(57)【要約】【課題】  ２９６ｎｍ以下の光成分が少なく、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の波長に発光ピークを持つ紫外線ランプおよび紫外線硬化型インキ用ＵＶ照射装置を提供すること。【解決手段】  本発明の紫外線ランプは、電子線源と蛍光体とを備えた少なくとも１つの発光部を備え、少なくとも１つの発光部は、電子線源が放射する電子を蛍光体に照射することによって、ピーク波長が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の波長の範囲にある発光スペクトルを有する。特に、蛍光体は、六方晶窒化ホウ素結晶に少なくとも０．０１質量％以上の炭素を含む蛍光体が採用される。【選択図】  図９
2018088338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線源と蛍光体とを備えた少なくとも１つの発光部を備える紫外線ランプであって、
前記少なくとも１つの発光部は、前記電子線源が放射する電子を前記蛍光体に照射することによって、ピーク波長が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の波長の範囲にある発光スペクトルを有する、紫外線ランプ。
【請求項２】
全発光エネルギーに対して、波長２９６ｎｍ以下の光放射エネルギーが１％以下であり、波長３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の光放射エネルギーが３０％以上８０％以下であり、波長３２０ｎｍ以上波長３５０ｎｍ未満の範囲の光放射エネルギーが２０％以上５０％以下である、請求項１に記載の紫外線ランプ。
【請求項３】
前記電子線源は、カソード電極および複数のアノード電極を備え、
前記電子線源は、前記複数のアノード電極のそれぞれに印加されるアノード電圧を変化させる、請求項１に記載の紫外線ランプ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの発光部は、複数の発光部からなり、
前記複数の発光部のそれぞれは、独立に発光するよう制御されている、請求項１に記載の紫外線ランプ。
【請求項５】
前記電子線源は、電界電子放出型（フィールドエミッション型）電子源を備え、
前記電界電子放出型電子源の発光方式はフィールドエミッションランプである、請求項１に記載の紫外線ランプ。
【請求項６】
前記電子線源および前記蛍光体は、真空容器内に収容されており、
前記電子線源は、少なくとも、電界電子放出型電子源を有するカソード電極と、前記カソード電極に対して正の電位を持つアノード電極とを具備し、
前記蛍光体は、前記アノード電極に付与されており、
前記蛍光体は、前記カソード電極から引き出された電子が衝突することによって励起され、発光する、請求項１に記載の紫外線ランプ。
【請求項７】
前記電子線源および前記蛍光体は、真空容器内に収容されており、
前記電子線源は、前記ゲート電極をさらに備え、
前記ゲート電極は、前記カソード電極に対して正の電位を有し、
前記アノード電極は、前記ゲート電極に対して正の電位を有する、請求項６に記載の紫外線ランプ。
【請求項８】
前記蛍光体は、六方晶窒化ホウ素結晶に少なくとも０．０１質量％以上の炭素を含む、請求項１に記載の紫外線ランプ。
【請求項９】
前記蛍光体中の炭素含有量（質量％）は酸素含有量（質量％）より多い、請求項８に記載の紫外線ランプ。
【請求項１０】
２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満の範囲における最大発光強度が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲における最大発光強度の１／１０以下である、請求項９に記載の紫外線ランプ。
【請求項１１】
３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の範囲の最大発光強度が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲における最大発光強度の１／１００以上１／２以下である、請求項９に記載の紫外線ランプ。
【請求項１２】
前記蛍光体は、３１０ｎｍ以上３３０ｎｍ未満の範囲の波長に最大発光ピークを持つ蛍光を発光する、請求項１に記載の紫外線ランプ。
【請求項１３】
前記蛍光体は、組成式ＢａＯｂＮｃＡｄＥｅ（ただし、Ｂはホウ素元素、Ｏは酸素元素、Ｎは窒素元素、Ａ元素は炭素とケイ素から選ばれる１種または２種の元素、Ｅ元素はＢ、Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓｉ以外の元素の単独または混合であり、式中ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは原子数の比を表すパラメータであり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１とする）で示され、
０．３９≦  ａ  ≦０．５・・・・・・・・・・・・・・（１）
０≦  ｂ  ≦０．０１・・・・・・・・・・・・・・・（２）
０．３９≦  ｃ  ≦０．５５・・・・・・・・・・・・・（３）
０．０００１≦  ｄ  ≦０．２５・・・・・・・・・・（４）
０≦  ｅ  ≦０．０５・・・・・・・・・・・・・・・（５）
以上の条件を満たす、請求項９に記載の紫外線ランプ。ただし、Ａ元素が２種の場合はｄ値はそれぞれの元素の合計の値であり、Ｅ元素が２種以上の場合はｆ値はそれぞれの元素の合計の値である。
【請求項１４】
前記パラメータｂとｄとは
ｂ  ＜  ｄ  
の条件を満たす、請求項１３に記載の紫外線ランプ。
【請求項１５】
光源として紫外線ランプを備えた紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置であって、
前記紫外線ランプは、請求項１に記載の紫外線ランプである、紫外線照射装置。
【請求項１６】
ＵＶインキを検出するセンサと、
前記センサで検出した情報に基づいて、前記紫外線ランプの動作を制御する制御機構と
をさらに備える、請求項１５に記載の紫外線照射装置。
【請求項１７】
前記センサは、原反上のＵＶインキの存在を検出し、
前記制御機構は、前記センサが前記原反上のＵＶインキがないことを検出した領域に対して、前記紫外線ランプが紫外線の照射を停止するか、または、紫外線の照射量を減じるように、前記紫外線ランプの動作を制御する、請求項１６に記載の紫外線照射装置。
【請求項１８】
前記センサは、原反上のＵＶインキの濃度を検出し、
前記制御機構は、前記センサが検出されたＵＶインキ濃度に応じて、前記紫外線ランプが発する紫外線量を制御するように、前記紫外線ランプの動作を制御する、請求項１６に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体を電子線励起することで発生した光を用いた紫外線ランプおよびそれを用いた紫外線硬化型インキ用ＵＶ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題から、水銀を使用する紫外ランプや発光デバイスの使用が規制されつつある。水銀を使用する代表的なデバイスは蛍光灯、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプなどである。これらは、水銀の放電により発生する紫外線を励起源として用いている。
【０００３】
一方、近年、印刷分野において、紫外線硬化型インキ（以下、ＵＶインキ）の利用が増えている。従来、多く使われていた油性インキは、構成物の中に溶剤、例えば軽油を含んでいた。このため、印刷工程における熱乾燥や自然乾燥の工程において発生する揮発性有機化合物ＶＯＣ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）は、現場の作業員の人体への影響、工程の外への排気による大気汚染の発生が問題であった。これらを抑制するための排気設備、除害設備を備えるには、設備投資が大きくなっている。
【０００４】
また、油性インキの乾燥は酸化重合による自然乾燥であるため、自然乾燥には半日以上もの長い時間を要する。このため、印刷工程には、インキが乾燥するまでの間、印刷済みの紙などを保管するための設備や保管スペースが必要となる。乾燥していない油性インキのために、印刷の裏移りを防ぐ目的でスプレーパウダーを噴射し、紙をあまり重ねないという対策がとられる場合もある。
【０００５】
一方、近年多く使われるようになったＵＶインキを使ったＵＶ印刷は、紫外線に速乾性のあるＵＶインキと光源として紫外線とを使用する。水銀ランプやメタルハライドランプ等の光源から放射される紫外線を原反に塗布が終わったＵＶインキに照射することで、瞬間的にインキを硬化・乾燥させて印刷する方法である。
【０００６】
このＵＶ印刷の特長は、以下のとおりである。
【０００７】
（１）ＵＶインキがＶＯＣ（揮発性有機化合物）、ＣＯＣ（塩素系有機化合物）を含まないため、作業員の人体への影響が軽減され、工程外への排気による大気汚染の発生も起こさない。また、こういった問題への設備投資が不要となり、コスト低減が図れる。
【０００８】
