JP2011181264A

JP2011181264A - 紫外線照射装置

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Publication number: JP2011181264A
Application number: JP2010042923A
Authority: JP
Inventors: Shoko Kuratani; 晶子倉谷; Shohei Maeda; 祥平前田; Makoto Yashima; 誠八島; Yoshitaka Fujita; 義貴藤田; Narifumi Tadokoro; 成文田所; Masahiro Fujita; 正弘藤田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】シャッター機能に紫外線の遮光率を調整機能を持たせて部分的な照度調整を実現する。
【解決手段】紫外線を発光させる例えば高圧水銀ランプによる複数の紫外線ランプ１０と被照射部との間にランプ１０からの紫外線を遮光させるシャッター２２を備えた。シャッター２２は、支軸２３１，２３２を中心に、紫外線の照射方向に対し、平行な状態のときに紫外線が被照射部に対し照射される開となる第１の位置と垂直な状態のときに被照射部に対し紫外線が遮光される第２の位置をとるように回動することで照射と遮光の切り換えができる。第１の位置と第２の位置間は任意の開状態を保持可能とした。これにより。被照射物に対する紫外光をカットさせる状態からランプから直接照射される紫外光と反射板で反射させた紫外光のほぼ全てを照射できる状態に任意に調整することができ、個々のシャッターの開閉を調整することにより、被照射物に対する均斉度の向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、紫外線を発光させ、印刷関連におけるインク乾燥、半導体関連の微細露光、液晶関連の接着剤硬化等の用途に用いられる紫外線照射装置に関する。

従来の紫外線照射装置は、被照射面の拡大に伴い、複数本のランプを平行配置して照射エリアの長尺化を図ることが行われている。また、被照射物の交換や紫外光の積算管理を行うために、被照射面への露光・非露光の切り替えを機械式シャッターで行われている。（例えば、特許文献１）

特開平９−８２６７３号公報

上記した特許文献１の技術は、複数のランプを配置していることから照射面での照度の均斉度を保つために、ランプ毎に紫外光をモニターし、各ランプへの入力電圧を可変するフィードバック制御が行われている。この場合、制御系統が増えることから高コストや制御を複雑化する要因となっていた。

しかしながら、ランプ入力電力を可変させる制御方法ではランプの温度条件が変化してくるため、発光スペクトルや照度維持率など他のパフォーマンスに影響を与える恐れがあることから、単純に均斉度向上のためにランプ入力電力を可変できず、均斉度を向上させるには問題があった。

この発明の目的は、簡単な構造で照度の部分調整を行い均斉度の向上を図ることが可能な紫外線照射装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の紫外線照射装置の請求項１では、紫外線を発光させる複数の紫外線ランプと被照射部との間に前記ランプからの紫外線を遮光させるシャッターを備えた紫外線照射装置において、前記シャッターは回動動作により前記紫外線の照射を遮光可能であるとともに、前記ランプに対し少なくとも１枚を配置したことを特徴とする。

請求項３では、前記シャッターは、前記紫外線の照射方向に対し、平行な状態のときに紫外線が被照射部に対し照射される開となる第１の位置と、垂直な状態のときに被照射部に対し紫外線が遮光される第２の位置をとり、前記第１の位置と第２の位置間は任意の開状態を保持可能としたことを特徴とする。

請求項５では、前記シャッターは、支軸を中心に異なる方向に回動する第１の遮光板と、該第１の遮光板の両端にそれぞれ取り付けられた可動軸を中心に前記第１の遮光板にそれぞれ近づく方向に可動する第２および第３の遮光板とを備えたことを特徴とする。

請求項６では、前記シャッターは、前記ランプの照射部に紫外線センサーを配置し、該センサーの結果に基づき、予め記憶された配光分布に対し所定量のずれがあるかどうかを判定し、該判定結果に基づき前記シャッターの遮光率を制御するようにしたことを特徴とする。

