JP6774013B2 - 光照射装置、及びこれを備えた光硬化装置 - Google Patents

Description

本発明は、光照射装置、及びこれを備えた光硬化装置に関する。

光エネルギーの作用で液状体から固体に変化させる技術を「光硬化」と呼び、インク、接着剤などのあらゆる分野で利用されている。例えば、下記特許文献１には、ワークの表面に塗布されたインクに対して光を照射されることで、インクが硬化して印字される画像形成装置が開示されている。

特許文献１に記載されている画像形成装置では、紫外線エネルギーの付与によって硬化（重合化）する成分（主剤）と、重合開始剤とを含有したインクが用いられる。重合開始剤は光を吸収しやすい性質を有し、光が照射されると定められた過程を経てラジカルと呼ばれる非常に不安定な状態になる（下記式１）。

Ｉ→Ｉ^*→Ｒ・ （１）
なお、上記式（１）において、Ｉは重合開始剤を示し、Ｉ^*は重合開始剤が励起状態にあることを示し、Ｒ・はフリーラジカルを示す。重合開始剤に所定の光が照射されると、重合開始剤は励起され、開裂し、ラジカルを発生する。

発生したラジカルは、主剤に含まれるモノマーの二重結合と反応して連鎖反応種を生成する（下記式２，３）。

Ｒ・＋Ｍ→ＲＭ・ （２）
ＲＭ・＋Ｍ→ＲＭＭ・ （３）
上記式（２）、（３）において、Ｍはモノマーを示す。

連鎖反応種が成長反応へと進み、ポリマー鎖を生成する（下記式４）。下記式において、Ｐ_m、Ｐ_nはポリマーを示す。
ＲＭ_m・＋ＲＭ_n・→Ｐ_m＋Ｐ_n （４）

上記式（１）〜（４）を経て、重合反応が進行し、インクが硬化されることで、ワーク（例えば紙）の上面に印字が行われる。

特許第３９９１３６２号公報 特開２０１５−５４２６８号公報

ところで、上記の反応過程において、酸素が介在することで重合反応が阻害されることが知られている。具体的には、ラジカルＲ・が酸素と反応することで失活し、重合反応と競合する。この結果、重合反応が十分に進行せず、ワーク上に完全に硬化していないインクが残存する事態を招く。ワークを光照射部に搬送するに際し、搬送のための空間を設けることは不可欠である。この空間内に存在する空気に含まれる酸素が、上記の阻害要因を構成する。

インクを完全に硬化させるためには、重合開始剤の量を高める方法や、照射する光の光量を高める方法が考えられる。しかし、重合開始剤は人体への影響が懸念されているため、できる限り使用量を少なくすることが求められている。また、照射光量を高めると装置自体が高温化して装置寿命が低下したり、消費エネルギーが増大するといった別の問題を生じさせるため、照射光量についてもできる限り低くすることが求められている。

ところで、上記の特許文献２には、ＵＶを照射するユニット内に不活性ガスを供給することで、酸素阻害の影響を抑制する技術が開示されている。具体的には、ＵＶ照射前よりもＵＶ照射後のワークの周辺雰囲気の酸素濃度を低下させるべく、ＵＶ照射ユニットの後段の位置で、光が照射される側のワークの面に向けて不活性ガスを供給している。

しかし、本発明者の鋭意研究によれば、この特許文献２の技術によって酸素阻害の影響を抑制するためには、不活性ガスを大量に供給し続けなければらなず、不活性ガスの消費量が多大になることが分かった。

本発明は、酸素阻害の影響を抑制しながら所定の材料を光硬化させることのできる光照射装置を実現することを目的とする。また、本発明は、このような光照射装置を含む光硬化装置を実現することを目的とする。

本発明に係る光照射装置は、
所定の搬送方向に沿って搬送されたワークが流入するワーク流入口と、
前記ワーク流入口から流入した前記ワークの第一面に対して光を照射する光照射部と、
前記光照射部で光が照射された後の前記ワークが流出するワーク流出口と、
不活性ガスからなる第一ガスを供給する第一ガス供給部とを備え、
前記第一ガス供給部は、前記ワークの前記第一面側と、前記第一面とは反対の第二面側の双方に向けて前記第一ガスを供給可能に構成されていることを特徴とする。

