JP2009136796A

JP2009136796A - Uv irradiation apparatus

Info

Publication number: JP2009136796A
Application number: JP2007316677A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Watanabe; 良一渡辺
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-06-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a UV irradiation apparatus equipped with a UV light-emitting source which consists of two or more UV-emitting diodes allowing an expansion of the region of radiation wavelengths over a specified range so as to eliminate e.g. unevenness of hardening during hardening a UV-hardenable resin. <P>SOLUTION: The UV irradiation apparatus 10 comprises a UV-emitting source. The source consists of two or more UV-emitting diodes(UVLEDs) 21a to 21e having mutually different regions of wavelengths, and the region of wavelengths for the source is expanded to the range of 300-400 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、紫外線硬化樹脂を照射するための光源に紫外線発光ダイオードを用いて構成された紫外線照射装置に関するものである。 The present invention relates to an ultraviolet irradiation device configured using an ultraviolet light emitting diode as a light source for irradiating an ultraviolet curable resin.

従来、電子部品などのパッケージは、樹脂材が多く用いられており、様々な形状に加工されている。このような形状加工は、被加工物に紫外線照射樹脂を塗布し、ここに紫外線照射装置から発せられる紫外線を照射して硬化することによって行われる。従来の紫外線照射装置は、光源に高圧水銀ランプや水銀キセノンランプなどが使用されていたため、消費電力が大きくなる上、前記ランプの点灯及び消灯の応答時間が長くなり、また、ランプ自体の寿命が短いなどの欠点を有していた。また、被加工物に塗布された紫外線硬化樹脂を硬化させるために使用されるエネルギーのほとんどは熱となって放熱されるので、発熱量が多くなり、冷却するための装置が必要となるなどの欠点も有していた。 Conventionally, a resin material is often used for a package such as an electronic component and is processed into various shapes. Such shape processing is performed by applying an ultraviolet irradiation resin to a workpiece and irradiating the workpiece with an ultraviolet ray emitted from an ultraviolet irradiation device to be cured. Conventional ultraviolet irradiation devices use a high-pressure mercury lamp or mercury xenon lamp as a light source, which increases power consumption, increases the response time for turning on and off the lamp, and shortens the life of the lamp itself. It had shortcomings such as shortness. In addition, most of the energy used to cure the UV curable resin applied to the workpiece is dissipated as heat, so the amount of heat generation increases and a device for cooling is required. It also had drawbacks.

上記欠点を改善するため、近年ではランプの代わりに紫外線を放射することのできる発光ダイオードなどの半導体素子を用いた紫外線照射装置が用いられるようになってきている（特許文献１、２）。
特開２００５−２２７２４１号公報特開２００４−３６３３５２号公報 In order to remedy the above drawbacks, in recent years, an ultraviolet irradiation device using a semiconductor element such as a light emitting diode capable of emitting ultraviolet rays instead of a lamp has been used (Patent Documents 1 and 2).
JP 2005-227241 A JP 2004-363352 A

前記キセノン等のランプを使用した紫外線の放射スペクトルは、図６（ａ）に示すようにある一定の周波数領域において、ピーク波長が複数存在するが、紫外線発光ダイオードの放射スペクトルは、図６（ｂ）に示すように、中心となる周波数領域において、単一のピーク波長のみが存在したものとなっている。 The ultraviolet radiation spectrum using the lamp such as xenon has a plurality of peak wavelengths in a certain frequency region as shown in FIG. 6A, but the radiation spectrum of the ultraviolet light emitting diode is as shown in FIG. As shown in (), only a single peak wavelength exists in the central frequency region.

