JP7406984B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線を照射する紫外線照射装置、及び被検査物の表面に紫外線を照射して被検査物の表面状態を解析する紫外線探傷装置に関するものであり、より詳細には蛍光磁粉探傷や蛍光浸透探傷等の蛍光体の励起に用いる紫外線照射装置に関する。

鋼材等の被検査物の表面の探傷検査としては、非破壊検査方法の一種である、磁粉探傷試験や浸透探傷試験が知られている。磁粉探傷試験では、被検査物の表面に磁粉または磁粉を含有する磁粉溶液を適用するとともに、被検査物に磁場を印加する等して被検査物を磁化する。被検査物の表面のクラック等の欠陥には磁束が集中するため、この磁束に磁粉が引き寄せられて磁粉による指示模様が形成される。そして、この磁粉指示模様を観測することで欠陥を検査する。磁粉探傷試験には、欠陥の検出精度を向上させるために、磁粉に蛍光体を含有した蛍光磁粉を用いる蛍光磁粉探傷試験がある。

一方で、浸透探傷試験では、まず、浸透液を被検査物の表面に適用して表面のクラック等の欠陥にこの浸透液を浸透させる。次に、表面に付着している余剰浸透液を除去し、現像剤粉末を表面に塗布して欠陥に浸透している浸透液を毛細管現象により表面に吸い出す。そして、この吸い上げられた浸透液による浸透指示模様を観察することで欠陥を検査する。浸透探傷試験には、欠陥の検出精度を向上させるために、蛍光体を含有する蛍光浸透液を用いる蛍光磁粉探傷試験がある。

磁粉探傷試験や浸透探傷試験において蛍光磁粉や蛍光浸透液を用いる場合には、被検査物に紫外線を照射して含有した蛍光磁粉や蛍光浸透液の蛍光体を励起させる必要がある。紫外線を照射する紫外線照射装置としては、光源に紫外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いるものが知られている。

ＬＥＤは、その指向特性上、照射範囲の外縁付近においては紫外線強度が弱まる。よって、被検査物の表面のクラック等の欠陥の検出にばらつきがでてしまい、検査精度が低下するという問題があった。言い換えると、均一配光を得にくいという問題点がある。均一配光範囲とは、ここでは紫外線探傷の分野において、傷を発見できる程度の一定程度以上の紫外線強度を確保している範囲のことをいう。対策の一つとして、多くのＬＥＤを線上に並べて光源にすることで高い紫外線放射強度かつ均一な紫外線放射紫外線強度分布を得ることが考えられるが、円形配光の集合となるため均一配光を得にくく、また多くのＬＥＤが必要となることからコストアップを招くという問題が生じていた。

そこで、特許文献１では、基板上に矩形の格子状に実装された複数のＬＥＤ素子を有する複数の発光部を有し、該複数の発光部に備えられたレンズをさらに有し、そのレンズ同士は、それらのレンズの集合体であるレンズアレイとして相互に接続されていて、発光部同士が、矩形であるため、その角度を変えて配置されている発光装置が開示されている。

特許文献１に記載された技術は、上述の導光板等を用いることである程度均一な配光を得ることはできるが、レンズを用いている以上、反射及び透過率によるエネルギーロスが生じてしまうことは避けられない。また、特許文献１では発光装置の外縁において、均一以下の強度の光が照射されるという点でロスが生じている。

特開２０１８－２２８８４号公報

特許文献１の技術では、ＬＥＤの紫外線放射紫外線強度が中心（角度ゼロ）で最も強く、角度が大きくなるにしたがって低下するＬＥＤの指向特性によって均一配光が得られにくい点について、ある程度考慮はされている。しかし紫外線探傷装置の分野においては、ＬＥＤのレンズを通した照射範囲において、その外縁部分の紫外線強度が弱まることにより、その外縁部分が検査に使用できないこととなって、エネルギーロスが生じているという問題がある。特許文献１の開示においては、円形的な配光を実現しているが、その配光の中心部分の紫外線強度は十分確保されるものの、その配光の外縁部分は紫外線強度が十分に確保されていないという問題は依然として残っている。この問題について、特許文献１の技術では解決は十分には示されていない。

また、レンズに光が入射及びレンズから光が出射する際に、光が反射してしまい、ロスが生じるという問題がある。また、レンズを透過する際に、ロスが生じてしまう問題がある。特許文献１の技術はレンズにより集光をしているため、これらのロスを生じてしまうこととなる。
そこで、紫外線ＬＥＤ照射装置において、これらのロスがなく、かつ広い範囲の均一配光を実現できるようなレンズの開発が望まれていた。

本発明の目的は、被検査物の表面に紫外線を照射して被検査物の表面状態を解析する紫外線探傷装置において、被照射面の照射領域における高い紫外線放射紫外線強度かつ均一な紫外線放射紫外線強度分布を実現でき、紫外線探傷検査の精度を向上させる紫外線照射装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の紫外線照射装置では、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、前記被照射面に集光するレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する、紫外線探傷用の紫外線照射装置において、前記レンズは、鉛直方向において前記紫外線ＬＥＤと、前記被照射面との間に位置し、前記被照射面は、鉛直方向に前記レンズから所定の距離離れて位置し、また前記レンズは、その中心部分に穴部を備え、更に前記レンズは、前記紫外線ＬＥＤを光源としてビームが出射され、前記ビームが前記穴部を通り、前記被照射面上を直接照射する領域と、前記ビームが前記レンズを通過し、前記被照射面上において照射している領域とが、全部または一部が重複しているように、前記ビームが変換されるよう形成されていることを特徴とする。