本発明者の鋭意研究により、ワークの面のうち、光が照射される側の面に対してのみ不活性ガスを供給する構成の下では、不活性ガスの供給量を多量にしなければ、ワークの面の酸素濃度にムラが生じることが確認された。言い換えれば、光が照射される側のワークの面（「第一面」に対応する。）において、酸素濃度が十分に低下できない領域が存在することが確認された。このような構成の下では、第一面に光硬化性を有する材料物が塗布されたワークに対して当該材料物を硬化させるべく光を照射しても、少なくとも一部の材料物が完全には硬化しないという事態を招く。このことは、例えばこの材料物が光硬化性のインクであるような場合には、ワークの面に未硬化のインクが存在する状況を意味するものであり、好ましくない。

光照射部において光が照射される直前の時点のワークには、一方の面にのみ未硬化の光硬化性材料物が塗布されるのが通常である。そして、「発明が解決しようとする課題」の項で記載したように、この光は材料物の重合反応を進行させるために照射され、この光照射時に材料物の周囲の雰囲気に含まれる酸素が前記重合反応を阻害する要因を構成する。つまり、不活性ガスの供給量を少なくしながらも重合反応を阻害する酸素の混在を除去するという観点に立てば、ワークの光照射面側にのみ不活性ガスを供給することで足りると考えるのが自然である。

しかしながら、本発明者の鋭意研究によれば、上記の構成のように、ワークの面のうち、光が照射される側の第一面のみならず、それとは反対側（裏側）の第二面に対しても不活性ガス（第一ガス）を供給することで、従来よりも不活性ガスの供給量を低減しながらも第一面側の酸素濃度のムラを低減できる効果が確認された。

上記の効果が得られた理由として、本発明者は以下のように考えている。ワークがワーク流入口から光照射部側へと搬送される際、ワーク流入口よりワークと共に空気が流入する。このとき、ワーク流入口とワークの間の隙間は、ワークの光照射面側（第一面側）の上方のみならず、その反対側（第二面側）にも存在している。つまり、ワークの第二面側とワーク流入口との間の隙間を通じて空気が流入する。

また、光照射装置内においてワークを搬送させるために、ワークの面に対して平行な方向で、且つ搬送方向に直交する方向（すなわち、ワークの幅方向）に関し、ワークと光照射装置の内壁の間には、多少の隙間が存在している。このため、ワークに対して光照射部から光が照射される時点において、ワークの第二面側に存在していた空気の一部が、前記ワークと光照射装置の内壁との隙間を通じて第一面側に流入する。この結果、ワークの光照射面側のうち、ワークの幅方向に係る端部付近の酸素濃度が、ワークの幅方向に係る中央付近の酸素濃度よりも高くなり、酸素濃度にムラが生じたものと考えられる。

これに対し、上記の構成のように、ワークの第二面側にも不活性ガスを供給することで、ワークの第二面側における雰囲気に含まれる酸素濃度自体が低減できるため、第二面側の雰囲気が第一面側に回り込んだとしても、ワークの幅方向に関する端部付近の酸素濃度が上昇することは全く又はほとんどない。この結果、光照射部から光が照射される時点におけるワークの第一面側の酸素濃度に対する酸素濃度のムラが解消される。

上記の構成において、前記第一ガス供給部は、前記ワーク流入口と前記光照射部との間の位置において、前記第一ガスを供給するものとしても構わない。

また、上記の構成において、前記搬送方向に関し、前記光照射部から見て前記第一ガス供給部とは反対側の位置に、所定の第二ガスを供給する第二ガス供給部を備えるものとしても構わない。この構成によれば、不活性ガスからなる第一ガスの供給量を少なくしながらも、光照射部の近傍の位置に第一ガスを留めることができるため、当該位置における雰囲気の酸素濃度を全体的に低下させる効果が高められる。

なお、上記の構成において、第一ガス供給部を光照射部よりも上流側に配置し、第二ガス供給部を光照射部よりも下流側に配置するのが更に好ましい。

この構成によれば、更に酸素濃度を低下させる効果を高めることができる。この理由として、本発明者は以下のように考えている。ワークがワーク流入口から光照射部側へと搬送される際、ワーク流入口よりワークと共に空気が流入する。しかし、光照射部とワーク流入口の間の位置において第一ガスを供給することで、当該位置における気圧が高められ、ワーク流入口から流入される空気の量を減少することができる。

