(57)【要約】【課題】活性エネルギー線照射装置において、照射部における処理条件に適した酸素濃度のガスを該照射部に供給する場合に、該供給されたガスを再利用し、ガスの消費量を節減できる活性エネルギー線照射装置を提供する。【解決手段】照射の条件に応じて照射部に供給される高酸素濃度のガスまたは低酸素濃度のガスを活性エネルギー線照射部に導く機構と、活性エネルギー線発生ランプ等の活性エネルギー線照射機構とを備える活性エネルギー線照射装置において、活性エネルギー線照射部に導かれた前記のガスを吸引し、そのガスを再び活性エネルギー線照射部に導く。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射条件に従い高酸素濃度のガスまたは低酸素濃度のガスを活性エネルギー線照射部に導く機構と、活性エネルギー線照射機構とを備える活性エネルギー線照射装置において、活性エネルギー線照射部に導かれた前記のガスを吸引し、そのガスを再び活性エネルギー線照射部に導くことを特徴とする活性エネルギー線照射装置。
【請求項２】
活性エネルギー線照射機構が紫外線照射装置である請求項１に記載の活性エネルギー線照射装置。
【請求項３】
活性エネルギー線照射部に導かれるガスの酸素濃度が３％〜１５％である請求項２に記載の活性エネルギー線照射装置。
【請求項４】
吸引されたガスを再び活性エネルギー線照射部に導く前に、該ガスをフィルターに通すことを特徴とする請求項１に記載の活性エネルギー線照射装置。
【請求項５】
前記フィルターが活性炭フィルターである請求項４に記載の活性エネルギー線照射装置。
【請求項６】
前記の高酸素濃度のガスまたは低酸素濃度のガスが、空気を前記の２種類のガスに分離する機構から供給されるものである請求項１に記載の活性エネルギー線照射装置。
【請求項７】
空気を高酸素濃度のガスと低酸素濃度のガスとに分離する機構が隔膜式気体分離装置である請求項６に記載の活性エネルギー線照射装置。
【請求項８】
前記の隔膜式気体分離装置が中空糸膜気体分離装置である請求項７に記載の活性エネルギー線照射装置。
【請求項９】
前記の中空糸膜がポリ（４−メチルペンテン−１）から成る中空糸膜である請求項８に記載の活性エネルギー線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性エネルギー線の照射部に高酸素濃度のガスまたは低酸素濃度のガスを導く機構を有する活性エネルギー線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線や電子線等の活性エネルギー線を照射する装置は塗料や樹脂の硬化、乾燥に用いられている。例えば塗料に用いられている紫外線硬化型組成物は、紫外線の照射により短時間で硬化架橋するため作業性、生産性が良好であることから色々な分野で使用されおり、開発も進んで数多くのアクリル酸基を含有した化合物が開発されている。
【０００３】
一般に、光重合開始剤及びアクリル酸基を含有した化合物とを有する系は紫外線照射により、ラジカル重合反応を起こすが、空気中の酸素によりラジカル種がトラップされてしまい重合阻害を引き起こすことが知られている。光重合開始剤及びアクリル酸基を含有した化合物とを有する系はインキや塗料に数多く使用されているが、前記の理由により空気と接した表面の硬化性が空気中の酸素で阻害されて悪くなる傾向に有る。それを改善するために、光重合開始剤としてアミノ化合物を利用することもされているが、紫外線照射により黄変する等の欠点がある。
【０００４】
紫外線照射時の酸素の悪影響を減らすために、紫外線照射装置の照射部を窒素ガス等の不活性ガスでパージして、紫外線が照射される部分の酸素濃度を低減させ、塗装皮膜の表面硬化性を向上させることが行われている。例えば窒素ボンベより窒素ガスを紫外線照射装置に導入することにより照射部の酸素濃度を低減する方法などがあるが、消費される窒素ガスのランニングコストがかかる等の理由から用途が限られているのが現状である。
【０００５】
特許文献１には、ベルト上を搬送される物品に紫外線を照射して硬化および表面加工を行なう装置が記載されており、その詳細な説明の段落７には酸素の存在が紫外線硬化樹脂の硬化反応を低下させることが述べられている。特許文献２には、対象物に紫外線等を照射する処理室内に不活性ガスを注入する処理装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−９０８号公報
【特許文献２】
