(57)【要約】【課題】物質を迅速に硬化させるのに充分なエネルギー密度を供給するエネルギー源を提供する。【解決手段】本発明は、物質硬化装置に関するものである。該装置は、物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するためのダイオードと、ダイオードによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受けるように位置決めされた集光器とを備える。集光器は、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、エネルギーを物質のエリアに向けるように選択される。該エリアは、長さと、該長さより小さい幅を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質を硬化させるための装置であって、
物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するためのダイオードと、
ダイオードによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受けるように位置決めされた集光器とを備え、
前記集光器は、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、エネルギーを物質のエリアに向けるように選択され、前記エリアは、長さと、該長さより小さい幅を有するようにした装置。
【請求項２】
ダイオードは、紫外光の周波数範囲の電磁エネルギーを放出するように適合している請求項１記載の装置。
【請求項３】
ダイオードは、約３６５ｎｍの周波数で紫外光を放出するように適合している請求項２記載の装置。
【請求項４】
集光器は、物質を硬化させるように選択された周波数での電磁エネルギーに対してほぼ透明な材料から成るロッドを備える請求項１記載の装置。
【請求項５】
ロッドは、少なくとも円柱状の部分を含む請求項４記載の装置。
【請求項６】
ロッドは、長手軸を有し、該ロッドは、該軸がダイオードによって放出される電磁エネルギーの進行方向に対して側方に延びるように搭載されている請求項４記載の装置。
【請求項７】
電磁エネルギーによって硬化する物質を構成するインクを、基板に供給するように構成されたプリンタと組み合わせたものであって、
前記ダイオードおよび前記集光器は、電磁エネルギーを放出し、該エネルギーを基板上のインクに方向付けてインクを硬化させるように搭載される請求項１記載の装置。
【請求項８】
物質を硬化させるための装置であって、
各ダイオードが、物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するように適合している複数のダイオードと、
前記複数のダイオードの各々によって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受けるように位置決めされた集光器とを備え、
前記集光器は、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、エネルギーを物質の少なくとも一部に方向付けるように選択されている装置。
【請求項９】
ダイオードは、紫外光の周波数範囲の電磁エネルギーを放出するように適合している請求項８記載の装置。
【請求項１０】
集光器は、物質を硬化させるように選択された周波数での電磁エネルギーに対してほぼ透明な材料から成るロッドを備える請求項８記載の装置。
【請求項１１】
ロッドは、少なくとも円柱状の部分を含む請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
ロッドは、長手軸を有し、該ロッドは、該軸が複数のダイオードによって放出される電磁エネルギーの進行方向に対して側方に延びるように搭載されている請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
複数のダイオードは、列状に配置されている請求項８記載の装置。
【請求項１４】
複数のダイオードの第１部分は第１列に配置され、複数のダイオードの第２部分は第２列に配置されている請求項８記載の装置。
【請求項１５】
電磁エネルギーによって硬化する物質を構成するインクを、基板に供給するように構成されたプリンタと組み合わせたものであって、
前記複数のダイオードおよび前記集光器は、電磁エネルギーを放出し、該エネルギーを基板上のインクに方向付けてインクを硬化させるように搭載される請求項８記載の装置。
【請求項１６】
物質を硬化させるための装置であって、
物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するためのダイオードと、
ダイオードによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、該エネルギーを物質の少なくともエリアに方向付けるように位置決めされた集光器とを備え、
