においても、上流側に配置された受光素子と下流側に配置された受光素子との間のバラツキを低減することが有効である。
図28を参照して、代表的な校正方法として、予め発生すべき蛍光量が既知のサンプルを用いる方法がある。具体的には、複数のヘッド部112が配置される幅(あるいは、ライン幅)をもつ基準サンプル1および基準サンプル2を用意する。ここで、基準サンプル1は、発生する蛍光量が相対的に少なく、基準サンプル2は発生する蛍光量が相対的に多いものを選択する。代表的に、基準サンプル1は金属から構成され、基準サンプル2は有機物から構成される。
図29を参照して、基準サンプル1から測定されるべき測定値と、実際に測定された値との差に基づいて、オフセット校正を行なう。さらに、基準サンプル2から測定されるべき測定値と実際に測定された値とが一致するように、ヘッド部112における蛍光の検出感度を調整するためのゲイン校正を行なう。
測定用紫外線を受けて、紫外線硬化樹脂から発生する蛍光は温度依存性をもつ。すなわち、紫外線硬化樹脂を含む多層膜の温度に依存して、発生する蛍光の量は変動するので、このような変動による誤判断を避けるために、各制御構造において使用されるしきい値などをこのような多層膜の温度に関係付けて最適化することが好ましい。
上述の実施の形態では、ラインに対して硬化状態測定装置が固定されている場合について例示したが、X‐Yステージなどを用いて、硬化状態測定装置自身を自在に移動させるようにしてもよい。
Claims (7)
- モノマーおよびオリゴマーの少なくとも一方からなる主剤と光重合開始剤とを含む紫外線硬化樹脂の硬化状態を測定する硬化状態測定装置であって、
前記紫外線硬化樹脂を励起するための紫外線を照射する第1照射手段と、
前記紫外線の照射によって前記紫外線硬化樹脂から発生する蛍光を受光する第1受光手段と、
前記第1受光手段によって測定された蛍光の量に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の硬化状態の良否を判断する判断手段とを備え、
前記紫外線硬化樹脂は、少なくとも2つのシート状部材の間に介在しており、
前記第1照射手段は、一方の前記シート状部材を介して前記紫外線を前記紫外線硬化樹脂へ照射する、硬化状態測定装置。 - 前記少なくとも2つのシート状部材は、所定の搬送方向に沿って連続的に搬送され、
前記少なくとも2つのシート状部材の搬送経路には、前記紫外線硬化樹脂における硬化反応を促進するための紫外線を照射する硬化装置が配置され、
前記第1照射手段および前記第1受光手段は、前記搬送方向に直交する方向に配列された複数のヘッド部からなる、請求項1に記載の硬化状態測定装置。 - 前記判断手段は、前記硬化装置を通過後の紫外線硬化樹脂からの蛍光量の大きさに基づいて、前記硬化状態の良否を判断する、請求項2に記載の硬化状態測定装置。
- 前記判断手段は、前記搬送方向に直交する方向における蛍光量のバラツキに基づいて、前記硬化状態の良否を判断する、請求項2に記載の硬化状態測定装置。
- 前記硬化装置を通過前の紫外線硬化樹脂に対して、励起するための紫外線を照射する第2照射手段と、
前記第2照射手段による紫外線の照射によって前記紫外線硬化樹脂から発生する蛍光を受光する第2受光手段とをさらに備え、
前記判断手段は、前記第1受光手段によって測定された蛍光の量と、前記第2受光手段によって測定された蛍光の量とに基づいて、前記紫外線硬化樹脂の硬化状態の良否を判断する、請求項2に記載の硬化状態測定装置。 - 前記受光手段は、前記蛍光を分光することで、前記蛍光のスペクトルを取得する第1分光手段を含み、
前記判断手段は、前記第1分光手段において取得された前記蛍光のスペクトルのうち、前記紫外線硬化樹脂に対応する特定波長の強度値に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の硬化状態の良否を判断する、請求項1または2に記載の硬化状態測定装置。 - 前記硬化装置を通過前の紫外線硬化樹脂に対して、励起するための紫外線を照射する第2照射手段と、
前記第2照射手段による紫外線の照射によって前記紫外線硬化樹脂から発生する蛍光を受光することで、前記蛍光のスペクトルを取得する第2分光手段とをさらに備え、
前記判断手段は、前記第1分光手段によって取得されたスペクトルと、前記第2分光手段によって取得されたスペクトルとに基づいて、前記紫外線硬化樹脂の硬化状態の良否を判断する、請求項6に記載の硬化状態測定装置。
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