JP2004292799A

JP2004292799A - 樹脂硬化装置

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Publication number: JP2004292799A
Application number: JP2004048447A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Toyabe; 浩義鳥谷部
Original assignee: TOTSUKEN KK; Totsuken Co Ltd
Current assignee: TOTSUKEN KK; Totsuken Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】冷却方式が簡易で高い冷却効果が得られる紫外線照射と熱硬化樹脂を用いる場合の赤外線照射ができる樹脂硬化装置を得る。
【解決手段】照射窓を開口させたハウジングに着脱可能に装着され光反射空間を形成した装着ブロックに対し、前記光反射空間に紫外線ランプと、当該紫外線ランプの周囲に配置される第１の反射板と、及び前記紫外線ランプと第１反射板とからの到来光を受けて前記照射窓に向けまとめて反射させる第２の反射板とからなる光学系を一体に取り付けた光学ユニットを形成し、前記光学ユニットは紫外線照射ユニットと赤外線照射ユニットから構成され、塗布樹脂の種類変更に応じて当該光学ユニットごと前記ハウジングから着脱交換可能とした。
【選択図】図３

Description

本発明は樹脂硬化装置に係り、特に紫外線硬化樹脂と熱硬化樹脂との交換に迅速に対応できる樹脂硬化装置、あるいは遮熱性を持たせて照射対象への熱的影響を回避できる樹脂硬化装置に関する。

従来、紫外線硬化インキを用いて印刷し、あるいは熱硬化インキを用いて印刷することが行われている。前者の紫外線硬化インキを使用して印刷する場合には、印刷後に印刷面に対して紫外線を照射して樹脂を硬化乾燥することが行われる。このために用いられる紫外線照射装置は、樹脂の硬化する波長の紫外線を発する紫外線ランプを用い、照射面に対面して紫外線ランプを配置すると共に、ランプ背面部分に反射板を設けて、紫外線を効率的に印刷面に照射するように調整される。また、後者の熱硬化インキを用いて印刷する場合には、印刷面に対して赤外線照射や熱風の吹き付けにより樹脂を硬化させるようになっている。

前者の紫外線ランプは高熱発生源ともなっているので、冷却構造を採用する必要がある。この冷却には空冷方式と水冷方式があり、前者はランプの周囲から空気を吸引することによりランプ周囲を冷却し（特許文献１）、後者はランプ周囲に円環状の水冷ジャケットを設けたり、反射板に冷却ジャケットを付帯させることにより冷却水を流して冷却するようにしている。また、後者の赤外線照射等によるインキ硬化を行う場合には、赤外線光源を複数装備し、光源の周囲に反射板を配備して適宜印刷ウェブに対して集熱させるようにしている。

ところで、同一の印刷ラインで紫外線硬化インキと熱硬化インキを交換する使用する場合、上述の紫外線照射装置と赤外線照射装置の両方を設備する必要が生じる。この設備には多大な費用とスペースを要するため、一台の照射装置に紫外線照射器と赤外線照射器を交換できるようにした技術が提案されている（特許文献２）。
特開平６−９１８５６号公報特開平８−６９８５７号公報

しかし、上記従来の装置では次のような問題があった。すなわち、紫外線・赤外線併用タイプでは共用部品が少なく、各々別個の構造のものを交換使用するようにしていたため、コスト高となっていた。

