JP2010027357A - 紫外線照射用光源および光照射器 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷ジャケット内にランプを配置する紫外線照射用光源において、水冷ジャケット内の圧力が高くなったとしても、圧力を下げ、水冷ジャケットの破損を防ぐことができる紫外線照射用光源を提供すること。
【解決手段】紫外線照射用光源の水冷ジャケットの内管と外管を支持するジャケットホルダにリリーフ弁を取り付ける。また、紫外線照射用光源を支持する基台のリリーフ弁の下方に開口を形成し、この開口の下に漏水センサを取り付けた貯水容器を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部に冷却用流体が流過することにより放電ランプを冷却する冷却ジャケットを備えた紫外線照射用光源に関する。
また、冷却ジャケットを備えた紫外線照射用光源を使用する光照射器に関する。

紫外線を含む光を放射するランプを用いて、保護膜、接着剤、塗料、インキ、レジスト、樹脂、配向膜等の硬化、乾燥、溶融、軟化、改質等の処理を行うことが、各分野で広く行われている。これらの用途に使用される紫外線を放射するランプは、具体的には、高い光出力が得られる、高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどのロングアークタイプ（棒状）の放電ランプであり、棒状の発光管（以下「封体」ともいう）の内部には一対の電極が対向配置されると共に、水銀やそのほかの金属などが必要に応じて封入されている。

上記放電ランプは、処理時間の短縮のため、被処理物に対して高い出力で光を照射することが要求されており、ランプへの入力電力を上げるため、内管と外管とからなる円筒状の紫外線透過性を有する二重管型の冷却ジャケットの内部に放電ランプを収容した紫外線照射用光源として使用される（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

このような紫外線照射用光源は、冷却ジャケットを使用しないと、点灯時発光管の温度が１０００℃以上に達し過熱して失透する。しかしながら、冷却ジャケットを使用することで、冷却しないあるいは空冷のみで点灯するよりも、ランプの発光管の温度を低くすることができ、大きな電力を投入できるようになり、高い紫外線出力を実現することができる。

図３（ａ）は、従来の二重管型の水冷ジャケットを備えた紫外線照射用光源の概略構成を示す斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す紫外線照射用光源のＡ−Ａ断面図である。なお、以下の説明においては、冷却ジャケットが水冷式であるため、簡単に水冷ジャケットと称す。

これらの図に示すように、棒状のランプ１００に二重管型の水冷ジャケット１０１が取り付けられている。水冷ジャケット１０１は、円筒状の内管１０２と外管１０３とから構成され、冷却水入口１０８から内管１０２と外管１０３との間に冷却媒体、例えば冷却水が流れ、冷却水出口１０９から排出されるように構成されている。

上記したように、ランプ１００は、紫外線を効率良く放射する棒状の高圧水銀ランプやメタルハライドランプが用いられる。ランプは内部の両端に一対の放電電極１０５、１０６を備え、電極１０５、１０６両端に電力供給用のリード線１０７を介して電力が供給される。

ランプ１００は、内管１０２内に挿入され、ランプ１００と内管１０２との間には空気層１１０を設ける。ランプ点灯時、内管１０２と外管１０３との間には冷却水１０４が流れ、ランプ１００からの光は、この冷却水１０４を介して不図示の被処理物に照射される。

このような紫外線照射用光源において、水冷ジャケット１０１には、大きく２つの働きがある。
１つは、点灯中のランプ１００を冷却し適切な温度に保つことである。点灯時のランプ１００の発光管の温度は、発光管内の水銀や金属を蒸発させるため５００℃〜９００℃が適切と言われている。５００℃以下になると、ランプ１００に封入された水銀等の金属が蒸発しなくなり不点灯を生じる。また、９００℃以上になると、発光管を構成する石英が失透する。

ランプ１００の熱は、ランプ１００と内管１０２との間の空気層１０８を介して水冷ジャケット１０１に伝わり、水冷ジャケット１０１の内管１０２と外管１０３との間に流れる冷却水１０４により冷却される。

このように、水冷ジャケット１０１内を流れる冷却水１０４はランプ１００の過熱を防ぐが、空気層１１０を介して間接的に冷却されるため、発光管の温度を、ランプ内部の金属が蒸発しなくなるような低い温度（５００℃以下）にまで下げることはなく、ランプ１００の温度は５００℃〜９００℃の適切な温度に保たれる。

