(57)【要約】【課題】封入物に水銀を含むランプを収納する光照射装置において、ランプが破損した場合にランプに封入されている水銀の飛散を防ぎ、水銀を回収できるようにすること。【解決手段】水銀を含むランプ１からの光は集光鏡２により集光され、インテグレータ５、コリメータミラー６等を介して光照射装置１０から出射する。光照射装置１０には冷却風を供給する冷却風の取り入れ口７ａと排気口７ｂが設けられ、排気口７ｂと排気ブロア（排気ファン）８の間にサイクロン捕集器１３が設けられる。ランプ点灯時には排気ブロア８が動作し、冷却風取り入れ口７ａから取り込まれた冷却風は、集光鏡２やランプ１を冷却し、排気口７ｂから排気される。点灯中にランプが破損すると、液体粒子になった水銀やランプの細かいガラス片などは、ランプ１を冷却していた冷却風とともサイクロン捕集器１３内に入り、ランプの破片や水銀粒子は、冷却風から分離され捕集される。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
封入物に水銀を含むランプを収納し、該ランプの冷却風を取り込む冷却風取り込み口と、上記ランプを冷却した冷却風を排気する冷却風排気口とを備えた光照射装置において、  上記冷却風排気口にはサイクロン捕集器が取り付けられている
ことを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
上記排気口とサイクロン式捕集器は、冷却媒体により冷却されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
上記サイクロン捕集器の排気側の配管が、上記冷却風取り込み口に接続されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置等の光照射部に使用される光照射装置に関し、特に、封入物に水銀を含むランプからの光を出射する光照射装置において、ランプが破損した場合、水銀を回収する手段を備えた光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７に、露光装置の光照射部に使われる光照射装置の構造の一例を示す。同図は光照射装置の断面図を示している。
１は光源ランプ（以下ランプ）であり、高輝度で高出力が得られやすい超高圧水銀ランプがよく使用される。ランプ１からの光は、集光鏡２により集光され、折り返しミラー３により折り返され、シャッタ４を介してインテグレータレンズ５（以下インテグレータ５という）に入射する。
インテグレータ５はフライアイレンズと呼ばれ、光照射面での照度分布を均一にするはたらきをする。
インテグレータ５から出射した光はコリメータミラー６により平行光にされ、光照射装置１０から出射する。光照射装置１０から出射した光は、パターンを形成したマスクＭ等を介して、プリント基板や液晶基板等のワーク（不図示）に照射される。
また、光照射装置１０には、ランプ１や集光鏡２等に冷却風を供給する冷却風の取り入れ口７ａと排気口７ｂが設けられる。冷却風取り入れ口７ａは集光鏡２の背後に設けられる。排気口７ｂには排気ブロア（排気ファン）８が取り付けられる。
【０００３】
ランプ１は、ランプ点灯電源２２から供給される電力により点灯する。ランプ点灯時には排気ブロア８が動作する。冷却風は、冷却風取り入れ口７ａから取り込まれ、集光鏡２やランプ１を冷却し、排気口７ｂから排気される。
なお、図７においては、光照射装置１０は、インテグレータ５のところで、ランプ１が配置される側（光源部１１）の空間と、コリメータミラー６が配置される側の空間とが隔壁９により区切られている。そのため、冷却風取り入れ口７ａから光源部１１に取り入れられた冷却風は、集光鏡２やランプ１を冷却した後、コリメータミラー６が配置される側に流れ込むことなく、排気口７ｂに取り込まれる。
冷却風の風量を最適に調整するためインバータ２３が設けられ、排気ブロア８はインバータ２３により駆動される。インバータ２３は制御部２１からの制御信号により排気ブロアの回転数を制御する。
排気ブロア８の排気側は、露光装置が設置される工場の集合排気ダクト１２に接続され、排気された冷却風は集合排気ダクト１２に排気される。
【０００４】
近年、特に液晶等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用露光装置においては、パネルの大面積化により露光装置も大型化し、広い露光領域を高い照度で露光するために、使用するランプも、例えば１０ｋＷ以上といったように大型化している。
ランプは、めったなことで破損するものではないが、万が一の場合も考え、仮に破損したとしても、ランプに封入されていた水銀が、光照射装置の外に飛散するのを防ぐとともに、速やかにまた確実に回収する機構を設けておく必要がある。
