JP2019009074A - 紫外線照射装置および紫外線照射装置の寿命警告方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプの寿命をより早く検知することができる紫外線照射装置および紫外線照射装置の寿命警告方法を提供する。
【解決手段】紫外線照射装置１は、メタルハライドランプ１１と、可視光検知手段１４と、警告手段とを具備する。メタルハライドランプは、鉄と、水銀と、可視領域に波長ピークを有する金属部材とが封入される。可視光検知手段は、メタルハライドランプにおける可視領域の照度を検知する。警告手段は、可視光検知手段によって検知された可視領域の照度に基づいてメタルハライドランプの寿命に関する警告を行う。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、紫外線照射装置および紫外線照射装置の寿命警告方法に関する。

従来、鉄、水銀等の金属、ハロゲン物質および希ガスが封入されたメタルハライドランプを備えた紫外線照射装置が知られている。また、鉄、水銀以外にビスマス等の金属を併せて封入することで、紫外光の放射源となる鉄の減少を抑制し、ランプの寿命を長くする技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第５８３１６２０号公報

しかしながら、従来の技術では、紫外光の照度が低下したことをもってランプの寿命が到来したことを検知し、ランプの取り換え表示等の警告を行っていた。このため、警告が行われた時点で既に紫外光の照度が低下しているため、ランプを新品に取り換えたとしても、照度が低下している期間に照射された製品に対して照射が不十分となる。このため、ランプの寿命をより早く検知して警告することが望まれている。

本発明が解決しようとする課題は、ランプの寿命をより早く検知することができる紫外線照射装置および紫外線照射装置の寿命警告方法を提供することを目的とする。

実施形態に係る紫外線照射装置は、メタルハライドランプと、可視光検知手段と、警告手段とを具備する。前記メタルハライドランプは、鉄と、水銀と、可視領域に波長ピークを有する金属材料とが封入される。前記可視光検知手段は、前記メタルハライドランプにおける前記可視領域の照度を検知する。前記警告手段は、前記可視光検知手段によって検知された前記照度に基づいて前記メタルハライドランプの寿命に関する警告を行う。

本発明によれば、ランプの寿命をより早く検知することができる。

実施形態に係る紫外線照射装置を示す図である。 実施形態に係る紫外線照射装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る紫外光および可視光の照度の関係を示す図である。 実施形態に係るメタルハライドランプが放射する光の分光スペクトルを示す図である。 実施形態に係るメタルハライドランプが放射する光の分光スペクトルを示す図である。 実施形態に係る紫外線照射装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置は、メタルハライドランプと、可視光検知手段と、警告手段とを具備する。メタルハライドランプは、鉄と、水銀と、可視領域に波長ピークを有する金属部材とが封入される。可視光検知手段は、メタルハライドランプにおける可視領域の照度を検知する。警告手段は、可視光検知手段によって検知された照度に基づいてメタルハライドランプの寿命に関する警告を行う。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置は、紫外光検知手段をさらに具備する。紫外光検知手段は、メタルハライドランプにおける紫外領域の照度を検知する。警告手段は、可視領域の照度および紫外領域の照度に基づいて警告を行う。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置において、警告手段は、紫外領域の照度に対する可視領域の照度の割合が所定値以下である場合に、警告を行う。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置において、金属材料は、マグネシウム、タリウム、ビスマスのうち少なくとも１つを含む。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置の寿命警告方法は、鉄と、水銀と、可視領域に波長ピークを有する金属材料とが封入されたメタルハライドランプの寿命に関する警告を行う紫外線照射装置の寿命警告方法であって、可視光検知工程と、警告工程とを含む。可視光検知工程は、メタルハライドランプにおける可視領域の照度を検知する。警告工程は、可視光検知工程によって検知された照度に基づいて警告を行う。

以下、図面を参照して、実施形態に係る紫外線照射装置および紫外線照射装置の寿命警告方法について説明する。実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施形態）
まず、図１を用いて、実施形態に係る紫外線照射装置１の概要について説明する。図１は、実施形態に係る紫外線照射装置１を示す図である。図１では、搬送テーブル５０に載置された被照射物１００に対して紫外光Ｌ２を照射する場合を示す。

図１に示した紫外線照射装置１は、例えば、半導体の露光工程や、紫外線硬化型インクや紫外線硬化塗料の乾燥工程、紫外線硬化型樹脂の硬化工程等といった紫外線による光化学反応を行う工程に用いられる。

