JP2013226473A - Ultraviolet irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、バラスト水処理や半導体洗浄水処理に用いる紫外線照射装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet irradiation device used for ballast water treatment and semiconductor cleaning water treatment.
被処理流体の流入口および流出口が設けられた容器と、この容器内に配置され、紫外線透過性を有する石英ガラス製の保護管と、この保護管内に挿入された紫外線ランプとを備え、紫外線の照射量の低下を抑制することを目的として、保護管の表面に凹凸面からなる反射防止構造を形成した紫外線照射装置は、特許文献1にて知られている。
A container provided with an inlet and an outlet for the fluid to be treated; a protective tube made of quartz glass which is disposed in the container and has ultraviolet transparency; and an ultraviolet lamp inserted into the protective tube. An ultraviolet irradiation device in which an antireflection structure including an uneven surface is formed on the surface of a protective tube for the purpose of suppressing a decrease in the amount of irradiation is known from
この特許文献1の反射防止構造は、十点平均粗さが23.2μm以下に粗面化処理することにより形成され、凹凸面の先端に向って反射を繰り返すことで、先端に近づくにつれた反射光の入射角を小さくして、正反射と拡散透過の複合として、反射回数を多くすることにより、拡散透過光の総和量を増加させて、紫外線の照射量の低下を抑制するものである。この特許文献1の反射防止構造では、紫外線の照射量の低下の抑制が然程大きくないと考えられる。
The antireflection structure of
一方、ディスプレイにおいて、特許文献2のように、反射防止に効果の大きいモスアイ構造を有する反射防止層を形成する技術が知られている。特許文献1に記載される反射防止構造に代えて、特許文献2のモスアイ構造を採用することで、光の反射量を減らすことができるが、反射防止層が樹脂で形成されているため、紫外線の吸収量が多くなり、結果として、紫外線の照射量の低下を抑制することができないという課題がある。
On the other hand, a technique for forming an antireflection layer having a moth-eye structure that is highly effective in preventing reflection as in
この発明が解決しようとする課題は、紫外線の反射を低減することにより、紫外線の照射量の低下を抑制することができる紫外線照射装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an ultraviolet irradiation device capable of suppressing a decrease in the amount of ultraviolet irradiation by reducing the reflection of ultraviolet rays.
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、被処理流体の入口および出口が設けられた容器と、この容器内に配置され、紫外線透過性を有する石英ガラス製の保護管と、この保護管内に挿入された紫外線ランプとを備え、前記保護管の表面に凹凸面からなる反射防止構造を形成した紫外線照射装置であって、前記反射防止構造は、シリカにて形成されるモスアイ構造であることを特徴としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. The invention according to
請求項1に記載の発明によれば、前記反射防止構造がモスアイ構造であるので、紫外線の反射量を低減できるとともに、前記反射防止構造がシリカにて形成されているので、特許文献2と比較して紫外線の吸収量を低減でき、結果として、紫外線の照射量の低下を抑制することができるという効果を奏する。 According to the first aspect of the present invention, since the antireflection structure is a moth-eye structure, the amount of reflection of ultraviolet rays can be reduced, and the antireflection structure is formed of silica. As a result, it is possible to reduce the amount of absorbed ultraviolet light, and as a result, it is possible to suppress a decrease in the amount of irradiated ultraviolet light.
