光照射装置的制作方法

本发明涉及一种对线状的照射光进行照射的光照射装置。

背景技术：

当前，已知使利用紫外光的照射进行硬化的墨水向纸等印刷对象物转印而进行印刷的印刷机。这种印刷机为了使印刷对象物上的墨水硬化而具备紫外光照射装置。并且，在这种紫外光照射装置中，根据电力低消耗化、长寿命化的要求，利用led(lightemittingdiode)作为光源的结构，取代了当前的放电灯(例如，专利文献1)。

专利文献1所述的发光装置具有：光源部，其使多个发光元件沿长度方向以固定间隔排列而射出线状的光；以及反射部，其在与光源部相对的一侧具有反射面，对来自于光源部的光进行反射。反射面构成为，与光源部的延长方向正交的剖面形状为抛物线，将来自于光源部的光作为平行光而从发光装置射出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－164871号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

根据专利文献1所述的发光装置，可以在印刷对象物上的规定位置使紫外光的照射强度提高，可以使照射强度分布均匀化。但是，在搭载有紫外光照射装置的印刷机(例如，单张纸胶版印刷机)中，大多是成为紫外光照射的对象的印刷对象物为容易变形的纸的情况，在输送过程中纸抖动的情况也多。印刷对象物若变形，则无法在印刷对象物上获得期望的照射强度及照射强度分布，存在墨水的硬化状态产生不均匀的问题。

本发明就是鉴于这种情况，其目的在于，提供一种可以在规定的工作距离内，照射具有规定的照射强度及照射强度分布的线状光的光照射装置。

解决上述技术问题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的光照射装置向基准的照射面上的规定的照射位置，照射沿第1方向延伸且在与第1方向正交的第2方向上具有规定线宽的线状光，具有：发光单元，其具有基板和多个光源，多个光源在基板上沿第1方向每隔规定间隔而排列，使光轴的朝向一致地沿与第1方向及第2方向正交的第3方向而配置；以及反射镜部，其具有使从该发光单元照射的光反射而进行聚光的反射镜面，在将反射镜部沿由第2方向和第3方向规定的平面切断的剖面中，反射镜面的剖面形状成为使将第2方向设为横轴x、将第3方向设为纵轴y的坐标中的抛物线y＝ax²(a为系数)的横轴方向正侧的部分及横轴方向负侧的部分，分别以原点为中心向纵轴以相同的旋转角度θ旋转后的曲线形状。

根据这种结构，由于可以在与照射面垂直的方向的规定范围内，使从发光单元射出的紫外光聚光，因此可以在规定的范围内(规定的工作距离内)获得期望的照射强度及照射强度分布。

另外，优选抛物线的系数a为1～3。

另外，优选旋转角度θ为3～10°。

另外，优选曲线形状为进一步使旋转后的抛物线的横轴方向正侧的部分及横轴方向负侧的部分分别沿横轴向横轴侧移动后的形状。

另外，优选旋转后的抛物线的横轴正侧的部分及横轴负侧的部分分别向横轴侧的移动距离为0.5～4mm。

另外，优选光源配置于从原点向纵轴正向偏移后的位置。

另外，优选光源从原点的偏移量为3～7mm。

另外，优选发光单元具有以覆盖各光源的方式配置于基板上的封装透镜。

另外，优选光是对紫外线硬化树脂起作用的波长的光。

发明的效果

如上所述，根据本发明的光照射装置，可以在规定的工作距离内，照射具有规定的照射强度及照射强度分布的线状光。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式涉及的光照射装置的外观图。

