JP3854276B2 - 光照射装置及び光照射方法並びに光反応生成物シートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、テープ、フィルム、シート等のシート状物に塗布された光反応性組成物層に光を照射することによって、その光反応性組成物層を光反応させて光反応生成物層を得る光照射装置及びその装置による光反応生成物シートの製造方法に関する。

従来、この種の光照射装置は、例えば、図６に示すように離散的に配列された複数本の高圧水銀灯等からなる光源体５１と、光源体５１と所定間隔をおいて対向するように配置された光反応性組成物等からなる被照射物５２で構成される。そして、光源体５１から照射される光によって、被照射物５２を反応させるようになっている。

ところが、かかる従来の構成では、光源体５１からの光が各光源体５１間を通過して散乱することなどから、光効率の面から好ましくない。そこで、これらの問題を解決すべく各光源体５１の間に形成される空間部と、被照射物５２の反射側との少なくとも一方に、被照射物５２に対向する反射面が形成された光反射部材を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公平８−２６０８８号公報

しかしながら、特許文献１のものは、光源体と被照射物を対向させて配置し、光源体からの光照射が直接被照射物に照射されるようになっている。このため、照射範囲を広くするために、光源と被照射物との距離を極端に大きく取る必要があり、必然的に装置が大型化する傾向にあった。また、光源体１灯当りの照射できる範囲は限られているため、結果的に多くの光源体を並べる必要もあり、初期投資コスト、ランプ交換等ランニングコストともに高価となる。

また、光重合では、強い照度は必要がない場合が多く、限られた距離からの直接光では、照度が強すぎる場合が多い。このような場合、光源体に減光フィルター等を設置する必要があるため、エネルギーロスが多くなり、光効率が非常に悪くなる。さらに、光源体が多くなると、照射室内の温度が上昇し、被照射物にプラスチックフィルムを使用する場合には、被照射物が変形する場合もある。

そこで、本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、光源体からの光を効率的に被照射物に照射できるとともに一様に照射することが可能であり、装置の小型化が可能である光照射装置及びその装置による光反応生成物シートの製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための本発明に係る光照射装置は、内壁が鏡面加工されている照射室と、前記照射室に、被照射物に対して反対側に光を照射するように設置されている光源体と、前記光源体からの光を、前記被照射物に対して任意の角度で反射するように前記光源体に対向して配置されている反射板と、を備えてなるものである。

このような構成によると、照射室の高さを従来の構成の照射室と比べて約半分とすることができるとともに、減光フィルター等を使用することなく、適度な照度の光で被照射物を照射することができる。また、任意の角度で光源体からの光を反射する反射板によって、被照射物に光源体の影になる部分をつくることがないため、被照射物に一様な光を照射することができる。

また、本発明に係る光照射装置は、前記反射板が、曲率半径１０〜１００ｃｍの曲率を有していることが好ましい。

反射板が、曲率半径１０〜１００ｃｍ、好ましくは４０〜９０ｃｍであるため、光源体からの光を照射室内の広い範囲にわたって反射することができるため、被照射物へ一様に光を照射することができる。

また、本発明に係る光照射装置は、前記反射板が、前記光源体からの光を１〜６０°の角度で反射するように設けられているものが好ましい。

反射板を光源体からの光を１〜６０°、好ましくは２０〜４０°の角度で反射するように設けることによって、光源体の影を被照射物上に作ることがなくなり、被照射物に一様な光を照射することができる。ここで、反射板の設置角度は、光源体を配列する間隔長さに影響され、光源体の間隔長さに合わせて適宜調整することができる。

また、本発明に係る光照射装置は、前記光の波長が、紫外線領域を含む光であるものが好ましい。

光の波長が紫外線領域を含む光であるため、紫外線硬化型の光反応性組成物を使用することができる。ここで、紫外線領域を含む光を照射する光源体としては、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカルランプ、ブラックライトランプ、マイクロウェーブ励起水銀灯、メタルハライドランプ、エキシマレーザ等の一つを単独若しくはこれらを組み合わせて用いることができる。

また、本発明に係る光照射装置としては、前記被照射物が、光反応性組成物が設けられたシート状物であるものが好ましい。

被照射物が光反応性組成物が塗布等により設けられたシート状物であるため、片面又は両面に光反応生成物が形成されたシート、テープ、フィルムを形成することが可能となる。

また、本発明に係る光照射方法は、光反応性組成物が設けられたシート状物を内面が鏡面加工されている照射室内を移動させて前記光反応性組成物を反応させて光反応生成物シートを得る光照射方法において、前記光反応性組成物に対して反対側に光を照射するように設置された光源体からの光を、この光源体に対向し、任意の角度で反射するように配置されている反射板によって反射させて、前記光反応性組成物に一様に光を照射するものである。

