JP4905049B2 - 紫外線照射装置及びそれの調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線ランプと、その紫外線ランプから出射した紫外線を被照射物に向けて集光する反射鏡とが備えられた紫外線照射装置及びそれの調整方法に関する。

かかる紫外線照射装置は、例えば、紫外線硬化型樹脂が塗布された被照射物に紫外線を照射して硬化させる等、紫外線を照射することで被照射物に各種の処理をするために利用される。
かかる紫外線照射装置では、従来、下記特許文献１にも記載のように、紫外線ランプや反射鏡と被照射物との位置関係を調整機構によって所望の照射状態となるように調整した後、その調整後の状態を固定的に維持して、被照射物に紫外線を照射して処理作業を実行している。
特開２００２−１７０８６６号公報

しかしながら、上記従来構成では、紫外線の照射対象である被照射物への紫外線の照射状態の要求仕様が変わった場合に柔軟に対応できるものではなかった。
紫外線の照射状態の変更操作として最も単純に考えられるものは、紫外線ランプに供給する電力を調整することである。
ところが、電力の調整によって紫外線の被照射位置での光量分布のピーク強度は設定変更できるものの、光量分布の形状自体は反射鏡の形状によって決まるのもので相似形状として変化する。
すなわち、反射鏡の形状が一般的な楕円型であるとして、紫外線ランプを反射鏡の焦点位置に配置すると、紫外線の照射を受ける被照射物の存在位置では、それのピークの高さは変化させられるものの、結果として、いわゆるガウス分布に類似する光量分布のままで全体的に強度が低下してしまう。
このため、比較的に低いピーク強度で受ける紫外線の総量を十分に確保したいときは、被照射物の搬送速度を低下する必要があり、このような単純な紫外線強度の変化だけでは、紫外線の照射状態の変更要求に必ずしも十分に応えられるものではない。

又、紫外線の照射状態の変更操作として考えられる他の手法は、上記特許文献１に記載の調整手法を利用するものである。
上記特許文献１に記載の紫外線ランプ等の位置調整は、本来、予め固定的に設定されている単一の調整目標に合わせ込むための調整であるが、その調整目標から敢えてずらせて使用することで、紫外線の被照射位置での光量分布の形状もガウス分布形状からずれた形状にまで変化させることができる。
ところが、このように光量分布の形状は柔軟に変化させることができても、紫外線ランプや反射鏡を備えるユニット全体を位置調整する機構が必要となり、装置コストの上昇や装置の大型化を招くことになってしまう。

更に、紫外線の照射状態を変更するために、要求される照射状態に応じて複数の反射鏡を作製しておき、適宜に反射鏡を交換するようなことも考えられるが、装置コストの増大や反射鏡の交換作業負担による管理負担の増大を招くことになってしまう。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置構成を可及的に簡素化しながら、被照射物の種類に応じて、照射紫外線の光量分布の形状を柔軟に変化させられるようにする点にある。

本出願の第１の発明は、紫外線ランプと、その紫外線ランプから出射した紫外線を被照射物に向けて集光する反射鏡とが備えられた紫外線照射装置において、前記被照射物へ照射する紫外線の光軸方向における前記紫外線ランプと前記反射鏡との相対的な位置を調節する位置調整機構が備えられ、前記紫外線ランプが棒状に形成され、前記位置調整機構は、前記紫外線ランプの長手方向両端部の夫々を、独立して位置調整するように構成され、前記位置調整機構にて前記紫外線ランプ又は前記反射鏡の位置を調節することによって、被照射物の種類に応じて、前記被照射物の存在位置での紫外線の光量分布におけるピーク強度と総積分光量との比率を変更するように構成されている。

すなわち、反射鏡にて反射されて被照射物の存在位置へ向かう紫外線の光軸方向において、紫外線ランプと反射鏡との相対的な位置を調整変更することで、被照射物の存在位置での光量分布は、ガウス分布に類似する形状から、ピーク強度が低下すると共に、光量分布の裾部分が拡がる形状に変化して行く。
これは、上記の位置調整で、被照射物の存在位置での紫外線の光量分布におけるピーク強度と総積分光量（光量分布の総積分値）との比率を変更することになっている。

紫外線照射装置の処理対象となる被照射物の種類によっては、例えば強い紫外線を短時間で照射するのが望ましいものや、あるいは、それほど強くない紫外線を比較的長い時間照射するのが望ましいもの等があるが、上記のように紫外線の光量分布の形状を変化させることで、その光量分布の分布方向に被照射物を相対移動させると、被照射物の種類に応じた多様な照射状態を構成できることになる。