このような、水銀の飛散防止や回収機構の例として、特許文献１と特許文献２に記載されているものがある。
特許文献１に記載の露光装置は、ランプに独立した排気系を設け、この排気系に水銀を回収するフィルタを備えている。
【特許文献１】特開平６−６９０９５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３３６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水銀の飛散防止や回収機構としては、特許文献１、特許文献２に記載のものが知られているが、上記特許文献１，２に記載のものは、以下のような問題点を有する。
特許文献１に記載されるように、フィルタを使用すると、排気系の排気抵抗が高くなり、即ち圧損が大きくなり冷却効率が低下するため、大型の排気ブロアが必要となり光照射装置が大型化する。しかし、圧損を小さくするために、フィルタの目を荒くしたのでは、水銀の確実な捕集が困難になる。また、フィルタは冷却風を流し続けていると、水銀が存在しなくても、窒素酸化物などの空気中の物質を吸着し続けるので、ランプの破損がなくても定期的に交換が必要であり、そのためコストも高くなる。
【０００６】
特許文献２に記載の投光装置は、冷却風路に水銀の飛散を防ぐシャッタを備えている。しかし、上記した１０ｋＷ以上のランプを内蔵する光照射装置は大型であり、大型の光照射装置の冷却風路をシャッタで閉じることは、大型シャッタが必要で、このシャッタを駆動する駆動機構も大変になり、装置全体が大型化する。また、シャッタにより水銀の装置外への飛散を防止できたとしても、大型の光照射装置内に散った水銀の速やかで確実な回収は難しい。
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、封入物に水銀を含むランプを収納する光照射装置において、光照射装置を大型化・高コスト化させることなく、ランプが破損した場合に、ランプに封入されている水銀の光照射装置外への飛散を防ぎつつ、水銀を速やかにまた確実に回収できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を本発明においては、次のように解決する。
（１）封入物に水銀を含むランプを収納し、該ランプの冷却風を取り込む冷却風取り込み口と、上記ランプを冷却した冷却風を排気する冷却風排気口とを備えた光照射装置において、上記排気口に、遠心力により粉体分離を行うサイクロン捕集器を取り付ける。
ランプが破損すると、水銀粒子や破損したランプのガラス破片等が、排気される冷却風とともにサイクロン捕集器に流入する。流入した排気冷却風は捕集器の内部で旋回し、重量の重い水銀粒子やガラス破片は、そのときに働く遠心力により落下して下部に設けた捕集部（カップ）溜まる。水銀粒子やガラス片等が取り除かれた排気冷却風はそのまま上部の排気口から排出される。
（２）上記（１）において、排気口とサイクロン式捕集器を、冷却水などの冷却媒体により冷却するようにしてもよい。
（３）上記（１）（２）において、サイクロン捕集器の排気側の配管を上記冷却風取り込み口に接続し、再度冷却風として使用するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）排気口に、遠心力により粉体分離を行うサイクロン捕集器を設けたので、仮にランプが破損したとしても、冷却風を流し続けることにより、サイクロン捕集器により、水銀が光照射装置外に飛散することを防止しつつ、速やかにかつ確実に回収することができる。
（２）サイクロン捕集器は、フィルタを使用しないので定期的な交換は不要であり、低コストである。また、サイクロン捕集器は、圧損が小さいので排気ブロアを大型化する必要がない。また、水銀の回収にランプの冷却風を利用するので、排気路に挿入するだけで特別な駆動機構は不要であり、光照射装置が極端に大型化することはない。
さらに、捕集された水銀等はサイクロン捕集器の捕集カップに溜まるため、回収や清掃が容易である。
（３）排気口やサイクロン捕集器を冷却することにより、蒸発している水銀を確実に水銀粒子に変え、サイクロン捕集器により捕集することができる。
（４）サイクロン捕集器の排気側の配管を、ラジエータなどの冷却装置を介して光照射装置の冷却風取り込み口に接続することにより、冷却風を循環させ、水銀が光照射装置外に飛散することを確実に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（ｌ）第１の実施例
図１に、本発明の光照射装置の第１の実施例を示す。
