(57)【要約】【課題】平面へ光照射する際に光の照射強度分布の均一性を向上させることが可能な光照射装置を提供する。【解決手段】光源と、光源からの光を伝搬する光ファイババンドル１と、その出射面８側の端部に取り付けられた中空管４とを備え、中空管４の内面６は、光ファイババンドル１の出射面８から出射された光を反射して開口部５から出射させるようになっている光照射装置であって、光ファイババンドル１の出射面８および中空管４の内面６の断面形状が円形であり、中空管４の出射側の開口部５から光軸Ｃの方向に１ｍｍ離れた垂直面内に位置する少なくとも一つの測定軸Ｐ上における出射光の光強度分布において、光軸Ｃと交差する点Ｏの光強度を中心光強度とし、測定軸Ｐ上で光強度が中心光強度の９５％以上となる範囲の長さを照射径と定義するとき、照射径が、光ファイババンドル１の出射面８の径ｄの３５％以上である。【選択図】図１
2010008672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源からの光を伝搬する光ファイババンドルと、光ファイババンドルの出射面側の端部に取り付けられた中空管とを備え、前記中空管の内面は、前記光ファイババンドルの出射面から出射された光を反射して前記中空管の開口部から出射させるようになっている光照射装置であって、
前記光ファイババンドルの出射面および前記中空管の内面の断面形状が円形であり、前記中空管の出射側の開口部から光軸方向に１ｍｍ離れた垂直面内に位置する少なくとも一つの測定軸上における出射光の光強度分布において、前記光軸と交差する点の光強度を中心光強度とし、前記測定軸上で光強度が前記中心光強度の９５％以上となる範囲の長さを照射径と定義するとき、前記照射径が、前記光ファイババンドルの出射面の径の３５％以上であることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記光ファイババンドルの出射面から前記中空管の出射側の開口部までの距離が、前記光ファイババンドルの出射面の径の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化型樹脂の硬化等に用いられる光照射装置に関するものであって、光の照射強度分布の均一性を向上させたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの産業分野において、光硬化型樹脂の硬化方法として、光硬化法が利用されている。光硬化法は、プラスチックフィルムや紙等の基材にコーティング液や接着剤等の光硬化型樹脂を含む組成物を塗布し、光硬化型樹脂を硬化させる波長域の光（特に紫外光や可視光）を照射して、光重合反応を生じさせる技術である。
【０００３】
光硬化法に用いられる光源は、使用される光硬化型樹脂を硬化させる波長域の光を出射するものであればよく、水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の放電ランプが一般に用いられている。最近では、紫外線を発生する発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とした紫外線照射装置も実用化されている。
【０００４】
光硬化法においては、光の照射強度の分布が不均一なことにより、部分的に照射強度不足となり、光硬化型樹脂が面内で均一に硬化しない問題がある。この問題への対策として、光の照射強度の分布の均一性を改善する光照射装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、光源からの光を二つ以上の方向から光硬化型樹脂に照射する光硬化型樹脂の硬化装置が記載されている。
特許文献２には、紫外線硬化樹脂が塗布されたウエブの搬送方向に直交する方向に複数の光ファイバを配列して、紫外線が均一に照射できるようにした紫外線照射装置が記載されている。
特許文献３には、楕円形のミラーの一方の焦点の位置に紫外線ランプを配置し、他方の焦点よりもランプ側にずらした位置に線状体を配置し、ランプからの紫外線を直接及びミラーで反射させて線状体に照射して、線状体の表面のＵＶ樹脂を硬化させる紫外線照射装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１８１７２３号公報
【特許文献２】特開平５−５０００７号公報
【特許文献３】特開平５−２５４８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された装置には、２本以上の光ファイババンドルを用いる構成と、１本の光ファイババンドルに反射ミラーを組み合わせる構成がある。２本以上の光ファイババンドルを用いる場合は、本数の増加に従って光ファイババンドルの先端部の重量が大きくなる上、互いの位置調整に精度を要するため、作業性が悪いという問題がある。また、反射ミラーを組み合わせる場合は、光照射強度を平坦化することは難しい。
特許文献２に記載された装置では、紫外線を照射しようとする領域に均一に紫外線を照射できるように光ファイバを配列するものとしているが、紫外線ランプから各光ファイバに紫外線が入射する光強度が不均一であると、各光ファイバから出射する光強度もそのまま不均一になってしまうという問題がある。