図１に示すように、実施形態に係る紫外線照射装置１は、メタルハライドランプ１１と、反射部材１２と、フィルタ１３と、可視光センサ１４と、紫外光センサ１５とを含んで構成されている。

メタルハライドランプ１１は、例えば、円筒状の光源であり、可視光および紫外光Ｌ２を含む光Ｌ１を放射状に発する。なお、図１では、メタルハライドランプ１１が発する光Ｌ１のうち、被照射物１００側へ放射された光Ｌ１を矢印で示している。

メタルハライドランプ１１は、例えばタングステン等の電極と、例えば石英ガラス等の光透過性を有する材料によって円筒状に形成されたガラス管とを有し、かかるガラス管内部の空間には、アルゴンやキセノン等の希ガス、ヨウ素等のハロゲン物質および金属材料が封入される。

金属材料は、水銀、鉄、錫、タリウム、マグネシウムおよびビスマス等が用いられる。これら金属材料のうち、主な紫外光Ｌ２の放射源は、水銀および鉄である。また、金属材料のうち、タリウム、マグネシウムおよびビスマスは、ハロゲン化金属蒸気として鉄の減少を抑制する金属材料である。タリウム、マグネシウムおよびビスマスは、紫外光Ｌ２の放射源として鉄よりも先に減少する。言い換えると、鉄は、タリウム、マグネシウムおよびビスマスが無くなった後も、紫外光Ｌ２の放射源として紫外光Ｌ２を放射する。

また、タリウム、マグネシウムおよびビスマスは、紫外光Ｌ２を放射するとともに、可視光を放射する。つまり、タリウム、マグネシウムおよびビスマスは、可視領域に波長ピークを有する。なお、かかる点の詳細については、図４および図５で後述する。

反射部材１２は、被照射物１００とは反対側に設けられ、メタルハライドランプ１１の光Ｌ１を反射する。具体的には、反射部材１２は、メタルハライドランプ１１の周面に沿って対向する反射面を有するとともに、被照射物１００側が開口している。反射面は、例えば４５０ｎｍ以下の紫外光Ｌ２を反射する膜が塗布されることで形成される。これにより、メタルハライドランプ１１の光Ｌ１が被照射物１００とは反対方向へ出た場合に、反射部材１２の反射面によって光Ｌ１を被照射物１００側へ反射する。

より具体的には、反射部材１２は、メタルハライドランプ１１の光Ｌ１のうち、例えば、紫外光Ｌ２を反射する一方、可視光や赤外光を透過する。なお、反射部材１２は、紫外光Ｌ２および可視光の双方を反射してもよい。また、反射部材１２の反射面は、紫外光Ｌ２を反射する膜が塗布されることで形成されるものに限定されず、例えば、反射する膜が蒸着されたり、スパッタリングされたりすることにより形成されてもよい。

フィルタ１３は、メタルハライドランプ１１の光Ｌ１のうち、特定の波長域のみを透過するフィルタである。フィルタ１３は、例えば、４５０ｎｍ未満の波長の紫外光Ｌ２を透過するとともに、４５０ｎｍ以上の波長の可視光や赤外光を、反射や吸収することで４５０ｎｍ以上の可視光や赤外光を遮断する。これにより、紫外光Ｌ２のみが被照射物１００に照射される。

ここで、メタルハライドランプ１１の寿命について説明する。メタルハライドランプ１１の寿命は、上記した鉄の減少に起因する。具体的には、タリウム、マグネシウムおよびビスマスが無くなった後、鉄が反応することで、鉄の封入量が急激に減少し、かかる減少に伴ってメタルハライドランプ１１の紫外光Ｌ２の照度が低下する。

そして、紫外光Ｌ２の照度が低下するタイミングでメタルハライドランプ１１を新品に取り換えることとなるが、紫外光Ｌ２の照度が低下している間に照射された被照射物１００に対して紫外光Ｌ２の照射が不十分となる。従って、メタルハライドランプ１１の寿命をより早く検知することが望まれている。

そこで、実施形態に係る紫外線照射装置１は、メタルハライドランプ１１における可視領域の照度を検知する。具体的には、実施形態に係る紫外線照射装置１は、可視光センサ１４によって、可視領域の照度を検知し、検知した可視領域の照度に基づいてメタルハライドランプ１１の寿命に関する警告を行う。

