JP2019064055A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被処理物の位置が所定の搬送路から深度方向に変位した場合であっても、被処理物に高い密度で集光された高い照射強度のライン光を照射することができる光照射装置の提供。【解決手段】 光照射装置は、シート状の被処理物が、当該被処理物の一面に沿って一方向に搬送される搬送路と対向する平行な平面上に、一方向に沿って並ぶよう配置された、各々一方向と垂直な方向に沿って伸びるＬＥＤアレイの複数よりなる光源部と、この光源部からの光を集光して搬送路の近傍において一方向と垂直な方向に沿って伸びる一線上に結像させる、各々が集光性を有するレンズ系単位の集合体よりなる結像光学系とよりなり、各レンズ系単位は、その集光点が搬送路の近傍において一方向と垂直な方向に沿って伸びる一線上に位置するよう配置され、一線上においてＬＥＤアレイの光像が重畳される。【選択図】 図１

Description

本発明は、ライン状の光を照射する光照射装置に関するものである。

従来、枚葉印刷機においては、インキとして、紫外線が照射されることにより硬化される紫外線硬化型インキが用いられている。そして、枚葉印刷機には、紫外線硬化型インキを硬化させるためにライン状の光（以下、「ライン光」ともいう。）を照射する光照射装置が備えられている。

ライン光を照射する光照射装置として、例えば特許文献１には、帯状光を出射する光源ユニットの複数が、それらから出射された個々の帯状光の各光軸面が被処理物上において一直線上で交差してライン光が形成されるよう放射状に並べて設けられたものが開示されている。この光照射装置においては、各光源ユニットから出射される帯状光がそれぞれ異なる入射角度で被処理物に照射されて当該被処理物上で重畳されることにより、被処理物上におけるライン光の照射強度が高められる。

しかしながら、特許文献１に開示された光照射装置は、光源ユニット自体を被処理物に対して傾けて設置したものであることから、被処理物上に照射されるライン光の光線の密度を高めることが難しい、という問題がある。

また、印刷機内においては、被処理物である紙等の記録媒体が高速で搬送されることから、その搬送時に被処理物がバタついてしまうことがある。被処理物がバタつくと、所定の搬送路から被処理物が伸びる面方向に垂直な方向すなわち深度方向に被処理物の位置が変位することとなり、従って被処理物に照射されるライン光の照射強度が部分的に変化してしまい、その結果、被処理物に担持された紫外線硬化型インキに硬化ムラが発生することがある。
このようなことから、被処理物に照射されるライン光の照射強度は、被処理物が所定の搬送路におけるライン光が照射される予定の予定照射領域から深度方向に変位して位置されたときにも略同等とされることが好ましい。
しかしながら、特許文献１に開示された光照射装置においては、各光源ユニットから照射される個々の帯状光を重畳することができる深度方向の範囲が狭いため、被処理物のバタつきに伴ってその位置が深度方向に変位したときに当該被処理物に担持された紫外線硬化型インキによる画像に硬化ムラが発生することを防止することが難しい、という問題がある。

特開２０１０−２８７５４７号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、被処理物の位置が所定の搬送路から深度方向に変位した場合であっても、被処理物に高い密度で集光された高い照射強度のライン光を照射することができる光照射装置を提供することにある。

本発明の光照射装置は、シート状の被処理物が、当該被処理物の一面に沿って一方向に搬送される搬送路と対向する平行な平面上に、前記一方向に沿って並ぶよう配置された、各々前記一方向と垂直な方向に沿って伸びるＬＥＤアレイの複数よりなる光源部と、この光源部からの光を集光して前記搬送路の近傍において前記一方向と垂直な方向に沿って伸びる一線上に結像させる結像光学系とよりなり、
前記結像光学系は、各々が集光性を有するレンズ系単位の集合体よりなり、
当該各レンズ系単位は、その集光点が前記搬送路の近傍において前記一方向と垂直な方向に沿って伸びる一線上に位置するよう配置されており、当該一線上において前記ＬＥＤアレイの光像が重畳されることを特徴とする。

本発明の光照射装置においては、前記レンズ系単位は、前記ＬＥＤアレイからの光が入射されるコリメートレンズ部を有することが好ましい。

本発明の光照射装置においては、前記結像光学系を構成するレンズ系単位がレンズ要素の複数からなり、各々のレンズ要素が、前記ＬＥＤアレイの各々と対応していることが好ましい。

