WO2012014517A1

WO2012014517A1 - 紫外線照射装置

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Publication number: WO2012014517A1
Application number: PCT/JP2011/055807
Authority: WO
Inventors: 卓次山口; 与弘玉置; 旭門野
Original assignee: NK Works Co Ltd
Current assignee: Noritsu Precision Co Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2013-01-30
Also published as: JPWO2012014517A1

Abstract

被印刷物が受ける紫外線の照度を、効果的に向上することが可能な紫外線照射装置を提供する。本発明は、搬送中の被印刷物のインキに紫外線を照射する紫外線照射装置であって、前記被印刷物の搬送方向と直交する印刷幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線光源を有する複数の光源ユニットを備え、隣接する前記光源ユニットは、搬送方向に沿って所定間隔をおいて配置されており、隣接する前記光源ユニットの間で、当該各光源ユニットにより照射される紫外線の照度が重ね合わされ、所定の最小照度で所定時間以上照射されることにより、乾燥に必要な必要積算照度が得られるように、間隔が設定されている。

Description

紫外線照射装置

　本発明は、搬送中の被印刷物のインキに紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。

　紫外線は、インキの硬化、半導体の接着、配向膜の形成など、製造工程において広く用いられている。このような紫外線は、対象物に対して効率よく照射する必要があり、例えば、特許文献１には、次のような紫外線照射装置が開示されている。この紫外線照射装置では、紫外線ＬＥＤを前後方向から囲むように反射板を配置し、紫外線ＬＥＤから発せられた紫外線を対象物に向けて照射されるようにしている。

特開２００９－１５４４３６号公報

　ところで、上述した工程を効果的に経るためには、対象物が受ける紫外線の照度をできるだけ高くする必要がある。照度を高くするには、ＬＥＤの出力を上げるほか、上記のように、ＬＥＤの周囲を囲む反射板を用いることで、紫外線に指向性を持たせる方法がある。しかしながら、紫外線光源の出力を上げることなく、低コストで、被印刷物が受ける紫外線の積算照度を向上する方法が望まれていた。

　本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、被印刷物が受ける紫外線の照度を、効果的に向上することが可能な紫外線照射装置を提供することを目的とする。

　本発明は、枚葉の被印刷物上のインキに紫外線を照射する紫外線照射装置であって、搬送中の被印刷物のインキに紫外線を照射する紫外線照射装置であって、前記被印刷物の搬送方向と直交する印刷幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線光源を有する複数の光源ユニットを備え、隣接する前記光源ユニットは、前記搬送方向に沿って所定間隔をおいて配置されており、隣接する前記光源ユニットの間で、当該各光源ユニットにより照射される紫外線の照度が重ね合わされ、かつ、下記の式（１）をみたす。但し、式（１）は、Ｄａ＞Ｄｂ＊２である（式（１）中、Ｄａは、被印刷物の表面における隣接する２つの前記光源ユニットの照度の和の分布のうち、インキを硬化するための最小照度以上の照度が得られる前記搬送方向の長さを示し、Ｄｂは、光源ユニット単体での照度分布のうち、前記最小照度以上の照度が得られる前記搬送方向の長さを示す）。

　この構成によれば、２以上の光源ユニットを配置することで、隣接する光源ユニット間において、各光源ユニットから照射される紫外線の照度が重ね合わされるため、光源ユニット間での照度を増大することができる。特に、ラジカル重合型の紫外線硬化インキにおいては、乾燥に必要な所定の最小照度以上で紫外線を照射しなければならないが、これに加えて、最小照度を所定時間以上照射することにより得られる必要積算照度が達成されなければならない。そこで、本発明では、光源ユニット単体での照度分布のうち、最小照度以上の領域の２倍より大きい領域が、隣接する２つの光源ユニットの照度の和の照度分布の中で得られるように、光源ユニット間の間隔を設定している。これにより、光源ユニットにおける紫外線の出力を上げることなく、必要積算照度を達成することができる。また、従来の１列の光源ユニットから照射される紫外線では、最小照度を下回るインキの硬化に寄与しない無駄な領域があったが、本発明においては、これを合成することで、これを有効化し、インキの硬化を効率よく行うことができる。

　上記紫外線照射装置においては、隣接する光源ユニットの間の紫外線照度が、全域において、最小照度以上となるように、光源ユニット間の間隔を設定することができる。こうすることで、紫外線の照射領域において、必要積算照度を達成するための領域をさらに増大することができる。

　上記紫外線照射装置においては、光源ユニットと被印刷物との間に配置され、各光源ユニットを、搬送方向の上流側及び下流側から挟むように配置された一対の反射部材をさらに設けることができる。そして、各反射部材には、被印刷物と対向する第１反射部を設けることができる。この構成によれば、被印刷物へ照射された紫外線のうち、被印刷物の表面で反射した紫外線を、第１反射部によって反射し、再度被印刷物へ照射することができる。これにより、例えば、被印刷物と対向する第１反射部が設けられていないようなときに、最小照度未満の領域であっても、最小照度以上の領域にすることができるため、光源ユニットから発せられた紫外線を効率よく被印刷物に照射することができる。すなわち、紫外線光源の出力を上げることなく、低コストで、被印刷物が受ける紫外線の照度を向上することができる。

