JP2006116922A - 紫外線照射装置及び紫外線照射装置用ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】ヘッド部の放熱性を改善し紫外線源である半導体素子の信頼性を向上させた紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線照射装置は、紫外線源として紫外線を照射可能な一以上の半導体素子を備えるヘッド部と、半導体素子に駆動電力を供給するための電源部を備えるコントローラ部と、ヘッド部とコントローラ部とを電気的に接続するための電気信号線を備えるケーブル部とを備えている。ヘッド部は、熱伝導性に優れた部材により、一方向に延長された形状に形成されたヘッド本体部で構成され、ヘッド本体部の一端面に半導体素子が熱伝導可能な状態に接触され、かつヘッド本体部の断面方向において空間層を生じさせないよう密着した状態に成型している。これにより、ヘッド本体部が空気層などを介することなく熱伝導の良い状態で外部に表出されるので、ヘッド本体部で半導体素子の放熱部材を兼用することができる。
【選択図】図5
【解決手段】紫外線照射装置は、紫外線源として紫外線を照射可能な一以上の半導体素子を備えるヘッド部と、半導体素子に駆動電力を供給するための電源部を備えるコントローラ部と、ヘッド部とコントローラ部とを電気的に接続するための電気信号線を備えるケーブル部とを備えている。ヘッド部は、熱伝導性に優れた部材により、一方向に延長された形状に形成されたヘッド本体部で構成され、ヘッド本体部の一端面に半導体素子が熱伝導可能な状態に接触され、かつヘッド本体部の断面方向において空間層を生じさせないよう密着した状態に成型している。これにより、ヘッド本体部が空気層などを介することなく熱伝導の良い状態で外部に表出されるので、ヘッド本体部で半導体素子の放熱部材を兼用することができる。
【選択図】図5
Description
本発明は、小物部品の接着等に使用される紫外線硬化型の樹脂を硬化させる等の用途で紫外線を照射する紫外線照射装置及び紫外線照射装置用ヘッドに関する。
従来より、医療分野での生体内外部の紫外線照射による殺菌、治療、分光(発光)診断や、鉱物や古墳深部の観察等の分野、あるいは電子部品の組み立て作業における紫外線硬化型の樹脂を硬化させる目的等に、紫外線照射装置が利用されている。この内、紫外線硬化型の樹脂を硬化させる紫外線照射装置は、レジスト皮膜の形成や印刷の分野から光ピックアップ等の組立工程における小物部品の接着固定の分野まで広く使用されている紫外線硬化型の樹脂に対して紫外線を照射する目的で利用される。このタイプの紫外線照射装置は、電源回路等を内蔵した装置本体であるコントローラと、紫外線を照射するヘッドと、これらを接続するケーブルとを備えている。コントローラに紫外線源である高圧水銀ランプや水銀キセノンランプ、メタルハライドランプ等を内蔵し、コントローラとヘッドを接続するケーブルに内蔵された石英ガラス等の光ファイバでヘッドまで紫外線を伝達して、ヘッドから樹脂が塗布された接着部に照射される。このような紫外線照射装置を用いた小物部品の接着固定方法の従来例が特許文献1に記載されている。
特開平10−209492号公報
このような高圧水銀ランプ等を使用したランプ式の紫外線照射装置では、紫外線源に高圧水銀ランプや水銀キセノンランプを使用しているため、発熱量及び消費電力も大きく、冷却機構が必要で装置が大型化し高価になる上、常時点灯している構造のためエネルギー消費量が大きい、立ち上がり、立ち下がりに時間がかかる、ランプの寿命が短くなる等の欠点があった。加えて、紫外線出力の調整は機械的なシャッタで行われる構造のため、微細な調整が困難である。さらに、ランプが劣化してくるとガラスにクラックが生じることがあり、ガラス管内部に封入した高圧ガスによってガラス管が破裂する危険がある。このため、一定時間経過したランプは必ず交換する必要があり、ランニングコストが高くなることに加えて毎日など定期的に交換の確認作業を行う必要があり、手間がかかっていた。
これに対し出願人は、このような問題点を解決するものとして、紫外線源として紫外線発光ダイオード(UVLED)のような半導体素子を使用し、かつ紫外線源を本体のコントローラでなくヘッド側に設けた紫外線照射装置を開発した(特願2003−158958号、特願2003−425552号等)。これらの紫外線照射装置は、半導体素子であるUVLEDを使用しているため、出力の微調整が可能で高速に動作でき、長寿命で信頼性が高く、かつ低消費電力で使用できるといった優れた特長が得られる。
UVLEDのような半導体素子を紫外線源として使用する紫外線照射装置は、ヘッド側にUVLEDを設ける構成であるため、ヘッド部はUVLEDの発熱を十分に放熱するための放熱機構を備える必要がある。しかしながら、ヘッド部の小型化の要求のためヘッド構造部材を小型化すると、放熱面積が縮小するなど放熱性能が低下してUVLEDの放熱性が低下するという問題がある。UVLEDの放熱性が不十分になると、熱によってUVLEDの性能が低下し、出力低下を招いたり素子の寿命が短くなるという問題がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、ヘッド部の放熱性を改善し紫外線源である半導体素子の信頼性を向上させた紫外線照射装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の紫外線照射装置は、紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を照射する紫外線照射装置であって、紫外線源として紫外線を照射可能な一以上の半導体素子を備える一以上のヘッド部と、半導体素子に駆動電力を供給するための電源部を備えるコントローラ部と、ヘッド部とコントローラ部とを電気的に接続するための電気信号線を備えるケーブル部とを備えている。ヘッド部は、熱伝導性に優れた部材により、一方向に延長された形状に形成されたヘッド本体部で構成され、ヘッド本体部の一端面に半導体素子が熱伝導可能な状態に接触され、かつヘッド本体部の断面方向において空間層を生じさせないよう密着した状態に成型している。この構成により、ヘッド本体部が空気層などを介することなく熱伝導の良い状態で外部に表出されるので、ヘッド本体部で半導体素子の放熱部材を兼用することができる。この結果、ヘッド本体部に別途放熱部材を付加せずとも、半導体素子の発熱が熱伝導されてヘッド本体部表面から効率よく放熱でき、ヘッド部の小型化を維持しつつ放熱特性の改善により半導体素子の信頼性、安定性を増すことができる。
また、本発明の第2の側面に係る紫外線照射装置は、ヘッド本体部は金属で一体に形成されている。この構成により、ヘッド本体部の放熱性は極めてよくなり、半導体素子の発熱が効率よくヘッド本体部表面から放熱され、放熱特性を改善できる。
さらに、本発明の第3の側面に係る紫外線照射装置は、さらにヘッド本体部の表面の少なくとも一部に複数条の凹凸条が形成されている。この構成により、ヘッド本体部の表面積を増やして放熱性をさらに向上させることができる。
さらにまた、本発明の第4の側面に係る紫外線照射装置は、さらに凹凸条が、ヘッド本体部の延長方向に沿って形成されている。この構成により、ヘッド本体部の長手方向に凹凸条を沿わせることで、空気を凹凸条に沿って流すようにしてヘッド本体部の放熱性をさらに向上させることができる。
さらにまた、本発明の第5の側面に係る紫外線照射装置では、ヘッド部がさらに、半導体素子の前面に配置される集光レンズを保持するためのレンズホルダを備え、ヘッド本体部は、レンズホルダと略等しい外径で円柱状に形成され、一端にレンズホルダを装着可能に構成している。この構成により、集光レンズを備えるレンズホルダをヘッド本体部と別ユニットとして交換可能とし、用途に応じて異なるレンズに容易に変更できる。
さらにまた、本発明の第6の側面に係る紫外線照射装置では、ケーブルがさらに、電気信号線を被膜する被覆シールドを含んでおり、被覆シールドがヘッド本体部と熱伝導するように接続されている。この構成により、ケーブルに含まれる被覆シールドを、ノイズ対策のシールドとして利用するのみならず、半導体素子の発熱の一部を熱伝導してケーブル側に導き、ケーブルを介して放熱性を高めることができる。
さらにまた、本発明の第7の側面に係る紫外線照射装置は、被覆シールドが熱伝導性に優れた金属で構成されている。この構成により、さらにケーブルによる放熱性を向上させることができる。
さらにまた、本発明の第8の側面に係る紫外線照射装置は、ヘッド部はさらに、ヘッド本体部の他端面に、ケーブルを接続するためのケーブルホルダを備え、ケーブルホルダを介して被覆シールドとヘッド本体部とが熱伝導状態に接続されている。この構成により、ケーブルの被覆シールドとヘッド本体部とを確実に熱伝導状態に接続して放熱性の向上に寄与させることができる。
さらにまた、本発明の第9の側面に係る紫外線照射装置は、さらに、ヘッド部を所望の姿勢で保持するためのヘッドホルダを備えてなり、ヘッドホルダがヘッド部を保持する保持部を熱伝導性に優れた金属により構成している。この構成により、ヘッドホルダの保持部とヘッド部との接触面からも効率よく熱伝導できるので、さらに放熱性を高めて安定して使用できる利点が得られる。
さらにまた、本発明の第10の側面に係る紫外線照射装置は、半導体素子が紫外線発光ダイオードである。紫外線発光ダイオードはその出力光の波長が比較的急峻なピーク値を持ち、熱線などの成分を殆ど含まないため、対象物を加熱することなく紫外線を効果的に照射できる。また紫外線発光ダイオードは小型、低消費電力であり、しかも反応が高速であるためパルス制御によるON/OFF等を電気的に行うことができ、従来の紫外線源に高圧水銀ランプ等を使用した紫外線照射装置に比べてシャッタの開閉といった機械的動作がないため劣化や寿命の問題を解消し、信頼性高く安定して使用できる利点が得られ、正確な制御が可能となる。
さらにまた、本発明の第11の側面に係る紫外線照射装置用ヘッドは、紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を照射する紫外線照射装置に接続可能な紫外線照射装置用ヘッドであって、紫外線源として紫外線を照射可能な一以上の半導体素子を備えるヘッド部と、紫外線照射装置とヘッド部とを電気的に接続し、紫外線照射装置から半導体素子に駆動電力を供給するための電気信号線を含むケーブル部とを備えている。ヘッド部は、熱伝導性に優れた部材により、一方向に延長された形状に形成されたヘッド本体部で構成され、ヘッド本体部の一端面に半導体素子が熱伝導可能な状態に接触され、かつヘッド本体部の断面方向において空間層を生じさせないよう密着した状態に成型している。この構成により、ヘッド本体部が空気層などを介することなく熱伝導の良い状態で外部に表出されるので、ヘッド本体部で半導体素子の放熱部材を兼用することができる。この結果、ヘッド本体部に別途放熱部材を付加せずとも、半導体素子の発熱が熱伝導されてヘッド本体部表面から効率よく放熱でき、ヘッド部の小型化を維持しつつ放熱特性の改善により半導体素子の信頼性、安定性を増すことができる。
さらにまた、本発明の第12の側面に係る紫外線照射装置用ヘッドは、紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を半導体素子から照射する紫外線照射装置に、半導体素子に駆動電力を供給するための電気信号線を含むケーブル部を介して接続可能な紫外線照射装置用ヘッドであって、紫外線源として紫外線を照射可能な一以上の半導体素子と、熱伝導性に優れた部材により、一方向に延長された形状に形成されたヘッド本体部とを備えており、ヘッド本体部の一端面に半導体素子が熱伝導可能な状態に接触され、かつヘッド本体部の断面方向において空間層を生じさせないよう密着した状態に成型している。この構成により、ヘッド本体部が空気層などを介することなく熱伝導の良い状態で外部に表出されるので、ヘッド本体部で半導体素子の放熱部材を兼用することができる。この結果、ヘッド本体部に別途放熱部材を付加せずとも、半導体素子の発熱が熱伝導されてヘッド本体部表面から効率よく放熱でき、ヘッド部の小型化を維持しつつ放熱特性の改善により半導体素子の信頼性、安定性を増すことができる。
以上のように本発明の紫外線照射装置及び紫外線照射装置用ヘッドによれば、ヘッド部の放熱性を向上させて半導体素子で発生した熱を効率よく放熱できるので、半導体素子を保護して信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための紫外線照射装置及び紫外線照射装置用ヘッドを例示するものであって、本発明は紫外線照射装置及び紫外線照射装置用ヘッドを以下のものに特定しない。また本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(実施の形態1)
