TW202136679A

TW202136679A - 紫外線照射裝置

Info

Publication number: TW202136679A
Application number: TW110103757A
Authority: TW
Inventors: 田中貴章; 原拓也
Original assignee: 日商東芝照明技術股份有限公司
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-10-01
Also published as: JP2021146277A; CN214515788U

Abstract

本發明提供一種紫外線照射裝置，可實現通用性的提高。實施方式的紫外線照射裝置包括：第一基板，沿第一方向延伸；多個第一發光元件，在所述第一方向排列設置於所述第一基板的一面，可照射具有第一波峰波長的紫外線；第二基板，沿所述第一方向延伸；以及多個第二發光元件，在所述第一方向排列設置於所述第二基板的一面，可與所述第一發光元件同時照射具有與第一波峰波長不同的第二波峰波長的紫外線。

Description

紫外線照射裝置

本發明是有關於一種紫外線照射裝置。

存在為了進行紫外線硬化樹脂的硬化、表面改質、殺菌等而照射紫外線的紫外線照射裝置。作為產生紫外線的光源，可使用水銀弧燈、金屬鹵化物燈、氙燈等放電燈。近年來，從節能化或長壽命化等觀點來看，逐漸使用紫外線發光二極體（Ultraviolet Light Emitting Diode）代替放電燈。

但是，與從放電燈照射的紫外線相比，從紫外線發光二極體照射的紫外線成為窄帶（narrow band）（窄波長範圍）。因此，例如若紫外線照射的對象物的材料改變或成分變動，則有時無法進行適當的處理。因此，期望開發出可實現通用性的提高的紫外線照射裝置。 [現有技術文獻]

[專利文獻] [專利文獻1] 日本專利特開2011-25170號公報

[發明所要解決的問題] 本發明所要解決的問題在於提供一種可實現通用性的提高的紫外線照射裝置。 [解決問題的技術手段]

實施方式的紫外線照射裝置包括：第一基板，沿第一方向延伸；多個第一發光元件，沿所述第一方向排列設置於所述第一基板的一面，可照射具有第一波峰波長的紫外線；第二基板，沿所述第一方向延伸；以及多個第二發光元件，沿所述第一方向排列設置於所述第二基板的一面，可與所述第一發光元件同時照射具有與第一波峰波長不同的第二波峰波長的紫外線。 [發明的效果]

根據本發明的實施方式，可提供一種可實現通用性的提高的紫外線照射裝置。

以下，一方面參照圖式，一方面對實施方式進行例示。此外，各圖式中，對同樣的結構元件標注相同符號，適當省略詳細的說明。

紫外線照射的對象物100例如可包含紫外線硬化樹脂。對象物100例如可設為包含紫外線硬化樹脂的墨水（ink）、黏接劑、塗料等。但是，對象物100的材料或紫外線照射裝置1的用途不限定於例示。對象物100例如也可通過紫外線而發生硬化，或通過紫外線而進行表面的改質，或通過紫外線而進行表面的殺菌等。

圖1為用於例示本實施方式的紫外線照射裝置1的示意側面圖。圖2為用於例示第一光源2及第二光源3的示意立體圖。圖3為圖1的A部的示意放大圖。圖4為圖3的紫外線照射裝置1的B-B線方向的示意截面圖。如圖1及圖2所示，可在紫外線照射裝置1設置第一光源2、第二光源3、透鏡單元（lens unit）4及基座（base）5。

如圖1及圖2所示，第一光源2可在與基板21延伸的方向（第一方向）交叉的方向，設於基座5的中央區域。第一光源2可設置至少一個。例如，可在紫外線照射裝置1的中心軸1a上設置一個第一光源2。例如，可如圖1所示，在中心軸1a的兩側各設置一個第一光源2。例如，可在中心軸1a上設置一個第一光源2，在中心軸1a的兩側各設置一個第一光源2。在設有多個第一光源2的情況下，可在與基板21延伸的方向交叉的方向，排列設置多個第一光源2。

如圖2所示，第一光源2可具有基板21（第一基板）及多個發光元件22（第一發光元件）。基板21呈板狀，具有沿一個方向延伸的形狀。基板21的平面形狀可設為長方形。基板21例如可使用螺杆等緊固構件安裝於基座5的面51。此外，也可在基座5的端面設置凹部，在凹部的內部設置基板21。此種情況下，凹部的底面成為面51。

可在基板21的其中一個面設置配線圖案。可在配線圖案貼裝多個發光元件22。多個發光元件22可通過配線圖案而串聯。可在配線圖案設置一對連接端子21a。一對連接端子21a經由配線而與設於紫外線照射裝置1的外部的點燈電路等電性連接。

