CN105465679A - 光照射装置及光固化材料处理装置 - Google Patents

Abstract

一种光照射装置及光固化材料处理装置，能够防止或抑制光照射到相邻的其他部位，能够实现装置整体的小型化。在假设将沿着铅垂方向延伸的轴设为Z轴的XYZ三维正交坐标系时，光源部由多个发光元件在同一平面上以发光面的中心位于X轴上的方式排列配置而构成，将包含多个发光元件的发光面的中心的XZ平面设为基准面，相对于基准面在Y轴负方向侧的位置，在X轴方向上延伸设置有具有使来自光源部的光指向Y轴正方向、且遮断指向Y轴负方向的光的功能的第一反射部，并且相对于基准面在Y轴正方向侧的位置，在X轴方向上延伸设置有具有对来自光源部的光及来自第一反射部的光进行反射以指向Y轴正方向的功能的第二反射部。

Description

光照射装置及光固化材料处理装置

技术领域

本发明涉及一种例如喷墨打印机或3D打印机等上所搭载的光照射装置及具备该光照射装置的光固化材料处理装置。

背景技术

以往，在打印领域及电子工业领域等，为了对处理对象物例如保护膜、粘接剂、涂料、墨水、光刻胶、树脂、取向膜等进行固化处理、干燥处理、熔融处理、软化处理或改性处理等，大多使用放射特定波长的光的光照射装置。

例如，在专利文献1中公开了使用紫外线固化型的墨水的喷墨打印机。在该喷墨打印机中搭载有射出墨水的喷头部、以及与该喷头部相邻地设置的光照射装置。在这种喷墨打印机中，在喷头部设置有多个喷出部。并且，从这些喷出部向记录介质射出各种墨水(光固化材料)。之后，通过光照射装置对射出到记录介质上的墨水照射光。

然而，在上述的喷墨打印机中，存在若长期使用，则来自喷出部的墨水的射出量变得不稳定的情况。产生这种现象的原因之一为，来自与喷头部相邻配置的光照射装置的光直接或间接地照射到该喷头部的喷出部，因此墨水在喷出部固化，该固化物阻碍来自喷出部的墨水射出。

尤其是在以3D打印机为代表的光成形装置中，在被照射面上形成立体构造物。因此，来自光照射装置的光被所得到的立体构造物反射，从而该反射光容易照射到喷头部的喷出部。其结果，存在容易产生来自喷出部的光固化性材料的射出量变得不稳定的现象的问题。

为了解决这种问题，在专利文献2中公开了一种喷墨打印机，将光照射装置与喷头部分离距离L，并且将该光照射装置倾斜配置，从而抑制来自光照射装置的光照射到该喷头部的喷出部。

然而，在该喷墨打印机中，必须将光照射装置与喷头部非常大幅地分离。此外，若考虑记录介质上的反射光，单纯将光照射装置倾斜，难以充分抑制向喷头部的喷出部照射的光。

专利文献1：日本特开2004-358769号公报

专利文献2：日本特开2009-226692号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种光照射装置及具备该光照射装置的光固化材料处理装置，能够防止或抑制光照射到相邻的其他部位，并且能够实现装置整体的小型化。

本发明的一种光照射装置，具备具有多个发光元件的光源部，其特征在于，在假设将沿着铅垂方向延伸的轴设为Z轴的XYZ三维正交坐标系时，上述光源部由上述多个发光元件在同一平面上以发光面的中心位于X轴上的方式排列配置而构成，将包含上述多个发光元件的发光面的中心的XZ平面设为基准面，相对于该基准面在Y轴负方向侧的位置，在X轴方向上延伸设置有第一反射部，并且相对于该基准面在Y轴正方向侧的位置，在X轴方向上延伸设置有第二反射部，上述第一反射部具有使来自上述光源部的光指向Y轴正方向、且遮断指向Y轴负方向的光的功能，上述第二反射部具有对来自上述光源部的光及来自上述第一反射部的光进行反射以指向Y轴正方向的功能。

