JP2013235718A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光取出し面が矩形状に形成されたエキシマランプと、エキシマランプを収容し、光透過窓を備えた筐体と、筺体内に冷却風を供給する冷却風供給手段を備えた紫外線照射装置において、エキシマランプの冷却効果を向上し、かつ、その発光管の長手方向の中央部の温度上昇を抑制して、長手方向での温度均一性をもたらす構造を提供する。
【解決手段】筐体２には、２箇所の通風用の開口が設けられ、開口のうち、一方の開口は、エキシマランプの発光管３よりも下方に位置し、他方の開口は、エキシマランプの発光管よりも上方に位置するとともに、開口のうち、流出側開口の総面積が、流入側開口の総面積よりも小さく、かつ、エキシマランプの長手方向において、流入側開口から流出側開口に向けて冷却風の流路が中央側に絞られている。
【選択図】図３

Description

この発明は、紫外線照射処理に使用される紫外線照射装置に関し、特に、エキシマランプを用いた紫外線照射装置に係わるものである。

従来、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子等のフラットパネル型の表示装置においては、樹脂よりなるフィルム基材上に、有機物層が積層されてなるフィルムが設けられている（特許文献１）。このようなフィルムにおける有機物層を形成する材料としては、例えば光硬化性樹脂層に光を照射することにより、有機物層（硬化樹脂層）が積層されてなるフィルムが得られる。

硬化に必要な光は、主に紫外光であり、このような紫外領域の光を放射する光源として、エキシマランプが用いられている。
ところで、このようなエキシマランプを用いた紫外線照射装置においては、筺体内に冷却風を供給してエキシマランプを冷却することが行われている。
例えば、国際公開２０１０／０３２８５２（特許文献１）にその構造が示されている。図１０に示されたこの従来技術によれば、扁平形状のエキシマランプ４０に対して、筺体２１の両側方の流入開口４２から冷却風（窒素ガス）Ｋを導入してランプ４０に当て、この冷却風Ｋは、筺体２１の上方の流出開口４３に排気させる構成を採用している。
ところで、例えば、前述した積層フィルムの光硬化の用途などに用いる紫外線照射装置においては、光透過窓を設けることが必要であり、上記特許文献１の構造を、光透過窓を有する紫外線照射装置に用いると、ランプの下方と光透過窓間には冷却風が流れることがなく、光透過窓が加熱された状態となり、該窓に近接対向するフィルムなどのワークＷが加熱されてしまうという不都合がある。

国際公開公報２０１０／０３２８５２

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、断面が扁平四角形状の発光管を備え、光取出し面が矩形状に形成されたエキシマランプと、当該エキシマランプを収容し、前記光取出し面に平行に伸びる光透過窓を備えた筐体と、該筺体内に冷却風を供給する冷却風供給手段を備えた紫外線照射装置において、冷却風をエキシマランプの全周囲に沿うように流し、しかも、もっとも高温となる発光管の中央部分に冷却風が絞られるように流れて的確に、かつ効率的に冷却することができ、それとともに、光透過窓をも冷却してワークに悪影響を与えることのない構造を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明では、前記筐体には、前記エキシマランプの長手方向軸に対して反対側に位置し、該エキシマランプの長手方向に沿って延在する２箇所の通風用の開口が設けられ、前記開口のうち、一方の開口は、前記エキシマランプの発光管よりも下方に位置し、他方の開口は、前記エキシマランプの発光管よりも上方に位置するとともに、前記開口のうち、流出側開口の総面積が、流入側開口の総面積よりも小さく、かつ、前記エキシマランプの長手方向において、流入側開口から流出側開口に向けて冷却風の流路が中央側に絞られていることを特徴とする。

