JP2011046040A - Ｌｅｄ照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低出力でもインク硬化に必要な紫外線光量を確保したＬＥＤ照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線を照射するＬＥＤ６を備え、このＬＥＤ６によって記録媒体に印刷したインクに紫外線を照射し、インクを硬化させるＬＥＤ照射装置１において、基板８上に、記録媒体の送り方向においてピーク照度が連続して略平坦となるように、複数のＬＥＤ６を送り方向に列に配置する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光硬化型材料に光を照射して硬化する照射装置に係り、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源に用いたＬＥＤ照射装置に関する。

一般に、平板印刷等に用いられる印刷機では搬送チェーン等に保持されて搬送される記録媒体の印刷面にインク（インキを含む。以下、単にインクと言う。）の一種として紫外線硬化型インクを用いて印刷することが知られている。この種の印刷機において、紫外線硬化型インクを乾燥させるには、通常印刷直後の搬送中の印刷面にメタルハライドランプや水銀ランプ等の光を照射して紫外線硬化型インクを硬化させて印刷面に密着させる紫外線硬化用乾燥装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。この様な紫外線硬化用乾燥装置では、紫外線硬化型インクが記録媒体に着弾後、これを速やかに光硬化させているが、このためには、高出力で比較的大型の光照射装置が必要とされている。
一方、多数のＬＥＤを列状に並べて構成した複数本の線状光源と、各線状光源に対応した凹面反射鏡とを備え、各凹面反射鏡が線状光源のそれぞれの光を同一箇所に集光する線状照明装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３９３６７８０号公報 特開２００２−９３２２７号公報

上記光照射装置の光源に、メタルハライドランプや水銀ランプ等のランプ型の光源に代えて、上記線状照明装置を採用することで装置の小型化が可能になる。しかしながら、紫外線ＬＥＤの光出力はランプ型光源に比べて小さい。このため、インク硬化に必要な紫外線光量を確保するには、多くの紫外線ＬＥＤが必要となることから、光源の発熱が問題となる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、低出力でもインク硬化に必要な紫外線光量を確保したＬＥＤ照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、紫外線を照射するＬＥＤを備え、このＬＥＤによって記録媒体に印刷したインクに紫外線を照射し、前記インクを硬化させるＬＥＤ光源装置において、基板上に、前記記録媒体の送り方向においてピーク照度が連続して略平坦となるように、複数の前記ＬＥＤを送り方向に列に配置したことを特徴とする。

また、上記構成において、前記ＬＥＤを冷却する冷却用流体の流路を前記ＬＥＤの列に亘って形成する冷却ジャケットを前記基板の裏面に配置し、前記基板側の前記冷却ジャケットに、前記流路に露出して前記基板の熱を放熱する放熱フィンを前記冷却用流体の流れ方向に沿って設けてもよい。

また、上記構成において、複数の前記基板を前記冷却用流体の流れ方向に沿って隣接させて配置し、前記放熱フィンには、前記基板の隣接部分に対応する位置に、前記基板に向けて凹む溝を形成してもよい。

また、上記構成において、前記放熱フィンは、複数のフィン部材を配列して形成され、中央部に位置するフィン部材ほど表面積が大きくなるように形成されてもよい。

また、上記構成において、前記フィン部材は、中央部ほど間隔が狭く配置されてもよい。

また、上記構成において、前記フィン部材は、中央部ほど厚みが薄く形成されてもよい。

本発明によれば、基板上に、記録媒体の送り方向においてピーク照度が連続して略平坦となるように、複数のＬＥＤを送り方向に列に配置したため、インクに紫外線が比較的長く照射されるので、インクの硬化反応に有効であり、低出力でもインク硬化に必要な紫外線光量を確保できる。

本発明の本実施の形態に係わるＬＥＤ照射装置の平面、正面、背面、及び側面を示す図である。 ＬＥＤ照射装置の内部構成を一端側から示す透視図である。 図２の一部を拡大して示す図である。 ＬＥＤ照射装置の内部構造を側方から示す透視図である。 冷却ジャケット本体の背面を示す図、及び、冷却ジャケット本体を一端側から示す透視図である。 ＬＥＤ基板の正面及び側面を示す図である。 ＬＥＤ照射装置の紫外照度を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わるＬＥＤ照射装置の平面、正面、背面、及び側面を示す図である。
ＬＥＤ照射装置１は、記録装置に用いられ、記録装置によって記録媒体に記録されたインクに紫外線を照射し、インクを硬化させる照射装置である。ＬＥＤ照射装置１は、図１に示すように、記録媒体の横幅に応じた長さに延びた細長い箱型の筐体２を有し、この筐体２は、前板２Ａと、背板２Ｂと、長手方向に延びる一端側の一側板２Ｃと、長手方向に延びる他端側の他側板２Ｄと、幅方向（図１の正面を示す図では、上下方向）に延びる一対の側板２Ｅとを備えて構成されている。前板２Ａには、長手方向の細長い矩形状に開口した照射開口４が設けられている。照射開口４は、紫外線に対して透明な例えば石英ガラスからなる前面ガラス４Ａで覆われており、この前面ガラス４Ａの内側には、多数のＬＥＤ６を備える複数（本実施の形態では、１４個）のＬＥＤ基板（基板）８が一列に隣接配置され、面状光を照射する面状光源が構成されている。