　また、隣接する光源ユニット間に配置される各反射部材の第１反射部により、搬送方向に沿って連続する反射面を形成することができる。これにより、被印刷物から反射する紫外線を再利用することでき、被印刷物が受ける照度をさらに向上することができる。

　各反射部材においては、第１反射部を、印刷幅方向に沿って所定間隔をおいて複数設けることができる。そして、各光源ユニット間の隣接する２つの反射部材を、第１反射部が互いに噛み合うように配置すれば、搬送方向に沿って連続する反射面を形成することができる。このようにすると、隣接する光源ユニットの間隔が狭い場合であっても、２つの反射部材を組み合わせて幅の狭い連続した反射面を形成することができる。

　各反射部材には、紫外線光源から被印刷物に向かって延びる第２反射部を設けることができる。そして、第２反射部の全部または少なくとも一部が、紫外線光源から前記被印刷物への入射角が所定の基準角以上であって、インキ内部の硬化に寄与し難い微弱な紫外線を、入射角が前記基準角より小さくなるように反射するように構成することが望ましい。

　この構成によれば、次の効果を奏する。照射される紫外線が、光源から離れるほど、被印刷物への入射角が大きくなり、所定の基準角を越えると、反射量が増加する。これに対して、本発明においては、紫外線光源から被印刷物に向かって延びる第１反射部を有する反射部材を設けている。そして、この第１反射部は、紫外線光源から被印刷物への入射角が基準角以上となって、インキ内部の硬化に影響を与える光量が微弱となる紫外線を、入射角が基準角より小さくなるように反射するように構成されている。これにより、インキの硬化に寄与し難い入射角が基準角より大きい紫外線を、基準角以下に矯正し被印刷物に照射することができ、被印刷物上の紫外線の仕事量を向上することができる。なお、ここでいう「基準角」とは、インキの種類などに起因する値であるが、発明者の検討の結果、空気からインキに入射する場合には、３０～６０度の範囲にあり、一般的なインキの場合、４０～５０度の範囲にあることが多い。

　また、光源ユニットを挟んで対向する少なくとも一方の第２反射部を、断面において近似的に楕円の一部を構成するようにし、光源ユニットを、断面において、楕円における一方の焦点近傍に配置することができる。

　これにより、次の効果を得ることができる。一般的に、反射板を楕円状に形成し、楕円の長軸の一端部側の焦点近傍に光源を配置すると、長軸の他端部側の焦点に集光することが知られている。但し、本発明のように、光源が点光源ではなくある程度の大きさを有している紫外線光源の場合には、焦点の一点に集光するのではなく、焦点の近傍にある程度の幅をもった平行光に近似する紫外線が照射される。これに対して、板材を折り曲げて第２反射部により近似的な楕円を形成すると、反射された紫外線は、上述したような挙動を示さず、紫外線を搬送方向に、入射角を保ったまま、分散させることができる。すなわち、被印刷物に照射される紫外線は、平行光よりも概ね分散するため、被印刷物が受ける紫外線の積算光量を増大させることができる。また、板材を折り曲げることで反射部材を形成できるため、製造が容易になる。なお、上述した「焦点近傍」とは、焦点もしくはその付近を意味する。そして、「付近」の範囲は、以下の通りである。まず、光源ユニットが焦点にあれば他の焦点に集光し、光源ユニットが焦点から離れるほど集光範囲が大きくなることが知られている。したがって、「付近」とは、必要とされる被印刷物への照射範囲を越えて、集光範囲が大きくなる位置までの範囲を意味する。

　本発明に係る紫外線照射装置によれば、被印刷物が受ける紫外線の照度を、効果的に向上することが可能となる。

本発明に係る紫外線照射装置が装着される印刷機の一実施形態を示す概略側面図である。図１の平面図である。本発明に係る紫外線照射装置の一実施形態を示す斜視図である。図３の底面図である。図３の平面図である。図３の一部を透過した斜視図である。図５のＡ－Ａ線断面図である。紫外線照射部の概略構造を示す斜視図である。紫外線照射部の概略構造を示す拡大断面図である。第２反射部材の組立を示す斜視図である。図７のＢ－Ｂ線断面図である。積算照度を説明する図である。積算照度を説明する図である。紫外線照射部における紫外線の照射の例を示す拡大断面図である。紫外線照射部における紫外線の照射の例を示す拡大断面図である。被印刷物が受ける紫外線の照度の例を示す図である。紫外線照射部における紫外線の照射の例を示す拡大断面図である。比較例の態様及び照度の算出結果を示す図である。本発明の実施例１の態様及び照度の算出結果を示す図である。本発明の実施例２の態様及び照度の算出結果を示す図である。実施例で用いた反射部材及びＬＥＤユニットの寸法等を示す図である。

　以下、本発明に係る紫外線照射装置を印刷機に適用した場合の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、この紫外線照射装置が装着される印刷機の概略側面図、図２は図１の平面図である。

