JP2004269633A - 真空紫外線接着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、200 nm〜50nmの範囲にある短波長の紫外線による高効率、経済的で最適な真空紫外線接着装置を提供するものである。
【解決手段】本発明による真空紫外線接着装置は、被接着物質の接着面に原料アルコキシドを付着するとともにこの接着面に真空紫外線を照射して接着する装置において、真空紫外線を発生する光源を有する真空紫外線光源部と、真空紫外線に対し透明な2つの被接着物質に真空紫外線を照射する照射室を備え、真空紫外線光源部及び照射室の空気を強制的に排気する排気装置を設けることを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部及び照射室を真空にすることを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部及び照射室に窒素ガス又は希ガスを充填するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部と照射室との間に真空紫外線に対して透明な物質からなる仕切り窓を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図8

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空紫外線(本明細書においては200 nm〜50nmの範囲の短波長の紫外線をいう。)に対し少なくとも一方が透明な2つの物質の接着面に付着させた原料アルコキシドに真空紫外線を照射することにより、室温で2つの物質を接着可能な真空紫外線接着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の紫外線硬化及び接着に用いられる紫外線は350 nm より長波長の紫外線に限られていた。従って、350 nm より長波長の紫外線を発生する光源を有する接着装置により当該接着が実施されていた。
ところが、ごく最近アルコキシドを接着剤とし350 nm より短波長の紫外線を接着部に照射することにより、少なくとも一方が350 nm より短波長の紫外線に透明な2つの物質を接着させる方法を本発明者が発明した(例えば、特許文献1参照。)。
上記特許文献1記載の発明は、単に、キセノンエキシマランプ光(スペクトルは155nm〜200nm)を接着部に照射するというものであり、200 nm より短波長の紫外線による高効率で、経済的な最適な接着を具現するための問題点を解明し、解決するものではなかった。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−282339号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1記載の発明に関し、200 nm より短波長の紫外線による高効率で、経済的な最適な真空紫外線接着装置を具現化するためには、以下の問題点があった。
(1)真空紫外線は空気中の酸素分子に強く吸収される。因みに、波長が185 nmの真空紫外線は約20〜30 mmの空気層でほとんど吸収される。172 nm の真空紫外線では約5 mm でほとんど吸収される。
(2)真空紫外線を吸収した酸素分子は分解し、有害なオゾンを発生する。 したがって、通常真空紫外線はその名が示すように光路を真空にしなければならない。なお、窒素ガス及び希ガスの真空紫外線の吸収は約100nm より短波長で始まるので、100nm 〜 200nm の波長領域でのよい透明ガスである。
(3)一般的には、一部を除きどんな物質も真空紫外線領域では真空紫外線を強く吸収し、物質表面での反射率は極めて低い。
(4)また、光源側を見ても発光強度の大きい真空紫外線光源の種類は極めて限られている。
このように、真空紫外線領域は200nmより長波長の紫外線領域にはない多くの困難を内包している。
【0005】
