JP2006068653A - 加飾部品製造用の紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品表面の樹脂膜に均一に紫外線を照射することができ、かつ装置の小型化を図ることができる加飾部品製造用の紫外線照射装置を提供すること。
【解決手段】紫外線照射装置１１は、照射ボックス１２と、その照射ボックス１２内に配置されるＵＶランプ１３と、ワークＷを搬送して照射ボックス１２内を通過させる搬送コンベア１４と、ＵＶランプ１３の照射角度を変更するための流体圧シリンダ１８と、装置全体を統括的に制御するための制御装置１５とを備える。制御装置１５は、搬送コンベア１４の搬送方向を反転させてワークＷが照射ボックス１２内を２回以上通過するようにし、かつ、ワークＷが照射ボックス１２内を通過する都度、流体圧シリンダ１８を駆動してＵＶランプ１３の照射角度を変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、部品表面に紫外線を照射して装飾を加える加飾部品製造用の紫外線照射装置に関するものである。

従来、紫外線照射装置は、樹脂部品などの表面に装飾を加える工程や半導体部品を製造する工程などで使用されている（例えば、特許文献１，２参照）。

具体的にいうと、特許文献１の紫外線照射装置では、コンベアによりワークを一定方向に搬送しながらワーク表面に紫外線を照射して、その表面のＵＶ塗料を硬化させることにより、ワーク表面に装飾が加えられる。また、特許文献２の紫外線照射装置では、搬送機構で基板を一定方向に搬送しながら基板表面に紫外線を照射することにより、キュアリングが行われる。
特開２００３−２８５９１１号公報 特開２００３−３００６１８号公報

ところで、ＵＶ塗料を硬化させる紫外線照射装置では、半導体基板などに紫外線を照射する場合と比較して、より多くの照射量を必要とする。特に、建材、家具、事務用品など大型部品にＵＶ塗装を行う場合、その部品表面に必要な照射量（例えば、数千ミリジュール）の紫外線を照射するためには、複数のＵＶランプが必要となるのに加え、長い照射ゾーンを確保する必要がある。その結果、紫外線照射装置の大型化や設置スペースの増大が問題となってしまう。また、ワークの塗装面に凸凹がある場合、部位によって紫外線照射強度が不均一となるため、紫外線を均一に照射するための照射機構の工夫も必要となる。さらに、大きな照射量で照射を行う場合には高出力のＵＶランプを複数使用する必要があり、それに伴って発熱量も増えるため、照射ゾーン内を通過する際に部品表面の温度が高くなりやすい。従って、耐熱性に劣る樹脂部品をワークとした場合には樹脂部品が熱変形する可能性があり、これを防ぐためには装置に何らかの工夫が必要となる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品表面の樹脂膜に紫外線を均一に照射することができ、かつ装置の小型化を図ることができる加飾部品製造用の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に、請求項１に記載の発明では、照射ゾーン内を通過する部品に紫外線を照射して、その部品表面の樹脂膜を光重合させることにより、その部品に装飾を加える加飾部品製造用の紫外線照射装置であって、前記照射ゾーン内に配置され、紫外線を発生する光源と、前記光源を動かすための光源駆動手段と、前記部品を搬送して前記照射ゾーン内を通過させる搬送手段とを備え、前記搬送手段の搬送方向を反転させて前記部品が前記照射ゾーン内を２回以上通過するようにし、かつ、前記部品が前記照射ゾーン内を通過する都度、前記光源駆動手段により前記光源を動かすようにしたことを特徴とする加飾部品製造用の紫外線照射装置をその要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、照射ゾーン内を部品が複数回通過することで必要な照射量が確保されるため、照射ゾーンの長さを抑えることができ、装置の小型化を図ることができる。また、部品が照射ゾーン内を通過する都度、光源が動かされることで、紫外線の照射状態が適宜変更され、結果として樹脂膜に対する紫外線照射量を均一にすることができる。