また、前記一方の開口は、前記筺体の前記エキシマランプの長手方向に沿う一方の側壁に設けられるとともに、前記他方の開口は、前記筺体の他方の側壁または上壁に設けられていることを特徴とする。
また、前記流出側開口の前記長手方向に沿った形成領域の幅が、前記流入側開口の形成領域の幅よりも小さいことを特徴とする。
また、前記流出側開口において、前記長手方向における中央部での開口面積が、両端部での開口面積よりも大きいことを特徴とする。
また、前記流出側開口の前記長手方向に沿った形成領域の幅が、前記流入側開口の形成領域の幅よりも小さく、かつ、前記流出側開口において、前記長手方向における中央部での開口面積が、両端部での開口面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、透過窓を備えた筐体内に設けられたエキシマランプの扁平四角形状の発光管に対して、冷却風が発光管の上下に分流してその上下面に沿うように流れるので、発光管を全周囲から万遍なく冷却することができるという効果を奏するものである。
しかも、流出側開口の総面積を流入側開口の総面積よりも小さくしたことにより、筐体内に導入された冷却風が流出側開口に向けて流速が速くなり、エキシマランプの周辺で停滞することなく、冷却効果が大きくなる。
そのうえ、冷却風が、発光管において最も高温となる長手方向の中央部に絞られて集中するように流れることにより、発光管全体の温度が均一化して効率的な発光が得られる。
加えて、光透過窓に沿っても冷却風が流れることになるので、該光透過窓を的確に冷却できる。

本発明の紫外線照射装置の全体図。 （Ａ）図1のＡ矢視図、（Ｂ）Ｂ矢視図。 他の実施例の全体図。 （Ａ）図３のＡ矢視図、（Ｂ）Ｂ矢視図。 本発明の冷却風の流れを示す模式図。 開口の他の実施例。 実験結果を表す表。 比較例。 （Ａ）図７のＡ矢視図、（Ｂ）Ｂ矢視図。 従来技術による紫外線照射装置。

図１に示すように、本発明の紫外線照射装置１では、筺体２内に、長尺のエキシマランプ３が水平状態に支持されている。該エキシマランプ３は、その発光管４の断面が扁平四角形状をなし、その光取出し面５が矩形状に形成されていて、該光取出し面５が筐体２内で水平に配置されている。
そして前記筐体２には、石英ガラスからなる光透過窓６が設けられていて、前記エキシマランプ３の光取出し面５は該光透過窓６と平行に配置されている。光透過窓６の下方にはワークＷが配置されていて、エキシマランプ３からの真空紫外線が光透過窓６を介して照射される。

筐体２の、エキシマランプ３の長手方向軸に沿った一方の側壁７には、前記エキシマランプ３の発光管４よりも下方に位置して一方の開口１１が形成されており、この実施例では、該開口１１が冷却風Ｋの流入側開口を形成している。
一方、筐体２の上壁９には、前記エキシマランプ３の発光管４よりも上方に位置するとともに、前記エキシマランプ３の長手方向軸に対して反対側に位置して、他方の開口１２が形成されており、該開口１２が流出側開口を形成している。なお、この流出側開口１２は、エキシマランプ３の長手方向軸に沿った他方の側壁８の上部に設けられていてもよい。
このように、前記流入側開口１１と流出側開口１２は、前記エキシマランプの長手方向軸に対して反対側に位置するとともに、それぞれエキシマランプ３の下方および上方に位置するように設けられている。
そして、前記流出側開口１２には冷却風供給手段１３が設けられていて、冷却風Ｋを筐体２内に供給する。なお、この例では流出側開口１２に設けられる吸引型の供給手段を示したが、流入側開口１１に設けられる圧入型の供給手段であってもよい。

図２にこれらの開口の一詳細例が示されていて、（Ａ）は図１のＡ矢視図で、流出側開口１２を表し、（Ｂ）はＢ矢視図で、流入側開口１１を表す。
流出側開口１２は、エキシマランプ２の長手方向に沿って設けられた同一形状の複数の小開口１２ａ，１２ａ，１２ａ，・・・からなる。同様に、流入側開口１１も、上記小開口１２ａと同一形状の複数の小開口１１ａ，１１ａ，１１ａ，・・・からなる。
そして、流出側開口１２がエキシマランプ３の長手方向に沿って形成される領域Ｘは、流入側開口１１が形成される領域Ｙよりも小さい。
これによって、流出側開口１２の総面積は、流入側開口１１の総面積よりも小さくなる。

図1、図２の実施例では、ランプ下方の開口１１を流入側開口とし、上方の開口１２を流出側開口としたが、逆であってもよく、その例が図３、図４に示されている。
即ち、図３に示されるように、筺体２の一方の側壁７に、エキシマランプ３の発光管４よりも下方に位置して形成された開口１１が流出側開口を形成し、他方の側壁８に、発光管４よりも上方に位置して形成された開口１２が流入側開口を形成している。なお、前記流入側開口１１は、この例では側壁７に設けられたものを示したが、上記図１の実施例で述べたと同様に、上壁９に設けるものであってもよい。
この実施例の場合、図４（Ａ）（Ｂ）に示されるように、側壁７の下方に設けた流出側開口１１が形成される領域Ｘは、側壁８の上方に設けられた流入側開口１２が形成される領域Ｙよりも小さい。
また、図１，２の実施例と同様に、流出側開口１１の総面積は、流入側開口１２の総面積よりも小さい。