また、本発明に係る光反応性生物シートの製造方法は、前述の光照射装置を用い、光反応性組成物に一様に光を照射するものである。

本発明によると、被照射物に適度な照度の光を一様に照射することが可能になるとともに、光源体と被照射物との距離を従来の約半分とした場合であっても、広い範囲へ光を照射することができ、装置の小型化が可能となる。また、一様な光を広範囲に照射することが可能であるため、均一な特性を有する粘着テープ等の光反応生成物シートを形成することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る光照射装置の実施形態の一例を説明する。なお、本発明に係る光照射装置は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での変形も可能である。

図１は、本実施形態例における光照射装置の側面概略断面図である。図１において、光照射装置１は、内壁２が鏡面加工されている照射室３と、照射室３に、被照射物４に対して反対側に光を照射するように設置されている光源体５と、光源体５からの光を、被照射物４に対して任意の角度で反射するように光源体５に対向して配置されている反射板６と、を主要部品として構成されている。

照射室３は、内壁２が鏡面加工されており、光源体５からの光を反射するようになっている。ここで、この内壁２の光反射率は、８０％以上であることが好ましい。これによって、光源体５からの光を効率的に反射することができる。また、照射室３には、被照射物４の出入り口となるスリット１０が設けられている。

そして、この照射室３の側壁に取り付けられ、長手方向に所定の間隔で光源体５が設けられている。この光源体５は、被照射物４に対して反対側に光を照射するように設けられている。これら各光源体５間の距離ｌは、被照射物４の照射室３の上部内壁２までの高さＨと、照射したい範囲と、被照射物４に照射したい光の照度とを考慮して適宜決定することができる。すなわち、各光源体５間の距離ｌ及び照射室３の高さＨは、被照射物４へ照射する必要照度を決定し、その照度となるようにして計算して求めることができる。光の照射範囲及び照度を考慮して求める。ここで、被照射物４の光重合に必要な照度が約２ｍＷ／ｃｍ²とした場合、必要な光源体５の間隔ｌは約４ｍとなり、照射室３の高さＨは約０．８ｍとなる。一方、従来の被照射物に対して直接光を照射する構成のものの場合は、被照射物への必要な光の照度を約２ｍＷ／ｃｍ²とし、その間隔を同様に約４ｍとした場合、照射室の高さは約１．３ｍが必要となる。

図２は、光源体５による照射範囲と、被照射物４と照射室３との位置関係を説明するための図である。図２（ａ）は、本実施形態に係る光源体５が、被照射物４に対して反対側に照射されるように設置された場合を示し、図２（ｂ）は、従来の光源体５が、被照射物４に対して直接照射するように設置された場合を示している。

図２において、Ａは、被照射物４上の光の照射範囲を示す。図２（ａ）に示すように、光源体５を被照射物４に対して反対側に光を照射するように設置し、その上方に光源体５からの光を反射するようにすることで、図２（ｂ）に示すように、従来の光源体５からの光を被照射物４に直接照射する場合に比べて、照射室３の高さが約半分であっても、その照射範囲Ａを略同じにすることができるのがわかる。

ところが、このように光源体５を被照射物４に対して反対側に光を照射するように設置すると、前述したように、照射室３を従来の約半分の高さとすることで、同様の広さの範囲に光を照射することができるが、光源体５自身をも照射してしまうという問題が発生する。そのため、図１に示すように、光源体５の上方には、熱線カットフィルター７を設けることが好ましい。これによって、光源体５の昇温を防止することができる。また、光源体５は、光源体５からの光を拡散させることなく、被照射物４の反対側に効率よく照射するように下方側に光源体５を覆うようにコールドミラー９内に設けられている。そして、このようにコールドミラー９内に設けられた光源体５は、ランプハウス８内に装備されて照射室３内の所定位置に配置される。そして、ランプハウス８内の給排気を行うことによって、光源体５から発生する熱の影響を和らげることが可能となり、被照射物４の熱変形を防止することができる。