本発明における部品表面の樹脂膜は、光硬化型の樹脂塗料を塗布することで形成してもよいし、光硬化型の樹脂フィルムをプリントすることで形成してもよい。また、光硬化型の樹脂塗料や樹脂フィルムとしては、例えばアクリル系の樹脂やエポキシ系の樹脂などの樹脂材料が用いられる。また、光源としては、例えば水銀ランプやメタルハライドランプ等が好適である。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記部品が前記照射ゾーン内を通過して前記照射ゾーン外に到った後に、前記部品の搬送方向を反転させることをその要旨とする。請求項２に記載の発明によれば、部品が照射ゾーン外に到ることでいったん外気に触れて冷却されるため、樹脂部品などの耐熱性に劣る部品の熱変形を未然に防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記照射ゾーン内を冷却する冷却手段を備えることをその要旨とする。請求項３に記載の発明によれば、冷却手段により照射ゾーン内が冷却されるので、照射ゾーン内の温度上昇を抑えることができ、部品の熱変形を確実に防止することができる。

以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によると、部品表面の樹脂膜に均一に紫外線を照射することができ、かつ装置の小型化を図ることができる加飾部品製造用の紫外線照射装置を提供することができる。また、請求項２，３に記載の発明によると、耐熱性に劣る樹脂部品をワークとした場合でも、熱変形を起こさせることなくその表面に装飾を加えることが可能となる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態における紫外線照射装置１１の概略構成を示す断面図である。なお、図１（ａ）は紫外線照射装置１１の上面から見た断面図であり、図１（ｂ）は側面から見た断面図であり、図１（ｃ）は正面から見た断面図である。

紫外線照射装置１１は、大型の樹脂部品Ｗを製造するための製造ラインに組み込まれ、前工程において部品表面に塗布された樹脂膜を紫外線の照射により光重合させることでその樹脂部品Ｗに装飾を加える加飾部品製造用の装置である。なお、本実施形態の樹脂部品Ｗは樹脂製の建材であり、そのサイズは長さ２０００ｍｍ、幅３００ｍｍ、高さ２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。

紫外線照射装置１１は、紫外線を照射する部位である照射ボックス１２（照射ゾーン）、その照射ボックス１２内に設けられた複数のＵＶランプ１３（光源）、樹脂部品（ワーク）Ｗを搬送するための搬送コンベア１４、装置全体を統括的に制御するための制御装置１５、治具台車１７等を備えている。

本実施形態では、ワークＷが載置される治具台車１７と、その治具台車１７を往復動させる搬送コンベア１４とによって搬送手段が構成されている。照射ボックス１２は、搬送コンベア１４の搬送通路を囲うように設けられている。なお、照射ボックス１２のサイズは、長さ３０００ｍｍ、幅１８００ｍｍ、高さ２５００ｍｍ程度である。

図１（ｃ）に示されるように、本実施形態の治具台車１７は、図示しない駆動レール上にて走行可能に配置された台車部１７ａと、台車部１７ａの上面中央部から鉛直方向に延びる支柱１７ｂと、支柱１７ｂの上端に取り付けられた載置部１７ｃとからなる。この治具台車１７は、例えば、図示しない牽引部材（ワイヤやチェーン等）で台車部１７ａを引っ張ることにより駆動レールに沿って走行する。なお、治具台車１７が自走する構成であってもよい。また本実施形態では、治具台車１７の載置部１７ｃの上面に２枚のワークＷが載せられており、搬送コンベア１４によってその治具台車１７が二方向に搬送されるようになっている。ワークＷは、プレート状に成形された樹脂成形品である。そのワークＷの片側面（上面）には、塗装工程によりＵＶ塗料が塗布され、樹脂膜が形成されている。このＵＶ塗料としては、アクリル樹脂を原料とした光硬化型の塗料が用いられている。

照射ボックス１２内には、搬送される各ワークＷに対応する位置にＵＶランプ１３が配設されており、各ＵＶランプ１３が発生した紫外線がワーク表面の樹脂膜に照射される。具体的にいうと、照射ボックス１２内において、その上部には４本のＵＶランプ１３が配設され、下部には２本のＵＶランプ１３が配設されている。これらＵＶランプ１３は、ワークＷの搬送方向（照射ボックス１２の長手方向）に直交するよう配置されている。上部の２本のＵＶランプ１３は照射ボックス１２の搬入口１２ａ側にて直列に配置され、残り２本は搬出口１２ｂ側にて直列に配置されている。これら上部のＵＶランプ１３はワークＷの上面に紫外線を照射する。

