JP4380273B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。

この種の紫外線照射装置としては、例えば、下記特許文献１に示すように、ワークが搬送される照射室の上方に設けられ、ワークに紫外線を照射することでそのワークに施された紫外線硬化性樹脂（以下、「ＵＶ樹脂」）を硬化させるために使用されるものがある。ところで、ＵＶ樹脂は、紫外線を照射しても酸素が含まれる大気雰囲気に曝された状態では、いわゆる酸素阻害により表面硬化不良を起こしてしまうため、通常、窒素や二酸化炭素などの不活性気体雰囲気内で紫外線を照射することが望ましい。図５には、ワーク１に窒素を吹き付けつつ紫外線照射を行う従来構成が示されている。同図に示すように、紫外線ランプ２を収容するハウジング３には、下面の開口部をガラス板で封鎖してなる照射窓４が設けられ、ここから紫外線ランプ２から出射された紫外線（同図で点線矢印７）をワーク１の加工部位に向けて照射させるようになっている。そして、ハウジング３の側方には窒素（同図で実線矢印８）を放出する１対のノズル５，５がワーク１に向けて延設されており、これにより窒素雰囲気内でワーク１に施されたＵＶ樹脂６に紫外線照射を行うようにしている。
特開昭５５−１８１５号公報

しかしながら、上述の従来構成では、ハウジング３の側方から延設されたノズル５，５によってワーク１に窒素を吹き付ける構成なので、その窒素の気流がノズル５，５先端周辺の大気（図５で一点破線矢印９）を巻き込んでしまうため、ワーク１付近の酸素濃度が上昇して、ＵＶ樹脂６を効率よく硬化させることができないという問題があった。確かに、ノズル５，５からの窒素供給量を高めることで酸素濃度を低下させることも考えられるが、これでは、多量の窒素が必要となる他、その多量の窒素が外部に漏れないようにより密閉性の高い構成が必要となり、コストが高くなるという問題が生じ得る。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、比較的少量の気体の使用で済む紫外線照射装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係る紫外線照射装置は、紫外線ランプとワークとの間に間隔を空けつつ並べて配された１対の枠体、当該各枠体の開口部をそれぞれ封鎖する１対の透光壁部、および、前記枠体同士の周縁部間に挟み込まれると共に導通孔が形成された封止部材を有し、かつ、それら１対の透光壁部に挟まれる空間に前記導通孔から気体が供給されるガス供給部が設けられ、紫外線ランプからの紫外線を１対の透光壁部を透過させてワークに照射するよう構成され、ワーク側に配される透光壁部には気体をワーク側に放出する放出孔が形成されているところに特徴を有する。
なお、「ワーク」は、ある部材に紫外線硬化樹脂が施されたものであっても、また、紫外線硬化樹脂自体であってもよい。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、冷却用の吸気手段によって紫外線ランプを冷却するよう構成され、紫外線ランプ側に配される枠体には、前記紫外線ランプの周りを囲むように起立形成され、ガス供給部の周りの空気が吸気手段によって引き込まれることを規制する規制壁が設けられているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、ワークは、紫外線ランプからの紫外線の照射光路を横切るように搬送され、次の（ａ）或いは（ｂ）の構成を備えているところに特徴を有する。
（ａ）放出孔を、紫外線ランプからの紫外線の照射中心よりもワークの搬送経路の上流側のみに形成した構成。
（ｂ）放出孔を、照射中心に対して上流側及び下流側に形成するとともに下流側よりも上流側の放出孔から多くの不活性気体を放出するようにした構成。

＜請求項１の発明＞
本構成によれば、紫外線ランプからの紫外線は、内部に気体が供給されるガス供給部の１対の透光壁部（紫外線を透過可能な壁部）を透過してワークに照射され、気体はワーク側の透光壁部に形成された放出孔からワークに向けて放出される。従って、放出孔のワーク側開口部周囲の壁面によって、気体の気流による周りの空気（酸素を含む）の巻き込みを抑制でき、気体をハウジングの側方に延設したノズルから放出する従来構成に比べて、少量の気体で済む。

＜請求項２の発明＞
紫外線ランプの周りの空気を、冷却用の吸気手段によって紫外線ランプを冷却するよう構成されたものでは、吸気手段によってガス供給部の側方の周りの空気が引き込まれ、その一部がガス供給部とワークとの間に流れ込んでしまうおそれがある。
そこで、本構成によれば、規制壁によってガス供給部側方の周りの空気が吸気手段によって引き込まれることが規制されるから、上記のように吸気手段によってガス供給部側方の周りの空気の一部がガス供給部とワークとの間に流れ込むことを防止することができる。

