JP7228111B2 - 紫外線照射装置及び紫外線硬化樹脂の硬化方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る紫外線照射装置を示すブロック図である。
図1において、実線の矢印は発光素子を発光させるための駆動電流の流れを表し、二点鎖線の矢印は信号電流の流れを表す。後述する他のブロック図においても同様である。
図1に示すように、本実施形態に係る紫外線照射装置1は、紫外線硬化樹脂100に対して紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂100を硬化させる。
図2は、横軸に紫外線のピーク波長をとり、縦軸に一定量の紫外線硬化樹脂の硬化に必要な紫外線の最小照射電力をとって、紫外線硬化樹脂の硬化特性を示すグラフである。
図3A及び図3Bは、横軸にジャンクション温度Tjをとり、縦軸に発光素子が出射する紫外線のピーク波長λpをとって、発光素子の温度特性を示すグラフである。
図4は、横軸にジャンクション温度Tjをとり、縦軸に発光素子が出射する紫外線のピーク波長λpをとって、複数の発光素子の温度特性を示すグラフである。
発光素子12aは、室温(25℃)におけるピーク波長は約367nmであるが、-10℃におけるピーク波長は約365nmであり、+150℃におけるピーク波長は約374nmである。すなわち、発光素子12aのピーク波長は、365~374nmの範囲Ra内で選択可能である。範囲Raの幅は約9nmである。
図5は、本実施形態に係る紫外線照射装置の動作を示すフローチャートである。
図6は、横軸に時間をとり、縦軸に電流Ifをとって、パルス電流の波形を示すグラフである。
図6に示すように、パルス電流における1パルスの時間幅Tpは10ms以下であり、デューティ比は0.01以下である。
本実施形態においては、発光素子12のジャンクション温度Tjを制御することにより、所定の範囲内でピーク波長を選択することができる。これにより、紫外線硬化樹脂100の種類に応じて、最大効率波長の成分を含む紫外線を出射し、紫外線硬化樹脂100を効率よく硬化させることができる。
図7は、本実施形態に係る紫外線照射装置を示すブロック図である。
図7に示すように、本実施形態に係る紫外線照射装置2は、前述の第1の実施形態に係る紫外線照射装置1(図1参照)と比較して、温度検出素子13が設けられておらず、電圧・電流測定回路18が設けられている点が異なっている。
図8は、本具体例に係る紫外線照射装置を示すブロック図である。
図9は、横軸にピーク波長λpをとり、縦軸にジャンクション温度Tjをとって、本具体例におけるピーク波長λpとジャンクション温度Tjの相関関係を示すグラフである。
図10は、本具体例におけるジャンクション温度Tj、放射束φe及び電流Ifの相関関係を示すグラフである。
図11は、本具体例に係る紫外線照射装置の動作を示すフローチャートである。
予め、各UVLED32について、図9に示すようなピーク波長λpとジャンクション温度Tjとの相関関係を求めておき、EEPROM42又はマイクロSDカード43に例えば数式の形式で記憶させておく。また、予め、各UVLED32について、図10に示すようなジャンクション温度Tj、放射束φe及び電流Ifの相関関係を求めておき、EEPROM42又はマイクロSDカード43に例えば数式の形式記憶させておく。
本具体例における上記以外の構成、動作及び効果は、第2の実施形態と同様である。
なお、具体例において、放射束φeを増加させるために、1つのスイッチング素子45に対して複数のUVLED32を直列に接続してもよい。
図12は、本実施形態に係る紫外線照射装置を示すブロック図である。
図12に示すように、本実施形態に係る紫外線照射装置4は、前述の第2の実施形態に係る紫外線照射装置2(図7参照)と比較して、定電流ドライバ16の替わりに定電流ドライバ26が設けられている点、及び、実装基板10の表面10aに温度検出素子13が設けられている点が異なっている。第2の実施形態の定電流ドライバ16はパルス電流を出力するが、本実施形態の定電流ドライバ26は連続した直流電流を出力する。なお、定電流ドライバ26は、任意の時間幅のパルス電流を出力することもできる。
図13は、本具体例に係る紫外線照射装置を示すブロック図である。
図13に示すように、本具体例に係る紫外線照射装置5は、第2の実施形態の具体例に係る紫外線照射装置3(図8参照)と比較して、パルス発生回路54の替わりに電流設定回路74が設けられている点、及び、実装基板30に温度検出素子73が取り付けられている点が異なっている。
本具体例においては、UVLED32に紫外線を連続的に出射させる。このため、UVLED32が発熱する。そこで、UVLED32の温度が一定範囲内に維持されるように、積極的にフィードバックをかけて、温度Ts及び電流Ifを制御する。
図14及び図15は、本具体例に係る紫外線照射装置の動作を示すフローチャートである。
次に、ステップS13に示すように、UVLED32の電圧Vf又はジャンクション温度TjとUVLED32が出射する紫外線のピーク波長λpとの第1関係、例えば、図9に示す関数を取得する。そして、この関数に基づいて、最大効率波長λmaxからジャンクション温度Tjの目標値を算出する。
次に、ステップS15に示すように、温度Tjの目標値に基づいて、UVLED32の温度を制御する。
図14のステップS21に示すように、ジャンクション温度演算回路52は、ステップS14において算出された電流Ifの設定値に基づいて、電流設定回路74に対して制御信号を出力する。電流設定回路74は、この制御信号に基づいて定電流ドライバ36を駆動する。
本具体例における上記以外の構成、動作及び効果は、第2の実施形態の具体例と同様である。
