JP6221550B2 - 光照射装置 - Google Patents
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Description
各楕円面鏡に対面して配置されるLEDのうち、同列位置にある一つのLEDから放射されて楕円面鏡で反射された光の光軸を、照射面の同一の集光点に集光させていた(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、この構成では、照射ユニットの数分だけチューブを設ける必要があるため、光照射装置が大型化してしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、大型化を抑制しつつ各照射ユニットを冷却可能な光照射装置を提供することを目的とする。
図1は本実施形態に係る光源装置を有する紫外線硬化装置10を備える枚葉印刷機1の模式図である。
本実施形態では、光源から紫外線を照射する光照射装置としての紫外線照射装置を、枚葉印刷機1に利用される紫外線硬化装置10として用いた例について説明する。
枚葉印刷機1は、図1に示されるように、給紙装置2、印刷ユニット5、コーティングユニット6、及び排紙装置7により構成される。
当該枚葉印刷機1の基本構成は、特開2011−50909号公報に記載されているものと同様の構成であるので、詳細には説明しないが、給紙装置2は、給紙台3に準備された枚葉紙4を給紙し、印刷ユニット5では、所望の絵柄でインキ(活性化エネルギー線硬化型インキ)が枚葉紙4に印刷され、さらに、コーティングユニット6で、枚葉紙4にニス(活性化エネルギー線硬化型ニス)が印刷される。インキ及びニスを印刷された枚葉紙4は、コーティングユニット6から排紙装置7に送られる。
搬送手段9は、排紙台8の上部に設けられるスプロケット9aと、コーティングユニット6の枚葉紙4の送り口に対応する位置に設けられるスプロケット9bと、スプロケット9a,9bに巻きかけられてスプロケット9a,9bの回転に連動して循環する排紙チェーン9cとを備え、排紙チェーン9cの循環により、コーティングユニット6から送られてきた枚葉紙4が、排紙台8に搬送されるようになっている。
排紙チェーン9cの循環経路は、一部の区間で往路及び復路が水平方向に対して傾斜され、他の区間で、往路及び復路が水平方向に延在されている。
枚葉紙4を咥えて、排紙チェーン9cの走行に連動させて枚葉紙4を搬送させるグリッパ9dが、排紙チェーン9cの循環経路に沿って設けられている。枚葉紙4は、インキ及びニスが印刷された面を循環経路の内側に向けて搬送される。
なお、紫外線硬化装置10は、排紙チェーン9cの循環移動に連動して搬送される枚葉紙4に紫外線を照射するものとして説明したが、印刷ユニット5やコーティングユニット6を経由した直後の枚葉紙4に紫外線を照射する位置に設けてもよい。
図2〜図6において、紫外線硬化装置10は、ライン状の紫外線を照射するライン光源装置として用いられ、ライン光源本体11と、ライン光源本体11の側部に設けられる中継ユニット60とを備えている。
ライン光源本体11は、一列に連結される複数(ここでは、11つ)の照射ユニット13からなる連結照射ユニット12と、連結照射ユニット12の周囲を囲んで、連結照射ユニット12を支持する支持枠14と、支持枠14の一端側の開口縁部に取り付けられる枠状の前面枠15と、支持枠14の他端の開口を覆うように取り付けられる背面カバー16とを備えている。
ガラス板17が、前面枠15に嵌められている。ガラス板17が支持枠14の開口を覆うように、前面枠15が、支持枠14の一端側の開口縁部に取り付けられている。
また、概略断面コ字状の背面カバー16が、連結照射ユニット12の背面を覆うように、その先端側を支持枠14の他端側に固定して設けられている。背面カバー16と連結照射ユニット12との間には、スペース18が形成されている。
また、各照射ユニット13は、電気的に内外を接続するための端子台50を有している。
中継ユニット60は、ライン光源本体11の長手方向の一端に設けられている。なお、ライン光源本体11の長手方向は、光源装置20の配列方向に一致するものとする。
