(57)【要約】【課題】記録媒体上に塗布された紫外線硬化型インクに対して、紫外線を照射するための光照射装置において、仮硬化時の低照度での照射時に、ＬＥＤの安定的な点灯をもたらし、照度均一性を維持するとともに、ＬＥＤ自身の過熱を抑制することができる構造を提供せんとするものである。【解決手段】ＬＥＤを備えた光源部と、該光源部からの光を出射する光出射窓と、前記光源部の光軸上に配置されたビームスプリッターと、該ビームスプリッターに対向配置された反射鏡とを備え、前記ビームスプリッターは、前記光源部からの出射光を、相対的に大きな光束の光と、相対的に小さな光束の光とに分割するものであり、前記各光束の光は前記光出射窓から出射され、それぞれ異なる領域に照射されることを特徴とする．【選択図】  図１
2018187774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に塗布された紫外線硬化型インクに対して、紫外線を照射するための光照射装置であって、
ＬＥＤを備えた光源部と、該光源部からの光を出射する光出射窓と、前記光源部の光軸上に配置されたビームスプリッターと、該ビームスプリッターに対向配置された反射鏡と、を備え、
前記ビームスプリッターは、前記光源部からの出射光を、相対的に大きな光束の光と、相対的に小さな光束の光とに分割するものであり、
前記各光束の光は前記光出射窓から出射され、それぞれ異なる領域に照射されることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記光出射窓における大光束の光と小光束の光の出射領域の間には、遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記光出射窓は、２つの個別の光出射窓であって、
前記各光束の光は、各光出射窓からそれぞれ出射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記ビームスプリッターは、前記光源部からの出射光を、相対的に大きな光束（Ａ）の光と、相対的に小さな光束（Ｂ）の光との光量比率（Ｂ／Ａ）が、０．０１≦Ｂ／Ａ＜１の関係を満たすように分割するものであることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記ビームスプリッターにより分割された大小光束の光のうち何れかは、波長変換素子を介して、外部へ出射され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】
この発明は紫外線硬化型インクに光を照射する光照射装置に関するものであり、特に、インクに対して仮硬化処理と本硬化処理を行う光照射装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、印刷装置に用いられるインクには、紫外線硬化型インク（紫外線によって重合反応が開始され、硬化するインク）が用いられている。この紫外線硬化型インク（以下、ＵＶインクとも称す）は、どのような記録媒体に対しても印字が可能であり、揮発性有機化合物も含まれないため、従来の熱硬化型インクと比較して、様々な分野で活用が広がっている。
このような印刷装置は、例えば、特開２０１２−５１３３５号公報（特許文献１）に具体的な構成が開示されている。その一般的な例としては、一方向に搬送される記録媒体上にＵＶインクが塗布され、その後、光照射装置から紫外線が照射されることで、記録媒体上のＵＶインクが硬化し、印字が行われる。
【０００３】
また、特開２０１６−１４７５００号公報（特許文献２）では、複数色のＵＶインクを記録媒体上に塗布する印字工程において、インクが記録媒体の表面上で滲んでしまう問題や、複数種のインクが混ざり合って色味が変化する問題を抑制するため、記録媒体上に形成されたインクドットに低い照度の紫外線を照射して仮硬化（ピニング）させ、インクドット間の滲みや混色を防止することが記載されている。さらに全色インクの仮硬化後に高い照度の紫外線で本硬化させ、良質な印字を行うことが記載されている。
図７にその概要が示されていて、記録媒体Ｍの走査方向Ｓに関して上流側にインクヘッド２０が配置され、その下流側に仮硬化用光源部３１と本硬化用光源部３２とが配置されている。
【０００４】
