(57)【要約】【課題】  紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）を使用する紫外光照射装置において、紫外線照射装置の複雑化大型化また生産性の低下を招くことなく、点灯時にＵＶ−ＬＥＤの温度が変化したとしても、頻繁に紫外線強度が測定でき、照度を一定に保つことができる紫外線照射装置を実現すること。【解決手段】  紫外線を照射する光照射ユニットを備えた紫外線照射装置において、上記光照射ユニットのレンズホルダの内側であってＵＶ−ＬＥＤと集光レンズとの間に受光素子を備える。受光素子は、ＵＶ−ＬＥＤ点灯中、集光レンズに入射しない光を受光し照度を測定する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を照射する光照射ユニットと、該光照射ユニットに電力を供給する電源部と、該電源部に制御信号を供給する制御部とを備えた紫外線照射装置において、
上記光照射ユニットは、紫外線発光ダイオードと、該紫外線発光ダイオードからの光を集光する集光レンズと、上記紫外線発光ダイオードからの光の一部を受光し該受光した光の強さに応じた電気信号を出力する受光素子とが、上記集光レンズを保持する筒状のレンズホルダ内に組み込まれて構成され、
上記制御部は、上記受光素子から出力された電気信号に基づき、上記光照射ユニットから照射される紫外線強度があらかじめ設定された値になるように、上記電源部から上記発光ダイオードに供給される電力を制御することを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
上記制御部は、上記受光素子から出力された電気信号に基づいて、上記光照射ユニットから照射される紫外線強度の値を表示部に表示することを特徴とする請求項１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、紫外線発光ダイオードから出射する紫外線を、スポット状に成形して被照射物に照射し処理する紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線照射装置から出射される、３６５ｎｍを中心とした波長３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲の紫外線を、該波長に感度を有する接着剤、塗料、インク、レジスト等に照射して、硬化または乾燥させる、また逆に、溶融または軟化させるなど、さまざまな処理が行なわれている。以下このような処理を総称して光処理と呼ぶ。
このような光処理には、光ディスク用のピックアップレンズの接着や、電子部品の基板への接着などのように、所定の狭い領域にのみ光を照射する場合がある。
そのような場合に用いられる紫外線照射装置として、例えば特許文献１のように、光源からの紫外光を、光ファイバを多数束ねて構成した導光ファイバで導き、集光レンズで集光してスポット状に成形し、微小域に照射する装置が知られている。
【０００３】
従来、このような装置の紫外線を放射する光源として、キセノンランプや超高圧水銀ランプ等の放電ランプが使用されてきた。
しかし、最近は、非特許文献１に示されるような、紫外線を高い出力で放射する、窒化ガリウム（ガリウムナイトライド  ＧａＮ）などを発光材料に用いた発光ダイオード（ＬＥＤ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）も開発されてきている。
【０００４】
そして、このような紫外線を出射する発光ダイオード（以下ＵＶ−ＬＥＤと呼ぶ）を光源として用いた紫外光照射装置も、特許文献２や特許文献３に示されるように、提案されるようになってきた。
一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ランプに比べて長寿命である、点灯させる電源回路が簡単であるなどの利点が知られており、今後の適用が期待されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１−２５０９０７号公報
【特許文献２】特開２００４−３６３３５２号公報
【特許文献３】特開２００５−１５７６４号公報
【特許文献４】実公平５−４４８０４号公報
【非特許文献１】日経エレクトロニクスに２００２年１０月２１日号Ｐ２８「発光波長は水銀灯と同じ  光出力１００ｍＷの紫外ＬＥＤ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、われわれは、紫外線照射装置の光源としてＵＶ−ＬＥＤを使用し、上記した光処理の実験を行ったところ、光処理を短時間で行うために必要な高い紫外線強度を得ようとすると、ＵＶ−ＬＥＤは点灯後数分で温度が上昇し、それにともなって紫外線強度が低下するということを見出した。
