JP4400547B2 - エキシマランプ及びエキシマランプを搭載した紫外線照射装置 - Google Patents
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Description
近年、このようなUV/O3 洗浄法に使用する光源としては、従来から使用されていた波長185nmおよび254nmの紫外線を放射する低圧水銀ランプに代わり、例えばキセノンガスを発光物質とすることにより波長172nmの真空紫外光を放射し、洗浄能力において低圧水銀ランプを上回るエキシマランプが使用されている。
紫外線照射装置は、側面に設けられたガス導入口10bおよびガス排出口10cにより、内部に不活性ガスを循環させる金属製の筐体10を有する。筐体10の内部には、管軸が平行となるよう並列して配置された複数本のエキシマランプ1が配置されている。エキシマランプ1に沿って、エキシマランプから放射される紫外線を被処理物方向へ反射する樋状の反射鏡2が、各エキシマランプ1に対応して設けられている。反射鏡2が設けられた各エキシマランプ1は、内部を水冷パイプが循環するアルミニウム製の冷却ブロック3に固定されている。
各金属箔1eには、発光管1aの外方に突出する外部リード1gが接続され、外部リード1gには、高圧給電ケーブル12cが接続され、その端部に高圧給電端子12(図9参照)が設けられている。
図9に示すように、高圧給電端子12は、給電ケーブル12cが接続されたプラグ12aと、絶縁ホルダ12bとからなり、給電ケーブル12cが絶縁ホルダ12bに挿入され、給電ケーブル12cに接続されたプラグ12aの先端が絶縁ホルダ12bから外方に突出し、給電ケーブル12cと絶縁ホルダ12bとプラグ12aが一体化されている。
筐体10の外壁に取付けられた、樹脂製のコネクタ11にプラグ12aを差し込むことによって、内部電極1bと高周波点灯電源(図示せず)とが導通する。外部電極1cについては図示していないが、内部電極と同様にして高周波点灯電源と導通している。
以上から、個々のエキシマランプについて、積算点灯時間情報を持たせたいという要望がある。また、これに加えて個々のエキシマランプについてのランプの物性情報等を持たせれば、ランプを点灯制御をする上で有利である。
なお、ランプの物性情報とは、例えば、発光管の直下に10mm隔てた箇所における照度が投入電力100W(ワット)あたり1lm(ルーメン)である(照度特性情報ともいう)、或いは、投入電力を100W未満とすれば異常放電が形成されない(負荷特性情報)等といった情報である。
従って、図7に示す各エキシマランプに、ICタグを取付ければ、個々のエキシマランプについて積算点灯時間情報を持たせることが可能となり、個々のエキシマランプにおける使用寿命末期の到来を確実に予測することができると考えられる。
そして、このような発光管の外表面にICタグを取付けた場合、ICタグが過剰に高温状態になることにより、所望の情報記憶機能が損なわれてしまうと考えられる。
そこで、前記特許文献2に記載されているように、ランプを保持するランプブラケット表面にICタグを取付けることによって、ICタグが高温状態となることを防止することも考えられる。
しかし、このような構成では、前記図7、図8に示した紫外線照射装置にはそのまま適用できない。また、特許文献2に記載のものでは、ランプとICタグが一体になっていないので、ランプ交換時にICタグも一緒に交換する必要があり、ランプのみを交換をすると、ランプとICタグの記憶内容が対応しなくなるといった問題も生ずる。
一方、ICタグを設置した場合、ICタグとデータの送受信をするためのアンテナをICタグの近傍に設ける必要があるが、ICタグとアンテナの間に金属性の筐体が介在していると、データの送受信に支障がでる。したがって、ICタグとアンテナの間でデータの送受信が可能なように相互の取り付け位置を配慮する必要がある。
さらに、エキシマランプを放電させるには、高周波点灯電源により高圧給電端子を介して電極に高周波・高電圧を印加する必要がある。このため、エキシマランプの給電ケーブルの周囲に強電界が発生する。したがってICタグの設置位置によっては、ICタグに強い電界がかかり、ICタグに起電力が生じることによりICタグが破壊したり、ICタグがノイズにより誤動作するといった問題が生ずる。
