JP2009016558A - Uv irradiation unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、紫外線照射ユニットに関する。 The present invention relates to an ultraviolet irradiation unit.
近年、紫外線を放電発光させる長尺管状の放電ランプとして、特許文献1〜3に記載されているランプが知られている。その中でも特に、特許文献1に記載されたロングアークタイプの長尺放電ランプはランプ管内にハロゲン化鉄を封入したメタルハライドランプで、そのランプは、360〜380nm近辺に高い発光強度を持つ紫外線発光特性を持つので、半導体や液晶パネルの製造工程で紫外線照射装置の光源として多く用いられている。
In recent years, the lamps described in
従来の放電ランプを光源とする紫外線照射装置では、放電ランプを下方が開口するランプハウスの内部中央部に配置し、ランプハウスの上方に逆U字断面の反射面を持つ主反射体で覆って放電ランプからの紫外線をほぼ平行光線にして下方に反射させるようにし、またさらに、放電ランプの下方両側に補助反射板を斜めに配置して補助反射板にて被照射体の照射面で可能な限り照射強度が一様になるように紫外線が拡散反射される構成にしている。 In a conventional ultraviolet irradiation apparatus using a discharge lamp as a light source, the discharge lamp is disposed in the center of the interior of the lamp house having an opening at the bottom, and is covered with a main reflector having a reflective surface with an inverted U-shaped cross section above the lamp house. Ultraviolet rays from the discharge lamp are made to be substantially parallel rays and reflected downward, and an auxiliary reflector is arranged obliquely on both sides below the discharge lamp, and the auxiliary reflector can be used on the irradiated surface of the irradiated object. As long as the irradiation intensity is uniform, the ultraviolet rays are diffusely reflected.
ところが、このような従来の紫外線照射装置では、ランプハウスから出射する紫外線が被照射体の被照射面に一様な面照度で照射されるように配慮しても、一様性が十分に実現できない問題点があった。 However, in such a conventional ultraviolet irradiation device, evenness is sufficiently realized even if it is considered that the ultraviolet light emitted from the lamp house is irradiated to the irradiated surface of the irradiated body with a uniform surface illuminance. There was a problem that could not be done.
また、特許文献3等のマイクロ波無電極放電ランプにあっては、ランプ点灯中、紫外線を出射するランプハウスの開口部からマイクロ波が漏れ出て当該紫外線照射装置やその近傍に存在する金属が加熱され、異常昇温することがある問題点もあった。
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、紫外線被照射体の被照射面に対して一様な面照度で紫外線を照射することができる紫外線照射ユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides an ultraviolet irradiation unit capable of irradiating ultraviolet rays with a uniform surface illuminance on an irradiated surface of an ultraviolet irradiated body. Objective.
本発明は、長尺管状の放電ランプと、前記放電ランプを収容し、当該放電ランプの放射する紫外線を下面開口から下方の被照射体に向けて出射させるランプハウスと、前記放電ランプから出射される光の照度を調整する光学機構とを備えた紫外線照射ユニットであって、前記光学機構は、軸周りの回転によって散乱特性が変化する反射面を有するルーバー体を複数体並置したルーバー装置で構成されている紫外線照射ユニットを特徴とする。 The present invention includes a long tubular discharge lamp, a lamp house that accommodates the discharge lamp and emits ultraviolet rays emitted from the discharge lamp toward a lower irradiated body from a lower surface opening, and the discharge lamp. And an optical mechanism that adjusts the illuminance of light. The optical mechanism comprises a louver device in which a plurality of louver bodies having reflecting surfaces whose scattering characteristics change by rotation around an axis are juxtaposed. It is characterized by a UV irradiation unit.
