JP2014172023A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被照射物が受ける紫外線の照度を、簡易に効果的に向上することが可能な紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】被照射物に紫外線を照射する紫外線照射装置であって、第１基板５１と、前記第１基板上に配置され、前記被照射物の搬送方向と直交する被照射物の幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線ＬＥＤ６１１を少なくとも一列有する第１光源ユニット６１と、第２基板５２と、前記第２基板上に配置され、前記被照射物の搬送方向と直交する被照射物の幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線ＬＥＤ６２１を少なくとも一列有する第２光源ユニット６２と、を備え、前記第１基板５１と前記第２基板５２とは、前記第１光源ユニットの紫外線ＬＥＤの光軸Ｌ１と前記第２光源ユニットの紫外線ＬＥＤの光軸Ｌ２とが互いに交差するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被照射物に、紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。

紫外線は、インキの硬化、半導体の接着、配向膜の形成など、製造工程において広く用いられている。このような紫外線は、対象物に対して効率よく照射する必要があり、例えば、特許文献１には、次のような紫外線照射装置が開示されている。この紫外線照射装置では、紫外線放電ランプを囲むように円弧状の反射板を配置し、ランプから発せられた紫外線を対象物に向けて照射されるようにしている。

特開２００８−８６８９０号公報

ところで、上述した工程を効果的に経るためには、対象物が受ける紫外線の照度をできるだけ高くなるようにする必要がある。照度を高くするには、ランプの出力を上げるほか、上記のように、ランプの周囲を囲む反射板を用いることで、紫外線に指向性を持たせる方法がある。しかしながら、紫外線照射の需要が高まる中、できるだけ簡易に照度を高くする方法が要望されていた。また、近年はランプに代わり、紫外線ＬＥＤの需要が大きくなり、その照度を簡易に高くする方法が望まれていた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、被照射物が受ける紫外線の照度を、簡易に効果的に向上することが可能な紫外線照射装置を提供することを目的とする。

本発明は、被照射物に紫外線を照射する紫外線照射装置であって、第１基板と、前記第１基板上に配置され、前記被照射物の搬送方向と直交する被照射物の幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線ＬＥＤを少なくとも一列有する第１光源ユニットと、第２基板と、前記第２基板上に配置され、前記第２基板上に配置され、前記被照射物の搬送方向と直交する被照射物の幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線ＬＥＤを少なくとも一列有する第２光源ユニットと、を備え、前記第１基板と前記第２基板とは、前記第１光源ユニットの紫外線ＬＥＤの光軸と前記第２光源ユニットの紫外線ＬＥＤの光軸とが互いに交差するように配置されている。

この構成によれば、前記第１光源ユニットの紫外線ＬＥＤの光軸と前記第１光源ユニットの紫外線ＬＥＤの光軸とが互いに交差するように構成されている。そのため、例えば、２列の紫外線ＬＥＤを平面上で並べた場合に比べ、両光源ユニットの紫外線ＬＥＤから照射される紫外線のうち、重ね合わされる紫外線の量を増加させることができる。その結果、両光源ユニット間での紫外線の照度を増大させることができる。このような効果を得るためには、第１及び第２基板を所定の角度をなすように配置すればよいため、簡易な構成で紫外線の照度を増大させることができる。

上記紫外線照射装置において、両基板のなす角が小さすぎると両光源ユニットから被照射物への紫外線の照射面積が小さくなりすぎ、なす角が大きすぎると重ね合わされる紫外線の量が少なくなる。この点を考慮して、前記第１基板と前記第２基板とがなす角は、１３５〜１７５度とすることが好ましい。

上記紫外線照射装置においては、前記各基板を冷却する冷却部をさらに備えることができ、この冷却部は、熱伝導性の冷却部材を備え、当該冷却部材には、前記各基板がそれぞれ当接する傾斜面を形成することができる。これにより、基板を冷却する冷却部材に対し、基板を簡単に取付けることができる。

上記紫外線照射装置においては、前記第１及び第２光源ユニットと前記被照射物との間に配置され、当該第１及び第２光源ユニットを、前記搬送方向の上流側及び下流側から挟むように配置された第１反射部材、及び第２反射部材をさらに備えることができる。

