JP2013033636A - 紫外線照射システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で複数の紫外線照射装置を適切に冷却できる紫外線照射システムを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、紫外線照射システムは、複数の紫外線照射装置を有する紫外線照射モジュールと、複数の冷却ダクトと、複数のブロアと、制御装置とを備えている。紫外線照射モジュールは複数のグループにグループ分けされ、複数の冷却ダクトはグループごとに設けられている。同じグループに属する複数の紫外線照射装置のそれぞれのランプハウスの内部は、グループごとに設けられた共通の冷却ダクトに通じている。制御装置は、同じグループに属する複数の紫外線照射装置の中で熱負荷が最大の紫外線照射装置を検知して、熱負荷が最大の紫外線照射装置に合わせた風量制御をそれぞれのグループごとに実行する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、紫外線照射システムに関する。

紫外線照射装置は、印刷関連でのインク乾燥、半導体関連での微細パターンの露光、液晶関連での接着剤硬化などの様々な用途で使用されている。そのような紫外線照射装置として、マイクロ波給電式無電極ランプを用いたものが知られている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００９−２８９５２７号公報 特開２０１０−１９８８３８号公報

マイクロ波給電式無電極ランプを搭載した紫外線照射装置の点灯中、マイクロ波を発生させるマグネトロンおよび無電極ランプは高温になる。例えば、ランプは９００℃を超えると白濁などが生じ、短寿命となってしまう。

特許文献１には、マグネトロン及び無電極ランプを収容したランプハウス内に風を送り込んで、マグネトロン及び無電極ランプを冷却することが開示されている。

また、近年、液晶パネルの大型化に伴い、その製造工程で用いられる紫外線照射装置の大型化及び大面積化が求められている。マイクロ波給電式無電極ランプを搭載した紫外線照射装置では、ランプ長が比較的短い無電極ランプが用いられ、ランプの有効発光長が短い。このため、複数の紫外線照射装置を例えば格子状に配列して照射エリアの大面積化を図ったモジュールの実用化が検討されている。

その場合、複数の紫外線照射装置のそれぞれに給気ダクト及び排気ダクトを接続すると、モジュール全体の構成及び制御系の複雑化をまねく。

特許文献２には、複数の紫外線照射装置に共通に冷却ダクトを設け、その共通の冷却ダクトを通じて複数の紫外線照射装置を一括して空冷することが開示されている。

しかしながら、同じ冷却ダクトに接続された複数の紫外線照射装置に対して均一に冷却風を供給できたとしても、それら複数の紫外線照射装置間で、マグネトロンや無電極ランプの温度がばらつき、冷却が不十分な紫外線照射装置が生じ得る。

そこで、実施形態によれば、簡単な構成で複数の紫外線照射装置を適切に冷却できる紫外線照射システムを提供する。

実施形態によれば、紫外線照射システムは、紫外線照射モジュールと、複数の冷却ダクトと、複数のブロアと、制御装置とを備えている。前記紫外線照射モジュールは、複数の紫外線照射装置を有する。それぞれの前記紫外線照射装置は、放電媒体が封入され紫外線を発光可能な無電極ランプと、前記放電媒体を励起する電磁波を発生させる励起装置と、前記無電極ランプ及び前記励起装置を収容するランプハウスとを有する。前記紫外線照射モジュールは、複数のグループにグループ分けされ、それぞれの前記グループは、複数の前記紫外線照射装置を含む。複数の前記冷却ダクトは、前記グループごとに設けられている。複数の前記ブロアは、複数の前記冷却ダクトのそれぞれに接続されている。前記制御装置は、前記ブロアから前記冷却ダクトに送風する風量を制御する。同じ前記グループに属する複数の前記紫外線照射装置のそれぞれの前記ランプハウスの内部は、前記グループごとに設けられた共通の前記冷却ダクトに通じている。前記制御装置は、同じ前記グループに属する複数の前記紫外線照射装置の中で熱負荷が最大の紫外線照射装置を検知して、前記熱負荷が最大の紫外線照射装置に合わせた風量制御をそれぞれの前記グループごとに実行する。

