JP2007229682A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射面の中心部への損傷がなく、照射領域の外郭が明瞭となるロッドレンズを備えた紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線照射装置１０は、紫外線を放射するランプ１２と、楕円反射鏡１４と、ロッドレンズ１６を備えている。ロッドレンズ１６は、柱状で、第１筒体２０ａに収容されており、長軸方向端の一方が入射面で他方が照射面となっており、入射面が楕円反射鏡１４の第２焦点Ｆ２に位置するように配置される。ロッドレンズ１６の入射面のエッジにテーパ処理を施してテーパ部１６ａを設け、この入射面側を先端として第１筒体２０ａへ挿入し、固定することにより、入射面における欠けやひびの発生を抑制する。そして、テーパ処理が施されていない平面領域Ｓに楕円反射鏡１４により集光された光を入射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線硬化性接着剤を硬化させる等のために被処理体の一定領域に紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。

従来から、基板に印刷された紫外線硬化性のインクやレジストを所定のパターンで露光させるために、紫外線照射装置が用いられている。

例えば、電子部品や光学部品の精密接着，ＤＶＤ接着，半導体・液晶パネルディスプレイのプロセス加工等、被照射体の一定領域にのみ紫外線を均一に照射する必要があり、このような用途に適した紫外線照射装置として、ロッドレンズを用いたものが知られており、このロッドレンズは一般的に金属製の筒部材内に固定されている（非特許文献１参照）。

この紫外線照射装置では、ランプから放射される紫外線を含む光をリフレクタでその第２焦点に集光させてロッドレンズの長軸方向端面の一方に入射させる。こうしてロッドレンズに入射した光はロッドレンズ内で全反射を繰り返しながら長軸方向に進み、他端面から照射される。こうしてロッドレンズから放射される紫外線の照射領域はロッドレンズの外周形状と相似形となる。

入射面での乱反射の発生を抑制するとともに照射領域の外郭を明瞭とするために、理想的には、ロッドレンズの長軸方向端のエッジは角張っていることが好ましい。しかし、このようなロッドレンズを筒部材へ挿入すると、その作業の際に、挿入先端が筒部材の内面と接触することによって、その部分が欠けることがある。

ロッドレンズの照射面のエッジに欠けが存在すると、その欠けによって照射領域にも欠けが生じてしまう。そのため、ロッドレンズの筒部材への挿入作業では、照射面を先頭側として行うことは好ましいことではない。なお、ロッドレンズの照射面のエッジに曲率を設けると、この照射面を先頭としてロッドレンズを筒部材へ挿入することもできるが、これでは照射領域の外郭がぼやけてしまう。

これに対して、ロッドレンズの入射面を先頭にして筒部材へロッドレンズを挿入すると、やはりロッドレンズの入射面のエッジに欠けやひびが生じてしまうおそれがある。リフレクタの形状精度が極めて高く、またランプの発光光源が点光源である場合には、ロッドレンズの入射面の極めて狭い領域に集光させることができるが、実際には、集光領域はある程度の広がりを持っているので、ロッドレンズの入射面のエッジ部分のみでなく、中心部へと拡がる大きな欠けやひびが生じてしまうと、その部分で入射光の乱反射が生じ、この光が装置内で異常な反射を繰り返すことで、照射面に異常な光線痕を残すという問題が生じる。
紫外線スポット照射装置、ハリソン東芝ライティング株式会社、［2006年2月22日検索］インターネット＜URL：http://www.htl.co.jp/pro/uv/toscure251.html＞

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、入射面の中心部への損傷がなく、照射領域の外郭が明瞭となるロッドレンズを備えた紫外線照射装置を提供することを目的とする。

本発明は、紫外線を含む光を放射するランプと、前記ランプの光源が第１焦点に位置するように配置され、該ランプから放射される光をその第２焦点に集光する楕円反射鏡と、柱状の形状を有し、長軸方向端の一方が入射面で他方が照射面となっており、該入射面が前記楕円反射鏡の第２焦点に位置するように配置されるロッドレンズと、前記ロッドレンズを収容する筒体とを有する紫外線照射装置であって、前記ロッドレンズの入射面のエッジ部分にはテーパ処理が施されており、該入射面においてこのテーパ処理が施されていない平面領域に前記楕円反射鏡により集光された光を入射させることを特徴とする紫外線照射装置を提供する。

