JP2008281934A - Ultraviolet radiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、紫外線照射装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet irradiation device.
近年、紫外線スポット照射装置、露光装置、紫外線を利用した接着装置等に広く紫外線ランプを光源とする紫外線照射装置が用いられるようになっている。 In recent years, an ultraviolet irradiation device using an ultraviolet lamp as a light source has been widely used for an ultraviolet spot irradiation device, an exposure device, an adhesive device using ultraviolet rays, and the like.
紫外線照射装置は、光源である紫外線ランプへの入力電力を紫外線照射時のみ高レベルとし、非照射時には低レベルとすることで、紫外線照射時の光出力を高め、また、非照射時の消費電力を低減することが可能である(特開昭60−59733号公報、特開昭61−20324号公報)。 The UV irradiation device increases the light output during UV irradiation by increasing the input power to the UV lamp, which is the light source, to a high level only during UV irradiation, and to a low level when not irradiating, and also consumes power during non-irradiation. Can be reduced (Japanese Patent Laid-Open Nos. 60-59733 and 61-20324).
このような紫外線照射装置の場合、紫外線照射時間と非照射時間との関係によって光源である紫外線ランプに投入する平均電力が変化する。例えば、照射時の電力をPa、非照射時の電力をPb、照射時間をTa、非照射時間をTbとし、Ta時間の照射とTb時間の非照射とがサイクリックに繰り返される場合、紫外線ランプに投入される平均電力は、次の式によって表わされる。 In the case of such an ultraviolet irradiation device, the average power input to the ultraviolet lamp as a light source varies depending on the relationship between the ultraviolet irradiation time and the non-irradiation time. For example, when irradiation power is Pa, non-irradiation power is Pb, irradiation time is Ta, non-irradiation time is Tb, and irradiation of Ta time and non-irradiation of Tb time are cyclically repeated, an ultraviolet lamp The average power input to is expressed by the following equation.
平均電力=Pb+(Pa−Pb)×(Ta/(Ta+Tb)) …(1)
したがって、電力Pa,Pbの値が固定である場合、紫外線照射時間と非照射時間との比率によって紫外線ランプへの投入電力が変化する。
Average power = Pb + (Pa−Pb) × (Ta / (Ta + Tb)) (1)
Therefore, when the values of the electric power Pa and Pb are fixed, the input power to the ultraviolet lamp varies depending on the ratio between the ultraviolet irradiation time and the non-irradiation time.
他方、上記の紫外線照射装置では、外部信号に基づいて照射/非照射を任意に切り替える方法が広く採用されている。ところが、従来の紫外線照射装置では、紫外線照射時間と非照射時間との比率によって平均投入電力を変化させることは知られているが、紫外線ランプを冷却する冷却手段の冷却力を平均投入電力に応じて可変にする技術は知られていない。 On the other hand, in the above ultraviolet irradiation apparatus, a method of arbitrarily switching between irradiation / non-irradiation based on an external signal is widely adopted. However, in the conventional ultraviolet irradiation apparatus, it is known that the average input power is changed depending on the ratio of the ultraviolet irradiation time and the non-irradiation time. However, the cooling power of the cooling means for cooling the ultraviolet lamp depends on the average input power. No technology is known for making it variable.
紫外線照射時間と非照射時間との比率によって平均投入電力を変化させるのに、紫外線ランプを冷却する冷却手段の冷却力を平均投入電力に応じて可変調節せずに一定にする場合、照射時間の割合が比較的大きい場合にはランプ温度が高くなりランプ寿命が短くなる問題点があり、他方では、照射時間の割合が小さい場合にランプ温度が低くなって紫外線ランプ中に他のガスと共に封入されている水銀が凝固して照度が低下する問題点がある。
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、ランプ投入電力の大小に応じて冷却力も高低させることでランプ温度をほぼ一定に保ち、ランプ寿命を長くし、また水銀凝固を防いで照度の低下を極力抑制できる紫外線照射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and by increasing or decreasing the cooling power according to the lamp input power, the lamp temperature is kept almost constant, the lamp life is prolonged, and mercury coagulation is prevented. It aims at providing the ultraviolet irradiation device which can suppress the fall of illumination intensity as much as possible.
