JP6677857B2 - 光照射装置および印刷装置 - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線硬化型樹脂および塗料などの硬化に使用可能な光照射装置およびこれを備えた印刷装置に関する。
光照射装置の例として、例えば複数のＬＥＤ（発光ダイオード）チップなどの半導体発光素子を光源としたものが知られている。このような光照射装置は、紫外線硬化型樹脂などの光硬化型材料（樹脂、インクなど）を用いる印刷装置などに使用され、光硬化型材料の硬化などの用途を含めて広く利用されている（例えば、特開2008−244165号公報参照）。
このような光照射装置には、光硬化型樹脂の硬化性を向上させることにより、また光照射装置の放熱性を向上させることにより、光照射装置およびこれを備えた印刷装置の信頼性を向上させることが求められている。
本開示の光照射装置は、発光素子が内部に配され、該発光素子の光が通過可能な光照射面を有した筐体を備えた光照射部と、前記筐体の前記光照射面の一部に接続した流路を備えたガス供給部と、を備え、前記光照射面は、前記発光素子の光が通過可能な光通過部と、前記発光素子の光を遮光可能な非光通過部とを有しており、前記流路は、互いに接続した複数の壁を有しているとともに、前記筐体の側面から前記光照射面の前記非光通過部にかけて接続して前記複数の壁の一部が前記光照射面の前記非光通過部に配されていて、前記光照射面の前記非光通過部に重なる領域に配された、ガスを排気可能な排気口を備えている。
本開示の印刷装置は、上記の光照射装置と、被印刷媒体を前記光照射面に対向させて搬送する搬送部と、前記被印刷媒体の搬送方向の上流側で前記光照射装置の隣に配された印刷部と、を備えている。
本開示の光照射装置および印刷装置によれば、硬化性を向上させ、また放熱性を向上させることができ、信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態に係る光照射装置および印刷装置の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の内容は本発明の実施形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
図１に、光照射装置１を断面図で模式的に示す。
光照射装置１は、光を照射することによって、光硬化型樹脂を硬化させる用途に使用されるものである。光照射装置１は、印刷材料として光硬化型樹脂を用いるオフセット印刷装置またはインクジェット印刷装置などの印刷装置に搭載される。これにより、印刷装置は、光硬化型樹脂（例えば紫外線硬化型インクなど）を、印刷装置の被印刷媒体15上に被着させた後に、光照射装置１で光を照射して光硬化型樹脂を硬化させることによって、被印刷媒体15に印刷することができる。
光照射装置１は、光照射部２と、ガス供給部３とを備える。本発明に係る光照射装置１は、光照射部２とガス供給部３とを備えることで、光照射部２からの光照射によって光硬化型樹脂を硬化させるときに、光照射装置１と被印刷媒体15との間にガス供給部３からガスを供給しつつ光を照射することができる。これにより、光照射時に光硬化型樹脂中の例えばラジカルが大気中の酸素と反応して硬化反応が阻害されることを低減し、光硬化型樹脂の硬化性を向上させることができる。なお、光照射装置１は、従来周知の方法によって製造することができる。
光照射部２は、発光素子４を有しており、この発光素子４が発する光を照射することができる。光照射部２は、発光素子４と、発光素子４が実装された基板５と、発光素子４および基板５を収容した筐体６と、を備えている。
図２（ａ）および（ｂ）に、光照射装置１における発光素子４の例について模式的に示す。なお、図２（ａ）は発光素子４および基板５を平面視した平面図であり、図２（ｂ）は発光素子４および基板５を部分的に断面視した部分断面図である。
発光素子４は、紫外線または可視光といった所定波長の光を発することができる。発光素子４は、複数の半導体層および一対の電極を備える。複数の半導体層は、活性層およびｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層を有しており、一対の電極を介して電圧が印加されることによって、光を発することができる。複数の半導体層は、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）などからなるものであればよい。一対の電極は、例えば銀（Ａｇ）などからなるものであればよい。
