CN109318410A - 紫外线照射装置 - Google Patents

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Abstract

一种紫外线照射装置，包括：头部，其包括紫外LED；以及控制器。紫外线照射装置还包括：电流检测电阻，其电连接到紫外LED并且检测流经紫外LED的电流。控制器包括：功率设定单元，其设定输出功率，使得紫外LED间歇地或者多阶段地发射紫外线；电流调节单元，其根据由功率设定单元设定的输出功率而调节供应到紫外LED的电流；以及输出电压供应单元，其向紫外LED供应电压。输出电压供应单元根据被供应到紫外LED且根据由功率设定单元设定的输出功率而被调节的电流，调节供应到紫外LED的电压。

Description

紫外线照射装置
相关申请的交叉引用
本申请基于2017年7月31日提交的日本专利申请No.2017-148124并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明的一个以上的实施例涉及一种紫外线照射装置。
背景技术
有一种紫外线照射装置，其照射诸如紫外固化粘合剂或涂层材料这样的照射对象,并且从而使照射对象固化(例如,参见JP-A-2006-51790)。
JP-A-2006-51790中公开的紫外线照射装置包括：头部，其具有发射紫外线的紫外LED(发光二极管)；和控制器，其通过电缆连接至头部。当经由电缆从控制器供应电流时，头部的紫外LED接通。
以紫外LED的输出功率能够变化的方式配置这样的紫外线照射装置。更具体地，利用设置在控制器侧的操作单元(在JP-A-2006-51790中，设定单元)而设定紫外LED的输出功率。控制单元基于该设定值而调节供应至紫外LED的电流。
发明内容
在上述紫外线照射装置中，虽然紫外LED的输出功率能够变化，但是在将输出功率设定为最高的状态与将其设定为最低的状态(不包括断电状态)之间，紫外LED的正向电压有很大的不同。例如，如果供应到紫外LED的输出电压被固定为恒定值，则输出电压与正向电压之间的差变大并且导致发热。
已经做出本发明的一个以上的实施例以解决上述问题，并且目的是提供一种能够抑制发热的紫外线照射装置。
在本发明的方面中，提供一种紫外线照射装置，包括：头部，所述头部包括发射紫外线的紫外LED；以及控制器，所述控制器通过连接电缆电连接到所述头部，并且通过将电流经由连接电缆供应到所述紫外LED，而接通所述紫外LED，其中，所述紫外线照射装置还包括电流检测电阻，所述电流检测电阻电连接到所述紫外LED并且检测流经所述紫外LED的电流，其中，所述控制器包括：功率设定单元，所述功率设定单元设定输出功率，使得所述紫外LED间歇地或者多段地发射紫外线；电流调节单元，所述电流调节单元根据由所述功率设定单元设定的所述输出功率而调节供应到所述紫外LED的电流；以及输出电压供应单元，所述输出电压供应单元向所述紫外LED供应电压，并且其中，所述输出电压供应单元根据被供应到所述紫外LED且依据由所述功率设定单元设定的所述输出功率而被调节的电流，调节供应到所述紫外LED的电压。
在该配置中，由于输出电压供应单元根据流经紫外LED的电流调节供应到紫外LED的电压，所以供应到紫外LED的电压是变化的而不是固定的。通过随着流经紫外LED的电流变小而减小供应到紫外LED的电压，抑制了无用的电压部分的供应和导致的发热。
在上述紫外线照射装置中，头部可以经由连接电缆可拆离地装接到控制器。
在该配置中，由于头部能够从控制器拆离，所以能够使用具有不同峰值波长的紫外LED。
在上述紫外线照射装置中，紫外线照射装置还可以包括：电压测量单元，所述电压测量单元测量在发射所述紫外线期间所述紫外LED两端的电压，并且所述输出电压供应单元可以根据由所述电压测量单元测量的电压而调节供应到所述紫外LED的电压，所述电压测量单元测量的所述电压基于被供应到所述紫外LED且根据由所述功率设定单元设定的所述输出功率而被调节的电流变化。