また、特に、例えば輪転印刷や枚葉印刷などのように紙やフィルム面に紫外線硬化インキで印刷を施すような場合、紙やフィルム面を傷めないために紫外線照射面の温度を６０〜１００度以下になるように冷却する必要がある。従来の装置では、冷却効果の観点から水冷方式が採用されているが、冷却後の温度が上記温度領域に収まるようにするためには冷却設備が大掛かりになってしまう問題があった。
同様の問題は、インキのみならず、紫外線硬化あるいは熱硬化性の樹脂を含む塗布材、例えば塗料や接着剤などを塗布硬化させる場合に共通の問題であった。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、紫外線硬化樹脂と熱硬化樹脂を交換使用する場合でも、極めて簡単に樹脂種類に対応した硬化装置を用いることができ、しかも極めて低コストの構造のものとすることができる樹脂硬化装置を提供することを目的とする。また、樹脂硬化光を印刷ウェブ上に収束させて硬化効率を高くした樹脂硬化装置を提供することを目的とする。更に、紫外線硬化樹脂を用いた場合の樹脂硬化装置として、冷却方式を簡易化しつつ高い冷却効果が得られる装置構成とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る樹脂硬化装置は、照射窓を開口させたハウジングに着脱可能に装着され光反射空間を形成した装着ブロックに対し、前記光反射空間に紫外線ランプと、当該紫外線ランプの周囲に配置される第１の反射板と、及び前記紫外線ランプと第１反射板とからの到来光を受けて前記照射窓に向けまとめて反射させる第２の反射板とからなる光学系を一体に取り付けた光学ユニットを形成し、前記光学ユニットは紫外線照射ユニットと赤外線照射ユニットから構成され、樹脂種変更に応じて当該光学ユニットごと前記ハウジングから着脱交換可能としたことを特徴とする。

この場合、前記第２反射板は多面体構造として反射光を特定部位に収束可能に形成すればよい。また、前記ハウジングに形成した照射窓には紫外線用コールドフィルタを着脱自在に設けておけばよい。更に、前記紫外線照射ユニットは、第２反射板を紫外線用コールドミラーにより形成するとともに、その背面部に放熱部を設け、また、前記赤外線照射ユニットは紫外線ランプから出る赤外線を反射させる反射板をアルミニウムにより構成するようにすればよい。

また、本発明に係る樹脂硬化装置は、紫外線照射面に照射窓を開口させたハウジングと、当該ハウジング内に収容された紫外線ランプと、前記ハウジング内に配置され前記紫外線ランプの背面側に配置され前記窓以外のハウジング内面に向けて反射光を形成する反射板と、前記反射板からの紫外線到来経路に置かれた紫外線用コールドミラーと、前記ハウジング窓に配設された紫外線用コールドフィルタと、を備えてなることを特徴とする。

この場合において、前記ハウジングには外部空気の導入部を形成しているとともに、ハウジングの内部空気を吸引して前記反射板並びに紫外線用コールドミラー周囲の排熱をなす排風手段を接続するようにすればよい。また、前記反射板の背面部には放熱部を備え、あるいは前記紫外線用コールドミラーの背面部には透過してくる赤外線を吸収する放熱部を備える構成とすることができる。前記紫外線ランプの背面側に配置された反射板は赤外線を透過する紫外線用コールドミラー構造とすればよい。

また、本発明は、紫外線硬化型樹脂により印刷された印刷ウェブに対面して紫外線照射装置を配置し、当該紫外線照射装置にはハウジングに内蔵する紫外線ランプが発する紫外線を反射させる紫外線用コールドミラーを設け、当該紫外線用コールドミラーにより反射された紫外線を印刷ウェブに向けて照射させるように前記ハウジングに開口した照射窓を設けて間接照射可能とし、前記照射窓には紫外線を選択透過する紫外線用コールドフィルタを設けてなる樹脂硬化装置とすることができる。

本発明に係る樹脂硬化装置によれば、紫外線硬化樹脂と熱硬化樹脂を交換使用する場合でも、極めて簡単に樹脂種類に対応した硬化装置を用いることができ、しかも極めて低コストの構造のものとすることができる。また、特に、紫外線照射面に照射窓を開口させたハウジングと、当該ハウジング内に収容された紫外線ランプと、前記ハウジング内に配置され前記紫外線ランプの背面側に配置され前記窓以外のハウジング内面に向けて反射光を形成する反射板と、前記反射板からの紫外線到来経路に置かれ紫外線用コールドミラーと、前記ハウジングの照射窓に配設された紫外線用コールドフィルタと、を備えてなる構成としたので、冷却方式を簡易化しつつ高い冷却効果が得られるようにした樹脂硬化装置とすることができる。

