(57)【要約】【課題】光照射領域において、所要の幅を有する有効照射領域を確保しながら、有効照射領域以外の領域の照度を低減することができる光照射装置を提供する。【解決手段】複数のＬＥＤ素子が一方向に並ぶよう配置されてなる光源部と、この光源部からの光を、当該光源部に対向する光入射領域から光出射領域に導光する導光部とを有してなり、前記導光部における前記光入射領域から前記光源部に向かう方向に透視したときに、前記導光部は、前記光源部における発光領域の両端が当該光入射領域の両端より外方に位置するよう配置されていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤ素子が一方向に並ぶよう配置されてなる光源部と、この光源部からの光を、当該光源部に対向する光入射領域から光出射領域に導光する導光部とを有してなり、
前記導光部における前記光入射領域から前記光源部に向かう方向に透視したときに、前記導光部は、前記光源部における発光領域の両端が当該光入射領域の両端より外方に位置するよう配置されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記導光部の両端の外側に光遮蔽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】
前記導光部がシリンドリカルレンズよりなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記シリンドリカルレンズの両端の内面が光反射面として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記導光部が、前記一方向に互いに対向するミラーよりなることを特徴とする請求項１または請求項２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、例えば紫外線硬化型インクの硬化処理に好適に用いることができる光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷分野などにおいては、紫外線硬化型インクの硬化処理を行うために、特定の波長の紫外線を照射する光照射装置が用いられている。このような光照射装置においては、従来、紫外線光源として放電ランプが用いられていたが、近年、紫外線光源の省エネルギー化や長寿命化の観点から、放電ランプのかわりにＬＥＤが用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、紫外線光源として、一方向に並ぶよう配置された複数のＬＥＤ素子を備えてなる光照射装置が開示されている。この光照射装置においては、図６に示すように、光源部８０における基板８１上に一方向（図において左右方向）に並ぶ複数のＬＥＤ素子８２の各々から出射された光は、例えばシリンドリカルレンズよりなる導光部８５を介して被照射面Ｓに照射される。これにより、被照射面Ｓには、ＬＥＤ素子８２が並ぶ一方向に伸びるライン状の光照射領域Ｌが形成される。そして、被照射面Ｓに対して、光照射装置をＬＥＤ素子８２が並ぶ一方向と垂直な他方向（図において紙面に垂直な方向）に相対的に移動させることにより、被照射面Ｓ全域にわたって光が照射される。
【０００４】
しかしながら、上記の光照射装置においては、以下の問題があることが判明した。
被照射面Ｓに形成される光照射領域Ｌの長手方向の両端領域Ｒにおいては、当該光照射領域Ｌの両端に向かうに従って照度が低下する。このため、実際の光照射処理においては、光照射領域Ｌにおける両端領域Ｒの間の領域のみが、有効照射領域Ｅとして利用されている。
しかしながら、両端領域Ｒに係る光は、光照射処理に有効に利用されないばかりか、迷光となって、光照射装置が搭載される装置内の各部材に照射されるため、当該部材の劣化が生じる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６９３５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光照射領域において、所要の幅を有する有効照射領域を確保しながら、有効照射領域以外の領域の照度を低減することができる光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光照射装置は、複数のＬＥＤ素子が一方向に並ぶよう配置されてなる光源部と、この光源部からの光を、当該光源部に対向する光入射領域から光出射領域に導光する導光部とを有してなり、
