JP6036778B2 - 光照射装置および光硬化材料処理装置 - Google Patents
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Description
特に、3Dプリンタを代表とする光造形装置においては、被照射面に立体構造物が形成される。そのため、得られる立体構造物によって光照射装置からの光が反射されることにより、その反射光が、ヘッド部における吐出部に照射されやすくなる。その結果、吐出部からの光硬化性材料の射出量が不安定になる現象が生じやすい、という問題がある。
しかしながら、このインクジェットプリンタにおいては、光照射装置をヘッド部から相当に大きく離間させなければならない。また、記録媒体での反射光を考慮すると、単に光照射装置を傾斜させるだけでは、ヘッド部の吐出部へ照射される光を十分に抑えることが困難であった。
鉛直方向に延びる軸をZ軸とするXYZ三次元直交座標系を想定したとき、前記光源部は、前記複数の発光素子が、同一平面上において、発光面の中心がX軸上に位置されるよう、並んで配置されて構成されており、
前記複数の発光素子の発光面の中心を含むXZ平面を基準面とし、当該基準面に対してY軸負方向側の位置に、前記光源部よりの光をY軸正方向に指向させるとともにY軸負方向に指向する光を遮断する機能を有する第一の反射部が、当該第一の反射部における反射面の下端縁が、前記基準面上に位置される状態もしくは当該基準面よりもY軸正方向に突出する状態で、X軸方向に延びるよう設けられていると共に、当該基準面に対してY軸正方向側の位置に、前記光源部よりの光および前記第一の反射部よりの光をY軸正方向に指向させるよう反射する機能を有する第二の反射部が、X軸方向に延びるよう設けられていることを特徴とする。
前記第一の反射部の反射面と前記基準面とがなす角をα、前記第二の反射部の反射面と前記基準面とがなす角をβ、前記複数の発光素子の各々から出射される光と前記基準面とがなす角の最大値をθmaxとしたとき、
(式1) β≧α+θmax/2
(式2) 45°≦β≦90°
の関係を満たす構成とされていることが好ましい。
ここに、本明細書において「Y軸正方向」とは、Z軸方向(Y=0の方向)を含むものとする。
当該光照射装置は、前記第一の反射部が第二の反射部に対してヘッド部に近い側になるように配置されていることを特徴とする。
この光照射装置1は、Z軸方向(鉛直方向)に長尺な直方体状の鉛直部11aと、この鉛直部11aの下端に連続する扁平な箱型形状の水平部11bを有する、全体がL字型の筐体10を備えている。水平部11bは、鉛直部11aのY軸に垂直な一対の周壁のうちの一方の周壁の外面よりY軸正方向に突出して延びるよう形成されている。鉛直部11aの内部空間および水平部11bの内部空間は連続しており、水平部11bの下面はZ軸負方向(図1における下方向)に開口している。
光源部20は、図3に示すように、長尺な平板状の基板21を有する。この基板21は、保持部材15の上端面上においてX軸方向に水平に延びる姿勢で配置されている。基板21の表面(図1においては下面)には、矩形の板状の複数の発光素子25が、各発光素子25の発光面25aがZ軸負方向(図1においては下方向)を向く姿勢で、X軸に沿って並んで配置されている。発光素子25の各々には、当該発光素子25の発光面25aを覆う半球形状の封止レンズ22が、基板21の表面から突出するよう設けられている。この例においては、発光素子25の発光面25aの中心を通る鉛直方向に延びる中心軸(以下においては、「発光素子の光軸」ともいう。)Lと、封止レンズ22の中心軸Cとが一致しており、各発光素子25の発光面25aの中心はX軸上に位置されている。
また、封止レンズ22を構成する材料としては、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス材料、あるいは、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの透光性樹脂材料などを用いることができる。