在本发明的光照射装置中，优选的是，上述第一反射部的反射面及第二反射部的反射面均倾斜成，随着朝向远离上述光源部的方向即Z轴负方向而向Y轴正方向位移，将上述第一反射部的反射面相对于上述基准面的倾斜角度设为α，将上述第二反射部的反射面相对于上述基准面的倾斜角度设为β，将上述多个发光元件各自的最大射出角度设为θmax时，满足

(式1)β≥α+θmax/2

(式2)45°≤β≤90°的关系。

在此，本说明书中“Y轴正方向”是指包括Z轴方向(Y＝0的方向)的方向。

本发明的一种光固化材料处理装置，其特征在于，具备上述的光照射装置，该光照射装置中，上述第一反射部与上述喷头部侧相邻地配置。

发明效果

根据本发明的光照射装置，能够通过第一反射部反射从光源部朝向Y轴负方向射出的光来将其遮断，并且能够使第二反射部的反射光不包括指向Y轴负方向的光成分，因此能够防止或抑制光照射到相邻的其他部位。并且，不需要将光照射装置远离相邻的其他部位来进行配置，因此能够实现装置整体的小型化。

根据具备这种光照射装置的本发明的光固化材料处理装置，从光照射装置照射的光不包括指向Y轴负方向的光成分，来自光源部的光向远离喷头部的位置照射，因此能够防止或抑制光照射到喷头部的喷出部。并且，不需要将光照射装置远离喷头部来进行配置，因此能够实现光固化材料处理装置整体的小型化。

附图说明

图1是表示本发明的光照射装置的一例的结构的概略的与X轴垂直的截面图。

图2是表示图1所示的光照射装置的一部分的局部放大图。

图3是表示图1所示的光照射装置中的光源部的一例的结构的概略的立体图。

图4是表示本发明的光照射装置的其他例的要部的结构的与X轴垂直的截面图。

图5是概略地表示本发明的光固化材料处理装置的一例的要部的结构的说明图。

符号说明

1光照射装置

2喷头部

5导轨

10框体

11a铅垂部

11b水平部

12吸气口

13电气组件部

15保持构件

16突出部

17突出部

18窗构件

20光源部

21基板

22密封透镜

25发光元件

25a发光面

30第一反射构件

31反射面

35第二反射构件

36反射面

40散热器

41散热片

45冷却扇

C密封透镜的中心轴

L发光元件的发光面的中心轴(发光元件的光轴)

M记录介质

N基准面

W被照射面

具体实施方式

本发明的光照射装置具备在一个方向上排列配置多个发光元件而成的在该一个方向上为长条形的光源部。以下，在本说明书中，定义将在该一个方向上位于中央的发光元件的发光面的中心设为原点，将经过该原点的在铅垂方向上延伸的轴设为Z轴的XYZ三维正交坐标系，用该坐标系说明光照射装置的具体结构。

图1是表示本发明的光照射装置的一例的结构的概略的与X轴垂直的截面图。图2是表示图1所示的光照射装置的一部分的局部放大图。图3是表示图1所示的光照射装置中的光源部的一例的结构的概略的立体图。另外，为了便于说明，图3将上下颠倒而表示。

该光照射装置1具备整体为L字型的框体10，该框体10具有在Z轴方向(铅垂方向)上为长条形的长方体状的铅垂部11a、以及与该铅垂部11a的下端连续的扁平的箱型形状的水平部11b。水平部11b形成为，从铅垂部11a的与Y轴垂直的一对周壁中的一个周壁的外表面向Y轴正方向突出延伸。铅垂部11a的内部空间及水平部11b的内部空间连续，水平部11b的下表面向Z轴负方向(图1中的下方向)开口。

