JP3744397B2 - 紫外線照射器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、フォトレジスト、光硬化型のインク、樹脂、塗料への照射、化学物質の合成及び処理等に用いられる、メタルハライドランプ、水銀ランプなどの棒状ランプを使用した紫外線照射器に関する。特に、ランプ発光長の単位長さ当たりの入力の大きいランプを適切に冷却するための紫外線照射器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光照射器に内蔵したランプから紫外線を照射し、被処理物(以下ワークと呼ぶ場合もある)に塗布された、保護膜、接着剤、塗料、インキ、レジスト等を硬化、乾燥、また溶融、軟化させることが、各分野で幅広く行なわれている。そして、近年、液晶等のディスプレイパネルの貼り合せといった微細加工の分野においても、上記のような紫外線照射器が利用されるようになってきた。
【０００３】
図１に、上記した紫外線照射器に用いられるランプの一例を示す。
ランプ１は、棒状の紫外線放射ランプ、例えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプであり、石英ガラスからなる管型封体としての発光管１ａを備えており、発光管１ａ内部には、一種もしくは複数種の金属を含むガスが封入されている。
また、発光管１ａ内部には、ランプ１の管軸Ｘに平行に、２つの電極１ｂが配設されている。そして、各々の電極１ｂの片端部には、気密封止用の金属箔１ｃが接続され、該金属箔１ｃには外部リード棒１ｄの一端が接続されている。
更に、金属箔１ｃ及び外部リード棒１ｄを取り囲むように、絶縁材料、例えばセラミックスからなる筒状のベース１ｅが設けられ、不図示の接着剤によりシール部１ｆに固定されている。
【０００４】
図２は、上記した紫外線照射器の構成の一例であり、ランプ１の管軸Ｘに対して垂直方向の断面図である。
紫外線照射器１０１の光源部１０ａの内部には、上述のランプ１が設けられ、ランプ１の周囲には、ランプ１を内包し、開ロ部２ａを有する、樋状の反射ミラー２、例えば断面が楕円状の反射ミラーが配置され、ランプ１からの直接光および反射ミラー２からの反射光が、反射ミラー２の開口部２ａから、石英ガラス板Ｆを介してワークＷに照射される。
【０００５】
また、ランプ１は点灯中高温になり、適正温度を越えて使用するとランプ１自身の短寿命化を引き起こすので、通常紫外線照射器１０１には、ランプ１を冷却するための構成が備えられている。
図１の紫外線照射器１０１においては、光源部１０ａの上部に風洞部１０ｂが設けられ、該風洞部１０ｂには、排風量を調節可能な排気ダンパー１０ｄを有する排気ダクト１０ｃが設置されている。また、排気ダクト１０ｃは、不図示の排気系に接続されている。
そして、ランプ１が点灯すると、排気ダクト１０ｃ内の排気ダンパー１０ｄが開き、反射ミラー２の内側の空気を、反射ミラー２の、開口部２ａとは反対側に設けられた排気口２ｂ、光源部・風洞部間風路１０ａｂ、風洞部１０ｂ、そして排気ダクト１０ｃを介して紫外線照射器１０１外部に排気する。また、光源部１０ａの側面に設けられた吸気口１０ａ１からは、紫外線照射器１０１外部の空気が吸気される。
つまり、反射ミラー２の開口部２ａより流入した空気が、ランプ１の周囲に流れ込み、発光管１ａに蓄積される熱を奪って、排気されることによりランプ１を冷却する構成になっている。
【０００６】
ところで、図２に記載される紫外線照射器１０１においては、反射ミラー２の開口部２ａより、反射ミラー２の排気口２ｂに向かって空気の流れが発生するので、発光管１ａの底部１ａ１、及び側部１ａ２には該空気が流れ込み、発光管１ａの底部１ａ１、及び側部１ａ２に蓄積される熱を奪って排気されるが、発光管１ａの上部１ａ３側には該空気が回り込みにくく、該空気の流れも滞り易い為、発光管１ａの上部１ａ３領域を十分に冷却することはできなかった。