コールドミラー９は、従来のように焦点に光源体５を配置した従来の照明装置を使用することもできるが、図３に示すような形状とすることが好ましい。図３に示すように、コールドミラー９は、楕円の長軸を基準軸２３上に第１焦点２４及び第２焦点２５を有する楕円曲線の一部が曲面２６となっている。コールドミラー９は、その曲面２６が、鏡面加工されており、光源体５からの光を反射するようになっている。ここで、この鏡面加工された曲面２６の光反射率は、８０％以上であることが好ましい。これによって、光源体５からの光を効率的に反射することができる。そして、このコールドミラー９は、光源５からの紫外光を反射し、光源体５からの赤外光については透過する。これによって、被照射物が光源体５からの熱による影響を防止することが可能となる。このコールドミラー９内に設けられた光源体５は、曲面２６の基準軸２３上の第１焦点２４と第２焦点２５との間に配置されている。そして、この光源体５は、第１焦点２４とコールドミラー９の底部２７との距離Ｌ１が１〜４０ｍｍ、好ましくは１０〜３０ｍｍ、第１焦点２４と第２焦点２５との焦点間距離Ｌ２が５０〜２００ｍｍ、好ましくは７０〜１７０ｍｍ、光源体５の光源中心とコールドミラー９の底部２７との距離Ｌ３が２０〜１３０ｍｍ、好ましくは４０〜１００ｍｍの範囲に配置されている。これによって、光源体５から放射された光は、コールドミラー９によって反射された場合であっても第２焦点２５に集光することなく放射されるようになる。これによって、照度分布が一様な領域を有する略台形状となり、照度分布が一様な領域を広範囲で得ることが可能となる。

また、コールドミラー９の曲面２６として、放物線型形状であっても良い。この場合は、光源体５は、コールドミラー９の底部２７と焦点との間に配置する。そして、光源体５は、コールドミラー９の底部２７との距離が４０〜２００ｍｍ、好ましくは７０〜１５０ｍｍで、光源体５の光源中心とコールドミラー９の底部７との距離が５〜５０ｍｍ、好ましくは５〜４０ｍｍであることが好ましい。このような範囲内にコールドミラー９を構成するとともに光源体５を配置することで、光源体５から放射される光は、コールドミラー９で反射した後、焦点に集光することなく、放射されるようになる。これによって、基準軸直下で光の照度分布にピークを持つことなく、照度分布が略一様な領域を得ることができる。

以上のようにコールドミラー９内に配置される光源体５は、紫外線領域を含む光を照射するものが好ましく、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカルランプ、ブラックライトランプ、マイクロウェーブ励起水銀灯、メタルハライドランプ、エキシマレーザ等の一つを単独若しくはこれらを組み合わせて用いることができる。また、光源体５は、０．１〜３００ｍＷ／ｃｍ²、好ましくは１〜５０ｍＷ／ｃｍ²であることが好ましい。このような照度のものを使用することによって、被照射物４の光重合を十分に促進させることが可能となる。

また、前述したように、光源体５は、コールドミラー９内に設けられてランプハウス８内に装備されているため、照射室３の上部内壁２に反射した光によって、被照射物４上に影を形成する。被照射物４の表面に影が形成されると、被照射物４が均質な光重合を行うことができない。

このため、図１に示すよう照射室３の上部内壁に光源体５に対向するように反射板６を配置することが好ましい。この反射板６によって、ランプハウス８の下方にも、光を照射でき、影を被照射物４上に作らないようになっている。即ち、反射板６は、光源体５に直接光を反射せず、光源体５の昇温を防止するとともに、ランプハウス８の下方に光を反射して、ランプハウス８の影を作らないようにも作用する。

この反射板６は、曲率半径１０〜１００ｃｍ、好ましくは４０〜９０ｃｍの曲率を有していることが好ましい。これによって、光源体５からの光を照射室３内の広い範囲にわたって反射することができるため、被照射物４上に光源体５の影を作ることなく、被照射物４へ一様に光を照射することができる。

また、これら反射板６は、光源体５からの光を１〜６０°、好ましくは２０〜４０°の角度で反射するように設けられていることが好ましい。即ち、図１に示すように、照射室３の上部内壁２に対する取付け角度θが１〜６０°、好ましくは２０〜４０°となるように取り付ける。これによって、光源体５の下方にも十分に光を照射することが可能となり、光源体５の影を被照射物４上に作ることがなくなり、被照射物に一様な光を照射することができる。