この構成によれば、各光源ユニットを挟むように配置する反射部材を設けているため、紫外線ＬＥＤから照射される紫外線が搬送方向に広がらないように反射させることができる。これにより、被照射物に照射される紫外線の照度をさらに向上することができる。

上記紫外線照射装置においては、前記第１光源ユニットの紫外線ＬＥＤと前記第２光源ユニットの紫外線ＬＥＤとの間に配置される中間反射部材をさらに備えることができる。これにより、前記第１光源ユニットの紫外線ＬＥＤと前記第２光源ユニットの紫外線ＬＥＤから照射される紫外線を第１反射部材または第２反射部材側へ反射することができ、さらなる集光が可能となる。そして、この中間反射部材の被照射物側への高さを、前記第１反射部材及び第２反射部材よりも低くすることができる。これにより、一方の光源ユニットから照射され、他方の光源ユニット側へ向かう紫外線が、中間反射部材に遮られるのを防止することができる。その結果、両光源ユニットから照射される紫外線を重ね合わせることができる。

本発明に係る紫外線照射装置によれば、被照射物が受ける紫外線の照度を、簡易な構成で効果的に向上することが可能となる。

本発明に係る紫外線照射装置の一実施形態を示す断面図である。 実施例に係る紫外線照射装置の一部斜視図（ａ）、及びその上下方向を逆にした断面図（ｂ）である。 比較例に係る紫外線照射装置の一部斜視図（ａ）、及びその上下方向を逆にした断面図（ｂ）である。 実施例の照度に関するシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例の照度に関するシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の紫外線照射装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る紫外線照射装置の一実施形態を示す断面図である。この紫外線照射装置は、印刷物などの被照射物へ紫外線を照射するためのものである。

＜１.紫外線照射装置の構造＞
図１に示すように、この紫外線照射装置は、直方体状に形成され、下部が開口する筐体１を有しており、筐体１の下面から紫外線が照射される。以下では、筐体１の延びる方向を長手方向（図１の紙面に垂直な方向）、それと直交する方向を幅方向（図１の左右方向）と称することとする。但し、この方向の定義は説明の便宜のためであり、発明を限定するものではない。

まず、筐体１の内部構造について説明する。図１に示すように、筐体１の内部には紫外線ＬＥＤの冷却を行う冷却部が配置されており、この冷却部の下面に紫外線を照射する紫外線照射部が配置されている。また、図示を省略するが、筐体１内には、紫外線照射部に配置された紫外線ＬＥＤの駆動を制御する制御基板（図示省略）が配置されている。制御基板には、定電流回路が配置されており、電源端子から供給される電力を設定された電流値で各紫外線ＬＥＤに供給する。その他、ＣＰＵ，通信回路、紫外線ＬＥＤの照射時間等の記録を行う回路などが配置されており、紫外線ＬＥＤの駆動を制御するようになっている。なお、制御基板を、この紫外線照射装置の外部に配置することもでき、その場合には、制御基板を設ける必要がないため、装置を小型化することができる。

まず、冷却部について説明する。冷却部は、紫外線ＬＥＤから発生する熱と熱交換を行うためのヒートシンク（冷却部材）２と、このヒートシンク２に空気を供給する空冷ファン３とを備えている。ヒートシンク２は、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料で形成され、基台部２１と、この基台部２１の上面から上方へ突出する複数の突部２２とで構成されている。基台部２１は、筐体１の長手方向に沿って延び、筐体１の幅とほぼ同じ幅を有する板状に形成されている。また、基台部２１の下面には、後述する基板が嵌め込まれるように、長手方向に延びる断面Ｖ字型の凹部２１１が形成されている。一方、基台部２１の上面に配置される複数の突部２２は、それぞれ板状に形成されており、幅方向に所定間隔をおいて配置される。すなわち、各突部２２は幅方向に所定間隔をおいて平行に配置され、長手方向に沿って延びるように形成されている。また、突部２２の上端と筐体１の内壁面との間には隙間が形成されている。

筐体１の長手方向の端部には、上述した空冷ファン３が取付けられており、この空冷ファン３が駆動することで、隣接する突部２２の間の隙間や、突部２２の上方の隙間に空気が流れる。つまり、これらの隙間が空気の流路として機能し、空気は筐体の長手方向に流れるようになっている。なお、空冷ファンは、筐体１の長手方向の両端部にそれぞれ設けることもできる。このとき、一方の空冷ファンを空気の吸引用、他方の空冷ファンを空気の排出用とすることができる。

