JP6533507B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、一方向に相対的に移動する立体の照射対象物に対して紫外光を照射する光照射装置であって、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源として用い、照射対象物の表面に塗布された紫外線硬化樹脂を硬化させる光照射装置に関する。

従来、オフセット枚葉印刷用のインキとして、紫外光の照射により硬化する紫外線硬化型インキが用いられている。また、近年、金属やプラスチックなど、紙以外の乾きにくい材料に印刷する場合にも、乾燥を早め、時間あたりの生産性を上げるために、紫外線硬化型インキが用いられている。このような紫外線硬化型インキの硬化には、一般に、紫外光を照射する紫外光照射装置が用いられる。

紫外光照射装置としては、従来から高圧水銀ランプや水銀キセノンランプ等を光源とするランプ型照射装置が知られており、例えば、特許文献１には、搬送ベルトによって搬送されるワークをランプ型照射装置によって照射し、ワーク表面の紫外線硬化型インキを硬化させる構成が記載されている。

また、近年、消費電力の削減、長寿命化、装置サイズのコンパクト化の要請から、従来の放電ランプに替えて、ＬＥＤを光源として利用した紫外光照射装置も開発されている。このような、ＬＥＤを光源として利用した紫外光照射装置は、例えば、特許文献２に記載されており、複数の発光素子（ＬＥＤ）が載置された基板を直線状に複数個並べることによって、ライン状の紫外光を得ている。

特開平８−１７４５６７号公報 特開２０１５−１５３７７１号公報

特許文献１の構成のように、紫外線硬化型インキがワークの上面のみに塗布されているような場合には、ワーク上面に対向するように紫外線照射装置を配置し、一方向から紫外光を照射することにより紫外線硬化型インキを硬化させることができる。しかしながら、ビールやジュースの缶・ペットボトル、シャンプーや化粧品のボトル、カップ麺の容器等、立体的な形状を有するワーク（照射対象物）の場合には、紫外線硬化型インキが塗布された表面の形状に合わせて複数の方向（例えば、搬送方向前方、後方、右方、左方）から紫外光を照射するか、またはワークを回転させながら紫外光を照射する必要がある。

ワークに対して複数の方向から紫外光を照射する構成としては、ワークを囲むように複数の紫外線照射装置を配置する構成が考えられるが、この場合、ワークの搬送方向前方及び後方に紫外線照射装置を配置するとワークを搬送することができなくなる。従って、ワークの搬送方向前方側及び後方側にも紫外光を照射するためには、複数の紫外線照射装置に囲まれた空間内にワークを停止した状態で紫外光を照射することとなるが、ワークを停止すると、生産効率が悪くなるといった問題がある。

また、ワークを回転させながら紫外光を照射する構成の場合、ワークを支持しながら回転させる装置が必要とるため、装置全体が複雑になり、また大型化するといった問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低消費電力で、かつコンパクトな装置サイズでありながらも、一方向に移動する立体の照射対象物に対して、搬送方向側方側のみならず、前方側及び後方側からも紫外光を照射し、照射対象物の表面に塗布された紫外線硬化樹脂を十分に硬化させることが可能な光照射装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の光照射装置は、第１方向に沿って移動する立体の照射対象物に対して紫外光を照射し、照射対象物の表面に塗布された紫外線硬化樹脂を硬化させる光照射装置であって、基板上に第１の方向に沿って配置された複数のＬＥＤ素子を有し、照射対象物に対して、第１方向と直交する第２方向から紫外光を出射する光源装置と、照射対象物を挟み、光源装置と相対する位置に配置され、光源装置から出射される紫外光の一部を照射対象物に対して反射する反射ミラーと、を備え、反射ミラーは、第１方向及び第２方向と直交する第３方向から見たときに、所定の周期で三角波状に屈曲する複数の反射面を有し、各反射面は、第１方向に対して１０°〜５０°の角度で傾斜していることを特徴とする。

このような構成によれば、照射対象物に当たらずに通過した紫外光が反射ミラーの反射面によって反射され、照射対象物に対して、搬送方向側方側のみならず、斜め前方側及び斜め後方側からも紫外光が照射される。このため、照射対象物の表面に塗布された紫外線硬化樹脂を十分に硬化させることができる。また、照射対象物を回転させたり、停止させる必要がないため、構成がシンプルで、かつ生産効率の高い装置にすることができる。また、ＬＥＤ素子を光源として用いるため、従来の構成と比較して消費電力を抑えることができる。