そして、電線(図示せず)が、中継ユニット60の電源端子62から延び、各照射ユニット13の端子台50に接続され、電源端子62から端子台50に電力を供給可能になっている。
図7〜図9において、照射ユニット13のそれぞれは、第1〜第3光源ユニット30A〜30Cからなる光源装置20と、光源装置20を冷却する冷却ジャケット40と、冷却ジャケット40に取り付けられて、光源装置20への電源入力部となる前述の端子台50とを備えている。また、各照射ユニット13は、ライン光源本体11(図4)の長手方向の両側にアルミを材料とする補助反射板55を備えている。
支持基部22Aは、例えば、熱伝導性に優れる金属により作製される。支持基部22Aは、受熱面41aに押し付けられる放熱面23a、及び放熱面23aに対面する取付面24aを有している。
反射面37は、後述するように、光源32に含まれる複数のLED発光素子33a,33bごとに、LED発光素子33a,33bからの光を同一の集光点に集光させるための曲率を有している。すなわち、LED発光素子33a側の反射部材35Aは反射面37がLED発光素子33aの光を集光点Fに集光する位置に配置され、LED発光素子33b側の反射部材35Aは反射面37がLED発光素子33bの光を集光点Fに集光する位置に配置され、それぞれが、同一の曲率半径を有している。
支持基部22Bは、支持基部22Aと同じ長さの長尺体であり、冷却ジャケット40に支持される放熱面23b、放熱面23bとの間に所定の角度を形成する取付面24bを有している。支持基部22Bは、断面直角台形状に形成され、斜辺により表される面が取付面24bとなっている以外は、支持基部22Aと同様に構成されている。
反射部材35Bの反射面37は、LED発光素子33aの光を集光する第1反射面37aと、LED発光素子33bの光を集光する第2反射面37bとを備え、それぞれが、異なる曲率半径を有している。第1及び第2反射面37a,37bは、反射部材35Bの基端から先端にかけて交互に配置されている。反射部材35Bは、反射面37に形成される2つの第1及び第2反射面37a,37bの曲率が、反射部材35Aの反射面37の曲率と異なる点を除いて、反射部材35Aと同様の構成を有している。
また、第3光源ユニット30Cの構成は、第2光源ユニット30Bの構成と同様である。
図12は、冷却ジャケット40及びパイプ65,66を示す分解斜視図である。図13は、冷却ジャケット本体41を示す平面図である。
図12及び図13において、冷却ジャケット40は、熱伝導性に優れる金属を材料として作製されている。冷却ジャケット40は、冷却ジャケット本体41と、冷却ジャケット本体41を塞口する蓋部45とを備えている。冷却ジャケット本体41は、矩形形状の外形で、かつ所定の厚みの板形状を有している。厚み方向の一面側が、上述の支持基部22A,22B(図10)を支持する受熱面41aとして構成されている。冷却ジャケット本体41の厚み方向の他面側には、長手方向の両端のそれぞれに、短手方向に延びる中継凹部42が形成されている。また、一対の中継凹部42の間を接続する複数の溝43が、冷却ジャケット本体41の長手方向に平行に形成されている。これらの中継凹部42及び溝43が照射ユニット13の流路を形成している。一方の中継凹部42には、少なくとも1つ(本実施形態では、2つ)供給孔44aが設けられている。また、他方の中継凹部42には、少なくとも1つ(本実施形態では、2つ)排出孔44bが設けられている。
供給孔44aの断面積は、複数の溝43と蓋部45とにより構成される複数の流路の断面積を足した値に等しくなっている。排出孔44bの断面積は、供給孔44aの断面積と同じに設定されているが、排出孔44bの断面積は、供給孔44aの断面積以上に設定されていればよい。
図6に示すように、照射ユニット13がパイプ65,66に載置されると、冷却ジャケット40の供給孔44a及び排出孔44bがパイプ65の接続口68,69に接続される。これにより、加圧された冷却媒体を、冷却媒体入口ポート63に供給することで、冷却媒体が、パイプ65から冷却ジャケット40に供給され、パイプ65を通って、冷却媒体出口ポート64から排水されるように、冷却媒体を循環させることが可能になっている。供給孔44a及び排出孔44bと接続口68,69とはO−リングを介して水密に接続されている。冷却媒体が冷却ジャケット40を経由しつつ循環することで、冷却媒体とLED発光素子33aとの間で熱交換が行われて、光源32が冷却される。
