(57)【要約】【課題】短パルス化したレーザ光の照射により、高いエネルギー密度で漂白処理を行うことができる漂白処理装置を提供する。エネルギー効率が高く、高速且つ低コストに漂白処理を行うことができる漂白処理装置を提供する。【解決手段】高出力且つ高輝度な合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を搭載した照射ヘッド５００を用いて、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させた布２００に、波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍレーザ光をパルス照射し、布２００の表面において高いエネルギー密度を得ることができる。これにより、薬液及び着色成分の少なくとも一方を活性化して、漂白反応を促進し、高い漂白効果を得ることができる。また、合波レーザ光源を半導体レーザで構成することにより、短パルス化したレーザ光を照射することができ、高いエネルギー効率で、高速且つ低コストに漂白処理を行うことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
染色前の繊維に、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させる薬液含浸手段と、
複数の半導体レーザ、１本の光ファイバ、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えた合波レーザ光源を備え、前記薬液を含浸させた布に波長２００ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光をパルス照射するレーザ照射手段と、
を備えた漂白処理装置。
【請求項２】
染色前の繊維に、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させる薬液含浸手段と、
複数の発光点を備えた半導体レーザ、１本の光ファイバ、及び前記複数の発光点を備えた半導体レーザの複数の発光点の各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えた合波レーザ光源を備え、前記薬液を含浸させた布に波長２００ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光をパルス照射するレーザ照射手段と、
を備えた漂白処理装置。
【請求項３】
前記レーザ照射手段は、波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光を照射する請求項１又は２に記載の漂白処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漂白処理装置に関し、特に、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させた布にレーザ光を照射して漂白する漂白処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維製品の染色加工においては、染色処理を行う前に、繊維に含まれる着色物質を酸化又は還元処理よって分解除去する漂白処理を実施する。着色物質はその構造中に発色に関与する共役二重結合を含んでいるが、酸化又は還元処理より着色物質の共役系が破壊されて、その結果、繊維が漂白される。酸化漂白剤としては、次亜塩素酸ソーダ等の塩素系漂白剤、過酸化水素などが使用され、還元漂白剤としては、ハイドロサルファイトなどが使用されている。
【０００３】
従来、上記の漂白処理は、一般に、高濃度の漂白剤を含む水溶液中で繊維製品を長時間煮沸することにより行われているが、熱容量の大きな水を沸点近くまで加熱しなければならず、エネルギー効率が悪く、熱と薬品の相互作用により繊維の脆化や硬化が発生する、という問題があった。
【０００４】
近年、環境への負荷が大きい塩素系漂白剤を使用しない漂白技術の研究が盛んに行われている。例えば、特開平１１−４３８６１号公報には、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を含浸させた綿布に、室温で紫外線レーザをパルス照射して漂白を行う技術が開示されている。漂白剤として使用される水素化ホウ素ナトリウムは還元力が弱いが、レーザ照射により着色物質が活性化されて漂白剤と反応し易くなる。この技術によれば、塩素系漂白剤を使用せずに済むだけでなく、低温で漂白を行うことができ、処理時間が短縮される。また、低温で漂白処理を行えるため、繊維の損傷も低減される。
【０００５】
この漂白方法では、高エネルギー密度のレーザ装置が必要とされ、紫外域で高出力を得ることができるエキシマレーザを使用している。また、紫外域の波長で発振する半導体レーザは一般に出力が小さいため、半導体レーザを使用する場合には、複数個の半導体レーザを集積化して使用するものとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エキシマレーザはエネルギー効率が僅か３％と低く、これを使用した漂白方法はエネルギー消費量が大きくなり、環境に配慮した漂白方法とは言えない。また、エキシマレーザは、パルス駆動の繰り返し周波数が３００Ｈｚと低く、生産性が低い。更に、レーザチューブやレーザガスの寿命が１×１０７ショット程度と短くメンテナンスコストが高い、装置が大型化する、高輝度なレーザ光が得られない、パルス化が難しい、という問題もある。
【０００７】
また、従来、紫外域の波長で発振する半導体レーザは実用化されておらず、特開平１１−４３８６１号公報にも半導体レーザの具体的な構成は記載されていない。加えて、短波長の半導体レーザは高歩留まりで製造することが難しいが、特開平１１−４３８６１号公報には、紫外域の波長で発振する複数個の半導体レーザを集積化し、１００００ｍＪ／ｃｍ２もの光密度を実現する具体的な構成は何も記載されておらず、現実に紫外域の波長で発振する半導体レーザを用いた高出力光源を得ることは困難であった。
