(57)【要約】【課題】            線状光源を囲繞する一対の樋型反射鏡を備える光照射装置において、被処理対象物が受ける光量を一定に保ったままで被照射面の中心照度を調整する照度調整機構を備えた光照射装置を提供する。【解決手段】        一対の樋型反射鏡は、前記光源の中心軸Ｃに直交する断面Ｍ上でハの字状に開いて対向配置され、かつ、前記光源と前記樋型反射鏡の間の空間に形成される回動軸Ｒを中心にして、前記中心軸Ｃを含み被照射面に直交する反射鏡対称面Ａに関して互いに対称に回動自在に構成する。前記一対の樋型反射鏡は、前記被照射面における中心照度が最大となる開き状態に対応する角度α１を下限とし、前記反射鏡が光照射装置筐体を構成する構成部材と接触しない最大の開き状態に対応する角度α２を上限とする角度範囲内で選定されるある角度αの状態を基準として、反射鏡を開く方向または閉じる方向に回動させることにより照度調整を行う。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸Ｃを有する線状光源と、該光源からの光を反射すると共に、該光源に沿って延在し、対向配置されてなる一対の樋型反射鏡と、前記光源と前記一対の樋型反射鏡を収納し前記被照射面に対向配置された光照射口とを少なくとも備えてなる筐体、から構成される光照射装置において、
前記一対の樋型反射鏡は、前記中心軸Ｃに直交する断面Ｍ上で前記光照射口へ向けて広がるハの字状に開いて対向配置され、かつ、前記光源と前記樋型反射鏡の間の空間に形成される回動軸Ｒを中心にして、前記中心軸Ｃを含み前記光源からの光照射を受ける被照射面に直交する反射鏡対称面Ａに関して互いに対称に回動自在に構成され、なおかつ
前記断面Ｍ上で回動軸Ｒを中心にした前記樋型反射鏡の片方の回動の角度の大きさを、反射鏡が開く方向に測った角度αで定義する時、回動角度αは、前記被照射面における中心照度が最大となる開き状態に対応する角度α１を下限とし、前記反射鏡が前記筐体を構成する構成部材と接触しない最大の開き状態に対応する角度α２を上限とする角度範囲内で選定され、この角度αの状態を基準として、前記各樋型反射鏡を開く方向または閉じる方向に回動させることにより照度調整を行う照度調整機構を有することを特徴とする光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照度調整機構を備える光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
枚葉式印刷機等に搭載されている紫外線照射器は、光源からの光の照射方向を制御する反射鏡を備えた光照射装置の一種であって、搬送されてくる紙等のワークが光照射口に対向する領域（被照射面）を所定の短い時間通過する間にワーク表面の印刷インク等の被処理対象物が光（紫外線）の照射を受けて光硬化（紫外線硬化）させる装置として、従来から知られている。光源には、面積の広いワークの処理に対応するため、高出力の直管型水銀ランプ等の線状紫外線ランプが用いられることが多い。こうした紫外線照射器の典型的な例が特許文献１に開示されている。対を成す反射鏡は、いわゆる観音開き構造を有しており、両者が成す対称面（以下、「反射鏡対称面」または単に「対称面」という）が、線状ランプの中心軸を含み被照射面に直交する面に一致すると共に、この対称面に関して各々が互いに対称に回動可能であり、所要の照射条件が実現できるよう両者の開き角度を調整可能に構成されている。しかし、従来の紫外線照射器においては、一旦、条件設定がなされると、反射鏡の開き角度は固定したままで紫外線照射が行われていた。
【０００３】
