紫外線照射装置(UV照射装置)と紫外線波長   
紫外線照射装置、UV照射装置のマリオネットワーク




 

紫外線波長

紫外線は可視光(約380nm紫色〜780nm赤色)より波長*が短く、目に見えません。
UV(紫外線)ランプの光は『青白く見える可視光』と紫外線が混ざったものです。

*紫外線は、その波長の長さ(単位:nm=ナノ・メートル / ナノ=10億分の1を表す)により,
UV-A(400nm〜315nm)  
UV-B(315nm〜280nm)
UV-C(280nm〜200nm)  と、一般的*には分類されます。


*一般的な紫外線とは「近紫外線(きん しがいせん)」と呼ばれるもので、400nmではなく380nmまでを指す場合もあります。
またUV技術でよく使用される185nm,172nmといった波長は上記のA,B,C分類に入っていませんので、
UVを技術的に利用する場合は、この UV−A,B,Cという区分ではなく、照射する用途や目的によって特定の紫外線波長を、
そして、その特定の紫外線波長を発生させるランプ/光源を選んで照射を行います。


・UV樹脂・UV塗料の硬化 :200〜400nm波長、主に365nmを利用
・UV洗浄、UV殺菌など   :主に254nm波長 (オゾンを発生させる185nmの併用もある)

近年、特にUVの応用がめざましい技術に、UV洗浄・UV改質(=254nmと185nmの併用が主流)があります。
また生物・細胞・医療の研究ではUV-B域の紫外線を使った実験や開発が増え進むものと弊社は予測しています。

紫外線をUVと呼ぶ場合も多く、例えば紫外線波長をUV波長と、紫外線照射をUV照射と呼ぶなどは同義語になります。

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 < UV波長区分のイメージ >
     
                                             (株式会社大同印刷所資料より)


さらに、i 線(365nm), h線(405nm), g線(436nm) という表現が使われるケースや、
DUV、EUVといった言葉が登場する場合もあります。

DUV=「Deep Ultraviolet:遠紫外線」 波長は200nm程度。
     殺菌やチップ製造などの技術説明で登場します。

XUV=x/10nmから数十nmの範囲の波長。
    
極紫外線(きょく しがいせん)とされ、XUVまたはEUV放射線、極端紫外線とも呼ばれます。

EUV=「Extreme Ultraviolet:超紫外線」 13.5nmなど極めて波長の短い超紫外線。

     EUVは用語として通常、リソグラフィと組み合わせて使用され(EUVLなど)、
     約5〜20nmの放射線帯を指します。つまりXUV範囲の一部です。
     またランプ等級では、「高出力のUVランプ」をEUVと表示します。

 

SUV / XE(Xe)
マテリアルテスト(品質試験)での、人工的な天候下での耐久試験などにUVを使う場合、
UV照射のことをSUV、太陽光の波長と分光分布が近似したキセノンアーク灯
(およびその照射)はXEと略
されます。
またランプ等級で、「標準的なUVランプ」をSUVと表示します。

<参考知識:「光線の分類」>

紫外線波長=「X線(1pm〜10nm)と可視光線の間」として、
その他、 更に細密に区分される場合もあります。(学術文献など)

〜1pm 宇宙線
1pm〜100pm ガンマ線(γ-ray)
100pm〜10nm レントゲン線(X-ray)
10nm〜400nm 紫外線(Ultra-Violet)
しかし、380nmからを可視光線域とする場合もあります。
( 380〜780nm 可視光---紫青緑黄橙赤 )

「真空紫外線」 という呼称が登場する場合は、数十〜200nmを指します。



Deep UVA (ディープ紫外線)…富士フイルムによる新造語と思われ、370〜400nmを指しています。
これは上述の
Deep Ultraviolet(遠紫外線≒200nm)と言葉が似ていますが、
「長波長紫外線(UV-A)の中でも、最も長い370〜400nmの波長が肌に深く浸透する」という
特徴を一般の人に伝えるために、効果的キーワードとしてDEEPを採用したのだと思われます。
また長波長紫外線もUV-AではなくUVAと表しています。

