(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化用チャンバ内を不活性ガス雰囲気とするべく前記硬化用チャンバ内で用いられるノズル部品において、
ａ）不活性ガスを入れるための入口と該不活性ガスを前記硬化用チャンバへ送出するための出口とを具備するノズル本体を有し、
ｂ）前記ノズル本体が前記入口と連通する縦方向の第１のチャンバを具備し、
ｃ）前記ノズル本体が前記第１のチャンバと連通しかつ前記縦方向の第１のチャンバの長さに沿って配置された内側出口を具備し、
ｄ）前記内側出口と前記出口の間の長さに沿って前記第１のチャンバと連通する縦方向の第２のチャンバを具備することにより、前記出口の長さに沿った前記縦方向の第２チャンバ内の圧力変化が、前記内側出口の長さに沿った前記縦方向の第１のチャンバ内の圧力変化に比べて緩やかとなる
ノズル部品。
【請求項２】
ａ）前記内側出口がスロットである請求項１に記載のノズル部品。
【請求項３】
ａ）前記出口がスロットである請求項２に記載のノズル部品。
【請求項４】
ａ）前記出口のスロットの幅が調整可能である請求項３に記載のノズル部品。
【請求項５】
ａ）前記ノズル本体が、上プレートであるサポートに対して角度調整可能に固定される請求項２〜４のいずれかに記載のノズル部品。
【請求項６】
ａ）前記ノズル本体が選択的かつ角度的に位置変更可能であることにより、送出される不活性ガスの流れの角度を、硬化される対象物に対して変更可能である請求項５に記載のノズル部品。
【請求項７】
ａ）前記サポートが、別のノズル部品を横並び配置で固定するべく形成されている請求項５に記載のノズル部品。
【請求項８】
ａ）前記内側出口が複数の一列の孔である請求項１に記載のノズル部品。
【請求項９】
ａ）前記出口が複数の一列の孔である請求項８に記載のノズル部品。
【請求項１０】
ａ）前記縦方向の第２のチャンバが前記ノズル本体内で選択的かつ角度的に位置変更可能である請求項８又は９に記載のノズル部品。
【請求項１１】
ａ）前記縦方向のチャンバの反対側の端部に配置される第２の入口を具備する請求項１に記載のノズル部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、硬化プロセス中の酸素の存在を排除するための不活性雰囲気チャンバを用いた紫外線硬化装置に関する。
本発明は更に、硬化用チャンバ内への窒素等の不活性ガスの供給用の調整可能なノズルと具備する取り外し可能なノズル・カートリッジに関連する。
【０００２】
（発明の背景）
様々なタイプの物体に対して紫外線硬化可能なコーティングを適用し、所望する特性の硬化したコーティングを生成するべくそれを紫外線に暴露することが知られている。所与の硬化の化学的機構については、酸素の存在が硬化プロセスを妨げる傾向があるため、そのような化学的機構については酸素の量を制御する必要がある。これを実施する通常の方法は、酸素を置換するために窒素のフローを用いることにより不活性雰囲気を提供するチャンバを設けることである。
【０００３】
硬化用チャンバは比較的大きくかつ高価な構造物であり、150,000ドルの桁のコストがかかる。不活性ガスは、通常、チャンバ枠組に対して永久的に固定された多様なノズルによりチャンバ以内へ導入される。ノズル技術が改善された場合、その改善された技術を組み込んだ新規の硬化用チャンバが構築されるとともに、既存のチャンバは旧式のものとなってしまう。従って、ノズルがチャンバに対して取り外し可能に固定されることによりノズル技術が改善されても既存のチャンバに新規ノズルを組み込み可能であるような硬化用チャンバが要望されている。
【０００４】