更に、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、前記被照射面に集光するシリンドリカルレンズと同様の機能を備えたリニアフレネルレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、前記リニアフレネルレンズは、鉛直方向において前記紫外線ＬＥＤと、前記被照射面との間に位置し、前記被照射面は、鉛直方向に前記リニアフレネルレンズから所定の距離離れて位置し、また前記リニアフレネルレンズは、その中心部分にスリット状の穴部を備えたことを特徴とする。

更に、本発明の紫外線照射装置は、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、前記被照射面に集光するレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、前記レンズは、鉛直方向において前記紫外線ＬＥＤと、前記被照射面との間に位置し、前記被照射面は、鉛直方向に前記レンズから所定の距離離れて位置し、また前記レンズは、その中心部分にコーティング部を備え、更に前記レンズは、前記紫外線ＬＥＤを光源として、ビームが前記コーティング部を通り、前記被照射面上を照射する領域と、前記ビームが前記レンズを通過し、前記被照射面上において照射している領域とが、全部または一部が重複しているように、前記ビームが変換されるよう形成されていることを特徴とする。

更に、本発明の紫外線照射装置は、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、
前記被照射面に集光するシリンドリカルレンズと同様の機能を備えたリニアフレネルレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、前記リニアフレネルレンズは、鉛直方向において前記紫外線ＬＥＤと、前記被照射面との間に位置し、前記被照射面は、鉛直方向に前記リニアフレネルレンズから所定の距離離れて位置し、また前記リニアフレネルレンズは、その中心部分にスリット状のコーティング部を備えたことを特徴とする。

更に、前記紫外線照射装置は、紫外線透過保護フィルタを備えたことを特徴とする。

本発明の紫外線照射装置では、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、被照射面に集光するレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する、紫外線探傷用の紫外線照射装置において、レンズは、鉛直方向において紫外線ＬＥＤと、被照射面との間に位置し、被照射面は、鉛直方向にレンズから所定の距離離れて位置し、またレンズは、その中心部分に穴部を備え、更にレンズは、紫外線ＬＥＤを光源としてビームが出射され、ビームが穴部を通り、被照射面上を直接照射する領域と、ビームがレンズを通過し、被照射面上において照射している領域とが、全部または一部が重複しているように、ビームが変換されるよう形成されていることを特徴とするので、同じ出力の紫外線ＬＥＤ光源を使用した場合において、被照射面上を穴部を通過した光が直接照射すること及びそれをレンズを通過して集光された光が補強する形となり、被照射面の照射範囲における高い紫外線放射強度を確保することができる。また、当該照射範囲において一定以上の紫外線強度を確保しつつその紫外線強度の分布が均一となる、均一配光を実現することができ、かつエネルギー効率を高め、探傷検査の精度を向上させることができる。

更に、本発明の紫外線照射装置によれば、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、被照射面に集光するシリンドリカルレンズと同様の機能を備えたリニアフレネルレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、リニアフレネルレンズは、鉛直方向において紫外線ＬＥＤと、被照射面との間に位置し、被照射面は、鉛直方向にリニアフレネルレンズから所定の距離離れて位置し、またリニアフレネルレンズは、その中心部分にスリット状の穴部を備えたことを特徴とするので、スリット状の穴部を通過し直接紫外線光が照射範囲に照射され、またレンズがその照射範囲付近に集光をする機能をもつため、高強度で長い帯状の均一配光を実現することができ、かつエネルギー効率を高め、探傷検査の精度を向上させることができる。

更に、本発明の紫外線照射装置は、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、被照射面に集光するレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、レンズは、鉛直方向において紫外線ＬＥＤと、被照射面との間に位置し、被照射面は、鉛直方向にレンズから所定の距離離れて位置し、またレンズは、その中心部分にコーティング部を備え、更にレンズは、紫外線ＬＥＤを光源として、ビームがコーティング部を通り、被照射面上を照射する領域と、ビームがレンズを通過し、被照射面上において照射している領域とが、全部または一部が重複しているように、ビームが変換されるよう形成されていることを特徴とするので、同じ出力の紫外線ＬＥＤ光源を使用した場合において、被照射面上を、コーティング部を通過した光が照射すること及びそれをレンズを通過して集光された光が補強する形となり、被照射面の照射範囲における高い紫外線放射強度を確保することができる。また、当該照射範囲において一定以上の紫外線強度を確保しつつその紫外線強度の分布が均一となる、均一配光を実現することができ、かつエネルギー効率を高め、探傷検査の精度を向上させることができる。

更に、本発明の紫外線照射装置は、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、被照射面に集光するシリンドリカルレンズと同様の機能を備えたリニアフレネルレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、リニアフレネルレンズは、鉛直方向において紫外線ＬＥＤと、被照射面との間に位置し、被照射面は、鉛直方向にリニアフレネルレンズから所定の距離離れて位置し、またリニアフレネルレンズは、その中心部分にスリット状のコーティング部を備えたことを特徴とするので、スリット状のコーティング部を通過し紫外線光が照射範囲に紫外線強度を維持したまま照射され、またレンズがその照射範囲付近に集光をする機能をもつため、高強度で長い帯状の均一配光を実現することができ、かつエネルギー効率を高め、探傷検査の精度を向上させることができる。

更に、本発明の紫外線照射装置は、紫外線透過保護フィルタを備えたことを特徴とするので、可視光をカットすることが可能となり、可視光が照射されてしまう場合に比べて作業環境が改善され、可視光による検査員によるキズの見落としの防止に寄与することができる。