発光素子４は、例えば、半導体レーザＬＤ（Laser Diode）または発光ダイオードＬＥＤ（Light Emitting Diode）などであればよい。発光素子４の波長は、例えば紫外線（近紫外線）であればよい。具体的には、波長のスペクトルのピークが例えば２８０〜４４０ｎｍなどの光であればよい。なお、発光素子４が発する光の波長は、例えば被印刷媒体15に印刷される光硬化型樹脂の硬化に必要な波長であればよい。
基板５は、発光素子４を支持することができる。基板５の外形は、例えば平板状であればよい。基板５の平面形状は、例えば矩形状であればよい。基板５は、複数の凹部を有しており、凹部のそれぞれには発光素子４が実装されている。凹部の開口は、例えば円形状に形成されていればよい。
本例の基板５は、複数の絶縁層５ａ，５ｂによって形成されている。言い換えれば、基板５は、複数の絶縁層５ａ，５ｂを有している。複数の絶縁層５ａ，５ｂの材料は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、またはガラスセラミックスなどのセラミックス、あるいはエポキシ樹脂または液晶ポリマーなどの樹脂などであればよい。本例の基板５は２層の絶縁層５ａ，５ｂを有しているが、基板５は３層以上の絶縁層によって形成されていてもよい。
基板５は、配線をさらに有しており、この配線は、例えばボンディングワイヤを介して、発光素子４に電気的に接続されている。配線の材料は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）および銅（Ｃｕ）などであればよい。
なお、発光素子４は、封止材７によって、基板５の凹部内で封止されている。封止材７の材料は、例えばシリコーン樹脂であればよい。なお、本発明に係る光照射部２における発光素子４は、必ずしも封止材７によって封止されていなくてもよい。
筐体６には、図１に示したように、発光素子４および基板５が収容されている。筐体６の外形は、例えば、直方体状であればよい。筐体６は、光照射面８を有している。光照射面８は、筐体６の内部に配された発光素子４の光が透過可能であり、被印刷媒体15に対向する面である。この光照射面８を介して、筐体６に収容されている発光素子４の光を被印刷媒体15に照射することができる。なお、光照射面８は、全波長の光に対して透明な透過性を有している必要はなく、少なくとも光硬化型樹脂の硬化に必要な波長の光が、硬化に必要な光量で透過可能であればよい。
図３に、光照射装置１を光照射面８側から見た例について示す。図３は、光照射装置１を光照射面８側から見た平面図である。なお、図３中の点線は、光照射面８の外形（この例では筐体６の外形に同じ）を示すものである。
光照射面８は、遮光性の領域を有していてもよい。本例では、図３に示したように、光照射面８は、発光素子４の光が通過可能な光通過部９と、光通過部９を挟んで配置されている遮光性の非光通過部10と、を有している。なお、非光通過部10は、全波長の光に対して遮光性である必要はなく、光通過部９が通過させる波長の光を遮光可能であればよい。また、非光通過部10は、光通過部９の周囲を囲んで配置されていてもよい。
光通過部９は、例えば板状の部材であればよい。本開示の筐体６は、光通過部９を除き、非光通過部10と同様に遮光性の材料で形成されている。そして、筐体６のうち被印刷媒体15に対向する面に開口部が形成され、この開口部に光通過部９を構成する板状の部材が嵌め込まれることによって、光通過部９と非光通過部10とを有する光照射面８を構成している。
光照射面８は、例えば平面であればよい。また、光照射面８の形状は、例えば矩形状であればよい。光照射面８が、光通過部９および非光通過部10を有している場合は、光通過部９の形状は、例えば帯状（細長い矩形状）であればよい。また、光通過部９は、図３に示したように光照射面８の一端から他端にわたって配されていてもよいし、周囲を非光通過部10によって囲まれて、光照射面８の幅よりも短い長さに配されていてもよい。
光通過部９の材料は、例えば石英ガラスまたはＢＫ７などであればよい。非光通過部10の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）または銅（Ｃｕ）などであればよい。本開示では、筐体６は、光通過部９を除き、非光通過部10と同様の材料で形成されている。なお、筐体６は、非光通過部10と異なる材料で形成されていても構わない。筐体６（光照射面８を除く）は、遮光性および耐熱性・放熱性に優れるという観点から、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）、銅（Ｃｕ）などで形成されている。