本発明の紫外線照射ユニットによれば、ランプハウスの紫外線出射用開口の下方に複数体のルーバー体によるルーバー装置で構成される光学機構を設けているので、ルーバー装置の複数体のルーバー体を回転させて好適な角度姿勢に調整することで、ランプハウスの開口部から出射される紫外線を適切に反射散乱させることができ、これを複数体用いて紫外線照射装置を構成することで、被照射体の被照射面に一様な面照度で紫外線を照射する紫外線照射装置が構成できる。 According to the ultraviolet irradiation unit of the present invention, an optical mechanism composed of a plurality of louver bodies is provided below the ultraviolet emission opening of the lamp house, so that the plurality of louver bodies of the louver apparatus are rotated. By adjusting the angle to a suitable angle posture, it is possible to appropriately reflect and scatter the ultraviolet rays emitted from the opening of the lamp house. By constructing an ultraviolet irradiation device using a plurality of these, the irradiated object An ultraviolet irradiation device that irradiates ultraviolet rays with uniform surface illuminance on the surface to be irradiated can be configured.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)図1は、本発明の1つの実施の形態の紫外線照射ユニット1を示している。本実施の形態の紫外線照射ユニット1は、下方が開口するランプハウス110の内部中央部に紫外線放電ランプ111を配置し、ランプハウス110内で紫外線放電ランプ111の側方及び上方を覆い、当該紫外線放電ランプ111からの紫外線をほぼ平行光線にして下方に反射させるように逆U字断面の反射面を持ち、500nm以上の光線は透過するコールドミラーで成る主反射体112を配置し、本実施の形態の特徴であるルーバー体115を2体、紫外線放電ランプ111の下方で、かつ、ランプハウス110の下面開口部113の直下の位置に配置した構成である。このランプハウス110の下面開口部113には、マイクロ波を吸収し、光線を透過させるマイクロ波漏洩防止兼光線透過メッシュ114が設置してある。この2体のルーバー体115がルーバー装置116を構成し、このルーバー装置116とマイクロ波漏洩防止兼光線透過メッシュ114とで光学機構117を構成している。
(First Embodiment) FIG. 1 shows an
ランプハウス110の上面には、マイクロ波を発振するマグネトロン121を配置し、このマグネトロン121で発振されたマイクロ波電力を紫外線放電ランプ111に給電するようにマグネトロン121とランプハウス110との間に導波管122を設置してある。
A
紫外線放電ランプ111は、マイクロ波放電を利用するマイクロ波給電方式の無電極放電ランプであり、ランプ管内にハロゲン化鉄のようなメタルハライドを封入した無電極メタルハライドランプである。
The
図2に示したように、ルーバー体115は高輝度アルミニウム材で菱形に形成した外殻115Aとその中心に挿通した回転心棒115Bにより構成されていて、その複数体がランプ軸方向の両端においてランプハウス110の下方の近接位置にて回転自在に並置されている。
As shown in FIG. 2, the
図3に示したように、このルーバー体115は、回転心棒115Bを回転させることで独自に他のルーバー体115と異なる傾き角度の姿勢を保つことができ、被照射体(図示せず)の被照射面(水平面)の法線L1と当該ルーバー体115の菱形の外殻115Aの長い方の対角線L2とのなす角度θを各自調整することができる。
As shown in FIG. 3, this
上記構成の紫外線照射ユニット1は、図4に示すようにその複数体を縦列に設置し、所望の照射長の紫外線照射装置2を構成する。この紫外線照射装置2による紫外線照射動作について説明する。
As shown in FIG. 4, the
各紫外線照射ユニット1のマグネトロン121を起動してマイクロ波を無電極放電ランプである紫外線放電ランプ111に給電して紫外線放電ランプ111を放電点灯させて紫外線を放出させる。
The
マグネトロン121の発生するマイクロ波の一部はランプハウス110の下面開口に達するが、この位置に設置されているマイクロ波漏洩防止兼光線透過メッシュ114がマイクロ波を吸収して下方へ漏洩するのを抑制し、当該紫外線照射ユニット1やその近傍に存在する金属がマイクロ波によって加熱され、異常昇温するのを防止する。
Part of the microwave generated by the
紫外線放電ランプ111から下側に放射される紫外線は直接に下方に向かい、また紫外線放電ランプ111から上側、側方に放射される紫外線は主反射体112により反射され、その反射紫外線が下方に向かう。これら紫外線はランプハウス110の下面開口部113からさらに下方に出射し、補助反射体としてのルーバー体115に達してその高輝度アルミニウムの外殻115Aに当たって反射散乱され、さらに下方に向かい、被照射体に照射する。
The ultraviolet rays radiated downward from the
この際に、紫外線は各ルーバー体115の傾き角度に応じて反射方向が異なることになるので、各ルーバー体115の傾き角度を変更しながら被照射面上の照度分布を計測することでその均斉度がランプの長手方向で一様になるように調整する。
At this time, since the reflection direction of ultraviolet rays varies depending on the inclination angle of each
図2に示したように、本実施の形態の紫外線照射ユニット1では、外殻115Aの長い方の対角線の長さ(高さ)が60mm、短い対角線の長さ(幅)が5mm、長さが240mのサイズの外殻115Aを1.5mmφ、300mm長の回転心棒115Bに取り付けたルーバー体115を2体、図1に示したようにランプハウス110の下面開口部113のさらに下方に近接して並置している。
As shown in FIG. 2, in the
この場合、図5のグラフに示したように、並置した両ルーバー体115について、その傾き角度θを15°にしたときに紫外線照度の均斉度が8%になった。これは、従来の補助反射板により得られる均斉度32%に較べて格段に良好なものであった。
In this case, as shown in the graph of FIG. 5, when the inclination angle θ of the
ただし、照度の均斉度は、次の式によって求めたものである。 However, the illuminance uniformity is obtained by the following equation.
