CN105299529A - 紫外线照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种紫外线照射装置，所要解决的问题是提高从LED元件放射的紫外线的利用效率，对被照射体的周向均匀地照射紫外线。另外，防止杂散光、反射光再次入射到LED元件。设为如下这样的紫外线照射装置：其具有向被照射体照射紫外线的LED元件、以及同轴状地包围被照射体的反射镜，在反射镜的与LED元件相对的位置处设有与紫外线的照射范围相应的大小的开口部，由此，从LED元件放射的紫外线的一部分照射到被照射体的正面，从LED元件放射的紫外线的另一部分穿过被照射体的周围，被反射镜反射而照射到被照射体的背面。

Description

紫外线照射装置

技术领域

本发明涉及使用了LED的紫外线照射装置，特别涉及向线状物体或圆柱状物体的表面照射紫外线的装置。

背景技术

在紫外线照射装置中，具备放电灯或LED元件等光源，且以将该光源和被照射体分别配置在焦点上的方式设置截面为椭圆形状的反射镜。其结果是，从光源放射的光在由反射镜反射后入射到被照射体。

作为这样的紫外线照射装置，曾记载过如下情况：配设了包围光纤的行进路径的透光性管，并且在与棒状灯相反侧的外周面上设置有沿着透光性管的轴向延伸的反射膜，由此，不会大幅牺牲反射镜的效率，在保持较高的光利用效率的同时利用冷却风来冷却棒状灯(引用文献1)。

另外，作为将LED元件用作光源并且没有使用上述椭圆形状的反射镜的紫外线照射装置，曾记载过如下情况：在光纤的周向上配置多个LED元件，将各LED元件配置成不会朝向自身以外的LED元件的光出射面或其他树脂材料射出紫外线(引用文献2)。

然而，即使在这样地配置了LED元件的情况下，也会存在如下缺点：(1)无法提高从LED元件放射的光的利用效率且无法对光纤的周向均匀地照射紫外线。另外，还存在如下缺点：(2)无法防止杂散光、反射光再次入射到LED元件。

专利文献1：日本特开平7－48149号公报

专利文献2：日本特开2010－117530号公报

发明内容

本发明所要解决的问题是提高从LED元件放射的紫外线的利用效率，对被照射体的周向均匀地照射紫外线。另外，防止杂散光、反射光再次入射到LED元件。

本发明的紫外线照射装置具有：LED元件，其向被照射体照射紫外线；以及反射镜，其同轴状地包围被照射体，在反射镜的与LED元件相对的位置处设有与LED元件的照射范围相应的大小的开口部，由此，能够提高从LED元件放射的紫外线的利用效率，对光纤均匀地照射紫外线。另外，能够防止被反射镜反射的紫外线照射到LED元件的周边。其结果是，能够防止LED元件的劣化。

从LED元件放射的紫外线的一部分照射被照射体的正面侧，从LED元件放射的紫外线的另一部分被反射镜进行反射而照射被照射体的背面侧，由此，能够对被照射体均匀地照射紫外线，能够提高紫外线照射装置的生产率。另外，在被照射体的周向上设置有多组LED元件和反射镜，由此，能够对被照射体均匀地照射紫外线，能够提高紫外线照射装置的生产率。

另外，本发明的紫外线照射装置中，从LED元件放射并穿过了开口部的紫外线的一部分被反射镜反复进行多次反射，由此能够提高针对被照射体的紫外线的利用效率。

通过在针对其他LED元件遮挡从LED元件放射的紫外线的位置处配设反射镜，能够遮挡来自透镜外周面的杂散光，防止从LED元件放射的紫外线被照射到其他LED元件的周边。其结果是，能够防止LED元件的劣化。

本发明的使用了LED元件的照射装置能够提高从LED元件放射的紫外线的利用效率，并对被照射体的周向均匀地照射紫外线。另外，能够防止杂散光、反射光照射LED元件周边。

附图说明

图1是在与同轴状地包围被照射体的反射镜的开口部相对的位置处配设有LED元件的照射装置的剖视图。(实施方式1)

图2是在被照射体的周向上配设有3个LED元件的照射装置的剖视图。(实施方式2)

图3是在被照射体的周向上配设有5个LED元件的照射装置的剖视图。(实施方式3)

图4是从LED元件放射的波长为365nm的紫外线的分布图。

标号说明：

D1：LED元件；UV1：从LED元件放射的紫外线；M1：反射镜；T1：透光管；F1：被照射体(光纤)。

具体实施方式

(第1实施方式)

