CN108481898A

CN108481898A - 光照射装置

Info

Publication number: CN108481898A
Application number: CN201810132649.7A
Authority: CN
Inventors: 木暮靖男
Original assignee: Hoya Candeo Optronics Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2018-09-04
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: TW201829207A; KR20180092871A; JP6809928B2; CN108481898B; JP2018126692A; TWI741130B

Abstract

本发明提供了一种光照射装置，其使得即使照射对象物的尺寸改变，也可以不变更照射强度或照射时间而在照射对象物的外周面获得规定强度的紫外光。相对于以沿第1方向延伸的中心轴为中心旋转的、与所述第1方向正交的第2方向的大小不同的立体的照射对象物，配置于第2方向，从第2方向向照射对象物的外周面照射紫外光的光照射装置，具有：多个LED元件，它们在基板上沿第1方向配置，相对于照射对象物照射紫外光；以及聚光单元，其配置于多个LED元件的光路中，使从各LED元件射出的紫外光折射或反射，朝向中心轴射出会聚光。

Description

光照射装置

技术领域

本发明涉及一种光照射装置，其使用LED(Light Emitting Diode)作为光源，对以中心轴为中心旋转的立体的照射对象物照射紫外光。

背景技术

当前，作为用于对啤酒或果汁的罐子/塑料瓶、洗发剂或化妆品的瓶子等容器进行印刷的墨水，为使用利用紫外光的照射进行硬化的紫外线硬化型墨水。并且，在这种紫外线硬化型墨水的硬化时，通常使用照射紫外光的紫外光照射装置。

例如，在专利文献1中，记载了使用墨水喷头在罐体(照射对象物)的外周面形成图像的图像形成装置。该装置具有插入至罐体的内部而对罐体进行支撑的支撑筒(芯轴)、相对于由支撑筒所支撑的罐体的外周面喷出紫外线硬化型墨水的墨水喷头、及UVLED灯等。并且，专利文献1的装置，通过一边使罐体旋转一边喷出紫外线硬化型墨水，在罐体的外周面形成图像，通过对该罐体的外周面照射来自于UVLED灯的紫外光，从而使在罐体的外周面附着的紫外线硬化型墨水硬化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2016－013548号公报

发明内容

本发明所要解决的问题：

根据专利文献1的结构，利用相对于罐体的中心轴平行地配置的UVLED灯，可以使在罐体的外周面附着的紫外线硬化型墨水硬化。但是，由于UVLED灯被固定在与支撑筒(即，罐体的外周面)隔着规定距离的位置，因此如果罐体的尺寸(直径)不同，则工作距离(罐体的外周面与UVLED灯间的距离)会改变，罐体的外周面处的紫外光的照射强度也改变，因此存在下述问题，即，如果要应对多品种的罐体，则必须与罐体的尺寸对应而变更紫外光的照射强度，或者必须变更照射时间。另外，存在为了这样变更紫外光的照射强度或照射时间而产生准备时间的问题。

本发明是鉴于这种情况而提出的，其目的在于，提供一种光照射装置，其使得即使照射对象物的尺寸变化，也可以不变更照射强度或照射时间而在照射对象物的外周面得到规定强度的紫外光。

解决问题的手段：

为了实现上述目的，本发明的光照射装置，其相对于以沿第1方向延伸的中心轴为中心旋转的立体照射对象物配置于与第1方向正交的第2方向，从所述第2方向向照射对象物的外周面照射紫外光，其具有：多个LED元件，它们在基板上沿第1方向配置，相对于照射对象物照射紫外光；以及聚光单元，其配置于多个LED元件的光路中，使从各LED元件射出的紫外光折射或反射，向中心轴射出会聚光。在一实施例中，所述立体照射对象物向所述第二方向的大小可相互不同。

