JPH0646304B2 - 紫外線硬化用照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は紫外線を照射してたとえば紫外線硬化性の塗
料、インクなどを硬化させるのに用いられる紫外線硬化
用照射装置に関する。

（従来の技術） とたえば、プリント合板、プリント配線基板あるいは新
聞印刷などの印刷工程において、紫外線硬化性の塗料、
インク等を塗布した基材に紫外線を照射して塗料、イン
ク等を硬化させる方法が多用されてきている。

そして、たとえば紫外線硬化技術は瞬時乾燥、作業環境
の改善などの利点があることから近年その応用範囲を広
げている。これに併い使用される基材も紙、鋼板、アル
ミ板、合板、プラスチックなど多種にわたるようになっ
てきている。

しかし、この紫外線硬化技術において、塗料やインクあ
るいは基材が高温となると、紫外線硬化の光化学反応を
阻害したり、ランプに付設した反射体など装置自体を熱
損させるおそれがあり、これらの不都合を除去するため
当業者は種々の対策を施している。

たとえば、特開昭５４−９９３７０号公報に示されるよ
うに、ガラス管からなる内・外管で形成された冷却ジャ
ケット内に紫外線ランプを配設し、かつ冷却ジャケット
に冷却水を流通させて水フィルタを形成し、紫外線を良
好に透過させるとともに赤外線を水フィルタで吸収させ
て除去し、被照射物および装置自体の温度過昇を防止す
るようにした二重管水冷形の照射装置が提案されてい
る。また、実公昭５６−２９１４６号公報に示されるよ
うに、赤外線吸収透過、紫外線反射の反射体を用いて被
照射物に紫外線を照射するようにしたもの、あるいは実
開昭５３−１７１６９号公報に示されるように、熱線遮
断、紫外線透過のフィルタを用いたものが提案されてい
る。

また、実開昭５９−６１８３４号公報に示されるよう
に、赤外線透過、紫外線反射の反射体と紫外線透過、赤
外線反射のフィルタとを組合せたものも提案されてい
る。

さらに、実開昭５８−８９８５３号公報に示されるよう
に、反射ミラーにより可視光を透過し、レンズに向けて
紫外線を反射し、この紫外線を蛍光剤に照射することで
探傷する紫外線照射装置が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記特開昭５４−９９３７０号公報に示
される水フィルタで赤外線を除去する二重管水冷形のも
のでは、紫外線，可視光線が良好に透過され、赤外線の
大半がフィルタで吸収されて被照射物および装置自体の
温度過昇をある程度防止できるものの熱線除去の点で未
だ充分な効果が得られないものである。さらに、水冷却
システムを使用するために、装置が大形化し、高価とな
り、維持、管理の問題がある。たとえば、９０Ｗ／ｃｍ
のランプ出力を持つ１灯用二重管水冷形紫外線照射装置
の場合、ランプ出力を持つ１灯用空冷形紫外線照射装置
と比べて装置単体の価格は約２倍となり、さらに、空冷
形紫外線照射装置には殆ど不要な水冷却システムの維
持、管理に年間約５、６０万円を必要とする。

また、前記実公昭５６−２９１４６号公報、実開昭５３
−１７１６９号公報に示されるように、赤外線透過、紫
外線反射の反射体あるいは紫外線透過、赤外線遮断フィ
ルタをそれぞれ単独で用いるものや前記実開昭５９−６
１８３４号公報に示されるように、赤外線透過、紫外線
反射の反射体と紫外線透過、赤外線反射のフィルタとを
組合せてなるものは、二重管水冷形の照射装置に比し
て、比較的構造が簡単で、維持、管理が容易であり、し
かも、赤外線の照射を低減させて被照射物および装置自
体の温度過昇をある程度防止できるものであるが、未だ
充分な遮熱効果が得られないものである。

すなわち、紫外線ランプたとえば水銀ランプはエネルギ
ー配分が第９図に示すように、ランプ入力の約１５％が
必要な紫外線で、約４５．５％が赤外線の放射となり、
直接被照射物に吸収されたり、照射装置自体やコンベア
に吸収され、二次的に被照射物の温度を上昇させる。

したがって、従来はこの赤外線を水フィルタで遮断した
り、光干渉薄膜で形成された赤外線透過、紫外線反射の
反射体および紫外線透過、紫外線遮断フィルタをそれぞ
れ単独で用いたり、両方を組合せて遮断するようにして
いる。