　まず、本実施形態の紫外線照射装置が装着される印刷機について説明する。この印刷機は、枚葉の被印刷物Ｐに対して、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、及び仕上げ用透明インキ（ＯＰ）をこの順で塗布することでフルカラーの画像を形成するものである。ここで用いられるインキは、紫外線硬化性を有し、ラジカル重合型またはカオチン重合型の紫外線硬化樹脂を含有している。図１及び図２に示すように、この印刷機には、同図の右側から左側に向かって、上述した５つのインキを塗布する印刷ユニット１Ｋ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｐがそれぞれ配置されている。各印刷ユニット１は、インキを供給するインキ供給装置１１を備えており、各インキ供給装置１１の下方には、インキが転写される版胴１２、ゴム胴１３、及び圧胴１４が下方に向かってこの順で配置されている。さらに、各圧胴１４においてゴム胴１３と接触している位置から周方向の下流側には、被印刷物Ｐに紫外線を照射する紫外線照射装置２が配置されている。

　各印刷ユニット１間には、被印刷物Ｐを受け渡しするための渡し胴１５が配置されている。より詳細には、各印刷ユニット１の最下部にある圧胴１４の間に渡し胴１５がそれぞれ配置されており、各ゴム胴１３と圧胴１４との間でインキが塗布された被印刷物Ｐは、渡し胴１５により下流側の印刷ユニットの圧胴１４に搬送される。なお、インキを配置する順序は、上述したもの以外でも可能である。

　次に、紫外線照射装置について、図３～図５を参照しつつ説明する。図３はこの紫外線照射装置の斜視図、図４は図３の底面図、図５は図３の平面図である。

　図３及び図４に示すように、この紫外線照射装置２は、長尺状に延びる箱形の筐体２１を有しており、この筐体２１の底面から紫外線が照射される。以下では、筐体２１の延びる方向を長手方向、それと直交する方向を幅方向、長手方向における図３の右側を第１端部、左側を第２端部と称することとする。但し、被印刷物Ｐとの関係で説明をする場合には、上記幅方向を「搬送方向」、長手方向を「印刷幅方向」と称する場合がある。筐体２１の内部には、紫外線を照射する複数の紫外線発光ダイオード（紫外線ＬＥＤ）、及びこの紫外線ＬＥＤの駆動を制御する制御基板などが配置されている。筐体２１の長手方向の長さは、被印刷物Ｐの幅に対応しており、被印刷物Ｐの印刷幅全体に渡って紫外線を照射できるようになっている。この筐体２１は、上側に頂部を有する断面五角形状に形成されており、図５に示すように、上部の一方の面（図５の上側）の両端には、この筐体２１を持ち運びするためのハンドル２２が取り付けられている。

　図５に示すように、筐体２１の第１端部には、後述する水冷用の水の供給孔２３及び排出孔２４が設けられており、図示しないＤＣインバータチラーに接続されている。また、供給孔２３及び排出孔２４に近接して電源端子２５、及び印刷機から制御信号を受送信する信号端子２６が設けられている。また、ハンドル２２が設けられている筐体２１の上面において第１端部側には、長手方向に平行に延びる複数のスリットが形成されており、これらスリットが空気の吸気口２７を構成している。一方、第２端部の端面には、図３に示すように、筐体２１内の空気を排出する排気口２８が形成されている。

　次に、筐体の内部構造について、図６及び図７も参照して説明する。図６は図３の一部透過斜視図、図７は図５のＡ－Ａ線断面図である。

　図７に示すように、筐体２１の内部は、下方から上方に向かって概ね３つの領域に分かれており、各領域には、下から紫外線照射部３、冷却部４、及び制御部５が配置されている。

　まず、紫外線照射部３から説明する。この紫外線照射部３は、後述する冷却部４の冷却ブロック４１の下面４１３に当接する支持基板３１を有し、この支持基板３１の下面に複数の紫外線ＬＥＤ(例えば、波長:３８５ｎｍの近紫外線光源)３２が実装されている。複数の紫外線ＬＥＤ３２は、長手方向に延びる４列に分けて配置されるとともに、２列を一組とした２つのＬＥＤユニット３３で構成されている。両ＬＥＤユニット３３は幅方向に所定間隔をおいて配置されており、両ユニット３３の間には、下方に延びるスペーサ３４が配置されている。また、紫外線照射部３の幅方向の端部には、支持ブロック３５がそれぞれ配置されており、これら支持ブロック３５、及びスペーサ３４が所定間隔をおいて配置されることにより、各ＬＥＤユニット３３の下方に照射空間Ｓがそれぞれ形成されている。すなわち、スペーサ３４の両側には、各ＬＥＤユニット３３から照射される紫外線が通過する照射空間Ｓが形成される。なお、各支持ブロック３５は、上方に延びる連結部３５ａによって冷却ブロック４１の側面に固定されている。

　そして、各ＬＥＤユニット３３の下方の照射空間Ｓには、照射された紫外線が下方に向かうように反射するリフレクタが配置されている。本実施形態のリフレクタは、紫外線ＬＥＤ３２から拡散する紫外線を下方に向くように反射するものであり、４つの部品から形成されている。すなわち、各支持ブロック３５に固定される一対の第１反射部材６１と、スペーサ３４に固定される一対の第２反射部材６２とで構成されている。そして、ＬＥＤユニット３３から照射される紫外線を幅方向に挟むように各第１及び第２反射部材６１，６２を配置することで、紫外線が下方に向くように反射される。各反射部材は、例えば、アルミニウムなどの板材の表面に、反射剤をコーティングすることで形成することができる。そのような反射板として、例えば、alanod社のMIRO(商標)を用いることができるが、特には限定されない。