米国特許第６２２３４５３号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は活性エネルギー線照射装置において、照射部における処理条件に適した酸素濃度のガスを該照射部に供給する場合に、該供給されたガスを再利用し、ガスの消費量を節減できる活性エネルギー線照射装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、活性エネルギー線照射部に供給された低酸素濃度のガスまたは高酸素濃度のガスを該照射部から吸引し、該ガスを再び照射部に供給する経路を設けることにより前記課題が解決されることを見出して本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、照射の条件に応じて照射部に供給される高酸素濃度のガスまたは低酸素濃度のガスを活性エネルギー線照射部に導く機構と、活性エネルギー線発生ランプ等の活性エネルギー線照射機構とを備える活性エネルギー線照射装置において、活性エネルギー線照射部に導かれた前記のガスを吸引し、そのガスを再び活性エネルギー線照射部に導くことを特徴とする活性エネルギー線照射装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一例である図１により本発明について説明する。
活性エネルギー線照射部（１）においては、ランプ（２）の照射光がコンベア（１７）に載って搬送される被照射物（１６）に照射される。ここで前記したように、紫外線硬化性の塗料を塗った被照射物に紫外線を照射する場合を例とすれば、照射中はできるだけ酸素濃度の低い雰囲気であることが良好な硬化を得るためには望ましい。そこで窒素ガスや炭酸ガス等の低酸素濃度のガスを発生する装置（１２）より配管４を経由して該低酸素濃度のガスを照射部（１）に導く。
【００１１】
活性エネルギー線を発生するランプには発熱量の大きなものがある。その場合はランプ室（１９）と照射部（１）とを隔壁（３）で仕切り、ランプ室は空冷（冷却用空気を給排気する。給排気系は図示していない。）してランプを冷却する方法がある。隔壁（３）はランプから発する活性エネルギー線を透過する材料で作られる。紫外線ランプの場合は石英ガラスの隔壁等が用いられる。
【００１２】
供給されるガスの成分への要求度は照射の条件により決まる。一般的な紫外線硬化型塗料では酸素濃度をゼロにまでする必要は無く、照射部内において、酸素濃度が３〜１５％に保てれば十分である。図１のような照射装置においては照射部（１）の入口や出口を経由して照射部内外の気体の混合や拡散、漏れ出しがある。そこで照射部内のガスの成分をサンプリング口（９）から適宜サンプリングして測定し、供給するガスの量を調節する。サンプリング口（９）には求めるガスの濃度を直接測定できるセンサーを取り付けても良い。
【００１３】
照射部に供給されるガスの量及び照射部からポンプ（１０）により吸引されるガスの量をそれぞれ流量計（６）及び流量計（７）でモニターし、供給されるガスの量が吸引されるガスの量を下回らないようにすれば、照射部内部が負圧になって外気が吹き込むことを防止できる
【００１４】
また照射部内の圧力または照射部内外の差圧を測定する圧力計（または差圧計）（８）で圧力をモニターし、照射部内が外部よりも圧力が高くなるようにガスの供給量や吸引量を調節する方法によっても、外気が照射部の内部に吹き込むことを押さえられる。例えば窒素ガスを供給する場合に内部の窒素ガスが外気で薄まってその濃度が低下するのを抑制できる。
【００１５】
照射部（１）に供給するガスを発生する装置（１２）は例えば窒素ガスのボンベである。また空気を高酸素濃度のガスおよび低酸素濃度のガスに分離する装置を用いても良い。紫外線照射の場合であれば、分離されたガスの内、低酸素濃度のガスを供給すればよい。
【００１６】
空気を高酸素濃度のガス及び低酸素濃度のガスに分離する機構としては、例えば窒素に比べて酸素の透過性の高い膜を用いた隔膜式気体分離装置を用いることができる。隔膜式気体分離装置の中でも、膜が中空糸膜構造であるガス分離装置は膜の表面積を大きくしても装置をコンパクトにできるので好適である。
【００１７】
前記した中空糸膜としては、ポリ（４−メチルペンテン−１）から成る中空糸膜が好ましく用いられる。この中空糸膜はポリイミドからできているものに比べて安価であるという利点がある。
【００１８】
空気分離用の中空糸膜ユニットの例として、大日本インキ化学工業株式会社製の「ＳＥＰＡＲＥＬ  ＭＪ−Ｇ５３０」が挙げられる。本ユニットは２５℃において圧力０．６９ＭＰａの空気を供給し、窒素濃度９７％のガスを標準状態で毎分１０リットル得ることができる。分離される他方のガスは酸素濃度２８％、標準状態での流量は毎分２７リットルである。
【００１９】
