JP2010149381A - Light irradiation head, liquid droplet curing device, and liquid droplet curing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光照射ヘッド、液滴硬化装置、および液滴硬化方法に関する。 The present invention relates to a light irradiation head, a droplet curing device, and a droplet curing method.
紫外線硬化型の樹脂や塗料は、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。近年、印刷媒体の多様化、環境に対する配慮、印刷スピードの高速化等の理由から、紫外線硬化型インク(UVインク)を用いた印刷手法が注目されている。UVインクを用いた印刷では、UVインクを印刷媒体に付着させ、付着したインクに紫外光(UV光)を照射して、このUVインクを短時間で硬化させる。 Ultraviolet curable resins and paints are widely used from the field of resist film formation and printing to the field of bonding and fixing small parts in an assembly process such as an optical pickup. In recent years, a printing method using ultraviolet curable ink (UV ink) has been attracting attention for reasons such as diversification of printing media, consideration for the environment, and increase in printing speed. In printing using UV ink, the UV ink is attached to a printing medium, and the attached ink is irradiated with ultraviolet light (UV light) to cure the UV ink in a short time.
従来、かかる紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線照射ヘッドの光源としては、一般に高圧水銀ランプや低圧水銀ランプ等の蛍光ランプが使用されてきた。近年、例えば下記特許文献1に記載のインクジェット式記録装置のように、UV光を発するUVLED素子が複数配列されたUVLEDアレイを照射光源として用いた印刷装置が提案されている。図7は、下記特許文献1記載のUVLEDアレイの一例である。従来のUVLEDアレイは、基体118の主面に凹状の反射構造体119が複数配置され、各反射鏡構造体各々にLED素子等の発光素子119が配置されている。
かかる従来のUVLEDアレイでは、各反射鏡構造体で各発光素子からの光を成形しており、UVLEDアレイから照射される光量のムラが比較的大きいという課題があった。本発明はかかる課題を解決する目的でなされたものである。 In such a conventional UVLED array, light from each light emitting element is formed by each reflecting mirror structure, and there is a problem that the unevenness of the amount of light irradiated from the UVLED array is relatively large. The present invention has been made for the purpose of solving such problems.
上記課題を解決するために、本願発明は、一方向に延びた溝部を一方主面に備えた基体と、前記溝部の底面に配された発光体と、を備え、前記溝部の内側面は、前記底面の側に近づくにつれて前記溝部の中心に近づく斜面領域を有し、前記発光体は前記一方向に沿って配列された複数の発光領域を有することを特徴とする光照射ヘッドを提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a substrate having a groove portion extending in one direction on one main surface, and a light emitter disposed on the bottom surface of the groove portion, and the inner surface of the groove portion is There is provided a light irradiation head characterized by having a slope region that approaches the center of the groove as it approaches the bottom surface, and the light emitter has a plurality of light emitting regions arranged along the one direction.
また、かかる光照射ヘッドと、前記基体の前記一方主面と対向された対象体と前記光照射ヘッドとを相対移動させる移動機構と、前記対象体に、前記光照射ヘッドよりの発光を受けて硬化する光硬化性物質の液滴を吐出して、前記対象体の表面に前記液滴を付着させる吐出手段と、を備えることを特徴とする液滴硬化装置を併せて提供する。 In addition, the light irradiation head, a moving mechanism for moving the light irradiation head relative to the target body opposed to the one main surface of the base, and the target body receiving light from the light irradiation head. There is also provided a droplet curing apparatus, comprising: a discharge unit that discharges a droplet of a photocurable material to be cured and attaches the droplet to the surface of the object.
また、対象体の表面に、上記光照射ヘッドによる発光を受けて硬化する光硬化性物質を付着させ、前記対象体の表面に付着した液滴に照射し、前記液滴を硬化させることを特徴とする液滴硬化方法を提供する。 In addition, a photocurable material that is cured by receiving light emitted from the light irradiation head is attached to the surface of the object, and the liquid droplets attached to the surface of the object are irradiated to cure the liquid droplets. A droplet curing method is provided.
