JP2002530186A

JP2002530186A - 焦点距離調整可能ランプ

Info

Publication number: JP2002530186A
Application number: JP2000583304A
Authority: JP
Inventors: バーリー、ジョナサン、ディ
Original assignee: フュージョン・ユーヴィー・システムズ・インコーポレイテッド
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2002-09-17
Also published as: US6118130A; IL143167A0; HK1043687A1; EP1151640A1; AU1516500A; WO2000030411A1; CA2349204A1; EP1151640A4

Abstract

(57)【要約】【課題】照射エネルギーにより素材を処理する装置（Ｒ）を提供する。【解決手段】照射エネルギーにより素材を処理する装置（Ｒ）が、外側に位置する第１の物焦点をもつ第１の反射器（６）と、第２の物焦点をもちかつ第１の反射器（６）の外側に位置する第２の反射器（１２）と、第１の反射器（６）の内側に位置するエネルギー源（４）と、第１の物焦点に位置する補助反射器１０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の分野］本発明は、一般的には硬化製品のための装置に関し、特に紫外線（ＵＶ）硬化
製品を硬化させるための紫外線を発生するマイクロ波駆動ランプであって、ラン
プの焦点をそのマイクロ波キャビティを再構築することなく調整可能であるもの
に関する。

【０００２】［発明の背景］マイクロ波駆動ランプでは、所望するポイントに照射線の焦点を合わせかつマ
イクロ波エネルギーと電球との効率的な結合のためにマイクロ波キャビティを設
けるべく光反射器が設計されている。ランプ設計は、必然的に、所望される光学
特性と要求されるマイクロ波キャビティの間での妥協によることになる。なぜな
ら、所与の光学特性のために設計することは、それにより得られるマイクロ波キ
ャビティの特性に悪影響を及ぼすことにもなるからである。良好な光学特性とマ
イクロ波キャビティ特性の双方を有するように反射器を設計するのは容易な仕事
ではない。従って、設計の妥協点に到達したならば、各用途について別々のラン
プを設計するよりは、むしろそのランプにその用途を適合させることが普通であ
る。その結果、従来のランプでは、焦点が固定されている。

【０００３】異なる焦点を必要とする用途の場合、焦点ポイントの固定されている従来のラ
ンプは、必ずしも効率のよくない状態で使用されることになる。なぜなら、硬化
チャンバ内の製品の実際の位置とランプの光学特性との不適合のために、硬化中
の製品がランプから最適なエネルギーを受けられないからである。

【０００４】従って、特定の用途に望ましいように調整可能な焦点ポイントを具備しかつそ
の基本的な光学特性及びマイクロ波キャビティ特性を乱さないようなランプが必
要とされている。

【０００５】［発明の目的及び概要］本発明の目的は、ＵＶ硬化のためのマイクロ波駆動ランプであってランプのマ
イクロ波キャビティを再設計することなくランプの焦点を変更可能なマイクロ波
駆動ランプを提供することである。

【０００６】本発明の更なる目的は、硬化用ランプであって赤外線が液体や気体の冷却剤に
より吸収されることにより硬化中の製品の不要な熱を回避可能なランプを提供す
ることである。

【０００７】本発明の更なる目的は、硬化用ランプであって電球を冷却するための冷却エア
が硬化中の製品から一定の距離をもって離されることにより硬化工程の気体生成
物による冷却エアの汚染を最小限とすることができるランプを提供することであ
る。

【０００８】本発明の更なる目的は、硬化用ランプであってランプ焦点において利用可能な
エネルギーレベルを特定の工程に適合させるべく変更可能なランプを提供するこ
とである。

【０００９】概説すると、本発明は照射エネルギーにより素材を処理するための装置であっ
て、外側に位置する第１の物焦点を具備する第１の反射器と、第２の物焦点を具
備する第２の反射器とを有する装置を提供する。第１の反射器が第２の反射器内
に配置されることにより、第２の物焦点は第１の物焦点よりも第１の反射器から
遠くに位置する。照射エネルギー源は第１の反射器内に配置されることにより、
照射エネルギーが第１の物焦点へ向けられる。補助反射器が第１の物焦点に配置
されることにより、照射エネルギー源からの照射エネルギーが第２の反射器へ、
そして第２の物焦点へと反射されるが、そこに処理される素材が配置されている
。この第２の物焦点により、その製品が第１の物焦点よりも遠くに位置すること
ができる。