本発明は、紫外線ランプを複数の光レベルで切り替えて点灯させる紫外線ランプ点灯装置と、前記紫外線ランプからの光を通過/遮蔽して照射/非照射を切り替えるシャッター手段と、前記紫外線ランプを冷却する冷却手段と、前記紫外線ランプ点灯装置とシャッター手段との動作に連動し、前記照射時の前記紫外線ランプの電力レベルH、前記非照射時の前記紫外線ランプの電力レベルLをH>Lに制御する制御手段と、前記照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整する冷却力調整手段とを備えた紫外線照射装置を特徴とする。 The present invention provides an ultraviolet lamp lighting device that switches on and turns on an ultraviolet lamp at a plurality of light levels, shutter means for switching between irradiation and non-irradiation by passing / shielding light from the ultraviolet lamp, and cooling the ultraviolet lamp. In conjunction with the operation of the cooling means, the ultraviolet lamp lighting device, and the shutter means, the power level H of the ultraviolet lamp at the time of irradiation and the power level L of the ultraviolet lamp at the time of non-irradiation are controlled to be H> L. It is characterized by an ultraviolet irradiation device comprising a control means and a cooling power adjusting means for adjusting the cooling power of the cooling means in accordance with the ratio between the irradiation time and the non-irradiation time.
上記紫外線照射装置において、前記制御手段は、外部から与えられる照射/非照射切り替え信号に基づいて前記電力レベルを制御し、前記冷却力調整手段は、前記外部から与えられる照射/非照射切り替え信号に基づいて照射時間と非照射時間を検出し、検出した照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整するものとすることができる。 In the ultraviolet irradiation apparatus, the control means controls the power level based on an irradiation / non-irradiation switching signal given from the outside, and the cooling power adjustment means uses the irradiation / non-irradiation switching signal given from the outside. Based on the detected irradiation time and non-irradiation time, the cooling power of the cooling means can be adjusted in accordance with the ratio of the detected irradiation time and non-irradiation time.
また、上記紫外線照射装置において、前記制御手段は、外部から与えられる照射/非照射切り替え信号に基づいて前記電力レベルを制御し、前記冷却力調整手段は、前記シャッター手段の開閉動作に基づいて照射時間と非照射時間を検出し、検出した照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整するものとすることができる。 In the ultraviolet irradiation apparatus, the control unit controls the power level based on an irradiation / non-irradiation switching signal given from the outside, and the cooling power adjustment unit performs irradiation based on an opening / closing operation of the shutter unit. Time and non-irradiation time can be detected, and the cooling power of the cooling means can be adjusted in accordance with the ratio between the detected irradiation time and non-irradiation time.
