JP2006095448A

JP2006095448A - 紫外線硬化装置

Info

Publication number: JP2006095448A
Application number: JP2004285622A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Oba; 洋大場; Yosuke Suzuki; 陽介鈴木; Shigenori Kobayashi; 茂法小林
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP4482720B2

Abstract

【課題】空冷と水冷の併用により紫外線光源を冷却する機構を備える枚葉印刷機用紫外線硬化装置において、高い紫外線出力を保有しながら、空冷風量が小さいため、紙等の薄片状ワークの舞い上がり等の問題を生じることがなく、且つ装置寸法ができるだけ小さい紫外線硬化装置を提供する。
【解決手段】紫外線硬化装置は、紫外線照射用開口部とその対向面にスリット状に構成した空孔とを有する箱型灯体と、該灯体内で前記開口部を成す面に平行に配置した直管型紫外線光源と、該光源の外周を所定の角度範囲で部分的に囲繞するように伸在させて配置した反射板と、前記灯体内で前記光源と前記スリット状空孔を有する面との間のスペースに前記紫外線光源と所定のすき間を保って配置した光源水冷ブロックと、前記灯体の外部に前記スリット状空孔を有する面全体を覆うように配置し冷却風が内部を流通できるように構成した排気フードと、から構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、枚葉印刷機に搭載されインクを紫外線硬化させる枚葉印刷機用紫外線硬化装置の改良に関する。

印刷機等に搭載される紫外線硬化装置（照射装置）は古くから知られている。この種の装置は、筐体内に紫外線照射部を備えており、この紫外線照射部は主に紫外線ランプとこのランプから放射される紫外線を所定方向に反射させる反射板とで構成されるのが一般的である。

また近年は高出力で、且つ小型化された紫外線照射装置が使用されている。そのため紫外線照射装置の内部の温度が高温化しやすいので、一部の装置には、その冷却のために空冷と水冷を併用する機構が取り入れられている。

空冷・水冷併用型冷却機構を備える紫外線照射装置の典型的な例が特許文献１に開示されている。同文献によれば、紫外線照射のための開口部から取り入れた空気による空冷と、反射板を支持する反射板支持体の中空部を流通させる冷却用流体（水）による水冷の併用で、高温の発生源である紫外線ランプを効率的に冷却することができる。

特開平１１―２４４７６３号公報

図５は、特許文献１等に記載されている、従来の典型的な水冷空冷併用型の紫外線硬化装置における、長手方向に垂直な面の概略断面構造を示したものである。灯体５２内に紫外線ランプ５３とシャッター機構を兼ねる揺動自在な反射板支持体（反射体）５４、５５とを備えた紫外線照射装置５１において、反射板支持体５４、５５は熱伝導性に優れたアルミニウム製型材により、内部に冷却用流体（水）が流通可能な中空部（管）５６、５７
を一体的に有して構成されている。これにより水冷効果を高めている。一方、空冷のための空気は、紫外線照射装置５１下面開口部から取り入れられ、紫外線ランプ５３の周囲を通過した後、通気板５９を経て灯体５２の上部に配設された排気フード５８の内部の通風路６０に入り込み、排気される。

このタイプの紫外線硬化装置では、紫外線ランプが高出力になると水冷効果の寄与は徐々に小さくなるので、紫外線ランプの出力に応じて、紫外線ランプを冷却する為の空冷の排気風量及び排気フードを大きくする必要がある。例えば、１６０Ｗ／ｃｍ程度の高出力ランプを搭載した装置の場合、空冷には１ｋＷ当り０．７〜１．０ｍ^３／ｍｉｎの排気風量を必要とする。しかし、排気風量がこの程度に大きくなると、紙等の薄片状ワークは軽量である為に紫外線ランプ側に吸い寄せられて舞い上がったり振動したりする現象が起こり、その結果、印刷面が傷つくなどの問題が発生する。また、排気フードを大きくすると、装置寸法が大きくなり広い（高い）設置スペースが必要になるという問題もあった。

本発明は、上記した点に鑑み発明したものであって、高い紫外線出力を保有しながら、排気風量が大きくない為、紙等の薄片状ワークの舞い上がり等を生じることがなく、且つ装置寸法が大きくならない紫外線硬化装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の紫外線硬化装置は、紫外線照射のための開口部と該開口部を成す面の対向面にスリット状に構成した空孔とを有する箱型灯体と、該箱型灯体内で前記開口部を成す面に平行に配置した直管型の紫外線光源と、該紫外線光源の近傍でその外周に並行にかつその外周を部分的に囲繞するように伸在させて配置した反射板と、前記箱型灯体内で前記紫外線光源と前記スリット状空孔を有する面との間のスペースに前記紫外線光源と一定のすき間を保って配置した光源水冷ブロックと、前記箱型灯体の外部に前記スリット状空孔を有する面全体を覆うように配置し冷却風が内部を流通できるように構成した排気フードと、から構成されることを特徴とする。

