JPWO2005080860A1 - 照明装置及びそれを用いた光照射装置並びにその装置を用いた光反応生成物シートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ところが、円筒状光源は、両端の電極からの放電によって光を照射している。このために、光の照度は、円筒の中央部では安定しているが、両端の電極部に近づくにつれて弱く分布する傾向にある。そこで、これら円筒状光源を、被照射物である光反応生成物シートの送り方向に並行になるように配列するものもある(例えば、参考文献2参照)。
[参考文献1] 特開2000−86984号公報
[参考文献2] 特開平7−275775号公報
しかしながら、これら参考文献1及び参考文献2に用いられている照明装置は、図6にその一例の概略図を示すように、従来から用いられている一般的な照明装置である。図6に示すように、従来の一般的な集光タイプの照明装置は、光源22と、光源の軸方向に対して垂直な方向の断面において、基準軸上に第1焦点F1及び第2焦点F2を有する楕円曲線の一部である形状を有する曲面21(光反射面)からなる曲面鏡20とで構成されており、光源22は第1焦点F1に配置される。そして、光源22から放射された光は、第2焦点F2に集光するようになっている。そのため、図7に示すように基凖軸の直下の照度が最も高くなる照度分布を示す。たとえ平行光タイプの曲面鏡を使用したとしても、基準軸直下付近の照度が高くなり、その周辺で急激に照度が低下する傾向は同じで、均一な照度を得られる範囲は極めて狭い。これらの照明装置を光重合に使用する場合、製品特性を左右する光反応生成物の分子量は、光量ではなく照度に依存する。いかに一定の照度を被照射面上で維持できるかが製品の品質に大きな影響を及ぼす。このため、参考文献1及び参考文献2に示されるように照明装置を被照射物の送り方向に対して直角あるいは並行のいずれの方向に配置した場合であっても、被照射物の表面に均等な光の照度分布を形成するために、照明装置をできるだけ隙間を設けずに配列する必要があった。したがって、非常に多くの照明装置が使用されるため、消費電力も多くなり、照明装置からの発熱量も多くなった。また、円筒状光源は、比較的高エネルギータイプのものが多く、光重合に必要な照度と比べると照度が高すぎる場合が多かった。したがって、フィルターなどを利用して減光しなければならず、エネルギー効率が非常に悪かった。
本発明は、以上の問題点を鑑みてなされたものであり、光源からの光を効率的に被照射物に照射できるとともに、少ない光源数で、照度分布の一様な光を広範囲にわたって照射することができる照明装置及びそれを用いた光照射装置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照明装置は、円筒状光源と、該円筒状源からの放射光を反射する曲面鏡とからなる照明装置であって、該曲面鏡の光反射面が、該円筒状光源の軸方向に対して垂直な方向の断面において、基準軸上に第1焦点及び第2焦点を有する楕円曲線の一部である形状を有し、該円筒状光源が、該曲面形状の基準軸上、かつ該第1焦点と該第2焦点との間に配置されている照明装置である。
上記構成によると、円筒状光源から放射される光の直射光及び曲面鏡によって反射される反射光により、照度分布が均一な領域を広範囲にわたって形成することができる。特に、基準軸方向と垂直な方向に照度分布が均一な領域を得ることができる。本発明における基準軸とは、曲面鏡の曲面を構成する楕円曲線の長軸のことを指す。
また、本発明に係る照明装置は、該第1焦点と該曲面鏡の底部との距離L1が1〜40mm、該第1焦点と該第2焦点との焦点間距離L2が50〜200mm、該円筒状光源の光源中心と該曲面鏡の底部との距離L3が20〜130mmであって、L3がL1より大きく、L1とL2との和がL3よりも大きいことが好ましい。
上記構成によると、基準軸直下部分において照度がピークを持つことなく、照度分布が台形状となるため、広範囲にわたり照度の均一な領域を得ることができる。
また、本発明に係る照明装置は、円筒状光源と、該円筒状光源からの放射光を反射する曲面鏡からなる照明装置であって、該曲面鏡の光反射面が、該円筒状光源の軸方向に対して垂直な方向の断面において、基準軸上に焦点を有する放物線の一部である形状を有し、該円筒状光源が、該曲面形状の基準軸上、かつ該曲面鏡の底部と該焦点との間に配置されている照明装置である。
上記構成によると、円筒状光源から放射される光の直射光及び曲面鏡によって反射される反射光により、照度分布が均一な領域を広範囲にわたって形成することができる。
また、本発明に係る照明装置は、該焦点と該曲面鏡の底部との距離L4が40〜200mm、該円筒状光源の光源中心と該曲面鏡の底部との距離L5が5〜50mmであって、L4がL5より大きいことが好ましい。
上記構成によると、円筒状光源から放射される光の直射光及び曲面鏡によって反射される反射光により、照度分布が均一な領域を広範囲にわたって形成することができる。
また、本発明に係る照明装置は、被照射物上における照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長が、該円筒状光源を中心として1000mm以上であることが好ましい。