ワーク表面の被処理対象物は、光照射口の前面（被照射面）を通過する間に光硬化に必要な所定の光エネルギーを受けることが要求される。そして、この光エネルギーは、その大きさが被処理対象物の種類によって異なり、被処理対象物が瞬間的に受ける光エネルギーの強さ（以下、「照度」という）と、光照射口の前面を通過する間に受ける光エネルギーの強さの時間積分の両方で規定される。ワーク表面での光硬化反応は、所定の大きさ以上の照度の光エネルギーを受けないと起こらない。また、ワークを平板と仮定すれば、ワーク搬送方向の照度は、前記対称面に関して対称な、ある形状の分布（典型的には、被照射面の中央が高く縁辺部へ行くほど低くなる山型の分布）を有しているが、ワークは被照射面を等速度で通過するので、被処理対象物が受ける光エネルギーは、被照射面上でのワーク搬送方向における照度の時間積分値で表わすことができる（この積分値を以下、「光量」と称することにする）。
【０００４】
被処理対象物に必要な光エネルギーの大きさは、被照射面の中心における照度（以下、「中心照度」という）がワーク搬送方向で最大となるように光照射条件を設定しておけば、中心照度がワーク搬送方向における照度分布のピーク照度に一致し、中心照度から光量の概略値が推測できる。そこで、被処理対象物が受ける光エネルギーの管理は、便宜上、被照射面の中心に設置した照度計で測定される中心照度によって行われている。
【０００５】
ところで、光照射装置から照射される光エネルギーが所要の値に対して不足することが把握された場合、従来は、（ａ）光照射口と被照射面との距離を近付ける方法、（ｂ）ランプへの入力電力を増加させ光照射装置からの光出力を高める方法、が対策として採用されていた。
【０００６】
しかし、（ａ）の場合は、  光照射口と被照射面との距離を近付けても、反射鏡の開き角度によっては中心照度（瞬間的に受ける光エネルギーの強さ）は不足する場合があるという問題があり、また（ｂ）の場合も、ランプを過負荷で点灯させることになるので、安定した点灯状態を保てない場合があり、またランプ寿命を縮める結果になるという問題があった。
【０００７】
一方、所要のエネルギー値に対して過多である場合は、（ｃ）光照射口と被照射面との距離を遠ざけて中心照度を下げる、（ｄ）ランプへの入力電力を減少させる、という対策が採られていたが、（ｃ）の場合、距離を遠ざけると光量値はそれに伴って必ず減少していくという性質があり、（ｄ）の場合も、安定的なランプ点灯の面から入力電力の減少幅に制約があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２４４７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、線状光源を囲繞する一対の樋型反射鏡を備える光照射装置において、被処理対象物が受ける光量を一定に保ったままで被照射面の中心照度を調整する照度調整機構を備えた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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の光照射装置は、中心軸Ｃを有する線状光源と、該光源からの光を反射すると共に、該光源に沿って延在し、対向配置されてなる一対の樋型反射鏡と、前記光源と前記一対の樋型反射鏡を収納し前記被照射面に対向配置された光照射口とを少なくとも備えてなる筐体、から構成される光照射装置において、
前記一対の樋型反射鏡は、前記中心軸Ｃに直交する断面Ｍ上で前記光照射口へ向けて広がるハの字状に開いて対向配置され、かつ、前記光源と前記樋型反射鏡の間の空間に形成される回動軸Ｒを中心にして、前記中心軸Ｃを含み前記光源からの光照射を受ける被照射面に直交する反射鏡対称面Ａに関して互いに対称に回動自在に構成され、なおかつ