ガス供給部３は、上述の通り、光照射装置１と被印刷媒体15との間の領域の空間にガスを供給することができる。このように、ガスを供給することによって、被印刷媒体15に印刷された光硬化型樹脂の周囲の雰囲気中の酸素濃度を低減することができ、光硬化型材料に光照射を行なうことによって生じるラジカルが酸素と反応して硬化反応が阻害されることを低減することができる。その結果、光硬化型材料の硬化性を向上させることが可能となる。
ガス供給部３は、図１に示すように、筐体６の側面から光照射面８の一部にかけて接続している流路11と、流路11にガスを供給する配管が接続される供給口12と、流路11から被印刷媒体15に向けてガスを供給（排気）する排気口13と、を備えている。ガス供給部３から光照射装置１と被印刷媒体15との間に供給されるガスは、供給口12から流路11に供給されて、流路11内を流れ、排気口13から排気される。排気口13から排気されたガスは、光照射装置１と被印刷媒体15との間の領域の空間に供給されることとなる。供給されるガスは、光硬化型材料のラジカルと酸素との反応を低減させるために、酸素を実質的に含まない例えば窒素（Ｎ２）であればよい。なお、供給されるガスは、光硬化型材料に含まれるラジカルとの反応性が低い不活性ガスであれば、例えばアルゴン（Ａｒ）などであってもよい。
流路11は、複数の壁14を有している。本例では、流路11は、複数の壁14によって形成されている。つまり、互いに接続した複数の壁14によって囲われた空間が流路11となる。流路11を形成する複数の壁14は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）、銅（Ｃｕ）などの金属材料、またはアクリルなどの樹脂材料で形成されていればよい。
ガス供給部３は、流路11の複数の壁14の一部が筐体６に固定されていることによって、光照射部２に固定されている。複数の壁14の一部は、例えば、接着剤を介して筐体６に固定されたり、ねじ止めによって筐体６に固定されたりしている。
供給口12および排気口13は、本例では流路11の両端部にそれぞれ位置している。流路11における複数の壁14によって囲われた開口が供給口12および排気口13として機能するように構成してもよいし、複数の壁14のそれぞれ１つの壁に設けられた開口が供給口12および排気口13として機能してもよい。供給口12は、配管を通じてガスの供給元に接続されている。排気口13は、例えば、ガスが通過可能ないわゆるスポンジ状などの多孔質部材などが配されていてもよい。また、排気口13は、被印刷媒体15に対向する壁の所定の部分に多数の孔を配置して構成されたものであってもよい。
流路11は、光照射面８の一部に接続している。すなわち、流路11を構成する複数の壁14の一部が光照射面８に接している。ここで、従来の光照射装置では、印刷装置に搭載されたときに、印刷部または被印刷媒体から飛散して例えば光照射面に付着した光硬化性樹脂が光を吸収して発熱することによって、例えば光通過部９に用いたカバーガラスなどが割れるおそれがある。これに対して、本発明に係る光照射装置１は、上記構成を有していることによって、ガス供給部３から随時供給するガスの流路11が、光照射面８の一部に配されていることによって、光照射面８の放熱性を向上させることができる。その結果、光照射面８の割れの発生を低減することができる。
なお、本開示では、光照射面８が光通過部９および非光通過部10を有しており、流路11は、光通過部９からの光の照射を妨げないように、非光通過部10のみに接続している。
光通過部９は、光照射面８の中央部から、流路11が配された位置とは反対方向にずれて配置されていてもよい。その場合には、流路11が位置する非光通過部10の領域を大きくすることができ、光照射面８の放熱性を向上させることができる。
流路11の複数の壁14のうちの１つの壁は、筐体６を兼ねていてもよい。その場合には、流路11中を流れるガスが、流路11を構成する部分の筐体６の表面に直接接触することができるため、筐体６の放熱性を向上させることができる。従って、光照射面８の一部に流路11が接続されている部分において、筐体６の放熱性を向上させることができる。
流路11は、図１に示したように、光照射面８に続く筐体６の側面に接続されていてもよい。その結果、流路11中を流れるガスによって、筐体６の光照射面８に限らず、筐体６の側面においても放熱性を向上させることができる。