一方、光照射部とワーク流入口の間の位置において気圧が高まると、外気との圧力差に起因して、この第一ガスが、ワーク流出口より装置外部へと流出しやすくなってしまう。しかし、上記構成によれば、光照射部とワーク流出口の間の位置において第二ガスが供給されるため、第一ガスをワーク流入口とワーク流出口との間に留めることができる。この結果、光照射部からワークに対して光を照射する際に、ワークの被照射面を酸素が少ない雰囲気にすることができる。また、ワーク流入口を介して装置外部から流入される空気を排除するために、常時、不活性ガスを供給し続ける必要がないため、従来構成よりも不活性ガスの消費量を減少できる。

上記の第一ガスは、例えば窒素とすることができる。また、上記の第二ガスとしては、空気とすることができる。なお、第二ガスとして、窒素を用いても構わない。この場合においても、第二ガスは、第一ガスが装置外部へと流出するのを抑制するために必要な流量で足りるため、従来構成よりも窒素ガスの消費量を減少する効果が得られる。

また、上記光照射装置は、第一ガス供給部を光照射部の上流側に配置し、第二ガス供給部を光照射部の下流側に配置する構成の下で、
前記第一ガスの流量及び前記第二ガスの流量を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記ワークの搬送速度が速くなると、前記第一ガスの流量から前記第二ガスの流量を差し引いた差分値が大きくなるように、前記第一ガスの流量及び前記第二ガスの流量を制御するものとしても構わない。

ワークの搬送速度が速くなると、装置外部よりワーク流入口を介して流入する空気の流量が増加する。上記構成のように、第二ガスに対して第一ガスの流量を更に高めることで、装置外部からの空気の流入を抑制する機能を高めることで、搬送速度が速まってもワークの被照射面を酸素が少ない雰囲気にすることができる。

前記光照射部は前記ワークに対して紫外線を照射する構成とすることができる。

本発明に係る光硬化装置は、上記の光照射装置を備え、
前記ワーク流入口から流入される前記ワークの表面には所定の材料物が塗布されており、
前記光照射部から前記ワークに対して光が照射されることで、前記材料物が硬化されることを特徴とする。

光硬化装置の一例として、画像形成装置を構成することができる。この画像形成装置は、搬送されるワークの一方の面に、光が照射されると硬化する塗料やインクなどの材料物が塗布されており、光照射部からの光が照射されることでこの材料物が硬化し、ワークの面に画像が形成される。ワークとしては、樹脂シート、フィルム、布、プリント基板、紙など、材質や形状を問わず種々のものを利用することができる。

本発明によれば、酸素阻害の影響を抑制しながら所定の材料を光硬化させることのできる光照射装置が実現される。

光照射装置の第一実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。 光照射装置の第一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 第一ガス供給部の構成の一例を模式的に示す斜視図である。 光照射装置の第二実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。 光照射装置の第二実施形態の構成を模式的に示す側面図である。 光照射装置の第三実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。 光照射装置の第三実施形態の構成を模式的に示す側面図である。 比較例の光照射装置の構成を模式的に示す側面図である。 実施例１のシミュレーション結果を示す図面である。 実施例２のシミュレーション結果を示す図面である。 実施例３のシミュレーション結果を示す図面である。 実施例４のシミュレーション結果を示す図面である。 比較例１のシミュレーション結果を示す図面である。 光照射装置の別実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。 光照射装置の別実施形態の構成を模式的に示す側面図である。 光照射装置の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。 光硬化装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。

本発明の光照射装置の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図において、図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

［第一実施形態］
図１及び図２は、本発明の光照射装置の第一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図１は斜視図に対応し、図２は、図１におけるＹＺ平面で光照射装置を切断したときの断面図に対応する。

図１に示すように、本実施形態の光照射装置１は、光照射ユニット２、第一ガス供給ユニット３、第二ガス供給ユニット４を備える。Ｄ１方向に搬送されるワーク１０に対して、光照射ユニット２が光を照射する。第一ガス供給ユニット３は、搬送方向Ｄ１に鑑みて光照射装置１よりも上流に位置する。第二ガス供給ユニット４は、搬送方向Ｄ１に鑑みて光照射装置１よりも下流に位置する。