（２）従来の油性インキで用いた熱乾燥や自然乾燥と異なり、紫外線を照射することで瞬時に硬化するため、印刷直後に印刷物を重ねてもインキの裏移りがない。このため、従来の油性インキで必要だったインキが硬化するまで保管をするためのスペースや設備が不要となった。そのため、印刷直後に、次の梱包や出荷などの工程に送ることができるため、生産のリードタイムが大幅に短縮できるようになり、このことは依頼者への納入期間の短縮という効果がある。また、同じ面積の印刷工場での生産量を増やすことができるようになった。
【０００９】
（３）ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥＴ（ポリエチレンテフタレート）などのインキの浸透乾燥が期待できない原反（素材）であってもインキの瞬時硬化が可能となり、印刷対象物の範囲が拡がった。
【００１０】
（４）油性インキでは、印刷する物以外に付着したり残ったインキは徐々に硬化が進むため、インキ壷やローラーなどは印刷作業の終了後に洗浄作業が必要であった。これに対して、ＵＶインキは紫外光が照射されない限りインキが硬化しないという特性があるため、インキ壷やローラーなどを作業終了後も放置できるという作業軽減の効果がある。
【００１１】
ＵＶ印刷において、ＵＶインキを硬化するために照射する紫外線を放射する光源として多く使われるのは水銀ランプとメタルハライドランプである。
【００１２】
図２９は、水銀ランプおよびメタルハライドランプの発光スペクトルを示す図である。
【００１３】
図２９（ａ）は、水銀ランプの発光スペクトルを示す。水銀ランプは、石英ガラス製の発光管の中に高純度の水銀と少量の希ガスを封入したもので、短波長（２５４ｎｍ付近）を効率よく放射する。図２９（ｂ）は、メタルハライドランプの発光スペクトルである。メタルハライドランプは、発光管の中に水銀と金属をハロゲン化合物として封入したもので、長波長（３００〜４５０ｎｍ）の出力が大きくなっている。
【００１４】
ＵＶインキの硬化は、含有される光重合開始剤が光を吸収することで硬化が開始する。したがって、光重合開始剤がどれだけ効率良く光を吸収するかが硬化にとって重要な要素である。
【００１５】
図３０は、従来のＵＶインキに含有される光重合開始剤の光吸収スペクトルを示す図である。
【００１６】
図３０（ｂ）および（ｃ）は、例示的な光重合開始剤の光吸収スペクトルの例を示す。図３０（ａ）は、図２９（ａ）に示す水銀ランプの発光スペクトルと同じである。図３０（ａ）と図３０（ｂ）および（ｃ）とのスペクトルの関係からわかるように、２つの光重合開始剤は水銀ランプの光を効率よく吸収できる関係にある。
【００１７】
この２つのランプの主な課題は以下の３点である。
【００１８】
(１)水銀ランプやメタルハライドランプ等のＵＶランプは、その表面温度が約８００℃にも達する。このため、ＵＶランプとランプハウスを空冷・水冷で冷却することが必要である。それでも高温になったＵＶランプから放射される熱線によって原反（被印刷物）だけでなく、照射器具の様々な部分がダメージを受ける場合がある。近年、原反の中でも熱に弱いフィルムの需要が増えており、ＵＶランプから放射される熱線による原反へのダメージ低減がより大きな課題となっている。
【００１９】
ＵＶランプから放射される熱線によりＵＶランプ、ＵＶ照射器具がダメージを受けないように強制冷却が必須となる。一般的には、ＵＶランプを搭載したＵＶ照射器具からダクト配管を行い、ブロワによってオゾンを含む熱風を工場外へ強制排気する構成である。このためのダクト配管、電気配線等大がかりな工事が必要となり、小規模事業者にとっては導入の大きな足かせとなっている。
【００２０】
（２）放射される光の中に含まれる１００ｎｍ〜２２０ｎｍの紫外線が酸素に照射されることによって、オゾンが生成される。オゾンはきわめて強力な酸化剤として知られ、その有毒性についても報告されている。わが国のオキシダントの環境基準は１時間平均値で０．０６ｐｐｍであり、オゾン濃度に読みかえれば０．００５ｐｐｍ前後と評価されている。また、作業環境基準では１日につき８時間反復暴露しても健康に障害を及ぼさないと考えられる濃度である０．１ｐｐｍ（０．２ｍｇ／ｍ３）に定められている。工程外にブロワによってオゾンを含む熱風を工場外へ強制排気する必要があり、そのための設備投資が事業者への負担となる。
【００２１】
（３）ＵＶランプに環境負荷の大きい水銀が含まれている。
【００２２】
一方、近年、窒化物半導体を使った紫外線ＬＥＤの高出力化が進展し、これを光源として用いた紫外線硬化型インキ用ＵＶ照射装置の量産化が始まった。ＬＥＤは、従来の水銀ランプ、メタルハライドランプのように表面が高温にならない、発光スペクトルの半値幅が狭いため、オゾン発生に結びつくような短波長の紫外線を放射しないなどの特徴がある。ＬＥＤを構成する半導体層は、ＡｌＧａＩｎＮの混晶で構成されているが、ＬＥＤの発光波長を紫外線領域にまで短くするためには、ＬＥＤを構成する半導体層の中で、発光層や、発光層を挟むクラッド層などの結晶において、Ａｌの混晶比を高くする必要がある。しかし、現時点では、Ａｌの混晶比の高い高品位の半導体結晶を成長させることが困難であるため、３６５ｎｍ以下の波長を発するＬＥＤの光出力は十分でない。したがって、現時点で実用化されているＬＥＤを光源としたＵＶ照射装置の発光波長は、３６５ｎｍ、あるいは、それより長波長となっている。この波長を発するＵＶ照射装置は、従来から製造されていた。
【００２３】
図３１は、既存のＬＥＤを用いたＵＶ照射装置の発光スペクトルと、光重合開始剤の光吸収スペクトルとを示す図である。
【００２４】
図３１（ａ）は、ＵＶ照射装置の発光スペクトルを示し、図３１（ｂ）および（ｃ）は、図３０（ｂ）および（ｃ）に示す光重合開始剤の光吸収スペクトルと同じである。図３１によれば、ＵＶ照射装置の発光スペクトル（ａ）と、光重合開始剤の光吸収スペクトル（ｂ）、（ｃ）との重なりは少ないため、インキの硬化が開始しない、効率が低く、硬化には非常に長い時間がかかるなどの問題が生じ得る。このため、ＬＥＤを用いたＵＶ照射装置に対応するインキとして、３６５ｎｍ以上の波長の光によっても硬化が開始するような光重合開始剤に変更するか、増感剤を添加するなどの変更を加えた物が新たに開発され市場に出始めている。
【００２５】
図３２は、既存のＬＥＤを用いたＵＶ照射装置の発光スペクトルと、これに適応したＵＶインキに含有される別の光重合開始剤の光吸収スペクトルとを示す図である。
【００２６】
図３２（ａ）は、図３１（ａ）のＵＶ照射装置の発光スペクトルと同じであり、図３２（ｂ）および（ｃ）は、別の光重合開始剤の光吸収スペクトルである。開発された光重合開始剤の光吸収スペクトルは、ＵＶ照射装置の発光スペクトルとの重なりが多いため、上述の問題が解消されている。しかしながら、インキの種類は非常に多く、成分を変えるためには開発期間、開発費用がかかる、管理すべき品種が増える、また、インキの変更をすることで印刷物の発色が変化するため色合わせをやり直す作業が生じるなどの課題があった。
【００２７】
このため、従来のＵＶインキを硬化できる新たな光源が求められている。加えて、オゾン発生の危険性が高くなる２２０ｎｍ付近以下の紫外線成分が抑制されていることが望ましい。波長の短い紫外光は、皮膚を赤くする（紅斑となる）作用が認められ、皮膚へのダメージの危険性が指摘されている（例えば、非特許文献１を参照）。非特許文献１のＰａｒｒｉｓｈらは、約２９６ｎｍより波長の長い光であれば皮膚が赤くならずに済むとしている。このため、生体安全性の面からは、２９６ｎｍ以下の紫外線成分が抑制されていることが望ましい。このような背景から、３２０ｎｍ付近を発光ピークとする光源が求められていた。
【００２８】
一方、紫外発光する蛍光体として窒化ホウ素（ＢＮ）を用いたＢＮ系蛍光体が知られている（例えば、特許文献１〜４、非特許文献２を参照）。特許文献１および２によれば、Ｂ−Ｃ−Ｎ−Ｏ蛍光体が青色光励起により白色発光することが報告されている。特許文献３および非特許文献２によれば、ＢＮ結晶が電子線で励起することにより２００ｎｍ〜２２０ｎｍの範囲の波長で発光することが報告されている。特許文献４によればＥｕイオンなどを付活したＢＮ蛍光体は可視域に発光することが報告されている。しかしながら、このようなＢＮ系蛍光体は、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の波長に発光ピークを持つ発光をせず、また、さらなる用途が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２０１２−２１１２７８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０８７８号公報
【特許文献３】特開２００７−９０９５号公報
【特許文献４】特開２００６−３１２６７２号公報
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】Ｊｏｈｎ  Ｐａｒｒｉｓｈら，“Ａｃｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｆｏｒ  Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒａｐｙ  ｏｆ  Ｐｓｏｒｉａｓｉｓ”，ＴＨＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＶＥ  ＤＥＲＭＡＴＯＬＯＧＹ，７６巻，３５９−３６２ページ，１９８１年