図１および図３に示される構成において、流入側開口１１（１２）から供給された冷却風Ｋはエキシマランプ３の発光管４の上下面に分流して該発光管４の表面に沿って流れてこれを冷却し、これらが合流して流出側開口１２（１１）に排気される。
この時、流出側開口１２（１１）の開口形成領域Ｘが、流入側開口１１（１２）よりも小さいため、冷却風Ｋは、筐体２内で停滞することなく流出側開口１２（１１）に至るので、エキシマランプ３の冷却が効果的となる。
しかも、この間に光透過窓６に沿っても冷却風が流れるので、光透過窓６が的確に冷却される。
また、図５に流入側開口１１（１２）から流出側開口１２（１１）に至る冷却風の流れが模式的に示されていて、流入側開口１１（１２）からの冷却風Ｋは、エキシマランプ３の発光管４の中央部に向けて絞られるように集中して、流出側開口１２（１１）に至る。これにより、発光管４中で両端部より高温になる中央部分でより冷却されて、発光管４全体を均一な温度とすることができる。

冷却風の中央部への絞り作用は、開口形成領域の幅の変化だけによらず、流出側開口の開口面積を変化させることによっても実現できる。
図６にその実施例が示されている。図６は、図４に対応する図であって、流出側開口１１を構成する小開口１１ａ，１１ａ，１１ａ，・・・の形態がそれぞれ異なる。即ち、長手方向の中央部に位置する小開口１１ａの開口面積が大きく、その両端側に位置する小開口１１ａの開口面積が小さくされている。
これにより、流出側開口１１の中央部に流出する冷却風が、両端側に流出する冷却風よりも多量になり、発光管３の中央部分をより冷却することができる。
勿論、図４の形態と、図６の形態とを組み合わせた構造とすることもできる。
即ち、流出側開口の形成領域の幅を流入側開口の形成領域よりも小さくするとともに、流出側開口の長手方向における中央部での開口面積を、両端部での開口面積よりも大きくする構造としてもよい。
なお、流入側開口や流出側開口を複数の小開口からなる構造を示したが、これに限られず、一体的なスリット構造であってもよい。この場合、図６に示す例では、流出側のスリット状開口を、長手方向の中央部で幅を大きくし、その両端側で小さくすればよい。

本発明の効果を実証するために以下の実験を行った。
＜本発明１＞
図1、図２の構造に従い、下記仕様の紫外線照射装置を構成した。
筺体の寸法：１４５０×１５０×８０ｍｍ
通風用の小開口の寸法：７０×１０ｍｍ
光透過窓の寸法：９００×１００ｍｍ
ランプの寸法：１２００×５０×１５ｍｍ
冷却風量：５ｍ^３／ｍｉｎ
そして、流入側開口１１における小開口１１ａの個数：８個（開口総面積５６００ｍｍ^２）、流出側開口１２における小開口１２ａの個数：６個（開口総面積４２００ｍｍ^２）

＜本発明２＞
図３、図４の構造に従って構成。即ち、エキシマランプ３の上方側の開口を流入側開口１２とし、下方側の開口を流出側開口１１とし、流入側開口１２の小開口１２ａの個数を８個、流出側開口１１の小開口１１ａの個数を６個とした。

＜本発明３＞
図６の構造に従って構成。即ち、流出側開口１１を８個として、中央部の小開口４個が７０×１０ｍｍであり、その両側の小開口２個が７０×６ｍｍ、更にその両側の小開口２個が７０×３ｍｍとした（開口総面積４０６０ｍｍ^２）。