筐体２の背板２Ｂには、筐体２の長さより短い箱形の金属製の制御ボックス１０が取り付けられている。制御ボックス１０の長手方向に延出する一端側の一側面１０Ａには、ケーブルを通す通線口１２が設けられている。
制御ボックス１０には、インクによる前面ガラス４Ａの汚れを防止する保護バー１４が長手方向に複数（本実施の形態では、７つ）設けられている。保護バー１４は、制御ボックス１０の一側面１０Ａから筐体２の前板２Ａを回り込んで制御ボックス１０の長手方向に延出する他端側の他側面１０Ｂに延びている。保護バー１４は、図１の正面図に示すように、記録媒体の送り方向（正面図では、上下方向）に対して所定の角度を付けて設けられており、紫外線照射時の保護バー１４の影による記録媒体の照射むらを抑制できるようになっている。また、保護バー１４は、図１の側面図に示すように、一端側に向けて突出する突出部１４Ａを備えており、この突出部１４Ａは、一側板２Ｃに対して所定の角度を付けて傾斜する傾斜部１４Ｂを有して構成されている。記録媒体は、搬送時にこの傾斜部１４Ｂに沿って案内されるので、記録媒体が搬送時に浮き上がってＬＥＤ照射装置１に接触することが防止される。保護バー１４は、使用用途によって適宜装着されるもので、記録媒体への照射距離を調整するとともに、記録媒体の円滑な流れを調整する役割も果たす。
制御ボックス１０の背面１０Ｃには、図１の背面図に示すように、ＬＥＤ照射装置１の搬送時に使用される折り畳み式の把手１６が一対設けられている。

図２は、ＬＥＤ照射装置１の内部構成を一端側から示す透視図であり、図３は、図２の一部を拡大して示す図である。図４は、ＬＥＤ照射装置１の内部構造を側方（図１の側面を示す図の側）から示す透視図である。図５は、冷却ジャケット本体の背面を示す図、及び、冷却ジャケット本体を一端側から示す透視図である。
図２及び図３に示すように、制御ボックス１０の中には、ＬＥＤ基板８に対応する位置に、複数（本実施の形態では、１４個）の駆動基板１８が設けられている。各駆動基板１８は、一端側及び他端側にそれぞれ一対のコネクター１８Ａを備えている。これら複数の駆動基板１８は、複数（本実施の形態では、３つ）の端子台２２が取り付けられている。

筐体２の中には、前面部に、ＬＥＤ基板８が設けられている。ＬＥＤ基板８は、一端側及び他端側にそれぞれ一対のコネクター８Ａを備え、これらのコネクター８Ａは、背面側に延出している。各コネクター８Ａは、図４に示すように、駆動基板１８のコネクター１８Ａのそれぞれに接続ケーブル２４によって接続されている。すなわち、ＬＥＤ基板８と、駆動基板１８とは、４本の接続ケーブル２４によって接続されており、これらが１つのモジュール２６を構成している。したがって、ＬＥＤ照射装置１は、図２に示すように、１４個のモジュール２６を備えて構成されている。なお、モジュール２６の数は、１つでもよいし、それ以上であってもよい。

ＬＥＤ基板８の背面には、ＬＥＤ基板８を冷却する冷却ジャケット３０が設けられている。冷却ジャケット３０は、背面側を開放する箱形の冷却ジャケット本体３２と、この冷却ジャケット本体３２の開放部を覆うとともに、筐体２の背板２Ｂを構成する冷却ジャケット蓋３４とを備えている。冷却ジャケット本体３２と冷却ジャケット蓋３４との間にはＯ−リングが配置され、これら冷却ジャケット本体３２及び冷却ジャケット蓋３４は密封されている。
冷却ジャケット本体３２及び冷却ジャケット蓋３４は、例えば銅等の高熱伝導性の金属から形成されている。また、冷却ジャケット３０を覆う筐体２の前板２Ａ、一側板２Ｃ、他側板２Ｄ、及び一対の側板２Ｅは、例えばアルミニウム等で形成されて冷却ジャケット３０を保護している。