尚、本発明において、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲とは、照射領域内での照度平均値と測定値との差の絶対値が1mW/cm2以内となる範囲を表す。
また、本発明に係る光照射装置は、上記ののいずれかひとつに記載の照明装置を有するものである。
前述の照明装置を用いることによって、均一な照度分布を広範囲にわたって得ることができるため、均一な特性を有する光反応組成物を形成することができる。また、広範囲にわたって均一な照度分布を得ることができるため、照明装置を隙間を開けて配列することもでき、従来の光照射装置に比べて、光源数を減らすことが可能となる。そのため、装置自身の製造コストはもちろんであるが、装置のランニングコストも低減することが可能となる。このため、最終製品である粘着テープ等の光反応生成物シートの製造コストの低減化も可能となる。
図2は、図1に示す照明装置の照度分布を示す図である。
図3は、図1に示す照明装置を用いた光照射装置の要部概略図である。
図4は、図3に示す光照射装置の被照射物表面の照度分布を示す図である。
図5は、本発明に係る照明装置の他の実施形態の側面概略断面図である。
図6は、従来の照明装置の側面概略断面図である。
図7は、図6に示す照明装置の照度分布を示す図である。
図1は、本実施形態例における照明装置の断面概略図である。図1に示すように、本実施形態に係る照明装置は、円筒状光源1と、円筒状光源1からの放射光を反射する曲面鏡2とで構成されている。
曲面鏡2の光反射面(曲面6)は、円筒状光源の軸方向に対して垂直な方向の断面において、楕円の長軸を基準軸3とし、その基準軸3上に第1焦点4及び第2焦点5を有する楕円曲線の一部である形状を有する。この曲面鏡2の曲面6は、鏡面加工されており、円筒状光源1からの光を反射するようになっている。ここで、この曲面鏡2の光反射率は、300〜400nmの波長域において80%以上であることが好ましい。これによって、円筒状光源1からの光を効率的に反射することができる。曲面鏡2としては、円筒状光源1からの紫外光を反射し、円筒状光源1からの赤外光については透過または吸収する、いわゆるコールドミラーとすることが好ましい。これによって、被照射物が円筒状光源からの熱による影響を受けることを防止することが可能となる。
円筒状光源1は、曲面鏡2の基準軸3上の第1焦点4と第2焦点5との間に配置されている。本発明においては、第1焦点4と曲面鏡2の底部7との距離L1は1〜40mmであることが好ましく、更に好ましくは10〜30mmである。また、第1焦点4と第2焦点5との焦点間距離L2は50〜200mmであることが好ましく、更に好ましくは70〜170mmである。また、円筒状光源1の光源中心と曲面鏡2の底部7との距離L3が20〜130mmであることが好ましく、更に好ましくは40〜100mmである。但し、L3はL1より大きく、L1とL2との和はL3よりも大きい。これによって、円筒状光源1から放射された光は、曲面鏡2によって反射された場合であっても第2焦点5に集光することなく放射されるようになる。
尚、曲面鏡の幅は、80mm以上260mm以下であることが好ましく、更に好ましくは100mm以上200mm以下である。
また、これによって、図2に示すように照度分布が一様な領域を有する略台形状となり、従来の照明装置のように基準軸直下部分にピークを有する山形(図7参照)にならない。即ち、円筒状光源1を、前述の範囲内に配置することによって照度分布が均等な領域を広範囲で得ることが可能となる。
この円筒状光源1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、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、円筒状光源1の照度は、0.1〜300mW/cm2であることが好ましく、更に好ましくは1〜50mW/cm2である。このような照度のものを使用することによって、光反応生成物シートなどの被照射物の光重合を十分に促進させることが可能となる。
尚、光源と被照射物との間の距離は、30cm以上180cm以下であることが好ましく、更に好ましくは50cm以上150cm以下である。
次に、本実施形態例に係る照明装置2を用いた光照射装置について説明する。図3は、本実施形態例における光照射装置の要部を示す概略図である。図3において、光照射装置10は、内壁が反射、拡散し易い処理が施されている照射室(図示しない)と、照射室内に、被照射物8に対して光を照射するよう所定間隔で設置された照明装置2とを主要部品として構成されている。
図4は、照明装置2間の距離を3m、光源と被照射物との間の距離1.5mとした場合における被照射物8の送り方向に対する照度分布を示す図である。図4に示されるように、本実施形態例に係る光照射装置10では、均一な照度分布の領域を広範囲に有する照明装置2を光源として使用しているため、被照射物8の送り方向に対して略一様な照度分布とできる。このため、被照射物8に対して一様な光を広範囲にわたって照射することができ、均一な特性の光反応生成物シートを得ることができる。
被照射物8は、例えば、シート状物とその表面に塗布される光反応性組成物とからなる。シート状物としては、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、金属箔などが挙げられる。