本発明の光照射装置においては、面状の光源部を構成する複数のＬＥＤアレイの各々から出射される帯状光が、各々が集光性を有するレンズ系単位の集合体よりなる結像光学系を介して搬送路の近傍における一線上に集光される。従って、焦点深度が大きいので、搬送路の近傍における予定照射領域からの深度方向への変位に伴う照射強度の変化が小さく、被処理物の位置が所定の搬送路から深度方向に変位した場合であっても、被処理物に、当該被処理物に担持された紫外線硬化型インキによる画像に硬化ムラが発生しない程度の高い密度で集光された高い照射強度のライン光を照射することができる。

本発明の光照射装置の一例を模式的に示す断面図である。 図１の光照射装置の光源部および結像光学系を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の光照射装置の一例を模式的に示す断面図、図２は、図１の光照射装置の光源部および結像光学系を示す斜視図である。
本発明の光照射装置は、シート状の被処理物Ｗが、当該被処理物Ｗの一面に沿って一方向（以下、「ｘ方向」とする。）に搬送される搬送路と対向する平行な平面上に、ｘ方向に沿って並ぶよう配置された、各々ｘ方向と垂直な方向（以下、「ｙ方向」とする。）に沿って伸びるＬＥＤアレイ１１の複数よりなる面状の光源部１０を有する。
この光源部１０と被処理物Ｗの搬送路との間には、光源部１０からの光を集光して搬送路の近傍においてｙ方向に沿って伸びる一線上、すなわちライン状の予定照射領域に結像させる結像光学系２０が、当該光源部１０と対向するよう配置されている。
この光照射装置は、光源部１０を構成するＬＥＤアレイ１１の各々から出射される帯状光を被処理物Ｗの搬送路の近傍における予定照射領域に集光させ、搬送路を搬送される被処理物Ｗにライン光として照射する光照射処理を行うことにより、当該被処理物Ｗに担持された紫外線硬化型インキによる画像を硬化して被処理物Ｗに定着させるものである。

〔光源部〕
ＬＥＤアレイ１１は、単一の基板１２にＬＥＤ（光源素子）１３が複数、ｙ方向に沿って一列上に実装されたものであり、１つのＬＥＤアレイ１１を構成する光源素子（ＬＥＤ）１３の数は、光照射処理を行うことができる最大のサイズの被処理物Ｗのｙ方向に伸びる長さ（横幅）に従った数とされ、例えば４００〜６００個とすることができる。
ＬＥＤアレイ１１におけるＬＥＤ１３の配置ピッチは２〜４ｍｍとされる。

光源部１０におけるＬＥＤアレイ１１の列数は、例えば５〜１０列とすることができる。
ＬＥＤアレイ１１の列数が上記範囲であることによって、集光させて得られるライン光が十分な照射強度を有するものとなる。

〔結像光学系〕
結像光学系２０は、各々が集光性を有するレンズ系単位２１の集合体よりなる。
各レンズ系単位２１は、その集光点が搬送路の近傍においてｙ方向に沿って伸びる特定の一線上に位置する、ｙ方向に沿って並ぶよう配置されており、当該一線上において各ＬＥＤアレイ１１におけるｘ方向のレベル位置が同一である各１つのＬＥＤ１３から出射される光による光像が重畳されるものである。

レンズ系単位２１は、複数のレンズ要素２２からなり、各々のレンズ要素２２が、ＬＥＤアレイ１１の各々と対応している。
レンズ系単位２１のレンズ要素２２は、具体的には、その作用面（光出射面）Ｒが被処理物Ｗの搬送路に対向するよう設けられたフレネル型レンズ部２４と、ＬＥＤアレイ１１に対向し、当該ＬＥＤアレイ１１の光源素子１３からの光を平行状態になるよう光学調整してフレネル型レンズ部２４に入射させるよう設けられたコリメータレンズよりなるコリメートレンズ部２３とからなる。
この光照射装置においては、コリメートレンズ部２３が備えられていることにより、光源部１０から出射される光のフレネル型レンズ部２４への入射効率を高くすることができる。

１つのレンズ系単位２１において隣接するレンズ要素２２に係るフレネル型レンズ部２４同士は一体的に形成されており、１つのレンズ系単位２１におけるフレネル型レンズ部２４の全体は、光学的な作用面（光出射面）が不連続に並べられ、各作用面が各コリメートレンズ部２３の幅と同等の大きさに成形されたものとされる。具体的には、レンズ系単位２１におけるフレネル型レンズ部２４の全体は、レンズ角度が異なるプリズム形の作用面を有する単位レンズ（フレネル型レンズ部２４）が、その稜線方向が互いに平行になるよう複数配列された、のこぎり状の断面を有するものとされる。