本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、個々のエキシマランプに対応させて、様々な情報を記憶可能なICタグを設置可能とし、また、エキシマランプに給電する高周波高電圧によりICタグが悪影響を受けることがないようにするとともに、ICタグとアンテナとの間での通信に支障がないようにすることを目的とする。
しかし、エキシマランプを放電させるには、高周波点灯電源により高圧給電端子を介して電極に高電圧を印加する必要がある。そうすると、絶縁ホルダ内に挿入された給電ケーブルの周囲に強電界が発生することによってICタグに強い電界がかかり、ICタグに起電力が生じ、ICタグが破壊するという問題が生ずる。また、アンテナとICタグの間でデータの送受信が必ずしも良好に行なわれないといった問題もある。
上記問題を本発明においては、次のように解決する。
(1)紫外線を透過する誘電体材料から構成され、内部の空間に放電媒体が充填された発光管と、該発光管を構成する誘電体材料を介在して対向する一対の電極と、高圧給電ケーブルを介して上記電極に高電圧を供給する高圧給電端子とを有するエキシマランプにおいて、上記高圧給電端子に、給電用のコネクタに接続される上記高圧給電ケーブルが挿入される絶縁ホルダを設け、該絶縁ホルダに内部空洞を設け、該空洞内に、ICタグを前記高圧給電ケーブルとの間に空隙を介して配置する。
(2)上記(1)において、高電圧給電ケーブルと前記ICタグとの間に、高周波電流吸収体を設け、該高周波電波吸収体のICタグ側の表面にシールド材を設ける。
(3)上記(2)において、高周波電流吸収体の複素透磁率(μ=μ’−jμ”)を、その虚数部(μ”)が1.0以上とする。
(4)上記(2)または(3)において、高周波電波吸収体のICタグ側に、シールド材に加えて、実数部が高く虚数部が低い複素透磁率を有する磁性シートが設ける。
(5)上記(2)(3)または(4)において、絶縁ホルダを、比誘電率が4.0以下の絶縁体で構成する。
(6)上記(1)(2)(3)または(4)において、絶縁ホルダを、金属酸化物もしくは石英ガラスから構成する。
(7)エキシマランプを内蔵し、該エキシマランプからの光を外部に放射する光照射窓を有する金属製の筐体と、上記筐体の一部に設けられ、上記エキシマランプの給電端子に高電圧を供給するための電波を伝播可能な部材で形成されたコネクタとを備えた紫外線照射装置において、上記エキシマランプの上記高圧給電端子に、給電用のコネクタに接続される上記高圧給電ケーブルが挿入される絶縁ホルダを設け、該絶縁ホルダに内部空洞を設け、該空洞内に、ICタグを前記高圧給電ケーブルとの間に少なくとも空隙を介して配置する。また、上記コネクタに、上記ICタグとの間で情報を送受信するためのアンテナを設ける。
(1)発光管外表面に比して遥かに低温である高圧給電端子に、給電用のコネクタに接続される高圧給電ケーブルが挿入される絶縁ホルダを設け、該絶縁ホルダに内部空洞を設け、該空洞内に、上記高圧給電端子に接続されたエキシマランプに関する情報を記憶するためのICタグを設けたので、ICタグが高温状態になることはなく、ICタグの動作に不具合が生ずることがない。
また、エキシマランプの高圧給電ケーブルに取り付けられた絶縁ホルダにICタグを収納したので、エキシマランプを交換する際、高圧給電ケーブルとともにICタグも交換され、ランプとICタグの記憶内容が対応しなくなるといった問題は生じない。
さらに、ICタグを、前記高圧給電ケーブルとの間に空隙を介して配置することにより、ICタグ周囲の電界が弱まり、ICタグが破壊したり誤動作するといった問題を避けることができる。また、給電ケーブルの周囲に発生した熱からICタグを保護することもできる。
(2)高電圧給電ケーブルと前記ICタグとの間に、高周波電流吸収体を設け、該高周波電波吸収体のICタグ側の表面にシールド材を設けることにより、高電圧給電ケーブルの周囲に生ずる高周波電流を吸収し、これにより生ずるノイズ等からICタグを保護することができる。
また、高周波電流吸収体の複素透磁率(μ=μ’−jμ”)の虚数部(μ”)を1.0以上とすることにより、高圧給電ケーブルから発生する600MHz程度のノイズに対して、良好な高周波電流吸収特性を得ることができる。。
(3)高周波電波吸収体のICタグ側に、シールド材に加えて、実数部が高く虚数部が低い複素透磁率を有する磁性シートを設けることにより、ICタグとの通信を良好に行なうことが可能となる。