本発明は、このような技術的に困難な真空紫外線領域で,今までにない高効率、経済的で最適な真空紫外線接着装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の真空紫外線接着装置は、被接着物質の接着面に原料アルコキシドを付着するとともにこの接着面に真空紫外線を照射して接着する装置において、真空紫外線を発生する光源を有する真空紫外線光源部と、真空紫外線に対し少なくとも一方が透明な2つの被接着物質に真空紫外線を照射する照射室とを備え、真空紫外線光源部及び照射室の空気を強制的に排気する排気装置を設けることを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部及び照射室を真空にすることを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部及び照射室に窒素ガス又は希ガスを充填するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部と照射室との間に真空紫外線に対して透明な物質からなる仕切り窓を設けたことを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部又は照射室の空気を強制的に排気する排気装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部又は照射室に窒素ガス又は希ガスを充填するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部又は照射室を真空にするようにしたことを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部の光源としてキセノンエキシマランプ又は低圧水銀ランプを用いることを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部の光源を螺旋状に形成することを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部の光源に集光鏡を設けたことを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、真空紫外線光源部又は照射室の内面壁をアルミニウム材質から構成することを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、2つの被接着物質の接着面を加圧する加圧装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明の真空紫外線接着装置は、被接着物質を支持する支持部材を回転自在とすることを特徴とする。
発生した有害なオゾンを室外に排出する装置は、人体の健康に有効であるが、オゾンを発生させないために窒素ガスあるいは希ガスを当該真空紫外線接着装置に定常的に流し装置内部を当該ガスの雰囲気にしたところ、オゾンの発生は激減し、また真空紫外線の光路上での光損失も激減した。窒素ガスあるいは希ガスの雰囲気ではなく、当該真空紫外線接着装置内部を真空にしたところ、オゾンの発生は皆無であり、真空紫外線の光路上での損失はゼロとなった。また、真空紫外線光源に集光鏡を備えたところ真空紫外線を効率よく照射室に集光できた。さらに当該真空紫外線接着装置の内壁をアルミニウムにしたところ、装置内の真空紫外線の強度は増加した。被接着物を外から加圧することにより、均一な接着面と高強度の接着を得た。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1を示したもので、真空紫外線接着装置10は、真空紫外線光源部11と照射室12から主に構成される。真空紫外線光源部11には、真空紫外線(200nm 〜50nmの波長領域の紫外線)14を発生する真空紫外線光源13が設けられている。真空紫外線光源13から発生する光線としては200nm 〜100nmの波長領域のものが望ましい。
また、照射室12には、被接着物質15、15が被接着面16を接触させた状態で置かれている。被接着物質15、15は、その被接着面16に、原料アルコキシドとして、テトラメトキシシラン(TMOS;成分は、TMOSモノマー91.83%、TMOSオリゴマー3.32%、水・メタノール4.84%:しかし、成分比は厳密にこの通りであるである必要はない。)を一枚の被接着物質15の上に適当な間隔で滴下し、これを例えばスピンコート法により面上に均一に塗布し、その被接着物質15の上に、もう一方の被接着物質を重ね合わせたものである。
真空紫外線接着装置10には、更に、真空紫外線14を照射中、真空紫外線14により発生する有害オゾンを室外に放出する排気装置17と外気導入口18を備えると健康上好ましい。また、真空紫外線接着装置10の内壁の材質を高反射率であるアルミニウムにすると真空紫外線を有効に利用できる。
【0008】
被接着物質の基本的接着態様としては、被接着物質である平板状部材15、15を図2に示すように重ね合わせ、被接着面16で接着するタイプと、被接着物質である平板状部材25、25を図3に示すように端面を接合させ、被接着面26で接着するタイプと、被接着物質である円筒状部材35、35を図4に示すように端面を接合させ、被接着面36で接着するタイプがある。これらの接着態様の他、2つの被接着物質をある角度で交差させて接着するものなど、種々の応用タイプが考えられる。