このように、従来のランプ代わりに用いられている紫外線発光ダイオードは、比較的狭い周波数帯域における単一のピーク波長からなっているので、被加工物に塗布等されている紫外線硬化樹脂の硬化にムラが生じる場合があった。したがって、ある一定の範囲を均等に照射させるためには、紫外線発光ダイオードを多数配置しなければならず、装置が大型化する上に消費電力も多くなるといった問題があった。 As described above, since the ultraviolet light emitting diode used in place of the conventional lamp has a single peak wavelength in a relatively narrow frequency band, it can cure the ultraviolet curable resin applied to the workpiece. There may be unevenness. Therefore, in order to uniformly irradiate a certain range, a large number of ultraviolet light emitting diodes must be arranged, and there is a problem that the apparatus becomes large and power consumption increases.

また、前記紫外線発光ダイオードを多数配置した場合であっても、全ての紫外線発光ダイオードのピーク波長が同一であると、このピーク波長に反応しない部分が残り、部分的に樹脂の硬化にムラが生じる場合がある。 Even when a large number of the ultraviolet light emitting diodes are arranged, if the peak wavelengths of all the ultraviolet light emitting diodes are the same, a portion that does not react to the peak wavelength remains, and unevenness of the resin partially occurs. There is a case.

そこで、本発明の目的は、紫外線硬化樹脂等の硬化に際して、硬化ムラが生じることがないように、照射波長領域を一定範囲に拡散することが可能な複数の紫外線発光ダイオードからなる紫外線発光源を備えた紫外線照射装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultraviolet light emitting source comprising a plurality of ultraviolet light emitting diodes capable of diffusing the irradiation wavelength region into a certain range so that curing unevenness does not occur when curing an ultraviolet curable resin or the like. It is providing the ultraviolet irradiation device provided.

上記課題を解決するために、本発明の紫外線照射装置は、紫外線発光源を備えた紫外線照射装置であって、前記紫外線発光源は、それぞれ波長領域が異なる複数の紫外線発光ダイオードによって構成され、所定の照射波長領域を形成したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an ultraviolet irradiation device of the present invention is an ultraviolet irradiation device including an ultraviolet light source, and the ultraviolet light source is composed of a plurality of ultraviolet light emitting diodes each having a different wavelength region, The irradiation wavelength region is formed.

本発明に係る紫外線照射装置によれば、紫外線光源としてそれぞれ波長領域の異なる複数の紫外線発光ダイオードによって構成されているため、紫外線硬化樹脂などに対して紫外線が有効に作用する照射波長領域を一定の幅に拡散させることができるようになった。これによって、紫外線硬化樹脂の硬化度が均一となり、部分的な硬化ムラを防止することができる。 According to the ultraviolet irradiation apparatus according to the present invention, since the ultraviolet light source is constituted by a plurality of ultraviolet light emitting diodes having different wavelength regions, the irradiation wavelength region in which the ultraviolet rays effectively act on the ultraviolet curable resin or the like is constant. It can be diffused to the width. Thereby, the degree of curing of the ultraviolet curable resin becomes uniform, and partial curing unevenness can be prevented.

また、前記紫外線発光ダイオードが、前記照射波長領域の中心となる中心波長領域を備えた主発光ダイオードと、この主発光ダイオードの中心波長領域から長波側及び短波側に拡散した範囲の波長領域を有する拡散波長領域を有する複数の副発光ダイオードを備えた構成になっているので、紫外線硬化樹脂等の種類や硬化させる範囲に対して、最も効果的な波長領域による紫外線を照射させることができる。 The ultraviolet light emitting diode has a main light emitting diode having a central wavelength region that is the center of the irradiation wavelength region, and a wavelength region in a range in which the main light emitting diode diffuses from the central wavelength region to the long wave side and the short wave side. Since it has a configuration including a plurality of sub light emitting diodes having a diffusion wavelength region, it is possible to irradiate ultraviolet rays in the most effective wavelength region with respect to the type of ultraviolet curable resin and the range to be cured.