また、発光素子25としては、所要の光例えば紫外線を出射する発光ダイオードを用いることができる。
第一の反射部材30は、反射面31の上端縁が、保持部材15におけるY軸に垂直な一方の周壁の下端面における内端縁に一致する状態で、上面が保持部材15の下面に対接されて配置されている。第一の反射部材30の下面は、筐体10における水平部11bの開口端面が位置される平面上に位置されており、反射面31の下端縁は、基準面NよりもY軸正方向に突出している。
第一の反射部材30は、例えば入射する光に対して高い反射率を有するアルミニウムなどからなる反射板が基材に貼り付けられることにより構成されている。
第二の反射部材35は、反射面36の上端縁が保持部材15におけるY軸に垂直な周壁の下端面における内端縁に一致する状態で、上面が保持部材15の下面および水平部12の天板内面に対接されて配置されている。第二の反射部材35の下面は、筐体10における水平部11bの開口端面が位置される平面上に位置されている。
第二の反射部材35は、例えば入射する光に対して高い反射率を有するアルミニウムなどからなる反射板が基材に貼り付けられることにより構成されている。
(式1) β≧α+θmax/2
(式2) 45°≦β≦90°
また、光源部20から窓部材18を介して基準面Nに対してY軸正方向に向かって出射される光成分は、その一部が直接的に被照射面Wに照射されると共に他の全部が第二の反射部材35の反射面36によって反射される。また、第一の反射部材30による反射光は、第二の反射部材35の反射面36によって反射される。ここに、光源部20より直接的に被照射面Wに照射される光成分の、被処理面Wに対する入射角γは正の入射角であって、Y軸負方向に指向する光成分を含まないものである。また、光源部20からY軸正方向に出射される光および第一の反射部材30による反射光が第二の反射部材35によって反射された反射光の、被処理面Wに対する入射角γは正の入射角となり、当該第二の反射部材35による反射光は、Y軸負方向に指向する光成分を含まないものである。
第一の反射部材30および第二の反射部材35は、下面が突出部17の上面に対接されて配置されている。第二の反射部材35の上面は、鉛直部11aの周壁の内面よりY軸負方向に突出している。
光源部20における基板21は、鉛直部11aの下端位置において、表面(発光素子25の配置面)の両側縁部が第一の反射部材30の上面および第二の反射部材35の上面によって支持されて配置されている。
このような構成のものにおいても、上記の実施の形態に係る光照射装置と同様の効果を得ることができる。
また、ヘッド部2および光照射装置1の各々は、Y軸方向に延びるガイドレール5にY軸方向に移動自在に支持されている。
図1および図2に示す構成に従って、下記の仕様の光照射装置(1)を作製した。
光源部(20)における基板(21)は、材質が窒化アルミウニム、寸法(X×Y×Z)が105mm×20mm×1.0mmである。発光素子(25)は、ピーク波長が395nmの発光ダイオードであり、出力が700mW、寸法(X×Y×Z)が1.0mm×1.0mm×0.1mmである。発光素子(25)の数は25個であり、配置ピッチが4.0mmである。封止レンズ(22)は、材質がシリコーン樹脂、半径が1.1mmである。
窓部材(18)は、材質が耐熱ガラス、寸法(X×Y×Z)が104mm×15mm×2.0mmである。窓部材(18)の光入射面と発光素子(25)の発光面(25a)とのZ軸方向の離間距離は2.9mmである。
第一の反射部材(30)における反射面(31)と基準面(N)とがなす角(α)は10°である。X軸に垂直な断面において、反射面(31)の上端縁位置は、基準面(N)に対してY軸負方向3.8mmの位置であり、下端縁位置は基準面(N)に対してY軸正方向1.5mmの位置である。
第二の反射部材(35)における反射面(36)と基準面(N)とがなす角(β)は50°(≧α+θmax/2)である。X軸に垂直な断面において、反射面(36)の上端縁位置は、基準面(N)に対してY軸正方向11.2mmの位置であり、下端縁位置は基準面(N)に対してY軸正方向35.8mmの位置である。