より具体的には、可視光センサ１４は、所定の波長域の可視光を透過する可視光フィルタ１４ａを具備する。可視光センサ１４は、メタルハライドランプ１１の光Ｌ１のうち、可視光フィルタ１４ａを透過した可視光の照度を検知する。

可視光は、上記したように、タリウム、マグネシウムおよびビスマスから放射される。つまり、実施形態に係る紫外線照射装置１は、タリウム、マグネシウムおよびビスマスが無くなることで可視光の照度が低下することを検知するとともに、メタルハライドランプ１１の寿命が近いことを警告する。

これにより、鉄が急激に減少する前、つまり、メタルハライドランプ１１の紫外光Ｌ２の照度が低下する前にランプの取り換えが可能となる。すなわち、実施形態に係る紫外線照射装置１によれば、メタルハライドランプ１１の寿命をより早く検知することができる。

また、図１に示すように、実施形態に係る紫外線照射装置１は、紫外光センサ１５によって、紫外領域の照度を検知し、可視光および紫外光Ｌ２の照度に基づいて警告を行うこともできる。

紫外光センサ１５は、例えば、搬送テーブル５０に設けられ、メタルハライドランプ１１の光Ｌ１のうち、フィルタ１３を透過した紫外光Ｌ２の照度を検知する。なお、紫外光センサ１５を用いた警告方法の詳細については図３で後述する。

次に、図２を用いて、実施形態に係る紫外線照射装置１の構成例について説明する。図２は、実施形態に係る紫外線照射装置１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、紫外線照射装置１は、可視光センサ１４および紫外光センサ１５に接続される。

実施形態に係る紫外線照射装置１は、制御部２と、記憶部３とを備える。制御部２は、可視光検知部２１と、紫外光検知部２２と、警告部２３とを備える。記憶部３は、各種情報を記憶する。

ここで、紫外線照射装置１は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部２の可視光検知部２１、紫外光検知部２２および警告部２３として機能する。

また、制御部２の可視光検知部２１、紫外光検知部２２および警告部２３の少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

また、記憶部３は、たとえば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、紫外線照射装置１における各種プログラムの情報等を記憶することができる。なお、紫外線照射装置１は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。

制御部２は、メタルハライドランプ１１が発する光Ｌ１に含まれる可視光および紫外光Ｌ２の照度を検知し、検知した照度に基づいてメタルハライドランプ１１の寿命に関する警告を行う。

可視光検知部２１（可視光検知手段の一例）は、可視光フィルタ１４ａを介して可視光センサ１４の検知した値に基づいてメタルハライドランプ１１の可視領域の照度を検知する。なお、可視光検知部２１は、可視光センサ１４を備えてもよい。つまり、可視光検知部２１および可視光センサ１４を合わせて可視光検知手段としてもよい。

紫外光検知部２２（紫外光検知手段の一例）は、紫外光センサ１５の検知した値に基づいてメタルハライドランプ１１の紫外領域の照度を検知する。なお、紫外光検知部２２は、紫外光センサ１５を備えてもよい。つまり、紫外光検知部２２および紫外光センサ１５を併せて紫外光検知手段としてもよい。

警告部２３は、メタルハライドランプ１１の寿命に関する警告を行う。例えば、警告部２３は、ディスプレイやスピーカを介して、表示や音声によりメタルハライドランプ１１の寿命が近いことを警告する。警告部２３は、例えば、警告する際、寿命までの残り時間等を合わせて表示してもよい。

また、警告部２３は、可視光検知部２１および紫外光検知部２２によって検知された可視領域および紫外領域の照度に基づいて警告を行う。かかる点について、図３を用いて詳細に説明する。

図３は、実施形態に係る紫外光Ｌ２および可視光の照度の関係を示す図である。図３に示すグラフでは、縦軸に照度維持率を示し、横軸に点灯時間を示す。照度維持率とは、メタルハライドランプ１１の点灯開始時（点灯時間がゼロ）を１００％とした場合の、照度の比率を示す。

また、図３に示す「紫外光」は、検知した紫外光Ｌ２の照度を示す。「可視光」は、検知した可視光の照度を示す。「可視光／紫外光」は、紫外光Ｌ２の照度に対する可視光の照度の割合を示す。

