(57)【要約】【課題】マイクロ波を用いて無電極ランプから生成される紫外線光の配光分布の調整を可能にする。【解決手段】ランプハウス１１内に、マイクロ波を発生するマグネトロン１３１，１３２および導波管１５１，１５２を介して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が構成される。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により冷却する。無電極ランプ１２から照射される紫外線光は、被照射体に対してリフレクタ２１１，２１２を用いて集光または拡散させる。無電極ランプ１２は、径方向に上下に移動可能に支持する。無電極ランプ１２を上下させ、リフレクタ２１１，２１２の反射方向を変えることで、無電極ランプ１２の照射面積の変更が可能となる。これにより、被照射物の大きさにあった照射面積とすることで、効率的な紫外線光の照射を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波により紫外線が放射可能な放電媒体が封入された無電極ランプと、
前記無電極ランプにマイクロ波を供給するためのマグネトロンと、
前記マグネトロンから発生するマイクロ波を、前記無電極ランプへ給電するための導波管と、
前記無電極ランプの紫外線光を集光または拡散させるリフレクタと、を具備し、
前記無電極ランプの設置位置を変更させることにより、前記無電極ランプの配光分布および照度を変化させることを可能としたことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記無電極ランプの設置位置は、前記無電極ランプの軸方向の両端に形成した支持部を上げ下げして移動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記無電極ランプの設置位置は、前記支持部を一端が支持されたレバーまたはカムにより移動するようにした請求項２記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記レバーまたはカムは、前記支持部に対してクロスする状態とし、前記支持部の移動を安定させたことを特徴とする請求項３記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
マイクロ波により紫外線が放射可能な放電媒体が封入された無電極ランプと、
前記無電極ランプにマイクロ波を供給するためのマグネトロンと、
前記マグネトロンから発生するマイクロ波を、前記無電極ランプへ給電するための導波管と、
前記無電極ランプの紫外線光を集光または拡散させるリフレクタと、を具備し、
前記リフレクタの前記無電極ランプに対する相対位置あるいは角度を変更させることにより、前記無電極ランプの配光分布や照度を変化させることを可能とすることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項６】
前記リフレクタの前記無電極ランプに対する相対位置は、前記無電極ランプと前記リフレクタによる反射面との相対的な関係は維持しながら、前記無電極ランプから前記リフレクタとの距離を変更するようにしたことを特徴とする請求項５記載の紫外線照射装置。
【請求項７】
前記リフレクタの前記無電極ランプに対する角度は、可撓性の材料で形成された前記リフレクタの曲率を変更して行うものであることを特徴する請求項５記載の紫外線照射装置。
【請求項８】
前記リフレクタの曲率は、前記リフレクタの上側縁端を、可動レバーで押圧操作することにより、前記リフレクタを撓ませることで変更したことを特徴とする請求項７記載の紫外線照射装置。
【請求項９】
前記リフレクタの前記無電極ランプに対する角度は、前記リフレクタを回動させることで前記無電極ランプの照射角度を変更するようにしたことを特徴する請求項５記載の紫外線照射装置。
【請求項１０】
前記無電極ランプによる照射面積の大小に基づき、前記無電極ランプの紫外線光を受ける被照射物への照射時間を変更することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の紫外線照射装置。
【請求項１１】