＜請求項３の発明＞
ワークがある程度速い速度でガス供給部の前方を横切る場合、放出孔から出射された気体はその搬送経路の下流側に引きずられるため、上流側の気体の濃度は、下流側の濃度に比べて低下する。このことは、例えば放出孔が透光壁部において紫外線ランプからの紫外線の照射中心より下流寄りの位置に形成された場合には、気体はワークによって更に下流側に引きずられて、結局、気体の濃度が低下した状態でワークに紫外線照射を行うことになることを意味する。
そこで、本発明では、次の（ａ）（ｂ）のいずれかの構成になっている。
（ａ）放出孔を、紫外線ランプからの紫外線の照射中心よりも上流寄りの位置だけに形成して構成。
（ｂ）放出孔を、上記照射中心に対して上流寄り及び下流寄りの位置に形成するとともに下流側よりも上流側の放出孔から多くの気体が放出されるようした構成。
このような構成により、ワークが高速搬送される場合であっても、気体の濃度の低下を抑えつつワークへの紫外線照射を行うことができる。

本発明の一実施形態を図１ないし図４によって説明する。
１．紫外線照射装置の概要
本実施形態に係る紫外線照射装置１０は、紫外線硬化樹脂（以下「ＵＶ樹脂５０」）による各種加工が施されたワークＷ（例えば床材）を順次搬送する搬送手段５２の搬送経路５１上に配置され、ワークＷに気体としての窒素を吹き付けつつ紫外線を照射させてＵＶ樹脂５０を硬化させるものである。なお、ワークＷは図３，４において紙面右から左へと搬送されるものとする。

２．紫外線照射装置の構成
図１〜図３には、紫外線照射装置１０の全体を示した側面図が示されている。紫外線照射装置１０は、同図に示すように、紫外線ランプ（以下、「ランプ１１」）を収容してなる紫外線出射部１２と、その下方に設けられ内部空間に窒素が供給されるガス供給部３０とを備えて構成されている。

（１）紫外線出射部
紫外線出射部１２は、全体として直方体をなし下方の搬送経路５１に向けられる一側面が開口した箱状のケース１３内に、直管状のランプ１１を収容してなる。このランプ１１は、両端の径小部がケース１３内部の天井から下方に突設された保持片１４，１４の貫通孔１４ａ，１４ａにそれぞれ嵌入されることにより保持されている。そして、ランプ１１は、ケース１３の一端側に設けられた端子部１５からケーブル１６を介して電圧が印加されて点灯し紫外線を放射状に出射する。なお、この紫外線は、ＵＶ樹脂硬化に適した波長（例えば主波長３６５nm）に設定されている。

また、ケース１３の開口方向（図３において下方）に対するランプ１１の略後方には、１対の反射鏡１７，１７が配置されている。この反射鏡１７，１７は、ランプ１１の上方及び側方を全長に渡って覆う断面円弧の形状をなし、ランプ１１から後方に出射された紫外線を反射させて開口側に導く役割を果たす（図３では紫外線の光路を点線矢印Ｌで図示）。なお、各反射鏡１７，１７は、下端部分がケース１３の開口部１３ａ内側に設けられた溝部１３ｂ，１３ｂによって係止されるとともに、上端部分がケース１３内部の天井面から下方に突設された固定具２０によって部分的に係止されている。そして、固定具２０が設けられていない部分については両反射鏡１７，１７の上端部分同士間に所定間隔の隙間Ｓが形成されている（図３参照）。

ケース１３の上面中央位置には、冷却ファン１８（本発明の「吸気手段」に相当）を収容した収容室１９が設けられており、この冷却ファン１８を駆動することで、ランプ１１の周りの空気を上記１対の反射鏡１７，１７間の隙間Ｓを介して引き込んで収容室１９上面に開口した排気口１９ａから外部に放出するようになっている。

（２）ガス供給部
さて、ガス供給部３０は、中央部分がケース１３の開口部１３ａ形状に対応して長方形状に開口し、１対の枠体３１，３１間に封止部材３２を挟み込んだ状態で両枠体３１，３１をネジ３３によってネジ止めした構成になっている。そして、各枠体３１の開口部３１ａは、本発明の「透光壁部」に相当する２つの透光板３４，３４で封鎖されている。具体的には、各透光板３４，３４は、例えば石英ガラスからなり、全体として枠体３１，３１の開口部３１ａよりやや大きめの長方形状をなし、本実施形態では例えば４枚の矩形のガラス板３５を並べて構成されている。各透光板３４の上には、各枠体３１の開口部３１ａの形状と同形の開口部３６ａを有する押え板３６がそれぞれ被せられる。そして、各透光板３４はその周縁部分が、各枠体３１の開口部３１ａ周囲部分と、各押え板３６の開口部３６ａ周囲部分との間で挟まれ、枠体３１と押え板３６とがネジ３７によって固定されることにより位置決め固定されている。

