(57)【要約】【課題】紫外線ランプのランプ寿命を長くし、また水銀凝固を防いで照度の低下を極力抑制できる紫外線照射装置を提供する。【解決手段】本発明の紫外線照射装置は、紫外線ランプUVLを複数の光レベルで切り替えて点灯させる紫外線ランプ点灯装置12と、紫外線ランプからの光を通過／遮蔽して照射／非照射を切り替えるシャッター手段22と、紫外線ランプを冷却する冷却手段21dと、紫外線ランプ点灯装置とシャッター手段との動作に連動し、照射時の紫外線ランプの電力レベルＨ、非照射時の紫外線ランプの電力レベルＬをＨ＞Ｌに制御する制御手段OCと、照射時間と非照射時間との比率に応じて冷却手段の冷却力を強弱調整する冷却力調整手段21とを備え、ランプ投入電力の大小に応じて冷却力も高低させることでランプ温度をほぼ一定に保つ制御をする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線ランプを複数の光レベルで切り替えて点灯させる紫外線ランプ点灯装置と、
前記紫外線ランプからの光を通過／遮蔽して照射／非照射を切り替えるシャッター手段と、
前記紫外線ランプを冷却する冷却手段と、
前記紫外線ランプ点灯装置とシャッター手段との動作に連動し、前記照射時の前記紫外線ランプの電力レベルＨ、前記非照射時の前記紫外線ランプの電力レベルＬをＨ＞Ｌに制御する制御手段と、
前記照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整する冷却力調整手段とを備えた紫外線照射装置。
【請求項２】
前記制御手段は、外部から与えられる照射／非照射切り替え信号に基づいて前記電力レベルを制御し、
前記冷却力調整手段は、前記外部から与えられる照射／非照射切り替え信号に基づいて照射時間と非照射時間を検出し、検出した照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記制御手段は、外部から与えられる照射／非照射切り替え信号に基づいて前記電力レベルを制御し、
前記冷却力調整手段は、前記シャッター手段の開閉動作に基づいて照射時間と非照射時間を検出し、検出した照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、紫外線スポット照射装置、露光装置、紫外線を利用した接着装置等に広く紫外線ランプを光源とする紫外線照射装置が用いられるようになっている。
【０００３】
紫外線照射装置は、光源である紫外線ランプへの入力電力を紫外線照射時のみ高レベルとし、非照射時には低レベルとすることで、紫外線照射時の光出力を高め、また、非照射時の消費電力を低減することが可能である（特開昭６０−５９７３３号公報、特開昭６１−２０３２４号公報）。
【０００４】
このような紫外線照射装置の場合、紫外線照射時間と非照射時間との関係によって光源である紫外線ランプに投入する平均電力が変化する。例えば、照射時の電力をＰａ、非照射時の電力をＰｂ、照射時間をＴａ、非照射時間をＴｂとし、Ｔａ時間の照射とＴｂ時間の非照射とがサイクリックに繰り返される場合、紫外線ランプに投入される平均電力は、次の式によって表わされる。
【０００５】
平均電力＝Ｐｂ＋（Ｐａ−Ｐｂ）×（Ｔａ／（Ｔａ＋Ｔｂ））  …（１）
したがって、電力Ｐａ，Ｐｂの値が固定である場合、紫外線照射時間と非照射時間との比率によって紫外線ランプへの投入電力が変化する。
【０００６】
他方、上記の紫外線照射装置では、外部信号に基づいて照射／非照射を任意に切り替える方法が広く採用されている。ところが、従来の紫外線照射装置では、紫外線照射時間と非照射時間との比率によって平均投入電力を変化させることは知られているが、紫外線ランプを冷却する冷却手段の冷却力を平均投入電力に応じて可変にする技術は知られていない。
【０００７】
紫外線照射時間と非照射時間との比率によって平均投入電力を変化させるのに、紫外線ランプを冷却する冷却手段の冷却力を平均投入電力に応じて可変調節せずに一定にする場合、照射時間の割合が比較的大きい場合にはランプ温度が高くなりランプ寿命が短くなる問題点があり、他方では、照射時間の割合が小さい場合にランプ温度が低くなって紫外線ランプ中に他のガスと共に封入されている水銀が凝固して照度が低下する問題点がある。
【特許文献１】特開昭６０−５９７３３号公報