前記無電極ランプによる照射面積が大きくなった場合は、前記マグネトロンの電力を大きくし、マイクロ波の出力を増大させることを特徴する請求項１〜９の何れかに記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波給電式による無電極紫外線ランプを用いて、例えば主に印刷関連でのインク乾燥、半導体関連の微細露光、液晶関連の接着剤硬化等の用途に用いられる紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロ波を用いて無電極ランプから紫外線を生成するマイクロ波給電式の無電極ランプ装置は、無電極ランプにマイクロ波を当て、無電極ランプから紫外線光を放射させている。紫外線光は直接あるいはリフレクタを用いて被照射物に向けて反射させている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特表２００３−５１０７７３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、定位置に無電極ランプから放射される紫外線光を反射させるリフレクタが備えられている。このため、被照射面の配光分布および照度が固定化され、配光分布の拡大や縮小や集点距離を調整する場合は、システムの設置位置を変更したり、被照射面を移動させたりする必要が生じることとなるため、メンテナンス性の面での問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、紫外線光の配光分布あるいは集光距離が調整可能な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】
【０００５】
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、マイクロ波により紫外線が放射可能な放電媒体が封入された無電極ランプと、前記無電極ランプにマイクロ波を供給するためのマグネトロンと、前記マグネトロンから発生するマイクロ波を、前記無電極ランプへ給電するための導波管と、前記無電極ランプの紫外線光を集光または拡散させるリフレクタと、を具備し、前記無電極ランプの設置位置を変更させることにより、前記無電極ランプの配光分布および照度を変化させることを可能としたことを特徴とする。
【０００６】
また、マイクロ波により紫外線が放射可能な放電媒体が封入された無電極ランプと、前記無電極ランプにマイクロ波を供給するためのマグネトロンと、前記マグネトロンから発生するマイクロ波を、前記無電極ランプへ給電するための導波管と、前記無電極ランプの紫外線光を集光または拡散させるリフレクタと、を具備し、前記リフレクタの前記無電極ランプに対する相対位置あるいは角度を変更させることにより、前記無電極ランプの配光分布や照度を変化させることを可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、無電極ランプの取り付け位置やリフレクタの位置あるいは角度を変更させることにより、配光面積の可変や配光分布の可変が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１〜図３は、この発明の紫外線照射装置に関する第１の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Ｉ−Ｉ’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である。
【００１０】
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。
【００１１】
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は紫外線光を透過させる石英ガラス製の長さが２４０ｍｍ程度の円筒形状のバルブである。バルブ１２１は、中央部１２２をその両端部１２３，１２４よりも細くなるようにテ―パをつけたもので、両端部１２３，１２４の外径は例えば１７ｍｍ程度、中央部１２２の外径は１０ｍｍ程度である。
【００１２】
バルブ１２１の発光空間１２５内には、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１２６，１２７がバルブ１２１と一体的に形成される。
【００１３】
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、金属線をメッシュ状に編み込んだり、金属板にパンチング加工したりしたカバーで覆われた受光素子、１８は受光素子１７が受光した光の量を検出する光量検出器である。また、１９は光量検出器１８により検出された光の量が、予め設定された光の量に等しくなるように電源１４を制御する制御部である。
【００１４】
光量検出器１８は、受光素子１７に対しリード線などで接続され、受光素子１７が受光した光の量を例えば受光素子１７から供給される電流の値により検出するようになっている。光量検出器１８は、制御部１９に対しリード線などで接続され、検出した光の量を示すアナログ電圧を制御部１９へ与えるようになっている。
【００１５】
