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LED-UV硬化技術と硬化材料の現状と展望―発光ダイオードを用いた紫外線硬化技術―

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★ 環境保全,省エネルギーに欠かすことのできない「UV硬化」に大変革の時が到来!「LED-UV硬化」についてまとめた専門技術書!
★ 従来のUV硬化の特徴も紹介しながら,LED光源を用いたUV硬化技術について詳述!
★ LED-UV硬化に適した材料開発が進む!LED-UV硬化用材料と,今後の展開が期待される材料を多数紹介!
★ UV硬化の新用途そして,分析法についても解説!

書籍概要

番号	CM0736
監修	大阪府立大学　名誉教授　角岡　正弘　氏
対象	UV硬化,LEDに関する研究者ほか
出版社	株式会社シーエムシー出版
発行年月	2010年5月
在庫	要確認
体裁	B5判,約320ページ
定価	68,250円(本体65,000円+税5%)

【刊行にあたって】

　境保全および省エネルギーの立場からUV硬化が表面加工技術として登場してから約半世紀が過ぎた。この間,UV・EB硬化技術といわれるように,硬化開始に用いられるエネルギー源は電子線(EB)あるいは紫外線(UV)であった。
　しかし,最近のLED(発光ダイオード)の進展には目覚しいものがあり,現在では表示材料から照明用光源が,これまでの光源(蛍光灯あるいはハロゲンランプなど)からLEDに変わろうとしている。これはひとえに,現在の地球温暖化における炭酸ガスの排出を抑制しようという要請に応えようとするものである。LEDにはいろいろ種類があるが,紫外部に発光するUV-LEDが登場するとLEDをUV光源に利用できないかということが話題になり始めた。2004年ごろの話である。LEDは寿命が長いので経済的に有利であるが,はたしてUV硬化の光源として利用できるかどうかは現在,試行錯誤が始まった段階である。
　このような中で,一昨年,シーエムシー出版の月刊『機能材料』(4月号)で“LEDを用いるUV硬化”の特集が組まれた。その結果,その反響が大きかったので,書籍として出版できないかと相談を受けた。上述したようにLEDのUV硬化における利用は試行錯誤の段階ではあるが,環境保全および省エネルギーという立場からはこれほど優れた光源はない。そのような現実を踏まえ,世界の動向の紹介と日本におけるLEDを利用するUV硬化の現状を紹介しようとしたのが本書である。内容はLEDの開発と現状,LEDを硬化光源として利用するときの長所,欠点と注意点,および応用などを収めた。また,UV硬化に用いられる新素材あるいはUV硬化の新しい用途および分析法についても触れた。これは新しい分野でのUV硬化の利用が光源とも大きく関係するからであり,硬化度および硬化物の構造についての知見がますます重要になっているからである。
　なお,本書の表題はLEDを利用するUV硬化という意味で"LED-UV硬化技術"とした。最近ではUV-LED Curing(紫外線発光ダイオードによる硬化)という表現も見られるようになったが内容は同じである。
　以上の観点から多くの方に執筆をお願いし,協力をいただいた。ここにお礼申し上げるとともに,本書がUV硬化におけるLED利用の指針になることを願っている。