图2是对第1实施方式的led单元的结构进行说明的图。

图3是对第1实施方式的反射镜面的剖面形状的特征进行说明的图。

图4是从第1实施方式的led单元射出的紫外光的光线图。

图5是表示从本发明的各实施方式涉及的光照射装置射出的紫外光在wd120的位置处的照射强度分布的图。

图6是表示从本发明的各实施方式涉及的光照射装置射出的紫外光在wd100的位置处的照射强度分布的图。

图7是表示从本发明的各实施方式涉及的光照射装置射出的紫外光在wd80的位置处的照射强度分布的图。

图8是从第2～第4实施方式的光照射装置射出的紫外光的光线图。

图9是对第3实施方式的反射镜面的剖面形状的特征进行说明的图。

标号说明

1、2、3、4-光照射装置；

1a-光照射装置(对比例)；

10-壳体；

10a-开口部；

20-基台模块；

30-反射镜部；

301、301a-反射镜面；

31-通孔；

100、100a-led单元；

101-基板；

111-led元件；

113-封装透镜。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式，参照附图详细地进行说明。此外，对于图中相同或相当的部分，标注相同的标号，其说明省略。

(第1实施方式)

首先，对本发明的光照射装置的第1实施方式进行说明。图1是本发明的第1实施方式涉及的光照射装置1的外观图。本实施方式的光照射装置1是在使利用紫外光进行硬化的墨水向纸等印刷对象物转印而进行印刷的印刷机(未图示)中搭载的装置，如后所述与印刷对象物相面对而配置，相对于印刷对象物而射出线状的紫外光(图4(a))。在本说明书中，将从光照射装置1射出的线状的紫外光的长度(线长)方向定义为x轴方向(第1方向)，将短边(线宽)方向定义为y轴方向(第2方向)，将与x轴及y轴正交的方向定义为z轴方向(第3方向)而进行说明。图1(a)是从y轴方向观察时的光照射装置1的主视图。图1(b)是从z轴方向观察时(从图1(a)的下侧向上侧观察时)的光照射装置1的仰视图。图1(c)是从x轴方向观察时(从图1(a)的右侧向左侧观察时)的光照射装置1的侧视图。

如图1所示，光照射装置1具有壳体10、基台模块20、反射镜部30及led单元100。壳体10是收容基台模块20、反射镜部30及led单元100(发光单元)的壳体(框体)，具有向下表面(光照射装置1的下表面)开口的开口部10a。另外，led单元100是射出与x轴方向平行的线状紫外光的单元(详细后述)。

基台模块20是用于对led单元100进行固定的支撑部件，由不锈钢等金属形成。如图1(b)及(c)所示，基台模块20是沿x轴方向延伸的大致矩形的板状部件。在基台模块20的下表面的宽度方向(y轴方向)的中央部，配置沿x轴方向延伸的led单元100，通过螺钉紧固或软钎焊等固接。

图2是对第1实施方式的led单元100的结构进行说明的图，是从z轴方向观察led单元100时的图。如图2所示，led单元100具有：矩形的基板101，其沿x轴方向延伸；以及120个led(lightemittingdiode)元件111(光源)，它们在基板101上沿x轴方向每隔规定间隔而配置。多个led元件111使光轴的朝向一致地沿z轴方向而配置，与基板101电性连接。led单元100的基板101与未图示的印刷机的led驱动电路连接，经由基板101向各led元件111供给来自于led驱动电路的驱动电流。各led元件111具有大致正方形的发光面，从led驱动电路接受驱动电流的供给，射出墨水的硬化波长(例如365nm、385nm、395nm、405nm)的紫外光。其结果，从led单元100射出与x轴平行的线状的紫外光。此外，本实施方式的各led元件111，以射出大致相同光量的紫外光的方式调整向各led元件111供给的驱动电流，从led单元100射出的线状的紫外光，在x轴方向上具有大致均匀的照射强度分布(详细后述)。此外，在图2中，示出led元件111具有1个芯片(晶粒)，但例如也可以使用以2个(x轴方向)×2个(y轴方向)的方式具有多个芯片的led元件。