図２に示すように、光照射ユニット２は、光照射部２１と、冷却部２２とを備える。光照射部２１は、所定の波長の光を放射する光源を含んで構成され、例えばレーザダイオード素子、ＬＥＤ素子などで構成される。冷却部２２は、光照射部２１で発せられた熱を排出する機構であり、例えばヒートシンクや水冷機構、空冷機構などで構成される。一例として、光照射部２１は波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの光を放射し、より具体的には、波長２２０ｎｍ〜４５０ｎｍの紫外光を放射する構成である。なお、光照射ユニット２が冷却部２２を備えるか否かは任意である。

図２に示すように、光照射装置１は、ワーク１０を装置の外部から流入させるための空間であるワーク流入口７と、ワーク１０を装置の外部へ流出させるための空間であるワーク流出口８とを備える。ワーク１０は、ベルトなどの公知の搬送部材５によって搬送される。なお、本実施形態の光照射装置１は、ワーク流入口７及びワーク流出口８以外は、実質的にほぼ閉空間で構成されているものとしても構わない。また、搬送部材５は巻き取り用のローラなどで構成しても構わない。

図２に示すように、第一ガス供給ユニット３は、所定のガス（以下、「第一ガス」と呼ぶ。）をＤ２方向に供給する第一ガス供給部３１を備える。第一ガスとしては、不活性ガスが用いられ、好適には窒素ガスが用いられる。本実施形態では、第一ガス供給部３１は、ワーク１０の第一面Ａ１側と、反対側の第二面Ａ２側の双方に向けて第一ガスの供給が可能な構成である。

本実施形態では、第一ガス供給部３１は、第一ガス供給部３１から見て光照射ユニット２（光照射部２２）が配置されている側に向かう方向（Ｄ２）、すなわち、ワーク１０の搬送方向Ｄ１に沿った方向に第一ガスを供給する。一例として、図３に示すように、第一ガス供給部３１は、Ｘ方向に沿って離間して設けられた複数のガス供給孔３２を有し、この複数のガス供給孔３２から第一ガスがＤ２方向に噴出される構成とすることができる。第一ガス供給部３１のＸ方向の長さは、ワーク流入口７のＸ方向の長さに対応して設定されるものとして構わない。なお、ガス供給孔３２は、Ｘ方向に沿って連続的又は断続的に設けられたスリット形状を有していても構わない。

図２に示すように、第二ガス供給ユニット４は、所定のガス（以下、「第二ガス」と呼ぶ。）をＤ３方向に供給する第二ガス供給部４１を備える。第二ガスとしては、第一ガスと同様に不活性ガスが用いられても構わないし、空気が用いられても構わない。本実施形態では、第二ガス供給部４１は、ワーク１０の第一面Ａ１側と、反対側の第二面Ａ２側の双方に向けて第二ガスの供給が可能な構成である。

本実施形態では、第二ガス供給部４１は、第二ガス供給部４１から見て光照射ユニット２（光照射部２２）が配置されている側に向かう方向（Ｄ３）、すなわち、ワーク１０の搬送方向Ｄ１に対して衝突する方向に、第二ガスを供給する。図示しないが、第二ガス供給部４１においても、第一ガス供給部３１と同様に、Ｘ方向に沿って設けられたガス供給孔から第二ガスが供給されるものとして構わない。

ワーク１０は、光照射装置１内に流入する以前に、当該ワーク１０の第一面Ａ１側の表面に、所定の材料物１１ａが未硬化の状態で塗布されている。未硬化の材料物１１ａが塗布されているワーク１０が、搬送部材５によって搬送されて、ワーク流入口７から光照射装置１内に流入する。その後、ワーク１０は、搬送部材５によって、搬送方向Ｄ１に沿って光照射ユニット２の設置位置まで搬送される。光照射ユニット２内の光照射部２１が、Ｄ４方向に光を照射すると、材料物１１ａは、この光を吸収して硬化後の材料部１１ｂへと変化する。材料物１１ａとしては、例えば未硬化のインクや塗料が用いられる。光照射部２１は、材料物１１ａに吸収されることで材料物１１ａが硬化されるような波長帯の光を照射する。光が照射された後のワーク１０は、ワーク流出口８から光照射装置１の外部へと流出する。光照射装置１の外部へと流出したワーク１０の表面には、硬化後の材料物１１ｂが付着している。

ワーク１０としては、種々の材料を用いることができる。一例として、ポリエステル、ポリアクリル、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、トリアセチルセルロースなどの素材からなるプラスチックフィルムやプラスチックシート、アルミ、銅箔などの金属シート、木板、石板、無機ガラス、記録紙などを用いることができる。