また、封止部材３２の両短辺部分にはそれぞれ２つの導通孔３２ａが貫通形成され、これらに連なる接続管３８が突設されており、この接続管３８を介して図示しない窒素供給手段からの窒素が１対の透光板３４，３４及び封止部材３２で囲まれる空間Ｍ内に供給されるようになっている。
そして、ガス供給部３０は、図１や図３に示すように、紫外線出射部１２からの紫外線の照射方向（同図で紙面下方向）の前方において、上下に並ぶ１対の透光板３４，３４が配置される。そして、ガス供給部３０は、ケース１３の長手方向の両端部から下方に突設された取付具４０を介してケース１３に取り付けられている。

更に、１対の透光板３４，３４のうちワークＷの搬送経路５１側に向けられる透光板（以下、「ワーク側透光板３４ａ」）には、１対の長辺端のうち一方の長辺端寄りの位置に複数の放出孔３９が長辺端に沿って一列状に貫通形成されている。
なお、本実施形態では、１対の透光板３４，３４に沿うように配された冷却手段が設けられている。具体的には、封止部材３２は、伝熱性の高い部材で形成されるとともに、図２に示すように、その両長辺部分には、長手方向に沿って冷却用液体が流れるＵ字状の冷却管４２が挿通されており、紫外線照射や窒素供給によるガス供給部３０の温度上昇を抑制するようにしている。

（３）規制壁
また、本実施形態では、図３に示すように、ガス供給部３０のうち上方に位置する枠体３１，３１上面の周縁部に紫外線出射部１２の開口部１３ａ周りを囲むように規制壁４１が起立形成されている。

３．本実施形態の作用効果
上述した紫外線照射装置１０は、図３に示すように、ワークＷの搬送経路５１上方において、ワーク側透光板３４ａの放出孔３９が当該搬送経路５１の上流側に来るようにして配置される。即ち、放出孔３９は、紫外線ランプ１１から照射される紫外線の照射中心Ｘよりも搬送経路５１の上流側に位置することになる。そして、紫外線照射装置１０を起動すると、ランプ１１から放射された紫外線は１対の反射鏡１７，１７によって下方側に反射され、ケース１３の開口部１３ａからガス供給部３０に向けて出射されて、このガス供給部３０の１対の透光板３４，３４を透過して搬送経路５１上のワークＷに照射される。

また、上記接続管３８からガス供給部３０内部に窒素（図３で実線矢印Ｇ１）が供給されワーク側透光板３４ａの放出孔３９から放出される。これにより、搬送経路５１を搬送されるワークＷに窒素を吹き付けて窒素雰囲気の状態で、ワークＷの加工部位（ＵＶ樹脂が施されたワークＷ上面）に紫外線を照射させることができる。

ここで、この放出孔３９は、紫外線出射部１２からの紫外線が透過するワーク側透光板３４ａに貫通形成され、その放出孔３９のワーク側開口部の周囲がワーク側透光板３４ａ（または、ワーク側透光板３４ａ及び枠体３１）による壁になっている。つまり、放出孔３９の周囲に周りの空気の巻込みを防止（抑制）する壁が設けられているのである。従って、本構成では、窒素供給をハウジングの側方に延設したノズルから行う従来構成とは異なり、周りの空気の巻き込みを防止（抑制）できる。しかも、放出孔３９から放出された窒素の気流はワークＷ表面に沿って側方に広がり、この窒素気流によってワークＷ付近の酸素を含む大気を押し出すことができ、比較的少量の窒素でワークＷ上のＵＶ樹脂５０を効率よく硬化させることできる。なお、ガス供給部３０とワークＷとの離間距離を極力短くする（例えば３０mm以内）ことで、より大きな効果を得ることができる。

しかも、ワーク側透光板３４ａのうち紫外線ランプ１１からの紫外線が透過する部分（以下、「紫外線透過部分」）に形成した放出孔３９から窒素をワークＷに直接吹き付ける構成なので、上述の従来構成に比べてワークＷのうち紫外線が照射されている部位（以下、「紫外線照射部位」）における酸素濃度を集中的に低減させることができる。

また、上述したように、ガス供給部３０の枠体３１，３１上面の周縁部には紫外線出射部１２の周りを囲むように規制壁４１が起立形成されている（請求項２の構成に相当）。ここで、仮にこの規制壁４１がない場合には、冷却ファン１８が駆動されることにより、ガス供給部３０側方の酸素を含む周りの空気（図３で二点破線矢印Ｇ２）が引き込まれ、その一部がワークＷの搬送経路５１側に流れ込んで酸素濃度を上昇させるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、冷却ファン１８が駆動されると、上記規制壁４１によってガス供給部３０の側方の周りの空気の引き込みが規制され、規制壁４１の上方から周りの空気が引き込まれ、ランプ１１周囲を通って排気口１９ａから排出される循環路が形成される。従って、冷却ファン１８の引き込みによって搬送経路５１側の酸素濃度が上昇するといった問題を回避することができる。

