紫外線照射装置

【課題】被照射物の温度上昇が少なく且つ硬化能力に優れた紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線ランプ２２の下方を除いて紫外線ランプを囲むように紫外線のみを選択的に反射する反射板２３を配置し、反射板の下方開口部に、紫外線ランプから反射板に反射して下方に向かう反射光は透過し、紫外線ランプから直接下方に向かう直接光は反射するフィルタ２７を配置する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は紫外線硬化型樹脂等を硬化させるための紫外線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、紙やプラスッチク等の耐熱性の低い被照射物に塗布された紫外線硬化型の塗料やインキ等を硬化させる場合、例えば図５に示すような空冷式の紫外線照射装置１が使用されている。この紫外線照射装置は、図５の前後方向に伸びる紫外線ランプ２の下方を除く周囲に、紫外線のみを選択して反射させ、可視光及び赤外線を後方に透過させる反射板３（ガラスに多層蒸着膜を施してなる所謂コ−ルドミラ−）を設置すると共に、反射板を介さずに下方に向かう直射光から可視光を除去する為に、反射板の開口部付近に、蒸着膜が施されたフィルタ４を設置してなる。なお５は通気口、６は本体、７は排気ダクトである。被照射物は搬送装置８によりフィルタ４の下方を矢印方向に搬送されて紫外線が照射される。
【０００３】また図６に示すように紫外線ランプ１１の周囲に、中を水が通るガラス製の二重管からなるジャケットにより構成された水フィルタ１２を配置した水冷式の紫外線照射装置１３が使用される場合もある。なお１４は本体であり、１５は金属製の反射板、１６は反射板１５を冷却するための金属製の管で中に水が通っている。また水フィルタ１２の二重管の外管と内管の間の水が通る箇所に、波長選択フィルタを配置した、波長選択フィルタ内蔵タイプのものが使用される場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した空冷式の紫外線照射装置の場合、フィルタ４には、可視光を除去する為に石英ガラスのような耐熱性の紫外線透過材料に酸化金属を多層蒸着したものが使用されているが、このようなフィルタの場合紫外線と共に赤外線も透過してしまうという欠点を有する。したがって、フィルタの温度が上昇し、また透過した赤外線により被照射物も温度上昇して被照射物の変形や、多色刷り印刷原版の場合に見当ずれ等が起こるという問題がある。さらにフィルタが高熱になると施された蒸着膜が熱により剥離してしまうこともある。
【０００５】また、反射板３の集光点９は反射板３の曲線により決まるが、空冷式の場合、紫外線ランプ２、反射板３及びフィルタ４の冷却用の通気風を取り入れる取入口１０を確保する為に、フィルタ４は反射板３の下端からさらに下方に配置する必要がある。従って、フィルタ４は搬送装置８に接近して配置されることになり、被照射物は、熱せられたフィルタ４の幅射熱の影響を受けさらに温度上昇が起こりやすい。
【０００６】一方、水冷式の場合には、熱による影響は少ないが、ガラス製の二重管と水のために紫外線、特に３００ｎｍ以下の短波長の紫外線の透過率が減少し、硬化能力において空冷式に比較して劣るという欠点がある。
【０００７】本発明は、被照射物の温度上昇が少なく且つ硬化能力に優れた紫外線照射装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の紫外線照射装置では、紫外線ランプの下方を除いて紫外線ランプを囲むように紫外線のみを選択的に反射する反射板が配置され、反射板の下方開口部に、紫外線ランプから反射板に反射して下方に向かう反射光は透過し、紫外線ランプから直接下方に向かう直接光は反射するフィルタが配置されていることを特徴とする。
【０００９】またフィルタが、紫外線ランプから反射板に反射して下方に向かう反射光に対しては臨界角以下になるよう、また反射板を介さずに紫外線ランプから直接下方に向かう直接光に対しては臨界角以上になるように配置されていることを特徴とする。
【００１０】さらにフィルタが断面形状において逆Ｖ字形になるよう配置されていることを特徴とする。