根据这种结构，即使照射对象物的尺寸(第2方向的大小)变化，也由于紫外光可靠地入射至照射对象物的外周面，因此在照射对象物的外周面得到规定强度的紫外光。

另外，优选地，聚光单元是具有使光向中心轴会聚的反射面的反射镜。另外，该情况下，优选地，反射面是包含椭圆或抛物面的曲面。

另外，优选地，聚光单元是沿第1方向延伸的圆柱透镜，配置为在从第1方向观察时，多个LED元件的光轴和圆柱透镜的光轴朝向照射对象物的中心方向。

另外，优选地，聚光单元将紫外光向中心轴聚光。

另外，从其他的观点，本发明的光照射装置，其相对于以沿第1方向延伸的中心轴为中心旋转的立体照射对象物配置于与第1方向正交的第2方向，从所述第2方向向照射对象物的外周面照射紫外光，其具有：N个光源单元，它们具有基板、在基板上沿第1方向配置并相对于照射对象物照射紫外光的多个LED元件，N为大于或等于1的整数；以及N个光学元件，它们配置于多个LED元件的光路中，将从各LED元件射出的紫外光整形为在从第1方向观察时具有规定线宽的光，配置为在从第1方向观察时，多个LED元件的光轴和光学元件的光轴朝向照射对象物的中心方向，规定线宽设定为小于照射对象物的直径。另外，该情况下，优选地，在从第1方向观察时，多个LED元件的光轴和光学元件的光轴穿过中心轴。并且，所述立体照射对象物向所述第二方向的大小可相互不同。

另外，该情况下，优选地，N大于或等于2，在从第1方向观察时，N个光源单元和N个光学元件配置于以中心轴为中心的圆弧上。

另外，优选地，光学元件是沿第1方向延伸的圆柱透镜。

另外，从另外的观点，本发明的光照射装置，其相对于以沿第1方向延伸的中心轴为中心旋转的立体照射对象物配置于与第1方向正交的第2方向，从第2方向向照射对象物的外周面照射紫外光，其具有：多个LED元件，它们在基板上沿第1方向配置，相对于照射对象物照射紫外光；一对导光反射镜，其配置为从与第1方向及第2方向正交的第3方向夹着多个LED元件的光路，相对于照射对象物而对紫外光进行导光；以及移动单元，其使多个LED元件和一对导光反射镜对应于照射对象物的直径而沿第2方向移动。在一实施例中，所述立体照射对象物向所述第二方向的大小可相互不同。

另外，该情况下，优选地，配置为在从第1方向观察时，多个LED元件的光轴穿过中心轴。

另外，优选地，一对导光反射镜的间隔设定为小于照射对象物的直径。

发明的效果：

如上所述，根据本发明的光照射装置，即使照射对象物的尺寸改变，也可以不变更照射强度或照射时间而在照射对象物的外周面获得规定强度的紫外光。

附图说明

图1是表示使用了本发明的第1实施方式涉及的光照射装置的光照射系统的结构的立体图。

图2是对本发明的第1实施方式涉及的光照射装置所具有的光源单元的结构进行说明的主视图。

图3是对从本发明的第1实施方式涉及的光照射装置向照射对象物照射的紫外光进行说明的光线图。

图4是对使用了本发明的第2实施方式涉及的光照射装置的光照射系统的结构进行说明的图。

图5是对使用了本发明的第3实施方式涉及的光照射装置的光照射系统的结构进行说明的图。

图6是对使用了本发明的第4实施方式涉及的光照射装置的光照射系统的结构进行说明的图。

标号说明

1，1A，1B，1C 光照射系统

10，10A，10B，10C 光照射装置

11 基台

12 光源单元

12a 基板

12b LED 元件

14 椭圆反射镜

15，15B 聚光透镜

17 导光反射镜

20 升降机构

50 支撑筒

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。此外，对图中相同或相当的部分标注相同的标号，将省略其说明。