水冷ジャケット１０１のもう一つの働きは、ランプ１００から被処理物への熱の影響を小さくすることである。
まず、冷却水１０４は、上記した５００℃〜９００℃の発光管からの輻射熱を吸収する。また、ランプ１００から放射される光の中に含まれる、紫外線処理に不要な可視から赤外にかけての光の成分を吸収する。この働きにより、被処理物への加熱を小さく抑えることができる。

内管１０２と外管１０３の間隔、即ち、冷却水１０４の層の厚さは、厚いほど被処理物への加熱の影響を小さくすることができるが、厚過ぎると処理に必要な紫外線が透過する率も減るので、これらを考え合わせて適宜設定されている。

上記のように、水冷ジャケット１０１には、冷却水入口１０８と冷却水出口１０９が設けられ、そこに冷却水の供給配管と排水配管が接続されて、ランプの点灯中は常に冷却水が流れている。
しかし、配管の詰まりの発生など何らかの原因で、ランプ１００の点灯中に水冷ジャケット１０１中の冷却水１０４の流れが停止すると、ランプ１００からの熱により、水冷ジャケット１０１中の冷却水１０４の温度は上昇し、５分〜１０分ほどで沸騰する。
冷却水１０４が沸騰すると、水冷ジャケット１０１内の圧力が高くなり、その圧力が水冷ジャケット１０１の耐圧を超えると、水漏れや破損を引き起こすことがある。

そのため、このような水冷ジャケット付の紫外線照射用光源を使用する装置においては、通常、水冷ジャケットの水漏れや破損を防ぐための安全機構として、冷却水用の配管に、冷却水の流量低下や圧力上昇といった異常を検知する流量センサや圧力センサを取り付け、これらのセンサからの出力信号に基づき、装置を停止するインターロック機構を備える。

しかし、このようなインターロック機構は、電気信号や装置の制御のソフトウエアを介するものであるため、電気信号やソフトウエアを介することのない、二重の安全機構（ダブルセイフ）を設けることが望ましい。
また、冷却水の供給配管や排水配管に流量センサや圧力センサを設けたとしても、冷却水が流れなくなったときに温度が上昇し水漏れや破損などが生じやすいのは水冷ジャケットの部分であるので、水冷ジャケットの圧力や流量は間接的にしか検知できない。
特開昭６１−１５８４５３号公報 特開昭５６−１５５７６５号公報 実開昭６０−１１２７０号公報

本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであって、本発明の目的は、水冷ジャケット内にランプを配置する紫外線照射用光源において、ランプ点灯中に冷却水が流れなくなり、水冷ジャケット内の圧力が高くなったとしても、電気信号やソフトウエアを介することなく、水冷ジャケット内の冷却水の圧力を直接検知して圧力を下げ、水冷ジャケットの破損を防ぐことができる紫外線照射用光源を提供することである。

また、この紫外線照射用光源を使用する光照射器において、水冷ジャケットの破損を防ぐとともに、水冷ジャケットの内の圧力上昇を検知して動作を停止する光照射器を提供することである。

上記課題解決するため、本発明においては、紫外線照射用光源の水冷ジャケットの内管と外管を支持するジャケットホルダにリリーフ弁を取り付ける。ジャケットホルダに取り付けたリリーフ弁は、水冷ジャケット内の水圧があらかじめ設定された値以上になると開いて内部の圧力を開放する。これにより水冷ジャケット内の圧力が下がる。

また、この紫外線照射用光源を使用する光照射器において、紫外線照射用光源を支持する光出射口を形成した基台には、紫外線照射用光源のリリーフ弁の下方に開口を形成し、この開口の下に漏水センサを取り付けた貯水容器を設ける。
紫外線照射用光源のリリーフ弁が開くと、水冷ジャケット内の水が外に漏れるが、漏れた冷却水は、基台の開口から貯水容器内に進入し、漏水センサが漏水を検知し、光照射器の動作が停止する。

リリーフ弁は、水冷ジャケットのジャケットホルダに取り付けるので、水冷ジャケット内の圧力を直接検知して作動し、水冷ジャケットの破損を防ぐことができる。
また、リリーフ弁は、電気信号やソフトウエアを介することなく、例えば制御系に電気が供給されていなくても動作するので、二重の安全機構（ダブルセイフ）として、水冷ジャケット内の圧力が上がるのを防ぐことができる。