そして、一例として、仮硬化時の照射ピーク強度は１００〜５００ｍＷ／ｃｍ２程度とし、本硬化に用いられる照射ピーク強度は８００ｍＷ／ｃｍ２以上に設定することが記載されている。
これは、仮硬化時の照射ピーク強度が強いと、インクの粘着性が低下する。複数のインクを塗布する場合においては、インクの粘着性が低下して剥がれやすくなる（擦過に弱い）懸念があり、硬化率（転化率）を抑える必要があるためである。
このように、紫外線を用いた印字工程においては、仮硬化の工程は、良質な画質を得る上で重要となってきており、適切な照度で処理することが必要である。
【０００５】
ところで、近年においては、紫外線光源としてＬＥＤ素子が用いられていて、このＬＥＤ素子の発光強度は年々増加傾向にあり、高出力の光照射が可能となってきている。
しかしながら、前述したように、仮硬化の工程では、高すぎる照度は逆にインクの粘性を低下させてしまい、またインクの表面に凹凸が形成されてしまう（表面が滑らかに形成されない）、という問題があるため、仮硬化の工程時は低い発光強度で維持させる必要がある。
ＬＥＤ素子の発光強度が増加するにつれ、低照度での仮硬化の実施が困難となっている。
【０００６】
ところで、ＬＥＤ照射において、低い照度を維持させる方法として、主に下記３つの方策が考えられる。
（１）ＬＥＤ素子に供給する電流を低下させる。
供給電流を低下させることで、照度を低下させることができる。
しかしながら、ＬＥＤ素子への供給電流を低下させると、ＬＥＤの点灯が不安定となり、また、ちらつきが発生しやすくなるため、好ましい方策ではない。
（２）ＬＥＤ素子の設置個数を減らすことで、積算光量を減らす。
ＬＥＤの設置個数を減らすことで積算光量を低減させることは可能であるが、ＬＥＤの個数を減らすほど、照度の均一性が悪化してしまう。詳述すると、ＬＥＤの出射光には指向性があるため、ＬＥＤ直下の照射エリアは比較的照度が高く、光量ムラが形成されてしまう。
そのため、照度均一性を維持する上で、ＬＥＤの設置個数を減らすことは好ましくない。
（３）ＬＥＤからの光量をカットするフィルタを設ける。
照度を抑えるため、減光フィルタを用いることも考えらえる。
しかしながら、ＵＶ光を適切にカットでき、かつ耐熱性の高いフィルタはあまり存在せず、材料コストの増加を招く。またこのような手段は、光量カットにより光利用効率を悪化させてしまう。さらに、紫外光が減光フィルタで吸収されることで熱が生じるため、フィルタを過熱するだけでなく、輻射熱によりＬＥＤを過熱させる恐れもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−５１３３５号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、記録媒体上に塗布された紫外線硬化型インクに対して、紫外線を照射するための光照射装置において、仮硬化時の低照度での照射時にも、ＬＥＤの安定的な点灯をもたらし、照度均一性を維持するとともに、ＬＥＤ自身の過熱を抑制することができる構造を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明の光照射装置は、ＬＥＤを備えた光源部と、該光源部からの光を出射する光出射窓と、前記光源部の光軸上に配置されたビームスプリッターと、該ビームスプリッターに対向配置された反射鏡とを備え、前記ビームスプリッターは、前記光源部からの出射光を、相対的に大きな光束の光と、相対的に小さな光束の光とに分割するものであり、前記各光束の光は前記光出射窓から出射され、それぞれ異なる領域に照射されることを特徴とする。
また、前記光出射窓における大光束の光と小光束の光の出射領域の間には、遮光部材が設けられていることを特徴とする。
また、前記光出射窓は、２つの個別の光出射窓であって、前記各光束の光は、各光出射窓からそれぞれ出射されることを特徴とする。
また、前記ビームスプリッターは、前記光源部からの出射光を、相対的に大きな光束（Ａ）の光と、相対的に小さな光束（Ｂ）の光との光量比率（Ｂ／Ａ）が、０．０１≦Ｂ／Ａ＜１の関係を満たすように分割するものであることを特徴とする。
また、前記ビームスプリッターにより分割された大小光束の光のうち何れかは、波長変換素子を介して、外部へ出射されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の光照射装置によれば、光源部（ＬＥＤ）からの出射光をビームスプリッターで分割させ、仮硬化用の光束（相対的に小さい光束）の光と本硬化用の光束（相対的に大きな光束）の光を生成し、記録媒体上の紫外硬化型インクを仮硬化させた後、本硬化させることを可能とする。
