JP2008049255A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射雰囲気における空気循環を効果的に行うことができる光照射装置を提供すること。
【解決手段】紫外線照射装置は、ランプユニットと、ワークを載置するためのステージ２０と、ステージ２０をランプユニットに対して走査させる走査機構とを備えている。載置面２１には排気口２５が配設されている。排気口２５は吸引ポンプに連通されており、載置面２１上のワークに紫外線が照射される状態において、照射雰囲気の空気を強制排気する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光照射装置に関する。

光照射は、様々な工業製品の製造工程において広く利用されている技術であり、例えば特許文献１には、液滴吐出ヘッドのノズル形成面をなすノズルプレートの製造にあたり、ノズルプレートの原板の表面処理に紫外線照射を行うことの記述がある。また、光照射を行うための光照射装置としては、特許文献２に掲げるようなベルトコンベアを用いて走査式に光を照射するものが知られている。

特開２００３−３１８５１５号公報 特開平１１−３３７６９８号公報

上述の改質処理は、紫外線照射により発生した活性酸素がワーク表面に作用することでなされるものであるため、ワークに対する表面処理をムラなく好適に行うためには、照射雰囲気の空気が適度に循環される構成となっていることが好ましい。このことに鑑みて、特許文献２に係る光照射装置には排気ファンが設けられており、装置内の空気を循環させるようになっている。

しかしながら、上述の排気ファンは装置底部に設けられているため、紫外線の照射領域との関係において十分に効果的な構成とは言い難い。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、照射雰囲気における空気循環を効果的に行うことができる光照射装置を提供することを目的としている。

本発明の光照射装置は、ワークを載置するための載置面と、前記載置面に対して光を照射する光照射手段と、前記光照射手段に臨んで配設される排気口と、を備えることを特徴とする。
また好ましくは、前記光照射装置において、前記排気口が前記載置面に配設されていることを特徴とする。

この発明の光照射装置によれば、光照射手段に臨んで設けられた排気口から排気が行われるので、照射雰囲気における空気循環（換気）を効果的に行うことができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図では、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。

（紫外線照射装置の構成）
まずは、図１、図２、図３を参照して本発明に係る紫外線照射装置の構成について説明する。図１は、紫外線照射装置の要部構成を示す斜視図である。図２は、ステージの概略構成を示す斜視図である。図３は、紫外線照射装置の機能ブロック図である。

図１に示す光照射装置としての紫外線照射装置１００は、液滴吐出ヘッドのノズル形成面をなすノズルプレートの製造にあたり、その表面の改質処理のために用いられる。すなわち、アルキル基を終端とするプラズマ重合膜（例えば、ジメチルポリシキロサンの重合膜）を表面に有する金属製ノズルプレートの原板に紫外線を照射し、アルキル基を酸素原子に置換する処理を行うためのものである。終端の酸素原子は大気中で水酸基化されて、表面が一旦親水化されるが、この後さらに、フッ素を含む長鎖高分子（例えば、アルコキシシラン）を終端の水酸基に結合、縮合反応させることで、表面が撥液化されたノズルプレートを得ることができる。

紫外線照射装置１００は、基台１と、光照射手段としてのランプユニット１０（ランプユニット１０の支持フレームは図示を省略）と、ワークを載置するためのステージ２０と、ステージ２０をランプユニット１０に対して走査させる走査機構２とを備えている。

走査機構２は、Ｘ軸方向に伸長する１対のガイドレール３，３と、ガイドレール３，３間においてＸ軸方向に伸長するボールねじ４と、ボールねじ４を回転駆動させるための駆動モータ５とを備えている。ステージ２０は、その底部においてボールねじ４と螺合されており、ボールねじ４の回転駆動によってガイドレール３に沿って移動する。ステージ２０は、ランプユニット１０から紫外線の照射を受けつつＸ軸方向に走査され、載置面２１に載置されたワークには、走査方向（Ｘ軸方向）に対して均一に紫外線が照射される。

ランプユニット１０は、筐体内に、走査方向に直交する方向（Ｙ軸方向）に伸長する３本の発光管１１と、発光管１１の冷却機構（図示せず）と、筐体内に窒素ガスを循環させる機構（図示せず）と、ステージ２０に対向する側に設けられた透光性の照射板１２と、を備えている。本実施形態では、発光管１１として、１７２ｎｍ波長の紫外線を放射するＸｅエキシマランプが用いられている。