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【執筆者】

角岡正弘　　　 大阪府立大学名誉教授
村本宜彦　　　 ナイトライド・セミコンダクター(株)
平山秀樹　　　 (独)理化学研究所
吉田健一　　　 オムロン(株)
木下　忍　　　 岩崎電気(株)
中宗憲一　　　 (株)センテック
藤本信一　　　 三菱重工業(株)
池田秀樹　　　 リョービ(株)
柴田信義　　　 リョービ(株)
大西　勝　　　 (株)ミマキエンジニアリング
杉本晴彦　　　 浜松ホトニクス(株)
倉　久稔　　　 BASFジャパン(株)
樽本直浩　　　 保土谷化学工業(株)
滝本靖之　　　 フォトポリマー懇話会
沼田繁明　　　 川崎化成工業(株)
藤村裕史　　　 川崎化成工業(株)
岩澤淳也　　　 (株)スリーボンド
渡辺　淳　　　 電気化学工業(株)
佐内康之　　　 東亞合成(株)
山本　誓　　　 DICグラフィックス(株)
岡崎正之　　　 広島大学
川粼徳明　　　 堺化学工業(株)
室伏克己　　　 昭和電工(株)
猿渡欣幸　　　 大阪有機化学工業(株)
青木健一　　　 東邦大学
市村國宏　　　 東邦大学
中山徳夫　　　 三井化学(株)
福田俊治　　　 大日本印刷(株)
片山麻美　　　 大日本印刷(株)
坂寄勝哉　　　 大日本印刷(株)
東原知哉　　　 東京工業大学
上田　充　　　 東京工業大学
白井正充　　　 大阪府立大学
高瀬英明　　　 JSR(株)
中野辰彦　　　 サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)
大久保信明　　 エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)
高坂達郎　　　 大阪市立大学
逢坂勝彦　　　 大阪市立大学
大谷　肇　　　 名古屋工業大学

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【内容項目】

第1章　UV硬化におけるLEDの意義と最近の動向(角岡正弘)
1.　はじめに
2.　UV硬化の原理とプロセス
2.1　UVラジカル硬化
2.1.1　光源と放射光
2.1.2　硬化における光の波長の効果
2.1.3　放射光強度の硬化への影響
2.2　UVカチオン硬化
3.　UV硬化の光源としてのLED
3.1　高圧水銀ランプおよびLEDの特徴
3.2　LEDを用いるUV硬化の現状
4.　おわりに

第2章　LED-UV照射装置および硬化(乾燥)システムの開発動向
1.　UV-LEDの樹脂硬化への応用と課題(村本宜彦)
1.1　はじめに
1.2　UV-LEDと紫外線ランプの比較
1.2.1　UV-LEDの発光原理
1.2.2　UV-LEDの特性
1.2.3　InGaN系LEDの特異な発光メカニズム
1.2.4　UV-LEDの発光メカニズム
1.3　UV-LEDの発光効率を高める一般的プロセス技術
1.3.1　フリップチップ
1.3.2　チップ界面凸凹化
1.3.3　GaN基板成長および基板除去による高放熱化
1.4　当社のUV-LED高効率化技術
1.4.1　高温SiN中間層
1.4.2　低温GaNPバッファ層
1.4.3　Gaドロップレット層
1.5　UV-LEDの樹脂硬化への応用
1.5.1　吸光度と開始剤
1.5.2　UV硬化インクの色による吸光度の違い
1.5.3　照射面積と照射方法
1.6　UV-LEDの今後の発光効率の向上と課題
1.7　おわりに

2.　220〜350nm帯AlGaN系紫外LEDの進展と今後の展望(平山秀樹)
2.1　はじめに
2.2　AlGaN系紫外LED高効率化への問題点とアプローチ
2.3　AlN結晶の高品質化と220〜350nm帯AlGaN系紫外LEDの実現
2.4　まとめ

3.　UV硬化におけるLED-UV照射装置導入の効果(吉田健一)
3.1　はじめに
3.2　オムロンのLED-UV照射器
3.3　商品に生かされている技術
3.4　照射対象物の品質確保
3.5　製品生産効率の向上
3.6　ランニングコストの削減
3.7　生産設備の設計自由度向上(小型化,ロボットケーブル)
3.8　設備の導入時のイニシャルコスト削減
3.9　サイドビューレンズの開発
3.10　LED式紫外線照射装置の課題
3.10.1　紫外線LEDの短波長化
3.10.2　照射出力の高さ
3.10.3　照射面積の拡大