本発明によれば、ランプ投入電力の大小に応じて冷却力も高低させることでランプ温度をほぼ一定に保ち、ランプ寿命を長くし、また水銀凝固を防いで照度の低下を極力抑制できる紫外線照射装置を実現できる。 According to the present invention, an ultraviolet irradiation device capable of keeping the lamp temperature substantially constant by increasing or decreasing the cooling power according to the magnitude of the power supplied to the lamp, extending the lamp life, preventing mercury solidification, and suppressing the decrease in illuminance as much as possible. Can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)図1、図2に紫外線照射装置を示し、紫外線照射装置本体11と紫外線ランプ点灯装置12とを具備している。紫外線照射装置本体11は、光学系11a、調光機構11b、光学シャッター11c、冷却機構11d、照射口11e及びケーシング11fを備えている。紫外線ランプUVLは、ケーシング11fの内部上部位置に管軸が垂直に吊り下げられている。
(First Embodiment) FIG. 1 and FIG. 2 show an ultraviolet irradiation device, which includes an ultraviolet irradiation device
光学系11aは、ショートアーク形水銀ランプのような紫外線ランプUVLから放射した紫外線を下向きに集光し、照射口11eから導出するための光学手段であり、楕円反射鏡11a1、第1のミラー11a2、導光体11a3及び第2のミラー11a4から成る。楕円反射鏡11a1は、紫外線ランプUVLから放射された紫外線をその反射面で反射させて下向きに集光する。第1のミラー11a2は、集光された紫外線を反射して90°屈曲させ、水平方向へ進行させる。導光体11a3は、上記の水平方向へ進行した紫外線が調光機構11b及び光学シャッター11cを通過した後、紫外線をケーシング11fの外部へ導光する。第2のミラー11a4は、導光体11a3の他端から導出された紫外線を反射して下向きに90°屈曲させる。下向きに屈曲した紫外線は、上述の照射口11eから導出されて図示しないワークを照射する。
The
調光機構11bは、照射口11eから導出されてワークを照射する際の紫外線照度を所望に調節する。また、調光機構11bは、開口面積の異なる多数の開口を同心円状に形成した回転円盤からなり、回転円盤を回転させて開口の開口面積を所望のものに選択することで調光を行う。
The
光学シャッター11cは、調光機構11bを通過した紫外線を通過(開)させ、導光体11a3に入射させたり、遮断(閉)して導光体11a3に入射しないようにしたりする。ワークに紫外線を照射する際に開とし、ワークに照射しない非照射のときには閉としておく。
The
冷却機構11dは、ケーシング11fの内部を排気して冷却する。
The
ケーシング11fは、以上の各手段及び紫外線ランプ点灯装置12を内部の所定位置に収納している。
The casing 11f accommodates the above means and the ultraviolet
紫外線ランプ点灯装置12について、図3、図4を用いて説明する。紫外線ランプ点灯装置12は、紫外線ランプUVL及び点灯回路OCを具備している。図3に示す点灯回路OCは、投入するランプ電力を間欠的に変動させながら紫外線ランプUVLを点灯するための回路である。間欠動作は、図4に示すように、定電流制御の下で相対的大電力Hを供給する第1の期間T1と、相対的小電力Lを供給する第2の期間T2を交互に繰り返すことにより行われる。第2の期間T2においては、定電流制御でもよいし、定電力制御であってもよい。また、点灯回路OCは、少なくとも第1の期間T1の間に投入するランプ電力を定電流制御する。このために、点灯回路OCに直流定電流制御回路CCRを用いて、その出力端間から得られる定電流を紫外線ランプUVLに供給する。第2の期間T2に定電力制御を行う場合には、直流定電流制御回路CCRに加えて定電力制御回路を並列又は直列的に配設し、それらの制御回路をそれぞれの期間ごとに切り換えて紫外線ランプUVLに接続するように構成する。
The ultraviolet
直流定電流制御回路CCRの入力端には、直流電力を供給するために整流回路RCが設けられ、これを用いて交流電源ACから得る交流電圧を整流するようにしている。また、点灯回路OCは、紫外線ランプUVLに投入するランプ電力を間欠的に変動させるために、制御回路CCを用いて直流定電流制御回路CCRから出力されるランプ電流をそれぞれの期間に必要な値にするために制御するようにしている。なお、上記間欠的な変動の周期は、紫外線照射の対象により適宜設定する。例えば、第1及び第2の期間T1,T2をそれぞれ10秒程度に設定する。 A rectifier circuit RC is provided at the input end of the DC constant current control circuit CCR to supply DC power, and an AC voltage obtained from the AC power supply AC is rectified using this circuit. Further, the lighting circuit OC uses the control circuit CC to change the lamp current output from the DC constant current control circuit CCR to a value necessary for each period in order to intermittently change the lamp power input to the ultraviolet lamp UVL. I want to be in control. In addition, the period of the intermittent fluctuation is appropriately set depending on the target of ultraviolet irradiation. For example, the first and second periods T1 and T2 are each set to about 10 seconds.