在框体10的铅垂部11a内部的上方位置，配置有电气组件部13，在与电气组件部13对置的铅垂部11a的周壁上，形成有向框体10内部取入冷却风的吸气口12。

在框体10的铅垂部11a内部的下端位置，上方及下方开口的矩形框状的保持构件15被配置成其下端面位于水平部11b的顶板的内表面所在的平面上的状态。在该保持构件15的与Y轴垂直的彼此对置的一对周壁各自的内表面上，在比下端缘靠铅垂方向上方侧的位置，以在X轴方向上水平地延伸的方式形成有板状的突出部16，由此形成容纳并保持平板状的窗构件18的窗构件保持部。窗构件18例如由耐热玻璃构成。此外，窗构件18的厚度例如为0.5～2mm。

在框体10的铅垂部11a的内部，设置有在同一平面上配置有多个发光元件25的在X轴方向上延伸的长条形的光源部20。

如图3所示，光源部20具有长条形的平板状的基板21。该基板21在保持构件15的上端面上配置成在X轴方向上水平地延伸的姿势。在基板21的表面(图1中为下表面)上，矩形的板状的多个发光元件25以各发光元件25的发光面25a朝向Z轴负方向(图1中为下方向)的姿势沿着X轴排列配置。各发光元件25被设置成，覆盖该发光元件25的发光面25a的半球形状的密封透镜22从基板21的表面突出。在该例子中，经过发光元件25的发光面25a的中心的在铅垂方向上延伸的中心轴(以下，还称为“发光元件的光轴”)L与密封透镜22的中心轴C一致，各发光元件25的发光面25a的中心位于X轴上。

在光源部20中，作为构成基板21的材料，可以使用氮化铝、氧化铝陶瓷等陶瓷材料、玻璃纤维加强型环氧树脂等复合树脂材料等。

此外，作为构成密封透镜22的材料，可以使用石英玻璃、硼硅酸玻璃等玻璃材料、或者硅酮树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂等透光性树脂材料等。

此外，作为发光元件25，可以使用射出所需的光例如紫外线的发光二极管。

在构成光源部20的基板21的背面(图1中上表面)，例如设置有由铝构成的散热器40。在该散热器40上，形成有分别向上方突出的多个散热片41。此外，在散热器40的上方设置有冷却扇45。

这样，在上述的光照射装置1中，在将包括多个发光元件25各自的发光面25a的中心(该例子中，发光元件25的光轴L)的XZ平面设为基准面N时，相对于基准面N在Y轴负方向侧的位置，在X轴方向上延伸设置有第一反射部，并且相对于基准面N在Y轴正方向侧的位置，在X轴方向上延伸设置有第二反射部。第一反射部具有使来自光源部20的光指向Y轴正方向、且遮断指向Y轴负方向的光的功能。第二反射部具有对来自光源部20的光及来自第一反射部的光进行反射以指向Y轴正方向的功能。

第一反射部由与X轴垂直的截面形状为梯形形状的第一反射构件30构成，该第一反射构件30具有以随着朝向与光源部20分离的方向即Z轴负方向而向Y轴正方向(图1中右方向)位移的方式倾斜的由平坦面构成的反射面31。

第一反射构件30以反射面31的上端缘与保持构件15的与Y轴垂直的一个周壁的下端面上的内端缘一致的状态，上表面与保持构件15的下表面对接地配置。第一反射构件30的下表面位于框体10的水平部11b的开口端面所在的平面上，反射面31的下端缘比基准面N向Y轴正方向突出。

第一反射构件30例如通过在基材上粘贴由对所入射的光具有高反射率的铝等构成的反射板而构成。

第二反射部由与X轴垂直的截面形状为梯形形状的第二反射构件35构成，该第二反射构件35具有以随着朝向Z轴负方向而向Y轴正方向位移的方式倾斜的由平坦面构成的反射面36。

第二反射构件35以反射面36的上端缘与保持构件15的与Y轴垂直的周壁的下端面上的内端缘一致的状态，上表面与保持构件15的下表面及水平部12的顶板内表面对接地配置。第二反射构件35的下表面位于框体10的水平部11b的开口端面所在的平面上。