請求項２記載の紫外線硬化装置は、請求項１記載の紫外線硬化装置において、前記光源水冷ブロックが前記紫外線光源の外周を囲繞する範囲は前記直管型紫外線光源の中心軸を含み前記箱型灯体の開口部を成す面に垂直な対称面を中心にして左右合わせて９０〜１８０°の角度範囲であり、前記紫外線光源と前記光源水冷ブロックとのすき間は該紫外線光源の管径方向の長さで１〜５ｍｍであることを特徴とする。

請求項３記載の紫外線硬化装置は、請求項１または２記載の紫外線硬化装置において、前記反射板を水冷可能に構成したことを特徴とする。

請求項４記載の紫外線硬化装置は、請求項１ないし３記載の紫外線硬化装置において、前記反射板を該紫外線光源の外周方向に回動可能に構成したことを特徴とする。

請求項１記載の紫外線硬化装置によれば、箱型灯体内で紫外線光源とスリット状空孔を有する面との間のスペースに該紫外線光源と一定のすき間を保って光源水冷ブロックを配置したので、紫外線照射に使用されていない紫外線光源背面を水冷ジャケットと同じ要領で該光源水冷ブロックにより該紫外線光源を冷却することができ、その分だけ該紫外線光源に当てる空冷風量を減らすことができる。従って、紫外線光源が高出力であっても、冷却風による紙等の薄片状ワークの舞い上がり等を生じることがないという効果がある。

請求項２記載の紫外線硬化装置によれば、光源水冷ブロックが紫外線光源の外周を囲繞する角度範囲、及び紫外線光源と光源水冷ブロックとのすき間を前記のような数値範囲に規定したので、紫外線光源の出力を従来よりも高めて２００Ｗ／ｃｍ程度としても照射装置全体で必要な空冷風量は１ｋＷ当り０．２〜０．７ｍ^３／ｍｉｎの風量で済む。従って、紫外線光源が従来よりも高い出力を実現しながら、冷却風によって紙等の薄片状ワークの舞い上がり等を生じることがないという効果が得られる。

請求項３記載の紫外線硬化装置によれば、反射板を水冷可能に構成したので、紫外線光源からの熱輻射による該反射板の変形等を防ぐことができ、該反射板の性能の維持や装置寿命の延長に寄与するという効果がある。

請求項４記載の紫外線硬化装置によれば、反射板を紫外線光源の外周方向に回動可能に構成したので、反射板を紫外線照射開口部のシャッターとして機能させることができ、紫外線の照射が不要な場合でも紫外線光源を消灯させずに済むという効果がある。

次に本発明の最良の実施形態を、図１ないし図４を参照して説明する。なお、以下の説明では、装置の構成要件のうち本発明に直接関わる部分のみ記述する。それ以外の構成要件は、当該技術分野で通常用いられる手段により構成すればよい。

ところで、本発明は、直管型紫外線光源の外周近傍に所定間隔を保って水冷ブロックを配置することによって熱源である該紫外線光源を効率的に冷却すると同時に、該紫外線光源及びその周囲を外気を導入して空冷するような装置構成とすることが趣旨であって、反射板については、必ずしも上記実施例のような水冷可能な構成にする必要はない。反射板は、内部に冷却水を流通させる中空管を設けなければその分だけ肉薄な形態に構成することができ、装置構造が簡素化する。しかし、紫外線光源からの熱輻射による変形等を防ぎ、反射性能を長期間維持するためには、反射板内部に冷却水を流通させる中空管を配設するなどして水冷可能に構成することが望ましい。以下、水冷可能な構成の反射板を有する紫外線硬化装置の実施例について説明する。

また本発明は、紫外線照射方向が鉛直下向き、鉛直上向き、水平、のいずれの方向であっても適用可能である。しかし、紫外線硬化装置の紫外線照射方向としては鉛直下向きが一般的なので、以下の説明でも鉛直下向きに紫外線照射を行なう紫外線硬化装置の実施例を取り上げる。紫外線照射方向が水平方向または鉛直上向きの場合の装置構造は、下記実施例の装置構造を水平軸回りに９０度または１８０度回転させたものに相当する。