この発明によれば、シャッター機能に紫外線の遮光率を調整できるルーバー機能を併せ持たせたことで、簡単な構造で照度の部分調整が可能となる。

この発明の紫外線照射装置に関する第１の実施形態について説明するためのシャッターで遮光された状態の側面図である。図１のＩ−Ｉ’線断面図である。図１のシャッターが開放された状態の側面図である。図３のII−II’線断面図である。図１に用いる紫外線ランプについて説明するための構成図である。この発明のシャッターの構造例による開閉動作状態について説明するための説明図である。図６（ａ）の状態のランプとシャッターとを含めた斜視図である。図６（ｃ）の状態のランプとシャッターとを含めた斜視図である。この発明の紫外線照射装置に関する第２の実施形態について説明するためのシャッターで遮光された状態の側面図である。図９のIII−III’線断面図である。図９のシャッターが開放された状態の側面図である。図１１のIV−IV’線断面図である。この発明のシャッターの他の構造例による開閉動作状態について説明するための説明図である。この発明のシャッターのもう一つの他の構造例による開閉動作状態について説明するための説明図である。配光分布に基づき照度の均斉度の向上を図る制御例について説明するための説明図である。配光分布に基づき照度の均斉度の向上を図る制御例について説明するための説明図である。配光分布に基づき照度の均斉度の向上を図る制御例について説明するための説明図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図５は、この発明の紫外線照射装置に関する第１の実施形態について説明するための概略的な図１はシャッターで遮光された状態の側面図、図２は図１のＩ−Ｉ’線断面図、図３は図１のシャッターが開放された状態の側面図、図４は図３のII−II’線断面図、図５は図１に用いる紫外線ランプについて説明するための構成図である。

図１、図２において、１０は、紫外線を発生させる高圧水銀ランプである。ランプ１０は、図５に示すように、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間１１を形成する発光管１２の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材の電極１３ａ，１３ｂが配置される。発光管１２は、例えば外径φが２７．５ｍｍ、肉厚ｍが１．５ｍｍ、発光長Ｌが１８００ｍｍ程度の一重管で構成される。

電極１３ａ，１３ｂは、それぞれインナーリード１４ａ，１４ｂを介してモリブデン箔１５ａ，１５ｂの一端に溶接される。モリブデン箔１５ａ，１５ｂの他端には、アウターリード１６ａ，１６ｂの一端を溶接する。モリブデン箔１５ａ，１５ｂの部分は発光管１２のインナーリード１４ａ，１４ｂからアウターリードの１６ａ，１６ｂの一端までの発光管１２を加熱して封止する。

モリブデン箔１５ａ，１５ｂは、発光管１２を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い材料であれば何でもよいが、この条件に適したものとしてモリブデンを使用する。モリブデン箔１５ａ，１５ｂに一端がそれぞれ接続されたアウターリード１６ａ，１６ｂには、例えば図示しないセラミック製のソケットの内部で電気的に接続された給電用のリード線をそれぞれ絶縁封止するとともに電源回路に接続される。

放電空間１１には、アーク放電を維持させるための希ガスである十分な量の希ガス、水銀、ハロゲンそれに紫外光を発光させるための金属である鉄、スズ、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンのうちの少なくとも１種が封入されている。これにより、３００〜４００ｎｍの紫外線を放射させることができる。

再び図１、図２において、ランプ１０は、複数本が水平方向に非接触状態で並設された状態で図示しないランプハウス内に配置される。各ランプ１０の長手方向に対向した位置にはそれぞれ、ランプ１０から下方方向に紫外線を反射させる反射板２１１，２１２が配置される。反射板２１１，２１２もランプハウス内に取り付けられる。

反射板２１１，２１２は、ランプ１０に対し２枚一組で配置され、各ランプ１０の紫外光とそれぞれの反射板２１１，２１２で反射された紫外光は、合成されて照射エリアの長尺化を実現することができる。

２２は、照射エリアに配置された例えばアルミニウム製の複数の平板で長尺状のシャッターである。シャッター２２の長手方向の両側面中央には、支軸２３１，２３２が一体的にそれぞれ取り付けられ、さらに支軸２３１，２３２にはそれぞれ回動ギア２４１，２４２が回動自在に取り付けられる。シャッター２２は、支軸２３１，２３２を回動させることにより、ルーバーの機能も併せ持っている。

回動ギア２４１，２４２は、図示しない例えばモータを用いた駆動ギアを回動ギア２４１，２４２に噛み合わせて駆動させることにより回動される。これにより、シャッター２２は、閉じた図１、図２に示す水平の状態から、開いた図３、図４に示す垂直の状態となるように回動させることができる。また、シャッター２２は、図１、図２と図３、図４の途中段階の任意の位置に駆動させることができる。