在该配置中，由于根据由电压测量单元测量的紫外LED的正向电压而调节供应到紫外LED的电压，所以供应到紫外LED的电压是变化的而不是固定的。通过随着紫外LED两端的电压降低而降低供应到紫外LED的电压，抑制了无用的电压部分的供应和导致的发热。
在上述紫外线照射装置中，紫外线照射装置还可以包括：电压测量单元，所述电压测量单元测量所述电流检测电阻两端的电压和所述紫外LED两端的电压，并且所述输出电压供应单元可以根据由所述电压测量单元测量的电压而调节供应到所述紫外LED的电压，由所述电压测量单元测量的所述电压基于被供应到所述紫外LED且根据由所述功率设定单元设定的所述输出功率而被调节的电流变化。
根据该配置，由于根据电流检测电阻两端的电压和紫外LED两端的电压(即，电流检测电阻两端的电压与紫外LED两端的电压的和)而调节供应到紫外LED的电压，所以不需要基于其规格中的阻抗和电流值计算电流检测电阻两端的电压。即，通过还测量电流检测电阻两端的电压，获得的值不受电流检测电阻的规格中的阻抗范围内的阻抗公差的影响，并且因此能够获得更准确的电压。
在上述紫外线照射装置中，当紫外LED的所述输出功率变化时，以预定初始输出电压作为基准，所述输出电压供应单元可以根据由所述电压测量单元测量的电压而调节供应到紫外LED的电压。
在该配置中，由于使用预定的初始输出电压作为基准，所以不需要基于诸如测量值这样的其它值确定，即，计算初始状态下采用的输出电压，这使得能够减小CPU等的负担。
在上述紫外线照射装置中，初始输出电压可以高于在紫外LED的输出功率为最大的状态下紫外LED的正向电压与电流检测电阻两端的电压之和。
根据该配置，由于初始输出电压高于在紫外LED的输出功率为最大的状态下紫外LED的正向电压与电流检测电阻两端的电压之和，所以能够防止供应到紫外LED的电压不够高，并且因此能够可靠地接通紫外LED。
在上述紫外线照射装置中，初始输出电压可以是输出电压供应单元的最大输出电压。
在该配置中，由于初始输出电压是输出电压供应单元的最大输出电压，所以电压能够供应紫外LED，而不需要执行精细的控制。
在上述紫外线照射装置中，在紫外LED的输出功率变化时紫外LED的输出功率降低的情况下，输出电压供应单元可以将在所述输出功率的改变之前已经从所述输出电压供应单元供应到所述紫外LED的电压用作在所述输出功率的所述改变之后的初始输出电压。
在该配置中，如果当紫外LED的输出功率变化时紫外LED的输出功率降低，则在输出功率变化之前从输出电压供应单元供应到紫外LED的电压用作输出功率变化之后执行的控制的初始输出电压。这使得由于用于在输出功率改变之后执行的控制的该输出电压供应单元的初始输出电压比输出电压供应单元的最大输出电压更接近紫外LED的正向电压，而能够进一步抑制发热。
根据本发明的一个以上的实施例的紫外线照射装置能够抑制发热。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的紫外线照射装置的立体图。
图2是从不同于图1的方向观看的根据实施例的紫外线照射装置的立体图。
图3是示出根据实施例的紫外线照射装置的电气配置的方框图。
图4用于描述根据实施例的紫外线照射装置的示例操作的时序图。
图5是用于描述根据实施例的紫外线照射装置的示例操作的另一时序图。
图6示出根据变型例的紫外线照射装置中采用的存储表。
图7图示出根据另一变型例的紫外线照射装置的示例操作的时序图。
图8是图示出根据又一变型例的紫外线照射装置的示例操作的时序图。
具体实施方式
下文将描述根据本发明的实施例的紫外线照射装置1。如图1所示，紫外线照射装置1配备有作为头部的照射单元11和作为控制器的控制器单元21。照射单元11和控制器单元21通过连接电缆C互相连接。
(照射单元11)
在照射单元11中，连接电缆C连接到大致筒状的本体12的基侧端部，并且该本体12的末端侧端部设置有能够发射紫外线的紫外LED13。当经由连接电缆C从控制器单元21供应电力时，紫外LED 13能够发射紫外线。