【０００８】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、短パルス化したレーザ光の照射により、高いエネルギー密度で漂白処理を行うことができる漂白処理装置を提供することにある。本発明の他の目的は、エネルギー効率が高く、高速且つ低コストに漂白処理を行うことができる漂白処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の漂白処理装置は、染色前の繊維に、酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させる薬液含浸手段と、複数の半導体レーザ、１本の光ファイバ、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えた合波レーザ光源を備え、前記薬液を含浸させた布に波長２００ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光をパルス照射するレーザ照射手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の漂白処理装置では、薬液含浸手段により、染色前の繊維に酸化剤又は還元剤を含む薬液を含浸させる。そして、薬液を含浸させた布に、レーザ照射手段から波長２００ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光がパルス照射される。
【００１１】
合波レーザ光源は、複数の半導体レーザ、１本の光ファイバ、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えている。この合波レーザ光源は、複数のレーザビームを光ファイバを利用して合波するので、高出力且つ高輝度である。レーザ照射手段はこの高出力且つ高輝度な合波レーザ光源を備えているので、本発明の漂白処理装置では、漂白処理に必要な高エネルギー密度を容易に得ることができる。また、合波レーザ光源は、連続駆動が可能で出力安定性に優れた半導体レーザを用いて構成されているので、短パルス化したレーザ光を照射することができ、エネルギー効率が高く、高速に漂白処理を行うことができると共に、エキシマレーザを用いた装置と比べて、メンテナンスが容易で低コストである。
【００１２】
上記の漂白処理装置において、レーザ照射手段により照射するレーザ光の波長は、漂白処理を促進して高速化を図る観点からは、高出力の窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザを得ることができる３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲が好ましい。特に、ＧａＮ系半導体レーザで最も高出力化が容易な波長４００ｎｍ〜４１５ｎｍの範囲が好ましい。また、繊維の損傷を低減して、より漂白性能を高める観点からは、波長２００ｎｍ〜３５０ｎｍが好ましい。更に、特殊な材料の光学系を使用せずに装置の低コスト化を図り且つ高速処理を行う観点からは、４００ｎｍより長波長が好ましい。
【００１３】
また、ＧａＮ系半導体レーザは共有性結合であることから転位の移動度がＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系よりも非常に小さく、また、熱伝導係数もＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系よりも非常に大きいので、高いＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅ）レベルを有している。このため、パルス駆動した場合でも高出力化を図ることができる。その結果、短パルス化によりピークパワーで数１００ｍＷ〜数１０Ｗもの高出力を得ることができる。これにより、デューティを０．１％〜１０％程度と小さくすることができ、高エネルギー密度が得られ且つ熱による繊維の損傷が低減できる。
【００１４】
上記の合波レーザ光源は、複数の発光点を備えた半導体レーザ、１本の光ファイバ、及び前記複数の発光点を備えた半導体レーザの複数の発光点の各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備えて構成されていてもよい。例えば、複数の発光点を備えた半導体レーザとしては、マルチキャビティレーザを使用することができる。
【００１５】
また、合波レーザ光源の光ファイバとしては、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いることが好ましい。出射端のクラッド径を小さくすることで、光源の高輝度化を図ることができる。光ファイバの出射端のクラッド径は、発光点の径を小さくする観点から１２５μｍより小さい方が好ましく、８０μｍ以下がより好ましく、６０μｍ以下が特に好ましい。コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバは、例えば、コア径が同じでクラッド径が異なる複数の光ファイバを結合して構成することができる。また、複数の光ファイバをコネクタで着脱可能に接続して構成することにより、光源モジュールが部分的に破損した場合等に、交換が容易になる。
【００１６】
上記のレーザ照射手段は、複数の合波レーザ光源を含んで構成されていてもよい。例えば、合波レーザ光源の発光点（光ファイバの出射端）を複数アレイ状に配列したファイバアレイ光源や、合波レーザ光源の発光点をバンドル化したファイババンドル光源として構成してもよい。ファイバアレイ光源やファイババンドル光源では、複数本の光ファイバを束ねて光源を構成するので、更なる高出力化が可能になる。これにより、低コストで高輝度光源を得ることができ、高速でのレーザ漂白処理が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の漂白処理装置の実施の形態について詳細に説明する。
［漂白処理装置の構成］
本発明の実施の形態に係る漂白処理装置は、図１に示すように、長尺状の布２００を所定の搬送路に沿って搬送する複数の搬送ローラ２０２を備えている。
また、漂白処理装置は、酸化剤又は還元剤を含む薬液２０４が貯留された薬液槽２０６を備えており、該薬液槽２０６の搬送方向下流側にはレーザ照射部２０８が設けられている。このレーザ照射部２０８では、図２に示すように、布２００にレーザ光をパルス照射する照射ヘッド５００が、搬送路に置かれた布２００の上方に配置されている。
【００１８】