次に、紫外線ランプ点灯装置12の動作について説明する。紫外線ランプUVLは、図5の波形図に示したように間欠的に変動するランプ電力が投入されて点灯を継続する。第1の期間T1に投入される相対的大電力Hにおいて、紫外線ランプUVLは紫外線出力が増大する。したがって、第1の期間T1に発生する紫外線を露光などの目的に供すると、短時間で、しかも高効率の紫外線照射を行うことができる。第2の期間T2に投入される相対的小電力Lにおいて、紫外線ランプUVLは紫外線出力が少なくなるものの点灯状態を維持する。したがって、第2の期間T2を次の紫外線照射までの待機期間とすることができる。そうすれば、待機中の消費電力を最小限に止めることができる。
Next, the operation of the ultraviolet
このような構成の紫外線照射装置における温度制御について、図6の温度制御回路20を用いて説明する。温度制御回路20は、冷却力調節機能部21、紫外線ランプ点灯装置12、シャッター機構部22によって構成されている。
The temperature control in the ultraviolet irradiation apparatus having such a configuration will be described using the
紫外線ランプ点灯装置12は、照射モードと非照射モードで紫外線ランプUVLを2電力レベルで切り替えて点灯させるための前述した点灯装置OCと、この点灯装置OCの電力可変信号にて動作し、紫外線ランプUVLに図4のH電力、L電力を給電する電子安定器12bとを備えている。
The ultraviolet
冷却力調節機能部21は、外部から与えられるシャッター開閉信号に基づいてシャッター開閉時間を検出する開閉時間検出部21a、この開閉時間検出部21aが検出したシャッター開/閉時間に対応してその比率(デューティ)を演算し、図6に示すデューティ:風量のグラフに基づいて風量調節信号を出力する演算部21b、ファン回転電力を強弱調節する風量調節機構部21c、そしてこの風量調節機構部21cからの風量指示値により回転数を大小変化させて風量を調節する冷却手段としてのファン21dを備えている。このファン21dは図1、図2に示す機構における冷却機構11d内に収容されている。
The cooling power
シャッター機構部22は、紫外線ランプUVLのからの光を通過/遮蔽して照射/非照射を切り替えるシャッター11cと、外部からのシャッター開閉信号によりシャッター11cを開閉駆動するシャッター開閉部22a、そして、シャッター11cの開、閉状態を検出する開センサ22b、閉センサ22cを備えている。
The
上記構成の温度制御回路20は、次のように温度制御動作する。紫外線ランプ点灯装置12は、外部からのシャッター開閉信号に対応して、シャッター開時には照射モード、シャッター閉時には非照射モードとし、それぞれで前述した図4のH,L2電力レベルを切り替えて紫外線ランプUVLに供給する。照射時間T1と非照射時間T2の比率T1/(T1+T2)がデューティである。一方、シャッター機構部22は、外部からのシャッター開閉信号に対応して、シャッター11cを開閉する。
The
そして、冷却力調節機能部21は、紫外線ランプ点灯装置12とシャッター機構部22に連動し、照射時の紫外線ランプUVLの電力レベルH、非照射時の紫外線ランプUVLの電力レベルLの時間比率(デューティ)に応じて図6のグラフに基づき、ファン21dの風量を強弱調整する。図6のグラフに示す特性の場合、デューティが小さい場合には風量も小さくし、デューティが大きい場合には風量も大きくする線形的な制御をする。
Then, the cooling power
これにより、図7に示すように、従来の温度制御をせず、ファンを一定速度で回転させている場合にはデューティの上昇によってランプ最高温度Tp1が上昇していたのが、本実施の形態の場合には、デューティに応じてファン風量を調節することによってランプ最高温度Tp2がほぼ一定に維持できる。 As a result, as shown in FIG. 7, when the fan is rotated at a constant speed without performing the conventional temperature control, the maximum lamp temperature Tp1 is increased by the increase of the duty. In this case, the maximum lamp temperature Tp2 can be maintained substantially constant by adjusting the fan air volume in accordance with the duty.
(第2の実施の形態)本発明の第2の実施の形態の紫外線照射装置について、図1〜図4、図6〜図8を用いて説明する。第2の実施の形態の紫外線照射装置の機械的な構成は第1の実施の形態と同様に図1、図2に示すものであり、また、紫外線ランプ点灯回路12の回路構成と電力制御動作は、図3、図4に示すものであり、第1の実施の形態と共通である。したがって、第1の実施の形態と共通する要素について共通の符号を用いて説明する。
(Second Embodiment) An ultraviolet irradiation apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIGS. The mechanical configuration of the ultraviolet irradiation device of the second embodiment is as shown in FIGS. 1 and 2 as in the first embodiment, and the circuit configuration and power control operation of the ultraviolet
本実施の形態の特徴は、図8に示した温度制御回路20Aにある。本実施の形態の場合、第1の実施の形態とは異なり、冷却力調整機能部21Aが装置内部の照射/非照射切り替え信号に基づいて冷却力の強弱調節をする点にある。つまり、本実施の形態によれば、冷却力調節機能部20Aにおいて、開閉時間検出部21aがシャッター開センサ22b、閉センサ22cの検出するシャッター開信号、シャッター閉信号に基づいてシャッター開時間、閉時間を検出し、演算部21bがこの開閉時間検出部21aが検出したシャッター開/閉時間に対応してデューティを演算し、図6に示すデューティ:風量のグラフに基づいて風量調節信号を出力し、風量調節機構部21cがファン回転電力を強弱調節し、ファン21dがこの風量調節機構部21cからの風量指示値により回転数を大小変化させて風量を調節する。
The feature of the present embodiment resides in the
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に図7に示すように、従来の風量調節を行わない紫外線照射装置と比較して、紫外線ランプUVLの最高温度をほぼ一定に維持することができる利点がある。 Also in this embodiment, as shown in FIG. 7, as in the first embodiment, the maximum temperature of the ultraviolet lamp UVL is maintained substantially constant as compared with the conventional ultraviolet irradiation device that does not adjust the air volume. There are advantages that can be made.