ここで、図６〜図８を参照しながらシャッター２２の動作についてさらに説明する。図６（ａ）〜（ｃ）はシャッター２２の構造例による開閉動作状態を示し、図７は、図６（ａ）の状態の、図８は、図６（ｃ）の状態のランプ１０とシャッター２２とを含めたそれぞれの斜視図を示している。なお、図６〜図８では４枚のシャッターを例にして示している。

図６（ａ）において、シャッター２２は、水平状態に駆動され、隣り合うシャッター２２同士はその長尺方向の一部を重ね合わせることで、紫外光の照射がシャッター２２を越えて届かないようにされる。

この状態は、図７にも示すように、シャッター２２は、互いに一部が重なり合うことにより、ランプ１０からの紫外光がシャッター２２を介して漏れないようになる。

図６（ｂ）の状態は、シャッター２２を駆動させ、紫外光の一部がシャッター２２を避けて被照射物側に照射される調整段階について示している。

また、図６（ｃ）の状態は、シャッター２２をさらに回動させ、ランプ１０から直接照射される紫外光と反射板２１１，２１２で反射された紫外光のほぼ全てを被照射物に照射させることができる。

この状態は、図８にも示すように、シャッター２２が垂直状態となり、ランプ１０から照射される紫外光を、シャッター２２を介して照射させることができる。

この実施形態では、被照射物に対する紫外光をカットさせる状態からランプから直接照射される紫外光と反射板で反射させた紫外光のほぼ全てを照射できる状態に任意に調整することが可能となる。個々のシャッターの開閉を調整することにより、被照射物に対する均斉度の向上を図ることができる。

図９〜図１２は、この発明の紫外線照射装置に関する第２の実施形態について説明するための概略的な図９はシャッターで遮光された状態の側面図、図１０は図９のIII−III’線断面図、図１１は図９のシャッターが開放された状態の側面図、図１２は図１１のIV−IV’線断面図である。なお、上記した実施形態と同一の機能の部分には同一の符号を付しここでの説明は省略する。

この実施形態は、シャッター２２をランプ１０に対して直交する方向に開閉させるようにしたものである。

つまり、シャッター２２は、長手方向の側面の中央部にそれぞれ一体的に形成された支軸２３１，２３２に回動自在にそれぞれ取り付けられた回動ギア２４１，２４２を取り付け、回動ギア２４１，２４２を図示しない駆動ギアで駆動させることで回動させることができる。

この実施形態の場合も、被照射物に対する紫外光をカットさせる状態からランプから直接照射される紫外光と反射板で反射させた紫外光のほぼ全てを照射できる状態に任意に調整することが可能となる。

図１３（ａ）〜（ｂ）は、シャッターの他の構造例による開閉動作について説明するための説明図であり、図６（ａ）〜（ｃ）に相当する。ここでは、２つのシャッターについて示している。

図１３に示すシャッター２２１は、支軸２３１，２３２を中心に異なる方向に回動可能な長尺状の２枚の遮光板２２１ａ，２２１ｂから構成される。シャッター２２１は、図１３（ａ）において、シャッター２２１の一方の遮光板２２１ｂと隣り合うシャッター２２１の一方の遮光板２２１ａが、それぞれの長手方向の一部で重なり合う状態に配置される。

図１３（ｂ）では、支軸２３１，２３２を図中矢印方向に可動させることにより、遮光板２２１ａ，２２１ｂが支軸２３１，２３２を中心として下方側に開放される。支軸２３１，２３２をさらに引き上げると遮光板２２１ａ，２２１ｂは互いがほぼ平行の状態となり全開放の状態となる。

ところで、支軸２３１，２３２は、図１３（ａ）〜（ｃ）の逆の動作を行わせることで開放の状態から遮光された状態となる。支軸２３１，２３２を所定の位置に調整することにより、シャッター２２１が紫外光の通過量の調整が可能となる。

支軸２３１，２３２は、図示しないランプハウス内を摺動可能なガイド部材にガイドされながら可動させることができる。支軸２３１，２３２には駆動ギアを取り付け、ガイド部材に形成された直線的な固定ギアを移動させることで途中での保持とスムースな駆動を実現できる。このとき、隣り合うシャッター２２１の遮光板２２１ａと２２１ｂは、ぶつかり合わないように何れか一方が先に動くようにすればよい。