(4)絶縁ホルダを、比誘電率が4.0以下の絶縁体で構成することにより、高圧給電ケーブルの接続部と筐体との間の絶縁を充分に確保することができる。
また、絶縁ホルダを、金属酸化物もしくは石英ガラスから構成することにより、ICタグと高圧給電ケーブルとの間の断熱効果を向上させることができる。
(5)エキシマランプを内蔵し、該エキシマランプからの光を外部に放射する光照射窓を有する金属製の筐体と、上記筐体の一部に設けられ、上記エキシマランプの給電端子に高電圧を供給するためのコネクタとを備えた紫外線照射装置において、上記エキシマランプの給電端子に、エキシマランプに関する情報を記憶するICタグを取り付け、上記コネクタに、上記ICタグとの間で情報を送受信するためのアンテナを設けたので、筐体を金属で構成しても、樹脂などの電波を伝播可能な部材で形成されたコネクタ部分を介してICタグとアンテナ間で通信を行なうことが可能となる。
紫外線照射装置は、前記したように、内部に不活性ガスを循環させる金属製の筐体10を有する。筐体10の内部には、管軸が平行となるよう並列して配置された複数本のエキシマランプ1が配置されている。エキシマランプ1に沿って、エキシマランプから放射される紫外線を被処理物方向へ反射する樋状の反射鏡2が、各エキシマランプ1に対応して設けられている。反射鏡2が設けられた各エキシマランプ1は、内部を水冷パイプが循環するアルミニウム製の冷却ブロック3に固定されている。
各金属箔1eには、発光管1aの外方に突出する外部リード1gが接続され、外部リード1gには、高圧給電ケーブル12cが接続され、その端部に高圧給電端子12が設けられている。
筐体10には樹脂製のコネクタ11が取り付けられ、該コネクタ11内にアンテナ14が設けられている。また、高圧給電ケーブル12cの端部に高圧給電端子12が取り付けられ、後述するように高圧給電端子12の絶縁ホルダ内にICタグが設けられている。
上記コネクタ11に高圧給電端子12のプラグを差し込むことによって、内部電極1bと高周波点灯電源とが導通する。外部電極1cについては図示していないが、同様に高周波点灯電源と導通する。
図2に示すように、本実施例の高圧給電端子12は、高圧給電ケーブル12cと、絶縁ホルダ12bと、記憶手段であるICタグ13と、ICタグ13を固定する弾性シート12dと、シールド材12fが取り付けられた高周波電流吸収体12eを備えている。
高圧給電ケーブル12cは、一端にプラグ12aが設けられ、他端が図1に示すエキシマランプの一方の外部リード1gに接続されている。このような高圧給電ケーブル12cは、プラグ12aが設けられた一端側を、プラグ12aの先端が絶縁ホルダ12bから突出するように絶縁ホルダ12bに挿入することによって、絶縁ホルダ12bと一体化される。絶縁ホルダ12bには、接続子12gが取り付けられており、図3に示すように高圧給電ケーブル12cは、上記接続子12gを介して、コネクタ11の接続子11aと接続される。
高周波電流吸収体12eは、高圧給電ケーブル12cのプラグ12aを挿通させる開口を有する高圧給電ケーブル固定部12e−3と、高圧給電ケーブルとICタグとの間に配置され、エキシマ放電によって高圧給電ケーブルの周囲に発生する高周波電流を吸収する高周波電流吸収部12e−2と、ICタグの一端に当接する弾性シート12dが押し当てられるICタグ固定部12e−1とを備えており、高周波電流吸収部12e−2のICタグ13側の表面には、例えばアルミニウム、ニッケル等からなるシールド材12fが設けられている。
空隙は、高圧給電ケーブル12cと高周波電流吸収体12eとの間、或いは、ICタグ13と高周波電流吸収体12eとの間の一方にのみ存在していても良い。
フェライトの一種であるスピネル型フェライトは、化学式MeO・Fe2 O3 (Me:Ni,Mn,Zn,Cu,Mg)で表され、スピネル結晶構造を持つ。また、高周波電流吸収体は、SiOC膜および有機ポリマ膜等の低誘電率材料から構成しても良い。
本発明のエキシマランプの場合、高圧給電ケーブルから発生するノイズが600MHZ程度であることから、複素透磁率の虚数部を1.0以上とすることにより良好な高周波電流吸収特性を得ることができる。このような観点から、シリコーンとカルボニル鉄からなる高周波電流吸収体を使用することが特に好ましい。