【非特許文献２】Ｋｅｎｊｉ  Ｗａｔａｍａｂｅ、ｅｔ．ａｌ．、“Ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ａｓ  ａ  ｎｅｗ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ａｎｄ  ｈＢＮ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ  ｐｏｗｄｅｒ”、Ｄｉａｍｏｎｄ  ＆  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、２０巻、８４９−８５２ページ、２０１１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明の課題は、２９６ｎｍ以下の光成分が少なく、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の波長に発光ピークを持つ紫外線ランプおよび紫外線硬化型インキ用ＵＶ照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明者においては、かかる状況の下で、ＵＶインキ用途の紫外線ランプについて鋭意研究を重ね、好ましい構成を見出した。また、蛍光体としてＢＮ結晶について鋭意研究を重ねた結果、特定の組成領域範囲、特定の固溶状態および特定の結晶相を有するものは、従来の水銀ランプやメタルハライドランプから放射される紫外光で硬化が可能なＵＶインキに対しても硬化が可能な、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲にエネルギーを持つ発光をもつことを見いだした。そして、ＢＮ結晶は、必要に応じて、さらに、酸素、炭素を添加することで、より大きな発光効率を持つことも見出した。その結果、特に、電子線で励起される紫外線照射装置に適することを見いだした。これにより、紫外線ランプおよび紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置に関する発明を完成させるに至った。その構成は、以下に記載のとおりである。
【００３３】
本発明による紫外線ランプは、電子線源と蛍光体とを備えた少なくとも１つの発光部を備え、前記少なくとも１つの発光部は、前記電子線源が放射する電子を前記蛍光体に照射することによって、ピーク波長が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の波長の範囲にある発光スペクトルを有し、これにより上記課題を解決する。
全発光エネルギーに対して、波長２９６ｎｍ以下の光放射エネルギーが１％以下であり、波長３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の光放射エネルギーが３０％以上８０％以下であり、波長３２０ｎｍ以上波長３５０ｎｍ未満の範囲の光放射エネルギーが２０％以上５０％以下であってもよい。
前記電子線源は、カソード電極および複数のアノード電極を備え、前記電子線源は、前記複数のアノード電極のそれぞれに印加されるアノード電圧を変化させてもよい。
前記少なくとも１つの発光部は、複数の発光部からなり、前記複数の発光部のそれぞれは、独立に発光するよう制御されていてもよい。
前記電子線源は、電界電子放出型（フィールドエミッション型）電子源を備え、前記電界電子放出型電子源の発光方式はフィールドエミッションランプであってもよい。
前記電子線源および前記蛍光体は、真空容器内に収容されており、前記電子線源は、少なくとも、電界電子放出型電子源を有するカソード電極と、前記カソード電極に対して正の電位を持つアノード電極とを具備し、前記蛍光体は、前記アノード電極に付与されており、前記蛍光体は、前記カソード電極から引き出された電子が衝突することによって励起され、発光してもよい。
前記電子線源および前記蛍光体は、真空容器内に収容されており、前記電子線源は、前記ゲート電極をさらに備え、前記ゲート電極は、前記カソード電極に対して正の電位を有し、前記アノード電極は、前記ゲート電極に対して正の電位を有してもよい。
前記蛍光体は、六方晶窒化ホウ素結晶に少なくとも０．０１質量％以上の炭素を含んでもよい。
前記蛍光体中の炭素含有量（質量％）は酸素含有量（質量％）より多くてもよい。
２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満の範囲における最大発光強度が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲における最大発光強度の１／１０以下であってもよい。
３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の範囲の最大発光強度が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲における最大発光強度の１／１００以上１／２以下であってもよい。
前記蛍光体は、３１０ｎｍ以上３３０ｎｍ未満の範囲の波長に最大発光ピークを持つ蛍光を発光してもよい。
前記蛍光体は、組成式ＢａＯｂＮｃＡｄＥｅ（ただし、Ｂはホウ素元素、Ｏは酸素元素、Ｎは窒素元素、Ａ元素は炭素とケイ素から選ばれる１種または２種の元素、Ｅ元素はＢ、Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓｉ以外の元素の単独または混合であり、式中ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは原子数の比を表すパラメータであり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１とする）で示され、
０．３９≦  ａ  ≦０．５・・・・・・・・・・・・・・（１）
０≦  ｂ  ≦０．０１・・・・・・・・・・・・・・・（２）
０．３９≦  ｃ  ≦０．５５・・・・・・・・・・・・・（３）
０．０００１≦  ｄ  ≦０．２５・・・・・・・・・・（４）
０≦  ｅ  ≦０．０５・・・・・・・・・・・・・・・（５）
以上の条件を満たしてもよい。ただし、Ａ元素が２種の場合はｄ値はそれぞれの元素の合計の値であり、Ｅ元素が２種以上の場合はｆ値はそれぞれの元素の合計の値である。
前記パラメータｂとｄとはｂ  ＜  ｄ  の条件を満たしてもよい。
本発明による紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置は、光源として紫外線ランプを備え、前記紫外線ランプは、上述の紫外線ランプであり、これにより上記課題を解決する。
ＵＶインキを検出するセンサと、前記センサで検出した情報に基づいて、前記紫外線ランプの動作を制御する制御機構とをさらに備えてもよい。
前記センサは、原反上のＵＶインキの存在を検出し、前記制御機構は、前記センサが前記原反上のＵＶインキがないことを検出した領域に対して、前記紫外線ランプが紫外線の照射を停止するか、または、紫外線の照射量を減じるように、前記紫外線ランプの動作を制御してもよい。
前記センサは、原反上のＵＶインキの濃度を検出し、前記制御機構は、前記センサが検出されたＵＶインキ濃度に応じて、前記紫外線ランプが発する紫外線量を制御するように、前記紫外線ランプの動作を制御してもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の紫外線ランプおよびそれを採用した紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置は、従来のＵＶインキの光吸収スペクトルに対して硬化が可能であり、かつ２２０ｎｍ以下の発光はほとんど検出できないことから、大気中の酸素との反応でのオゾン発生が抑制され、オゾンガスの排気や除害設備への投資が不要となる。特に、蛍光体として、電子線励起窒化ホウ素（ＢＮ）蛍光体を採用することにより、２９６ｎｍ以下の光のエネルギーは、スペクトル全体の１％以下であり、作業者が浴びても紅斑が生じるなどの皮膚へのダメージが抑制された光源となり、作業者に対しても安全となる。ＢＮ蛍光体の発光スペクトルには、一般的に可視光といわれる３８０ｎｍから７８０ｎｍの領域にあたる成分が含まれているため、紫外線照射工程で、どの位置に光が照射されているか、紫外線が漏れ出ているかの位置関係を認識しやすいという特徴があり、作業者の作業性、安全性の向上に貢献する。
【００３５】
さらに、発光部は１００〜２００℃程度の温度上昇にとどまるため、従来のランプのように約８００℃ほどの高温にならないため、紫外線ランプの冷却機構ははるかに簡単になる。さらに、温度が低いことから原反から距離を離して光源を設置する必要はない。このため光源部の構造、光学設計も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】蛍光体１の発光スペクトルを示す図
【図２】蛍光体２の発光スペクトルを示す図
【図３】蛍光体３の発光スペクトルを示す図
【図４】蛍光体４の発光スペクトルを示す図
【図５】蛍光体５の発光スペクトルを示す図
【図６】蛍光体６の発光スペクトルを示す図
【図７】蛍光体７の発光スペクトルを示す図