前記集光器は、ダイオードによって放出された電磁エネルギーに対して側方に延びる長手軸を有するようにした装置。
【請求項１７】
集光器は、物質を硬化させるように選択された周波数での電磁エネルギーに対してほぼ透明な材料から成るロッドを備える請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
ロッドは、少なくとも円柱状の部分を含む請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記ダイオードを含む複数のダイオードを備え、前記複数のダイオードの少なくとも一部が列状に配置され、集光器の長手軸はダイオード列に対して平行に延びている請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
電磁エネルギーによって硬化する物質を構成するインクを、基板に供給するように構成されたプリンタと組み合わせたものであって、
前記ダイオードおよび前記集光器は、電磁エネルギーを放出し、該エネルギーを基板上のインクに方向付けてインクを硬化させるように搭載される請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
物質を硬化させるための装置であって、
物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するためのダイオードと、
ダイオードによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、該エネルギーを物質の少なくともエリアに方向付けるように位置決めされた集光器とを備え、
前記集光器は、ダイオードの中心線から側方にずれた位置から見た場合、円形断面を有するようにした装置。
【請求項２２】
集光器は、物質を硬化させるように選択された周波数での電磁エネルギーに対してほぼ透明な材料から成るロッドを備える請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
電磁エネルギーによって硬化する物質を構成するインクを、基板に供給するように構成されたプリンタと組み合わせたものであって、
前記ダイオードおよび前記集光器は、電磁エネルギーを放出し、該エネルギーを基板上のインクに方向付けてインクを硬化させるように搭載される請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
物質を硬化させるための装置であって、
複数の面を備えた凹部を有し、各面は物質の共通エリアに面するようにした本体と、
各ダイオードが、物質のエリアに向けて光エネルギーを放出するために、凹部の前記面の１つに位置決めされている複数のダイオードと、
各集光器が、前記ダイオードの少なくとも１つによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、エネルギーを物質のエリアに方向付けるように位置決めされている複数の集光器とを備える装置。
【請求項２５】
前記集光器の各々は、物質を硬化させるように選択された周波数での電磁エネルギーに対してほぼ透明な材料から成るロッドを備える請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記ダイオードは、本体の上に列状に位置決めされている請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記ロッドの各々は、前記ダイオード列の１つを横切るように延びている請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記ロッドの各々は、本体の前記面に対して平行に延びている請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
電磁エネルギーによって硬化する物質を構成するインクを、基板に供給するように構成されたプリンタと組み合わせたものであって、
前記ダイオードおよび前記集光器は、電磁エネルギーを放出し、該エネルギーを基板上のインクに方向付けてインクを硬化させるように搭載される請求項２４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、集束エネルギー源に関し、特に、プリンタのインクや接着剤などの物質を硬化させるための集光した紫外発光ダイオード素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁エネルギー、特に、紫外（ＵＶ）光の周波数範囲にあるエネルギーは、インク、コーティング、接着剤などの流動体を含む幾つかの物質の硬化を促進することが判っている。これらの流動体の多くは、流動体がＵＶ光に露光した場合、流動体中のモノマーを結合ポリマーに変換して、モノマー材料を凝固させるＵＶ光開始剤を含む。従来のＵＶ光源を用いた物質硬化装置は、硬化時間を最適化するように選択されたＵＶ周波数範囲にある光を発生するランプ及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ＬＥＤは、電流が通過すると、光を放出する電子半導体素子のタイプである。