そこで、接続口68,69の径の大きさを、一端部12aの冷却媒体入口ポート63から遠くなるほど大きくすることで、複数の照射ユニット13において流路抵抗を略同一にする構成としている。したがって、複数の照射ユニット13の流量を略均一できるので、複数の照射ユニット13を略均一に冷却できる。これにより、紫外線硬化装置10全体の冷却効率を向上できるので、冷却ジャケット40を熱伝導率が比較的低い材料で形成しても照射ユニット13を十分に冷却できる。すなわち、冷却ジャケット40を軽量の材料(例えば、プラスチック)で形成できるので、照射ユニット13をさらに軽量化できる。
また、本実施形態では、冷却媒体入口ポート63から最遠の照射ユニット13において、接続口68,69の径の大きさを、供給孔44aと同じ大きさになるように、接続口68,69の径の大きさが設定されているが、これに限定されない。
また、本実施形態では、入口側のパイプ65と出口側のパイプ66において接続口68,69の径の大きさを等しくしている。これにより、接続口68,69の部品を共通化できるので、紫外線硬化装置10の組み立てが容易になるとともに、紫外線硬化装置10のコストを削減できる。接続口68,69の径の大きさは異なっていてもよい。また、出口側のパイプ65の接続口68,69の径の大きさを冷却媒体入口ポート63から遠くなるほど大きくするようにしてもよい。
第1光源ユニット30Aについて説明する。図9において、第1光源ユニット30Aの支持基部22Aが、冷却ジャケット本体41の受熱面41aに、放熱面23aを接触させ、冷却ジャケット40の短手方向に延在するように冷却ジャケット40に取り付けられている。なお、支持基部22Aには、冷却ジャケット40の長手方向に、受熱面41aに沿って延びるフランジ部が、一体に設けられている。
取付面24aには、アルミ基板31が設けられ、図11に示されるように、アルミ基板31には、光源チップ34が、支持基部22Aの長手方向に連なるように設けられている。
各光源32では、1行目の2つのLED発光素子33aが、支持基部22Aの長手方向に並べられ、また、2行目のLED発光素子33bも、支持基部22Aの長手方向に並べられている。また、複数の光源チップ34は、支持基部22Aの長手方向に連なるので、各光源32のLED発光素子33aは、ライン状に配置される。また、各光源32のLED発光素子33bも同様にライン状に配置される。
ここでは、第2光源ユニット30Bの反射部材35Bが、第1光源ユニット30Aの反射部材35Aと前後に配置されている。なお、第2光源ユニット30Bの反射部材35Bと第1光源ユニット30Aの反射部材35Aとが前後に配置されるとは、第2光源ユニット30Bの反射部材35Bの反射面37と、第1光源ユニット30Aの反射部材35Aの反射面37とが同じ方向を臨むように配置されるものをいう。このとき、反射部材35A,35Bの反射面37の先端は、同じ高さ位置にあり、後ろに配置される第2光源ユニット30Bの反射面37からの反射光が、前に配置される第1光源ユニット30Aの反射部材35Aに遮られない位置関係にある。
また、反射部材35Bが、反射面37を光源32に対面させて立設され、その底面を、支持基部22Bから延びるフランジ部を介して受熱面41aに固定されている。このとき、光源32から照射される光は、ほとんどが反射部材35Bで反射されるように、反射部材35Bと光源32の位置関係が設定されている。
以上のように複数の光源チップ34、及び反射部材35Bを配置することで、第2光源ユニット30Bでも、複数の光源チップ34の光源32が、ライン状に配列される。
第1光源ユニット30Aのレンズ36は、対向する反射部材35Aに挟まれるように、補助反射板55に支持され、補助反射板55は反射部材35A,35Bに固定される。
以上のように、各照射ユニット13が組み立てられる。
また、図4に示されるように、照射ユニット13を、支持枠14に固定したパイプ65に支持し、ガラス板17及び前面枠15を支持枠14の一端に取り付け、背面カバー16を支持枠14の他端に取り付けることで、ライン光源本体11が得られる。