また、下部の２本のＵＶランプ１３は照射ボックス１２の長手方向の略中央にて直列に配置されており、各ＵＶランプ１３はワークＷの下面に紫外線を照射する。なお、ワークＷは、載置部１７ｃに載置された状態でその端部が治具台車１７の上面からはみ出しており、塗装工程でワークＷの下面側外周部に付着したＵＶ塗料が下方からの紫外線の照射によって硬化されるようになっている。

さらに、照射ボックス１２内における側面にはＵＶランプ１３が各２本ずつ設けられている。これらＵＶランプ１３は、ワークＷの搬送方向（照射ボックス１２の長手方向）に平行に設置されており、ワークＷの側面に紫外線を照射する。

ＵＶランプ１３としては、図３（ａ）に示すように、発光部１３ａと、凹状の反射面を有するアルミミラー１３ａ（反射鏡）とを備える平行光形のランプが用いられる。なお、図３（ｂ）に示すように、水冷ジャケット１３ｃなどの冷却手段を有するＵＶランプを採用してもよい。後者の場合には、高出力のＵＶランプ１３を用いたときでもその発熱量が小さく抑えられるため、照射ボックス１２内の温度上昇が小さくなる。

本実施形態において、照射ボックス１２の上部に設けられたＵＶランプ１３は、その両端が流体圧シリンダ１８（光源駆動手段）によって支持されている。そして、その流体圧シリンダ１８のピストンロッド１８ａが上下に移動することでＵＶランプ１３の照射角度やＵＶランプ１３の位置が変更される。このピストンロッド１８ａの出没動作は、制御装置１５からの指令信号に基づき制御される。流体圧シリンダ１８としてはエアシリンダや油圧シリンダを用いることができる。なお、流体圧シリンダ１８に代えて電動シリンダを用いてもよい。

制御装置１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等からなる周知のコンピュータにより構成されている。この制御装置１５は、ＵＶランプ１３、搬送コンベア１４、及び流体圧シリンダ１８の電磁弁（図示略）に電気的に接続されており、ＵＶランプ１３のオン・オフ制御、搬送コンベア１４の搬送制御、流体圧シリンダ１８の駆動制御などを行う。

本実施形態において、制御装置１５は、ワークＷの搬送方向を反転させて照射ボックス１２内をワークＷが３回通過（パス）するよう搬送コンベア１４を制御する。このように、照射ボックス１２内をワークＷが複数回通過することで、ワーク表面のＵＶ塗料（樹脂膜）を硬化させるために必要な照射量を確保している。なお、紫外線の照射量は、紫外線の強度と照射時間との積により決定される。

光源としてのＵＶランプ１３は紫外線を発生する際に発熱する。そのため、紫外線の照射により、照射ボックス１２内が温められ、照射ボックス１２内を通過するワークＷには熱ストレスが加わる。従って、本実施形態では、ワークＷが照射ボックス１２を通過してそのボックス１２外に到った後にワークＷの搬送方向を変更することで、ワークＷをボックス外部の空気に触れさせて一旦冷却するようにしている。本実施形態では、ワークＷが耐熱性に劣る樹脂製品であるため、その表面温度が約９０℃を越えないように照射ボックス１２外での冷却時間を確保している。

さらに、制御装置１５は、ワークＷが照射ボックス１２内を通過する都度、流体圧シリンダ１８を駆動制御することでＵＶランプ１３の照射角度を変更する。本実施形態のワークＷの上面（塗装面）には凸凹があるため、ＵＶランプ１３の照射角度を変更することにより、ワークＷの上面における紫外線照射量が均一になる。