冷却ジャケット本体３２は、筐体２の前板２Ａに密着して固定されており、前板２Ａに伝導したＬＥＤ６（図１参照）の熱が、冷却ジャケット本体３２に伝導しやすくなり、ＬＥＤ６の熱をより効果的に放熱することができる。
ＬＥＤ基板８は、冷却ジャケット本体３２に密着して固定され、駆動基板１８は、冷却ジャケット蓋３４に密着して固定されている。ここで、ＬＥＤ基板８には、熱伝導性の良好な部材としてシリコンが塗布されており、ＬＥＤ基板８を冷却ジャケット本体３２に固定した際に、このＬＥＤ基板８と、冷却ジャケット本体３２との間に、シリコンが充填されることとなる。つまり、ＬＥＤ６の熱が、シリコンを介して冷却ジャケット本体３２に伝導しやすくなり、ＬＥＤ６の熱をより効果的に放熱することができる。また、駆動基板１８にもシリコンが塗布されており、駆動基板１８の熱がシリコンを介して冷却ジャケット蓋３４に効果的に放熱される。

冷却ジャケット蓋３４の長手方向の両端部には、冷却ジャケット３０内に冷却用流体を供給するための送水口３６と、冷却ジャケット３０内の冷却用流体を外部に排出するための帰水口３８とがそれぞれ形成されている。すなわち、冷却ジャケット３０内には、送水口３６から帰水口３８にかけて冷却用流体が流通する流路Ｆが形成されており、冷却用流体は、図２中矢印で示すように、送水口３６から帰水口３８に流通する。流路Ｆは、ＬＥＤ基板８及び駆動基板１８の配列長さよりも長く形成されており、流路Ｆ内に冷却用流体を流通させることで、冷却ジャケット本体３２及び冷却ジャケット蓋３４に伝導したＬＥＤ基板８及び駆動基板１８の熱が冷却用流体に伝導されることとなる。
図４に示すように、流路Ｆを形成する冷却ジャケット本体３２の一端側には、一端側に凹む一凹部３２Ａが形成され、他端側には、凹部３２Ａに対向して、他端側に凹む他凹部３２Ｂが形成されている。

冷却ジャケット本体３２には、流路Ｆに露出する放熱フィン４０が設けられている。放熱フィン４０は、冷却ジャケット本体３２の幅方向（図４では、上下方向）の中央部に配置されて筐体２の長手方向に延びる複数（本実施の形態では、６つ）の中央フィン部材４１と、これらの中央フィン部材４１を挟んで平行に配置される一対の外側フィン部材４２とを備えている。中央フィン部材４１は、厚みが比較的薄く（例えば、３ｍｍ）形成され、外側フィン部材４２は、厚みが比較的厚く（例えば、４ｍｍ）形成されている。中央フィン部材４１は、冷却ジャケット本体３２の幅方向に略同一の間隔δ（例えば、３ｍｍ）で配置され、外側フィン部材４２は、冷却ジャケット本体３２から中央フィン部材４１の間隔δより大きい間隔ｄ（例えば、４ｍｍ）を置いて配置される。
フィン部材４１，４２には、図２及び図５に示すように、ＬＥＤ基板８の隣接部分に対応する位置に、ＬＥＤ基板８側に凹む溝４１Ａ，４２Ａがそれぞれ形成されている。

図６は、ＬＥＤ基板８の正面及び側面を示す図である。図７は、ＬＥＤ照射装置１の紫外照度と照射幅との関係を示す図である。なお、図７では、ＬＥＤ６からの照射距離が比較的近い（例えば、１０ｍｍ）位置における紫外照度と照射幅との関係が示されている。
図６に示すように、ＬＥＤ基板８は、絶縁基板８Ｂと、金属プレート８Ｃと、これら絶縁基板８Ｂと金属プレート８Ｃとの間に挟まれて固定される幅方向（図６では、上下方向）一対の金属板８Ｄとを備えて構成されている。絶縁基板８ＢにはＬＥＤ６が配置されるため、この絶縁基板８Ｂは、無機粉体又は無機繊維を含有する高分子樹脂又は耐熱性高分子樹脂により形成されている。一方、金属プレート８Ｃ及び金属板８Ｄは、銅等の高熱伝導性材から形成されており、ＬＥＤ基板８は、ＬＥＤ６から発生する熱を放散させる機能を有している。