高圧給電端子12を上記構成とすることにより、エキシマ放電の際に高圧給電ケーブルから高周波電流が生じた場合であっても、高圧給電ケーブルとICタグとの間に介在している複素透磁率の高い高周波電流吸収体によって、上記のように高周波電流(ノイズ)が吸収され、ICタグにノイズが到達するおそれがない。
つまり、このような高周波電流吸収体12eが介在しない場合には、エキシマ放電時に発生したノイズの影響を受けてICタグ13が誤動作する、という不具合が生じるおそれがあるが、上記構成とすることにより、ICタグ13がノイズから保護されるので、このような不具合の発生を確実に防止することができる、という効果がある。
しかも、高圧給電ケーブル12cとICタグ13との間に、高周波電流吸収体12eと空隙の両者が介在しているため、前述したICタグ13にかかる電界の強度を低減させる効果がより顕著なものとなる。また、高周波電流吸収体12eを、高圧給電ケーブル12cとICタグ13との間に配置したことにより、両者間の熱抵抗がさらに高くなるため、断熱効果についても顕著となる。
コネクタ11には、ICタグ13とデータを送受信するためのアンテナ14が差し込まれており、該アンテナは図示しない送受信機(リーダ/ライタ)と接続される。
コネクタ11の取り付け部分は、金属製の筐体10が切り欠かれているので、樹脂等の電波の伝播に支障のない部材で形成されたコネクタを用い、該コネクタにアンテナ14を取り付ければ、ICタグ13とアンテナ14間には金属性の筐体は介在しないので、ICタグ13とアンテナ14ではデータの送受信を支障なく行なうことが可能となる。
前記したようにコネクタ11にはアンテナ14が設けられており、アンテナ14は、ICタグにデータを書き込んだり、データを読み出すためのリーダ/ライタ23に接続されている。
CPU21は、上記リーダ/ライタ23を制御して、ICタグにデータを書き込んだり、ICタグからデータを読みだすとともに、上記高周波点灯電源20を制御して、ランプ1の点灯を制御する。なお、図4では、エキシマランプを1灯のみ示しているが、前記したようにエキシマランプ1は複数本設けられており、それに対応させて給電端子12、ICタグ13、アンテナ14がそれぞれ設けられ、CPU21はこれら複数のランプを点灯を制御する。
エキシマランプ1の点灯開始前に、ICタグ13に記憶されている前回の使用時までの積算点灯時間情報をアンテナ14を介してリーダ/ライタ23により読み出し、CPU21に接続されているメモリ22にこの情報を記憶させる。
ICタグ13には個々のエキシマランプ1に固有である使用寿命時間情報も記憶されている。CPU21は、ICタグ13から読み出された積算点灯時間が使用寿命時間を下回るか否かを調べ、積算点灯時間が使用寿命時間を下回る場合、CPU21から高周波点灯電源20に対して点灯信号が送信される。これにより、高周波点灯電源20は、エキシマランプ1に高圧高周波電圧を供給し、エキシマランプ1が点灯する。
そして、積算点灯時間が使用寿命時間に到達すると、CPU21は、高周波点灯電源20に対して点灯停止信号を送信し、エキシマランプ1を消灯する。
また、積算点灯時間が使用寿命時間に到達する前に、エキシマランプを消灯させた場合には、エキシマランプの消灯後に、メモリ22に記憶された積算点灯時間に最新の点灯時間が加算され、リーダ/ライタ23により、最新の積算点灯時間がアンテナを介してICタグ13に記憶させる。
以上の制御をすることにより、個々のエキシマランプについて、エキシマランプ積算点灯時間情報を効率的に管理することが可能となる。
高圧給電端子12は、高圧給電ケーブル12cと、絶縁ホルダ12bと、記憶手段であるICタグ13と、ICタグを固定する弾性シート12dとを備えている。
高圧給電ケーブル12cの一端にプラグ12aが設けられ、高圧給電ケーブル12cの他端は、図1に示したエキシマランプの一方の外部リード1gに接続されている。高圧給電ケーブル12cは、前記したようにプラグ12aが設けられた一端側を、プラグ12aの先端が絶縁部材12bから突出するように絶縁ホルダ12bの内部空洞に挿入することによって、絶縁ホルダ12bと一体化される。
前記第1の実施例では、高周波電流吸収体12eを用いたが、本実施例においては、ICタグ13は高圧給電ケーブル12cとの間に空隙(大気)を介在して配置されている。 このような構成であっても、誘電率の低い大気が高圧給電ケーブルとICタグとの間に介在して、電位勾配が緩やかになることによって、ICタグ自体にかかる電界の強度を低下させることができる。