前記断面Ｍ上で回動軸Ｒを中心にした前記樋型反射鏡の片方の回動の角度の大きさを、反射鏡が開く方向に測った角度αで定義する時、回動角度αは、前記被照射面における中心照度が最大となる開き状態に対応する角度α１を下限とし、前記反射鏡が前記筐体を構成する構成部材と接触しない最大の開き状態に対応する角度α２を上限とする角度範囲内で選定され、この角度αの状態を基準として、前記各樋型反射鏡を開く方向または閉じる方向に回動させることにより照度調整を行う照度調整機構を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、照射距離や光源の点灯条件を変えることなく、反射鏡の回動角度を変化させることで、被照射面に所望の照度の光を照射できる光照射装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の光照射装置を用いれば、反射鏡の、数度程度の僅かな回動角度の調整だけで、被照射面の照度を大幅に調整することが可能であり、反応に必要な光のエネルギーの大きさが様々に異なる被処理対象物の光硬化処理に適応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の光照射装置の全体外形を示す、一部切り欠き概略側面図である。
【図２】図１に示す光照射装置の、光源の中心軸に直交する方向の模式的断面図、並びに照度測定方法の概略を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態の光照射装置に備えられた照度調整機構の作用を説明するための模式図である。
【図４】一対の樋型反射鏡の回動角度を変化させた時の照度分布並びに光量の変化を示すグラフである。
【図５】光照射口と被照射面との距離を変化させた時の照度分布並びに光量の変化を示すグラフである。
【図６】一対の樋型反射鏡の開き方の対称性が照度分布に与える影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
＜実施例＞
図１は本発明の実施形態の光照射装置の全体外形を示す、一部切り欠き概略側面図である。図２は、図１に示す光照射装置の、光源の中心軸に直交する方向の装置中央部の模式的断面図であり、照度測定方法の概要も併せて示している。図３は、図２の断面図の要部を用いて光照射装置に備えられた照度調整機構の作用を説明するための模式図である。
【００１６】
本発明の光照射装置は、例えば、樹脂化合物等の被処理対象物に紫外線を照射して紫外線硬化させる紫外線照射装置である。紫外線照射装置１は、例えば、光源としての直管型高圧水銀ランプ１０と、ランプ１０に沿って延在する一対の樋型反射鏡２０、２０と、ランプ１０と反射鏡２０、２０とを収納し、被照射面Ｓに対向配置された光照射口４０を備えてなる筐体３０と、から構成される。直管型高圧水銀ランプ１０は、例えば、発光長１０５０ｍｍ、入力電力１６．８ｋＷ、発光管外径２８ｍｍの仕様のものである。光照射口４０のランプ１０に沿った方向の長さは、ランプ１０からの直射光を妨げない十分な長さを有する。
【００１７】
一対の樋型反射鏡２０、２０は、ランプ１０の全長をカバーする程度の長手方向の長さを有してなり、例えば、内部に冷却水流路２２、２２を形成した金属製水冷ブロックで構成し、反射面２１、２１に、ランプ１０に臨む側の面に誘電体多層膜からなる光反射膜を形成して成る。この反射面は、光源の中心軸に直交する断面において光源の中心軸を１つの焦点とする楕円の一部で規定される。光源から放射された光は反射面２１、２１で反射され、開口部である光照射口４０から照射される。
【００１８】
また紫外線照射装置１は、例えば、水空冷式であって、筐体３０は、内部に冷却水流路が形成された金属製水冷ブロック５０と、冷却風流路を形成する空冷筒６０を備える。図２に示す装置の例では、樋型反射鏡２０、２０と被照射面Ｓとの間に、開口部である光照射口４０が形成され、ここから空冷用の空気を取り込むことができる。
【００１９】
紙等のワークは、印刷インク等の被処理対象物を付着させた表面が被照射面Ｓに一致するように、光照射口４０の前面に搬送し、光照射口４０に対向させながら一定速度で通過させ、紫外線硬化処理を行わせる。被照射面Ｓの周辺は、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気となるように構成してもよい。紙等のワークは、一枚毎に分かれた枚葉体であってもよく、またロール紙のように連続体であってもよい。光照射口４０が形成する平面と被照射面Ｓとは互いに平行であり、両者間の距離は、被処理対象物の種類に応じて適宜調整・変更する。