このような短波長の紫外線は、大気中の酸素によって著しい減衰特性を示すため取り扱いに注意が必要である。例えば、筐体内における窒素ガスの循環機構は、筐体内において紫外線の減衰が起こらないようにするために設けられている。また、照射板１２の表面とステージ２０の載置面２１との距離は、非常に近接した状態（本実施形態では、３ｍｍ）とされ、さらに照射板１２の表面とワーク表面との距離にばらつきが生じないように、載置面２１にも後述するような工夫がなされている。

照射雰囲気中の酸素は、紫外線の減衰について上述のような対策の必要性をもたらす反面、ワークの表面処理においては必要不可欠な存在でもある。紫外線照射によって生じる活性酸素がワークの表面に作用して清浄効果や改質効果を生じさせるからである。従って、ワークに対する表面処理をムラなく好適に行うためには、ワークの表面付近の（活性）酸素の濃度を安定化させるべく、照射雰囲気の適度な空気循環（換気）を図ることが好ましく、このため紫外線照射装置１００には、後述するような様々な工夫が施されている。

紫外線照射装置１００は、ランプユニット１０の脇においてステージ２０の走査軌跡の上方に架設された送気管６を備えている。送気管６は、ランプユニット１０に向かって斜め下方の位置に形成された吹き出し口（作図方向の関係で図示されず）から、空気を吹き出させる構成となっており、これにより照射雰囲気の好適な空気循環が図られるようになっている。

ステージ２０とその走査手段、およびランプユニット１０と送気管６の一部は、仮想線で示す隔壁により区画された処理室７内に収容されている。これは、紫外線照射によって生じる有害なオゾンから作業者を保護するためのものである。また、基台１には、処理室７内の空気を排気ドラフトへと排出するための排気口８が設けられており、処理室７外へのオゾンの流出防止と共に、照射雰囲気における好適な空気循環が図られるようになっている。

処理室７の内外間におけるワークの移送は、処理室７の壁材に形成された開口である導入部９を通じて、ワーク移送装置４１（図３参照）により行われる。本実施形態のワーク移送装置４１は、ワークの収納ラックとの間で除材／給材を行う機構と、真空吸着パッドを備えたアームロボットとを備えた構成である。尚、導入部９は、導入部開閉装置４２（図３参照）によってワークの移送時のみにおいて開放されるようになっており、処理室の気密性が無用に低下しないように配慮されている。

ステージ２０は、図２に示すように、ワークの載置領域としての載置部２２と、光量検出手段の配設領域としての光量検出部３０とが、互いに走査方向（Ｘ軸方向）に分割して設けられた構成となっている。載置部２２は、ワークをＸＹ平面に平行に規定して載置するための平滑な載置面２１を有しており、本実施形態においては、走査方向（Ｘ軸方向）に２個、走査方向に直交する方向（Ｙ軸方向）に５個の計１０個のワークを並べて載置できるようになっている。

載置面２１には、個々のワークの載置領域に対応して、吸着部としての吸引口２３と干渉回避部としての溝部２４が設けられている。吸引口２３は、ステージ２０の下側から伸びる通気管（図示せず）を介して吸引ポンプに連通されており、ワークを載置面２１に吸着させる役割を果たす。また、溝部２４は、載置面２１においてワークの外縁に対応する領域に形成されている溝状の凹部であり、金属製ワークの外縁に折れ曲がりがある場合にその部分と載置面２１との干渉を回避し、ワークが浮き上がらないようにする役割を果たすものである。かくして、ワークは載置面２１に好適に密着された状態で載置され、ランプユニット１０の照射板１２からワーク表面までの距離が高精度に規定されるので、照射される光量のばらつきが好適に抑えられる。

また、載置面２１には、ステージ２０の下側から伸びる通気管（図示せず）を介して吸引ポンプ（送気ファンに代えたり、省略したりすることもできる）と連通し、さらに排気ドラフトへと通じる排気口２５が配設されている。この排気口２５は周囲の空気を強制排気するためのものであり、紫外線の照射を受ける載置面２１に設けられているため、載置面２１上のワークに紫外線が照射される状態において、照射雰囲気の空気循環（換気）を効果的に行うことができる。また、照射雰囲気で発生した紫外線の処理室７外への流出を効果的に抑えることができる。