(控制器单元21)
如图1和2所示，控制器单元21配备有：阳连接器23a，其从底架22的侧表面22a突出；阴连接器23b，其设置在底架22的与侧表面22a相反的侧表面22b上；以及电缆连接连接器23c，照射单元11通过电缆C连接至该电缆连接连接器23c。当使用连接器23a和23b将上述控制器单元21连接到其它控制器单元21(在图1中由虚线表示)时，能够使控制器单元21彼此通信。
由于控制器单元21配备有电缆连接连接器23c，所以照射单元11能够以可拆离的方式装接到控制器单元21，使得能够在照射单元11之间切换。照射单元11的紫外LED 13的实例为峰值波长为365nm、385nm和405nm的紫外LED。电缆C的实例是具有2m、5m和10m的长度的电缆。
接着，将描述控制器单元21的电气配置。如图3所示，控制器单元21的控制单元24由CPU等构成，并且该控制单元24电连接至DC-DC单元25、电流调节单元26、操作单元27和显示单元28。
DC-DC单元25是DC-DC转换器，其用于通过改变接收的输入电压而生成要供应到紫外LED 13(负载侧)的输出电压Vout。在实施例中，DC-DC单元25例如降低24V的DC电压，并且将得到的电压供应到紫外LED 13。DC-DC单元25将已经由控制单元24设定的输出电压Vout输出到紫外LED 13(负载)。开关元件29、电流检测电阻30和紫外LED 13连接到DC-DC单元25的负载侧。紫外LED 13是接地的。
考虑当在紫外线照射装置1的规格范围内将紫外LED 13的正向电流If设定为最大值时产生的紫外LED 13的电压Vmax、电流检测电阻30(后文描述)两端的电压Vr和其它因素，而设定DC-DC单元25的输出电压(供给电压)Vout的最大值。将DC-DC单元25的输出电压Vout的最大值设定为与当将紫外LED 13的正向电流If设定为最大值时产生的紫外LED 13的电压Vmax相对接近的值，从而抑制了无用的电力消耗和发热。
例如，能够采用FET(场效应晶体管)或双极晶体管作为开关元件29。
电流调节单元26通过接通/断开开关元件29而调节紫外LED 13的输出功率。此外，电流调节单元26检测流经连接在开关元件29的负载侧与紫外LED 13的阳极侧之间的电流检测电阻30的电流Ir。由于流经电流检测电阻30的电流Ir与串联连接至电流检测电阻30的紫外LED 13的正向电流If相同，所以基本上能够通过检测电流Ir来监测流经紫外LED 13的电流(正向电流)If。
控制单元24利用电力测量单元(未示出)测量紫外LED 13两端的正向电压Vf。
一般地，根据紫外LED 13的规格等设计用于驱动紫外LED 13的驱动电路，从而能够提供驱动紫外LED 13所需的电流和电压。在该过程期间，根据紫外LED 13的正向电压Vf、产品规格等，确定使得能够可靠地驱动紫外LED 13的电源电压(输出电压)和正向电流If，并且确定电流检测电阻30的阻抗。结果，通常地，将输出电压Vout固定为恒定值。供应到紫外LED 13的电力被转换成光，而供应的电力中的未被转换成光的部分被转换成热。即，输出电压Vout和正向电压Vf是大的，并且它们的差而导致发热。
鉴于以上所述，实施例中采用的控制单元24基于由电流调节单元26检测到的流经电流检测电阻30的电流If和电流检测电阻30的已知的阻抗，而计算电流检测电阻30两端的电压Vr。控制单元24将正向电压Vf、电流检测电阻30两端的电压Vr以及预先通过实验获得的修正值△V的和设定为DC-DC单元25的输出电压Vout(即Vout＝Vf+Vr+△V)。将驱动开始时的DC-DC单元25的输出电压Vout设定为预定的初始输出电压Vst。初始输出电压Vst被设定为DC-DC单元25能够输出的输出电压Vout的最大值(最大输出电压)，并且该初始输出电压Vst比紫外LED 13的电压Vmax与横跨电流检测电阻30的电压Vr的和高，当在紫外线照射装置1的规格范围内将紫外LED 13的正向电流If设定为最大值时产生所述紫外LED 13的电压Vmax。结果，能够防止如下事件：在初始输出电压Vst下，紫外LED 13由于向其施加的电压不够高而未接通。
