(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１２）の上方に少なくとも１個の光源（５）が配置され、この光源の光が硬化のために、反射鏡装置（２，６，７，１７，１８）を介して紫外線コーティング（１３）に供給可能であり、少なくとも１個のバリヤが基板（１２）への光源の直接的な放射経路を少なくとも部分的に遮蔽する、基板（１２）上、特に熱に対して敏感な材料でできている基板上、の紫外線コーティング（１３）、特に紫外線ラッカー層または紫外線印刷インク、を硬化させるための装置において、
光源（５）から放射された紫外線の一部が、バリヤの紫外線反射層（２，２ｄ，２ｆ）で反射された後で、光源（５）を通って、光源の背後に配置された反射鏡（６，７，１７，１８）で再度反射され、
バリヤが少なくとも１つの熱吸収体（１，２４，２５，２６，２８）を備え、この熱吸収体が光源（５）から放射された熱放射線を少なくとも部分的に吸収し、
バリヤが光源（５）のすぐ下に配置され、紫外線反射層（２）のための成形部を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
基板の上方に少なくとも１個の光源（５）が配置され、この光源の光が硬化のために、反射鏡装置（２，６，７，１７，１８）を介して紫外線コーティング（１３）に供給可能であり、少なくとも１個のバリヤが基板（１２）への光源（５）の直接的な放射経路を少なくとも部分的に遮蔽する、基板（１２）上、特に熱に対して敏感な材料でできている基板上、の紫外線コーティング（１３）、特に紫外線ラッカー層または紫外線印刷インクを硬化させるための装置において、
光源（５）から放射された紫外線の一部が、光源に直接取付けられた紫外線反射層（２ｅ）で反射された後で、光源（５）を通って、光源の背後に配置された反射鏡（６，７，１７，１８）で再度反射され、
バリヤが少なくとも１つの熱吸収体（２７）を備え、この熱吸収体が光源（５）から放射された熱放射線を少なくとも部分的に吸収することを特徴とする装置。
【請求項３】
バリヤに穴（３，３ｂ，４）が設けられ、この穴を通って冷却媒体およびまたはガスが案内可能であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一つに記載の装置。
【請求項４】
紫外線反射層（２）が冷光ミラー（２ｃ）の一部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
バリヤの熱吸収体（２６）が、冷却空気流に熱を放出する冷却リブを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
光源の背後の反射鏡（６，７，１７，１８）が、紫外線の少なくとも一部をバリヤのそばを通過させて基板（１２）のコーティング（１３）に案内することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
光源（５）の背後に配置された反射鏡（６，７，１７，１８）の少なくとも一部が板状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
光源（５）の背後に配置された反射鏡（６，７，１７，１８）の少なくとも一部が部分円状の横断面を有する円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
バリヤと光源（５）の背後の反射鏡（６，７，１７，１８）が、光源（５）の縦軸線を含み基板（１２）の表面に対して垂直である鉛直平面に関して対称に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１０】
バリヤと光源（５）の背後の反射鏡（６，７ｂ）が、光源（５）の縦軸線を含み基板（１２）の表面に対して垂直である鉛直平面に関して非対称に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１１】
バリヤと光源（５）の間隔が調節可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１２】
バリヤが高さ調節可能な遮蔽体（２９）を備えた遮蔽装置を備え、この遮蔽装置が、反射しないで光源（５）から基板（１２）の紫外線コーティング（１３）に当たる放射線の調節を可能にすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１３】
