(57)【要約】【課題】紫外線を反射させる平板状の反射板を用いながらランプの温度上昇を抑える。【解決手段】ランプハウス１１内に、マグネトロン１３１，１３２が発生するマイクロ波に基づき紫外線を発光することが可能な放電媒体が封入された無電極ランプ１２が配置される。ランプハウス１１内のマグネトロン１３１，１３２および無電極ランプ１２は、ファンを主体とする冷却機構２０を用いて冷却する。無電極ランプ１２は、平板状の反射板２１１，２１２の空隙２４ａ，２４ｂを介して流入される冷却機構２０の冷却風により冷却される。反射板２１１，２１２には、空隙２４ａ，２４ｂに流入される冷却風の流速を速める冷却制御部材２５ａ，２５ｂを形成した。これにより、平板状の反射板２１１，２１２を用いながら、信頼性上の適温であるされるランプ温度８５０℃以下の実現が可能となる。【選択図】図５
2012124094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電媒体が封入され、該放電媒体をマイクロ波で励起させることで紫外線を発光させる無電極ランプと、
前記無電極ランプの紫外線を被照射体に照射させる平板状の第１および第２の反射板と、
前記第１および第２の反射板の空隙から冷却風を流入させ、前記無電極ランプを空冷する冷却機構と、
前記空隙に対向する前記第１および第２の反射板に設けられ、前記冷却風が流入される流入口から流出される流出口に至る前記空隙の幅を漸次狭く形成する冷却制御部材と、を具備したことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
一端側に狭開口、他端側に広開口を形成するように、ハの字状に配置された平板状の第１および第２の反射板と、
前記第１および第２の反射板により形成される空間に配置された線状光源と、
前記狭開口側から前記空間に冷却風を流入させ、前記無電極ランプを空冷する冷却機構と、
前記狭開口付近に配置され、前記第１および第２の反射板の端部との間に２つの空隙を形成する中間部材と、
前記狭開口側の前記第１および第２の反射板の端部に設けられ、前記空隙の幅を前記広開口に向かって狭くする前記冷却制御部材と、を具備したことを特徴とする紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、印刷関連のインク乾燥、半導体関連の微細露光、液晶関連の接着剤硬化等に用いられている紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線照射装置は、放電媒体が封入された無電極ランプをマイクロ波で励起させることで紫外線を放射させ、２枚の湾曲した反射板を用い被照射体に照射させている。無電極ランプは紫外線放射時に発熱するため、冷却用のファンからの冷却風を、２枚の湾曲した反射板との間に形成されたスロットから無電極ランプに当てて冷却が行われている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３―５３１４６３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、湾曲形状の反射板を使用し被照射体に集光させた状態で紫外線を照射させている。この場合、ランプと反射板の位置関係が、例えば最適位置から上下左右に０．３ｍｍ程度ずれただけでも、均斉度は７％以上も低下してしまうため、高い均斉度が求められる液晶滴下装置等において配光制御が困難である、という問題があった。
【０００５】
そこで、湾曲形状の反射板に代えて平板状の反射板の使用も考えられる。しかし、平板状の反射板を用いた場合には、満足する流速の冷却風を通過させる空隙を光学上設計することが困難となり、信頼性上の適温であるとされるランプ温度８５０℃以下の実現が難しい、という問題があることがわかった。
【０００６】
この発明の目的は、平板状の反射板を用いながらランプの温度上昇を抑えることのできる紫外線照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、放電媒体が封入され、該放電媒体をマイクロ波で励起させることで紫外線を発光させる無電極ランプと、前記無電極ランプの紫外線を被照射体に照射させる平板状の第１および第２の反射板と、前記第１および第２の反射板の空隙から冷却風を流入させ、前記無電極ランプを空冷する冷却機構と、前記空隙に対向する前記第１および第２の反射板に設けられ、前記冷却風が流入される流入口から流出される流出口に至る前記空隙の幅を漸次狭く形成する冷却制御部材と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、平板状の反射板を用いながらランプの温度上昇を抑え、ランプの長寿命化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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概略的な構成図である。
【図２】図１のＩａ−Ｉｂ線断面図である。