しかも、そのように光量分布の形状を変化させるのに、紫外線ランプと反射鏡との相対位置変化させるだけで良く、更に、わずかな位置変化で光量分布の形状を大きく変化させることができるので、紫外線ランプと反射鏡との相対位置を変化させるための装置構成を簡素化することができる。
又、紫外線ランプと反射鏡との相対的な位置を変更操作して光量分布の形状を変化させようとする場合、上述のように、わずかな位置変化で光量分布を大きく変化させることになる。
従って、棒状に形成された紫外線ランプを使用する場合、紫外線ランプの長手方向でのわずかな傾きに起因して、紫外線ランプの長手方向の一端部と他端部との間で光量分布に差が発生してしまう可能性がある。
そこで、長手方向両端部の夫々で独立して位置調整できるようにすることで、長手方向での不必要な光量変動を抑制できる。

又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、前記紫外線ランプに近接する状態で、前記紫外線ランプに冷却風を吹き付ける冷却ノズルが配置され、前記紫外線ランプと前記冷却ノズルとが、前記位置調整機構にて一体に移動操作されるように構成されている。
紫外線ランプを発光駆動すると、紫外線ランプは一般に高温となるため、適正な動作状態を維持するために冷却風を吹き付けて紫外線ランプを冷却することが行われている。
このような紫外線ランプの冷却を効率的に行うために、冷却風を送り出す冷却ノズルは紫外線ランプに近接して配置される。
従って、紫外線ランプを移動操作することで、紫外線ランプと反射鏡との相対的な位置を変更操作する場合に、紫外線ランプだけを移動操作したのでは冷却ノズルとの間隔が変動して冷却能力が変化してしまう。
そこで、紫外線ランプと冷却ノズルとを一体に移動操作することで、冷却能力を一定に保持するものとしている。

又、本出願の第３の発明は、紫外線ランプと、その紫外線ランプから出射した紫外線を被照射物に向けて集光する反射鏡とが備えられた紫外線照射装置の調整方法において、前記紫外線ランプが棒状に形成され、前記被照射物へ照射する紫外線の光軸方向における前記紫外線ランプと前記反射鏡との相対的な位置を前記紫外線ランプの長手方向両端部の夫々で独立して位置調整する位置調整機構にて、前記紫外線ランプ又は前記反射鏡の位置を調節することによって、被照射物の種類に応じて、前記被照射物の存在位置での紫外線の光量分布におけるピーク強度と総積分光量との比率を変更する。

紫外線照射装置の処理対象となる被照射物の種類によっては、例えば強い紫外線を短時間で照射するのが望ましいものや、あるいは、それほど強くない紫外線を比較的長い時間照射するのが望ましいもの等があるが、紫外線ランプ又は反射鏡の位置を調節することで紫外線の光量分布の形状を変化させることで、その光量分布の分布方向に被照射物を相対移動させると、被照射物の種類に応じた多様な照射状態を構成できることになる。

しかも、そのように光量分布の形状を変化させるのに、紫外線ランプと反射鏡との相対位置変化させるだけで良く、更に、わずかな位置変化で光量分布の形状を大きく変化させることができるので、紫外線ランプと反射鏡との相対位置を変化させるための装置構成を簡素化することができる。

上記第１の発明によれば、装置構成を可及的に簡素化しながら、被照射物の種類に応じて、照射紫外線の光量分布の形状を柔軟に変化させられるものとなった。
又、紫外線ランプの長手方向両端部の夫々で独立して位置調整できるようにすることで、長手方向での不必要な光量変動を抑制でき、被照射物への紫外線の照射品質を安定させることができる。
又、上記第２の発明によれば、紫外線ランプと冷却ノズルとを一体に移動操作することで、冷却能力を一定に保持でき、紫外線照射装置の品質を維持することができる。
又、上記第３の発明によれば、装置構成を可及的に簡素化しながら、被照射物の種類に応じて、照射紫外線の光量分布の形状を柔軟に変化させられるものとなった。