【０００３】
インクジェットプリンタは、時にはインク硬化速度を促進するためのＬＥＤを含む。インクジェットプリンタは、プリンタヘッドからフィルムや紙などの基板上にインク液滴を噴射する。紫外ＬＥＤは、インク硬化を促進するように選択された波長でＵＶ光を基板上のインクに向ける。過去において、これらのＬＥＤ装置は、インクに充分なエネルギーを供給するのが非効率であった。その結果、インク硬化用のＵＶ  ＬＥＤ装置を有する従来のプリンタは、多数のＬＥＤを有するＬＥＤアレイを必要としていたため、プリンタのサイズ、複雑さ、コストの増加をもたらしていた。さらに、これらの非効率さは、電力使用の増加をもたらしていた。従来のＬＥＤ装置は、比較的低いエネルギー密度を提供しており、遅い硬化時間であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうして物質を迅速に硬化させるのに充分なエネルギー密度を供給するエネルギー源についてのニーズが存在する。さらに、エネルギーを効率的に使用するエネルギー源についてのニーズが存在する。さらに、より小型のサイズで複雑でなく低コストの装置を提供するエネルギー源についてのニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、物質硬化装置に関するものである。該装置は、物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するためのダイオードと、ダイオードによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受けるように位置決めされた集光器(culminator)とを備える。集光器は、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、エネルギーを物質のエリアに向けるように選択される。該エリアは、長さと、該長さより小さい幅を有する。
【０００６】
他の態様において、本発明は、物質硬化装置に関するものである。該装置は、複数のダイオードを含む。各ダイオードは、物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するように適合している。さらに、該装置は、複数のダイオードの各々によって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受けるように位置決めされた集光器を備える。集光器は、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、エネルギーを物質の少なくとも一部に向けるように選択される。
【０００７】
さらに他の態様において、本発明は、物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するためのダイオードと、ダイオードによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、エネルギーを物質の少なくともエリアに向けるように位置決めされた集光器(culminator)とを備える物質硬化装置を含む。集光器は、ダイオードによって放出された電磁エネルギーに対して側方に延びる長手軸を有する。
【０００８】
さらに本発明は、物質硬化装置に関するものである。該装置は、物質を硬化させるように選択された周波数で電磁エネルギーを放出するためのダイオードと、ダイオードによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、該エネルギーを物質の少なくともエリアに方向付けるように位置決めされた集光器とを備える。集光器は、ダイオードの中心線から側方にずれた位置から見た場合、円形断面を有する。
【０００９】
更なる態様において、本発明は、物質硬化装置に関するものである。該装置は、複数の面を備えた凹部を有する本体を含む。各面は、物質の共通エリアに面している。該装置はまた、複数のダイオードを含む。各ダイオードは、物質のエリアに向けて光エネルギーを放出するために、凹部の面の１つに位置決めされる。さらに、該装置は、複数の集光器を備える。各集光器は、ダイオードの少なくとも１つによって放出された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け、受けたエネルギーを集束して強度を上げ、エネルギーを物質のエリアに方向付けるように位置決めされる。
【００１０】
本発明の他の態様は、以下においてある程度明らかとなり、指摘されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の装置の一部の断片的な斜視図である。