　ここで、図８～図１０も参照して、各反射部材６１，６２をさらに詳細に説明する。図８は紫外線照射部の概略構造を下側から見た斜視図であり、図９は紫外線照射部の拡大断面図であり、図１０は第２反射部材の組立を示す斜視図である。なお、図８では便宜上、スペーサ３４と支持ブロック３５を省略している。図７～図１０に示すように、各第１反射部材６１は、断面略Ｌ字型の板材で形成されており、支持ブロック３５の下面に沿って延びる第１反射部６１１と、第１反射部６１１の端部から支持ブロック３５に沿って照射空間Ｓを上方に延びる第２反射部６１２とで構成されている。一方、各第２反射部材６２も断面略Ｌ字型の板材で形成されており、スペーサ３４の下面に沿って延びる第１反射部６２１と、この第１反射部６２１の端部から支持ブロック３５に沿って照射空間Ｓを上方に延びる第２反射部６２２とで構成されている。

　上述したように、各照射空間Ｓでは、照射された紫外線を挟むように、第１反射部材６１と第２反射部材６２が配置されているが、各反射部材６１，６２の第２反射部６１２，６２２は、搬送方向に延びる２つの折り目Ｈによって、照射空間Ｓを囲むような円弧状に折り曲げられている。これにより、対向する各反射部材６１，６２の第２反射部６１２，６２２は、図９に示すように、近似的に楕円Ｅの一部を構成している。したがって、完全な楕円を形成することなく、簡易な加工で紫外線を下方に向けて反射することができる。また、各第２反射部材６２には、長手方向の全長に渡って第２反射部６２２が設けられているのではなく、図１０に示すように、所定間隔をおいて設けられている。したがって、対向する２つの第２反射部材６２は、第１反射部６２１が互い違いに噛み合うように配置され、これにより、スペーサ３４の下面に沿って、第１反射部６２１が連続して延びるようになる。ところで、このような形状を形成する場合、２つの第２反射部材６２を一枚の板材で形成することも考えられる。すなわち、板材を少なくとも２箇所で折り曲げれば、ＬＥＤユニット３３の間に第１反射部を形成することができる。しかしながら、ＬＥＤユニット３３間の間隔が狭く、第１反射部の幅を小さくしなければならない場合には、２箇所での折り曲げが難しい場合がある。このような場合には、図１０に示すように、第２反射部材６２を形成すれば、１箇所の折り曲げで第１反射部６２１を形成できるため、有効である。また、一体にする場合に比べ、損傷したときに一部だけの交換ができるため、保守コストも低減することができる。

　また、各反射部材６１，６２の第２反射部６１２，６２２は、次のように形成されている。図９に示すように、各第２反射部６１２，６２２は、搬送方向Ｇに延びる２つの折り目Ｈを有することで、近似的な楕円Ｅの一部を構成している。特に、２列の紫外線ＬＥＤ３２からなるＬＥＤユニット３３のうち、近接する紫外線ＬＥＤ３２を楕円Ｅの焦点近傍に配置している。そして、この楕円Ｅの下側の焦点Ｎ付近を被印刷物Ｐが通過するように、紫外線照射装置２と被印刷物Ｐとの距離が決められている。

　続いて、汚れ防止板３７について説明する。図７に示すように、紫外線照射部３の最下部、つまり筐体２１の底面には、両照射空間Ｓを覆う汚れ防止板３７が設けられている。この汚れ防止板３７は、紫外線が透過可能な透明な材料であり、石英ガラス等で形成される。

　次に、冷却部４について図１１も参照しつつ説明する。図１１は、図７のＢ－Ｂ線断面図である。図７に示すように、冷却部４は、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料で形成された扁平状の冷却ブロック４１を有している。上述したように、冷却ブロック４１の下面には、紫外線ＬＥＤ３２の支持基板３１が取り付けられているが、熱伝導性を高めるため、冷却ブロック４１の下面と支持基板３１との間には公知の放熱グリスが塗布されている。これにより、冷却ブロック４１及び支持基板３１の接触部分の凹凸を埋めることができ、熱伝導効果を向上させている。一方、冷却ブロック４１の上面４１１には、水冷用の水が供給されるＵ字型の溝４１２が形成されている。より詳細に説明すると、図７及び図１１に示すように、この溝４１２は、筐体２１の長手方向に延びる第１通路４１２ａ及び第２通路４１２ｂが連結された平面視Ｕ字型に形成されており、上述した供給孔２３から供給された水は、このＵ字型の溝４１２を通過して冷却ブロック４１を往復し、排出孔２４から排出されるようになっている。すなわち、図７の右側に配置された第１通路４１２ａを通過する水は、供給孔２３から筐体２１の第２端部に向かって（紙面の奥から手前に向かって）流れ、左側の第２通路４１２ｂを通過する水は筐体２１の排出孔に向かって（紙面の手前から奥に向かって）流れる。各通路４１２ａ，ｂは、断面矩形状に形成されており、各ＬＥＤユニット３３の上方にそれぞれ配置されている。

