JP2024101204A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの処理対象面に対して十分な照度での紫外光の照射が可能であって、かつ、ワークの処理対象面によって光源側へと反射される紫外光の量を低減させた光照射装置を提供する。【解決手段】複数のＬＥＤ素子が、第一面と平行な面上に配列された光源ユニットと、光源ユニットを収容する筐体と、出射面が第一面と平行に配置された、ＬＥＤ素子から出射される紫外光を筐体の外側に取り出すための光出射窓と、光出射窓が設けられた筐体の壁面と対向する被照射領域の少なくとも一部において、処理対象面を光出射窓の出射面に対して傾斜させ、第一方向に関する被照射領域の少なくとも一方の端部において、中央部よりも光出射窓から離間した位置でワークを搬送する搬送機構とを備え、搬送機構は、被照射領域の少なくとも一部において、所定の関係式を満たすように処理対象面を光出射窓の出射面に対して傾斜させた状態でワークを搬送する。【選択図】 図１Ｂ

Description

本発明は、光照射装置、光処理方法に関し、特にＬＥＤ素子から出射される紫外光を照射して、ワークの表面処理を行う光照射装置に関する。

シール剤の硬化処理やプリンタのインク滴の加熱処理に用いられる、紫外光を照射する処理装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、シール剤の硬化処理を行うＵＶ照射装置が記載されており、下記特許文献２には、インクジェット式の印写装置において、記録紙上に吐出されたインク滴に紫外光を照射する光加熱モジュールが記載されている。

特開２００３－２４１３８９号公報 特開２００５－２２０９７号公報

本発明者は、上述のような、シール剤や記録紙上のインク滴（以下、これらをまとめて「ワーク」と称する。）の処理に用いる光照射装置や、ガラス板や液晶パネルの表面処理に用いる光照射装置について検討していたところ、以下のような課題があることを見出した。

ワークの処理対象面に照射された紫外光は、主としてシール剤の硬化やインク滴の硬化処理に利用されるが、一部の紫外光は、処理対象面によって光源側に向かうように反射される。そして、光源側に反射された紫外光のほとんどは、そのまま光源に照射されるか、光源の周囲に存在する基板や筐体の壁面に照射される。

光源や筐体は、ワークの処理対象面によって反射された紫外光が照射されると、当該紫外光を吸収して発熱する。このとき、例えば、光源がＬＥＤであった場合、当該発熱によって温度が上昇し、発光効率の低下や短寿命化に繋がるおそれがある。また、筐体は、紫外光が照射されて発熱すると、熱膨張を引き起こし、場合によっては光出射窓を構成するガラス板等を破損させてしまうおそれがある。

ここで、上記特許文献１においては、ＵＶ光源を基板ステージに対して傾斜させた装置が記載されており、上記特許文献２においては、光の出射端を処理対象面であるインクが滴下された記録紙の主面に対して傾斜させた装置が記載されている。

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置は、シール剤との間に遮光膜や金属配線層が形成されていても、シール剤に紫外光を照射可能とすることを目的としており、上記特許文献２に記載の装置は、記録紙に滴下されると同時に紫外光を照射することを目的としている。

上記特許文献１及び特許文献２に記載の装置は、いずれもワークの処理対象面によって反射される紫外光について、何ら問題視されておらず、処理対象面に対して光源や出射端を傾斜させる角度についても具体的に特定されていない。つまり、いずれの装置においても、構成によっては、処理対象面によって反射される紫外光が光源側、又は出射端側に戻ってしまい、上述したような発熱の問題が生じるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑み、ワークの処理対象面に対して十分な照度での紫外光の照射が可能であって、かつ、ワークの処理対象面によって光源側へと反射される紫外光の量を低減させた光照射装置を提供することを目的とする。

本発明の光照射装置は、
ワークの処理対象面に紫外光を照射して処理する光照射装置であって、
前記紫外光を出射する複数のＬＥＤ素子が、第一方向と、前記第一方向と直交する第二方向からなる第一面と平行な面上に配列された光源ユニットと、
前記光源ユニットを収容する筐体と、
出射面が前記第一面と平行に配置された、前記ＬＥＤ素子から出射される前記紫外光を前記筐体の外側に取り出すための光出射窓と、
前記光出射窓が設けられた前記筐体の壁面と対向する被照射領域の少なくとも一部において、前記処理対象面を前記光出射窓の出射面に対して傾斜させ、前記第一方向に関する前記被照射領域の少なくとも一方の端部において、中央部よりも前記光出射窓から離間した位置で前記ワークを搬送する搬送機構とを備え、
前記光出射窓の出射面の法線方向に関し、前記ワークと前記光出射窓が設けられた前記筐体の壁面とが最も接近している位置における離間距離をＤ１とし、前記ワークと前記光出射窓が設けられた前記筐体の壁面とが最も離間している位置における離間距離をＤ２とし、前記ワークと前記光出射窓が設けられた前記筐体の壁面とが、最も接近している位置と最も離間している位置との前記第一方向における離間距離をＤ３としたときに、前記搬送機構は、前記被照射領域の少なくとも一部において、下記（１）式及び（２）式を満たすように前記処理対象面を前記光出射窓の出射面に対して傾斜させた状態で前記ワークを搬送することを特徴とする。