この紫外線照射装置では、ロッドレンズの照射面側のエッジは角張っていることが好ましい。ランプとしては点光源型放電ランプが好適に用いられる。

本発明によれば、ロッドレンズの入射面のエッジ部分に所定のテーパを設け、このテーパ部分の内側の平坦領域に光を入射させる構成としたことにより、ロッドレンズ装着時に入射面の中心部へ至るような損傷の発生を回避し、入射面での入射光の乱反射を防止して、異常な光線痕が発生しないようにすることができる。また、照射面のエッジに損傷を与えることなく、角張った形状を維持することができるので、照射領域の外郭が明瞭となる。これにより、例えば、紫外線硬化性樹脂に紫外線照射を行った場合には、照射領域において均一な硬化状態を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に紫外線照射装置の概略構成を示す。

この紫外線照射装置１０は、紫外線を含む光を放射するランプ１２と、ランプ１２の光源１２ａがその第１焦点Ｆ１に位置するように配置された楕円反射鏡（リフレクタ）１４と、楕円反射鏡１４によって集光された光を被照射体２８の一定領域に照射するためのロッドレンズ１６と、ロッドレンズ１６から照射される光を一定の広さに拡大するためのレンズ群１８と、ロッドレンズ１６を収容するための第１筒体２０ａと、レンズ群１８を収容する第２筒体２０ｂと、ロッドレンズ１６への入射光の光量を調整するための回転型絞り２２と、ロッドレンズ１６から被照射体２８への照射／遮光を行うための回転型シャッタ２４を備えている。これらランプ１２，楕円反射鏡１４，第１筒体２０ａ，回転型絞り２２，回転型シャッタ２４はフレーム３０に保持されている。

ランプ１２としては、例えば、高圧水銀ランプが用いられ、好ましくは点光源型（ショートアークタイプ）のものが用いられる。これにより楕円反射鏡１４の第２焦点Ｆ２の狭い領域に集光を行うことができるので、直径の細いロッドレンズへの対応が容易となり、また後述するように、第２焦点Ｆ２において集光面積が拡がってしまった場合でも、ランプ１２に起因する拡がりを最小限に抑えることができる。

楕円反射鏡１４としては、金属またはガラス等の基材からなり、その内面に紫外線反射性の多干渉膜が形成された構造を有しているものが好適に用いられる。

ロッドレンズ１６には、紫外線透過性に優れた合成石英製のものが用いられる。ロッドレンズには、円柱状や四角柱状，六角柱状等の多角形柱状のものが知られており、所望する照射領域の形状に合わせて選択される。ここでは、ロッドレンズ１６として四角柱状レンズを取り上げ、図２にその形状を示す。

ロッドレンズ１６の長軸方向端の一方が入射面で、他方が照射面となっており、ロッドレンズ１６はこの入射面が楕円反射鏡１４の第２焦点Ｆ２に位置するように配置される。

図２に示されるように、ロッドレンズ１６の入射面のエッジ部分には、テーパ処理（面取り）が施され、テーパ部１６ａが形成されている。これにより、後に詳細に説明するように、ロッドレンズ１６を第１筒体２０ａに挿入する際にロッドレンズ１６の入射面の平面領域Ｓ内に欠けやひびが発生するのを抑制することができる。

これに対して、ロッドレンズ１６の照射面のエッジにはテーパ処理は施されておらず角張っており、被照射体２８における照射領域の外郭を明瞭とし、一定領域に均一な強さの紫外線を照射することができるようになっている。このロッドレンズ１６では、被照射体２８における紫外線の照射領域は、長軸方向に垂直な断面の形状である正方形の相似形となる。なお、紫外線の照射領域の形状は、円柱状ロッドレンズでは円形となり、六角柱状ロッドレンズでは六角形となる。その拡大率はレンズ群１８の構成により調節することができる。

ロッドレンズ１６を収容する第１筒体２０ａにおいて、ロッドレンズ１６を収容したときにロッドレンズ１６の入射面となる方の開口径は、ロッドレンズ１６の外径とほぼ等しくなっている。

図１に示すように、紫外線照射装置１０では、ロッドレンズ１６の照射面を第１筒体２０ａから突出させており、第２筒体２０ｂを第１筒体２０ａに取り付けても、ロッドレンズ１６の照射面のエッジはフリーな状態に維持される。これは照射領域の外郭を明瞭にするためであるが、第１筒体２０ａをロッドレンズ１６よりも短くしたい場合には、第１筒体２０ａにおいてロッドレンズ１６の照射面となる方の開口径をロッドレンズ１６の外径より長くすればよい。