第1实施方式：

图1是表示使用了本发明的第1实施方式涉及的光照射装置10的光照射系统1的结构的立体图。如图1所示，光照射系统1是用于硬化在照射对象物P的表面涂敷的紫外线硬化型墨水的系统，由插入照射对象物P的内部而对照射对象物P进行支撑的支撑筒(芯轴)50、和相对于照射对象物P的外周面照射线状的紫外光的光照射装置10而构成。支撑筒50利用未图示的电动机沿顺时针方向旋转，伴随支撑筒50的旋转，安装于支撑筒50前端的照射对象物P旋转。此外，如图1所示，在本实施方式中，为了说明的方便，将照射对象物P设为呈大致圆筒状的形状，以照射对象物P的旋转中心为中心轴AX进行说明。另外，以下，本说明书中，将从光照射装置10射出的线状紫外光的长边(线长)方向定义为X轴方向，将短边方向定义为Y轴方向，将与X轴及Y轴正交的方向定义为Z轴而进行说明。另外，通常所谓紫外光表示波长400nm以下的光，但在本说明书中，所谓紫外光表示可以使紫外线硬化型墨水硬化的波长(例如，波长250～420nm)的光。

如图1所示，本实施方式的光照射装置10由基台11、光源单元12、椭圆反射镜14、及用于容纳基台11、光源单元12及椭圆反射镜14的壳体(未图示)等构成。

基台11是与X轴方向及Y轴方向平行的金属制的板状部件，配置为与光源单元12的基板12a的背面紧贴，对光源单元12进行支撑，并且是作为对由光源单元12产生的热进行散热的所谓散热器起作用的部件。

图2是光源单元12的主视图(从Z轴的正方向侧观察的图)。如图2所示，光源单元12具有与X轴方向及Y轴方向平行的矩形的基板12a、以及在基板12a上配置的多个LED元件12b。

基板12a是由热传导率高的材料(例如，氮化铝)制成的矩形配线基板，如图2所示，在其表面沿X轴方向以规定的间距(例如，3.0mm)COB(Chip On Board)贴装10个LED元件12b。在基板12a上，形成用于向各LED元件12b供给电力的阳极图案(未图示)及阴极图案(未图示)，各LED元件12b与阳极图案及阴极图案分别电性连接。另外，基板12a利用未图示的配线线缆与驱动电路(未图示)电性连接，从驱动电路经由阳极图案及阴极图案向各LED元件12b供给驱动电流。如果向各LED元件12b供给驱动电流，则从各LED元件12b射出与驱动电流对应的光量的紫外光(例如，波长365nm)，从光源单元12射出与X轴方向平行的线状紫外光。

如果向光源单元12供给电力，从各LED元件12b射出紫外光，则因LED元件12b的自身发热而温度上升，产生发光效率显著地下降的问题，但在本实施方式中，由于利用基台11将光源单元12冷却，因此会抑制这种问题的产生。

椭圆反射镜14是用于对来自于光源单元12的紫外光进行反射的金属制的部件，以从Z轴的正方向侧覆盖光源单元12的方式安装于壳体(未图示)内(图1)。在椭圆反射镜14的与光源单元12相对一侧的表面涂覆金属薄膜等光反射性材料，形成反射面14a。本实施方式的椭圆反射镜14的反射面14a成为沿X轴方向延伸的椭圆面，在从X轴方向观察时，在其第1焦点位置处配置光源单元12的各LED元件12b。

图3是对从本实施方式的光照射装置10向照射对象物P照射的紫外光进行说明的光线图。此外，在图3中，P1表示最小尺寸(例如直径20mm)的照射对象物P，P2表示最大尺寸(例如直径60mm)的照射对象物P。

如图3所示，在本实施方式中，构成为在椭圆反射镜14的第2焦点位置处配置照射对象物P的中心轴AX，从光源单元12射出的紫外光(各光线)向照射对象物P的中心轴AX聚光。因此，无论是在照射对象物P的尺寸小的情况下(P1)，还是在照射对象物P的尺寸大的情况下(P2)，从光源单元12射出的紫外光均可靠地入射至照射对象物P的外周面。因此，即使变更照射对象物P的尺寸，也可以在照射对象物P的外周面获得规定强度的紫外光。即，根据本实施方式的结构，在每次变更照射对象物P的尺寸时，不必变更照射强度或照射时间。换而言之，本发明即使变更以中心轴AX为中心旋转的照射对象物P的尺寸(直径或半径)，也可以向照射对象物P的外周面照射规定强度的紫外光。