【図８】蛍光体８の発光スペクトルを示す図
【図９】本発明の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を示す斜視図
【図１０】図９に示す紫外線照射装置のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’断面を示す図
【図１１】図９および図１０に示された紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図
【図１２】紫外線ランプの発光部を模式的に示す図
【図１３】本発明の紫外線ランプから放射される発光スペクトルを示す図
【図１４】紫外線照射装置に搭載した別の紫外線ランプの発光部を模式的に示す図
【図１５】別の紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図
【図１６】紫外線照射装置に搭載した別の紫外線ランプの発光部を模式的に示す図
【図１７】紫外線照射装置に搭載したさらに別の紫外線ランプの発光部を模式的に示す図
【図１８】さらに別の紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図
【図１９】印刷工程の側面図
【図２０】発光部の位置と光強度との関係を示す図
【図２１】紫外線照射装置に搭載したさらに別の紫外線ランプの発光部（ａ）および（ｂ）を模式的に示す図
【図２２】さらに別の紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図
【図２３】さらに別の紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図
【図２４】さらに別の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を示す斜視図
【図２５】図２４に示す紫外線照射装置を用いてＵＶインキを硬化する印刷システムを示す上面図
【図２６】図２４に示す紫外線照射装置のＵＶインキ読み取り装置の出力の時間変化を示す図
【図２７】図２４に示す紫外線照射装置の紫外線ランプの光強度の時間変化を示す図
【図２８】比較蛍光体１の発光スペクトルを示す図
【図２９】水銀ランプおよびメタルハライドランプの発光スペクトルを示す図
【図３０】従来のＵＶインキに含有される光重合開始剤の光吸収スペクトルを示す図
【図３１】既存のＬＥＤを用いたＵＶ照射装置の発光スペクトルと、光重合開始剤の光吸収スペクトルとを示す図
【図３２】既存のＬＥＤを用いたＵＶ照射装置の発光スペクトルと、これに適応したＵＶインキに含有される別の光重合開始剤の光吸収スペクトルとを示す図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
本発明の紫外線ランプは、電子線源と蛍光体とを備えた少なくとも１つの発光部を備える。発光部は、電子線源が放射する電子を蛍光体に照射することによって、ピーク波長が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の波長の範囲にある発光スペクトルを有する。ここで用いる蛍光体は特に指定しないが、なかでも、六方晶窒化ホウ素（ＢＮ）結晶を用いたＢＮ系蛍光体を用いることにより、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲に効率良く発光する紫外線ランプを構成することができる。蛍光体は、例えば、電子線源が有するアノード電極上に位置する。
【００３９】
さらに、蛍光体の組成を選ぶことにより、全発光エネルギーに対して、波長２９６ｎｍ以下の光放射エネルギーが１％以下であり、波長３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の光放射エネルギーが３０％以上８０％以下であり、波長３２０ｎｍ以上波長３５０ｎｍ未満の範囲の光放射エネルギーが２０％以上５０％以下である紫外線ランプを構成することができる。このような紫外線ランプは、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００４０】
電子線源は、カソード電極および複数のアノード電極を備え、複数のアノード電極のそれぞれに印加されるアノード電圧を変化させてもよい。カソード電極は、ナノダイヤモンド、カーボンナノチューブ、炭化珪素。窒化ホウ素などの電子源を有する。このように制御することにより、電子線源から放射される光の総量の分布や光の時間分布が制御される。このような紫外線ランプは、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００４１】
紫外線ランプにおいて、少なくとも１つの発光部は複数の発光部からなり、それぞれ独立に発光するよう制御されている。これにより、紫外線ランプから発せられる紫外線全体の光の分布が制御され得る。このような紫外線ランプは、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００４２】
電子線源は、電界電子放出型（フィールドエミッション型）電子源を励起源として備え、その発光方式がフィールドエミッションランプであってもよい。このような紫外線ランプは、発光輝度が高く、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００４３】
電子線源および蛍光体は、真空容器内に収容される。電子線源は、好ましくは、電界電子放出型電子源を有するカソード電極と、カソード電極に対して正の電位を持つゲート電極とを備え、アノード電極には蛍光体が付与されている。カソード電極から引き出された電子が蛍光体に衝突するように構成され、蛍光体は励起し、発光する。さらに好ましくは、電子線源はゲート電極をさらに備える。カソード電極、ゲート電極およびアノード電極の関係は、ゲート電極がカソード電極に対して正の電位を有し、アノード電極がゲート電極に対して正の電位を有することを満たす。このような紫外線ランプは、高輝度の紫外線を発光するため、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００４４】
本発明の紫外線ランプに使用する蛍光体のひとつとして、蛍光体が六方晶窒化ホウ素（ＢＮ）結晶に少なくとも０．０１質量％以上の炭素を含むものを用いてもよい。このような蛍光体は、電子線で励起することにより、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の波長にピーク波長を有する発光を示すため、紫外線硬化型インキ用途に好適である。このＢＮ蛍光体を、金属薄膜プレートに塗布し、電子線で励起を行うと、紫外線が放射される。金属薄膜プレートに塗布したＢＮ蛍光体に組み合わせる電子線源を直線的に配置して、光源を線的に長くし、必要な光の幅を得る。
【００４５】
さらに、発光輝度が高い蛍光体として、ＢＮ蛍光体中の炭素含有量（質量％）が酸素含有量（質量％）より多い組成を持つものを用いることができる。炭素含有量（質量％）が酸素含有量（質量％）より多い組成では、３００ｎｍ以下の発光が少なくなり、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の発光成分が多くなる。これにより、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００４６】
炭素含有量（質量％）が酸素含有量（質量％）より多い組成では、２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満の範囲における最大発光強度が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲における最大発光強度の１／１０以下であり、硬化に有効な波長成分が多いため、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００４７】
炭素含有量（質量％）が酸素含有量（質量％）より多い組成では、３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の範囲の最大発光強度が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲における最大発光強度の１／１００以上１／２以下であり、可視光成分を含むため、光の有無を視認でき好ましい。ＢＮ蛍光体の組成を選ぶことにより、このような紫外線ランプを構成することができる。
【００４８】
蛍光体が、３１０ｎｍ以上３３０ｎｍ未満の範囲の波長に最大発光ピークを持つ蛍光を発光する紫外線ランプは、紫外線硬化型インキ用途に好適である。ＢＮ蛍光体の組成を選ぶことにより、このような紫外線ランプを構成することができる。
【００４９】
組成式ＢａＯｂＮｃＡｄＥｅ（ただし、Ｂはホウ素元素、Ｏは酸素元素、Ｎは窒素元素、Ａ元素は炭素とケイ素から選ばれる１種または２種の元素、Ｅ元素はＢ、Ｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓｉ以外の元素の単独または混合であり、式中ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは原子数の比を表すパラメータであり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１とする）で示され、