【０００７】
上記の問題に対し、本願出願人は、実公昭５７−３１２９８号公報において、その問題の対策について開示している。
図３に、上記の問題を解決する紫外線照射器の構造であって、ランプ１の管軸Ｘに対して垂直な方向の断面図を示す。
同図において、図２に示したものと同一のものには同一の符号が付されている。
上記公報の紫外線照射器１０２においては、ランプ１の発光管１ａの上部１ａ３側であって、間隔Ｄだけ隔てた領域に、ランプ１の発光管１ａの曲面に沿って彎曲する渦流消去板３が設けられている。詳細には、上記渦流消去板３ａは、棒状のランプ１の長さ方向に沿うように長形を有し、その背面には、やはりランプ１の長さ方向に沿うように、通気路３ｂを形成する管路が設けられている。そして、上記通気路３ｂと渦流消去板３ａとはスリット３ｃを介して連通している。
そして、上記構成により、発光管１ａの表面に沿って発光管１ａの上部１ａ３領域に空気が流れるようになり、ランプ１の発光管１ａの上部１ａ３領域を通過した該空気は、スリット３ｃ，通気路３ｂを通って排気され、結果として発光管１ａの上部１ａ３領域が冷却される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の紫外線照射器１０１，１０２を用いての紫外線照射処理においては、一般に、ワークＷに照射する紫外線放射照度が大きいほど、処理時間を短縮することができる。したがって、ランプ１への電気入力、即ちランプ発光長の単位長さ当たりの電力を大きくし、ランプ１の発光強度を大きくすることが要望されている。
しかし、ランプ１の電力を大きくすると、ランプ１の温度上昇も大きくなり、ランプ１を所望の温度に維持するために、ランプ１の発光管１ａの周囲に流れる空気の量、即ち冷却風量を大きくする必要が生じる。
冷却風量を大きくする為には、単に排気系の排気量を大きくしてやれば良いが、上述した、反射ミラー２の内側の空気を排気口２ｂより排気する、紫外線照射器１０２において、反射ミラー２の開ロ部２ａからその内側に流れ込んだ空気の多くは、反射ミラー２の反射面２ｃに沿って流れ、排気口２ｂに吸い込まれていく為、ランプ１の発光管部１ａ、特にその底部１ａ１領域に供給される冷却風量は、排気系の排気量を多くしても、それに比例しては増加しない。したがって、ランプ１の底部１ａ１（反射ミラー２の開口部２ａ側）の冷却が不足し、ランプ電力が大きくなるほど、ランプ温度が高くなるという問題が生じた。
実際に試験したところ、ランプ発光長の単位長さ当たりの入力が１６０Ｗ／ｃｍから２６０Ｗ／ｃｍまでは、排気系の排気量を大きくすることで、ランプを所望の温度に冷却することができたが、電力が、２８０Ｗ／ｃｍ以上の場合、排気系の排気量を大きくしてもランプを適切に冷却することはできなかった。
したがって、紫外線照射器に設けられているランプの、ランプ発光長の単位長さ当たりの電力を大きくすることができず、該紫外線照射器よりワークに照射される紫外線の放射照度を大きくすることはできなかった。
【０００９】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、本発明の目的は、紫外線放射照度の大きな紫外線照射器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の紫外線照射器は、紫外線を放射する棒状ランプと、該棒状ランプを内包し、開ロ部を有する反射ミラーを備え、該反射ミラーの、上記開口部とは反対側に排気口を設け、上記反射ミラーの内側の空気を該排気口より排気することによりランプを冷却する、紫外線照射器において、上記反射ミラーの内側に、上記棒状ランプの長さ方向に沿うように、且つその一端が上記棒状ランプに向かうように、紫外線透過性板を配置したことを特徴としている。
また、請求項２に記載の紫外線照射器は、前記反射ミラーに通気口を設け、前記紫外線透過性板の他端が上記通気口に向かうように、紫外線透過性板を配置したことを特徴としている。