本发明的第1实施方式是以作为被照射体的光纤为中心而同轴状地配设了反射镜的照射装置。图1是沿着被照射体的径向的剖视图。图1的照射装置被配置在电路基板上，在放射紫外线的LED元件D1的放射面侧，配置有针对紫外线具有透过性的聚光透镜L1。与光纤F1同轴状地配设针对紫外线具有透过性的透光管T1。在透光管T1的内部流动着惰性气体。将针对紫外线具有反射性的反射镜M1配置在透光管T1的外周面上。在反射镜M1的与LED元件D1的放射面相对的位置处，设有开口部S1。关于开口部S1，与根据透镜L1的光学特性(透过光)确定的照射范围相应地，确定开口部S1的大小(周向的宽度和轴向的长度)。

从LED元件D1放射的波长为365nm的紫外线由透镜L1会聚而成为线状的照射范围。即，以在被照射体的轴向上较长且在径向上较窄的照射范围而照射到被照射体。图4是成为线状的照射范围的情况下的径向(宽度方向)的分布图。如图4所示，即使在会聚成线状的情况下，相对于光纤的粗度D，浪费的照射范围也很多。需要说明的是，这里的“线状”表示与宽度方向相比在轴向上范围更大的照射范围，例如可以是长方形、椭圆形或葫芦形。在利用透镜L1而成为了线状的照射范围的情况下，可以使反射镜的开口部S1成为缝隙状。需要说明的是，这里的“缝隙状”表示与宽度方向相比在轴向上更长的开口部，不限于长方形的开口部，也可以是与照射范围相应的长圆形或椭圆形等。

透过透镜L1而会聚成线状的紫外线UV1穿过开口部S1，透过透光管T1而照射光纤的正面(LED元件侧)。这里，即使在没有照射到光纤F1而经过其周围的情况下，也能够利用反射镜M1朝向光纤F1反射而照射到光纤F1。从LED元件D1放射的紫外线也可以由透镜L1等会聚而成为线状或平行光。与此相应，也可以利用反射镜的光学特性，使反射光会聚或成为平行光。通过设为这种结构，能够提高针对光纤的紫外线的利用效率。

这样，将反射镜设为，使得与透过配设在LED元件和开口部之间的透镜而放射的紫外线(入射到反射镜的紫外线)相应地，被反射镜反射的紫外线照射到被照射体。例如，将透镜的光学特性确定为，使得从LED元件放射的(从2mm×2mm左右的放射面扩散的)紫外线因透过透镜，而会聚成与LED元件的放射面相同的程度，或者成为平行光。将反射镜的光学特性确定为，使得在已由透镜进行了会聚的情况下，穿过焦点并再次扩散的紫外线被反射镜反射而会聚或成为平行光。这里，在透过透镜后放射的紫外线为平行光的情况下，可以利用反射镜反射成平行光。无论在哪种情况下，由于LED元件的放射面的面积小，所以都适合将LED元件放射的紫外线由透镜或反射镜会聚并将该紫外线向如光纤那样直径细的被照射体照射。

另外，LED元件D1侧也被反射镜M1围着，由此使反射后的紫外线也朝向光纤F1再次反射。即，通过在被反射镜M1围着的内侧反复进行多次反射，能够均匀地对光纤F1进行照射。这里，根据紫外线UV1的分布图(照射范围)来确定开口部S1的大小(周向的宽度和轴向的长度)，由此能够防止被反射镜M1反射的紫外线照射到LED元件的周边。

通过设为以上那样的结构，能够提高从LED放射的紫外线的利用效率，能够对光纤均匀地照射紫外线。另外，能够防止反射后的紫外线照射LED元件周边。

也可以是这样的照射装置：在被照射体的轴向上设置有多组这样的由LED元件、透镜、开口部、反射镜的组合而构成的结构。在该情况下，可以在被照射体的周向上均匀地配置LED元件。例如，在被照射体的轴向上配置成螺旋状。另外，可以使用从LED元件放射的紫外线的峰值波长例如为365nm、385nm、405nm等的LED元件。另外，也可以是更短波长的290nm或270nm等。另外，也可以组合使用这些LED元件。另外，在上述实施方式中，将光纤用作了作为被照射体的圆柱状物体，但是，即使是注射针或导管等直径细的被照射体(线状物体/圆筒状物体)，也可以获得同样的效果。此外，在不需要在内部流动惰性气体时等，也可以不使用透光管T1，从而与反射镜形状有关的光学设计、被照射体的冷却等条件设定的自由度增加。另外，也可以是直径粗的圆柱状物体，通过使被照射体或照射装置沿着周向旋转或沿着轴向移动、摆动，能够向外周面均匀地照射紫外线。