図３に示すように、可視光の照度が紫外光Ｌ２の照度よりも早く低下する。すなわち、警告部２３は、可視光の照度が低下したタイミングで、メタルハライドランプ１１の取り換え準備を行わせるための表示を行う。これにより、紫外光Ｌ２の照度が低下する、つまり、メタルハライドランプ１１の交換のタイミングまでにランプを取り換えるための猶予期間ができる。

なお、警告部２３は、可視光の照度に基づいて警告を行ったが、例えば、「可視光／紫外光」に基づいて警告を行ってもよい。具体的には、警告部２３は、「可視光／紫外光」が所定値以下である場合に、警告を行う。

これにより、例えば、メタルハライドランプ１１によって放射される照度を変更した場合であっても、「可視光／紫外光」を算出することで、常に一定の基準で寿命を検知できるため、寿命の誤検知を防止できる。言い換えれば、メタルハライドランプ１１の照度を変更可能にすることで、様々な種類の被照射物１００に対応することができる。

次に、図４および図５を用いて、メタルハライドランプ１１が放射する光Ｌ１の分光スペクトルについて説明する。図４および図５は、実施形態に係るメタルハライドランプ１１が放射する光Ｌ１の分光スペクトルを示す図である。図４および図５では、横軸として波長を、縦軸として３６５ｎｍの波長の強度を１００とした場合の各波長の相対強度を分光スペクトルとして表している。

また、図４では、ビスマスおよびタリウムを含むメタルハライドランプ１１の分光スペクトルを示す。図５では、マグネシウムおよびタリウムを含むメタルハライドランプ１１の分光スペクトルを示す。また、図４および図５では、メタルハライドランプ１１の寿命初期、つまり点灯開始時の分光スペクトルを破線で示し、寿命末期の分光スペクトルを実線で示す。また、図４および図５では、４５０ｎｍ未満が紫外領域であり、４５０ｎｍ以上が可視領域である。

図４に示すように、ビスマスおよびタリウムは、可視領域に波長ピークを有する。具体的には、ビスマスは、４７０〜４８０ｎｍに波長ピークを有し、タリウムは、５３０〜５４０ｎｍに波長ピークを有する。

また、図４に示すように、タリウムは、ビスマスに比べて、寿命初期から寿命末期までの相対強度の低下度合が大きい。言い換えれば、寿命末期において、ビスマスよりもタリウムのほうがより多く減少している。これは、ビスマスよりもタリウムのほうが紫外光Ｌ２の放射源として先に反応していることを示している。

つまり、制御部２は、ビスマスおよびタリウムのうちタリウムを検知することで、メタルハライドランプ１１の寿命をより早く検知できる。タリウムを検知する場合、可視光フィルタ１４ａ（図１参照）は、少なくとも、５３０〜５４０ｎｍの光を透過させるフィルタを使用する。

また、制御部２は、タリウムのみ検知する場合に限らず、ビスマスおよびタリウム双方を検知して、警告してもよい。これにより、メタルハライドランプ１１の寿命の誤検知を防止できる。

また、図５に示すように、マグネシウムは、５６５〜５７５ｎｍに波長ピークを有している。つまり、マグネシウムは、可視領域に波長ピークを有する。

また、マグネシウムは、タリウムに比べて、寿命初期から寿命末期までの相対強度の低下度合が大きい。言い換えれば、寿命末期において、タリウムよりもマグネシウムのほうがより多く減少している。これは、タリウムよりもマグネシウムのほうが紫外光Ｌ２の放射源として先に反応していることを示している。

つまり、制御部２は、タリウムおよびマグネシウムのうちマグネシウムを検知することで、メタルハライドランプ１１の寿命をより早く検知できる。なお、マグネシウムを検知する可視光フィルタ１４ａは、５６５ｎｍ〜５７５ｎｍを透過させるフィルタを使用する。

すなわち、図４および図５に示す分光スペクトルを総合すると、マグネシウム、タリウム、ビスマスの順に紫外光Ｌ２の放射源として反応している。すなわち、制御部２は、マグネシウムの波長である５６５〜５７５ｎｍの照度を検知することで、メタルハライドランプ１１の寿命をより早く検知できる。

無論、マグネシウムの波長に限らず、ビスマスやタリウムの波長の照度を検知してもよい。つまり、制御部２は、マグネシウム、タリウムおよびビスマスのうち少なくとも１つを検知できればよい。