また、光源装置が、紫外光を照射対象物に向かって導光するミラーユニットを備えることができる。また、この場合、ミラーユニットは、紫外光の光路を第３方向から挟むように第１方向に延び、反射面が相対するように配置された一対の上下のミラーを有するように構成することができる。また、この場合、第１方向から見たときに、一対の上下のミラーの反射面が、照射対象物に向かって広がるように配置されていることが好ましい。

また、ミラーユニットは、紫外光の光路を第１方向から挟み、反射面が相対するように配置された一対の左右のミラーを有するように構成することができる。また、この場合、一対の左右のミラーの反射面が、第２方向及び第３方向に平行であることが好ましい。

また、第２方向から見たときに、一対の左右のミラーの反射面が、照射対象物に向かって広がるように配置されていることが好ましい。

また、光源装置と反射ミラーとの間に跨がるように、照射対象物の上方に配置され、照射対象物と対向する一方面に反射面を有する平板ミラーを備えることができる。

また、第１方向に沿って近接して配置される、Ｎ組（Ｎは２以上の整数）の光源装置と反射ミラーを備える構成とすることができる。また、この場合、第１方向に沿って配置されるＮ個の光源装置を、順に第１〜第Ｎ番目の光源装置としたときに、ｉ番目（ｉは１以上（Ｎ−１）以下の整数）の光源装置が、照射対象物に対して第２方向から紫外光を出射し、ｉ＋１番目の光源装置が、照射対象物に対して第２方向と相反する方向から紫外光を出射するように構成することが望ましい。

以上のように、本発明によれば、低消費電力で、かつコンパクトな装置サイズでありながらも、一方向に移動する立体の照射対象物に対して、搬送方向側方側のみならず、前方側及び後方側からも紫外光を照射可能な光照射装置が実現される。

図１は、本発明の実施形態に係る光照射装置を用いた光照射システムの構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る光照射装置のミラーユニット及び光源装置の構成を説明する図である。 図３は、本発明の実施形態に係る光照射装置が備える光源ユニットの平面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る光照射装置が備えるＬＥＤユニットの拡大平面図である。 図５は、本発明の実施形態に係る光照射装置が備える反射ミラーの構成を説明する模式図である。 図６は、本発明の実施形態に係る光照射装置を用いた光照射システムが備える平板ミラーの構成を説明する模式図である。 図７は、本発明の実施形態に係る光照射装置を用いた光照射システムのシミュレーション結果を示すグラフである。 図８は、図７のシミュレーションモデルを説明する図である。 図９は、本発明の実施形態に係る光照射装置を用いた光照射システムのシミュレーション結果を示すグラフである。 図１０は、本発明の実施形態に係る光照射装置を用いた光照射システムのシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施形態に係る光照射装置１０Ａ、１０Ｂを用いた光照射システム１の構成を示す斜視図である。図１に示すように、光照射システム１は、照射対象物Ｐの表面に塗布された紫外線硬化樹脂を硬化させるシステムであり、照射対象物Ｐを載せて搬送方向（図１の実線矢印の方向）に移動させる搬送ベルト５０と、搬送ベルト５０の搬送方向上流側と下流側に配置され、照射対象物Ｐの照射領域Ｓ（紫外線硬化樹脂が塗布されている領域）に対して紫外光を照射する２組の光照射装置１０Ａ、１０Ｂと、照射対象物Ｐの上方に配置され、光照射装置１０Ａ、１０Ｂから出射される紫外光を上方から覆う平板ミラー３０とから構成されている。以下、本明細書においては、光照射装置１０Ａの光源装置１００から出射されるライン状の紫外光の長手（線長）方向をＸ軸方向、短手方向（つまり、図１の上下方向）をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向をＺ軸方向と定義して説明する。なお、本実施形態の２組の光照射装置１０Ａ、１０Ｂは、配置される位置がＸ軸方向において異なり、Ｚ軸方向において向きが１８０°異なるものの、装置構成自体は同一であるため、以下、代表して光照射装置１０Ａについて説明する。また、図１に示すように、本実施形態においては、説明の便宜のため、照射対象物Ｐは、略円柱状の形状を呈しており、搬送方向に所定の間隔をおいて搬送ベルト５０上に複数載置されているものとして説明する。また、一般に、紫外光とは、波長４００ｎｍ以下の光を意味するものとされているが、本明細書において、紫外光とは、紫外線硬化樹脂を硬化させることが可能な波長（例えば、波長２５０〜４２０ｎｍ）の光を意味するものとする。

図１に示すように、光照射装置１０Ａは、ライン状の紫外光を出射する光源装置１００と、光源装置１００の前方（Ｚ軸の正方向側）に取り付けられ、光源装置１００から出射される紫外光を照射対象物Ｐに向かって導光するミラーユニット２００と、ミラーユニット２００から出射された紫外光のうち、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光を照射対象物Ｐに向かって反射する反射ミラー３００と、から構成されている。

