JP2007109506A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却風を循環させて光源部を冷却する光照射装置において、温度が上昇した冷却風により熱くなった部分が外部に露出せず、また、装置が大型化せず、装置が占有する床面積を小さくすることができる紫外線照射装置を提供すること。
【解決手段】光透過窓を有する筐体６内に、ランプ１ａと反射ミラー１ｂとを有する光源部１と、送風機３と、冷却風を冷却する冷却機２とを設ける。送風機３から送りだされた冷却風は上記光源部１と上記筐体６の間に形成された通風路を通って光源部１内に導入されランプ１ａ，反射ミラー１ｂを冷却し、反射ミラー１ｂに設けられた冷却風通風孔１ｃを介して冷却機２に導入される。冷却機２で冷却された冷却風は送風機３に戻される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ランプを冷却する冷却風を循環させて紫外線照射を行なう紫外線照射装置に関する。

高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電ランプから出射される紫外線を、紫外線に感度を有する接着剤、塗料、インク、レジスト等に照射して、硬化または乾燥させ、また逆に、溶融または軟化させる等、さまざまな処理が行なわれている。
ランプは点灯中の加熱を防ぐため冷却風により冷却されるが、最近、冷却風の消費を低減させるため、冷却風を循環させる装置が提案されており、例えば特許文献１、特許文献２の記載のものが知られている。
特許文献１の図１には、光源ランプ１１や反射ミラー１２等を冷却した冷却風が、冷却機２０において冷却された後、排気ブロア２２により循環風路に供給され、筐体１７に流入するようにした光照射器の循環空冷システムが示されている（例えば段落［００２３］の記載など参照）。
特許文献２の図１には、ランプハウス５０、ケミカルフィルタ・ファン・ユニット１２及びホース１４、１６よりなる循環経路内で、水銀ランプ５６を冷却する冷却風が循環するランプ装置が示されている（例えば段落［００２８］の記載など参照）。上記ケミカルフィルタ・ファン・ユニット１２には、送風部２２とクーラー（冷却部）２０とが含まれている。

図６に上記特許文献１に記載されている紫外線照射装置の概略構成を示し、その動作を説明する。なお、図６（ａ）は、後述する棒状ランプの長手方向に対して直交する方向の断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の装置を上から見た図である。
紫外線照射装置は、ランプ１ａやミラー１ｂから構成される光源部１を内蔵するランプハウス１０（光照射部）と、送風機２１や冷却機２２を内蔵する補機２０と、光照射部１０と補機２０を接続するダクト３０ａ，３０ｂと、光照射部１０と補機２０に電力を供給する電源装置から構成される。なお、図６においては、図面が煩雑になるのを避けるため、電源装置を省略し、光照射部と補機のみを示している。
光照射部１０には、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の紫外線を放射する棒状のランプ１ａと、棒状ランプ１ａの長さに応じ、ランプからの紫外線を反射する樋状の反射ミラー１ｂとからなる光源部１が設けられている。また、光照射部１０の光が出射する側には、ランプ１ａと反射ミラー１ｂからの紫外線を透過する透過窓１０ａ（例えば石英窓）が設けられている。

補機２０には、ランプ１ａやミラー１ｂの冷却風を発生させる送風機（ブロア）２１とランプやミラーを冷却して温度が高くなった冷却風を冷却する冷却機（ラジエータ）２２が内蔵されており、冷却機２２と送風機２１とはダクト２０ａにより接続されている。
光照射部１０と補機２０には、それぞれ排気口１０ｂ，２０ｂと吸気口１０ｃ，２０ｃが設けられており、光照射部１０の排気口１０ｂと補機２０の吸気口２０ｃはダクト３０ａにより、また、光照射部１０の吸気口１０ｃと補機２０の排気口２０ｂは、ダクト３０ｂにより接続されている。
ランプ１ａが点灯されると、ランプ１ａおよび反射ミラー１ｂおよび光照射部１０全体を冷却するため送風機２１が回転し、冷却風が発生する。冷却風は送風機２１から押し出され、補機２０の排気口２０ｂからダクト３０ｂを通って光照射部１０の吸気口１０ｃに送り込まれる。
光照射部１０に入った冷却風は、ランプ１ａと反射ミラー１ｂおよび光照射部１０全体を冷却し、８０°Ｃ〜１００°Ｃの温度になり、光照射部１０の排気口１０ｂから排気される。

