(57)【要約】【課題】効率のよい紫外線照射装置を提供する。【解決手段】内周面に光触媒５が膜状に設けられた中空円柱状の石英菅４の内部に、紫外線硬化樹脂を被覆した線条体１を走行させ、石英菅４の外側から線条体１に紫外線を照射することによってこのＵＶ樹脂被覆を硬化させるように構成した紫外線照射装置において、石英菅４の内部に質量の制御された水分を導入する装置を設けたことを特徴とする紫外線照射装置である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面の全面あるいは一部に光触媒（５）が膜状に設けられた中空円柱状の石英菅（４）の内部に、紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）を被覆した線条体（１）を走行させ、前記石英菅（４）の外側から前記線条体（１）に紫外線を照射することによって前記ＵＶ樹脂被覆を硬化させるように構成した紫外線照射装置において、前記石英菅（４）の内部に質量の制御された水分を導入する装置を設けたことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記光触媒（５）として、チタン−酸素−シリコン（Ｔｉ−Ｏ−Ｓｉ）の結合を作るために作用させる焼結温度をできるだけ低くしたアナターゼ型結晶構造の二酸化チタン（ＴｉＯ２）を使用することを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記光触媒（５）の膜として、厚さ０．１μｍ〜０．５μｍのものを使用することを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
内周面に光触媒（５）が膜状に設けられた中空円柱状の石英菅（４）の内部に、紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）を被覆した線条体（１）を走行させ、前記石英菅（４）の外側から前記線条体（１）に紫外線を照射することによって前記ＵＶ樹脂被覆を硬化させるように構成した線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法において、前記石英菅（４）内に送り込むパージガスと共に、水分（Ｈ２Ｏ）をその質量を制御しながら供給し、これによって前記光触媒（５）の光触媒作用を活性化させるようにしたことを特徴とする線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法。
【請求項５】
前記水分として微細水滴を使用し、この質量制御のために、前記石英菅（４）内の水蒸気の温度を用いて制御するようにしたことを特徴とする請求項４記載の線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法。
【請求項６】
前記石英管（４）内の、温度補正を加えられたパージガスの流量を用いて、そのパージガス内の酸素（Ｏ２）濃度を制御することを特徴とする請求項４記載の線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は紫外線照射装置および線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法、さらに詳しく言えば、光触媒による酸化還元反応を利用して線条体を被覆したＵＶ樹脂の硬化に際して生成されるタール状有機物を分解除去し、これによって当該線条体被覆ＵＶ樹脂に対する紫外線の照射効率を改善し、製品の品質ならびに生産性を向上させるようにした紫外線照射装置および線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術文献に言及する前に、紫外線照射装置および線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法が効率よく機能するための必要かつ十分な構成上の条件を以下に説明する。まず、条件▲１▼としては被覆樹脂の硬化に際して線条体から周囲に発散する蒸気から生成されるタール状有機物の処理のために、線条体が通過する石英管内にこの処理のための光触媒が存在することである。
【０００３】
上の▲１▼条件はほとんどの先行技術がもちろん備えており、その多くの文献では石英管内周壁に膜状に形成した光触媒層として開示されている。
【０００４】