照射ヘッド５００は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、多数（例えば、１０００本）の光ファイバ３０が副走査方向と直交する方向に沿って１列に配列されたファイバアレイ光源５０６と、ファイバアレイ光源５０６から出射されたレーザ光を光ファイバ３０の出射端の配列方向と直交する方向にのみ集光して布２００の表面（走査面）５６上に結像するシリンドリカルレンズ５１０とから構成されている。なお、図３では、光ファイバ３０の入射端が結合されたファイバアレイ光源５０６のモジュール部分については図示を省略した。
【００１９】
シリンドリカルレンズ５１０は、所定方向に曲率を有し且つ所定方向と直交する方向に長い形状をしており、長手方向（所定方向と直交する方向）が光ファイバ３０の出射端の配列方向と平行になるように配置されている。なお、シリンドリカルレンズ５１０と共に、フライアイレンズ系による均一化照明光学系や、レーザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのまま通過させる機能を備えた光量分布補正光学系を用いてもよい。
【００２０】
ファイバアレイ光源５０６は、図４に示すように、多数のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端は、パッケージ４０の外部に引き出され、マルチモード光ファイバ３０の出射端部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿って配列されてレーザ出射部６８が構成されている。
【００２１】
レーザモジュール６４は、図５に示す合波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配列固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、照射ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【００２２】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、連続動作での最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。なお、好適な波長範囲については後述する。
【００２３】
上記の合波レーザ光源は、図６及び図７に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００２４】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【００２５】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【００２６】
なお、図７においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付している。
【００２７】
図８は、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図８の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００２８】
一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００２９】
従って、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００３０】
集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ２＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００３１】
合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束する。
【００３２】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ３０から出射する。
【００３３】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、連続動作では出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。
【００３４】
また、上記の合波レーザ光源では、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々をパルス駆動して、所定のパルス幅のレーザ光を得ることができる。レーザ光をパルス照射することにより発熱が抑制され、熱による繊維の損傷（布へのダメージ）が防止される。
【００３５】
各パルスのピークパワーは３００ｍＷ〜３Ｗが好ましい。ピークパワーが３００ｍＷの場合には、パルス幅が１０ｎｓｅｃ（ナノ秒）〜１０μｓｅｃ（マイクロ秒）で、１秒当りのパルス数は１０４〜１０７が好ましい。この場合のデューティは約１０％である。また、ピークパワーが３Ｗの場合には、パルス幅が１ｎｓｅｃ〜１μｓｅｃで、１秒当りのパルス数が１０４〜１０７が好ましい。この場合のデューティは約１．０％である。
【００３６】
なお、ＧａＮ系半導体レーザは、前述した通りＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　ＯｐｔｉｃａｌＤａｍａｇｅ）と呼ばれる光出射端面の破損が生じ難く、高信頼性であり、高ピークパワーを実現できる。
【００３７】
［漂白処理装置の動作］
次に、上記した漂白処理装置の動作について説明する。
【００３８】
繊維に付着した油分等の夾雑物を除去する精練工程、糊剤を除去する糊抜き工程を経た染色前の布２００を、上記漂白処理装置に供給すると、布２００は搬送ローラ２０２の回転に伴い矢印Ａ方向に搬送されて、薬液槽２０６内の薬液２０４に浸漬される。浸漬時間は０．１〜１時間が好ましい。
【００３９】
薬液２０４は、酸化剤又は還元剤を所定濃度で含んでいる。酸化剤としては、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、過ホウ素酸ナトリウム（ＮａＢＯ３・４Ｈ２Ｏ）、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）等の過酸化物や、さらし粉（ＣａＣｌ・ＣｌＯ）、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）、亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ２）等の塩素化合物などを使用することができる。また、還元剤としては、ハイドロサルファイト（Ｎａ２Ｓ２Ｏ４）、テトラヒドロホウ酸ナトリウム（ＮａＢＨ４）などを使用することができる。この中でも、繊維の損傷を抑制する観点から、酸化還元作用が弱いテトラヒドロホウ酸ナトリウムが特に好ましい。