流路11を構成する複数の壁14と、筐体６とは、熱伝導率が同じ材料で形成されていてもよい。その場合には、複数の壁14と筐体６との熱膨張差に起因して両者が変形したり流路11が筐体６から外れたりすることを低減することができる。このとき、流路11を構成する１つの壁が筐体６である場合は、筐体６を兼ねている壁は、筐体６として扱う。なお、流路11を構成する複数の壁14の熱伝導率が筐体６の熱伝導率と同程度であれば、流路11と筐体６とは別材料で形成されていてもよい。
ガス供給部３において、被印刷媒体15に向けて供給するガスを排気可能な排気口13は、光照射面８に重なる領域に配されていてもよい。具体的には、排気口13を平面透視したときに、排気口13の外縁の少なくとも一部が、光照射面８の外縁よりも内側に位置していてもよい。その結果、流路11内のガスは排気口13から排気されるため、流路11内のガスを、光照射面８に重なる領域上を通過させやすくなり、筐体６の放熱性を向上させることができる。なお、排気口13の外縁の全てが光照射面８の外縁よりも内側に位置するようにすれば、より効果的である。
この場合に、排気口13は、光照射面８に対して流路11の高さ（流路11を構成する壁の高さ）の分、光照射面８よりも被印刷媒体15の近くに位置することになる。
流路11を構成する複数の壁14は、複数の壁14のうちに、最も光通過部９の近くに位置する第１壁14ａと、最も被印刷媒体15の近くに位置する第２壁14ｂと、を有している。
第１壁14ａは、光通過部９の縁に沿って配されていてもよい。すなわち、本開示で説明すれば、本開示の光通過部９は、光照射面８の一端から他端まで延びた帯状であることから、本開示の第１壁14ａは、この光通過部９の外縁に沿って光照射面８の一端から他端にわたって配されている。その結果、例えば、光通過部９から第１壁14ａで反射して被印刷媒体15に入射する場合などを利用することができ、被印刷媒体15に入射する光分布の均一性を向上させることができる。
第１壁１４ａは、光照射面８から、被印刷媒体15に近づくにつれて流路11が狭くなるように傾いていてもよい。すなわち、第１壁14ａは、光照射面８側の端から光の照射方向に沿って、光通過部９から遠ざかるように傾いていてもよい。その結果、光照射面８を介して照射される光が第１壁14ａで遮られることを低減することができる。
第１壁14ａは、金属材料で形成されていてもよい。その場合には、第１壁14ａの表面が金属光沢を有して良好な光反射面として機能するので、光照射面８から第１壁14ａに入射した光を被印刷媒体15に向けて反射させることができるため、例えば被印刷媒体15に印刷された光硬化型樹脂の硬化性を向上させることができる。
第２壁14ｂは、被印刷媒体15の最も近くに位置する壁であり、好ましくは搬送される被印刷媒体15に対して平行になるように位置している。この第２壁14ｂには、ガス供給部３から光照射装置１と被印刷媒体15との間の空間に供給するガスの出口としての排気口13が配されている。これにより、被印刷媒体15と排気口13との距離を短くして、ガス供給の効果を良好に奏させることができる。
第２壁14ｂに排気口13が配されている場合には、第２壁14ｂは、光照射面８に対して平行であってもよい。その場合には、例えば、一般的に光照射面８は被印刷媒体15に対して平行に対向するように配置されていることから、第２壁14ｂが光照射面８に平行であることによって、被印刷媒体15に対して排気口13から最短距離でガスを吹き付けることができる。
図４に、本発明に係る光照射装置１を用いた印刷装置100の例を概略構成図で模式的に示す。
本発明の実施形態に係る印刷装置100は、上述の光照射装置１と、被印刷媒体15を光照射装置１の光照射面８に対向させて搬送する搬送部16と、搬送部16によって搬送される被印刷媒体15に印刷を行なう、被印刷媒体15の搬送方向の上流側で光照射装置１の隣に配された印刷部17と、を備えている。このような印刷装置100は、搬送部16で被印刷媒体15を搬送しつつ、被印刷媒体15に印刷部17によって光硬化型樹脂を印刷して付着させ、その後に光照射装置１から光照射して被印刷媒体15に印刷された光硬化型樹脂を硬化させることによって、被印刷媒体15の上（表面）に所望の印刷を行なうことができる。
搬送部16は、被印刷媒体15を、印刷部17から光照射装置１へと順に通過させることができる。搬送部16は、例えば本例に示すように、被印刷媒体15がその上を移動していく載置台18と、互いに対向配置されて回転可能に支持された一対の搬送ローラ19，19とを含んで構成されている。この搬送部16は、載置台18によって支持された被印刷媒体15を一対の搬送ローラ19，19の間に送り込み、この搬送ローラ19，19を互いに逆方向に回転させることにより、被印刷媒体15を印刷部17および光照射装置１に向けた搬送方向へ送り出すためのものである。