０ｍｍ＜Ｄ１≦２０ｍｍ （１）
５°≦ｔａｎ^-1（（Ｄ２－Ｄ１）／Ｄ３）≦２５° （２）

本明細書における「平行」については、完全に平行な状態のみならず、製造工程上で不可避的に生じ得る程度の傾斜は許容される。具体的には、相互の傾斜角度が１°以下であれば「平行」として許容し得る。

ワークは、処理対象面と筐体とが接触している状態で搬送されると、当該処理対象面が損傷してしまうおそれがある。したがって、離間距離Ｄ１は、０ｍｍよりも大きいことが好ましい。なお、よりワークの処理対象面で反射した紫外光を、筐体の外側へと進行させるには、５ｍｍ以上であることが好ましく、１０ｍｍ以上であることがより好ましい。

さらに、離間距離Ｄ１が大きすぎると、ワークの処理対象面に対して、光出射窓から出射される紫外光が、所望の照度でワークの処理対象面に照射されないおそれがある。このため、離間距離Ｄ１は、２０ｍｍ以下とすることが好ましい。

光出射窓の出射面の法線方向に向かって光出射窓から出射され、ＬＥＤ基板の主面に対して傾斜した状態の処理対象面に入射した紫外光の一部は、少なからず第一方向に向かって進行するように反射される。そして、当該反射光は、第一方向に関し、光出射窓の中央部側ではなく、端部側に向かって進行する。

ここで、光出射窓の出射面に対するワークの処理対象面の傾斜角度が５°未満だと、処理対象面で反射された紫外光が、光出射窓の出射面の法線方向において、処理対象面から筐体にまで進行する間に、筐体の外側にまではほとんど進行しない。

また、当該傾斜角度が２５°以上となると、離間距離Ｄ２の値が大きくなりすぎるため、上述したように、光出射窓から出射された紫外光が、所望の照度でワークの処理対象面に照射されないおそれがある。

そこで、上記構成とすることで、ワークの処理対象面に対して、所望の照度での紫外光照射ができるとともに、ワークの処理対象面で反射した紫外光を、より多く筐体の外側へと進行するように反射させることができる。したがって、当該反射光が、筐体の壁面、光出射窓の枠体、光源ユニットに対して照射されにくくなり、これらが加熱されて、変形、破損してしまうことが抑制される。

なお、上記構成によって、ワークの処理対象面で反射した紫外光が、より筐体の外側へと進行しやすくなることについては、「発明を実施するための形態」の項目において、検証シミュレーションの詳細とともに詳述される。

上記光照射装置において、
前記搬送機構は、前記被照射領域において、前記ワークを前記光出射窓から徐々に離間させながら搬送するように構成されていても構わない。

また、上記光照射装置において、
前記搬送機構は、前記被照射領域において、前記ワークを前記光出射窓に徐々に接近させながら搬送するように構成されていても構わない。

上記構成は、搬送機構の構造が簡便な構成で実現できるため、光照射装置の製造コストが抑制される。

また、上記光照射装置において、
前記搬送機構は、前記第二方向に見たときに、前記被照射領域内において、前記ワークの前記処理対象面と前記光出射窓の出射面とがなす角度を変化させて前記ワークを搬送するように構成されていても構わない。

上記構成によれば、ワークの処理対象面における処理の進行状態に応じて、照射する紫外光の照度を変化させることができる。また、上記構成によれば、被照射領域内の上流側と下流側とで、紫外光を異なる方向に反射されることができるため、処理対象面で反射される紫外光をより多く筐体とは異なる方向に進行させることができる。

本発明によれば、ワークの処理対象面に対して十分な照度での紫外光の照射が可能であって、かつ、ワークの処理対象面によって光源側へと反射される紫外光の量を低減させた光照射装置が実現される。