図２（ａ）には、ＵＶランプ１３の照射角度を変更する態様が例示されている。ワークＷが照射ボックス１２内を最初に通過するとき（搬入口１２ａ側から搬出口１２ｂ側へ通過する１パス目）において、制御装置１５は、ＵＶランプ１３を保持する一方の流体圧シリンダ１８のみを伸張させ、ＵＶランプ１３を左端が右端よりも下がるようにして傾斜させる。また、搬出口１２ｂ側から搬入口１２ａ側へ通過するとき（２パス目）において、制御装置１５は、伸張している流体圧シリンダ１８を収縮させ、収縮している流体圧シリンダ１８ａを伸張させ、ＵＶランプ１３を左端が右端よりも上がるようにして傾斜させる。さらに、再度搬入口１２ａ側から搬出口１２ｂ側へ通過するとき（３パス目）において、制御装置１５は、各流体圧シリンダ１８をすべて収縮状態とし、ＵＶランプ１３を水平状態にする。なお、照射角度を変更する態様を図２（ｂ）のようにしてもよい。

このように、照射ボックス１２内を複数回通過させることでワーク表面の樹脂膜が確実に光重合して硬化する。そのワークＷは、装飾が加えられた完成品として搬送コンベア１４により紫外線照射装置１１から搬出される。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）照射ゾーンとしての照射ボックス１２内をワークＷが複数回通過することで、ワークＷの表面の樹脂膜を光重合させるために必要な照射量を確保することができる。また、ワークＷが照射ボックス１２内を通過する都度、光源駆動手段としての流体圧シリンダ１８により、ＵＶランプ１３の照射角度が変更される。つまり、紫外線の照射状態が適宜変更される結果、樹脂膜に対する紫外線照射量を均一にすることができる。従って、照射ゾーンにワークＷを１回のみ通過させる従来の紫外線照射装置と比較して、照射ボックス１２（照射ゾーン）の長さを抑えることが可能となり、装置全体を小型化することができる。また、これに伴いＵＶランプ１３の数を減らすことができ、設備コストの低減も達成しやすくなる。さらに、ＵＶランプ１３の照射角度を変更するための駆動手段を比較的に簡素な構成とすることが可能となる。

（２）本実施形態では、ワークＷが照射ボックス１２外に到った後に搬送方向が反転される。従って、照射ボックス１２内で温められたワークＷをボックス外部の空気で冷却することができ、ワークＷの熱変形を防止することができる。

（３）制御装置１５により、ＵＶランプ１３のオン・オフ制御、搬送コンベア１４の搬送制御、流体圧シリンダ１８の駆動制御が行われる。従って、制御装置１５は、搬送コンベア１４におけるワークＷの搬送位置に応じた適切なタイミングでＵＶランプ１３の照射角度を変更することができる。また、ワークＷの搬送位置に応じてＵＶランプ１３を適切に点灯させることも可能となる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態においては、ワークＷが照射ボックス１２外に到った後に搬送方向を変更していたが、これに限定されるものではない。例えば、紫外線照射による発熱が少ない場合や、ワークＷが耐熱性樹脂材料や鉄板等の金属材料からなる場合など、ワークＷに熱変形が生じない場合には、ワークＷが照射ボックス１２外に到る前に照射ボックス１２内でワークＷの搬送方向を変更してもよい。

・上記実施形態では、搬送コンベア１４の搬送方向を切り替えることで、ワークＷが照射ボックス１２内を３回通過するものであったが、２回あるいは４回以上の複数回通過するように変更してもよい。なお、ワークＷを偶数回通過させる場合、照射ボックス１２の搬入口と搬出口とが共通となる。

・図５に示されるように、ワークＷの傾斜角度を変更するための駆動機構（例えば流体圧シリンダ４１）を治具台車１７に設けてもよい。図５において流体圧シリンダ４１は、基端が連結部１７ｂに固定され、先端が載置部１７ｃに固定されている。連結部１７ｂの先端は載置部１７ｃの中央部に対して回動可能に軸支されている。それゆえ、流体圧シリンダ４１の伸縮動作により、載置部１７ｃの傾斜角度が変わるようになっている。そして、このような構成であっても、樹脂膜に対する紫外線照射量を均一にすることができる。