连接至控制单元24的显示单元28用于向使用者显示各种类型的信息。
由于存储单元31连接到控制单元24，所以例如照射功率(输出功率)和照射时间分别可以设定为多个值或多个时间。即，可以通过组合照射功率彼此不同的多个步骤来进行照射。可以使用操作单元27做出该设定，并且得到的设定信息存储在存储单元31中。
接着，将主要参考图4和5描述紫外线照射装置1的示例操作(作用)。
首先，使用者使用操作单元27设定输出功率和各输出功率的照射时间。下面将在如下假设下进行描述：将输出功率和照射时间设定为20％和2秒作为第一步骤，0％和3秒作为第二步骤，以及80％和3秒作为第三步骤。可以通过使用诸如可编程控制器或个人计算机这样的外部设备而不是使用操作单元27的方法来进行该设定。
在做出上述设定之后，使用者操作操作单元27中的驱动按钮(未示出)，于是控制单元24开始根据上述设定结果的操作。
首先，控制单元24为电流调节单元26设定设定电流I，并且为DC-DC单元25设定输出电压Vout。
更具体地，如图4所示，在第一步骤开始时间点t0，控制单元24为电流调节单元26设定与输出功率的20％相对应的设定电流I，并且还为DC-DC单元25设定作为DC-DC单元25能够输出的最大输出电压Vout的初始输出电压Vst。
电流调节单元26控制开关元件29，使得流经电流检测电阻30的电流Ir等于设定电流I。DC-DC单元25运行，以生成设定的初始输出电压Vout。
然后每个规定周期(例如每50ms)，控制单元24都将紫外LED 13的正向电流Vf、电流检测电阻30两端的电压Vr以及通过实验预先获得的修正值△V的和设定为DC-DC单元25的输出电压Vout。结果，如图5所示，输出电压Vout与正向电压Vf之间的差随着时间而减小，从而抑制了无用的电压部分的供给以及导致的发热。
随后，在从第一步骤向第二步骤进行切换的时间点t1，控制单元24为电流调节单元26设定与输出功率的0％对应的设定电流I(0A)。输出电压Vout也等于0V。即，在第二步骤，不向紫外LED 13供应电力(电流)，并且因此其处于断开状态。
随后，在从第二步骤向第三步骤进行切换的时间点t2，控制单元24为电流调节单元26设定与输出功率的80％对应的设定电流I，并且为DC-DC单元25设定在时间点t2的输出电压Vout。将时间点t2的输出电压Vout设定为最大初始输出电压Vst。
电流调节单元26控制开关元件29，使得流经电流检测电阻30的电流Ir等于设定电流I。DC-DC单元25运行，以生成设定的初始输出电压Vout。
然后每个规定周期(例如50ms)，控制单元24都将紫外LED 13的正向电流Vf、电流检测电阻30两端的电压Vr以及通过实验预先获得的修正值△V的和设定为DC-DC单元25的输出电压Vout。
随后，在第三步骤的结束时间点t3，控制单元24设定等于0A的设定电流I和等于0V的输出电压Vout，以停止向紫外LED 13的电力(电流)供应，并且结束紫外线照射装置1的操作。
接着，将描述实施例的优点。
(1)由于DC-DC单元25根据由控制单元24控制的流经紫外LED13的电流而调节供应到紫外LED 13的电压Vout，所以供应到紫外LED13的电压Vout是变化的而不是固定的。通过随着流经紫外LED 13的电流变小而减小供应到紫外LED 13的电压Vout，抑制了无用的电压部分的供应和导致的发热。
(2)由于照射单元11能够从控制器单元21拆离，所以能够使用具有不同的峰值波长的紫外LED 13或具有不同长度的电缆C。正向电压Vf由于紫外LED 13的峰值波长的差异而变化，或者阻抗由于电缆C的长度的差异而变化。然而，以上述方式变化的、供应到紫外LED 13的输出电压Vout因而包含了这样的正向电压Vf或阻抗中的差异。结果，即使在使用分别采用了具有不同的峰值波长的紫外LED 13或具有不同长度的电缆C这样的照射单元11的情况下，也能够抑制发热。