光照射部１０から排気された冷却風は、ダクト３０ａを通って、補機２０の吸気口２０ｃに送られる。補機２０に入った冷却風は、冷却水が流されている冷却機２２に入って４０°Ｃ程度にまで冷却される。冷却された冷却風は送風機２１に入り、再びダクト３０ｂを通って光照射部１０に送られる。
このようにして、冷却風は光照射部１０と補機２０との間を循環する。したがって、光照射装置がクリーンルームに置かれる場合、冷却風として、温度湿度ダストの量が厳密に管理されたクリーンエアーを大量に消費するのを防ぐことができる。
特開２００２−２３５９４２号公報 特開平０９−１０６０７６号公報

上述した図６の装置においては、次のような問題があった。
(i) 光照射部１０と補機２０とをつなぐダクト３０ａには、ランプ１ａや反射ミラー１ｂを冷却し、８０°Ｃ〜１００°Ｃに温度が上昇した冷却風が流れるので、ダクト３０ａも加熱されて温度が高くなっている。
そのため、作業者が接触するのを防ぐためにカバー等が必要となり、装置の大型化の原因となる。
(ii)光照射部１台につき、１台の補機が必要である。補機が必要な分、紫外線照射装置が占有する床面積（フットプリント）が大きくなる。なお、一台の大型補機で複数の光照射部を冷却することも考えられるが、その場合は、各光照射部に冷却風を配分するための制御機構が必要となるなど、装置が複雑となる。
(iii) 光照射部１０と補機２０とは２本のダクトにより接続されており、このダクトが空間を這うので、装置全体が大型化し見栄えも悪い。

特に上記(ii)(iii) については、図７に示すように複数の光照射部を並べて大面積の領域に紫外線を照射する装置において問題になる。
図７は、約１ｍの棒状のランプを内蔵する光照射部１０を８台並べ、２ｍ〜２．５ｍ四方の領域に紫外線を照射する装置を上から見た図である。このような装置は、例えば、大画面の液晶パネルを貼り合せるための装置として使用される。
８台の光照射部１０の周りには、８台の補機２０が配置され、その間は１６本のダクト３０により接続される。同図からもわかるように、装置全体が大型化し見栄えも悪い。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、冷却風を循環させて光源部を冷却する光照射装置において、温度が上昇した冷却風により熱くなった部分が外部に露出せず、また、装置が大型化せず、装置が占有する床面積を小さくすることができる紫外線照射装置を提供することである。

本発明においては、以下のように光源部を収納した筐体内に、送風機と冷却機とを収納し、補機及び補機と光照射部を接続するダクトを不要とし、上記課題を解決した。
（１）紫外線が透過する透過窓を有する筐体内に、ランプと、該ランプからの紫外線を反射する反射ミラーとを有する光源部を設け、この筐体内に、上記ランプと反射ミラーを冷却する冷却風を発生させる送風機と、該冷却風を冷却する冷却機とを設ける。
上記光源部の反射ミラーの頂部には、冷却風が流れる開口部が設けられており、上記ランプとこの開口部と上記冷却機は一直線上に配置される。
上記送風機から送りだされた冷却風は上記光源部と上記筐体の間に形成された通風路を通って光源部内に導入されて光源部内を冷却し、該光源部から出た冷却風は上記開口部から冷却機に導入され冷却機で冷却されて上記送風機に戻される。
（２）上記（１）において、上記筐体内に、上記光源部を複数設け、各光源部にそれぞれ送風機と冷却機を設ける。
（３）上記（１）（２）において、反射ミラーの開口部と冷却機との間に、冷却機の大きさに対応した受け皿兼遮光板を設ける。