さらに、実開昭５８−８９８５３号公報のものは、反射
鏡で反射された光と光源からの直接光を反射ミラーによ
って、レンズに向かって紫外線のみを反射させ、可視光
を透過させるとあるが、この反射ミラーによって紫外線
のみを反射して分離するという考え方では、反射ミラー
に当たらないで、直接レンズに向かって光源から放射さ
れた直接光は、そのままレンズに入射されるので、紫外
線のみを確実に分離できないものである。したがって、
反射ミラーによって紫外線のみを反射しようとする構造
では、実質的に紫外線以外の可視光等も混入してしまう
恐れがあり、充分な遮熱効果が得られないものである。
さらに、このものはレンズ間に光干渉フィルターを配置
し、余分な紫外線等をカットする構造としているので、
複雑な構造となり、組立作業時間がかかること、光干渉
フィルター分高価となること、等の課題もある。

ところで、紫外線ランプたとえば水銀ランプは主として
紫外線および可視光線域を示す第２図の水銀ランプの発
光スペクトル図から明らかなように、紫外線とともに可
視光線および赤外線を放射し、その赤外線はこの第２図
には詳図していないが、７００nm〜１８００nmの長い波
長域にわたるもので、比エネルギーは、４３５nmのスペ
クトルを１００％とした場合、平均値では、わずか０．
１％程度であり小さいエネルギー波長であるが、トータ
ルすると量も前述したようにランプ入力の約４５．５％
と多いものである。

しかしながら、干渉薄膜技術により紫外線透過、赤外線
遮断のフィルタを形成することは、一般にガラス基板上
に屈折率の異なる数種の薄膜を積層し、所要波長のエネ
ルギーを反射あるいは透過させ、それ以外のエネルギー
を透過あるいは反射させるようにするものであり、たと
えば、紫外線透過、赤外線反射の赤外線遮断フィルタを
形成する際に、７００nm以上の連続スペクトルの長い波
長域全域を遮断するには、光干渉薄膜を２００〜３００
層のおびただしい多層に積層しなければならず、工業的
生産が困難となるものである。

このような問題は、何も光干渉膜に限った問題ではな
く、不要な光をより多く反射ないし吸収させようとすれ
ば、少なからず必要な光を犠牲にするしかなかった。し
たがって、従来は工業的生産が可能で最も効果が認めら
れる狭い赤外線領域を遮断するようにしている。

したがって、上述のように紫外線の透過性をそこなわず
に、充分な遮断効果を得ることは困難であるため、工業
的に実用化が可能で、かつ、簡単な構成にて低温化が図
れる紫外線照射装置を提供することが課題であった。

本発明者らは、上述の課題にこたえるべく、紫外線ラン
プおよび赤外線透過、紫外線反射に反射体から反射され
るエネルギーの分光スペクトルを詳細に分析評価を行な
った結果、充分な遮熱効果を奏し、かつ、工業的に実用
化可能で、安価に低温化の図れる紫外線硬化用照射装置
を見出し、本発明に到達した。

すなわち、紫外線ランプたとえば水銀ランプは主として
紫外線域と可視光線域を示す第２図の紫外線ランプの発
光スペクトル図に示すように、紫外線（２１０〜３９０
nm）とともに可視光線（４００〜６００nm）および赤外
線（７００〜１８００nm）を放射する。

ここにおいて、本発明者らは第１１図に示すように紫外
線ランプおよび赤外線透過、紫外線反射の反射体で反射
されるエネルギーの分光スペクトルを詳細に分析、評価
した結果、主に水銀スペクトルの４０５nm，４３５nm，
５４６nmおよび５７７nmの可視光線が狭い波長域であり
ながら、ランプ入力の約１１％と量も多く、しかも紫外
線硬化などに寄与しないものであることに着目し、この
可視光線を比較的紫外線透過率の高いフィルタによって
選択遮断することにより、被照射面に対して紫外線を良
好に透過しながら、低温化が図れるということを究明し
た。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、狭い可
視光線領域を遮断すればよいので、紫外線の透過率を極
力低めることなくしかもフィルタの形成も簡単であり、
工業的生産が可能で、安価な紫外線硬化用照射装置を提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、放電式紫外線ランプと、このランプの放射光
を入射し透過光を利用するように配設され光透過部分に
可視光線を遮断し、紫外線を透過するフィルタとで構成
したことを特徴とする。

すなわち、本発明は紫外線を透過し可視光線を遮断する
フィルタを用いることにより、紫外線ランプから直接被
照射面側に照射される可視光線または反射体などで反射
された可視光線をフィルタで遮断し、被照射物に達する
紫外線の透過率をそこなわずに、被照射物の低温化を可
能としたものである。フィルタは紫外線透過、可視光線
反射であればよいが、紫外線の透過に影響ない程度で有
れば、赤外線を遮断させるようにしてもよい。

なお、上記紫外線ランプとしては高圧水銀蒸気放電灯、
水銀ランプ、メタルハライドランプなどを含むものであ
る。

（作用） 本発明の紫外線硬化用照射装置は紫外線ランプから放射
される光のうち、可視光線はフィルタによって遮断さ
れ、紫外線はフィルタを透過して被照射物に照射され
る。