以下、本発明の紫外線照射装置を備えた処理装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態の処理装置ＵＴは、処理対象物品（紫外線の被照射物２）の搬送方向に沿った断面を概略的に示す図３のように、紫外線照射装置１と、被照射物２を紫外線照射装置１による紫外線照射対象位置ＬＰへ搬送する搬送コンベア３と、紫外線照射装置１による紫外線照射対象位置ＬＰ付近を覆うトンネル状のカバー４とを主要部として構成されている。
本実施の形態では、処理装置ＵＴによる処理として、紫外線硬化型樹脂を塗布された被照射物２に紫外線を照射して、その紫外線硬化型樹脂を硬化させる処理を行う場合を例示する。
図３において、搬送上流側（右側）の入口から搬送コンベア３上に搬入された被照射物２は、搬送コンベア３上を搬送されて紫外線照射対象位置ＬＰを通過する。この通過の際に被照射物２に塗布された紫外線硬化型樹脂が硬化して、紫外線照射処理の完了した被照射物２は反対側の出口から搬出される。

搬送コンベア３はベルトコンベア式に構成され、図示を省略するモータ等の駆動手段にて回転駆動される一対のドラム３ａ，３ｂの間に搬送ベルト３ｃが巻回されている。
紫外線照射装置１には、搬送横幅方向視の断面である図１，搬送方向視での部品配置を示す図２及び斜視図である図４に示すように、紫外線ランプ１１と、その紫外線ランプ１１から出射した紫外線を紫外線照射対象位置ＬＰに位置する被照射物２に向けて集光する反射鏡１２と、紫外線ランプ１１に冷却風を吹き付ける冷却ノズル１３と、冷却ノズル１３へ送る冷却風の通路となる冷却ダクト１４と、これらを保持して反射鏡１２の裏面側を覆う反射鏡カバー１５と、紫外線ランプ１１と反射鏡１２との相対的な位置を調節する位置調整機構ＰＡ等を主要部として備えるランプユニット１０が備えられている。
カバー４内の紫外線照射対象位置ＬＰ付近には、図４に概略的に示すように、ランプユニット１０から出射した紫外線の強度を検出する紫外線検出器１６が、搬送方向視で左右一対に配置されている。各紫外線検出器１６は、紫外線ランプ１１の長手方向端部の直下よりも若干程度中心寄りの位置に配置される。

本実施の形態で例示する紫外線ランプ１１は棒状に形成されており、それの長手方向が被照射物２の搬送横幅方向となるように配置されている。
この紫外線ランプ１１の形状に対応して、反射鏡１２は開放端が下向きの丸樋状に形成されている。尚、図面を見易くするために、図２では反射鏡１２の記載を省略している。
反射鏡１２の断面は、図１に示すように、楕円の一部を構成する形状を有しており、反射鏡１２は楕円型の反射鏡として構成されている。

被照射物２へ照射する紫外線の光軸方向（本実施の形態では、上下方向）において紫外線ランプ１１と反射鏡１２との相対的な位置を調節する位置調整機構ＰＡは、より具体的には、固定設置された反射鏡１２に対して紫外線ランプ１１を上下に移動させる。
この位置調整機構ＰＡは、図２及び図４に示すように、紫外線ランプ１１の端部を保持するランプ支持ブロック２１とランプ支持ブロック２１の背面側に固定されている昇降操作ブロック２２と、昇降操作ブロック２２の上面中央位置に形成されたネジ穴に螺合する昇降操作ネジ２３とを備えて構成されている。
図２に示すように、昇降操作ネジ２３は、反射鏡カバー１５の上面側に形成された孔に挿通する状態で取付けられ、その挿通孔の内径よりも昇降操作ネジ２３の上端に位置するノブ２３ａの外径を大とすることで、昇降操作ネジ２３の抜け落ちを阻止している。
この取付け状態のノブ２３ａを手動にて回転操作することによって、ランプ支持ブロック２１に保持される紫外線ランプ１１の一端側が昇降する。
図４に示すように、ランプ支持ブロック２１，昇降操作ブロック２２及び昇降操作ネジ２３は、同一構成のものが紫外線ランプ１１の両端夫々に備えられ、昇降操作ネジ２３のノブ２３ａを個別に回転操作することで、位置調整機構ＰＡは、紫外線ランプ１１の長手方向両端部の夫々を、独立して光軸方向（上下方向）に位置調整できるようになっている。