制御部１９は、コンピュータプログラムにより動作するコンピュータやこのコンピュータを集積化した集積回路により構成される。制御部１９は、所望の光の量を示すアナログ電圧、電源１４の制御量ならびに制御量を増加または減少させるときの１回の量（単位制御量）が記憶される図示しないメモリを備え、メモリには当初は当該アナログ電圧、制御量の初期値および当該単位制御量が記憶されている。また、制御部１９は、光量検出器１８から与えられるアナログ電圧と、メモリに記憶したアナログ電圧に基づいて、メモリに記憶された制御量を更新し、電源１４に与える制御量を増加または減少させるようになっている。
【００１６】
電源１４は、制御部１９から与えられた制御量に応じたエネルギー量のマイクロ波を発生させるようにマグネトロン１３１，１３２を制御するようになっている。
【００１７】
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、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。
【００１８】
無電極ランプ１２の背面側にはリフレクタ２１１，２１２が設置される。また、リフレクタ２１１，２１２の反射面側と被照射物（図示せず）との間には、照射窓を構成するスクリーン２２がランプハウス１１の一部に設けられている。スクリーン２２は、金属でありかつ開口部が設けられている。スクリーン２２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。２３は、無電極ランプ１２とリフレクタ２１１，２１２それにスクリーン２２で構成されるマイクロ波空洞部である。
【００１９】
無電極ランプ１２は、リフレクタ２１１，２１２を支持したフレーム２４に対し、無電極ランプ１２の径方向に上下移動可能に支持されている。無電極ランプ１２は上下方向に移動させることによって、リフレクタ２１１，２１２に対して反射角度が調整されることで、配光面積の拡大や縮小の調整が可能となる。
【００２０】
ここで、図４を参照し、無電極ランプ１２を上下方向に移動させる具体的な構成例について説明する。図４は、図１のフレーム２４に対して無電極ランプ１２の支持部１２７側を上下させる構成を示している。支持部１２６側も同様の上下機構を備えており、支持部１２７と同方向の動きで上下される。
【００２１】
無電極ランプ１２の支持部１２７は、フレーム２４の側面の上下方向に形成されたガイド４１に沿って上下方向に移動可能である。可動レバー４２は、一端はフレーム２４に固着された支軸４３により回動可能に支持され、他端はフレーム２４に固着された支軸４４に回動可能に取り付けられた回動板４５に支持された支軸４６に支持される。可動レバー４２は、回動板４５の回動に従って回動可能となる。つまり、回動板４５が矢印Ａ方向に回動されると、可動レバー４２は矢印Ｃ方向に、回動板４５が矢印Ｃ方向に回動されると、可動レバー４２は矢印Ｄ方向にそれぞれ回動する。なお、可動レバー４２は、傾斜させ支持部１２７に当接した状態で支持されている。
【００２２】
回動板４５は、図示しないがクリック機構を用いることにより、段階的な回動をさせることができる。回動板４５の回動は、手動でも構わないが、モータやソレノイド等の電気的な駆動手段を用いることもできる。この場合、回動板４５を目的にあった回動角に自動的に設定することが可能となる。
【００２３】
回動レバー４２の中間付近には、可動軸４６の一端が取り付けられ、可動軸４６の他端は、ガイドレバー４７の一端に形成されたスライド孔４８に移動可能に取り付けられている。ガイドレバー４７の他端は、フレーム２４に支軸４９を介してガイドレバー４７が回動可能に支持される。ガイドレバー４７は、可動レバー４２と同じように傾斜した状態で支持部１２７に当接した状態で支持されている。このとき、可動レバー４２とガイドレバー４７はＶ字状を成す格好とし、このＶ字で交わる部分で無電極ランプ１２の支持部１２７を支持している。
【００２４】
次に、図４の動作について図５とともに説明する。
【００２５】
まず、回動板４５を矢印Ａ方向に回動させた場合を考える。回動板４５のＡ方向の回動に伴い可動レバー４２は支軸４３を中心に矢印Ｃ方向に回動する。この回動に従いガイドレバー４７は、可動レバー４２の支軸４６にスライド孔４８をスライドさせながら矢印Ｆ方向に回動する。可動レバー４２がＣ方向に、ガイドレバー４７がＦ方向に回動により、可動レバー４２とガイドレバー４７に当接せれた支持部１２７は、下方向に移動する。換言すれば、無電極ランプ１２が下方に移動する。
【００２６】
逆に、回動板４５を矢印Ｂ方向に回動させた場合を考える。回動板４５のＢ方向の回動に伴い、可動レバー４２は支軸４３を中心に矢印Ｄ方向に回動する。この回動でガイドレバー４７は、可動レバー４２の支軸４６にスライド孔４８をスライドさせながら矢印Ｇ方向に回動する。可動レバー４２がＤ方向に、ガイドレバー４７がＧ方向に回動により、可動レバー４２とガイドレバー４７に当接せれた支持部１２７は、上方向に移動する。換言すれば、無電極ランプ１２が上方に移動する。