そして、照度の低い仮硬化用の光照射装置を別途取り付ける必要性がなく、単一の光源部によって、容易に、所望の低い照度の光を生成することができる。このため、光源部を安定的に点灯することができ、照度均一性も担保される。
これにより装置全体をコンパクトに設計できる、というメリットもある。
また、ビームスプリッターによる光束の分割度合を調整することで、本硬化の光量と仮硬化の光量のバランス（相対比率）を制御できるため、光量バランスが崩れることもない。
更には、分割された拘束の光のうち何れかを、波長変換素子を介して、外部へ出射するので、任意の波長の光を選択的に照射できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の光照射装置の第１実施例の断面図。
【図２】本発明の第２実施例の断面図。
【図３】本発明の第３実施例の断面図。
【図４】本発明の第４実施例の断面図。
【図５】本発明の第５実施例の断面図
【図６】本発明の第１実施例の配光分布例。
【図７】従来の光照射装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜５に本発明の実施例が示されている。
図１において、本発明の光照射装置１においては、筐体２内に、複数のＬＥＤを備えた光源部４が配置されており、その筐体２の底部には、石英ガラス製などの第１光出射窓３Ａと第２光出射窓３Ｂが設けられている。
そして、光源部４の光軸上にはビームスプリッター５が設けられるとともに、これに対向するように反射鏡６が配置されている。
また、第１光出射窓３Ａと第２光出射窓３Ｂの間には、遮光部材７が配置されている。
【００１３】
前記ビームスプリッター５は、前記光源部４からの出射光Ｌを、相対的に大きな光束の光ＬＡと、相対的に小さな光束の光ＬＢとに分割するものである。この実施例では、光源部４からの紫外光Ｌを分割した大光束の光ＬＡがビームスプリッター５を透過して第１光出射窓３Ａから出射され、反射された小光束の光ＬＢが反射鏡６に向かい、ここで更に反射されて第２光出射窓３Ｂから出射される。
なお、光照射装置１の上流側には、インクヘッド２０が配置されていることは従来例と同様である。
【００１４】
インクヘッド２０から記録媒体上に塗布された紫外線硬化型インク（ＵＶインク）に、第２出射窓３Ｂから出射される小光束ＬＢの光が照射されて仮硬化する。そして、下流側に位置する第１出射窓３Ａから出射される大光束の光ＬＡが、仮硬化されたＵＶインクＷに照射されて本硬化するものである。
このとき、必要に応じて遮光部材７を設けることによって、大光束の光ＬＡと小光束の光ＬＢとが互いに混ざり合うことが防止される。
上記のように、大光束の光ＬＡと小光束の光ＬＢとを単一の光源部４によって生成することができるので、光源部４を構成するＬＥＤの安定的な点灯状態が維持され、照度の均一性がもたらされる。
【００１５】
上記において、ビームスプリッター５による大光束の光ＬＡと、小光束の光ＬＢとへの分割は、その光量比率（Ｂ／Ａ）が０．０１≦（Ｂ／Ａ）＜１の範囲となるように選択される。この比率が０．０１未満であると、仮硬化そのものができなくなる。
特に、紫外線硬化型インクの種類や硬化条件に応じて、小光束の光ＬＢの照度値（光量）の値が設定され、その照度値を満たす条件となるようにビームスプリッターによる光量比率が設定される。
このようなビームスプリッター５は、光源部から出射される紫外光（出射光）を分割させるものであり、例えば、ガラス基体の表面にＵＶＡＲコートを形成したものが使用される。当然ながら、ＵＶＡＲコートに限らず、光束に応じて光を分ける機能を有するものであれば、他の光学部材で代用させることも可能であり、例えば、ガラス基体にアルミコートをストライプ状又は格子状に塗布させたものであってもよい。
また、反射鏡６は、例えば、ガラス表面にアルミ蒸着したものなどが使用される。
【００１６】
図２には第２実施例が示されていて、図１の第１実施例では光出射窓が２つの個別の窓からなるものであるのに対して、この第２実施例では、筐体２の底部の光出射窓３が一体構造のものとされている。この光出射窓３における、大光束の光ＬＡが出射する領域Ｘが第１光出射窓３Ａを形成し、小光束ＬＢの光が出射する領域Ｙが第２光出射窓３Ｂを形成するものである。