バリヤまで摺動可能である、基板（１２）の上方に配置された熱遮蔽体（１４，１４ｂ）を備え、この熱遮蔽体が光源（５）の放射線に対して基板（１２）を完全に遮蔽可能であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１４】
遮蔽装置の遮蔽体（２９）およびまたは熱遮蔽体（１４，１４ｂ）が、光源（５）の縦軸線を含み基板（１２）の表面に対して垂直である鉛直平面に関して非対称に形成されていることを特徴とする請求項１２または１３記載の装置。
【請求項１５】
遮蔽装置の遮蔽体（２９）およびまたは熱遮蔽体（１４，１４ｂ）が、装置の運転中外部から調節可能であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１６】
遮蔽装置の遮蔽体（２９）およびまたは熱遮蔽体（１４，１４ｂ）が、電気的または空気圧的な駆動装置を介して調節可能であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１７】
光源（５）から放出され、バリヤの紫外線反射層（２）から光源（５）を通って反射した放射線の少なくとも一部が、反射鏡（６，．７，１７，１８）によって基板（１２）のコーティング（１３）上に集束させられることを特徴とする請求項１または３〜１６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１８】
バリヤと光源（５）が少なくとも部分的に接触していることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１９】
バリヤと光源（５）の間の隙間内に、少なくとも１個の支持体（３０，３１）が設けられ、この支持体が光源（５）の高温のランプ体の曲がりを防止することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載した装置に関する。
【０００２】
このような冷光紫外線照射装置は、紫外線（ＵＶ）ラッカーおよびＵＶ印刷インクを有する熱に敏感な材料、特に合成樹脂からなる基板のコーティングにおいて使用される。基板は例えば成形体（瓶、ディスク等）またはフィルムおよびウェッブである。ディスク状の成形体は例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）のような光学情報担体である。温度に敏感な他の照射物質は、例えば電子部品で使用されるようなセラミックスに似た材料である。電子部品に含まれる金属部品と合成樹脂部品は往々にして温度に敏感である。
【０００３】
ＵＶラッカーとＵＶ印刷インクを、短いサイクル時間の大量生産ラインで硬化させることができるようにするためには、高いＵＶ光度が必要である。硬化のために通常は、２００〜４００ｎｍの波長範囲のＵＶ光が使用される。しかし、慣用のすべてのランプは、硬化のために必要なＵＶ光のほかに、波長の長い熱放射線（赤外線（ＩＲ））を放射する。しなしながら、この波長の長い熱放射線は基板の変形と脆弱化を生じることになるので、望ましくない。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第３９０２６４３号公報により、光源を照射物質のすぐ上に配置し、光源の背後に、熱放射線を低減するための２個の冷光ミラーを配置することが知られている。この場合、熱の高い割合がランプからの直接的な放射経路を通って基板に達するという欠点がある。
【０００５】
ドイツ連邦共和国実用新案登録第９０１４６５３．２号公報とドイツ連邦共和国特許第４４０９４２６号公報により、直接的な放射経路内に設けた熱フィルタによって、対象物の熱負荷を低減する装置が知られている。この熱フィルタはコーティングされたクォーツガラス板からなり、基板への赤外線照射を少しだけ低減する。更に、クォーツガラス板によって、紫外線の一部が吸収される。
【０００６】
米国特許第４，０４８，４９０号明細書により、基板への直接的な放射経路を遮蔽する装置が知られている。その際、直接的な照射経路は反射バリヤを介して、ランプのそばを通り、ランプの下方の反射鏡に達し、そこから基板に案内される。しかしながら、紫外線の強さは波長が長くなるにつれて低下する。更に、バリヤが熱放射線を完全に反射し、それによって紫外線と赤外線の分離が不充分であるという欠点がある。この装置は更に、基板を面状に照射する。なぜなら、ランプとバリヤが２個の放射線源を形成するからである。反射鏡の複雑な配置構造と、バリヤとランプの間の必須の間隔は、このような装置の必要構造スペースを非常に大きくする。従って、この装置は小型の製造ラインでは使用不可能である。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許第３８０１２８３号公報により、平らな対象物上のＵＶ保護ラッカー層を硬化させるための装置が知られている。この装置と対象物の間には、偏平な流出ノズルが設けられている。この流出ノズルには管路から不活性ガス、例えば窒素が供給される。それによって、照射過程で空気酸素が押しのけられ、硬化した保護ラッカー層の良好な品質が達成可能である。