また、請求項３に記載の紫外線照射器は、前記紫外線透過性板と前記反射ミラーとの間に隙間を設けたことを特徴としている。
更に、請求項４に記載の紫外線照射器は、前記紫外線透過性板は石英ガラス板であり、該石英ガラス板の両面に反射防止膜を形成したことを特徴している。
【００１１】
【作用】
請求項１、２に記載の発明によれば、反射ミラーの内側に、棒状ランプの長さ方向に沿うように、且つその一端が棒状ランプに向かうように、紫外線透過性板を配置したので、従来反射ミラーの反射面に沿って流れていた空気が紫外線透過性板の表面に沿って流れ、ランプ、特にランプの底部（反射ミラーの開口部側）に向かうようになる。また、反射ミラーの内側に設けた紫外線透過性板は、棒状ランプから放射される紫外線を透過する。
また、請求項３に記載の発明によれば、紫外線透過性板と反射ミラーとの間に隙間を設けたので、反射ミラーの開口部又は、反射ミラーの通気口から流れ込んだ空気の一部は、ランプに向かい、残りは反射ミラーの反射面に沿って流れていくので、ランプの冷却を行ないつつ、反射ミラーの冷却を行なうことができる。
更に、請求項４に記載の発明によれば、紫外線透過性板を紫外線の透過率の高い石英ガラス板とし、該石英ガラス板の表面に反射防止膜を形成したので、石英ガラス板における表面反射、及び内面反射を最小限に抑制し、紫外線の透過率を高くすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の実施例に係る紫外線照射器の構造であって、ランプの管軸に垂直な方向の断面図である。
同図において、図２，３に示したものと同一のものには同一の符号が付されている。
本発明の実施例に係る紫外線照射器１０３において、反射ミラー２の内側には、ランプ１の長さと同程度の寸法を有する長方形状の紫外線透過性板４、例えば石英ガラス板が、棒状のランプ１の長さ方向に沿うように、且つその一端４ａが棒状のランプ１の底部１ａ１に向かうように配置されている。
一方、紫外線透過性板４の他端４ｂは、反射ミラー２の開口部２ａ端部方向に向かうように配置されている。
そして、ランプ１に対して左右に設けた紫外線透過性板４の一端部４ａ間の間隔Ｄ１、ランプ１と紫外線透過性板４の一端部４ａの間隔Ｄ２、そして反射ミラー２の開口部２ａと紫外線透過性板４の他端部４ｂの間隔Ｄ３は、ランプ１の発光長の単位長さ当たりの電力の大きさ等に応じた冷却風量を得られるよう適宜決定される。
本実施例においては、ランプ１の発光長の単位長さ当たりの電気入力を２８０Ｗ／ｃｍとし場合に、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ、約５０ｍｍ，２０ｍｍ，２０ｍｍとした。
【００１３】
次に、本発明の実施例の作用・効果を説明する。
ランプ１が点灯すると、排気ダクト１０ｃ内の排気ダンパー１０ｄが開き、反射ミラー２の内側の空気が、反射ミラー２の排気口２ｂ（または渦流消去板３ａ）、光源部・風洞部間風路１０ａｂ、風洞１０ｂ、そして排気ダクト１０ｃを介して紫外線照射器１０１外部に排気される。また、光源部１０ａの側面に設けられた吸気口１０ａ１からは、紫外線照射器１０１外部の空気が吸気される。そして、この時、反射ミラー２の内側に、紫外線透過性板４を、棒状のランプ１の長さ方向に沿うように、且つその一端４ａが棒状のランプ１の底部１ａ１に向かうように配置したので、従来、吸気口１０ａ１から反射ミラー２の反射面２ｃに沿って流れていた空気がランプ１の底部１ａ１に向かって流れ、発光管１ａの底部１ａ１を冷却して、排気される。
また、ランプ１からの直接光の一部および反射ミラー２からの反射光は、反射ミラー２の内側に設けた紫外線透過性板４、例えば石英ガラス板を介してワークＷに照射される。
