(57)【要約】【課題】被照射体の損傷を抑えると共に、発光効率を高めることができる。【解決手段】実施形態の紫外線ランプは、水平方向に沿って管軸が配置されて鉛直下方に位置する被照射体に紫外線を照射する発光管と、発光管の周面の周方向に沿って、鉛直方向における発光管の最下位置を中心とする管軸まわりの中心角が少なくとも３０度の範囲を含む２７０度以下の範囲に設けられると共に、波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収膜と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に沿って管軸が配置され、鉛直下方に位置する被照射体に紫外線を照射する発光管と；
前記発光管の周面の周方向に沿って、鉛直方向における前記発光管の最下位置を中心とする前記管軸まわりの中心角が少なくとも３０度の範囲を含む２７０度以下の範囲に設けられると共に、波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収膜と；
を具備する紫外線ランプ。
【請求項２】
前記吸収膜は、シリカを主成分とする材料によって形成されている、請求項１に記載の紫外線ランプ。
【請求項３】
前記吸収膜は、前記発光管の外周面上に設けられている、請求項１または２に記載の紫外線ランプ。
【請求項４】
前記吸収膜が設けられる範囲は、前記波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収率が異なる複数の範囲を含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の紫外線ランプ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の紫外線ランプと；
前記紫外線ランプが装着される装着部と；
を具備する紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、紫外線ランプ及び紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の露光工程や、ＵＶインクやＵＶ塗料の乾燥工程、ＵＶ接着剤やフォトレジストの硬化工程では、紫外線によって光化学反応を行う紫外線照射装置が用いられている。この種の紫外線照射装置としては、紫外線ランプを有する照射ユニットを備え、被照射体に紫外線を照射するために用いられるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−６９４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、被照射体に紫外線ランプから照射される紫外線、特に短波長の光が、被照射体に及ぼす損傷が大きくなる傾向がある。このため、紫外線ランプからの紫外線における短波長の光を除去することが望ましい。
【０００５】
また、紫外線照射装置は、紫外線ランプの鉛直下方に位置する被照射体に紫外線を照射するように構成された場合、鉛直方向における紫外線ランプの上部が高温になり、紫外線照射ランプの下部が低温になる傾向にある。このため、紫外線ランプでは、上部と下部とで温度差が生じる影響により、発光効率が低下する問題がある。
【０００６】
上述した紫外線における短波長光を除去する構成としては、紫外線ランプと被照射体との間に、紫外線ランプから照射された紫外線のうち、短波長を除く所定の波長帯域の紫外線のみを通過させるバンドパスフィルタを配置する構成が知られている。しかし、この構成においても、鉛直方向における紫外線ランプの上部と下部との温度差に起因して、発光効率が低下する問題が残されている。
【０００７】
そこで、本発明は、紫外線の短波長による被照射体の損傷を抑えると共に、発光効率を高めることができる紫外線ランプ及び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】
【０００８】
実施形態に係る紫外線ランプは、水平方向に沿って管軸が配置され、鉛直下方に位置する被照射体に紫外線を照射する発光管と、
前記発光管の周面の周方向に沿って、鉛直方向における前記発光管の最下位置を中心とする前記管軸まわりの中心角が少なくとも３０度の範囲を含む２７０度以下の範囲に設けられると共に、波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収膜と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、紫外線の短波長による被照射体の損傷を抑えると共に、発光効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る紫外線照射装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態に係る紫外線照射装置が有する紫外線ランプを示す側面図である。