而且，可設置覆蓋配線圖案的保護膜。而且，也可通過設為白色的保護膜（例如白色抗蝕劑）、或混合了氧化鈦等光散射粒子的保護膜等，從而設為具有反射膜的功能的保護膜。

基板21的材料優選具有對紫外線的耐受性，且導熱率高。基板21的材料例如可設為氧化鋁等陶瓷。基板21也可設為金屬板的表面經無機材料覆蓋的基板（金屬芯基板）。若基板21的材料為陶瓷等，或基板21為金屬芯基板，則可獲得對紫外線的耐受性及高散熱性。

多個發光元件22可設於基板21的一面。多個發光元件22可在基板21延伸的方向排列設置。此外，圖2所例示的第一光源2中，將多個發光元件22排列成一列，但也可將多個發光元件22排列成多列。多個發光元件22的間距尺寸（發光元件22彼此的間隔）既可為一定，也可不同。

若多個發光元件22的間距尺寸為一定，則可抑制產生照射不均。另一方面，視紫外線照射裝置1的用途等而定，也有時優選使多個發光元件22的間距尺寸不同。例如，有時優選使從第一光源2的中央區域照射的紫外線的光束較從周緣區域照射的紫外線的光束更多。而且，有時與此相反地，優選使從第一光源2的周緣區域照射的紫外線的光束較從中央區域照射的紫外線的光束更多。此種情況下，可增多設於使所照射的紫外線的光束增多的區域的、發光元件22的個數，縮短發光元件22的間距尺寸。

發光元件22只要為可照射紫外線的元件，則並無特別限定。發光元件22例如可設為可照射紫外線的發光二極體或激光二極體等。此外，本說明書的「紫外線」可設為波峰波長為450 nm以下的光。

此時，發光元件22可設為照射較發光元件32更短的波長的紫外線。例如，發光元件22可照射波峰波長（第一波峰波長）為300 nm以上且330 nm以下的紫外線。

而且，發光元件22例如可設為帶引線的塑膠晶片載體（Plastic Leaded Chip Carrier，PLCC）型等表面貼裝型的發光元件。此外，發光元件22例如也可設為炮彈型等的具有引線的發光元件。圖2所例示的發光元件22為表面貼裝型的發光元件。

而且，發光元件22也可設為通過板上晶片（Chip On Board，COB）而貼裝。在設為通過COB而貼裝的發光元件22的情況下，可在基板21上設置晶片狀的發光元件22、將發光元件22與配線圖案電性連接的配線、包圍發光元件22及配線的框狀的構件、以及設於框狀的構件的內部的密封部等。此時，框狀的構件可具有規定密封部的形成範圍的功能、及反射器（reflector）的功能。此外，也可不設置框狀的構件而僅設置密封部。在僅設置密封部的情況下，在基板21上設有圓頂狀的密封部。密封部例如可由矽酮樹脂等形成。

如圖1及圖2所示，第二光源3可在與基板21延伸的方向交叉的方向，設於較基座5的中央區域更靠外側的區域。第二光源3可在與基板21延伸的方向交叉的方向，與第一光源2排列設置。第二光源3可設置至少一個。例如，第二光源3既可在第一光源2的單側設置一個，也可設置多個。例如，第二光源3既可在第一光源2的兩側各設置一個，也可設置多個。

第二光源3可具有基板31（第二基板）及多個發光元件32（第二發光元件）。本實施方式的紫外線照射裝置1中，第二光源3（發光元件32）與第一光源2（發光元件22）同時照射具有與第一光源2（發光元件22）照射的紫外線的波峰波長不同的波峰波長的紫外線。

基板31呈板狀，具有沿一個方向延伸的形狀。基板31的平面形狀可設為長方形。基板31例如可使用螺杆等緊固構件而安裝於基座5的面51。此外，也可在基座5的端面設置凹部，在凹部的內部設置基板31。此種情況下，凹部的底面成為面51。例如，基板31可與基板21平行地設置。

可在基板31的其中一個面設置配線圖案。可在配線圖案貼裝多個發光元件32。多個發光元件32可通過配線圖案而串聯。可在配線圖案設置一對連接端子31a。一對連接端子31a經由配線而與設於紫外線照射裝置1的外部的點燈電路等電性連接。