従来例として示した図７の構成とは、排気ブロアの排気入り口側に粉体分離機（サイクロン捕集器１３）を取り付けた点のみ異なり、その他の構成は同様である。
図１において、前記したように、ランプ１からの光は、集光鏡２により集光され、折り返しミラー３、シャッタ４を介してインテグレータ５に入射する。インテグレータ５から出射した光はコリメータミラー６により平行光にされ、光照射装置１０から出射する。
光照射装置１０には、ランプ１や集光鏡２等に冷却風を供給する冷却風の取り入れ口７ａと排気口７ｂが設けられ、排気口７ｂと排気ブロア（排気ファン）８の間にサイクロン捕集器１３が設けられる。なお、サイクロン捕集器１３と光照射装置１０とは、ダクトや接続管で接続される。
ランプ１は、ランプ点灯電源２２から供給される電力により点灯する。ランプ点灯時には排気ブロア８が動作し、冷却風は、冷却風取り入れ口７ａから取り込まれ、集光鏡２やランプ１を冷却し、排気口７ｂから排気される。
【００１０】
図２にサイクロン捕集器１３の構成例を示す。サイクロン捕集器１３は、上部にエアーの導入口１３ａと排出口１３ｂがあり、下部に捕集部（捕集カップ）１３ｄを備え、上部と下部は円筒状の下降管１３ｃにより接続されている。なお、同図においては、下降管１３ｃは上部から下部に向かうにしたがって、径Ｄは徐々に小さくなっている。
エアーの導入口１３ａは下降管１３ｃの中心に対して偏心した位置に設けられており、そのため、導入したエアーには回転力が与えられて旋回し、下降管１３ｃ内を螺旋状に降下する。その時に、エアーの中に粉体があれば遠心力によって分離され、分離された粉体は下部に設けた捕集部１３ｄへ落下する。粉体を取り除かれたエアーは、上部の排出口から排気される。
【００１１】
なお、サイクロン捕集器での粒子の分離（捕集）効率ηは下記の式で表せる。
η＝（ρp −ρf ）・ｄp 2 ・ｕi ／（μ・Ｄ）  …（１）
ここで、ρp ：粒子密度
ρf ：流体密度
ｄp ：粒子径
ｕi ：サイクロン入り口流体速度
μ：流体粘度
Ｄ：サイクロン直径（下降管の直径）
捕集効率ηは、分離する粉体（粒子）の密度ρp が大きいほど良くなる。したがって水銀のように比重の大きい（重い）粒子は空気と分離しやすく、より小さな粒子まで効率よく捕集することができる。
また、同様に、サイクロン直径（下降管の直径）Ｄが小さいほど捕集効率ηが良くなるので、本実施例においては、下降管の径Ｄを上部から下部に向かうにしたがって徐々に小さくしている。
【００１２】
通常、ランプを収納する光照射装置（ランプハウジング、エンクロージャーとも言う）の容量は、ランプの内容積に比べてはるかに大きい（１００倍以上）。また、集光鏡やランプを冷却する冷却風の温度はほぼ室温であり、ランプ点灯時のランプの発光管部の温度は約６００℃〜８００℃である。ランプの点灯中は封入されている水銀は、この発光管の温度での蒸気圧により数十気圧の高圧状態になっている。
したがって、点灯中にランプが破損すると、水銀の圧力は大気圧近くに急激に低下し、また水銀蒸気温度も、光照射装置内の冷却風と混合されるために室温付近まで急激に低下する。そのため水銀は微小な液体粒子の状態になる。
液体粒子になった水銀やランプの細かいガラス片などは、ランプ１を冷却していた冷却風とともに排気口７ｂに運ばれ、サイクロン捕集器１３内に入る。サイクロン捕集器１３内では、上記したように、ランプの破片や水銀粒子は、冷却風から分離され、捕集部１３ｄに捕集される。ランプの破片や水銀粒子が取り除かれた冷却風は、上部の排出口１３ｂから排気される。
【００１３】
なお、背景技術で示した図７の構成の光照射装置と同様に、本発明の光照射装置も、インテグレータ５のところで、ランプ１が配置される側（光源部１１）の空間と、コリメータミラー６が配置される側の空間とが隔壁９により区切られている。そのため、ランプ１の破損により生じた水銀やランプの破片は、コリメータミラー６が配置される側に流れ込むことなく排気口７ｂに取り込まれる。
ここで、サイクロン捕集器１３で水銀やランプの破片等を捕集するためには、ランプ破損後も冷却風を停止することなく流し続ける必要がある。
【００１４】
ところで、ランプ１の冷却風量は、大型のランプを用いる場合など、数十ｍ3 ／ｍｉｎ以上の排気風量が必要になることがある。そのように排気風量を大きくする場合は、サイクロン捕集器１３での圧力損失を抑える必要があるが、そのために単純にサイクロンの径、即ち下降管の径Ｄを大型化したのでは、上記式（１）から導かれるように、捕集効率ηが低下する。
そのため、図３に示す変形例（その１）のように、サイクロン（下降管）の径Ｄの小さい複数のサイクロン捕集器を、排気口に並列に連結して使用するのが望ましい。