本発明の光照射ヘッドによれば、対象体に対して、比較的高い光量の光を、比較的小さい光量分布で照射することができる。本発明の液滴硬化装置および方法によれば、対象体に付着させた液滴を、比較的短時間で硬化させることができ、対象体表面での硬化ムラも比較的少ない。 According to the light irradiation head of the present invention, it is possible to irradiate an object with a relatively high light amount with a relatively small light amount distribution. According to the droplet curing apparatus and method of the present invention, it is possible to cure a droplet attached to an object in a relatively short time, and relatively little uneven curing on the surface of the object.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施の形態は、例示するものであって、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are illustrative, and the present invention is not limited to these embodiments.
図1は、本発明の光照射ヘッドの一実施形態である照射ヘッド10について説明する図であり、(a)は照射ヘッド10の概略斜視図、(b)は照射ヘッド10の概略断面図である。照射ヘッド10は、例えばアルミナ等のセラミックからなる絶縁基板11の一方主面に、一方向に延びた長尺の反射溝12が、複数本並列に配置されている。反射溝12の底面には、発光体14が配置されている。また、反射溝12の底面には、発光体14に電力を供給するとともに、これら発光体14をフリップチップ接続するための電極24a、24bが設けられている。また、各電極24a、24bは、絶縁基板11の内部に配された配線導体13を介して、外部に設けられた入力端子と電気的に接続されている。また、反射溝12内には、発光体14全体を覆うように、例えばシリコーン樹脂からなる封止材19が充填されている。
FIG. 1 is a diagram for explaining an
絶縁基板11は、板状の支持部11Aの表面に、反射部11Bが配置された構成となっている。支持部11Aは、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂や液晶ポリマー(LCP)等の樹脂等で構成される。
The
支持部11Aがセラミックス等から成る場合、支持部11Aとなる複数のグリーンシートに、発光装置の内外を電気的に導通接続するために、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)、銅(Cu)等の金属ペーストから成る配線導体13を配置し、支持部11Aを焼成すると同時に金属ペーストも焼成することにより、配線導体13を有する支持部11Aが形成される。このような配線導体13は、上記周知のメタライズ法やメッキ法などを用いて形成すればよい。また、支持部11Aが樹脂から成る絶縁体の場合、配線導体13は、Cu、Ag、Al、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金またはFe−Ni合金等の金属材料から成るリード端子を基体1に埋設し、リード端子の一端を搭載部1aに導出し、他端を基体1の側面や下面に導出して露出させることによって形成することができる。
When the
絶縁基板11は、支持部11Aの上面に、反射部11Bが配置されて構成されている。反射部11Bは、発光体14の側を向く側面が、図中上方を向くように傾斜した斜面とされている。照射ヘッド10では、発光体14から放射されて反射部11Bに向かう光の成分が、この反射部11Bの側面(すなわち、溝部12の内側斜面)で上方に反射され、図中上方に向けて効率的に照射される。本実施形態の反射部11Bは、白色光源の下で白色に視認される、多孔質のセラミックスからなり、例えば紫外線領域の光に対して、比較的良好な反射性を有する。反射部11Bは、例えば酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスで構成すればよい。また、反射部11Bは、エポキシ樹脂や液晶ポリマー(LCP)等の樹脂で構成されてもよい。また、所望の反射性を達成するたに、反射部11Bの材質や、発光体14からの発光の波長などに応じ、反射部11Bの側面に、金属メッキや蒸着等によって形成された例えば金属性の反射膜が設けられていてもよい。