特許文献３に記載された装置では、複雑な形状のミラーが必要でコストが高く、かつミラーに対するランプおよび線状体の位置の調整が難しい上、平面への光照射には適用できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、平面へ光照射する際に光の照射強度分布の均一性を向上させることが可能な光照射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、光源と、光源からの光を伝搬する光ファイババンドルと、光ファイババンドルの出射面側の端部に取り付けられた中空管とを備え、前記中空管の内面は、前記光ファイババンドルの出射面から出射された光を反射して前記中空管の開口部から出射させるようになっている光照射装置であって、
前記光ファイババンドルの出射面および前記中空管の内面の断面形状が円形であり、前記中空管の出射側の開口部から光軸方向に１ｍｍ離れた垂直面内に位置する少なくとも一つの測定軸上における出射光の光強度分布において、前記光軸と交差する点の光強度を中心光強度とし、前記測定軸上で光強度が前記中心光強度の９５％以上となる範囲の長さを照射径と定義するとき、前記照射径が、前記光ファイババンドルの出射面の径の３５％以上であることを特徴とする光照射装置を提供する。
前記光ファイババンドルの出射面から前記中空管の出射側の開口部までの距離が、前記光ファイババンドルの出射面の径の１．５倍以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、平面へ光照射する際に光の照射強度分布の均一性を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に本発明の光照射装置の一実施形態例の要部を示す。
図１に示す光照射装置は、図示しない光源と、この光源からの光を伝搬する光ファイババンドル１と、光ファイババンドル１の出射面８側の端部に取り付けられた中空管４とを備えている。中空管４は、両端にそれぞれ開口部５，７を有し、その間の内面６が反射面となっている円筒状の部材である。中空管４の一方の開口部５は開放されており、他方の開口部７は、光ファイババンドル１の出射面８側の端部で閉塞されている。
【００１０】
中空管４の内面６は、光ファイババンドル１の出射面８から出射された光を反射して開口部５から出射させるため、反射面となっている。中空管４は、アルミニウム等の金属やセラミックスのように、出射光の反射率の高い材料で構成することができる。また、中空管４が内面６にクロムめっき等で反射率の高い反射層を形成した管であってもよい。
【００１１】
光ファイババンドル１は、多数本（例えば数十本〜数千本以上）の光ファイバ２を束ねて一体化したものである。光ファイババンドル１の外周には、内部の光ファイバ２を保護するため、ステンレス可撓管などの外被３を設けることが好ましい。
【００１２】
光ファイババンドル１は、接着剤や充填剤を用いた接着によって光ファイバ２の側面同士を一体化することで製造することができる。また、加熱による融着などによって光ファイバ２の端面同士を接続し、長さを延長することができる。
光ファイババンドル１の出射面８においては、個々の光ファイバ２のコアが独立して配置されている。このため、出射面８上では、コアが存在する位置と、クラッドや充填剤等が存在する位置とで、光強度が不均一になる。また、光源から各光ファイバ２に入射する光強度が不均一であると、各光ファイバ２から出射する光強度もそのまま不均一になってしまう。
【００１３】
そのため、本形態例の光照射装置では、内面６が反射性を有する中空管４を光ファイババンドル１の出射面８側の端部に設けて、出射面８からの出射光が中空管４の内面６で反射できるように構成している。出射光が中空管４の内面６で反射すると、光軸Ｃに垂直な面内における光強度分布が平均化されて均一性が改善される。中空管４の内面６の断面形状（光軸Ｃに垂直な断面の形状）が円形であると、内面６に当たった位置に応じて反射方向が変化し、光強度分布を均一にする効果に優れる。また、単純な形状のため中空管４を製造しやすく、コストを低減することができる。なお、中空管４の内面６が円筒面である場合、光軸Ｃは、円筒面の中心軸となる。
【００１４】
光ファイババンドル１の出射面８の形状は、中空管４の内面６の断面形状と同一または相似した形状であることが好ましい。中空管４の内面６の断面形状が円形である場合は、光ファイババンドル１の出射面８も円形であることが好ましい。
【００１５】
図１に示す場合、光ファイババンドル１の出射面８と中空管４の取付け側の開口部７が同一面内に配置されている。この場合、光ファイババンドル１の出射面８から中空管４の出射側の開口部５までの距離Ｌが、中空管４の長さに等しい。
光ファイババンドル１の外径ｄ０が中空管４の内径Ｄｉ以下である場合は、光ファイババンドル１の出射面８が中空管４の内部に位置していてもよい。光ファイババンドル１の外径ｄ０は、中空管４の内径Ｄｉより大きくてもよいが、光ファイババンドル１の出射面８の径（出射径）ｄが中空管４の内径Ｄｉを超えると出射光の一部が中空管４内に入射されなくなるので、管内径Ｄｉは、出射径ｄ以上であることが望ましい。
【００１６】