【００２０】
ここで、片方の樋型反射鏡２０がランプ１０との間に存在する仮想の軸Ｒを中心にして光源の外周を回動する角度αを「回動角度」と称することにする。角度αは、反射鏡が開く方向に測った場合はプラス（＋）、閉じる方向に測った場合はマイナス（−）とする。図３では、回動後の反射鏡の位置を破線で示している。被照射面Ｓの中心照度を所望の値に調整するには、樋型反射鏡２０、２０を共に面Ａに関して対称に角度αだけ反射鏡を開く方向に回動させる。前記軸Ｒは、図３では表われていないが、実際には、筐体３０の長手方向両端に設置してなる反射鏡回動軸部材の中心軸に一致する。通常は、一対の樋型反射鏡２０、２０が互いに連動して同じ角度αだけ回動するように構成される。
【００２１】
反射鏡の回動は次のようにして行う。すなわち、図１及び図２に示すように、例えば、被照射面中心に設置した照度計８０で照度を測定し、シーケンサー（図示せず）にこの照度値を取り込み、シーケンサーより反射鏡駆動用のモータ７２へ信号を送り、反射鏡を動作させる。７１は反射鏡の回動ギアである。回動ギア７１、モータ７２、シーケンサー、照度計８０等、反射鏡回動に関与する部材及び器材が照度調整機構を構成する。この照度調整機構を用いれば、反射鏡を０．１°刻みの微細な角度で回動させることが可能である。
【００２２】
ここで、反射鏡の回動状態と照度及び光量との関係を調べるため、次のような実験を行った。
一対の樋型反射鏡２０、２０は、被照射面Ｓの中心点Ｏにおける照度が最大となる反射鏡の開き状態において、断面Ｍ上でその反射面２１，２１を規定する曲線が、次のように規定される楕円の一部と一致するものを使用した。
すなわち、この楕円は、断面Ｍ上で、長軸が反射鏡対称面Ａに一致し、ランプ１０の中心軸Ｃに一致する一方の焦点と、被照射面Ｓの中心点Ｏに一致する他方の焦点との距離（焦点間距離）Ｌ１が９０ｍｍである楕円である。この距離Ｌ１を本発明では「照射距離」と称し、９０ｍｍの距離を標準とした。
【００２３】
光照射口４０が形成する平面から被照射面Ｓまでの距離（照射面距離）Ｌ２は、装置設計や採用する光学系によって適宜選定するが、照射距離Ｌ１のおよそ半分である。光照射口４０から照射される光の照射幅Ｌ３は、光照射口４０の直下のワーク搬送方向Ｄの移動距離で定義し、ランプ１０の中心軸Ｃに直交する断面Ｍ上で一方の反射鏡２０から他方の反射鏡２０へ向かう方向の長さとして２００ｍｍに設定した。この長さは、端からの斜め照射も考慮して光照射口４０の開口幅より少し大きめに設定されている。なお、図２では、縦方向の長さを誇張して描いてあり、実際の縦横比とは異なる。
【００２４】
照度計８０は、その受光部開口面（直径１ｍｍφの円形）の中心を、ランプ中心軸Ｃから照射距離Ｌ１（光照射口４０から照射面距離Ｌ２）だけ離れた被照射面Ｓの中心点Ｏの位置、すなわち被照射面Ｓの照射幅方向の端から１００ｍｍの位置、に一致させて設置した。被照射面Ｓを通過する際のワーク搬送速度は４．８ｍ／ｍｉｎとした。
【００２５】
反射鏡２０の回動角度αは、被照射面Ｓの中心点Ｏにおける照度が最大となる反射鏡の開き状態を基準とし、この時の回動角度（下限の回動角度α１）を０°とする。一方、反射鏡２０が水冷ブロック５０及び筐体３０の内壁と接触せずに最大の開き状態となる回動角度（上限の回動角度α２）は＋６°であった。
【００２６】
そこで、まず、回動角度αを０°〜＋６°の範囲で変化させた時の照射幅Ｌ３における照度分布と光量の変化を調べた。その結果を図４に示す。図４（ａ）は、横軸に照射幅方向の照射位置、縦軸に照度（単位：ｍＷ／ｃｍ２）を取り、照度分布を示したグラフである。図４（ｂ）は、照度の積算値、すなわち照射幅Ｌ３における光量の変化を示すグラフである。図４（ｂ）では、縦軸は光量で、単位は照度（ｍＪ／ｃｍ２）である。後述する図５（ｂ）についても同様である。