さらに、リリーフ弁の下方には漏水センサを取り付けた貯水容器を設けているので、リリーフ弁が開いて水冷ジャケット内の冷却水が漏れると、すぐさま漏水即ち水冷ジャケット内の冷却水の圧力の異常を検知し、光照射器の動作を止めることができる。

図１は、本発明の紫外線照射用光源の構成例を示す図である。なお、同図は、ランプの長手方向に沿った断面図であり、図３と同じものについては同じ符号を付している。
同図に示すように、棒状の紫外線ランプ１００は、二重管型の水冷ジャケット１０１内に配置される。水冷ジャケット１０１の内管１０２と外管１０３の両端はジャケットホルダ２００が挿入されている。

このジャケットホルダ２００により内管１０２と外管１０３の間隔が保持されるとともに、ジャケットホルダ２００の上下に取付けられたOリング２０１と２０２により、内部の冷却水が漏れないようシールされる。

ジャケットホルダ２００の上部には貫通孔２０３、２０４が形成され、それぞれに配管継ぎ手が挿入されて、冷却水入り口１０８と冷却水出口１０９が構成される。
また、ジャケットホルダ２００一方には、その下部に貫通孔（ドレイン口）２０５が形成され、ここにリリーフ弁２０６を接続する。
リリーフ弁は、主に液体（水や油等）の圧力上昇を防ぐために用いられ、液体の圧力が所定の値（あらかじめ設定された値）になると、その圧力の上昇に応じて自動的に開く機能をもつバルブである。

したがって、水冷ジャケット内に流れる冷却水の圧力が高くなると、弁が開いて冷却水が外部に押し出され、水冷ジャケット内の圧力が下がる。
紫外線ランプ１００は、水冷ジャケット１０１の内管１０２内に挿入され、ランプ１００の発光管外表面と内管１０２との間にわずかな隙間（例えば１ｍｍから０．５ｍｍ）ができるように、両側からランプホルダ２０６により支持される。

ランプホルダ２０６によるランプ１００の支持は、ランプホルダ２０６に形成された貫通孔２０７に、ランプ１００のベース１１０を挿入することにより行なわれる。ランプ１００の電力供給線（リード線）１０７はこの貫通孔２０７から外に出される。
ランプホルダ２０６はジャケットホルダ２００にねじ止めされ、水冷ジャケット１０１とランプ１００とが一体となった紫外線照射用光源を構成する。

また、ジャケットホルダ２００には脚２０８が取り付けられ、この脚２０８によりプレート２０９に固定される。プレート２０９には、紫外線照射用光源から放射される光を通過させる開口が形成されている。
プレート２０９に固定された紫外線照射用光源は、光照射器の基台３００載せられて位置決めされる。この基台３００にも、紫外線照射用光源から放射される光を通過する開口（光出射口）３０１が形成されている。

紫外線照射用光源の光出射口３０１に対して反対側には、紫外線照射用光源からの光を光出射口３０１側に反射するミラー３０２が設けられる。
また、基台３００の紫外線照射用光源のリリーフ弁２０６のすぐ下になる位置には、開口３０３が形成され、その開口３０３の下には漏水センサ３０５を取り付けた貯水容器（漏水パン）３０４が設けられる。
リリーフ弁２０６が開いて流れ出た冷却水は、開口３０３から貯水容器３０４の中に流れ込む。
なお、リリーフ弁２０６が開く圧力は、水冷ジャケット１０１の耐水圧力よりも低く、冷却水が流れているときの水圧よりも高く設定する。

図２は、図１で示した紫外線照射用光源を使った光照射器の概略構成を示す図である。
同図に示すように、光出射口３０１の光出射側には紫外線を通過するガラス（例えば石英）３０３が設けられ、このガラス４００を通過した光が、ワークステージ４０１に載置した被照射物（ワーク）Ｗに対して照射される。なお、紫外線照射用光源の、光出射口３０１とは反対側には、紫外線照射用光源からの光を光出射口側に反射するミラー３０２が設けられる。