このような空隙の大きさは、図1に示すエキシマランプの電極へ供給する高周波電圧の電圧が2kV〜20kVであり、周波数が40kHZ〜100kHの場合において、高圧給電ケーブル12c表面上の任意の点とICタグ13表面上の任意の点とを結ぶ最短距離が1.5mm以上であって、ICタグにかかる最大電界強度が25V/mm以下であることが好ましい。
なお、前記図2に示したように、空隙及び高周波電流吸収体が介在する場合は上記最短距離が3.2mm以上であって、その内、空隙が1.3mm以上であることが望ましい。
本実施例は、前記図2に示した高圧給電端子において、高周波電流吸収部12e−2のICタグ13側の表面にシールド材12fに加えて、磁性シート15を設けたものである。磁性シート15は、金属製筐体面近傍でICタグとの間で無線通信する際の通信状態を改善するための薄型の磁性シートである。
この磁性シートは、実数部が高く虚数部が低い複素透磁率を有する磁性体を有する。
ICタグの近傍に金属が存在すると、通信時にこの金属に渦電流が発生し、通信に必要な磁界をキャンセルするが、上記のように実数部が高く虚数部が低い複素透磁率を有する磁性体を設けることで、通信特性が改善される。
すなわち、磁性シートの複素透磁率の実数部が高いので磁束がシートに集中し、また、虚数部が低いので、磁束が磁気損失することなく流れる。このため、ICタグが金属製筐体面近傍に設置されていても、良好な通信が可能となる。
1a 発光管
1b 内部電極
1c 外部電極
2 反射鏡
3 冷却ブロック
10 筐体
11 コネクタ
12 高圧給電端子
12aプラグ
12b絶縁ホルダ
13 ICタグ
14 アンテナ
Claims (7)
- 紫外線を透過する誘電体材料から構成され、内部の空間に放電媒体が充填された発光管と、該発光管を構成する誘電体材料を介在して対向する一対の電極と、高圧給電ケーブルを介して上記電極に高電圧を供給する高圧給電端子とを有するエキシマランプにおいて、
上記高圧給電端子は、給電用のコネクタに接続される上記高圧給電ケーブルが挿入される絶縁ホルダを有し、
該絶縁ホルダには内部空洞が設けられ、該空洞内に、ICタグが前記高圧給電ケーブルとの間に空隙を介して配置されている
ことを特徴とするエキシマランプ。 - 前記高電圧給電ケーブルと前記ICタグとの間に、高周波電流吸収体が設けられ、該高周波電波吸収体のICタグ側の表面にシールド材が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載のエキシマランプ。 - 前記高周波電流吸収体の複素透磁率(μ=μ’−jμ”)は、その虚数部(μ”)が1.0以上である
ことを特徴とする請求項2に記載のエキシマランプ。 - 高周波電波吸収体のICタグ側に、シールド材に加えて、実数部が高く虚数部が低い複素透磁率を有する磁性シートが設けられている
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のエキシマランプ。 - 前記絶縁ホルダは、比誘電率が4.0以下の絶縁体で構成されている
ことを特徴とする請求項1,2または請求項3記載のエキシマランプ。 - 前記絶縁ホルダは、金属酸化物もしくは石英ガラスからなる
ことを特徴とする請求項1,2,3または請求項4に記載のエキシマランプ。 - 紫外線を透過する誘電体材料から構成され、内部の空間に放電媒体が充填された発光管と、該発光管を構成する誘電体材料を介在して対向する一対の電極と、高圧給電ケーブルを介して上記電極に高電圧を供給する高圧給電端子とを有するエキシマランプを内蔵し、該エキシマランプからの光を外部に放射する光照射窓を有する金属製の筐体と、
上記筐体の一部に設けられ、上記エキシマランプの高圧給電端子に高電圧を供給するための電波を伝播可能な部材で形成されたコネクタとを備えた紫外線照射装置であって、
上記エキシマランプの上記高圧給電端子は、給電用のコネクタに接続される上記高圧給電ケーブルが挿入される絶縁ホルダを有し、
該絶縁ホルダには内部空洞が設けられ、該空洞内に、ICタグが前記高圧給電ケーブルとの間に少なくとも空隙を介して配置され、
上記コネクタに、上記ICタグとの間で情報を送受信するためのアンテナが設けられている
ことを特徴とする紫外線照射装置。
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