ここで、ランプからフィルタに向った光はフィルタに入
射するが、フィルタには紫外線を透過し可視光線を選択
的に遮断させるため、可視光線がよく選択反射され、紫
外線および赤外線がよく透過する。なお、赤外線は、ラ
ンプからフィルタに至る途中にて、なんらかの手段に
て、除去することが好ましいが、特に赤外線を除去しな
くても、可視光が除去されるため、照射光は熱的に低い
ものとなる。

（実施例） つぎに、本発明の実施例を図示の実施例を参照して説明
する、第１図および第３図は第１の実施例を示す。第１
図は本発明の基本的構成を示し、１は箱形本体、２はこ
の本体１内に配設された紫外線ランプ、３は前面に開口
を有し上記ランプ２に対向して配設された反射体、４は
ランプ２の放射光を入射し、出射光を利用するように配
設され紫外線を透過し可視光線を反射するフィルタであ
る。上記本体１は金属製箱体で、前面に開口１１を有
し、この開口１１をフィルタで閉そくし、背面に排気孔
１２を設け、さらに下部に冷風の流入口１３，１３を設
けている。

上記紫外線ランプ２は、たとえば高圧水銀蒸気放電灯
で、本体１の開口１１の開口面と並行に配設され、第２
図の紫外線ランプの発光スペクトル図に示すように、紫
外線とともに大量の可視光線を輝線として放射し、さら
に、放電および高温の管壁などから放射された赤外線を
含む分光分布をなしている。

そうして、反射体３は第３図に要部を拡大して示すよう
に、硬質ガラスからなる二次曲面をなす基体３１の内面
（ランプ２側の面）に酸化チタン（ＴｉＯ２）や酸化ジ
ルコニウム（ＺｒＯ２）などからなる高屈折率層３２Ｈ
（右上りハッチング）と酸化けい素（ＳｉＯ２）やふっ
化マグネシウム（ＭｇＦ２）などからなる低屈折率層３
２Ｌ（左上りハッチング）とを１０数層ないし６０数層
交互重層した光干渉薄膜３２を形成している。この反射
体３は光干渉薄膜３２によって第４図の分光透過率特性
図に示すように、波長２００nm〜４００nmの紫外線を良
好に反射し、赤外線をよく透過し、可視光線もかなり透
過する。

なお、反射体３は最深部に排気孔３３を設けている。

上記フィルタ４は第５図に要部を拡大して示すように、
石英ガラスなど紫外線を良好に透過し耐熱性に優れた材
料からなる基板４１の表面たとえば内面（ランプ２側の
面）に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）や酸化ハフニウム
（ＨｆＯ２）などからなる高屈折率層４２Ｈ（右上りハ
ッチング）と酸化けい素（ＳｉＯ２）やふっ化マグネシ
ウム（ＭｇＦ２）などからなる低屈折率層４２Ｌ（左上
りハッチング）とを１０数層ないし６０数層交互重層し
た光干渉薄膜４２を形成している。このフィルタ４は光
干渉薄膜４２によって第６図の分光透過率特性図に示す
ように、波長４００nm以下の紫外線を良好に透過し、可
視光線を良好に反射し、赤外線も若干吸収する。

つぎに、この第１の実施例の作用について説明する。紫
外線ランプ２を点灯すると、ランプ２からは紫外線とと
もに可視光線および赤外線が放射される。そして、第１
０図に示すようにこの放射光のうち、紫外線と可視光線
の大部分は反射体３で反射されてフィルタ４に向い、可
視光線の一部と赤外線とは反射体３を透過して本体１の
内面で吸収され、また、反射体３および各部からの二次
放射による赤外線も同様に反射体３を透過するか基板３
１自身の吸収により除去され熱となって排気孔１２，３
３から排出される。

さらに、ランプ２からフィルタ４に直接入射した紫外線
と反射体３で反射した紫外線とはフィルタ４を透過して
前方に照射され、ランプ２から直接入射した可視光線と
反射体３で反射された可視光線とはフィルタ４で反射さ
れ、本体１内に向い、熱となって排気孔１２から排出さ
れる。

上述のように、本実施例装置においては、紫外線を反射
し、赤外線および可視光線を透過する反射体と紫外線を
透過し可視光線を遮断するフィルタを組合せることによ
り、第１２図に示すように可視域の水銀スペクトルがよ
く選択遮断され、可視光線エネルギー比率はランプだけ
の場合の可視光線成分３５％から５７％に低減し、紫外
線の比率はランプだけの場合の紫外線成分５０％から８
５％に向上して紫外線発光効率を高め、紫外線硬化など
に寄与しない不要な放射エネルギーを減少させることが
でき、被照射物を熱損させたり、光化学反応を妨げたり
することが良好に防止できる。しかも、フィルタ４は可
視光線を反射するので、フィルタ４自身の温度はせいぜ
い２００゜C〜２５０゜C程度にしか達しない。また、反射
体３の高反射率範囲およびフィルタ４の透過率範囲はい
ずれも２００nm〜４００nmの紫外線全波長域におよぶの
で、水銀の主要紫外線域輝線をカバーできる。