図４は、ＵＶ−ＬＥＤの点灯時間に対して、ＵＶ−ＬＥＤの表面温度と紫外線強度の関係を示したものである。
【０００７】
なお紫外線強度の測定は、デジタル紫外線照度計ユニメーターＵＩＴ−１０１（ウシオ電機製）を使用した。なお、当該照度計は、波長３６５ｎｍをピークとした波長３３０ｎｍ〜３９０ｎｍの受光感度領域を有している。
同図において、横軸はＵＶ−ＬＥＤの点灯時間（分）であり、左縦軸は点灯開始時の照度を１００％とした時の被照射面における相対照度値、右縦軸はＵＶ−ＬＥＤのパッケージ表面の上昇温度（℃）である。
【０００８】
２本の折れ線グラフは、■が相対照度値を、●が温度上昇値を示している。なお、ＵＶ−ＬＥＤに供給する電力は一定で変化させていない。
同図から示されるように、ＵＶ−ＬＥＤは点灯開始直後から温度が上昇するとともに紫外線照度が低下していき、点灯後約６分で、表面温度が約１４℃上昇すし、紫外線照度は、初期値を１００％として約１５％低下した。
【０００９】
光処理中に紫外線強度が低下すると、光処理対象物（例えば紫外線硬化型接着剤といった被処理物）への紫外線照射量が不足するので、上記した光による反応が不十分となり製品不良の原因となる。
このようなＵＶ−ＬＥＤの温度変化による紫外線強度の変化を防ぐためには、点灯中にＵＶ−ＬＥＤの温度が上昇しないように冷却することや、照度測定を行って一定の紫外線強度になるようにＵＶ−ＬＥＤに供給される電力を調整することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、ＵＶ−ＬＥＤの冷却や紫外線強度の測定には、次のような問題がある。
通常、ＵＶ−ＬＥＤを含め発光ダイオードの冷却は、発光ダイオードを実装した基板に取り付けたヒートシンクを、冷却風により冷却することにより行われる。
【００１１】
しかし、そのような方法では、図４に示されるように、例えば、ＵＶ−ＬＥＤの紫外線強度の変化を５％以内に抑えるためには、温度変化を３℃以内に維持する必要があり、実際には困難である。
水冷は効果的ではあるが装置の複雑化や大型化を招くため実用的ではない。
【００１２】
一方、紫外線強度測定とそれに基づく電力調整は、図４に示されるように、ＵＶ−ＬＥＤが点灯後数分で大きく強度が低下するため、光処理毎に行なって照度低下の有無を確認する必要があり、その作業時間分光処理全体の時間が長くなり生産性が低下する。しかも、そのように頻繁に測定を行ったとしても、光処理中の紫外線強度の変化には対応できない。
その対策として、特許文献４に示されるように、光路中にビームスプリッタを配置し、被処理物に照射される光を分岐して照度計に導き、光処理中に強度測定を行うことも考えられるが、被処理物への紫外線強度を低下させることになり、やはり光処理時間の長時間化を招く。
【００１３】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、ＵＶ−ＬＥＤを使用する紫外光照射装置において、紫外線照射装置の複雑化や大型化、また生産性の低下を招くことなく頻繁に紫外線強度が測定でき、光処理中にＵＶ−ＬＥＤの温度が変化したとしても、紫外線強度を一定に保つことができる紫外光照射装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明においては、上記課題を次のようにして解決する。
紫外線を照射する光照射ユニットと、該光照射ユニットに電力を供給する電源部と、該電源部に制御信号を供給する制御部とを備えた紫外線照射装置において、上記光照射ユニットは、紫外線を出射する発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）と、該紫外線発光ダイオードからの光を集光する集光レンズと、上記紫外線発光ダイオードからの光の一部を受光し該受光した光の強さに応じた電気信号を出力する受光素子とが、上記集光レンズを保持する筒状のレンズホルダ内に組み込まれて構成される。
【００１５】
集光レンズは、紫外線発光ダイオードから出射する光（紫外線）をスポット状の光に成形するが、紫外線発光ダイオードから出射される光は発散角度が大きく、一部の光は集光レンズに入射しない。
この集光レンズに入射しない光を、レンズホルダの内側に設けた受光素子により受光する。
【００１６】
受光素子は受光した光の強さに応じた電気信号を出力し、受光素子から出力された電気信号は制御部に入力される。