【００２７】
図４（ａ）に示されるように、照度分布は、回動角度が変化しても被照射面の中心位置に関して照射幅方向で対称であった。一方、被照射面中心付近の照度分布は反射鏡の回動角度によって大きく変化した。すなわち、回動角度が０°から４°へ変化するにつれて、中心照度が３０％程度低下した。また、照度分布の形態についても、回動角度が０°から４°までの範囲では、中心位置で最大値を与える分布を示したが、４．２°を超える場合は、照度値が中心位置で窪みその両脇で最大となるＭ字型の分布を示した。
【００２８】
一方、図４（ｂ）に示されるように、照度の積算値である光量は、回動角度を０°から６°に変化させても、被照射面中心付近で角度によってわずかに一致しない部分が存在するものの、光照射が終了する照射幅２００ｍｍの位置に到達した時点では差異は生じなかった。すなわち、被処理対象物が紫外線照射装置の光照射口の前面を通過する再に受ける光量は、反射鏡の回動角度を０°から６°程度まで変化させても差異を生じないことが確認された。
【００２９】
印刷インクの硬化に必要な光エネルギーの強さは、インクの種類によって異なるが、本実施例で使用したインクの場合、１０００〜１８００ｍＷ／ｃｍ２の範囲にあることが知られている。従って、本実施例の樋型反射鏡の場合は、その回動角度を０〜４°の範囲内で調整すれば、光照射口と被照射面との距離を変化させることなく、所望のピーク照度を実現でき、最大３０％程度のピーク照度の増減調整が可能である。しかもこの際、印刷インクが受ける光量は一定であり、確実な光硬化が保証される。また、この光照射過程においては、反射鏡の回動角度を変化させても、ランプからの光出力は一定である。従ってこの間、ランプは一定条件下で点灯させており、安定した発光が期待でき、また、過大な負荷を掛けていないので、ランプ寿命を短縮させる要因にならないという利点がある。
【００３０】
照度調整は、本実施例の場合、具体的には次のようにして行う。すなわち、（イ）単に被照射面の中心照度を増減させるだけの場合は、基準となる回動角度αを０°（下限の回動角度α１）〜＋６°（上限の回動角度α２）の範囲で選定し、その中心照度を増加させるには、反射鏡を、その回動角度αの状態から閉じる方向（マイナス方向）に回動し、減少させるには、その状態から開く方向（プラス方向）に回動する。また、（ロ）被照射面におけるピーク照度を、光硬化に必要な光エネルギーの強さとなるように確保した上で照度調整するには、基準となる回動角度αを０°〜＋４°の範囲で選定し、反射鏡を、その回動角度αの状態から閉じる方向（マイナス方向）または開く方向（プラス方向）に回動して、ピーク照度を増加または減少させる。
【００３１】
なお、この照度調整の際は、一対の樋型反射鏡２０、２０は、被照射面Ｓに直交する面Ａに関して互いに対称に回動させることは勿論である。基準となる回動角度αを０°に選定すれば、中心照度を減少させる方向にのみ、基準となる回動角度αを＋６°に選定すれば、中心照度を増加させる方向にのみ照度調整が可能である。
【００３２】
次に、照射距離Ｌ１は９０ｍｍを基準に取り、その前後で５０〜１５０ｍｍの範囲で変化させた時の照射幅Ｌ３における照度分布と光量の変化を調べた。その結果を図５に示す。図５（ａ）は照射幅方向の照度分布を示したグラフであり、図５（ｂ）は照射幅方向での光量変化を示したグラフである。
【００３３】
図５（ａ）に示されるように、照度分布は、照射距離によって対称性を保ちながら変化するが、被照射面の中心照度は、照射距離１５０ｍｍから９０ｍｍまでは照射距離が近づくにつれて増加するが、９０ｍｍより近づけても逆に中心照度は低下した。一方、光量は、図５（ｂ）に示されるように、照射距離を近づけるにつれて単調増加していった。
【００３４】