実施形態の紫外線照射システムの構成を示す模式図。 実施形態の紫外線照射モジュールの模式図。 実施形態の紫外線照射装置の構成を示す模式図。 実施形態における冷却ダクトの内部を示す模式図。 図１における複数の冷却ユニットの中から１つのグループを抜き出した模式図。 実施形態の紫外線照射装置のマグネトロンへの電源出力と、その電源出力に対する最適なブロアの駆動周波数との相関関係を示す相関図。 実施形態における冷却ダクトの他の具体例を示す模式図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

また、図１及び図２において、第１の方向Ｘと第２の方向Ｙを導入する。第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとは直交している。

図１は、実施形態の紫外線照射システムの構成を示す模式図である。

実施形態の紫外線照射システムは、紫外線照射モジュール１０と、冷却ユニット２０と、制御装置３０とを有する。

図２は、紫外線照射モジュール１０の模式図である。

紫外線照射モジュール１０は、複数の紫外線照射装置１１を有する。複数の紫外線照射装置１１はベース１２上に設けられている。複数の紫外線照射装置１１は、第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとがなす面方向に例えば格子状に配列されている。図２に示す例では、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙのそれぞれに６個ずつ紫外線照射装置１１が並んでいる。なお、紫外線照射装置１１の数及びレイアウトは、図２に示す例に限らず、任意である。

複数の紫外線照射装置１１のそれぞれは同じ構成を有する。
図３は、紫外線照射装置１１の構成を示す模式図である。

紫外線照射装置１１は、ランプハウス３２、ランプハウス３２内に収容された無電極ランプ３６、マグネトロン３３および導波管３５を有する。ランプハウス３２内の上方にマグネトロン３３が設けられ、ランプハウス３２内の下方に無電極ランプ３６が設けられている。導波管３５は、マグネトロン３３と無電極ランプ３６との間に設けられている。

無電極ランプ３６は、バルブ内に放電媒体が封入された構成を有する。マグネトロン３３は、無電極ランプ３６に封入された放電媒体を励起する電磁波としてマイクロ波を発生させる励起装置として機能する。

ランプハウス３２の底部であって無電極ランプ３６よりも下方には、フィルタ３７が設けられている。フィルタ３７は、例えば、金属線をメッシュ状に編み込んだ構造、あるいは金属板に多数の貫通孔があけられた構造を有する。フィルタ３７は、紫外線は通過させ、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波は遮断する。

ランプハウス３２の底部の下には、排気ダクト３８が設けられている。排気ダクト３８は、ランプハウス３２よりも図１において第２の方向Ｙに延出し、その延出した部分に排気口４２が形成されている。

排気ダクト３８の底部における、フィルタ３７に対向する部分にはフィルタ４１が設けられている。フィルタ４１は、例えば石英ガラス製であり、下方への送風は遮断し、下方への紫外線は通過させる。

ランプハウス３２の上部には、吸気部３１が設けられている。吸気部３１は、例えば円筒状に形成され、ランプハウス３２の内部空間に通じている。

紫外線照射モジュール１０を構成する複数の紫外線照射装置１１は、複数のグループにグループ分けされている。それぞれのグループは、複数の紫外線照射装置１１を含む。実施形態では、例えば、１つのグループは第１の方向Ｘに配列された６個の紫外線照射装置１１を含み、６つのグループが第２の方向Ｙに配列されている。

本実施形態では、複数の冷却ユニット２０が、紫外線照射装置１１ごとにではなく、グループごとに設けられている。図１に示す例では、６つのグループのそれぞれに対応して６つの冷却ユニット２０が設けられている。

それぞれの冷却ユニット２０は、１つのブロア１３と、１つの給気ダクト１４と、１つの給気ダクト１５と、１つの排気ダクト１６とを含む。以下、給気ダクト１４、給気ダクト１５及び排気ダクト１６をまとめて単に冷却ダクトと言う場合がある。