(均斉度)=(最高照度値−最低照度値)/(最高照度値+最低照度値)×100%
なお、本実施の形態の紫外線照射ユニットでは、ルーバー体115の構造は特に限定されず、軸心の周りに回転可能で、かつ、回転させることで反射特性が変化する形状のものを採用することができ、例えば、楕円断面形状のもの、四角断面形状のもの、羽根形等でかつ外表面が鏡面となっている部材を採用することができる。
(Uniformity) = (maximum illuminance value−minimum illuminance value) / (maximum illuminance value + minimum illuminance value) × 100%
In the ultraviolet irradiation unit of the present embodiment, the structure of the
(第2の実施の形態)本発明の第2の実施の形態の紫外線照射装置について、図6〜図12を用いて説明する。図6に示したように本実施の形態の紫外線照射装置10は、処理室11内の所定位置に置かれている被照射体に紫外線を照射して紫外線照射処理するために処理室11の上に複数体の紫外線照射ユニット10Aを並べて設置した構成である。
(Second Embodiment) An ultraviolet irradiation apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6, the
図7に示したように、各紫外線照射ユニット10Aは、下方が開口するランプハウス130の内部中央部に紫外線放電ランプ131を配置し、ランプハウス130内で紫外線放電ランプ131の側方及び上方を覆い、当該紫外線放電ランプ131からの紫外線をほぼ平行光線にして下方に反射させるように逆U字断面の反射面を持ち、500nm以上の光線は透過するコールドミラーで成る主反射体132を配置し、本実施の形態の特徴である開閉自在なシャッター装置135を紫外線放電ランプ131の下方で、かつ、主反射体132の下面開口部を閉塞できる位置に配置し、さらにその下方のランプハウス開口部近くの両側に補助反射板133を配置した構成である。
As shown in FIG. 7, each
紫外線放電ランプ131は、例えば、紫外線透過性を有する石英製の気密性容器の内部にタングステン(W)製等の電極が配置された外管径27.5mm、肉厚1.5mm、発光長Lが1000mm、ランプ電圧1275V、ランプ電圧値13.5Aの紫外線ランプが利用可能である。気密性容器の内部には、アルゴン(Ar)ガス等の希ガス、水銀(Hg)、そして波長領域300〜400nmにおいて水銀のスペクトル以外に少なくとも1つ以上の発光を有する金属封入物が封入されたランプが好適なものとして用いることができる。例えば、気密性容器の内部に水銀と少量の希ガスを封入させた高圧水銀ランプ、気密性容器の内部に水銀とハロゲン化した金属を封入したメタルハライドランプ、さらには、気密性容器の内部に水銀と少量の希ガスと共に、ハロゲン化タリウムを封入したタリウムランプを用いることができる。
The
図7に示したように、シャッター装置135はルーバー体135Aを複数体、本実施の形態では2体をランプハウス130内の放電ランプ131の下方で、かつ、主反射体132の下面開口部を閉塞するように配置して構成している。
As shown in FIG. 7, the
図8に詳しく示したように、ルーバー体135Aは、365nm波長における正反射率90%の特性を有する高輝度アルミニウム材で菱形に形成した外殻135−1とその中心に挿通した回転心棒135−2により構成されていて、ランプ軸方向の両端においてランプハウス130の側面にて回転可能に支持される。このルーバー体135Aは、回転心棒135−2を回転させることで所定の傾き角度に保つことができる。図8には、実施例として、用いるロングアークの紫外線放電ランプ131のランプ長が1000mmであるときの寸法が示してあり、外殻135−1の長さが1000mm、長い方の対角線の長さ(高さ)110mm、短い方の対角線の長さ(幅)10mm、回転心棒135−2の径は8mmφ、長さは1200mmである。
As shown in detail in FIG. 8, the
図9、図10に示したように、各ルーバー体135Aは、回転心棒135−2を回転させることで独自に他のルーバー体135Aと異なる傾き角度の姿勢を保つことができ、被照射体(図示せず)の被照射面(水平面)の法線L1と当該ルーバー体135Aの菱形の外殻135−1の長い方の対角線L2とのなす角度θを各自調整することができる。図6、図10(a)はシャッター装置135の閉塞状態を示し、図10(b)はシャッター装置135の開状態を示している。
As shown in FIGS. 9 and 10, each
次に、上記構成の紫外線照射装置10による紫外線照射動作について、図11を用いて説明する。紫外線照射の停止時には、図11(a)に示すように、並設された4体の紫外線照射ユニット10Aそれぞれにおいて、紫外線放電ランプ131を放電点灯させた状態のまま、各シャッター装置135を閉じた状態にする。つまり、各シャッター装置135を構成する並置された2体のルーバー体135Aを長い方の対角線が水平になる状態に回転させて主反射体132の下面開口部を閉塞し、紫外線がこの下面開口部から下方へ放出しないようにする。