本実施形態に係る紫外線照射装置及び照射されたビームの軌跡及びその照射範囲の一例が示された概略図である。 図１の紫外線探傷装置の照射するビームのうち、穴部を通過するビームに着目した概略図である。 図１の紫外線探傷装置の照射するビームのうち、レンズを通過するビームに着目した概略図である。 図１の紫外線探傷装置に用いるレンズを示した図である。 本実施形態に係る紫外線探傷装置及び照射されたビームの軌跡及びその照射範囲の他の例が示された概略図である。 図５の紫外線探傷装置において用いられるリニアフレネルレンズの一例を示した図である。 本実施形態における紫外線ＬＥＤ及びリニアフレネルレンズを複数備えた紫外線照射装置を直列に複数並べた図である。 本実施形態における他の一例として、コーティング部を備えたレンズを示したものである。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の詳細を説明する。図１は本実施形態に係る紫外線照射装置の一例及びそのビームの軌跡、照射範囲が示された概略図であり、図２は図１の紫外線探傷装置が照射するビームのうち、後述するレンズ１０の穴部１２を通過するビームに着目した概略図である。図３は、図１の紫外線探傷装置が照射するビームのうち、レンズ１０を通過する、穴部１２を通過しない、ビームに着目した概略図である。図４（Ｘー１）及び（Ｘー２）、（Ｘー３）は、レンズ１０の上面図及び側面図、断面図をそれぞれ示した図である。図５は、本実施形態に係る紫外線照射装置の他の一例として、シリンドリカルレンズの機能を持つリニアフレネルレンズが用いられた場合の例、及びそのビームの軌跡、照射範囲が示された概略図である。図６（Ｘー１）～（Ｘー３）は、それぞれリニアフレネルレンズ３０の上面図、側面図、及び正面図をそれぞれ図示している。なお、リニアフレネルレンズ３０の表面の、のこぎり状の断面部分については一部、図示を省略している。図７は、紫外線照射装置として図５の例を、さらに複数並べて配置した、本発明における紫外線照射装置の他の一例を示したものである。図８は、穴部の代わりにコーティング部を有する本発明における紫外線照射装置の一例を示したものである。

この紫外線照射装置１は、磁粉探傷試験や浸透探傷試験において蛍光磁粉や蛍光浸透液を用いる場合に、被検査物に紫外線を照射して含有した蛍光磁粉や蛍光浸透液の蛍光体を励起させるために被検査物の表面に紫外線を照射するものである。本開示では説明のために、被照射面として検査台３を示すこととした。本実施形態に係る紫外線探傷装置用の紫外線照射装置は、収納箱４に格納されて、紫外線により照射する紫外線ＬＥＤ２及び、集光レンズとしてレンズ１０、リニアフレネルレンズ３０等を備えている。なお、以下では、説明の便宜上、図１～３、図５の検査台３側を下、紫外線ＬＥＤ２及び２２側を上とし、図１～３、５のそれぞれの手前側を正面、奥側を奥と呼ぶこととする。以下、本開示の探傷装置用の紫外線照射装置の具体的な構成について説明する。

紫外線照射装置１は、紫外線ＬＥＤ２と集光レンズとして備えられたレンズ１０、リニアフレネルレンズ３０等とを取り囲み、紫外線ＬＥＤ２から発せられた紫外線を出射する紫外線出射口を有する収納箱４、２１を更に備えてもよい。紫外線出射口には、可視光を遮断することができる紫外線透過フィルタを配置することが好ましい。この紫外線透過フィルタは、紫外線ＬＥＤ２から発せられる僅かな可視光を可視光の波長範囲である、概ね４００ｎｍ～７００ｎｍの範囲でカットするものであり、被検査物から検出された欠陥がグラインダー等で切削された被検査物表面の金属光沢面を検査する際に、金属光沢面に可視光が反射して作業員が眩しくなることを防止することで検査作業を改善することができる。

図１に示すように、レンズ１０は、紫外線ＬＥＤ２から放たれた光を、検査台３へ向けて集光するレンズである。鉛直方向に、紫外線ＬＥＤ２と被検査台３との間に位置し、被検査台３に図示しない検査物が載置された際にその検査物の表面を照射することとなり、その面が厳密には被照射面であるが、説明の便宜上、これを検査台３に代替させて、検査台３の表面を被照射面として説明することとした。被照射面は仮想の平面であり、被検査物は平面とは限らないためである。図示しない被検査物と検査台３は、鉛直方向にレンズ１０から所定の距離離れて位置するものとする。

さらに図１を用いて光線の軌跡及び照射範囲を詳述する。紫外線ＬＥＤ２から放たれ、レンズ１０を通る光線として、便宜上ビームｈ、i、ｊ、ｋ及びビームα、βを取り上げる。なお、中心軸γは、紫外線ＬＥＤ２の光の中心軸であり、紫外線ＬＥＤ２から鉛直方向に伸びる直線である。ビームｈ、ｋはレンズを通る設計上使用可能な光線のうち最も外側の光線である。ビームi、ｊはそれぞれレンズ１０が光線の方向を変換可能なもののうちレンズにおいて最も内側を通る光線である。

ビームα及びβは、レンズ１０の穴部１２の最も外側を通る光線と同じ軌跡を示した仮想線である。上記のビームｈ、i、ｊ、ｋ及びビームα、βは、図１（Ｙ）のＸ－Ｘ方向断面だけでなく、Ｙ―Ｙ方向断面においても、他の径方向の断面においても、上に定義された位置と同じ位置にある光線は、同じ符号で呼ぶものとする。ビームαとビームβに囲まれた、紫外線ＬＥＤ２から放たれたビームの束が、レンズ１０の穴部を通過し、被照射面である検査台３を直接照射している範囲を領域Ｌとする。また図３に示される、領域Ｍは、ビームｉ、ｊ、ｈ、ｋに囲まれたビームが照射している領域であり、レンズ１０が射線を変換する光線のみにより照射された領域である。なお、使用する紫外線ＬＥＤのＬＥＤ素子の配置により領域Ｌ及びＭの外縁の形状は異なりうる。