ここで、反射板６の取付け角度であるが、例えば、前述したように、各光源体５の間隔ｌを４ｍとした場合、光源体５の下部にも十分に光を照射することができるようにするためには、取付け角度θは約４０°となる。

被照射物４は、シート状物の表面に光反応性組成物が塗布されている。シート状物は、例えば、ポリエステルフィルムなどのプラスチックフィルムや、不織布、織布、紙、金属箔などが用いられる。

また、光反応性組成物は、光の照射によって、モノマーが形成されるものから、モノマー又はその一部重合物と光重合開始剤とを含有する光重合性組成物をも含むものである。ここで、光重合組成物は、光照射により重合して感圧性接着剤となるものであり、アクリル系、ポリエステル系、エポキシ系などの光重合性組成物が用いられる。これらの中でも、アクリル系の光重合性組成物が特に好ましく用いられる。

この光重合性組成物としては、アルキルアクリレート単量体を主成分とする単量体と、極性基含有の共重合性単量体とが用いられる。本実施例で用いられるアルキルアクリレート単量体とは、（メタ）アクリル酸アルキルエステルを主成分とするビニル系モノマーであり、具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、プチル基、オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基の如きアルキル基を有するアクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステル、あるいはそのアルキル基の一部をヒドロキシル基で置換したものなどアルキル基の炭素数が１〜１４の範囲にあるものを、１種または２種以上を主成分としたものを用いることができる。

また、極性基含有の共重合性単量体としては、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、２−アクリルアミドプロパンスルホン酸などの不飽和酸、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなどの水酸基含有単量体、カプロラクトン（メタ）アクリレートなどが用いられる。また、単量体に限らず、（メタ）アクリル酸ダイマーなどの２量体を用いても良い。

アルキルアクリレート単量体を主成分とする単量体と、極性基含有の共重合性単量体との使用割合は、前者が７０〜９９重量％、後者が３０〜１重量％であり、特に好ましくは前者が８０〜９６重量％、後者が２０〜４重量％である。このような範囲で使用することにより、接着性，凝集力などのバランスをうまくとることができる。

また、光重合開始剤としては、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾインエーテル類、アニソールメチルエーテルなどの置換ベンゾインエーテル類、２・２−ジエトキシアセトフェノン、２・２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンなどの置換アセトフェノン類、２−メチル−２−ヒドロキシプロピオフェノンなどの置換−α−ケトール類、２−ナフタレンスルホニルクロリドなどの芳香族スルホニルクロリド類、１−フェニル−１・１−プロパンジオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）−オキシムなどの光活性オキシム類などが用いられる。このような光重合開始剤の使用量は、前述したアルキルアクリレート単量体を主成分とする単量体と、極性基含有の共重合性単量体との合計１００重量部当たり、通常０．１〜５重量部、より好ましくは０．１〜３重量部が良い。この範囲より光重合開始剤の使用量が少ないと、重合速度が遅くなりモノマーが多く残存しやすくなり工業的に好ましくなく、逆に多いとポリマーの分子量が低下し接着剤の凝集力の低下をきたしやすく接着特性上好まし特性が得られない。

また、架橋剤としては、多官能アクリレート単量体などが用いられ、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、１・２−エチレングリコールジアクリレート、１・６−ヘキサンジオールジアクリレート、１・１２−ドデカンジオールジアクリレートなどの２官能以上のアルキルアクリレート単量体が用いられる。この多官能アクリレート単量体の使用量は、その官能基数などにより異なるが、一般には、前述したアルキルアクリレート単量体を主成分とする単量体と、極性基含有の共重合性単量体との合計１００重量部当たり、０．０１〜５重量部、より好ましくは０．１〜３重量部とするのが良い。このような範囲で多官能アクリレート単量体を用いると、良好な凝集力が保持される。

また、前記多官能アクリレート以外にも、粘着剤の用途に応じて架橋剤を併用することもできる。併用する架橋剤としては、例えば、イソシアネート系架橋剤、エポキシ系架橋剤、アジリジン系架橋剤など、通常用いる架橋剤を使用することができる。なお、本発明では、必要に応じて粘着付着剤などの添加剤を用いることができる。

本発明は、以上のように構成されており、被照射物に一様に光を照射することができるとともに、照射室の小型化が可能な光照射装置とできる。また、光源１灯あたり、広い範囲を照射することができるため、照射装置全体として光源体数を減らすことができ、初期投資額及びランニングコストを抑制することができる。また、光源体を減らせることができるため、被照射物の昇温を抑制することができ、被照射物の熱変形などの発生も抑制することができる。なお、本発明に係る光照射装置は、以上の実施形態例に限定されるものではなく、例えば、以下のように変形することもできる。