【０００８】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２６２２９９３号公報により、光重合可能な物質を硬化するためのＵＶランプ構造体が知られている。硬化のために利用不可能な熱放射線を排出するために、ランプは透明な溶融クォーツかなる水冷ジャケットによって取り囲まれている。一実施形では、半円状の反射カバーがランプのクォーツケースに直接設けられている。この反射カバーはランプの放射線をほぼ焦点面の方向において基板の近くに集束する。
【０００９】
この技術水準から出発して、本発明の根底をなす課題は、基板の熱負荷を低減するために、赤外線から紫外線を効果的に分離することができ、同時に短い放射経路によって高い紫外線強さが達成される、ＵＶコーティングを硬化させるための装置を提供することである。
【００１０】
本発明の実施形では、紫外線を基板上に集束できるようにすべきである。
【００１１】
この課題は本発明に従い、請求項１または請求項２記載の特徴を有する装置によって解決される。
【００１２】
本発明による装置は、赤外線の９０％以上が吸収可能であることにより、赤外線から紫外線を効果的に分離することができる。放射線の最小化された波長に基づいて、紫外線の強さは、光源を照射物質のすぐ上に配置したドイツ連邦共和国特許第３９０２６４３号公報のような慣用の装置の紫外線の強さに匹敵する。紫外線と赤外線の分離は更に、従来使用された光源と比較して８倍に達する出力を有する光源の使用を可能にし、しかも基板の熱負荷を高めることがない。それによって、製造ラインできわめて短いサイクル時間または高い通過速度が達成可能である。
【００１３】
ＵＶ反射層のための成形部を備えたバリヤの特別な形状と、光源のすぐ下にバリヤを配置したことにより、従来一般的であったように、ランプのそばを放射線を通過させる代わりに、光源を通過してＵＶ放射線が反射される。成形部内に設けた、横断面が部分円状のＵＶ反射層は光源の下側を部分的に取り囲んでいる。ＵＶ反射層に達する紫外線の少なくとも５０％が、本発明によるこのＵＶ反射層の形成および配置に基づいて、光源を通過して、光源の背後に配置された反射鏡で反射される。
【００１４】
ＵＶ反射層が請求項２に従って光源の外面に直接取付けられていると、紫外線はほとんど全部が光源を通って反射する。紫外線が光源のガラスとガスを通過するときの損失は比較的に小さい。紫外線の経路は非常に短い。光源を通して紫外線を反射させるために、バリヤ上に反射層を特別に成形する必要がないので、バリヤは形状が簡単な熱吸収体、例えば板として形成可能である。
【００１５】
バリヤの熱吸収体はＵＶ反射層と関連して、基板への直接的な熱放射を回避する。
【００１６】
低分子量の成分が蒸発するＵＶラッカー（ＵＶ塗料）が使用されると、基板の熱の発生を少なくすることにより、この成分の排出が少なくなる。
【００１７】
バリヤのＵＶ反射層が冷光ミラーの一部であると、紫外線からの赤外線の効果的な分離が可能である。好ましくは同様に冷光ミラーとして形成された、光源の背後に配置された反射鏡は、硬化のために必要な紫外線を少なくとも部分的にバリヤのそばを通過させて基板に案内する。
【００１８】
本発明の有利な実施形では、バリヤに穴が設けられ、この穴を通って冷却媒体およびまたはガスを案内することができる。冷却により、バリヤが熱放射線を放出または反射することが防止される。吸収された熱放射線は冷却媒体で排出可能であるがしかし、バリヤが請求項５に従って形成されているときには更に、冷却空気流でも排出可能である。バリヤの熱吸収体は冷却によってかつ排出される熱量を調節することによって、一定の温度に保つことができる。
【００１９】
ガス、例えば窒素を基板に供給するために、穴を通ってこのガスを案内することができる。これにより、最適な硬化と共に、短い硬化時間が達成可能である。その際、ガスがバリヤ内のノズルの形をした他の穴を通って、基板の上方に直接供給されると有利である。バリヤ内のこの他の穴により、ガスを供給するだけでなく、ガスを吸引することができる。この吸引は、例えば低品質のコーティングから出る低分子量の物質が反射鏡に付着しないようにする。
【００２０】