制御部には、光処理に必要な所望の紫外線強度値があらかじめ入力部より入力されて設定されており、制御部は受光素子からの電気信号に基づき光照射ユニットから照射される紫外線強度値を計算し、設定されている所望の紫外線強度値と比較する。
【００１７】
そして、光照射ユニットから照射される紫外線強度が所望の紫外線強度値となるように、電源部から紫外線発光ダイオードに供給される電力を制御する。
また、制御部に接続された表示部に、受光素子からの電気信号に基づいて計算した光照射ユニットから照射される紫外線強度値を表示する。
【００１８】
なお、光照射ユニットから照射される紫外線強度を所望の紫外線強度値とするための電力の制御は、作業者が表示部に表示された紫外線強度値を見ながら行なうようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
光照射ユニットのレンズホルダの内側に設けた受光素子により、紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）から出射する光のうち、集光レンズに入射しない光を受光して紫外線を測定するので、光処理中に紫外線強度の測定ができる。
【００２０】
したがって、照度測定による光処理の長時間化はなく、生産性を低下させることがない。
また、受光素子が受光する光は、もともと集光レンズに入射しない光処理には利用されない成分であるので、この照度測定が原因で光照射ユニットから出射する紫外線の強度が低下するということはなく、光処理の長時間化を招くことはない。
【００２１】
さらに、光処理中に紫外線発光ダイオードが温度上昇しても、リアルタイムに測定された紫外線強度値に基づいて紫外線発光ダイオードに供給される電力を制御できるので、被処理物に照射される紫外線の強度を一定に保つことができる。
【００２２】
また、光照射ユニットから照射される紫外線強度を表示部に表示することにより、光処理中の紫外線強度を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に、本発明の実施例である紫外線照射装置の概略構成を示す。
紫外線照射装置は、紫外線を照射する光照射ユニット１０と、電源部２１と制御部２２とを一つの箱体内に納めた電源制御部２０とからなり、光照射ユニット１０と電源制御部２０とは、ケーブル３０により接続されている。
【００２４】
光照射ユニット１０は、紫外線を出射する発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）と、ＵＶ−ＬＥＤから出射する光を集光するレンズ等を備えているが、詳細な構造については後述する。
電源制御部２０は、商用電源に接続され、光照射ユニット１０内のＵＶ−ＬＥＤに電力を供給する電源部２１と、電源部２１を制御する制御部２２とを備えている。
【００２５】
また、電源制御部２０の前面は操作パネルになっており、操作パネルには、電源の入切や、制御部２２に光処理にかかわる照度や照射時間といった種々のパラメータを入力する入力部２３と、入力した各種パラメータの数値や、光照射ユニットから照射される紫外線強度の値を表示する表示部２４が設けられている。
【００２６】
図２に、光照射ユニット１０の構成を示す断面図を示す。
光照射ユニット１０は、ＵＶ−ＬＥＤ１１、第１の集光レンズ１２、第２の集光レンズ１３が、第１および第２の集光レンズ１２、１３を保持する筒状のレンズホルダ１４内に組み込まれている。
【００２７】
ＵＶ−ＬＥＤ１１は動作基板１５に実装されている。動作基板１５には電源制御部２０からのケーブル３０が接続されており、電源制御部２０から、ケーブル３０と動作基板１５を介して、ＵＶ−ＬＥＤ１１に電力が供給される。
ＵＶ−ＬＥＤ１１が実装される動作基板１５のＵＶ−ＬＥＤ１１と反対側には、ＵＶ−ＬＥＤ１１の熱を放熱するためのヒートシンク１６が取り付けられる。
【００２８】
光照射ユニット１０の、ＵＶ−ＬＥＤ１１の光出射側に設けられた第１の集光レンズ１２と第２の集光レンズ１３により、ＵＶ−ＬＥＤ１１内のチップ１１１から出射する紫外線はスポット状に集光され、被処理物Ｗに照射される。
なお、集光レンズ１２、１３は、光照射ユニット１０から放射される紫外線の発散角を小さくし利用効率を上げるためのレンズであり、必ずしも焦点を持たなくても良く、例えばＵＶ−ＬＥＤ１１から放射される紫外線を平行光にするようなレンズでも良い。
【００２９】
ＵＶ−ＬＥＤ１１と第１の集光レンズ１２との間であって、円筒状のレンズホルダ１４の内側に、紫外線を受光し受光した紫外線の強さに応じた電気信号を出力する受光素子１７が設けられる。