【００４０】
溶媒としては、水やメタノール、エタノール等の低級アルコールを用いることができる。酸化剤又は還元剤の濃度は１％〜１０％が好ましい。また、薬液２０４には、酸化剤、還元剤を活性化するための活性化助剤を適宜添加してもよい。
【００４１】
次に、薬液槽２０６から取り出された布２００は、薬液２０４が含浸された状態でレーザ照射部２０８に供給される。レーザ照射部２０８では、照射ヘッド５００のファイバアレイ光源５０６から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ５１０により光ファイバ３０の出射端の配列方向と直交する方向にのみ集光されて、布２００の表面５６にライン状に結像される。このシリンドリカルレンズ５１０は、例えば、短軸方向に３倍、長軸方向に１倍の倍率でビーム径を拡大する拡大光学系として機能する。また、布２００が一定速度で搬送されて、照射ヘッド５００からのラインビーム５０２により、搬送方向と反対の方向に副走査される。
【００４２】
このように、薬液２０４が含浸させた布にレーザ光を照射することにより、繊維に付着した着色成分及び薬液２０４中の酸化剤又は還元剤が活性化されて、両者の反応性が高まり、良好な漂白効果を得ることができる。熱による繊維の損傷を防止して活性化効果を得るために、照射するレーザ光の波長は３５０ｎｍ〜４５０ｎｍであり、４００ｎｍ〜４１５ｎｍがより好ましい。一方、酸化剤又は還元剤の反応性が高い場合には、光学系への負荷が少なく、半導体レーザの高出力化が容易な４００ｎｍ以上の波長が好ましい。
【００４３】
ここで、布２００の表面上での光密度を算出する。照射ヘッドの合波レーザ光源において、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ３０の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、１０００本のマルチモード光ファイバ３０が１列に配列されたファイバアレイ光源の場合、レーザ出射部６８での連続動作での出力は約１８０Ｗである。
【００４４】
ファイバアレイ光源５０６のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば１列でも所望の出力を得ることができる。
【００４５】
また、マルチモード光ファイバ３０として、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のステップインデックス型光ファイバを用いた場合には、レーザ出射部６８でのビーム径は５０μｍ×１２５ｍｍである。短軸方向に３倍、長軸方向に１倍の倍率でビーム径が拡大されると、照射エリア５０６の面積は１５０μｍ×１２５ｍｍとなる。
【００４６】
一般に、レーザアシストによる漂白処理では、２０００ｍＪ／ｃｍ２〜２００００ｍＪ／ｃｍ２の範囲の高い光密度が必要であるが、本実施の形態では、アレイ化するファイバ本数、合波するレーザビームの本数を適宜変更することで、この範囲の光密度を容易に実現することができる。漂白処理に要する露光面上での光密度を１００００ｍＪ／ｃｍ２とすると、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７のピークパワーを３Ｗ、パルス幅を１００ｎｓｅｃ、１秒当りのパルス数を１０５、デューティ１％の条件で布２００の表面にパルス照射する場合には、露光面上での光密度は１パルス当り１０ｍＪ／ｃｍ２であり、１．４ｃｍ／ｓで高速露光することができる。
【００４７】
一方、ＧａＮ系半導体レーザの合波レーザ光源の代わりにエキシマレーザを用いた場合には、繰り返し周波数が低くなるので、同じ領域を露光するのに約１０倍以上のスピードを要する。
【００４８】
以上説明した通り、本実施の形態の漂白処理装置では、高出力且つ高輝度な合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いて、薬液を含浸させた布にレーザ光をパルス照射し、布表面において高いエネルギー密度を得ることができる。これにより、薬液及び着色成分の少なくとも一方を活性化して、漂白反応を促進し、高い漂白効果を得ることができる。また、レーザパルスのデューティが１％であることから、発熱が抑制され、繊維の損傷を防止することができる。
【００４９】
また、本実施の形態の漂白処理装置では、連続駆動が可能で出力安定性に優れた半導体レーザで構成された合波レーザ光源をレーザ照射部に用いているので、エキシマレーザを用いた漂白処理装置と比べると、任意の繰り返し周波数、パルス幅でパルス駆動でき、繰り返し周波数を高く設定することで、数倍も高速に漂白処理を行うことができる。また、エキシマレーザを用いた漂白処理装置と比べて、エネルギー効率が１０％〜２０％と高く、メンテナンスが容易で低コストである。
【００５０】
特に、ＧａＮ系半導体レーザは共有結合性であるため、ＣＯＤ（ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅ）と呼ばれる光出射端面の破損が生じ難く、高信頼性であり、高ピークパワーを実現できる。例えば、パルス幅１００ｎｓｅｃ、デューティ１％の条件で、３Ｗの高ピークパワーを実現できる。なお、この場合の平均出力は３０ｍＷである。
【００５１】
また、本実施の形態の漂白処理装置では、ファイバアレイ光源の光ファイバのアレイ配列により、ラインビームを容易に得ることができる。通常、繊維製品は長尺状に形成されるので、短軸方向に絞られ、それと直交する長軸方向に広げられたラインビームでレーザ照射するのが合理的である。また、アレイ化する光ファイバの本数を増やすことにより、エネルギー強度とその均一性を維持した状態でラインビーム長を伸張することができる。更に、波長３５０〜４５０ｎｍのレーザ光を用いているので、紫外線対応の特殊な材料の光学系を用いてラインビームを生成する必要が無く、低コストである。
【００５２】
次に、以上説明した漂白処理装置の変形例について説明する。
［マルチヘッド］