前記導光部における前記光入射領域から前記光源部に向かう方向に透視したときに、前記導光部は、前記光源部における発光領域の両端が当該光入射領域の両端より外方に位置するよう配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光照射装置においては、前記導光部の両端の外側に光遮蔽部材が設けられていることが好ましい。
また、前記導光部がシリンドリカルレンズよりなることが好ましい。
また、前記シリンドリカルレンズの両端の内面が光反射面として形成されていることが好ましい。
また、前記導光部が、前記一方向に互いに対向するミラーよりなるものであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光照射装置によれば、導光部は、光源部における発光領域の両端が当該光入射領域の両端より外方に位置するよう配置されているため、光照射領域において、所要の幅を有する有効照射領域を確保しながら、有効照射領域以外の領域の照度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光照射装置の一例における外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の光照射装置の一例における筐体内部の構成を示す説明用断面図である。
【図３】光源部および導光部の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の光照射装置の他の例における光源部および導光部の構成を示す説明図である。
【図５】実施例および比較例に係る光照射装置による照度分布を示すグラフである。
【図６】従来の光照射装置の構成の概略を、当該光照射装置による照度分布と共に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の光照射装置の一例における外観を示す斜視図である。図２は、図１に示す光照射装置の筐体内部の構成を示す説明図である。図３は、図１に示す光照射装置における光源部および導光部を拡大して示す説明図である。
この光照射装置は、扁平な直方体状の筐体１０を有する。この筐体１０において、光が出射される正面を形成する正面壁部１１には、一方向（以下、この方向を「ｘ方向」という。）に長尺な矩形の開口１２が形成されている。筐体１０内には、紫外線をライン状に出射する光源部２０が開口１２に対向するよう配置されている。また、筐体１０の開口１２には、光源部２０からの光を導光する導光部として、シリンドリカルレンズ３０が光源部２０に対向するよう配置されており、筐体１０の開口１２は、シリンドリカルレンズ３０によって塞がれている。シリンドリカルレンズ３０が筐体１０の開口１２を塞ぐよう設けられることにより、筐体１０の正面壁部１１は、シリンドリカルレンズ３０の両端の外側に設けられた光遮蔽部材としての機能を有する。
【００１２】
光源部３０は、ｘ方向に伸びる長尺な矩形の基板２１を有する。この基板２１の表面（図２において下面）には、複数のＬＥＤ素子２２がｘ方向に並ぶよう配置されている。ＬＥＤ素子２２は、同一のピッチで配置されていても、異なるピッチで配置されていてもよく、得られる有効照射領域の照度の均一性を考慮して適宜設定される。また、図示の例では、ＬＥＤ素子２２の各々には、当該ＬＥＤ素子２２の発光面を覆う半球形状の封止レンズ２３が、基板２１の表面から突出するよう設けられている。
【００１３】
基板２１を構成する材料としては、窒化アルミニウム、アルミナセラミックス等のセラミックス材料、ガラス繊維補強型エポキシ樹脂等の複合樹脂材料などを用いることができる。
ＬＥＤ素子２２は、それぞれ紫外線を出射するものである。このようなＬＥＤ素子２２としては、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体よりなるものを用いることができる。このような窒化物半導体よりなるＬＥＤ素子２２においては、Ｉｎ、ＡｌおよびＧａ組成比を調整することにより、所要の波長の光が得られる。
また、封止レンズ２３を構成する材料としては、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス材料、あるいは、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの透光性樹脂材料などを用いることができる。
【００１４】
導光部を構成するシリンドリカルレンズ３０は、長手方向に垂直な断面が円形のものである。このシリンドリカルレンズ３０においては、その長手方向（ｘ方向）の周面における光源部２０に対向する領域が、当該光源部２０からの光が入射される光入射領域３１とされ、筐体１０の外部に露出する領域が、入射して導光された光を出射する光出射領域３２とされている。