【特許文献２】特開昭６１−２０３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、ランプ投入電力の大小に応じて冷却力も高低させることでランプ温度をほぼ一定に保ち、ランプ寿命を長くし、また水銀凝固を防いで照度の低下を極力抑制できる紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、紫外線ランプを複数の光レベルで切り替えて点灯させる紫外線ランプ点灯装置と、前記紫外線ランプからの光を通過／遮蔽して照射／非照射を切り替えるシャッター手段と、前記紫外線ランプを冷却する冷却手段と、前記紫外線ランプ点灯装置とシャッター手段との動作に連動し、前記照射時の前記紫外線ランプの電力レベルＨ、前記非照射時の前記紫外線ランプの電力レベルＬをＨ＞Ｌに制御する制御手段と、前記照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整する冷却力調整手段とを備えた紫外線照射装置を特徴とする。
【００１０】
上記紫外線照射装置において、前記制御手段は、外部から与えられる照射／非照射切り替え信号に基づいて前記電力レベルを制御し、前記冷却力調整手段は、前記外部から与えられる照射／非照射切り替え信号に基づいて照射時間と非照射時間を検出し、検出した照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整するものとすることができる。
【００１１】
また、上記紫外線照射装置において、前記制御手段は、外部から与えられる照射／非照射切り替え信号に基づいて前記電力レベルを制御し、前記冷却力調整手段は、前記シャッター手段の開閉動作に基づいて照射時間と非照射時間を検出し、検出した照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整するものとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ランプ投入電力の大小に応じて冷却力も高低させることでランプ温度をほぼ一定に保ち、ランプ寿命を長くし、また水銀凝固を防いで照度の低下を極力抑制できる紫外線照射装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１４】
（第１の実施の形態）図１、図２に紫外線照射装置を示し、紫外線照射装置本体１１と紫外線ランプ点灯装置１２とを具備している。紫外線照射装置本体１１は、光学系１１ａ、調光機構１１ｂ、光学シャッター１１ｃ、冷却機構１１ｄ、照射口１１ｅ及びケーシング１１ｆを備えている。紫外線ランプＵＶＬは、ケーシング１１ｆの内部上部位置に管軸が垂直に吊り下げられている。
【００１５】
光学系１１ａは、ショートアーク形水銀ランプのような紫外線ランプＵＶＬから放射した紫外線を下向きに集光し、照射口１１ｅから導出するための光学手段であり、楕円反射鏡１１ａ１、第１のミラー１１ａ２、導光体１１ａ３及び第２のミラー１１ａ４から成る。楕円反射鏡１１ａ１は、紫外線ランプＵＶＬから放射された紫外線をその反射面で反射させて下向きに集光する。第１のミラー１１ａ２は、集光された紫外線を反射して９０°屈曲させ、水平方向へ進行させる。導光体１１ａ３は、上記の水平方向へ進行した紫外線が調光機構１１ｂ及び光学シャッター１１ｃを通過した後、紫外線をケーシング１１ｆの外部へ導光する。第２のミラー１１ａ４は、導光体１１ａ３の他端から導出された紫外線を反射して下向きに９０°屈曲させる。下向きに屈曲した紫外線は、上述の照射口１１ｅから導出されて図示しないワークを照射する。
【００１６】
調光機構１１ｂは、照射口１１ｅから導出されてワークを照射する際の紫外線照度を所望に調節する。また、調光機構１１ｂは、開口面積の異なる多数の開口を同心円状に形成した回転円盤からなり、回転円盤を回転させて開口の開口面積を所望のものに選択することで調光を行う。
【００１７】
光学シャッター１１ｃは、調光機構１１ｂを通過した紫外線を通過（開）させ、導光体１１ａ３に入射させたり、遮断（閉）して導光体１１ａ３に入射しないようにしたりする。ワークに紫外線を照射する際に開とし、ワークに照射しない非照射のときには閉としておく。
【００１８】
冷却機構１１ｄは、ケーシング１１ｆの内部を排気して冷却する。
【００１９】
ケーシング１１ｆは、以上の各手段及び紫外線ランプ点灯装置１２を内部の所定位置に収納している。
【００２０】