このシャッター２２１の場合は、支軸２３１，２３２を通して開閉できる遮光板の数が多いことから、開閉に必要な駆動手段の数を少なくすることが可能となる。

図１４（ａ）〜（ｃ）は、シャッターのもう一つの他の構造例による開閉動作について説明するための説明図であり、図６（ａ）〜（ｃ）に相当する。ここでも、２つのシャッターについて示している。

図１４に示すシャッター２２２は、支軸２３１，２３２が長尺状の第１の遮光板２２２ａの長手方向側面中央に一体的に形成される。支軸２３１，２３２と同一側面の長手方向の両端は、それぞれ可動軸１４１ａ，１４１ｂを介して第２および第３の遮光板２２２ｂ，２２２ｃが可動自在に取り付けられる。遮光板２２２ａは、支軸２３１，２３２を中心にして回動する。シャッター２２２を構成する遮光板２２２ａ〜２２２ｃは、支軸２３１，２３２それに可動軸１４１ａ，１４１ｂを回動に伴いルーバーの機能を併せ持っている。

さらに、可動軸１４１ａは、支軸２３１，２３２の回動に伴い支軸２３１，２３２を中心として時計方向に円を描くように回動し、可動軸１４１ｂは、支軸２３１，２３２の回動に伴い支軸２３１，２３２を中心として時計方向に円を描くように回動するようランプハウス内のガイド部材にガイドされながら摺動する構造となっている。

シャッター２２２は、図１４（ａ）において、シャッター２２２の一方の遮光板２２２ｃと隣り合うシャッター２２２の一方の遮光板２２２ｂがそれぞれの長手方向の一部で重なり合うような状態に配置される。支軸２３１，２３２を図中時計方向に回動させると、これに伴い遮光板２２２ａは回動する。可動軸１４１ａ，１４１ｂには、図示しないガイド部材が取り付けられ、このガイド部材に沿って可動軸１４１ａを上方向に、可動軸１４１ｂを下方向にそれぞれ可動させるガイド用の固定ギア上を移動させることで実現可能となる。

図１４（ｂ）では、支軸２３１，２３２が矢印ａ１方向に回動されると、可動軸１４１ａがガイド部材に沿って矢印ａ２方向に、可動軸１４１ｂがガイド部材に沿って矢印ａ３方向にそれぞれ移動する。この移動に伴い、重なり合った状態にあった一方のシャッター２２２の遮光板２２２ｂと他方のシャッター２２２の遮光板２２２ｃが離れることでシャッター２２２が漸次開放される。

図１４（ｃ）では、支軸２３１，２３２がさらに回動され、遮光板２２２ａ〜２２２ｃは折りたたまれた状態となり、ランプ１０からの紫外光が被照射物に対し最も多く照射される。

ところで、支軸２３１，２３２は、図１４（ａ）〜（ｃ）の逆の動作を行わせることで開放の状態から遮光された状態となる。支軸２３１，２３２を所定の位置に調整することにより、シャッター２２１が紫外光の通過量の調整が可能となる。このとき、隣り合うシャッター２２１の遮光板２２２ｂと２２２ｃは、ぶつかり合わないように何れか一方が先に動くようにすればよい。

このシャッター２２２の場合は、支軸２３１，２３２を通して開閉できる遮光板の数がさらに多いことから、その分だけ開閉に必要な駆動手段の数を少なくすることが可能となる。

図１５〜図１７は、この紫外線照射装置の第３の実施形態について説明するための、図１５〜図１７はいずれも配光分布に基づきシャッターの開閉を行い、照度の均斉度向上を図る制御例について説明するための説明図である。

図１５〜図１７において、Ｓ１〜Ｓ６は、それぞれのランプ１０に対向する照射エリアＡ１〜Ａ６における紫外線の照度を検出するための紫外線センサーである。紫外線センサーＳ１〜Ｓ６の出力は、制御回路３０に供給する。制御回路３０では、図６で説明したシャッター２２の開閉の状況と予め例えばマイクロコンピュータで構成される制御回路３０内に内蔵されたメモリに記憶された基準となる配光分布から予め設定された上限の下限の範囲内にあるかを判定することにより、シャッター２２の開閉状態を制御するようにするものである。