図２を参照しつつ、さらに紫外線照射装置２及びその照射範囲について詳述する。領域Ｌと領域Ｍはほぼ重なることが好ましい。つまり、ビームαとビームｈは被照射面上において交点を形成していることが最も好ましい。ビームβとビームｋも同様に被照射面上において交点を形成していることが最も好ましい。このようにビームの軌跡を変換するレンズ１０とすることで、レンズ１０を通過した、ビームｈ、ｉ、ｊ、ｋに囲まれ、領域Ｍを照射するビームの束が、この領域Ｌの紫外線強度の不足を補完する形で照射されることとなり、より強度の少ない紫外線ＬＥＤ、あるいはより少ない数の紫外線ＬＥＤにより、より広い範囲を均一配光範囲とすることが可能となる。より高強度の紫外線光を照射範囲においてより広く得るため、ビームｉ、ｊ等、レンズを通過して領域Ｍを照射するビームのうち最も内側の光線は、中心軸γ側に屈折し、領域Ｌの反対側の外縁（図１におけるｈとαの交点付近）を照射するようにし、外側のビームになるにつれて、なだらかに屈折方向を調整し、レンズ１０を通過するビームは、径方向にに穴部をまたいで左断面１５、右断面１６と２つの断面を持つが、この２つの断面を通過するビームは、領域Ｌ全域を重複するように照射することが好ましい。このようにレンズの断面の左右を通過する光同士も重複させることで、均一配光で、かつより高強度の紫外線を照射することができる。ただし、この実施形態に限定されるものではなく、穴部１２を通過するビームの照射範囲と、レンズ１０を通過し、屈折するビームの照射範囲が、所定の距離離れた被照射面において大部分重なってさえいれば、その照射範囲において重複した部分においては高い紫外線強度が確保できるため、好適である。ただし、中心軸γ付近を、穴部１２を通過しないビームが照射しないレンズとしてしまうと、照射範囲の中心部の紫外線強度が十分に確保できないため、好ましくない。少なくとも、中心軸γ付近を、ビームｉ、ｊ等が照射し、領域Ｍは中心部に穴が開かない形の照射範囲とするようなレンズ１０とすることが、紫外線強度を十分に確保し、かつ均一配光範囲を広くとる点から、好ましい。

仮想線α及びβは、中心線γから円錐状に照射されるビームの最外側のビームの軌跡と同一の直線であり、仮想線αと中心軸γ、仮想線βと中心軸γのなす角θは、指向特性との関係から５～３０度であることが好ましい。５度以下であると穴部１２があることの効果があまり得られず、３０度以上であると、指向特性との関係上、穴部１２を通過するビームに対してレンズを通るビームの相対強度が弱くなりすぎることから、照射範囲において均一な強度を維持できなくなる。

なお、これまで図１～３において、ビームｈ、ｉ、ｊ、ｋ及び仮想線α、β、中心軸γを用いて説明を行ってきた。これは図１の（Ｙ）のＸ方向を幅方向として、そのＸ―Ｘ断面図として図１（Ｘ）、図２（Ｘ）、図３（Ｘ）を示して説明したものであるが、例えば図１（Ｙ）のＹ方向でもビームｈ、ｉ、ｊ、ｋ及び仮想線α、β、中心軸γについてこれまで説明した点は同様である。すなわち、径方向であれば、いかなる方向において断面をとった場合でも、これまでの説明は成り立つものである。このようになるのは、レンズ１０に円形のレンズを用いるためである。

次に、図４を示しつつ、レンズ１０について説明する。レンズ１０はリニアフレネルレンズであるが、説明の必要上レンズ１０と表現する。レンズ１０の表面１４は、図４（Ｘ－１）のｘ－ｘ断面である（Ｘ－３）の拡大部分に示されるように、のこぎり状の断面となっている。図４（Ｘ―１）においては、この断面視でのこぎり状の凸部が環状に必要数形成されている。図４の（Ｘ―１）～（Ｘ―３）の拡大部分を除く部分については、のこぎり状の部分は図示を省略している。

また、レンズ１０の厚みについて、０．３ミリメートル以下では実用上製造が難しく、２．０ミリメートル以上であると、穴部１２の断面による反射で、意図しない方向に光が反射しやすくなる。これに対し、０．３ミリメートル～２．０ミリメートルの厚みだと、穴部１２の断面による反射がなく、効率よく照射できるため、好適である。また、レンズの厚みを薄くすることが可能であるという点において、リニアフレネルレンズをレンズ１０に使用することが好適である。なお、レンズ１０において、穴部１２の代わりに、穴部１２と同じ位置に反射防止膜が施されたコーティング部を設けてもよい。この場合でも穴部１２を設けたのと同様の効果が得られる。反射防止膜をレンズ１０中央の表面に施すことにより、この部分の反射率が低下することで、コーティング部を通過するビームの紫外線強度は維持されるので好適である。反射防止膜を施すこと自体は公知の技術による。

次に、図５を示しつつ、本実施形態に係る紫外線探傷装置の他の一例であるリニアフレネルレンズ３０について詳述する。

紫外線照射装置２０は、紫外線ＬＥＤ２２を備え、集光レンズとしてリニアフレネルレンズ３０をさらに備える。紫外線ＬＥＤ２２、リニアフレネルレンズ３０を取り囲み、紫外線ＬＥＤ２２から発せられた紫外線を出射する紫外線出射口を有する収納箱２１を更に備えてもよい。紫外線出射口には、可視光を遮断することができる紫外線透過フィルタを配置することが好ましい。この紫外線透過フィルタは、紫外線ＬＥＤ２２から発せられる僅かな可視光を可視光の波長範囲である、概ね４００ｎｍ～７００ｎｍの範囲でカットするものであり、被検査物から検出された欠陥がグラインダー等で切削された被検査物表面の金属光沢面を検査する際に、金属光沢面に可視光が反射して作業員が眩しくなり欠陥を見落とすことを防止することで検査作業、検査精度を大幅に改善することができる。