照射部にはその内部のガスを吸引するための配管（５）が取り付けられる。ポンプ（１０）によって吸引されたガスは配管を経由して、バルブ（１３）に達する。ここで照射部内のガス濃度及びまたは圧力をモニターしながらバルブ（１３）を調節し、吸引されたガスの一部又は全部を配管（４）を経由して照射部（１）に戻す。ポンプ（１０）により吸引されたガスはバルブ（１３）の調節により、その全量を照射部に戻すこともできるし、また全量をバルブ（１４）を経由して外部に放出し、照射部には戻さないようにすることもできる。バルブ（１５）の位置では、ガスの発生装置（１２）からのガスと、照射部から戻されたガスとが混合され、照射部に供給される。
【００２０】
照射部（１）の内部のガス濃度の調節は、照射部内部の圧力（通常は外部よりも圧力を高めに保持する）または内部のガス濃度を測定し、ガスの供給装置（１２）から配管（４）を経由して供給されるガスの量及び配管（５）を経由して吸引されるガスの量を調節することによって行なう。ガスの流量は前記したように流量計（６）及び流量計（７）により測定する。定常的な運転においてはガスの流量やバルブの調節は頻繁に行なう必要はないが、自動制御を行なうこともできる。
【００２１】
制御方法の一例を示すと、一般にガスの供給装置（１２）の能力は一定であり、また照射部内のガス濃度は照射条件により適当な値（目標となる管理値）が決まっている。そこで差圧および又はガス濃度が目標値となるようにポンプ（１０）およびバルブ（１３）を調節する。
【００２２】
図１ではバルブ（１３）およびバルブ（１５）を経由して照射部（１）にガスを戻している。ここでガスの発生装置（１２）が空気を分離して必要なガスを発生させるものである場合は、例えば戻りのガスはバルブ（１５）には送らずにすべてバルブ（１３）からバルブ（１４）に送り、バルブ（１４）から戻りのガスをガスの発生装置（１２）の空気を吸入する側に接続して、該発生装置（１２）が吸引する空気に戻りのガスを混合することもできる。このようにすればガスの発生装置（１２）の必要な能力を下げ得る可能性がある。これは装置を小型化でき、故に設置スペースや設備費用の低減をもたらす。
【００２３】
照射部内で照射される被処理物の性状によっては、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）成分などが被処理物から発生する場合がある。照射部（１）の内部にこれら発生したＶＯＣ等が蓄積されるのは好ましくない。また配管（５）を経由して吸引されたガスにもＶＯＣが含まれうる。
【００２４】
紫外線硬化性またはエネルギー線硬化性のインキや塗料は一般に溶剤分は少なく、照射によりＶＯＣが発生することは少ないが、ＶＯＣの含まれる量が少量であっても、前記のガスのリサイクルにおいて吸引されたガスをバルブ（１４）を経由して空気分離型のガスの発生装置（１２）に戻すと、長期間の運転で分離装置の機能を低下させることがあり得る。
【００２５】
そこで、照射部から吸引されたガスに不要物が含まれている場合はフィルター（１１）を通すことにより、ＶＯＣ等の不要な物質を除去することができる。フィルターの素材は紙、布、繊維、活性炭などから除去する物質により適宜選定されるが、ＶＯＣを除去するには活性炭のフィルターが好適である。
【００２６】
また照射部（１）の内外の気体の混合や漏れをできるだけ減らすために、照射部の入口および出口にシャッター機構（１８）を設けても良い。コンベアで被照射物を搬送する場合には、該被照射物が通過するタイミングでシャッターを開閉して、照射部をある程度気密に保つことができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の活性エネルギー線照射装置は、照射部における処理に適した酸素濃度のガス等を供給して活性エネルギー線照射の効率を高める場合において、該照射部に供給されるガスを循環再利用することにより、該ガスの消費量を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の活性エネルギー線照射装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１  活性エネルギー線照射部
２  活性エネルギー線を発生するランプ
３  ランプ室と照射部との隔壁（石英ガラス等）
４  照射部にガスを供給する配管
５  照射部からガスを吸引する配管
６  ガス流量計
７  ガス流量計
８  圧力計（または差圧計）
９  ガスのサンプリング口（またはガス濃度計）
１０  照射部からガスを吸引するポンプ
１１  フィルター
１２  照射部に供給するガスを発生する装置
１３  バルブ（三方弁）
１４  バルブ（三方弁）
１５  バルブ（三方弁）
１６  被照射物
１７  コンベア
１８  照射部のシャッター
１９  ランプ室
【図１】
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