この位置調整機構ＰＡを構成するランプ支持ブロック２１における紫外線ランプ１１側の面には冷却ノズル１３の一端が固定され、搬送方向視で左右一対のランプ支持ブロック２１によって冷却ノズル１３を挟み込んで固定する状態としている。
このように冷却ノズル１３を配置することで、位置調整機構ＰＡのノブ２３ａの回転操作によって、紫外線ランプ１１に近接する状態で配置された冷却ノズル１３が、紫外線ランプ１１と一体に光軸方向に移動操作される。
これによって、紫外線ランプ１１を移動させても、冷却ノズル１３と紫外線ランプ１１との間隔が一定に保持されて、冷却ノズル１３による安定した冷却性能を確保することができ、図示を省略するファン等によって冷却ダクト１４に供給された冷却風は一定の状態で紫外線ランプ１１に吹き付けられる。
尚、この冷却ノズル１３の上下動を許容するために、冷却ノズル１３は冷却ダクト１４に摺動自在に嵌合しており、又、冷却ダクト１４の下端側は、反射鏡１２の上端部を貫通して冷却ノズル１３に外嵌している。

上述のように位置調整機構ＰＡによって光軸方向に移動操作される紫外線ランプ１１を、図５（ａ）の左側の図で示すように、反射鏡１２が構成する楕円の一方の焦点位置に位置させる標準的な配置としたときは、楕円の他方の焦点位置へ紫外線が集光される。
この紫外線が集光される位置が上記紫外線照射対象位置ＬＰとなる。
このように紫外線ランプ１１を標準的な位置に配置したときには、図５（ｂ）の左側の図に示すように、紫外線照射対象位置ＬＰにおける被照射物２の搬送方向（紫外線ランプ１１の長手方向と直交する方向）での光量分布は、ガウス分布に類似する形状となる。

紫外線照射装置１では、前記位置調整機構ＰＡにて紫外線ランプ１１又は反射鏡１２の位置（紫外線ランプ１１から出射する紫外線の光軸方向での位置）を調節することによって、より具体的には、紫外線ランプ１１を光軸方向である上下方向に移動させることによって、上記のような一般的な光量分布のみならず、積極的に光量分布の形状を変化させて使用することを可能としている。
図５（ａ）の右側の図で示すように、紫外線ランプ１１を上下方向に移動させると、図５（ｂ）の右側の図で示すように、紫外線照射対象位置ＬＰでの光量分布の形状が変化して行く。
この紫外線照射対象位置ＬＰでの光量分布の形状変化を、測定データによって、より具体的に説明する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、紫外線ランプ１１を上下方向（光軸方向）に複数段階の移動距離で移動させ、各段階の移動距離毎に、紫外線照射対象位置ＬＰの紫外線ランプ１１直下付近で紫外線検出器１６を被照射物２の搬送方向に移動させて光量分布を測定したものである。
図６（ａ）及び図６（ｂ）では、紫外線ランプ１１の移動量を、標準的な使用状態での位置（反射鏡１２が形成する楕円の上方側の焦点位置）を「０ｍｍ」とし、ランプを下降させる方向を正の値で表記し、上昇させる方向を負の値で表記している。
つまり、図６（ａ）は、紫外線ランプ１１を上昇させた場合の光量分布の変化を示しており、図６（ｂ）は、紫外線ランプ１１を下降させた場合の光量分布の変化を示している。
図６（ａ）及び図６（ｂ）の縦軸は同一のスケールで統一してあり、又、図６（ａ）及び図６（ｂ）の横軸は、紫外線ランプ１１の直下の中心位置を「０ｍｍ」として搬送方向の両側を正負の値で区別している。

被照射物２が紫外線照射対象位置ＬＰを通過するときにどれだけの強度の紫外線を受けるか、又、被照射物２が紫外線照射対象位置ＬＰを通過する過程で受ける紫外線の総量はどの程度であるかという観点から、上記の光量分布の形状を、紫外線の光量分布におけるピーク強度と総積分光量（光量分布の総積分値）との比率によって把握するものとして、図６（ａ）及び図６（ｂ）の測定結果を表１にまとめた。