基板31的材料優選具有對紫外線的耐受性，且導熱率高。基板31的材料例如可設為氧化鋁等陶瓷。基板31也可設為金屬板的表面經無機材料覆蓋的基板（金屬芯基板）。若基板31的材料為陶瓷等，或基板31為金屬芯基板，則可獲得對紫外線的耐受性及高散熱性。

多個發光元件32可設於基板31的一面。多個發光元件32可在基板31延伸的方向排列設置。此外，圖2所例示的第二光源3中，將多個發光元件32排列成一列，但也可將多個發光元件32排列成多列。多個發光元件32的間距尺寸（發光元件32彼此的間隔）既可為一定，也可不同。

若多個發光元件32的間距尺寸為一定，則可抑制產生照射不均。另一方面，視紫外線照射裝置1的用途等而定，也有時優選使多個發光元件32的間距尺寸不同。例如，有時優選使從第二光源3的中央區域照射的紫外線的光束較從周緣區域照射的紫外線的光束更多。而且，有時與此相反地，優選使從第二光源3的周緣區域照射的紫外線的光束較從中央區域照射的紫外線的光束更多。此種情況下，可增多設於使所照射的紫外線的光束增多的區域的、發光元件32的個數，縮短發光元件32的間距尺寸。

發光元件32只要為可照射紫外線的元件，則並無特別限定。發光元件32例如可設為可照射紫外線的發光二極體或激光二極體等。例如，發光元件32可設為照射波峰波長（第二波峰波長）為350 nm以上且410 nm以下的紫外線。

而且，發光元件32例如可設為PLCC型等表面貼裝型的發光元件。此外，發光元件32例如也可設為炮彈型等的具有引線的發光元件。圖2所例示的發光元件32為表面貼裝型的發光元件。

而且，發光元件32也可設為通過COB而貼裝。在設為通過COB而貼裝的發光元件32的情況下，可在基板31上設置晶片狀的發光元件32、將發光元件32與配線圖案電性連接的配線、包圍發光元件32及配線的框狀的構件、以及設於框狀的構件的內部的密封部等。此時，框狀的構件可具有規定密封部的形成範圍的功能、及反射器的功能。此外，也可不設置框狀的構件而僅設置密封部。在僅設置密封部的情況下，在基板31上設有圓頂狀的密封部。密封部例如可由矽酮樹脂等形成。

此處，視所照射的紫外線的波峰波長而定，有時發光元件的發光效率降低。一般來說，所照射的紫外線的波峰波長越變短，則發光元件的發光效率越降低。因此，有時使所照射的紫外線的波峰波長短的發光元件22的個數較發光元件32的個數更多。

另一方面，一般來說所照射的紫外線的波峰波長越變短，則發光元件的價格越變高。因此，視紫外線照射裝置1的用途等而定，也有時使所照射的紫外線的波峰波長短的發光元件22的個數較發光元件32的個數更少。

而且，有時若所照射的紫外線的波峰波長不同，則發光元件的放熱量不同。

因此，基板31的形狀、尺寸、材料及配線圖案也可設為與基板21的形狀、尺寸、材料及配線圖案不同。

此外，若基板31的形狀、尺寸、材料及配線圖案與基板21的形狀、尺寸、材料及配線圖案相同，則可實現生產性的提高或製造成本的降低。因此，從提高生產性或降低製造成本等觀點來看，優選發光元件22、發光元件32的個數或配置（例如間距尺寸等）等以及基板21、基板31的形狀、尺寸、材料及配線圖案相同。

此處，視紫外線照射裝置1的用途或對象物100的材料等而定，有時優選變更紫外線的光譜。例如，在進行紫外線硬化樹脂的硬化的情況下，為了縮短硬化時間，優選從發光元件照射的紫外線的光譜、與紫外線硬化樹脂的吸收光譜範圍一致或重疊。例如，在進行表面的改質的情況下，優選從發光元件照射的紫外線的光譜、與進行改質的材料的吸收光譜範圍一致或重疊。

本實施方式的紫外線照射裝置1中，設有所照射的紫外線的光譜不同的第一光源2（發光元件22）與第二光源3（發光元件32），因而即便對象物100的材料改變或成分比變動，也可進行適當的處理。

即，若設為本實施方式的紫外線照射裝置1，則可實現通用性的提高。此外，例示了設有第一光源2及第二光源3的情況，但也可還設置所照射的紫外線的光譜與這些光源不同的光源。若如此設定，則可實現通用性的進一步提高。