另外，在基板101上，配置具有包围led元件111的反射镜面301的反射镜部30。在反射镜部30上，形成沿x轴方向延伸且沿z轴方向贯穿的通孔31。在通孔31的上侧(基台模块20侧)的开口处，led元件111向通孔31露出，通孔31的下侧的开口与壳体10的开口部10a连通。另外，通孔31的开口面积随着从上侧朝向下侧而逐渐增加，在反射镜部30的通孔31规定的内面构成反射镜面301。反射镜面301可以通过使反射镜部30由铝等金属形成而形成，或者通过在对反射镜部30的通孔31规定的内面设置光反射性薄膜而形成。构成为从led单元100射出的紫外光，在由反射镜面301反射后，一边被聚光一边通过开口部10a向印刷对象物射出。此外，在本实施方式中，通孔31的x轴方向两端由壳体10的壁面覆盖，但也可以开放。

在本发明中，反射镜面301具有规定的剖面形状。图3是对第1实施方式的反射镜面301的剖面形状的特征进行说明的图。另外，图4是对从第1实施方式的光照射装置1射出的紫外光的光线进行说明的光线图，图4(a)是从第1实施方式的光照射装置1射出的紫外光的光线图，图4(b)是从对比例的光照射装置1a射出的紫外光的光线图。此外，在图4(a)中，“r”表示输送印刷对象物的基准的照射面，点划线表示led单元100的光轴ax。另外，“f1”表示光轴ax所交叉的照射面r上的基准的照射位置，“lw”表示基准的照射位置f1处的紫外光的线宽。

如图3所示，在将反射镜部30沿由y轴方向(第2方向)和z轴方向(第3方向)规定的平面切断的剖面中，反射镜面301的剖面形状成为使将y轴方向(第2方向)设为横轴x、将z轴方向(第3方向)设为纵轴y的坐标中的基准的抛物线p(y＝ax²)的横轴方向正侧的部分及横轴方向负侧的部分，分别以原点o为中心向纵轴以相同的旋转角度θ旋转后的曲线形状。通过使反射镜面301的剖面形状为这种曲线形状，从而如图4(a)所示，从led单元100射出的紫外光由反射镜面301反射后，一边被聚光一边向照射面r上照射。通过使紫外光在照射面上聚光，从而可以将线宽lw的区域内的紫外光的y轴方向的照射强度，设定为墨水的硬化所需的规定值(在本实施方式中为约2w/cm²)以上。

与之相对，如果反射镜面301的剖面形状成为沿基准的抛物线p的曲线形状(即，抛物线形状)，则如图4(b)所示，从led单元100射出的紫外光在由反射镜面301反射后，不会聚光，而是作为大致平行光向照射面r上照射。因此，在对比例的结构中，除非使用射出高强度的紫外光的高价的led元件111，否则难以将y轴方向的照射强度设定为墨水的硬化所需的规定值以上。

线宽lw例如可以通过对抛物线p的形状、以抛物线p的原点o为中心的旋转角度θ等进行设定而调整。具体地说，在抛物线p的方程式：y＝ax²中，系数a优选为1～3的范围，更优选为1.5～2.5的范围。另外，旋转角度θ优选为3～10°的范围，更优选为6～8°的范围。这样调整的调整后的线宽lw，优选是10～30mm的范围(即，相对于基准的照射位置f1而向横轴(y轴)方向的正侧和横轴(y轴)方向的负侧各延伸5～15mm的范围)，更优选是15～25mm的范围，在本实施方式中设定为约20mm。另外，线长ll的区域是紫外线的x轴方向的照射强度为墨水的硬化所需的规定值(在本实施方式中为约2w/cm²)以上的区域。另外，线长ll对应于印刷对象物的尺寸而适当设定，在本实施方式中设定为约600mm。

