JP2008265204A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線の照射位置を容易に視認することができる紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎからの紫外線を伝搬する光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを、可視光発光素子３からの可視光を伝搬する光ファイバ４を含めて密集束にして光ファイババンドル５を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線硬化樹脂の硬化に用いられる紫外線照射装置に関する。

近年、多くの産業分野において、接着剤やコーティング剤の硬化方法として、紫外線硬化法が利用されている。紫外線硬化法は、紫外線硬化材料に紫外線を照射して光重合反応を生じさせ、モノマー（液体）をポリマー（固体）に変化させる技術である。

従来から、紫外線硬化法では、光源として紫外線ランプを備えた紫外線照射装置が用いられてきたが、紫外線を発生することのできる発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）の開発に伴い、紫外線ランプに代えて紫外線ＬＥＤを用いた紫外線照射装置も実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２８１１３０号公報

従来の紫外線照射装置では、被照射物に紫外線を照射した際、被照射物の色によっては紫外線が照射されている位置が視認し難く、作業効率が低下することがあった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、紫外線の照射位置を容易に視認することができる紫外線照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の紫外線照射装置は、紫外線を放射する１つ以上の紫外線発光素子と、複数の光ファイバを密集束にして構成され、前記紫外線発光素子のそれぞれに対応して設けられており、前記紫外線発光素子から放射される紫外線を入射端で受光して伝搬し、伝搬した紫外線を出射端から出射する１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルと、可視光を放射する可視光発光素子と、この可視光発光素子から放射される可視光を入射端で受光して伝搬し、伝搬した可視光を出射端から出射する可視光伝搬用光ファイバとを備え、前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルおよび前記可視光伝搬用光ファイバの出射端側において、前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルが前記可視光伝搬用光ファイバを含んで１つに束ねられていることを特徴とする。

また、本発明の紫外線照射装置は、紫外線を放射する１つ以上の紫外線発光素子と、複数の光ファイバを密集束にして構成され、前記紫外線発光素子のそれぞれに対応して設けられており、前記紫外線発光素子から放射される紫外線を入射端で受光して伝搬し、伝搬した紫外線を出射端から出射する１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルと、可視光を放射する可視光発光素子と、複数の光ファイバを密集束にして構成され、前記可視光発光素子から放射される可視光を入射端で受光して伝搬し、伝搬した可視光を出射端から出射する可視光伝搬用光ファイババンドルとを備え、前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルおよび前記可視光伝搬用光ファイババンドルの出射端側において、前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルが前記可視光伝搬用光ファイババンドルを構成する複数の光ファイバを含んで１つに束ねられ、束ねられた前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルの出射端側において、前記可視光伝搬用光ファイババンドルを構成する複数の光ファイバが分散して配置されていることを特徴とする。

本発明の紫外線照射装置によれば、各紫外線発光素子からの紫外線を伝搬して出射する各紫外線伝搬用光ファイババンドルが、出射端側において、可視光発光素子からの可視光を伝搬して出射する可視光伝搬用光ファイバを含んで１つに束ねられているので、可視光伝搬用光ファイバから出射される可視光によって紫外線の照射位置を視認することができる。

以下、本発明の紫外線照射装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る紫外線照射装置を示す構成図である。図１に示すように第１の実施の形態に係る紫外線照射装置は、１つ以上の紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎと、各紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎに対応する光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎと、可視光発光素子３と、光ファイバ４と、光ファイバ４を含んで光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを１つに束ねた光ファイババンドル５と、光照射ヘッド６と、制御基板７と、ヒートシンク８と、冷却ファン９とを備える。

紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎは、例えば紫外線ＬＥＤからなり、ヒートシンク８に熱的に接合して設置されている。

光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎは、それぞれ直径数百μｍ程度の光ファイバを数百本程度束ねた密集束で構成される。各光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎの直径は数ｍｍ程度である。光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎの一端は、それぞれ紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎに光結合され、その一端から紫外線が入射されるようになっている。