透鏡單元4可設於基座5的設有第一光源2及第二光源3的一側。透鏡單元4可具有保持部41及透鏡42。

保持部41呈板狀，可設置一對。一對保持部41可在基板21延伸的方向，設於基座5的面51的外側。一對保持部41在基板21延伸的方向相向。一對保持部41例如可使用螺杆等緊固構件而安裝於基座5。一對保持部41例如可由鋁等金屬形成。

透鏡42可設於一對保持部41彼此之間。基板21延伸的方向的、透鏡42的端部可固定於保持部41。透鏡42可針對第一光源2及第二光源3各設置一個。透鏡42使從第一光源2及第二光源3照射的紫外線在照射位置聚光。

透鏡42例如可設為沿基板21延伸的方向延伸的圓柱透鏡。此外，例示了針對第一光源2及第二光源3各設有一個透鏡42的情況，但也可使多個透鏡42一體化。而且，透鏡42的形狀可根據紫外線照射裝置1的用途等而適當變更。例如，圖1所例示的透鏡42為凹凸透鏡（meniscus lens），但也可為平凸透鏡或兩凸透鏡等。即，可設置沿基板21延伸的方向延伸且從多個發光元件22照射的紫外線可入射的第一透鏡、及沿基板21延伸的方向延伸且從多個發光元件32照射的紫外線可入射的第二透鏡。

而且，透鏡42也可設為蠅眼透鏡（fly's eye lens）。在透鏡42為蠅眼透鏡的情況下，可針對設於第一光源2的多個發光元件22各自、及設於第二光源3的多個發光元件32各自設置透鏡。

透鏡42的材料只要可使紫外線透過且具有對紫外線的耐受性即可。透鏡42的材料例如可設為石英玻璃、矽酮樹脂、亞克力樹脂等。

基座5可具有保持第一光源2及第二光源3的功能、以及將第一光源2（發光元件22）及第二光源3（發光元件32）冷卻的功能。基座5呈塊狀，可由導熱率高的金屬形成。基座5例如可由鋁等金屬形成。

如圖3及圖4所示，可在基座5的內部設置流動水等冷媒的流路52。流路52例如可針對每個第一光源2及每個第二光源3設置。此時，可在第一光源2的光軸的延長線上，設置對應的流路52的中心。可在第二光源3的光軸的延長線上，設置對應的流路52的中心。若如此設置，則可縮短發光元件22、發光元件32與流路52之間的距離，因而容易將發光元件22、發光元件32冷卻。

而且，流路52可具有沿與多個發光元件22、32的列相同的方向延伸的形狀。若如此設置，則可抑制多個發光元件22、32產生冷卻不均。

流路52與鄰接的流路52既可在基座5的內部連接，也可如圖1、圖3及圖4所示，經由配管接頭53a及配管而連接。而且，可對流路52連接用於供給冷媒的配管接頭53b、及用於將所供給的冷媒排出的配管接頭53c。而且，也可在基座5設置散熱鰭片等。

基座5具有多個供設置基板21、基板31的面51。如圖1所示，在從基板21延伸的方向觀看基座5的情況下，多個面51的中心可設於設置圓6的圓周上。設置圓6可設為以第一光源2（發光元件22）的光軸、與第二光源3（發光元件32）的光軸相交的點作為中心的假想圓。更具體來說，設置圓6可設為以如下的點作為中心的假想圓，即：將發光元件22的照射面的中心與紫外線的照射位置100a連結的線段、和將發光元件32的照射面的中心與紫外線的照射位置100a連結的線段相交的點。

例如，設置圓6的半徑可設為100 mm左右。此外，設置圓6的半徑可根據紫外線照射裝置1的用途、大小、從發光元件22及發光元件32照射的紫外線的光束等而適當變更。

而且，在將上文所述的光軸彼此之間的角度（上文所述的線段彼此之間的角度）設為設置角度θp的情況下，既可使設置角度θp相同，也可不同。圖1所例示的紫外線照射裝置1的情況下，使設置角度θp相同。

若紫外線從相對於對象物100的面100b而垂直的方向入射，則可減少在對象物100的面100b發生反射的紫外線。此時，若儘量減小設置角度θp，則可減小紫外線照射裝置1的中心軸1a、與設於最外側的第二光源3的光軸之間的角度θ1。因此，可抑制從設於最外側的第二光源3照射的紫外線在對象物100的面100b發生反射。例如，可將設置角度θp設為24°左右，將角度θ1設為60°左右。此外，設置角度θp及角度θ1可根據第一光源2及第二光源3的大小、個數等而適當變更。

