(57)【要約】【課題】本発明により解決しようとする課題は、ＬＥＤ素子から放射させる紫外線の利用効率を高めて、被照射体の周方向に対して均一に紫外線照射することである。更に、迷光や反射光がＬＥＤ素子に再入射することを防ぐことである。【解決手段】被照射体に紫外線を照射するＬＥＤ素子と、被照射体を同軸状に囲む反射鏡とを有し、反射鏡には、ＬＥＤ素子と対向する位置に、紫外線の照射範囲に応じた大きさの開口部を設けた紫外線照射装置とすることにより、ＬＥＤ素子から放射された紫外線の一部は、被照射体の正面に照射され、ＬＥＤ素子から放射された紫外線の他の一部は、被照射体の周囲を通過して反射鏡により反射されて、被照射体の背面に照射される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射体に紫外線を照射するＬＥＤ素子と、前記被照射体を同軸状に囲む反射鏡とを有する紫外線照射装置において、前記反射鏡には、前記ＬＥＤ素子と対向する位置に、前記紫外線の照射範囲に応じた大きさの開口部を設けたことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ素子から放射された紫外線の一部は、前記被照射体の正面側に照射され、前記ＬＥＤ素子から放射された紫外線の他の一部は、前記反射鏡により反射されて、前記被照射体の背面側に照射されることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ素子から放射され、前記開口部を通った紫外線の一部は、前記反射鏡による反射が複数回繰り返されることを特徴とする請求項１から２のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤ素子と前記反射鏡とを前記被照射体の周方向に複数組設けたことを特徴とする請求項３に記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤ素子から放射された紫外線を他のＬＥＤ素子に対して遮蔽する位置に、前記反射鏡を配設することを特徴とする請求項４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、ＬＥＤを用いた紫外線照射装置に関し、特に線状物体、あるいは円柱状物体の表面に紫外線を照射する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線照射装置には、放電ランプ、あるいはＬＥＤ素子などの光源を備え、この光源と被照射体がそれぞれ焦点に配置されるように、断面が楕円形状の反射鏡を設ける。その結果、光源から放出された光は、反射鏡で反射した後に、被照射体に入射する。
【０００３】
このような紫外線照射装置として、光ファイバーの走行路を取り囲む透光性パイプを配設し、棒状ランプと反対側の外周面上に、透光性パイプの軸方向に沿って伸びる反射膜を設けることにより、反射鏡による効率を大きく犠牲にすることがなく、高い光の利用効率を保持しながら棒状ランプを冷却風によって冷却することが記載されている（引用文献１）。
【０００４】
また、光源としてＬＥＤ素子を用いて、上記楕円形状の反射鏡を用いない紫外線照射装置としては、光ファイバーの周方向に対してＬＥＤ素子を複数配置させ、各ＬＥＤ素子は自身以外のＬＥＤ素子の光出射面又はその他の樹脂材料に向けて紫外線を出射しないように配置することが記載されている（引用文献２）。
【０００５】
しかし、このようにＬＥＤ素子を配置した場合であっても、（１）ＬＥＤ素子から放射させる光の利用効率を高めて、光ファイバーの周方向に対して均一に紫外線照射することはできない。更に、（２）迷光や反射光がＬＥＤ素子に再入射することを防ぐことはできないという欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−４８１４９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１７５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明により解決しようとする課題は、ＬＥＤ素子から放射させる紫外線の利用効率を高めて、被照射体の周方向に対して均一に紫外線照射することである。更に、迷光や反射光がＬＥＤ素子に再入射することを防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の紫外線照射装置は、被照射体に紫外線を照射するＬＥＤ素子と、被照射体を同軸状に囲む反射鏡とを有し、反射鏡には、ＬＥＤ素子と対向する位置に、ＬＥＤ素子の照射範囲に応じた大きさの開口部を設けたことにより、ＬＥＤ素子から放射された紫外線の利用効率を高めて、光ファイバーを均一に紫外線照射することができる。更に、反射鏡により反射された紫外線が、ＬＥＤ素子の周辺に照射されることを防ぐことができる。その結果、ＬＥＤ素子の劣化を防止することができる。