4.　UV硬化用ランプとUV-LEDとの比較(木下忍)
4.1　はじめに
4.2　UV硬化用ランプ
4.3　UV-LED光源
4.4　UV硬化用ランプとUV-LEDとの比較
4.5　大面積化・均一硬化について
4.6　おわりに

5.　UV-LED照射パネルを用いた大面積の均一照射技術(中宗憲一)
5.1　はじめに
5.2　長所
5.2.1　省コスト
5.2.2　長寿命
5.2.3　照射面に熱放射がない
5.2.4　省スペース(薄く作れる)
5.2.5　放射エネルギーが簡単に調整できる
5.2.6　均一照射が可能
5.3　設計上の注意点
5.3.1　照射角度
5.3.2　放熱設計
5.3.3　照射光の特性とUV-LEDの配置
5.3.4　照射光の特性とLED配置
5.4　おわりに

6.　LED-UV乾燥システムの枚葉印刷機への適用(藤本信一)
6.1　はじめに
6.2　印刷市場ニーズとLED-UV乾燥システムの係わり
6.2.1　二極化するビジネスモデル
6.2.2　枚葉印刷機の特徴とボトルネック
6.2.3　LED-UV硬化型印刷機械により改善できること
6.2.4　適用分野による効果の違い
6.3　LED-UV乾燥システムの実機による性能試験
6.3.1　乾燥性の評価
6.3.2　光沢値の性能評価
6.3.3　両面機への適用評価
6.4　厚紙・特殊印刷への適用
6.5.　LED-UV乾燥システムの乾燥性能に影響を及ぼす条件
6.5.1　乾燥要素試験によるマクロな乾燥能力の把握
6.6　UV光源の周波数特性と乾燥に影響する因子
6.6.1　UV光源の周波数特性
6.6.2　乾燥の効率に影響する因子
6.7　UV硬化反応に係わるエネルギー量の推察
6.7.1　UV光源に含まれる乾燥に寄与するエネルギー式の導出
6.7.2　計算結果と考察
6.8　おわりに

7.　省エネルギーで環境にやさしい「LED-UV印刷システム」(池田秀樹,柴田信義)
7.1　はじめに
7.2　オフセット印刷とUV硬化技術
7.3　開発の背景
7.4　LED-UV印刷システムのメリット
7.4.1　消費電力の削減と長寿命
7.4.2　高い生産性と効率的な照射制御
7.4.3　少ない付帯設備と高い安全性
7.5　総合印刷機材展drupa2008　LED-UV関連の出展
7.6　2009年商品展開
7.7　導入実績
7.8　今後の展開
7.9　おわりに

8.　LED-UV硬化インクジェットプリンタ(大西勝)
8.1　はじめに
8.2　UV硬化インクジェットプリンタの特長
8.3　LED-UV硬化インクジェットプリンタの開発
8.4　LED-UV硬化インクジェットプリンタの特長
8.4.1　省電力性
8.4.2　小型化
8.4.3　長寿命
8.4.4　光量が自由に変化できる
8.4.5　メディアの過熱がない
8.4.6　オゾンレス
8.5　LED-UV硬化インクジェットプリンタの主要技術
8.5.1　LED-UVプリンタの構成
8.5.2　LED-UVユニット
8.5.3　LED-UV用高感度インク
8.6　実用化例
8.6.1　UJF-3042
8.6.2　UJF-160
8.6.3　JFX-1631
8.7　おわりに

9.　UV接着とUV-LED照射光源の特徴(杉本晴彦)
9.1　はじめに
9.2　紫外線と紫外線の作用
9.2.1　UV硬化の原理
9.2.2　UV硬化の用途
9.3　LEDとは
9.3.1　浜松ホトニクスのUV-LED光源
9.3.2　LC-L2の特徴
9.4　微小精密部品接着の用途
9.5　大面積照射タイプのUV-LEDユニットと385nmのUV-LED
9.6　浜松ホトニクスのランプ式光源
9.7　おわりに