従来の硬化用チャンバは、通常、特定の用途のために構築される。例えば、一定の速度でチャンバを通って移動する製品を硬化させるために一定の紫外線プロセッサを用いる等である。所与の時間当たり更に多くの製品を硬化させるために硬化速度を速くしたいときでも、装置と一体に組まれたノズルが必要な不活性雰囲気を高速度において維持することに対応できないために、既存の硬化用チャンバは適切でない場合がある。この場合、ユーザは、速度が増した分を補うためにチャンバ内へ供給する窒素の量を増やすか、又は、新たな硬化用チャンバへ投資するかのいずれかである。新規用途に適応するために硬化用チャンバ内への窒素量を増やすことは、かなりコストがかかる。なぜなら、窒素は高価な商品だからである。従って、ユーザの新規用途に適応するために硬化用チャンバ全体を置き換えることなく、また窒素消費量を増すことなくかつ新規硬化用チャンバを購入することなく、ノズルを変更可能又は調整可能である硬化用チャンバが求められている。
【０００５】
（発明の目的及び概要）
本発明の目的は、ガス供給システムが取り外し可能であることにより硬化用チャンバを異なる製品製造工程に用いることができる不活性ガス硬化用チャンバを提供することである。
【０００６】
本発明の更なる目的は、カートリッジ型であることにより異なる用途の必要に応じて容易に取り外し又は置き換えることができる硬化用チャンバに対するガス供給システムを提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は、硬化される製品の経路に亘り比較的一定の流れの分布を実現する硬化用チャンバのためのガス供給システムを提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、ガス消費量を増やすことなくチャンバ内での製品移動速度が速くなることに対応するべく、当該システムからくるガスの流れの方向を調整可能である硬化用チャンバのためのガス供給システムを提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、硬化用チャンバから取り外し可能であることによりシステムに対する調整をチャンバの外側で行うことができる硬化用チャンバのためのガス供給システムを提供することである。
【００１０】
概説すると、本発明は、処理される製品用に制御された雰囲気に対応する硬化用チャンバと、その製品に対して放射線をあてるための照射装置とを有する硬化装置を提供する。この硬化用チャンバは、製品のための離間した入口と出口を有し、照射装置の下方に移動用経路を形成する。第１及び第２のノズル部品は、不活性ガスをチャンバ内に供給しチャンバ内を不活性雰囲気に維持するために入口と出口の近傍にそれぞれ設置される。ノズル部品は、チャンバに対して取り外し可能に固定される。ノズル部品内のガスの圧力分布を穏やかにするためにノズル部品にはプレチャンバが設けられる。
本発明のこれらの及び他の目的は、以下の説明から明らかとされるであろう。
【００１１】
（発明の詳細な説明）
図１は、本発明により構築された紫外線硬化装置Ｒを示す。装置Ｒは、製品の紫外線硬化を行うためのチャンバを含む。チャンバ２は、入口４及び出口６を有し、これらを通るように製品がウェブ７を用いてチャンバ内へ搬送される。一対のローラ８はチャンバ２を通すようにウェブ７を引っ張る。標準的な紫外線ランプ等の照射装置１０は、製品の硬化プロセスを行うために用いられる。照射装置１０は、反射器キャビティ１４内の配置された電球１２を具備する。
【００１２】
ノズル・カートリッジ１６及び１８は、ウェブ７の幅に見合う幅でチャンバ内の入口４及び出口６の近傍にそれぞれ配置されることにより、それぞれの開口において不活性ガスのカーテン障壁を設けると共に、硬化用チャンバ２の内部を当該不活性ガス、好適には窒素で充満させる。それにより製品が電球１２の紫外線照射に曝されるとき製品の硬化プロセス中の酸素を排除することができる。ノズル・カートリッジ１６及び１８は互いに同一物であるが、互いに角度が１８０度回転しているように示されている。ノズル・カートリッジ１６及び１８の各々は、スロット・ノズル部品２０及び管ノズル部品２２を具備するように開示されているが、特定の用途によっては各カートリッジが一つのノズル部品のみを具備していてもよい。
【００１３】
スロット・ノズル部品２０は、入口及び出口のそれぞれの近傍に配置され、硬化用チャンバ２の内側を外側から遮断するための不活性ガスのカーテン障壁を設けるために用いられる。管ノズル部品２２は、チャンバ２内に不活性ガスを充満させるために用いられる。