【００１１】またフィルタが断面形状において山形で、山形の両辺が下方に突出するように湾曲しているようになされていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１において本発明による紫外線照射装置２０では、図１の前後方向に伸びる箱状の本体２１内に直管形の紫外線ランプ２２が配置され、紫外線ランプ２２の長手方向に、紫外線ランプ２２の下方を除いてその周囲を取り囲むように、紫外線のみを選択して反射させ可視光及び赤外線を後方に透過させる反射板２３（所謂コ−ルドミラ−）が配置されている。反射板２３の上部には通気孔２４が設けられている。なお２５は反射板２３を支える支持部材、２６は排気ダクト、また３０は被照射物を搬送する搬送装置である。
【００１３】反射板２３の下方開口部には紫外線ランプ２２の長手方向に沿ってフィルタ２７が配置されている。フィルタ２７は石英製の平板部材２７ａ、２７ｂからなり、２枚を逆Ｖ字形、即ち山形に組み合わせ頂部を合わせたような断面形状をしている。石英製の平板部材２７ａ、２７ｂには蒸着膜は何ら施されていない。各平板部材の下方は保持部材２８に保持され、下方の支持部材２５と保持部材２８の間には空気流入口２９が設けられている。空気流入口２９から本体２１内に取り入れられた空気は、フィルタ２７、紫外線ランプ２２及び反射板２３を冷却し、通気孔２４、排気ダクト２６を通って本体２１の外に排気される。
【００１４】フィルタ２７は、紫外線ランプ２２から出て反射板２３に反射して来た反射光Ａを透過するが、紫外線ランプから反射板２３を介さずに直接来る直接光Ｂは反射するようになされている。即ち平板部材２７ａ、２７ｂは、反射光に対しては臨界角（透過と反射の境界角）以内になるよう、また直接光に対しては臨界角以上になるような角度に配置されている。例えば平板部材２７ａ、２７ｂの材質が石英の場合屈折率は１．０６であるから、臨界角は平板部材２７ａ、２７ｂの垂線に対してそれぞれ４３°となる。従って、平板部材２７ａ、２７ｂの垂線に対してそれぞれ４３°以内に入射する光（反射光Ａ）は透過するが、４３°以上の角度で入射する光（直接光Ｂ）は反射する。
【００１５】反射板２３において赤外線と可視光が取り除かれて紫外線のみからなる反射光は、フィルタに対して臨界角以内の角度で入射するのでフィルタ２７を透過し集光点Ｃに向かう。一方、紫外線ランプから直接来る、紫外線、赤外線及び可視光のすべてを含む直接光Ｂはフィルタ２７に対して臨界角以上の角度で入射するので反射板２３方向に反射され、反射板２３において赤外線と可視光が取り除かれて紫外線のみが反射光としてフィルタ２７に臨界角以内の角度で入射し透過する。
【００１６】従って、紫外線ランプ２２から放射されるすべての光が反射板２３において赤外線と可視光が取り除かれて紫外線のみがフィルタ２７を透過することになるので、フィルタや被照射物の温度上昇が防げる。
【００１７】またフィルタ２７は山形になされて、反射板２３により囲まれる空間内に入り込んでいるので、被照射物から遠くなり、それだけ被照射物はフィルタからの熱的影響を受けにくい。なお、フィルタ２７は紫外線ランプ２２に接近して配置されることになるが、フィルタ２７は、空気流入口２９から流入する空気により冷却される一方、蒸着膜が全く施されていないので温度上昇による影響はない。
【００１８】図２の紫外線照射装置３１（図１と同じ部材には同じ符号が付されている）ではフィルタ３２は、下方に突出するように湾曲した石英製の湾曲板部材３２ａ、３２ｂからなり、この２枚の湾曲板部材を山形に組み合わせ頂部を合わせたような断面形状をしている。湾曲板部材３２ａ、３２ｂには蒸着膜は何ら施されていない。
【００１９】また図２の紫外線照射装置では、反射板２３と同じ材質からなる補助反射板３３が設けられ、フィルタ３２で反射したが反射板２３に入射しない、即ち反射板２３でカバ−できない光を反射するようになされている。なおこのような補助反射板３３は図１の紫外線照射装置に配置することもできる。
【００２０】なお、図示のフィルタでは、２枚の平板部材や湾曲板部材を山形に組み合わせてなるが、１枚の部材で構成されていてもよい。
【００２１】
【実施例】図１の紫外線照射装置を用いてその光学的特性を測定した。なお反射板２３の下方開口部の幅Ｄは９４ｍｍ、空気流入口２９の高さＥは１０ｍｍ、空気流入口２９の上端から紫外線ランプ２２の中心までの距離Ｆは５０ｍｍ、空気流入口２９の上端からフィルタ２７の頂部までの距離Ｇは３４ｍｍである。紫外線２２として６ＫＷのメタルハライドランプを使用し、紫外線ランプ２２の中心から集光点までの距離（照射距離）を１００ｍｍとし、コ−ト紙に紫外線硬化型オフセットインキ墨を塗布したものを２ｍ／ｍｉｎの速度で移動しながら、紫外線照射計（感度波長域３００〜４００ｎｍ）を用い測定して、ピ−ク照度、ＵＶ光量及びＵＶインキ硬化スピ−ドを求めた。その結果を表１に示す。