光照射装置の一実施形態の模式的な図面である。 図１Ａの光源ユニット周辺の拡大図である。 筐体を－Ｚ側から見たときの図面である。 光照射装置の一実施形態における、光源ユニット周辺の図面である。 光照射装置の一実施形態における、光源ユニット周辺の図面である。 光照射装置の一実施形態の模式的な図面である。

以下、本発明の光照射装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比や個数は、実際の寸法比や個数と必ずしも一致していない。

図１Ａは、光照射装置１の一実施形態の模式的な図面であり、図１Ｂは、図１Ａの光源ユニット１０周辺の拡大図である。図１Ａに示すように、光照射装置１は、筐体２と、ワークＷ１を搬送する、複数の搬送ローラ３ａからなる搬送機構３とを備える。

以下の説明においては、図１Ａに示すように、ワークＷ１が搬送される方向をＸ方向とし、ワークＷ１と光源ユニット１０とが対向する方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。なお、以下の説明においては、Ｘ方向は第一方向に、Ｙ方向は第二方向に対応し、ＸＹ平面が第一面に対応する。

また、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように、正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｚ方向」と記載される。

また、本実施形態の説明においては、ワークＷ１がフィルム材であることを前提として説明するが、本発明の光照射装置１は、フィルム材以外のワークＷ１（例えば、ガラス板や半導体ウエハ等）の表面処理に利用することも想定される。

図２は、筐体２を－Ｚ側から見たときの図面である。図２に示すように、筐体２の内側には、複数のＬＥＤ素子１０ａが、ＬＥＤ基板１０ｂの主面１０ｐ上にＸ方向及びＹ方向に配列されてなる光源ユニット１０が搭載されている。より詳細には、ＬＥＤ基板１０ｂの主面１０ｐ上において、（Ｘ１，Ｙ１）＝（２６ｍｍ，１０８０ｍｍ）の領域に、１ｍｍ□のＬＥＤ素子１０ａが合計３０００個配置されている。

これに対し、本実施形態において、光出射窓２ａの大きさは、（Ｘ２，Ｙ２）＝（１１１ｍｍ，１１２５ｍｍ）、筐体２の光出射窓２ａが設けられた側面の大きさは、（Ｘ３，Ｙ３）＝（１２０ｍｍ，１２００ｍｍ）となっている。

なお、図１Ａにおいて模式的に示されているが、筐体２内には、ＬＥＤ素子１０ａを点灯させるための電力を供給する電源部１１が搭載されている。

本実施形態におけるＬＥＤ素子１０ａは、主たる発光波長が３６５～４０５ｎｍの紫外光を出射するＬＥＤ素子である。なお、ここでいう、「主たる発光波長」とは、出射する光のスペクトルにおけるピーク強度を示す波長をいう。上記ＬＥＤ素子１０ａは、単なる一例であって、処理対象となるワークＷ１の種類や処理内容に応じて適宜選択される。

次に、図１Ｂを参照しながら、光源ユニット１０と、搬送機構３によって搬送されるワークＷ１の位置関係について説明する。

まず、図１Ａに示すように、ワークＷ１の処理対象面Ｗ１ａのうち、Ｚ方向に関し、光出射窓２ａと対向している領域が、被照射領域Ａ１に相当する。そして、搬送機構３は、被照射領域Ａ１において、ワークＷ１を光出射窓２ａから徐々に離間させながら搬送するように構成されている。

光出射窓２ａの光出射面２ａ１の法線方向（Ｚ方向）に関し、ワークＷ１と光出射窓２ａが設けられた筐体２の壁面２ｐとが最も接近している位置における離間距離をＤ１とする。Ｚ方向に関し、ワークＷ１と光出射窓２ａが設けられた筐体２の壁面２ｐとが最も離間している位置における離間距離をＤ２とする。ワークＷ１と光出射窓２ａが設けられた筐体２の壁面２ｐとが、最も接近している位置と最も離間している位置とのＸ方向における離間距離をＤ３とする。

本実施形態の光照射装置１は、まず、離間距離Ｄ１は、下記（１）式を満たすように、１０ｍｍとなっている。

０ｍｍ＜Ｄ１≦２０ｍｍ （１）

次に、ワークＷ１は、少なくとも被照射領域Ａ１における処理対象面Ｗ１ａが、光出射窓２ａの光出射面２ａ１に対して、すなわち、ＸＹ平面に対して、角度θだけ傾斜して搬送されている。そして、本実施形態においては、角度θが１５°となるように、下記（２）式に基づいて、Ｄ２が２０ｍｍ、Ｄ３が６０ｍｍとなるように調整されている。なお、処理対象面Ｗ１ａに対して紫外光を十分に照射する観点からすれば、離間距離Ｄ２は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１８ｍｍ以下であることがより好ましい。