以下に、本発明に係る樹脂硬化装置をインキ硬化装置に適用した場合の具体的実施の形態を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図１はインキ硬化装置を紫外線照射装置１０として構成した実施形態の断面図、図２は同装置の外観斜視図を示している。図示のように、実施形態に係る紫外線照射装置１０は、走行している印刷ウェブ１２の印刷面に紫外線を照射し、塗布されている紫外線硬化型のインキを乾燥固化するものであるが、特に実施形態の場合には、紫外線を間接的に印刷ウェブ１２に照射するように構成されている。すなわち、紫外線照射装置１０は印刷ウェブ１２の搬送面の直上部に対面配置される直方体形状のハウジング１４を有し、このハウジング１４の内部にて略中央位置に紫外線ランプ１６を収容している。ハウジング１４は基本的には紫外線を遮断する容器である。紫外線ランプ１６としては、当然ながら、印刷ウェブの印刷用に用いられている紫外線硬化型インキを硬化させる波長の紫外線を発生させるものが利用されている。紫外線ランプ１６は円筒石英ガラス容器を通じて全方位に紫外線を放射するので、発生紫外線を有効に利用するため、ほぼ放物線断面形状をなす反射板（第１反射板）１８が設けられ、その焦点相当位置に紫外線ランプ１６を配置して取り付けている。これにより主として放物線反射板１８の開口側から紫外線ランプ１６の紫外線が照射されるように構成される。

放物線反射板１８の開口方向は、ハウジング１４の内部で印刷ウェブ１２の搬送方向と平行となる方向に設定されており、実際には図１に示されるように矩形断面のハウジング１４における短辺側壁面に向けられている。そして、ハウジング１４には前記反射板１８の開口に対面して４５度の設定角度でコールドミラー（第２反射板）２０が設けられ、上記紫外線ランプ１６からの紫外線（反射紫外線を含む）をハウジング１４の下面、すなわち印刷ウェブ１２側に向けるように反射させ、赤外線は透過させるようにしている。そして、ハウジング１４の下面部には印刷ウェブ１２に紫外線を透過するための照射窓２２が開口され、ここに配置した紫外線用コールドフィルタ２４を通じて赤外線はハウジング１４内に反射しつつ、紫外線を透過させて印刷ウェブ１２に照射するようにしている。

したがって、紫外線ランプ１６で発生した紫外線は、放物線反射板１８で反射された紫外線と合成されてコールドミラー２０で再反射され、ハウジング１４の下面に開口した照射窓２２から印刷ウェブ１２に向かって照射される。この実施形態では、上記放物線反射板１８も紫外線を反射するとともに赤外線透過をなすコールドミラーにより構成されている。すなわち、基材としてのガラス板を放物線状に形成し、湾曲内面に金属膜を多層に蒸着して、紫外線硬化インキを硬化させる波長の紫外線を選択透過させるようにした紫外線用コールドミラーによって形成する。これにより、紫外線ランプ１６から発せられた紫外線は反射板１８により反射され、可視光や赤外線を透過するようになっている。このため発熱の原因となる赤外線は反射されない。この反射板１８の開口に対面するコールドミラー２０も、上記放物線反射板１８と同様にガラス平板の反射面に金属膜を多層に蒸着し、可視光や赤外線を透過させつつ、インキ硬化波長の紫外線を選択透過させるような構造のものを使用するようにしている。一方、ハウジング１４の下面に開口させた照射窓２２に装着される紫外線用コールドフィルタ２４はコールドミラーと逆の性質を持つ構造とされ、インキ硬化波長の紫外線のみを透過させ、可視光や赤外線を反射させる性質を持つように、ガラス板に金属膜を多層に蒸着させて構成される。これらのコールドミラーやコールドフィルタは膜の屈折率、厚さ、層数を変えることにより、光の干渉・吸収を利用して特定の波長域の光を透過、反射、吸収できるようにしたもので、市販品などを利用すればよい。