另外，通过将反射镜面301的剖面形状设为前述这样的曲线形状，从而从各led元件111射出的紫外光的一部分向无助于墨水的硬化的方向泄露的可能性降低，可以实现紫外光的照射强度的提高。从该观点，各led元件111优选配置于从抛物线p(y＝ax²)的原点o向纵轴正侧(即z轴方向)偏移后的位置。在该情况下，各led元件111从原点o的偏移量(图3中由“s”表示)优选为3～7mm的范围，更优选为4～6mm的范围。由此，通过将各led元件111配置于从原点o向z轴正侧偏移后的位置，从而可以将从各led元件111射出的紫外光的大部分高效地输出。

另外，在本实施方式的光照射装置1中，将从壳体10的端部向z轴方向偏离120mm的位置(图4中由“wd120”示出)处的x－y平面设为基准的照射面r，构成为将印刷对象物利用未图示的印刷机的输送装置在基准的照射面r上沿y轴方向输送。因此，通过将印刷对象物在基准的照射面r上依次输送，从而从led单元100射出的紫外光在印刷对象物上依次移动(扫描)，使印刷对象物上的墨水依次硬化(定影)。此外，本说明书中，将以壳体10的端部为基准的z轴方向的距离称为光照射装置1的工作距离(wd)，以下，例如将工作距离120mm的位置称为“wd120”。

如上所述，通过使从led单元100射出的线状的紫外光向印刷对象物上聚光，从而可以使印刷对象物上的墨水定影。在这里，从为了使墨水定影所需的紫外光的照射强度的观点来看，优选使线状的紫外光在印刷对象物上的规定的范围内聚光。但是，大多是成为紫外光照射的对象的印刷对象物为纸的情况，在输送中抖动(即，z轴方向的位置变动)的情况也多。如果这样印刷对象物的位置在z轴方向上变动(即，如果印刷对象物不通过基准的照射面r上)，则线状的紫外光会在与规定的工作距离不同的位置向印刷对象物上入射，产生无法将规定的照射强度的紫外光向印刷对象物上照射这样的问题。并且，如果紫外光的照射强度达不到为了使墨水定影所需的照射强度，则会产生墨水的硬化状态产生不均匀这样的问题。因此，本发明人认真研究的结果发现，通过将反射镜面301的剖面形状设为规定的曲线形状(即，使抛物线p(y＝ax²)的横轴方向正侧的部分及横轴方向负侧的部分，分别以原点o为中心向纵轴以相同的旋转角度θ旋转后的曲线形状)，构成为使紫外光照射基准的照射面r上的规定的照射宽度，从而使从led单元100射出的线状的紫外光的y轴方向上的照射强度分布成为大致常态分布，并且在规定的工作距离间(例如在wd80与wd120之间)，获得期望的紫外线的照射强度及照射强度分布，完成本发明。

图5至图7是表示从光照射装置1射出的紫外光的照射强度分布的图。图5表示wd120的位置处的紫外光的照射强度分布，图6表示wd100的位置处的紫外光的照射强度分布，图7表示wd80的位置处的紫外光的照射强度分布。另外，图5(a)、图6(a)、图7(a)是x－y平面上的、光轴ax的位置处的x轴方向上的照射强度分布，横轴是将光照射装置1的长度方向的中心(即，紫外光的线长ll(x轴方向的长度)的1/2的位置)设为“0mm”时的距离，纵轴是每单位面积的紫外光的照射强度(w/cm²)。另外，图5(b)、图6(b)、图7(b)是x－y平面上的、光照射装置1的长度方向的中心位置(即，紫外光的线长ll(x轴方向的长度)的1/2的位置)处的y轴方向上的照射强度分布，横轴是将光轴ax设为“0mm”时的距离，纵轴是每单位面积的紫外光的照射强度(w/cm²)。此外，在图5至图7中，“α”表示从第1实施方式的光照射装置1射出的紫外光的照射强度，“β”表示从后述的第2实施方式的光照射装置2射出的紫外光的照射强度，“γ”表示从后述的第3实施方式的光照射装置3射出的紫外光的照射强度，“δ”表示从后述的第4实施方式的光照射装置4射出的紫外光的照射强度。