＜比較例＞
比較例として、図８、図９の構造に従い、下記仕様の紫外線照射装置を構成した。
この紫外線照射装置３０においては、筐体３１の、エキシマランプ３の発光管４の長手方向に沿う両方の側壁に流入側開口３２、３２を形成し、筐体３１の上部中央に形成した流出側開口３３よりダクトを介して吸引ファン３５で吸気した。
筺体の寸法：１４５０×１５０×８０ｍｍ
通風用の小開口の寸法：７０×１０ｍｍ
光透過窓の寸法：９００×１００ｍｍ
ランプの寸法：１２００×５０×１５ｍｍ
ランプ入力：５００Ｗ
冷却風量：５ｍ^３／ｍｉｎ
この比較例においては、小開口を、筐体の両側壁にそれぞれ８個（すなわち１６個）形成し、上壁に８個形成した。

上記構成の紫外線照射装置を３０分の駆動後に発光管のａ点、ｂ点、ｃ点、および光出射窓のｄ点の温度をそれぞれ測定した。
その結果が図７の表１に示されている。
表1によれば、本発明１〜３のいずれもが（赤字加入は不要：この表で初めて、開口総面積の具体例が示されているので、それについて述べたもの。加入赤字部分はそれ以前で述べられている。）流出側開口の総面積が流入側より小さくされており、その結果、比較例に比べてランプ温度および光透過窓の温度が低く抑えられている。
また、ランプ温度も中央部ｂ点の温度が、両端側の温度ａ点、ｃ点との差が小さくなり、ランプの長手方向で均一化されている。

以上説明したように、本発明の紫外線照射装置では、前記筐体には、前記エキシマランプに対して反対側に位置する２箇所の通風用の開口が設けられ、前記開口のうち、一方の開口は、前記エキシマランプの発光管よりも下方に位置し、他方の開口は、前記エキシマランプの発光管よりも上方に位置するので、流入側開口から筺体内に供給された冷却風は、ランプの発光管の上下面に分流し、該上下面に沿うように流れるので、発光管の冷却が効果的に行われる。
そして、前記流出側開口の総面積が、流入側開口の総面積よりも小さいことにより、筺体内に供給された冷却風は筺体内に滞留することなく、円滑に流出側開口に向かうので、冷却効果が増大する。
さらに、前記エキシマランプの長手方向において、流入側開口から流出側開口に向けて冷却風の流路が発光管の中央側に絞られていることにより、発光管のうちもっとも温度高くなる中央部分を集中的に冷却できて、発光管長手方向での温度差がなくなり、均一化される。
加えて、光透過窓に沿って冷却風が流れることになり、該光透過窓を的確に冷却することができる。

１ 紫外線照射装置
２ 筺体
３ エキシマランプ
４ 発光管
５ 光取出し面
６ 光透過窓
７ 一方の側壁
８ 他方の側壁
９ 上壁
１１ 一方の開口
１１ａ 小開口
１２ 他方の開口
１２ａ 小開口
１３ 冷却風供給手段
Ｘ 流出側開口の形成領域
Ｙ 流入側開口の形成領域
Ｗ ワーク
Ｋ 冷却風

Claims (5)

1. 断面が扁平四角形状の発光管を備え、光取出し面が矩形状に形成されたエキシマランプと、当該エキシマランプを収容し、前記光取出し面に平行に伸びる光透過窓を備えた筐体と、該筺体内に冷却風を供給する冷却風供給手段を備えた紫外線照射装置において、
   前記筐体には、前記エキシマランプの長手方向軸に対して反対側に位置し、該エキシマランプの長手方向に沿って延在する２箇所の通風用の開口が設けられ、
   前記開口のうち、一方の開口は、前記エキシマランプの発光管よりも下方に位置し、他方の開口は、前記エキシマランプの発光管よりも上方に位置するとともに、
   前記開口のうち、流出側開口の総面積が、流入側開口の総面積よりも小さく、かつ、前記エキシマランプの長手方向において、流入側開口から流出側開口に向けて冷却風の流路が中央側に絞られている
   ことを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記一方の開口は、前記筺体の前記エキシマランプの長手方向に沿う一方の側壁に設けられるとともに、前記他方の開口は、前記筺体の他方の側壁または上壁に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記流出側開口の前記長手方向に沿った形成領域の幅が、前記流入側開口の形成領域の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
4. 前記流出側開口において、前記長手方向における中央部での開口面積が、両端部での開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
5. 前記流出側開口の前記長手方向に沿った形成領域の幅が、前記流入側開口の形成領域の幅よりも小さく、かつ、前記流出側開口において、前記長手方向における中央部での開口面積が、両端部での開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
   
   
   

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