本発明においては以下の効果を得ることができる。
（１）ランプとミラーから構成される光源部が、冷却機や送風機とともに、筐体中に設けられ、光源部内で温度が上昇した冷却風は、ミラーの開口部を通って冷却機に導入されて冷却されるので、温度が上昇した冷却風が筐体の外壁に沿って流れる事がない。
このため、筐体の外壁の温度は比較的低い温度に保たれ、特別な冷却機構や防熱カバーを用いる必要がない。
（２）送風機や冷却機が光源部とともに筐体中に収納され、補機がなくなる。このため、光照射部と補機とを接続するダクトは不要となり、見栄えがよくなる。また、装置が占有する床面積も小さくなり、装置の小型化を図ることができる。
（３）冷却風が筐体内を循環するので、光照射装置がクリーンルームに置かれる場合、補機を設けた従来例の装置と同様、温度湿度ダストの量が厳密に管理されたクリーンエアーを、冷却風の供給のために大量に消費するのを防ぐことができる。
（４）一つの筐体中に複数の光源部を設け、各光源部にそれぞれ送風機と冷却機を設ければ、複数の光照射部を並べて大面積の領域に紫外線を照射する装置にも容易に適用することができ、装置が大型化することもない。
（５）反射ミラーの開口部と冷却機との間に、冷却機の大きさに対応した受け皿兼遮光板を設けることにより、冷却されて冷却風が結露した場合、あるいは冷却機から冷却水が漏れた場合であっても、ランプに水滴が掛かることがない。
また、ランプからの光は、受け皿兼遮光板で遮光される。このため、ランプからの光が反射ミラーの開口部と冷却機の隙間を通って筐体内に漏れ、迷光として筐体内に設けられたケーブル、機器類などに悪影響を与えるのを防ぐことができる。

図１、図２は本発明の第１の実施例の紫外線照射装置の構成を示す図である。図１はランプの長手方向に直交する方向の断面図、図２は、ランプの長手方向に沿った方向の断面図である。なお、図１、図２はともに電源装置を除いて示している。
図１、図２に示すように、本実施例の紫外線照射装置は、ランプ１ａとランプ１ａからの紫外線を反射する反射ミラー１ｂを有する光源部１と、冷却風を冷却する冷却機２（ラジエータ）と、冷却風を発生させる送風機３（ブロア）の３つのユニットを取り囲むように、光源部１から出射する紫外線を透過させる透過窓６ａを有する筐体６が設けられている。筐体６と光源部１の間には隙間が設けられ、これが通風路を構成する。

光源部１に設けられるランプ１ａは、例えば、紫外線を効率よく放射する棒状の高圧水銀ランプやメタルハライドランプである。反射ミラー１ｂは、図１、図２に示すように棒状ランプの長手方向と同じ方向に伸びる、断面が楕円状の樋状ミラーであり、ランプ１ａから放射される紫外線を効率よく反射する多層膜が形成されている。
反射ミラー１ｂの頂部には、棒状ランプの長手方向と同じ方向に伸びる開口（冷却風通風孔）１ｃが形成されており、冷却風通風孔１ｃの上部には、ランプ１ａや反射ミラー１ｂを冷却し温度が高くなった冷却風を冷却するための冷却機（ラジエータ）２が設けられる。すなわち、ランプ１ａと上記反射ミラー１ｂに設けられた冷却風通風孔１ｃと冷却機は一直線上に配置されている。
上記冷却機２には冷却水が流されており、温度が高くなった冷却風が内部を通過すると熱交換により冷却される。
ラジエータ２と、ランプ１ａ及び反射ミラー１ｂとからなる光源部１との間には、受け皿兼遮光板５が設けられている。
受け皿兼遮光板５は、ラジエータにより冷却風が結露した場合や、ラジエータ２が漏水した場合に備えて水を受ける受け皿の機能を有するとともに、ランプ１ａからの光が筐体６内に漏れるのを防止するための遮光板の機能を有する。
すなわち、受け皿兼遮光板５がないと、ランプ１ａからの光は図３に示すように上記冷却風通風孔１ｃ及び冷却機２のフィン２ａの隙間を通って筐体６内に漏れて迷光となり、筐体６内に配線されたケーブル類や機器に悪影響を与える可能性があるが、受け皿兼遮光板５を設けることで、光が漏れるのを防止することができる。