例えば、シャッター２２は各ランプ１０に対して図中の点線枠で示すように、３枚を一組とし、一組を同時に開閉制御させるようにしている。シャッター２２の開閉は、制御回路３０から出力される制御信号に基づき、シャッター２２を回動させる支軸２３１，２３２に取着された回動ギア２４１，２４２を駆動する。

ところで、全てのシャッター２２が閉じられ、紫外線センサーＳ１〜Ｓ６から情報がない場合の制御回路３０は、全てのシャッター２２が閉じられていることを、シャッター２２の角度センサーなどで検出することにより判定するようにしてある。

図１５の全てのシャッター２２が閉じられた場合の照度は、矢印１５Ａに示すように照射エリアＡ１〜Ａ６全てにレベルを生じない。

図１６の全てのシャッター２２が全開された場合の照度は、矢印１６Ａに示すように、照射エリアＡ３，Ａ４付近では他の照射エリアＡ１，Ａ２，Ａ５，Ａ６紫外線レベルに比して高い状態となっている。

この照射エリアＡ３，Ａ４が他の照射エリアよりも高いことは、紫外線センサーＳ１〜Ｓ６の出力情報と制御回路３０のメモリに予め書き込まれた紫外線の基準の配光分布とを比較することで検出することができる。制御回路３０では、基準の配光分布との演算を行い、基準の配光分布から上限あるいは下限内にあるかを判定するとともに、上限あるいは下限を超えた場合、超えた量を算出する。この算出結果に基づき制御回路３０は、回動ギア２４１，２４２を回動させる量を決定し制御する。

図１６の配光分布では、照射エリアＡ３，Ａ４が周辺よりも高いことから、照射エリアＡ３，Ａ４上にある二組のシャッター２２を、図１６の全開の状態から半時計方向に回動させる。

これにより、照射エリアＡ３，Ａ４は、図１７の矢印１７Ａに示すように、照射エリアＡ１〜Ａ６において、均斉度の得られた配光分布を実現することができる。

この実施形態では、紫外線を遮光するシャッターをランプに対応させる状態で配置するとともに、照射エリアに設置された紫外線センサーからの紫外線情報に基づいてシャッターの開閉状態を可変することで、紫外線の配光分布の均斉度を図ることができる。

この実施形態では、ランプに対向する位置にシャッターとシャッターを介した位置に照度を検出する紫外線センサーとを配置したことで、センサーから検出された紫外線照度が予め設定された配光分布に対する照度の範囲にあるかを判定し、ない場合はシャッターの開閉度を調整することで紫外線の均斉度の向上を図ることができる。

１０高圧水銀ランプ
２１１，２１２反射板
２２，２２１，２２２シャッター
２３１，２３２支軸
２４１，２４２回動ギア
２２１ａ，２２１ｂ，２２２ａ〜２２２ｃ遮光板
１４１ａ，１４１ｂ可動軸
Ａ１〜Ａ６照射エリア
Ｓ１〜Ｓ６紫外線センサー
３０制御回路

Claims

紫外線を発光させる複数の紫外線ランプと被照射部との間に前記ランプからの紫外線を遮光させるシャッターを備えた紫外線照射装置において、
前記シャッターは回動動作により前記紫外線の照射を遮光可能であるとともに、前記ランプに対し少なくとも１枚を配置したことを特徴とする紫外線照射装置。
前記シャッターは、前記ランプに対応して複数枚配置したことを特徴する請求項１記載の紫外線照射装置。
前記シャッターは、前記紫外線の照射方向に対し、平行な状態のときに紫外線が被照射部に対し照射される開となる第１の位置と、垂直な状態のときに被照射部に対し紫外線が遮光される第２の位置をとり、前記第１の位置と第２の位置間は任意の開状態を保持可能としたことを特徴とする請求項１または２記載の紫外線照射装置。
前記シャッターは、支軸を中心に互いに近づく方向に回動可能に支持された遮光板で構成されたことを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
前記シャッターは、支軸を中心に異なる方向に回動する第１の遮光板と、該第１の遮光板の両端にそれぞれ取り付けられた可動軸を中心に前記第１の遮光板にそれぞれ近づく方向に可動する第２および第３の遮光板とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
前記シャッターは、前記ランプの照射部に紫外線センサーを配置し、該センサーの結果に基づき、予め記憶された配光分布に対し所定量のずれがあるかどうかを判定し、該判定結果に基づき前記シャッターの遮光率を制御するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の紫外線照射装置。