【００１０】本発明のこれらの及び他の目的は、以下の詳細な説明から明らかとされるであ
ろう。

【００１１】［発明の詳細な説明］本発明により作製されたランプＲは、図１に開示されている。ランプＲはマイ
クロ波電源により駆動され、マイクロ波電源はマイクロ波キャビティ７を規定す
る反射器６内に配置された電球４へ接続される。電球４は、硬化のために紫外線
や赤外線等の照射線を発生するプラズマ放電電球である。網状スクリーン８は、
マイクロ波キャビティ７内に閉じ込められるマイクロ波エネルギーを保持する。
スクリーン８は、電球４からの照射線に対して透明である。マイクロ波駆動ラン
プの例は、米国特許No.5,504,391及び4,042,850に開示されている。マイクロ波
電源が開示されているが、電球４は、アーク等の他の任意の電源により駆動する
ことも可能である。

【００１２】反射器６は、直線焦点用の楕円形円柱とすることができ、源焦点と物焦点とが
対応するように縦長とされる。源焦点は反射器内の位置する一方、物焦点は外側
に位置する。電球４は、縦長とすることができ、源焦点に位置する。反射器６も
また点状／線状の焦点をもつ楕円球とすることができ、電球４は球状である。

【００１３】補助反射器１０は、反射器６の物焦点に位置する。

【００１４】外部反射器１２は、図１に示すように反射器６及び補助反射器１０の外側に位
置する。反射器１２は、反射器６の物焦点に一致する源焦点と反射器１２の外側
に位置する物焦点とが対応するように縦長とされた楕円円柱とすることができる
。補助反射器１０はまた、反射器１２の源焦点に沿って位置する。反射器１２の
他の形状も可能である。

【００１５】反射器１２を異なる形状で置き換えることにより、特定の用途や工程に必要と
される場合に、その物焦点をランプＲに近づいた位置やランプＲから遠ざかった
位置とすることができる利点がある。反射器１２として異なる焦点距離をもつ反
射器のファミリが考えられ、特定の用途に対してランプＲを設計するときにはそ
れらの中から選択することができる。ランプＲの焦点距離を伸ばすことができる
のに加え、ランプの物焦点のエネルギー分布形状もまた変更でき、例えば、後述
するように補助反射器１０の形状を変えることにより集中焦点又は分布焦点を設
けることができる。異なる反射器１２若しくは異なる補助反射器１０を使用可能
であることにより、ユーザはその特定の工程に対してランプＲを設計する際のフ
レキシビリティが大きくなるという利点がある。従ってランプＲの焦点特性は、
反射器６の光学特性及びマイクロ波特性を再構成することなく変更することがで
きる。

【００１６】「物焦点」又は「源焦点」の用語は、楕円の焦点を称するのに加えて、一般的
な反射器の概念において光源の位置（源焦点）及び光線が焦点を結ぶ位置（物焦
点）も意味し、反射器の実際の幾何学形状によらない。

【００１７】電球４から照射するエネルギーのほとんどを補助反射器８上に集中させるよう
に、反射器６はできるだけコンパクトに構成される。反射器６は、短軸に対する
長軸の比を最大とすることにより物理的に小さく作製される。できるだけコンパ
クトに反射器を作製することにより、電球を反射器６の頂部分に近づけて位置さ
せることができ、そこでは電球４を冷却するために冷却エアが導入されることで
電球の効率的な冷却を実現できる。

【００１８】本発明のランプＲは光ファイバの硬化のために用いることができ、その場合、
光ファイバは、補助反射器１０を通して供給される。この用途においては、赤外
線を反射しかつ紫外線を透過させるために補助反射器１０が透明石英管又はその
被覆物とされる。反射器６がコンパクトに作製されるので、より強い強度の焦点
を具備することとなるが、これは光ファイバ硬化に必要とされることである。別
の用途、いわゆるウェブ型硬化においては、硬化される製品が、酸素を排除でき
るチャンバ内においてウェブ若しくはベルトにより搬送される。反射器１２の構
成においては、不活性雰囲気を設ける場合に用いられる所与の機械構造物を収容
するべくランプＲの底部と焦点の間に十分な空間があるようにその物焦点を設け
られる。３次元硬化を含む別の用途においては、補助反射器１０が、非常に細く
鋭い焦点の光ではなく３次元焦点が形成されるように構成される。この用途にお
いては、焦点におけるエネルギー分布形状が集中したビームのように深さ方向に
分布することにより、硬化される製品の深度をカバーすることができる。３次元
硬化の例には、自動車ヘッドランプ、ホイールカバープレート、医療部品等が含
まれる。