【０００９】
ＬＥＤ素子から放射された紫外線の一部は、被照射体の正面側を照射され、ＬＥＤ素子から放射された紫外線の他の一部は、反射鏡により反射されて、被照射体の背面側を照射されることで、被照射体を均一に紫外線照射することができ、紫外線照射装置における生産性を高めることができる。更に、ＬＥＤ素子と反射鏡とを被照射体の周方向に複数組設けたことにより、被照射体を均一に紫外線照射することができ、紫外線照射装置における生産性を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の紫外線照射装置は、ＬＥＤ素子から放射され、開口部を通った紫外線の一部は、反射鏡による反射が複数回繰り返されることにより、被照射体に対する紫外線の利用効率を高めることができる。
【００１１】
ＬＥＤ素子から放射された紫外線を他のＬＥＤ素子に対して遮蔽する位置に反射鏡を配設することにより、レンズ外周面からの迷光を遮蔽して、ＬＥＤ素子から放射される紫外線が、他のＬＥＤ素子の周辺に照射されることを防ぐことができる。その結果、ＬＥＤ素子の劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるＬＥＤ素子を用いた照射装置は、ＬＥＤ素子から放射させる紫外線の利用効率を高めて、被照射体の周方向に対して均一に紫外線照射することできる。更に、迷光や反射光がＬＥＤ素子周辺を照射することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】被照射体を同軸状に囲む反射鏡の開口部と対向する位置にＬＥＤ素子を配設した照射装置の断面図である。（実施形態１）
【図２】被照射体の周方向に３個のＬＥＤ素子を配設した照射装置の断面図である。（実施形態２）
【図３】被照射体の周方向に５個のＬＥＤ素子を配設した照射装置の断面図である。（実施形態３）
【図４】ＬＥＤ素子から放射される波長３６５ｎｍの紫外線のプロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
本発明による第１実施形態は、被照射体としての光ファイバーを中心として同軸状に、反射鏡を配設した照射装置である。図１は、被照射体の径方向に沿った断面図である。図１の照射装置は、回路基板上に配置されて、紫外線を放射するＬＥＤ素子Ｄ１の放射面側には、紫外線に対して透過性を有する集光レンズＬ１が配置されている。紫外線に対して透過性を有する透光管Ｔ１を、光ファイバーＦ１と同軸状に配設されている。透光管Ｔ１の内部には不活性ガスが流れている。紫外線に対して反射性を有する反射鏡Ｍ１が、透光管Ｔ１の外周面に配置されている。反射鏡Ｍ１には、ＬＥＤ素子Ｄ１の放射面と対向する位置に、開口部Ｓ１が設けられている。開口部Ｓ１はレンズＬ１の光学的な特性（透過光）によって定まる照射範囲に応じて、開口部Ｓ１の大きさ（周方向や軸方向の長さ）を定める。
【００１５】
ＬＥＤ素子Ｄ１から放射される波長３６５ｎｍの紫外線を、レンズＬ１により集光してライン状の照射範囲とした。即ち、被照射体の軸方向に長く、径方向に狭い照射範囲として、被照射体に照射される。図４は、ライン状の照射範囲とした場合の径方向（幅方向）のプロファイルである。図４に示すように、ライン状に集光した場合であっても、光ファイバーの太さＤに対して無駄となる照射範囲が多い。なお、ここでの「ライン状」とは、幅方向に対して軸方向に広い照射範囲であることを示し、例えば、長方形や楕円形状やひょうたん形状であっても良い。レンズＬ１によりライン状の照射範囲とした場合には、反射鏡の開口部Ｓ１はスリット状とすると良い。なお、ここでの「スリット状」とは、幅方向に対して軸方向に長い開口部であることを示し、長方形の開口部に限らず、照射範囲に応じた長円形状や楕円形状などであっても良い。
【００１６】
レンズＬ１を透過してライン状に集光した紫外線ＵＶ１は、開口部Ｓ１を通り、透光管Ｔ１を透過して、光ファイバーの正面（ＬＥＤ素子側）を照射する。ここで、光ファイバーＦ１に照射されずに周囲を通過した場合であっても、反射鏡Ｍ１により光ファイバーＦ１に向けて反射させて、照射する。ＬＥＤ１から放射された紫外線は、レンズＬ１などより集光して、ライン状や平行光としても良い。これに応じて、反射鏡の光学的特性によっても反射光を集光させたり平行光としても良い。このような構成とすることにより、光ファイバーに対する紫外線の利用効率を高めることができる。
【００１７】