紫外線ランプ点灯装置１２について、図３、図４を用いて説明する。紫外線ランプ点灯装置１２は、紫外線ランプＵＶＬ及び点灯回路ＯＣを具備している。図３に示す点灯回路ＯＣは、投入するランプ電力を間欠的に変動させながら紫外線ランプＵＶＬを点灯するための回路である。間欠動作は、図４に示すように、定電流制御の下で相対的大電力Ｈを供給する第１の期間Ｔ１と、相対的小電力Ｌを供給する第２の期間Ｔ２を交互に繰り返すことにより行われる。第２の期間Ｔ２においては、定電流制御でもよいし、定電力制御であってもよい。また、点灯回路ＯＣは、少なくとも第１の期間Ｔ１の間に投入するランプ電力を定電流制御する。このために、点灯回路ＯＣに直流定電流制御回路ＣＣＲを用いて、その出力端間から得られる定電流を紫外線ランプＵＶＬに供給する。第２の期間Ｔ２に定電力制御を行う場合には、直流定電流制御回路ＣＣＲに加えて定電力制御回路を並列又は直列的に配設し、それらの制御回路をそれぞれの期間ごとに切り換えて紫外線ランプＵＶＬに接続するように構成する。
【００２１】
直流定電流制御回路ＣＣＲの入力端には、直流電力を供給するために整流回路ＲＣが設けられ、これを用いて交流電源ＡＣから得る交流電圧を整流するようにしている。また、点灯回路ＯＣは、紫外線ランプＵＶＬに投入するランプ電力を間欠的に変動させるために、制御回路ＣＣを用いて直流定電流制御回路ＣＣＲから出力されるランプ電流をそれぞれの期間に必要な値にするために制御するようにしている。なお、上記間欠的な変動の周期は、紫外線照射の対象により適宜設定する。例えば、第１及び第２の期間Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ１０秒程度に設定する。
【００２２】
次に、紫外線ランプ点灯装置１２の動作について説明する。紫外線ランプＵＶＬは、図５の波形図に示したように間欠的に変動するランプ電力が投入されて点灯を継続する。第１の期間Ｔ１に投入される相対的大電力Ｈにおいて、紫外線ランプＵＶＬは紫外線出力が増大する。したがって、第１の期間Ｔ１に発生する紫外線を露光などの目的に供すると、短時間で、しかも高効率の紫外線照射を行うことができる。第２の期間Ｔ２に投入される相対的小電力Ｌにおいて、紫外線ランプＵＶＬは紫外線出力が少なくなるものの点灯状態を維持する。したがって、第２の期間Ｔ２を次の紫外線照射までの待機期間とすることができる。そうすれば、待機中の消費電力を最小限に止めることができる。
【００２３】
このような構成の紫外線照射装置における温度制御について、図６の温度制御回路２０を用いて説明する。温度制御回路２０は、冷却力調節機能部２１、紫外線ランプ点灯装置１２、シャッター機構部２２によって構成されている。
【００２４】
紫外線ランプ点灯装置１２は、照射モードと非照射モードで紫外線ランプＵＶＬを２電力レベルで切り替えて点灯させるための前述した点灯装置ＯＣと、この点灯装置ＯＣの電力可変信号にて動作し、紫外線ランプＵＶＬに図４のＨ電力、Ｌ電力を給電する電子安定器１２ｂとを備えている。
【００２５】
冷却力調節機能部２１は、外部から与えられるシャッター開閉信号に基づいてシャッター開閉時間を検出する開閉時間検出部２１ａ、この開閉時間検出部２１ａが検出したシャッター開／閉時間に対応してその比率（デューティ）を演算し、図６に示すデューティ：風量のグラフに基づいて風量調節信号を出力する演算部２１ｂ、ファン回転電力を強弱調節する風量調節機構部２１ｃ、そしてこの風量調節機構部２１ｃからの風量指示値により回転数を大小変化させて風量を調節する冷却手段としてのファン２１ｄを備えている。このファン２１ｄは図１、図２に示す機構における冷却機構１１ｄ内に収容されている。
【００２６】
シャッター機構部２２は、紫外線ランプＵＶＬのからの光を通過／遮蔽して照射／非照射を切り替えるシャッター１１ｃと、外部からのシャッター開閉信号によりシャッター１１ｃを開閉駆動するシャッター開閉部２２ａ、そして、シャッター１１ｃの開、閉状態を検出する開センサ２２ｂ、閉センサ２２ｃを備えている。
【００２７】
上記構成の温度制御回路２０は、次のように温度制御動作する。紫外線ランプ点灯装置１２は、外部からのシャッター開閉信号に対応して、シャッター開時には照射モード、シャッター閉時には非照射モードとし、それぞれで前述した図４のＨ，Ｌ２電力レベルを切り替えて紫外線ランプＵＶＬに供給する。照射時間Ｔ１と非照射時間Ｔ２の比率Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）がデューティである。一方、シャッター機構部２２は、外部からのシャッター開閉信号に対応して、シャッター１１ｃを開閉する。
【００２８】
そして、冷却力調節機能部２１は、紫外線ランプ点灯装置１２とシャッター機構部２２に連動し、照射時の紫外線ランプＵＶＬの電力レベルＨ、非照射時の紫外線ランプＵＶＬの電力レベルＬの時間比率（デューティ）に応じて図６のグラフに基づき、ファン２１ｄの風量を強弱調整する。図６のグラフに示す特性の場合、デューティが小さい場合には風量も小さくし、デューティが大きい場合には風量も大きくする線形的な制御をする。