光ファイババンドル１の出射面８から中空管４の出射側の開口部５までの距離Ｌは、光ファイバ２内で光が伝搬する際の光軸に対する伝搬角や出射する際の開口数にもよるが、中空管４内での反射が光の進行方向において効率的に起こる長さを有することが好ましい。例えば、出射面８から出射側の開口部５までの距離Ｌが中空管４の内径Ｄｉの１．５倍以上であることが好ましい。また、管内での光の吸収や散乱等による光強度低下などの観点から、中空管４の長さは、過度に長くならないよう適宜設定することが好ましい。
【００１７】
本形態例の光照射装置では、中空管４の出射側の開口部５から光軸Ｃの方向に１ｍｍ離れた垂直面内に位置する少なくとも一つの測定軸Ｐ上における出射光の光強度分布において、測定軸Ｐが光軸Ｃと交差する点Ｏの光強度を中心光強度Ｉ０とし、測定軸Ｐ上で光強度が中心光強度Ｉ０の９５％以上となる範囲の長さを照射径Ｄと定義するとき、照射径Ｄが、光ファイババンドル１の出射径ｄの３５％以上であることが好ましい。さらに、照射径／出射径の割合（Ｄ／ｄ×１００％）は、５０％以上であることがより好ましい。
照射径Ｄを算出するには、光強度分布において、光強度が中心光強度Ｉ０の９５％となる２点を求め、その２点を両端として中心点Ｏを含む範囲の測定軸Ｐ上の長さを求めればよい。
なお図１中の符号Ｇは、中空管４の出射側の開口部５から測定軸Ｐまでの距離（１ｍｍ）を示す。
【００１８】
本形態例の光照射装置は、照射面内での光強度の均一性が高いため、光硬化型樹脂の硬化方法に好適である。プラスチックフィルムや紙等の基材にコーティング液や接着剤等の光硬化型樹脂を含む組成物を塗布し、光硬化型樹脂を硬化させる波長域の光（特に紫外光や可視光）を照射して、光重合反応を生じさせることができる。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
光ファイババンドルの一端（入射端）に紫外線ＬＥＤを光結合し、他端（出射端）には、図１に示すように、中空管４として円筒型アルミ管を装着した。光ファイババンドル１の出射径ｄは１０ｍｍ、アルミ管の内径Ｄｉは１２．５ｍｍ、アルミ管の長さＬは３０ｍｍとした。
３６０〜３７０ｎｍの波長域に発光を有する光源を用いて、光ファイババンドル１に光を入射したとき、アルミ管の開口部５から出射する光について、アルミ管の中心軸Ｃを基準に±１０ｍｍの範囲で光強度分布を測定した。光強度分布を測定する軸Ｐとアルミ管の開口部５との距離Ｇは、１ｍｍとした。
測定により求められた光強度分布のグラフを図３に実線（実施例）で示す。本実施例では、照射径（光強度が中心光強度の９５％以上となる範囲）は７．０ｍｍ（照射径／出射径の割合は７０％）であり、広い範囲で出射光強度の平坦性が高いことを確認できた。
【００２０】
（比較例１）
光ファイババンドルの一端（入射端）に紫外線ＬＥＤを光結合し、他端（出射端）には、図２に示すように、２個のレンズ１４を装着した。なお、図２において、符号１１は光ファイババンドル、符号１２は光ファイバ、符号１３は外被、符号１５はレンズ１４の保持部材である。光ファイババンドル１１の出射径ｄは１０ｍｍ、レンズ径ＤＬは２５ｍｍとした。
３６０〜３７０ｎｍの波長域に発光を有する光源を用いて、光ファイババンドル１１に光を入射したとき、２枚のレンズ１４を通過した出射光について、レンズ１４の中心軸Ｃを基準に±１０ｍｍの範囲で実施例１と同様に光強度分布を測定した。
測定により求められた光強度分布のグラフを図３に破線（比較例）で示す。本比較例では、照射径（光強度が中心光強度の９５％以上となる範囲）は２．５ｍｍ（照射径／出射径は２５％）であり、中心から外側に向かって次第に光強度が低下することを確認できた。
【００２１】
（実施例２）
実施例１と同様に、アルミ管の長さＬを１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍとし、実施例１と同様に、アルミ管の開口部５からの距離Ｇが１ｍｍの軸Ｐ上で光強度測定を行った。なお、光ファイババンドル１の出射径ｄが１０ｍｍ、アルミ管の内径Ｄｉが１２．５ｍｍであるのも、実施例１と同様である。また、アルミ管の長さＬが３０ｍｍの場合は、実施例１に相当する。
光強度測定に基づき算出した照射径（光強度が中心光強度の９５％以上となる範囲）の結果は、表１に示す。なお、表１には、実施例１の結果も併記している。
【００２２】
【表１】
2010008672.tif 000003
【００２３】
いずれの場合にも、照射径／出射径（Ｄ／ｄ）の割合は３５％以上と、高い平坦性が得られることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、光硬化型樹脂の硬化装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光照射装置の一実施形態例の要部を示す断面図である。
【図２】比較例の光照射装置の要部を示す断面図である。
【図３】実施例１および比較例１における光強度分布の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１…光ファイババンドル、４…中空管、５…中空管の出射側の開口部、６…中空管の内面、８…光ファイババンドルの出射面、Ｃ…光軸、Ｏ…光軸と測定軸とが交差する点（測定軸の中心点）、Ｐ…測定軸。
【図１】
2010008672.tif 000004
【図２】
2010008672.tif 000005
【図３】
2010008672.tif 000006