【図３】図１で用いる無電極ランプの一例について説明するための構成図である。
【図４】図１の要部を拡大して示す斜視図である。
【図５】図１の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】この発明と比較例の反射板によるランプ温度について説明するための説明図である。
【図７】この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するための図５に相当する断面図である。
【図８】この発明の紫外線照射装置で用いられる中間部材の変形例について説明するための要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１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概略的な構成図である。
【００１２】
図１〜図５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もので、図１はシステム構成図、図２は図１のＩａ−Ｉｂ線断面図、図３は図１で用いる無電極ランプの一例について説明するための構成図、図４は図１要部を拡大して示す斜視図、図５は図１要部の一部切欠拡大断面図である。
【００１３】
図１、図２において、１１はマイクロ波を遮蔽する機能を有する、例えばステンレス製のランプハウスであり、このランプハウス１１の中央下方部には電極を備えない、いわゆる無電極ランプ１２を配設してある。１３１，１３２は、マイクロ波を発生させるマグネトロンである。１４は、マグネトロン１３１，１３２を駆動させるための電力を供給するための電源である。１５１，１５２は、マグネトロン１３１，１３２で発生させアンテナ１６１，１６２から送信されるマイクロ波を、無電極ランプ１２に伝達させる導波管である。
【００１４】
ここで、図３を参照して無電極ランプ１２の構成例について説明する。１２１は紫外線を透過させる石英ガラス製の外径が１５±１ｍｍ程度で、長さが２４０ｍｍ程度の円筒形状のバルブである。バルブ１２１の発光空間内には、例えば、不活性ガスとそれに水銀と鉄を主成分とするマイクロ波で放電させる放電媒体を封入する。バルブ１２１の両端にはバルブ１２１を支持する支持部１２２，１２３がバルブ１２１と一体的に形成される。
【００１５】
再び図１、図２において、１７は、無電極ランプ１２から照射された光を受光する受光素子であり、金属線をメッシュ状に編み込んだり、パンチング加工されたりした金属板からなるカバーで覆われてなる。１８は、受光素子１７により受光した光量を、アナログ電圧として出力する光量検出器である。１９は、光量検出器１８により検出された光量値が、予め記憶された光量値に等しくなるように電源１４を制御するプログラムにより動作する制御部である。具体的には、制御部１９は、光量検出器１８から出力される光量検出値が、予め記憶された値よりも小さい場合は、電源１４に対してマグネトロン１３１，１３２が発生するマイクロ波のエネルギー量を増やすように出力電圧を上げる制御を行い、光量検出値が記憶された値よりも大きい場合は、マイクロ波のエネルギー量を減ずるように出力電圧を下げる制御を行う。これにより、無電極ランプ１２から放射される紫外線量の一定化が図られる。
【００１６】
さらに、ランプハウス１１の上部には、ランプハウス１１の内部に、例えば、冷却風を供給することにより無電極ランプ１２とマグネトロン１３１，１３２を冷却させるファンを主体とする冷却機構２０が設けられる。
【００１７】
図４にも示すように、無電極ランプ１２の背面側には、無電極ランプ１２を挟んで平板状の反射板２１１，２１２が、例えば水平に対する角度Ｘが５４°になるように下方側に断面ハの字状、すなわち一端（上方）側に狭開口、他端（下方）側に広開口を形成するように広げた状態で配置される。反射板２１１，２１２は、例えば長さが８６ｍｍ、幅が２６０ｍｍ、厚みが３．３ｍｍの大きさである。フレーム２２には無電極ランプ１２も取り付けられる。間隔の狭いマグネトロン１３１，１３２側、すなわち上方側の反射板２１１，２１２の間には反射板２１１，２１２の長手方向に沿って中間部材２３が配置される。中間部材２３は、例えば幅が８ｍｍ、長さが２５０ｍｍ、厚みが４ｍｍの大きさであり、マイクロ波を吸収し難く、耐熱性の高い例えば、セラミックス、石英、テフロン（登録商標）等が使用されている。なお、無電極ランプ１２の中心と中間部材２３の下端との距離は、例えば１４ｍｍである。
【００１８】
図５に示すように、反射板２１１，２１２は、第１および第２の反射板を構成し、中間部材２３の一端部と対向する反射板２１１との間には空隙２４ａが形成され、中間部材２３の他端部と対向する反射板２１２との間には空隙２４ｂが形成されている。空隙２４ａに面する反射部２１１には、冷却制御部材２５ａが取り付けられる。冷却制御部材２５ａは、空隙２４ａの間隔を下方側（広開口側）に行くほど漸次狭めるように、反射部２１１の上方端の無電極ランプ１２と面する側に突出形成された突起である。空隙２４ａに面する反射部２１２にも、冷却制御部材２５ａと同様の冷却制御部材２５ｂが取り付けられる。つまり、冷却機構２０側の空隙２４ａ，２４ｂの幅α１と無電極ランプ１２側の空隙２４ａ，２４ｂの幅α２は、α１＞α２の関係で構成される。なお、本実施の形態では、幅α１は９ｍｍ、幅α２は５ｍｍである。