上記表１では、１段目に記した紫外線ランプ１１の各移動量に対して、２段目に、移動量が「０ｍｍ」を基準（１００％）としたときのピーク強度、３段目に、移動量が「０ｍｍ」を基準（１００％）としたときの総積分光量、４段目に、移動量が「０ｍｍ」を基準（１．０）としたときのピーク強度と総積分光量との比率（ピーク強度／総積分光量）を示している。
尚、上記総積分光量は、被照射物２が紫外線照射対象位置ＬＰを一定速度で通過したときの総受光エネルギーに対応するものである。
上記表１から、紫外線ランプ１１を紫外線ランプ１１を５ｍｍ下降させても、総積分光量は標準の位置（移動量が「０ｍｍ」の位置）から９３％までしか低下せず、しかも、ピーク強度の方は標準の位置の５１％まで低下しており、ピーク強度と総積分光量との比率で言うと、標準の位置に対して０．５５と大きく変化させることができている。
すなわち、紫外線ランプ１１を光軸上で被照射物２側に移動させることで、ピーク強度を大きく変化させながらも、総積分光量の変化は十分小さいものとなっている。

被照射物２の種類に応じて、換言すると、被照射物２へ紫外線を照射して処理する際の要求仕様に応じて、ピーク強度と総積分光量との比率を変更するときは、例えば、被照射物２へ照射する紫外線のピーク強度の最大値が制限されている場合では、紫外線検出器１６にてピーク強度を測定しながら、そのピーク強度の最大値以下となるように紫外線ランプ１１を移動させる。
このようにピーク強度を制限した場合でも、上述のように、紫外線照射対象位置ＬＰを通過する被照射物２が受ける紫外線の総積算光量は、紫外線ランプ１１を標準の位置（楕円の焦点位置）としたときとそれほど変化はない。
尚、上記の紫外線ランプ１１の移動調整は、紫外線ランプ１１の長手方向両端で独立に、一対の紫外線検出器１６の夫々の検出情報が一致するように行われる。

〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、紫外線ランプ１１と反射鏡１２との相対的な位置を調節する位置調整機構ＰＡとして、昇降操作ブロック２２に螺合した昇降操作ネジ２３を回転操作する構成を例示しているが、位置調整機構ＰＡの具体構成は種々に変更可能であり、例えば、上記実施の形態における昇降操作ブロック２２にラックを取付けると共に、そのラックに歯合するピニオンギヤを回転操作して昇降操作ブロック２２を昇降駆動するように構成しても良い。
（２）上記実施の形態では、反射鏡１２として楕円型の反射鏡を例示しているが、紫外線の集光機能を有する種々の形状の反射鏡を使用する場合にも本発明を適用できる。

本発明の実施の形態にかかる紫外線照射装置の要部断面図 本発明の実施の形態にかかる紫外線照射装置の要部断面図 本発明の実施の形態にかかる処理装置の概略断面図 本発明の実施の形態にかかる紫外線照射装置の要部斜視図 本発明の実施の形態にかかる紫外線ランプの位置と光量分布との関係を示す図 本発明の実施の形態にかかる光量分布の測定データ例

符号の説明

１１ 紫外線ランプ
１２ 反射鏡
１３ 冷却ノズル
ＰＡ 位置調整機構

Claims (3)

1. 紫外線ランプと、その紫外線ランプから出射した紫外線を被照射物に向けて集光する反射鏡とが備えられた紫外線照射装置であって、
   前記被照射物へ照射する紫外線の光軸方向における前記紫外線ランプと前記反射鏡との相対的な位置を調節する位置調整機構が備えられ、
   前記紫外線ランプが棒状に形成され、
   前記位置調整機構は、前記紫外線ランプの長手方向両端部の夫々を、独立して位置調整するように構成され、
   前記位置調整機構にて前記紫外線ランプ又は前記反射鏡の位置を調節することによって、被照射物の種類に応じて、前記被照射物の存在位置での紫外線の光量分布におけるピーク強度と総積分光量との比率を変更するように構成されている紫外線照射装置。
2. 前記紫外線ランプに近接する状態で、前記紫外線ランプに冷却風を吹き付ける冷却ノズルが配置され、
   前記紫外線ランプと前記冷却ノズルとが、前記位置調整機構にて一体に移動操作されるように構成されている請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 紫外線ランプと、その紫外線ランプから出射した紫外線を被照射物に向けて集光する反射鏡とが備えられた紫外線照射装置の調整方法であって、
   前記紫外線ランプが棒状に形成され、
   前記被照射物へ照射する紫外線の光軸方向における前記紫外線ランプと前記反射鏡との相対的な位置を前記紫外線ランプの長手方向両端部の夫々で独立して位置調整する位置調整機構にて、前記紫外線ランプ又は前記反射鏡の位置を調節することによって、被照射物の種類に応じて、前記被照射物の存在位置での紫外線の光量分布におけるピーク強度と総積分光量との比率を変更する紫外線照射装置の調整方法。

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