各ＬＥＤ基板８は、複数（本実施の形態では、６３０個）のＬＥＤ６を備えており、各ＬＥＤ基板８の出力は、例えば５００Ｗ程度になる。各ＬＥＤ６は、例えば波長３７５ｎｍの光を照射する紫外線ＬＥＤである。これらのＬＥＤ６は格子状（３０×２１個）に配列され、ＬＥＤ６の配置間隔は、ＬＥＤ６全体の紫外照度分布が略均一となるように設定される。ＬＥＤ６は、ＬＥＤ基板８の長さＬに亘って配置されるとともに、幅方向の配列幅Ｗが長くなるように列に配置されている。

このように、ＬＥＤ６は、紫外照度分布が均一となるように、且つ、ＬＥＤ基板８の幅方向、すなわち、記録媒体の送り方向の配列幅Ｗが長くなるように列に配置されるため、図７に示すように、ＬＥＤ照射装置１のピーク照度が連続して略平坦になる。これにより、ＬＥＤ照射装置１では、ＬＥＤの幅方向の配列幅を短くして紫外線を瞬時に照射する場合に比べ、紫外線の照射時間が長くなるので、低出力でもインク硬化に必要な紫外線光量を確保できる。したがって、大きな冷却能力を必要としないので、冷却ジャケット３０を小型化できるとともに、冷却用流体に例えば水道水を用いたとしても、出力５００ＷのＬＥＤ基板８を冷却できる。

本実施の形態では、ＬＥＤ６の熱を吸収して帰水口３８から排水された冷却用流体は、例えば冷却装置によって冷却された後、再度送水口３６に供給されて循環される。本構成では、ＬＥＤ基板８の出力を低く抑えており、必要な冷却用流体の温度は、室温程度（例えば、２２℃）でよいので、ＬＥＤ照射装置１は、結露対策を必要とせず、構成が簡素化する。なお、帰水口３８から排水された冷却用流体を循環させずに廃棄するように構成してもよい。
また、図２及び図４に示すように、流路Ｆは、ＬＥＤ基板８の面に沿って形成されるとともに、凹部３２Ａ，３２Ｂを結ぶ流路Ｆの幅Ｈは、ＬＥＤ６の配列幅Ｗと略同一となっている。このため、冷却用流体は、ＬＥＤ６の配列幅ＷでＬＥＤ基板８の面に沿って流通することとなるので、全てのＬＥＤ６を冷却できる。

複数のＬＥＤ６を格子状に配置し、冷却ジャケット３０の長手方向に冷却用流体を流通させる場合、ＬＥＤ基板８の幅方向の中央部に位置するＬＥＤ６ほど温度が高くなる。ＬＥＤ６は、温度が高くなるほど照射効率が低下するおそれがある。そこで、本実施の形態では、冷却ジャケット３０の幅方向の中央部に、厚みの薄い中央フィン部材４１を配置し、幅方向の外側に、厚みの厚い外側フィン部材４２を配置するとともに、外側フィン部材４２を配置する間隔ｄを、中央フィン部材４１を配置する間隔δより大きくした。このため、ＬＥＤ基板８の中央部ほど冷却効率が高くなるので、ＬＥＤ基板８の幅方向においてＬＥＤ６を略均一に冷却できる。

さらに、フィン部材４１，４２には、ＬＥＤ基板８の隣接部分に対応する位置に、ＬＥＤ基板８側に凹む溝４１Ａ，４２Ａを形成したため、熱抵抗の高いＬＥＤ基板８の隣接部分の近くに冷却流体を流通させて隣接部分をより効果的に冷却できるので、複数のＬＥＤ基板８全体を略均一に冷却できる。
このように、ＬＥＤ基板８を略均一に冷却する構成としたことで、ＬＥＤ６の照射効率を均一にでき、その結果、記録媒体に印刷されたインクを略均一に硬化させることができる。
また、本実施の形態では、各ＬＥＤ基板８は複数（３つ）の端子台２２のいずれかに接続されて制御されており、複数（１４個）のＬＥＤ基板８は３つのブロックに分かれているため、メンテナンス時には、ブロック毎にＬＥＤ基板８を交換できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＬＥＤ基板８上に、記録媒体の送り方向においてピーク照度が連続して略平坦となるように、複数のＬＥＤ６を送り方向に列に配置したため、インクに紫外線が比較的長く照射されるので、インクの硬化反応に有効であり、低出力でもインク硬化に必要な紫外線光量を確保できる。