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、光重合性組成物は、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好ましく用いられる。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好ましく用いられる。本発明で用いられるアルキルアクリレート単量体として、(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の範囲にあるものの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挙げられる。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重量部、後者が30〜1重量部であることが好ましく、特に好ましくは前者が80〜96重量部、後者が20〜4重量部である。上記の単量体を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挙げられる。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重量部であることが好ましく、より好ましくは0.1〜3重量部である。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好ましく用いられる。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挙げられる。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重量部とすることが好ましい。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与剤などの添加剤を用いることができる。
また、本発明に係る照明装置は、前述してきたように、光源の軸方向に対して垂直な方向の断面において、曲面鏡2の曲面6(光反射面)が楕円曲線の一部である形状を有するもの以外に、例えば、光反射面が、光源の軸方向に対して垂直な方向の断面において、図5に示すように放物線の一部である形状を有するとする曲面鏡2で形成することもできる。
この場合は、円筒状光源1は、基準軸上の曲面鏡2の底部7と焦点Fとの間に配置されている。本発明においては、焦点Fと曲面鏡2の底部7との距離L4は40〜200mmであることが好ましく、更に好ましくは70〜150mmである。また、円筒状光源1の光源中心と曲面鏡2の底部7との距離L5は5〜50mmであることが好ましく、更に好ましくは5〜40mmである。但し、L4はL5より大きい。このような範囲内に曲面鏡2を構成するとともに円筒状光源1を配置することで、円筒状光源1から放射される光は、曲面鏡2で反射した後、焦点F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。
また、照射室の高さを十分に取れないときには、前述の照明装置を被照射物の上方から下方に向けて光を照射するように配置するのではなく、被照射物の下方から上方に光を照射するように配置し、上部壁面には反射板を設置することが好ましい。これによって、円筒状光源からの光を照射室の上部壁面及び反射板で反射させて、被照射物に対して光を照射でき、照射室の高さが十分に取れないときであっても、被照射物に均等に光を照射することが可能となる。
(実施例1)
被照射物としてPETシート(東レ製 ルミラーS10)を設置し、この被照射物から1m離れた位置に円筒状光源として高圧水銀灯(120W/cm、発光長250mm)を配置した。光源は、基準軸方向がシート流れ方向と垂直になるように設置した。曲面鏡は楕円型形状とし、第一焦点と曲面鏡底部との間の距離が20mm、第一焦点と第二焦点との間の距離が150mm、光源中心と曲面鏡底部との間の距離が60mmであるものを設置した。曲面鏡幅は117mmとした。照度計(トプコン製 UVR−T1、受光部UD−T36、測定波長300〜390nm、ピーク感度波長350nm)を用いてPETシート上で照度測定した結果、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長(シート流れ方向)は3900mmであった。
(実施例2)
放物線型形状の曲面鏡を使用し、曲面鏡の底部と焦点との距離が100mm、光源中心と曲面鏡の底部との間の距離が20mm、曲面鏡幅が200mmである曲面鏡を設置した。それ以外は、実施例1と同様にした。PETシート上で照度測定した結果、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長(シート流れ方向)は2300mmであった。
(比較例1)
楕円型形状の曲面鏡を使用し、曲面鏡の底部に近い側の焦点、即ち第1焦点に円筒状光源を配置した。それ以外は、実施例1と同様にした。PETフィルム上で照度測定した結果、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長(フィルムシート流れ方向)は900mmであった。
(比較例2)