更に、ワークＷが例えば分速１〜１００ｍの速度で紫外線照射装置１０の下方を横切るように高速搬送される場合、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、放出孔３９からの窒素はワークＷによって下流側に引きずれることになる。そこで、本実施形態では、放出孔３９をワーク側透光板３４ａの紫外線透過部分において上記照射中心Ｘよりも上流寄りの位置に設けた構成になっている（請求項３の構成に相当）。そうすると、放出量の多い上流側の窒素はワークＷによって下流側に引きずられ、ワーク側透光板３４ａの下方全域に広がり、比較的に少量の不活性気体の放出で、高速搬送されるワークＷの紫外線照射部位における酸素濃度を効率よく低減させることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射するものであって、気体として窒素を供給する装置に適用した例を示したが、窒素に限らず、希ガスや二酸化炭素であってもよい。また、例えば紫外線を照射して有機物を分解するためのアッシングや洗浄を行うものであって、オゾンや酸素を供給する装置に適用することもできる。

（２）本実施形態では、放出孔３９は、ガラス板３５において上流側のみに形成したが、これに限らず、ガラス板３５の中央部分や下流側に形成した構成であってもよい。また、ワークＷが高速搬送される場合には、上流側から下流側にかけて徐々に径が小さくなる複数の放出孔を形成してもよい。或いは、下流側よりも上流側の放出孔の数を多くしてもよい。
このような構成であっても、搬送経路５１のうち紫外線出射部１２からの紫外線照射領域において上流側から下流側に亘って効率よく酸素濃度を低下させた状態でワークＷに紫外線を照射することができる。

（３）放出孔は、ワーク側の透光壁部（ワーク側透光板３４ａ）のうち紫外線透過部分に形成したが、例えばワーク側透光壁部が広く紫外線が照射されない部分がある場合には、その紫外線が照射されない部分に形成してもよい。

（４）放出孔は、透光壁部から突出した管状部に形成した構成であっても、その管状部の周囲に周りの空気の巻き込みを防止する防止壁（本実施形態ではワーク側透光板３４ａやそれに連なる枠体３１）が設けられていればよく、この構成であっても本発明の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る紫外線照射装置全体の部分的断面図 ワーク搬送経路側から見た下面図 図１のＸ−Ｘ破断面における断面図 高速搬送されるワークに吹き付けられた窒素の流れを示した紫外線照射装置の断面図 従来の紫外線照射装置の断面図

符号の説明

１０…紫外線照射装置
１１…紫外線ランプ
１８…冷却ファン（吸気手段）
３０…ガス供給部
３４…透光板
３４ａ…ワーク側透光板
３９…放出孔
４１…規制壁
５０…紫外線硬化樹脂
５１…搬送経路
Ｇ１…窒素（気体）
Ｇ２…周りの空気
Ｌ…紫外線
Ｗ…ワーク
Ｘ…照射中心

Claims (3)

1. 紫外線ランプから紫外線をワークに照射する紫外線照射装置において、
   前記紫外線ランプと前記ワークとの間に間隔を空けつつ並べて配された１対の枠体、当該各枠体の開口部をそれぞれ封鎖する１対の透光壁部、および、前記枠体同士の周縁部間に挟み込まれると共に導通孔が形成された封止部材を有し、かつ、それら１対の透光壁部に挟まれる空間に前記導通孔から気体が供給されるガス供給部が設けられ、前記紫外線ランプからの紫外線を前記１対の透光壁部を透過させて前記ワークに照射するよう構成され、
   前記ワーク側に配される透光壁部には前記気体を前記ワーク側に放出する放出孔が形成されていることを特徴とする紫外線照射装置。
2. 冷却用の吸気手段によって前記紫外線ランプを冷却するよう構成され、
   前記紫外線ランプ側に配される枠体には、前記紫外線ランプの周りを囲むように起立形成され、前記ガス供給部の周りの空気が前記吸気手段によって引き込まれることを規制する規制壁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 前記ワークは、前記紫外線ランプからの紫外線の照射光路を横切るように搬送され、前記放出孔は、前記紫外線ランプからの紫外線の照射中心よりも前記ワークの搬送経路の上流側のみに形成、または、下流側よりも上流側の放出孔から多くの気体を放出するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の紫外線照射装置。

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