紫外線を１点で集束させるために、光源の背後に配置された反射鏡は少なくとも一部が部分円状の横断面を有する円筒状に形成されている。反射鏡の部分円筒状の横断面は、放射線を基板上の１つの焦点で集束させる。それに対して、面状の照射を行うときには、光源の背後に配置された反射鏡の少なくとも一部を板状に形成すると合目的である。
【００２１】
請求項１０に従って、バリヤと反射鏡を非対称に配置すると、基板は装置の下方を通過する際に、先ず最初に予備硬化され、続いて大きなＵＶ強さで照射される。このような予備硬化によって、ＵＶラッカー層のつや消しが達成される。
【００２２】
バリヤと光源の間隔が調節可能であると、紫外線の強さを変更することができる。この場合、間隔が大きくなるにつれて紫外線の強さが弱くなる。
【００２３】
最適な硬化を達成するためには、熱放射線の割合を少なくする必要がある。遮蔽装置を用いて調節可能である、請求項１２記載のバリヤ形状により、バリヤのそばを通過する放射線の割合を調節することができる。請求項１３記載の熱遮蔽体は同様に、基板に照射される放射線の調節を可能にする。熱遮蔽体は放射線を完全に遮断することができ（シャッター）、それによって製造ラインの停止時に基板に対する長すぎるＵＶ照射を防止することができる。
【００２４】
請求項１４，１５に従って遮蔽装置の遮蔽体が調節可能であることにより、基板に作用する熱放射線を、連続する製造時に変化する製造条件（周囲温度、空気湿度、プロセス速度等）に適合させることができる。
【００２５】
光源とバリヤが特に支持体によって少なくとも部分的に接触することにより、ランプ体の曲がりが防止される。これは、例えば非常に幅の広い包装フィルムまたはフロアリング材料のラッカー硬化のために必要であるような、４ｍまで達する長さのランプ体の使用を可能にする。
【００２６】
本発明の他の詳細および有利な実施形は、次に説明する、図に示した実施の形態から明らかになる。この実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００２７】
図１には、本発明による装置の、図７のＡ−Ａ線に沿った断面が概略的に示してある。図７はこの装置の側面図である。バリヤは熱吸収体（１）と、ＵＶ反射層（２）と、穴（３，４）とからなっている。この穴を通って冷却媒体またはガスを案内することができる。穴（３）はノズル（３ｂ）を備えている。このノズルはガスを基板１２のＵＶラッカー塗膜（ＵＶ塗装層）（１３）に吹き付けることができるかまたは吸い出すことができる。バリヤの上方には棒状の光源（５）が設けられている。光源（５）の背後に配置された反射鏡（６），（７）は、円筒状であり、部分円状の横断面を有する。それによって、紫外線は基板（１２）上の２点（２０ａ）で集束する。反射鏡（６，７）は好ましくは、紫外線と赤外線を効果的に分離するために、冷光ミラー（ダイクロイックミラー、コールドミラー）として形成されている。反射鏡（６，７）を通過する赤外線を吸収するために、反射鏡の背後に熱吸収体（８，９）が配置されている。この熱吸収体は冷却通路（１０）を備えている。しかし、熱吸収体（８，９）を空気流で冷却してもよい。
【００２８】
図２は、熱シールド（１４，１４ｂ）と紫外線の３つの焦点（２０ｂ）を備えた装置の変形を示している。装置は同様に、バリヤと光源と熱吸収体を備えている。図１と異なり、反射鏡（１７，１８）は部分円状の横断面を有する各々２つの円筒状部分からなっている。それによって、紫外線は３点（２０ｂ）で集束する。熱シールド（１４，１４ｂ）によって、熱放射線（１９）の一部を遮蔽することができる。そのために、熱シールド（１４，１４ｂ）は調節装置（１５，１６，１５ｂ，１６ｂ）によって、熱放射線（１９）が基板（１２）のＵＶラッカー相（ＵＶ塗装層）に全くまたは一部だけしか当たらないように閉鎖される。製造ラインの停止時には、熱シールド（１４，１４ｂ）をバリヤまで前進させ、それによって基板への放射経路を完全に閉じることにより（破線で示した熱シールド（１４ｂ）の位置参照（シャッタ機能））、コーティングされた基板（１２，１３）に対して放射を遮蔽することができる。
【００２９】
図３は図２と類似の装置を示している。この場合、熱吸収体（８ｂ，９ｂ）は板状に形成されている。
【００３０】
図４はバリヤの穴の機能を示している。穴（３）とノズル（３ｂ）により、上側の図に従って、窒素（２１）または類似のガスがコーティングされた基板（１２，１３）上に案内される。空気酸素の排除は、基板（１２）上のＵＶラッカー層（１３）の迅速かつ良好な硬化を可能にする。
【００３１】
ガス処理を止めると、中央の図に従って、穴（３）を吸引装置として使用することができる。ＵＶラッカー層（１３）から出る低分子量の成分は通常の運転では、反射鏡（６，７，１７，１８）を早く汚すことになる。これを回避するために、図示していない吸引装置を通路（３）に接続することができる。上昇するガス（２２）はノズル（３ｂ）を経て吸い出される。