さらに、ライン光源本体11の側部に中継ユニット60を設けるとともにライン光源本体11にレール19を取り付けることで、紫外線硬化装置10が得られる。
図14は、光源装置20の集光について説明する図である。
図14において、第1光源ユニット30Aの各光源32から放射される光のうち、反射部材35Aで反射されない光が、ほとんどレンズ36を透過するように、レンズ36が対向する反射部材35A間に配置されている。一対の反射部材35Aの反射面37は同一の曲率の楕円反射面であり、LED発光素子33a,33bからの光を集光点Fに向けて反射する曲率を有する。なお、集光点Fは、反射部材35の高さ方向に関し、反射部材35Aの先端との間に所定の照射距離WDだけ離れた位置に設定されている。
即ち、LED発光素子33a側の反射面37の第1焦点にLED発光素子33aが配置され、LED発光素子33a側の反射面37の第2焦点が集光点Fとなる。また、LED発光素子33b側の反射面37の第1焦点にLED発光素子33bが配置され、LED発光素子33b側の反射面37の第2焦点が、反射面37の第2焦点と共通に設定されて、集光点Fとなる。
即ち、第1反射面37aの第1焦点にLED発光素子33aが配置され、第1反射面37aの第2焦点が集光点Fとなる。また、第2反射面37bの第1焦点にLED発光素子33bが配置され、第2反射面37bの第2焦点が、第1反射面37aの第2焦点と共通に設定されて、集光点Fとなる。
各光源32のLED発光素子33a,33bのピッチ間距離Paに応じて、第1及び第2反射面37a,37bの曲率を設定しているものの、光源32から第1及び第2反射面37a,37bの所定部位までの距離は、第1及び第2反射面37a,37bの位置によって異なる。
反射面37の先端から基端に向かって、反射面37の位置を連続して移動させた場合の、反射面37と光源32との間の距離は、連続して変化する。このため、第1及び第2反射面37a,37bのそれぞれにより反射された光束は、照射面Dでは、所定の広がりを有し、また、照射面Dにおける照度(分布)は一律とならず連続して変化する。なお、照射面Dは、集光点Fを含み、反射部材35Aの高さ方向に直交する面である。
そこで、LED発光素子33a,33bごとの放射光を同一の集光点Fに集光させるとは、次のものをいう。即ち、各LED発光素子33a,33bの放射光が、対応する第1及び第2反射面37a,37bで反射された後、放射光の各々の光軸が、照射面Dの同一の集光点Fで交わるように、各LED発光素子33a,33bの放射光を集光させるものをいう。つまり、各LED発光素子33a,33bから直接放射される光は、互いの光軸を略平行にして反射面37に向かうことになるが、第1及び第2反射面37a,37bは、対応するLED発光素子33a,33bの放射光を、光軸が照射面Dの同一の集光点Fに集まるように反射させて集光させる曲率を有している。
従って、光源装置20では、集光点Fでの光のピーク強度が効果的に増大される。
本実施形態では、第1光源ユニット30Aが、光源32と、対向配置され、光源32の光を反射して照射面の集光点Fに集光させる一対の反射部材35Aと、光源32の直接光を透過して集光点Fに集光させるレンズ36とを有する構成とした。この構成により、反射部材35Aで反射されずに照射面に向かう光が、レンズ36によって集光されるので、集光点Fでの光強度を増強させることができる。したがって、例えば、反射部材35A及び第1光源ユニット30Aの両側に配置する第2及び第3光源ユニット30B,30Cの反射部材35Bの大きさ(例えば、高さ)を小さくしたり、光源ユニット30A〜30Cの間の配列間隔を短くしたりすることも可能となる。
また、レンズ36を用いることにより、反射部材35Aの高さを抑えることができる。したがって、反射部材35Bを反射部材35Aに寄せて配置しても、反射部材35Bからの反射光が反射部材35Aに遮られることがない。各光源ユニット30B,30Cからの光を最大限に集光点Fに集めることができる。