【００１４】
図２に明示されるように、ノズル・カートリッジ１６及び１８は、ねじ２４を用いて硬化用チャンバ２へ取り外し可能に固定される。硬化用チャンバ２の各端部にある頂面上の孔２６は、ノズル・カートリッジ１６及び１８を硬化用チャンバ２中へ受容するべく適応されている。ノズル・カートリッジ１６及び１８の各々は、上プレートすなわちサポート２８を具備し、それに対してスロット・ノズル部品２０及び管ノズル部品２２が固定される。プレート２８の外縁の周りの複数の孔３０はそれぞれねじ２４を受容し、これらは、図３に明示される如く、ノズル・カートリッジを硬化用チャンバ２の孔２６内に固定するべく用いられる。
【００１５】
硬化用チャンバ２からノズル・カートリッジ１６及び１８が取り外し可能であることは、硬化用チャンバの用途の変更が生じた場合における柔軟性をユーザに提供する。例えば、別の硬化用チャンバを購入することなく異なる製品用にウェブ速度を上げたい場合等である。さらに、硬化用チャンバからノズル・カートリッジが取り外し可能であることは、カートリッジをワークベンチ上で調整可能であることを意味する。カートリッジを硬化用チャンバの内部で調整する場合よりも遙かに容易な操作となる。さらに、予め調整されたカートリッジを幾つか保管しておき、異なる用途のために使用する必要が生じた場合に容易に取り付けることができる。これにより処理の中断時間を最小限とできる。
【００１６】
ノズル・カートリッジ１８は、１８０度だけ異なって示される以外はカートリッジ１６と同じものであり、図４に組立図が示される。スロット・ノズル部品２０は、ノズル本体３２と、端部キャップ３４と、シム３６とコネクタ３８とを具備する。コネクタ３８は、プレート２８の個々の孔３７を通して各端部キャップ３４をねじ式に固定することにより、端部キャップ３４をプレート２８へ固定する。ねじ３９は、端部キャップ３４をノズル本体３２のそれぞれの端部へ固定することにより、ノズル本体３２内部に一体的なプレチャンバ４１を形成する。コネクタ３８は、ノズル部品を不活性ガス供給源へ接続するために用いられる。
【００１７】
管ノズル部品２２は、ノズル本体４０と、管散布器４２と、端部キャップ４４とコネクタ４６とを具備する。ねじ５０は、端部キャップ４４をノズル本体４０の側面へ固定することにより、閉じられたプレチャンバ５２を形成する。コネクタ４６は、プレート２８の個々の孔４３を通して各端部キャップ４４をねじ式に固定する。コネクタ４６は、ノズル部品を不活性ガス供給源へ接続するために用いられる。
【００１８】
プレート２８の頂面から延びるスタッド５４は、未使用のシム３６を格納するために形成されている。ねじ５５は、端部キャップ３４の上部を上プレート２８へ固定する。
【００１９】
管散布器４２は、縦方向に沿って一列に並べられた孔５６を有し、管散布器４２の側面はノズル本体４０の方を向いている。別の一列のさらに小さい孔５８が、管散布器４２の直径について反対側に配置されている。これについては、図５Ａ及び図５Ｂに明示する。
【００２０】
一対の取っ手６０がプレート２８の各端部に配置されることにより、カートリッジを硬化用チャンバ２から取り外したり取り替えたりする場合にユーザがカートリッジを取り扱うのに便利となっている。
【００２１】
端部キャップ３４の各々は、Ｌ型通路６２を具備することにより、不活性ガスをコネクタ３８からプレチャンバ４１へと流すことができる。同様に、端部キャップ４４の各々もまた、Ｌ型通路６４を具備することにより、不活性ガスをコネクタ４６からプレチャンバ５２へ流すことができる。
【００２２】
スロット・ノズル本体３２は、２つの同じ成型品６６から形成され、これらが複数のボルト６８により互いに結合している。内部で縦方向に延びたスロット７０は、プレチャンバ４１の長さ方向に沿って一対の成型品６６の間に形成され、プレチャンバ４１と連通している。さらに、出口スロット７２が、２つの成型品６６の間においてその下部に形成されることにより、不活性ガスが硬化用チャンバ中へ流れ出て、カーテン障壁を形成する。最終チャンバ７４は、成型品６６により設けられ、スロット７０とスロット７２の間に配置され、それらの間に縦方向に設けられる。最終スロット７０は、不活性ガスをプレチャンバ４１から最終チャンバ７４へ流すことができる。