【００１５】
また、シリンドリカルレンズ３０の両端の内面は、当該シリンドリカルレンズ３０によって導光される光を反射する光反射面３３，３４として形成されている。具体的には、シリンドリカルレンズ３０の両端面が研磨等によって鏡面仕上げがなされることにより、シリンドリカルレンズ３０の両端の内面が、光の全反射を利用した光反射面３３，３４とされている。
シリンドリカルレンズ３０を構成する材料としては、石英ガラスやホウ珪酸ガラスなどのガラス材料を用いることができる。
【００１６】
筐体１０内において、光源部２０における基板２１の裏面（図２において上面）には、ＬＥＤ素子２２に生ずる熱を放熱する、例えばアルミニウムよりなるヒートシンク２５が設けられている。このヒートシンク２５には、それぞれ上方に突出する複数のフィン２６が形成されている。筐体１０内におけるヒートシンク２５の後方（図２において上方）には、正面壁部１１に対向する背面壁部１３からｘ方向に垂直な面に沿って延びる隔壁１５が設けられている。筐体１０における正面壁部１１に垂直な２つの側面壁部１４と隔壁１５との間には、ヒートシンク２５の背後の位置に、冷却ファン２７が設けられている。この冷却ファン２７と背面壁部１３との間には、駆動用回路２９を有する駆動用基板２８が設けられている。
【００１７】
筐体１０における背面壁部１３には、筐体１０内に空気を取り込む吸気口１３ａが形成されている。また、筐体１０における側面壁部１４の各々には、ヒートシンク２５の側方位置に、筐体１０内に空気を排出する排気口１４ａが形成されている。そして、冷却ファン２７が駆動されることにより、吸気口１３ａから排気口１４ａに向かって冷却風が流通される。この冷却風によって、ヒートシンク２５が冷却される。
【００１８】
本発明の光照射装置においては、導光部であるシリンドリカルレンズ３０における光入射領域３１から光源部２０に向かう方向に透視したときに、シリンドリカルレンズ３０は、光源部２０における発光領域２４の両端が当該光入射領域３１の両端（図示の例では、シリンドリカルレンズ３０の両端）より外方に位置するよう配置されている。ここで、発光領域２４の両端とは、ｘ方向に並ぶ複数のＬＥＤ素子２２のうち、最も外側に位置するＬＥＤ素子２２におけるｘ方向の外端を意味する。但し、図示の例のように、ＬＥＤ素子２２の発光面を覆う封止レンズ２３が設けられている場合には、最も外側に位置するＬＥＤ素子２２を覆う封止レンズ２３におけるｘ方向の外端を意味する。
【００１９】
導光部であるシリンドリカルレンズ３０における光入射領域３１から光源部２０に向かう方向に透視したときに、光源部２０における発光領域２４の両端とシリンドリカルレンズ３０における光入射領域３１の両端との離間距離（以下、「発光領域と光入射領域との両端離間距離」と表現する。）Ｄは、光入射領域３１の端部と発光領域２４の端部とを結ぶ仮想線と、光源部２０におけるＬＥＤ素子２２の光軸とのなす角度（取込角度）が４５度以内となる範囲で設定されていることが好ましい。具体的な数値を挙げると、発光領域２４と光入射領域３１との両端離間距離Ｄは、１〜６ｍｍであることが好ましい。
発光領域２４と光入射領域３１との両端離間距離が過小である場合には、所要の幅を有する有効照射領域を確保することが困難となることがある。一方、発光領域２４と光入射領域３１との両端離間距離が過大である場合には、光入射領域３１に取り込まれない光線量が多くなり、光の利用効率が低下してしまうという問題がある。
【００２０】
上記の光照射装置においては、複数のＬＥＤ素子２２の各々から出射された光は、導光部であるシリンドリカルレンズ３０を介して被照射面に照射される。これにより、被照射面には、ｘ方向に伸びるライン状の光照射領域が形成される。そして、被照射面に対して、光照射装置をｘ方向と垂直な方向（図２において紙面に垂直な方向）に相対的に移動させることにより、被照射面全域にわたって光が照射される。
【００２１】
このような光照射装置によれば、導光部であるシリンドリカルレンズ３０は、光源部２０における発光領域２４の両端が光入射領域３１の両端より外方に位置するよう配置されているため、光照射領域において、所要の幅を有する有効照射領域を確保しながら、有効照射領域以外の領域の照度を低減することができる。
また、光遮蔽部材として機能する筐体１０の正面壁部１１が、シリンドリカルレンズ３０の両端の外側に設けられているため、有効照射領域以外の領域の照度を確実に低減することができる。