ワーク１０の面に塗布される材料物１１ａとしては、例えば、重合開始剤と、重合性単量体とを含む構成とすることができる。各重合開始剤及び重合性単量体の材料としては、光照射部２１から放射される光の波長などに応じて適宜選択される。

第一ガス供給部３１、及び第二ガス供給部３２からガスが供給されていない場合、ワーク１０をＤ１方向に搬送すると、ワーク流入口７とワーク１０の間の隙間から外気が光照射装置１内に流入する。「発明が解決しようとする課題」の項で上述したように、空気中に存在する酸素が光重合反応を阻害する要因となる。

本実施形態の光照射装置１は、第一ガス供給部３１が、ワーク１０の第一面Ａ１及び第二面Ａ２の双方に向けて、不活性ガスからなる第一ガスを供給する。光照射部２１とワーク流入口７との間の位置において第一ガス供給部３１から第一ガスが供給されるため、当該位置における気圧が高められる。この結果、ワーク流入口７から光照射装置１内に流入される空気の量が減少される。更に、第二面Ａ２側にも第一ガスが供給されるため、ワークの第二面Ａ２の下方と光照射装置１との隙間から、第一面Ａ１側に空気が回り込むことが抑制される。

更に、本実施形態の光照射装置１によれば、光照射部２１とワーク流出口８との間の位置において第二ガスが供給されるため、第一ガスがワーク流出口８から光照射装置１の外部へ流出するのが抑制される。このため、不活性ガスからなる第一ガスを常時供給し続けることなく、ワーク流入口７とワーク流出口８との間に留めることができる。特に本実施形態の光照射装置１の構成では、ワーク１０の第二面Ａ２側にも第二ガスが供給されるため、ワークの第二面Ａ２の下方と光照射装置１との間の空間においても、不活性ガスからなる第一ガスを常時供給し続けることなく、ワーク流入口７とワーク流出口８との間に留めることができる。

この結果、光照射部２１からワーク１０に対して光を照射する際、不活性ガスを少ない消費量としながらも、ワーク１０の被照射面（第一面Ａ１）を酸素が少ない雰囲気にすることができる。更に、ワーク１０の第二面Ａ２側からの空気の回り込みに伴うワーク１０の第一面Ａ１側における酸素濃度のムラが解消される。

つまり、本実施形態の光照射装置１によれば、ワーク１０の搬送速度を低下させたり、光照射部２１から照射される光の強度を上昇させることなく、ワーク１０の表面に塗布されている材料物１１ａを正しく硬化させることができる。

［第二実施形態］
図４及び図５は、本発明の光照射装置の第二実施形態の構成を模式的に示す図面である。図４は斜視図に対応し、図５は側面図、すなわち図４に示すＸ方向に沿って見たときの図面に対応する。なお、以下では、第一実施形態と異なる箇所のみを説明する。

図４に示すように、本実施形態の光照射装置１は、光照射ユニット２、及び第一ガス供給ユニット３を備えている。第一ガス供給ユニット３は、搬送方向Ｄ１に鑑みて光照射装置１よりも上流に位置する。本実施形態の光照射装置１は、第一実施形態と比較して第二ガス供給ユニット４を備えていない点のみが異なる。

本実施形態の光照射装置１の構成の下でも、従来構成と比較して、ワーク１０の第一面Ａ１側における酸素濃度のムラを低減する効果が得られる。この点は、実施例を参照して後述される。

［第三実施形態］
図６及び図７は、本発明の光照射装置の第三実施形態の構成を模式的に示す図面である。図６は斜視図に対応し、図７は側面図、すなわち図６に示すＸ方向に沿って見たときの図面に対応する。なお、以下では、第一実施形態と異なる箇所のみを説明する。

図６に示すように、本実施形態の光照射装置１は、光照射ユニット２、及び第一ガス供給ユニット３を備えている。第一ガス供給ユニット３は、第二実施形態とは異なり、搬送方向Ｄ１に鑑みて光照射装置１よりも下流に位置する。

本実施形態の光照射装置１の構成の下でも、従来構成と比較して、ワーク１０の第一面Ａ１側における酸素濃度のムラを低減する効果が得られる。この点は、実施例を参照して後述される。