次に、紫外線照射部について説明する。紫外線照射部は、ヒートシンク２の下面に取付けられた固定ブロック４を備えている。固定ブロック４は、板状に形成された基部４１と、その両端から上方に延びる支持部４２とが一体的に形成され、断面Ｕ字型をなしている。この構成により、固定ブロック４とヒートシンク２との間には内部空間が形成され、この内部空間に紫外線ＬＥＤを備えた紫外線照射機構が配置されている。また、固定ブロック４の基部４１の中央には、長手方向に延びる平面視矩形状の開口４１１が形成されており、この開口４１１から外部（図１の下方）に向かって、ＬＥＤの紫外線が照射される。

次に、紫外線照射機構の具体的な構造について説明する。紫外線照射機構は、主として一対の基板５１，５２、光源ユニット６１，６２、及び反射部材７１，７２により構成されている。以下、これらの部材については、図１の右側に配置されているものを「第１」、左側に配置されているものを「第２」と称する。第１基板５１及び第２基板５２は、ヒートシンク２の下面に形成された、上に凸のＶ字型の凹部２１１に取付けられている。すなわち、Ｖ字型の凹部２１１の各傾斜面に基板５１，５２が取付けられている。これにより、両基板５１，５２はＶ字をなすように、連結されている。このとき、両基板５１，５２のなす角θは、概ね１３５〜１７５度が好ましく、１４０〜１６０度であることがさらに好ましい。

各基板５１，５２の下面には、光源ユニット６１，６２がそれぞれ取付けられている。各光源ユニット６１，６２は、複数の紫外線ＬＥＤ６１１、６２１を備え、これらが長手方向に一列に並ぶように配置されている。両基板５１，５２は、Ｖ字型に傾斜して連結されているため、紫外線ＬＥＤ６１１、６２１も同様に傾斜して配置されている。したがって、第１光源ユニット６１の紫外線ＬＥＤ６１１の光軸Ｌ１と、第２光源ユニット６２の紫外線ＬＥＤ６２１の光軸Ｌ２とは約１５〜４５度で交差している。また、各光源ユニット６１，６２においては、両基板５１、５２の連結部分の近傍に紫外線ＬＥＤ６１１、６２１が配置されている。

続いて、反射部材について説明する。第１光源ユニット６１の各紫外線ＬＥＤ６１１の右側には、折り曲げられた板状の第１反射部材７１が設けられている。この第１反射部材７１は、紫外線ＬＥＤ６１１の端部から下方に延びる第１板部７１１と、この第１板部７１１の下端部から右側に水平に延びる第２板部７１２とで構成されている。同様に、第２光源ユニット６２の各紫外線ＬＥＤ６２１の左側には、折り曲げられた板状の第２反射部材７２が設けられている。この第２反射部材７２も、紫外線ＬＥＤ６２１の端部から下方に延びる第１板部７２１と、この第１板部７２１の下端部から左側に水平に延びる第２板部７２２とで構成されている。各反射部材７１，７２は、例えば、アルミニウムなどの板材の表面に、反射剤をコーティングすることで形成することができる。そのような板材として、例えば、alanod社のMIRO(商標)を用いることができるが、特には限定されない。

両反射部材７１、７２は、長手方向に延びるように形成されており、これら反射部材７１、７２の第１板部７１１、７２１により、両光源ユニット６１、６２の紫外線ＬＥＤ６１１，６２１が両側から挟まれるようになっている。これにより、紫外線ＬＥＤ６１１，６２１から照射された紫外線は、幅方向に広がらず、反射部材７１，７２によって反射され、中心側に向かうようになっている。また、各反射部材７１，７２の第１板部７１１、７２１は、上述した固定ブロック４の開口４１１から下方へ突出し、各第２板部７１２、７２２は固定ブロック４の下面に沿って水平に延びている。そのため、両第２板部７１２、７２２は、被照射物から反射される紫外線をさらに反射して、被照射物に照射するようになっている。そして、両第２板部７１２、７２２の下面に架け渡されるように、汚れ防止のためのカバーガラス８が取付けられている。カバーガラス８は、固定ブロック４の開口４１１を塞ぐように配置されるが、紫外線ＬＥＤ６１１、６２１から照射された紫外線は、カバーガラス８を透過して被照射物に照射される。