このように、ＬＥＤ素子と開口部との間に配設したレンズを透過して放射される紫外線（反射鏡に入射する紫外線）に応じて、反射鏡により反射される紫外線が被照射体へ照射される反射鏡とする。例えば、ＬＥＤ素子から放射される（２ｍｍ×２ｍｍ程度の放射面から拡散する）紫外線がレンズを透過することによって、ＬＥＤ素子の放射面と同程度まで集光されたり、平行光とされるように、レンズの光学的特性を定める。レンズにより集光した場合には、焦点を通過して再び拡散する紫外線が反射鏡により反射することによって、集光されたり、平行光とされるように、反射鏡の光学的特性を定める。ここで、レンズを透過して放射される紫外線が平行光である場合に、反射鏡により平行光として反射させても良い。いずれの場合においても、ＬＥＤ素子の放射面の面積が小さいため、光ファイバーのように径が細い被照射体に対して、レンズや反射鏡により集光して紫外線を照射するのに好適である。
【００１８】
更に、ＬＥＤ素子Ｄ１側も反射鏡Ｍ１に囲まれていることにより、反射された紫外線も光ファイバーＦ１に向けて再び反射させる。即ち、反射鏡Ｍ１に囲まれた内側で反射を複数回繰り返すことで、光ファイバーＦ１を均一に照射することができる。ここで、紫外線ＵＶ１のプロファイル（照射範囲）に応じて開口部Ｓ１の大きさ（周方向の幅や軸方向の長さ）を定めることにより、ＬＥＤ素子の周辺に反射鏡Ｍ１により反射された紫外線が、照射されることを防ぐことができる。
【００１９】
以上のような構成とすることにより、ＬＥＤから放射された紫外線の利用効率を高めて、光ファイバーを均一に紫外線照射することができる。更に、反射した紫外線がＬＥＤ素子周辺を照射することを防ぐことができる。
【００２０】
このようなＬＥＤ素子，レンズ，開口部，反射鏡の組み合わせからなる構成を、被照射体の軸方向に対して複数組設けた照射装置としても良い。この場合には、ＬＥＤ素子が被照射体の周方向に均等となるように配置するとよい。例えば、被照射体の軸方向に対して螺旋状に配置する。また、ＬＥＤ素子から放射される紫外線のピーク波長が、例えば、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍなどのＬＥＤ素子を用いると良い。また、より短波長の２９０ｎｍや２７０ｎｍなどでも良い。また、これらのＬＥＤ素子を組み合わせて用いても良い。また、上記実施形態では、被照射体である円柱状物体として光ファイバーを用いたが、注射針やカテーテルなどの細径の被照射体（線状物体・円筒状物体）であっても同様の効果が得られる。なお、不活性ガスを内部に流す必要がないとき等は、透光管Ｔ１を用いなくても良く、反射鏡の形状についての光学的設計や、被照射体の冷却などの条件設定の自由度が増す。また、太径の円柱状物体であっても良く、被照射体または照射装置を周方向に回転させたり、軸方向に移動や揺動させたりすることで、外周面に紫外線を均一に照射することができる。
【００２１】
（第２実施形態）
本発明による第２の実施形態は、上記第１実施形態におけるＬＥＤ素子とレンズと開口部を、光ファイバーの周方向に均等となる位置に３組配設した照射装置である。図２は、被照射体の径方向に沿った断面図である。図２の照射装置は、回路基板上に配置されて、紫外線を放射するＬＥＤ素子Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３の放射面側には、紫外線に対して透過性を有する集光レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３が配置されている。紫外線に対して透過性を有する透光管Ｔ１１を、光ファイバーＦ１１と同軸状に配設されている。透光管Ｔ１１の内部には不活性ガスが流れている。紫外線に対して反射性を有する反射鏡Ｍ１１、Ｍ１２，Ｍ１３が、透光管Ｔ１１の外周面に配置されている。ＬＥＤ素子Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３の放射面と対向する位置に開口部Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３が設けられ、反射鏡Ｍ１１、Ｍ１２，Ｍ１３に分離している。開口部Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３はレンズの光学的特性によって定まる照射範囲に応じて、開口部の大きさ（周方向や軸方向の長さ）を定める。
【００２２】