給気ダクト１４の一端は、ブロア１３に接続されている。給気ダクト１４の他端は、給気ダクト１５に接続されている。

給気ダクト１５は、同じ１つのグループに属する複数（本実施形態では６個）の紫外線照射装置１１の上方で第１の方向Ｘに延びている。

図４は、給気ダクト１５の内部を示す。

同じグループに属する６つの紫外線照射装置１１のそれぞれの吸気部３１は、給気ダクト１５の内部空間または給気路に通じている。すなわち、同じグループに属する６つの紫外線照射装置１１のそれぞれのランプハウス３２の内部空間は、それぞれのグループごとに設けられた共通の給気ダクト１４及び１５に通じている。

排気ダクト１６は、給気ダクト１５に隣接して第１の方向Ｘに延びている。給気ダクト１５と排気ダクト１６とが隣接する部分は壁で仕切られている。排気ダクト１６の下部は、図３に示すランプハウス３２の底部に設けられた排気ダクト３８がランプハウス３２から延出する部分に形成された排気口４２にまで延び、その排気口４２に接続している。したがって、排気ダクト１６は、排気口４２を介して排気ダクト３８と通じている。

制御装置３０は、電源２１とブロア制御部２２とを有する。

電源２１は、ケーブル２３を通じて、それぞれの紫外線照射装置１１のマグネトロン３３に電力を与える。電力を与えられたマグネトロン３３はマイクロ波を発生し、そのマイクロ波はアンテナ３４から送信され、導波管３５を介して無電極ランプ３６に伝達される。無電極ランプ３６に封入された放電媒体がマイクロ波で励起されることで、無電極ランプ３６は紫外線を発光する。その紫外線は、フィルタ３７及びフィルタ４１を透過して、被照射体に照射される。

ブロア制御部２２は、ケーブル２５を通じて、それぞれのブロア１３から給気ダクト１４及び１５に送風する風量を制御する。

ブロア１３から送られた風は、給気ダクト１４、給気ダクト１５および吸気部３１を通じて、各ランプハウス３２の内部に導入される。

ランプハウス３２内に導入された風は、ランプハウス３２内を底部に向けて流れ、マグネトロン３３及び無電極ランプ３６を冷却する。

ランプハウス３２の底部に達した風は、フィルタ３７を通過して、排気ダクト３８内の排気路３９に流れ、さらに、排気口４２を通じて排気ダクト１６に導かれる。排気ダクト１６における給気ダクト１４とは反対側の端部には図示しない排気管が接続され、排気ダクト１６に導かれた風は、その排気管へと排気される。

本実施形態では、個々の紫外線照射装置１１ごとにではなく、グループごとに送風量が制御される。さらに、紫外線照射装置１１の熱負荷をモニタし、その熱負荷に応じた送風量のフィードバック制御が行われる。

図５は、紫外線照射装置１１の１つのグループ、およびそれに対応して設けられた１つの冷却ユニット２０を抜き出した模式図である。

制御装置３０は、同じグループに属する複数（６個）の紫外線照射装置１１の中で、熱負荷が最大の紫外線照射装置１１を検知して、その熱負荷が最大の紫外線照射装置１１に合わせた風量制御をそれぞれのグループごとに実行する。ここで、熱負荷が最大の紫外線照射装置１１とは、グループの中で最も温度が高くなっている紫外線照射装置１１に対応する。

熱負荷を検知するためのパラメータとしては、温度以外にも様々なパラメータが挙げられる。実施形態では、例えば、制御部２２が、同じグループに属する６個の紫外線照射装置１１の中で、マグネトロン３３に供給されている電源出力が最大の紫外線照射装置１１を、熱負荷が最大の紫外線照射装置１１として検知する。

制御部２２は、マグネトロン３３に電力を供給する電源２１と、ケーブル２４を通じて接続され、そのケーブル２４を通じた信号により、上記電源出力を検知する。そして、制御部２２は、検知した電源出力に基づいて、ブロア１３の駆動周波数を制御する。