【００１９】
ここで、反射板２１１，２１２と冷却制御部材２５ａ，２５ｂと中間部材２３は、支持部材４１ａ，４１ｂによって支持される。すなわち、支持部材４１ａ，４１ｂに、水平に対する角度Ｘが５４°になるように形成された斜めの切り欠き部、その切り欠き部に連続するように形成された三角形状の切り欠き部、および中央付近に形成された貫通孔を備えており、斜めの切り欠き部に反射板２１１，２１２、三角形状の切り欠き部に冷却制御部材２５ａ，２５ｂ、貫通穴に中間部材２３がそれぞれ支持される。反射板２１１，２１２の下端側は、図示しない取着手段を介してフレーム２２等に取着される。
【００２０】
反射板２１１，２１２の反射面側と被照射体（図示せず）との間には、照射窓を構成するスクリーン２６がランプハウス１１の一部に設けられている。スクリーン２６は、例えば、金属線をメッシュ状に編み込んで形成したり、金属板にパンチング加工で形成したりすることで開口を有するようになっている。２７は、反射板２１１，２１２とスクリーン２６で構成されるマイクロ波空洞部である。
【００２１】
ここで、電源１４からマグネトロン１３１，１３２に電力が供給されると、マグネトロン１３１，１３２はマイクロ波を発生する。発生されたマイクロ波は、アンテナ１６１，１６２からそれぞれ導波管１５１，１５２を介して無電極ランプ１２に伝達される。無電極ランプ１２は、発光空間１２１内に封入された放電媒体に基づいた、例えば波長２００〜４００ｎｍの紫外線が発光される。紫外線は、ランプハウス１１の下方側に放射させ、スクリーン２６を介して被照射体に照射する。
【００２２】
点灯に伴い無電極ランプ１２は熱を発生し、ランプ温度が上昇する。そこで、冷却機構２０のファンを回して得られる外部からの冷却風は、反射板２１１，２１２と中間部材２３の空隙２４ａ，２４ｂを介して無電極ランプ１２に当てられランプ温度を下げることができる。
【００２３】
このとき、空隙２４ａ，２４ｂは、流出側の幅α２が流入側の幅α１に対して、α２＜α１の関係になっていることから、流入された冷却風の流速を速めて無電極ランプ１２を冷やす能力が向上することになる。これにより、信頼性上の適温であるとされるランプ温度８５０℃以下を実現することが可能となる。
【００２４】
さらに、本実施の形態のように、反射板２１１、２１２の上方端を中間部材２３の上方端よりも高い位置とし、空隙２４ａ、２４ｂに至るまでに予備的に冷却風を加速させるようにしてもよい。その際、上方側を水平に対して緩やかな角度、つまり広角度の傾斜にすることで、より多くの冷却風を空隙２４ａ、２４ｂに取り込めるようにすることもできる。また、冷却風の流出口付近、すなわち冷却部材２５ａ、２５ｂ下方側の形状を、冷却風を無電極ランプ１２の方向に導くような傾斜形状とすることで、無電極ランプ１２に冷却風を効果的に供給することが可能となる。上記のように、反射板２１１、２１２の上方側と下方側の形状を段階的または漸次変化させるようにしてもよい。
【００２５】
なお、中間部材２３は、光学設計上の理由から反射板２１１，２１２との間の空隙を狭くして冷却風の速度を上げることに寄与しているが、冷却制御部材２５ａ，２５ｂ間に十分な冷却風の得られる空隙を得られる場合は、必須ではない。反射板２１１，２１２との間に中間部材２３を設ける場合でも、その形状や個数に限定はない。例えば、中間部材２３を下方に向かうほど反射板２１１，２１２の方向に傾斜する形状とすることで、空隙２４ａ、２４ｂの幅をα２＜α１とするものであってもよいし、複数配置して隣接する中間部材の間にも空隙を形成するものであってもよい。
【００２６】
図６は、この発明と比較例の反射板によるランプ温度について説明するための説明図である。なお、図６は色が白くなるほど冷却風の速度が速くなる状態を示している。
【００２７】
図６（ａ）は比較例の湾曲状の反射板を、図６（ｂ）は比較例の平板状の反射板を、図６（ｃ）はこの発明の平板状に冷却制御部材を有した反射板におけるランプ温度をそれぞれ測定した結果を示している。測定の条件としては、マグネトロン投入電力を７．５ｋＷ、ランプ電力を６ｋＷ、冷却風流量を１０ｍ３／分、冷却風温度を２５℃とした。
【００２８】
すなわち、図６（ａ）の湾曲状の反射板を用いた場合のランプ温度は、７９７℃となり、ランプ寿命上の特段の問題はないが、課題の説明部分で説明したように、反射板とランプとのシビアな位置管理を必要とする問題がある。
【００２９】
図６（ｂ）のただ単に平板状の反射板を用いた場合は、反射板とランプとの位置を湾曲形状の反射板に比してシビアな管理は必要ない。しかし光学設計上は、中間部材と反射板との空隙を狭くできないことから、冷却風の流速を速めることができない。このためランプ温度は、８７９℃となり、ランプ寿命上多大な影響のある温度となる問題がある。