図２は、ミラーユニット２００が取り付けられた状態の光源装置１００の構成を説明する図であり、図２（ａ）は、正面図（Ｚ軸の正方向側から見た図）であり、図２（ｂ）は、Ｘ−Ｚ平面における断面図であり、図２（ｃ）は、Ｙ−Ｚ平面における断面図である。

図２に示すように、光源装置１００は、ライン状の紫外光を出射する光源ユニット１１０と、光源ユニット１１０を収容するケース１５０とから構成されている。

ケース１５０は、前面に開口１５２を有するアルミ製の筐体であり、開口１５２にはガラス製の窓部１５５が嵌め込まれている。

本実施形態の光源ユニット１１０は、複数のＬＥＤユニット１２０と、ヒートシンク１３０等を備えている。

ヒートシンク１３０は、ＬＥＤユニット１２０の基板１２２の裏面に密着するように配置され、各ＬＥＤユニット１２０で発生した熱を放熱する、いわゆる空冷ヒートシンクである。ヒートシンク１３０は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の良好な材料からなり、Ｘ軸方向に延びる薄板状のベースプレート１３２と、基板１２２が当接する面とは反対側の面に形成された複数の放熱フィン１３４と、を備えている。各放熱フィン１３４は、Ｘ−Ｚ平面に平行な薄板状の形状を呈し、Ｙ軸方向に所定の間隔をおいて設けられている。なお、本実施形態においては、不図示の冷却ファンによって生成される気流によって、複数の放熱フィン１３４が一様に冷却されるようになっている。

図３は、光源ユニット１１０の平面図（Ｚ軸の正方向側から見た図）である。また、図４は、ＬＥＤユニット１２０の拡大平面図である。図４に示すように、ＬＥＤユニット１２０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な矩形状の基板１２２と、基板１２２上に配置された複数のＬＥＤ素子１２４と、を備えており、本実施形態においては、図３に示すように、４個のＬＥＤユニット１２０がヒートシンク１３０の表面上にＸ軸方向に並べて配置されている。

各ＬＥＤユニット１２０の基板１２２は、熱伝導率の高い材料（例えば、窒化アルミニウム）で形成された矩形状配線基板であり、図４に示すように、その表面には、１６個（Ｘ軸方向）×１６個（Ｙ軸方向）のＬＥＤ素子１２４が、Ｘ軸方向ピッチ：３．０ｍｍ、Ｙ軸方向ピッチ：３．０ｍｍで、ＣＯＢ（Chip On Board）実装されている。基板１２２上には、各ＬＥＤ素子１２４に電力を供給するためのアノードパターン（不図示）及びカソードパターン（不図示）が形成されており、各ＬＥＤ素子１２４は、アノードパターン及びカソードパターンにそれぞれ電気的に接続されている。また、基板１２２は、不図示の配線ケーブルによってドライバ回路（不図示）と電気的に接続されており、各ＬＥＤ素子１２４には、アノードパターン及びカソードパターンを介して、ドライバ回路から駆動電流が供給されるようになっている。各ＬＥＤ素子１２４に駆動電流が供給されると、各ＬＥＤ素子１２４からは駆動電流に応じた光量の紫外光（例えば、波長３６５ｎｍ）が出射され、ＬＥＤユニット１２０からはＸ軸方向に平行な紫外光が出射される。なお、図３に示すように、本実施形態においては、４個のＬＥＤユニット１２０がＸ軸方向に並べて配置されており、各ＬＥＤユニット１２０から出射される紫外光がＸ軸方向に連続するように構成されている。また、本実施形態の各ＬＥＤ素子１２４は、略一様な光量の紫外光を出射するように各ＬＥＤ素子１２４に供給される駆動電流が調整されており、４個のＬＥＤユニット１２０から出射されるライン状の紫外光は、Ｘ軸方向において略均一な光量分布を有している。

ＬＥＤユニット１２０に電力が供給され、各ＬＥＤ素子１２４から紫外光が出射されると、ＬＥＤ素子１２４の自己発熱により温度が上昇し、発光効率が著しく低下するといった問題が発生するが、本実施形態においては、ヒートシンク１３０によって各ＬＥＤユニット１２０が一様に冷却されるため、かかる問題の発生が抑制される。