【００３２】
熱に非常に敏感な基板の場合、穴（３）は下側の図に従って、冷却空気（２３）を案内するために使用可能である。この冷却空気の弱い空気流がコーティングされた基板（１２，１３）を冷却する。同時に、冷却空気流（２３）は、低分子量の物質を照射装置から押し出すことにより、低分子量の物質の上昇を防止する。
【００３３】
図５には、バリヤのいろいろな実施の形態が示してある。バリヤは、ＵＶ反射層（２）が光源（５）に取付けられている場合を除いて、ＵＶ反射層（２）と熱吸収体（１）とからなっている。
【００３４】
ＵＶ反射層（２）は主として短い波長の紫外線を反射し、赤外線を透過する。冷光ミラー（２ｃ）の場合、ＵＶ反射層がガラスに取付けられている。冷光ミラー（２ｃ）は熱吸収体（２５）上に設けられている。ＵＶ反射層（２ｅ）は例えば光源（５）に直接取付け可能である。この場合、光源のガラス本体はＵＶ反射層（２ｅ）のための支持材料としての働きをする。更に、ＵＶ反射層（２，２ｄ，２ｆ）はバリヤの熱吸収体（２４，２６，２８）に直接取付け可能である。この熱吸収体は例えば、成形仕上げ時に赤外線吸収層を備えたアルミニウム成形体からなっている。この赤外線吸収層はアルミニウム成形体からの赤外線の逆流を防止する。
【００３５】
バリヤの熱吸収体（２４，２５，２７，２８）は液体冷却部を備え、熱吸収体（２６）は空気冷却部を備えている。バリヤの形状は光源（５）からの距離と、ＵＶ反射層（２）の配置に依存する。ＵＶ反射層（２ｅ）が光源（５）に直接取付けられていると、バリヤを形成する熱吸収体（２７）は板状に形成可能である。反射層（２，２ｄ，２ｆ）がバリヤに直接取付けられている場合、バリヤの熱吸収体（２４，２５，２６，２９）は所望な反射特性に対応して形成しなければならない。部分円状の冷光ミラー（２ｃ）を使用する場合にも、バリヤの熱吸収体（２５）の部分円状の外周に冷光ミラーを配置することが推奨される。冷光ミラー（２ｃ）は、バリヤの熱吸収体または光源（５）に直接取付けられたＵＶ反射層（２，２ｄ，２ｅ，２ｆ）よりも容易に交換可能である。
【００３６】
熱吸収体（２８）は高さ調節可能な遮蔽体（２９）を備えている。バリヤを通過し、基板（１２）に当たる直接的な熱放射線（１９）の一部が、この遮蔽体によって調整可能である。遮蔽体（２９）が完全に繰り出されると、熱放射線は基板に直接当たらない。熱遮蔽体（２９）が完全に後退すると、熱放射線の一部が基板に当たる。熱遮蔽体（２９）は個別的に調節可能である。
【００３７】
図６には支持体（３０，３１）が示してある。この支持体は光源（５）が曲がらないようにする。非常に長い光源の場合、そのガラス本体は高温でその形状を保つことができない。バリヤは、光源とバリヤを接触させる支持体（３０，３１）と共に、曲がりを防止する。光源は支持体（３０）に点で接触している。一方、支持体（３１）は光源を全長にわたって支持している。支持体（３０，３１）は熱吸収体（１）またはＵＶ反射層（２）上に設けることができる。
【００３８】
図８は垂直な平面に関して非対称に構成された装置を示している。この場合、垂直な平面は光源（５）の縦軸線を含み、基板（１２）の表面に対して垂直である。このような装置の場合、紫外線は図１に示すように２点（２０ａ）で基板上に集束しないで、範囲（２０ｃ）内に面で放射される。この面状の照射はＵＶラッカー層（１３）の弱い予備硬化を生じる。ＵＶラッカー層は続いて点（２０ａ）で硬化される。この硬化によって、ＵＶラッカー層（１３）がややざらざらになる。このざらざらは表面がくすんだように見える。この作用は例えばインストルメントパネルの反射防止表面を製作するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の好ましい実施の形態の概略的な正面図である。
【図２】本発明による装置の第２の好ましい実施の形態の概略的な正面図である。
【図３】本発明による装置の第３の好ましい実施の形態の概略的な正面図である。
【図４】バリヤ内の吸引兼ガス供給穴の作用を示す概略図である。
【図５】バリヤのいろいろな実施の形態を示す図である。
【図６】本発明による装置の細部の概略的な正面図と側面図である。
【図７】図１の装置の概略的な側面図である。
【図８】本発明による装置の好ましい実施の形態の概略的な正面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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