放物線型形状の曲面鏡を使用し、曲面鏡の焦点に円筒状光源を配置した。それ以外は、実施例2と同様にした。PETフィルム上で照度測定した結果、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長(フィルムシート流れ方向)は400mmであった。
以上のように、本発明に係る照明装置は、照度分布が一様な領域を広範囲で得ることができるため、例えば光反応生成物シート等を形成する光照射装置の光源として使用した場合であっても従来のように一様な照度分布とするために、照明装置を隙間なく配置する必要性がなくなり、設置する照明の本数を低減することが可能となる。これによって、光照射装置の小型化も可能になり、製造コストも大幅に削減することが可能となる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2004年2月4日出願の日本特許出願(特願2004−027542)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
被照射物としてPETシート(東レ製 ルミラーS10)を設置し、この被照射物から1m離れた位置に円筒状光源として高圧水銀灯(120W/cm、発光長250mm)を配置した。光源は、基準軸方向がシート流れ方向と垂直になるように設置した。曲面鏡は楕円型形状とし、第一焦点と曲面鏡底部との間の距離が20mm、第一焦点と第二焦点との間の距離が150mm、光源中心と曲面鏡底部との間の距離が60mmであるものを設置した。曲面鏡幅は117mmとした。照度計(トプコン製 UVR−T1、受光部UD−T36、測定波長300〜390nm、ピーク感度波長350nm)を用いてPETシート上で照度測定した結果、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長(シート流れ方向)は3900mmであった。
放物線型形状の曲面鏡を使用し、曲面鏡の底部と焦点との距離が100mm、光源中心と曲面鏡の底部との間の距離が20mm、曲面鏡幅が200mmである曲面鏡を設置した。それ以外は、実施例1と同様にした。PETシート上で照度測定した結果、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長(シート流れ方向)は2300mmであった。
楕円型形状の曲面鏡を使用し、曲面鏡の底部に近い側の焦点、即ち第1焦点に円筒状光源を配置した。それ以外は、実施例1と同様にした。PETフィルム上で照度測定した結果、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長(フィルムシート流れ方向)は900mmであった。
放物線型形状の曲面鏡を使用し、曲面鏡の焦点に円筒状光源を配置した。それ以外は、実施例2と同様にした。PETフィルム上で照度測定した結果、照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長(フィルムシート流れ方向)は400mmであった。
2 曲面鏡
3 基準軸
4 第1焦点
5 第2焦点
6 曲面
7 底部
8 被照射物
10 光照射装置
Claims (10)
- 円筒状光源と、該円筒状光源からの放射光を反射する曲面鏡とからなる照明装置であって、
該曲面鏡の光反射面が、該円筒状光源の軸方向に対して垂直な方向の断面において、基準軸上に第1焦点及び第2焦点を有する楕円曲線の一部である形状を有し、
該円筒状光源が、該曲面形状の基準軸上、かつ該第1焦点と該第2焦点との間に配置されている照明装置。 - 該第1焦点と該曲面鏡の底部との距離L1が1〜40mm、
該第1焦点と該第2焦点との距離L2が50〜200mm、
該円筒状光源の光源中心と該曲面鏡の底部との距離L3が20〜130mmであって、
L3がL1より大きく、L1とL2との和がL3よりも大きい請求の範囲第1項に記載の照明装置。 - 被照射物上における照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長が、該円筒状光源を中心として1000mm以上である請求の範囲第1項に記載の照明装置。
- 円筒状光源と、該円筒状光源からの放射光を反射する曲面鏡からなる照明装置であって、
該曲面鏡の光反射面が、該円筒状光源の軸方向に対して垂直な方向の断面において、基準軸上に焦点を有する放物線の一部である形状を有し、
該円筒状光源が、該曲面形状の基準軸上、かつ該曲面鏡の底部と該焦点との間に配置されている照明装置。 - 該焦点と該曲面鏡の底部との距離L4が40〜200mm、
該円筒状光源の光源中心と該曲面鏡の底部との距離L5が5〜50mmであって、
L4がL5より大きい請求の範囲第4項に記載の照明装置。 - 被照射物上における照度ばらつき±1mW/cm2の範囲の照射領域長が、該円筒状光源を中心として1000mm以上である請求の範囲第4項に記載の照明装置。
- 請求の範囲第1項に記載の照明装置を有する光照射装置。
- 請求の範囲第4項に記載の照明装置を有する光照射装置。
- 請求の範囲第7項に記載の光照射装置により光反応性組成物に光を照射する光反応生成物シートの製造方法。
- 請求の範囲第8項に記載の光照射装置により光反応性組成物に光を照射する光反応生成物シートの製造方法。
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