リニアフレネルレンズ３０は、紫外線ＬＥＤ２２から放たれた光を、検査台２３へ向けて集光するレンズである。鉛直方向に、紫外線ＬＥＤ２２と被検査台３との間に位置し、被検査台３に図示しない検査物が載置された際にその検査物の表面を照射することとなり、その面が厳密には被照射面であるが、説明の便宜上、これを検査台２３に代替させて、検査台３の表面を被照射面として説明する。被照射面は仮想の平面であり、被検査物は平面とは限らないためである。図示しない被検査物と検査台２３は、鉛直方向にレンズ１０から所定の距離離れて位置するものとする。なお、リニアフレネルレンズ３０はシリンドリカルレンズと同様な、細長い照射範囲として配光する機能を、リニアフレネルレンズを作成する公知の技術において作製したものである。

さらに図５を用いて光線の軌跡及び照射範囲を詳述する。図５（Ｘ）は図５（Ｙ）のＸ方向の断面を示した図である。紫外線ＬＥＤ２２から放たれ、リニアフレネルレンズ３０を通る光線として、便宜上ビームｑ、ｒ、ｓ、ｔ及びビームｖ、ｗを取り上げる。なお、中心軸γは、紫外線ＬＥＤ２２においても、その光の中心軸であり、紫外線ＬＥＤ２２から鉛直方向に伸びる直線である。ビームｑ、ｔは設計上使用可能な光線のうち最も外側の光線である。ビームｒ、ｓはそれぞれリニアフレネルレンズ３０が光線の方向を変換可能なもののうち、リニアフレネルレンズ３０において最も内側を通る光線である。ビームｖ及びｗは、リニアフレネルレンズ３０の穴部４１の最も外側を通る光線である。つまりビームｖとｗに囲まれた領域Ａは、リニアフレネルレンズ３０の本体を通過せず、リニアフレネルレンズ３０の穴部４１を通過し、紫外線ＬＥＤ２２から放たれたビームが直接検査台２３を直接照射する範囲である。また領域Ｂは、ビームｑ、ｒ、ｓ、ｔに囲まれた範囲であり、リニアフレネルレンズ３０が射線を変換する光線により照射された領域である。このビームｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｖ、ｗの定義は、レンズ３０やその照射領域Ａないし領域Ｂの幅方向における他の断面、例えば図５（Ｙ）における、Ｚ－Ｚ断面やこれと並行な位置である他の直線における断面においても、変わらない。

領域Ａは、領域Ｂとほぼ重なっていることが好ましい。この場合、領域Ａと領域Ｂはほぼ同じ範囲となることとなる。重なっていない場合であっても、少なくとも領域Ａは、領域Ｂの範囲内に収まっていることが好ましい。このようにビームの束を変換可能なレンズとすることで、十分な紫外線強度をもつビームｖからｗまでの範囲の、リニアフレネルレンズ３０の穴部４１を通過するビームの束により直接照射された領域Ａにおいて、紫外線強度が要求水準よりも不足するときに、リニアフレネルレンズ３０を通る光である、ビームｑ、ｒ、ｓ、ｔに囲まれた領域を照射するビームの束が、これを補完する役割を果たすこととなる。補完する役割を果たすためには、領域Ｂは、領域Ａをすべてカバーする必要がある。このようにビームを変換するリニアフレネルレンズ３０とすることで、領域Ａの紫外線強度が足りない部分において、リニアフレネルレンズ３０を通過した、ビームｑ、ｒ、ｓ、ｔに囲まれ、領域Ｂを照射するビームの束が、この領域Ｌの紫外線強度不足を補完する形で照射されることとなり、より強度の少ない紫外線ＬＥＤ、あるいはより少ない数の紫外線ＬＥＤにより、より広い範囲を均一配光範囲とすることが可能となる。

ビームｖ、ｗは、領域Ａを照射する最外側のビームであり、仮想線ｖと中心軸γ、仮想線ｗと中心軸γのなす角Σは、指向特性との関係から５～３０度であることが好ましい。角Σが５度以下であると、穴部４１を設けた効果が実用上十分得られず、また３０度以上であると、幅方向において均一配光を得にくくなり好ましくない。

領域Ｂを照射するビームｒ及びビームｓ等、つまり領域Ｂを照射するビームの内最もレンズの内側の付近を通過して照射するビームは、レンズを通過する際に、そこから、中心軸γを挟んで反対側の、領域Ａの外側付近を照射するようビームを変換する。そして、レンズを通過するビームが、レンズの通過地点がレンズの外側になるにつれて徐々にその屈折方向が調整される。そして、その結果レンズの最も外側を通るビームは、レンズを通過した後、中心軸γを超えずに、レンズのビームが通過した部分からみて中心軸γとは反対側の、領域Ａの外側付近を照射する。このようにビームを変換するようなリニアフレネルレンズ３０が形成されていることが好ましい。

図５を用いてさらに詳述する。中心軸γ、及びこれと直交する、穴部４１の長手方向の、図５（Ｙ）におけるＹ―Ｙ直線の両方が通過する平面を仮想平面６０とする。この仮想平面６０を境として、左断面４２を通過するビームｑは、仮想平面６０より左側の、穴部４１を通るビームｖが照射する最も外側の領域を照射し、徐々に屈折の度合いを調整することで、仮想平面６０を超えて右側の端までを照射するようにビームを変換し、最終的にビームｒのように右側の端の、ビームｗが照射しているのと同じ部分を照射する。