受光素子としては紫外線に感度を持つものであれば良く、例えば、フォトダイオードや、受光部と信号処理ＩＣを一つのパッケージにしたフォトＩＣと呼ばれる素子、またフォトトランジスターと呼ばれる素子などがあげられる。
【００３０】
フォトダイオードの中では、例えば標準的なシリコン（Ｓｉ）フォトダイオードの他にガリウムリン（ＧａＰ）フォトダイオード、ガリウム砒素リン（ＧａＡｓＰ）フォトダイオードなどが紫外に感度を有し使用できる。
なお、このような受光素子は小型のものが多く市販されており、ＵＶ−ＬＥＤ１１と集光レンズ１２の狭い空間にも配置することができる。
【００３１】
また、受光素子の受光部に、ＵＶ−ＬＥＤ１１から放射される紫外線の波長帯を選択的に透過するフィルタを取り付け、外部から入射してくる光の影響を避けるようにしてもよい。
受光素子１７は、ＵＶ−ＬＥＤ１１が実装されている同じ動作基板１５に取り付けられることにより実装密度があげられ、光照射ユニット１０の小型化が図られている。
【００３２】
光処理においては、例えば基板や装置内部の部品と部品に挟まれたような狭い部分にある被処理物にも紫外線照射を行なうことがあり、したがって、紫外線照射装置の光照射ユニットは、できるだけ小型化したいという要望があるため、光照射ユニットに設ける集光レンズはあまり大きくできない。
一方、ＵＶ−ＬＥＤ１１から出射する光（紫外線）は発散角が大きく、そのためＵＶ−ＬＥＤ１１から出射する光には、集光レンズ１２に入射されて被処理物に照射される光４０だけでなく、集光レンズ１２に入射されない光４１も生じる。
【００３３】
このような集光レンズ１２に入射しない光４１は、光処理には全く寄与していない。受光素子１７は、この光処理に寄与していない光を受光する。
受光素子１７は、受光した紫外線をその強さに応じた電気信号に変換して出力し、出力された電気信号は、ケーブル３０を介して電源制御部２０の制御部２２に入力される。
【００３４】
次に、本願の紫外線照射装置の動作例について、図２を用いて説明する。
なお、紫外線を被処理物に照射する光処理の前に、使用する紫外線照射装置に照度の値付けを行なう必要があり、まず、この照度の値付け作業について説明する。
【００３５】
電源制御部２０の入力部２３のＵＶ−ＬＥＤ点灯スイッチが押され、制御部２２が電源部２１に対してＵＶ−ＬＥＤ点灯信号を送る。
電源部２１は光照射ユニット１０のＵＶ−ＬＥＤ１１に対し、ケーブル３０を介して電力を供給する。
【００３６】
供給された電力によりＵＶ−ＬＥＤ１１が点灯する。ＵＶ−ＬＥＤ１１のチップ１１１から紫外線が出射し、大部分の紫外線は第１および第２の集光レンズ１２、１３に入射して集光され光照射ユニット１０から出射する。
ＵＶ−ＬＥＤ１１から出射した光のうち、第１の集光レンズ１２に入射しない光の一部が受光素子１７に入射する。
【００３７】
受光素子１７は入射した光を、その強さに応じた電流（電気信号）に変換し出力する。
受光素子１７から出力された電気信号は、ケーブル３０を介して電源制御部２０の制御部２２に送られ、表示部２４にはその値が表示される。
【００３８】
この状態で、光照射ユニット１０から出射している紫外線の強度を紫外線照度計より測定する。
そして、入力部２３操作することにより、表示部２４に表示されている値を、紫外線照度計により測定された紫外線強度の値に換算して表示させる。
【００３９】
以上で、紫外線照射装置の照度の値付け作業が終わる。
なお、この照度の値付け作業と前後して、入力部２３から、あらかじめ実験により求めた光処理に必要な紫外線強度の値（以下基準強度値と呼ぶ）を入力し、制御部２２に記憶させる。
【００４０】
続いて、紫外線照射処理の動作について説明する。
ＵＶ−ＬＥＤ１１が点灯され、光照射ユニット１０からスポット状に成形された紫外線が出射し、被処理物Ｗに照射される。
被処理物Ｗが、例えば紫外線硬化樹脂であれば、紫外線が照射されることにより硬化が開始する。
【００４１】
光照射ユニット１０内の受光素子１７は、ＵＶ−ＬＥＤ１１からの光の一部を受光し、受光した光の強さに応じた電気信号を出力する。この電気信号は制御部２２に入力される。
制御部２２は、入力した電気信号を紫外線強度値に換算し、表示部２３２に表示するとともに、制御部２２内にある比較部において、上記で設定された基準強度値と比較する。
【００４２】
受光素子１７により測定された紫外線強度値が、基準強度値よりも低かった場合、制御部２２は、電源部２１に対してＵＶ−ＬＥＤ１１から出射する紫外線の強度を上げるために、供給する電力を大きくするよう指令する。
電源部２１は、この指令に基づき、ＵＶ−ＬＥＤ１１に供給する電力を大きくする。
【００４３】
受光素子１７は、出力が大きくなったＵＶ−ＬＥＤ１１からの紫外線を受光し、光の強さに応じた電気信号を制御部２２に出力する。