図２は本発明の実施例１の紫外線硬化装置の長手方向の概略断面図であり、図１は図２の装置の中央部にて長手方向に垂直な面の拡大断面図を示したものである。

これらの図において、１は枚葉印刷機の搭載に適した紫外線硬化装置本体であり、外郭を例えばステンレス等の金属により概略箱型に構成してあり、全長、奥行、高さはそれぞれ、例えば１８００ｍｍ、１２０ｍｍ、１００ｍｍとしてある。同紫外線硬化装置本体１は図２に示すように、上下に二室に分かれており、下側が光源収納室２であって紫外線光源３、反射板兼水冷ブロック４、光源水冷ブロック５、等を収納してなり、上側が紫外線光源３を冷却した排気風が流通する排気フード６を構成してなる。開口部を成す面と対向する光源収納室２の上側にはすき間ｓを有するスリット状の空孔が設けてあり、そこを光源収納室２から排気フード６側へ空気が通過する。図２では矢印により概略の空気の流れ３１を示している。排気フード６の一端は排気装置（図示せず）に接続している。光源収納室２の下面は開口部２１を有し、光源３からの紫外線照射が可能なように構成してある。紫外線光源３は、直管型紫外線ランプであって、例えば２２ｋＷのメタルハライドランプ（岩崎電気株式会社製、型式Ｍ２２−Ｌ５１、全長１３００ｍｍ、管径２８ｍｍ）を１灯用いている。紫外線硬化装置本体１はまた、長手方向の端部には、反射板兼水冷ブロック４及び光源水冷ブロック５との冷却水供給・排出のための機構と、紫外線光源３に電気エネルギーを供給する電源との接続部をそれぞれ設けてあるが、図２では省略してある。空冷風量は８ｍ^３／ｍｉｎ程度、冷却水量６〜１０Ｌ／ｍｉｎ程度としてある。（Ｌは体積の単位「リットル」）

４ａ、４ｂは、紫外線光源３の外周に並行に伸在させて配置した１対の曲面状の反射板兼水冷ブロックであって、図１に示すように紫外線光源３の外周を一部囲繞してなる。反射板兼水冷ブロック４ａ、４ｂの凹面側は紫外線光源３からの光を装置開口部２１の所望方向に照射する反射鏡として機能する。この凹面側表面は、例えばアルミニウム等の反射性金属の薄膜を付着させて構成すればよい。

図３は、本発明の紫外線硬化装置において反射板兼水冷ブロック４及び光源水冷ブロック５の部分を一部切り出した状態と、更にそれを各水冷ブロックに分解した状態を示した外観斜視図であって、描画の都合上、上下を逆に描いてある。また、図３では、描画上の簡単化のため、冷却水の流れの方向を、１対の反射板兼水冷ブロック４及び１対の光源水冷ブロック５の一方についてのみ示している。

反射板兼水冷ブロック４ａ、４ｂにはそれぞれ、冷却水が内部を流通する中空管７ａ、７ｂ、及び７ｃ、７ｄを同ブロック４ａ、４ｂを貫通するようにして配置している。これら各中空管の端部は、反射板兼水冷ブロック４ａを例にして示すように、冷却水供給のための接続管１６ａ、１６ｂ（図示せず）を付設する冷却水分岐部１１ａ、１１ｂ（図示せず）に接続している。３２は冷却水の流れを示す。本実施例では、反射板兼水冷ブロック４ａ、４ｂ内の冷却水の流れは一方通行であり、中空管７ａ、７ｂ、及び７ｃ、７ｄが冷却水の往路に相当する。冷却水は各水冷ブロックを通過後Ｕターンする。そのＵターンのための配管及び冷却水の復路に相当する配管は、図面には示されていないが、各水冷ブロックの外部に設けてある。なお、本発明は、各反射板兼水冷ブロックの内部の中空管並びにその外部の配管、の配置及び本数、冷却水の流れの方向、等は上記実施例に限定されるものではない。

光源水冷ブロック５ａ、５ｂも、反射板兼水冷ブロック４ａ、４ｂと同様に、内部を冷却水が流通し同ブロック５ａ、５ｂを貫通するように配置してなる中空管８ａ、８ｂ、及び８ｃ、８ｄをそれぞれ有する。また、これら各中空管の内部の冷却水の流れ３３も一方通行であり、これら各中空管端部における冷却水供給（往路）・排出（復路）のための配管接続の態様も反射板兼水冷ブロック４ａ、４ｂの場合と同様である。なお、本発明は、各光源水冷ブロックの内部の中空管並びにその外部の配管、の配置及び本数、冷却水の流れの方向、等は上記実施例に限定されるものではない。