上記の実施の形態では、単一の照射ヘッドを備えたレーザ照射部を設けた例について説明したが、ラインビームの長軸方向の長さが足りない場合は、複数の照射ヘッドを長軸方向に配列してもよい。
【００５３】
［半導体レーザ］
上記では半導体レーザとして、将来的に更なる高出力化が期待できる発振波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いる例について説明したが、半導体レーザはＧａＮ系半導体レーザには限定されない。例えば、ＩＩＩ族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）と窒素とで構成される窒化物半導体レーザを用いることができる。窒化物半導体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ｘ＋ｙ≦１）で表されるいかなる組成から成っていてもよい。適宜組成を変更して発振波長２００ｎｍ〜４５０ｎｍの半導体レーザを得ることができる。
【００５４】
［拡大光学系の他の例］
上記の照射ヘッド５００を、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、多数（例えば、１０００個）の光ファイバ３０の出射端（発光点）が副走査方向と直交する方向に沿って１列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源５０６と、ファイバアレイ光源５０６から出射されたレーザ光を光ファイバ３０の出射端の配列方向と直交する方向にのみ集光する第１のシリンドリカルレンズ５１２と、光ファイバ３０の出射端の配列方向と直交する方向に集光されたレーザ光を配列方向にのみ集光して布２００の表面（走査面）５６上に結像する第２のシリンドリカルレンズ５１４とから構成することができる。
【００５５】
第１のシリンドリカルレンズ５１２は、所定方向に曲率を有し且つ所定方向と直交する方向に長い形状をしており、長手方向（所定方向と直交する方向）が光ファイバ３０の出射端の配列方向と平行になるように配置されている。また、第２のシリンドリカルレンズ５１４は、所定方向に曲率を有し且つ該所定方向に長い形状をしており、曲率方向（所定方向）が光ファイバ３０の出射端の配列方向と平行になるように配置されている。
【００５６】
この照射ヘッドでは、ファイバアレイ光源５０６から出射されたレーザ光は、第１のシリンドリカルレンズ５１２により光ファイバ３０の出射端の配列方向と直交する方向に集光され、第２のシリンドリカルレンズ５１４により光ファイバ３０の出射端の配列方向に集光されて、走査面５６上にライン状に結像される。
【００５７】
これらシリンドリカルレンズ５１２、５１４は、例えば、短軸方向に３倍、長軸方向に１０倍の倍率でビーム径を拡大する拡大光学系として機能する。また、図３５において布２００が一定速度で搬送されて、照射ヘッド５００からのラインビームにより、搬送方向と反対の方向に副走査される。このように、ファイバアレイ光源のビームを光学系によって拡大することにより、広い露光面を露光することができる。また、ビームを拡大することで、より深い焦点深度を得ることができ、高速に搬送された布を均一に照明することができる。
【００５８】
ここで、露光面上での光密度を算出する。照射ヘッドの合波レーザ光源にピークパワーが６Ｗのマルチモードレーザを使用する場合には、７個のＬＤによりピークパワー３６Ｗの合波レーザビームＢを得ることができる。従って、１０００本のマルチモード光ファイバ３０が１列に配列されたファイバアレイ光源の場合、レーザ出射部６８でのピークパワーは約３６ｋＷである。
【００５９】
また、マルチモード光ファイバ３０として、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のステップインデックス型光ファイバを用いた場合には、レーザ出射部６８でのビーム径は５０μｍ×１２５ｍｍである。短軸方向に３倍、長軸方向に１０倍の倍率でビーム径が拡大されると、照射エリア５０６の面積は１５０μｍ×１２５０ｍｍである。従って、ピークパワー６Ｗ、パルス幅１００ｎｓｅｃ、デューティ１％、１秒当りのパルス数１０５の条件で、布２００の表面にパルス照射する場合は、露光面上での光密度は１パルス当り２ｍＪ／ｃｍ２である。光学系による損失を約８０％と見積っても、露光面上での光密度は１パルス当り１．５ｍＪ／ｃｍ２である。従って、１００００ｍＪ／ｃｍ２の光密度で露光する場合には、幅１．２５ｍの布を０．２ｃｍ／ｓで高速露光することができる。
【００６０】
［光ファイバの変形例］
上記の実施の形態では、合波レーザ光源にクラッド径が１２５μｍで均一な光ファイバを用いる例について説明したが、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくすることができる。光ファイバの出射端のクラッド径を小さくすることにより、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られる。
【００６１】
例えば、図１０（Ａ）に示すように、レーザモジュール６４のマルチモード光ファイバ３０の他端に、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１を結合することができる。光ファイバ３１の出射端部は、図１０（Ｂ）に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ３１の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００６２】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００６３】
このような光ファイバは、例えば、図１１に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ３０のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１を同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバは、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。上述した通り、光ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。