【図３】図３は、実施形態における紫外線ランプの吸収膜を説明するための模式的な断面図である。
【図４】図４は、実施形態における紫外線ランプの吸収膜の中心角と、所定の波長帯域の紫外線が占める照度の比率との関係を説明するためのグラフである。
【図５】図５は、実施形態における紫外線ランプの吸収膜の中心角と、紫外線ランプの寿命との関係を説明するためのグラフである。
【図６】図６は、実施形態に係る変形例の紫外線ランプが有する吸収膜を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下で説明する実施形態に係る紫外線ランプ５は、発光管１５と、吸収膜２１と、を備える。発光管１５は、水平方向に沿って管軸Ａが配置され、鉛直下方に位置する被照射体３に紫外線を照射する。吸収膜２１は、波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収膜する。また、吸収膜２１は、発光管１５の周面の周方向に沿って、鉛直方向における発光管１５の最下位置Ｐ１を中心とする管軸Ａまわりの中心角θが少なくとも３０度の範囲を含む２７０度以下の範囲に設けられている。
【００１２】
また、以下で説明する実施形態に係る紫外線ランプ５が有する吸収膜２１は、シリカを主成分とする材料によって形成されている。
【００１３】
また、以下で説明する実施形態に係る紫外線ランプ５が有する吸収膜２１は、発光管１５の外周面上に設けられている。
【００１４】
また、以下で説明する実施形態に係る紫外線ランプ３５が有する吸収膜３６が設けられる範囲は、波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収率が異なる複数の範囲（第１及び第２の範囲Ｒ１，Ｒ２）を含む。
【００１５】
また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１は、紫外線ランプ５と、紫外線ランプ５が装着される装着部１１と、を備える。
【００１６】
（実施形態）
以下、実施形態に係る紫外線照射装置について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る紫外線照射装置は、例えば、液晶パネルの製造工程において、液晶を封入したガラス材同士をＵＶ接着剤によって貼り合わせるときに、ＵＶ接着剤に紫外線を照射して、ＵＶ接着剤を硬化させるため用いられる。
【００１７】
（紫外線照射装置の構成）
図１は、実施形態に係る紫外線照射装置を模式的に示す斜視図である。図２は、実施形態に係る紫外線照射装置が有する紫外線ランプを示す側面図である。図１及び図２に示すように、紫外線照射装置１は、被照射体３に紫外線を照射する紫外線ランプ５を有する照射ユニット６と、を備える。
【００１８】
照射ユニット６は、紫外線ランプ５が装着される装着部１１と、紫外線ランプ５から放射された紫外線を反射させるリフレクタ１２と、紫外線ランプから放射された紫外線のうち、所定の波長帯域の紫外線のみを通過させるバンドパスフィルタ１３と、を有する。
【００１９】
装着部１１は、紫外線ランプ５の両端部を保持する一組の保持部材１１ａを有する。リフレクタ１２は、円弧状の反射面１２ａを有しており、反射面１２ａによって紫外線ランプ５からの紫外線を被照射体３側へ反射させる。また、リフレクタ１２には、紫外線ランプ５の鉛直上方に対向する位置に、後述する冷却風が通るためのスリット状の開口１２ｂが設けられている。バンドパスフィルタ１３は、紫外線ランプ５の鉛直下方に配置されており、外周部が図示しない枠部材に保持されている。バンドパスフィルタ１３は、枠部材を介して所定の位置に固定されている。
【００２０】
また、紫外線照射装置１は、図示しないが、紫外線ランプ５を冷却するための冷却装置を有する。冷却装置は、例えば、紫外線ランプ５の鉛直下方から鉛直上方に向かって冷却風を流すための送風ファンを有する。冷却装置は、紫外線ランプ５を冷却した冷却風は、リフレクタ１２の開口１２ｂを通って照射ユニット６の外部へ排出される。
【００２１】
（紫外線ランプの構成）