なお、本実施例では、図１に示すように、光源水冷ブロック５ａ及び５ｂが光源収納室２と排気フード６との仕切り板を兼ねている。また、紫外線硬化装置本体１の長手方向の対称面２２を挟んで対向する１対の光源水冷ブロック５ａ及び５ｂの両者のすき間はスリット状であり、開口部２１を成す面（光源収納室２の下面）の対向面にあって、排気フード６に通じているが、その間隔ｓは、この例で用いている前記紫外線光源に対しては２〜３ｍｍが好ましい。この範囲より間隔ｓが小さい場合は排気風量が過大となり、逆に大きい場合は排気風量が不足し、いずれも適切に空冷することができない。なお、１対の光源水冷ブロック５ａ及び５ｂとは別個に上記間隔条件を満たすスリット状のすき間を有する仕切り板が設けられていてもよい。

光源水冷ブロック５が紫外線光源３の外周を囲繞する角度範囲に関しては、水冷ジャケットのように全周を囲繞すれば冷却効果が高いが、それでは外部に紫外線を照射できなくなってしまう。そこで、紫外線光源３の外周の紫外線照射に寄与しない部位である上面側（背面側）を囲繞するように光源水冷ブロック５を配置する。紫外線光源３の背面側外周は、ランプ表面温度が最も高くなる部位でもあり、この部位の近傍を冷却することは冷却効果の上でも好適である。囲繞する角度θは、直管型紫外線光源３の中心軸を含み開口部２１を成す面（光源収納室２の下面）に垂直な対称面２２を基準にして左右それぞれ４５〜９０°まで（左右合わせてθ＝９０〜１８０°）の範囲が好ましい。図１ではθが約１２０°の場合を示している。囲繞する角度θが片側４５°未満の場合は、光源水冷ブロック５による紫外線光源３の冷却が十分でなく、片側９０°を超える場合は、光源水冷ブロック５に遮られて外部に照射できる紫外線の損失が大きくなる。

紫外線光源３と光源水冷ブロック５ａ、５ｂとのすき間ｒは、広過ぎると水冷効果が小さくなり、逆に狭過ぎるとランプ冷却に偏りが生じランプ不点等の問題が発生する。水冷ジャケット方式による冷却機構設計の経験から、紫外線光源３の管径方向のすき間ｒは１〜５ｍｍとするのが好ましい。本実施例の場合は２ｍｍが適切である。

排気フードに通じる１対の光源水冷ブロック間のスリット状のすき間を２〜３ｍｍとし、光源水冷ブロックが紫外線光源の外周を囲繞する角度範囲を、該紫外線光源の中心軸を含み開口部を成す面（光源収納室の下面）に垂直な対称面を中心にして左右合わせて９０〜１８０°とすると共に、紫外線光源と光源水冷ブロックとのすき間の間隔を１〜５ｍｍに設定することによって、装置全体で空冷に必要な排気風量を１ｋＷ当り０．２〜０．７ｍ^３／ｍｉｎと、従来よりも大幅に少なくすることができた。その結果、冷却風によって紙等の薄片状ワークが吸い寄せられて舞い上がり等を生じることがないのはもちろん、装置自体の大きさは従来の１６０Ｗ／ｃｍのランプ出力のものと同程度に保ちながら、ランプ出力を２００Ｗ／ｃｍ程度にまで高めることができた。

図４は、紫外線光源３の外周で回動可能に構成した反射板兼水冷ブロック４を有する本発明の実施例２の紫外線硬化装置の、主要部の長手方向に垂直な面の拡大断面図であり、反射板兼水冷ブロック４を開放した状態（破線）と閉鎖した状態（実線）を示している。実施例２の紫外線硬化装置は、反射板兼水冷ブロック４が回動可能である以外は、実施例１の紫外線硬化装置と同様の構成を有する。従って、図４において、反射板兼水冷ブロック４を開放した状態の時の断面図（この時の反射板兼水冷ブロック４を破線で示す）は前記図１と同等の関係にある。なお、実施例２の紫外線硬化装置は、反射板兼水冷ブロック４の開閉（回動）のための駆動機構及び電源との接続部を同装置端部に保有している。

反射板兼水冷ブロック４は装置端部に設けた駆動機構（図示せず）により紫外線光源３の外周方向に回動することができる。これにより、反射板兼水冷ブロック４を紫外線照射開口部２１のシャッターとして機能させることができ、紫外線光源をいちいち消灯せずに紫外線の照射が必要な場合だけシャッターを開放して処理を行なうことができる、という効果がある。