【００１９】本発明は、固定焦点をもつランプを、必要な位置に焦点を合わせることができ
るランプへ比較的簡単に変更できるという、顧客にとってのフレキシビリティを
提供する。内部反射器６の基本マイクロ波特性を乱すことなく、ランプＲは、短
焦点、中間的焦点若しくは長焦点といった異なる光学特性を必要とする幾つかの
用途を受容することができる。

【００２０】動作においては、電球４からの照射線１４が反射器６により補助反射器１０の
焦点に合わせられ、その後、反射されて外部反射器１２の焦点１６に合わせられ
る。焦点ポイント１６に硬化される製品を配置する。焦点ポイント１６を、例え
ば焦点ポイント１８へ移動する必要がある別の用途においては、異なる反射器２
０が反射器１２と置き換えられる。反射器２０は楕円形とすることができ、その
焦点が焦点ポイント１８に位置するように選択される。

【００２１】焦点ポイント１６又は１８において集中するエネルギー量は、補助反射器１０
の断面形状を変えることにより変更することができる。補助反射器１０を適切に
選択することにより、焦点ポイント１６又は１８におけるエネルギーが所定のエ
ネルギー分布形状となるように、例えば、高いピークをもつ形状、分布焦点をも
つ形状、又は、基板上若しくは製品上の異なる場所で異なるピーク強度をもつ形
状となるように構成することができる。円形補助反射器２１は、集中焦点を形成
する。三角形補助反射器２２は分布焦点を形成し、外部反射器１２に対してより
多くの光を反射する傾向がある。なぜなら、エネルギーの無駄となる反射器６へ
反射される光の量を最小限とすることが好適だからである。２つの三角形の間に
隙間２６を具備する分割された三角形２４を用いると、電球４からの照射線の一
部が隙間２６を通って直接製品上に浸透する一方、残りの照射線は２つの三角形
の両側に反射され、別の光強度パターンを製品上にもたらすこととなる。製品を
硬化させるために焦点において必要とされるエネルギー分布形状に依存して、補
助反射器１０の他の形状も用いることができる。

【００２２】補助反射器１０の表面は、紫外線照射のみを必要とする用途の場合、紫外線を
反射しかつ赤外線を補助反射器の内側へ透過するようにコーティングしてもよい
。冷却流体は、反射器の内側を通して循環されることにより赤外線を吸収する。
そうしなければ、硬化化学過程において熱を必要としない硬化環境が加熱させら
れてしまう。

【００２３】本発明はまた、電球４の効果的な冷却を実現する。できるだけコンパクトな反
射器６を用いると、電球４は必然的に反射器６の頂領域に物理的に近づいて設置
されることになり、そこでは、図３に示すように電球４に対して冷却エアを通す
ための孔２７が設けられる。電球４が冷却源に接近して置かれることにより、電
球が冷却源から遠くに置かれる場合より効率的に電球を冷却することとなる。従
来のランプに比べて、電球４は冷却源に対して遙かに短い距離をもって設置され
る。これにより、冷却ジェットが電球にあたる前に分散してしまうことが最小限
とされる。

【００２４】反射器１２は、実質的に光学的に暗い領域２８を有する。なぜなら、この領域
は、図２に示すように補助反射器１０から反射された照射線をほとんど受光しな
いからである。エアジェット若しくは他の冷却手段を通すための孔２９が領域２
８に設けられることにより、電球４を冷却するべくそれに向かって直接エアフロ
ー３０を送ることができる。エアフロー３０は、焦点１６又は１８に位置する製
品に対して実質的に平行であるので、エアフローが硬化過程の気体生成物と混合
することが最小限とされる。このことは、冷却エア排気の取り扱いを簡易にでき
るという利点があり、エアフィルタ等を設ける必要性を最小限とする。望ましい
場合、領域２８と補助反射器１０から出る直線群と反射器６の下縁とにより規定
される体積を、硬化環境から密閉してもよく、それによりさらに好適に冷却エア
を硬化工程の揮発性生成物から隔絶することができる。反射器６の頂近傍の両側
に適切な孔２７を設けることにより、冷却エアの電球４への直接的な流れの経路
が形成される。冷却エアを硬化工程からさらに良好に隔絶するために、反射器６
の開口を透明石英窓で閉じてもよい。