(実施の形態1)
図1に、本発明の実施の形態1に係る紫外線照射装置のブロック図を示す。この図に示す紫外線照射装置100は、コントローラ部110とヘッド部120とがケーブル部130で接続される。ヘッド部120には、紫外線硬化型樹脂を硬化させるための紫外線を発する紫外線源として半導体素子150であるUVLED151、紫外線を集光、偏光するためのレンズ部1260、ヘッド部120の種別に関するヘッド種別情報を保持するメモリ部1227及びヘッド部120を他のヘッド部と区別するための識別情報を表示する識別部121が内蔵されている。コントローラ部110は、ヘッド部120の紫外線源を駆動するための電源部112及び制御部114、記憶部116、並びに設定内容等を表示させる表示部142、紫外線照射条件等を設定する設定部140(後述)を備え、ケーブル部130を介して紫外線源の駆動信号(電気信号)をヘッド部120に送信する。
(ヘッド部120)
(ヘッド部120)
図27〜図28に、出願人が先に開発したヘッド部920の外観を示す。図27はヘッド部920の正面図であり、図28は分解図をそれぞれ示している。これらの図に示すヘッド部920は、基端側にケーブル部930が接続されたヘッド本体部922と、その先端側に着脱自在に結合した冷却ブロック924と、その先端側に着脱自在に結合した交換可能なレンズホルダ926とを備えている。ヘッド本体部922はユーザが把持できる程度の大きさとし、図28に示すように、上下に分かれるケース部材9221及び9222と、基端部材9223とが組み合わされた中空箱形のケースを備え、その内部に基板9224が収容されている。基端部材9223にはケーブル部930が接続されるケーブル用コネクタ9225が取り付けられ、ケーブル用コネクタ9225を介してケーブル部930と基板9224が電気的に接続される。
このヘッド部920は、紫外線源としてUVLED951を内蔵すると共に、これを駆動するための回路や識別情報を保持するメモリを備えているため、従来の高圧水銀ランプ等を使用した紫外線照射装置のヘッド部に比べて若干大型化していた。特に半導体素子は、従来の高圧水銀ランプ等に比べれば発熱量は圧倒的に少ないものの、駆動の際の損失は依然として熱として生じるため、何らかの放熱機構が必要となる。しかしながら、ヘッド部の大きさ、特に外径を従来と同程度まで小型化しようとすれば、放熱できる面積が小さくなり放熱性能が低下するという問題があり、放熱性をさらに向上させる必要が生じた。放熱を妨げる要因を検討したところ、空気層の介在が熱伝導性を妨げていることが判明した。例えばケーシング等の外装部材にUVLEDを保持するためのUVLEDホルダを挿入する構成では、UVLEDホルダとケーシングとの間に隙間が生じるため、この部分で熱伝導が極めて悪くなる。そこで、UVLEDホルダの周囲を覆う外装部材を使用せず、UVLEDホルダ自体をヘッド本体部として外部に表出させることにより、空気層の介在を無くして直接放熱させ、熱伝導を向上させることに成功とした。この構成に係るヘッド部を図2〜図6に示す。これらの図において、図2はヘッド部120の外観を示す斜視図、図3はヘッド部120の側面図、図4は断面図、図5は図4の分解断面図、図6は図5のVI−VI’線における断面図を、それぞれ示している。これらの図に示すヘッド部120は、レンズホルダ126と、ヘッド本体部122と、ケーブルホルダ132とで構成される。
(ヘッド本体部122)
(ヘッド本体部122)
ヘッド本体部122は、円柱状に形成され、細長く延長されることで表面積を増して放熱性の向上を図っている。このヘッド部120は、UVLED151を保持するためのUVLEDホルダをそのままヘッド本体部122として利用し、これによってヘッド本体部122にUVLED151の放熱部材としての機能を持たせている。ヘッド本体部122の先端面には、図4および図5に示すようにUVLED151が載置される。ここではUVLED基板151a上に半導体層が積層されてパッケージされたUVLED151を使用し、UVLED基板151aの裏面が放熱面となる。ヘッド本体部122の先端面は平滑面として、UVLED基板151aの全面と密着するように接着される。UVLED基板151aとヘッド本体部122との接触面積は可能な限り大きくする。これにより、UVLED151の駆動により発生される熱は、ヘッド本体部122に確実に熱伝導される。好ましくはヘッド本体部122の先端面にUVLED基板151aの外形に応じた段差を形成してUVLED151を位置決めする。また、熱伝導シートやグリース等を接触面に介在させて、熱結合を向上させても良い。
ヘッド本体部122の外径は、好ましくは従来のランプ型紫外線照射装置のヘッドとほぼ等しい外径に設計され、例えばφ10〜15mm、好ましくは12mmとする。ヘッド部120の外径を従来タイプとほぼ同じとすることで、既存のヘッド部固定治具などのヘッドホルダ1202と寸法上の互換性を維持してそのまま利用できる。また外径を小さくすることで、狭い部位にヘッド部を挿入し易くでき、あるいは複数のヘッド部を並べて配置する際に干渉しないといった利点が得られる。ヘッド本体部122の長手方向の長さは、長いほど表面積が広くなり放熱性が向上するが、使用条件や設置場所などから求められるサイズを考慮して設定され、例えば50〜150mmとする。
ヘッド本体部122は、熱伝導性に優れた金属製とする。例えばアルミニウムや銅、鉄等とする。特にアルミニウムは熱の表面放射率が高く、また軽量かつ安価にできる利点があるので好ましい。この例では、ヘッド本体部122はアルミニウムによる一体成形としている。ただ、複数の部材を組み合わせて一体的にヘッド本体部を構成することもできる。複数部材でヘッド本体部を構成する場合は、各部材同士の接合面に隙間が生じないようにできる限り密着させることが好ましい。これによって空気層による熱伝導の悪化を阻止できる。
以上のようにUVLEDホルダでヘッド本体部を構成して外装及び基板収納の役割を持たせることで、放熱部材を外気に直接触れるようにして熱伝導の効率を悪くする空気層を排除し、さらに熱を放出する経路を短くできるため、放熱の効率を向上させることができる。本発明者が試作したところ、UVLEDを使用したヘッド部(外径20×20mmの矩形状、長さ100mm)を小型化した際(外径φ12mm、長さ110mm)、約35℃の温度上昇が生じたが、上記構成によって温度上昇を25℃程度まで抑えることに成功した。なお要求される放熱性能は、使用されるUVLEDの仕様や個数、使用環境に依存する。例えば、UVLEDの出力パターンをパルス照射とすれば発熱量を抑えられる。したがって、これらに応じて十分な放熱性が得られるように、ヘッド部の構造や材質、形状等を設計する。
(レンズホルダ126)
(レンズホルダ126)
ヘッド本体部122の先端面には、レンズホルダ126が装着される。レンズホルダ126は、半導体素子であるUVLED151の前面に配置されるレンズ部1260を保持するための部材である。レンズホルダ126は、ヘッド本体部122の外径とほぼ等しい外径の円筒状とする。この例では、円筒状のレンズホルダ126の後端を開口し、ここにヘッド本体部122の先端を挿入して固定する。図4及び図5の断面図に示すように、レンズホルダ126をヘッド本体部122の先端に装着した状態でほぼ外径が等しくなるように、ヘッド本体部122の先端の外径を、レンズホルダ126の肉厚に相当する厚さ分だけ小さくし、レンズホルダ126をヘッド本体部122の先端に被せた状態でほぼ同一平面となるように設計している。レンズホルダ126とヘッド本体部122との固定は、図の例ではレンズホルダ126にヘッド本体部122の先端を挿入した状態で止めネジ1229で固定する方法が採用される。この構成では、接触面積を大きくとることができ、かつ止めネジ1229で円周上の左右からヘッド本体部122をレンズホルダ126側に引き寄せることで、接触面で確実に接触できる利点が得られる。なお、止めネジの螺合は専用の工具で操作するようにすれば、ユーザによる分解を制限して意図しない設定を未然に防止できる。あるいは、他の接続方法としてレンズホルダの内面とヘッド本体部先端の表面にネジ山を形成する方法なども利用できる。このようにヘッド本体部とレンズホルダの熱伝導をよくすることで、レンズホルダの表面積に相当する分の放熱性能を加算できる。特にレンズホルダ126はUVLED151に近い位置にあるため、放熱の経路が短くなり放熱の効率が良い。
(レンズユニット128)
(レンズユニット128)
レンズホルダ126は、先端にレンズユニット128を固定している。レンズユニット128は、レンズホルダ126が収納する光学系レンズ1261を保持するための部材である。図5の例では、レンズユニット128をレンズホルダ126から脱着式として、レンズユニット128とレンズホルダ126との間に形成される空間で光学系レンズ1261を保持している。この構成では、レンズユニット128をレンズホルダ126から分離することで光学系レンズ1261を交換できる。レンズユニット128とレンズホルダ126との固定も、レンズホルダ126とヘッド本体部122との固定と同様に、例えば止めネジで固定する。
(光学系レンズ1261)
(光学系レンズ1261)
レンズホルダ126には、レンズ部1260として、UVLED151から発した紫外線を集光するための1又は複数の光学系レンズ1261が収容されている。図7に、UVLEDと光学系レンズ1261を構成を示す。図4及び図5にも示すように、この例では光学系レンズ1261を第1のレンズ1261Aと第2のレンズ1261Bとの2枚で構成している。第1のレンズ1261Aはレンズホルダ126に収納し、第2のレンズ1261Bはレンズユニット128に収納している。レンズは1枚で構成することもできるが、屈折率の関係から1枚のレンズではレンズサイズが大きくなる傾向がある。そこで実施の形態1では、光学系レンズ1261を2枚として第1のレンズ1261Aと第2のレンズ1261BでUVLED151からの紫外線を外部に照射する構造とすることで、レンズ自体のサイズを小型化でき、ひいてはレンズホルダ126やヘッド部120の小型化に貢献する。
第1のレンズ1261Aとしては、製造の容易さを考慮すれば球面レンズを使用することが好ましいが、サイズなどの面から図7の例では半球状レンズを使用している。半球状レンズによってUVLED151から拡散されて出射された紫外光をほぼ平行光とする。また第2のレンズ1261Bは対物レンズとして、曲率の異なるレンズを使用することでスポット径や中心照度を調整することができる。特に実施の形態1では、レンズユニット128を脱着式としており、レンズユニット128を分解して異なる対物レンズに変更することができ、これによってユーザが容易にスポット径や照度を変更できる。またレンズホルダ126も分解可能とし、レンズの合成焦点距離が異なる複数種類のレンズに交換可能とすることにより、同一のヘッド部120を使用しながら、ヘッド部120の先端と紫外線照射対象(紫外線硬化型樹脂による接着固定部)との距離が変化する場合に対応することができる。
本実施の形態で説明したヘッド部において、UV光の出射方向は図2等の例では、ヘッド本体部122の端面から長手方向に沿って出射される(ストレートタイプ)。ただ、この構成に限られず、例えばヘッド本体部の端面に配置されたUVLEDの出射面をヘッド本体部の側面方向に向け、UV光をヘッド本体部の側面方向に出射させるアングル状のタイプとすることもできる。
(ケーブルホルダ132)
(ケーブルホルダ132)
一方、ヘッド本体部122の後端にはケーブルホルダ132が固定される。ケーブルホルダ132は、ケーブル部130とヘッド部120とを接続するための部材である。ケーブル部130を固定したケーブルホルダ132とヘッド本体部122との接合面は、可能な限り接触面積を大きくして熱伝導性をよくしている。ケーブルホルダ132の断面図を、図8〜図10に示す。図8はケーブルホルダ132の斜視図を、図9はケーブルホルダ132の縦断面図を、図10は図9のX−X’線における断面図を、それぞれ示している。
(基板の収納空間123)
(基板の収納空間123)