(3)在具有上述配置的紫外线照射装置1中，一个照射单元11连接到一个控制器单元21。从而，能够使得控制器单元21的整体尺寸比多个头部连接至一个控制器单元这样的配置的整体尺寸的小。结果，使得控制器单元21的内部空间更窄，这需要抑制发热。鉴于此，为了根据由控制单元24测量的紫外LED 13的正向电压Vf而调节要供应到紫外LED 13的输出电压Vout，输出电压Vout是变化的而不是固定的。更具体地，要供应到紫外LED 13的输出电压Vout随着紫外LED 13的正向电压Vf的降低而降低。结果，抑制了无用电压部分的供应以及导致的发热。
(4)由于使用预定的初始输出电压Vst作为基准电压，所以不需要基于诸如测量值这样的其他值而确定，即，计算要在初始状态下采用的输出电压Vout，这使得能够减小由CPU等构成的控制单元24的负担。
(5)由于初始输出电压Vst高于当紫外LED 13的输出功率被设定为最大值时产生的紫外LED 13的电压Vf(Vmax)与电流检测电阻30两端的电压Vr的和，所以能够防止供应到紫外LED 13的电压不够高的情况，并且因此能够可靠地接通紫外LED 13。
(6)由于初始输出电压Vst是DC-DC单元25的最大输出电压，所以电压能够供应到紫外LED 13而不需要执行精细的控制。
可以通过以下方式修改上述实施例。
虽然在实施例中一个照射单元11(头部)连接到一个控制器单元21，但是本发明不限于该情况。例如，多个照射单元连接到一个控制器单元的配置是可行的。该配置可以为使得多个驱动电路设置在控制器单元中以对应于各个头部，或者使得切换单驱动电路以驱动多个照射单元。
在实施例中，在除了0％的输出功率的步骤之外的各步骤开始时均使用初始输出电压Vst，并且初始输出电压Vst被设定为比当紫外LED13的输出功率为最大时产生的紫外LED 13的正向电压Vf(Vmax)与电流检测电阻30两端的电压Vr之和高的电压。然而，本发明不限于该情况。
例如，如图6所示，如下配置是可行的：其中，储存单元31预先储存有存储表T，该存储表T表示对应于输出功率的电流(正向电流If)与输出电压Vout之间的关系，并且通过参考存储表T确定(设定)输出功率Vout。
作为另一个变型，基于与输出功率对应的电流(正向电流If)与输出电压Vout之间的关系，通过将正向电压Vf乘以因数α而确定输出功率Vout。
虽然在实施例中，在步骤之间每隔规定间隔(例如，每50μs)检测正向电压Vf，但是本发明不限于该情况。例如，可以是如下配置：其中，仅在从每个步骤开始时的预定时间段期间每隔规定间隔都检测正向电压Vf。还可以是另一配置：其中，从每个步骤开始直到输出电压Vout与正向电压Vf之间的差小于或等于规定值期间，检测正向电压Vf。
虽然在实施例中，采用通过将测量电流Ir(＝(正向电流If))乘以电流检测电阻30的阻抗而获得的计算值作为电流检测电阻30两端的电压Vr，但是本发明不限于该情况。可以测量电流检测电阻30两端的电压。在该配置中，获得的电压Vr不受电流检测电阻30的理论阻抗与实际阻抗之间的差影响。即，通过还测量电流检测电阻30两端的电压，获得的电压不受电流检测电阻30的规格中的阻抗范围内的阻抗公差影响，并且因此能够获得更准确的电压Vr。
虽然在实施例中，控制器单元21包含电流检测电阻30，该电流检测电阻30电连接到紫外LED 13，并且用于检测流经紫外LED 13的电流，但是本发明不限于该情况。电流检测电阻30可以设置在照射单元11中。
虽然在实施例中，可以设定输出功率等于0％的时间段，但是本发明不限于该情况。能够设定断电时间段或照射关闭时间段的配置也是可行的。
虽然在实施例中，通过在时间t1到时间t2之间的间隔中设定0％的输出功率使紫外LED 13间歇地发射紫外线，但是本发明不限于此。
如图7所示，如下配置也是可行的：其中，将紫外LED 13的输出功率设定为即使在时间t1到时间t2之间的间隔中也大于0％的值(例如，50％)，使得输出功率在多个步骤中逐渐增加。