以下、添付図面に基づいて本発明に係る紫外線照射装置の実施形態を詳細に説明する。本発明の紫外線照射装置１０は、図１及び図２に示すように、円筒形状の筐体１１と、この筐体１１内に設けられる紫外線発光ユニット１２と、この紫外線発光ユニット１２を駆動させるための制御ユニット２３と、集光レンズ１６とを備えて構成されている。 Embodiments of an ultraviolet irradiation device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the ultraviolet irradiation device 10 of the present invention is configured to drive a cylindrical housing 11, an ultraviolet light emitting unit 12 provided in the housing 11, and the ultraviolet light emitting unit 12. The control unit 23 and the condenser lens 16 are provided.

前記筐体１１は、内部が中空で円筒形状の金属材あるいは樹脂材によって形成されている。この筐体１１には、先端部に紫外線を被加工物に向けて照射する照射口１３を備える。この照射口１３は、電子部品のパッケージなどの成形に使用するのであれば、直径が１２ｍｍ程度に形成される。また、筐体１１の長さは、照射を行う作業環境に応じて設定されるが、特に微細な形状加工を行ったり、狭い場所での作業を要する場合は、折り曲げたりすることが可能なような柔軟性を有した樹脂材などによって形成することもできる。 The housing 11 is hollow and formed of a cylindrical metal material or resin material. The housing 11 is provided with an irradiation port 13 for irradiating ultraviolet rays toward the workpiece at the tip. The irradiation port 13 is formed to have a diameter of about 12 mm if it is used for forming a package of an electronic component. Further, the length of the housing 11 is set according to the work environment where the irradiation is performed. However, the case 11 can be bent particularly when fine shape processing is performed or work in a narrow place is required. It can also be formed of a flexible resin material.

前記紫外線発光ユニット１２は、筐体１１の中空部１４内に嵌め込まれる円盤状の基板１５と、この基板１５の表面側に配置される紫外線発光ダイオード群（ＵＶＬＥＤ群）２１とを備える。前記基板１５は、エポキシ樹脂やＢＴレジンなどで形成され、表面に前記ＵＶＬＥＤ群２１を実装するための電極部や配線パターン（図示せず）がプリント印刷によって形成されている。また、前記基板１５の裏面側には、ＵＶＬＥＤ群２１に電力を供給する電源回路２２、その他に制御回路（図示せず）を備えた制御ユニット２３が設けられている。 The ultraviolet light emitting unit 12 includes a disk-shaped substrate 15 fitted in the hollow portion 14 of the housing 11, and an ultraviolet light emitting diode group (UVLED group) 21 disposed on the surface side of the substrate 15. The substrate 15 is formed of epoxy resin, BT resin, or the like, and electrode portions and wiring patterns (not shown) for mounting the UVLED group 21 are formed on the surface by printing. On the back side of the substrate 15, a power supply circuit 22 that supplies power to the UVLED group 21 and a control unit 23 including a control circuit (not shown) are provided.

図３に示すように、前記ＵＶＬＥＤ群２１は、ピークとなる波長領域がそれぞれ異なる５個の紫外線発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）２１ａ〜２１ｅによって構成されている。前記基板１５の中心部には、メインとなる中心波長領域を有する主発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）２１ａが配置され、このＵＶＬＥＤ２１ａの周囲にＵＶＬＥＤ２１ａの中心波長領域から長波側及び短波側に所定範囲に拡散した拡散波長領域内にピーク波長を有する４個の副発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）２１ｂ〜２１ｅが均等間隔に配置されている。 As shown in FIG. 3, the UVLED group 21 includes five ultraviolet light emitting diodes (UVLED) 21a to 21e having different peak wavelength regions. A main light emitting diode (UVLED) 21a having a main central wavelength region is disposed at the center of the substrate 15, and diffused in a predetermined range around the UVLED 21a from the central wavelength region of the UVLED 21a to the long wave side and the short wave side. Four sub light emitting diodes (UVLED) 21b to 21e having a peak wavelength in the diffusion wavelength region are arranged at equal intervals.