The
発光体14は、例えばサファイア等からなる基板15の一方主面に、例えばGaN等の化合物半導体からなる公知のLED発光層17が設けられて構成されている。発光体14の基板15は、反射溝12の長手方向に沿った長尺形状を有する。第1の実施形態では、基板15の一方主面に、複数の発光層17が、基板15の長さ方向に沿って複数配列されている。本実施形態では、これら発光層17は、基板15の、絶縁基板11の溝部12の底面と対向する側(図1(b)の下側)の主面に設けられている。例えばサファイアからなる基板の主面全体に、GaN等からなる化合物半導体層を形成した後、公知のエッチング手法によって部分的に除去することで、本実施形態のように、基板15の一方主面に、複数分離された状態で発光層17を設けることができる。本実施形態では、発光層17が発光領域とされている。
The light-emitting
長手方向に延びた基板15の一方主面に、それぞれ離間して複数の発光層17を配置することで、各発光層17の上記長手方向に沿った間隔を、比較的小さくすることができる。例えば、図7に示す従来の照射ヘッドのように、各発光素子を各々反射構造体内に配置した場合は、この反射構造体を作製するにあたっての形状的な制約、また、微小な発光素子をそれぞれ保持して実装するにあたっての制約などが生じ、各発光素子の間隔は例えば3.0mm以下にすることは困難であった。これに対し、例えば周知の半導体製造技術を用い、基板15の一方主面に複数分離された発光層17を形成した場合、各発光層17の上記長手方向に沿った間隔を、例えば1.0mm未満にすることもでき、更には0.5mm未満にすることも可能である。
By disposing the plurality of
本実施形態の発光層17は、例えば発光の波長が、ピークスペクトルが380nm以下である、いわゆるUVLED素子である。発光層17は、基板15の一方の主面に、複数の半導体結晶層が積層されてなる(なお、各半導体層については、図示していない)。より具体的には、発光層17は、例えば、基板15の一方から、n型およびp型のうちの一方の導電型の半導体層と、コンタクト層と、n型およびp型のうちの一方の他方の導電型の半導体層と、コンタクト層とがこの記載の順番で積層されて形成されている。
The
また、発光層17の表面(溝部12の底面と対向する側の面)には、例えばAgを主成分とする電極25aと、電極25bとが設けられている。各発光層17の表面に設けられた、これらの電極25aおよび25bが、溝部12の底面に設けられた各電極24aおよび24bに、それぞれフリップチップ接続されて、各発光体14が溝部12内に配置固定されている。発光層17は、各電極25aおよび電極25bに電圧が印加されることで、電圧値の大きさに応じた光量の光を発する。本実施形態の基板15はサファイアからなり、発光層17からの発光に対し、比較的良好な透明性を有する。
Further, on the surface of the light emitting layer 17 (the surface on the side facing the bottom surface of the groove 12), for example, an
図1に示す実施形態では、複数の発光層17がそれぞれ電極25aおよび電極25bを備えている。かかる実施形態では、発光層17それぞれに印加する電圧を、各発光層17毎に独立して制御することができる。なお、電極の構成については特に限定されず、例えば、複数の発光層17に同時に接続する長尺の電極を溝部12内に配し、複数の発光層17に同じ電圧を一括して印加する構成としてもよい。また、各発光層17を電気的に並列に接続してもよく、また電気的に直列に接続してもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, each of the plurality of
封止部材19は、例えばシリコーン樹脂からなり、LED発光層17からの発光を良好に透過する。封止材19の屈折率は例えば約1.4と、空気の屈折率(約1.0)と比較して、基板15の屈折率(例えば、サファイアの屈折率1.7)に、より近くなっている。
The sealing
図2は、本実施形態の照射ヘッド10における光の照射状態について説明する図である。図2(a)は図1に示すA−A断面、図2(b)は図1に示すB−B断面を示している。光照射ヘッド1では、配線導体13および電極24aおよび電極24bを介して、基板15表面に設けられた複数の発光層17それぞれに電流が流され、各発光層17が発光する。図2(a)および(b)は、複数の発光層17が、同時に発光した場合について示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating the light irradiation state in the