　また、冷却ブロック４１の上面４１１には、溝４１２を覆うように矩形状の蓋部材４２が配置されており、冷却ブロック４１と蓋部材４２との接触部分にシート状の断熱材４３が配置されている。蓋部材４２は、アルミニウム、ＳＵＳ等の熱伝導性の高い材料で形成され、Ｕ字型の溝４１２全体を覆うように、筐体２１の長手方向に延びている。また、断熱材４３は、冷却ブロック４１の上面において溝４１２が形成されている以外の部分に配置されており、冷却ブロック４１の熱が蓋部材４２に伝導するのを防止している。また、断熱材４３は、溝４１２を流れる水が蓋部材４２によって密閉されるようにガスケットの役割も果たしている。このような断熱材４３としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で形成されたシート材を用いることができる。なお、ガスケットとしての役割のみを果たすシート材を用いることもでき、その場合には、断熱効果は小さくなるものの冷却ブロック４１の上面全体を覆ってもよい。

　続いて、制御部５について、図６及び図７を参照しつつ説明する。図７に示すように、制御部５は、蓋部材４２から上方に延びる一対の第１熱伝導部材５１を有しており、この第１熱伝導部材５１に、紫外線ＬＥＤ３２の駆動を制御する制御基板５２が支持されている。制御基板５２は、ＦＥＴ、コイル、ダイオード等の部品から構成される。また、制御基板５２には、定電流回路が配置されており、電源端子２５から供給される電力を設定された電流値で各紫外線ＬＥＤ３２に供給する。その他、ＣＰＵ，印刷機本体のコントロール基板との通信回路、冷却ファンの制御回路、紫外線ＬＥＤ３２の照射時間等の記録を行う回路などが配置されており、信号端子２６を介して印刷機から送信される信号に基づいて紫外線ＬＥＤ３２の駆動を制御するようになっている。なお、一対の第１熱伝導部材５１は、必ずしも同一形状でなくてもよく、図７に示すように、異なる形状であってもよい。

　制御基板５２を支持する各第１熱伝導部材５１は、アルミニウム、銅などの熱伝導性の高い板材で形成され、蓋部材４２上に配置される底部５１１と、この底部５１１の一端から上方に延びる延在部５１２とからなる断面Ｌ字型に形成されている。そして、両第１熱伝導部材５１の延在部５１２同士が対向するように合わさることで、逆Ｔ字型をなしている。すなわち、合わさった延在部５１２が、冷却ブロック４１の第１及び第２通路４１２ａ，ｂの間に配置されて上方に延びるとともに、各底部５１１が各通路４１２ａ，ｂをそれぞれ覆うように配置されている。各延在部５１２には、熱伝導性を有する絶縁材５３を介して制御基板５２が取り付けられており、各制御基板５２が筐体２１の両側を向くように配置されている。このような構造により、筐体２１の両側の内壁面と、制御基板５２との間には、空冷用の空気が流れる空冷空間Ｆが形成されるようになっている。

　また、各第１熱伝導部材５１の底部５１１上には、制御基板５２に接触する第２熱伝導部材５４がそれぞれ取り付けられている。各第２熱伝導部材５４は、第１熱伝導部材５１と接触する底部５４１、制御基板５２との間に空間を形成するＬ字型の段部５４２、及び制御基板５２の下部と接触する接触部５４３が連結されることで形成されている。したがって、第２伝導部材５４も制御基板５２の熱を第１伝導部材５１を介して蓋部材４２に伝導できるようになっている。なお、図示を省略するが、第２熱伝導部材５４の接触部５４３と制御基板５２との間にも、上述した絶縁材５４と同様のシート材が設けられている。このようなシート材としては、例えば、公知の放熱シリコンシートを使用することができる。

　上述したように、制御部５には、空冷空間Ｆが形成されているが、図６に示すように、筐体２１の第２端部には、空冷空間Ｆに空気を流すための冷却ファン５５が取り付けられている。このような冷却ファン５５としては、公知の軸流ファンを用いることができ、この冷却ファン５５を駆動すると、空冷空間Ｆの空気が冷却ファン５５を介して第２端部の排気口２８から排出されるようになっている。

　次に、上記のように構成された紫外線照射装置の動作について説明する。まず、印刷機において被印刷物Ｐが搬送されると、各印刷ユニット１Ｋ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，１Ｐにより被印刷物Ｐにインキが塗布される。具体的には、図１に示すように、各インキ供給装置１１から版胴１２に供給されたインキが、ゴム胴１３に転写された後、ゴム胴１３と圧胴１４との間を通過する被印刷物Ｐに塗布される。その直後、紫外線照射装置２から照射される紫外線により、被印刷物Ｐ上のインキは硬化され、渡し胴１５によって次の印刷ユニット１に送られる。各印刷ユニット１においても同様にインキの塗布及び硬化が行われながら、インキが重ね合わせられ、フルカラーの画像が形成された後、印刷機の外部に搬送される。