ヘッド本体部122は、図5及び図6の断面図に示すように、ケーブルホルダ132と対向する面に、基板1224を収納するための空間123を設けている。基板1224は、ヘッド部120の識別情報を記録するためのメモリ部1227と、UVLED151の動作状態を示すインジケータLED1226を備えている。また図5及び図6に示すように、基板1224とUVLED151とはリード線1225等によって電気接続されている。このため、ヘッド本体部122には長手方向に沿ってリード線1225を通すためのリード用穴124が貫通されている。また配線はコネクタやハーネスなどを使用しない直付けとすることで、さらに小型化を図ることができる。基板の収納空間123をヘッド本体部122に設けることによって熱伝導が低下するのを抑えるために、収納空間は可能な限り狭くする。図5及び図6の断面図に示すように、実施の形態1では基板1224が収納できる大きさのスリット状に収納空間を形成している。また基板1224を収納後、収納空間に樹脂等を充填して封止することで、基板1224を確実に固定すると共に、空気層を排除して熱伝導を向上させることができる。同様に、リード用穴124にも樹脂などを充填してもよい。
(ケーブル部130)
(ケーブル部130)
ケーブル部130は電源線と信号線を束ねたワイヤーハーネスが使用される。このケーブル部130は、光ファイバ等の光路を含まないシンプルな電気信号線であるため、折曲角の制限や光減衰等に起因する全長の制約を受けず、従来の紫外線照射装置で使用されていたフレキシブルケーブルに比して細くて軽くでき、柔軟性が高く取り扱いが極めて容易となる。また全長の制約もなく、長くすることもできる。図10の断面図に示すケーブル部130は、内部に複数の電気信号線や電源線の芯線1301を通し、周囲をフッ素樹脂などの絶縁材1302で被膜し、さらに被覆シールド1303、編組線1304で周囲を覆い、最後に外被シース1305としてPVCなどで被膜されている。
更に、ケーブル部130については、図29に示すように、ヘッド本体部122Aに直接連結している部分130Aと、コントローラ部側から伸びている部分130Bとを、コネクタ等の連結部材134によって着脱可能な構成とすることもできる。この際、コネクタを設ける位置は、ケーブル部全長としてはヘッド本体部122に近い側の位置に設けることが好ましい。図29の例では、ヘッド本体部122Aの端部より約300mmの位置にコネクタを設けている。この構成により、本紫外線照射装置本体を設備に組み込んだ際の、コントローラ部へのヘッド部の装着が容易になると共に、ヘッド部の交換の際にもヘッド本体部近傍のみで作業を行うことができ、作業性の向上を図ることができる。
(被覆シールド1303)
(被覆シールド1303)
ケーブル部130として、好ましくは図10の断面図に示すように芯線1301を被膜する被覆シールド1303を含むタイプを使用する。被覆シールド1303は、ケーブル内に専用に設ける他、ケーブルのノイズ特性を向上させるために外被シース1305の裏面にアルミ箔等をコーティングしてシールド性を高めた既存のケーブルを用いて、アルミ箔を被覆シールド1303として利用できる。この被覆シールド1303は、電気伝導のみならず熱伝導性に優れたアルミニウムや銅などの金属で構成されていると、放熱経路として利用することもできる。すなわち、被覆シールド1303がヘッド本体部122と熱伝導するように熱結合される。具体的には、ケーブルホルダ132に被覆シールド1303を熱伝導状態に接続することによって、UVLED151で発生した熱の一部を被覆シールド1303に伝達してケーブル側に放熱できる。この接続状態は図9の断面図に示される。この例では、ケーブル部130の端面から被覆シールド1303を引き出し、外被シースを固定リング1306でかしめや圧着により固定した後、被覆シールド1303を外側に折り返して固定リング1306と接触させる。この状態で被覆シールド1303の上からケーブルホルダ132をケーブル部130に固定して、被覆シールド1303とケーブルホルダ132とを熱伝導可能な状態に熱結合する。ケーブルホルダ132は、図8に示すように側面に開口された止めネジ1307により、ケーブル部130と固定される。止めネジ1307は、ケーブルホルダ132の側面1カ所で固定する他、2カ所以上で固定することによって確実に固定できる。さらにケーブルホルダ132は、固定ネジ1308によりヘッド本体部122の後端面と確実に面接触を得る状態に固定される。これによって被覆シールド1303とヘッド本体部122とを確実に熱伝導状態に接続して、放熱性の向上に寄与させることができる。
さらに、コントローラ部側で被覆シールド1303をヒートシンク等のコントローラ側放熱部材に熱結合すれば、より一層放熱性を高めることもできる。さらに放熱力を高めるために放熱手段としてヒートパイプを設けたり、冷却ファン等による空冷、水冷、ペルチェ素子などをコントローラ側に付加することもできる。なおヘッド部側に放熱部材を付加することもできるが、ヘッド部のサイズが大型化するため小型化とのバランスを考慮して設計される。
(ヘッドホルダ1202)
(ヘッドホルダ1202)
また、ヘッド部120を所望の姿勢で保持するためのスタンドといったヘッドホルダに熱伝導させることで、放熱性をさらに向上させることもできる。ヘッドホルダ1202の一例を、図11〜図12に示す。図11に示すヘッドホルダ1202は、ヘッド本体部122の側面を両側から狭持してヘッド部120を所定の姿勢にて固定する保持部1203を備える。また図12に示すヘッドホルダ1202Bの保持部1203Bは、ブロック状に形成され、ヘッド本体部122の外径とほぼ等しい開口部を形成し、かつ開口部の内径を調整するために開口部の長さ方向に表出させた切り欠きを形成している。これらのヘッドホルダ1202は、ヘッド部120を所望の位置、姿勢に保持して固定する機構である保持部1203を熱伝導性に優れた金属で構成することで、ヘッド部120との接触面からヘッドホルダ1202側に熱伝導して放熱性を向上できる。
(凹凸条1204)
(凹凸条1204)
さらにヘッド本体部の外部表面には、複数条の凹凸条1204を形成することもできる。図13および図14に、各々異なる凹凸条1204を形成したヘッド部220、320の外観を示す。これらの図に示すように、ヘッド本体部222の表面に溝状に凹凸を形成することにより、表面積を増すことで外気との接触面積を増やし、放熱性をさらに向上させることができる。図13に示すヘッド部220は、ヘッド本体部222の一部に、長手方向に沿って凹凸条1204を形成している。図13の例では、レンズホルダ126と面する位置から、断面矩形状の凹凸条1204をほぼ等間隔に平行に形成している。この構成によって外気が凹凸条1204に沿ってヘッド本体部222の長手方向に流れ易くなり、ヘッド本体部222の放熱性をさらに向上させることができる。また図14のヘッド部320では、ヘッド本体部322の円周方向に凹凸条1204Bを形成している。この構成では、凹凸パターンが放熱効率の向上に加えてヘッド部320を把持する際の滑り止めとしても機能する。さらに円周方向の凹凸パターンは、蛇腹状のフレキシブルパイプを利用することでも実現できる。この場合、パイプ内部に空隙が生じると放熱性能が低下するため、弾性を備える樹脂などで充填することが好ましい。
以上のようにヘッド本体部表面に凹凸状を形成する場合、ヘッドホルダと固定する際の接触面積を大きくするために、凹凸条を設けていない位置でヘッドホルダにて把持したり、あるいは凹凸条の位置で把持する場合はヘッドホルダの保持部の形状を凹凸条に合致する形状に形成したり、保持部とヘッド本体部との間に弾性変形する熱伝導シートを介在させる、あるいは保持部の保持面にこのような熱伝導シートを固定しておく等の構成を採用することが好ましい。
さらに以上の構成に限られず、凹凸条のパターンや形成する位置は、ヘッド部の大きさや要求される冷却能力に応じて適宜変更できる。例えば凹凸条を斜めに形成したり、交差させた網目状に形成する方法や、円柱状、角柱状に突出させるパターンとしたり、これらを組み合わせる等の方法により、ヘッド本体部の外部表出面積を増やすこともできる。またヘッド本体部のみならず、例えばレンズホルダやケーブルホルダ等にも凹凸条のパターンを形成してもよい。
(メモリ部1227)
(メモリ部1227)
一方、ヘッド部120では、ケーブル部130を介して駆動素子とUVLED151が接続される。またメモリ部1227は、ヘッド部120の種別に関するヘッド種別情報を保持する。ヘッド種別情報とは、スポットタイプや面発光タイプといったヘッド部120の種別、あるいは各ヘッド部120に採用されるLED素子の光量ばらつきに対する駆動電流の補正値等のLED素子別の固有情報である。ここでは、ヘッド部120の駆動電圧が4.0Vであることを保持している。メモリ部1227及びUVLED151は、それぞれ個別の電気信号線により同一のケーブル部130を介してコントローラ部110と接続される。メモリ部1227は制御部114とケーブル部130を介して接続され、制御部114がメモリ部1227にアクセスして記録内容を読み取り可能としている。メモリ部1227は不揮発性メモリであるE2PROMが好適に利用できる。またこのメモリ部1227は、ヘッド部120の稼働時間を記憶したり、UVLED151のLED素子の光量ばらつきに対する駆動電流の補正値等のLED素子別の固有情報(初期特性)を記録することもできる。このようなメモリ部1227は、既存のヘッド部に備えられているため、実施の形態1では既存のメモリ部を使用してヘッド部の種別をコントローラ部に通知できるので、新たな部材を付加することなくヘッド部の判別機能を低コストで容易に実現できる。
さらに半導体素子は使用するにつれて出力が低下する傾向がある。また半導体素子毎に特性のばらつきなども存在する。したがって各ヘッド部320で同一の紫外線出力が得られるよう、ヘッド部320が備える半導体素子の出力に関する情報を保持しておく必要がある。特に複数のヘッド部320を使用する場合、各ヘッド部320の仕様が共通であればヘッド部320の交換が可能であり、一のヘッド部が異なるコントローラ部の異なるヘッド接続部に接続されることがある。このような場合でも各ヘッド部を正しく制御できるように、各ヘッド部の半導体素子の特性に関する情報をヘッド部側に持たせておく必要がある。このため、各ヘッド部320は半導体素子に関する情報を保持するメモリ部を備えている。メモリ部は好ましくは半導体メモリで構成され、例えばE2PROMなどの不揮発性メモリが利用される。メモリ部は、半導体素子の使用時間、例えば駆動時間の積算値や、紫外線出力と駆動時間の積分値等の情報を保持する。このメモリ部は、上述したヘッド種別情報を保持するメモリ部1227と共用することができ、これよりコントローラ部でヘッド部の種別を検出して、これに応じた電源出力に設定される。このように、メモリ部はヘッド部に固定されていればよく、ヘッド部本体またはケーブル部のいずれに設けることも可能である。したがって、ヘッド種別情報を保持するメモリ部1227と別部材としてもよい。
次に、紫外線照射装置の動作について図1に戻って説明する。紫外線照射装置は、紫外線照射条件を設定する設定モードと、実際に紫外線を照射する照射モードとを切替可能である。設定モードにおいて設定部140(後述)で設定された紫外線照射条件は、記憶部116に保存される。設定部140は、複数の紫外線照射条件を設定して記憶部116に保存する。照射モード時に制御部114が記憶部116から必要な紫外線照射条件設定を呼び出し、この設定に従って制御部114は電源部112からヘッド部120に駆動電流を供給し、ヘッド部120の半導体素子150を制御する。紫外線照射条件は、各ヘッド部毎に独立して設定可能である。
コントローラ部110は、ヘッド部120を接続するためのヘッド部接続部160を複数設けている。複数のヘッド部接続部160に各々スポットタイプまたは面発光タイプのヘッド部を接続し、一台のコントローラ部で複数のヘッド部を制御することができる。各ヘッド部接続部160は、それぞれ固有のチャンネル番号を割り当てられており、チャンネル番号によって他のヘッド部接続部と区別される。図1の例では、チャンネル1〜4の4チャンネルのヘッド部接続160が設けられており、各ヘッド部接続部160にはヘッド部120が接続される。