Next, the ultraviolet irradiation operation by the
紫外線照射を開始し、あるいは再開する時には、図11(b)に示すように、各シャッター装置135のルーバー体135Aを所定の傾き角度θまで回転させ、主反射体132の下面開口部を開放する。これにより、紫外線放電ランプ131から下側に放射される紫外線は直接に下方に向かい、また紫外線放電ランプ131から上側、側方に放射される紫外線は主反射体132により反射され、その反射紫外線が下方に向かう。これら紫外線はルーバー体135Aに達してその高輝度アルミニウムの外殻135−1に当たって反射散乱され、さらに下方に向かい、ランプハウス130から下方へ出て被照射体に照射される。
When the ultraviolet irradiation is started or restarted, as shown in FIG. 11B, the
このシャッター装置135の各ルーバー体135Aを通過する際に、紫外線は各ルーバー体135Aの傾き角度θに応じて反射方向が異なることになるので、各ルーバー体135Aの傾き角度θを変更しながら被照射体の被照射面上の照度分布を計測することでその均斉度が一様になるように調整する。
When passing through each
本実施の形態では、図8に示したように、外殻135−1の高さが110mm、幅が10mm、長さが1000mmのサイズのルーバー体135Aを採用している。この場合、図6、図11に示したように4体の紫外線照射ユニット10Aを並置して構成した紫外線照射装置について照度分布の均斉度を測定した。この照度分布の均斉度の測定結果を図12のグラフに示してある。このグラフから明らかなように、シャッター装置135の各ルーバー体135Aの開き角度θ=15°の時に照度分布の均斉度がいちばん良好になることが確認できた。そしてその時の均斉度は8%であった。これに対して、シャッター装置135を設置しない従来装置の場合、均斉度は16%であった。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, a
尚、本発明の紫外線照射装置では、ルーバー体135の構造は特に限定されず、軸心の周りに回転可能で、かつ、回転させることで主反射体132の下面開口部を閉塞できる形状で、かつ回転によって反射特性が変化する形状のものを採用することができ、例えば、楕円断面形状のものを採用することができる。
In the ultraviolet irradiation device of the present invention, the structure of the
(第3の実施の形態)図13〜図18を用いて、本発明の第3の実施の形態の紫外線照射装置20について説明する。図13、図14に示したように本実施の形態の紫外線照射装置20は、処理室21内の所定位置に置かれている被照射体に紫外線照射処理をするために処理室21の上に複数体の紫外線照射ユニット20Aを並べて設置した構成である。
(Third Embodiment) An
図15に示したように、各紫外線照射ユニット20Aは、下方が開口するランプハウス140の内部に複数本、本実施の形態では4本のエキシマ放電ランプ141を配置してある。このエキシマ放電ランプ141には、ランプハウス140内でエキシマ放電ランプ141の側方及び上方を覆い、当該放電ランプ141からの紫外線をほぼ平行光線にして下方に反射させるように半円形断面の反射面を持ち、172nmの紫外線に対する反射率50%の反射特性を持つSUS製の反射板兼外面電極142が設置してある。本実施の形態の特徴である補助反射板143が、ランプハウス140の下面開口部の両縁にランプ141の軸方向に平行に設置してある。144はランプハウス140の下面開口部に設けられた窓材である。
As shown in FIG. 15, each
エキシマ放電ランプ141は、172nmの単一波長の紫外線を放射する誘電体バリア放電を利用した誘電体バリア放電ランプであり、ランプ容器内にキセノンガスを封入し、上述した外面電極142をランプ容器の外面に設置したものである。
The
図16に示したように、補助反射板143は、172nmの紫外線に対して正反射率50%以上の特性を持つ高輝度アルミニウム材で菱形に形成した外殻143Aとその中心に挿通した回転心棒143Bにより構成されていて、ランプ軸方向の両端においてランプハウス140の側面にて回転可能に支持されている。補助反射板143は、回転心棒143Bを回転させることで所定の傾き角度に保つことができる。図16には、実施例として、用いるエキシマ放電ランプ141のランプ長が400mmであるときの寸法が示してあり、外殻143Aの長さが400mm、長い方の対角線の長さ(高さ)3mm、回転心棒143Bの径は1.5mmφ、長さは500mmである。
As shown in FIG. 16, the