以上是本实施方式的说明，但本发明并不限定于上述结构，可以在本发明的技术思想的范围内进行各种变形。

例如，在本实施方式的各LED元件12b上，还可以配置半球状或炮弹状的封装透镜。根据这种结构，由于可以使从各LED元件12b射出的紫外光的扩展角变狭窄，因此可以减小椭圆反射镜14的尺寸。

另外，在本实施方式中，说明了在椭圆反射镜14的第2焦点位置处配置照射对象物P的中心轴AX，从光源单元12射出的紫外光(各光线)向照射对象物P的中心轴AX聚光，但并不一定限定于这种结构。椭圆反射镜14只要具有使光向中心轴AX会聚的反射面即可，也可以取代椭圆反射镜14，使用具有抛物面的反射镜的抛物面反射镜。

第2实施方式：

图4是对使用了本发明的第2实施方式涉及的光照射装置10A的光照射系统1A的结构进行说明的图，是从X轴方向观察本实施方式的光照射装置10A时的光线图。如图4所示，本实施方式的光照射装置10A与第1实施方式的光照射装置10的不同点在于，光源单元12向下(以朝向Y轴的负方向侧的方式)安装，取代椭圆反射镜14而具有聚光透镜15。此外，聚光透镜15利用未图示的固定部件固定在壳体(未图示)内。

聚光透镜15是用于将来自于光源单元12的紫外光向照射对象物P的中心轴AX聚光的光学部件，配置于LED元件12b的光路中。本实施方式的聚光透镜15是沿X轴方向延伸的光学玻璃或硅酮制的双凸圆柱透镜，在从X轴方向观察时，配置为LED元件12b的光轴和聚光透镜15的光轴穿过照射对象物P的中心轴AX，构成为将从LED元件12b射出的紫外光(各光线)沿Z轴方向折射，向照射对象物P的中心轴AX聚光。因此，无论在照射对象物P的尺寸小的情况下(P1)，还是在照射对象物P的尺寸大的情况下(P2)，从光源单元12射出的紫外光均可靠地入射至照射对象物P的外周面。因此，即使变更照射对象物P的尺寸，也可以在照射对象物P的外周面获得规定强度的紫外光。即，根据本实施方式的结构，在每次变更照射对象物P的尺寸时，不必要变更照射强度或照射时间。此外，在本实施方式中，LED元件12b的光轴和聚光透镜15的光轴穿过照射对象物P的中心轴AX，但并不一定限定于这种结构，只要配置为使LED元件12b的光轴和聚光透镜15的光轴朝向照射对象物P的中心方向即可。

第3实施方式：

图5是对使用了本发明的第3实施方式涉及的光照射装置10B的光照射系统1B的结构进行说明的图，是从X轴方向观察本实施方式的光照射装置10B时的光线图。如图5所示，本实施方式的光照射装置10B与第2实施方式的光照射装置10A的不同点在于，具有3个光源单元12、3个聚光透镜15B这一点，以及构成为使从各聚光透镜15B射出的紫外光成为大致平行光这一点。

聚光透镜15B是用于将来自于光源单元12的紫外光整形为大致平行光的光学部件，配置于各光源单元12的LED元件12b的光路中。本实施方式的聚光透镜15B是沿X轴方向延伸的光学玻璃或硅酮制的双凸圆柱透镜，在从X轴方向观察时，配置为LED元件12b的光轴和聚光透镜15B的光轴穿过照射对象物P的中心轴AX，将从LED元件12b射出的紫外光(各光线)沿Z轴方向折射，整形为具有规定线宽的大致平行光。