各ヘッド部120は、コントローラ部110から駆動電流を受けて紫外線源を動作させ、紫外線Uを外部に照射する。さらにヘッド部120は、図1に示すように各ヘッド部120をチャンネル毎に区別する識別情報を表示可能な識別部121を設けている。識別情報は、チャンネル番号に関する情報を表示することで、ユーザがヘッド部毎に割り当てられたチャンネル番号を理解し、これによって複数のヘッド部を相互に区別する。識別情報の表示は、直接的にチャンネル番号を表示する他、複数の点灯の組み合わせや点灯パターン等が利用できる。したがって、ここでいう表示には、数字や文字情報の表示のみならず、点灯による情報表示も含む。また点灯には、連続的な灯火表示の他、点滅や強弱を付けた点灯表示も含む。ヘッド部120の識別を行うときは、紫外線照射装置に対して識別動作の実行をコントローラ部110の設定部140から指示する。識別動作が指示されると、コントローラ部110の制御部114は識別信号を生成し、ヘッド部120側に送出する。ヘッド部120は、識別信号を受けると識別部121に識別情報を表示する。ユーザはヘッド部120の識別部121に表示される識別情報を見てチャンネル番号を把握し、これに基づいてヘッド部120を区別できる。識別部121は、識別情報を示すための表示を行う部材であり、点灯部を備える。点灯部は発光素子で構成され、例えば電球や半導体発光素子が使用できる。好適にはLEDが使用される。
(紫外線源)
(紫外線源)
紫外線源である半導体素子150には、発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)等の半導体発光素子が利用できる。これらの半導体素子は高圧水銀ランプ等に比して小型で高効率であり発熱量も少なく、長寿命で機械的振動にも強いといった優れた特長を備えており、理想的に使用できる。実施の形態1においては、半導体素子として直接紫外光を照射する紫外線発光ダイオード(UVLED)151を使用する。UVLED151は、例えば活性層(発光層)に一般式がInxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される窒化物系化合物半導体を使用したものが利用できる。また発光層にはダブルへテロ構造や単一量子井戸構造(SQW)、多重量子井戸構造(MQW)等を適宜採用できる。なお、紫外線を直接照射するUVLEDに限られず、例えば波長変換素子等を使ってLEDの照射光を紫外光に変換する構成も適宜採用できることは言うまでもない。UVLEDは必要時のみ点灯し、言い換えると常時点灯させないことで、電力消費を抑え、UVLEDの寿命を長くできる。半導体素子から出力される紫外線の波長としては、300〜400nm近傍、例えば波長380nm付近、あるいは365nm付近の近紫外線が利用でき、使用される紫外線硬化型樹脂に応じて波長が決定される。本実施の形態では、UVLEDとして底面が略正方形のパッケージタイプを使用し、パッケージに内蔵されたUVLEDチップから所定の波長の紫外線が照射される。ここでは中心ピーク波長が365nmのUVLEDチップを使用した。UVLED151の裏面に位置するUVLED基板151aに接触させることにより、UVLED151にて発生される発熱はUVLED基板151aを介してヘッド本体部122へ容易に伝達させることができる。
(紫外線硬化型樹脂)
(紫外線硬化型樹脂)
紫外線硬化型樹脂としては、紫外線を照射されると硬化するあらゆる樹脂が採用でき、例えば脂環式エポキシ樹脂及びグリシジル基含有エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂や紫外線活性化カチオン重合触媒、カチオン重合抑制剤を含む樹脂等が利用できる。このような紫外線硬化型樹脂組成物を対象物の表面に塗布した後、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂組成物の硬化皮膜を形成する。
(ケーブル部130)
(ケーブル部130)
ケーブル部130は、コントローラ部110のヘッド接続部と接続するためのケーブル側インターフェース131を備えている。ケーブル側インターフェース131は例えばコネクタやソケット、ピンなどが利用できる。このケーブル側インターフェース131に、ヘッド部の種別を判別する機構を設け、電源切替部として機能させることもできる。例えば、ケーブル部のコネクタ部分の形状をヘッド部毎に変更し、いずれのヘッド部もヘッド接続部に物理的に接続可能な構成とする一方で、ヘッド部に応じて専用のピンや切り欠き等の判別機構を設けて、これに基づいてヘッド部を区別する。判別機構には端子などの電気信号によりヘッド部を判別する他、物理的に検出する機構を採用しても良い。例えばコネクタを接続するとピンがスイッチを押し込むようにしてヘッド部に応じてスイッチを切り替えるようにしたり、ピンの有無やピンの長さなどによってスイッチの押し込み深さを変更し、この段階に応じてヘッド部を判定する構成等が採用できる。さらに、実施の形態1ではケーブル部130はヘッド部120と一体的に構成されている。具体的にはケーブル部130の一端でケーブル側インターフェース131を設けていない側をヘッド部と固定している。ただ、ヘッド部をケーブル部と着脱式にして別部材とすることも可能である。
ヘッド部に内蔵される基板1224は、ケーブル部130から受けた駆動電流をUVLED151に供給して駆動制御するための電子部品を備える。基板1224上には、紫外線照射のON/OFF状態を表示するインジケータとして、インジケータLED1226が実装されている。図5の例では、基板1224上に配置されたインジケータLED1226がヘッド部の外部から確認できるように、ヘッド本体部122の対応する位置に開口窓1226Aを開口している。インジケータLED1226は輝度や要求される光量に応じて、1または2以上配置する。
基板1224上には、コントローラ部110の制御部114で生成された駆動信号を受けて、UVLED151に駆動電流を供給するための各種電子部品や、メモリ部1227、調整回路等が実装されている。メモリ部1227は、ヘッド部120の稼働時間を記憶し、またUVLED151の初期特性を記録するため等に使用され、不揮発性メモリであるE2PROMが好適に利用できる。
(UVLED151の調整作業)
(UVLED151の調整作業)
UVLED151等の半導体素子は、駆動電流に対する出力のリニアリティが良いが、使用時間と共に出力が低下する傾向にある。駆動電流の調整は、電流調整用トリマ等の半固定抵抗等で構成された調整回路によって、各ヘッド部120毎に行う。調整回路はヘッド部120内の基板1224に実装して外部から調整できないよう構成することで、調整回路の意図しない操作によって駆動電流が変更される事態を回避している。ただ、外部から駆動電流の調整作業を行えるような構成を採用することも可能である。例えば、特殊な形状の工具で抵抗値を調整できるようにする、あるいは小さな孔をヘッド部120のケースに開口して、この孔から抵抗値を調整可能とする、あるいはまたコントローラ部110やヘッド部120に設けられた個別設定スイッチの長押し等、特定の操作により調整回路の調整機能を呼び出せるようにする等の方法が採用できる。
このような駆動電流の調整を定期的に行うため、各ヘッド部120の使用時間が一定時間に達する毎に、ユーザに報告し、駆動電流の調整作業を促す。各ヘッド部120に設けられたメモリ部1227は、UVLED151の駆動時間の積算値、すなわち駆動積算時間を更新記憶する。コントローラ部110の制御部114は、D/A変換部及び駆動回路等を介してヘッド部120のUVLED151の駆動を制御すると共に、その駆動時間の積算値をヘッド部120のメモリ部1227に書き込む。この書き込み(更新記憶)は、所定時間ごと(例えば1分ごと)に行われる。そして、制御部114は、メモリ部1227から読み出した駆動積算時間が所定の要調整時間に達すれば、UVLED151の調整作業を行うよう報知出力を行う。報知出力として、例えばLEDの点滅表示やブザー鳴動等が使用される。あるいは、コントローラ部110にメッセージ表示可能な表示器が備えられている場合は、それを用いてUVLED151の調整作業を促すメッセージの表示を行ってもよい。ユーザは報知出力によって調整作業が必要な時期に達したことを把握し、上述の通り調整回路を使って電流補正を行う。例えば、基準となる駆動電流に対する出力の低下分を考慮し、駆動電流が多くなるように調整する。さらに、駆動積算時間がUVLED151の寿命に達すると、UVLED151の交換を促す報知出力を行うようにしても良い。
またメモリ部1227は、UVLED151の初期特性に関するデータを記憶して、駆動電流の調整にも利用できる。一般にUVLED151の初期輝度には個体差(ばらつき)があるため、通常はUVLED151のヘッド部120側の駆動回路に初期輝度調整回路が必要となる。初期輝度調整回路には、半固定抵抗等が利用され、例えば調整回路を併用できる。そして、ヘッド部120毎に紫外線照射パワーが所定値となるように、各々のヘッド部120で初期輝度調整回路により初期調整を行う必要がある。
実施の形態1に係る紫外線照射装置では、各ヘッド部120に実装されたUVLED151の予め測定された初期輝度に関する初期特性データをメモリ部1227に記憶させておくことにより、上記のような初期輝度調整回路やこれを用いた初期調整作業が不要になる。つまり、制御部114がメモリ部1227から初期特性データを読み出し、初期特性データに応じた適切な基本駆動電流(正確にはそれに対応するデジタル値)を決定する。
制御部114から出力される駆動電流に対応するデジタル値は、D/A変換部でアナログ電圧に変換され、駆動回路に与えられる。駆動回路は、与えられたアナログ電圧に対応する駆動電流でヘッド部120のUVLED151を駆動する。なお、この駆動電流は、設定部によって増減調節することができるので、これによって紫外線照射出力を調整できる。
以上のように、ヘッド部120側にメモリ部1227を設けることで、ヘッド部120に備えられたUVLED151の特性に応じた正確な調整が実現できる。例えば、ヘッド部120を接続するコントローラ部110のヘッド接続部の一形態であるヘッド接続部160のチャンネルを一意的に固定する場合は、コントローラ部110側にメモリ部を設けても上記のような調整は可能である。コントローラ部110側のメモリ部がチャンネル毎に駆動積算時間や初期特性データを記憶できるからである。ただ、ヘッド部120の接続先のチャンネルが変更される場合は、上記の方法では対応できず、必ずヘッド部120毎に接続先の紫外線照射装置及びそのチャンネル番号を何らかの手段でユーザ側が記憶しておく必要があり、手間がかかって使い勝手が悪くなる。従って、上記のようにヘッド部120側にメモリ部1227を設けることで、いずれの紫外線照射装置のいずれのチャンネル番号にヘッド部120が接続されても、ヘッド部120の特性に応じた正確な駆動電流調整が実現され、使い勝手も向上する。
(コントローラ部110)
(コントローラ部110)
次に本発明の実施の形態1として、紫外線照射装置に使用するコントローラ部を図15の正面図に基づいて説明する。この例では、4台のヘッド部120を接続可能な4チャンネルのコントローラ部110を示している。ヘッド部120を接続可能な台数はチャネル数で決定されるが、チャンネル数は3以下とすることも、あるいは5以上とすることもできることはいうまでもない。この図に示すコントローラ部110は、前面パネルにUVLED151の紫外線照射条件を個別に設定するための設定部140として、表示部142及び操作パネル144を設けている。図15において表示部142は前面パネルの上部に配置し、その下に操作パネル144を配置している。
(操作パネル144)
(操作パネル144)
設定部140を構成する操作パネル144は、上下左右の選択スイッチである<、>、∧、∨スイッチ144A、144B、144C、144Dと、エスケープスイッチ144E、エンタースイッチ144Fが各々配置されている。ユーザは、これらのスイッチを操作して所定の手順に従い、UVLED151の紫外線照射条件を設定する。なお、この例に限られず、操作パネル144には十字キーやテンキー、ジョグダイヤル等の各種の入力デバイスが利用できる。また、操作パネルを表示部と一体化したタッチパネルとしても良い。操作パネル144に設けた各種スイッチは、各ヘッド部120の操作に共通して利用でき、各ヘッド部120を接続したチャンネルを切り替えて設定できる。
なお、設定部140のスイッチ類は、コントローラ部110上に固定する必要はなく、コントローラ部110と個別の部材として設けても良い。例えばコンソールやリモートコントローラ、フットスイッチ等、コントローラ部と別体とした設定部にスイッチ類を設け、これらをコントローラ部と有線あるいは無線で接続して操作する形態も本発明の範囲内である。また後述するように、紫外線照射装置に接続された外部接続機器から設定や操作を行えるよう構成してもよい。