光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを構成する光ファイバとしては、例えば純粋石英ガラスからなるコアと、フッ素添加石英ガラスからなるクラッドとを有する光ファイバを用いることができる。

可視光発光素子３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等からなり、赤色、緑色等の可視光を放射する。

光ファイバ４は、一端が可視光発光素子３に光結合され、その一端から可視光が入射されるようになっている。この可視光伝搬用の光ファイバ４としては、光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを構成する光ファイバと同様に、例えば純粋石英ガラスからなるコアと、フッ素添加石英ガラスからなるクラッドとを有する光ファイバを用いることができる。また、光ファイバ４としては、ゲルマニウム添加石英ガラスからなるコアと、純粋石英ガラスからなるクラッドとを有する光ファイバを用いることもできる。また、光ファイバ４は、シングルモード光ファイバや大口径光ファイバであってもよい。

光ファイババンドル５は、光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを、光ファイバ４を含めて密集束にして構成される。光ファイババンドル５の周囲は、保護のため金属のフレキ管で覆われている。

光照射ヘッド６には、光ファイババンドル５の出射側の端部が挿入される。光照射ヘッド６は、光ファイババンドル５の出射端から出射される各紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎからの紫外線および可視光発光素子３からの可視光を、内蔵する図示しない複数のレンズにより集光して出射する。

光照射ヘッド６に挿入される光ファイババンドル５は、多数の光ファイバの密集束により構成されるため、その出射側の端部の外形を様々な形状にすることができる。

図２（ａ）は光ファイババンドル５の出射側の端部の外形が円形である場合の光照射ヘッド６の端面６ａを示す図であり、この場合光ファイババンドル５により伝搬された光が円形の出射口６ｂから外部に出射される。図２（ｂ）は光ファイババンドル５の出射側の端部の外形が矩形である場合の光照射ヘッド６の端面６ａを示す図であり、この場合光ファイババンドル５により伝搬された光が矩形の出射口６ｃから外部に出射される。

また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、可視光伝搬用の光ファイバ４は光ファイババンドル５の略中心に配置される。光ファイババンドル５の作製時において、光ファイバ４をチューブに挿入し、この光ファイバ４が挿入されたチューブが略中心になるように光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを編んで束ねた後、チューブのみを引き抜くことで、光ファイバ４が略中心に配置された光ファイババンドル５が得られる。

制御基板７は、紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎおよび可視光発光素子３のＯＮ／ＯＦＦや、駆動電流等を制御する電気基板である。

ヒートシンク８は、紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎで発生する熱を吸収して放熱する。冷却ファン９は、制御基板７およびヒートシンク８に送風して冷却する。なお、冷却ファン９を設けずに、放熱のみにより冷却するようにしてもよい。

上記のように構成された第１の実施の形態に係る紫外線照射装置において、操作者による図示しない操作部の操作に応じて、制御基板７から紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎおよび可視光発光素子３に駆動電流が供給される。制御基板７から駆動電流が供給されると、紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎは紫外線を放射し、可視光発光素子３は可視光を放射する。紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎから放射された紫外線は、それぞれ光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎの入射端から入射して伝搬される。また、可視光発光素子３から放射された可視光は、光ファイバ４の入射端から入射して伝搬される。

そして、光照射ヘッド６は、光ファイババンドル５の出射端から出射される各紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎからの紫外線および可視光発光素子３からの可視光を、内蔵する図示しない複数のレンズにより集光して出射する。操作者はこの光照射ヘッド６を保持して、紫外線硬化性樹脂等の被照射物に紫外線を照射する作業を行う。

特許文献１の紫外線照射装置のように紫外線ＬＥＤの出射光を直接使用する場合、その紫外線出力の光パワー分布は図３のようになり、紫外線ＬＥＤの発光部の照射パターンがある程度残り、光パワー分布は均一にならない。

これに対し、第１の実施の形態に係る紫外線照射装置では、多数の光ファイバを密集束にして光ファイババンドル５を構成することで、個々の光ファイバの光パワーが異なっても、均一な光パワー分布が得られる。図４は第１の実施の形態に係る紫外線照射装置の紫外線出力の光パワー分布を示すモデル図である。図４では、光パワー分布はトップハット形状となっており、図３に示したような紫外線ＬＥＤの照射パターンは見られない。