つまり、上記構成とすることにより、ランプ１、特にランプ１の底部１ａ１の冷却を適切に行なうことができるので、ランプ１の発光長の単位長さ当たりの電力を大きくして、ランプ１の発光強度を大きくすることができる。また、反射ミラー２の内側に設けた紫外線透過性板４、例えば石英ガラス板はランプ１より放射される紫外線を透過するので、ワークＷに向かって照射される紫外線の照度を低下させることはない。
したがって、紫外線照射器１０３よりワークＷに照射される紫外線の放射照度を大きくすることができる。
【００１４】
また、紫外線透過性板４の他端部４ｂと反射ミラー２の開口部２ａ端部との間に隙間を設けたので、反射ミラー２の開口部２ａから流れ込んだ空気は、ランプ１の底部１ａ１に向かうだけでなく、一部は、反射ミラー２の反射面２ｃに沿って流れていく。
したがって、反射ミラー２の内側の空気を排気口２ｂより排気する、紫外線照射器１０３において、ランプ１の底部１ａ１の冷却を適切に行ないつつ、反射ミラー２の冷却を行なうこともできる。
【００１５】
次に、本発明の実施例に係る紫外線照射器の他の構造について説明する。
図５は、本発明の実施例に係る紫外線照射器の他の構造であって、ランプの管軸に垂直な方向の断面図である。
同図において、図２，３，４に示したものと同一のものには同一の符号が付されている。
本実施例に係る紫外線照射器１０４においては、反射ミラーを上部反射ミラー２１、下部反射ミラー２２の２つに分けて構成し、両反射ミラー２１，２２の間に隙間、即ち通気口２ｄを設けている。
そして、反射ミラー２の内側には、ランプ１の長さと同程度の寸法を有する長方形状の紫外線透過性板４、例えば石英ガラス板が、棒状のランプ１の長さ方向に沿うように、且つその一端４ａが棒状のランプ１の底部１ａ１に向かうように配置されている。
一方、紫外線透過性板４の他端４ｂは、上記通気口２ｄに向かうように配置されている。
また、ランプ１に対して左右に設けた紫外線透過性板４の一端部４ａ間の間隔、ランプ１と紫外線透過性板４の一端部４ａの間隔、そして反射ミラー２の開口部２ａと紫外線透過性板４の他端部４ｂの間隔は前述の実施例と同様に、適宜決められている。
【００１６】
次に、本発明の実施例の作用・効果を説明する。
ランプ１が点灯すると、排気ダクト１０ｃ内の排気ダンパー１０ｄが開き、反射ミラー２の内側の空気が、反射ミラー２の排気口２ｂ（または渦流消去板３ａ）、光源部・風洞部間風路１０ａｂ、風洞１０ｂ、そして排気ダクト１０ｃを介して紫外線照射器１０１外部に排気される。また、光源部１０ａの側面に設けられた吸気口１０ａ１からは、紫外線照射器１０１外部の空気が吸気される。そして、この時、上部反射ミラー２１及び下部反射ミラー２２の内側に、紫外線透過性板４を棒状ランプの長さ方向に沿うように、且つその一端４ａが棒状のランプ１の底部１ａ１に向かうように、他端４ｂが通気口２ｄに向かうように配置したので、従来、反射ミラー２の反射面２ｃに沿って流れていた空気がランプ１の底部１ａ１に向かって流れ、発光管１ａの底部１ａ１を冷却して、排気される。
また、ランプ１からの直接光の一部、および上部反射ミラー２１からの反射光は、反射ミラー２の内側に設けた紫外線透過性板４、例えば石英ガラス板を介してワークＷに照射される。
つまり、上記構成とすることにより、ランプ１、特にランプ１の底部１ａ１の冷却を適切に行なうことができるので、ランプ１の発光長の単位長さ当たりの電気入力を大きくして、ランプ１の発光強度を大きくすることができる。また、上部反射ミラー２１及び下部反射ミラー２２の内側に設けた紫外線透過性板４、例えば石英ガラス板はランプ１より放射される紫外線を透過するので、ワークＷに向かって照射される紫外線の照度を低下させることはない。
したがって、紫外線照射器１０３よりワークＷに照射される紫外線の放射照度を大きくすることができる。
【００１７】
また、上部反射ミラー２１と下部反射ミラー２２との間に設けた通気口２ｄに向かうように、紫外線透過性板４を配置し、紫外線透過性板４の他端部４ｂと、上部反射ミラー２１及び下部反射ミラー２２との間に隙間を設けたので、通気口２ｄから流れ込んだ空気は、ランプ１の底部１ａ１に向うだけでなく、一部は、上部反射ミラー２１の反射面２１ｃに沿って流れていく。また、下部反射ミラー２２の端部より流れ込んだ空気は、その反射面２２ｄに沿って流れていく。