また、本明細書において設定部には、紫外線照射条件の設定時以外に使用する態様も包含し、例えば紫外線照射装置の動作時に使用する照射スイッチも、設定部に含む。なお、例えば照射スイッチとしてフットスイッチをコントローラ部110と接続する場合は、外乱によるチャタリングを防止するためにON/OFF入力の遅延を設定することもできる。紫外線のオンタイミング(遅延設定)及びオフタイミング(遅延設定)は、設定部を用いて個別に、あるいは一括して設定することができる。
(表示部142)
(表示部142)
また設定部140を構成する表示部142には、LEDや液晶表示器を使用した7セグメント表示器を備える。操作パネル144で設定された紫外線の出力や照射時間等の紫外線照射条件を、表示部142で表示、確認しながらユーザは設定作業を行う。表示部142は、一の画面で各ヘッド部120の設定条件を切り替えて表示する。また、後述するように各ヘッド部120毎に個別に複数の表示部を設けることもできる。なお紫外線出力は、相対的な強度値、例えばUVLED151の駆動デューティファクタで設定、表示しているが、絶対的な出力値(mW等)で表示してもよい。なお、表示部142は液晶や有機ELで構成してアイコン表示等のグラフィカルな表示を可能とできる。またカラー表示可能としても良い。
また、表示部142の下部には、各チャンネル毎にチャンネル表示ランプ145を設けている。これによって、現在選択されて表示部142に表示されているチャンネルが区別できる。図の例では1〜4チャンネルの4つのチャンネル表示ランプ145が設けられる。さらに、これらのチャンネル表示ランプ145に隣接して、紫外線照射ランプ146が配置される。紫外線照射ランプ146は、いずれかのヘッド部120から紫外線が照射(エミッション)状態であることを示すパイロットランプとして機能し、例えばLED等で構成される。すなわち、紫外線照射ランプ146のLEDが点灯しているときは、紫外線が照射中であることがユーザに通知される。
操作パネル144の下部には、電源スイッチ147と一括照射スイッチ148を備える。電源スイッチ147は紫外線照射装置の電源をON/OFFするスイッチである。例えば電源スイッチ147にキースイッチを採用することで、不意にスイッチがONになる事態を回避できる。
(一括照射スイッチ148)
(一括照射スイッチ148)
一括照射スイッチ148は、これを押下することで、設定部140で予めヘッド部120毎に設定された各々の紫外線照射条件に従い、すべてのヘッド部120から紫外線を独立して照射できる。
(ヘッド接続部160)
(ヘッド接続部160)
さらに、前面パネルの下部には、各ヘッド部120毎にヘッド接続部160、個別照射ランプ170、個別照射スイッチ180をそれぞれ設けている。図15において左側に縦並びに配置されるヘッド接続部160は、ヘッド部120のケーブルを接続するためのコネクタであってヘッド接続部を構成する。上述の通り、図15のコントローラ部110は4台のヘッド部120を接続可能なように4チャンネルのヘッド接続部160を設けている。もちろん、すべてのチャンネルを使用する必要はなく、使用条件に応じてこの内の任意のチャンネルのみを使用可能であることはいうまでもない。
(個別照射ランプ170)
(個別照射ランプ170)
また、各ヘッド接続部160の右側に隣接して、個別照射ランプ170が配置される。個別照射ランプ170は、各チャンネルに接続されたヘッド部120のUVLED151から紫外線が照射されていることを示すためのランプである。これによってユーザは、どのヘッド部120から現在紫外線が照射されているかを確認できる。個別照射ランプ170にもLED等が利用できる。なお、一括照射スイッチ148を押下すると、すべての個別照射ランプ170が点灯することとなる。
(個別照射スイッチ180)
(個別照射スイッチ180)
さらに、個別照射ランプ170の右側に個別照射スイッチ180を配置している。個別照射スイッチ180は、各チャンネルに接続されたヘッド部120の紫外線出力を個別にON/OFFするスイッチである。個別照射スイッチ180をチャンネル毎に設けることで、各々のチャンネルに接続されたヘッド部120の紫外線出力を個別に操作でき、特に専用スイッチを設けることにより少ない操作回数(例えばボタンを押すのみ)で各ヘッド部120の出力をON/OFFできるので、より便利に紫外線照射装置を使用できる。ただ、個別照射スイッチを設けることなく、操作パネル144で各チャンネルのON/OFFを操作するように構成することも可能である。
以上、設定部140のレイアウト配置を図15に基づき説明したが、これらの配置は任意に変更できることはいうまでもない。例えば、図15の例では複数のチャンネルを縦に配置し、横方向にチャンネル毎のヘッド接続部160、個別照射ランプ170、個別照射スイッチ180を配置しているが、他の実施の形態として、横方向にチャンネルを配置し、縦方向にチャンネル毎のヘッド接続部、個別照射ランプ、個別照射スイッチ等を配置することもできる。また、上記実施の形態では照射ランプと照射スイッチを個別に設けたが、オン状態で点灯するバックライト付のスイッチを使用すれば、これらを一部材に統合することもできる。
コントローラ部110は、図1に示すように電源部112及び制御部114を備える。ACインレットから供給される商用電源が、ラインフィルタ、ヒューズ及び電源スイッチ147を経て電源部112に供給され、電源部112で生成された直流安定化電圧が制御部114に供給される。制御部114は、ヘッド判別部としても機能する。また制御部114はメモリを備え、予め記憶している設定プログラムとユーザの設定操作にしたがって各ヘッド部120からの近紫外線の強さ、照射タイミング等を制御する。制御部114には、端子台基板及び通信用コネクタが接続されており、これらのインターフェイスを用いてコンピュータやPLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)等の外部制御機器をコントローラ部110に接続することができる。外部接続機器は、後述するように紫外線照射条件の設定や紫外線照射装置のON/OFF操作に使用できる。すなわち、紫外線照射装置のコントローラ部110に設けられた設定部140で設定や操作を行う他、外部接続機器からのトリガ入力によって紫外線照射装置のON/OFFを操作することもできる。
例えば、一台のコントローラ部110に4個のヘッド接続部160が制御部114に接続され、これらのヘッド接続部160を介して各ヘッド部120がコントローラ部110の制御部114に接続される。そして、制御部114は各ヘッド部120のUVLED151の駆動制御のための電気信号を各ヘッド部120に与え、各ヘッド部120からの近紫外線の強さや照射タイミングを制御する。さらに、制御部114にはフロントパネル基板が接続されている。フロントパネル基板には、コントローラ部110の前面パネルに設けられた表示部142及び設定部140を構成する表示器や各種スイッチ類が実装されている。ユーザは表示部142及び設定部140を用いて4個のヘッド部120の近紫外線の強さ、照射タイミング等を個別に設定することができる。
(モード切替)
(モード切替)
上述の通り、本発明の各実施の形態に係る紫外線照射装置は、コントロール部によって紫外線照射条件を設定する設定モードと、紫外線を照射する照射モードとを切替可能である。設定モードと照射モードの切替は、専用の切替スイッチを設けたり、特定のスイッチの組み合わせや長押し等が利用できる。本実施の形態においては、図15に示す操作パネル144の内、エスケープスイッチ144Eの長押し(例えば3秒以上)によって、設定モードと照射モードを相互に切り替える。
(照射モード)
(照射モード)
以下、照射モードの詳細について説明する。まず、本実施の形態においては、紫外線照射装置の照射モード時において、すべてのヘッド部120から紫外線を照射する一括照射モードと、一のヘッド部120から紫外線を照射する個別照射モードとを備えている。そして上述の通り、一括照射スイッチ148を操作すると一括照射モードが実行され、個別照射スイッチ180を操作すると個別照射モードが実行される。
さらに、各照射モードはそれぞれ自動モードと手動モードに区別できる。自動モードとは、予め設定された紫外線照射条件に従って、照射出力や照射時間を変更可能なモードである。すなわち、自動モードにおいては照射開始指令を受けると、事前に各ヘッド部120毎に登録された照射パターンで照射を開始し、終了後は自動的に紫外線照射を停止する。一方、手動モードとは、指定されたタイミングで紫外線照射のON/OFFを切り替えるモードである。すなわち、照射開始指令を受けると、照射停止指令を受けるまで一定の出力にて照射し続ける。照射スイッチをONすると出力が開始され、OFFすると終了する。なお、後述するように手動モードにおいても紫外線出力値は変更可能である。
照射モード時における紫外線の照射開始、及び停止の指令は、上述の通りコントローラ部110に設けた照射スイッチや端子台164からのトリガ入力によって実現される。なお、本実施の形態においては、照射スイッチを一度押下すると照射モードが実行され、再度押下すると中断もしくは停止される。中断の場合は、一時停止状態を維持し、再度スイッチを押下することで照射モードが再開される。
(手動照射モード)
(手動照射モード)
紫外線照射装置は、設定部140で設定される複数の紫外線照射条件を記憶部116に保存できる。さらに、各紫外線照射条件設定毎に動作モードを保存できる。手動モードにおいては、紫外線出力値は各ヘッド部120毎に保存できる。従って、個別手動照射モードでは複数のヘッド部120を異なる紫外線出力で各々照射できる。また一括手動照射モードでは、各ヘッド部120で同時に異なる紫外線出力を開始し、同時に照射終了させることができる。また、各ヘッド部120毎に照射許可/不許可を設定できるので、ヘッド部120が紫外線照射装置に接続されていても、所望のヘッド部120のみから照射することができる。従来の紫外線照射装置では、同一の装置に接続されたヘッドはすべて同じ出力及びタイミングで出力されていたため、装置にヘッドを接続している限り、他のヘッドの出力と共に必ず出力が生じ、照射を停止することができなかった。これに対して、本実施の形態では各ヘッド部120が独立しているため、紫外線照射の許可/不許可を容易に設定できるという利点がある。
(自動照射モード)
(自動照射モード)
また、自動モードにおいても、照射パターンを各ヘッド毎に保存できる。従って、一括自動照射モードでは複数のヘッド部120にて異なる照射パターンで同時に照射を開始して、異なるタイミングで照射を終了させることができる。上述の通り、このような動作も従来の紫外線照射装置では実現できなかった。特にヘッド毎に異なる照射パターン、異なるタイミングで停止することができなかったが、本実施の形態により、独立して各ヘッド部120毎に出力やタイミングを変化させた出力が可能となり、極めて自由度の高い紫外線照射が実現される。上述の通り、各ヘッド部120毎に照射許可/不許可を設定できるため、ヘッド部120が紫外線照射装置に接続されていても、所望のヘッド部120のみから照射させることができる。さらに、照射開始指令をヘッド部毎に入力できるようにすれば、ヘッド部毎に異なるタイミングで紫外線照射を開始させることもできる。例えば、個別照射スイッチをヘッド部の数だけ設けたり、あるいはヘッド部の台数分の端子台トリガ入力を用意すればよい。
以上説明した動作モードをまとめると、一括自動照射モードにおいては、各ヘッド部120毎に予め設定された紫外線出力、照射時間等の紫外線照射条件で、すべてのヘッド部120で紫外線照射を実行する。一括照射スイッチを押下すると、各ヘッド部120から紫外線照射が開始され、様々な異なる出力、時間で独立して紫外線照射が実行される。なお紫外線照射の終了は、各々の設定に応じてヘッド部120毎に異なり、設定が終了するとヘッド部120毎に自動的に終了する。
また一括手動照射モードにおいては、実行するとすべてのヘッド部120から一定値で紫外線が出力される。一括照射スイッチを押下すると、各ヘッド部120から紫外線照射が開始され、再度一括照射スイッチを押下すると各ヘッド部120の紫外線照射が停止される。この場合においても各ヘッド毎に紫外線出力値を変更することはできる。
さらに、個別手動照射モードは、各々のヘッド部120で実行されると、該ヘッド部120から一定値で紫外線が出力される。この場合においても各ヘッド毎の紫外線出力値を変更することはできる。
(個別自動照射モード)
(個別自動照射モード)