また、図５に示すように、光ファイババンドル５の略中心に配置された可視光伝搬用の光ファイバ４から出射される可視光の光パワーが紫外線照射領域の中心（ｘ_０）付近に分布する。このように紫外線照射領域の略中心位置が可視光により示されるため、操作者は紫外線の照射位置を容易に視認することができる。

紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎは、その駆動中に発熱するが、この熱はヒートシンク８に吸収され、ヒートシンク８は、この吸収した熱を放熱する。そして、ヒートシンク８および制御基板７は、冷却ファン９からの送風により冷却される。

上記説明のように第１の実施の形態によれば、紫外線伝搬用の光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを、可視光伝搬用の光ファイバ４を含めて密集束にして光ファイババンドル５を構成し、光ファイバ４を光ファイババンドル５の略中心に配置したので、紫外線照射領域の略中心位置を可視光により示すことができる。これにより、操作者は紫外線の照射位置を容易に視認することができ、作業効率を向上することができる。

また、紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎから放射される紫外線を、光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎおよび光ファイババンドル５により伝搬するようにして、紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎと光照射ヘッド６とを分離したので、ヒートシンク８および冷却ファン９により紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎの冷却を効果的に行うことができる。これにより、紫外線発光素子１ａ，１ｂ，…，１ｎに熱が蓄積することによる光出力の変化を抑制することができる。なお、可視光発光素子３をヒートシンク８に熱的に接合して設置し、冷却するようにしてもよい。

また、光ファイババンドル５の出射側の端部の外形を様々な形状にすることができるので、光を照射する対象領域の形状に応じて光ファイババンドル５の出射側の端部の外形を形成することが可能になる。例えば、図２（ｂ）に示すように光ファイババンドル５の出射側の端部の外形を矩形にすることにより、矩形の領域に塗布された紫外線硬化性樹脂に一度に紫外線を照射して硬化させることができる。

（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態に係る紫外線照射装置を示す構成図である。なお、図６に示す第２の実施の形態に係る紫外線照射装置の構成のうち図１に示す第１の実施の形態に係る紫外線照射装置の構成と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６に示すように本発明の第２の実施の形態に係る紫外線照射装置は、図１に示した第１の実施の形態の紫外線照射装置に対し、光ファイバ４を可視光伝搬用光ファイババンドル１０に置き換え、光ファイババンドル５を光ファイババンドル１１に置き換えた構成である。

可視光伝搬用光ファイババンドル１０は、直径数百μｍ程度の光ファイバを数十本〜数百本程度束ねた密集束で構成される。可視光伝搬用光ファイババンドル１０の一端は、可視光発光素子３に光結合され、その一端から可視光が入射されるようになっている。

可視光伝搬用光ファイババンドル１０を構成する光ファイバとしては、光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを構成する光ファイバと同様に、例えば純粋石英ガラスからなるコアと、フッ素添加石英ガラスからなるクラッドとを有する光ファイバを用いることができる。また、ゲルマニウム添加石英ガラスからなるコアと、純粋石英ガラスからなるクラッドとを有する光ファイバを用いることもできる。

光ファイババンドル１１は、光ファイババンドル２ａ，２ｂ，…，２ｎを、可視光伝搬用光ファイババンドル１０を含めて密集束にして構成される。ここで、光ファイババンドル１１は、可視光伝搬用光ファイババンドル１０に属する各光ファイバが分散して配置されるように構成される。

図７（ａ）は光ファイババンドル１１の出射側の端部の外形が円形である場合の光照射ヘッド６の端面６ａを示す図、図２（ｂ）は光ファイババンドル１１の出射側の端部の外形が矩形である場合の光照射ヘッド６の端面６ａを示す図である。図７（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイババンドル１１において、可視光伝搬用光ファイババンドル１０に属する各光ファイバ１０ａが分散して配置されている。