ＬＥＤ素子Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３から放射され、集光レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３によりライン状に集光された紫外線ＵＶ１１，ＵＶ１２，ＵＶ１３は、それぞれ開口部Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を通って、透光管Ｔ１１を透過して、光ファイバーＦ１１の正面（ＬＥＤ素子側）を照射する。ここで、光ファイバーＦ１１に照射されずに周囲を通過した場合であっても、反射鏡Ｍ１１、Ｍ１２，Ｍ１３によりそれぞれ光ファイバーＦ１１に向けて反射させて、照射する。
【００２３】
ＬＥＤ素子から放射された紫外線は、レンズなどより、平行光としても良い、これに応じて、反射鏡の光学的特性により集光させたり平行光としても良い。この場合、反射鏡は、透光管Ｔ１１の外周面に密着しなくても良く、また、透光管Ｔ１１の内部に配設しても良い。更に、透光管Ｔ１１を設けなくても良い。上記開口部に対して効率良く通過させるために、ＬＥＤ素子の前面に設けたレンズなどより、ＬＥＤ素子から放射される光がライン状となるように光学的に設計すると良い。
【００２４】
更に、ＬＥＤ素子側も反射鏡に囲まれている。即ち、ＬＥＤ素子Ｄ１１は反射鏡Ｍ１２とＭ１３により、ＬＥＤ素子Ｄ１２は反射鏡Ｍ１１とＭ１３により、ＬＥＤ素子Ｄ１３は反射鏡Ｍ１１とＭ１２により、それぞれ周方向に対して挟まれる位置に配設していることにより、反射された紫外線も光ファイバーＦ１１に向けて再び反射させる。その結果、反射を複数回繰り返すことで、光ファイバーＦ１１を均一に照射することができる。ここで、レンズを透過した紫外線のプロファイル（照射範囲）に応じて、開口部Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の大きさ（周方向の幅や軸方向の長さ）を定めることにより、ＬＥＤ素子Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３の周辺にそれぞれ反射鏡Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３により反射された紫外線が、照射されることを防ぐことができる。
【００２５】
ＬＥＤ素子から放射される紫外線のピーク波長が、例えば、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍなどのＬＥＤ素子を用いると良い。また、より短波長の２９０ｎｍや２７０ｎｍなどでも良い。また、これらのＬＥＤ素子を組み合わせて用いても良い。また、このような複数のＬＥＤ素子，レンズ，開口部，反射鏡の組み合わせからなる構成を、被照射体の軸方向に対して複数組設けた照射装置としても良い。
【００２６】
（実施形態３）
本発明による第３の実施形態は、上記第１実施形態におけるＬＥＤ素子とレンズと開口部を、光ファイバーの周方向に均等となる位置に５組配設した照射装置である。図３は、被照射体の径方向に沿った断面図である。図３の照射装置は、回路基板上に配置されて、紫外線を放射するＬＥＤ素子Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５の放射面側には、紫外線に対して透過性を有する集光レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２５が配置されている。紫外線に対して反射性を有する反射鏡Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４，Ｍ２５が、光ファイバーＦ２１と同軸状に配置されている。ＬＥＤ素子Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５の放射面と対向する位置に開口部Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５が設けられ、反射鏡Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４，Ｍ２５に分離している。開口部Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５はレンズの光学的な特性によって定まる照射範囲に応じて、開口部の大きさ（周方向や軸方向の長さ）を定める。
【００２７】