また、本実施の形態によれば、ＬＥＤ６を冷却する冷却用流体の流路ＦをＬＥＤ６の配列幅Ｗに亘って形成する冷却ジャケット３０をＬＥＤ基板８の裏面に配置し、ＬＥＤ基板８側の冷却ジャケット３０に、流路Ｆに露出してＬＥＤ基板８の熱を放熱する放熱フィン４０を冷却用流体の流れ方向に沿って設けたため、十分な放熱性が得られる。

また、本実施の形態によれば、複数のＬＥＤ基板８を冷却用流体の流れ方向に沿って隣接させて配置し、放熱フィン４０には、ＬＥＤ基板８の隣接部分に対応する位置に、ＬＥＤ基板８に向けて凹む溝４１Ａ，４２Ａを形成する構成とした。このため、熱抵抗の高いＬＥＤ基板８の隣接部分の近くに冷却流体を流通させて隣接部分をより効果的に冷却できるので、複数のＬＥＤ基板８全体を略均一に冷却できる。

また、本実施の形態によれば、放熱フィン４０は、複数のフィン部材４１，４２を配列して形成され、中央に位置する中央フィン部材４１は、外側に位置する外側フィン部材４２より間隔が狭く配置され、また、外側フィン部材４２より厚みが薄く形成される構成とした。このように、中央フィン部材４１を外側フィン部材４２よりも表面積が大きくなるように形成したため、ＬＥＤ基板８の中央部ほど冷却効率が高くなるので、ＬＥＤ基板８の幅方向においてＬＥＤ６を略均一に冷却できる。

但し、上記実施の形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、ＬＥＤ６として波長３７５ｎｍの光を発する紫外線ＬＥＤを用いたが、これに限らず、ＬＥＤ６には、硬化させる光硬化型材料の種類に応じて最適な光を発するＬＥＤを用いることができる。
また、上記実施の形態では、ＬＥＤ６は、送り方向に列になるように格子状に配置されていたが、これに限らず、送り方向に列となれば、例えば千鳥状に配置されてもよい。

また、上記実施の形態では、ＬＥＤ６の配列幅ＷがＬＥＤ照射装置１の照射幅となっていたが、ＬＥＤ６の点灯を個別に制御するように構成することで、幅方向の照射幅を変更するようにしてもよい。この場合、インクの硬化に必要な紫外線光量が得られる幅分のＬＥＤ６を点灯するようにすればよい。
また、上記実施の形態では、複数の中央フィン部材４１は、略同一の間隔δで配置され、略同一の厚みで形成されていたが、中央部に位置するフィン部材ほど厚みが薄く形成され、及び／又は、中央部に位置するフィン部材ほど間隔が狭く配置されてもよい。
さらに、上記実施の形態では、ＬＥＤ基板８は複数設けられていたが、一枚であってもよい。この場合、フィン部材４１，４２に溝４１Ａ，４２Ａを設ける必要はない。

１ ＬＥＤ照射装置
６ ＬＥＤ
８ ＬＥＤ基板（基板）
３０ 冷却ジャケット
４０ 放熱フィン
４１ 中央フィン部材
４２ 外側フィン部材
４１Ａ，４２Ａ 溝
Ｆ 流路
δ 間隔
ｄ 間隔

Claims (4)

1. 紫外線を照射するＬＥＤを備え、このＬＥＤによって記録媒体に印刷したインクに紫外線を照射し、前記インクを硬化させるＬＥＤ照射装置において、
   基板上に、前記記録媒体の送り方向においてピーク照度が連続して略平坦となるように、複数の前記ＬＥＤを送り方向に列に配置したことを特徴とするＬＥＤ照射装置。
2. 前記ＬＥＤを冷却する冷却用流体の流路を前記ＬＥＤの列に亘って形成する冷却ジャケットを前記基板の裏面に配置し、
   前記基板側の前記冷却ジャケットに、前記流路に露出して前記基板の熱を放熱する放熱フィンを前記冷却用流体の流れ方向に沿って設けたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照射装置。
3. 複数の前記基板を前記冷却用流体の流れ方向に沿って隣接させて配置し、
   前記放熱フィンには、前記基板の隣接部分に対応する位置に、前記基板に向けて凹む溝を形成したことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照射装置。
4. 前記放熱フィンは、複数のフィン部材を配列して形成され、
   中央部に位置するフィン部材ほど表面積が大きくなるように形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のＬＥＤ照射装置。

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