ところで、紫外線ランプ１６からは、特定波長紫外線以外の波長の光や熱が発せられるが、放物線反射板１８、紫外線コールドミラー２０では特定波長の紫外線２６を反射し、その他の波長の光や赤外線２８が透過するようにし、同時に紫外線コールドミラー２０では特定波長の紫外線２６を透過させて印刷ウェブ１２に照射させつつ、その他の波長の光や赤外線２８を反射してコールドミラー２０側に戻され、これはコールドミラー２０を透過する。したがって、ハウジング１４の内部には発熱の原因となる赤外線２８によって内部の温度が昇温してしまうため、実施形態に係る印刷用紫外線照射装置１０は、内部空気を強制排気させて排熱するようにしている。

ハウジング１４の内部の排熱作用を有効に行わせるために、前記放物線反射板１８の背面部にはコ字形状の断面を有し反射板１８の支持部材を兼用する放熱器３０を設けている。放熱器３０と反射板１８の間には空隙３２を形成し、両者が直接接しないようにしている。前記放熱器３０によってハウジング１４の内部は、紫外線ランプ１６が配置されて光の反射空間を形成しているランプ室３４と分離している第１チャンバ３６が形成される。第１チャンバ３６は紫外線ランプ１６との最接近位置に通気路３８を形成しており、ランプ室３４内空気を吸込可能としている。また、ハウジング１４の照射窓２２に向けて紫外線２６を反射するコールドミラー２０の背面部にランプ室３４と分離される第２チャンバ４０が形成されているが、この第２チャンバ４０の内部であって、前記コールドミラー２０と平行に平板形状の放熱器４２を設けている。この放熱器４２とコールドミラー２０との間にもギャップ４４を形成させ、両者が接触しないようにしている。第１チャンバ３６と第２チャンバ４０とは通気可能としており、ミラー支持部材などに通気路（図示せず）を形成して、第２チャンバ４０から第１チャンバ３６への空気の流通を確保している。

そして、図２に示しているように、ハウジング１４には給気口４６を複数箇所形成するとともに、第１チャンバ３６に通じるダクト４８を設け、このダクト４８にはブロア５０を接続して、ハウジング１４の内部空気を系外に排気させるようにしている。これにより、紫外線ランプ１６を発熱源としてハウジング１４の内部が昇温することを防止することができ、もって、印刷ウェブ１２の表面温度が異常に昇温することを抑制することができる。

このように構成された印刷用紫外線照射装置１０は、紫外線ランプ１６の発光により生じる紫外線・赤外線を放物線反射板１８、平板コールドミラー２０を通じて反射する際に、赤外線２８が各反射面を透過して第１、第２チャンバ３６、４０の内部に配置された放熱器３０、４２に吸熱され、ブロア５０を通して排気される空気とともに外部に排熱される。コールドミラー２０の反射光も赤外線を含んでいるが、最終的にはハウジング１４の窓２２に設けたコールドフィルタ２４にて必要紫外線のみが透過されて印刷ウェブ１２を照射し、インキの硬化に作用する。有害な熱源となる赤外線はコールドフィルタ２４で反射されてコールドミラー２０に至るが、ここではそのまま透過して放熱器４２に吸熱され、ブロア５０により内部を流通している空気とともに外部に排熱されるのである。このため、印刷ウェブ１２に紫外線照射装置１０を近接させてもウェブ温度を異常に高くするような温度上昇を防止することができるものとなる。

したがって、本実施形態によれば、水冷方式などの大型冷却設備を必要とすることなく、冷却方式を簡易化しつつ高い冷却効果を得ることができ、紫外線硬化インキを用いた印刷ウェブのインキ硬化に利用することができる紫外線照射装置となる。