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記モスアイ構造は、前記凸部の高さが300〜50nmであり、前記凸部の周期が300から100nmであり、前記凸部の頂部から底部に至る屈折率が連続的に変化するものであることを特徴としている。
The invention according to
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明による効果に加えて、前記凸部の高さを300〜50nmとし、前記凸部の周期を300から100nmとしているので、対象となる光の波長領域と同等,若しくは、それ以下の周期で錘形を配列させ、対象となる光波長に対して緩やかに屈折率を変化させることができ、紫外線の反射量を低減できるという効果を奏する。 According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the height of the convex portion is set to 300 to 50 nm and the period of the convex portion is set to 300 to 100 nm. The effect of being able to reduce the amount of reflected UV light by arranging the cones with a period equal to or less than the wavelength range of the light to be used, and gradually changing the refractive index with respect to the target light wavelength Play.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2において、前記モスアイ構造は、シリカ微粒子を二次元的に保持するフィルムを前記保護管の表面に貼り付け、その後焼成することにより形成されることを特徴としている。
The invention according to claim 3 is the invention according to
請求項3に記載の発明によれば、請求項1または請求項2に記載の発明による効果に加えて、予めフィルムにシリカ粒子を保持させるので、シリカ粒子を前記保護管表面に二次元的に均一に保有させることができるという効果を奏する。また、請求項2の発明によれば、前記保護管の内面にモスアイ構造を形成する場合に、モスアイ構造の形成を容易に行うことができる。
According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the first or second aspect of the invention, since the silica particles are held in advance in the film, the silica particles are two-dimensionally provided on the surface of the protective tube. There is an effect that it can be held uniformly. According to the invention of
この発明によれば、紫外線の反射量の低減により、紫外線の照射量の低下を抑制することができる。 According to this invention, it is possible to suppress a decrease in the amount of irradiation of ultraviolet rays by reducing the amount of reflected ultraviolet rays.
(実施例1の構成)
まず、この発明の実施例1の紫外線照射装置1について、図1および図2に従い説明する。紫外線照射装置1は、被処理流体としての液体を紫外線により殺菌処理する装置である。なお、被処理流体としては、液体に限定されず気体であっても良い。
(Configuration of Example 1)
First, an
この紫外線照射装置1は、図1に示すように、被処理液の入口2および出口3が設けられた容器4と、この容器4内に配置され、紫外線透過性を有する筒状の石英ガラス製の保護管5と、この保護管5内に挿入された紫外線ランプ6とを備えている。石英ガラスとは、シリカ(SiO2)からつくられるガラスで、通常のガラスに比べてシリカの純度が高いものをいい、溶融石英ガラス、合成石英ガラスが含まれる。
As shown in FIG. 1, the
この実施例1の特徴とするところは、保護管5の表面に形成した凹凸面からなる反射防止構造7にある。この反射防止構造7は、好ましくは、図1に示すように、保護管5の内表面および外表面に形成するが、内表面および外表面のどちらか一方であってもよい。
A feature of the first embodiment resides in an
実施例1の反射防止構造7,7は、図2に示すように、シリカにて形成されるモスアイ構造としている。「モスアイ構造」とは、物質の表面に入射電磁波の波長以下の周期を有する突起体を密集させ、その表面の反射率が低減された構造をいう。具体的には、ナノメーターオーダーの凹凸形状が均一配置された構造を有する。言い換えれば、「モスアイ構造」は、入射した光に対する屈折率を連続的に変化させ、屈折率の不連続界面を消失させることによって光の反射を防止するものである。なお、この「モスアイ構造」の定義は、特許文献2や「ガラス成形による反射防止構造の作製」田中康弘,NEW GLASS 23,33(2008)で知られている。