・照射ボックス１２の上部に設けたＵＶランプ１３のみが流体圧シリンダ１８の駆動により照射角度を変更できる構成であったが、下部や側面に設けたＵＶランプ１３も照射角度を変更できる構成としてもよい。この場合、ワークＷの側面や下面において紫外線照射量を均一に確保することができ、その側面や下面に塗布されたＵＶ塗料を適切に硬化させることができる。

・図４に示される別の実施形態のように、例えば、外部の風を供給して照射ボックス１２内に冷却する冷却ファン５１（冷却手段）を設けてもよい。この構成によれば、照射ボックス１２内の温度上昇を抑えることができ、ワークＷの熱変形を確実に防止することができる。

・上記実施形態では、ＵＶランプ１３のオン・オフ制御、搬送コンベア１４の搬送制御、シリンダ１８の駆動制御を１つの制御装置１５で制御するようにしたが、各制御を別々の制御装置で行うように構成してもよい。

・紫外線照射装置１１は、上記実施形態で例示した建材以外に、車両用の樹脂部品、例えばメータパネルなどに装飾を加えるための装置として使用してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）照射ゾーン内を通過する部品に紫外線を照射して、その部品表面の樹脂膜を光重合させることにより、その部品に装飾を加える加飾部品製造用の紫外線照射装置であって、前記照射ゾーン内に配置され、紫外線を発生する光源と、前記部品を搬送して前記照射ゾーン内を通過させる搬送手段とを備え、前記搬送手段の搬送方向を反転させて前記部品が前記照射ゾーン内を２回以上通過するようにし、かつ、前記部品が前記照射ゾーン内を通過する都度、前記部品の傾斜角度を変更するようにしたことを特徴とする加飾部品製造用の紫外線照射装置。

（２）前記光源駆動手段は、前記部品表面への紫外線の照射角度を変更することを特徴とする請求項１に記載の加飾部品製造用の紫外線照射装置。

（３）前記部品表面の樹脂膜は、光硬化型のアクリル硬化樹脂からなる塗料を塗布して形成されることを特徴とする請求項１に記載の加飾部品製造用の紫外線照射装置。

（４）前記部品表面の樹脂膜は、光硬化型のアクリルフィルムをプリントすることで形成されることを特徴とする請求項１に記載の加飾部品製造用の紫外線照射装置。

（ａ）〜（ｃ）は一実施形態における紫外線照射装置の概略構成を示す断面図。 （ａ），（ｂ）はＵＶランプの照射角度を変更する態様を説明するための説明図。 （ａ），（ｂ）はＵＶランプの構成を説明するための概略図。 別の実施形態における紫外線照射装置の概略構成を示す断面図。 別の実施形態における紫外線照射装置の概略構成を示す断面図。

符号の説明

１１…紫外線照射装置
１２…照射ゾーンとしての照射ボックス
１３…光源としてのＵＶランプ
１３ｂ…冷却手段としての水冷ジャケット
１４…搬送手段を構成する搬送コンベア
１７…搬送手段を構成する治具台車
１８…光源駆動手段としての流体圧シリンダ
５１…冷却手段としての冷却ファン
Ｗ…部品としてのワーク

Claims (3)

1. 照射ゾーン内を通過する部品に紫外線を照射して、その部品表面の樹脂膜を光重合させることにより、その部品に装飾を加える加飾部品製造用の紫外線照射装置であって、
   前記照射ゾーン内に配置され、紫外線を発生する光源と、
   前記光源を動かすための光源駆動手段と、
   前記部品を搬送して前記照射ゾーン内を通過させる搬送手段と
   を備え、
   前記搬送手段の搬送方向を反転させて前記部品が前記照射ゾーン内を２回以上通過するようにし、かつ、前記部品が前記照射ゾーン内を通過する都度、前記光源駆動手段により前記光源を動かすようにしたことを特徴とする加飾部品製造用の紫外線照射装置。
2. 前記部品が前記照射ゾーン内を通過して前記照射ゾーン外に到った後に、前記部品の搬送方向を反転させることを特徴とする請求項１に記載の加飾部品製造用の紫外線照射装置。
3. 前記照射ゾーン内を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の加飾部品製造用の紫外線照射装置。
   

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