次に、図３には本発明の樹脂硬化装置をインキ硬化装置に適用した場合の第２の実施形態を示す。この実施形態に係るインキ硬化装置６０は、紫外線照射装置と赤外線照射装置とを併用できる構成としたインキ硬化装置である。図示の形態は、赤外線照射装置として構成しているインキ硬化装置の断面図である。図示のように、この実施形態に係るインキ硬化装置は、照射窓２２を開口させたハウジング１４に着脱可能に装着され光反射空間としてのランプ室３４を形成している装着ブロック６２を有している。この装着ブロック６２に対して、前記ランプ室３４に紫外線ランプ１６と、当該紫外線ランプ１６の周囲に配置される第１の反射板であるアルミ放物線反射板６４、及び前記紫外線ランプ１６とアルミ放物線反射板６４とからの到来光を受けて前記照射窓２２に向けてまとめて反射させる第２のアルミ多面反射板６６とからなる光学系を一体に取り付けている。この光学系と装着ブロック６２とを一体で光学ユニット６８を形成している。赤外線照射装置の場合には、前記第１反射板である放物線反射板６４と第２の反射板である多面反射板６６は赤外線を反射させるアルミニウム反射板によって構成されている。この光学ユニット６８を紫外線照射装置として構成する場合には、図示しないが、第１の実施形態にて説明したと同様に、装着ブロック６２に対してコールドミラーからなる放物線反射板１８と、第２反射板であるコールドミラー２０を取り付け、各反射板１８，２０の背面側に放熱器４２を装着ブロック６２に兼用させ、あるいは別途に放熱器を設けた構成としておけばよい。このような光学ユニット６８を紫外線照射ユニットと赤外線照射ユニットとして予め構成しておき、印刷ウェブ１２に使用されるインキの種類に応じて使い分けをすればよい。光学ユニット６８の交換作業性を良好にするため、実施形態ではハウジング１４の内壁にスペーサ７０を取り付けて装着ブロック６２の挿入ガイドとしており、図３の紙面に直行する方向に光学ユニット６８を装着ブロック６２ごと引き出して交換する。これにより、交換作業性が非常に簡便に行われる。図４〜５は第２実施形態の光学ユニット６８の平面図、背面図である。装着ブロック６２はランプ側と第２反射板側の２ブロック構造となっており、両者の連結部分に通気間隙７２を形成するとともに、ランプ側ブロックにはランプ１６の背面部分に通気路３８を形成している。なお、熱硬化インキの硬化装置として用いる光学ユニットの場合には、これら通気間隙７２、通気路３８から照射窓２２を通じて熱風を吹き付けるようにすることも可能である。

この実施形態においては、第２反射板であるアルミ多面反射板６６が用いられ、紫外線ランプ１６とアルミ放物線反射板６４から発せられた直接・間接の赤外線を特定部位に収束させ得るようにしている。収束部位が印刷ウェブ１２の印刷面領域であることはいうまでもない。また、この光学ユニット６８を赤外線照射装置として用いる場合には、ハウジング１４に形成されている照射窓２２のコールドフィルタ２４を取り外して赤外線透過フィルタ７４を取り付けるようにしている。したがって、コールドフィルタ２４は照射窓２２に対して着脱自在とすることで、ハウジング１４を共用できる。

なお、上記第２の実施形態では反射板６４、６６をアルミニウム反射板により構成しているが、赤外線を反射できるものであれば、任意に選択することができることはいうまでもない。

上記いずれの実施形態においてもインキを硬化させる場合に適用した例を示したが、インキ以外に接着剤や塗料など、基材として紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂などが含まれる塗布材料の硬化に適用することができるのはいうまでもない。

本発明は印刷設備にて印刷された樹脂の硬化に利用することができる。

本発明に係る紫外線照射装置を備えた樹脂硬化装置の断面図である。樹脂硬化装置の外観斜視図である。樹脂効果装置を赤外線照射装置として用いる場合の断面図である。図３の平面図である。図３の背面図である。