図２に示すように、紫外線ランプ５は、発光管１５と、口金部材１６と、を備える。発光管１５は、水平方向に沿って管軸Ａが配置され、鉛直下方に位置する被照射体３に紫外線を照射する。発光管１５は、内部に放電空間１５ａを有しており、放電空間１５ａの両側に設けられた一対の電極１７と、電極１７に一端が接続された金属箔１８と、金属箔１８の他端に接続されたアウターリード１９と、を有する。
【００２２】
また、発光管１５の両端部には、金属箔１８を覆うように封止した封止部２０が形成されている。この封止部２０は、例えば、発光管１５の両端部を熱収縮させて形成された、いわゆるシュリンクシールや、成形型を用いて加熱しながら加圧して形成されたピンチシールによって封止されている。封止部２０の外周には、筒状の口金部材１６が設けられている。紫外線ランプ５の両端部の口金部材１６は、照射ユニット６の装着部１１に紫外線ランプ５が装着されたときに、保持部材１１ａによって保持される。また、紫外線ランプ５の内側リード線１９は、図示ないし電源部に接続される。
【００２３】
発光管１５は、透過光性を有する石英ガラスによって円筒状に形成されており、内部に、アルゴンガス等の希ガス、高蒸気圧の水銀や、鉄、錫、タリウム、ヨウ素などの種々の金属ハロゲン化物が封入されている。発光管１５は、例えば、発光長Ｌが１０００ｍｍ程度、外径φが２７．５ｍｍ程度に形成されている。また、発光管１５の外周面には、発光管１５から放射される紫外線における波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収膜２１が形成されている。
【００２４】
なおここでいう「波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収膜２１」とは、波長３４０ｎｍ以下の光の吸収率が、波長３４０ｎｍよりも長い光の吸収率よりも大きければ、波長が３４０ｎｍよりも長い光の振る舞いが限定されるものではない。具体的には、吸収膜２１が、例えば発光管１５に封入された水銀の輝線である３６５ｎｍ、４０５ｎｍ等の光を透過してもよい。
【００２５】
電極１７は、電極軸１７ａと、コイル１７ｂとを有する。電極軸１７ａは、一端が放電空間１５ａ側に向けられ、他端が金属箔１８に溶接されている。コイル１７ｂは、電極軸１７ａの一端に巻回して設けられている。金属箔１８は、モリブデンによって矩形状に形成されており、例えば、発光管１５の長さ方向に対する長さ（以下、単に長さと称する）が３０ｍｍ程度、幅が６ｍｍ程度、厚さが０．０２８ｍｍ程度に形成されている。
【００２６】
図３に示すように、発光管１５が有する吸収膜２１は、発光管１５の周面の周方向に沿って、鉛直方向における発光管１５の最下位置Ｐ１を中心とした発光管１５の管軸Ａまわりの中心角θが少なくとも３０度の範囲を含む２７０度以下の範囲に設けられている。吸収膜２１は、例えば、酸化チタンや、シリカ（二酸化ケイ素）を主成分として形成された金属吸収膜である。本実施形態における吸収膜２１は、例えば、中心角θが１２０度をなす範囲にわたって設けられている。紫外線ランプ５が放射する紫外線における波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する。
【００２７】
なお、紫外線ランプ５は、発光管１５内に希ガス、水銀に加えて、例えばヨウ化鉄などのメタルハライドが更に封入されてもよい。また、ここでいう「紫外線」とは、４５０ｎｍ以下の波長の光であり、具体的には発光管内に封入された水銀の輝線である２５４ｎｍ、３６５ｎｍの光であるが、その他の波長の光も許容される。また、紫外線ランプ５は、４５０ｎｍ以下の光を放射する紫外線ランプに限定されるものではなく、例えば４５０ｎｍ以下の光を放射するのみでなく、４５０ｎｍよりも長波長側の光を放射する紫外線ランプであってもよい。要するに、４５０ｎｍ以下の光を放射する紫外線ランプであれば、その発光様式は限定されない。
【００２８】
（紫外線ランプにおける吸収膜の振る舞い）
紫外線ランプ５では、発光管１５から放射される紫外線のうち、波長が３４０ｎｍ以下の紫外線（短波長成分）が、吸収膜２１によって吸収されるので、発光管１５から放射される紫外線に含まれる短波長成分が減らされる。そして、吸収膜２１は、紫外線を吸収することで、温度が上昇する。発光管１５において最上位置Ｐ２よりも相対的に温度が低い最下位置Ｐ１は、最下位置Ｐ１を含む範囲に設けられた吸収膜２１の温度が上昇することに伴って加熱される。これにより、発光管１５の最下位置Ｐ１の温度が上昇するので、発光管１５の最下位置Ｐ１と最上位置Ｐ２との温度差が小さくなり、吸収膜２１によって発光管１５の周方向における温度が均一化され、発光効率が高められる。
