JP2011181266A

JP2011181266A - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP2011181266A
Application number: JP2010042926A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Fujita; 義貴藤田; Shohei Maeda; 祥平前田; Makoto Yashima; 誠八島; Shoko Kuratani; 晶子倉谷; Narifumi Tadokoro; 成文田所; Masahiro Fujita; 正弘藤田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】紫外線ランプ表面温度を規定温度範囲内に収める管理を可能としたことでランプの長寿命化を実現する。
【解決手段】ランプハウス１０内に、紫外線を放射される紫外線ランプ１３を主に構成するランプユニット部１１とランプユニット部１１から放射される紫外線が照射される照射部１２が構成される。さらに、紫外線ランプ１３と反射板１７１，１７２との間には耐熱性の紫外線透過ガラス板２７２，２７２を設置した。紫外線透過ガラス板２７１，２７２が紫外線ランプ１３に対して風量を増やす作用を生かしてランプ温度の管理を実現することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、紫外線を発光させ、印刷関連におけるインク乾燥、半導体関連の微細露光、液晶関連の接着剤硬化等の用途に用いられる紫外線照射装置に関する。

従来の紫外線照射装置は、紫外線を放射させるエキシマランプや超高圧水銀ランプ等からの紫外光を効果的に活用するために、紫外光反射機能を有する金属材若しくは表面に金属酸化物を形成しているガラス材等を紫外線反射機構が用いられている。（例えば、特許文献１）

特開２００６−３５４３６公報

上記した特許文献１の技術は、印刷や半導体製造工程等で使用される空冷用紫外線照射装置に使用する紫外線ランプは、その表面温度により性能を制御しているため、ランプ表面温度を規定温度の範囲内に管理する必要がある。特に、規定の上限温度を超えてランプを使用した場合、ランプ寿命が著しく短くなる、という問題があった。

この発明の目的は、紫外線ランプ表面温度を規定温度範囲内に収める管理を可能としてランプの長寿命化を実現した紫外線照射装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の紫外線照射装置は、紫外光を放射するランプから発生される熱を気体により冷却する冷却機構および前記ランプの周囲に配置して前記紫外光を一定方向に反射させる反射機構を備えた紫外線照射装置において、少なくとも前記ランプ中心位置から前記反射機構を結んだ直線上に紫外線透過ガラス板を配置したことを特徴とする。

この発明によれば、紫外線ランプ表面温度を規定温度範囲内に収める管理を可能としたことで、ランプの長寿命化を実現する。

この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態について説明するためのシステム全体の断面図である。図１の側断面図である。図２の要部を拡大して示して説明するための図である。反射板による集光の一例について説明するための説明図である。反射板による集光の他の例について説明するための説明図である。紫外線透過ガラス板のない場合について説明するための説明図である。垂直に配置された場合における紫外線透過ガラス板の一例について説明するための説明図である。傾斜して配置させた場合における紫外線透過ガラス板の他の例について説明するための説明図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図３は、この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態について説明するための、図１はシステム全体の断面図、図２は図１の側断面図、図３は図２要部を拡大して示した図である。

図１〜図３において、１０は、システム全体が収容される箱状のランプハウスであり、このランプハウス１０は、ランプを保持するランプユニット部１１と被照射物に紫外線を照射させるための照射部１２から構成される。

ランプユニット部１１は、高圧水銀ランプ等の紫外線を発光させる管径が２７．５ｍｍで、発光長が２０００ｍｍ程度の紫外線ランプ１３の両端の封止部に取着された例えばセラミック製の口金１３１，１３２を支持するためのフック１４１，１４２が天板１５あるいは天板１５に固定されたフレーム１６に取着される。

口金１３１，１３２内では、紫外線ランプ両端のそれぞれ電極が図示しない電力供給用の外部リード線の一端と電気的に接続され、リード線の他端は口金１３１，１３２が外側に取り出し、電源に接続される。

１７１，１７２は、紫外線ランプ１３から放射される紫外光を下方に反射させる反射板である。反射板１７１は天板１５に固定されたフレーム１６に取り付けられた取付部１８１，１８２に支持され、反射板１７２は天板１５に固定されたフレーム１６に取り付けられた取付部１９１，１９２に支持される。反射板１７１，１７２が取り付け部１８１，１８２と１９１，１９２にそれぞれ取り付けられることにより反射機構を構成する。