紫外線技術に携わる人と一般女性は、「紫外線との関係」に関しては完全に棲み分けが
なされているので、専門用語に縛られないキャッチ―でダイレクトな造語を一般社会に向けて
提示したのだと思います。専門家の判りにくい分類名より命名センスがあるかもしれません。




紫外線波長と、紫外線照射装置の用途

紫外線を利用する技術では、その目的によって照射する紫外線波長が違ってきます。

UV樹脂・UV塗料 /インキの硬化=200nm〜400nmの範囲で、主に365nm。
UV洗浄、表面改質、殺菌など  =254nm UV+OZONE(=紫外線とオゾンを併用する技術)では185nmを併用
オゾン生成              =185nm
生物・植物 飼育/医療/日焼け灯 =UV−B域を使用。植物病害防除は310nm±15nm、医療用では310nm±5nm の利用が多い

などが挙げられます。
また次項に
説明するように、照射光源となる紫外線ランプの種類も、紫外線波長によって異なります。
各紫外線波長別 / 用途別の 紫外線照射装置については 『紫外線照射装置』をご参照ください。



 
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紫外線波長と、紫外線照射装置に使用されるランプの種類

産業技術で紫外線照射に使う光源ランプは、一般的に以下のものになります。

高圧水銀UVランプ / メタル・ハライド・UVランプ :(石英ガラス) 365nm,200〜400nm波長の紫外線照射装置
 ・高圧水銀UVランプ(主波長365nm)・・・主にUV硬化樹脂、UV塗料の硬化・乾燥、ダイシング剥離等に使用されます。
 ・メタルハライドUVランプ(200nm〜400nm連続波長)・・・波長365nm以外の紫外線に感応するUV塗料の硬化等に使用します。

 UV硬化で高圧水銀UVランプとメタル・ハライドUVランプのどちらにするかは、U樹脂・塗料側の要求によりますが、
 一般的には、様々な紫外線波長が一斉に出るメタル・ハライドのほうがエネルギーも強く、より確実な硬化を得られます。


低圧水銀UVランプ(石英ガラス**・オゾンレス*) : 波長254nmの紫外線照射装置 (殺菌)
 紫外線殺菌は、254nm波長の低圧水銀UVランプ(185nm波長をカット)で行います。

低圧水銀UVランプ(石英ガラス**・オゾン発生) : 波長185nm/254nmの紫外線照射装置 (殺菌)
 紫外線+オゾンによる殺菌、水の光酸化処理は、254nmと185nmの2波長が同時に出る低圧水銀UVランプ(オゾンランプ*)で行います。



*オゾンランプとオゾンレスランプ
 
185nmの紫外線は、空気中の酸素をオゾンに変化させ、そのオゾンに254nm波長の紫外線を照射すると、
不安定で反応しやすい状態になります。この185nmと254nmの2種類の波長を同時に照射できるランプを「オゾン・ランプ」と呼び、
185nmをカットしたランプを「オゾンレス・ランプ」と呼んで区別することもあります。

オゾンレスの低圧水銀UVランプは、紫外線照射殺菌によく使用され、その殺菌対象は物質表面/空気/水などが主になります。
オゾン・ランプはオゾン殺菌/オゾン漂泊などに使用する他に、波長185nmの紫外線でオゾンを発生させ、
同時に254nm波長の紫外線のエネルギーで化学反応を促進させる「光表面処理(UV洗浄・UV改質***)*」
に使います。



**ランプの材質:合成石英ガラスと石英ガラスの違い 
光表面処理には、特にUVの透過率が高い「合成石英」を使った低圧水銀UVランプを使用します。
それにより高いオゾン発生率と強いUV強度の短波長紫外線が得られるからです。 合成石英ランプと石英ランプの365nm透過率は あまり
変わりませんが、254nmなど短い波長の紫外線の透過率は合成石英が圧倒的に優れており、185nmでは2倍近い差がでる場合もあります。

(***:強い254 nmを照射したいときや、185nm波長をオゾン発生ではなく化学反応のエネルギーとして使う場合は、
窒素で満たした中や真空状態で合成石英ランプを使って紫外線照射をすることもあります。)