その他の構成は、図１の第１実施例と同様である。
【００１７】
図３には第３実施例が示されていて、ビームスプリッター５が、大光束ＬＡの光を反射し、小光束ＬＢの光を透過するタイプのものである。
つまり、光源部４からの出射光Ｌは、ビームスプリッター５によって大光束ＬＡの光と小光束ＬＢの光とに分割され、大光束ＬＡの光はここで反射されて反射鏡６に向かい、ここで更に反射されて、第１光出射窓３Ａから出射され、一方、小光束ＬＢの光はビームスプリッター５を透過して第２光出射窓３Ｂから出射する。
【００１８】
図４には第４実施例が示されていて、反射鏡６の表面に波長変換素子８が形成されている。
この波長変換素子８は、例えば、光源部４からの出射光を励起光とする蛍光体を用いることができる。
これにより、仮硬化用の小光束の光ＬＢの波長を、大光束の光ＬＡの波長と異ならせることができる。
特に、仮硬化工程においては、最適な波長域が本硬化工程とは異なる場合が存在するため、この第３実施例では、仮硬化用の光の波長を所望の波長に変換することを可能とする。
具体的には、例えば、光源部４からの出射光のピーク波長が３６５ｎｍであった場合、それよりもピーク波長が１５ｎｍ以上長波長側にシフトするように、適切な波長変換素子８が設けられる。
【００１９】
図５に示す第５実施例では、光源部４からの出射光のうち、大光束の光ＬＡの波長を変換するものであり、ビームスプリッター５の裏面側に波長変換素子８が形成されている。
これにより、光源部４からの光のうちビームスプリッター５を透過する大光束の光ＬＡの波長が、波長変換素子８によって変換されて第１光出射窓３Ａから出射される。そして、ビームスプリッター５によって反射された小光束の光ＬＢは、波長を変えることなく、反射鏡６によって反射されて第２光出射窓３Ｂから出射される。
こうして、本硬化用の大光束の光ＬＡの波長と仮硬化用の小光束の光ＬＢの波長を互いに変えることができる。
【００２０】
図１の第１実施例に基づく被照射面での照度分布が、図６に模式的に表されている。
ビームスプリッター５を透過して第１光出射窓３Ａから出射された大光束の光ＬＡに基づく照度分布に比べて、反射鏡６により反射されて第２光出射窓３Ｂから出射された小光束の光ＬＢに基づく照度分布が、低照度とされていることが分かる。
【００２１】
以上説明したように、本発明の光照射装置では、ＬＥＤを備えた光源部からの出射光をビームスプリッターにより、大光束の光と小光束の光とに分割し、それぞれを本硬化用の光と仮硬化用の光とすることで、単一の光源部からの出射光によって本硬化と仮硬化を達成することができ、全体構造が簡略化され、この単一の光源部が仮硬化用光源としても機能することで、仮硬化においても安定的な点灯が維持され、照度分布も均一なものが得られる。
また、大光束の光を出射する第１光出射窓と小光束を出射する第２光出射窓の間に遮光部材を設けることで、大光束の光と小光束の光が混ざり合うことが防止できる。
更に、大光束の光と小光束の光のいずれかを波長変換素子に導くことで、その波長を変換することができ、紫外線硬化型インクの特性に合った本硬化・仮硬化用の波長を選択することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１      光照射装置
２      筐体
３      光出射窓
３Ａ    第１光出射窓
３Ｂ    第２光出射窓
４      光源部
５      ビームスプリッター
６      反射鏡
７      遮光部材
８      波長変換素子
２０    インクヘッド
Ｌ      （光源部からの）出射光
ＬＡ    大光束の光
ＬＢ    小光束の光
Ｘ      大光束の光の出射領域（第１光出射窓）
Ｙ      小光束の光の出射領域（第２光出射窓）
【図１】
2018187774.tif 000003
【図２】
2018187774.tif 000004
【図３】
2018187774.tif 000005
【図４】
2018187774.tif 000006
【図５】
2018187774.tif 000007
【図６】
2018187774.tif 000008
【図７】
2018187774.tif 000009