このように、反射部材35A,35Bの高さ、及び反射部材35A,35Bの配列間隔を短くできるので、照射ユニット13を小型化でき、ひいては、紫外線硬化装置10を小型化できる。また、第2及び第3光源ユニット30B,30Cの設置幅を抑えることで、余裕のできた設置スペースに、第2及び第3光源ユニット30B,30Cと同種の光源ユニットを追加配置し、集光点Fでの光の強度(照度、光量)を更に増大させることができる。
また、紫外線硬化型の枚葉印刷機1において、本願のコンパクトで集光力の高い紫外線硬化装置10を用いることで、枚葉印刷機1の限りある設置スペースの中に紫外線硬化装置10を効果的に設置でき、枚葉紙4に印刷されたニス及びインキを硬化するのに必要な紫外線の十分な強度を確保できる。
また、第2及び第3光源ユニット30B,30Cの光源32は、当該第2及び第3光源ユニット30B,30Cの反射部材35Bに対面して配置する構成とした。この構成により、例えば、第2及び第3光源ユニット30B,30Cの光源32を反射部材35Bの高さ方向に直交させて配置する場合に比べ、第2及び第3光源ユニット30B,30Cの幅を小さくできる。
例えば、上述した実施形態では、光源32は、2行2列に配列された4つのLED発光素子33aを含むものとして説明したが、光源32はこのものによらず、発光点としてのLED発光素子33aを複数含むものであればよい。この場合でも、反射部材35A,35Bの反射面37を、同列位置に配置されるLED発光素子33aごとに、LED発光素子33aからの光を所定の集光点Fに集光させる曲率を有するものを用いればよい。
例えば、LED発光素子から赤外光を照射させるものは、例えば、フィルム製造の分野に用いることができる。
ここで、フィルム製造の分野では、フィルムの表面に赤外光を照射して、フィルムを加熱する集光型のハロゲンヒータを用いることが知られている。ハロゲンヒータは、ハロゲンランプと、ハロゲンランプからの光を反射させて、楕円面鏡における赤外光の照射口から所定の照射距離だけ離れた焦点に集光させる楕円面鏡とを備えている。例えば、ハロゲンヒータは、巻胴から引き出されるフィルムの表面に、楕円面鏡の焦点位置を合わせて配置されて、焦点に集光させた赤外光によりフィルムを加熱するものである。
本実施形態の光源ユニット30A〜30Cや、光源ユニット30A〜30Cを有する光源装置20において、紫外線を放射するLED発光素子33a,33bに代え、赤外光を放射するものを用いたものを、上記のハロゲンヒータに代えて利用することができる。
12a 一端部
12b 他端部
66,65 パイプ
42 中継凹部(流路)
43 溝(流路)
65a 流入口
65b 排出口
68,69 接続口
Claims (3)
- 流路を有する複数の照射ユニットを列状に繋げた光照射装置において、
前記照射ユニットはそれぞれ、光源装置と、当該光源装置の放熱面に受熱面が接触し内部に前記流路を有する冷却ジャケットとを備えて筐体内に収納され、
前記筐体内には、前記光源装置の両側に、前記照射ユニットの列の一端部から他端部に亘るパイプを設け、一方のパイプには、前記照射ユニットの列の一端部に、流入口を形成し、他方のパイプには、前記照射ユニットの列の一端部に、流出口を形成し、
前記冷却ジャケットは、前記光源装置の放熱面から両側の前記パイプ側に長手に延出し、当該長手方向の両端の一方には前記受熱面側に開放する供給孔を備え、他方には前記受熱面側に開放する排出孔を備え、
一方の前記パイプには、前記供給孔に対応する位置に前記供給孔を接続する接続口が設けられ、他方の前記パイプには、前記排出孔に対応する位置に前記排出孔を接続する接続口が設けられ、
前記照射ユニットは、前記冷却ジャケットが前記パイプ上に載置されて固定され、
前記冷却ジャケットが前記パイプに載置されると、前記供給孔及び前記排出孔がそれぞれ一方及び他方の前記パイプの接続口に接続される
ことを特徴とする光照射装置。 - 前記接続口を前記照射ユニットの列の前記一端部側よりも前記他端部側で大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。
- 複数の前記照射ユニットの流路の大きさを略同一に形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の光照射装置。
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