As shown in FIG. 2, the
そして、この反射防止構造7,7は、凸部(突起と称することができる。)8,8,・・・が均一配置された構造を有する。各凸部8の高さHを300〜50nmとし、各凸部8の周期Pを300から100nmとして、各凸部8の頂部から底部に至る屈折率が空気の屈折率1.0から石英ガラスの紫外線に対する屈折率約1.5まで連続的に変化するように構成している。各凸部8の形状は、図2に示すものに限定されないものであり、円錐形や四角錐形とすることができる。なお、図2では、保護管5の外表面の反射防止構造7のみを示し、内面側の反射防止構造は、図示省略している。
The
各凸部8の高さHを300〜50nmとし、各凸部8の周期Pを300から100nmとしたのは、対象となる光の波長領域(この実施例1では、250〜300nm)と同等,若しくは、それ以下の周期で錘形を配列させることで、対象となる光波長に対して緩やかに屈折率を変化させるためである。
The height H of each
図1に戻って、円筒状容器4は、入口2および出口3を設けた筒状体9と、筒状体9の上下端部の開口を塞ぐ上板10および下板11とから構成されている。容器4内には、紫外線を透過する石英製の保護管5が容器4の軸方向に沿って、上板10および下板11を貫通するように配置されている。保護管5内には、紫外線ランプ6が挿入され、この紫外線ランプ6と図示しない電源とはケーブル12により接続されている。符号13は、容器4の上部に設けたカバーである。
Returning to FIG. 1, the cylindrical container 4 includes a cylindrical body 9 provided with an
(実施例1の効果)
上述のように構成される紫外線照射装置1によれば、反射防止構造7,7をモスアイ構造としているので、反射量を低減し、照射量を向上させることができる。また、反射防止構造7,7を樹脂フィルムにより形成しているものと比較して、紫外線の吸収量を大幅に低減できる。
(Effect of Example 1)
According to the
(実施例1の反射防止構造の製造方法1)
つぎに、反射防止構造7の製造方法1を図3〜図6に従い説明する。この製造方法1は、つぎのステップを含んでいる。
(1)第一ステップ(フィルムによるシリカ微粒子の保持):
直径0.1〜0.3μmのシリカ微粒子13を分散させた水に高分子分散剤を滴下し、シリカ表面に高分子膜を形成する(密に配列させる場合は、高分子分散剤は不要である。)次に、この溶液を第一基板15上に塗布し、水を蒸発させることで、スペーサコート14を表面に施したシリカ微粒子13配列を得る。得られたシリカ微粒子13配列上に、10wt%PVB(ポリビニルブチラール)エタノール溶液に、可塑剤を添加した溶液を塗布、乾燥することで、図3のようにシリカ微粒子13を高分子膜(フィルム)16に均一に配列した状態で埋設する。可塑剤としては、フタル酸エステル等が利用できる。第一基板
15は、たとえばシリコンウエハとするが、シリカ微粒子を配列させる表面が平滑であれば、特別な材質のものに限定されない。
(
Next, the
(1) First step (retention of silica fine particles by film):
A polymer dispersant is dropped into water in which silica
(2)第二ステップ(フィルムの剥離):
図4に示すように、シリカ微粒子13を保持したフィルム16を第一基板15から剥がす。
(2) Second step (film peeling):
As shown in FIG. 4, the
(3)第三ステップ(フィルムの保護管への貼り付け):
図5に示すように、剥離したフィルム16を保護管5の表面に可塑剤に由来する粘着性によって貼り付ける。保護管5の外表面へのフィルム16貼り付けは、保護管5にフィルム16を巻きつけることで行う。
(3) Third step (attaching the film to the protective tube):
As shown in FIG. 5, the peeled
また、保護管5の内表面へのフィルム16の貼り付けは、つぎの方法で可能である。第一の方法は、フィルム16を保護管5の内径よりやや小さい外径の筒状に形成する。ついで、表面に接着材を施した筒状フィルム16を保護管5内側に通し、筒状フィルム16の内側に装着した空気袋(図示省略)を膨らませて、筒状フィルム16を保護管5の内面に貼り付ける。第二の方法は、リボン状にしたフィルム16を保護管15内側に、押し付け具(ローラ,ヘラ等)で全周に亘って内面に押し付けて貼り付ける。
なお、第一の方法および第二の方法は、この発明のフィルム16の貼り付けに適用できるだけでなく、モスアイ構造を備える樹脂製反射防止フィルムを種々の管に貼り付ける際にも適用可能である。
The
The first method and the second method can be applied not only to the application of the
(4)第四ステップ(フィルム付き保護管の焼成):