図１及び図２に示すように、本実施形態の光照射装置１０Ａは、光源装置１００の前方（Ｚ軸の正方向側）にミラーユニット２００を備えている。ミラーユニット２００は、光源装置１００から出射される紫外光を照射対象物Ｐに導光する光学装置であり、照射対象物Ｐの照射領域Ｓ（図１）に対してＹ軸方向の光量分布が略均一となるように紫外光を照射する。図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本実施形態のミラーユニット２００は、光源装置１００から出射される紫外光の光路をＹ軸方向から挟むようにＸ軸方向に延び、反射面２５０ａ、２６０ａが相対するように配置された一対の長尺ミラー（上下のミラー）２５０、２６０と、光源装置１００から出射される紫外光の光路をＸ軸方向から挟み、反射面２７０ａ、２８０ａが相対するように配置された一対の短尺ミラー（左右のミラー）２７０、２８０と、を有している。なお、本実施形態においては、長尺ミラー２５０、２６０の反射面２５０ａ、２６０ａは、Ｘ軸方向から見たときに、光源装置１００の光軸ＡＸを対称軸として線対称であり、前方（Ｚ軸の正方向側）に向かって所定の角度で広がる平面で構成されている。

ミラーユニット２００が光源装置１００の前方（Ｚ軸の正方向側）に取り付けられると、光源装置１００から出射される紫外光は、図２（ｃ）の破線で示すように、一対の長尺ミラー２５０、２６０の反射面２５０ａ、２６０ａによって反射されながら、照射対象物Ｐに導光され、照射領域Ｓ（図１）に照射される。ＬＥＤ素子１２４から出射される紫外光は、一般に、広がり角の大きなものであるが、本実施形態の構成によれば、所定の角度で広がる長尺ミラー２５０、２６０の反射面２５０ａ、２６０ａによって反射されながら導光されるため、角度成分の大きな紫外光は、反射面２５０ａ、２６０ａに反射される度に角度成分の小さなものに変換される。つまり、換言すると、一対の長尺ミラー２５０、２６０によって、紫外光の広がりをＹ軸方向において絞ることができ、角度成分の大きな紫外光も照射領域Ｓ上に導光することができる。そして、その結果、照射領域Ｓに照射される紫外光の光量が増加することとなる。

一対の短尺ミラー２７０、２８０は、一対の長尺ミラー２５０、２６０のＸ軸方向両端に位置し、一対の長尺ミラー２５０、２６０を支持すると共に、Ｘ軸方向に拡がる紫外光を内側（光軸ＡＸ側）に向かって反射する部材である。本実施形態においては、一対の短尺ミラー２７０、２８０の反射面２７０ａ、２８０ａは、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な平面となっており、図２（ｂ）の破線で示すように、Ｘ軸方向に拡がる紫外光を内側（光軸ＡＸ側）に向かって反射させることで、角度成分の大きな紫外光も照射対象物Ｐに向かって導光している。

このように、光照射装置１０Ａの光源装置１００から出射された紫外光は、ミラーユニット２００を通りＺ軸の正方向に出射され、照射対象物Ｐの照射領域Ｓに向けて照射される。また、同様に、光照射装置１０Ｂの光源装置１００から出射された紫外光は、ミラーユニット２００を通りＺ軸の負方向に出射され、照射対象物Ｐの照射領域Ｓに向けて照射される（図１）。従って、照射対象物Ｐが光照射装置１０Ａ、１０Ｂの光源装置１００の前方を通過することにより、照射対象物Ｐの照射領域Ｓ上には、紫外線硬化樹脂が硬化するために必要な、所定の積算光量が得られる。しかしながら、一般に、光照射装置１０Ａ、１０Ｂの各ＬＥＤ素子１２４から出射される紫外光の照度は、各光軸上（つまり、Ｚ軸の正方向及び負方向）において最も高く、光軸から離れるに従って（つまり、角度成分の大きなものほど）低くなる分布となるため、照射対象物Ｐの照射領域Ｓに対して搬送方向の前後方向から入射する紫外光の照度は非常に低いものとなる。つまり、照射領域Ｓの前方側の所定領域及び後方側の所定領域は、紫外線硬化樹脂が硬化するために必要な積算光量が得られない虞がある。

また、本実施形態のように、照射対象物Ｐが略円柱状の形状を呈していると、照射領域Ｓが円筒面となるため、照射領域Ｓ内の位置によって、ミラーユニット２００からの距離（以下、「ワーキングディスタンス」といい、「ＷＤ」と略記する。）が異なることとなる。つまり、照射領域Ｓのうち、光源装置１００と対向する部分（つまり、光源装置１００との距離が短くなる部分）では、紫外光の積算光量が多くなるが、光源装置１００と対向しない部分（つまり、光源装置１００との距離が長くなる部分）では、紫外光の積算光量が少なくなってしまうといった問題もある。

そこで、本実施形態においては、かかる問題を解決するため（つまり、積算光量の少ない部分を補うため）、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光を反射ミラー３００で反射するように構成している。