合成石英ガラスは高額なので、光表面処理以外の用途に使う紫外線ランプには主に石英ガラスを使用します。



この他にエキシマランプ、超高圧UVランプがありますが、一般産業ではあまり普及していません。


低圧水銀UVランプからも高圧水銀UVランプからも、254nm波長を含んだ紫外線が出ますが、紫外線強度が
全く異なるため、実用的に185nm〜254nm用=低圧、365nm用=高圧、とランプ用途が分かれます。
例えば、実用的に低圧水銀UVランプの主な発光スペクトルは254nm線と185nm線の2本になっており、それも
使用するガラスによりオゾンタイプ(185nmを透過させます)、オゾンレスタイプ(185nmをカット)に分かれます。
ランプのスペクトル特性については、表1の放射エネルギー表と図1、2をご参照ください。
 


1.水銀ランプの分光放射エネルギー

 

高圧水銀ランプ

低圧水銀ランプ

殺菌灯

備考

HL-100

HL-400

SUV-40S

SUV-110S

ペンライト5W

GL-30

 

ランプワット(W)

100

400

25

95

5

30

 

波長(nm)

分 光 放 射 エ ネ ル ギ ー(W)

184.9

253.7

2640-52

2699

275.3-6.0

----

0.48

0.70

0.14

0.07

----

5.4

4.1

0.9

0.6

    1.64

   
6.3

 6.5

25.0

***

 1.0

 1.1×10−3

 3.2×10−4

     0

  7.2

UV-C領域

280.2

289.4

290.7

296.5

302.2

313.2

0.28

0.14

0.49

0.77

   2.1

   2.4

   1.7

4.0

6.6

11.8

   

1.7×10−4

7.9×10−4

6.0×10−3

1.1×10−2

1.1×10−2

 

UV-B領域

334.1

365.0-6.3

0.21

3.08

2.5

25.7

   

5.5×10−4

   1.2×10−2

 

UV-A領域

404.7-7.8

435.8

546.1

577.0-9.0

1.26

1.89

2.17

1.89

11.7

17.7

21.9

18.8

   

9.5×10−3

1.7×10−2

1.2×10−2

3.5×10−3

 

Visible領域




 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 









図1.高・低圧水銀ランプ

< 高圧水銀UVランプ>
高圧水銀UVランプのUV波長データ



<低圧水銀UVランプ>
低圧水銀UVランプのUV波長データ


図2.(参考)蛍光式UVランプ

蛍光式UVランプ のUV波長

・SEN-lights文献参考
CHEMICAL LAMPは補虫器など、ERYTHEMAL LAMPは赤斑治療などに使用されます。


*メタルハライドランプの分光分布は、こちら(ご参考用「250W装置カタログ」が出ます。この2ページ目の右上のグラフ)をご参照ください。

(メタハラ分光分布資料(カタログPDF)から、このページに戻るには、ブラウザの[戻る(←)]ボタンをクリックしてお戻りください)

*各ランプとも実際には可視光〜赤外線波長も発していますが、紫外線の説明では、それらは割愛しています。






<参考>照射力を現す表示単位・計算方法 等について


nm(ナノメートル):可視光線波長から電波まで『波のひとつの長さ』を表す際の単位のひとつ。
            n(ナノ)は『1000.000.000分の1』の意味。
            

-他にUVの記述で よく使われる単位-

μ(マイクロ)   :1.000.000分の1>>1μW=百万分の1ワット
m(ミリ)      :1.000分の1>>1mW=千分の1ワット
k(キロ)      :1.000倍  >>1kW=1000W>>1kWは1mWの百万倍


mW/cu >>紫外線照度の単位。「UV強度」と表現される場合もある。「ミリワット・パー・平方センチメートル」と読みます。
          紫外線照射機の選定において、非常に重要なポイントとなる数値。
          この「紫外線照度」に、「時間(単位=秒)」を掛け算して「硬化に必要な紫外線照射量(=UV露光量)」を算出します。
          式にすると>> UV露光量(単位:mJ/平方cm) = 紫外線照度(単位:mW/平方cm) x 照射時間(単位:秒)


mJ/cu >>紫外線照射での積算照射量(=積算光量)を示す単位のひとつ。Jはジュールと読み、mJ(ミリジュール)は千分の1ジュール。
          「紫外線照度(UV照度)」に、「時間(単位=秒)」を掛算して「硬化に必要な光線量(=UV露光量)」を計算します。
          式にすると>> UV露光量(単位:mJ/平方cm) = 紫外線照度(単位:mW/平方cm) x 照射時間(単位:秒)
          読み方は「ミリ・ジュール・パー・平方センチメートル」*
          * cu部分を「スクエア・センチメーター」と[英語読み]する場合もあります。