照射ヘッド10では、各発光層17の上記長手方向に沿った間隔を、例えば1.0mm未満と比較的小さくされており、複数の発光層17からの発光の、長手方向に沿った光量分布は比較的小さくされている。例えばLED素子からなる各発光層17からの発光は、特に強い指向性を有さず、空間的にあらゆる方向に拡がって照射される。照射ヘッド10では、発光層17の表面に設けられた反射電極25、および溝部12の底面、および溝部12の内側側面によって、発光層17から発せられた光が反射され、図中の上側に向けて効率的に照射される。この際、各発光層17から照射された光は、図2(a)に示すように、例えば基板15と封止材19との界面において反射され、溝部12の長手方向に延びた基板15の内部を、この長手方向に沿って比較的良好に伝搬する。すなわち、複数配置された発光層17からの発光は、溝部12の長手方向に沿ってある程度拡がりつつ、溝部12内から上方に向けて照射される。なお、本実施形態の封止材19は、基板15と比較的近い屈折率を有しており、発光層17からの光が、サファイアからなる基板15の界面において全反射されて、基板15内に必要以上に閉じ込められることを抑制している。なお、封止材19の屈折率を変更することで、基板15の界面における屈折率差を変更して、基板15の界面における全反射角を調整し、ひいては溝部12内から照射される光の光量および光量分布を、調整することもできる。なお、本発明は、封止材を有することに限定されない。
In the
本実施形態の照射ヘッド10によれば、各発光層17からの発光は、溝部12の長手方向について拡がりつつ、溝部12内から上方に照射される。このため、溝部12から上方に向かう光の、溝部12の長手方向に沿った発光光量の分布が、比較的抑制されている。また、各発光層17からの発光は、溝部12の長手方向に略垂直な方向については広がりが抑制され、図中の上側に向けて効率的に集光させて照射している。かかる本実施形態の照射ヘッド10によれば、溝部12の長手方向に沿った光の光量分布を比較的小さくしつつ、比較的高い光量の光を照射することができる。
According to the
図3は、本発明の照射ヘッドの第2の実施形態について説明する概略斜視図である。また、図4は、第2の実施形態の照射ヘッド20における光の照射状態について説明する図である。図4(a)は図3に示すA−A断面、図4(b)は図3に示すB−B断面を示している。第2の実施形態の照射ヘッド20は、基板15に設けられた発光層17が、図中上側を向けて実装されている、いわゆるフェイスアップタイプの実装形式の照射ヘッドである。かかる第2の実施形態の照射ヘッド20においても、溝部12の長手方向に沿って長尺な基板15内を、各発光層17からの光が伝搬しつつ、溝部12内から図中上方に照射される。かかる本実施形態の照射ヘッド10によれば、溝部12の長手方向に沿った光の光量分布を比較的小さくしつつ、比較的高い光量の光を照射することができる。
FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a second embodiment of the irradiation head of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining a light irradiation state in the
図5は、本発明の第3の実施形態の照射ヘッド30について説明する概略斜視図である。図5に示す第3の実施形態の照射ヘッド30では、基板15の一方主面のほぼ全面にわたって、発光層17が連続して形成されている。すなわち、第3の実施形態の照射ヘッド30では、溝部12の長手方向に沿って、発光層17が連続して延在している。本発明の照射ヘッドでは、発光素子が設けられる基板が、一方向に延びた溝部の長手方向に沿って延びた長尺形状を有しており、発光素子自体を、溝部の長手方向に沿って連続して形成することができる。かかる照射ヘッド30でも、溝部12の長手方向に沿った光の光量分布を比較的小さくしつつ、比較的高い光量の光を照射することができる。なお、図5に示す照射ヘッド30において、発光層17を図中上側に向けた状態で、発光体14を溝部12内に配置してもよい。この場合も同様に、溝部12の長手方向に沿った光の光量分布を比較的小さくしつつ、比較的高い光量の光を照射することができる。
FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating an
図6(a)および(b)は、照射ヘッド10を備えて構成される、本発明の液滴硬化装置の一例である、インクジェットプリンタ50について説明する図であり、図5(a)は、インクジェットプリンタ50の概略上面図である。また、図5(b)は、インクジェットプリンタ50の概略断面図である。
FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining an
インクジェットプリンタ50は、一方向(図中X方向)に搬送される、例えば紙などの記録媒体52の表面に、インクジェットヘッド70からインク滴を吐出するとともに、記録媒体52の表面に付着させたインク滴に所定の波長分布の光を照射して、記録媒体52に付着したインク滴を硬化させる。インクジェットプリンタ50は、記録媒体52が載置されるプラテン54と、送りローラ62と押えローラ64とを有して構成された搬送手段60と、インクジェットヘッド70をプラテン54に対して相対移動させる移動機構80と、照射ヘッド10と、を有して構成されている。
The
インクジェットヘッド70は、プラテン54に載置されて搬送される記録媒体52の表面に、外部から入力される画像信号に応じて光硬化性のインク滴を吐出する。インクジェットヘッド70は、従来公知の、いわゆるサーマル型やバブル型などの、公知のインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド70は、移動機構80が備えるガイドレール82に沿って、図中Y方向に沿って往復移動される。
The
記録媒体52は、搬送手段60によって、例えば図中X方向に沿って搬送される。記録媒体52の移動にともない、インクジェットヘッド70も図中Y方向に沿って移動される。インクジェットヘッド70には、これら記録媒体52やインクジェットヘッド70の移動にともない、図示しない制御部から画像信号が送られる。インクジェットヘッド70では、この画像信号に応じて、記録媒体に向けて光硬化性のインク滴を吐出し、記録媒体52の表面に画像信号に応じた画像パターン(インク滴のパターン)を形成する。
The
照射ヘッド10は、溝部12の長手方向が、記録媒体の搬送方向に略垂直(図中X方向)に沿うよう配置されている。溝部12内には、発光体14が長手方向に沿って、直列に複数配置されており、この長手方向に沿って複数の発光層17が配列されている。照射ヘッド10は、インクジェットヘッド70に対し、記録媒体52よりも下流側に配置されている。すなわち、インクジェットプリンタ50では、インクジェットヘッド70から吐出されて記録媒体52の表面に付着したインク滴に、照射ヘッド10からの光が照射されるよう構成されている。上述のように、照射ヘッド10によれば、溝部12の長手方向に沿った光の光量分布を比較的小さくしつつ、比較的高い光量の光を照射することができる。すなわち、インクジェットヘッド70から吐出されて記録媒体52の表面に、比較的高い光量の光を、溝部12の長手方向に沿って比較的均一に照射することができる。
The
本実施形態のインクジェットプリンタ70によれば、記録媒体52の表面に付着したインク滴を比較的短時間で硬化させることができ、記録媒体52表面におけるインクの硬化ムラも比較的少ない。例えば、図中Y方向に沿った特定箇所において、インクの硬化が局所的に遅い場合など、この特定箇所では周囲に比べてインクの滲みや拡がりが大きくなる。この場合、記録媒体に記録された画像において、この特定箇所に対応する位置に現れる、記録媒体の搬送方向(X方向)に沿った線状の画像ムラが視認されることもある。本実施形態のインクジェットプリンタ70では、かかる画像ムラの発生も抑制される。
According to the
なお、本実施形態のインクヘッドプリンタ70では、照射ヘッド10の制御部10の図示しないメモリには、インクジェットヘッド70から吐出されるインク滴を硬化するのに比較的良好な光の特徴を示すデータ、具体的には、吐出するインク滴を硬化するのに適した波長分布特性および発光強度(各波長域の発光強度)を表すデータが入力されている。照射ヘッド10では、制御部30が、予め入力されているこの入力データに基づいて、複数の発光層17に入力する駆動電流の大きさを調整することもできる。インクヘッドプリンタヘッド70によれば、使用するインクの特性に応じた適正な光量で光を照射することができ、比較的低エネルギーの光で、インク滴を硬化させることができる。
In the
なお、インクジェットプリンタの形態は、以上の実施形態に限定されない。例えば、軸支されたローラを回転させ、このローラ表面に沿って記録媒体を搬送する、いわゆるオフセット印刷型のプリンタであってもよく、同様の効果を奏する。 The form of the ink jet printer is not limited to the above embodiment. For example, a so-called offset printing type printer that rotates a shaft-supported roller and conveys a recording medium along the roller surface may exhibit the same effect.