個別自動照射モードは、ヘッド部120毎に紫外線照射条件を設定するモードである。個別自動照射モードに相当する機能は、特に設けなくとも、一括自動照射モードを利用して実質的に実現できる。すなわち、特定のUVLEDについてのみ照射を行い、他のUVLEDの照射を行わないことで、該特定のUVLEDの照射時間や出力等の紫外線照射条件を設定することにより、一括自動照射モード実行時に該UVLEDのみが自動的に設定されたパターンで紫外線照射を実行できる。ただ、この場合は特定のUVLEDのみしか紫外線照射を実行できず、他のUVLEDに個別自動照射モードに相当する動作を実行させるには、複数の一括自動照射モードを並列して実行可能とする必要がある。一方、複数のUVLEDを動作させるように一括自動照射モードを設定することは可能である。ただ、UVLED毎の動作タイミングが変化する場合には対応が困難となる。一方、ユーザによっては各ヘッド部毎に自動照射を設定、実行する方が便利である場合も考えられるので、個別自動照射モードを別途設けることもできる。
(紫外線照射条件の設定方法)
(紫外線照射条件の設定方法)
次に、紫外線照射条件の設定方法について、図16に基づき説明する。ここでは、各ヘッド部120から照射される紫外線が、図17(b)に示すように時間と共にステップ状に変化するパターンを得るために、図17(a)に示すように複数の矩形波の組み合わせとして、個々の矩形波の条件を設定する例を考える。なお、図17に示す各矩形波、すなわち一定の照射出力及び照射時間の組み合わせからなる紫外線照射条件のセットを、ここではステップと呼ぶことにする。
(矩形波状照射パターン)
(矩形波状照射パターン)
図16は、ヘッド部120が一のUVLED151を備える場合の設定方法の概要を示している。図16において、まず工程S1001でヘッド部120の番号を選択する。上述のように本実施の形態ではヘッド部120はチャンネル1〜4まで4台接続されており、どのチャンネルについて設定を行うかをここで選択する。次に工程S1002でステップの番号を選択する。ステップは、1から順に設定され、本実施の形態では一の紫外線照射条件設定において20個までステップを設定可能としている。次に選択されたステップにつき、工程S1003で紫外線の照射時間を設定する。ここでは、秒数で指定する。さらに工程S1004で紫外線の照射出力を指定する。ここではデューティ比で設定する。そして工程S1005で設定を一時保存すると共に、ステップ番号の選択ステップに戻り、必要なすべてのステップについて設定が完了するまでループする。このようにして図17のような紫外線照射パターンが設定されると、紫外線照射条件設定が保存される。なお、上記の各工程は、順序を適宜入れ替えることもできる。例えば、先に照射出力を設定した後、照射時間を設定してもよい。
上記工程を、より詳細に示したフローチャートを図18に示す。まず工程S1201で紫外線照射条件設定の番号(設定番号)を選択する。本実施の形態では、no0〜no19まで20個の紫外線照射条件設定を記録できる。次に工程S1202で照射モードを選択する。照射モードは、U0〜2の3通りであり、一括手動照射モード、個別手動照射モード、一括自動照射モードの別を指定する。なお、本実施の形態では個別自動照射モードに相当するモードを採用していない。次に工程S1203で紫外線照射条件を設定するヘッド部120を接続したチャンネル番号を選択する。ここではチャンネル番号CH1〜4の4個から選択する。
次に工程S1204では、選択されたチャンネル番号に接続されたヘッド部120に対して、紫外線出力を許可するかどうかを設定する。ヘッド部120毎に紫外線照射の許可/不許可を設定可能とすることで、従来のように接続されたヘッド部120すべてから紫外線が出力されることなく使用することが可能となる。出力を許可する場合は、工程S1205に進み、許可しない場合は工程S1204−1ですべてのヘッド部120の設定が終了したか否かを判定し、未だの場合は工程S1203に戻り他のヘッド部120の設定を継続し、すべてのヘッド部120の設定が終了した場合は工程S1211にジャンプする。なお一のヘッド部に複数のUVLEDを備える場合は、各UVLED毎に紫外線照射の許可/不許可を設定することもできる。
次に工程S1205で、工程S1202で選択された照射モードが自動モードか否かを判定する。自動モードの場合は、次工程S1206でステップ番号を選択する。ステップ番号は、S0〜S19まで、最大20個設定できる。自動モードでない場合はステップ番号の選択が不要であるから工程S1207にジャンプする。工程S1207では照射時間を設定する。ここでは秒数を入力する。次に工程S1208で照射出力を設定する。ここではデューティ比で入力する。次に工程S1209で必要なステップ番号の設定をすべて完了したか否かを判定し、未だの場合は工程S1206に戻り、次のステップ番号の設定を繰り返す。終了した場合は工程S1210に進み、すべてのヘッド部120の設定が終了したか否かを判定し、未だの場合は工程S1203に戻り他のヘッド部120の設定を繰り返す。終了した場合は工程S1211に進み、上記の設定を記憶部116に保存して終了する。
(階層メニュー)
(階層メニュー)
次に、コントローラ部110に設けた表示部142における表示の切り替えについて説明する。本実施の形態においては、階層メニュー方式を採用している。図19に、階層メニューの一例を示す。この図に示すように、紫外線照射装置は照射モードと設定モード、および上述したテスト照射モードに切替可能であり、各々のモードにおいて、さらに各種のメニュー項目が選択できる。また選択されたメニュー項目についても様々な設定項目が存在し得、図19において下方向に示すように各階層に下って各項目を設定する。
(照射モードにおける表示)
(照射モードにおける表示)
次に、図20に基づいて照射モードにおける表示部142の表示例を説明する。照射モードにおいては、図20に示すように運転中設定番号表示、現タイマ値表示、現照射パワー値表示、累積照射時間表示等の項目が切り替えて表示される。項目の切替は、左右の<、>スイッチ144A、144Bで行われる。また、最上位階層を表示中にエスケープスイッチ144Eを長押しすると、上述の通り照射モード、設定モード間のモードが変更される。一方、最上位以外の階層からエスケープスイッチ144Eを長押しすると、そのモードの最上位階層へ遷移する。
(運転中設定番号表示)
(運転中設定番号表示)
運転中設定番号表示は現在選択中の設定番号を表示している。この例ではJ0が選択されている。設定番号はno0〜J19まで最大20個の設定を保存することが可能であり、この内から任意の設定番号を選択する。また図20に示すように、表示部142の下方に設けられたチャンネル表示ランプ145が、現在表示中の設定番号において照射が設定されているヘッド部120を表示する。これによって、選択中の設定番号において紫外線が照射されるヘッド部120がいずれであるかをユーザが容易に把握できる。この例においては、チャンネル1〜4すべてのヘッド部120でUVLED151が動作することを示している。
なお設定番号の変更は、本実施の形態では後述するように設定モードで行う。ただ、照射モードにおいて設定番号を変更できるようにしても良い。例えば図20の画面からエンタースイッチ144Fを押下して設定番号の選択メニューに移行する方法や、図20の画面から∧、∨スイッチ144C、144Dを押下して設定番号を変更する方法等が適宜採用できる。
(現タイマ値表示)
(現タイマ値表示)
現タイマ値表示は、紫外線の照射時間を表示する。図の例では、チャンネル1に接続されたヘッド部120から12秒間照射するよう設定されていることを示している。該設定番号の紫外線照射条件設定の実行時には、設定された照射時間からカウントダウン式に残りの照射時間が秒数で表示され、ユーザは残り時間を容易に知ることができる。また、照射時間が設定されていないチャンネルを表示する場合は、停止時は−−−で表示し、実行時はカウントアップ式に経過時間を秒数で表示する。これによって、照射時間が現在どの程度経過したかをユーザが確認できる。以上のように、照射時間の設定の有無によって時間の表示方式をカウントダウン式とカウントアップ式に自動切り替えすることにより、ユーザは照射時間の設定の有無、および経過時間、残り時間を知ることができ、紫外線硬化型樹脂の接着状態に際して状況把握等に便利に使用できる。また時間の表示単位は、秒数の他、粉数、時間数あるいは進捗状況の割合での表示等を適宜採用できる。
図20の例では、チャンネル1の照射時間が表示されているが、この状態で∧、∨スイッチ144C、144Dを押下すると、その他のチャンネルの情報に切り替えて表示できる。このように、本実施の形態では、<、>スイッチ144A、144Bはメニューの切替に、∧、∨スイッチ144C、144Dは、項目値の選択、変更にそれぞれ使用される。図20の例では、∧スイッチ144Cを押下するとチャンネル2→3→4→1の順に切り替えられる。同時に、チャンネル表示ランプ145の点灯が該当チャンネルに切り替わって、現在表示中の項目(ここでは照射時間)がいずれのチャンネルに接続されたヘッド部120の情報であるかが判別できる。なお照射が設定されていないチャンネルの情報を表示させると、表示部142に「−−−」と表示される。なお、これらのスイッチ操作を行わず、設定されたチャンネルの情報を自動的に切り替えて順次表示するように構成してもよい。
(現照射パワー値表示)
(現照射パワー値表示)
現照射パワー値表示は、紫外線照射の出力値を表示する。この例ではチャンネル1のUVLEDの駆動デューティ比により相対的な強度を表示しているが、最大出力を100とするパーセント表示や出力ワット数等、その他の単位による表示も適宜採用できる。ここでも上記と同様、∧、∨スイッチ144C、144Dを押下することで、他のチャンネルの情報を切り替えて表示できる。
(累積照射時間表示)
(累積照射時間表示)
累積照射時間表示は、紫外線の照射時間の累積値、すなわちUVLEDのトータルの使用時間を表示する。これによってUVLEDがどのくらい使用されているか、寿命の把握や駆動電流の調整作業の目安を得ることができる。ここでも∧、∨スイッチ144C、144Dで他のチャンネルの情報を切り替えて表示できる。なお図20において、単位を区別するために「h」と「H」の表示を使い分けており、「h」は×10時間、「H」は×100時間をそれぞれ示している。このように、記号の大文字、小文字の使い分けによって単位の大小等の意味合いを持たせ、少ない表示画面で多くの情報量を表示できるようにしている。
以上、照射モードにおける表示部142の表示例を説明した。もちろん、これ以外の表示項目を追加したり、任意の項目のみを表示するよう構成できることはいうまでもない。
なお図19の例では、照射モードにおいてはメニュー項目は基本的に表示部142の切替として機能するため、更なる階層構造は設けていない。もちろん、表示項目等を階層構造で切り替えるよう構成してもよいことはいうまでもない。
(設定モード)
(設定モード)
次に、図21および図22を参照しながら、設定モードにおける紫外線照射条件を設定する方法の詳細を説明する。図21に示すように、設定モードでは運転中設定番号メニューと、設定編集メニューと、通信条件メニューと、その他条件メニューの4つの項目が、<、>スイッチ144A、144Bにより切り替えられる。メニューの選択は、エンタースイッチ144Fを押下することで実行され、選択された項目の設定モードに移行できる。なお、エスケープスイッチ144Eを押下すれば、上位の階層に戻ることができる。
もちろん、複数の項目をまとめたり、他の項目を追加したりしてもよい。例えば通信条件メニューとその他条件メニューを一つにまとめたり、あるいは編集設定メニューを2つに分けても良い。
(運転中設定番号メニュー)
(運転中設定番号メニュー)
運転中設定番号メニューは、照射モードにおいて使用する紫外線照射条件設定の設定番号を選択する。ここでは、既に設定され保存された紫外線照射条件設定の中から、所望の設定番号を∧、∨スイッチ144C、144Dにて選択する。選択後、エンタースイッチ144Fを押下すると表示部142に「End」と表示され、選択された設定番号が保存されると共に、運転中設定番号メニューに戻る。
なお本実施の形態では、運転中設定番号メニューと後述する設定編集メニューとを個別に設けているが、これらを統合してもよい。この場合は、前回の設定作業の際に選択された番号を保持し、照射モードにおいてこの番号の設定が選択されているものとして扱う。
(設定編集メニュー)
(設定編集メニュー)
設定編集メニューは、紫外線照射条件を設定するメニューである。設定編集メニューの詳細を図22に示す。設定編集メニューに含まれる大項目としては、編集設定番号選択、照射モード選択の設定画面がある。各々の設定画面での設定が完了しエンタースイッチ144Fを押下すると、次の設定画面に移行する。