【0009】
(実施の形態2)
図5は、実施の形態を2示したもので、実施の形態1と同じ符号は同じ部材を表している。実施の形態2においては、真空紫外線光源部11と照射室12との間に200nm〜50nmの波長領域の真空紫外線に対して透明なガラスからなる仕切り窓19を設けた構造となっている。更にオゾンを排気するため真空紫外線光源部11あるいは照射室12の空気を強制的に排気する排気装置17を備えることが好ましい。なお、真空紫外線光源部11及び照射室12の両方に空気を強制的に排気する装置を備える場合は、仕切り窓19は不要である。
更に、真空紫外線光源部11あるいは照射室12を窒素ガス、あるいは希ガスの雰囲気にすると好適である。なお、この場合、真空紫外線光源部11及び照射室12の両方を窒素ガス、あるいは希ガスの雰囲気にするときは、仕切り窓19は不要である。
又、真空紫外線光源部11あるいは照射室12、あるいは両方を真空にすると最適である。この場合、真空紫外線接着装置の筐体を大気圧に耐える構造にする。なお、真空紫外線光源部11及び照射室12の両方を真空にする場合は、仕切り窓19は不要である。
更に、真空紫外線接着装置10の内部壁の材質にアルミニウムを用いるとさらに好適である。
【0010】
(実施の形態3)
実施の形態3は、実施の形態1又は2の真空紫外線接着装置の真空紫外線光源部11において、図6のように真空紫外線を効率よく照射室12に集光するため真空紫外線光源13近傍に集光鏡20を備えたものである。被接着物質の被接着面16が一次元的に長い場合、真空紫外線光源13及び集光鏡20は1つで良いが、被接着面16が二次元的に大面積の時は真空紫外線光源13と集光鏡20の組を必要な数だけ用いることが望ましい。
【0011】
(実施の形態4)
実施の形態4は、実施の形態1又は2の真空紫外線接着装置の照射部12において、図7に示すように2つの被接着物質15の被接着面16の間隙を狭めるために、当該2つの被接着物質15、15を外側から加圧する加圧装置21を備えるものである。被接着物質によっては、このように加圧部材21によって被接着面を加圧した方が接着状態が良好なものが得られる。
【0012】
【実施例】
(実施例1)
図8は、実施例1を示したものであり、真空紫外線接着装置10で、被接着物質である100mm×10mm,厚さ6mmの2枚の石英ガラス15、15を重ね合わせ接着した。
真空紫外線接着装置10は、面積が150cm×150cmで、厚さが10mmの合成石英ガラス19の窓で仕切られた主にキセノンエキシマランプ13が収められている真空紫外線光源部11と主に被接着物質15が置かれる照射室12で構成した。
真空紫外線光源部11には、照射光源として5本の直線形の長さが約150mmのキセノンエキシマランプ13を備え、ランプ13の上部の放物面鏡20でランプ13からの真空紫外光14をほぼ平行光にして照射室12に向け照射した。放物面鏡20はランプ13からの真空紫外光(波長172nm)14に対し反射率の高いアルミニウムでコートし、更に反射率の劣化を防止するためにフッ化マグネシウム(MgF2)コートした。
真空紫外線光源部11には、空気中の酸素分子に真空紫外光14が吸収されるのでこれを防ぐため窒素ガスを窒素ガス注入口24から約25リットル/分の流量で注入し、光源部全体を窒素ガスの雰囲気にした。その結果、石英ガラス19直下でキセノンエキシマランプ13からの真空紫外光(波長172nm)14に対し、約50mW/cmの分光放射照度が得られた。なお、34は窒素ガス排出口である。
照射室12には、被接着物質15の密着性を良くする為に外部から被接着物質に圧力をかける油圧の加圧装置21を備えた。真空紫外光14照射中に空気中の酸素が光を吸収しオゾンを発生し、人体に害を与えるのでオゾンを除去するオゾン除去装置22を備え、オゾンが除去された空気を室外に放出した。
これに伴い、新しい空気を導入する外気導入口18を照射室12の上部に設け、該導入口18の照射室12内側にほこりを取り除く空気フィルター23を取り付けた。
被接着物質である石英ガラス15は、約10分間超音波洗浄し、さらに真空紫外線接着装置10を用い約10分間光洗浄を行った後、注射器に充填しているアルコキシドの一種であるテトラメトキシシラン(TMOS;成分は、TMOSモノマー91.83%、TMOSオリゴマー3.32%、水・メタノール4.84%:しかし、成分比は厳密にこの通りであるである必要はない。)を一枚の石英ガラス15の上に適当な間隔で滴下し、その石英ガラス15の上に、もう一方の石英ガラス15を重ね加圧装置21の上に置き、十分加圧し、その後約15分照射した。その結果、均一に接着した、充分な接着強度を持った石英ガラス板が得られた。