すなわち、冷却ダクトを共通にする同じグループに属する紫外線照射装置１１の中で、マグネトロン３３への電源出力が最も高い紫外線照射装置１１を、そのグループの中で最も温度が高くなっている紫外線照射装置１１と予想して検知する。そして、その電源出力が最も高い紫外線照射装置１１が所望の温度にまで下がるように、それぞれのグループごとにブロア１３の駆動周波数を制御する。

例えば、マグネトロン３３への電源出力と、その電源出力に対して最適なブロア１３の駆動周波数との相関関係が予め制御部２２に設定されており、制御部２２は、その相関関係に基づいて、検知した電源出力に応じた駆動周波数でブロア１３を制御する。

図６は、マグネトロン３３への電源出力と、その電源出力に対する最適なブロア１３の駆動周波数との相関関係の一例を示す相関図である。
横軸は、ブロア１３の駆動周波数（Ｈｚ）であり、ブロア１３に具備された送風ファンの回転数に対応する。
縦軸は、定格出力を１００％とした場合の、マグネトロン３３への電源出力（％）である。

このような相関関係は、相関データとして、制御部２２に具備された記憶部に格納されている。あるいは、上記相関データを格納した記憶部は、制御部２２と別に設けられていても良い。いずれにしても、制御部２２は、記憶部に格納された上記相関データを参照して、検知した電源出力に対する適切な駆動周波数を設定する。

図５に例示するように、ある１つのグループに属する６個の紫外線照射装置１１のそれぞれのマグネトロン３３への電源出力が、８５％、７０％、７５％、７５％、８０％、８０％であったとする。

この場合、制御部２２は、電源出力が最も高い８５％の紫外線照射装置１１を、熱負荷が最大の紫外線照射装置１１として検知する。そして、制御部２２は、図６に示す相関関係に基づき、電源出力が８５％のときの最適なブロア駆動周波数として５６Ｈｚで、ブロア１３を駆動させる。

これにより、最も温度が高くなっていると予想される紫外線照射装置１１の温度を、特性や寿命劣化をまねかない温度以下にするべく適切な風量が冷却ダクトに送られる。グループ内で最も高温の紫外線照射装置１１に合わせた風量制御を行うため、そのグループ内におけるすべての紫外線照射装置１１の温度を、特性や寿命劣化をまねかない温度以下にすることができる。

ブロア１３、給気ダクト１４、１５、排気ダクト１６を含む冷却ユニット２０は、図２の例では３６個の紫外線照射装置１１ごとに設けられず、６つのグループごとに設けられている。したがって、冷却ダクト２０の数および設置スペースを減らすことができ、システム全体のコスト低減および小型化を図ることができる。

また、３６個のブロア１３を個別に制御する必要はなく、グループ数に応じた例えば６系統の冷却制御で済む。制御対象を少なくできることで、制御システムの簡略化によるコスト低減および信頼性向上を図れる。

すなわち、本実施形態によれば、紫外線照射装置１１の数を増やして大面積照射可能なモジュール化を実現しつつ、簡単な構成で複数の紫外線照射装置１１を適切に冷却でき、過大な熱負荷による特性や寿命の劣化を防ぐことができる紫外線照射システムを提供できる。

また、ある方向（実施形態では第１の方向Ｘ）に一列に配列された複数の紫外線照射装置１１を１つのグループとすることで、給気ダクト１５内における第１の方向Ｘの１方向の風量（または風圧）分布の均一性を目的に風路設計を行える。

すなわち、給気ダクト１５内の風路が１方向に限定されて延びた構造は、給気ダクト１５内の風路が２次元面状に広がっている構造に比べて、給気ダクト１５に共通に接続された複数のランプハウス３２に均一に風を送りやすい。

紫外線照射装置１１の熱負荷を検知するためのパラメータとしては、マグネトロン３３への電源出力に限らず、ランプハウス３２内の温度、ランプハウス３２の入口部における風量、風圧などを利用してもよい。