制御部２２は、これに基づき、現在の紫外線強度値を計算し、表示部２４に表示するとともに、比較部において基準強度値と比較し、現在の紫外線強度値が基準強度値になるように、ＵＶ−ＬＥＤに供給する電力をフィードバック制御する。
以下これを光処理が終わるまで続ける。
【００４４】
ＵＶ−ＬＥＤの紫外線強度を変化させ調整する方法としては、ＵＶ−ＬＥＤに供給する電流の大きさを変化させることにより行なわれることが多いが、ＰＷＭ制御と呼ばれる、ＵＶ−ＬＥＤに供給される電力のＯＮ／ＯＦＦの時間比率を変えて制御を行なう方法もあり、いずれの方法を採用することができる。
【００４５】
このようにして、ＵＶ−ＬＥＤ１１が点灯中に温度が上昇し、照度が低下しても、光処理中に、処理にはもともと寄与していなかった紫外線を利用してリアルタイムで照度測定を行ない、その値を電源制御部２２にフィードバックし、光照射ユニット１０から照射される紫外線強度が、基準強度値になるように制御する。
照度測定は、紫外線処理にはもともと寄与していなかった光を利用するものであるので、紫外線照射中に照度測定を行っていても、紫外線照射処理への影響はない。
【００４６】
また、光処理中に紫外線強度測定を行ない、その値に基づいて紫外線強を制御できるので、処理中に紫外線強が低下して不良を発生させる心配がない。
さらに、光処理の前後での紫外線強測定は不要であり、紫外線強測定により全体の処理時間が長くなることがない。
【００４７】
図３に、光照射ユニットの他の構成を示す断面図を示す。
同図においては、第１の集光レンズ１２がＵＶ−ＬＥＤ１１の光出射部に密着するように接近させて設けられている。
このような場合、ＵＶ−ＬＥＤ１１と第１の集光レンズ１２との間に隙間（スペース）がないので、受光素子１７は、第１の集光レンズ１２と第２の集光レンズ１３の間に配置する。
【００４８】
ＵＶ−ＬＥＤ１１のチップ１１１からの紫外線は第１の集光レンズ１２に全て入射するが、受光素子１７は、第１の集光レンズ１２から出射する紫外線のうち、第２の集光レンズ１３に入射しない光の成分を受光する。
同図のように、第１の集光レンズ１２をＵＶ−ＬＥＤ１１に接近させて設けると、第１の集光レンズ１２を小型化することができるので、光照射ユニット１０の小型化を図ることができる。
【００４９】
なお、上記では、制御部２２が、現在の紫外線強度値と設定されている基準強度値とを比較し、照度が基準強度値になるようにＵＶ−ＬＥＤ１１に供給する電力を制御する例を示したが、作業者が表示部２４に表示される現在の紫外線強度値をみて、手動で入力部２３のスイッチを操作してＵＶ−ＬＥＤ１１に供給する電力を調整するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記のように紫外線の紫外線強度を上げるためには、ＵＶ−ＬＥＤ１１に供給する電力を大きくするが、電力が大きくなりすぎるとＵＶ−ＬＥＤ１１の故障の原因となることがある。
そのため、ＵＶ−ＬＥＤ１１に供給される電力値に上限を設けて制御部２２に入力し、光処理中に電力値が上限を超えると、表示部２４に警告を表示するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例である紫外線照射装置の概略構成を示す図である。
【図２】光照射ユニットの構成を示す断面図である。
【図３】光照射ユニットの他の構成を示す断面図である。
【図４】ＵＶ−ＬＥＤの点灯時間に対するＵＶ−ＬＥＤ表面の上昇温度と紫外線強度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０          光照射ユニット
１１          ＵＶ−ＬＥＤ（紫外線発光ダイオード）
１２          第１の集光レンズ
１３          第２の集光レンズ
１４          レンズホルダ
１５          動作基板
１６          ヒートシンク
１７          受光素子
２０          電源制御部
２１          電源部
２２          制御部
２３          入力部
２４          表示部
３０          ケーブル
４０          集光レンズに入射する光
４１          集光レンズに入射しない光
Ｗ            被処理物
【図１】
2007027295.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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