　紫外線照射装置においては、印刷の開始に先立って、冷却ブロック４１に水が供給される。供給孔２３から供給される水の温度を約２５℃とすることができ、後述する熱交換によりこれよりも例えば約５～１０℃程度高い温度の水が排出孔２４から排出される。また、電源が供給されることにより、紫外線ＬＥＤ３２から紫外線が照射されるとともに、印刷機からの信号に応じて、制御基板５２により紫外線ＬＥＤの照射強度などが調整される。こうして、紫外線照射装置２が駆動している間、紫外線ＬＥＤ３２が発する熱は、冷却ブロック４１を介して水と熱交換され、紫外線ＬＥＤ３２は冷却される。また、制御基板５２で発生する熱も、第１及び第２熱伝導部材５１，５４、蓋部材４２を介して、水と熱交換されることで冷却される。このとき、第１及び第２熱伝導部材５１，５４は、水が流れる溝４１２の上方に配置されているため、制御基板５２で生じた熱を効率的に水に伝導することかできる。特に、第１及び第２熱伝導部材５１，５４は、制御基板５２を挟むように配置されているため、制御基板５２の表面及び裏面の双方から熱が伝達される。したがって、冷却効果が高くなっている。さらに、図５に示すように、冷却ファン５５の駆動により、筐体２１の第１端部に形成された吸気口２７から空気Ｘが流入し、筐体２１内の空冷空間Ｆを長手方向に通過しながら、第２端部の排気口２８から排出されていく。この過程において、制御基板５２は、冷却ブロック４１に加え、流通する空気Ｘによっても冷却される。

　以上説明したように、本実施形態によれば、２つのＬＥＤユニット３３を配置することで、それらの間において、各ＬＥＤユニット３３から照射される紫外線の照度が重ね合わされるため、ＬＥＤユニット３３間での照度を増大することができる。特に、ラジカル重合型の紫外線硬化インキにおいては、乾燥に必要な所定の最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上で紫外線を照射しなければならないが、これに加えて、最小照度Ｆ_ｍｉｎを所定時間以上照射することにより得られる最低限の積算照度が達成されなければならない。そこで、本実施形態においては、ＬＥＤユニット３３単体での照度分布のうち、最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上の領域Ｄｂの２倍より大きい領域が、隣接する２つのＬＥＤユニット３３の照度の和の照度分布の中で得られるように、ＬＥＤユニット３３間の間隔を設定している。これにより、ＬＥＤユニット３３における紫外線の出力を上げることなく、必要積算照度を達成することができる。ところで、積算照度ｕは、インキごとに決まるが、所定の最小照度Ｆ_ｍｉｎに対し、照射時間ｔの関数ｕ（ｔ）で示され、インキを乾燥するには、これがｕ＞ｕ_０（必要積算照度）であることが求められる。以下、これについて説明する。

　図１２（ａ）は、単一のＬＥＤユニットにより照射される紫外線の照度を示す図であり、紫外線ＬＥＤから被印刷物Ｐが受ける照度Ｆの分布は、搬送方向Ｇの位置ｓを変数として、正規分布型の照度分布関数ｆ（ｓ）で表される。また、照射時間ｔは、最小照度Ｆ_ｍｉｎが照射される搬送方向Ｇの長さＤと被印刷物Ｐの搬送速度ｖとから導かれる。つまり、最小照度Ｆ_ｍｉｎが照射される長さＤが長くても搬送速度ｖが速ければ必要積算照度に達しない場合もあるので、必要な搬送方向の長さＤは、被印刷物の搬送速度ｖを考慮する必要がある。よって、照射時間ｔは、最小照度Ｆ_ｍｉｎより高い照度を示す搬送方向の長さＤと、搬送速度ｖによる関数ｔ（Ｄ，ｖ）で表される。但し、以下では、説明の便宜のため、搬送方向の長さＤのみを考慮する。

　図１２（ａ）に示すように、単一のＬＥＤユニットでは、領域Ｄｂ（搬送方向の長さ）において、最小照度Ｆ_ｍｉｎより高い照度が照射されている。これに対して、図１２（ｂ）に示すように、本実施形態では、２つのＬＥＤユニット３３による照度の重ね合わせで、ＬＥＤユニット１つあたりにおいて、最小照度Ｆ_ｍｉｎより高い照度の領域Ｄａ１，Ｄａ２が大きくなっている。すなわち、単一のＬＥＤユニット３３では最小照度Ｆ_ｍｉｎに達していなかった領域ｇにおいて、照度が増大し、最小照度Ｆ_ｍｉｎとなっている。こうして、２つのＬＥＤユニット３３を重ね合わせて最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上となる領域の合計（Ｄａ＝Ｄａ１＋Ｄａ２）は、単一のＬＥＤユニット３３による領域Ｄｂの２倍より大きくなり、必要積算照度ｕ_０を得ている。このように、本実施形態では、２つのＬＥＤユニット３３間の距離を近づけることで、最小照度Ｆ_ｍｉｎを達成する領域Ｄａを伸ばし、積算照度ｕが必要積算照度ｕ_０を超えるようにしている。また、図１３に示すように、ＬＥＤユニット３３をさらに近接させると、これらの間全体ｈに渡って照度を最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上にすることができ、必要積算照度ｕ_０を確実に達成することができる。

　また、各反射部材６１，６２の下端部に、被印刷物Ｐと対向する第１反射部６１１，６２１を設けているため、図１４に示すように、被印刷物Ｐから反射された紫外線を、第１反射部６１１，６２１により被印刷物Ｐ側に反射することができる（点線の矢印参照）。これにより、例えば、被印刷物Ｐと対向する第１反射部６１１，６２１が設けられていないようなときに、最小照度未満の領域であっても、最小照度以上の領域にすることができるため、ＬＥＤユニット３３から発せられた紫外線を効率よく被印刷物Ｐに照射することができる。すなわち、紫外線光源の出力を上げることなく、低コストで、被印刷物が受ける紫外線の照度を向上することができる。