另一个配置也是可行的：其中，如图8所示，紫外LED 13以输出功率逐渐减小的方式发射紫外线。在紫外LED 13的输出功率以该方式减小的情况下，输出功率改变之前的输出电压Vout可以用作在输出功率改变之后执行的控制的初始输出电压Vst。因为该初始输出电压Vst比DC-DC单元25的最大输出电压更接近紫外LED 13的正向电压Vf，所以能够进一步抑制发热。
-可以适当组合上述实施例和变型例。
接着，将从上述实施例和其它实例获得的技术构思附加地描述如下：
(补充1)根据权利要求1至8的任意一项所述的紫外线照射装置，其中，电流检测电阻内置在控制器中。
由于能够作为热源的电流检测电阻不设置在头部侧，所以获得了额外的优势效果：能够抑制头部的温度升高以及因此导致的紫外LED的输出功率降低。

Claims (8)

1.一种紫外线照射装置，包括：
头部，所述头部包括发射紫外线的紫外LED；以及
控制器，所述控制器通过连接电缆而电连接到所述头部，并且通过将电流经由所述连接电缆供应到所述紫外LED，而接通所述紫外LED，
其中，所述紫外线照射装置还包括电流检测电阻，所述电流检测电阻电连接到所述紫外LED并且检测流经所述紫外LED的电流，
其中，所述控制器包括：
功率设定单元，所述功率设定单元设定输出功率，使得所述紫外LED间歇地或者多阶段地发射紫外线；
电流调节单元，所述电流调节单元根据由所述功率设定单元设定的所述输出功率而调节供应到所述紫外LED的电流；以及
输出电压供应单元，所述输出电压供应单元向所述紫外LED供应电压，并且
其中，所述输出电压供应单元根据被供应到所述紫外LED且依据由所述功率设定单元设定的所述输出功率而被调节的电流，调节供应到所述紫外LED的电压。
2.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，
其中，所述头部能够经由所述连接电缆可拆离地装接到所述控制器。
3.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，还包括：
电压测量单元，所述电压测量单元测量在发射所述紫外线期间的所述紫外LED两端的电压，
其中，所述输出电压供应单元根据由所述电压测量单元测量的电压而调节供应到所述紫外LED的电压，所述电压测量单元测量的所述电压基于被供应到所述紫外LED且根据由所述功率设定单元设定的所述输出功率而被调节的电流变化。
4.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，还包括：
电压测量单元，所述电压测量单元测量所述电流检测电阻两端的电压和所述紫外LED两端的电压，
其中，所述输出电压供应单元根据由所述电压测量单元测量的电压而调节供应到所述紫外LED的电压，所述电压测量单元测量的所述电压基于被供应到所述紫外LED且根据由所述功率设定单元设定的所述输出功率而被调节的电流变化。
5.根据权利要求3或4所述的紫外线照射装置，
其中，当所述紫外LED的所述输出功率变化时，以预定的初始输出电压作为基准，所述输出电压供应单元根据由所述电压测量单元测量的电压而调节供应到所述紫外LED的电压。
6.根据权利要求5所述的紫外线照射装置，
其中，所述初始输出电压高于在所述紫外LED的所述输出功率为最大的状态下的所述紫外LED的正向电压与所述电流检测电阻两端的电压之和。
7.根据权利要求6所述的紫外线照射装置，
其中，所述初始输出电压是所述输出电压供应单元的最大输出电压。
8.根据权利要求5所述的紫外线照射装置，
其中，在所述紫外LED的所述输出功率变化时所述紫外LED的所述输出功率降低的情况下，所述输出电压供应单元将在所述输出功率的改变之前从所述输出电压供应单元供应到所述紫外LED的电压用作在所述输出功率的所述改变之后的初始输出电压。
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