図17に示したように、各補助反射板143は、回転心棒143Bを回転させることで任意の傾き角度の姿勢を保つことができ、被照射体(図示せず)の被照射面(水平面)の法線L1と当該補助反射板143の菱形の外殻143Aの長い方の対角線L2とのなす角度θを調整することができる。
As shown in FIG. 17, each
次に、上記構成の紫外線照射装置20による紫外線照射動作について説明する。誘電体バリア放電ランプはバッチ点灯点滅制御ができ、瞬時に点灯できるので、シャッターを必要とせず、必要な時に点灯させて被照射体に対して紫外線照射することができる。そこで、補助反射板143を適宜の傾き角度θにした状態で、紫外線照射を開始する。これにより、各エキシマ放電ランプ141から下側に放射される紫外線は下方に向かい、ランプハウス140の側部に広がった光も補助反射板143にて反射されて中央側に戻されてさらに下方に向かい、ランプハウス140から下方へ出て被照射体に照射される。
Next, the ultraviolet irradiation operation by the
この補助反射板143によって反射する際に、紫外線はその傾き角度θに応じて反射方向が異なるので、傾き角度θを変更しながら被照射体の被照射面上の照度分布を計測することでその均斉度が一様になるように傾き角度θを調整することができる。
When reflected by the
本実施の形態では、図13、図14に示したように、4体の紫外線照射ユニット20Aを並置して構成した紫外線照射装置について照度分布の均斉度を測定した。この照度分布の均斉度の測定結果を図18のグラフに示してある。このグラフから明らかなように、補助反射板143の傾き角度θ=15°の時に照度分布の均斉度がいちばん良好になることが確認できた。そしてその時の均斉度は8%であった。これに対して、補助反射板を設置しない構造の場合、均斉度は32%であった。
In this embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, the uniformity of the illuminance distribution was measured for an ultraviolet irradiation apparatus configured by juxtaposing four
尚、本発明の紫外線照射装置では、補助反射板143の構造は特に限定されず、軸心の周りに回転可能で、かつ、回転させることで反射特性が変化する形状のものを採用することができ、例えば、楕円断面形状のものを採用することができる。
In addition, in the ultraviolet irradiation device of the present invention, the structure of the
1 紫外線照射ユニット
2 紫外線照射装置
10 紫外線照射装置
10A 紫外線照射ユニット
11 処理室
20 紫外線照射装置
20A 紫外線照射ユニット
21 処理室
110 ランプハウス
111 紫外線放電ランプ
112 主反射体
113 下面開口部
114 メッシュ
115 ルーバー体
115A 外殻
115B 回転心棒
121 マグネトロン
122 導波管
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記放電ランプを収容し、当該放電ランプの放射する紫外線を下面開口から下方の被照射体に向けて出射させるランプハウスと、
前記放電ランプから出射される光の照度を調整する光学機構とを備えた紫外線照射ユニットであって、
前記光学機構は、軸周りの回転によって散乱特性が変化する反射面を有するルーバー体を複数体並置したルーバー装置で構成されていることを特徴とする紫外線照射ユニット。 A long tubular discharge lamp;
A lamp house that houses the discharge lamp and emits ultraviolet rays emitted from the discharge lamp toward a lower irradiated body from a lower surface opening;
An ultraviolet irradiation unit comprising an optical mechanism for adjusting the illuminance of light emitted from the discharge lamp,
The ultraviolet irradiation unit characterized in that the optical mechanism is composed of a louver device in which a plurality of louver bodies having reflecting surfaces whose scattering characteristics are changed by rotation around an axis are juxtaposed.
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