しかし問題は、この光触媒がいかに効率的に作用してそのタール状有機物を分解処理するかである。光触媒が効率的に働くためにまず、条件▲２▼として、その光触媒に十分な光が照射され、光エネルギーが供給されることである。その光触媒膜が光触媒反応に必要な紫外線を吸収して折角の光供給の邪魔をしていないかという点にも注目する必要がある。
【０００５】
また条件▲３▼として、その光触媒に処理反応に必要な十分な酸素（Ｏ２）が安定的に一様に供給されることである。もちろんこの酸素の代わりにこれを含む水分（Ｈ２Ｏ）が供給されることでもよい。
【０００６】
さいごに見落としがちなことは、折角設けられた光触媒が、周囲の熱によって経時的に変化し光触媒としての作用効率が低下してしまうことである。そこで条件▲４▼として、光触媒が周囲の熱によって変化しにくく、その反応効率をできるだけ長く保持できることを掲げる。
【０００７】
まず特開平１０−５９７４９号「被覆光ファイバの製造方法」（特許文献１参照）においては、光触媒として二酸化チタンを用い、これが石英管の内周壁に厚さ０．５〜１００μｍの比較的厚い膜状に形成されているものの、タール状有機物の処理を効率的に進めるために光触媒量を多くすべくその膜を厚くしたことが裏目に出てかえって紫外線透過率を低くし、また紫外線波長域３６０ｎｍ以下においては二酸化チタン自体による光吸収度合いも大きく、目標とする線条体の被覆樹脂に十分な紫外線が到達できない欠点がある。すなわち、条件▲２▼を欠いている。
【０００８】
また特開２０００−７０８１９号「紫外線照射装置及び硬化樹脂被覆線条体の製造方法」（特許文献２参照）においては、上記の特許文献１の欠点を排除するために光触媒膜を０．０３〜０．５μｍと薄くし、石英管内に酸素を０．１％含む不活性ガスを循環させるものが示されている。
【０００９】
この特許文献２の先行技術の場合は、確かに先の特許文献１の欠点は排除されるものの、光触媒膜が０．０１〜０．１μｍの範囲の薄すぎる場合は必然的に光触媒の量が少なくなり、また光の透過性が良すぎることと石英管内のＯ２を含むガスの流れを制御する装置がないために石英管内部の温度にバラツキが多く、場所によっては高温になり過ぎるところが出て、この結果二酸化チタンのアナターゼ型結晶がルチル型結晶に転移して光触媒作用が大幅に低下する欠点もある。すなわち、結果としてもっとも基礎的な条件▲１▼を欠くことになる。
【００１０】
また線条体を被覆した樹脂の種類によっては、雰囲気にＯ２が微量でも含まれていると表面の硬化度が低く、未硬化のままとなる問題もある。
【００１１】
また特開２００２−８７８４８号「紫外線硬化型樹脂被覆線条体の製造方法及びそのための紫外線照射装置」（特許文献３参照）は、特許文献２と同一出願人によるものであって、ほぼ類似の構成を有する発明であるが、欠点となるＯ２含有ガスの流通量および流れの制御については改善されておらず、特許文献２の場合に指摘した欠点はそのまま残っている。
【００１２】
なお上掲の従来技術に共通の欠点は、石英管内に酸素（Ｏ２）を含む気体を直接導入することであり、これによって概して石英管内部が高温になりすぎると共に、比較的熱容量の小さいこの気体の管壁に沿う部分と管壁から離れた部分との流れの速度に変化が大きく、光触媒に接触する酸素量のバラツキが大きくなりすぎることである。
【００１３】
現に石英管の長手方向にわたっては、表面温度で２００℃くらいの差が出ることもある。したがって温度膨張を考えると、従来技術においてよく記載されている単純に何％（体積％）と表現するのは問題である。この点質量％なら理解できるし、精密に温度制御を加えて取り扱うべきであろう。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１０−５９７４９号公報（全文、特に要約と図面）
【特許文献２】
特開２０００−７０８１９号公報（同上）
【特許文献３】
特開２００２−８７８４８号公報（同上）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述の紫外線照射装置および線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法としての必要かつ十分な条件である条件▲１▼、▲２▼、▲３▼および▲４▼のすべてを満足する紫外線照射装置および線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法を求めるものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述の課題を解決するためになされたものであって、請求項１の発明によるその解決手段は、内周面に光触媒が膜状に設けられた中空円柱状の石英菅の内部に、紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）を被覆した線条体を走行させ、前記石英菅の外側から前記線条体に紫外線を照射することによって前記ＵＶ樹脂被覆を硬化させるように構成した紫外線照射装置において、前記石英菅の内部に質量の調整制御された水分を導入する装置を設けたことを特徴とする紫外線照射装置である。