(第2实施方式)

本发明的第2实施方式是如下这样的照射装置：在该照射装置中，在光纤的周向的等距离的位置处配设了3组上述第1实施方式中的LED元件、透镜和开口部。图2是沿着被照射体的径向的剖视图。图2的照射装置被配置在电路基板上，在放射紫外线的LED元件D11、D12、D13的放射面侧，配置有针对紫外线具有透过性的聚光透镜L11、L12、L13。与光纤F11同轴状地配设了针对紫外线具有透过性的透光管T11。在透光管T11的内部流动着惰性气体。将针对紫外线具有反射性的反射镜M11、M12、M13配置在透光管T11的外周面。在与LED元件D11、D12、D13的放射面相对的位置处设置有开口部S11、S12、S13，分离成反射镜M11、M12、M13。关于开口部S11、S12、S13，与根据透镜的光学特性确定的照射范围相应地，确定开口部的大小(周向的宽度和轴向的长度)。

从LED元件D11、D12、D13放射并由聚光透镜L11、L12、L13会聚成线状的紫外线UV11、UV12、UV13分别穿过开口部S11、S12、S13，透过透光管T11，照射光纤F11的正面(LED元件侧)。这里，即使在没有照射到光纤F11而经过其周围的情况下，也能够分别利用反射镜M11、M12、M13朝向光纤F11反射而照射到光纤F11。

从LED元件放射的紫外线可以利用透镜等而成为平行光，与此相应，也可以利用反射镜的光学特性而进行会聚或成为平行光。在该情况下，反射镜可以不与透光管T11的外周面紧贴，并且还可以配设在透光管T11的内部。另外，也可以不设置透光管T11。为了高效地穿过上述开口部，可以在光学上设计成：利用设置于LED元件的前面的透镜等，使得从LED元件放射的光成为线状。

另外，LED元件侧也被反射镜围着。即，通过将LED元件D11配设在周向上的被反射镜M12和M13夹着的位置处、LED元件D12配设在周向上的被反射镜M11和M13夹着的位置处、LED元件D13配设在周向上的被反射镜M11和M12夹着的位置处，从而反射后的紫外线也会朝向光纤F11再次进行反射。其结果是，通过反复进行多次反射，能够均匀地对光纤F11进行照射。这里，根据透过了透镜的紫外线的分布图(照射范围)，确定开口部S11、S12、S13的大小(周向的宽度和轴向的长度)，由此，能够防止分别被反射镜M11、M12、M13反射的紫外线照射到LED元件D11、D12、D13的周边。

可以使用从LED元件放射的紫外线的峰值波长例如为365nm、385nm、405nm等的LED元件。另外，也可以是更短波长的290nm或270nm等。另外，也可以组合使用这些LED元件。另外，也可以是这样的照射装置：在被照射体的轴向上设置多组这样的由多个LED元件、透镜、开口部、反射镜的组合而构成的结构。

(第3实施方式)

本发明的第3实施方式是如下这样的照射装置：在该照射装置中，在光纤的周向的等距离的位置处配设了5组上述第1实施方式中的LED元件、透镜和开口部。图3是沿着被照射体的径向的剖视图。图3的照射装置被配置在电路基板上，在放射紫外线的LED元件D21、D22、D23、D24、D25的放射面侧，配置有针对紫外线具有透过性的聚光透镜L21、L22、L23、L24、L25。与光纤F21同轴状地配置针对紫外线具有反射性的反射镜M21、M22、M23、M24、M25。在与LED元件D21、D22、D23、D24、D25的放射面相对的位置处，设置有开口部S21、S22、S23、S24、S25，分离成反射镜M21、M22、M23、M24、M25。关于开口部S21、S22、S23、S24、S25，与根据透镜的光学特性确定的照射范围相应地，确定开口部的大小(周向的宽度和轴向的长度)。