本実施形態では、紫外線硬化樹脂の硬化を目的としているため、中心波長領域は３６０〜３７０ｎｍであり、３００〜４００ｎｍの範囲で拡散波長領域が設定される。このため、基板１５の中心に位置しているＵＶＬＥＤ２１ａのピーク波長が３６５ｎｍ、周辺のＵＶＬＥＤ１４ｂ〜１４ｅでは最小が３１０ｎｍで、最長が４００ｎｍの範囲となっている。この紫外線硬化樹脂以外の被加工物の場合、照射波長領域を広い範囲で確保するには、周辺のＵＶＬＥＤ２１ｂ〜２１ｅの最小値と最大値の差が大きくなるように設定し、中心波長領域に近い狭い照射波長領域に設定する場合は、前記ＵＶＬＥＤ２１ｂ〜２１ｅの最小値と最大値の差が小さくなるように設定するなどの調整及び制御が可能である。また、全てのＵＶＬＥＤ２１ａ〜２１ｅのオン／オフが可能となるように制御することで、照射に必要な波長の強度や範囲を適宜選択することができる。 In the present embodiment, since the purpose is to cure the ultraviolet curable resin, the central wavelength region is 360 to 370 nm, and the diffusion wavelength region is set in the range of 300 to 400 nm. For this reason, the peak wavelength of the UVLED 21a located at the center of the substrate 15 is 365 nm, the minimum of the peripheral UVLEDs 14b to 14e is 310 nm, and the maximum is 400 nm. In the case of a workpiece other than this ultraviolet curable resin, in order to secure an irradiation wavelength region in a wide range, the difference between the minimum value and the maximum value of the surrounding UVLEDs 21b to 21e is set so as to be close to the central wavelength region. In the case of setting to a narrow irradiation wavelength region, adjustment and control such as setting so that the difference between the minimum value and the maximum value of the UVLEDs 21b to 21e is small is possible. Further, by controlling so that all the UVLEDs 21a to 21e can be turned on / off, the intensity and range of the wavelength necessary for irradiation can be appropriately selected.

図４は、複数のＵＶＬＥＤによる配列例を示したものである。このＵＶＬＥＤの数及び配置は、照射する被加工物の材質や照射面積あるいは厚みなどによって異なるが、例えば、（ａ）や（ｂ）に示すような配列によって構成することができる。（ａ）に示すＵＶＬＥＤ群３１は主発光ダイオードであるＵＶＬＥＤ３１ａを中心として、その周囲に放射状に複数の副発光ダイオードであるＵＶＬＥＤ３１ｂ〜３１ｉを配置したものであり、（ｂ）に示すＵＶＬＥＤ群４１は主発光ダイオードであるＵＶＬＥＤ４１ａを中心として、その周囲に正方状に複数の副発光ダイオードであるＵＶＬＥＤ４１ｂ〜４１ｉを配置したものである。なお、前記副発光ダイオード３１ｂ〜３１ｉ，４１ｂ〜４１ｉは、照射目的や照射対象物に応じて配置数が設定される。 FIG. 4 shows an example of arrangement by a plurality of UVLEDs. The number and arrangement of the UVLEDs vary depending on the material of the workpiece to be irradiated, the irradiation area, the thickness, and the like, but can be configured by, for example, an arrangement as shown in (a) or (b). The UVLED group 31 shown in (a) has a plurality of UVLEDs 31b to 31i that are radially arranged around the UVLED 31a that is a main light emitting diode, and a UVLED group 41 shown in (b). A plurality of UVLEDs 41b to 41i, which are a plurality of secondary light emitting diodes, are arranged in a square shape around a UVLED 41a that is a main light emitting diode. The number of the sub light emitting diodes 31b to 31i and 41b to 41i is set in accordance with the irradiation purpose and the irradiation object.