［実施例］
以下、実施例及び比較例を参照して、本発明に係る光照射装置１の効果を検証する。

（比較例１）
図８は、図２にならって図示した比較例１の光照射装置の構成である。比較例１の光照射装置７０は、光照射ユニット２とワーク流出口８の間、すなわち、光照射ユニット２の下流側に、窒素ガス供給ユニット７１を備えている。この窒素ガス供給ユニット７１は、ワーク１０の第一面Ａ１側にのみ窒素ガスの供給が可能な窒素ガス供給部７２を備えている。この光照射装置７０は、特許文献２の構成を模擬したものに対応する。

比較例１では、窒素ガス供給部７２から窒素ガスを毎分５０リットルの流量で供給した。また、ワーク１０の搬送速度を毎分５０ｍとした。

（実施例１、実施例２）
図１及び図２を参照して上述した、第一実施形態の光照射装置１を実施例１及び実施例２とした。実施例１は、第二ガス供給部４１が空気を供給する構成である。実施例２は、第二ガス供給部４１が窒素ガスを供給する構成である。

実施例１では、第一ガス供給部３１が、光照射ユニット２の上流側において、窒素ガスを毎分２５リットルの流量でワーク１０の第一面Ａ１及び第二面Ａ２に向けて供給し、第二ガス供給部４１が、光照射ユニット２の下流側において、空気を毎分２５リットルの流量でワーク１０の第一面Ａ１及び第二面Ａ２に向けて供給した。また、ワーク１０の搬送速度を毎分５０ｍとした。

実施例２では、第一ガス供給部３１が、光照射ユニット２の上流側において、窒素ガスを毎分２５リットルの流量でワーク１０の第一面Ａ１及び第二面Ａ２に向けて供給し、第二ガス供給部４１が、光照射ユニット２の下流側において、窒素ガスを毎分２５リットルの流量でワーク１０の第一面Ａ１及び第二面Ａ２に向けて供給した。また、ワーク１０の搬送速度を毎分５０ｍとした。

（実施例３）
図４及び図５を参照して上述した、第二実施形態の光照射装置１を実施例３とした。実施例３では、第一ガス供給部３１が、光照射ユニット２の上流側において、窒素ガスを毎分５０リットルの流量でワーク１０の第一面Ａ１及び第二面Ａ２に向けて供給した。また、ワーク１０の搬送速度を毎分５０ｍとした。

（実施例４）
図６及び図７を参照して上述した、第三実施形態の光照射装置１を実施例４とした。実施例４では、第一ガス供給部３１が、光照射ユニット２の下流側において、窒素ガスを毎分５０リットルの流量でワーク１０の第一面Ａ１及び第二面Ａ２に向けて供給した。また、ワーク１０の搬送速度を毎分５０ｍとした。

（結果）
図９Ａ〜図９Ｅは、実施例１〜４、及び比較例１のそれぞれの光照射装置（１，７０）において、ワーク１０の第一面Ａ１側の表面における酸素濃度の分布を示す結果である。いずれの図面も、光照射装置（１，７０）をＹ方向に見たときの図面に対応している。各図において、ワーク１０の表面における酸素濃度が高い領域には濃い色が塗られており、低い領域には薄い色が塗られている。なお、各図面では、ワーク１０の表面以外の領域においても濃淡が付されているが、これは図面の描画時における色分けに起因するものであって、酸素濃度の高低を表しているものではない。ワーク１０の表面の濃淡のみが酸素濃度の高低を表している。図９Ａ〜図９Ｅに示す酸素濃度の数値は、雰囲気に対する酸素の含有割合を小数表記したものである。

図９Ｅに示すように、比較例１の光照射装置７０では、Ｙ方向に関して光照射ユニット２に対向する位置において、ワーク１０の表面の酸素濃度が依然として高いことが分かる。特に、ワーク１０の幅方向（図９ＥにおけるＸ方向）に関し、端部領域の酸素濃度が、中央付近の酸素濃度よりも大幅に高いことが確認された。ワーク１０の表面における酸素濃度は、最も高い位置で０．１５７（１５．７％）を示し、最も低い位置で０．１０２（１０．２％）を示していることが確認された。