本発明の紫外線硬化装置は上記説明の実施例の紫外線硬化装置に限定されないことは言うまでもない。装置本体の寸法、外形、内部構造、空冷・水冷性能、等、また反射板兼水冷ブロック、光源水冷ブロック等の構成部材の外形、中空管等の内部構造、装置内における配置、等、は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で数多くの変形が可能である。また、同装置に装着される紫外線光源は、上記実施例のものに限定されることはなく、種類、寸法、紫外線出力の大きさ等は任意に選定することが可能である。

但し、本発明の紫外線硬化装置は、使用する紫外線光源を変更したならば、その管径、全長等の寸法に応じて、装置全体の内部構造、反射板兼水冷ブロック、光源水冷ブロック等の構成部材の外形、配置等を、本発明の要件を満たす範囲内で、必要な空冷・水冷性能が実現するように適宜変更する必要がある。例えば、紫外線ランプの管径が上記実施例よりも小さいものを使用する場合、光源水冷ブロックは、それが紫外線ランプを囲繞する角度範囲は９０〜１８０°で維持するが、ランプ外周方向の囲繞する長さは必然的に短くなるので、寸法形状を変更する必要がある。反射板兼水冷ブロックは、必要に応じて上記実施例よりも反射面の曲面方向の長さを短くする。また、紫外線ランプ周辺を流通させる空冷風量も、上記実施例のままでは冷却し過ぎるので風量を小さくする。

本発明の紫外線硬化装置は、枚葉印刷機に搭載されインクを紫外線硬化させる枚葉印刷機用紫外線硬化装置に利用される。

本発明の実施例１の紫外線硬化装置の主要部の長手方向に垂直な面の拡大断面図。本発明の実施例１の紫外線硬化装置の長手方向の概略断面図。本発明の紫外線硬化装置における反射板兼水冷ブロック及び光源水冷ブロックの部分のみを取り上げそれらにおける冷却水の流れを示した外観斜視図。本発明の実施例２の紫外線硬化装置の主要部の長手方向に垂直な面の拡大断面図。従来の紫外線硬化装置の主要部の長手方向に垂直な面の拡大断面図。

符号の説明

１…紫外線硬化装置本体
２…光源収納室
３…紫外線光源
４、４ａ、４ｂ…反射板兼水冷ブロック
５、５ａ、５ｂ…光源水冷ブロック
６…排気フード
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…中空管
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…中空管
１１ａ、１１ｂ…冷却水分岐部
１６ａ、１６ｂ…接続管
２１…開口部
２２…対称面
３１…空気の流れ
３２、３３…冷却水の流れ
５１…紫外線照射装置
５２…灯体
５３…紫外線ランプ
５４、５５…反射板支持体
５６、５７…中空部
５８…排気フード
５９…通風板
６０…通風路
ｒ…紫外線光源と光源水冷ブロックとのすき間の間隔
ｓ…光源収納室と排気フードとの仕切り板のスリット状のすき間の間隔
θ…光源水冷ブロックが紫外線光源の外周を囲繞する角度範囲

Claims

紫外線照射のための開口部と該開口部を成す面の対向面にスリット状に構成した空孔とを有する箱型灯体と、該箱型灯体内で前記開口部を成す面に平行に配置した直管型の紫外線光源と、該紫外線光源の近傍でその外周に並行にかつその外周を部分的に囲繞するように伸在させて配置した反射板と、前記箱型灯体内で前記紫外線光源と前記スリット状空孔を有する面との間のスペースに前記紫外線光源と一定のすき間を保って配置した光源水冷ブロックと、前記箱型灯体の外部に前記スリット状空孔を有する面全体を覆うように配置し冷却風が内部を流通できるように構成した排気フードと、から構成されることを特徴とする紫外線硬化装置。
前記光源水冷ブロックが前記紫外線光源の外周を囲繞する範囲は前記直管型紫外線光源の中心軸を含み前記箱型灯体の開口部を成す面に垂直な対称面を中心にして左右合わせて９０〜１８０°の角度範囲であり、前記紫外線光源と前記光源水冷ブロックとのすき間は該紫外線光源の管径方向の長さで１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の紫外線硬化装置。
前記反射板は水冷可能に構成したことを特徴とする請求項１または２記載の紫外線硬化装置。
前記反射板は該紫外線光源の外周方向に回動可能に構成したことを特徴とする請求項１ないし３記載の紫外線硬化装置。