図１及び図２に示したように、ＵＶＬＥＤ群２１は、透光性を有した封止樹脂１７によって基板１５上に封止することで、素子の劣化を抑えるとともに、防湿効果を得ることができる。また、ＵＶＬＥＤ群２１が配置された基板１５の前方に集光レンズ１６を配置することによって、前記主発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ２１ａ）及び副発光ダイオードから放射される紫外光を被加工物に対して集光させることができる。また、前記集光レンズ１６又は紫外線発光ユニット１２のいずれか一方を移動可能に配置することで、前記各ＵＶＬＥＤ群２１から発せられる光の集光距離が可変可能となり、任意の集光倍率に調整することができる。なお、前記封止樹脂１７を凸レンズ状に形成することによっても集光作用を持たせることができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the UVLED group 21 can be sealed on the substrate 15 with a translucent sealing resin 17 to suppress deterioration of the element and obtain a moisture-proof effect. it can. Further, by arranging the condenser lens 16 in front of the substrate 15 on which the UVLED group 21 is arranged, the ultraviolet light emitted from the main light emitting diode (UVLED 21a) and the sub light emitting diode is condensed on the workpiece. Can be made. In addition, by arranging one of the condenser lens 16 and the ultraviolet light emitting unit 12 so as to be movable, the condensing distance of the light emitted from each UVLED group 21 can be varied, and can be adjusted to an arbitrary condensing magnification. can do. In addition, a condensing function can be given also by forming the sealing resin 17 into a convex lens shape.

前記紫外線発光ユニット１２が組み込まれた筐体１１をパイプ又はチューブ状の長い管の先端部に取り外し可能に構成することが可能である。このような着脱可能な構成にすることで、被加工物に適した照射波長領域となる紫外線発光ユニットを適宜選択して使用することができる。 The housing 11 in which the ultraviolet light emitting unit 12 is incorporated can be configured to be detachable at the tip of a pipe or a long tube-like tube. By adopting such a detachable configuration, an ultraviolet light emitting unit having an irradiation wavelength range suitable for a workpiece can be appropriately selected and used.

図５は、図３に示した構成の紫外線発光ユニット１２に可視光の発光領域を有する可視光発光ダイオード（可視光ＬＥＤ）２４を混在して配置したものである。この可視光ＬＥＤ２４は、ピーク波長が４００ｎｍ程度のものが使用される。このピーク波長は、紫外光と可視光との境界線上にあるため、紫外光としての作用を備えているとともに、目に見える光でもある。このような可視光ＬＥＤ２４を混在させることで、紫外線硬化樹脂の深い部分の硬化性が良好になるといった利点がある。この可視光ＬＥＤ２４は、中心波長領域を有する主発光ダイオードの周囲に配置されたり、副発光ダイオードの一つの代わりに使用したりすることができ、さらに、紫外線を照射する被加工物に照準を合わせるためのガイド光としても利用することができる。 FIG. 5 shows a configuration in which a visible light emitting diode (visible light LED) 24 having a visible light emitting region is mixedly arranged in the ultraviolet light emitting unit 12 having the configuration shown in FIG. The visible light LED 24 having a peak wavelength of about 400 nm is used. Since this peak wavelength is on the boundary line between ultraviolet light and visible light, it has an action as ultraviolet light and is also visible light. By mixing such visible light LEDs 24, there is an advantage that the curability of a deep portion of the ultraviolet curable resin is improved. The visible light LED 24 can be disposed around a main light emitting diode having a central wavelength region, or can be used in place of one of the sub light emitting diodes, and is further aimed at a workpiece to be irradiated with ultraviolet rays. It can also be used as a guide light.