【図２】装置のベースの側面図である。
【図３】装置の断片的な側面図である。
【図４】１つの発光ダイオードおよび１つの集光器の概略側面図である。
【図５】装置の断片的な詳細図であり、装置の動作およびレイアウトを概略的に示す。
【図６】装置の断片的な詳細図であり、動作中の装置を概略的に示す。
【図７】本発明の第２実施形態の２つの装置を有するプリンタの概略側面図である。
【００１２】
対応する参照文字は、幾つかの図面において対応する部品を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面、特に図１を参照して、集束エネルギー源、特に、基板上に置かれたインクなどの物質を硬化させるための紫外発光ダイオード装置は、全体として参照番号２０で示している。装置２０は、上部２４と、上部２４に対向する底部２６とを有するベース（大略的に符号２２で示す）を含む。上部２４を「上部」と称し、底部２６を「底部」と称しているが、当業者は、ベース２２の底部が、通常、硬化すべき物質に面する側であり、ベースの上部が、一般に底部に対向する側であることは理解するであろう。ベース２２の底部２６は、図示のように下向きに配向してもよく、あるいは、硬化可能な物質の向きに応じて横向き及び／又は上向きなどの他の方向に配向してもよい。
【００１４】
凹部は、大略的に符号２８で示しており、底部２６からベース２２の中に延びている。ベース２２は、いずれかの熱伝導性材料、例えば、アルミニウム、銅、黄銅、ポリマー、コバルト、または熱伝導性材料の組合せで構成してもよい。例えば、一実施形態では、ベース２２は、熱伝導性ポリマーでコートされたアルミニウムコアを備えてもよい。図示の実施形態では、ベース２２はアルミニウムブロックであり、そこに凹部２８が加工されている。凹部付きベース２２は、押し出し加工、ミリング、鋳造など、いずれか適したプロセスによって形成してもよい。
【００１５】
図２に示すように、一実施形態では、凹部２８は、ベース２２の底部２６に対して平行かつその下方に延びる仮想中心線４０の周りに間隔をあけた、５つの略平面状の面３０，３２，３４，３６，３８を有する。各面３０，３２，３４，３６，３８は、中心線４０を中心とした仮想円柱４２に接する面内で延びている。円柱４２は、本発明の範囲から逸脱することなく他の直径を有してもよいが、一実施形態では、円柱は、約２インチの直径、詳細には約１．５インチの直径、より詳細には１．５４２インチの直径を有する。
【００１６】
一実施形態では、中心面３４は、ベース２２の底部２６に対して平行に延びる。中心面３４に隣接する面３２，３６は、中心面に対して角度αで延びる。一実施形態では、角度αは約３０°、詳細には約３２．４°、より詳細には約３２．３９９°である。外側の面３０，３８は、中心面に対して角度βで延びる。一実施形態では、角度βは約６０°、詳細には６４°、より詳細には６３．８７７°である。
【００１７】
面３０，３２，３４，３６，３８は、本発明の範囲から逸脱することなく他の形状を有してもよいことは想定されるが、一実施形態では、各面は略矩形の形状を有する。さらに、面３０，３２，３４，３６，３８は、本発明の範囲から逸脱することなく他の長さを有してもよいが、一実施形態では、各面はベースと等しい長さを有する（例えば、約３インチ）。凹部は、本発明の範囲から逸脱することなく、より少ないまたはより多い面を有してもよいことは、当業者は理解するであろう。幾つかの実施形態では、凹部は非対称でもよいことも想定される。
【００１８】
図１に示したように、複数のＬＥＤ５０が、ベース２２の各面３０，３２，３４，３６，３８に搭載される。ＬＥＤ５０の他の配置が本発明の範囲内では想定されるが、一実施形態では、中心面３４および各外側面３０，３８において、９個のＬＥＤが略直線的な列状に搭載され、中心面に隣接する面３２，３６において、１０個ＬＥＤが略直線的な列状に搭載される。ＬＥＤ５０の列は千鳥配置である。当業者は理解するように、ＬＥＤ５０の千鳥配置は、より均一な光分布を提供する。さらに、幾つかの例では、ＬＥＤ５０の千鳥配置は、よりコンパクトなＬＥＤ配置および、より集束した光源をもたらす。
【００１９】
一実施形態では、ＬＥＤ５０は、約３６５ナノメータ（ｎｍ）の周波数のＵＶ光を供給し、ＵＶ硬化可能な物質、例えば、その周波数のＵＶ光で最適に活性化されるＵＶ光開始剤を含むインクなどを硬化させるためのＵＶ  ＬＥＤでもよい。当業者は理解するように、他の周波数でのエネルギーを供給する電磁エネルギー源（例えば、ＬＥＤ）を使用して、これらの他の周波数のエネルギーによって活性化される物質を硬化させるようにしてもよい。一実施形態では、ＵＶ  ＬＥＤ５０は、動作が視覚的に確認できるように着色して、動作時に観察者に視認できるようにしている。代替の実施形態では、ＬＥＤ５０は、例えば、可視光を放出するＬＥＤなど、他のタイプのＬＥＤを含んでもよい。１つの例示的実施形態では、各ＬＥＤ５０は、日亜コーポレーション（日本）から入手可能な部品番号ＮＣＳＵ０３３Ａ発光ダイオードである。