例えば、図４に示すように、照射室３の上部内壁２に取り付ける反射板６を光源体５からの光を一方向のみに反射するのではなく、両方向に反射できるように、対称に取り付けることもできる。これによって、確実に、光源体５の下部で、被照射物４の上に光源体５の影を作ることを防止できる。

また、図５に示すように、被照射物４を境に上下に対称に光源体５及び反射板６を設けることによって、シート状物の両面に光反応生成物が形成された光反応生成物シートを形成することもできる。

被照射物４としてＰＥＴシートを設置し、この被照射物４から３００ｍｍの位置に光源体５として高圧水銀灯（８０Ｗ／ｃｍ、発行長２０ｍｍ）を３ｍ間隔で３本、図１に示すように配置した。照射室３は、上部内壁２が光源体５からの高さＨが１０００ｍｍとなるように形成し、曲率半径８００ｍｍの反射板６を光源体５と対向する位置に設置した。以上のような構成とした場合の光照度分布をシミュレーションした結果を図６に示す。シミュレーションは、３次元ＣＡＤを用いてモデリングした後、モンテカルロ法光線追跡によって行った。図７に示すように、被照射物４の長手方向（進行方向）に対する光源体からの照度は、略均等に平均約６ｍＷ／ｃｍ²であることがわかる。

そして、前記実施例によるシミュレーション結果に基づいて、前記構成の光照射室３によって、実際に光反応生成物の作製を行った。アルキルアクリレート単体を主成分とする主単量体としての2エチルヘキシルアクリレート９０重量部及び極性基含有の共重合性単量体アクリル酸１０重量部に、光重合開始剤として２・２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン０．１０重量部を４つ口フラスコに投入し、窒素雰囲気下で紫外線に暴露することによって部分的に光重合したシロップを得た。この部分重合したシロップ１００重量部に、架橋剤としてトリメチロールプロパントリアクリレート０．５重量部を、均一に混合し、組成物を得た。この組成物の厚さが５０μｍになる様、シリコーン処理を行ったポリエチレンテレフタレートフィルムに塗布し、光照射を行ったところ、一様に均質に重合された光反応生成物を得ることができた。

本実施形態例における光照射装置の側面概略断面図である。 光源体による照射範囲と、被照射物と照射室との位置関係を説明するための図である。 本発明に係る光照射装置に用いられるコールドミラーの実施形態の一例を示す概略図である。 本発明に係る光照射装置の他の実施形態例を示す図である。 本発明に係る光照射装置の他の実施形態例を示す図である。 従来の光照射装置を示す側面概略断面図である。 実施例１に示すシミュレーション結果による照度分布を示す図である。

符号の説明

１ 照射装置
２ 内壁
３ 照射室
４ 被照射物
５ 光源体
６ 反射板
７ 熱線カットフィルター
８ ランプハウス
９ コールドミラー
１０ スリット
２４ 第１焦点
２５ 第２焦点
２６ 曲面
２７ 曲面底部

Claims (7)

1. 内壁が鏡面加工されている照射室と、
   前記照射室に、被照射物に対して反対側に光を照射するように設置されている光源体と、
   前記光源体からの光を、前記被照射物に対して任意の角度で反射するように前記光源体に対向して配置されている反射板と、を備えてなる光照射装置。
2. 前記反射板が、曲率半径１０〜１００ｃｍの曲率を有している請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記反射板が、前記光源体からの光を１〜６０°の角度で反射するように設けられている請求項１又は２に記載の光照射装置。
4. 前記光の波長が、紫外線領域を含む光である請求項１〜３のいずれかに記載の光照射装置。
5. 前記被照射物が、光反応性組成物が設けられたシート状物である請求項１〜４のいずれかに記載の光照射装置。
6. 光反応性組成物が設けられたシート状物を内面が鏡面加工されている照射室内を移動させて前記光反応性組成物を反応させて光反応生成物シートを得る光照射方法において、
   前記光反応性組成物に対して反対側に光を照射するように設置された光源体からの光を、この光源体に対向し、任意の角度で反射するように配置されている反射板によって反射させて、前記光反応性組成物に一様に光を照射する光照射方法。
7. 請求項１〜５に記載の光照射装置を用いた光反応生成物シートの製造方法。
   

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