図5に示すフィルム16を接着した保護管5を700〜1300℃の温度で焼成する。すると、コート14が酸化除去され、シリカ粒子13が保護管に接着して、図6に模式的に示す凸部8が保護管5上に均一配列されたモスアイ構造の反射防止構造7が形成される。なお、図6では、隣接する凸部8,8間の谷間を鋭角的に表現しているが、谷間は凹曲面に形成される。
(4) Fourth step (firing of protective tube with film):
The
(製造方法1の効果)
上述の製造方法1によれば、露光技術とエッチングとの組み合わせによりモスアイ構造を形成する方法と比較して、曲面である保護管5の表面(特に、保護管5の内面)にモスアイ構造を容易に形成することができる。
(Effect of Manufacturing Method 1)
According to the
(実施例1の反射防止構造7の製造方法2の構成)
つぎに、反射防止構造7の製造方法2を図7〜図10に従い説明する。この製造方法2は、つぎのステップを含んでいる。
(1)第一ステップ(基板へのシリカ微粒子の配列):
製造方法2では、図7に示すように、製造方法1と同様に、コート14を施したシリカ微粒子13を第二基板17上に均一に配列して、高分子膜(フィルム)16に均一に配列する。第二基板17も、第一基板15と同様にシリカ微粒子を配列させる表面が平滑であれば、特別な材質のものに限定されない。
(Configuration of
Next, the
(1) First step (arrangement of silica fine particles on the substrate):
In the
(2)第二ステップ(フィルムによる微粒子の保持):
図8に示すように、第二基板17上に均一配列されたシリカ微粒子13を粘着性のあるテープ(フィルムと称することができる)18に付着させて、シリカ微粒子13を保持したテープ18を第二基板17から剥がす。
(2) Second step (retaining fine particles by film):
As shown in FIG. 8, the silica
(3)第三ステップ(フィルムの保護管への貼り付け):
図9に示すように、シリカ微粒子13側を保護管5の表面側として、テープ18を、接
着剤を用いて貼り付ける。接着剤は、PVA(ポリビニルアルコール),PVB(ポリビニルブチラール)などのセラミックバインダとなり得るポリマーを接着剤とする。テープ18の保護管5の表面への貼り付け方法は、製造方法1と同様であるので、その説明を省略する。
(3) Third step (attaching the film to the protective tube):
As shown in FIG. 9, the
(4)第四ステップ(フィルム付き保護管の焼成):
図9に示すテープ18を接着した保護管5を700〜1300℃の温度で焼成する。すると、ポリマー接着剤は、酸化除去され、図10に模式的に示すように、凸部8が保護管5状に均一配列されたモスアイ構造の反射防止構造7が形成される。
(4) Fourth step (firing of protective tube with film):
The
(製造方法2の効果)
上述の製造方法2によれば、製造方法1と同様に、曲面である保護管5の表面にモスアイ構造を容易に形成することができる。
(Effect of Manufacturing Method 2)
According to the
なお、保護管5の表面へのモスアイ構造の製造方法は、好ましくは、前記製造方法1または製造方法2とするが、シリカ微粒子13を分散させた溶液に、保護管5を浸漬し、シリカ微粒子13を保護管5の表面に付着させ、その後、焼成することで均一配列の凸部8を形成することができる。
The method for producing the moth-eye structure on the surface of the
1 紫外線照射装置
2 入口
3 出口
4 容器
5 保護管
6 紫外線ランプ
7 反射防止構造
8 凸部
13 シリカ微粒子
16 フィルム
18 テープ(フィルム)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記反射防止構造は、シリカにて形成されるモスアイ構造であることを特徴とする紫外線照射装置。 A container provided with an inlet and an outlet for a fluid to be treated; a protective tube made of quartz glass which is disposed in the container and has ultraviolet transparency; and an ultraviolet lamp inserted into the protective tube, and the protective tube An ultraviolet irradiation device in which an antireflection structure comprising an uneven surface is formed on the surface of
The ultraviolet ray irradiation apparatus, wherein the antireflection structure is a moth-eye structure formed of silica.
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