ＬＥＤ素子Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５から放射され、集光レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２５によりライン状に集光された紫外線ＵＶ２１，ＵＶ２２，ＵＶ２３，ＵＶ２４，ＵＶ２５は、それぞれ開口部Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５を通って、光ファイバーＦ２１の正面（ＬＥＤ素子側）を照射する。ここで、光ファイバーＦ２１に照射されずに周囲を通過した場合であっても、反射鏡Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４，Ｍ２５によりそれぞれ光ファイバーＦ２１に向けて反射させて、照射する。ＬＥＤ素子から放射された紫外線は、レンズにより、平行光としても良い、これに応じて、反射鏡の光学的特性により集光させたり平行光としても良い。このような構成とすることにより、光ファイバーに対する紫外線の利用効率を高めることができる。
【００２８】
上記開口部に対して効率良く通過させるために、ＬＥＤ前面に設けたレンズなどより、ＬＥＤから放射される光がライン状となるように光学的に設計すると良い。
【００２９】
更に、ＬＥＤ素子側も反射鏡に囲まれている。即ち、ＬＥＤ素子Ｄ２１は反射鏡Ｍ２３とＭ２４により、ＬＥＤ素子Ｄ２２は反射鏡Ｍ２４とＭ２５により、ＬＥＤ素子Ｄ２３は反射鏡Ｍ２１とＭ２５により、ＬＥＤ素子Ｄ２４は反射鏡Ｍ２１とＭ２２により、ＬＥＤ素子Ｄ２５は反射鏡Ｍ２２とＭ２３により、それぞれ周方向に対して挟まれる位置に配設していることにより、反射された紫外線も光ファイバーＦ２１に向けて再び反射させる。その結果、反射を複数回繰り返すことで、光ファイバーＦ２１を均一に照射することができる。ここで、レンズを透過した紫外線のプロファイル（照射範囲）に応じて、開口部Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５の大きさ（周方向の幅や軸方向の長さ）を定めることにより、ＬＥＤ素子Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５の周辺にそれぞれ反射鏡Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４，Ｍ２５により反射された紫外線が、照射されることを防ぐことができる。
【００３０】
レンズ２１の外周部分からは、紫外線ＵＶ３１，３２が放射される。このような紫外線は迷光として他のＬＥＤ素子を照射して、ＬＥＤ素子を劣化させる原因となる。そのため、他のＬＥＤ素子に対して、遮蔽するように反射鏡を配置する。即ち、ＬＥＤ素子Ｄ２１は反射鏡Ｍ２３とＭ２４により、ＬＥＤ素子Ｄ２２は反射鏡Ｍ２４とＭ２５により、ＬＥＤ素子Ｄ２３は反射鏡Ｍ２１とＭ２５により、ＬＥＤ素子Ｄ２４は反射鏡Ｍ２１とＭ２２により、ＬＥＤ素子Ｄ２５は反射鏡Ｍ２２とＭ２３により、それぞれ周方向に対して挟まれる位置に配設していることにより、レンズ外周面からの迷光を遮蔽することができる。この場合、反射鏡の反射面の裏側（背面）は紫外線に対して反射しない光学的特性とすると良い。
【００３１】
このような複数のＬＥＤ素子，レンズ，開口部，反射鏡の組み合わせからなる構成を、被照射体の軸方向に対して複数組設けた照射装置としても良い。また、ＬＥＤ素子から放射される紫外線のピーク波長が、例えば、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍなどのＬＥＤ素子を用いると良い。また、より短波長の２９０ｎｍや２７０ｎｍなどでも良い。また、これらのＬＥＤ素子を組み合わせて用いても良い。更に、本実施形態においては、被照射体の周方向に均等となる位置に５組配設したが、５組より多く配設しても良く、この場合には、ＬＥＤ素子が密集する構成となるので、上記迷光を遮蔽する効果はより顕著となる。
【００３２】
本実施形態の照射装置は、透光管を用いていないため、径が大きい被照射体に対して好適である。反射鏡の形状についての光学的設計や、被照射体の冷却などの条件設定の自由度が増すだけでなく、被照射体または照射装置を周方向に回転させたり、軸方向に揺動させたりすることで、径が大きい被照射体に対して紫外線を均一に照射することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
円柱状物体としては、表面の紫外線硬化性インクの硬化に適用することができ、線状物体としては光ファイバーの表面の紫外線硬化性コーティング材の硬化に適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ｄ１    ＬＥＤ素子
ＵＶ１    ＬＥＤ素子から放射される紫外線
Ｍ１    反射鏡
Ｔ１    透光管
Ｆ１    被照射体（光ファイバー）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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