本実施形態では、インクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタに、照射ヘッドを適用した例を示している。本発明の照射ヘッドは、例えば対象体表面にスピンコートした光硬化樹脂を硬化させる専用装置など、各種類の光硬化樹脂の硬化に適用することができる。また、例えば、露光装置における照射光源などに用いてもよい、この場合も、比較的高い光量の光を、比較的少ない光量分布で照射することができる点で好ましい。また、上述の第1の実施形態の照射ヘッド10のように、複数の発光素子からの発光を各々独立して制御することもでき、例えば感光性材料の表面に選択的に光を照射し、照射した光に応じた画像を形成する画像形成装置にも用いることもできる。
In the present embodiment, an example in which an irradiation head is applied to an ink jet printer using an ink jet head is shown. The irradiation head of the present invention can be applied to the curing of various types of photo-curing resins such as a dedicated device for curing a photo-curing resin spin-coated on the surface of an object. Further, for example, it may be used as an irradiation light source in an exposure apparatus. This case is also preferable in that a relatively high light amount can be irradiated with a relatively small light amount distribution. Moreover, like the
以上、本発明の照射ヘッド、面発光型照射ヘッド、液滴硬化装置、および液滴効果方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。 The irradiation head, the surface emitting irradiation head, the droplet curing device, and the droplet effect method of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment and does not depart from the gist of the present invention. Of course, various improvements and modifications may be made within the scope.
10 照射ヘッド
11 絶縁基板
50 インクジェットプリンタ
52 記録媒体
54 プラテン
60 搬送手段
62 送りローラ
64 押えローラ
70 インクジェットヘッド
80 移動機構
82 ガイドレール
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記溝部の底面に配された発光体と、を備え、
前記溝部の内側面は、前記底面の側に近づくにつれて前記溝部の中心に近づく斜面領域を有し、
前記発光体は前記一方向に沿って配列された複数の発光領域を有することを特徴とする光照射ヘッド。 A base having a groove extending in one direction on one main surface;
A light emitter disposed on the bottom surface of the groove,
The inner surface of the groove has a slope region that approaches the center of the groove as it approaches the bottom surface,
The light emitting head, wherein the light emitter has a plurality of light emitting regions arranged along the one direction.
前記基板は、前記発光層からの発光に対して透明であることを特徴とする請求項1記載の光照射ヘッド。 The light emitter has a substrate and a light emitting layer provided on one main surface of the substrate,
The light irradiation head according to claim 1, wherein the substrate is transparent to light emitted from the light emitting layer.
前記基体の前記一方主面と対向された対象体と前記光照射ヘッドとを相対移動させる移動機構と、
前記対象体に、前記光照射ヘッドよりの発光を受けて硬化する光硬化性物質の液滴を吐出し、前記対象体の表面に前記液滴を付着させる吐出手段と、
を備えることを特徴とする液滴硬化装置。 The light irradiation head according to any one of claims 1 to 6,
A moving mechanism for relatively moving the object opposed to the one main surface of the base body and the light irradiation head;
Discharging means for discharging droplets of a photocurable material that is cured by receiving light emitted from the light irradiation head to the object, and attaching the droplets to the surface of the object;
A droplet curing apparatus comprising:
前記対象体の表面に付着した液滴に照射し、前記液滴を硬化させることを特徴とする液滴硬化方法。 A photocurable material that is cured by receiving light emitted from the light irradiation head according to any one of claims 1 to 6 is attached to the surface of the object,
A droplet curing method comprising irradiating a droplet attached to a surface of the object to cure the droplet.
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