【００２５】反射器１２の領域２８は排除することもできる。なぜならこの領域は光学的機
能をもたらさないからである。この実施例では、反射器３２が、反射器６のそれ
ぞれの側にある２つの部品からなる反射器３４を含み、図５に示す通り、補助反
射器１０から反射される照射線を捕捉して焦点１６へと向ける。反射器３４は、
単一反射器１２の湾曲と同一の湾曲をもって示されているが、各反射器３４が、
互いに異なる湾曲で形成されてもよい。それにより、焦点１６におけるエネルギ
ー分布形状を変更するにあたり更なるフレキシビリティが付与される。さらに長
い焦点１８をもつ別の反射器３６が示されている。

【００２６】本発明は、好適設計をもつものとして説明されたが、本発明の原理に原則的に
従いかつ既知の若しくは慣用されている技術の範囲内に含まれ上記の本質的特徴
に該当する本発明からの逸脱を含む変更、利用及び／又は適応が可能であり、本
発明の範囲すなわち添付クレームによる限定範囲に含まれることを理解されたい
。［図面の簡単な説明］図１は、本発明により作製されたランプの断面図である。図２は、図１のランプで用いられる反射器システムの概略拡大図である。図３は、図１のランプで用いられる反射器の概略斜視図である。図４（Ａ）、４（Ｂ）及び４（Ｃ）は、図１のランプで用いられる補助反射器
の幾つかの実施例の断面図である。図５は、図１に示す反射器システムの別の実施例の概略拡大図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照射エネルギーにより素材を処理するための装置において、ａ）外側に位置する第１の物焦点をもつ第１の反射器と、ｂ）第２の物焦点をもつ第２の反射器とを有し、前記第１の反射器は前記第２
の反射器に対し、該第２の物焦点が前記第１の物焦点よりも前記第１の反射器か
ら遠く離れて位置するように設置され、ｃ）前記第１の反射器内に照射エネルギー源が設定されることにより、照射エ
ネルギーが前記第１の物焦点へ向けられ、ｄ）前記第１の物焦点に補助反射器が設置されることにより、前記エネルギー
源からの照射エネルギーが前記第２の反射器へ反射された後、処理される前記素
材が置かれる前記第２の物焦点へ反射され、それにより前記第２の物焦点が該素
材を前記第１の物焦点よりも遠く離れて位置させることを可能とする装置。
【請求項２】ａ）前記第１の反射器の断面が楕円形である請求項１の装置
。
【請求項３】ａ）前記第２の反射器の断面が楕円形である請求項２の装置
。
【請求項４】ａ）前記第２の反射器が第１及び第２の部品からなる反射器
である請求項１の装置。
【請求項５】ａ）前記第１及び第２の部品からなる反射器が同じ湾曲を有
する請求項４の装置。
【請求項６】ａ）前記第１の反射器が第１の源焦点をもち、ｂ）前記照射エネルギー源が前記第１の源焦点に位置する請求項１の装置。
【請求項７】ａ）前記照射エネルギー源がマイクロ波駆動である請求項１
の装置。
【請求項８】ａ）前記補助反射器が管状である請求項１の装置。
【請求項９】ａ）前記補助反射器が管状であり、ｂ）前記補助反射器が紫外線反射性かつ赤外線透過性であり、ｃ）前記補助反射器が透過される赤外線エネルギーを吸収する冷却剤を含む請
求項１の装置。
【請求項１０】ａ）前記補助反射器の断面が円形である請求項１の装置。
【請求項１１】ａ）前記補助反射器の断面が多角形である請求項１の装置
。
【請求項１２】ａ）前記多角形が三角形である請求項１１の装置。
【請求項１３】ａ）前記補助反射器が一対の反射器を有し、各々の断面三
角形であり、ｂ）前記一対の反射器がそれらの間に隙間を有し、該隙間を通り前記照射源か
らの照射線が通過可能である請求項１の装置。
【請求項１４】ａ）前記第１の反射器が、前記第１の反射器の頂部分近傍