１つの冷却ダクトには、複数のブロア１３を接続してもよい。また、１つのグループを構成する複数の紫外線照射装置１１のレイアウトは、複数の紫外線照射装置１１が一方向に一列に並んだレイアウトに限らず、一方向に複数列で並んだレイアウト、あるいは複数方向に配列されたレイアウトでもよい。

冷却ダクトは、ボックス状に限らず、図７（ａ）に示すように、管状であってもよい。

この具体例においても、給気ダクト５０及び排気ダクト６０は、個別の紫外線照射装置１１ごとではなく、グループごとに設けられている。

給気ダクト５０は、ブロアと接続された上記給気ダクト１４に接続された接続部５１と、接続部５１から分岐した複数の管状の分岐部５２とを有する。１つのグループに属する紫外線照射装置１１の数に合わせて、複数の分岐部５２が設けられている。

そして、各分岐部５２内の給気路は、同じグループに属する複数の紫外線照射装置１１のそれぞれのランプハウス３２の内部空間に通じている。

排気ダクト６０は、排気管に接続された接続部６１と、接続部６１から分岐した複数の管状の分岐部６２とを有する。１つのグループに属する紫外線照射装置１１の数に合わせて、複数の分岐部６２が設けられている。

そして、各分岐部６２内の排気路は、同じグループに属する複数の紫外線照射装置１１のそれぞれの底部に設けられた排気ダクト３８に通じている。

管状の分岐部５２、６２の傾斜角度を調整することで、それぞれの紫外線照射装置１１内の通風量を調整でき、簡単な対応で複数の紫外線照射装置１１間での通風量の均一化を図れる。

また、例えば給気ダクト５０における各分岐部５２は他の分岐部５２とセパレートされて、それぞれ対応する紫外線照射装置１１のランプハウス３２内に通じている。このため、図７（ｂ）に示すように、各分岐部５２内に、風の通過にとって障害となる障害物５５を配置することで、個々の紫外線照射装置１１ごとの風量制御性がさらに高まる。なお、排気ダクト６０における分岐部６２の内部にも障害物を設けて風量制御を行ってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…紫外線照射モジュール、１１…紫外線照射装置、１３…ブロア、１４，１５…給気ダクト、１６，３８…排気ダクト、２０…冷却ユニット、２１…電源、２２…ブロア制御部、３０…制御装置、３２…ランプハウス、３３…マグネトロン、３５…導波管、３６…無電極ランプ

Claims (3)

1. 放電媒体が封入され紫外線を発光可能な無電極ランプと、前記放電媒体を励起する電磁波を発生させる励起装置と、前記無電極ランプ及び前記励起装置を収容するランプハウスと、をそれぞれが有する複数の紫外線照射装置を有する紫外線照射モジュールであって、それぞれが複数の前記紫外線照射装置を含む複数のグループにグループ分けされた紫外線照射モジュールと、
   前記グループごとに設けられた複数の冷却ダクトと、
   複数の前記冷却ダクトのそれぞれに接続された複数のブロアと、
   前記ブロアから前記冷却ダクトに送風する風量を制御する制御装置と、
   を備え、
   同じ前記グループに属する複数の前記紫外線照射装置のそれぞれの前記ランプハウスの内部は、前記グループごとに設けられた共通の前記冷却ダクトに通じ、
   前記制御装置は、同じ前記グループに属する複数の前記紫外線照射装置の中で熱負荷が最大の紫外線照射装置を検知して、前記熱負荷が最大の紫外線照射装置に合わせた風量制御をそれぞれの前記グループごとに実行することを特徴とする紫外線照射システム。
2. 前記制御装置は、同じ前記グループに属する複数の前記紫外線照射装置の中で、前記励起装置に供給されている電源出力が最大の紫外線照射装置を、前記熱負荷が最大の紫外線照射装置として検知することを特徴とする請求項１記載の紫外線照射システム。
3. 前記制御装置は、前記検知した電源出力に基づいて、前記ブロアの駆動周波数を制御することを特徴とする請求項２記載の紫外線照射システム。

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