如图5所示，在wd120的位置处，紫外光的照射强度α在x轴方向(图5(a))的±约300mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上，在y轴方向(图5(b))的±约10mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上。即，在wd100的位置处，照射线长ll为约600mm，线宽lw为约20mm的线状的紫外光。

如图6所示，在wd100的位置处，由于从壳体10的端部至照射面为止的距离变短，因此从led单元100射出的紫外光的照射面上的照射宽度稍微变宽(图4(a))。但是，紫外光的照射强度α在x轴方向(图6(a))的±约300mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上，在y轴方向(图6(b))的±约10mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上。即，在wd100的位置处，照射线长ll为约600mm，线宽lw为约20mm的线状的紫外光。此外，如图6(b)所示，从led单元100射出的紫外光的y轴方向上的照射强度分布，与wd120时相比峰值强度稍微变高。

如图7所示，在wd80的位置处，由于从壳体10的端部至照射面为止的距离进一步缩短，因此从led单元100射出的紫外光的照射面上的照射宽度进一步变宽(图4(a))。但是，紫外光的照射强度α在x轴方向(图7(a))的±约300mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上，在y轴方向(图7(b))的±约10mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上。即，在wd80的位置处，照射线长ll为约600mm，线宽lw为约20mm的线状的紫外光。此外，如图7(b)所示，从led单元100射出的紫外光的y轴方向上的照射强度分布，与wd100时相比，峰值强度进一步变高。

因此，在本实施方式的光照射装置1中，通过使反射镜面301的剖面形状为规定的曲面形状(即，使抛物线p(y＝ax²)的横轴方向正侧的部分及横轴方向负侧的部分，分别以原点o为中心向纵轴以相同的旋转角度θ旋转后的曲线形状)，构成为使得紫外光照射基准的照射面r上的规定的照射宽度，从而使从led单元100射出的线状紫外光的y轴方向上的照射强度分布为大致常态分布，并且在wd80～wd120的范围内获得期望的紫外线的照射强度及照射强度分布。即，由于从光照射装置1射出的紫外光的照射强度分布在wd80～wd120的范围内成为大致恒定，因此即使成为紫外光照射的对象的印刷对象物(例如纸)在wd80～wd120的范围内抖动，也可以将为了使墨水定影所需的照射强度的紫外光相对于印刷对象物均匀地照射，墨水的硬化状态稳定(即，硬化状态不会存在不均匀)。

下面，对于本发明的光照射装置的第2～第4实施方式，参照图8进行说明。以下，对于第2～第4实施方式，以与前述第1实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项，将其说明省略。图8是从第2～第4实施方式的光照射装置2～4射出的紫外光的光线图。

(第2实施方式)

在第2实施方式中，除了led单元100a的结构不同以外，与第1实施方式相同。即，第2实施方式的光照射装置2的led单元100a如图8(a)所示，具有以覆盖各led元件111的方式配置于基板101上的封装透镜113。封装透镜113是例如由光学玻璃、透光性树脂(硅酮树脂)形成的炮弹型或者半球状的部件，与led元件111的表面紧贴配置而对led元件111进行封装，并且将一边从led元件111扩散一边入射的紫外光整形为规定的扩散角的光，起到提高紫外光的输出效率的作用。此外，在图5至图7中，“β”表示从第2实施方式的光照射装置1射出的紫外光的照射强度。

在第2实施方式的光照射装置2中，如图5至图7所示，在wd80～wd120的任一个位置处，紫外光的照射强度β均在x轴方向(图5(a)至图7(a))的±约300mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上，在y轴方向(图5(b)乃至图7(b))的±约10mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上。即，在wd80～wd120的任一个位置处，均照射线长ll为约600mm，线宽lw为约20mm的线状的紫外光。此外，在第2实施方式中，利用封装透镜113的存在而紫外光的输出效率提高，因此紫外光的照射强度β被维持为高于第1实施方式的紫外光的照射强度α。