なお、第１筒体２０ａにロッドレンズ１６を保持させる機構としては、第１筒体２０ａの側面に固定用ネジ穴を設け、これにネジを螺合させて、ロッドレンズ１６を第１筒体２０ａの内面に押し付ける構造のものを用いることができる。この場合、ネジの先端がロッドレンズ１６を傷付けないように、ロッドレンズ１６とネジの先端との間に介在物を設けることが好ましい。

第１筒体２０ａと第２筒体２０ｂは嵌合自在な構造となっており、ロッドレンズ１６を保持した第１筒体２０ａにレンズ群１８を保持した第２筒体２０ｂを嵌合させ、例えば、側面からのネジ止めによりこれらは連結状態で保持される。

回転型絞り２２は、周方向で開口率が変化するように複数の穴部が形成された調光円板２２ａを備えており、ロッドレンズ１６への入射光量を調整する。回転型シャッタ２４は、例えば、４５℃回転するごとにロッドレンズ１６への入射／遮光を制御することができるように所定位置に穴部が形成されたシャッタ円板２４ａを備えており、露光時間の調整を行う。図１において符号２２ｂ，２４ｂはそれぞれステッピングモータを示している。

このように構成された紫外線照射装置１０では、ランプ１２から放射される紫外線を含む光を楕円反射鏡１４その第２焦点Ｆ２に集光させ、ロッドレンズ１６の入射面に、必要に応じてその光量を調整して一定時間入射させる。ロッドレンズ１６に入射した光はロッドレンズ１６内で全反射を繰り返しながら長軸方向に進んで照射面から照射され、レンズ群１８により所望の大きさに拡大されて、被照射体２８の一定領域に照射される。

次に、ロッドレンズ１６の第１筒体２０ａへの収容方法と、ロッドレンズ１６への光の入射形態について説明する。ロッドレンズ１６の第１筒体２０ａへの収容作業は、図１に示す第１筒体２０ａの下端開口面から、つまり第２筒体２０ｂと嵌合させる側の開口面から、ロッドレンズ１６の入射面側を先頭にして、第１筒体２０ａにロッドレンズ１６を挿入することにより行われる。これにより、ロッドレンズ１６の先端が第１筒体２０ａの開口面に衝突したり内壁面に接触したりしても、その部分に欠けやひびが発生することを抑制することができ、特に、入射面の中心部に至るような損傷の発生を防止することができる。また、この方法によれば、ロッドレンズ１６の照射面は第１筒体２０ａに接触することがないので、そのエッジが欠ける等しないように保護することができる。

図３Ａ〜３Ｃにロッドレンズ１６への光の入射形態を示す。楕円反射鏡１４の形状によって第２焦点Ｆ２は定まるため、紫外線照装置１０の製造工程においては、ロッドレンズ１６の入射面がこの第２焦点Ｆ２に位置するように、ロッドレンズ１６を保持した第１筒体２０ａはフレーム３に取り付けられる。

図３Ａは、ロッドレンズ１６への理想的な入射形態を示しており、第２焦点Ｆ２において極めて狭い領域に集光がなされている。このような形態は、ランプ１２の光源が実質的に点光源であること、その点光源が楕円反射鏡１４の第１焦点Ｆ１に正確に位置していること、楕円反射鏡１４の形状に歪みのないこと、各部材の光学設計上極めて正確に配置されていること（光軸にずれがないこと）が必要とされ、必ずしも実現は容易ではない。

これらの要因によって、現実には、図３Ｂに示すようにロッドレンズ１６の入射面の手前で焦点を結んでしまい、入射面における集光径が長くなっている形態や、図３Ｃに示すように楕円反射鏡１４の歪みによって焦点がロッドレンズ１６の軸中心からずれてしまう形態となることが起こり得る。

図３Ｂ，３Ｃに示した入射光に対応するために、従来の紫外線照射装置では、ロッドレンズの入射面のエッジにテーパ部を設けないことによって長軸方向端面の平面領域を広く確保している。しかし、このような構成では、第１筒体へロッドレンズを挿入する際にエッジが欠けたり、ひびが入射面の中心部へ伸展したりすることがある。この状態を図５に示す。この図５において、符号９２はロッドレンズを、符号９４は欠陥部分をそれぞれ示しており、このロッドレンズ９２への光の入射形態としては図３Ｂと同じ形態を示している。

欠陥部分９４に光が入射すると、そこで乱反射が生じ、被照射体への均一照射に悪影響が生じる。また、このような欠陥部分９４に光が入射しないようにするためには、結果的に入射可能な領域が極めて小さくなってしまっているので、光学系の調整が困難となってしまうというリスクがある。特に、細いロッドレンズの場合には、そのロッドレンズは使用できなくなることになってしまうという問題がある。