【００３０】
図６（ｃ）の平板状の反射板を用いて、冷却風を取り込む中間部材と冷却制御部材とに形成される空隙の流出口を、流入口に比して狭くした場合のランプ温度は、８１５℃となる。これは、湾曲形状の反射板を用いた場合に比してやや高い温度ではあるものの、信頼性上の適温であるされる８５０℃以下を十分満足する値を得ることが確認できた。
【００３１】
このように、反射板形状の差異による温度上昇の要因として検討を重ねた結果、反射板の空隙端部、つまりランプハウスへの冷却風流入口を所望の形状にすることで、反射板形状に係わらずランプ温度を適切な温度に制御できることを見出した。ランプハウス内への冷却風の流入が２枚の反射板の空隙からとなるマイクロ波紫外線照射モジュールにおいて、空隙の中心と２枚の反射板の空隙側端部に部材を配して冷却風を制御することにより、反射板の形状に左右されることなく、ランプ温度を制御できるため、早期劣化を起こすことなく所望の配光を実現できる。
【００３２】
この実施形態は、中間部材の端面と対向する平板状の反射板に無電極ランプ側ほど漸次空隙を狭くする冷却制御部材を配置することにより、平板状の反射板を用いながらランプ温度を低下させることが可能となる。これにより、被照射体と反射板の位置管理がややラフでも構わない平板状の反射板の使用しながらランプ温度の制御が可能となり、ランプの早期劣化を起こすことなく、所望の配光を得ることができる。
【００３３】
図７は、この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するための図５に相当する断面図である。上記実施形態と同一機能の部分には同一の部号を付して説明する。
【００３４】
この実施形態は、平板状の反射板２１１，２１２のそれぞれの一端に、空隙２４ａ，２４ｂに対向する冷却制御部材２５ａ，２５ｂが一体的に形成された保持部材７１ａ，７１ｂを取着したものである。この場合、保持部材７１ａ，７１ｂが無電極ランプ１２の冷却機能と反射板２１１、２１２の保持機能を兼ねるため、部材を削減することができる。
【００３５】
図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれこの発明の紫外線照射装置に関する変形例について説明するための要部の断面図である。
【００３６】
図８（ａ）の変形例は、無電極ランプ１２と対向する中間部材２３に反射膜８１を設けた。これにより、被照射体とは反対の無電極ランプ１２の上方向の光を有効利用することが可能となる。
【００３７】
図８（ｂ）の変形例は、無電極ランプ１２と対向する中間部材２３面に、Ｖ字状の突起８２を形成したものである。この場合は、突起８２により無電極ランプ１２へ戻ってくる紫外線量を極力抑えることができることから、発生した紫外線をより有効的に利用することができる。また、Ｖ字の角度を変更することで、冷却風の風速や空隙２４ａ、２４ｂを通過後の風の向きなどを調整することも可能である。
【００３８】
図８（ｃ）の変形例は、無電極ランプ１２と対向する中間部材２３の表面をエンボス形状の反射ミラー８３を形成したものである。反射ミラー８３は、無電極ランプ１２からの紫外線を乱反射させて、反射板２１１，２１２でさらに被照射体側に照射させることたことで、照度の向上とともに均斉度の向上を図ることができる。
【００３９】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、無電極ランプを低圧紫外線ランプやメタルハライドランプなどの線状光源に置き換えてもよい。また、冷却制御部材２５ａ，２５ｂを、型などを用いることで反射板２１１、２１２と一体形成したり、反射板２１１、２１２とは別々に形成し、例えば熱硬化性の接着剤を用いて一体化したりするようにしてもよい。また、反射板２１１，２１２などの支持を、両端縁をフレーム２２の一部に例えば耐熱性の接着剤を用いて取着させるようにしてもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１１  ランプハウス
１２  無電極ランプ
１３１，１３２  マグネトロン
１４  電源
１５１，１５２  導波管
１６１，１６２  アンテナ
２０  冷却機構
２１１，２１２  反射板
２２  フレーム
２３  中間部材
２４ａ，２４ｂ  空隙
２５ａ，２５ｂ  冷却制御部材
２６  スクリーン
２７  マイクロ波空洞部
４１ａ，４１ｂ  支持部材
７１ａ，７１ｂ  保持部
８１  反射膜
８２  突起
８３  反射ミラー
【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７】
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【図８】
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【図６】
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