第８図は紫外線積算量と温度上昇の関係を従来の二重管
水冷形の紫外線硬化用照射装置、ダイクロイックミラー
形の紫外線硬化用照射装置と本発明の実施例のものとの
比較を示す。この実験は水銀ランプ２kw２灯用、コンベ
ア付の装置で、ランプと被照射面との距離を１５cmと
し、試料はフレキシブルプリント配線基板で、銅箔表面
の温度上昇値をコンベア速度を変えて測定したものであ
る。第８図において横軸はコンベア上を試料が通過した
ときに得られる紫外線積算量（mJ/cm2）で、縦軸は温度
(゜C)をとったものである。

これらからわかるように、本発明のものは、二重管水冷
形あるいはダイクロイックミラーを用いたものに比して
温度上昇を著しく低減できる。

つぎに、第７図に示す本発明の第２の実施例について説
明する。上述の第１の実施例と同一部分には同一符号を
付してその説明は省略する。

この実施例のものは、フィルタ４の基板である石英ガラ
ス中の鉄成分を極力低減させるとともにコバルトやニッ
ケルなどを添加することにより、紫外線をよく透過し、
可視光線をよく吸収するようにし、さらに給気管５を設
けたノズル６から冷風をフィルタ４のたとえば外面に吹
付けて冷却するようにしたものである。

この実施例のものは可視光線をフィルタ４で吸収して遮
断するので、前述の第１の実施例と同様に可視光線およ
び赤外線をほとんど含ませないで紫外線を照射できる。
しかも、フィルタ４を強制風冷したので、可視光線を吸
収遮断たものにかかわらず、その温度を３００゜C程度に
止めることができた。ちなみに強制風冷を止めるフィル
タ４の温度は４００゜C程度まで上昇した。

なお、反射体は可視光線透過率が高い程具合がよいこと
はもちろんであるが、主たる機能である紫外線反射およ
び赤外線透過を害しない範囲に止めるべきである。そう
して、反射体およびフィルタにおいて光干渉薄膜は基本
あるいは基板の内外いずれの面に設けてもよく、また、
両面に設けてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明は放電式紫外線ランプから
出力される光のうち、比較的エネルギーの高い波長が短
い波長域に集中している可視光波長域に注目し、この可
視光を遮断し、紫外線を透過するようにしたので、紫外
線の透過率を極力妨げることなく、効率よく熱の除去が
行える。したがって、被照射物の温度過昇を良好に防止
できるとともに、フィルタは狭い可視光線領域を遮断す
ればよいので、フィルタの形成も簡単で有るから、工業
生産が可能で、実用化が容易に図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の縦断面図、第２図は水
銀ランプの発光スペクトル図、第３図は第１図の鎖線枠
III部分の概略拡大断面図、第４図は反射体の分光透過
率特性図、第５図は第１図の鎖線Ｖ部分の拡大断面図、
第６図はフィルタの分光透過率特性図、第７図は本発明
の第２の実施例の縦断面図、第８図は紫外線積算量と温
度上昇との関係を示す比較図、第９図は本発明の実施例
に用いる紫外線ランプのエネルギー配分を示す図、第１
０図はダイクロイックミラー形紫外線硬化用照射装置に
おける反射体での光線反射を示す概略説明図、第１１図
は本発明の紫外線硬化用照射装置の反射体およびフィル
タにおける光線の反射、透過を示す概略説明図、第１２
図は本発明の紫外線硬化用照射装置における分光エネル
ギー分布図である。 １……本体，２……紫外線ランプ， ３１……基体，４……フィルタ， ４１……基板，３２……光干渉薄膜， ４２……光干渉薄膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光行 陽一郎 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 東芝電 材株式会社堀川町事業場内 (72)発明者 渡辺 行雄 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 東芝電 材株式会社堀川町事業場内 (56)参考文献 実開 昭59−61834（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−89853（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電式紫外線ランプと、 このランプの放射経路に介在し紫外線を透過し可視光を
   遮断するフィルタと， を具備したことを特徴とする紫外線硬化用照射装置。
2. 【請求項２】放電式紫外線ランプと， このランプの背後から対向して配設され赤外線を透過し
   紫外線を反射する反射体と， 上記ランプの放射経路に介在し紫外線を透過し可視光を
   遮断するフィルタと， を具備したことを特徴とする紫外線硬化用照射装置。