また、制御部２は、マグネシウム、タリウムおよびビスマスに限らず、鉄の減少を抑制し、可視領域に波長ピークを有する金属材料を検知できればよい。

次に、図６を用いて、実施形態に係る紫外線照射装置１が実行する処理の処理手順について説明する。図６は、実施形態に係る紫外線照射装置１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、まず、可視光検知部２１は、可視領域、すなわち可視光の照度を検知する（ステップＳ１０１）。つづいて、紫外光検知部２２は、紫外領域、すなわち紫外光Ｌ２の照度を検知する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２については、処理順序が入れ替わってもよい。

つづいて、制御部２は、紫外光Ｌ２の照度に対する可視光の照度の割合を算出する（ステップＳ１０３）。つづいて、制御部２は、紫外光Ｌ２の照度に対する可視光の照度の割合が、例えば７０％以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。なお、警告部２３の判定基準は、７０％に限定されず、任意の値を設定可能である。

制御部２は、紫外光Ｌ２の照度に対する可視光の照度の割合が７０％以下であった場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、例えばランプの取り換え表示を行う等の寿命に関する警告を行い（ステップＳ１０５）、処理を終了する。

一方、ステップＳ１０４において、制御部２は、紫外光Ｌ２の照度に対する可視光の照度の割合が７０％を超える場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、処理をステップＳ１０１に移行する。

上述したように、実施形態に係る紫外線照射装置１は、メタルハライドランプ１１と、可視光検知手段（例えば、可視光検知部２１）と、警告手段（例えば、警告部２３）とを具備する。メタルハライドランプ１１は、鉄と、水銀と、鉄の減少を抑制し、可視領域に波長ピークを有する金属部材とが封入される。可視光検知手段は、メタルハライドランプ１１における可視領域の照度を検知する。警告手段は、可視光検知手段によって検知された可視領域の照度に基づいてメタルハライドランプ１１の寿命に関する警告を行う。これにより、メタルハライドランプ１１の寿命をより早く検知することができる。

なお、上述した実施形態では、可視光センサ１４は、フィルタ１３側に設けられたが（図１参照）、可視光センサ１４の位置がこれに限定されるものではなく、例えば、反射部材１２（図１参照）側に設けられてもよい。

かかる場合、可視光センサ１４は、反射部材１２を透過した可視光の照度を検知するため、紫外光Ｌ２等の可視光センサ１４にとってのノイズ成分を除去することができるため、可視光の照度を高感度に検知できる。

また、上述した実施形態において、可視光センサ１４を紫外光センサ１５とは異なる位置、つまり搬送テーブル５０以外の位置に設けている。これにより、搬送テーブル５０に可視光センサ１４を設けるスペースが必要ないため、省スペース化を実現できる。

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同様に、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ものである。

１ 紫外線照射装置
２ 制御部
３ 記憶部
１１ メタルハライドランプ
１２ 反射部材
１３ フィルタ
１４ 可視光センサ
１４ａ 可視光フィルタ
１５ 紫外光センサ
２１ 可視光検知部
２２ 紫外光検知部
２３ 警告部
５０ 搬送テーブル
１００ 被照射物

Claims (5)

1. 鉄と、水銀と、可視領域に波長ピークを有する金属材料とが封入されたメタルハライドランプと；
   前記メタルハライドランプにおける前記可視領域の照度を検知する可視光検知手段と；
   前記可視光検知手段によって検知された前記照度に基づいて前記メタルハライドランプの寿命に関する警告を行う警告手段と；
   を具備する紫外線照射装置。
2. 前記メタルハライドランプにおける紫外領域の照度を検知する紫外光検知手段；をさらに具備し、
   前記警告手段は、
   前記可視領域の照度および前記紫外領域の照度に基づいて前記警告を行う
   請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記警告手段は、
   前記紫外領域の照度に対する前記可視領域の照度の割合が所定値以下である場合に、前記警告を行う
   請求項２に記載の紫外線照射装置。
4. 前記金属材料は、
   マグネシウム、タリウム、ビスマスのうち少なくとも１つを含む
   請求項１〜３のいずれか１つに記載の紫外線照射装置。
5. 鉄と、水銀と、可視領域に波長ピークを有する金属材料とを含むメタルハライドランプの寿命に関する警告を行う紫外線照射装置の寿命警告方法であって、
   前記メタルハライドランプにおける前記可視領域の照度を検知する可視光検知工程と；
   前記可視光検知工程によって検知された前記照度に基づいて前記警告を行う警告工程と；
   を含む紫外線照射装置の寿命警告方法。

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