また、シリンドリカルレンズ３０の両端の内面が光反射面として形成されていることにより、有効照射領域の照度について高い均一性が得られる。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、以下のような種々の変更を加えることが可能である。
（１）シリンドリカルレンズ３０としては、断面が円形のものに限られず、種々の形状のものを用いることができる。
（２）光源部２０は、基板２１の表面にｘ方向に並ぶＬＥＤ素子２２の列が２列以上のものであってもよく、ｘ方向に一列または２列以上で並ぶＬＥＤ素子２２が配置された基板２１の複数が同一平面上に沿ってｘ方向に垂直な方向に並ぶよう配置されてなるものであってもよい。
（３）光源部２０における封止レンズ２３は必須のものではない。
【００２３】
（４）導光部としては、シリンドリカルレンズよりなるものに限定されず、図４に示すように、ｘ方向に互いに対向する一対のミラー４０，４１よりなるものであってもよい。このような構成においては、ミラー４０，４１の各々における光源部２０側の一端の間の領域が光入射領域とされ、ミラー４０，４１の各々における光源部２０とは反対側の他端の間の領域が光出射領域とされる。
【実施例】
【００２４】
〈実施例１〉
図１乃至図３に示す構成に従い、下記の仕様の光照射装置を作製した。
［筐体（１０）］
寸法＝３０ｍｍ×８０ｍｍ×１５０ｍｍ，開口（１２）の寸法＝６５ｍｍ×１５ｍｍ
［光源部（２０）］
ＬＥＤ素子（２２）：ピーク波長＝４００ｎｍ，出力＝１０００ｍＷ，平面寸法＝１ｍｍ×１ｍｍ，ＬＥＤ素子（２２）の数＝４０個，配置ピッチ＝３ｍｍ
封止レンズ（２３）：材質＝シリコーン樹脂，半径＝１ｍｍ
発光面幅：７０ｍｍ
［シリンドリカルレンズ（３０）］
材質＝石英ガラス，全長＝６５ｍｍ，直径＝１５ｍｍ
シリンドリカルレンズ（３０）と光源部（２０）との離間距離：５ｍｍ
この光照射装置において、発光領域と光入射領域との両端離間距離は、それぞれ２．５ｍｍである。
【００２５】
〈比較例１〉
筐体（１０）を開口（１２）の寸法が７５ｍｍ×１５ｍｍのものに変更し、シリンドリカルレンズ（３０）を、全長が７５ｍｍで直径が１５ｍｍのものに変更したこと以外は、実施例１と同様の仕様の光照射装置を作製した。
この光照射装置において、発光領域と光入射領域との両端離間距離は、それぞれ−２．５ｍｍである。ここで、比較例１に係る光照射装置においては、光源部（２０）におけるＬＥＤ素子領域の両端が、いずれもシリンドリカルレンズ（３０）における光入射領域の両端より内方に位置するため、ＬＥＤ素子領域と光入射領域との両端離間距離を負の値で示した。
【００２６】
実施例１および比較例１に係る光照射装置の各々によって、シリンドリカルレンズ（３０）から５ｍｍ離間した被照射面に光を照射した。そして、被照射面の光照射領域について、それぞれｘ方向に離間した複数の位置において、照射時間が１秒間の条件で積算光量を測定し、これらの積算光量の値から、光照射領域のｘ方向における照度分布を求めた。結果を図５に示す。
図５において、縦軸は相対照度である。また、横軸は、ｘ方向における光照射領域の中心位置からの距離であり、当該中心位置からからその一側に離間する方向を正の値とし、当該中心位置からその他側に離間する方向を負の値として示している。
【００２７】
図５に示す結果から明らかなように、実施例１に係る光照射装置によれば、有効照射領域Ｅの照度の均一性が比較例１に係る光照射装置と同等のものであり、しかも、有効照射領域Ｅ以外の領域の照度が、比較例１に係る光照射装置に比べて低減されていることが確認された。
【符号の説明】
【００２８】
１０    筐体
１１    正面壁部
１２    開口
１３    背面壁部
１３ａ  吸気口
１４    側面壁部
１４ａ  排気口
１５    隔壁
２０    光源部
２１    基板
２２    ＬＥＤ素子
２３    封止レンズ
２４    発光領域
２５    ヒートシンク
２６    冷却フィン
２７    冷却ファン
２８    駆動用基板
２９    駆動用回路
３０    シリンドリカルレンズ
３１    光入射領域
３２    光出射領域
３３，３４  光反射面
４０，４１  ミラー
Ｄ      発光領域と光入射領域との両端離間距離
Ｅ      有効照射領域
Ｌ      光照射領域
Ｒ      端部領域
Ｓ      被照射面
【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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