【００２０】
ＬＥＤ５０は、比較的大きく、単一の点光源として示しているが、ＬＥＤ５０は、ユニット内に共にグループ化した複数の点光源として構成してもよいことは想定される。選択的にグループ化したＬＥＤの使用は、構成部品コストを低減すると考えられる。これは、グループ内の個々のＬＥＤによって出力されるパワーは、グループによって出力される合計パワーに影響を与えることなく変化し得るためである。例えば、１つの想定される装置は、４個のＬＥＤからなる複数のＬＥＤパックを備え、幾つかは１９０ミリワット（ｍＷ）〜２３０ｍＷを生成するＬＥＤから選択され、幾つかは２３０ｍＷ〜２７０ｍＷを生成するＬＥＤから選択され、幾つかは２７０ｍＷ〜３１０ｍＷを生成するＬＥＤから選択され、その結果、組合せユニットは、約１０２ミリワット（ｍＷ）〜約２５００ｍＷの合計パワー出力を約３６５ｎｍの周波数で発生する。ＬＥＤは、共通のハウジング、レンズおよびパワー入力リードを有するユニットとして製造してもよい。
【００２１】
電気リード（不図示）は、各発光ダイオード５０を、電源５８に接続されたワイヤ束５６に接続されたリボンケーブル５４などのリードと動作接続するために、各面３０，３２，３４，３６，３８に沿って長手方向に延びている。リードは、発光ダイオード５０に電気を運んでダイオードを通電し、特定の周波数でＵＶエネルギーを放出させる。一実施形態（不図示）では、各リードを、印刷回路のようにベース２２の上に直接形成することが想定される。図示した実施形態では、面３８は、フレキシブル回路（即ち、リボンケーブル５４）を収納するための凹部６０を含む。
【００２２】
従来のコントロールカードなどのコントローラ（不図示）は、電源５８とＬＥＤ５０の間に動作上位置決めして、ＬＥＤへ供給する電流を制御するようにしてもよい。電源５８およびコントローラは、定電流または調整可能なパルス電流を供給してもよい。当業者は理解するように、ＬＥＤ５０は、電源５８およびコントローラによってオーバードライブして、ＬＥＤからより大きなパワーが得られるようにしてもよい。
【００２３】
ヒートパイプ６２が、ベース２２の上部２４から延びて、熱をベースから逃がしている。各ヒートパイプ６２は、両端が封止された中空で銅製のチューブを含む。パイプ６２は、従来のヒートパイプ流体、例えば、水性溶液中のウィッキング(wicking)材料などで充填される。当業者は理解するように、ヒートパイプ６２は、ベースから熱を逃がして、装置２０および基板（不図示）を、性能を改善したり、及び／又は損傷を防止するように選択した目標温度未満の温度に維持する。
【００２４】
一実施形態では、ヒートパイプ６２は、ベース２２の各面３０，３２，３４，３６，３８にある熱伝導体ストリップ６４に直接装着される。伝導体ストリップ６４は、発光ダイオード５０からベース２２およびヒートパイプ６２へ熱を逃がす。他の代替の実施形態では、ヒートパイプ６２は、他の冷却システムと置換してもよい。例えば、ベースは、従来の冷却フィンを含んで、装置から熱を除去するようにしてもよい。代替として、ベースは、冷却液が循環して熱を除去するような冷却通路を含んでもよい。
【００２５】
図１に示したように、装置２０は、ベース２２の各側面にプレート７２（その１つは図１で省略している）を有し、大略的に符号７０で示す支持体を含む。図３に示すように、ヒートパイプ６２の上方でファン６０を支持するために、ブラケット７４をベース２２の各側面に装着して、ベースからの熱除去を改善している。こうして図示の実施形態では、強制エア対流冷却システムでの能動冷却デバイスとしてヒートパイプ６２を使用している。留め具７８を設けて、ブラケット７４およびプレート７２をベース２２に連結している。支持体７０を使用して、装置２０を搭載するようにしてもよい。
【００２６】
図３に示すように、支持体７０は、集光器(culminator)９０をＬＥＤ５０に近接して保持するための開口８２（例えば、凹部）を含む。一実施形態では、集光器９０は、ＬＥＤ５０から離れており、ＬＥＤとパッケージしたレンズアセンブリから離れている。一実施形態では、各集光器９０は、円柱として形成される。集光器９０は、例えば、適切なポリマー、ガラス、クォーツまたはセラミックなど、透過するエネルギー周波数に対してほぼ透明な他の材料で製作してもよいが、一実施形態では、集光器は、視覚的に透明なクォーツで形成される。当業者は理解するように、集光器９０が、透過するエネルギーに対して透明であるほど、集光器はより効率的になり、ＬＥＤ５０から必要とされるエネルギーが小さくなる。一実施形態では、集光器９０は、約０．２５インチの直径、およびベースの長さと等しい長さを有する（例えば、約３インチ）。こうした集光器は、米国プラスチック社(United States Plastic Corporation, Lima, Ohio)から品番４４６５３として入手可能である。
【００２７】