【００２９】
図４は、実施形態における紫外線ランプ５の吸収膜２１の中心角θと、所定の波長帯域の紫外線が占める照度の比率との関係を説明するためのグラフである。図４において、縦軸は、所定の波長帯域の紫外線が占める照度の比率（％）を示し、横軸は吸収膜２１の中心角θを示す。また、図４において、実線は、波長が３６５ｎｍの紫外線の照度の比率を示し、破線は、波長が３００ｎｍ〜３４０ｎｍｍの紫外線の照度の比率を示す。
【００３０】
なおここでいう「波長が３６５ｎｍの紫外線の照度」とは、照度計として（株）オーク製作所製ＵＶ−Ｍ０３、照度センサとして（株）オーク製作所製センサＵＶ−３５を用い、紫外線ランプ５の吸収膜２１が設けられた側の面から１ｍ離れて測定した値である。また、「波長が３００ｎｍ〜３４０ｎｍの紫外線の照度の比率」とは、分光光度計としてオプトサイエンス社製ＭＳＲ−７０００を用いて３００〜３４０ｎｍの分光分布を測定し、上記照度計及び照度センサを用いて測定した「波長が３６５ｎｍの紫外線の照度」に基づいて規格化した値である。
【００３１】
図５は、実施形態における紫外線ランプ５の吸収膜２１の中心角θと、紫外線ランプ５の寿命との関係を説明するためのグラフである。図５において、縦軸は、紫外線ランプ５の照度が７０％に到達する時間である紫外線ランプ５の寿命（ｈ）を示し、横軸は、吸収膜２１の中心角θを示す。図５において、実線が紫外線ランプ５の寿命を示す。なお、吸収膜２１の中心角θが０度である場合は、発光管１５に吸収膜２１が設けられていない構成に相当する。
【００３２】
図４に示すように、紫外線ランプ５が照射する紫外線のうち、波長が３６５ｎｍの紫外線は、吸収膜２１の中心角θが大きくなるのに従って、紫外線ランプ５の全照度に対して波長が３６５ｎｍの紫外線が占める照度の比率が徐々に増える。一方、紫外線ランプ５が照射する紫外線のうち、波長が３００ｎｍ〜３４０ｎｍの紫外線は、吸収膜２１の中心角θが大きくなるのに従って、紫外線ランプ５の全照度に対して波長が３００ｎｍ〜３４０ｎｍの紫外線が占める照度の比率が徐々に低下する。そして、中心角θが少なくとも３０度の範囲を含む３０度以上の範囲に吸収膜２１が設けられたときに、波長が３００ｎｍ〜３４０ｎｍの紫外線が占める照度の比率の変化が顕在化している。
【００３３】
紫外線ランプ５の照度が７０％に到達する時間を紫外線ランプ５の寿命として判定した場合、図５に示すように、吸収膜２１の中心角θが０度から１８０度程度の範囲では、紫外線ランプ５の寿命は同等である。一方、吸収膜２１の中心角θが１８０度程度を超えるに従って、紫外線ランプ５の寿命が急激に低下する。吸収膜２１の中心角θが２７０度のときに紫外線ランプ５の寿命になる時間が１２００時間であるのに対して、吸収膜２１の中心角θが３６０度のときに紫外線ランプ５の寿命になる時間が７００時間となり、吸収膜２１の中心角θが２７０度を超えたときに紫外線ランプ５の寿命が大幅に低下した。これは、発光管１５の周方向における全周にわたって吸収膜２１が設けられた場合には、吸収膜２１が紫外線を吸収することに伴って発光管１５全体の温度が上昇し、発光管１５の最上位置Ｐ２の温度を上昇させることに起因する。
【００３４】
上述したように、吸収膜２１が設けられる範囲が、中心角θが３０度の範囲未満である場合には、発光管１５の最下位置Ｐ１を加熱することで、発光管１５における最下位置Ｐ１と最上位置Ｐ２の温度差を均一化する効果が十分に得られないという不都合がある。一方で、中心角θが２７０度を超える範囲に吸収膜２１が設けられた場合には、吸収膜２１が発光管１５の最上位置Ｐ２を加熱してしまうので、紫外線ランプ５の寿命が大幅に低下するという不都合がある。
【００３５】
実施形態の紫外線照射装置１は、発光管１５の周方向に沿って、中心角θが少なくとも３０度の範囲を含む２７０度以下の範囲に設けられると共に波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収膜２１を有する。これにより、吸収膜２１によって、被照射体３を損傷させるおそれがある波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を除去することで、紫外線の短波長成分によって被照射体３が損傷することを抑えることができる。加えて、吸収膜２１によって、発光管１５の最下位置Ｐ１を加熱して発光管１５全体の温度を均一化することで、発光効率（ランプ効率）を高めることができる。
【００３６】