図３の変形例（その１）は、前記図１に示した第１の実施例の光照射装置において、
排気口７ｂと排気ブロア（排気ファン）８の間に並列に２台のサイクロン捕集器１３−１，１３−２を設けたものである。
このように構成すれば、捕集効率ηを低下させることなく、圧力損失を抑えることができる。なお、図３においては、サイクロン捕集器を２台並べた図を示したが、３台以上設けても良い。
【００１５】
また、水銀を確実に捕集するためには、図４に示す変形例（その２）のように、サイクロン捕集器１３や排気ダクトを含む排気口７ｂを、冷却水などの冷却媒体が流れる冷却ジャケット１４などを取り付け冷却しても良い。
サイクロン捕集器１３や排気口７ｂ（排気ダクト）を冷却することにより、冷却風に高温の水銀蒸気が含まれていたとしても、これを冷却することにより、サイクロン捕集器１３に入る前に、水銀の粒子に変化させることができる。これにより、水銀を確実にサイクロン捕集器１３により補集することができる。
なお、サイクロン捕集器１３の内壁（内面）の材質は、水銀とアマルガムを作りにくい金属、例えば鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、マグネシウムや、鉄とニッケルの合金であるステンレス、またはニッケルめっきを施した金属や、樹脂を用いることが望ましい。
【００１６】
（２）第２の実施例
図５に、本発明の光照射装置の第２の実施例を示す。図１に示した第１の実施例とは、排気された冷却風を、工場側の集合排気ダクトに排気するのではなく、再び光照射装置に導入して冷却風として使用する点で異なる。なお、同図においては、ランプ点灯電源、制御部、インバータを省略して示している。
図５に示す第２の実施例は、前記図１に示した第１の実施例の光照射装置において、サイクロン捕集器１３と工場側集合排気ダクト１２の間に、ラジエータ１５ａとブロア１５ｂとフィルタ１５ｃから構成される冷却装置１５を設け、サイクロン捕集器１３から出た排気を冷却装置１５で冷却して、ダクト１６ａを介して光照射装置１０の冷却風取り入れ口７ａに戻し、一部を余剰排気ダクト１６ｂを介して工場側集合排気ダクト１２へ排出するように構成したものである。
【００１７】
すなわち、ランプ冷却に使われた冷却風は温度が高くなっているので、これを再度冷却風として利用するために、サイクロン捕集器１３から排出された排気は、ラジエータ１５ａなどの冷却装置１５に導入され冷却される。ラジエータ１５ａにより冷却した冷却風を、ダクト１６ａにより光照射装置１０の冷却風取り入れ口７ａに導く。
これにより、光照射装置１０の冷却風は循環冷却系を形成する。なお、循環冷却系は、光照射装置１０から冷却風が吹き出さないようにするために、わずかに負圧状態に維持する必要がある。そのため、一部（例えば１／１０）の冷却エアーが、余剰排気ダクト１６ｂを介して、工場側排気設備へ排出される。
なお、ラジエータ１５ａから生じるごみが冷却風に混じることがないように、ラジエータ１５ａの冷却風出口側には、図５に示すようにフィルタ１５ｃを備えることが望ましい。
このような循環冷却方式を用いることにより、サイクロン捕集器の一度の通過では捕集が十分でなかった場合でも、水銀は光照射装置外に出て行くことがなくなる。
【００１８】
（３）第３の実施例
図６に、本発明の光照射装置の第３の実施例を示す。この実施例は、排気口につながる冷却風の排気路を２分岐し、ランプが正常に点灯している場合と、ランプが破損した場合とで、排気の流れる排気路を変更するものである。
図６に示す第３の実施例は、前記図１に示した第１の実施例の光照射装置において、排気口７ｂと排気ブロア８の間の排気路を第１の排気路１７ａ、第２の排気路１７ｂの２つに分け、第２の排気路１７ｂにサイクロン捕集器１３を設けたものである。
また、第１の排気路１７ａ、第２の排気路１７ｂの分岐、合流点には、排気の通路を第１、第２の排気路に切り替えるダンパ１８ａ、１８ｂが設けられており、ダンパ１８ａ、１８ｂは連動して動作し、制御部２１の出力により駆動されるダンパ駆動機構１８ｃ、１８ｄにより切り換えられる。
【００１９】
第１の排気路１７ａは、ランプ１が正常に点灯している場合に使用する排気路で、光照射部の排気口７ｂから排気ブロア８までの間には、従来技術に示した図７の装置と同様であり基本的には何も設けられていない。
第１の排気路１７ａと第２の排気路１７ｂは、排気口７ｂの直後で分岐し、排気ブロア８の入口直前で合流する。第１の排気路１７ａと第２の排気路１７ｂの分岐点と合流点には、連動して動作するダンパ１８ａ，１８ｂが設けられている。
冷却風の排気が、第１の排気路１７ａを流れるか、第２の排気路１７ｂを流れるかは、ダンパ１８ａ，１８ｂが動作して選択する。