　また、次の効果もある。紫外線ＬＥＤ３２から発せられる紫外線は、ＬＥＤ３２から離れるほど、被印刷物Ｐへの入射角が大きくなり、さらに所定の基準角α以上となると、被印刷物Ｐからの反射量が増加し、インキ内部の硬化に影響を与える被印刷物Ｐへの照射量が微弱になる。その結果、インキが硬化しがたいおそれがある。これに対して、本実施形態では、図１５に示すように、反射部材がなければ紫外線ＬＥＤ３２から被印刷物Ｐへの入射角θが基準角α以上となる紫外線Ｒ_０を、各第１反射部６１１，６２１によって入射角γが基準角αより小さくなるように反射している（符号Ｒ_１参照）。これにより、インキの硬化に寄与し難い入射角が基準角より大きい紫外線を、基準角以下に矯正し被印刷物Ｐに照射することができ、被印刷物Ｐ上の紫外線の仕事量を向上することができる。なお、本実施形態では、石英ガラスなどで汚れ防止板３７を形成しているため、照射された紫外線が汚れ防止板３７に入射すると、汚れ防止板３７の下面で全反射を生じ、被印刷物Ｐ側に紫外線が照射されない可能性がある。これに対して、光源ユニット３３と汚れ防止板３７との間に、上記のようなリフレクタを配置すると、汚れ防止板３７内での全反射を防止することができ、ＬＥＤからの紫外線を被印刷物Ｐに対して確実に照射することができる。なお、このような効果は、光源と被印刷物との間にレンズを配置した場合でも同様に得ることができる。

　また、図１５に示すように、第１反射部６１１，６２１の位置は、次のよう設定されている。すなわち、第１反射部６１１，６２１の下端付近に照射される紫外線は、被印刷物Ｐに対する入射角βとなっており、基準角αよりも小さくなっている。本実施形態では、第１反射部６１１，６２１の下端がＬＥＤユニットから離れるように下方に延ばすことで、このような基準角よりも小さい入射角を有する紫外線も反射するようにしている。こうすることで、ＬＥＤユニットの直下付近に紫外線を照射できるため、ピークの紫外線照度を向上することができる。

　さらに、次のような効果も得ることができる。一般的に、反射板を楕円状に形成し、楕円の長軸の一端部側の焦点近傍に光源を配置すると、長軸の他端部側の焦点に集光することが知られている。但し、本実施形態のように、光源が点光源ではなくある程度の大きさを有している紫外線ＬＥＤの場合には、焦点の一点に集光するのではなく、焦点の近傍にある程度の幅をもった平行光に近似する紫外線が照射される。そのため、楕円状の反射板を用いれば、平行光に近い光が被印刷物に照射されるようになる（例えば、図１６の符号Ｖ参照）。これに対して、本実施形態のように、板材を折り曲げて第２反射部６１２，６２２が近似的な楕円Ｅの一部を形成するようにすると、平行光よりもさらに分散した紫外線を照射することができる。これにより、被印刷物Ｐに照射される紫外線は、平行光よりも概ね分散するため（例えば、図１６の符号Ｕ参照）、被印刷物Ｐが受ける積算光量を増大させることができる。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、第１及び第２反射部からなる反射部材を用いているが、第１反射部だけで構成された反射部材を用いることもできる。また、第２反射部は、２つ折りで形成しているが、これに限定されるものではなく、折り目を１，または３以上にすることで、楕円に近似させてもよい。また、板材ではなく、例えば、ブロックの一部を切り取って反射面を形成することもできる。また、図１７に示すように、第２反射部６１２，６２２を傾斜した楕円に沿うように形成することもできる。同図の例では、２つの楕円Ｅの長軸Ｙを傾けて、被印刷物Ｐ側で交差するようにしている。このような楕円Ｅに沿って各反射部材６１，６２の第２反射部６１２，６２２を形成すると、各紫外線ＬＥＤ３２直下の照度の高い部分が互いに近接して重ね合わされるため、ピーク照度を増大することができる。

　また、上記実施形態では、１つのＬＥＤユニット３３に２列のＬＥＤ３２を配置しているが、これを１列、または３列以上とすることもできる。さらに、紫外線ＬＥＤ３２以外でも、紫外線を照射できるものであれば、特には限定されず、例えば、紫外線レーザダイオードや、紫外線を発光するレーザ光源を用いることもできる。

　以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されない。

　まず、比較例として、図１８（ａ）に示すように、被印刷物の搬送方向に２列の紫外線ＬＥＤを有するＬＥＤユニットが１つ設けられた紫外線照射装置を用いた。一方、実施例１としては、図１９（ａ）に示すように、上記実施形態で示したような、被印刷物の搬送方向に２列の紫外線ＬＥＤを有するＬＥＤユニットを、所定間隔Ｌをおいて２組配置した紫外線照射装置を用いた。間隔Ｌは、各ＬＥＤユニットの搬送方向の中央間の距離であり、Ｌ＝２３．７ｍｍとした。実施例１では、第２反射部のみを有する反射部材を用いた。また、実施例２として、図２０（ａ）に示すように、第１及び第２反射部を有する反射部材を用いた。ＬＥＤユニットの間隔Ｌは、実施例１と同じである。上記のような実施例及び比較例を用い、シミュレーションによって被印刷物が受ける紫外線の照度を算出した。シミュレーションの条件は以下の通である。
（１）ＬＥＤ：日亜化学LED「NC4U134」、消費電力は、14.8[v(電圧)]×0.5[A(電圧)]=7.4w
（２）紫外線ＬＥＤ、及び反射部材の形状等：図２１に示すとおり
（３）インキ：ラジカル型紫外線硬化性インキ（ＵＶＯＦＳＬＥＤシリーズ(T＆K　TOKA社製)）
（４）反射率：反射部材の反射率を95％に設定し、被印刷物の反射率を50％に設定した。

