JP4675882B2 - 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

Description

本発明は、広範囲に効率よく、均等な照度分布となるよう光を照射する照明装置に関する。特に、本発明は、粘着テープの製造工程において、粘着剤層を形成すべく光重合を行う際に用いられる照明装置及びそれを用いた光照射装置に関する。

従来、粘着テープ等の光反応生成物シートの製造方法として、フィルム状などの支持体の上に光反応性組成物層を適宜の厚さに塗工し、塗工後の光反応性組成物層を光照射装置を用いた光照射により反応させて、光反応生成物層を形成する製造方法が知られている。この種の光照射装置には、光源として円筒状光源が使用されることが多く、被照射物である光反応生成物シートの送り方向に対して垂直に配置されているものが多い（例えば、特許文献１参照）。

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、特許文献２参照）。
特開２０００−８６９８４号公報 特開平７−２７５７７５号公報

しかしながら、これら特許文献１及び特許文献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に示すように基準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、特許文献１及び特許文献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。

本発明者らは、前記課題を検討すべく、鋭意検討したところ、以下に示す照明装置、光照射装置及び光反応生成物シートの製造方法により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

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/ｃｍ^２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/ｃｍ^２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/ｃｍ^２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。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る照明装置の実施形態の一例を説明する。なお、本発明に係る照明装置は、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／ｃｍ^２であることが好ましく、更に好ましくは１〜５０ｍＷ／ｃｍ^２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＞
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。

（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/ｃｍ^２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/ｃｍ^２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/ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

本発明によると、均一な照度分布の領域を広範囲に得ることができる。このため、例えば、粘着テープ等の光反応生成物シートを生成する光照射装置の光源として使用する場合、任意の隙間を空けて配列することが可能となり、使用する光源数を少なくすることが可能となる。これによって、装置の製造コストを低減できるとともに、最終製品となる光反応生成物シートの製造コストの低減も可能となる。

本発明に係る照明装置の一実施形態の側面概略断面図である。 図１に示す照明装置の照度分布を示す図である。 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。 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。 従来の照明装置の側面概略断面図である。 図６に示す照明装置の照度分布を示す図である。

符号の説明

１ 筒状光源
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 (8)

1. 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おり、
   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、照明装置。
2. 被照射物上における照度ばらつき±１ｍＷ/ｃｍ^２の範囲の照射領域長が、該円筒状光源を中心として１０００ｍｍ以上である請求項１に記載の照明装置。
3. 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おり、
   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、照明装置。
4. 被照射物上における照度ばらつき±１ｍＷ/ｃｍ^２の範囲の照射領域長が、該円筒状光源を中心として１０００ｍｍ以上である請求項３に記載の照明装置。
5. 請求項１に記載の照明装置を有する光照射装置。
6. 請求項３に記載の照明装置を有する光照射装置。
7. 請求項５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。
8. 請求項６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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