【0013】
(実施例2)
図9は、実施例2を示したものであり、50mm×100mm,厚さ6mmの二枚の石英ガラス25、25の被接着面である端面26を接合し、石英ガラスの大面積化を図ったものである。
真空紫外線接着装置10は真空紫外線光源部11と照射室12とを分離せず一体とした。窒素ガスを窒素ガス注入口24から約30リットル/分の流量で真空紫外線光源部11兼照射室12中に注入し、室内全体を窒素ガスの雰囲気にした。照射光源としては、低圧水銀ランプ(波長185nm)27を用いた。
各ランプ27には楕円の形状をした楕円反射鏡28を用い被接着物質である石英ガラス25、25の端面26に真空紫外光を集光させた。反射鏡28の表面は実施例1と同様に加工した。
4つの低圧水銀ランプ27からの真空紫外光14は楕円反射鏡28により接合面に集光させ、接合面26での波長185nmに対する分光放射照度は約100mW/cmであった。
本真空紫外線接着装置10には、二枚の石英ガラス25、25の外側端面を外部から加圧できる加圧装置29、29を装備し、二枚の石英ガラス25、25の各外側端面から力を加え、被接着端面26を加圧した。二枚の石英ガラス25、25の被接着端面26は超音波洗浄と光洗浄をされた後、TMOSを被接着端面26に滴下し、加圧装置29で被接着端面26を密着し、約15分間接合のため照射した。その結果、均一に接合した大面積の石英ガラスが得られた。
【0014】
(実施例3)
図10は、実施例3を示したものであり、管径30mm,肉厚2.5mmの二本の石英管35、35の端面36を接合し、石英管の長大化を図ったものである。
真空紫外線接着装置10は真空紫外線光源部11と照射室12とを分離せず一体とした。窒素ガスを窒素ガス注入口24から約30リットル/分の流量で真空紫外線光源部11兼照射室12中に注入し、室内全体を窒素ガスの雰囲気にした。照射光源としては、石英ガラス管を図のように螺旋状に形成した低圧水銀ランプ30を用いた。低圧水銀ランプ30の螺旋内径は約50mmであった。石英管35、35の被接着端面36を超音波洗浄及び光洗浄後、TMOSを被接着端面36に滴下し、回転装置31に取り付けた。取り付けの際、回転装置31に設けた螺子軸32に螺合する治具33を締め付けて石英管35、35を加圧した。低圧水銀ランプ30による照射の際、回転装置31により石英管35、35を回転させながら、約1時間照射した。その結果、均一に接合した長大な石英管が得られた。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、以下の効果を奏する。
(1)真空紫外線接着装置を真空紫外線光源部と照射部室で構成し、真空紫外線照射中に発生するオゾンを排気するため、モーターで駆動されたファンで室外に強制的に放出したところ、真空紫外線照射の間オゾンの臭気を室内で感じることは一切なかった。
(2)窒素ガスあるいは希ガスを真空紫外線接着装置に定常的に流し装置内部を当該ガスの雰囲気にする事により、オゾンの発生は激減し、人体の健康に好適であった。また真空紫外線の光路上での光損失も激減した。
(3)真空紫外線光源部と照射部室の間を短波長160nmまで透明な合成石英ガラスの窓で仕切り、真空紫外線照射中に発生する真空紫外線光源部あるいは照射部室のオゾン,または両方のオゾンを強制的に排気したところ、真空紫外線照射の間オゾンの臭気を室内では感じることは一切なかった。
(4)窒素ガスあるいは希ガスを真空紫外線接着装置の真空紫外線光源部か照射室、あるいは両方に定常的に流し装置内部を当該ガスの雰囲気にする事により、オゾンの発生は激減し、人体の健康に好適であった。また真空紫外線の光路上での光損失も激減した。
(5)真空紫外線接着装置内部を真空にしたところ、オゾンの発生は皆無であり、真空紫外線の光路上での損失はゼロとなった。
(6)真空紫外線光源に集光鏡を備えたところ真空紫外線を効率よく照射室の被接着物質に集光できた。
(7)真空紫外線接着装置の内壁をアルミニウムで覆ったところ、装置内の真空紫外線の強度は増加した。
(8)被接着物質を外から加圧することにより均一な接着面と高強度の接着を得た。
(9)被接着物質を回転させながら真空紫外線を照射することにより、均一且つ効率の良い照射が得られた。
(10)光源ランプを螺旋状に形成して被接着物質の接着面を覆うように配置することにより、均一且つ効率の良い照射が得られた。