　シミュレーションの結果は、次の通りである。算出結果を示すグラフにおいては、横軸が搬送方向の位置であり、縦軸が被印刷物が受ける紫外線の照度である。

　まず、図１８（ｂ）に示すように、比較例では、最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上の紫外線が照射される領域Ｄｂは、約１０ｍｍであった。これに対して、実施例１では、図１９（ｂ）に示すように、２つのＬＥＤユニットから照射される紫外線の照度が重ね合わされているため、比較例においては最小照度より小さい照度であった領域ｇにおいて、照度が最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上となっている。なお、図中の点線は、比較例を示している。したがって、１つのＬＥＤユニットあたり、最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上の紫外線が照射される領域Ｄａ１，Ｄａ２は、それぞれ約１６ｍｍとなり、その合計は、比較例の領域Ｄｂの２倍より大きくなっている。よって、１つのＬＥＤユニットだけを用いた場合には無駄になっていた領域ｇが有効な紫外線照射領域となり、領域Ｄａの長さが大きくなった。

　さらに、図２０（ｂ）に示すように、第１反射部を設けると、さらに照度が増大していることが分かる。同図では、点線が第１反射部を設けたときの照度を示しており、比較のため、図１９（ｂ）と重ね合わせている。例えば、ＬＥＤユニット間では、すべての領域ｈにおいて、照度が最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上となっている。また、第１反射部による反射の影響は、紫外線の照射範囲全体に表れており、例えば、各ＬＥＤユニット直下のピーク照度が向上している（矢印Ｐ）。また、ＬＥＤユニットから離れた位置（矢印Ｍ）では、照度が低下しているものの、ピークの近傍（矢印Ｊ）においては照度が向上している。これは、第１反射部により紫外線がＬＥＤの直下側に反射されているからであると思われる。この結果、１つのＬＥＤユニットあたり、最小照度Ｆ_ｍｉｎ以上の紫外線が照射される領域Ｄａ１，Ｄａ２は、さらに長くなり、約１８ｍｍとなった。よって、第１反射部を設けることで、ＬＥＤの出力を上げることなく、被印刷物が受ける照度が向上していることが分かった。

３２　紫外線ＬＥＤ（紫外線光源）
３３　ＬＥＤユニット（光源ユニット）
６１，６２　反射部材
６１１，６２１　第１反射部
６１２，６２２　第２反射部
α　基準角
γ　入射角　
Ｅ　楕円

Claims

　枚葉の被印刷物上のインキに紫外線を照射する紫外線照射装置であって、
　前記被印刷物の搬送方向と直交する印刷幅方向に沿って並ぶ複数の紫外線光源を有する複数の光源ユニットを備え、
　隣接する前記光源ユニットは、前記搬送方向に沿って所定間隔をおいて配置されており、
　隣接する前記光源ユニットの間で、当該各光源ユニットにより照射される紫外線の照度が重ね合わされ、かつ、下記の式（１）をみたす、紫外線照射装置。
　　Ｄａ＞Ｄｂ＊２　　　（１）
（式（１）中、Ｄａは、被印刷物の表面における隣接する２つの前記光源ユニットの照度の和の分布のうち、インキを硬化するための最小照度以上の照度が得られる前記搬送方向の長さを示し、Ｄｂは、光源ユニット単体での照度分布のうち、前記最小照度以上の照度が得られる前記搬送方向の長さを示す）
　隣接する前記光源ユニットの間の紫外線照度が、全域において、前記最小照度以上となるように、前記間隔が設定されている、請求項１に記載の紫外線照射装置。
　前記光源ユニットと前記被印刷物との間に配置され、前記各光源ユニットを、前記搬送方向の上流側及び下流側から挟むように配置された一対の反射部材をさらに備え、
　前記各反射部材は、前記被印刷物と対向する第１反射部を有している、請求項１または２に記載の紫外線照射装置。
　前記各反射部材は、前記紫外線光源から前記被印刷物に向かって延びる第２反射部を有しており、
　当該第２反射部の全部または少なくとも一部は、前記紫外線光源から前記被印刷物への入射角が所定の基準角以上であって、インキ内部の硬化に寄与し難い微弱な紫外線を、入射角が前記基準角より小さくなるように反射する、請求項３に記載の紫外線照射装置。
　前記光源ユニットを挟んで対向する少なくとも一方の前記第２反射部は、断面において近似的に楕円の一部を構成しており、
　前記光源ユニットが、断面において、前記楕円における一方の焦点近傍に配置されている、請求項４に記載の紫外線照射装置。