从LED元件D21、D22、D23、D24、D25放射并由聚光透镜L21、L22、L23、L24、L25会聚成线状的紫外线UV21、UV22、UV23、UV24、UV25分别穿过开口部S21、S22、S23、S24、S25，照射光纤F21的正面(LED元件侧)。这里，即使在没有照射到光纤F21而经过其周围的情况下，也能够分别利用反射镜M21、M22、M23、M24、M25朝向光纤F21反射而照射到光纤F21。从LED元件放射的紫外线可以利用透镜而成为平行光，与此相应，也可以利用反射镜的光学特性而进行会聚或成为平行光。通过设为这种结构，能够提高针对光纤的紫外线的利用效率。

为了高效地穿过上述开口部，可以在光学上设计成：利用设置于LED的前面的透镜等，使得从LED放射的光成为线状。

另外，LED元件侧也被反射镜围着。即，通过将LED元件D21配设在周向上的被反射镜M23和M24夹着的位置处、LED元件D22配设在周向上的被反射镜M24和M25夹着的位置处、LED元件D23配设在周向上的被反射镜M21和M25夹着的位置处、LED元件D24配设在周向上的被反射镜M21和M22夹着的位置处、LED元件D25配设在周向上的被反射镜M22和M23夹着的位置处，从而反射后的紫外线也会朝向光纤F21再次进行反射。其结果是，通过反复进行多次反射，能够均匀地对光纤F21进行照射。这里，根据透过了透镜的紫外线的分布图(照射范围)，确定开口部S21、S22、S23、S24、S25的大小(周向的宽度和轴向的长度)，由此，能够防止分别被反射镜M21、M22、M23、M24、M25反射的紫外线照射到LED元件D21、D22、D23、D24、D25的周边。

从透镜21的外周部分放射紫外线UV31、UV32。这种紫外线会作为杂散光照射其他LED元件，成为使LED元件劣化的原因。因此，以针对其他LED元件遮挡上述紫外线的方式配置反射镜。即，通过将LED元件D21配设在周向上的被反射镜M23和M24夹着的位置处、LED元件D22配设在周向上的被反射镜M24和M25夹着的位置处、LED元件D23配设在周向上的被反射镜M21和M25夹着的位置处、LED元件D24配设在周向上的被反射镜M21和M22夹着的位置处、LED元件D25配设在周向上的被反射镜M22和M23夹着的位置处，能够遮挡来自透镜外周面的杂散光。在该情况下，可以使反射镜的反射面的背侧(背面)成为不反射紫外线的光学特性。

也可以是这样的照射装置：在被照射体的轴向上设置多组这样的由多个LED元件、透镜、开口部、反射镜的组合而构成的结构。另外，可以使用从LED元件放射的紫外线的峰值波长例如为365nm、385nm、405nm等的LED元件。另外，也可以是更短波长的290nm或270nm等。另外，也可以组合使用这些LED元件。另外，在本实施方式中，在被照射体的周向上的等距离的位置处配设了5组，但是，配设的数量也可以多于5组，在该情况下，由于形成为LED元件密集的结构，所以遮挡上述杂散光的效果变得更明显。

本实施方式的照射装置不使用透光管，因此适合于直径大的被照射体。不仅是与反射镜形状有关的光学设计、被照射体的冷却等条件设定的自由度增加，而且通过使被照射体或照射装置沿着周向旋转或沿着轴向摆动，还能够对直径大的被照射体均匀地照射紫外线。

产业上的可利用性

作为圆柱状物体，能够应用于表面的紫外线硬化性油墨的硬化，作为线状物体，能够应用于光纤表面的紫外线硬化性涂层材料的硬化。

Claims (5)

1.一种紫外线照射装置，其具有：LED元件，其向被照射体照射紫外线；以及反射镜，其同轴状地包围所述被照射体，所述紫外线照射装置的特征在于，

在所述反射镜的与所述LED元件相对的位置处设有与所述紫外线的照射范围相应的大小的开口部。

2.根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，

从所述LED元件放射的紫外线的一部分照射到所述被照射体的正面侧，从所述LED元件放射的紫外线的另一部分被所述反射镜反射而照射到所述被照射体的背面侧。

3.根据权利要求1或2所述的紫外线照射装置，其特征在于，

从所述LED元件放射并穿过了所述开口部的紫外线的一部分被所述反射镜反复进行多次反射。

4.根据权利要求3所述的紫外线照射装置，其特征在于，

在所述被照射体的周向上设置有多组所述LED元件和所述反射镜。

5.根据权利要求4所述的紫外线照射装置，其特征在于，

在针对其他LED元件遮挡从所述LED元件放射的紫外线的位置处配设有所述反射镜。