第3章　LED-UV硬化用開始剤
1.　LED-UV硬化用開始剤の選択法(倉久稔)
1.1　はじめに
1.2　光硬化反応と光硬化組成物
1.3　光硬化開始剤への要求特性
1.4　光硬化開始剤の種類と特徴およびUV-LED露光機への適用
1.4.1　ラジカル型光硬化開始剤
1.4.2　カチオン型光硬化開始剤
1.5　光硬化における諸問題および対処法
1.5.1　光ラジカル重合に及ぼす酸素阻害の影響
1.5.2　光開始剤による黄変あるいは着色
1.6　UV-LED光源を使用した光硬化における問題点
1.7　おわりに

2.　LED-UV硬化用高感度開始剤の開発(樽本直浩)
2.1　はじめに
2.2　高感度な光開始系の設計指針
2.3　365nm光に感光するイミダゾール系光ラジカル発生剤について
2.3.1　365nm光に感光するイミダゾール系光ラジカル発生剤の設計
2.3.2　レジスト特性評価
2.3.3　365nm光に高い感光性を示すイミダゾール系光ラジカル発生剤(PRG-7)を用いた詳細検討
2.4　高機能連鎖移動剤について
2.4.1　高機能連鎖移動剤の基本骨格探索
2.4.2　3-Amino-4-methoxy-benzenesulfonyl誘導体の詳細検討および構造最適化
2.4.3　3-Amino-4-methoxy-benzenesulfonyl誘導体の水素供与機構の解明
2.5　おわりに

3.　LED-UV硬化における顔料と硬化開始剤の選択(滝本靖之)
3.1　はじめに
3.2　顔料混合系におけるUV光束の挙動と光学特性
3.2.1　UV光束の挙動
3.2.2　顔料,開始剤の光学特性
3.3　顔料の選択
3.4　硬化開始剤の選択
3.4.1　開始剤の光学特性
3.4.2　ラジカル重合開始剤
3.4.3　カチオン重合開始剤
3.5　顔料,硬化開始剤の配合への展開事例
3.5.1　ラジカル重合系
3.5.2　カチオン重合系
3.6　顔料・硬化開始剤の選択にあたっての制約事項と今後の課題

4.　LED-UVおよびLED-VL用増感剤の開発(沼田繁明,藤村裕史)
4.1　はじめに
4.2　LED-UVと開始剤のUVスペクトル
4.3　LED-UVと増感剤のUVスペクトル
4.4　LED-UV(395nm)の硬化例
4.4.1　カチオン系
4.4.2　増感助剤の添加と相乗効果
4.4.3　ラジカル系への適用
4.5　LED-VL可視光での硬化例
4.6　おわりに

第4章　LED-UV硬化材料の開発動向
1.　UV硬化性樹脂―光源の違いによる物性比較とLED-UV硬化用開発の技術動向(岩澤淳也)
1.1　はじめに
1.2　光源波長と光重合開始剤波長
1.3　ラジカル系光硬化性樹脂
1.3.1　ラジカル系光硬化性樹脂概要
1.3.2　ラジカル系の光源による反応性および物性比較
1.4　カチオン系光硬化性樹脂
1.4.1　カチオン系光硬化性樹脂概要
1.4.2　カチオン系の光源による反応性および物性比較
1.5　おわりに

2.　光学系接着剤―LED-UV光源の最適化(チオール・エン系を中心に)(渡辺淳)
2.1　はじめに
2.2　UV硬化型接着剤の概要
2.2.1　構成
2.2.2　硬化機構
2.3　LED-UVの特徴
2.3.1　分光分布
2.3.2　寿命
2.3.3　高安全性・低ランニングコスト
2.4　LED-UVに適したUV硬化型接着剤の設計
2.5　LED-UVにより硬化させたチオール・エン系UV硬化型接着剤の特性
2.5.1　「ハードロックOP」の特長
2.5.2　チオール・エン系UV硬化型接着剤のLED-UV硬化特性
2.6　おわりに