このことは、照射距離を近づけることによって照度や光量の不足を補おうとする従来の方法では、ピーク照度が１０００ｍＷ／ｃｍ２にも到達しない場合があり、必ずしも必要なピーク照度が保証されないことを示している。
【００３５】
ここで、一対の反射鏡の開き状態の対称性と照度分布との関係を説明する。図６（ａ）は、一対の反射鏡が被照射面Ｓに直交する面（面Ａ）に関して対称性を保った開き状態にある場合と、その状態から片方の反射鏡だけを作為的に５°または１０°回動させた場合それぞれについて、照射幅方向の照度分布を示したものである。図６（ｂ）は、図６（ａ）に対応する反射鏡の開き状態の時の光源から照射される光線の軌跡を示している。同図では、左側の反射鏡は固定し、右側の反射鏡だけを回動させている。
【００３６】
図６に示されるように、一対の反射鏡を面Ａに関して対称性を保たずに回動させると、僅かな回動角度でも中心照度やピーク照度が大きく低下し、ピーク照度が１０００ｍＷ／ｃｍ２を大幅に下回り、所望の光照射条件を実現できないことが分かる。
【００３７】
印刷インクの硬化に必要な光エネルギーの強さが上記実施例以外の場合でも、上記実施例と同様に、反射鏡を数°回動させるだけで、光量を一定に保ったままピーク照度を数１０％程度の規模で調整できることを確認している。
【００３８】
上記説明の実施例では、反射鏡が水冷ブロック等の筐体を構成する構成部材と接触しない最大の開き状態となる回動角度（上限の回動角度α２）は、被照射面Ｓの中心点Ｏにおける照度が最大となる反射鏡の開き状態を基準（０°）として、反射鏡が開く方向の角度で＋６°であったが、本発明はこれに限定される訳ではない。回動角度α２の大きさは、光源１０及び反射鏡２０の配置、反射面２１の形状、照射距離Ｌ１の大きさ、に依存するので、これらの仕様に応じて適宜選定すればよい。
【００３９】
上記説明の実施例では、一対の反射鏡の反射面の形状は、光源の中心軸に直交する断面が光源の中心軸を焦点とする放物線状であったが、本発明ではこれに限定されることはなく、目的とする配光分布に応じて、他の幾何学的形状を適宜選択できる。
【００４０】
また上記説明の実施例では、被処理対象物に照射する光は紫外線であったが、本発明では、この波長域の光に限定される訳ではなく、可視光や赤外線等、他の波長域の光を照射してもよい。
【００４１】
さらに、上記実施例の説明に記載された光照射装置の各構成要素は、本発明の趣旨の範囲内で任意に変形することが可能である。上記実施例では、例えば、樋型反射鏡２０、２０は、光照射を行わない場合には両反射鏡の縁端を互いに当接させて閉じ光照射口４０からの光照射を遮断するシャッターを兼ねていてもよい。
【００４２】
上記説明の実施例では、紫外線照射装置は、樋型反射鏡と被照射面との間に光照射口を形成する紫外線透過性板状部材を配置していたが、本発明ではこれに限定されることはなく、オゾン生成に寄与する波長域の紫外線照射を抑止した紫外線ランプ（いわゆるオゾンレスランプ）を光源に用い、光照射口は、そこに何も部材を配置せず、開口状態で構成してもよい。また、紫外線照射装置は１機だけであったが、広い被照射面が確保されるように、紫外線照射装置を複数機連設配置してもよい。
【００４３】
本発明は、印刷機等に搭載されている紫外線照射器に利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…紫外線照射装置
１０…直管型高圧水銀ランプ
２０…樋型反射鏡
２１…反射面
２２…冷却水流路
３０…筐体
４０…光照射口
５０…水冷ブロック
６０…空冷筒
７０…反射鏡回動機構
７１…回動ギア
７２…駆動モータ
８０…照度計
Ａ…対称面
Ｓ…被照射面
Ｏ…被照射面Ｓの中心点
Ｃ…ランプ１０の中心軸
Ｒ…回動軸
Ｌ１…照射距離
Ｌ２…照射面距離
Ｌ３…照射幅
Ｄ…搬送方向
α…回動角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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