上記受け皿兼遮光板５は、水滴がランプにかかることがないように、冷却機に対応した大きさを有し、また、ランプ１ａからの光が筐体６内に漏れないように反射ミラー１ｂの開口部を覆うように設けられる。
また、受け皿兼遮光板５には、漏水センサ（図示せず）が取り付けられており、漏水が検知されれば、装置はランプを消灯するとともにラジエータ２への給水を止める。また、受け皿兼遮光板５は、ラジエータ内の冷却水が全て漏れても受け止められる容量になるよう、その深さが計算されている。
ラジエータ２のさらに上部には、ランプ１ａや反射ミラー１ｂ等を冷却する冷却風を発生させる送風機（ブロア）３が設けられる。
光源部１、冷却機２（ラジエータ）、送風機３（ブロア）の３つのユニットは、筐体６により取り囲まれる。光源部１と筐体６には隙間があり、この隙間が冷却風通風路４となる。
また、筐体６の、光源部１の紫外線が出射する側には、紫外線を透過する光透過窓６ａが設けられる。光透過窓６ａは例えば石英窓や、特定の波長のみを透過する多層膜が形成された波長選択フィルタ、例えば赤外線カットフィルタからなる。
光源部１のランプ１ａからの紫外線、または反射ミラー１ｂにより反射された紫外線は、この光透過窓６ａを介して紫外線照射装置から出射し、紫外線処理を行うワークＷに照射される。

図１、図２により、冷却風の流れについて説明する。
ランプ１ａが点灯するとともに、ブロア３が回転し、これにより、ランプ１ａや反射ミラー１ｂ等を冷却する冷却風が発生する。
冷却風は、光源部１の光出射側、即ち反射ミラー１ｂの下側の開口部から取り込まれ、ランプ１ａ及び反射ミラー１ｂ等を冷却する。冷却風は 8０°Ｃ〜１００°Ｃ程度に温度が上昇し、反射ミラー１ａの頂部に設けられた冷却風通風孔１ｃに流れ込む。
冷却風通風孔１ｃに流れ込んだ冷却風は、受け皿兼遮光板５を迂回しラジエータ２に入る。ラジエータ２では、温度が高くなった冷却風が熱交換により冷却され、約４０°Ｃにまで下がる。
温度が下がった冷却風は、ブロア３により筐体６内に出され、光源部１と筐体６の間に形成されている通風路を通って、再び光源部１内に、光出射側から冷却風として取り込まれる。

光源部１のランプ１ａからラジエータ２までをつなぐ部分（内部に受け皿兼遮光板を設けている部分）の外壁は、内部を温度が上昇した冷却風が流れるので、温度が高くなる。 しかし、光源部１と筐体６の間を流れる冷却風は、冷却機２で冷却された冷却風であり、この部分の外壁を沿って流れるので、この部分の温度を下げる働きをする。これにより、筐体６の温度を下げることができる。
また、冷却風が光源部１と筐体６の間を常に流れるので、光源部１の温度が高い部分の熱が、筐体６に伝わりにくく、筐体６の温度が高くなるのを防ぐことができる。
上記のように、筐体６の外側、すなわち紫外線照射装置の外側の温度を低く抑えることができ、筐体６の外側に、特別な冷却機構や防熱カバーを用いる必要がない。
なお、筐体６の光透過窓６ａを単なる開口にすると、送風機３が動作し、冷却風が生じた時、筐体６の外から上記開口を介して光源部１に冷却風が流れ込み、冷却風を循環させることができなくなる。したがって、上記光透過窓６ａは紫外線を透過させる部材で覆われている必要があるが、必ずしも筐体６を完全な密閉空間とする必要はない。