μW/cu >>紫外線照度の単位。「マイクロワット・パー・平方センチメートル」と読み、「ミリワットの千分の1」になります。
          紫外線殺菌などでは、UV硬化よりはるかに微弱な光で殺菌できるので、μ単位の表示がよく使われます。

W/u    >>紫外線照度の単位。ただし環境測定(太陽光などのUV照度)でよく使われます。
          mW/cuに比べて1000/(100x100) であるため、10W/u=1mW/cuと、1ケタ分子が大きく表示されます。
          UV硬化装置で性能表示がW/uの場合は、陶芸教室やネイル乾燥など趣味領域の装置です。
          また「測定波長は何nmか」にも注意する必要があります。(用途に適さない波長の場合もある)




-紫外線照射装置の説明で よく使われる用語-    
     
発光長=光源部(ランプ)の発光部分の長さ寸法。ミリ・メートルかセンチ・メートル単位で示します。
      標準的な1kWランプは120mm(12cm)、400Wランプは80mm(8cm)

単位長W(たんいちょうワット)=光源の発光部分(=発光長)の長さ(主にcm単位)、1単位あたりのワット数。
                    標準的な1kWランプは80W/cm、400Wランプは50W/cm  

紫外線 強度:    光源から出ている紫外線の強さ。光源からの距離によって数字は変わるので、普通は菅井線強度と測定距離を併記しますが、
          例えば弊社製品のUV照度は1kWならランプ中心から5cmの距離で240mW/cu 、10cmで210mW/cu です。
          ランプ装置の場合、反射ミラーが拡散タイプか集光タイプかによっても数値が大きく違ってきます。(*配光特性を参照)
          実用的な距離でのUV強度のみを表示して、距離の表示は省略する場合もあります。

紫外線 照度:   紫外線強度を「UV照度」と呼び替えたり、「光量(こうりょう)」と示す場合もあります。UV強度を測る計測器は、
(UV光量)   表示単位はルクスでなくmW/cuやμW/cuですが「紫外線(UV)照度計」や「UV光量計」と呼ばれています。

積算光量:   「紫外線強度x秒数」あるいは「X秒間に照射された光の総量」を指します。単位は仕事量を表すJ(ジュール)を使います。
(積算照度)  市議選による変化(硬化・分解・結合など)に必要な照射量や、コンベア装置で搬送するワークがランプから受ける光の総量を
         示す際や、それらの再現時(照射条件決め・照射条件の目安指定)などに使われるため、使用頻度の高い用語です。
         例:1mW/cm2 x 1秒=1mj/cm2 併せて照射距離、波長/ランプ種類、積算照度計の機種名を併記する事も多いです。
         
配光特性:   「どれくらいの紫外線強度が、どれくらいの範囲に行き渡っているか」を示すもので、主に折れ線グラフで表示します。
(照度分布)  ランプの長さに並行の方向、ランプと垂直方向の、2つのグラフを表示するのが一般的です。
         反射ミラーが集光タイプだと並行方向の光が強く、垂直方向の幅がない帯状の光になり、
         拡散タイプの反射ミラーにすれば、紫外線強度のピークは弱くなりますが、並行・垂直方向とも、均等に近くなります。


「逆二乗の法則」
光源「点」から測るのが原則だが、照度(E)は「光源の光度(明るさ:I )に比例して、距離(R)の二乗に反比例」する。
式にすると>> E=I/R x R  明るさと距離の関係は、そのため逆放物線グラフ状のイメージになる。

* この計算式は比較で使うので、例えば1mと50cm、10mmと5mmでは、それぞれ明るさは4倍違うことになりますが、
  光源が「点」ではな「く蛍光灯のような棒状」の場合は、照度線グラフはゆるやかな右肩下がりになります。




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