この光照射装置(1)における発光素子(25)の最大出射角度(θmax)は80°である。
実施例1において、第二の反射部材(35)の反射面(36)と基準面(N)とがなす角(β)を45°(<α+θmax/2)としたことの他は、実施例1と同一の構成を有する光照射装置を作製した。
実施例1において、第一の反射部材(30)の反射面(31)と基準面(N)とがなす角(α)を45°とし、第二の反射部材(35)の反射面(36)と基準面(N)とがなす角(β)を70°(≧α+θmax/2)としたことの他は、実施例1と同一の構成を有する光照射装置を作製した。この光照射装置における発光素子(25)の最大出射角度(θmax)は45°である。
実施例2において、第二の反射部材(35)の反射面(36)と基準面(N)とがなす角(β)を60°(<α+θmax/2)としたことの他は、実施例2と同一の構成を有する光照射装置を作製した。
実施例1において、第一の反射部材(30)の反射面(31)と基準面(N)とがなす角(α)を80°とし、第二の反射部材(35)の反射面(36)と基準面(N)とがなす角(β)を85°(≧α+θmax/2)としたことの他は、実施例1と同一の構成を有する光照射装置を作製した。この光照射装置における発光素子(25)の最大出射角度(θmax)は10°である。
実施例3において、第二の反射部材(35)の反射面(36)と基準面(N)とがなす角(β)を80°(<α+θmax/2)としたことの他は、実施例3と同一の構成を有する光照射装置を作製した。
2 ヘッド部
5 ガイドレール
10 筐体
11a 鉛直部
11b 水平部
12 吸気口
13 電装部
15 保持部材
16 突出部
17 突出部
18 窓部材
20 光源部
21 基板
22 封止レンズ
25 発光素子
25a 発光面
30 第一の反射部材
31 反射面
35 第二の反射部材
36 反射面
40 ヒートシンク
41 フィン
45 冷却ファン
C 封止レンズの中心軸
L 発光素子の発光面の中心軸(発光素子の光軸)
M 記録媒体
N 基準面
W 被照射面
Claims (3)
- 複数の発光素子を有する光源部を備えた光照射装置において、
鉛直方向に延びる軸をZ軸とするXYZ三次元直交座標系を想定したとき、前記光源部は、前記複数の発光素子が、同一平面上において、発光面の中心がX軸上に位置されるよう、並んで配置されて構成されており、
前記複数の発光素子の発光面の中心を含むXZ平面を基準面とし、当該基準面に対してY軸負方向側の位置に、前記光源部よりの光をY軸正方向に指向させるとともにY軸負方向に指向する光を遮断する機能を有する第一の反射部が、当該第一の反射部における反射面の下端縁が、前記基準面上に位置される状態もしくは当該基準面よりもY軸正方向に突出する状態で、X軸方向に延びるよう設けられていると共に、当該基準面に対してY軸正方向側の位置に、前記光源部よりの光および前記第一の反射部よりの光をY軸正方向に指向させるよう反射する機能を有する第二の反射部が、X軸方向に延びるよう設けられていることを特徴とする光照射装置。 - 前記第一の反射部の反射面および第二の反射部の反射面は、いずれも前記光源部から離間する方向であるZ軸負方向に向かうに従ってY軸正方向に変位するよう、傾斜しており、
前記第一の反射部の反射面と前記基準面とがなす角をα、前記第二の反射部の反射面と前記基準面とがなす角をβ、前記複数の発光素子の各々から出射される光と前記基準面とがなす角の最大値をθmaxとしたとき、
(式1) β≧α+θmax/2
(式2) 45°≦β≦90°
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。 - 光硬化材料を吐出する吐出部を備えたヘッド部と、請求項1または請求項2のいずれかに記載の光照射装置とを備えてなり、
当該光照射装置は、前記第一の反射部が第二の反射部に対してヘッド部に近い側になるように配置されていることを特徴とする光硬化材料処理装置。
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