紫外線ランプ１３から放射された紫外光と反射板１７１，１７２で反射された紫外光は、ランプユニット部１１と照射部１２との間に形成される照射口２０を介して照射部１２に配置される被照射物に照射される。

照射口２０は、石英ガラス２１、赤外線カットフィルタ２２、紫外線カットフィルタ２３を積層した格好で塞がれており、照射部１２内に特定波長の紫外光のみが照射されるようにしてある。

２４は、ランプハウス１０の天板１５に開けた開口部に取り付けられ、ランプユニット部１１内の空気に放出させる排気口である。２５，２６は、紫外線ランプ１３の長手方向の両端と対向するランプハウス１０の側面に開けた開口部に取り付けられ、ランプユニット部１１外の空気を取り込む吸気口である。

吸気口２５，２６では、送風機等を用いてランプユニット部１１内に外気を取り込み、ランプユニット部１１内の温度を下げている。また、排気口２４は、送風機等を用いて温まった空気を外部に排気するようにしている。図示しないが、吸気口２５，２６はダクトを用いて送風機等の外気を取り込む手段と接続され、同様に排気口２４はダクトなどを用いて所定の位置まで排気を行うようにしている。排気口２４から外気を取り込み、吸気口２５，２６から排気する一連の気体である空気の流れは、紫外光を放射するランプが発生する熱を気体により冷却する冷却機能を果たしている。

２７１，２７２は、紫外線透過率が高く耐熱性の高い例えば石英ガラス製の紫外線透過ガラス板である。紫外線透過ガラス板２７１，２７２は、それぞれ反射板１７１，１７２と対向位置に配置される。紫外線透過ガラス板２７１，２７２の紫外線透過率は、３００〜３８０ｎｍ波長帯おける紫外線の発光効率観点から１００％に近いほどよいが、９０％以上であれば構わない。

図４、図５を参照し、紫外線ランプ１３から放射される紫外光と反射板１７１，１７２との関係について説明する。

図４は、紫外線ランプ１３から放射された紫外光を、反射板１７１，１７２をそれぞれ介して集光させ照射させている。すなわち、反射板１７１，１７２のそれぞれの反射面を、図中破線で示す楕円Ｅ上に設置し、紫外線ランプ１３の第１焦点Ｆ１に設置したことにより、第２焦点Ｆ２に紫外光を集光させることができる。

ここで、紫外線ランプ１３の中心をＯと楕円ＥとＸ軸との交点Ａ間の距離ＯＡ＝ａとし、Ｏと楕円ＥとＹ軸との交点Ｂ間の距離ＯＢ＝ｂとした場合の楕円式は、
（Ｘ^２／ａ^２）＋（Ｙ^２／ｂ^２）＝１
ＯＦ１＝ＯＦ２＝ｆ
とすると、
ｆ＝（ａ^２−ｂ^２）^０．５
となる。つまり、紫外線ランプ１３から放射される紫外光を一点に集約したい場合は、楕円形状の紫外線反射板１７１，１７２の焦点位置付近に、紫外線ランプ１３を配置する。

図５は、紫外線ランプ１３から放射された紫外線を、反射板１７１，１７２をそれぞれ介して集光させ照射させている。すなわち、反射板１７１，１７２のそれぞれの反射面を、図中破線で示す放物線Ｐ上に設置したことで、光軸に対し平行な反射光を得ることができる。

ここで、紫外線ランプ１３の中心をＦとし、放物線ＰとＸ，Ｙ軸の交点をＯとした場合のＰとＯとの距離ＯＦ＝１とすると、
ｆ＝Ｙ^２／４Ｘ
となる。つまり、紫外線ランプ１３からの紫外光を平行光で放出したい場合は、放物線形状の反射板１７１，１７２の焦点位置付近に、紫外線ランプ１３を配置する。

図４、図５で説明したように、紫外線ランプ１３から放射された紫外光と反射板１７１，１７２との位置関係は、あまり狭めることができない。このため、紫外線ランプ１３と反射板１７１，１７２で構成される空間は、広い容積となる。このため、図１に示す吸気口２５，２６と排気口２４を用いて冷却がされているが、発熱源である紫外線ランプ１３の温度を下げるには限界があった。