上記第１の実施例の装置を以下のように構成してもよい。
（１）上記実施例では、光源部１に光透過窓は設けられていないが、設けても良い。ただし、光源部１がこの光透過窓により密閉されると冷却風が取り込まれなくなるので、光源部１には冷却風を取り入れる開口を別途設ける必要がある。
（２）上記実施例では、送風機３（ブロア）は、光源部１の上に支持されているが、光源部１から離して設けても良い。
図４は、送風機３（ブロア）を、筐体６により支持した構成例である。ブロア３の位置は、冷却風の流れや、光源部１と筐体６の間の隙間によるコンダクタンスを考慮して、最適な位置にすればよい。
（３）上記実施例では、冷却機２（ラジエータ）も、光源部１の上に支持されているが、光源部１から離して設けても良い。ただし、そのようにすると、冷却前の熱い冷却風が流れる距離が長くなるので、筐体６内において温度の高くなる部分が増え、装置の高さも高くる。したがって、光源部１とラジエータ２とはなるべく接近させることが望ましい。

図５は、本発明の第２の実施例の紫外線照射装置の構成を示す図である。同図は、複数の光照射部を並べ、広い領域に紫外線を照射する場合の構成例であり、ランプの長手方向に直交する方向の断面図を示している。なお、ランプの長手方向に沿った方向の断面図は前記図２と同様である。
広い領域に紫外線を照射する場合、図１、図２に示した装置を複数並べても良いが、図４に示すように、複数の光源部１を、各光源部１に対して設けられたラジエータ２をブロア３とともに、一つの筐体６内に収納しても良い。この場合、筐体６内のエアーは、複数の光源部１を冷却する冷却風として共有される。
図５において、各ブロア３から出た冷却風は、光源部１と筐体６の隙間、または光源部１どうしの隙間（通風路４）を通過して、光源部１の光出射側から複数の光源部１に取り込まれ、ランプ１ａ及び反射ミラー１ｂ等を冷却する。冷却風は冷却風通風孔１ｃから受け皿兼遮光部５を迂回しラジエータ２に入り、熱交換により冷却される。
温度が下がった冷却風は、ブロア３により筐体６内に出され、光源部１と筐体６の間に形成されている通風路４を通って、再び光源部１内に、光出射側から冷却風として取り込まれる。
本実施例では、上記のように複数の光源部１を一つの筐体内に収納しているので、筐体６の数を減らすことができ、装置全体を小型化しコストを下げることができる。

本発明の第１の実施例の紫外線照射装置の構成を示す図（１）である。 本発明の第１の実施例の紫外線照射装置の構成を示す図（２）である。 ランプからの光が筐体内に漏れる様子を示す図である。 第１の実施例の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施例の紫外線照射装置の構成を示す図である。 光照射部と補機から構成される従来例を示す図である。 従来の光照射部を複数並べた場合の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 光源部
１ａ ランプ
１ｂ 反射ミラー
２ 冷却機（ラジエータ）
３ 送風機（ブロア）
５ 受け皿兼遮光板
６ 筐体
６ａ 光透過窓

Claims (3)

1. 紫外線が透過する透過窓を有する筐体と、
   上記筐体内に設けられ、ランプと、該ランプからの紫外線を反射する反射ミラーとを有し、上記ランプから放射される紫外線が上記透過窓から出射するように配置された光源部とを備えた紫外線照射装置であって、
   上記ランプと反射ミラーを冷却する冷却風を発生させる送風機と、該冷却風を冷却する冷却機とが上記筐体内に設けられ、
   上記光源部の反射ミラーは、冷却風が流れる開口部を有し、
   上記ランプと反射ミラーの開口部と上記冷却機は、一直線上に配置され、上記送風機から送りだされた冷却風は上記光源部と上記筐体の間に形成された通風路を通って、光源部内に導入されて光源部内を冷却し、
   該光源部から出た冷却風は上記開口部から冷却機に導入され、冷却機で冷却されて、上記送風機に戻される
   ことを特徴とする紫外線照射装置。
2. 上記筐体内に、上記光源部が複数設けられ、各光源部にそれぞれ送風機と冷却機が設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 上記反射ミラーの開口部と上記冷却機との間には、冷却機の大きさに対応した受け皿兼遮光板が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の紫外線照射装置。
   
   
   
   
   
   

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