尚、上記両実施の形態では、紫外線ランプUVLとしてショートアーク水銀ランプを例示して説明したが、本発明の適用できる紫外線ランプはこれに限らず、冷却を必要とする他の種類の紫外線ランプにも適用できる。 In the above-described embodiments, the short arc mercury lamp is exemplified as the ultraviolet lamp UVL. However, the ultraviolet lamp to which the present invention can be applied is not limited to this, but other kinds of ultraviolet lamps that require cooling. Is also applicable.
また、冷却力の調節にはファンの入力電圧、入力電流あるいは電力周波数を制御したり、機械的に開口部を塞ぐ機構を持たせ、その開口面積を広狭制御したりする方法を採用することができる。 In order to adjust the cooling power, it is possible to control the fan input voltage, input current, or power frequency, or to provide a mechanism that mechanically closes the opening so that the opening area is controlled to be wide or narrow. it can.
11…紫外線照射装置
12…紫外線ランプ点灯装置
UVL…紫外線ランプ
OC…点灯回路
11c…シャッター
11d…冷却機構
20,20A…温度制御回路
21,21A…冷却力調節機能部
21a…開閉時間検出部
21b…演算部
21c…風量調節機構部
21d…ファン
22…シャッター機構
22a…シャッター開閉部
22b…開センサ
22c…閉センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記紫外線ランプからの光を通過/遮蔽して照射/非照射を切り替えるシャッター手段と、
前記紫外線ランプを冷却する冷却手段と、
前記紫外線ランプ点灯装置とシャッター手段との動作に連動し、前記照射時の前記紫外線ランプの電力レベルH、前記非照射時の前記紫外線ランプの電力レベルLをH>Lに制御する制御手段と、
前記照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整する冷却力調整手段とを備えた紫外線照射装置。 An ultraviolet lamp lighting device that switches on and turns on an ultraviolet lamp at a plurality of light levels;
Shutter means for switching between irradiation / non-irradiation by passing / shielding light from the ultraviolet lamp;
Cooling means for cooling the ultraviolet lamp;
Control means for controlling the power level H of the ultraviolet lamp at the time of irradiation and the power level L of the ultraviolet lamp at the time of non-irradiation in conjunction with the operation of the ultraviolet lamp lighting device and the shutter means;
An ultraviolet irradiation apparatus comprising: a cooling power adjusting unit that adjusts the cooling power of the cooling unit according to a ratio between the irradiation time and the non-irradiation time.
前記冷却力調整手段は、前記外部から与えられる照射/非照射切り替え信号に基づいて照射時間と非照射時間を検出し、検出した照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整することを特徴とする請求項1に記載の紫外線照射装置。 The control means controls the power level based on an irradiation / non-irradiation switching signal given from the outside,
The cooling power adjusting means detects an irradiation time and a non-irradiation time based on an irradiation / non-irradiation switching signal given from the outside, and cools the cooling means according to a ratio of the detected irradiation time and non-irradiation time. The ultraviolet irradiation device according to claim 1, wherein the strength is adjusted.
前記冷却力調整手段は、前記シャッター手段の開閉動作に基づいて照射時間と非照射時間を検出し、検出した照射時間と非照射時間との比率に応じて前記冷却手段の冷却力を強弱調整することを特徴とする請求項1に記載の紫外線照射装置。 The control means controls the power level based on an irradiation / non-irradiation switching signal given from the outside,
The cooling power adjusting means detects the irradiation time and the non-irradiation time based on the opening / closing operation of the shutter means, and adjusts the cooling power of the cooling means in accordance with the ratio between the detected irradiation time and the non-irradiation time. The ultraviolet irradiation device according to claim 1.
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