上記のように構成された第２の実施の形態に係る紫外線照射装置においては、可視光伝搬用光ファイババンドル１０に属する各光ファイバ１０ａから出射される可視光により、光ファイババンドル１１から出射される紫外線の照射領域全体が示される。なおこの際、紫外線のパワー（パワー密度）はほとんど低下しない。

これにより、操作者は紫外線の照射領域を容易に視認することができ、作業効率を向上することができる。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る紫外線照射装置を示す構成図である。 （ａ）は図１に示す紫外線照射装置における光ファイババンドル５の出射側の端部の外形が円形である場合の光照射ヘッド６の端面６ａを示す図、（ｂ）は光ファイババンドル５の出射側の端部の外形が矩形である場合の光照射ヘッド６の端面６ａを示す図である。 紫外線ＬＥＤの出射光を直接使用する紫外線照射装置における光出力の光パワー分布を示すモデル図である。 図１に示す紫外線照射装置における紫外線出力の光パワー分布を示すモデル図である。 図１に示す紫外線照射装置における可視光出力の光パワー分布を示すモデル図である。 本発明の第２の実施の形態に係る紫外線照射装置を示す構成図である。 （ａ）は図６に示す紫外線照射装置における光ファイババンドル１１の出射側の端部の外形が円形である場合の光照射ヘッド６の端面６ａを示す図、（ｂ）は光ファイババンドル１１の出射側の端部の外形が矩形である場合の光照射ヘッド６の端面６ａを示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，…，１ｎ 紫外線発光素子
２ａ，２ｂ，…，２ｎ 光ファイババンドル
３ 可視光発光素子
４ 光ファイバ
５ 光ファイババンドル
６ 光照射ヘッド
７ 制御基板
８ ヒートシンク
９ 冷却ファン
１０ 可視光伝搬用光ファイババンドル
１１ 光ファイババンドル

Claims (6)

1. 紫外線を放射する１つ以上の紫外線発光素子と、
   複数の光ファイバを密集束にして構成され、前記紫外線発光素子のそれぞれに対応して設けられており、前記紫外線発光素子から放射される紫外線を入射端で受光して伝搬し、伝搬した紫外線を出射端から出射する１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルと、
   可視光を放射する可視光発光素子と、
   この可視光発光素子から放射される可視光を入射端で受光して伝搬し、伝搬した可視光を出射端から出射する可視光伝搬用光ファイバとを備え、
   前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルおよび前記可視光伝搬用光ファイバの出射端側において、前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルが前記可視光伝搬用光ファイバを含んで１つに束ねられていることを特徴とする紫外線照射装置。
2. 出射端側において束ねられた前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルの略中心に前記可視光伝搬用光ファイバが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 紫外線を放射する１つ以上の紫外線発光素子と、
   複数の光ファイバを密集束にして構成され、前記紫外線発光素子のそれぞれに対応して設けられており、前記紫外線発光素子から放射される紫外線を入射端で受光して伝搬し、伝搬した紫外線を出射端から出射する１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルと、
   可視光を放射する可視光発光素子と、
   複数の光ファイバを密集束にして構成され、前記可視光発光素子から放射される可視光を入射端で受光して伝搬し、伝搬した可視光を出射端から出射する可視光伝搬用光ファイババンドルとを備え、
   前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルおよび前記可視光伝搬用光ファイババンドルの出射端側において、前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルが前記可視光伝搬用光ファイババンドルを構成する複数の光ファイバを含んで１つに束ねられ、束ねられた前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルの出射端側において、前記可視光伝搬用光ファイババンドルを構成する複数の光ファイバが分散して配置されていることを特徴とする紫外線照射装置。
4. 前記紫外線発光素子に接合され、前記紫外線発光素子で発生する熱を吸収して放熱する放熱部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。
5. 前記放熱部に冷却風を送風する送風部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の紫外線照射装置。
6. 束ねられた前記１本以上の紫外線伝搬用光ファイババンドルの出射端側の外形は、紫外線を照射する対象領域の形状に応じて形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。

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