同様に右断面４３を通過する光は、仮想平面６０を超えて左側までを照射する。まず、仮想平面６０より右側の、穴部４１を通るビームｗが照射する最も外側の領域を照射し、徐々に屈折を調整することで、仮想平面６０を超えて左側の端までを照射するようにビームを変換するようにし、最終的にビームｖが照射するのと同様の部分をビームｓが照射するように変換される、リニアフレネルレンズ３０であることが好ましい。

このように変換するリニアフレネルレンズ３０を備えた紫外線照射装置であれば、エネルギーロスが少なく、かつムラが少なく、広い範囲で均一配光を実現することができる。最も好ましいのは、領域Ｂと領域Ａとが可能な限り同一の領域として重なっていることである。この形であれば、エネルギーロスが少なく、かつムラがなく、高強度かつ均一な配光を実現することができる。ただし、この実施形態に限定されるものではなく、リニアフレネルレンズ３０を通過し、屈折するビームの照射範囲、つまり領域Ｂと、穴部４１を通過し、屈折せず直進するビームの照射範囲である領域Ａとが重なってさえいれば、好適である。ただし、領域Ｂにおいて、中心軸γ付近の中心部を照射しないレンズとしてしまうと、照射範囲において十分な紫外線強度が確保できず、好ましくない。少なくとも、中心軸γ付近をビームｒ、ｓ等が照射する形となっていて、領域Ｂの中心部に穴がない照射範囲とするようにリニアフレネルレンズ３０を形成することが、十分な紫外線強度を確保し、かつ均一配光とする点から、好ましい。

なお、今までの説明におけるビームｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｖ、ｗ及び中心軸γの関係は、図５（Ｘ）を用いて説明し、図５（Ｘ）は図５（Ｙ）のＸ方向の断面図を概略したものであるが、例えば図５（Ｙ）のＺ方向の断面であっても今まで説明したような関係は同様である。これが、図５（Ｘ）の奥方向、手前方向にずれても、上に説明したような図５（Ｘ）に示すビームの関係は変わらない。

次に図６を示しつつリニアフレネルレンズ３０の形状について説明する。図６（Ｘー１）において示されるように、リニアフレネルレンズ３０の幅方向の中心に、スリット状の穴部４１が設けられている。穴部４１は矩形であってもよいし丸みを帯びてもよいが、長手方向はある程度直線状であることが好ましい。（Ｘー２）及び（Ｘー３）に示されるように、リニアフレネルレンズ３０は薄型に形成されている。

次に、従来のレンズと比較しつつ本発明に係る実施形態の例であるレンズ１０、リニアフレネルレンズ３０の利点を詳述する。従来のように穴部を備えない通常のレンズを用いて集光をする場合、紫外線光源から、ビームがレンズに入射する際に、レンズ表面においてまず反射することにより、エネルギーロスが発生する。入射角０度の場合、反射率は約４パーセントとなる。レンズから出射する際も同様に約４パーセントとなる。このため、紫外線がレンズを通過することで発生する反射によるエネルギーロスは、約８パーセントとなる。紫外線ＬＥＤ光源に日亜化学のNVSU333Aを用いた場合、入射角が４２度の場合、反射率は約２倍の約８パーセントに達する。指向特性による相対光度が５０パーセントの場合の、いわゆる半値角のビームを使用した場合、反射率は約１７パーセントに達する。半値角までのビームをすべて使用した場合、入射角０度から６０度までにおける反射率、つまりエネルギーロスは、約７，５パーセントとなる。入射時と出射時のエネルギーロスとを合計すると、約１５パーセントのロスとなる。

また、レンズの透過率によるエネルギーロスも存在する。通常のレンズを用いる場合、可視光線と比較して紫外線の透過率は低下する傾向にある。また、紫外線により材質が劣化し、透過率はさらに低下することとなる。このため、使用状態における紫外線透過率は８５パーセント前後としておく。入射時のロスにより、８５パーセント程度のエネルギーが残存し、そこからさらに透過率の減算により８５パーセントのエネルギーが残存することとなる。従ってこの場合、反射と透過率によるエネルギーロスは、０．８５×０．８５＝０．７２２５となり、７２パーセントのエネルギーが残存することになる。従って、エネルギーロスとしては、約２８パーセントのロスが発生することとなる。本実施形態においては、レンズ１０及びリニアフレネルレンズ３０において、穴部１２、４１を設けているため、これら穴部１２、４１を通過するビームは、被照射面である検査台３を直接照射する。従って、上記のレンズ通過によるエネルギーロスは発生せず、レンズを通過する光と合算しても、エネルギーロスは大幅に低下することとなる。

なお、本発明においては、被照射面の照射面全域において、紫外線放射紫外線強度の平均値の±１０パーセントの範囲に紫外線放射紫外線強度が収まっている場合に、均一配光が実現されているとしている。

被照射面及び各領域の寸法は限定されるものではない。レンズ１０、リニアフレネルレンズ３０から被照射面までは所定の距離離れている。紫外線探傷装置に使用される場合、この距離は３００ｍｍ～１２００ｍｍ程度である。

ここで、本発明のリニアフレネルレンズ３０、レンズ１０の典型的な寸法及び材質について説明する。リニアフレネルレンズ３０における各溝一辺の長さ（ピッチｐｔ）は、約０．1～０．３ｍｍである。各フレネル面およびライズ面のサイズは、フレネル面の幅が約０．１５ｍｍ～０．４０ｍｍであり、ライズ面の鉛直方向の高さが約０．０５ｍｍ～０．１５ｍｍである。なお、これらの寸法は限定されるものではなく、均一な紫外線放射紫外線強度分布を得る観点から適宜設計することができる。