５°≦ｔａｎ^-1（（Ｄ２－Ｄ１）／Ｄ３）≦２５° （２）

光出射窓２ａから出射される紫外光は、ワークＷ１に照射されるまでの進行距離が長くなるほどエネルギーの損失が大きくなる。このため、筐体２とワークＷ１とは、あまりに離間させすぎると、ワークＷ１の十分に処理ができないおそれがある。

そこで、ワークＷ１を処理できることとするため、上記（１）式を満たすように、筐体２とワークＷ１の距離が設定される。

次に、筐体２の壁面２ｐと、ワークＷ１の処理対象面Ｗ１ａとが、極僅かに傾斜している、すなわち、角度θが１°未満である場合、光出射窓２ａから出射されて、ワークＷ１によって反射された紫外光は、ほとんど筐体２の壁面２ｐに照射される。

また、離間距離Ｄ３があまりに大きいと、角度θをある程度大きくしたとしても、光出射窓２ａから出射されて、ワークＷ１で反射された紫外光は、筐体２よりも外側に向かう紫外光に比べて、筐体２の壁面２ｐに照射される紫外光の方が圧倒的に多くなる。

そこで、光出射窓２ａから出射されてワークＷ１で反射される紫外光が、できる限り筐体２の壁面２ｐの外側へと進行するように、上記（２）式を満たすように、各離間距離（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）が設定される。

図３及び図４は、図１とは別の光照射装置１の一実施形態における、光源ユニット１０周辺の図面である。例えば、上記（１）式及び（２）式を満たすのであれば、図３及び図４に示すように、筐体２の壁面２ｐと、ワークＷ１の処理対象面Ｗ１ａとのなす角度が、途中で変化するように構成されていても構わない。

なお、これらの構成における各離間距離（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）は、それぞれ図３及び図４に示すとおりとなる。ここで、図４に示す構成では、処理対象面Ｗ１ａが、搬送ローラ３ａを中心に＋Ｘ側と－Ｘ側とで対象となるように構成されているが、搬送ローラ３ａを中心に＋Ｘ側と－Ｘ側とで非対称となっていても構わない。

なお、上記で説明したいずれの構成であっても、Ｘ方向に関し、ワークＷ１の処理対象面Ｗ１ａにおけるいずれかの一方の端部は、中央部よりも筐体２の壁面２ｐから離間するように配置されている。これは、ワークＷ１の処理対象面Ｗ１ａの中央部が最も離間していると、処理対象面Ｗ１ａで反射された紫外光が、筐体２の壁面２ｐの外側に進行しにくくなるためである。

［検証］
ここで、上記の各構成によって、筐体２の壁面２ｐへと戻る光の量が低減されることを確認する検証シミュレーションを行ったので、その詳細について説明する。

（検証条件）
光出射窓２ａから出射されてワークＷ１によって反射されて、筐体２の壁面２ｐに照射される紫外光の光量について、図１Ｂ（実施例１）、図３（実施例２）及び図４（実施例３）に示す構成と、処理対象面Ｗ１ａを傾斜させない構成、すなわち、角度θ＝０°の構成とで比較した。

本検証は、角度θ＝０°の場合において筐体２の壁面２ｐに照射される紫外光の光量を基準としたときの、角度θ＝５°、１０°、１５°、２０°、２５°の場合において筐体２の壁面２ｐに照射される紫外光の光量の比を算出して比較した。

また、ワークディスタンス（以下、「ＷＤ」と省略する場合がある。）については、上記実施形態の構成である１０ｍｍと、上記（１）式の上限である２０ｍｍとで確認した。

（検証結果）
結果は、下記表１のとおりである。

上記表１の結果によれば、いずれの構成においても、角度θ＝０°の構成よりも、筐体２の壁面２ｐに戻る紫外光の量が低減されていることが確認される。なお、いずれの結果においても、ＷＤが２０ｍｍにおいては筐体２の壁面２ｐへと戻る紫外光の量が低減されていることが確認でき、１０ｍｍとの相関関係から、０ｍｍに限りなく近づけたとしても、１００％を超えることはないことが推認できる。

ここで、実施例１における筐体２の壁面２ｐに戻る光の低減量が、実施例２及び実施例３に比べて小さいのは、図１Ｂに示す搬送ローラ３ａの＋Ｙ側の処理対象面Ｗ１ａで反射された光が、角度θ＝０°の場合よりも筐体２よりも外側へと進行しにくくなったためと推察される。