に位置する第１及び第２の孔の組を有し、ｂ）前記照射源が、前記第１と第２の孔の組の間に位置する電球である請求項
１の装置。
【請求項１５】ａ）前記第１の反射器が短軸及び長軸をもち、ｂ）前記短軸に対する前記長軸の比を最大とすることによりコンパクトな反射
器を得る請求項１の装置。
【請求項１６】照射エネルギーにより素材を処理する装置において、ａ）第１の源焦点及び第１の物焦点をもつ第１の楕円反射器と、ｂ）第１の源焦点及び第１の物焦点をもつ第２の楕円反射器とを有し、前記第
１の反射器は、前記第１の物焦点が前記第２の源焦点と一致するように前記第２
の反射器内に設置され、前記第２の物焦点が、前記第１の物焦点よりも前記第１
の反射器から遠く離れて位置し、ｃ）前記第１の源焦点に照射エネルギー源を設置することにより、照射エネル
ギーが前記第２の物焦点へ向けられ、ｄ）補助反射器を前記第１の物焦点に設置することにより前記照射源からの照
射エネルギーが前記第２の反射器へと反射された後、前記処理される素材が置か
れる前記第２の物焦点へ向けられ、それにより前記第２の物焦点が前記素材を前
記第１の物焦点よりも離れて位置させることを可能とする装置。
【請求項１７】ａ）前記反射器が管状である請求項１６の装置。
【請求項１８】ａ）前記補助反射器が管状であり、ｂ）前記補助反射器が紫外線反射性でありかつ赤外線透過性であり、ｃ）前記補助反射器が透過する赤外線エネルギーを吸収する冷却流体を含む請
求項１６の装置。
【請求項１９】ａ）前記第１の反射器が、前記第１の反射器の頂部分近傍
に位置する第１及び第２の孔の組を有し、ｂ）前記照射源が前記第１及び第２の孔の組の間に設置される請求項１６の装
置。
【請求項２０】ａ）前記照射源がマイクロ波駆動である請求項１６の装置
。
【請求項２１】ａ）前記照射源が紫外線照射源である請求項１６の装置。
【請求項２２】ａ）前記第１及び第２の反射器が縦長である請求項１６の
装置。
【請求項２３】ａ）前記電球が縦長である請求項２２の装置。
【請求項２４】照射エネルギーにより素材を処理するための装置において
、ａ）照射エネルギー源と、ｂ）外側に位置する第１の焦点へと前記照射エネルギーを反射する第１の反射
手段と、ｃ）前記第１の焦点が前記第１の反射手段から離れているよりも更に遠く前記
１の反射手段から離れて位置する第２の焦点へと前記照射エネルギーを反射する
第２の反射手段と、ｄ）前記照射エネルギーを反射する第３の反射手段とを有し、前記第３の反射
手段が前記第１の焦点に位置することにより前記照射源からの照射エネルギーが
前記第２の反射手段へと反射された後、前記処理される素材が置かれている前記
第２の焦点へと反射され、それにより前記第２の焦点が前記素材を前記第１の焦
点よりも遠く離れて位置させることを可能とする装置。
【請求項２５】ランプの焦点距離を伸ばす方法において、前記ランプが第
１の反射器を有し、該第１の反射器はその内側にある照射エネルギー源とその外
側に位置する第１の物焦点とをもち、ａ）前記第１の物焦点が前記第１の反射器から離れているよりも該第１の反射
器から更に遠く離れて位置する第２の物焦点をもつ第２の反射器を設けるステッ
プと、ｂ）前記第１の物焦点に補助反射器を位置させるステップと、ｃ）前記照射源からの照射線が前記補助反射器から前記第２の反射器へと反射
された後、前記第２の物焦点へと反射されるように前記ランプを前記第２の反射
器に対して位置させるステップとを含む方法。
【請求項２６】ａ）前記補助反射器において赤外線を吸収するステップを
更に含む請求項２５の方法。
【請求項２７】ａ）前記補助反射器の断面が円形である請求項２５の方法
。
【請求項２８】ａ）前記補助反射器の断面が三角形である請求項２５の方
法。