塗料メーカーのための紫外線（UV）測定：パート2

エネルギー密度、すなわち「光量」の測定は、エネルギー密度の測定が照度の測定に直接関係する計算を含むため、照度と密接な関係がある。そのため、照度の測定に誤差があれば、光量計算にも必ず誤差が生じる。しかし、エネルギー密度には照度測定とは関係のない側面もある。

一般的に、紫外線のエネルギー密度の測定は、いくつかの連続した照度測定を行い、それらを合計することによって得られる。この概念は、初等積分学でよく知られている基本的な考え方である。エネルギー密度とは、時間経過に伴う照度の曲線下の「面積」である。時間を細かくスライスすればするほど、総エネルギー密度の推定値はより良好になる。これはもちろん光量計のサンプリング数に比例する。多くのUV硬化プロセスが非常に高速で行われ、この事実に注意を払う必要があることを考慮すると、測定にはサンプリング数の重要性はより大きくなる。UV積分光量計が、固定ランプの下を移動するベルトコンベヤー上に置かれた場合を考えてみる。例えば、ランプが表1のようなプロファイルを持っているとする。この例では、ランプの有効照射幅が2.5インチ（63.5 mm）であるとする（高集光システムの場合は1インチ（25.4 mm）程度）。

ここで、さまざまなサンプリング数でどれだけのサンプルを測定できるか考えてみる。サンプリング数が25サンプル/秒と少ない場合、毎分10フィート（3 m/min）のコンベアでは31サンプルが収集されることになる。しかし、毎分200フィート（61 m/min）のコンベアでは、光量計が発光される「ウィンドウ」内にある間に1回しか測定できない。この測定値が役に立つ可能性は？この状況は、カメラでレーシングカーの近接写真を撮ろうとするのに似ている。1枚のスナップショットで多くを得ることは難しい。実際、車をフレームの中心に正確に収めることはおろか、まったく写っていないかもしれない。そのため、高速データ収集が必要なのだ。類似の例として、より速いラインスピードでは、モーター駆動によるより速いシャッタースピードが必要となる。光量計のなかには、毎秒2048またはそれ以上のサンプリング数を提供しているものがある。ライン速度が200fpm（61 m/min）の場合、この例で使用した2インチ（51mm）の短いウィンドウで120以上のデータが収集されることになる。このように高いサンプリング数で測定すると、真のピーク照度とエネルギー密度の両方を正確に把握することができる。曲線下のスライスは非常に細かく、正確な測定が可能となる。

サンプリング数の影響を受けるもう一つのアプリケーションは、キセノンUV光源のようなフラッシュランプの使用である。カメラのフラッシュバルブのような連続的なUV光源とは異なり、これらの光源は非常に強力であるが非常に短時間のUVバースト光を供給する。これらのランプは、1秒間に100～120回という非常に速いパルスを発することがある（図1）。このため測定には、非常に高速なデータ取得能力と、瞬間的な高エネルギーのピークを検出できる能力という2つの要求を満たす必要がある。従来の光量計では、このようなパルスランプの出力を大幅に過小評価する可能性があるため、これらの光源を測定するために特別に設計された測定器を用いる必要がある。

多くの測定装置には、データ収集を開始する閾値（トリガーポイント）がある。大量のデータを保存する必要がある積分光量計では、閾値を設定することで、実際の測定データ用にメモリを確保することができる。閾値はまた、窓からの外光、蛍光灯、または硬化プロセスの一部ではない反射光からの迷光UVを測定することを防止する。光量計の閾値レベルを理解し、その閾値がデータ収集に悪影響を及ぼすかどうかを判断することが重要となる（図3）。例えば、低照度プロセスでは、閾値を低く設定するか、適切な閾値を持つ測定器を選択する必要があるかもしれない。ラインスピードが非常に遅いプロセスや、閾値が異なる装置で測定された低照度アプリケーションでは、データに一貫性がなくなる。

これまでの議論で、光量計の使用に関する技術的な側面がいくつか指摘され、光学系、サンプリング数、閾値設定、温度安定性、装置の精度などの特徴が明らかになった。現在の技術では、現場で使用するための有益なリアルタイム表示と、後の分析のためのデータダウンロード機能が提供されている（図4）。しかし、実用上留意すべき点もいくつかある。

1. 顧客も使用する可能性の高い装置を使用すること。自社が抱えている研究者以外は誰もアクセスできない装置で硬化値を指定しても、ほとんど意味がない。ラボ用測定器の中には、ラボでの作業において魅力的な機能や精度を提供するものがあるかもしれないが、2回目の測定は、一般的な現場用ツールでおこなうことが顧客や技術サポートに感謝されるだろう。仕様、特にUV測定は測定器に大きく依存する。手ごろな価格で、頑丈で使いやすい光量計が工場では人気であり、これらの測定器での測定値を提供すべきである。補足として、UVを初めて使用する顧客には、どのような装置を使用すべきかについてのガイダンスが有用であり、またコミュニケーションを円滑にし、トラブルシューティングを容易にする。

2. アプリケーションに最も適したセンサーのタイプを検討する。コンベアベルト向け光量計は幅広い用途に適しているが、小型の測定器が必要な用途には大きすぎる場合があり、代わりにプローブ型センサーを使用することもある。

3. データの蓄積と報告 マルチチャンネル光量計（図5）は、単一チャンネル測定器よりも多くの情報を提供し、硬化不良やトラブルシューティングの立証に役立つ場合がある。測定を行い、記録保存のためにデータをレポートにエクスポートできることは良い手法であり、エラーを最小限に抑えることができる。一部の装置には強力なグラフィック・ソフトウェアが搭載されており、顧客が認識していない問題の分析に役立つ。現場では、より高度な分析のためのダウンロード機能だけでなく、シンプルな数値表示を提供する光量計は理想的な組み合わせである。モデルによっては、診断のためにライン上の各ランプのUV照度とエネルギー密度を表示できるものがあり、複数ランプシステム用によく設計されている。最近の通信構造と小型化の進歩により、複雑な3D部品に複数のセンサーを配置し、中央のデータ収集ユニットにデータを報告して記録できるような革新的なシステムが開発されている。

4. 優れた測定器であっても再校正とメンテナンスが必要であるため、サービスとサポートは重要である。この業界で深い知識と実績を持つサプライヤーと協力することである。