(編集設定番号選択)
(編集設定番号選択)
まず、編集設定番号選択では、設定番号を選択する。本実施の形態では、上述の通りno0〜19まで最大20個の設定を保存できる。もちろん、これ以上あるいは以下の数を設定可能とすることもできる。
(照射モード選択)
(照射モード選択)
次に、選択された設定番号について、照射モードを選択する。照射モードは、上述の通りU0〜2の3通り、すなわち一括手動照射モード、個別手動照射モード、一括自動照射モードのいずれかを選択する。照射モードを選択してエンタースイッチ144Fを押下すると、表示部142に「End」と表示されて上記の設定を一時保存すると共に、編集チャンネル選択に移行する。
編集チャンネル選択では、設定の対象となるヘッド部120が接続されたチャンネル番号をCH1〜4の中から選択する。次に、出力許可選択に進み、上記で選択されたチャンネル番号のヘッド部120につき、紫外線出力を許可するか否かを選択する。許可の場合は「on」、不許可の場合は「off」と表示部142に表示される。この状態でエンタースイッチ144Fを押下すると、照射モード選択画面にて選択した照射モードに応じて、ステップ番号選択画面、もしくはステップ番号選択不可表示に進む。
(一括自動照射モードの詳細設定)
(一括自動照射モードの詳細設定)
照射モード選択画面において一括自動照射モードを選択した場合は、ステップ番号選択画面に進み、ステップ番号を選択する。上述の通りステップ番号はS0〜19まで最大20個設定可能であり、必要な数だけ順番に設定していく。ステップ番号を選択すると、照射時間設定画面となり、紫外線照射時間を入力する。次に照射出力を同様に入力する。これらの入力値は、∧、∨スイッチ144C、144Dで増減させる。入力の便宜のため、前回の設定値をコピーしてデフォルト値として入力したり、長押しで高速増減を可能にすることもできる。以上の設定が終了すると、エンタースイッチ144Fを押下して設定を一時保存すると共に、ステップ番号選択画面に戻る。このとき、設定されたステップ番号に1を増加させた値がデフォルト値として入力される。すべてのステップ番号の設定が終了すると、エスケープスイッチ144Eを押下すれば、編集設定番号選択画面に戻る。
(一括手動照射モード、個別手動照射モードの詳細設定)
(一括手動照射モード、個別手動照射モードの詳細設定)
一方、照射モード選択画面において一括手動照射モードまたは個別手動照射モードを選択した場合は、一定値での出力となり、出力を可変とするステップを選択できないので、出力許可選択画面からステップ番号選択不可表示に進む。このとき表示部142には「s.−−−」と表示され、ステップ番号が選択できないことを表示する。手動照射モードでは照射時間も設定しないので、この状態でエンタースイッチ144Fを押下すると、照射出力設定画面となる。上記と同様にデューティ比で出力を設定後、エンタースイッチ144Fを押下すると設定が保存され、編集チャンネル番号選択画面に戻る。以上のようにして、編集設定メニューで紫外線照射条件が設定される。
(通信条件メニュー)
(通信条件メニュー)
通信条件メニューでは、紫外線照射装置と外部接続機器とをRS−232Cインターフェースで接続する際の通信条件を設定する。図21の例では、通信条件メニューからボーレート選択、ストップビット・パリティ選択、デリミタ・チェックサム選択がそれぞれ設定できる。各々の設定画面での設定が完了しエンタースイッチ144Fを押下すると、次の設定画面に移行する。まずボーレート選択では、予め設定された1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bpsの選択肢から、∧、∨スイッチ144C、144Dにて選択し、エンタースイッチ144Fで決定する。表示部142においては、「b.384」等、×100にて表示することで表示桁数を節約している。なお、ハードウェア的に対応しておれば、上記以外のボーレート値を設定することもできる。ストップビット・パリティ選択では、ストップビットが1または2、パリティがなし、偶数、奇数をそれぞれ選択できる。図の例では、これらの組み合わせを予め選択肢として提示し、ストップビット1・パリティなし(表示部142における表示「y.1n」)、ストップビット1・パリティ偶数(「y.1E」)、ストップビット1・パリティ奇数(「y.1o」)、ストップビット2・パリティなし(「y.2n」)、ストップビット2・パリティ偶数(「y.2E」)、ストップビット2・パリティ奇数(「y.2o」)の中から∧、∨スイッチ144C、144Dにて選択し、エンタースイッチ144Fで決定する。同様にデリミタ・チェックサム選択では、デリミタとしてCRもしくはETX、チェックサムのあり・なしをそれぞれ選択できる。図の例では、これらの組み合わせとしてデリミタCR・チェックサムなし(表示部142における表示「d.C0」)、デリミタCR・チェックサムあり(「d.C1」)、デリミタETX・チェックサムなし(「d.E0」)、デリミタETX・チェックサムあり(「d.E1」)の中から、∧、∨スイッチ144C、144Dにて選択し、エンタースイッチ144Fで決定する。
(その他条件メニュー)
(その他条件メニュー)
その他条件メニューにおいては、入力接点選択、点灯アラーム時間編集が設定できる。入力接点選択は、フットスイッチを接続する場合等、チャタリング防止のための遅延時間を設定する。点灯アラーム時間編集は、UVLEDの劣化による警告を行う時間を設定する。上記の階層メニューの構成は一例であって、他の構成も適宜採用できる。例えばメニューの選択には水平方向、選択された項目の設定には垂直方向のスイッチを使用したが、水平方向と垂直方向を入れ替えてもよいことはいうまでもない。
[実施の形態2]
[実施の形態2]
また上記実施の形態1のように設定部を共通とする構成の他、各ヘッド部毎に個別設定スイッチと個別表示部を設けることもできる。図23に、本発明の実施の形態2に係る紫外線照射装置のコントローラ部810の正面図を示す。この図に示す個別設定スイッチ890は、各ヘッド部から照射される紫外線出力の設定や照射時間の増減に使用され、アップダウンスイッチ等が利用できる。この態様では、個別設定スイッチ890で各チャンネルの紫外線照射条件を設定できる他、上記の操作パネル844を用いて紫外線照射条件を設定することもできる。また、共通の操作パネルを省略して、個別設定スイッチ890のみで設定するよう構成することもできる。個別表示部892は7セグメント表示器等が利用でき、設定された出力や照射時間を表示する。また、個別設定スイッチ890のみ、あるいは個別表示部892のみを各チャンネル毎に設けても良い。また図示しないが、各ヘッド部の紫外線出力を調整する個別設定スイッチや個別照射スイッチは、コントローラ部でなくヘッド部に設けることもできる。
[実施の形態3]
[実施の形態3]
また、紫外線照射条件の設定は、上記のように照射時間と照射出力の組をステップ状に指定する方法の他、予め設定された照射パターンを選択することもできる。例えば、関数状の照射パターンを選択する方法や、さらに選択した関数の定数を入力することもできる。これらの設定は、関数番号や定数を数値で指定、選択する方法の他、グラフ図形をグラフィカルに表示して選択する方法等が採用できる。さらに前者の数値による選択方法においても、設定された関数をグラフ図形で確認可能としてもよい。このようなグラフ表示を可能にするには、図形表示が可能な表示部142を用意する。
(関数状照射パターン)
(関数状照射パターン)
図24は、紫外線の照射時間と照射出力を関数で表示する3つのパターンを示した例を示すグラフである。この図に示すようなパターンでも、本発明の実施の形態は紫外線を照射可能である。図24の例では、関数の例としてF1〜F3の3種類の示している。
F1:P=at+c
F2:P=a*(1−EXP(−b*t))+c
F3:P=a*(EXP(b*t)−1)+c
(a,b,cは条件に応じて設定する定数)
F2:P=a*(1−EXP(−b*t))+c
F3:P=a*(EXP(b*t)−1)+c
(a,b,cは条件に応じて設定する定数)
また、これら以外にもn次式の関数を利用することもできる。上記の関数のいずれかを選択した後、定数a,b,cを設定すると照射パターンが決定される。定数は、紫外線照射装置の使用条件に応じて設定される。図24に例示する関数F1〜F3では、紫外線の照射出力を照射時間10秒で70%まで上げる場合に設定される定数として、以下の値を設定している。
F1:P=7t(a=7、c=0)
F2:P=70*(1−EXP(−0.5*t))(a=70、b=0.5、c=0)
F3:P=10*(EXP(0.21*t)−1)(a=10、b=0.21、c=0)
F2:P=70*(1−EXP(−0.5*t))(a=70、b=0.5、c=0)
F3:P=10*(EXP(0.21*t)−1)(a=10、b=0.21、c=0)
図24のような照射パターンでの紫外線照射条件を設定する手順を、図25に基づき説明する。まず工程S2601でヘッド番号を選択し、工程S2602でステップ番号を選択する工程は、図16と同様である。次に工程S2602−1で、関数番号を選択する。ここでは関数Fの選択肢として、上述したF0〜F3が選択可能である。なおF=0は、上記と同様に照射時間と照射出力を入力するステップ状関数である。工程S2602−1でF=0を選択した場合は、工程S2603で照射時間、工程S2604で照射出力をそれぞれ入力し、工程S2605で設定を保存する。また工程S2602−1でF=1を選択した場合は、工程S2603−1で定数a、工程S2604−1で定数bをそれぞれ入力し、工程S2605で設定を保存する。さらに工程S2602−1でF=2または3を選択した場合は、工程S2603−2で定数a、工程S2604−2で定数b、cをそれぞれ入力し、工程S2605で設定を保存する。
上記以外にも、照射パターンを設定する方法として、例えば照射パターンの波形を選択後、照射時間を入力して自動的に関数の定数を演算し、設定する方法や、紫外線の総照射量や熱量で設定する方法等が適宜利用できる。
従来の紫外線照射装置では、紫外線源として使用する高圧水銀ランプ等に機械的なシャッタを介することにより出力を変更していたため、紫外線出力の最小分解能が粗くなり離散的な変化となって微調整ができず、波形パターンに沿った出力の変更が極めて困難であった。これに対して、駆動電流に対するリニアリティの高い半導体素子を利用する本実施の形態によれば、入力電流を調整してほぼ連続的な出力の変化が実現される。駆動電流に応じて出力をリニアリティ良く変化できるので、上記のようなパターンにも対応できる。なお、紫外線出力と連続波形との近似性は、A/D変換部の分解能に依存することはいうまでもない。
[実施の形態4]
[実施の形態4]
上記の各実施の形態では、紫外線照射条件の設定をコントローラ部の設定部で行っている。ただ、紫外線照射条件の設定は、紫外線照射装置に外部接続された機器にて行うことも可能である。例えば本発明の実施の形態4として、図26に示すように紫外線照射装置700のコントローラ部710を、コンピュータやPLC等の外部接続機器7101と接続し、外部接続機器7101側で設定した紫外線照射条件をコントローラ部110に転送することでも設定を行える。紫外線照射装置700は外部接続機器7101と接続するためのインターフェースを備える。インターフェースはコントローラ部710の制御部714と接続され、制御部714で外部接続機器7101との電気信号のやりとりやデータ通信を行う。
従来の紫外線照射装置では、紫外線源として使用する高圧水銀ランプ等に機械的なシャッタを介することにより出力を変更していたため、紫外線出力の最小分解能が粗くなり離散的な変化となって微調整ができず、波形パターンに沿った出力の変更が極めて困難であった。これに対して、駆動電流に対するリニアリティの高い半導体素子を利用する本実施の形態によれば、入力電流を調整してほぼ連続的な出力の変化が実現される。駆動電流に応じて出力をリニアリティ良く変化できるので、様々な照射パターンに対応できる。さらに半導体素子のON/OFFによる制御は反応速度が高く高速な動作が可能であり、しかも機械的な動作を伴わないため信頼性高く安定して使用できる。また、高圧水銀ランプ等を使用する従来の紫外線照射装置でのパルスによるプラズマを発生等の方式と比べて、大電流や複雑な駆動回路を要さず、簡易な回路で安価にかつ容易に実現でき、メンテナンスも容易といった優れた特長が実現される。さらに従来のように高周波を発生させる高周波点灯回路では、高電圧に対する絶縁対策が必要であったり回路構成が複雑で装置が大型化する等の問題があったが、本発明によれば安価にかつ小型化も可能であり、ヘッド部をユーザが手持ち可能なハンディタイプとして好適に利用できる。