結像光学系２０は、一体的に形成されたものであってもよく、各レンズ系単位２１に分割された状態に形成されたものであってもよい。
結像光学系２０における全てのレンズ系単位２１に係るフレネル型レンズ部２４は、同一平面上に配列されることが好ましい。また、結像光学系２０における全てのレンズ系単位２１に係るコリメートレンズ部２３も、同一平面上に配列されることが好ましい。

光源部１０から結像光学系２０を介して予定照射領域に照射されるライン光の照射強度は、被処理物Ｗに担持された紫外線硬化型インキを確実に硬化させることができる大きさであり、具体的には８ｍＷ／ｃｍ² 以上とされる。

結像光学系２０と予定照射領域との距離（ワークディスタンス）ｄ１は、例えば８０ｍｍとされ、このとき、被処理物Ｗに所期の照射強度すなわち紫外線硬化型インキを確実に硬化することができる大きさの照射強度を有するライン光を照射することができる被処理物Ｗの変位幅ｄ２は、予定照射領域から深度方向に±１０ｍｍとされる。

光源部１０から結像光学系２０を介して予定照射領域に照射されるライン光における、被処理物Ｗに対する最大の入射角度は、例えば４０度以下であることが好ましい。
被処理物Ｗに対する最大の入射角度が４０度以下であることにより、搬送のバタつきによる被処理物Ｗの所定の搬送路からの深度方向への変位幅の許容範囲を大きく確保することができる。

〔被処理物〕
この光照射装置において光照射処理される被処理物Ｗは、紫外線硬化型インキを担持することができるものであればよい。

被処理物Ｗの搬送速度は、例えば１００ｍ／ｍｉｎとされる。

上記の光照射装置においては、以下のようにライン光の照射が行われる。すなわち、まず、面状の光源部１０から、当該光源部１０を構成するＬＥＤアレイ１１から各々帯状光が出射される。ＬＥＤアレイ１１の各光源素子１３から出射された光は、当該光源素子１３に対応する、結像光学系２０の各レンズ要素２２におけるコリメートレンズ部２３に入射されて平行光とされて当該レンズ要素２２のフレネル型レンズ２４に入射され、その作用面Ｒから出射されて予定照射領域にライン状に集光される。
一方、シート状の被処理物Ｗが、所定の搬送速度で搬送路に沿って搬送方向（図１において白抜き矢印で示す。）に搬送されて予定照射領域の近傍に到達すると、予定照射領域に集光された光源部１０からの光がライン光として照射される。
そして、被処理物Ｗに担持された紫外線硬化型インキにライン光が照射されることにより、当該紫外線硬化型インキが硬化されて被処理物Ｗに定着画像が形成される。

以上のような光照射装置においては、面状の光源部１０を構成する複数のＬＥＤアレイ１１の各々から出射される帯状光が、各々が集光性を有するレンズ系単位２１の集合体よりなる結像光学系２０を介して搬送路の近傍における一線上に集光される。従って、焦点深度が大きいので、搬送路の近傍における予定照射領域からの深度方向への変位に伴うライン光の照射強度の変化が小さく、被処理物Ｗの位置が所定の搬送路から深度方向に変位した場合であっても、被処理物Ｗに、当該被処理物Ｗに担持された紫外線硬化型インキによる画像に硬化ムラが発生しない程度の高い密度で集光された高い照射強度のライン光を照射することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。

１０ 光源部
１１ ＬＥＤアレイ
１２ 基板
１３ 光源素子（ＬＥＤ）
２０ 結像光学系
２１ レンズ系単位
２２ レンズ要素
２３ コリメートレンズ部
２４ フレネル型レンズ部
Ｒ 作用面
Ｗ 被処理物

Claims (3)

1. シート状の被処理物が、当該被処理物の一面に沿って一方向に搬送される搬送路と対向する平行な平面上に、前記一方向に沿って並ぶよう配置された、各々前記一方向と垂直な方向に沿って伸びるＬＥＤアレイの複数よりなる光源部と、この光源部からの光を集光して前記搬送路の近傍において前記一方向と垂直な方向に沿って伸びる一線上に結像させる結像光学系とよりなり、
   前記結像光学系は、各々が集光性を有するレンズ系単位の集合体よりなり、
   当該各レンズ系単位は、その集光点が前記搬送路の近傍において前記一方向と垂直な方向に沿って伸びる一線上に位置するよう配置されており、当該一線上において前記ＬＥＤアレイの光像が重畳されることを特徴とする光照射装置。
2. 前記レンズ系単位は、前記ＬＥＤアレイからの光が入射されるコリメートレンズ部を有することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記結像光学系を構成するレンズ系単位はレンズ要素の複数からなり、各々のレンズ要素が、前記ＬＥＤアレイの各々と対応していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射装置。
   
   
   

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