したがって、上部反射ミラー２１及び下部反射ミラー２２の内側の空気を排気口２ｂより排気する、紫外線照射器１０４において、ランプ１の底部１ａ１の冷却を適切に行ないつつ、上部反射ミラー２１及び下部反射ミラー２２の冷却を行なうこともできる。
【００１８】
なお、上述の実施例において、反射ミラーの内側に設けた、紫外線透過性板の少なくとも一表面に、好適には両表面に、反射防止膜を設けると良い。
すなわち、上述の構成とすることにより、ランプより照射され、紫外線透過性板に入射する紫外線、及び紫外線透過性板を透過し、出射される紫外線の、紫外線透過性板表面及び内面での反射を減少させることができ、ワークに照射される紫外線の放射照度をより大きくすることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、紫外線放射照度の大きな紫外線照射器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 紫外線照射器に用いられるランプの一例を示す図である。
【図２】 従来の紫外線照射器の構成の一例であり、ランプの管軸に対して垂直方向の断面図である。
【図３】 従来の紫外線照射器の構造であって、ランプの管軸に対して垂直な方向の断面図である。
【図４】 本発明の実施例に係る紫外線照射器の構造であって、ランプの管軸に垂直な方向の断面図である。
【図５】 本発明の実施例に係る紫外線照射器の他の構造であって、ランプの管軸に垂直な方向の断面図である。
【符号の説明】
１ ランプ
１ａ 発光管
１ａ１ 発光管の底部
１ａ２ 発光管の側部
１ａ３ 発光管の上部
１ｂ 電極
１ｃ 金属箔
１ｄ 外部リード棒
１ｅ ベース
１ｆ シール部
１０１，１０２，１０３，１０４ 紫外線照射器
１０ａ 光源部
１０ａｂ 光源部・風洞部間風路
１０ａ１ 吸気口
１０ｂ 風洞部
１０ｃ 排気ダクト
１０ｄ 排気ダンパー
２ 反射ミラー
２ａ 開口部
２ｂ 排気口
２ｃ 反射ミラーの反射面
２ｄ 通気口
２１ 上部反射ミラー
２１ｃ 上部反射ミラーの反射面
２２ 下部反射ミラー
２２ｃ 下部反射ミラーの反射面
３ａ 渦流消去板
３ｂ 通気路
３ｃ スリット
４ 紫外線透過性板
４ａ 紫外線透過性板の一端
４ｂ 紫外線透過性板の他端
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 間隔
Ｆ 石英ガラス板
Ｗ ワーク
Ｘ 管軸

Claims (4)

1. 紫外線を放射する棒状ランプと、該棒状ランプを内包し、開ロ部を有する反射ミラーを備え、該反射ミラーの、上記開口部とは反対側に排気口を設け、上記反射ミラーの内側の空気を該排気口より排気することによりランプを冷却する、紫外線照射器において、
   上記反射ミラーの内側に、上記棒状ランプの長さ方向に沿うように、且つその一端が上記棒状ランプに向かうように、紫外線透過性板を配置したことを特徴とする紫外線照射器。
2. 前記反射ミラーに通気口を設け、
   前記紫外線透過性板の他端が上記通気口に向かうように、紫外線透過性板を配置したことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射器。
3. 前記紫外線透過性板と前記反射ミラーとの間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１、２に記載の紫外線照射器。
4. 前記紫外線透過性板は石英ガラス板であり、該石英ガラス板の表面に反射防止膜を形成したことを特徴とする、請求項１乃至３に記載の紫外線照射器。

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