図５は、本実施形態の反射ミラー３００の構成と、その作用効果を説明する模式図であり、本実施形態の光照射装置１０ＡをＹ軸の正方向から見たときの図である。なお、図５においては、説明の便宜のため、ミラーユニット２００が取り付けられた状態の光源装置１００を、Ｘ−Ｚ平面における断面図で示している。なお、図５において、光線Ｂ１〜Ｂ８は、それぞれ、光照射装置１０Ａの光源装置１００から出射される光線の一例を示しており、光線Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ広がり角−６０°、−３０°の紫外光を示し、光線Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５は、それぞれ広がり角−３０°、＋３０°、０°の紫外光を示し、光線Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８は、それぞれ広がり角−６０°、＋６０°、＋１５°の紫外光を示している。また、図５において、Ｘ１〜Ｘ３は、光源装置１００の前方を順に通過する照射対象物ＰのＸ軸方向の位置を示している。

図５に示すように、反射ミラー３００は、照射対象物Ｐ及び搬送ベルト５０を挟んで光源装置１００と反対側（つまり、Ｚ軸の正方向側）の位置に配置され、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光を反射する部材である。反射ミラー３００は、Ｙ軸方向から見たときに、所定の周期で屈曲する三角波状の形状を呈しており、光源装置１００が位置する側の各傾斜面に、紫外光を反射する反射面３１０が形成されている。なお、本実施形態においては、各反射面３１０は、Ｘ軸方向に対して１０°〜５０°の角度（以下、各反射面３１０のＸ軸方向に対する角度を「ミラー角α」という。）で傾斜しており、各反射面３１０のミラー長（つまり、各傾斜面の長さ）をＬとすると、Ｌ×ｃｏｓα＝５０ｍｍとなるように設定されている。

上述のように、ＬＥＤ素子１２４から出射される紫外光は、広い配光特性を有しており、様々な角度成分の紫外光を含んでいる。従って、図５に示すように、照射対象物ＰがＸ１、Ｘ２、Ｘ３の順に位置を変更し、光源装置１００の前方を通過すると、照射対象物Ｐの照射領域Ｓには、光線Ｂ１〜Ｂ８等、様々な角度成分の紫外光が入射し、所定の積算光量が得られる。例えば、照射対象物ＰがＸ１の位置に移動すると、光線Ｂ１に代表されるような、拡がり角の大きい光が照射対象物Ｐの搬送方向前方の円筒面に入射するようになるが、ＷＤも長く、また、拡がり角の大きい紫外光は照度も低いため、Ｘ１の位置においては、照射対象物Ｐの搬送方向前方の円筒面上に、紫外線硬化樹脂が硬化するために必要な積算光量が得られない虞がある。そこで、本実施形態においては、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光（例えば、光線Ｂ２）を、反射ミラー３００で反射し、照射対象物Ｐの搬送方向前方の円筒面に入射するように構成することで、この部分の光量を補っている。

照射対象物ＰがＸ１の位置からＸ２の位置に移動すると、光線Ｂ３、光線Ｂ４等、拡がり角の小さい紫外光が、照射対象物Ｐの上側（つまり、Ｚ軸の負方向側）の円筒面に入射するようになる。照射対象物ＰがＸ２の位置にあるときは、ＷＤも短くなり、また、拡がり角の小さい紫外光は照度も高いため、照射対象物Ｐの上側（つまり、Ｚ軸の負方向側）の円筒面には、紫外線硬化樹脂が硬化するために十分な積算光量が得られる。また、照射対象物ＰがＸ２の位置にあるときは、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光（例えば、光線Ｂ５）を、反射ミラー３００で反射し、照射対象物Ｐの搬送方向後方の円筒面に入射するように構成することで、この部分の光量を補っている。なお、照射対象物ＰがＸ１の位置からＸ２の位置に移動する過程において、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光が反射ミラー３００で反射され、照射対象物Ｐの搬送方向前方の円筒面に入射するようになっているため、この部分の光量も補われる。

照射対象物ＰがＸ２の位置からＸ３の位置に移動すると、光線Ｂ６、光線Ｂ７等、拡がり角の大きい紫外光が、照射対象物Ｐの搬送方向後方の円筒面に入射する。照射対象物ＰがＸ３の位置にあるときは、ＷＤも長くなり、また、拡がり角の大きい紫外光は照度も低いため、照射対象物Ｐの搬送方向後方の円筒面には、紫外線硬化樹脂が硬化するために必要な積算光量が得られない虞があるが、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光（例えば、光線Ｂ８）を、反射ミラー３００で反射し、照射対象物Ｐの搬送方向後方の円筒面に入射するように構成することで、この部分の光量を補っている。つまり、照射対象物ＰがＸ２の位置からＸ３の位置に移動する過程において、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光が反射ミラー３００で反射され、照射対象物Ｐの搬送方向後方の円筒面に入射するようになっているため、この部分の光量が確実に補われる。