集光器９０は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の形状（例えば、楕円柱、半円柱または卵形状柱）を有してもよいことが想定される。さらに、集光器９０は、約１／８インチ〜約２インチまたはそれ以上の直径を含む他の寸法を有してもよいことが想定される。図示の実施形態では、集光器９０の数は、ＬＥＤ５０の列の数と等しいが、本発明の範囲から逸脱することなく、より少ないまたはより多い集光器を使用してもよいことは当業者は理解するであろう。
【００２８】
集光器９０は、図４に概略的に示すように、装置２０のＬＥＤ５０から放出された光を、方向付けて集中させる、即ち、集束して強度を上げるように構成される。ＬＥＤ５０は、光を発散パターンで放出する。典型的には、発散パターンは、図４においてＣで示す円錐パターンである。例えば、一実施形態では、ＬＥＤ５０は、ダイオードから６０°円錐で発散する光を放出する。ＬＥＤ５０によって放出された光は、表面Ｓ、例えば、硬化させる物質の外側面に落射する。もし集光器９０が存在しない場合、単一のＬＥＤ５０によって放出された光は、略円形パターンＲで表面に落射するであろう。当業者は理解するように、円形パターンは、光が表面Ｓに落射する角度に応じて、おおよそ円形または楕円形になるであろう。集光器９０はＬＥＤ５０から放出された光線を屈折させ、光線は集光器の円柱軸周りに屈曲するようになり、これにより光を狭いストリップパターンＮに方向付ける。
【００２９】
光が集光器９０を通過する際、小さなエネルギー損失しか生じないことから、円形パターンＲのより大きなエリアに落射するのとほぼ同じエネルギー量が狭いストリップＮの小さなエリアに落射する。こうして光エネルギーがより小さなエリアに集束され、集光器９０によって強度が上がる。当業者は理解するように、集光器９０はエネルギーを増強するため、より少ないＬＥＤ５０またはより低いパワーのＬＥＤが使用できる。
【００３０】
円柱状の集光器９０は、集光器が存在しない場合の選択エリア内のものより強度が高い光を狭いストリップに方向付ける。集光器の形状および材料は、所望の強度を有する所望の光パターンが得られるように選択できる。ＬＥＤ使用を最適化するために、集光器９０は、好ましくはＬＥＤ５０に対して相対的に位置決めされ、円錐Ｃ内にある光の全てが集光器に入るようになる。この最適化は、充分に大きな集光器９０を選択し、及び／又は集光器を移動してＬＥＤ５０に充分に接近させることによって達成できる。
【００３１】
一実施形態では、集光器９０は、ＬＥＤ５０に充分に接近するように位置決めしている。例えば、集光器９０は、ＬＥＤパッケージ上のレンズに接触するように位置決めしてもよい。特定の一実施形態では、集光器９０は、約１ミリメータ（ｍｍ）、詳細には約１．４５ｍｍの距離だけダイオードから間隔をあけている。
【００３２】
上述したように、ＬＥＤ５０から放出されるエネルギービームは、全体として円錐の形状になる。ＬＥＤ５０から放出される最も強い光は、円錐の中心軸にほぼ沿って位置するビーム中心線に沿って進行する。図５に示すように、一実施形態では、ベース２２の面３０，３２，３４，３６，３８の角度α，βは、ＬＥＤ５０の中心線Ｌを狙うように選択され、そのため面がこの周りに配置される仮想中心線４０に沿って集中するようになる。こうして最も強い光が仮想中心線４０に沿って見出される。硬化する物質へのエネルギー伝送を最適化するため、硬化する物質のエリアは、仮想中心線を中心に置かれる。
【００３３】
幾つかの実施形態では、仮想中心線４０は、硬化可能な物質の上側表面におおよそ位置決めでき、他の実施形態では、中心線は、硬化可能な物質の中心面と一致する面上に位置決めされる。当業者は理解するように、中心線４０は、好ましくは、ある距離Ｄだけ装置２０のベース２２の下方に配置される。この距離Ｄは、幾つかの動作許容誤差を許すように選択してもよい。例えば、プリンタの場合、距離Ｄは、基板の波打ち(ripple)およびインク厚さを補償して、インク滲みを回避するように選択してもよい。一実施形態では、この距離Ｄは約１．５ｍｍとなるように選択される。
【００３４】
図６に示すように、集光器９０の配置およびタイプは、ＬＥＤ５０の配置およびタイプとの組合せで選択され、装置２０から選択した距離Ｄでのビームの幅Ｗおよび強度を最適化している。一実施形態では、集光器９０およびＬＥＤ５０の配置およびタイプは、所定の時間に渡って充分なエネルギーが硬化可能な物質で吸収され、物質を硬化するように選択される。例えば、集光器およびＬＥＤの配置およびタイプは、約１／１６インチ〜約１／４インチの集束ビーム幅に渡って、約３．５ワット／平方センチトメータ（Ｗ／ｃｍ２）またはそれ以上の物質へのエネルギーを供給するように選択できる。
【００３５】