3.　光学材料用UV硬化材料(佐内康之)
3.1　はじめに
3.2　屈折率に特徴のあるUV硬化材料
3.2.1　高屈折率のUV硬化材料
3.2.2　低屈折率のUV硬化材料
3.3　フォーミュレーションに併用されるUV硬化材料
3.4　おわりに

4.　LED-UV硬化インキ(山本誓)
4.1　はじめに
4.2　インキ組成とLED照射装置の特徴
4.3　LED-UVインキ原料の選択
4.4　LED-UV照射の特徴とインキ硬化性へ与える影響
4.5　硬化性の向上と省エネルギー性の両立
4.6　今後の課題

5.　歯科用LED硬化材料および技術(岡崎正之)
5.1　歯科用レジンの変遷
5.2　光照射器の登場
5.3　生体安全性

第5章　これからの展開が期待されるUV硬化材料
1.　第一級チオール系モノマー―UV硬化における添加剤としての活用法(川粼徳明)
1.1　はじめに
1.2　チオール化合物
1.3　反応経路
1.4　酸素阻害
1.5　深部硬化
1.6　衝撃試験
1.7　硬化物の均一性
1.8　おわりに

2.　第二級チオール―UV硬化における添加剤としての活用(室伏克己)
2.1　はじめに
2.2　第二級チオールとは
2.3　反応機構
2.4　UV硬化性と硬化収縮
2.4.1　アクリレート系モノマーでのUV硬化性と硬化収縮
2.4.2　モノマーの種類によるUV硬化挙動
2.4.3　モノマーの種類による熱硬化挙動
2.5　密着強度
2.6　柔軟性
2.7　熱的特性
2.8　耐水性
2.9　耐光性
2.10　反応組成物の保存性
2.11　おわりに

3.　デンドリマーおよびハイパーブランチオリゴマーのUV硬化材料への応用(猿渡欣幸)
3.1　はじめに
3.2　デンドリマーおよびハイパーブランチポリマーについて
3.3　デンドリマーおよびハイパーブランチオリゴマーのUV硬化材料への応用
3.3.1　ハイパーブランチ型アクリルオリゴマー,STAR-501
3.3.2　硬化速度の向上
3.3.3　酸素阻害の抑制
3.3.4　高硬度と高柔軟性の両立
3.3.5　硬化収縮の低減
3.3.6　V#1000
3.4　おわりに

4.　量産可能なデンドリマーの合成とその硬化挙動(青木健一,市村國宏)
4.1　はじめに
4.2　多段階交互付加(AMA)法によるデンドリマーの簡易合成
4.3　ポリアクリレートデンドリマーの末端修飾
4.4　ポリアリルデンドリマーのエン・チオール系紫外線硬化材料への展開
4.5　エン・チオール系紫外線硬化材料のさらなる高感度化
4.6　まとめ

5.　高屈折率プラスチック用有機-無機ハイブリッドUV硬化ハードコート(中山徳夫)
5.1　はじめに
5.2　眼鏡レンズに求められるハードコート剤の特性
5.3　ハードコートの密着性向上技術(密着性付与材料の検討)
5.4　高屈折率化(干渉縞抑制)技術
5.5　無溶剤化への対応(光カチオン硬化系の検討)
5.6　その他の眼鏡レンズ用ハードコート剤に求められる特性
5.7　おわりに

6.　光塩基発生剤を活用する高感度感光性ポリイミドの開発(福田俊治,片山麻美,坂寄勝哉)
6.1　はじめに
6.2　光塩基発生剤について
6.3　光塩基発生剤型感光性ポリイミド
6.4　新規光塩基発生剤の開発状況
6.5　おわりに

7.　UV硬化を利用する新しい感光性高分子の開発(東原知哉,上田充)
7.1　はじめに
7.2.　光リソグラフィー
7.3　ポリ(アミック酸エステル)を利用したPSPI
7.4　ケイ皮酸誘導体の光二量化反応を利用したPSPIおよびPSPBO
7.5　ベンゾフェノン誘導体の光ラジカル反応を利用したPSPI
7.6　光酸発生剤を利用した感光性高分子
7.7　光塩基発生剤を利用した感光性高分子
7.8　おわりに