【００２３】
複数のボルト７６及びバネ７８は、特定の用途に望ましいように出口スロット７２の間隙を調整するための手段を提供する。ボルト７６をいずれかの方向に回すことにより、出口スロット７２の間隙を小さくしたり大きくしたりする。バネ７８は、成型品６６を互いに引き離すように付勢されることにより、ボルト７６がねじを緩める汎用的な方向である反時計回りに回されたとき、成型品６６は、バネ７８の押し広げようとする力により相当する距離だけ移動する。
【００２４】
スロット・ノズル本体３２は、ブラケット８０と弾性部材８２を用いてプレート２８の下側へ固定されることにより、ノズル本体３２の角度を調整するために有利である。
【００２５】
シム３６は、ローラー８の上方にある出口スロット７２の高さを調整するために用いられ、図１に明示されている。
【００２６】
図６に明示するように、ノズル本体４０は、管散布器４２の直径に適合した弧状壁８４を具備する。弧状壁８４は、管散布器４２を支持するために用いられる。図６に示す通り、長孔８６が、弧状壁８４の頂部に配置され、管散布器４２の縦方向に沿って延びることにより、孔５６をプレチャンバ５２へと連通させている。固定ねじ９０が管散布器４２を角度調整可能に所定の場所にロックする場合、管散布器４２の端部が穿設孔８８と端部キャップ４４のそれぞれに受容される（図８参照）。
【００２７】
ガスケット９２は、プレート２８の下面外周の周りに配置されることにより、ノズル部品が硬化用チャンバ２の硬化用枠組の所定の位置に固定されたとき、孔２６の周囲を密閉することができる。
【００２８】
図６及び図７に示すように、ノズル本体３２は、複数のねじ受容スロット９８及び１００を具備する。これらはそれぞれ孔１０２及び１０４に沿って並べられ、出口スロット７２から出る不活性ガスの流れの方向を変えるべくノズル本体３２の角度を決めるために用いられる。ノズル本体３２を端部キャップ３４へ取り付けるとき孔１０２がねじ受容スロット９８と結合するように用いられる場合、出口スロット７２は、垂直に対して角度零度で下方へ向けられることになる。孔１０４がねじ受容スロット１００と共に用いられる場合、ノズル本体３２及び出口スロット７２は、カートリッジ１６について入口４へ向かって垂直から所定の角度に位置することとなる。
【００２９】
管散布器４２についての調整範囲は、垂直軸に対して０度〜４５度である。弧状壁８４の長孔８６は、孔５６と干渉することなく最大角度調整を行うために形成される。出口スロット７２及び管散布器４２の角度決めは、特定の用途による。好適には、入口４の近傍のノズル・カートリッジ１６用のスロット・ノズル７２が、入口に向かって所定の角度に向けられる一方、管散布器４２が硬化用チャンバ２の中心に向かって所定の角度で向けられることが好ましい。
【００３０】
プレチャンバ４１は、出口スロット７２の縦方向に沿って不活性ガスの均一な流れを得るのに有用である。従来技術においては、流れの均一な分布を得るために、多岐管を縦方向に設けて複数の供給部を形成していた。本発明では、流れの均一な分布は、各コネクタ３８を通してノズル本体３２の各端部における２つ供給部のみで実現される。ガスの流れは、プレチャンバ４１から散布スロット７０を通り最終チャンバ７４へと流れるにつれて実質的にさらに均一にされる。プレチャンバ４１は、最終チャンバ７４内の圧力分布を緩和する効果をもたらすという利点がある。これは図９に概略的に示される通り、本発明では、出口スロット７２の縦方向に沿っての変化が１０％未満である。従来技術では、スロット長に沿っての流速が約３０％変動するのが普通である。本発明により、酸素が約５０ｐｐｍの不活性雰囲気が実現される。
【００３１】