また、実施形態の紫外線照射装置１において、発光管１５の外周面に設けられる吸収膜２１がシリカを主成分とする材料によって形成されることで、発光管１５に電力が供給されて点灯しているときに吸収膜２１が高温にさらされた場合でも、吸収膜２１として物性を保持することができる。
【００３７】
また、実施形態の紫外線照射装置１において、発光管１５の外周面に吸収膜２１が設けられることで、発光管１５に電力が供給されて点灯しているときに吸収膜２１が高温にさらされた場合でも、吸収膜２１として物性を保持することができる。
【００３８】
また、上述した実施形態では、吸収膜２１が発光管１５の外周面に沿って設けられたが、この構成に限定されるものではなく、吸収膜２１が発光管１５の内周面に沿って設けられてもよい。ただし、吸収膜２１は、発光管１５の内周面に設けられた場合、特に発光管１５内の金属ハロゲン化物によって劣化するおそれがあるので、吸収膜２１の劣化を抑える点で、発光管１５の外周面に設けられる構成が好ましい。
【００３９】
実施形態の変形例としては、発光管１５の周方向に生じる温度分布に応じて、吸収率が異なる複数種類の吸収膜が配置されてもよい。
【００４０】
以下、実施形態に係る変形例の紫外線照射装置が有する紫外線ランプについて図面を参照して説明する。なお、変形例において、実施形態と同一の構成部材には、実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
（変形例）
図６は、実施形態に係る変形例の紫外線ランプが有する吸収膜を示す模式的な断面図である。変形例は、吸収膜の吸収率が、発光管の周方向における範囲において異なるように設けられた点が、実施形態と異なる。
【００４２】
図６に示すように、変形例の紫外線ランプ３５は、中心角θが１８０度の第１の範囲Ｒ１と、中心角θが１８０度を超えて２７０度までの第２の範囲Ｒ２とで吸収率が異なるように、吸収膜３６が設けられている。吸収膜３６の吸収率は、例えば、発光管１５の周方向における位置に応じて、厚みを異ならせることで、第１の範囲Ｒ１よりも第２の範囲Ｒ２が小さくなるように設定されている。
【００４３】
吸収膜３６の厚みが異なる第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２を形成する場合には、吸収膜３６を、例えば、第１及び第２の範囲Ｒ１、Ｒ２を有する全範囲にわたって所定の膜厚で形成する。続いて、吸収膜３６を第１の範囲Ｒ１に所定の膜厚で積層して形成することで、吸収膜３６の膜厚を第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とで異ならせてもよい。
【００４４】
また、図示しないが、発光管１５の周面には、中心角θの範囲に応じて、波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収率が互いに異なる複数の吸収膜が積層されて形成されてもよい。また、吸収膜は、発光管１５の周方向において、波長が３４０ｎｍ以下の紫外線を吸収する吸収率が変化する分布を有するように形成されてもよい。
【００４５】
変形例によれば、吸収膜３６が、第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とで吸収率が異なるように形成されることで、吸収膜３６によって発光管１５の最上位置Ｐ２の温度が上昇することを抑えることが可能になる。また、変形例においても、実施形態と同様に、吸収膜３６によって、紫外線の短波長成分による被照射体３の損傷を抑えると共に、発光管１５全体の温度を均一化し、発光効率を高めることができる。
【００４６】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施す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。実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００４７】
１  紫外線照射装置
３  被照射体
５  紫外線ランプ
６  照射ユニット
１５  発光管
２１  吸収膜
Ａ  管軸
Ｐ１  最下位置
Ｐ２  最上位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017033750.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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