第二反射构件35例如通过在基材上粘贴由对所入射的光具有高反射率的铝等构成的反射板而构成。

在将从发光元件25经由窗构件18射出的光的射出角θ的最大值即最大射出角设为θmax时，第一反射构件30的反射面31相对于基准面N的倾斜角度α、以及第二反射构件35的反射面36相对于基准面N的倾斜角度β的大小优选满足下述(式1)及(式2)的关系。通过设置成这样的结构，第二反射构件35的反射面36的反射光不会包括指向Y轴负方向的光成分，能够使相对于被照射面W的入射角γ成为正的入射角(包括0°)。

(式1)β≥α+θmax/2

(式2)45°≤β≤90°

第一反射构件30的反射面31相对于基准面N的倾斜角度α为0°<α≤(90°-θmax)。

在这种光照射装置1中，从光源部20经由窗构件18相对于基准面N朝向Y轴负方向射出的光成分、以及沿着Z轴向Z轴负方向射出的光成分被第一反射构件30的反射面31反射而指向Y轴正方向。即，从光源部20指向Y轴负方向的光被第一反射构件30遮断(遮光)。

此外，从光源部20经由窗构件18相对于基准面N朝向Y轴正方向射出的光成分中，其一部分直接向被照射面W照射，并且其余全部被第二反射构件35的反射面36反射。此外，第一反射构件30的反射光被第二反射构件35的反射面36反射。在此，从光源部20直接照射到被照射面W的光成分相对于被处理面W的入射角γ是正的入射角，不包括指向Y轴负方向的光成分。此外，从光源部20向Y轴正方向射出的光及第一反射构件30的反射光被第二反射构件35反射后的反射光相对于被处理面W的入射角γ是正的入射角，该第二反射构件35的反射光不包括指向Y轴负方向的光成分。

这样，根据上述结构的光照射装置1，能够通过第一反射构件30反射从光源部20朝向Y轴负方向射出的光来将其遮断，并且能够使第二反射构件35的反射光不包括指向Y轴负方向的光成分，因此能够防止或抑制光照射到相邻的其他部位。并且，不需要将光照射装置1远离相邻的其他部位来进行配置，因此能够实现装置整体的小型化。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于上述的实施方式，能够实施以下各种变更。

(1)如图4所示，窗构件18还可以是设置在框体10的水平部11b的结构。在该光照射装置中，在框体10的水平部11b的与Y轴垂直的彼此对置的一对周壁各自的内表面上，在比下端缘靠铅垂方向上方侧的位置，以在X轴方向上水平地延伸的方式形成有板状的突出部17，由此形成容纳并保持平板状的窗构件18的窗构件保持部。

第一反射构件30及第二反射构件35被配置成下表面与突出部17的上表面对接。第二反射构件35的上表面从铅垂部11a的周壁的内表面向Y轴负方向突出。

光源部20的基板21在铅垂部11a的下端位置处，表面(发光元件25的配置面)的两侧缘部被第一反射构件30的上表面及第二反射构件35的上表面支撑而配置。

在这种结构中，也能够得到与上述的实施方式的光照射装置相同的效果。

(2)第一反射构件及第二反射构件的反射面还可以是凹面。这种情况下的反射面的倾斜角度例如用在与X轴垂直的截面上将反射面的上顶点和下顶点连结的假想直线相对于基准面的倾斜角度来表示。

(3)发光元件的光轴还可以相对于铅垂方向(Z轴方向)向Y轴正方向倾斜。此外，密封透镜还可以形成为，其中心轴相对于发光元件的发光面的中心轴向Y轴正方向位移。

(4)光源部还可以具有分别在X轴方向上延伸的2个基板，且在这些基板各自的表面上以沿着X轴排列的状态配置有多个发光元件25。在使用这种结构的光源部的情况下，将包括位于Y轴负方向上的最外侧的基板上所配置的多个发光元件各自的发光面的中心的XZ平面设定为基准面即可。