本発明の紫外線照射装置は、ピックアップ等の電子部品の組み立て作業において、紫外線硬化型樹脂による接着に好適に利用できる。また、半導体ステッパや光洗浄装置、光乾燥装置等の用途にも利用できる。
100、700…紫外線照射装置;110、710、810…コントローラ部
112、712…電源部;114、714…制御部;116、716…記憶部
120、220、320、720、920…ヘッド部
1202、1202B…ヘッドホルダ;1203、1203B…保持部
121、721…識別部;1204、1204B…凹凸条
122、122A、222、322、922…ヘッド本体部
9221…上ケース部材;9222…下ケース部材
9223…基端部材;1224、9224…基板
1225…リード線;9225…ケーブル用コネクタ
1226…インジケータLED;1226A…開口窓
1227、7227…メモリ部
1229…止めネジ;123…基板の収納空間;124…リード用穴
924…冷却ブロック;126、926…レンズホルダ
1260、7260…レンズ部;1261…光学系レンズ
1261A…第1のレンズ、1261B…第2のレンズ;128…レンズユニット
130、130A、130B、730、930…ケーブル部;
1301…芯線;1302…絶縁材;1303…被覆シールド;1304…編組線
1305…外被シース;1306…固定リング;1307…止めネジ
1308…固定ネジ;131、731…ケーブル側インターフェース
132…ケーブルホルダ;134…連結部材
140、740…設定部;142、742…表示部;144、844…操作パネル
144A、144B、144C、144D…<、>、∧、∨スイッチ
144E…エスケープスイッチ;144F…エンタースイッチ
145…チャンネル表示ランプ;146…紫外線照射ランプ
147…電源スイッチ;148…一括照射スイッチ;150、750…半導体素子
151、751、951…UVLED;151a…UVLED基板
160、760…ヘッド接続部;170…個別照射ランプ
180…個別照射スイッチ;890…個別設定スイッチ;7101…外部接続機器
U…紫外線;H…固定対象;Tr…トランジスタ
112、712…電源部;114、714…制御部;116、716…記憶部
120、220、320、720、920…ヘッド部
1202、1202B…ヘッドホルダ;1203、1203B…保持部
121、721…識別部;1204、1204B…凹凸条
122、122A、222、322、922…ヘッド本体部
9221…上ケース部材;9222…下ケース部材
9223…基端部材;1224、9224…基板
1225…リード線;9225…ケーブル用コネクタ
1226…インジケータLED;1226A…開口窓
1227、7227…メモリ部
1229…止めネジ;123…基板の収納空間;124…リード用穴
924…冷却ブロック;126、926…レンズホルダ
1260、7260…レンズ部;1261…光学系レンズ
1261A…第1のレンズ、1261B…第2のレンズ;128…レンズユニット
130、130A、130B、730、930…ケーブル部;
1301…芯線;1302…絶縁材;1303…被覆シールド;1304…編組線
1305…外被シース;1306…固定リング;1307…止めネジ
1308…固定ネジ;131、731…ケーブル側インターフェース
132…ケーブルホルダ;134…連結部材
140、740…設定部;142、742…表示部;144、844…操作パネル
144A、144B、144C、144D…<、>、∧、∨スイッチ
144E…エスケープスイッチ;144F…エンタースイッチ
145…チャンネル表示ランプ;146…紫外線照射ランプ
147…電源スイッチ;148…一括照射スイッチ;150、750…半導体素子
151、751、951…UVLED;151a…UVLED基板
160、760…ヘッド接続部;170…個別照射ランプ
180…個別照射スイッチ;890…個別設定スイッチ;7101…外部接続機器
U…紫外線;H…固定対象;Tr…トランジスタ
Claims (12)
- 紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を照射する紫外線照射装置であって、
紫外線源として紫外線を照射可能な一以上の半導体素子を備える一以上のヘッド部と、
前記半導体素子に駆動電力を供給するための電源部を備えるコントローラ部と、
前記ヘッド部とコントローラ部とを電気的に接続するための電気信号線を備えるケーブル部と、
を備えており、
前記ヘッド部は、熱伝導性に優れた部材により、一方向に延長された形状に形成されたヘッド本体部で構成され、前記ヘッド本体部の一端面に前記半導体素子が熱伝導可能な状態に接触され、かつヘッド本体部の断面方向において空間層を生じさせないよう密着した状態に成型してなることを特徴とする紫外線照射装置。 - 請求項1に記載の紫外線照射装置であって、前記ヘッド本体部は金属で一体に形成されてなることを特徴とする紫外線照射装置。
- 請求項1または2に記載の紫外線照射装置であって、さらに、
前記ヘッド本体部の表面の少なくとも一部に複数条の凹凸条が形成されてなることを特徴とする紫外線照射装置。 - 請求項3に記載の紫外線照射装置であって、さらに、
前記凹凸条が、前記ヘッド本体部の延長方向に沿って形成されてなることを特徴とする紫外線照射装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の紫外線照射装置であって、
前記ヘッド部はさらに、
前記半導体素子の前面に配置される集光レンズを保持するためのレンズホルダを備え、
前記ヘッド本体部は、前記レンズホルダと略等しい外径で円柱状に形成され、一端に前記レンズホルダを装着可能に構成してなることを特徴とする紫外線照射装置。 - 請求項1から5のいずれかに記載の紫外線照射装置であって、
前記ケーブルはさらに、
前記電気信号線を被膜する被覆シールドを含んでおり、前記被覆シールドが前記ヘッド本体部と熱伝導するように接続されてなることを特徴とする紫外線照射装置。 - 請求項6に記載の紫外線照射装置であって、
前記被覆シールドが熱伝導性に優れた金属で構成されてなることを特徴とする紫外線照射装置。 - 請求項1から7のいずれかに記載の紫外線照射装置であって、
前記ヘッド部はさらに、
前記ヘッド本体部の他端面に、前記ケーブルを接続するためのケーブルホルダを備え、前記ケーブルホルダを介して前記被覆シールドと前記ヘッド本体部とが熱伝導状態に接続されてなることを特徴とする紫外線照射装置。 - 請求項1から8のいずれかに記載の紫外線照射装置であって、さらに、
前記ヘッド部を所望の姿勢で保持するためのヘッドホルダを備えてなり、前記ヘッドホルダが前記ヘッド部を保持する保持部を熱伝導性に優れた金属により構成してなることを特徴とする紫外線照射装置。 - 請求項1から9のいずれかに記載の紫外線照射装置であって、前記半導体素子が紫外線発光ダイオードであることを特徴とする紫外線照射装置。
- 紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を照射する紫外線照射装置に接続可能な紫外線照射装置用ヘッドであって、
紫外線源として紫外線を照射可能な一以上の半導体素子を備えるヘッド部と、
紫外線照射装置と前記ヘッド部とを電気的に接続し、紫外線照射装置から前記半導体素子に駆動電力を供給するための電気信号線を含むケーブル部と、
を備えており、
前記ヘッド部は、熱伝導性に優れた部材により、一方向に延長された形状に形成されたヘッド本体部で構成され、前記ヘッド本体部の一端面に前記半導体素子が熱伝導可能な状態に接触され、かつヘッド本体部の断面方向において空間層を生じさせないよう密着した状態に成型してなることを特徴とする紫外線照射装置用ヘッド。 - 紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線を半導体素子から照射する紫外線照射装置に、半導体素子に駆動電力を供給するための電気信号線を含むケーブル部を介して接続可能な紫外線照射装置用ヘッドであって、
紫外線源として紫外線を照射可能な一以上の半導体素子と、
熱伝導性に優れた部材により、一方向に延長された形状に形成されたヘッド本体部と、
を備えており、
前記ヘッド本体部の一端面に前記半導体素子が熱伝導可能な状態に接触され、かつヘッド本体部の断面方向において空間層を生じさせないよう密着した状態に成型してなることを特徴とする紫外線照射装置用ヘッド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004310236A JP2006116922A (ja) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | 紫外線照射装置及び紫外線照射装置用ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004310236A JP2006116922A (ja) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | 紫外線照射装置及び紫外線照射装置用ヘッド |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006116922A true JP2006116922A (ja) | 2006-05-11 |
Family
ID=36535258
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004310236A Withdrawn JP2006116922A (ja) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | 紫外線照射装置及び紫外線照射装置用ヘッド |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006116922A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007328051A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Nikon Corp | 光源装置とこれを有する顕微鏡装置 |
JP2008175381A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-07-31 | Bkp Berolina Polyester Gmbh & Co Kg | Ledを備えた硬化更生装置 |
JP2009292029A (ja) * | 2008-06-04 | 2009-12-17 | Ji Engineering:Kk | 紫外線照射ヘッド及び紫外線照射装置 |
JP2015128605A (ja) * | 2009-10-16 | 2015-07-16 | シェイザー, インク.Shaser, Inc. | 光に基づく皮膚科治療装置の電源 |
-
2004
- 2004-10-25 JP JP2004310236A patent/JP2006116922A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007328051A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Nikon Corp | 光源装置とこれを有する顕微鏡装置 |
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JP2009292029A (ja) * | 2008-06-04 | 2009-12-17 | Ji Engineering:Kk | 紫外線照射ヘッド及び紫外線照射装置 |
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US9522287B2 (en) | 2009-10-16 | 2016-12-20 | Shaser, Inc. | Power supply for light-based dermatologic treatment device |
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