また、図３及び図４に示す構成は、あくまでワークＷ１がある程度の柔軟性を有するフィルム材を対象としているために可能な態様であって、ワークＷ１が板状の液晶パネルやガラス板である場合は、必然的に図１Ｂに示す実施例１と同じような態様での紫外光の照射となる。このような場合においても、上記（１）式及び（２）式を充足するように構成することで、筐体２の壁面２ｐへと戻る紫外光の光量が低減されることが確認できる。

以上より、上記の各構成によれば、筐体２の壁面２ｐへと戻る光の量が低減される。そして、筐体２の壁面２ｐへと戻る紫外光の量が低減されることで、筐体２や光源ユニット１０が当該紫外光によって加熱されることが抑制される。

上述した光照射装置１が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。

図５は、光照射装置１の上記実施形態とはさらに別の一実施形態の模式的な図面である。図５に示すように、搬送機構３を構成する搬送ローラ３ａのそれぞれが、Ｘ方向又はＺ方向に独立して位置の変更が可能に構成されていても構わない。当該構成とすることで、例えば、ワークＷ１の形状に応じて、適宜角度θを最適化することができる。

また、ワークＷ１がフィルム材のような柔軟性を有する対象物であった場合は、上記構成によれば、ワークＷ１の状態や処理環境に応じて、被照射領域Ａ１におけるワークＷ１の経路を微調整することができる。

また、図１Ａ及び図１Ｂで示す構成は、被照射領域Ａ１において、ワークＷ１を光出射窓２ａから徐々に離間させながら搬送する構成であるが、被照射領域Ａ１において、ワークＷ１を光出射窓２ａに徐々に接近させながら搬送する構成であっても構わない。

１ ： 光照射装置
２ ： 筐体
２ａ ： 光出射窓
２ａ１ ： 光出射面
２ｐ ： 壁面
３ ： 搬送機構
３ａ ： 搬送ローラ
１０ ： 光源ユニット
１０ａ ： ＬＥＤ素子
１０ｂ ： ＬＥＤ基板
１０ｐ ： 主面
Ｗ１ ： ワーク
Ｗ１ａ ： 処理対象面

Claims (4)

1. ワークの処理対象面に紫外光を照射して処理する光照射装置であって、
   前記紫外光を出射する複数のＬＥＤ素子が、第一方向と、前記第一方向と直交する第二方向からなる第一面と平行な面上に配列された光源ユニットと、
   前記光源ユニットを収容する筐体と、
   出射面が前記第一面と平行に配置された、前記ＬＥＤ素子から出射される前記紫外光を前記筐体の外側に取り出すための光出射窓と、
   前記光出射窓が設けられた前記筐体の壁面と対向する被照射領域の少なくとも一部において、前記処理対象面を前記光出射窓の出射面に対して傾斜させるとともに、前記第一方向に関する前記被照射領域の少なくとも一方の端部において、中央部よりも前記光出射窓から離間した位置で前記ワークを搬送する搬送機構とを備え、
   前記光出射窓の出射面の法線方向に関し、前記ワークと前記光出射窓が設けられた前記筐体の壁面とが最も接近している位置における離間距離をＤ１とし、前記ワークと前記光出射窓が設けられた前記筐体の壁面とが最も離間している位置における離間距離をＤ２とし、前記ワークと前記光出射窓が設けられた前記筐体の壁面とが、最も接近している位置と最も離間している位置との前記第一方向における離間距離をＤ３としたときに、前記搬送機構は、前記被照射領域の少なくとも一部において、下記（１）式及び（２）式を満たすように前記処理対象面を前記光出射窓の出射面に対して傾斜させた状態で前記ワークを搬送することを特徴とする光照射装置。
   
   ０ｍｍ＜Ｄ１≦２０ｍｍ （１）
   ５°≦ｔａｎ^-1（（Ｄ２－Ｄ１）／Ｄ３）≦２５° （２）
   
2. 前記搬送機構は、前記被照射領域において、前記ワークを前記光出射窓から徐々に離間させながら搬送することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記搬送機構は、前記被照射領域において、前記ワークを前記光出射窓に徐々に接近させながら搬送することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
4. 前記搬送機構は、前記第二方向に見たときに、前記被照射領域内において、前記ワークの前記処理対象面と前記光出射窓の出射面とがなす角度を変化させて前記ワークを搬送することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。