そこで、反射板１７１，１７２の反射面に対向する位置に設置された紫外線透過ガラス板２７１，２７２は、紫外光は通過させつつ、紫外線ランプ１３から放射される紫外光の照射とともに発生する熱を、吸気口２５，２６から各排気口２４までの空気の流れを加速させることができる。これにより、紫外線ランプ１３の温度を抑えることができる。

図６〜図８を参照し、紫外線透過ガラス板２７１，２７２についてさらに説明する。図６は紫外線透過ガラス板２７１，２７２のない例を、図７は紫外線透過ガラス板２７１，２７２が垂直に取り付けられた状態の一例を、図８は紫外線透過ガラス板２７１，２７２を上方ほど近づくように傾斜させた状態の他の例を示している。

まず、図６において、ここでは紫外線透過ガラス板がないことから、紫外線ランプ１３と反射板１７１，１７２との空間容積が大きく紫外線ランプ１３に対する風量は、図中実線の矢印で示すように広い空間を通過して行くことから、さほど強くはならない。使用用途により反射板の形状と紫外線ランプの設置位置は、図４、図５で説明したようにほぼ限定される。このため、使用用途にあった反射板の形状では、紫外線ランプ１３に対するランプの表面温度を規定温度範囲内に収めることが困難となる。

図７での紫外線透過ガラス板２７１，２７２は、ほぼ垂直の状態で、反射板１７１，１７２と紫外線ランプ１３との間に配置される。この場合、紫外線透過ガラス板２７１，２７２の上方に紫外線ランプ１３が配置され、空気の流れが図中実線の矢印で示すように紫外線ランプ１３の周囲の風量が増加されることから、紫外線ランプ１３に当たる風量も増加することになり、ランプの温度上昇を抑えることができる。

図８での紫外線透過ガラス板２７１，２７２は、上方ほど互いが近づくよう傾斜させた状態で、反射板１７１，１７２と紫外線ランプ１３との間に配置される。この場合、紫外線透過ガラス板２７１，２７２の間隔が狭くなった上方に紫外線ランプ１３が配置されていることから、空気の流れが下方から上方に風量を増加させる作用がある。この場合上方の空気の流れが、図中実線矢印で示されるように絞られることから、この部分の風量がより増加することになる。風量の流れがより増加された位置に配置された紫外線ランプ１３は、より温度上昇を抑えることができ、ランプの寿命をより長くさせることが可能となる。

この実施形態では、紫外線照射装置の使用用途により反射板の形状と紫外線ランプの設置位置がほぼ限定されるが、紫外線ランプと反射板との間に紫外線透過ガラス板を設置したことでランプ温度の管理が実現可能となった。これにより、紫外線ランプのランプ温度を規定値以内に抑えることでランプの長寿命化が実現可能となる。

この発明は、上記した実施形態に限定されるものではない、例えば、ランプユニット部と照射部との間に形成される照射口に配置された石英ガラス、赤外線カットフィルタ、紫外線カットフィルタは、紫外光を照射させる被照射物により、全てが必ずしも必要ではなく、目的に応じて石英ガラスのみ、石英ガラスと紫外線カットフィルタあるいは紫外線カットフィルタの何れであっても構わない。

また、紫外線ランプから放射される紫外光は、反射板により集光あるいは平行光とするだけでなく拡散させるものであっても構わない。要は、紫外線透過ガラス板を用いて紫外線ランプに当てられる風量を増加させることができればよい。

１０ランプハウス
１１ランプユニット部
１２照射部
１３紫外線ランプ
１７１，１７２反射板
２０照射口
２４排気口
２５，２６吸気口
２７１，２７２紫外線透過ガラス板

Claims

紫外光を放射するランプから発生される熱を気体により冷却する冷却機構および前記ランプの周囲に配置して前記紫外光を一定方向に反射させる反射機構を備えた紫外線照射装置において、
少なくとも前記ランプ中心位置から前記反射機構を結んだ直線上に紫外線透過ガラス材を配置したことを特徴とする紫外線照射装置。
前記紫外線透過ガラスは、３００〜３８０ｎｍの波長帯における透過率を９０％以上としたことを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
前記紫外線透過ガラスは、石英ガラスであることを特徴とする請求項１または２記載の紫外線照射装置。
前記紫外線透過ガラスは、垂直の状態で対向配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
前記紫外線透過ガラスは、下方から上方に行くに従い互いが接近する傾斜状態で配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
前記紫外線ランプは、前記紫外線透過ガラスの上方で挟む状態に配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の紫外線照射装置。