また、第１反射部材７１と第２反射部材７２との間には、中間反射部材７３が設けられている。この中間反射部材７３は、下に凸のＶ字型に形成されており、その両側が、第１光源ユニット６１の紫外線ＬＥＤ６１１の左側の端部、及び第２光源ユニット６２の紫外線ＬＥＤ６２１の右側の端部に、それぞれ近接している。また、中間反射部材７３の上下方向の高さは、第１反射部材７１及び第２反射部材７２の高さよりも短くなっている。これにより、例えば、第１光源ユニット６１から照射された紫外線が、第２光源ユニット６２側に向かうのを妨げないようにしつつ、反射も行えるようにしている。第１光源ユニット６１から第２光源ユニット６２側に紫外線が向かうようにすることで、両光源ユニット６１、６２からの紫外線の重ね合わせが行えるようにしている。中間反射部材７３の高さは、図１では、概ね各反射部材７１、７２の半分より短いが、これは適宜変更することができる。

＜２.紫外線照射装置の動作＞
次に、上記のように構成された紫外線照射装置の動作について説明する。例えば、被照射物Ｐが紙などの印刷物であるとすると、この印刷物は、印刷機においてインキが塗布された状態で、紫外線照射装置の下方に搬送（搬送方向Ｘ）される。そして、紫外線照射装置により紫外線が照射され、インキが硬化する。

紫外線照射装置においては、印刷の開始に先立って、空冷ファン３が駆動され、ヒートシンク２の突部２２の間に冷たい空気が流される。また、電源が供給されることにより、紫外線ＬＥＤ６１１，６２１から紫外線が照射されるとともに、印刷機からの信号に応じて、制御基板により紫外線ＬＥＤ６１１，６２１の照射強度などが調整される。こうして、紫外線照射装置が駆動している間、紫外線ＬＥＤが発する熱は、基板、ヒートシンクを介して冷たい空気と熱交換され、紫外線ＬＥＤは冷却される。

＜３.紫外線照射装置の特徴＞
以上のように、本実施形態によれば、第１光源ユニット６１の紫外線ＬＥＤ６１１の光軸Ｌ１と第２光源ユニット６２の紫外線ＬＥＤ６１１、６２１の光軸とが互いに交差するように構成されている。そのため、例えば、２列の紫外線ＬＥＤを平面上で並べた場合に比べ、両光源ユニット６１、６２の紫外線ＬＥＤ６１１、６２１から照射される紫外線のうち、重ね合わされる紫外線の量を増加させることができる。その結果、両光源ユニット６１、６２間での紫外線の照度を増大させることができる。このような効果を得るためには、第１及び第２基板５１、５２が所定の角度をなすように配置すればよいため、簡易な構成で紫外線の照度を増大させることができる。

＜４.変形例＞
以上、本発明の一実施形態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はなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、空冷により紫外線ＬＥＤ６１１、６２１を冷却しているが、空冷の方式は特には限定されず、ヒートシンクの形状などは適宜変更可能である。また、水冷式であってもよい。水冷式の場合には、水及び基板と接し、水との基板との間の熱交換を行う部材が、本発明の冷却ブロックとなる。

各光源ユニット６１、６２では、紫外線ＬＥＤ６１１、６２１を一列ずつ配置しているが、複数列配置することもできる。

各基板５１、５２は、必ずしも連結していなくてもよく、所定の角度をなすように配置されていればよい。また、ヒートシンク２等の冷却部材には、各基板５１、５２を取付けるための傾斜面がそれぞれ形成されるが、この傾斜面は、上記実施形態のように凹部２１１に設けるほか、冷却部材に突出部を設け、この突出部に傾斜面を形成することができる。また、傾斜面はＶ字のように一体的な傾斜面でなくてもよく、各基板５１、５２に対応する傾斜面がそれぞれ形成されていてもよい。

反射部材については、上記実施形態のように、板材により形成することもできるし、あるいはレンズを用いることもできる。また、中間反射部材７３は必ずしも設ける必要は無い。