(第3实施方式)

在第3实施方式中，除了反射镜面301a的剖面形状不同以外，与第1实施方式相同。图9是对第3实施方式的反射镜面301a的剖面形状的特征进行说明的图。即，在第3实施方式的光照射装置3中，反射镜面301a成为下述形状，即，使第1实施方式的反射镜面301(旋转后的基准的抛物线p)的横轴方向正侧的部分及横轴方向负侧的部分分别沿横轴(y轴方向)以规定的距离t向横轴(y轴方向)侧移动后的形状。根据第3实施方式的反射镜面301a，由于可以使紫外光向照射面上的更狭小的区域聚光，因此线宽lw的区域中的紫外光的y轴方向上的照射强度变得更高。此外，规定的距离t优选为0.5～4mm的范围，更优选1～3mm的范围。由此，可以使紫外光可靠地向照射面上的更狭窄的区域聚光。此外，在图5至图7中，“γ”表示从第3实施方式的光照射装置1射出的紫外光的照射强度。

在第3实施方式的光照射装置3中，如图5至图7所示，在wd80～wd120的任一个位置中，紫外光的照射强度γ均在x轴方向(图5(a)至图7(a))的±约300mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上，在y轴方向(图5(b)乃至图7(b))的±约10mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上。即，在wd80～wd120的任一个位置处，均照射线长ll为约600mm，线宽lw为约20mm的线状的紫外光。此外，在第3实施方式中，由于使紫外光在照射面上的更狭窄的区域聚光，因此紫外光的照射强度γ维持为远高于第1实施方式的紫外光的照射强度α。

(第4实施方式)

在第4实施方式中，除了led单元100a的结构及反射镜面301a的剖面形状不同以外，与前述第1实施方式相同。即，在第4实施方式的光照射装置4中，各led元件111由与第2实施方式同样的封装透镜113覆盖，且具有与第3实施方式同样的反射镜面301a。因此，在第4实施方式的光照射装置4中，与第3实施方式的光照射装置1相比，紫外光的输出效率变高。此外，在图5至图7中，“δ”表示从第4实施方式的光照射装置1射出的紫外光的照射强度。

在第4实施方式的光照射装置4中，如图5至图7所示，在wd80～wd120的任一个位置处，紫外光的照射强度γ均在x轴方向(图5(a)至图7(a))的±约300mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上，在y轴方向(图5(b)至图7(b))的±约10mm的范围内成为规定值(约2w/cm²)以上。即，在wd80～wd120的任一个位置处，均照射线长ll为约600mm，线宽lw为约20mm的线状的紫外光。此外，在第4实施方式中，从led单元100a射出的紫外光的照射强度分布与第3实施方式相比，峰值强度稍微变高。

以上是本发明的各实施方式的说明，但本发明并不限定于上述结构，在本发明的技术思想的范围内可以进行各种变形。

例如，在各实施方式中，将wd120的位置设为基准的照射面r，将作为印刷对象物的纸的抖动范围假定为wd80～wd120的范围，构成为可以在wd80～wd120的范围内照射均匀的紫外光，但工作距离的范围并不限定于此，可以对应于规格而适当变更。

另外，在基板101上，多个led元件111沿x轴方向以1列配置，但并不限定于这种结构，也可以将这种列沿y轴方向设置多个。

另外，本实施方式的光照射装置1是在使利用紫外光进行硬化的墨水向纸等的印刷对象物转印而进行印刷的印刷机中搭载的装置，但例如也可以适用于活动心轴(onmandrel)uv硬化装置等其它用途。

此外，本次公开的实施方式的全部内容均是示例，应认为其并不是限制性的。本发明的范围并不是由上述说明书示出，而是由权利要求书示出，其含义为，包含与权利要求书相同或等同的含义及范围内的全部变形形式。