【００１７】
また請求項２の発明によるその解決手段は、前記光触媒として、チタン−酸素−シリコン（Ｔｉ−Ｏ−Ｓｉ）の結合を作るために作用させる焼結温度をできるだけ低くしたアナターゼ型結晶構造の二酸化チタンを使用することを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置である。
【００１８】
また請求項３の発明によるその解決手段は、前記光触媒の膜として厚さ０．１μｍ〜０．５μｍのものを使用することを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置である。
【００１９】
また請求項４の発明によるその解決手段は、内周面に光触媒が膜状に設けられた中空円柱状の石英菅の内部に、紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）を被覆した線条体を走行させ、前記石英菅の外側から前記線条体に紫外線を照射することによって前記ＵＶ樹脂被覆を硬化させるように構成した線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法において、前記石英菅内に送り込むパージガスと共に、水分（Ｈ２Ｏ）をその質量を制御しながら供給し、これによって前記光触媒の光触媒作用を活性化させるようにしたことを特徴とする線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法である。
【００２０】
また請求項５の発明によるその解決手段は、前記水分として微細水滴を使用し、この質量制御のために、前記石英菅内の水蒸気の温度を用いて制御するようにしたことを特徴とする請求項４記載の線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法である。
【００２１】
また請求項６の発明によるその解決手段は、前記石英管内の、温度補正を加えられたパージガスの流量を用いて、そのパージガス内の酸素（Ｏ２）濃度を制御することを特徴とする請求項４記載の線条体被覆ＵＶ樹脂の硬化方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１およびそのＡＡ線断面図である図２を参照して、本発明の紫外線照射装置の一実施例を説明する。
【００２３】
内部壁面の適宜位置に複数の反射鏡６を備えた密閉された箱体２の内部に、ＵＶランプ３と石英管４とを鉛直方向に互いに平行に配置する。複数の反射鏡６の代わりに、たとえばＵＶランプ３と石英管４の位置を２つの焦点とする楕円面状の鏡でもよい。要するにＵＶランプ３から放射される紫外線が石英管４に効率的に照射される構造であればいいのである。
【００２４】
石英管４は中空円柱状をなし、その中心軸線位置を硬化させるべき樹脂を被覆した光ファイバあるいは金属線のような線条体１を鉛直方向に走行させる。箱体２の下部には、ポンプ１２によって送り込まれる冷却ガスの送入菅１３が、また上部には同じく排気菅１４がそれぞれ連通開口する。
【００２５】
石英管４の内周面全面には、図２の拡大図に明示したように光触媒５を膜状に形成付着させる。この膜は厚すぎると紫外線の透過性が悪くなり、薄すぎると光触媒の量が必然的に少なくなるので、本発明では０．１μｍ〜０．５μｍの厚さを採用する。また光触媒５としては二酸化チタン（ＴｉＯ２）のアナターゼ型結晶構造のものが望ましい。
【００２６】
しかもこのアナターゼ型結晶の、Ｔｉ−Ｏ−Ｓｉの強固な結合を作るための焼結温度をできるだけ低くしたものを用いる。なぜならば、アナターゼ型結晶は５００〜７５０度Ｃで光触媒作用の弱いルチル型結晶に転移する可能性があり、この焼結温度が低いもの程ルチル型への転移温度が高くなって転移しにくなるからである。本発明に用いるものでは転移温度は７００度Ｃ程度が期待できる。
【００２７】
図１に戻り、石英管４の下端部および上端部にそれぞれ、その内部に連通するパージガスの導入管７と同排出管とを連通接続して設ける。パージガスはたとえば窒素系の不活性ガスが用いられ、送入ポンプ８によってＭＦＣ（流量制御装置）１１を経由し流量を制御されて石英管４の内部に供給される。