【００２７】
回動板４５をＡ方向に回動させて無電極ランプ１２を下方に移動させると、無電極ランプ１２により被照射物５１に対する照射面積は、図５（幅を示す）に示すようにｂの領域が照射される。回動板４５をＢ方向に回動させて無電極ランプ１２を上方に移動させると、無電極ランプ１２により被照射物５１に対する照射面積は、図５に示すようにａの領域が照射される。
【００２８】
このように、被照射物５１に対して、無電極ランプ１２を下方に移動させたときの照射面積を大きく、無電極ランプ１２を上方に移動させたときの照射面積は小さいものとなる。これにより、被照射物５１の大きさにあった照射面積とすることで効率的な紫外線光の照射を実現することが可能となる。
【００２９】
図６は、無電極ランプ１２を上下方向に移動させる他の具体的な構成例について説明するための構成図である。この構成例は、カム機構を用いて無電極ランプ１２を上下に移動させるものである。この図６も図４と同様に、支持部１２７側を上下させる構成を示しているが、支持部１２６側も同様に構成される。
【００３０】
すなわち、６１は楕円形状のカムであり、このカム６１は、一端部を無電極ランプ１２の支持部１２７に当接させ、他端部を傾斜させた状態でフレーム２４に固着された支軸６２に回動自在に支持される。カム６１には、支持部１２７がカム６１を乗り越えることを防止するために、図示はしないが乗り越える手前でストップが係るような停止機構を備えることも考えられる。
【００３１】
そこで、支軸６２を中心にしてカム６１を矢印Ｇ方向に回動されると、支持部１２７は無電極ランプ１２の自重でカム６１の形状に沿って下方に移動する。カム６１が矢印Ｈ方向に回動されると、カム６１の形状に基づいて支持部１２７を上方に移動させる。
【００３２】
このように、カム６１を回動させることにより、無電極ランプ１２をガイド４１に沿って上下方向に移動可能となり、無電極ランプ１２の照射面積を可変させることが可能となる。
【００３３】
この具体例の場合は、カム６１のみの簡単な構成で無電極ランプ１２を上下させることができる。
【００３４】
なお、カム６１と同様な構成でカム６１とは異なる傾斜方向に回動するカムを設け、このカムとカム６１とのＶ字状の交わる部分で無電極ランプ１２の上下させることで安定した移動が実現する。カムを２個使用した場合でも図４の具体例に比して部品点数の少ない構成とすることが可能である。さらに、カムはクリック機構を用いることにより、段階的な回動をさせることができるばかりか、カムの支軸にはモータやソレノイド等の電気的な駆動手段を用い、電気的な制御も実現可能である。
【００３５】
図７〜図９は、この発明の第２の実施形態について説明するための、図７は図２に相当する断面図、図８は図７の要部を拡大して示した構成図、図９は図８要部の具体例について説明するための斜視図である。上記実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して、ここでは異なる部分を中心に説明する。
【００３６】
この実施形態は、無電極ランプ１２とリフレクタ２１１，２１２による反射の相対的な関係は維持しながら、無電極ランプ１２とリフレクタ２１１，２１２の距離をそれぞれ変更するようにしたものである。
【００３７】
すなわち、図７に示すように、無電極ランプ１２の径軸方向に対してリフレクタ２１１，２１２の反射面との関係は変更されないように、リフレクタ２１１，２１２を傾斜方向に移動可能としてものである。
【００３８】
具体的には、図８、図９に示すように、リフレクタ２１１，２１２の長手方向両端に補強用のリブ８１，（８２）をそれぞれ設け、リブ８１，（８２）にはそれぞれ移動用のピン８３，８４がリフレクタ２１１，２１２の長手方向にそれぞれ突出した格好で設けられている。
【００３９】
ピン８３，８４は、フレーム１４に傾斜させた状態で形成された長孔のガイド孔８５，８６に係合され、ピン８３，８４はそれぞれガイド孔８５，８６に沿って移動可能である。この移動については図示していないが、ギアなどを用いることで微妙な移動も可能となる。また、リフレクタ２１１，２１２の移動は同時に行うことも可能である。移動後は所望の位置で固定する機能も備えられるものである。
【００４０】
ここで、リフレクタ２１１，２１２に移動に伴い、無電極ランプ１２から照射される紫外線光の照射面積の変更について図１０を参照して説明する。
【００４１】
図１０において、リフレクタ２１１，２１２が実線の位置にある場合には、無電極ランプ１２により被照射物５１に対する照射面積は、ｃの領域（図１０では幅を示す）となる。リフレクタ２１１，２１２が波線の位置に移動された場合には、無電極ランプ１２により被照射物５１に対する照射面積は、ｄの領域となる。
【００４２】