また、リニアフレネルレンズ３０、レンズ１０共にリニアフレネルレンズであることから、レンズの厚みを薄く形成することが可能である。これらレンズの薄さを０．３ｍｍ～２．０ｍｍに形成することで、次の利点がある。まず、０．３ミリメートル以下では実用上製造が難しく、２．０ミリメートル以上であると、穴部１２の断面による反射で、意図しない方向に光が反射しやすくなる。これに対し、０．３ミリメートル～２．０ミリメートルの厚みだと、穴部１２の断面による反射がなく、効率よく照射できるため、好適である。また、レンズの厚みを薄くすることが可能であるという点において、レンズ１０、リニアフレネルレンズ３０に、リニアフレネルレンズを用いることが、好適である。

リニアフレネルレンズ３０及びレンズ１０の材質としては、従来用いられる透明な樹脂を用いることができ、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン共重合樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等が用いられ、これらの樹脂と、フレネルレンズの逆形状を有する金型を用いて、プレス成形法等の方法により成形すればよい。

次に、本実施形態に係る紫外線照射装置２０を複数備えた一例としての紫外線探傷装置を説明する。
紫外線照射装置２０は、図７に示すように、被検査物の長手方向に複数直線状一列に並べて配置してもよい。被検査物には、ビレット等を用いることも多く、細長い被検査物の場合、このように長手方向に紫外線照射装置２０を並べることが好ましい。図７においては、紫外線ＬＥＤ２２とリニアフレネルレンズ３０等のユニットが５つ備えられた紫外線照射装置を並べて配置しており、紫外線ＬＥＤ２２の右側から３個目のＬＥＤより左側が、均一配光となる。図７の紫外線探傷装置の左端も同様である。各ビームは各紫外線ＬＥＤ２２から出射され、リニアフレネルレンズ３０を通過した紫外線の配光全角の端縁が、被照射面において、その紫外線ＬＥＤ２２の隣、又はさらに先隣に配置された紫外線ＬＥＤ２２の光軸とほぼ一致するように配置されるのが好ましい。これにより、右側から３個目のＬＥＤより左側が全領域にわたって隣接する紫外線ＬＥＤ２２の配光が重ね合わされて、均一な紫外線放射紫外線強度分布が得られる。

次に、コーティング部について図８を参照しながら詳述する。図８は本発明の紫外線照射装置の他の一例として、レンズ１０やリニアフレネルレンズ３０の、穴部１２、４１の部分の表面に、穴部１２、４１の代わりに反射防止膜を施したコーティング部５２、５３を備えている。コーティング部５２、５３はそれぞれ、反射防止膜５０、５１をレンズ両面に備える。レンズのコーティング部で覆われていない部分を、レンズ外側５４、レンズ外側５５とする。反射防止膜５０、５１は、ＡＲコーティング技術を用いることが好適である。つまり、反射防止膜はフッ化マグネシウムなどを真空蒸着させて透明な薄膜とすると好適である。反射防止膜の厚みは光の波長の４分の１とし、薄膜の反射光と、基材であるレンズの入射時の反射光を、逆位相とすることで打ち消しあわせることで、反射率を低減させ、透過率を高めることができる等ＡＲコーティングとしての公知の技術を用いることができる。
図８のように、レンズ１０に穴部１２のかわりに反射防止膜５０を設け、コーティング部５２とし、リニアフレネルレンズ３０の穴部４１の代わりに反射防止膜５1をスリット状に中央に設けることで、コーティング部５３とすることで穴部を通過する光が被照射面を直接照射することと同様の現象がコーティング部５２、５３によって実現できるため、レンズ外側５４、５５を通過する光と、コーティング部５２、５３を通過する光が、同様の照射領域であれば、紫外線強度が増す等、レンズ１０及びリニアフレネルレンズ３０において、穴部１２及び穴部４１を有する場合として、上述してきたのと同じ構成であれば、同じ効果を得ることができ、好適である。図８に開示されているレンズはすべて、レンズの薄さを０．３ｍｍ～２．０ｍｍに形成することが好適である等、本開示の図１及び図５等を用いて説明したものと、穴部以外は全く同様の構成である。なお、反射防止膜は多層膜で形成されていてもよく、またＡＲコーティング以外であっても、反射防止膜として、例えばナノ粒子膜を用いたコーティング等公知の技術によるものであってもよい。

以下に実施例を示して、本開示を更に詳細、且つ具体的に説明する。しかしながら、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例］
実施例１には、図５に示される本実施形態に係る紫外線照射装置１が用いられた。すなわち、紫外線照射装置１は、被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤ２と、被照射面上を照射するよう集光するリニアフレネルレンズである、リニアフレネルレンズ３０とを備え、リニアフレネルレンズ３０は、穴部４１を備え、レンズ１０を通過するビームは領域Ａを照射するように変換され、穴部１２を通るビームは領域Ｂを照射するようにリニアフレネルレンズ３０は形成されており、かつ、領域ＡとＢの範囲はほぼ重なっている、リニアフレネルレンズ３０の薄さは０．５ミリメートルである等、本発明の特徴を有している。