図９Ｄに示す実施例４は、比較例１と比べるとワーク１０の第一面Ａ１側の表面における酸素濃度が低減できていることが分かる。具体的には、ワーク１０の表面における酸素濃度は、最も高い位置で０．１２４（１２．４％）を示し、最も低い位置で０．０４８４（４．８４％）を示していることが確認された。実施例４（第三実施形態）では、ワーク１０の表面における酸素濃度に、位置間のバラツキは存在するものの、最も高い位置でも０．１２０（１２．０％）程度に抑制できている。

図９Ｃに示す実施例３は、比較例１と比べるとワーク１０の第一面Ａ１側の表面における酸素濃度が低減できていることが分かる。具体的には、ワーク１０の表面における酸素濃度は、最も高い位置で０．１４３（１４．３％）を示し、最も低い位置で０．１１５（１１．５％）を示していることが確認された。実施例３（第二実施形態）では、比較例１と比べてワーク１０の表面における酸素濃度の位置間のバラツキを抑制できていることが確認される。

図９Ａに示す実施例１は、比較例１と比べるとワーク１０の第一面Ａ１側の表面における酸素濃度を大幅に低減できていることが分かる。具体的には、ワーク１０の表面における酸素濃度は、最も高い位置で０．０３７８（３．７８％）を示し、最も低い位置で０．０１７９（１．７９％）を示していることが確認された。実施例１（第一実施形態）では、ワーク１０の表面における酸素濃度を、全体にわたって低下させることができており、更に位置間のバラツキも大幅に抑制できている。

図９Ｂに示す実施例２は、比較例１と比べるとワーク１０の第一面Ａ１側の表面における酸素濃度を大幅に低減できていることが分かる。具体的には、ワーク１０の表面における酸素濃度は、最も高い位置で０．０２７２（２．７２％）を示し、最も低い位置で０．０１７２（１．７２％）を示していることが確認された。実施例２（第一実施形態）では、ワーク１０の表面における酸素濃度を、全体にわたって低下させることができており、更に位置間のバラツキも大幅に抑制できている。

以上のように、不活性ガスからなる第一ガスを、ワーク１０の第一面Ａ１のみならず第二面Ａ２にも供給することで、ワーク１０の第一面Ａ１側の酸素濃度を均一的に低下させる効果が得られることが分かる。

更に、実施例１及び実施例２のように、第二ガス供給部４１を備えることで、不活性ガスを光照射ユニット２の近傍に留める効果が得られるため、雰囲気に含まれる酸素濃度を大幅に低下させる効果が得られることが分かる。

特に、実施例１のように、第二ガスとして空気を供給した場合であっても、光照射ユニット２に対向する位置におけるワーク１０の表面の雰囲気を、低い酸素濃度にすることができることが分かる。つまり、実施例２と比較して、極めて低い不活性ガスの消費量に下で、ワーク１０表面の雰囲気を低酸素濃度にすることができる。一方、実施例２の構成によれば、光照射ユニット２を通過した直後からワーク流出口７までの間の位置における雰囲気についても、低酸素濃度にすることができることが確認される。

以上によれば、図８に示す比較例１の光照射装置７０の構成の下で、Ｙ方向に関して光照射ユニット２に対向する位置において、ワーク１０の表面の酸素濃度を、ワーク１０の幅方向の位置にかかわらず低下させるためには、窒素ガス供給部７２から、各実施例（１〜４）と比べて著しく高い流量の窒素ガスを供給し続ける必要があると考えられる。すなわち、本発明の構成によれば、従来よりも窒素ガスの消費量を大幅に減少しながらも、ワーク１０の雰囲気の酸素濃度を低下させることができる。なお、第一ガス供給部３１から供給される第一ガスは、窒素ガスに限らず、不活性ガスであればよいことは上述したとおりである。

［別実施形態］
以下、別実施形態について説明する。

〈１〉 第一実施形態の光照射装置１に代えて、第一ガス供給ユニット３と第二ガス供給ユニット４との位置を逆転させても構わない（図１０、図１１参照）。すなわち、第一ガス供給ユニットを光照射ユニット２よりも下流側に配置し、第二ガス供給ユニット４を光照射ユニット２よりも上流側に配置しても構わない。これは、第三実施形態の構成に対して、第二ガス供給ユニット４を追加的に設けた構成に対応するものである。上記の検証によれば、第三実施形態（実施例４）よりもワーク１０の第一面Ａ１側の表面の酸素濃度を大幅に低下させる効果が得られることが理解される。