ワークＷのワークステージ４０１への搬入と、光照射後のワークＷのワークステージ４０１からの搬出は、ワーク搬入搬出口４０２から、不図示のワーク搬送機構により行う。
紫外線照射用光源の水冷ジャケット１０１の冷却水入り口１０８と冷却水出口１０９には、冷却水循環装置４０３からの配管が接続され、冷却水が循環する。なお、冷却水出口１０９と冷却水循環装置４０３とを結ぶ配管には、流量計４０４が取り付けられ、水冷ジャケット１０１内に流れる冷却水の流量を常時測定する。

また、紫外線ランプ１００のリード線１０７には、ランプ点灯装置４０５からの配線が接続される。紫外線ランプ１００は、制御部４０６からの信号に基づき、点灯消灯が制御される。
漏水センサ３０５は、漏水検知器３０７に接続され、漏水検知器３０７は漏水を検知すると、その信号を制御部４０６に送る。

水冷ジャケット１０１内の圧力が高くなってリリーフ弁２０６が開くと、リリーフ弁２０６から水冷ジャケット１０１の中の水が流れ出し、この水は真下にある基台３００開口３０３を通って、漏水センサ３０５を取り付けた貯水容器３０４の中に溜まる。
貯水容器３０４の中に水が溜まると、漏水センサ３０５が動作し、漏水検知器４０７は漏水を検知する。漏水検知器４０７は、光照射器の制御部４０６に漏水信号を送る。制御部４０６はそれに基づき、漏水の警報４０８をブザーや警報灯などで表示する。

また、制御部４０６は、ランプ点灯装置４０５にランプの消灯信号を送り、ランプへの電力の供給を停止しランプを消灯する。また、冷却水循環装置４０３に冷却水の停止信号を送り、水冷ジャケット１０１への冷却水の供給を停止してもよい。

リリーフ弁２０６は、水冷ジャケット１０１の内の水圧が上昇したときに開いて圧力を抜き、水冷ジャケット１０１破損を防止する。しかし、それだけではなく、光照射器の制御部４０６は、弁が開いたこと即ち水冷ジャケットの１０１内の水圧が上昇していることを検知し、ランプの消灯など装置を停止しなければならない。
そこで、リリーフ弁２０６から出た水を利用し、これを漏水センサ３０５が漏水として検知し、制御部４０６にその信号を送る。

したがって、リリーフ弁２０６から出た水は、確実に貯水容器３０４に溜め、漏水センサ３０５が漏水を検知できるようにしなければならない。
そのために、リリーフ弁２０６は貯水容器３０４できるだけ接近させて設けることが望ましい。貯水容器３０４は紫外線照射用光源が載る基台３００の開口３０３の下側に取り付けるので、リリーフ弁２０６は、それに近い水冷ジャケット１０１のジャケットホルダ２００の重力方向下方に取り付ける。

本発明の紫外線照射用光源の構成例を示す図である。 図１で示した紫外線照射用光源を使った光照射器の概略構成を示すである。 従来の二重管型の水冷ジャケットを備えた紫外線照射用光源の概略構成を示す図である。

符号の説明

１００ 棒状の放電ランプ
１０１ 水冷ジャケット
１０４ 冷却水
２００ ジャケットホルダ
２０６ リリーフ弁
３００ ベースプレート
３０４ 貯水容器
３０５ 漏水センサ
４０３ 冷却水循環装置
４０５ ランプ点灯装置
４０６ 制御部
４０７ 漏水検知器

Claims (2)

1. 発光管の内部に一対の電極を有する紫外線放電ランプを、内管と外管との間に冷却水を流す水冷ジャケット内に配置した紫外線照射用光源において、
   上記水冷ジャケットの両端には、上記内管と外管の間隔を保持するジャケットホルダが取り付けられており、
   上記ジャケットホルダには、上記冷却水の圧力が高くなると該冷却水を上記水冷ジャケットから排出する弁が取付けられていることを特徴とする紫外線照射用光源。
2. 請求項１に記載の紫外線照射用光源を光出射口が形成された基台上に支持し、該基台に形成した光出射口より上記紫外線照射用光源からの光を出射する光照射器において、
   上記基台には、上記紫外線照射用光源の弁の下方に開口が形成され、該開口の下には、漏水センサを取り付けた貯水容器が設けられていることを特徴とする光照射器。

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