実施例１の紫外線照射装置１に用いられるリニアフレネルレンズ３０は、アクリル樹脂製であり、種類としてはリニアフレネルレンズであるリニアフレネルレンズ３０から４００ｍｍの離れた距離に位置する被照射面の、図５における横方向である幅方向の照射幅２００ｍｍの照射範囲における紫外線放射強度の均一化を目的として、面長４０ｍｍ、厚さｔ＝０．５ｍｍ、ピッチｐｔ＝０．２ｍｍで構成し、加工によって作製した。なお、紫外線ＬＥＤ２は、型式ＮＶＳＵ２３３Ｂ－Ｄ４であり、ピーク波長が３６５ｎｍであるものが用いられた。

比較例１の紫外線照射装置については、リニアフレネルレンズ３０に穴部４１を備えておらず、照射範囲としては実施例１と同様の範囲である領域Ｂと同じ範囲を照射するように形成されたレンズが使用された。それ以外の条件、４００ｍｍ離れた距離である、紫外線ＬＥＤは型式ＮＶＳＵ２３３Ｂ－Ｄ４であるといった条件は同じである。

＜評価方法＞
（紫外線放射紫外線強度分布試験）
実施例１、比較例１の紫外線照射装置を用いた場合における被照射面の紫外線放射強度分布が測定された。各レンズから４００ｍｍの離れた距離に位置する被照射面３の照射幅２００ｍｍの領域における紫外線放射強度分布が測定された。その結果、実施例１においては、照射幅全域において、その紫外線放射紫外線強度の平均値の±１０パーセントの範囲に紫外線放射紫外線強度が収まっており、また、その紫外線強度が照射幅における平均で従来に比べ約１０パーセント改善していることが確認できた。つまり、紫外線強度が均一化され、かつその強度が増加していることが確認できた。

これに対し比較例１においても、紫外線強度分布が測定された。その結果、比較例１においては、その照射幅において、照射幅全域の紫外線放射紫外線強度の平均値の±１０パーセントの範囲に紫外線放射紫外線強度が収まっていない部分がみられ、紫外線強度が均一化されていないことが確認できた。また、照射幅における紫外線強度を平均した結果、その紫外線強度は従来に比べあまり改善がみられなかったことが確認できた。

本開示は、紫外線を照射する紫外線照射装置、及び紫外線照射装置を備える紫外線探傷装置に好適に利用することができる。しかしながら、本開示は、上述された実施形態、及び実施例に限定されるものではない。本開示の紫外線照射装置は、紫外線を利用する、コンタミネーションチェック、漏洩検査、脱脂洗浄の確認等のいるあらゆる試験や検査に有用である。また、本開示の紫外線探傷装置は、蛍光磁粉探傷装置に限定されるものではなく、蛍光浸透液を用いて被検査物の表面の欠陥を探傷する浸透探傷装置であっても良く、紫外線を利用して欠陥を探傷するあらゆる紫外線探傷装置に適用することができる。

１ 紫外線照射装置
２ 紫外線ＬＥＤ
３、２３ 検査台
４、２１ 収納箱
１０ レンズ
１２、４１ 穴部
Ｏ、Ｐ ｃ ｄ 仮想線
ｈ ｉ ｊ ｋ ｑ ｒ ｓ ｔ ビーム
３０ リニアフレネルレンズ
５０、５１ 反射防止膜
５２、５３ コーティング部
５４、５５ レンズ外側
６０ 仮想平面

Claims (5)

1. 被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、前記被照射面に集光するレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する、紫外線探傷用の紫外線照射装置において、
   前記レンズは、鉛直方向において前記紫外線ＬＥＤと、前記被照射面との間に位置し、
   前記被照射面は、鉛直方向に前記レンズから所定の距離離れて位置し、
   また前記レンズは、その中心部分に穴部を備え、
   更に前記レンズは、前記紫外線ＬＥＤを光源としてビームが出射され、前記ビームが前記穴部を通り、前記被照射面上を直接照射する領域と、前記ビームが前記レンズを通過し、前記被照射面上において照射している領域とが、全部または一部が重複しているように、前記ビームが変換されるよう形成されていることを特徴とする、紫外線照射装置。
2. 被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、前記被照射面に集光するシリンドリカルレンズと同様の機能を備えたリニアフレネルレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、
   前記リニアフレネルレンズは、鉛直方向において前記紫外線ＬＥＤと、前記被照射面との間に位置し、
   前記被照射面は、鉛直方向に前記リニアフレネルレンズから所定の距離離れて位置し、
   また前記リニアフレネルレンズは、その中心部分にスリット状の穴部を備えたことを特徴とする、紫外線照射装置。
3. 被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、前記被照射面に集光するレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、
   前記レンズは、鉛直方向において前記紫外線ＬＥＤと、前記被照射面との間に位置し、
   前記被照射面は、鉛直方向に前記レンズから所定の距離離れて位置し、
   また前記レンズは、その中心部分にコーティング部を備え、
   更に前記レンズは、前記紫外線ＬＥＤを光源として、ビームが前記コーティング部を通り、前記被照射面上を照射する領域と、前記ビームが前記レンズを通過し、前記被照射面上において照射している領域とが、全部または一部が重複しているように、前記ビームが変換されるよう形成されていることを特徴とする、紫外線照射装置。
4. 被照射面を紫外線により照射する紫外線ＬＥＤと、前記被照射面に集光するシリンドリカルレンズと同様の機能を備えたリニアフレネルレンズを備えて、紫外線を照射することにより被検査物を照射する紫外線照射装置において、
   前記リニアフレネルレンズは、鉛直方向において前記紫外線ＬＥＤと、前記被照射面との間に位置し、
   前記被照射面は、鉛直方向に前記リニアフレネルレンズから所定の距離離れて位置し、
   また前記リニアフレネルレンズは、その中心部分にスリット状のコーティング部を備えたことを特徴とする、紫外線照射装置。
5. 前記紫外線照射装置は、紫外線透過保護フィルタを備えたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。
   

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