光量検出部３０は、紫外線の光量を検出可能な３個のセンサヘッド３１と、センサヘッド３１を取り付けるための取付ガイド３３と、センサヘッド３１の検出部３２を開閉可能な検出部開閉機構３４とを備えている。本実施形態のセンサヘッド３１にはダイヤモンド薄膜方式のものが用いられており、上述したような短波長の紫外線を高精度に且つ安定的に検出できるようになっている。

３つのセンサヘッド３１はＹ軸方向に並設されており、各センサヘッド３１は、走査方向に直交する方向（Ｙ軸方向）における互いに異なる位置の光量をそれぞれ測定するようになっている。ランプユニット１０から照射される紫外線の光量は、発光管１１の形状や、冷却機構の構造に起因した温度差などに起因して、Ｙ軸方向内においてある程度の分布を有しているが、上述の構成により、ワークの載置位置の違いによる光量の差を適切に管理することができるようになっている。

センサヘッド３１は、検出部３２の受光面３２ａが載置面２１とぼぼ同じ高さとなる（略同一平面内に含まれる）ように取り付けられている。これは、紫外線の強度が照射雰囲気中において著しく減衰することに鑑み、ワーク表面とほぼ同じ位置（照射板１２からの距離）において光量の検出を行うことで、このような減衰の影響による測定誤差の低減を図ったものである。

検出部開閉機構３４は、検出部３２を遮蔽可能な大きさの薄板状の遮光性部材（金属板など）からなるシャッタ３５と、Ｙ軸方向に伸長して複数のシャッタ３５を連結する連結棒３６と、一端が連結棒３６に結合されたエアシリンダ３７とを備えている。

エアシリンダ３７が駆動されない場合、センサヘッド３１の検出部３２は、シャッタ３５によって遮蔽された状態（図１に示す状態）となっている。そして、エアシリンダ３７が駆動されると、連結棒３６がガイド（図示せず）に沿ってＹ軸方向に移動し、シャッタ３５がスライドして、各センサヘッド３１の検出部３２が露出（開放）された状態（図２に示す状態）となる。

検出部３２は、光量検出を行うときには露出されていることが必要であるものの、光量検出を行わないときにまで紫外線の照射を受けると、センサヘッド３１の寿命を無用に低下させてしまう原因となる。検出部開閉機構３４は、このような事情に鑑み、検出部３２への紫外線の照射の可否を必要に応じて切り替えるために設けられている。すなわち、ワークに対して紫外線照射（表面処理）を行う場合には検出部３２をシャッタ３５で遮蔽し、光量の測定を行う場合にのみシャッタ３５を開いて検出部３２に紫外線を照射するようになっている。

図３に示すように、紫外線照射装置１００は、ランプユニット１０の出力を調整するための出力調整器４３と、センサヘッド３１により検出される光量（積算光量）を表示するための光量表示部４４と、走査機構２、検出部開閉機構３４、ワーク移送装置４１、導入部開閉装置４２の駆動制御を行う制御コンピュータ４０とを備えている。

制御コンピュータ４０は、インターフェースを介した作業者からの指示により、ワークの表面処理（第１動作モード）と積算光量の検出（第２動作モード）とを切り替えて実行することができるようになっている。光量表示部４４に表示される積算光量の検出結果に対しては、作業者は、出力調整器４３を操作して紫外線の照射強度を調整したり、照射に係るステージ２０の走査速度を変更したりして、必要に応じて対処することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、載置面２１における排気口２５の位置、数、大きさ等は、適宜に変更することが可能であり、また、載置面２１ではなくその近傍に設けるようにすることもできる。
また、本発明の光照射装置から照射される光は、上述のような紫外線に限定されるものではなく、可視光や赤外光、Ｘ線等についても適用することが可能である。
また、上述の光照射装置は可動式のステージを備える構成であったが、固定式のステージに対して光照射手段（ランプユニット）が移動することで走査が行われるような装置構成とすることもできる。
また、実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。

紫外線照射装置の要部構成を示す斜視図。 ステージの概略構成を示す斜視図。 紫外線照射装置の機能ブロック図。

符号の説明

２…走査機構、１０…光照射手段としてのランプユニット、２０…ステージ、２１…載置面、２２…載置部、２３…吸着部としての吸引口、２４…干渉回避部としての溝部、２５…排気口、３０…光量検出部、３１…センサヘッド、１００…光照射装置としての紫外線照射装置。

Claims (2)

1. ワークを載置するための載置面と、
   前記載置面に対して光を照射する光照射手段と、
   前記光照射手段に臨んで配設される排気口と、を備える光照射装置。
2. 前記排気口が前記載置面に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
   

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