図16は、本実施形態に係る紫外線照射装置を示すブロック図である。
図17は、横軸に波長をとり、縦軸に強度をとって、UVLEDから出射される紫外線の強度分布の一例を示すグラフである。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第3の実施形態と同様である。
10:実装基板
10a:表面
10b:裏面
12、12a、12b、12c、12d、12e、12f:発光素子
13:温度検出素子
14:温度制御素子
15:温度制御素子コントローラ
16:定電流ドライバ
17:コントローラ
18:電圧・電流測定回路
26:定電流ドライバ
27:分光器
30:実装基板
32、32a、32b、32c、32d、32e、32f:UVLED
34:ペルチェ素子
35:ペルチェコントローラ
36:定電流ドライバ
37:コントローラ
38:電圧・電流測定回路
40:コントローラ基板
41:5V定電圧回路
42:EEPROM
43:マイクロSDカード
44:通信回路
45、45a、45b、45c、45d、45e、45f:スイッチング素子
51:補償用ピーク波長演算回路
52:ジャンクション温度演算回路
53:UVLEDセレクタ
54:パルス発生回路
55、56:UART
61:電流検出抵抗
62:If用サンプルホールド付差動アンプ
63:Vf用サンプルホールド付差動アンプ
73:温度検出素子
74:電流設定回路
100、100A、100B:紫外線硬化樹脂
101:外部直流電源
102:パーソナルコンピュータ
If:電流
Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rab、Rbc、Rcd、Rde、Ref:範囲
Tj:ジャンクション温度
Tp:1パルスの時間幅
Ts:温度
Vf:電圧
λmax:最大効率波長
λp:ピーク波長
φe:放射束
Claims (12)
- 紫外線を出射可能な発光素子と、
前記発光素子の温度を制御する温度制御手段と、
前記発光素子の電圧に基づいて前記温度制御手段を制御することにより、前記紫外線のピーク波長を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、複数種類の紫外線硬化樹脂について、各前記紫外線硬化樹脂の硬化に適した紫外線のピーク波長を記憶している紫外線照射装置。 - 前記制御回路は、前記電圧に基づいて前記発光素子の温度を推定し、前記発光素子の温度と前記発光素子が出射する紫外線のピーク波長との関係に基づいて前記温度制御手段を制御する請求項1記載の紫外線照射装置。
- ピーク波長が相互に異なる紫外線を出射可能な複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の温度を制御する温度制御手段と、
前記複数の発光素子のうちの1つから紫外線を出射させると共に、前記温度制御手段を制御することにより、前記紫外線のピーク波長を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、複数種類の紫外線硬化樹脂について、各前記紫外線硬化樹脂の硬化に適した紫外線のピーク波長を記憶している紫外線照射装置。 - 前記複数の発光素子が出射可能な紫外線のピーク波長は、365nm以上405nm以下である請求項3記載の紫外線照射装置。
- 前記複数の発光素子のそれぞれは、温度を制御することにより、前記ピーク波長を所定の範囲内で制御可能であり、
前記複数の発光素子の前記範囲の一部が相互に重なっている請求項3または4に記載の紫外線照射装置。 - 前記範囲の一部が相互に重なっている重なり範囲の幅は、5nm以下である請求項5記載の紫外線照射装置。
- 前記制御回路は、前記発光素子の電圧に基づいて前記温度制御手段を制御する請求項3~6のいずれか1つに記載の紫外線照射装置。
- 前記制御回路は、前記発光素子から前記紫外線を出射させながら、前記発光素子の電圧に基づいて前記温度制御手段を制御する請求項1~7のいずれか1つに記載の紫外線照射装置。
- 前記制御回路は、前記発光素子に前記紫外線をパルス照射させる請求項1~7のいずれか1つに記載の紫外線照射装置。
- 前記パルス照射のパルス幅は10ミリ秒以下であり、前記パルス照射のデューティ比は0.01以下である請求項9記載の紫外線照射装置。
- 紫外線硬化樹脂の硬化に適した紫外線のピーク波長を取得する工程と、
発光素子の電圧または温度と前記発光素子が出射する紫外線のピーク波長との関係を取得する工程と、
前記関係に基づいて前記発光素子を載せた温度制御素子を制御することにより、前記発光素子が出射する紫外線のピーク波長が前記紫外線硬化樹脂の硬化に適した紫外線のピーク波長に近づくように、前記発光素子の温度を制御する工程と、
前記発光素子にパルス幅が10ミリ秒以下の定電流パルスを印加する工程と、
を備えた紫外線硬化樹脂の硬化方法。 - 紫外線硬化樹脂の硬化に適した紫外線のピーク波長及び放射束を取得する工程と、
発光素子の電圧または温度と前記発光素子が出射する紫外線のピーク波長との第1関係を取得する工程と、
前記紫外線の放射束と前記発光素子に流す電流との第2関係を取得する工程と、
前記第1関係に基づいて前記発光素子を載せた温度制御素子を制御することにより、前記発光素子が出射する紫外線のピーク波長が前記紫外線硬化樹脂の硬化に適した紫外線のピーク波長に近づくように、前記発光素子の温度を制御すると共に、前記第2関係に基づいて、前記紫外線の放射束が前記紫外線硬化樹脂を硬化させる放射束になるような電流を前記発光素子に印加する工程と、
を備えた紫外線硬化樹脂の硬化方法。
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