如图5所示，本实施方式的3个光源单元12和3个聚光透镜15B，配置在以照射对象物P的中心轴AX为中心的圆弧上，配置为使从各光源单元12射出的紫外光的主光线(扩展角0°的光线)向照射对象物P的中心轴AX聚光。另外，从各聚光透镜15B射出的紫外光的线宽d与最小尺寸的照射对象物P1的直径相比充分地小，构成为使从各光源单元12射出的紫外光向照射对象物P的外周面可靠地入射。即，无论在照射对象物P的尺寸小的情况下(P1)，还是在照射对象物P的尺寸大的情况下(P2)，从各光源单元12射出的紫外光均可靠地入射至照射对象物P的外周面。因此，即使变更照射对象物P的尺寸，也可以在照射对象物P的外周面获得规定强度的紫外光。即，根据本实施方式的结构，在变更照射对象物P的尺寸时，不必要变更照射强度或照射时间。

此外，在本实施方式中，光照射装置10B具有3个光源单元12和3个聚光透镜15B，但光源单元12和聚光透镜15B的数量并不限定于此，可以按照为了使在照射对象物P的外周面涂敷的紫外线硬化型墨水硬化所需的照射强度而适当变更(即，使用N个(N为大于或等于1的整数)的光源单元12和聚光透镜15B的结构)。另外，在本实施方式中，LED元件12b的光轴和聚光透镜15B的光轴穿过照射对象物P的中心轴AX，但并不一定限定于这种结构，只要配置为LED元件12b的光轴和聚光透镜15B的光轴朝向照射对象物P的中心方向即可。另外，从聚光透镜15B射出的紫外光并不一定限定于大致平行光。

第4实施方式：

图6是对使用了本发明的第4实施方式涉及的光照射装置10C的光照射系统1C的结构进行说明的图，是从X轴方向观察本实施方式的光照射装置10C时的光线图。如图6所示，本实施方式的光照射系统1C与第1实施方式的光照射系统1的不同点在于，具有按照照射对象物P的尺寸(直径)而使光照射装置10C升降的升降机构20，图6(a)表示将光照射装置10C向最小尺寸的照射对象物P1接近而配置的状态，图6(b)表示将光照射装置10C向最大尺寸的照射对象物P2接近而配置的状态。另外，本实施方式的光照射装置10C与第1实施方式的光照射装置10的不同点在于，光源单元12向下(以朝向Y轴的负方向侧的方式)安装，取代椭圆反射镜14而具有一对导光反射镜17。此外，在升降机构20中可以采用滑座等公知的机构，但在图6中，为了说明的方便，将升降机构20简单地以模块示出。

一对导光反射镜17是用于将来自于光源单元12的紫外光向照射对象物P的外周面导光的光学部件，配置为从Z轴方向夹着LED元件12b的光路。本实施方式的一对导光反射镜17，是在Z轴方向上隔着间隔p而与X轴方向平行地延伸的平行平板反射镜，在各导光反射镜17的内侧的表面(彼此相对的表面)形成有反射面。

如图6(a)所示，在照射最小尺寸的照射对象物P1的情况下，光源单元12向接近照射对象物P1的外周面的位置移动，配置为使从光源单元12射出的紫外光的主光线(扩展角0°的光线)穿过照射对象物P的中心轴AX。另外，一对导光反射镜17的间隔p设定为与照射对象物P1的直径相比充分地小，构成为使从光源单元12射出的紫外光向照射对象物P1的外周面可靠地入射。

另外，如图6(b)所示，在照射最大尺寸的照射对象物P2的情况下，光源单元12向接近照射对象物P2的外周面的位置移动，配置为使从光源单元12射出的紫外光的主光线(扩展角0°的光线)穿过照射对象物P的中心轴AX。如上所述，由于一对导光反射镜17的间隔p设定为与照射对象物P1的直径相比充分地小，因此在照射最大尺寸的照射对象物P2的情况下，从光源单元12射出的紫外光也向照射对象物P2的外周面可靠地入射。