このように、本実施形態の照射対象物Ｐの照射領域Ｓには、照射対象物Ｐの位置に応じた紫外光が入射するが、照射対象物Ｐの搬送方向前方の円筒面及び搬送方向後方の円筒面には、十分な照度の紫外光が入射されないため、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光を、反射ミラー３００で反射し、照射対象物Ｐの搬送方向前方の円筒面及び搬送方向後方の円筒面の光量を補っている。

図６は、本実施形態の平板ミラー３０の構成と、その作用効果を説明する模式図であり、本実施形態の光照射システム１をＸ軸の負方向側から見たときの図である。なお、図６においては、説明の便宜のため、光照射装置１０Ａ、１０Ｂの光源装置１００及びミラーユニット２００を、Ｙ−Ｚ平面における断面図で示している。なお、図６において、光線Ｂ１１〜Ｂ１３は、それぞれ、光照射装置１０Ａの光源装置１００から出射される光線の一例を示しており、光線Ｂ１１は、広がり角０°の紫外光（つまり、光軸ＡＸに沿って出射される紫外光）を示し、光線Ｂ１２は、広がり角−６０°の紫外光を示し、光線Ｂ１３は、広がり角＋３０°の紫外光を示している。

図１及び図６に示すように、平板ミラー３０は、光照射装置１０Ａ、１０Ｂのミラーユニット２００と反射ミラー３００との間に跨がるように、照射対象物Ｐの上方に配置される矩形板状の部材である。平板ミラー３０の裏面側（照射対象物Ｐと対向する側）には反射面３２が形成されており、光照射装置１０Ａ、１０Ｂの光源装置１００から出射される紫外光を反射するように構成されている。

上述のように、ＬＥＤ素子１２４から出射される紫外光は、広い配光特性を有しており、様々な角度成分の紫外光を含んでいるため、照射対象物Ｐが光源装置１００の前方を通過すると、ある瞬間においては、光線Ｂ１１が、照射対象物Ｐの照射領域Ｓに直接入射し、また、光線Ｂ１２が、ミラーユニット２００の反射面２６０ａで反射されて、照射対象物Ｐの照射領域Ｓの円筒面に入射する。また、光線Ｂ１３が、平板ミラー３０の反射面３２で反射されて、照射対象物Ｐの照射領域Ｓの円筒面に入射する。このように、本実施形態においては、ミラーユニット２００の反射面２６０ａで反射されず、本来照射対象物Ｐの照射領域Ｓに向かわない光線１３を、平板ミラー３０の反射面３２によって反射し、照射対象物Ｐの照射領域Ｓを間接的に照射するように構成されている。つまり、換言すると、平板ミラー３０の反射面３２によって、光照射装置１０Ａ、１０Ｂの光源装置１００から出射される紫外光をＹ軸方向に閉じ込め、本来照射対象物Ｐの照射領域Ｓに向かわない紫外光を有効に活用することで、Ｙ軸方向においても所定の積算光量が得られるように構成されている。

図７は、本実施形態の光照射システム１を用いて照射対象物Ｐを照射した場合の照射領域Ｓ内での積算光量をシミュレーションした結果である。また、図８は、図７のシミュレーションモデルを説明する図である。なお、図８においては、説明の便宜のため、平板ミラー３０を省略している。

図７のシミュレーションは、図８に示すように、本実施形態の光照射システム１を用いて、直径Ｄ：φ１４０ｍｍ、高さ（Ｙ軸方向の高さ）：７０ｍｍの照射対象物Ｐを、１００ｍ／ｍｉｎの速度で、Ｘ軸方向：−７００ｍｍの位置から＋７００ｍｍの位置まで搬送し、その時に照射領域Ｓ上に照射される紫外光の積算光量（ｍＪ／ｃｍ^２）を、ミラー角α：０°、１０°、３０°、５０°において求めたものである。なお、図７の縦軸は、照射対象物Ｐの高さ３５ｍｍの位置における積算光量（ｍＪ／ｃｍ^２）であり、横軸は、照射対象物Ｐの搬送方向を０°（３６０°）とした場合の、照射領域Ｓ（つまり、円筒面）の各照射位置を時計回りの角度で示したものである。