これに対して、ロッドレンズ１６では、テーパ部１６ａに入射光があたるとその部分で反射が起こり、この反射光が紫外線照射装置１０内で異常な反射を繰り返すことにより、被照射体２８の照射面に異常な光線痕を残すおそれがあるので、この問題を回避するために、テーパ部１６ａの内側の領域内、つまり入射面においてテーパ処理が施されていない平面領域Ｓ内に楕円反射鏡１４により集光された光を入射させる必要がある。

ロッドレンズ１６の平面領域Ｓは、テーパ部１６ａが形成されているために、ロッドレンズ１６の長軸に垂直な断面の面積よりも狭くなるが、ロッドレンズ１６を第１筒体２０ａに挿入する際に欠けが発生することを防止することができるので、上記従来の紫外線照射装置の製造工程において発生するリスクを回避することができる。

以上の説明から明らかなように、テーパ部１６ａは、ロッドレンズ１６を第１筒体２０ａに挿入する際にロッドレンズ１６の入射面に欠けやひびが発生しない限りにおいて、平面領域Ｓができるだけ広く確保されるように、設けることが好ましい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、ランプ１２としてロングアークランプを用いた場合には、ショートアークランプを用いた場合と比較すれば、楕円反射鏡１４の第２焦点Ｆ２での集光領域は広くなる。しかし、上述の通りにロッドレンズ１６の入射面の平面領域Ｓに光を入射させることができる限りにおいて、ロングアークランプを用いることもできる。

また、ロッドレンズ１６の入射面に形成されるテーパ部は、図２に示されるように、曲率を有する滑らかな曲面であることが好ましいが、実際にこのような加工を施すことは必ずしも容易ではないことがある。

図４Ａ，図４Ｂにロッドレンズに形成するテーパ部の別の形態を斜視図で示す。図４Ａには、円柱状ロッドレンズ３２に、長軸方向に対して一定角度傾斜した斜面としてテーパ部３２ａを形成した形態を示している。ここで、角度の異なる斜面を組み合わせることにより、テーパ部３２ａを図２に示したような一定の曲率を有するテーパ部１６ａの形態に近付けることもできる。図４Ｂには、六角柱状のロッドレンズ３４に、入射面における平坦領域Ｓの形状が円形となるようにテーパ部３４ａを形成した形態を示している。このように、ロッドレンズの入射面のエッジに施すテーパ処理は、その辺に沿って形成しなければならないものではない。図４Ａ，４Ｂにそれぞれ示したテーパ部３２ａ，３２ｂは、円筒研削加工によって容易に形成することができる。

紫外線照射装置の概略構成図。 ロッドレンズの概略構造を示す図。 ロッドレンズへの光の入射形態を示す図。 ロッドレンズへの光の別の入射形態を示す図。 ロッドレンズへの光のさらに別の入射形態を示す図。 ロッドレンズに形成するテーパ部の別の形態を示す斜視図。 ロッドレンズに形成するテーパ部のさらに別の形態を示す斜視図。 従来のロッドレンズの入射面に欠けが生じている形態を示す図。

符号の説明

１０…紫外線照射装置、１２…ランプ、１２ａ…光源、１４…楕円反射鏡、１６・３２・３４…ロッドレンズ、１６ａ・３２ａ・３４ａ…テーパ部、１８…レンズ群、２０ａ…第１筒体、２０ｂ…第２筒体、２２…回転型絞り、２２ａ…調光円板、２２ｂ・２４ｂ…ステッピングモータ、２４…回転型シャッタ、２４ｂ…シャッタ円板、２８…被照射体、３０…フレーム、９２…ロッドレンズ、９４…欠陥部分。

Claims (3)

1. 紫外線を含む光を放射するランプと、
   前記ランプの光源が第１焦点に位置するように配置され、該ランプから放射される光をその第２焦点に集光する楕円反射鏡と、
   柱状の形状を有し、長軸方向端の一方が入射面で他方が照射面となっており、該入射面が前記楕円反射鏡の第２焦点に位置するように配置されるロッドレンズと、
   前記ロッドレンズを収容する筒体とを有する紫外線照射装置であって、
   前記ロッドレンズの入射面のエッジ部分にはテーパ処理が施されており、該入射面においてこのテーパ処理が施されていない平面領域に前記楕円反射鏡により集光された光を入射させることを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記ロッドレンズの照射面のエッジは角張っていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記ランプは点光源型放電ランプであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の紫外線照射装置。

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