符号の説明

１０………紫外線照射装置、１２………印刷ウェブ、１４………ハウジング、１６………紫外線ランプ、１８………放物線反射板、２０………コールドミラー、２２………照射窓、２４………コールドフィルタ、２６………紫外線、２８………赤外線、３０………放熱器、３２………空隙、３４………ランプ室、３６………第１チャンバ、３８………通気路、４０………第２チャンバ、４２………放熱器、４４………ギャップ、４６………給気口、４８………ダクト、５０………ブロア、６０………樹脂硬化装置、６２………装着ブロック、６４………アルミ放物線反射板、６６………アルミ多面反射板、６８………光学ユニット、７０………スペーサ、７２………通気間隙、７４………赤外線透過フィルタ。

Claims

照射窓を開口させたハウジングに着脱可能に装着され光反射空間を形成した装着ブロックに対し、前記光反射空間に紫外線ランプと、当該紫外線ランプの周囲に配置される第１の反射板と、及び前記紫外線ランプと第１反射板とからの到来光を受けて前記照射窓に向けまとめて反射させる第２の反射板とからなる光学系を一体に取り付けた光学ユニットを形成し、前記光学ユニットは紫外線照射ユニットと赤外線照射ユニットから構成され、塗布樹脂の種類の変更に応じて当該光学ユニットごと前記ハウジングから着脱交換可能としたことを特徴とする樹脂硬化装置。
前記第２反射板は多面体構造として反射光を特定部位に収束可能に形成したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂硬化装置。
前記ハウジングに形成した照射窓には紫外線用コールドフィルタを着脱自在に設けてあることを特徴とする請求項１に記載の樹脂硬化装置。
前記紫外線照射ユニットは、第２反射板を紫外線用コールドミラーにより形成するとともに、その背面部に放熱部を設けてなることを特徴とする請求項３に記載の樹脂硬化装置。
前記赤外線照射ユニットは紫外線ランプから出る赤外線を反射させる反射板をアルミニウムにより構成してなることを特徴とする請求項３に記載の樹脂硬化装置。
紫外線照射面に照射窓を開口させたハウジングと、当該ハウジング内に収容された紫外線ランプと、前記ハウジング内の前記紫外線ランプの背面側に配置され前記照射窓以外のハウジング内面に向けて反射光を形成する反射板と、前記反射板からの紫外線到来経路に置かれた紫外線用コールドミラーと、前記照射窓に配設された紫外線用コールドフィルタと、を備えてなることを特徴とする樹脂硬化装置。
前記ハウジングには外部空気の導入部を形成しているとともに、ハウジングの内部空気を吸引して前記反射板並びに紫外線用コールドミラー周囲の排熱をなす排風手段を接続してなることを特徴とする請求項６記載の樹脂硬化装置。
前記反射板の背面部には放熱部を備えてなることを特徴とする請求項６に記載の樹脂硬化装置。
前記紫外線用コールドミラーの背面部には透過してくる赤外線を吸収する放熱部を備えてなることを特徴とする請求項６に記載の樹脂硬化装置。
前記紫外線ランプの背面側に配置された反射板は赤外線を透過する紫外線用コールドミラー構造とされていることを特徴とする請求項６に記載の樹脂硬化装置。
紫外線硬化型樹脂を含むインキにより印刷された印刷ウェブに対面して紫外線照射装置を配置し、当該紫外線照射装置にはハウジングに内蔵する紫外線ランプが発する紫外線を反射させる紫外線用コールドミラーを設け、当該紫外線用コールドミラーにより反射された紫外線を印刷ウェブに向けて照射させるように前記ハウジングに開口した照射窓を設けて間接照射可能とし、前記照射窓には紫外線を選択透過する紫外線用コールドフィルタを設けてなることを特徴とする樹脂硬化装置。