図７に示すように、照射対象物Ｐの照射領域Ｓ上の積算光量は、光源装置１００との距離が最も短くなる、搬送方向に対して側方の位置（つまり、照射位置θ：９０°、２７０°）で最も多くなり、光源装置１００との距離が最も長くなる、搬送方向に対して前方及び後方の位置（つまり、照射位置θ：０°、１８０°、３６０°）で最も少なくなるのが分かる。また、ミラー角αを１０°〜５０°とすると、ミラー角αが０°の場合（つまり、平面の場合）と比較して、照射位置θ：０°、１８０°、３６０°における積算光量が増加するのが分かる。つまり、ミラー角αを設定することにより、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光を有効に活用して、積算光量が少ない部分を補えるのが分かる。

図９及び図１０は、本発明の発明者が行った、更なるシミュレーション結果を示すグラフである。図９は、図８のシミュレーションモデルにおいて、ＷＤを３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍに変更したときの、ミラー角α（°）と、照射位置θ：０°、１８０°、３６０°における積算光量（つまり、積算光量の最小値）との関係を示すグラフである。また、図１０は、図８のシミュレーションモデルにおいて、照射対象物Ｐの直径Ｄをφ６０ｍｍ、１００ｍｍ、１４０ｍｍに変更したときの、ミラー角α（°）と照射位置θ：０°、１８０°、３６０°における積算光量（つまり、積算光量の最小値）との関係を示すグラフである。なお、図９及び図１０において、縦軸は、ミラー角α：０°のときの積算光量を１として規格化した場合の相対積算光量である。

図９に示すように、ＷＤを３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍに変更した場合でも、ミラー角αを１０°〜５０°の範囲に設定することにより、ミラー角α：０°の場合に比較して、照射位置θ：０°、１８０°、３６０°における積算光量を約１０％以上増加させることができる。

図１０に示すように、照射対象物Ｐの直径Ｄをφ６０ｍｍ、１００ｍｍ、１４０ｍｍに変更した場合でも、ミラー角α：１０°〜５０°の範囲に設定することにより、ミラー角α：０°の場合に比較して、照射位置θ：０°、１８０°、３６０°における積算光量を約１０％以上増加させることができる。

このように、本実施形態においては、ミラー角αを１０°〜５０°の範囲に設定した反射ミラー３００を、照射対象物Ｐ及び搬送ベルト５０を挟んで光源装置１００と反対側（つまり、Ｚ軸の正方向側）の位置に配置し、照射対象物Ｐに当たらずに通過した紫外光を反射ミラー３００で反射することで、照射領域Ｓの積算光量の少ない部分（つまり、照射対象物Ｐの搬送方向前方の円筒面及び搬送方向後方の円筒面）に対して搬送方向斜め前方側及び斜め後方側から紫外光を照射し、積算光量の少ない部分の光量を補っている。つまり、本実施形態の構成によれば、従来のように、ワークを回転させたり、ワークを停止させたりすることなく、立体の照射対象物Ｐに対して、斜め前方側及び斜め後方側からの紫外光を増やすことができる。このため、照射対象物Ｐの表面に塗布された紫外線硬化樹脂を十分に硬化させることができる。

以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。

例えば、本実施形態においては、光源装置１００と、ミラーユニット２００とは別体のものとして説明したが、ミラーユニット２００を光源装置１００の一部として構成し、光源装置１００とミラーユニット２００を一体化して構成することも可能である。また、ミラーユニット２００は必ずしも必要なものではなく、例えば、光源装置１００を照射対象物Ｐに近接して配置したり、各ＬＥＤ素子１２４の光路中に封止レンズや集光レンズ等を配置して紫外光の拡がり角を狭めることにより、ミラーユニット２００を不要とすることができる。

また、本実施形態においては、ミラーユニット２００の長尺ミラー２５０、２６０の反射面２５０ａ、２６０ａは、平面であるものとして説明したが、このような構成に限定されるものではなく、長尺ミラー２５０、２６０の反射面２５０ａ、２６０ａを、例えば、放物面で構成することもできる。

また、本実施形態においては、ミラーユニット２００の短尺ミラー２７０、２８０の反射面２７０ａ、２８０ａは、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な平面であるものとして説明したが、このような構成に限定されるものではなく、短尺ミラー２７０、２８０の反射面２７０ａ、２８０ａは、Ｙ軸方向から見たときに、光源装置１００の光軸ＡＸを対称軸として線対称であり、前方（Ｚ軸の正方向側）に向かって所定の角度で広がる平面で構成することもできる。また、反射面２７０ａ、２８０ａは、平面に限られず、放物面で構成することもできる。また、短尺ミラー２７０、２８０は、必ずしも長尺ミラー２５０、２６０に比較して短尺である必要はなく、長尺ミラー２５０、２６０と略同様のサイズとすることもできる。