【００６４】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、照射ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【００６５】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００６６】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【００６７】
但し、光ファイバ３１のクラッド径は６０μｍには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。
【００６８】
また、上記では、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が１２５μｍより小さい（例えば、８０μｍ、６０μｍ等）マルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。このようにファイバアレイ光源の出射ビーム径を小さくすることで、前述したように拡大光学系を使用することができ、深い焦点深度を得ることができる。これにより、高速に搬送された布を均一に照明することができる。
【００６９】
［他の合波レーザ光源］
合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。
【００７０】
（マルチキャビティレーザ利用の合波レーザ光源）
例えば、図１２に示すように、複数（例えば、３個）の発光点１１０ａが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ１１０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ１１０と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ１１０は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系レーザダイオードで構成することができる。
【００７１】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光ファイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【００７２】
マルチキャビテイレーザ１１０の複数の発光点１１０ａを、上記マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ１２０として、マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ１１０からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザビームＢのマルチモード光ファイバ１３０への結合効率を上げることができる。
【００７３】
また、図１３に示すように、複数（例えば、３個）の発光点を備えたマルチキャビティレーザ１１０を用い、ヒートブロック１１１上に複数（例えば、９個）のマルチキャビティレーザ１１０が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ１４０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキヤビティレーザ１１０は、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【００７４】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ１４０と、各マルチキヤビティレーザ１１０に対応させて配置した複数のレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４０と複数のレンズアレイ１１４との間に配置された１本のロッドレンズ１１３と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。レンズアレイ１１４は、マルチキヤビティレーザ１１０の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【００７５】
上記の構成では、複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、ロッドレンズ１１３により所定方向に集光された後、レンズアレイ１１４の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザビームＬは、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。このように、マルチキヤビティレーザを用いることで、光ファイバ１本当りの出力を向上させることができ、、光ファイバ１本当りのコストを低下させることができる。
【００７６】
（多段構造のレーザアレイ利用の合波レーザ光源）
更に、他の合波レーザ光源の例を示す。この合波レーザ光源は、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略矩形状のヒートブロック１８０上に光軸方向の断面がＬ字状のヒートブロック１８２が搭載され、２つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。Ｌ字状のヒートブロック１８２の上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。この場合に、発光点として単一横モードを使用しても良いが、ストライプ幅を僅かに広げてマルチ横モードとし、マルチ横モードを使用することで高出力化を図ることができる。従って、この光源を露光装置に使用することにより、高速露光が可能になる。
【００７７】
略矩形状のヒートブロック１８０には凹部が形成されており、ヒートブロック１８０の空間側上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、その発光点がヒートブロック１８２の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【００７８】