【００２９】
これにより、図７に示すように、従来の温度制御をせず、ファンを一定速度で回転させている場合にはデューティの上昇によってランプ最高温度Ｔｐ１が上昇していたのが、本実施の形態の場合には、デューティに応じてファン風量を調節することによってランプ最高温度Ｔｐ２がほぼ一定に維持できる。
【００３０】
（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１〜図４、図６〜図８を用いて説明する。第２の実施の形態の紫外線照射装置の機械的な構成は第１の実施の形態と同様に図１、図２に示すものであり、また、紫外線ランプ点灯回路１２の回路構成と電力制御動作は、図３、図４に示すものであり、第１の実施の形態と共通である。したがって、第１の実施の形態と共通する要素について共通の符号を用いて説明する。
【００３１】
本実施の形態の特徴は、図８に示した温度制御回路２０Ａにある。本実施の形態の場合、第１の実施の形態とは異なり、冷却力調整機能部２１Ａが装置内部の照射／非照射切り替え信号に基づいて冷却力の強弱調節をする点にある。つまり、本実施の形態によれば、冷却力調節機能部２０Ａにおいて、開閉時間検出部２１ａがシャッター開センサ２２ｂ、閉センサ２２ｃの検出するシャッター開信号、シャッター閉信号に基づいてシャッター開時間、閉時間を検出し、演算部２１ｂがこの開閉時間検出部２１ａが検出したシャッター開／閉時間に対応してデューティを演算し、図６に示すデューティ：風量のグラフに基づいて風量調節信号を出力し、風量調節機構部２１ｃがファン回転電力を強弱調節し、ファン２１ｄがこの風量調節機構部２１ｃからの風量指示値により回転数を大小変化させて風量を調節する。
【００３２】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に図７に示すように、従来の風量調節を行わない紫外線照射装置と比較して、紫外線ランプＵＶＬの最高温度をほぼ一定に維持することができる利点がある。
【００３３】
尚、上記両実施の形態では、紫外線ランプＵＶＬとしてショートアーク水銀ランプを例示して説明したが、本発明の適用できる紫外線ランプはこれに限らず、冷却を必要とする他の種類の紫外線ランプにも適用できる。
【００３４】
また、冷却力の調節にはファンの入力電圧、入力電流あるいは電力周波数を制御したり、機械的に開口部を塞ぐ機構を持たせ、その開口面積を広狭制御したりする方法を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１、第２の実施の形態の紫外線照射装置の正面図。
【図２】本発明の第１、第２の実施の形態の紫外線照射装置の側面図。
【図３】本発明の第１、第２の実施の形態の紫外線照射装置における紫外線ランプ点灯装置の回路ブロック図。
【図４】本発明の第１、第２の実施の形態の紫外線照射装置における紫外線ランプに投入するランプ電力の波形図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の紫外線照射装置における温度制御回路のブロック図。
【図６】本発明の第１、第２の実施の形態の紫外線照射装置における温度制御回路によるランプ投入電力のデューティとファン風量との対応を示すグラフ。
【図７】本発明の第１、第２の実施の形態の紫外線照射装置における温度制御回路によるランプ投入電力のデューティと紫外線ランプの最高温度との対応を、従来例の場合と対比して示すグラフ。
【図８】本発明の第２の実施の形態の紫外線照射装置における温度制御回路のブロック図。
【符号の説明】
【００３６】
１１…紫外線照射装置
１２…紫外線ランプ点灯装置
ＵＶＬ…紫外線ランプ
ＯＣ…点灯回路
１１ｃ…シャッター
１１ｄ…冷却機構
２０，２０Ａ…温度制御回路
２１，２１Ａ…冷却力調節機能部
２１ａ…開閉時間検出部
２１ｂ…演算部
２１ｃ…風量調節機構部
２１ｄ…ファン
２２…シャッター機構
２２ａ…シャッター開閉部
２２ｂ…開センサ
２２ｃ…閉センサ
【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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【図８】
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