而且，紫外線照射裝置1的中心軸1a、與光源的光軸之間的角度越變小，則所照射的紫外線越不易在對象物100的面100b發生反射。如上文所述，視紫外線照射裝置1的用途或對象物100的材料等而定，存在優選的紫外線的光譜。因此，優選將照射具有優選光譜的紫外線的光源設置於中心軸1a上、或中心軸1a的附近。

例如，紫外線硬化樹脂中包含單體、寡聚物（預聚物）、光聚合起始劑及添加劑。若紫外線照射於紫外線硬化樹脂，則光聚合起始劑產生離子，此離子與單體或寡聚物聚合（鍵合而成為鏈狀或網狀）。此種反應被稱為光聚合反應，通過光聚合反應而紫外線硬化樹脂硬化。

一般來說，所照射的紫外線的波長越變短，則光聚合起始劑的反應靈敏度越變高。因此，例如在進行紫外線硬化樹脂的硬化的情況下，優選如圖1及圖2所例示那樣，將設有發光元件22的第一光源2設置於中心軸1a上、或中心軸1a的附近，所述發光元件22照射較發光元件32更短的波長的紫外線。

例如，如圖1所示，在從基板21延伸的方向觀看的情況下，可使從發光元件22照射的紫外線、與從發光元件32照射的紫外線在對象物100的面100b重疊。垂直於對象物100的面100b且穿過紫外線重疊的位置（照射位置100a）的線段、與發光元件22的光軸之間的角度，可較穿過紫外線重疊的位置的線段、與發光元件32的光軸之間的角度更小。

若如此設置，則可實現紫外線硬化樹脂的硬化時間的縮短，而且可實現生產性的提高、製造成本的降低等。

以上，對本發明的若干實施方式進行了例示，但這些實施方式是作為示例而提示，並非意在限定發明的範圍。這些新穎的實施方式能以其他各種實施方式來實施，可在不偏離發明的主旨的範圍內，進行各種省略、替換、變更等。這些實施方式或其變形例包含於發明的範圍或主旨，並且包含於發明申請專利範圍所記載的發明及其均等範圍。而且，上文所述的各實施方式可相互組合而實施。

1:紫外線照射裝置 1a:中心軸 2:第一光源 3:第二光源 4:透鏡單元 5:基座 6:設置圓 21、31:基板 21a、31a:連接端子 22、32:發光元件 41:保持部 42:透鏡 51、100b:面 52:流路 53a、53b、53c:配管接頭 100:對象物 100a:照射位置 θ1:角度 θp:設置角度 A:放大區域 BB:截面區域

圖1為用於例示本實施方式的紫外線照射裝置的示意側面圖。圖2為用於例示第一光源及第二光源的示意立體圖。圖3為圖1的A部的示意放大圖。圖4為圖3的紫外線照射裝置的B-B線方向的示意截面圖。

1:紫外線照射裝置

1a:中心軸

2:第一光源

3:第二光源

4:透鏡單元

5:基座

6:設置圓

22、32:發光元件

41:保持部

42:透鏡

51、100b:面

52:流路

53a、53b、53c:配管接頭

100:對象物

100a:照射位置

θ1:角度

θp:設置角度

A:放大區域

Claims

一種紫外線照射裝置，其特徵在於，包括：第一基板，沿第一方向延伸；多個第一發光元件，在所述第一方向排列設置於所述第一基板的一面，能夠照射具有第一波峰波長的紫外線；第二基板，沿所述第一方向延伸；以及多個第二發光元件，在所述第一方向排列設置於所述第二基板的一面，能夠與所述第一發光元件同時照射具有與第一波峰波長不同的第二波峰波長的紫外線。
如請求項1所述的紫外線照射裝置，其中，所述第一波峰波長為300 nm以上且330 nm以下，所述第二波峰波長為350 nm以上且410 nm以下，在從所述第一方向觀看的情況下，從所述第一發光元件照射的紫外線、與從所述第二發光元件照射的紫外線在對象物的一面重疊，垂直於所述對象物的一面且穿過所述紫外線重疊的位置的線段、與所述第一發光元件的光軸之間的角度，較穿過所述紫外線重疊的位置的線段、與所述第二發光元件的光軸之間的角度更小。
如請求項1或請求項2所述的紫外線照射裝置，其還包括：第一透鏡，沿所述第一方向延伸，且從所述多個第一發光元件照射的紫外線能夠入射；以及第二透鏡，沿所述第一方向延伸，且從所述多個第二發光元件照射的紫外線能夠入射。
如請求項1或請求項2所述的紫外線照射裝置，其還包括：基座，供設置所述第一基板及所述第二基板，具有能夠流通冷媒的流路。