マルチキャビティレーザ１１０のレーザ光出射側には、各チップの発光点１１０ａに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ１８４が配置されている。コリメートレンズアレイ１８４は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡がり角が大きい方向（速軸方向）とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向（遅軸方向）と一致するように配置されている。このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化を図ることができる。
【００７９】
また、コリメートレンズアレイ１８４のレーザ光出射側には、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、このマルチモード光ファイバ１３０の入射端にレーザビームを集光して結合する集光レンズ１２０と、が配置されている。
【００８０】
上記の構成では、レーザブロック１８０、１８２上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームの各々は、コリメートレンズアレイ１８４により平行光化され、集光レンズ１２０によって集光されて、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。この場合も、マルチキヤビティレーザを用いた場合と同様に、光ファイバ１本当りの出力を向上させることができ、光ファイバ１本当りのコストを低下させることができる。従って、この光源を露光装置に使用することにより、高速露光が可能になる。
【００８１】
この合波レーザ光源は、上記の通り、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。この合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、本実施の形態の照射ヘッドのレーザ光源を構成するファイバ光源として特に好適である。
【００８２】
この場合の露光面上での光密度を計算する。照射ヘッドの合波レーザ光源として、マルチ横モードのチップを使用することにより、１発光点当りのピークパワーを６Ｗとすると、２０個のＬＤによりピークパワー１０３Ｗの合波レーザビームを得ることができる。従って、１７５０本のマルチモード光ファイバを１列に配列したファイバアレイ光源の場合、レーザ出射部でのピークパワーは１８０ｋＷである。
【００８３】
また、マルチモード光ファイバとして、同様のものを用いた場合、レーザ出射部でのビーム径は、５０μｍ×２２０ｍｍである。短軸方向に３倍、長軸方向に１０倍の倍率でビーム径が拡大されると、照射エリアの面積は１５０μｍ×２２００ｍｍである。従って、ピークパワー６Ｗ、パルス幅１００ｎｓｅｃ、デューティ１％、１秒当りのパルス数１０５の条件で、布の表面にパルス照射する場合は、露光面上での光密度は１パルス当り１０ｍＪ／ｃｍ２である。光学系による損失を約８０％と見積っても、露光面上での光密度は１パルス当り８ｍＪ／ｃｍ２である。従って、１００００ｍＪ／ｃｍ２の光密度で露光する場合には、幅２．２ｍの布を１．２ｃｍ／ｓで高速露光することができる。
【００８４】
なお、上記の各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ１３０の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の漂白処理装置によれば、高出力且つ高輝度な合波レーザ光源を用いて、短パルス化したレーザ光を照射することにより、高いエネルギー密度で漂白処理を行うことができる、という効果が得ることができる。また、本発明の漂白処理装置によれば、高いエネルギー効率で、高速且つ低コストに漂白処理を行うことができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る漂白処理装置の概略構成図である。
【図２】漂白処理装置のレーザ照射部の構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は照射ヘッドの構成を示す光軸に沿ったファイバ配列方向の断面図であり、（Ｂ）は副走査方向の断面図である。
【図４】ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図である。
【図５】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図６】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図７】図６に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図８】図６に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図９】（Ａ）は照射ヘッドの他の構成を示す光軸に沿ったファイバ配列方向の断面図であり、（Ｂ）は副走査方向の断面図である。
【図１０】（Ａ）はファイバアレイ光源の他の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【図１１】マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図１２】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図１３】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図１４】（Ａ）は合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図である。
【符号の説明】
ＬＤ１〜ＬＤ７　ＧａＮ系半導体レーザ
１０　ヒートブロック
１１〜１７　コリメータレンズ
２０　集光レンズ
３０　マルチモード光ファイバ
６４　レーザモジュール
２００　布
２０２　搬送ローラ
２０４　薬液
２０６　薬液槽
２０８　レーザ照射部
５００　照射ヘッド
５０６　ファイバアレイ光源
５１０　シリンドリカルレンズ
【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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