图5是概略地表示本发明的光固化材料处理装置的一例中的要部的结构的说明图。该光固化材料处理装置构成为喷墨打印机，具有长方体状的喷头部2，该喷头部2具备向记录介质M喷出作为光固化材料的紫外线固化性的墨水的多个喷出部(省略图示)。在该喷头部2的Y轴方向两侧，分别与该喷头部2相邻地配置有对喷出到记录介质M的光固化材料照射紫外线的光照射装置1。该光照射装置1例如是图1至图3所示结构的光照射装置。各光照射装置1的第一反射部与喷头部2侧相邻地配置。

此外，喷头部2及各光照射装置1在Y轴方向上移动自如地支撑在沿着Y轴方向延伸的导轨5上。

在该光固化材料处理装置中，记录介质M通过适当的传送单元(省略图示)在X轴方向上被间歇性地传送。并且，一边使喷头部2在Y轴方向上移动，一边从该喷头部2的喷出部朝向所传送的记录介质M喷出墨水。由此，在记录介质M上附着墨水。之后，通过光照射装置1向附着在记录介质M上的墨水照射光，从而该墨水固化并固定在记录介质M上。

根据这种光固化材料处理装置，从光照射装置1照射的光不包括指向Y轴负方向的光成分，来自光源部10的光向远离喷头部2的位置照射，因此能够防止或抑制光照射到喷头部2的喷出部。并且，不需要将光照射装置1远离喷头部2来进行配置，因此能够实现光固化材料处理装置整体的小型化。

[实施例]

[实施例1]

按照图1及图2所示的结构制作了下述规格的光照射装置1。

光源部20中的基板21的材质为氮化铝，尺寸(X×Y×Z)为105mm×20mm×1.0mm。发光元件25是峰值波长为395nm的发光二极管，输出为700mW，尺寸(X×Y×Z)为1.0mm×1.0mm×0.1mm。发光元件25的数量为25个，配置间距为4.0mm。密封透镜22的材质为硅酮树脂，半径为1.1mm。

窗构件18的材质为耐热玻璃，尺寸(X×Y×Z)为104mm×15mm×2.0mm。窗构件18的光入射面与发光元件25的发光面25a在Z轴方向上的分离距离为2.9mm。

第一反射构件30的反射面31相对于基准面N的倾斜角度α为10°。在与X轴垂直的截面上，反射面31的上端缘位置相对于基准面N为Y轴负方向3.8mm的位置，下端缘位置相对于基准面N为Y轴正方向1.5mm的位置。

第二反射构件35的反射面36相对于基准面N的倾斜角度β为50°(≥α+θmax/2)。在与X轴垂直的截面上，反射面36的上端缘位置相对于基准面N为Y轴正方向11.2mm的位置，下端缘位置相对于基准面N为Y轴正方向35.8mm的位置。

该光照射装置1中的发光元件25的最大射出角度θmax为80°。

在从框体10的水平部11b的下端面向Z轴负方向分离10mm的位置，设定沿水平延伸的被照射面W，对该光照射装置1的从光源部20经由窗构件18向Y轴负方向以最大射出角θmax射出的光成分相对于被照射面W的入射角γ进行分析的结果，确认了γ＝0°。即，确认了第二反射构件35的反射光不包括指向Y轴负方向的光成分。另外，只要该光成分相对于被照射面W的入射角γ为正的入射角(包括γ＝0°)，则来自光源部20的其他光成分相对于被照射面W的入射角γ均为正的入射角。

[比较例1]

制作除了在实施例1中将第二反射构件35的反射面36相对于基准面N的倾斜角度β设为45°(<α+θmax/2)以外具有与实施例1相同结构的光照射装置。

对该光照射装置的从光源部20经由窗构件18向Y轴负方向以最大射出角θmax射出的光成分相对于被照射面W的入射角γ进行分析的结果，确认了γ＝-10°。即，确认了第二反射构件35的反射光包括指向Y轴负方向的光成分。