以上説明したように、本発明の紫外線照射装置１０では、紫外線発光源にＵＶＬＥＤを複数使用し、それぞれのＵＶＬＥＤが異なる波長領域を有した構成となっているので、特定の波長領域に偏重することなく、一定範囲に拡散した照射波長領域をカバーした紫外線の照射が行える。これによって、様々な形状やサイズの被加工物に施される紫外線硬化樹脂を紫外線照射した場合においても、部分的な硬化ムラが生じなくなるとともに、照射時間も短時間で済む。また、個々のＵＶＬＥＤのピーク波長を制御したり、配列を変更したりすることによって、紫外線の被加工物に対する照射効率及び硬化効率の向上が図られる。 As described above, in the ultraviolet irradiation device 10 of the present invention, a plurality of UVLEDs are used as the ultraviolet light source, and each UVLED has a different wavelength region. In addition, it is possible to irradiate ultraviolet rays covering the irradiation wavelength region diffused in a certain range. As a result, even when an ultraviolet curable resin applied to workpieces of various shapes and sizes is irradiated with ultraviolet rays, partial curing unevenness does not occur and the irradiation time is short. In addition, by controlling the peak wavelength of each UVLED or changing the arrangement, it is possible to improve the irradiation efficiency and the curing efficiency of the ultraviolet-ray workpiece.

本発明に係る紫外線照射装置の構造を示す透視斜視図である。It is a see-through | perspective perspective view which shows the structure of the ultraviolet irradiation device which concerns on this invention. 上記紫外線照射装置の断面図である。It is sectional drawing of the said ultraviolet irradiation device. 上記紫外線照射装置のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of the said ultraviolet irradiation device. ＵＶＬＥＤの配置例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning of UVLED. ＵＶＬＥＤと可視光ＬＥＤを備えた紫外線発光ユニットの平面図である。It is a top view of the ultraviolet light emission unit provided with UVLED and visible light LED. ランプと発光ダイオードとの紫外線の放射スペクトルを比較した測定グラフである。It is the measurement graph which compared the radiation spectrum of the ultraviolet-ray of a lamp | ramp and a light emitting diode.

Explanation of symbols

１０紫外線照射装置
１１筐体
１２紫外線発光ユニット
１３照射口
１４中空部
１５基板
１６集光レンズ
１７封止樹脂
２１ＵＶＬＥＤ群
２１ａ〜２１ｅＵＶＬＥＤ
２２電源回路
２３制御ユニット
２４可視光ＬＥＤ
３１ＵＶＬＥＤ群
３１ａ〜３１ｉＵＶＬＥＤ
４１ＵＶＬＥＤ群
４１ａ〜４１ｉＵＶＬＥＤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultraviolet irradiation apparatus 11 Case 12 Ultraviolet light emission unit 13 Irradiation port 14 Hollow part 15 Substrate 16 Condensing lens 17 Sealing resin 21 UVLED group 21a-21e UVLED
22 Power supply circuit 23 Control unit 24 Visible light LED
31 UVLED group 31a-31i UVLED
41 UVLED group 41a-41i UVLED

Claims

An ultraviolet irradiation device having an ultraviolet light source,
The ultraviolet light source is constituted by a plurality of ultraviolet light emitting diodes each having a different wavelength region, and forms a predetermined irradiation wavelength region.

The ultraviolet light source comprises a main light emitting diode having a central wavelength region that is the center of the irradiation wavelength region, and a plurality of sub-light emitting diodes having diffused wavelength regions diffused on the long wave side and the short wave side of the center wavelength region. The ultraviolet irradiation device according to claim 1.

3. The ultraviolet irradiation device according to claim 2, wherein the main light emitting diode has a peak wavelength region selected within a range of 360 to 370 nm, and each of the sub light emitting diodes has a peak wavelength region selected within a range of 300 to 400 nm. .

3. The ultraviolet irradiation device according to claim 2, wherein a plurality of the sub light emitting diodes are arranged around the main light emitting diode.

The ultraviolet irradiation device according to claim 1, wherein a condensing lens is disposed opposite to the ultraviolet light source.

The ultraviolet light irradiation device according to claim 2, wherein the sub light emitting diode includes a visible light emitting diode having a wavelength region of visible light.