【００２２】なお比較例として、図５の紫外線照射装置を従来例１とし、図６の紫外線照射装置を従来例２として、図１の紫外線装置と同じ条件で測定しその結果を表１に併せて示した。ただし図５の紫外線照射装置（従来例１）において、反射板３の下方開口部の幅は９４ｍｍ、空気流入口１０の高さは１０ｍｍ、紫外線ランプ２の中心から集光点９までの距離（照射距離）を１００ｍｍとした。また図６の紫外線照射装置（従来例２）において、反射板１５の下方開口部の幅は１３５ｍｍ、本体１４の下端から紫外線ランプ１１の中心までの距離は３５ｍｍ、照射距離を８５ｍｍとした。
【００２３】
【表１】

【００２４】表１から、本発明装置は、水冷式の従来例２に比較して、ピ−ク照度において遥かに優れ、また空冷式の従来例１に比較してもピ−ク照度が勝っている。従って、ＵＶ光量及びＵＶインキ硬化スピ−ドにおいて従来例１及び２より優れている。
【００２５】また、上述したと同じ装置を用い、被照射物として厚さ０．２８ｍｍのコ−ト紙（図３）、厚さ０．２４ｍｍのアルミニウム板（図４）を用いて、搬送スピ−ドを変えて温度上昇を測定した結果を図３及び図４R>４に示す。この結果から、本発明装置は従来例１及び２に比較して温度上昇が少ないことがわかる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の紫外線照射装置では、反射板の下方開口部に、紫外線ランプから反射板に反射して下方に向かう反射光は透過し、紫外線ランプから直接下方に向かう直接光は反射するフィルタが配置されているので、紫外線ランプから放射されるすべての光が反射板において赤外線と可視光が取り除かれて、紫外線のみがフィルタに入射され透過することになるので、フィルタや被照射物の温度上昇が防げ、被照射物の変形や、多色刷り印刷原版の場合に見当ずれが防止できる。
【００２７】また、水冷式のように紫外線が減衰することがないので、紫外線硬化樹脂等を硬化させる硬化能力において優れている。さらに、フィルタは被照射物から離れて配置されているので、被照射物はフィルタの輻射熱による影響を受けにくく温度上昇しにくい。またフィルタには蒸着膜が無くまた施す必要もないので、フィルタが紫外線ランプに接近して配置されていても、蒸着膜がある場合のように熱に対する心配をする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による紫外線照射装置の断面図。
【図２】本発明による別の紫外線照射装置の断面図。
【図３】被照射物としてコ−ト紙を用いて温度上昇を測定したグラフ。
【図４】被照射物としてアルミニウム板を用いて温度上昇を測定したグラフ。
【図５】従来の紫外線照射装置（空冷式）の断面図。
【図６】従来の紫外線照射装置（水冷式）の断面図。
【符号の説明】
２０紫外線照射装置
２１本体
２２紫外線ランプ
２３反射板
２４通気孔
２５支持部材
２６排気ダクト
２７フィルタ
２７ａ平板部材
２７ｂ平板部材
２８保持部材
２９空気流入口
３０搬送装置
３１紫外線照射装置
３２フィルタ
３２ａ湾曲板部材
３２ｂ湾曲板部材
３３補助反射板

【特許請求の範囲】
【請求項１】紫外線ランプの下方を除いて紫外線ランプを囲むように紫外線のみを選択的に反射する反射板が配置され、反射板の下方開口部に、紫外線ランプから反射板に反射して下方に向かう反射光は透過し、紫外線ランプから直接下方に向かう直接光は反射するフィルタが配置されていることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】フィルタが、紫外線ランプから反射板に反射して下方に向かう反射光に対しては臨界角以下になるよう、また反射板を介さずに紫外線ランプから直接下方に向かう直接光に対しては臨界角以上になるように配置されている請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】フィルタが断面形状において逆Ｖ字形になるよう配置されている請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】フィルタが断面形状において山形で、山形の両辺が下方に突出するように湾曲している請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。

【図１】