管ノズル本体４０内のプレチャンバ５２はさらに、不活性ガスが一列の出口孔５８を通って出るとき、管散布器４２の縦方向に沿った不活性ガスの均一な流れも実現する。図９には、管散布器４２の縦方向に沿ったプレチャンバ５２内の圧力分布もまた示されており、プレチャンバ５２内で約３０％である変化が、出口孔５８を通ってガスが出ていく前の管散布器４２の内側では約１０％とかなり低減されている。プレチャンバ５２は、管散布器４２の内側での圧力分布を緩和する効果をもたらすという利点がある。
【００３２】
管散布器４２に対する角度調整により、硬化用チャンバ２がウェブの高速度に適応できるという利点が得られる。従来技術では、ウェブ速度を速くするために不活性ガスの流速を上げる結果、ガスの消費量が増大し、窒素の場合はかなり高額となる。本発明では、コネクタ４６を通るガス供給の流速は維持しつつ管散布器４２を通る流れの角度を調整するので、ウェブが高速であっても尚不活性雰囲気を維持することとなる。ウェブが高速の場合、ウェブが低速の場合よりも、管散布器４２はウェブの流れへ向かって垂直からより大きな角度で傾けられる。酸素が１５ｐｐｍの不活性ガスがチャンバへ導入されることで、本発明では５０ｐｐｍの雰囲気を維持することができる。例えば酸素５０ｐｐｍでチャンバ内の不活性ガスの均一な分布を維持することは、硬化される製品の適切な硬化のために重要である。製品に対する不活性雰囲気が変動すると、製品が紫外線照射に曝されつつ移動するときの不活性雰囲気の変動に依存して製品の材料特性が変化することとなる。
【００３３】
本発明のカートリッジ設計により、ノズル部品２０及び２２は、特定の用途即ち処理のために予め硬化用チャンバの外側で事前調整することが可能である。チャンバを通して異なる処理を行いたい場合には、その処理用に既に調整されたノズル部品を、装置に取り付けられているノズル部品と置き換えて用いることができる。この方法においては、ノズルを更に調整する必要がないので熟練していない作業者でも交換することができる。従来技術では、装置内で調整する必要があり、調整を行うために熟練した作業者即ち技術者が必要となる。
【００３４】
本発明を、紫外線照射装置を用いる場合について説明したが、熱線照射装置等の他のタイプの照射装置にも同様に適用可能である。
【００３５】
本発明を、好適設計を有するものとして説明したが、本発明の原理に一般的に従って更なる修正、利用及び／又は適応が可能であり、本発明の関連する技術における既知の又は慣用的手法の範囲内での本発明からのそのような逸脱が含まれることは自明である。前述の特徴に該当する限り、本発明の主旨即ち添付の請求の範囲の限定の範囲内に含まれるものである。
【００３６】
（図面の簡単な説明）
図１は、本発明により構築された硬化用チャンバの側面図である。
図２は、図１の硬化用チャンバの破断図であり、硬化用チャンバから外され取り出されたノズル・カートリッジを示す。
図３は、図２に示すノズル・カートリッジの斜視図である。
図４は、図３のノズル・カートリッジの斜視組立図である。
図５Ａは、図４中のライン５Ａ−５Ａに沿った断面図である。
図５Ｂは、図５Ａ中のライン５Ｂ−５Ｂに沿った断面図である。
図６は、図３中のライン６−６に沿った断面図である。
図７は、図６に類似であり、縦軸からの角度が異なる位置に調整されたノズル本体を示している。
図８は、図４のノズル・カートリッジの一部断面破断図であり、管ノズル部品の端部キャップを詳細に示している。
図９は、本発明のノズル・カートリッジの散布スロットの長さに沿ったプレチャンバと最終チャンバ内の圧力分布を概略的に示している。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図８】
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【図６】
0004474049.tif 000009
【図７】
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【図９】
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