一実施形態では、集光器９０は、ＬＥＤ５０によって放出されるパワーを約２．０Ｗ／ｃｍ２〜約６．０Ｗ／ｃｍ２、詳細には、約３．２Ｗ／ｃｍ２〜約３．４Ｗ／ｃｍ２に増強する。この実施形態では、各ＬＥＤ５０によってエネルギーは、約４３８ミリワット（ｍＷ）だけである。ＬＥＤ５０によって放出されるほぼ全ての光が、集光器９０に捕捉され、狭いビームに増強される。一実施形態では、この狭いビームは、約３／３２インチの幅Ｗを有する。
【００３６】
図７に示すように、発光ダイオード装置を集光するための１つの応用はプリンタ装置であり、参照番号１００で全体として示している。プリンタ装置１００は、プラテン１１６によって保持された基板１１４に渡って、矢印Ａの方向に往復移動させるキャリッジ１１２に搭載されたプリンタヘッド１１０を含む。キャリッジ１１２がプラテン１１６に渡ってヘッドを往復移動させながら、プリンタヘッド１１０は紫外光硬化性インクの液滴を分配する。プリンタヘッド１１０、キャリッジおよびプラテン１１６は従来のものであるため、これらの特徴および動作はより詳細に説明しない。
【００３７】
プリンタ装置１１０はまた、上述した装置２０とほぼ同様な２つの紫外発光ダイオード装置１２０を含む。各ＬＥＤ装置１２０は、上述したＬＥＤ２０と異なっている。装置１２０は、放熱するための従来の冷却フィン１１８と、フィンの上方に搭載されたファン１６０とを有する。さらに、各ＬＥＤ装置１２０は、３列のＬＥＤ１５０および３個の集光器１９０を受け入れるために形成された凹部１２８を有するベース１２２を含む。ＬＥＤ装置１２０は、プリンタヘッド１１０の対向面に搭載され、プリンタヘッドとともに往復する。装置１２０の他の特徴は、第１実施形態の装置２０と同様であり、更に詳細には説明しない。
【００３８】
ＬＥＤ１５０および集光器１９０は、プラテン１１６に渡って往復する際、予め選択したエネルギー量を予め選択したインクエリアに供給するように配置、選択される。一実施形態では、キャリッジが約２００フィート／分の速度で移動し、ＬＥＤ装置１２０はそれぞれ、約３６５ｎｍの周波数で紫外エネルギーを約３／３２インチまたはこれ以上のビーム幅に渡って供給して、インクを急速に硬化させる。
【００３９】
装置２０のベース２２を取り囲むように、ハウジング（不図示）を設けてもよい。一実施形態では、例えば、窒素などの不活性ガスが装置２０から基板に向けて注入され、ＬＥＤ５０および基板上に置かれた物質の周りに不活性ガスのカーテンを生成し、物質を周囲のエアから隔離して、硬化のための不活性雰囲気を提供する。不活性雰囲気は、好都合に硬化エリアから酸素を除去する。
【００４０】
硬化プロセスの際、硬化可能物質中の光開始剤は、物質中の他の化学物質から酸素原子を取って、モノマー材料を凝固させる。硬化プロセスが酸素を含有する雰囲気中で発生する場合、光開始剤は物質の代わりに周囲の雰囲気から酸素原子を取ることから、硬化プロセスが遅くなる。酸素が硬化エリアから除去された場合、光開始剤は、周囲エリアからの酸素原子の代わりに、物質中の酸素原子と反応する必要があり、これにより硬化プロセスの速度を増加させる。ハウジングは、不活性ガスを導入する複数のノズルを含んでもよい。
【００４１】
上述した実施形態に加えて、米国出願公開第２００７／０１８４１４１号（これは参照によりここに組み込まれる）において記載されたものと類似の構成を有する装置が、本発明の範囲から逸脱することなく使用できる。
【００４２】
上述した実施形態の幾つかは、インクジェットプリンタに関連しているが、本発明の範囲から逸脱することなく、集束エネルギー源は、オフセットプリンタ、フレキソ印刷(flexographic)プリンタ、スクリーンプリンタ、グラビアプリンタ、パッド(pad)プリンタ、コーティング設備（例えば、カーテン、スピン、ロールのコーティング設備）、ドロップ・オンデマンド・インクジェットプリンタ（例えば、ピエゾ電気式、静電気式、音響式のインクジェットプリンタ）、連続式インクジェットプリンタ（例えば、二値(binary)偏向式、多重偏向式、マイクロドット式、ヘルツ式(Hertz)のインクジェットプリンタ）、塗布設備、接着剤塗布設備との組合せで使用できることは当業者は理解するであろう。
【００４３】
本発明またはその好ましい実施形態の要素を導入する際、冠詞("a", "an", "the", "said")は、１つまたはそれ以上の要素が存在することを意味することを意図している。用語「備える(comprising)、含む(including)、有する(having)」は、包含を意図しており、列挙した要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。
【００４４】
本発明の範囲から逸脱することなく、上記構成において種々の変更が可能であるため、上記説明に含まれ、または添付図面に示した全ての事項は、例示として解釈すべきであり、限定する意味ではないことを意図している。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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