このように、リフレクタ２１１，２１２による反射の相対的な関係は維持しながら、無電極ランプ１２とリフレクタ２１１，２１２の距離を変更した場合は、被照射物５１に対して、実線の位置では照射面積を小さく、碇線の位置では大きくすることができる。これにより、被照射物５１の大きさにあった照射面積とすることで効率的な紫外線光の照射を実現することができる。
【００４３】
図１１、図１２は、この発明の第３の実施形態について説明するための、図１１は図２に相当する断面図、図１２は図１１要部の斜視図である。
【００４４】
この実施形態は、無電極ランプ１２に対するリフレクタ２１１，２１２の反射角度を調整するようにしたものである。図１１にあるように、可撓性で耐熱性の材料で形成されたリフレクタ２１１，２１２の曲率を変更することで、紫外線光の照射角度並びに照射面積を変更するようにした。
【００４５】
図１２は、リフレクタ２１１，２１２の曲率を変更する具体例を示すものである。リフレクタ２１１，２１２の長手方向の上端には補強用の剛性を有する金属等の材料で形成されたリブ１０１，１０２をそれぞれ取り付けている。リブ１０１，１０２のそれぞれの両端を可動レバー１０３，１０４でリフレクタ２１１，２１２の弾性に抗して撓ませ、図中双方向矢印の下方に押圧すると、リフレクタ２１１，２１２は湾曲度が大きくなり、押圧力を弱めると湾曲度が小さくなる。
【００４６】
なお、可動レバー１０３，１０４の押圧を弱めた場合には、リフレクタ２１１，２１２は、自身の弾性力により図中の双方向矢印の上方に復元し、湾曲度を小さくすることが可能となる。
【００４７】
この湾曲度の大小に基づいて、図１０に示すような、無電極ランプ１２による被照射物５１に対する照射面積を、ｃの領域としたり、ｄの領域としたり調整することが可能となる。
【００４８】
この実施形態の場合は、リブ１０１，１０２をそれぞれ別々に制御することも可能である。例えば、リブ１０１側を押えることで、リフレクタ２１１にて反射させた紫外線光を、リフレクタ２１２により反射させた紫外線光と合成して被照射体に照射させることができる。これにより、紫外線光量を増加させることができる。
【００４９】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。無電極ランプ１２による紫外線光の照射面積が大きくなった場合、マグネトロン１５１，１５２の電力が同じである場合には照度が低下する。この場合には、マグネトロン１５１，１５２の電力を大きくすることで同照度を確保することができる。
【００５０】
また、リフレクタ２１１，２１２は回動させることで、紫外線光の照射角度を変更することも可能である。被照射物の大きさや被照射位置を移動する場所を検知することにより最適な照射面積、最適な照射位置での照射の制御も可能となる。
【００５１】
また、マグネトロン１５１，１５２の電力を同じ値と、照射面積が小さい場合には被照射物の照射時間を短くできることもできる。例えば、無電極ランプやリフレクタの着脱を検出できるインターロック機能を備えても構わない。また、マグネトロンは２個使用した場合を例としたが、１個でも３個以上でも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の第１の実施形態について説明するための正面図。
【図２】図１のＩ−Ｉ’断面図。
【図３】図１の具体例について説明するための構成図。
【図４】図１の要部の具体的な一構成例について説明するための構成図。
【図５】図１の効果について説明するための説明図。
【図６】図１要部の具体的な他の構成例について説明するための構成図。
【図７】この発明の第２の実施形態について説明するための、図２に相当する断面図。
【図８】図７の要部を拡大して示した構成図。
【図９】図８の要部の具体例について説明するための斜視図。
【図１０】図８の効果について説明するための説明図。
【図１１】この発明の第３の実施形態について説明するための、図２に相当する断面図。
【図１２】図１１の要部の具体的な構成例について説明するための斜視図。
【符号の説明】
【００５３】
１１  ランプハウス
１２  無電極ランプ
１２６，１２７  支持部
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  リフレクタ
２２  スクリーン
２３  マイクロ波空洞部
２４  フレーム
４１  ガイド
４２  可動レバー
４３，４４，４６，４９，６２  支軸
４５  回転板
４７  ガイドレバー
４８  スライド孔
６１  カム
８１，８２，１０１，１０２  リブ
８３，８４  ピン
８５，８６  ガイド孔
１０３，１０４  可動レバー
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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