０．３９≦  ａ  ≦０．５
０≦  ｂ  ≦０．０１
０．３９≦  ｃ  ≦０．５５
０．０００１≦  ｄ  ≦０．２５
０≦  ｅ  ≦０．０５
以上の条件を満たす蛍光体は、３１０ｎｍ以上３３０ｎｍ未満の範囲の波長に発光ピークを持ち、発光輝度が高いため、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００５０】
ここで、ホウ素の量を示すパラメータａは、０．３９≦  ａ  ≦０．５の範囲がよく、高輝度の蛍光体が得られる。パラメータａがこの範囲以外では、ＢＮ以外の不純物成分が多くなり、蛍光体の発光強度が低下する。
【００５１】
酸素の量を示すパラメータｂは、０≦  ｂ  ≦０．０１の範囲がよく、高輝度の蛍光体が得られる。パラメータｂがこの範囲以外では、ＢＮ以外の不純物成分が多くなり、蛍光体の発光強度が低下する。
【００５２】
窒素の量を示すパラメータｃは、０．３９≦  ｃ  ≦０．５５の範囲がよく、高輝度の蛍光体が得られる。パラメータｃがこの範囲以外では、ＢＮ以外の不純物成分が多くなり、蛍光体の発光強度が低下する。
【００５３】
炭素の量を示すパラメータｄは、０．０００１≦  ｄ  ≦０．２５の範囲がよく、高輝度の蛍光体が得られる。パラメータｄが０．０００１より小さいと３００ｎｍ未満の波長の発光が大きく、３００ｎｍから３５０ｎｍの範囲の発光が小さくなるため好ましくない。パラメータｄが０．２５より大きくなると、ＢＮ以外の不純物成分が多くなり、蛍光体の発光強度が低下する。
【００５４】
その他の元素は含まなくてもいいが、含む場合はｅ値は０．０５以下がよい。パラメータｅがこの範囲以外では、ＢＮ以外の不純物成分が多くなり、蛍光体の発光強度が低下する。
【００５５】
パラメータｂとｄが
ｂ  ＜  ｄ  
の条件を満たす蛍光体は、３１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の範囲の波長に発光ピークを持ち、発光輝度が高いため、紫外線硬化型インキ用途に好適である。
【００５６】
Ａ元素が炭素であり、パラメータ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが、
０．４≦  ａ  ≦０．５
０．０００１≦  ｂ  ≦０．００８
０．４５≦  ｃ  ≦０．４９９
０．００１≦  ｄ  ≦０．０３
ｂ  ＜  ｄ
ｅ  ＝  ０
の条件を満たす蛍光体は特に発光輝度が高いので、紫外線硬化型インキ用途として好ましい。
【００５７】
ＢＮ蛍光体の製造方法は特に規定しないが、一つの方法として、窒化ホウ素または加熱により窒化ホウ素となる化合物（窒化ホウ素原料）に、炭素および／またはケイ素を含む化合物を添加して、１４００℃以上２５００℃以下の温度に加熱する方法がある。窒化ホウ素原料は不純物として０．１質量％から２質量％の酸素を含むものが、蛍光体中の酸素量を制御するのに好ましい。また、窒化ホウ素原料は加熱により窒化ホウ素となる化合物を用いてもよい。例えば、炭素を含む化合物としては、炭素、グラファイト、炭化ホウ素、炭化ケイ素などを挙げることができる。焼成温度が１４００℃より低いと十分な反応が進まない恐れがある。２５００℃より高いと窒化ホウ素が熱分解する恐れがある。
【００５８】
本発明の紫外線ランプは、３１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の範囲の波長に発光ピークを持ち、発光輝度が高いため紫外線硬化型インキ用途に適している。
【００５９】
本発明の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置は、上述した本発明の紫外線ランプを備える。さらに好ましくは、本発明の紫外線照射装置は、ＵＶインキを検出するセンサと、センサで検出した情報に基づいて、紫外線ランプの動作を制御する制御機構とをさらに備える。これにより、発せられる紫外線を高度に制御できる。
【００６０】
より具体的には、センサが原反上のＵＶインキの存在を検出する場合、制御機構は、センサがＵＶインキの存在を検出すると、紫外線ランプが紫外線の照射を停止するか、または、紫外線の照射量を減じるように、紫外線ランプの動作を制御してもよい。これにより、不要な紫外線の照射を抑制し、効率よくＵＶインキの硬化を可能にする。
【００６１】
あるいは、センサが原反上のＵＶインキの濃度を検出する場合、制御機構は、紫外検出したＵＶインキの濃度に応じて、紫外線ランプが発する紫外線量を制御するように、紫外線ランプの動作を制御してもよい。これにより、ＵＶインキの硬化に必要な紫外線を照射できるのでエネルギー効率に優れる。なお、センサが、ＵＶインキの存在ならびに濃度の両方を検出し、これらに基づいて紫外線ランプの動作を制御してもよい。
【００６２】
中でも、蛍光体としてＢＮ蛍光体を用いた紫外線ランプを光源とするＵＶインキ用紫外線照射装置は以下の特性を持つ。
【００６３】
（１）本発明の紫外線照射装置は、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の波長に発光ピークを有する光を発することができるので、従来の水銀ランプやメタルハライドランプから放射される紫外光で硬化が可能なＵＶインキを硬化する。このため、既存のＵＶインキの成分などを変更せず、既存の水銀ランプやメタルハライドランプを備えた紫外線照射装置に代替できる。
【００６４】
（２）本発明の紫外線照射装置によれば、発光スペクトル全体に対する３００ｎｍ未満の発光が少なく、光が漏れ出ても、あるいは、保守の際に作業員が光を浴びても、皮膚の紅斑を抑制できる。具体的には、放射される全光エネルギーに占める２９６ｎｍ以下の光エネルギー強度は、１％以下となっている。
【００６５】
（３）本発明の紫外線照射装置によれば、発光スペクトル全体に対する２２０ｎｍ以下の発光はほぼ皆無である。このため、空気中の酸素をオゾン化させることがなく、作業者に対する安全性が高い。また、屋外へオゾンを排出する必要がないため、オゾンの除害設備も不要であり、設備面積が不要、設備投資も不要である。
【００６６】
（４）従来のＵＶランプはその表面温度が８００℃近くにも達するため、空冷や水冷の設備を必要としたが、本発明の紫外線照射装置では、紫外線ランプの温度は高くとも２００℃以下に抑制されており、冷却に要する機構の能力が低減される。さらに、熱に弱い原反への印刷においては、従来光源では熱の影響を減らすために生じていた様々な制約を軽減することが可能である。
【００６７】
これらの特徴により、本発明の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置は、従来の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置の種々の課題を解消するような数々の利点を有している。
【００６８】
次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明が実施例に限定されないことに留意されたい。
【実施例】
【００６９】
［蛍光体の製造］
実施例１から７の紫外線固化型インキ用紫外線照射装置に用いる蛍光体１〜８を次の方法で製造した。
【００７０】
出発原料として、デンカ製窒化ホウ素粉末グレードＳＧＰ（純度９９％）、三菱化成（現三菱化学）製カーボンブラックＭＡ−６００Ｂグレード、高純度化学製の炭化ケイ素粉末、宇部興産製の窒化ケイ素粉末ＳＮ−Ｅ１０グレード（酸素不純物１．０質量％）、および、高純度化学製の炭化ホウ素粉末を使用した。
【００７１】
ＢＮ原料粉末に含まれる酸素量を、ＬＥＣＯ社製ＴＣ−４３６酸素窒素分析計を使用して測定した。ＢＮ原料粉末をスズカプセルに秤取り、ニッケルバスケットとともにヘリウムガス中で加熱し、発生した二酸化炭素を赤外線検出器で定量することにより酸素量を測定した。ＢＮ原料粉末に含まれる不純物酸素量は１．０±０．１質量％であった。
【００７２】
ＢＮ原料粉末に含まれる炭素量を、ＬＥＣＯ社製ＣＳ−４４ＬＳ型炭素分析計を使用して測定した。ＢＮ原料粉末を酸素ガス中で加熱し、発生した二酸化炭素を赤外線検出器で定量することにより炭素量を測定した。ＢＮ粉末原料に含まれる不純物炭素量は０．１７±０．０１質量％であった。
【００７３】
以上から、ＢＮ原料粉末を、９８．８３質量％ＢＮと１．０質量％酸素と０．１７質量％炭素の混合物として材料設計を行った。
【００７４】
原料粉末を表１の組成となるように秤量し、窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢を用いて２０分間混合をした。ＢＮ中の上述の不純物を考慮すると、これら組成の元素比は、ＢａＯｂＮｃＡｄＥｅで表したパラメータとして、表２となる。次いで、得られた混合粉末を、窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。混合粉末（粉体）の嵩密度は約３０％であった。
【００７５】
ここで、嵩密度とは、容器に充填された粉体の質量を容器の容積で割った値（嵩密度）と粉体の物質の真密度との比である。特に断りのない限り、本発明では、相対嵩密度を単に嵩密度と称する。
【００７６】
【表１】