以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されない。

図２に示すように、上記実施形態で示した構造を有する実施例を用い、シミュレーションにより紫外線の照度を評価した。図２（ａ）は実施例に係る紫外線照射装置の紫外線照射部を下方から見たときの斜視図であり、図２（ｂ）はその上下方向を逆にした断面図である。また、比較例として図３のような紫外線照射装置を準備した。この紫外線照射装置は、実施例と同様に２列の紫外線ＬＥＤを有しているが、１枚の平坦な基板に所定間隔をおいて２列の紫外線ＬＥＤが実装されている。

シミュレーションの条件は以下の通りとし、被照射物が受ける紫外線の照度を算出した。
（１）紫外線ＬＥＤ：日亜化学LED「NC4U134」、消費電力は、14.8[v(電圧)]×0.5[A(電圧)]=7.4w
（２）紫外線ＬＥＤ，反射部材の形状等：図２及び図３に示すとおり
（３）反射部材：株式会社マテリアルハウス社製 アルミ蒸着高反射アルミシートMIRO-2 LCD（反射率９５％）
（４）カバーガラス：透過率９８％、厚さ２ｍｍ
（５）カバーガラスから被照射物までの距離：５ｍｍ

（実施例）
・基板の角度：１５０度（紫外線ＬＥＤの光軸の角度：３０度）
・隣接する紫外線ＬＥＤ間の距離：１３ｍｍ
・紫外線ＬＥＤの中心からカバーガラスの下面までの距離：１４ｍｍ
・中間反射部材からカバーガラスの下面までの距離：１０ｍｍ
（比較例）
・隣接するＬＥＤ間の距離：１２ｍｍ
・紫外線ＬＥＤからカバーガラスの下面までの距離：７ｍｍ
・中間反射部材からカバーガラスの下面までの距離：４ｍｍ

図４及び図５にシミュレーション結果を示す。図４は実施例のシミュレーション結果であり、図５は比較例のシミュレーション結果である。いずれも横軸が搬送方向の位置であり、縦軸が印刷物が受ける紫外線の照度である。これらのグラフによれば、実施例はピーク照度が２８５０Ｗ／ｍ²であり、比較例はピーク照度が１８００Ｗ／ｍ²であった。したがって、実施例は比較例に比べ、２つの基板から照射される紫外線が効果的に重ね合わされているため、高いピーク照度を示すことが分かった。

２ ヒートシンク（冷却部材）
２１１ 傾斜面
５１ 第１基板
５２ 第２基板
６１ 第１光源ユニット
６１１ 紫外線ＬＥＤ
６２ 第２光源ユニット
６２１ 紫外線ＬＥＤ
７１ 第１反射部材
７２ 第２反射部材
７３ 中間反射部材

Claims (5)

1. 被照射物に紫外線を照射する紫外線照射装置であって、
   第１基板と、
   前記第１基板上に配置され、前記被照射物の搬送方向と直交する被照射物の幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線ＬＥＤを少なくとも一列有する第１光源ユニットと、
   第２基板と、
   前記第２基板上に配置され、前記被照射物の搬送方向と直交する被照射物の幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線ＬＥＤを少なくとも一列有する第２光源ユニットと、
   を備え、
   前記第１基板と前記第２基板とは、前記第１光源ユニットの紫外線ＬＥＤの光軸と前記第２光源ユニットの紫外線ＬＥＤの光軸とが互いに交差するように配置されている、紫外線照射装置。
2. 前記第１基板と前記第２基板とがなす角が、１３５〜１７５度である、請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記各基板を冷却する冷却部をさらに備え、
   前記冷却部は、熱伝導性の冷却部材を備え、当該冷却部材には、前記各基板がそれぞれ当接する傾斜面が形成されている、請求項１または２に記載の紫外線照射装置。
4. 前記第１及び第２光源ユニットと前記被照射物との間に配置され、当該第１及び第２光源ユニットを、前記搬送方向の上流側及び下流側から挟むように配置された第１反射部材、及び第２反射部材をさらに備えている、請求項１から３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
5. 前記第１光源ユニットの紫外線ＬＥＤと前記第２光源ユニットの紫外線ＬＥＤとの間に配置される中間反射部材をさらに備え、
   当該中間反射部材の被照射物側への高さが、前記第１反射部材及び第２反射部材よりも低くなっている、請求項４に記載の紫外線照射装置。