第２の排気路１７ｂには、サイクロン捕集器１３と、サイクロン捕集器１３の出口側に水銀を捕集するためのケミカルフィルタ１９が設けられている。
水銀を捕集するケミカルフィルタ１９としては、例えば、以下のものが考えられる。
（ａ）活性炭に硫黄などの水銀と反応する物質を塗布し、これを流路を形成した箱の中に閉じ込めたもの。この中を水銀が流れると、硫化水銀となり活性炭上に固定される。
（ｂ）過マンガン酸カリウム類を粒子（ペレット）状にして、これを流路を形成した箱の中に閉じ込めたもの。この場合も、この中を水銀が流れると、水銀は化合物となり、ペレットに固定される。
【００２０】
ランプ１が正常に点灯している場合、ダンパ１８ａ，１８ｂは第２の排気路１７ｂを塞ぎ、冷却風は第１の排気路１７ａを流れる。
また、ランプ１が破損した場合、制御部２１からの信号により、ダンパ駆動機構１８ｃ、１８ｄはダンパ１８ａ，１８ｂを動作させ、ダンパ１８ａ，１８ｂは第１の排気路１７ａを塞ぐ。それとともに、制御部２１からの信号により、インバータは排気ブロアの回転数を減らし、排気風量を少なくする。
ランプ冷却風は、第２の排気路１７ｂを流れ、冷却風に含まれる水銀やランプの破片等は、サイクロン捕集器１３により捕集される。また、サイクロン捕集器１３で捕集されなかったものがあったとしても、ケミカルフィルタ１９で捕集される。
第２の排気路１７ｂには、ランプ１が正常に点灯している場合には流れず、ケミカルフィルタ１９にも排気が流れない。したがってケミカルフィルタ１９の経時劣化が少ない。  そのため、フィルタ１９の定期的な交換の頻度が少なくなり、従来に比べてフィルタの交換にためのコストを低くすることができる。
なお、本実施例において、ケミカルフィルタ１９は必須なものではなく、サイクロン捕集器１３により水銀を十分に捕集できる場合には、ケミカルフィルタ１９を省略してもよい。
【００２１】
本実施例のように、排気路の切り替え構造を採用することにより、サイクロン捕集器１３による圧力損失の問題を解消することができる。即ち、ランプ１が正常に点灯している場合は、冷却風はサイクロン捕集器１３を通過しないので、圧力損失の問題は生じない。一方、ランプ１が破損した場合、排気路が切り替えられて、冷却風はサイクロン捕集器１３を通過するが、この場合、ランプ１は消灯しているので、冷却風量はランプ点灯時ほど多くの流量は必要ではなく、サイクロン捕集器１３で水銀やランプの破片等を分離するできる程度の風量であれば良い。
なお、第２、第３の実施例において、図３の実施例に示したように複数台のサイクロン捕集器を設けてもよいし、また、図４の実施例に示したように、サイクロン捕集器１３や排気ダクトを含む排気口７ｂに水冷ジャケットを取り付けてもよい。さらに、第３の実施例において、第２の実施例のように循環冷却系を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の光照射装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】サイクロン捕集器の構成例を示す図である。
【図３】第１の実施例の変形例（その１）を示す図である。
【図４】第１の実施例の変形例（その２）を示す図である。
【図５】本発明の光照射装置の第２の実施例を示す図である。
【図６】本発明の光照射装置の第３の実施例を示す図である。
【図７】露光装置の光照射部に使われる光照射装置の構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１      ランプ
２      集光鏡
３      折り返しミラー
４      シャッタ
５      インテグレータ
６      コリメータミラー
７ａ    冷却風取り入れ口
７ｂ    排気口
８      排気ブロア（排気ファン）
９      隔壁
１０    光照射装置
１１    光源部
１２    工場集合排気ダクト
１３    サイクロン捕集器
１３ａ  導入口
１３ｂ  排出口
１３ｄ  捕集部（捕集カップ）
１３ｃ  下降管
１４    水冷ジャケット
１５    冷却装置
１５ａ  ラジエータ
１５ｂ  ブロア
１５ｃ  フィルタ
１６ａ  ダクト
１６ｂ  余剰排気ダクト
１７ａ  第１の排気路
１７ｂ  第２の排気路
１８ａ，１８ｂ  ダンパ
１８ｃ，１８ｄ  ダンパ駆動機構
１９    ケミカルフィルタ
２１    制御部
２２    ランプ点灯電源
２３    インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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