2018088338.tif 000003
【００７７】
【表２】
2018088338.tif 000004
【００７８】
混合粉末が入ったるつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を１×１０−１Ｐａ以下の圧力の真空とし、室温から８００℃まで毎時５００℃の速度で加熱し、８００℃で純度が９９．９９９体積％の窒素を導入して炉内の圧力を１ＭＰａとし、毎時５００℃で表３に示す温度まで昇温し、その温度で２時間保持した。
【００７９】
【表３】
2018088338.tif 000005
【００８０】
合成物を乳鉢と乳棒で粉砕し、ボールミルで粉砕した後に、目開き６０μｍのふるいを通した粉末を蛍光体として用いた。合成物の生成相を粉末Ｘ線回折により測定したところ、いずれも六方晶窒化ホウ素のピークが確認された。合成物の酸素量および炭素量を定量したところ、表３に示すように、いずれも、炭素含有量は炭素含有量よりも多かった。
【００８１】
蛍光体に紫外線を照射して発光スペクトルを測定したところ、表４に示すように、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の波長に発光ピークを持つ紫外光が観察された。
【００８２】
蛍光体１．０ｇをエタノール中でスターラーを用いて分散、スターラーを停止し、試料基板として金属薄膜プレートであるアルミニウム基板上に自然沈降させた。蛍光体で覆われた試料基板を乾燥機で観測させ、プレス器で圧着させた。蛍光体の圧着した試料基板を真空槽に配置し、ターボ分子ポンプを用いて、１×１０−６Ｐａ以下の真空度にした。エミッタと試料基板間に高圧電源を印加し、試料基板に電子線を照射したところ、紫外線発光が観察された。結果を図１〜図８および表４に示す。
【００８３】
図１は、蛍光体１の発光スペクトルを示す図である。
図２は、蛍光体２の発光スペクトルを示す図である。
図３は、蛍光体３の発光スペクトルを示す図である。
図４は、蛍光体４の発光スペクトルを示す図である。
図５は、蛍光体５の発光スペクトルを示す図である。
図６は、蛍光体６の発光スペクトルを示す図である。
図７は、蛍光体７の発光スペクトルを示す図である。
図８は、蛍光体８の発光スペクトルを示す図である。
【００８４】
蛍光体１〜８は、電圧１．５ｋＶから４ｋＶ、電流値０．５μＡから５７．８μＡの範囲の条件で３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の波長に発光ピークを持つ紫外光を発した。図１〜図８には、電圧４ｋＶおよび種々の電流値における発光スペクトルの結果を示す。観察された光は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満の範囲の最大発光強度が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲における最大発光強度の１／２以下、詳細には１／４以下であった。また、３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の範囲の最大発光強度が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲における最大発光強度の１／２以下、詳細には１／４以下であった。
【００８５】
【表４】
2018088338.tif 000006
【００８６】
［実施例１］
実施例１では、蛍光体１〜８を用いて紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を製造した。
図９は、本発明の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を示す斜視図である。
【００８７】
図９では、原反１１Ａ〜１１Ｃが、左から右に流れている様子を示す。原反１１Ａ〜１１Ｃには、ＵＶインキ１２Ａ〜１２Ｃが印刷されている。原反１１Ｂの上方には紫外線ランプ１３を備えた紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置が設置されている。図９では、紫外線ランプ１３は、下方の原反１１Ｂに向けて紫外線を放射している。原反１１Ａは、ＵＶインキ１２Ａが塗布され、未硬化状態を示す。原反１１Ｂは、紫外線ランプ１３から放射される紫外線が照射されている状態を示す。原反１１Ｃは、ＵＶインキ１２Ｃへの紫外線の照射が終わり、硬化完了状態を示す。
【００８８】
図１０は、図９に示す紫外線照射装置のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’断面を示す図である。
【００８９】
紫外線照射装置が備える紫外線ランプ１３には、電子線源と蛍光体として蛍光体１〜８とを備えた発光部１４が内蔵されている。紫外線ランプ１３の発光部１４で発生した紫外線は、窓１７を通して、矢印１９の方向を中心に原反１１Ｂの上に印刷されたＵＶインキ１２Ｂに照射される。
【００９０】
図１１は、図９および図１０に示された紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図を示す。
【００９１】
紫外線ランプ１３の底面部（図１１における上面）には内部で発生した紫外線を通す窓１７が設けられている。この窓１７を通して、内部で発生した電子線で励起され、紫外線を放出する蛍光体１６が見える。
【００９２】
図１２は、紫外線ランプの発光部を模式的に示す図である。
【００９３】
内部２８を真空に保った筐体２１に電子線源および蛍光体が収容されている。詳細には、その筐体２１の内部に、電界電子放出型の電子源２３を有したカソード電極２２、ゲート電極２４、アノード電極２５、アノード電極２５に塗布された蛍光体２６、蛍光体２６で発生した光を外部に取り出すための窓部２７で構成される。カソード電極２２の電子源２３は、ナノダイヤモンドであったが、これ以外にもカーボンナノチューブ、炭化珪素、窒化ホウ素などを用いてもよい。
【００９４】
電界電子放出とは，固体表面に１０９Ｖ／ｍ程度の高電界を加えることで大きな電子放出が室温においても起こる現象である。この電界電子放出型電子源は、従来の真空管のような熱電子放出型電子源とは違い、全く加熱をしないため、低消費電力、長寿命などの特長がある。
【００９５】
カソード電極２２に対してゲート電極２４に正の電圧を与えると、生じた電界によって電子源２３から電子が引き出される。さらにゲート電極２４よりも、より大きな正の高い電位を与えたアノード電極２５によって形成される電界が、ゲート電極２４を通過した電子をさらに加速し、アノード電極２５に到達する。アノード電極２５はアルミなどの金属薄膜で構成され、加速された電子が金属薄膜を貫通しアノード電極２５に塗布された蛍光体２６に衝突し、蛍光体が励起され光が放出される。ここで、アノード電極２５およびそれに塗布される蛍光体２６として、蛍光体１〜８がそれぞれ塗布されたアルミニウム基板を用いた。
【００９６】
図１３は、本発明の紫外線ランプから放射される発光スペクトルを示す図である。
【００９７】
図１３（ａ）は、蛍光体１を用いた紫外線ランプから放射される発光スペクトルを示す。図１３（ｂ）および（ｃ）は、図３０（ｂ）および（ｃ）に示す光重合開始剤の光吸収スペクトルと同じである。図１３（ａ）によれば、ほとんどの発光エネルギーが３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満に分布しており、従来のＵＶインキに含有される光重合開始剤の光吸収スペクトル（ｂ）、（ｃ）と重なっており、本発明の紫外線ランプにより硬化が行えることがわかった。
【００９８】
また、図１３（ａ）によれば、２２０ｎｍ以下の発光はほとんど検出できないことから、大気中の酸素との反応でのオゾン発生が抑制されることになり、工場でのオゾンガスの排気や除害設備への投資が不要であることが示された。２９６ｎｍ以下の光のエネルギーは、スペクトル全体の１％以下であり、作業者に対しても安全であった。さらに、従来の光源に対して低く抑制されており、作業者が浴びても紅斑が生じるなどの皮膚へのダメージが抑制された光源であることが示された。
【００９９】
加えて、図１３（ａ）の発光スペクトルには、一般的に可視光といわれる３８０ｎｍから７８０ｎｍの領域にあたる成分が含まれている。このため、ＵＶインキに紫外線照射をする際に、どの位置に紫外線が照射されているか、紫外線が漏れ出ていないか等の位置関係を認識しやすいという特徴があり、作業者の作業性、安全性の向上に貢献する。
【０１００】
なお、図示しないが、蛍光体２〜８を用いた紫外線ランプの発光スペクトルも、図１３（ａ）と同様であった。
【０１０１】
さらに、発光部は１００〜２００℃程度の温度上昇にとどまるため、従来のＵＶランプのように約８００℃ほどの高温にならず、紫外線ランプの冷却機構をはるかに簡単にできる。温度が低いことから原反から距離を離して紫外線ランプを設置する必要はない。このため発光部の構造、光学設計も容易となる。
【０１０２】
［実施例２］
実施例２では、蛍光体１〜８を用いて別の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を製造した。
図１４は、紫外線照射装置に搭載した別の紫外線ランプの発光部を模式的に示す図である。
【０１０３】