由此，在本实施方式的结构中，也与第1至第3实施方式同样地，无论在照射对象物P的尺寸小的情况下(P1)，还是在照射对象物P的尺寸大的情况下(P2)，从光源单元12射出的紫外光均可靠地入射至照射对象物P的外周面。因此，即使变更照射对象物P的尺寸，也可以在照射对象物P的外周面获得规定强度的紫外光。即，根据本实施方式的结构，在每次变更照射对象物P的尺寸时，不必要变更照射强度或照射时间。

此外，本次公开的实施方式，其所有内容均是例示，应认为其并不是限制性的。本发明的范围并不由上述说明示出，而是由权利要求书示出，其含义为，包含与权利要求书均等的含义及范围内的全部变更。

Claims

1.一种光照射装置，其相对于以沿第1方向延伸的中心轴为中心旋转的立体照射对象物配置于与所述第1方向正交的第2方向，从所述第2方向向所述照射对象物的外周面照射紫外光，

其特征在于，具有：

多个LED元件，它们在基板上沿所述第1方向配置，相对于所述照射对象物照射所述紫外光；以及

聚光单元，其配置于所述多个LED元件的光路中，使从所述各LED元件射出的所述紫外光折射或反射，向所述中心轴射出会聚光。

2.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

所述聚光单元是具有使光向所述中心轴会聚的反射面的反射镜。

3.根据权利要求2所述的光照射装置，其特征在于，

所述反射面是包含椭圆或抛物面的曲面。

4.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

所述聚光单元是沿所述第1方向延伸的圆柱透镜，

配置为在从所述第1方向观察时，所述多个LED元件的光轴和所述圆柱透镜的光轴朝向所述照射对象物的中心方向。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，

所述聚光单元将所述紫外光向所述中心轴聚光。

6.一种光照射装置，其相对于以沿第1方向延伸的中心轴为中心旋转的立体照射对象物配置于与所述第1方向正交的第2方向，从所述第2方向向所述照射对象物的外周面照射紫外光，

其特征在于，具有：

N个光源单元，它们具有基板、在所述基板上沿所述第1方向配置并相对于所述照射对象物照射所述紫外光的多个LED元件，N为大于或等于1的整数；以及

N个光学元件，它们配置于所述多个LED元件的光路中，将从所述各LED元件射出的所述紫外光整形为在从所述第1方向观察时具有规定线宽的光，

配置为在从所述第1方向观察时，所述多个LED元件的光轴和所述光学元件的光轴朝向所述照射对象物的中心方向，所述规定线宽设定为小于所述照射对象物的直径。

7.根据权利要求6所述的光照射装置，其特征在于，

在从所述第1方向观察时，所述多个LED元件的光轴和所述光学元件的光轴穿过所述中心轴。

8.根据权利要求6或7所述的光照射装置，其特征在于，

所述N大于或等于2，

在从所述第1方向观察时，所述N个光源单元和所述N个光学元件配置于以所述中心轴为中心的圆弧上。

9.根据权利要求6至8中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，

所述光学元件是沿所述第1方向延伸的圆柱透镜。

10.一种光照射装置，其相对于以沿第1方向延伸的中心轴为中心旋转的立体照射对象物配置于与所述第1方向正交的第2方向，从所述第2方向向所述照射对象物的外周面照射紫外光，其特征在于，具有：

多个LED元件，它们在基板上沿所述第1方向配置，相对于所述照射对象物照射所述紫外光；

一对导光反射镜，其配置为从与所述第1方向及所述第2方向正交的第3方向夹着所述多个LED元件的光路，相对于所述照射对象物而对所述紫外光进行导光；以及

移动单元，其使所述多个LED元件和所述一对导光反射镜，对应于所述照射对象物的直径而沿所述第2方向移动。

11.根据权利要求10所述的光照射装置，其特征在于，

配置为在从所述第1方向观察时，所述多个LED元件的光轴穿过所述中心轴。

12.根据权利要求10或11所述的光照射装置，其特征在于，

所述一对导光反射镜的间隔设定为小于所述照射对象物的直径。