印刷部17は、搬送部16によって搬送される被印刷媒体15に対して、光硬化型材料を付着させて印刷する機能を有している。印刷部17は、例えば、吐出口から光硬化型材料を含む液滴を被印刷媒体15に向けて吐出し、被印刷媒体15に被着させるように構成されているインクジェット印刷装置である。本例では、光硬化型材料として紫外線硬化型インクを採用しているが、その他にも光硬化型材料としては、例えば感光性レジストなどが挙げられる。
本発明に係る印刷装置100によれば、光照射装置１の有する上述の効果を同様に奏することができるので、光硬化型材料の硬化性の向上および光照射装置１における放熱性の向上によって、信頼性を向上させることができる。
また、本開示の印刷装置100では、光照射装置１と印刷部17とは、光照射装置１のガス供給部３を間に介在させるように配置されていることが好ましい。そして、本開示の印刷装置100では、光照射装置１は、光照射面８と印刷部17との間に、第１壁14ａが位置するように配されていることが好ましい。その場合には、ガス供給部３が光照射装置１の光照射部２と印刷部17との間に位置するため、光照射装置１の光照射部２から被印刷媒体15に向けて照射された光が印刷部17に向かうのを遮る様な配置になることから、光照射部２から被印刷媒体15に向けて照射された光の一部が印刷部17に入射して、印刷部17の吐出孔が目詰まりすることを低減することができる。また同時に、光照射装置１の光照射面８の光通過部９から被印刷媒体15に向けて照射された光の一部を第１壁14ａで被印刷媒体15に向けて反射して、被印刷媒体15への光照射の効率を向上させることができる。
以上、本発明の具体的な実施形態の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
１ 光照射装置
２ 光照射部
３ ガス供給部
４ 発光素子
５ 基板
６ 筐体
８ 光照射面
９ 光通過部
10 非光通過部
11 流路
14 複数の壁
14ａ 第１壁
15 被印刷媒体
16 搬送部
17 印刷部
100 印刷装置
２ 光照射部
３ ガス供給部
４ 発光素子
５ 基板
６ 筐体
８ 光照射面
９ 光通過部
10 非光通過部
11 流路
14 複数の壁
14ａ 第１壁
15 被印刷媒体
16 搬送部
17 印刷部
100 印刷装置
Claims (7)
- 発光素子が内部に配され、該発光素子の光が通過可能な光照射面を有した筐体を備えた光照射部と、
前記筐体の前記光照射面の一部に接続した流路を備えたガス供給部と、を備え、
前記光照射面は、前記発光素子の光が通過可能な光通過部と、前記発光素子の光を遮光可能な非光通過部とを有しており、
前記流路は、互いに接続した複数の壁を有しているとともに、前記筐体の側面から前記光照射面の前記非光通過部にかけて接続して前記複数の壁の一部が前記光照射面の前記非光通過部に配されていて、前記光照射面の前記非光通過部に重なる領域に配された、ガスを排気可能な排気口を備えている、光照射装置。 - 前記光通過部は、前記光照射面の中央部から、前記流路が配された位置とは反対方向にずれて配置されている、請求項１に記載の光照射装置。
- 前記複数の壁は、前記光通過部の最も近くに位置しているとともに前記光通過部の縁に沿って配されている第１壁を有している、請求項１または２に記載の光照射装置。
- 前記第１壁は、前記光照射面側の端から光の照射方向に沿って、前記光通過部から遠ざかるように傾いている、請求項３に記載の光照射装置。
- 前記第１壁は、前記発光素子の光を反射する材料で構成されている、請求項３に記載の光照射装置。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の光照射装置と、
被印刷媒体を前記光照射装置の前記光照射面に対向させて搬送する搬送部と、
前記被印刷媒体の搬送方向の上流側で前記光照射装置の隣に配された印刷部と、を備えた、印刷装置。 - 請求項３〜５のいずれかに記載の光照射装置と、
被印刷媒体を前記光照射装置の前記光照射面に対向させて搬送する搬送部と、
前記被印刷媒体の搬送方向の上流側で前記光照射装置の隣に配された印刷部と、を備え、前記光照射装置は、前記光照射面と前記印刷部との間に、前記第１壁が位置するように配されている、印刷装置。
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