〈２〉 第一実施形態の構成において、図１２に示すように、光照射装置１は第一ガス供給ユニット３及び第二ガス供給ユニット４を制御する制御部９を備えても構わない。この制御部９は、第一ガス供給部３１から供給される第一ガスの流量Ｘ１、及び第二ガス供給部４１から供給される第二ガスの流量Ｘ２を制御する。より具体的には、制御部９は、ワーク１０のＤ１方向の搬送速度Ｖが速くなるほど、第一ガスの流量Ｘ１から第二ガスの流量Ｘ２を差し引いた差分値が大きくなるように、各流量Ｘ１及びＸ２を制御する。

このような制御が行われることで、光照射装置１外部からワーク流入口７を介した空気の流入を抑制する機能が高められる。

〈３〉 図１３に示すように、光照射装置１を含む光硬化装置５０を構成することができる。この光硬化装置５０は、光照射装置１に加えて、その上流側に配置された材料物塗布部５１を備えている。材料物塗布部５１は、ワーク１０の上面の所定の箇所に、材料物１１ａを塗布する。例えば、光硬化装置５０が画像形成装置で構成される場合には、ワーク１０の上面に形成したい画像情報に応じて決定される、ワーク１０の上面の所定の箇所に、材料物塗布部５１が材料物１１ａを塗布する。

材料物塗布部５１によって表面に材料物１１ａが塗布されたワーク１０は、搬送部材５によって搬送方向Ｄ１に沿って搬送され、光照射装置１内で光が照射される。これにより、材料物１１ａが硬化され、硬化後の材料物１１ｂがワーク１０の上面に形成される。光照射装置１によれば、光照射ユニット２に対向する位置に配置されたワーク１０の雰囲気の酸素濃度を低減できるため、材料物１１ａを正しく硬化させることができる。

なお、第一実施形態の光照射装置１を備えた光硬化装置５０について例示的に説明したが、光硬化装置５０が他の実施形態の光照射装置１を備えるものとしても構わない。

〈４〉 各図面に示した光照射装置１の構成は、あくまで一例である。本発明に係る光照射装置１は、ワーク流入口７、ワーク流出口８、光照射部２、及び第一ガス供給部３１を備える構成であればよく、各図面に示される構造に限定されるべきものではない。また、光照射装置１は、追加的に第二ガス供給部４１を備える構成とするのが好適である。

１ ： 光照射装置
２ ： 光照射ユニット
３ ： 第一ガス供給ユニット
４ ： 第二ガス供給ユニット
５ ： 搬送部材
７ ： ワーク流入口
８ ： ワーク流出口
９ ： 制御部
１０ ： ワーク
１１ａ ： 未硬化の材料物
１１ｂ ： 硬化後の材料物
２１ ： 光照射部
２２ ： 冷却部
３１ ： 第一ガス供給部
３２ ： ガス供給孔
４１ ： 第二ガス供給部
５０ ： 光硬化装置
５１ ： 材料物塗布部
７０ ： 比較例１の光照射装置
７１ ： 窒素ガス供給ユニット
７２ ： 窒素ガス供給部
Ａ１ ： ワークの第一面
Ａ２ ： ワークの第二面

Claims (4)

1. 所定の搬送方向に沿って搬送されたワークが流入するワーク流入口と、
   前記ワーク流入口から流入した前記ワークの第一面に対向配置され、前記第一面に対して光を照射する光照射部と、
   前記光照射部を収容する筐体型の光照射ユニットと、
   前記光照射部で光が照射された後の前記ワークが流出するワーク流出口と、
   前記光照射ユニットの外側であって、前記ワークを挟んで前記第一面側及び前記第一面とは反対の第二面側の双方に配置され、前記光照射ユニットの端部に向かって不活性ガスからなる第一ガスを供給する第一ガス供給部と、
   前記搬送方向に関し、前記光照射部から見て前記第一ガス供給部とは反対側の位置に、所定の第二ガスを供給する第二ガスを供給する第二ガス供給部とを備え、
   前記第二ガスは空気であることを特徴とする光照射装置。
2. 前記第一ガス供給部は、前記ワーク流入口と前記光照射部との間の位置において、前記第一ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記光照射部は前記ワークに対して紫外線を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射装置を備え、
   前記ワーク流入口から流入される前記ワークの表面には所定の材料物が塗布されており、
   前記光照射部から前記ワークに対して光が照射されることで、前記材料物が硬化されることを特徴とする光硬化装置。

Images