【００２８】
またたとえば加湿器のような微細な水滴（普通は水蒸気と混在した形）をつくる微細水滴発生装置１０を設け、これから水分導入管９を通じてパージガスの導入管７に合流させる。
【００２９】
図１に記入してある制御系統線が示すように、微細水滴発生装置１０は水分計１６によってその発生水分量が制御される。この発生水分量は、発生する水蒸気の飽和蒸気圧を指標として測定するものとし、高温蒸気の方がもちろん水分含有量が多くなる。このため石英管４内の温度を測定する温度計１５によっても制御されるものである。なお実際の装置の運転には光触媒反応が最大となる最適の発生水分量として飽和蒸気圧の１０〜３０％程度を採用するのがよい。
【００３０】
図１では温度計１５は便宜的にパージガスの排出管内に描いたが、これはパージガス導入管７から続く石英管４の下端部付近に設けてもよい。要するに温度計１５の測定温度によって、上記の最適水分量になるように微細水滴発生装置１０をフィードバック制御するわけである。
【００３１】
このように石英管４の内部には量の制御された水分（Ｈ２Ｏ）が導入され、これが光触媒５に接触して光触媒５のタール状有機物の分解処理作用を促進させることができるのである。
【００３２】
従来技術のように石英管４内に気体の酸素（Ｏ２）を含むガスを直接導入するのではなく、本発明のように水分（Ｈ２Ｏ）を導入することの利点は、光触媒５の表面にバンドギャップ以上の紫外線が当たることによって水分を水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）に分解し、その酸素がタール状有機物を酸化分解する反応を安定的かつ継続的に実行できるからである。
【００３３】
本発明のように水分（Ｈ２Ｏ）を導入することのさらに別の利点は、石英管４の内部が総体として熱容量を増大させ、これによってＵＶランプ３から受ける紫外線以外の熱線によってその内部が過熱されることが防止され、上述したような光触媒５の結晶転移などの好ましくない事象を防止できることである。
【００３４】
以上に図１および図２を参照した紫外線照射装置の構成およびその運転時の制御内容について説明したが、これは同時に、線条体１に被覆した樹脂の硬化方法の説明でもある。なお一言付言すれば、ＵＶ樹脂は一般にウレタンアクリレートのオリゴマーとモノマーから成り、これに種々の添加物を加えた樹脂組成となっているもので、本発明による分解処理対象であるタール分は、この樹脂のペーパー分に当たるものである。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、石英管内の光触媒に適量の水分と、これを水素と酸素に分解する紫外線を供給することによって場所的なバラツキなく安定的に光触媒反応を継続させることができて線条体被覆樹脂から発するタール状有機物を分解処理でき、これによりＵＶランプからの紫外線を硬化目的樹脂に有効に照射でき有効に線条体被覆ＵＶ樹脂を硬化できる効果がある。
【００３６】
また請求項２の発明によれば、光触媒として二酸化チタンを使用する場合、光触媒反応能力が低下するルチル型結晶構造に転移しにくくなるため、このことを心配せずに必要な高出力のＵＶランプを使用できて、効率的な被覆樹脂の硬化が達成できる利点がある。
【００３７】
また請求項３の発明によれば、光触媒を最適の厚さの膜状に形成したために、紫外線の透過のために比較的に低出力で低温ですむＵＶランプの使用が可能となり、この結果光触媒として二酸化チタンを使用した場合に、その光触媒が能力の低いルチル型結晶構造に転移することが防止され、安定的かつ持続的に被覆樹脂の硬化を実行できる利点がある。
【００３８】
また請求項４ないし請求項６の発明によれば、装置としての請求項１，２および３による効果を、方法として同様に達成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の紫外線照射装置の一実施例を示す側断面図である。
【図２】図１のＡＡ線に沿う横断面図である。
【符号の説明】
１    線条体
２    紫外線照射装置
３    ＵＶランプ
４    石英管
５    光触媒
６    反射板
７    パージガス導入管
８    送入ポンプ
９    水分導入管
１０  微細水滴発生装置
１１  流量制御装置（ＭＦＣ）
１２  冷却ガス送入ポンプ
１３  同送入管
１４  同排気管
１５  温度計
１６  水分計
【図１】
2004230297.tif 000003
【図２】
2004230297.tif 000004