実施例１の紫外線ランプの発光部では、図１２に示した発光部の構成としてゲート電極２４を設けていたが、実施例２の紫外線ランプの発光部では、ゲート電極を設けていない点が異なる。
【０１０４】
図１４に示す発光部は、内部３８を真空に保った筐体３１、その筐体３１の内部に、電界電子放出型の電子源３３を有したカソード電極３２、アノード電極３５、アノード電極３５に塗布された蛍光体３６、蛍光体３６で発生した光を外部に取り出すための窓部３７で構成される。これらの要素は、図１２と同様であるため説明を省略する。蛍光体３６として、蛍光体１〜８をそれぞれ用いた。
【０１０５】
図１２では、ゲート電極２４が電子源２３から電子を引き出す機能を有しているが、実施例２では、ゲート電極を設けず、カソード電極３２に対するアノード電極３５の正の高電圧によっても電子源２３から電子を引き出すことを確認した。
【０１０６】
［実施例３］
実施例３では、蛍光体１〜８を用いて別の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を製造した。
図１５は、別の紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図を示す。
図１６は、紫外線照射装置に搭載した別の紫外線ランプの発光部を模式的に示す図である。
【０１０７】
実施例１および実施例２においては、例えば図１１であれば、蛍光体１６は線状に塗布されており、細長い連続したパターンの紫外線が放出される。このようなパターンを有する紫外線が原反に照射されると、中央付近の紫外線強度が高く、両端の紫外線強度が低下する。原反の大きさに比べて発光部を大きくすれば、紫外線強度の均一な中央付近の紫外線を使えるが、紫外線ランプ、しいては紫外線照射装置そのものが大きくなる、駆動回路の費用が上がる、電力の消費も増えるという問題が生じる。
【０１０８】
これに対して、実施例１および実施例２の紫外線ランプでは、図１２および図１４に示した発光部は単一のアノード電極を有したが、実施例３の紫外線ランプでは、発光部に複数のアノード電極を有する点が異なる。
【０１０９】
詳細には、実施例３では、発光部のアノード電極は、たとえばアノード電極４５Ａ〜４５Ｅのように５つに区切った構造を有し、各アノード電極４５Ａ〜４５Ｅには蛍光体４６Ａ〜４６Ｅが塗布されている。各アノード電極４５Ａ〜４５Ｅは独立に駆動できる。
【０１１０】
具体的には、内部４８を真空に保った筐体４１、その筐体４１の内部に、電界電子放出型の電子源４３を有したカソード電極４２、ゲート電極４４、アノード電極４５Ａ〜４５Ｅ、アノード電極４５Ａ〜４５Ｅに塗布された蛍光体４６Ａ〜４６Ｅ、蛍光体４６Ａ〜４６Ｅで発生した光を外部に取り出すための窓部４７で構成される。アノード電極４５Ａ〜４５Ｅのそれぞれには、電圧印加端子４９を介してそれぞれに電圧が印加される。これらの要素は、図１２と同様であるため説明を省略する。蛍光体４６Ａ〜４６Ｅとして、蛍光体１〜８をそれぞれ用いた。
【０１１１】
カソード電極４２に対して、アノード電極４５Ａ〜４５Ｅのそれぞれの電位を調整することにより、原反上の紫外線の強度分布をほぼ一定にする制御が行える。例えば、図１６の例では、原反上の端の位置になる、アノード電極４５Ａおよび４５Ｅは、アノード電極４５Ｂおよび４５Ｄに対して電位が高くするに制御すればよい。さらに必要であれば、光が集まりやすい原反中央付近を照らすアノード電極４５Ｃは、アノード電極４５Ｂおよび４５Ｄに対して電位を低くするよう制御すればよい。なお、これらの電位の関係、ならびに、アノード電極の分割数も５である必要もなく、光源の大きさによって決定されるものである。実際の作業としては、原反の位置に紫外線の光量計を置き、全体が均一な紫外量になるようにアノード電極の電位を調整する。
【０１１２】
［実施例４］
実施例４では、蛍光体１〜８を用いてさらに別の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を製造した。
図１７は、紫外線照射装置に搭載したさらに別の紫外線ランプの発光部を模式的に示す図である。
【０１１３】
実施例３の紫外線照射装置に搭載した紫外線ランプの発光部では、図１６に示した発光部の構成としてゲート電極４４を設けていたが、実施例４の紫外線ランプでは発光部にゲート電極４４を設けない点が異なる。
【０１１４】
図１７に示す発光部は、内部５８を真空に保った筐体５１、その筐体５１の内部に、電界電子放出型の電子源５３を有したカソード電極５２、アノード電極５５Ａ〜５５Ｅ、アノード電極５５Ａ〜５５Ｅに塗布された蛍光体５６Ａ〜５６Ｅ、蛍光体５６Ａ〜５６Ｅで発生した光を外部に取り出すための窓部５７で構成される。アノード電極５５Ａ〜５５Ｅのそれぞれには、電圧印加端子５９を介して電圧が印加される。これらの要素は、図１２と同様であるため説明を省略する。蛍光体４６Ａ〜４６Ｅとして、蛍光体１〜８をそれぞれ用いた。
【０１１５】
図１６では、ゲート電極４４が電子源４３から電子を引き出す機能を有しているが、実施例４では、ゲート電極を設けず、カソード電極５２に対するアノード電極５５Ａ〜５５Ｅの正の高電圧によっても電子源５３から電子を引き出すことを確認した。
【０１１６】
［実施例５］
実施例５では、蛍光体１〜８を用いてさらに別の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を製造した。
図１８は、さらに別の紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図を示す。
【０１１７】
実施例３、実施例４では、紫外線ランプからの紫外線の放射強度分布を、複数のアノード電極を設けることによって調整した。紫外線ランプと原反との間には若干の距離があるため、紫外線ランプに搭載された発光部における複数のアノード電極間での紫外線強度の低下はわずかである。しかし、機器のさらなる小型化のためには、紫外線ランプと原反との距離をより近くすることが求められ、より一層の紫外線の均一性を高めることが望ましい。
【０１１８】
実施例５では、図１８に示すように、内部を真空に保った筐体６１、その筐体６１の内部に、電界電子放出型の電子源を有したカソード電極（図示せず）、複数のアノード電極（図示せず）、複数のアノード電極のそれぞれに塗布された蛍光体６６Ａ〜６６Ｊ、蛍光体６６Ａ〜６６Ｊで発生した光を外部に取り出すための窓部６７で構成される。なお、ゲート電極は有していてもよいし、有していなくてもよい。
【０１１９】
実施例５では、蛍光体６６Ａ〜６６Ｊが塗布された複数のアノード電極の配置を、いわゆる千鳥配置とした。これにより、１列目の蛍光体６６Ａ〜６６Ｅが塗布されたアノード電極間の隙間を、２列目の蛍光体６６Ｆ〜６６Ｊが塗布されたアノード電極の発光で埋めることができた。なお、実施例５では、長手方向に５分割されたアノード電極が千鳥配置されている様子を示すが、これに限らない。
【０１２０】
図１９は、印刷工程の側面図を示す。
図２０は、発光部の位置と光強度との関係を示す図である。
【０１２１】
図１９（ａ）および（ｂ）は、原反の流れの方向に対して垂直な方向から見た側面図を示しており、図１９（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、実施例４および５に対応する。図２０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１９（ａ）および（ｂ）の発光部の光強度の変化を示す図である。
【０１２２】
実施例４の構成では、発光部の直下のＡ点で強度が最大となり、隣接する発光部の中間の位置のＢ点で光強度が下がり、図２０（ａ）に示されるように、中央付近の光強度が大きく振幅した。一方、実施例５の構成とすることにより、発光部の直下のＡ点においても、隣接する発光部の中間の位置のＢ点においても、実質的に同じ発光強度が維持され、図２０（ｂ）に示されるように、中央付近の光強度の振幅が改善された。
【０１２３】
なお、原反が通るタイミングは、１列目と２列目とでわずかに異なるが、ＵＶインキの硬化は、発光部の通過後にどれだけの紫外線に暴露されたか、すなわち総量で決まるものなので、千鳥配置となっても問題は生じない。
【０１２４】
［実施例６］
実施例６では、蛍光体１〜８を用いてさらに別の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を製造した。
図２１は、紫外線照射装置に搭載したさらに別の紫外線ランプの発光部（ａ）および（ｂ）を模式的に示す図である。
図２２は、さらに別の紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図を示す。
図２３は、さらに別の紫外線ランプを上下反転した底部の斜視図を示す。
【０１２５】
実施例１〜５では発光部が単一（すなわち、発光部は単一の筐体を有した）である紫外線ランプを示した。発光部が単一であるため印刷装置としては組み込みやすい半面、大型になるほど光源を作りにくくなるという問題が生じる。このため、実施例６では、小型の複数の発光部を集積して紫外線ランプを構成した。
【０１２６】