また、本実施形態においては、２組の光照射装置１０Ａ、１０Ｂを用いる構成としたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、１組の光照射装置１０Ａを用いて、１つの照射対象物Ｐに対して複数回照射するように構成してもよい。また、Ｎ組（Ｎは２以上の整数）の光照射装置をＸ軸方向に沿って並べた構成としてもよい。

また、本実施形態の反射ミラー３００は、Ｙ軸方向から見たときに、所定の周期で屈曲する三角波状の形状を呈し、各傾斜面に反射面３１０が形成されているとして説明したが、このような構成に限定されるものではなく、Ｙ軸方向から見たときに、Ｘ軸方向に対して所定の角度で傾斜する複数の反射面が形成されていればよい。

また、本実施形態においては、平板ミラー３０を備える構成としたが、平板ミラー３０は光照射装置１０Ａ、１０Ｂの光源装置１００から出射される紫外光をＹ軸方向に閉じ込め、Ｙ軸方向の積算光量を増加させる機能を有するものであるため、Ｙ軸方向の積算光量が十分であれば、必ずしも必要ではない。

また、本実施形態の平板ミラー３０は、光照射装置１０Ａ、１０Ｂのミラーユニット２００と反射ミラー３００との間に跨がるように配置されるものとしたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、平板ミラー３０を分割し、各光照射装置１０Ａ、１０Ｂのミラーユニット２００と反射ミラー３００との間に跨がるように配置することもできる。

なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 光照射システム
１０Ａ、１０Ｂ 光照射装置
３０ 平板ミラー
３２ 反射面
５０ 搬送ベルト
１００ 光源装置
１１０ 光源ユニット
１２０ ＬＥＤユニット
１２２ 基板
１２４ ＬＥＤ素子
１３０ ヒートシンク
１３２ ベースプレート
１３４ 放熱フィン
１５０ ケース
１５２ 開口
１５５ 窓部
２００ ミラーユニット
２５０、２６０ 長尺ミラー
２５０ａ、２６０ａ 反射面
２７０、２８０ 短尺ミラー
２７０ａ、２８０ａ 反射面
３００ 反射ミラー
３１０ 反射面

Claims (10)

1. 第１方向に沿って移動する立体の照射対象物に対して紫外光を照射し、該照射対象物の表面に塗布された紫外線硬化樹脂を硬化させる光照射装置であって、
   基板上に前記第１の方向に沿って配置された複数のＬＥＤ素子を有し、前記照射対象物に対して、前記第１方向と直交する第２方向から前記紫外光を出射する光源装置と、
   前記照射対象物を挟み、前記光源装置と相対する位置に配置され、前記光源装置から出射される紫外光の一部を前記照射対象物に対して反射する反射ミラーと、を備え、
   前記反射ミラーは、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向から見たときに、所定の周期で三角波状に屈曲する複数の反射面を有し、
   前記各反射面は、前記第１方向に対して１０°〜５０°の角度で傾斜している
   ことを特徴とする光照射装置。
2. 前記光源装置が、前記紫外光を前記照射対象物に向かって導光するミラーユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記ミラーユニットは、前記紫外光の光路を前記第３方向から挟むように前記第１方向に延び、反射面が相対するように配置された一対の上下のミラーを有することを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記第１方向から見たときに、前記一対の上下のミラーの反射面が、前記照射対象物に向かって広がるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
5. 前記ミラーユニットは、前記紫外光の光路を前記第１方向から挟み、反射面が相対するように配置された一対の左右のミラーを有することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の光照射装置。
6. 前記一対の左右のミラーの反射面が、前記第２方向及び前記第３方向に平行であることを特徴とする請求項５に記載の光照射装置。
7. 前記第２方向から見たときに、前記一対の左右のミラーの反射面が、前記照射対象物に向かって広がるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光照射装置。
8. 前記光源装置と前記反射ミラーとの間に跨がるように、前記照射対象物の上方に配置され、前記照射対象物と対向する一方面に反射面を有する平板ミラーを備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光照射装置。
9. 前記第１方向に沿って近接して配置される、Ｎ組（Ｎは２以上の整数）の前記光源装置と前記反射ミラーを備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光照射装置。
10. 前記第１方向に沿って配置される前記Ｎ個の光源装置を、順に第１〜第Ｎ番目の光源装置としたときに、ｉ番目（ｉは１以上（Ｎ−１）以下の整数）の光源装置が、前記照射対象物に対して前記第２方向から前記紫外光を出射し、ｉ＋１番目の光源装置が、前記照射対象物に対して前記第２方向と相反する方向から前記紫外光を出射することを特徴とする請求項９に記載の光照射装置。