8.　リワーク能を有するUV硬化樹脂の現状と展望(白井正充)
8.1　はじめに
8.2　リワーク型UV硬化樹脂の設計概念
8.3　多官能エポキシ系樹脂
8.4　多官能アクリル系樹脂
8.5　高機能材料としての活用
8.6　おわりに

第6章　UV硬化における分析法の現状と展望
1.　UV硬化樹脂の硬化度および硬化挙動の評価の現状と展望(高瀬英明)
1.1　硬化度および硬化挙動の評価の現状
1.2　硬化度および硬化挙動の今後の展望
1.3　“特定領域”での分光学的な評価法
1.3.1　顕微IRとATR-IR法
1.3.2　ラマン分光法
1.4　“リアルタイム”での分光学的,物理的な評価法
1.4.1　リアルタイムIR法
1.4.2　粘弾性的測定
1.5　“インライン”での分光学的な評価法
1.5.1　蛍光プローブ法
1.5.2　Near-IR法
1.6　おわりに

2.　UV硬化におけるリアルタイムFT-IRの原理と使い方(中野辰彦)
2.1　はじめに
2.2　赤外分光でわかること,スペクトルの解析方法
2.2.1　赤外分光法の原理
2.2.2　赤外スペクトルの解析
2.3　分光装置
2.3.1　FT-IR
2.3.2　スペクトルの縦軸について
2.4　サンプリング法
2.4.1　透過法
2.4.2　反射法
2.4.3　ATR法
2.5　リアルタイムFT-IRによるUV硬化樹脂の硬化挙動解析
2.5.1　装置
2.5.2　反射法によるアクリレート系UV硬化樹脂の反応挙動解析例
2.5.3　ATR法によるUV硬化ポリマーインクの硬化度の評価
2.5.4　ATR法によるUV硬化樹脂の硬化挙動解析

3.　UV硬化における光化学反応DSCの原理と応用(大久保信明)
3.1　はじめに
3.2　光化学反応DSC
3.3　フォトレジストの光硬化反応熱測定
3.4　UV硬化接着剤の光硬化反応熱測定

4.　ラマン分光法を用いたUV硬化モニタリング(高坂達郎,逢坂勝彦)
4.1　はじめに
4.2　ラマン分光法
4.3　エポキシ樹脂の硬化モニタリング
4.3.1　樹脂のラマン分光スペクトルの測定
4.3.2　硬化度の算出
4.3.3　硬化度曲線の測定結果
4.4　UV硬化樹脂の硬化モニタリング
4.4.1　UV硬化樹脂のラマン分光スペクトルの測定方法
4.4.2　UV硬化樹脂のラマンスペクトル
4.4.3　硬化度の算出
4.4.4　硬化度曲線の測定結果
4.5　おわりに

5.　熱分解GCおよびMALDI-MSを用いたUV硬化物の構造解析と硬化機構の解明(大谷肇)
5.1　はじめに
5.2　有機アルカリ共存下での反応熱分解GCによるアクリル系UV硬化樹脂の精密構造解析
5.2.1　反応熱分解GCの装置構成と測定手順
5.2.2　多成分アクリル系UV硬化樹脂の精密組成分析
5.2.3　オリゴマータイプのアクリレートプレポリマー分子量の推定
5.2.4　アクリル系UV硬化樹脂の硬化反応率の定量
5.2.5　アクリル系UV硬化樹脂の架橋連鎖構造解析
5.3　超臨界メタノール分解-マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析による架橋連鎖構造解析
5.3.1　超臨界メタノール分解―MALDI-MS測定の操作手順
5.3.2　超臨界メタノール分解物のMALDI-MS測定による架橋連鎖構造解析