以上要約すると、今まで存在しなかった真空紫外線接着装置が具現化され、高効率で経済性の良い、均一で強固な接着ができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る真空紫外線接着装置の概略を示す正面図である。
【図2】被接着物質の接着形態の一例である平板状部材の重ね合わせ面を接着する状態を示す図である。
【図3】被接着物質の接着形態の一例である平板状部材の端面を接合する状態を示す図である。
【図4】被接着物質の接着形態の一例である円筒状部材の端面を接合する状態を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る真空紫外線接着装置の概略を示す正面図である。
【図6】本発明の実施の形態3に係る真空紫外線接着装置の要部概略を示す斜視図である。
【図7】本発明の実施の形態4に係る真空紫外線接着装置の要部概略を示す斜視図である。
【図8】本発明の実施例1に係る真空紫外線接着装置の概略を示す正面図である。
【図9】本発明の実施例2に係る真空紫外線接着装置の概略を示す正面図である。
【図10】本発明の実施例3に係る真空紫外線接着装置の概略を示す正面図である。
【符号の説明】
10 真空紫外線接着装置
11 真空紫外線光源部
12 照射室
13 真空紫外線光源(キセノンエキシマランプ)
14 真空紫外線
15、25、35 被接着物質
16、26、36 被接着面
17 排気装置
18 外気導入口
19 仕切り窓
20 集光鏡(放物面鏡)
21、29 加圧装置
22 オゾン除去装置
23 空気フィルター
24 窒素ガス注入口
27 低圧水銀ランプ
28 楕円反射鏡
30 螺旋状に形成した低圧水銀ランプ
31 回転装置
32 螺子軸
33 治具
34 窒素ガス排出口

Claims (13)

  1. 被接着物質の接着面に原料アルコキシドを付着するとともにこの接着面に真空紫外線を照射して接着する装置において、真空紫外線を発生する光源を有する真空紫外線光源部と、真空紫外線に対し少なくとも一方が透明な2つの被接着物質に真空紫外線を照射する照射室とを備え、真空紫外線光源部及び照射室の空気を強制的に排気する排気装置を設けることを特徴とする真空紫外線接着装置。
  2. 真空紫外線光源部及び照射室を真空にすることを特徴とす
    る請求項1記載の真空紫外線接着装置。
  3. 真空紫外線光源部及び照射室に窒素ガス又は希ガスを充填するようにしたことを特徴とする請求項1記載の真空紫外線接着装置。
  4. 真空紫外線光源部と照射室との間に真空紫外線に対して透明な物質からなる仕切り窓を設けたことを特徴とする請求項1に記載の真空紫外線接着装置。
  5. 真空紫外線光源部又は照射室の空気を強制的に排気する排気装置を備えたことを特徴とする請求項4記載の真空紫外線接着装置。
  6. 真空紫外線光源部又は照射室に窒素ガス又は希ガスを充填するようにしたことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の真空紫外線接着装置。
  7. 真空紫外線光源部又は照射室を真空にするようにしたことを特徴とする請求項4又は請求項5記載の真空紫外線接着装置。
  8. 真空紫外線光源部の光源としてキセノンエキシマランプ又は低圧水銀ランプを用いることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の真空紫外線接着装置。
  9. 真空紫外線光源部の光源を螺旋状に形成することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の真空紫外線接着装置。
  10. 真空紫外線光源部の光源に集光鏡を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の真空紫外線接着装置。
  11. 真空紫外線光源部又は照射室の内面壁をアルミニウム材質から構成することを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の真空紫外線接着装置。
  12. 2つの被接着物質の接着面を加圧する加圧装置を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の真空紫外線接着装置。
  13. 被接着物質を支持する支持部材を回転自在とすることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の真空紫外線接着装置。
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