[实施例2]

制作除了在实施例1中将第一反射构件30的反射面31相对于基准面N的倾斜角度α设为45°、将第二反射构件35的反射面36相对于基准面N的倾斜角度β设为70°(≥α+θmax/2)以外具有与实施例1相同结构的光照射装置。该光照射装置中的发光元件25的最大射出角度θmax为45°。

对该光照射装置的从光源部20经由窗构件18向Y轴负方向以最大射出角θmax射出的光成分相对于被照射面W的入射角γ进行分析的结果，确认了γ＝+5°。即，确认了第二反射构件35的反射光不包括指向Y轴负方向的光成分。

[比较例2]

制作除了在实施例2中将第二反射构件35的反射面36相对于基准面N的倾斜角度β设为60°(<α+θmax/2)以外具有与实施例2相同结构的光照射装置。

对该光照射装置的从光源部20经由窗构件18向Y轴负方向以最大射出角θmax射出的光成分相对于被照射面W的入射角γ进行分析的结果，确认了γ＝-15°。即，确认了第二反射构件35的反射光包括指向Y轴负方向的光成分。

[实施例3]

制作除了在实施例1中将第一反射构件30的反射面31相对于基准面N的倾斜角度α设为80°、将第二反射构件35的反射面36相对于基准面N的倾斜角度β设为85°(≥α+θmax/2)以外具有与实施例1相同结构的光照射装置。该光照射装置中的发光元件25的最大射出角度θmax为10°。

对该光照射装置的从光源部20经由窗构件18向Y轴负方向以最大射出角θmax射出的光成分相对于被照射面W的入射角γ进行分析的结果，确认了γ＝0°。即，确认了第二反射构件35的反射光不包括指向Y轴负方向的光成分。

[比较例3]

制作除了在实施例3中将第二反射构件35的反射面36相对于基准面N的倾斜角度β设为80°(<α+θmax/2)以外具有与实施例3相同结构的光照射装置。

对该光照射装置的从光源部20经由窗构件18向Y轴负方向以最大射出角θmax射出的光成分相对于被照射面W的入射角γ进行分析的结果，确认了γ＝-10°。即，确认了第二反射构件35的反射光包括指向Y轴负方向的光成分。

Claims (3)

1.一种光照射装置，具备具有多个发光元件的光源部，其特征在于，

在假设将沿着铅垂方向延伸的轴设为Z轴的XYZ三维正交坐标系时，上述光源部由上述多个发光元件在同一平面上以发光面的中心位于X轴上的方式排列配置而构成，

将包含上述多个发光元件的发光面的中心的XZ平面设为基准面，相对于该基准面在Y轴负方向侧的位置，在X轴方向上延伸设置有第一反射部，并且相对于该基准面在Y轴正方向侧的位置，在X轴方向上延伸设置有第二反射部，上述第一反射部具有使来自上述光源部的光指向Y轴正方向、且遮断指向Y轴负方向的光的功能，上述第二反射部具有对来自上述光源部的光及来自上述第一反射部的光进行反射以指向Y轴正方向的功能。

2.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

上述第一反射部的反射面及第二反射部的反射面均倾斜成，随着朝向远离上述光源部的方向即Z轴负方向而向Y轴正方向位移，

将上述第一反射部的反射面相对于上述基准面的倾斜角度设为α，将上述第二反射部的反射面相对于上述基准面的倾斜角度设为β，将上述多个发光元件各自的最大射出角度设为θmax时，满足

(式1)β≥α+θmax/2

(式2)45°≤β≤90°的关系。

3.一种光固化材料处理装置，其特征在于，具备：

具有喷出光固化材料的喷出部的喷头部；以及

权利要求1或权利要求2所述的光照射装置，

该光照射装置中，上述第一反射部与上述喷头部侧相邻地配置。