図２１（ａ）および（ｂ）は、実施例６で製造した小型の発光部を示す。図２１（ａ）の発光部は、内部７８を真空に保った筐体７１に電子線源および蛍光体が収容されている。詳細には、その筐体７１の内部に、電界電子放出型の電子源７３を有したカソード電極７２、ゲート電極７４、アノード電極７５、アノード電極７５に塗布された蛍光体７６、蛍光体７６で発生した光を外部に取り出すための窓部７７で構成される。図２１（ｂ）の発光部は、ゲート電極７４を有しない以外は、図２１（ａ）の発光部と同様であった。これらの要素は、図１２と同様であるため説明を省略する。実施例６は、
【０１２７】
図２２は、図２１（ａ）または（ｂ）の小型の発光部を線状に配置した紫外線ランプを示す。図２２の紫外線ランプは、実施例３の図１５に示す紫外線ランプに相当する機能を発揮する。また、図２３は、図２１（ａ）または（ｂ）の小型の発光部を線状、かつ、千鳥配置としたもので、実施例５の図１８に示す紫外線ランプに相当する機能を発揮する。これらの紫外線ランプの動作は、小型の各発光部のそれぞれが独立して制御される以外は、実施例３〜５と同様である。
【０１２８】
［実施例７］
実施例７、蛍光体１〜８を用いてさらに別の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を製造した。
図２４は、さらに別の紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置を示す斜視図である。
【０１２９】
紫外線照射装置は、紫外線ランプ１７３と、ＵＶインキを検出するセンサを備えたＵＶインキ読み取り装置１７８とを備える。ＵＶインキ読み取り装置１７８は、原反１７１Ｂ上に印刷されたＵＶインキ１７２の存在および／または濃度を検知するよう機能する。このようなセンサを搭載したＵＶインキ読み取り装置１７８は、例えば、カメラなどの撮像装置や、原反が透過性である場合に原反の下部から透過光を検出する光検出器などであってもよい。ここでは、撮像装置を用いた。紫外線ランプ１７３は、真空に保った内部１７５内で紫外線を発生し、発生した紫外線を取り出す窓１７６を備えた発光部１７４を備えている。紫外線ランプ１７３の内部構造は、実施例６で説明した紫外線ランプであった。
【０１３０】
図２５は、図２４に示す紫外線照射装置を用いてＵＶインキを硬化する印刷システムを示す上面図である。
図２６は、図２４に示す紫外線照射装置のＵＶインキ読み取り装置の出力の時間変化を示す図である。
図２７は、図２４に示す紫外線照射装置の紫外線ランプの光強度の時間変化を示す図である。
【０１３１】
実施例３〜６に示したように、電子線励起するＢＮ蛍光体を用いた紫外線ランプは、従来の水銀ランプやメタルハライドランプとは異なり、発光部を細かく分割できる。原反にＵＶインキがない部分には紫外線は必要でなく、無駄な電力消費になっている。すなわち、ＵＶインキが印刷されている部分のみに紫外線を照射するシステムであれば、消費電力が抑制できる。
【０１３２】
図２５では、原反１７１が、左から右に流れている様子を示す。原反１７１には、ＵＶインキ１７２が印刷されている。この原反１７１がＵＶインキ読み取り装置１７８の下を通過する際に、ＵＶインキ読み取り装置１７８は、原反１７１のどの位置にＵＶインキ１７２が塗布されているかを検出し、計測する。図２５に示すように、紫外線ランプ１７３は、ＵＶインキ読み取り装置１７８に対して、原反の流れの下流側に設置されている。ここでは、説明を簡単にするため、ＵＶインキ読み取り装置１７８が有する光センサ８１Ａ〜８１Ｊの検出部の個数、配置と、紫外線ランプ１７３が有する発光部８２Ａ〜８２Ｊの個数、配置とを等しくした。
【０１３３】
図２５のＬｉｎｅ−１、Ｌｉｎｅ−２、Ｌｉｎｅ−３を例にとって説明をする。Ｌｉｎｅ−１は、原反１７１が、ＵＶインキ読み取り装置１７８のセンサ８１Ａの下、次いで、紫外線ランプ１７３の発光部８２Ａの下を通るラインを示す。Ｌｉｎｅ−２は、原反１７１が、ＵＶインキ読み取り装置１７８のセンサ８１Ｃの下、次いで、紫外線ランプ１７３の発光部８２Ｃの下を通るラインを示す。Ｌｉｎｅ−３は、原反１７１が、ＵＶインキ読み取り装置１７８のセンサ８１Ｅの下、次いで、紫外線ランプ１７３の発光部８２Ｅの下を通るラインを示す。
【０１３４】
図２６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、Ｌｉｎｅ−１〜Ｌｉｎｅ−３に対応するセンサ８１Ａ、８１Ｃおよび８１Ｅからの出力例である。横軸を時間としており、ＵＶインキを検出すると出力が増える、との設定で示している。
【０１３５】
ＵＶインキ読み取り装置１７８と、紫外線ランプ１７３とは離間して配置されているため、ＵＶインキは、設置間隔、正確には対応する光センサと発光部との間隔を、原反の流れ速度で割った時間だけ遅れて通過する。
【０１３６】
図２７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、Ｌｉｎｅ−１〜Ｌｉｎｅ−３に対応する発光部８２Ａ、８２Ｃおよび８２Ｅからの紫外線の光強度例を、図２６（ａ）〜（ｃ）のセンサの出力例に加えて示す。紫外線ランプ１７３は、発光部８２Ａ、８２Ｃおよび８２Ｅをそれぞれ点線で示すように動作している。図２７に示されるように、各センサ８１Ａ、８１Ｃおよび８１Ｅで検出されたＵＶインキのタイミングから一定時間の後で発光部８２Ａ、８２Ｃおよび８２Ｅを点灯させ、ＵＶインキ１７２が印刷されていない領域が通過するタイミングで消灯させている。これにより、無駄な電力を抑制し、また、発光部の温度上昇を抑制でき、工場自体の熱負荷の軽減が図れる。また、発光部は、通常、点灯時間で寿命が決まるため、紫外線ランプのメンテナンス間隔を伸ばすことが可能になる。
【０１３７】
実施例７では、センサと発光部とを１対１対応としたが、センサでの検出結果を演算することで、ＵＶインキが発光部の下を通過する際の紫外線強度の分布をＵＶインキの印刷状態と一致させられれば良いのであり、必ずしも１対１であることは必要ではない。また、実施例７では、線状のＵＶインキ読み取り装置であったが、原反を大きく面状に撮影し、これを解析し、発光部を制御してもよい。実施例７では、ＵＶインキ読み取り装置１７８はＵＶインキの存在を検出したが、ＵＶインキの濃度（濃淡）を検出するようにしてもよい。ＵＶインキの濃度が濃いことを検出した際には、紫外線ランプ１７３の発光部からの紫外線照射量を増やし、確実に硬化するように制御することもできる。
【０１３８】
［比較例１］
比較のために、炭素を含まない六方晶窒化ホウ素蛍光体を表１〜表３に示す条件で製造し、その蛍光特性を調べた。炭素を含まない六方晶窒化ホウ素（比較蛍光体１と称する）を用いて、電子線励起特性を測定した結果を図２８および表４に示す。
【０１３９】
図２８は、比較蛍光体１の発光スペクトルを示す図である。
【０１４０】
炭素を含まない比較蛍光体１は、図２８に示すように、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲の波長に発光ピークを有しており、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満の範囲の波長に発光ピークを有しなかった。また、半値幅も２００ｎｍと広かった。このような比較蛍光体１を用いても、本発明の効果を奏する紫外線照射装置は得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明の紫外線ランプおよび紫外線硬化型インキ用紫外線照射装置は、上述したように従来のＵＶインキに対して使用でき、かつ、２２０ｎｍ以下の発光はほとんど検出できないことから、大気中の酸素との反応でのオゾン発生が抑制され、オゾンガスの排気や除害設備への投資が不要となる。特に、蛍光体として、電子線励起窒化ホウ素（ＢＮ）蛍光体を採用することにより、作業者が浴びても紅斑が生じるなどの皮膚へのダメージが抑制され、かつ、どの位置に光が照射されているか、紫外線が漏れ出ているかの位置関係を認識しやすい紫外線ランプとなるので、作業者の作業性、安全性の向上に貢献する。
【０１４２】
さらに、発光部が高温になることはないので、紫外線ランプの冷却機構を簡便となり、光源部の構造、光学設計も容易となる。このような特徴から、ＵＶ印刷工程に寄与することが期待できる。
【符号の説明】
【０１４３】
１１Ａ〜１１Ｃ、１７１Ａ〜１７１Ｃ  原反
１２Ａ〜１２Ｃ、１７２  ＵＶインキ
１３、１７３  紫外線ランプ
１４、８２Ａ〜８２Ｊ、１７４  発光部
１６、２６、３６、４６Ａ〜４６Ｅ、５６Ａ〜５６Ｅ、６６Ａ〜６６Ｊ、７６  ＢＮ蛍光体
１７、２７、３７、４７、５７、６７、７７、１７６  光取出し窓
１９  紫外光
２１、３１、４１、５１、６１、７１  筐体
２２、３２、４２、５２、７２  カソード電極
２３、３３、４３、５３、７３  電子線源
２４、４４、７４  ゲート電極
２５、３５、４５Ａ〜４５Ｅ、５５Ａ〜５５Ｅ、７５  アノード電極
２８、３８、４８、５８、７８、１７５  筐体内空間
４９、５９  アノード電極への電圧印加端子
１７８  ＵＶインキ読み取り装置
８１Ａ〜８１Ｊ  光センサ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2018088338.tif 000026
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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