JP5573375B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、幅の広い被照射物（ワーク）に対して、棒状ランプを備えた光照射器（光照射部ユニット）を複数並べて配置し、被照射物に光を照射する光照射装置に関する。

被照射物であるワークに対して、ワークの幅に対応した長さの棒状の紫外線放電ランプを用い、ワークを移動させながら光（紫外線）を照射する光照射装置が知られている。そのような例として、特許文献１に記載された光配向用偏光光照射装置がある。
図５に、上記のような光照射装置に使用される、棒状の紫外線放電ランプの構成の一例を示す
紫外線放電ランプ１は、大きくは、封体と呼ばれるガラス（石英）管内に一対の電極１ａが設けられた管本体部分（同図Ａ，Ｂ部分）と、管内部の電極１ａと外部の電極（リード線）５とをつなぐための金属箔（例えばモリブデン箔）１ｃが、埋設されたシール部Ｃとから構成されている。シール部Ｃは、封体の石英を加熱し金属箔との間に空間（隙間）を残さないように封止して構成されている。
封体内には水銀やランプの点灯に必要なガスが封入されている。なお、水銀以外に一種もしくは複数種の金属が封入されているランプもある。
シール部Ｃの両端（ランプの長手方向の両外側）にはセラミックス製または金属製のベース１ｂが取付けられており、このベース１ｂから、外部の電極（リード線）５を介して電極１ａに電力が引き込まれる。またランプ１を光照射器に取り付ける際には、光照射器に設けられたランプ保持部材が、このベース１ｂの部分を保持する。

管本体部分は、電極１ａ間である封体発光部Ａと、管径が徐々に細くなって封体発光部Ａとシール部Ｃをつなぐ管端部Ｂからなる。
点灯時は、一対の電極１ａ間で放電が起き、管内に封入されている水銀や、水銀以外に金属が封入されている場合はそれらの金属が蒸発し、該金属特有のスペクトルを発光する。この時、両電極１ａ間である封体発光部Aは発光領域になり、管端部Ｂやシール部Ｃ及びベース１ｂの部分は非発光領域となる。
このような紫外線放電ランプは、一例をあげれば、定格１８ｋＷのものであって、電極１ａ間距離は約１１００ｍｍ、内容積が約４００ｃｍ³の封体内部に鉄、ヨウ化水銀、水銀などが封入されて、波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの光を放射する。

図６に、紫外線放電ランプを光照射器に取り付けた図を示す。同図は、ランプの長手方向に沿った方向からの断面図である。なお、リード線５は省略している。
１は棒状の紫外線放電ランプ、２はランプハウス、２ａは樋状のミラー、２ｂは風洞、２ｃは隔壁、２ｄは冷却風の吸い込み孔、３は吸引ファン、４はダクトであり、ランプハウス２の上部には、ダクト４を介して吸引ファン３が設けられている。
吸引ファン３が動作することにより、外部からランプハウス２内に冷却風が吸引され、棒状のランプ１の長手方向に直交するように冷却風が流れ、ランプ１およびミラー２ａを冷却する。ランプ１およびミラー２ａを冷却した冷却風は、隔壁２ｃに設けられたエアの吸い込み孔２ｄから風洞２ｂに引き込まれ、ダクト４から排気される。
なお、上記したように、ランプ1は、ベース１ｂにおいてランプ保持部材により保持されているが、本図において保持部材は省略している。
ランプ１から出射した光は、直接または樋状のミラー２ａにより反射されて、ランプハウス２から、図中太い矢印で示した方向に出射し、被照射物であるワークに照射される。

特開２００９‐２６５２９０号公報

特許文献1に記載された偏光光照射装置の光配向膜は、例えば液晶パネルに使用されるが、パネルの大型化により光配向膜も大型化しており、光配向膜の幅も２ｍ以上と大型化している。
光配向膜の幅が広くなるにつれ、ランプ１の発光部もそれに応じて長くする必要があるが、発光部（図５においてＡで示した部分）が２ｍ以上の長いランプは、例えば従来から使用されている発光部の長さが１ｍ程度のランプに比べて取り扱いが不便である。またそのようなランプを収納するランプハウスの製作も難しくなる。その理由を以下に説明する。
２ｍ以上の長いランプは、１人でランプの一端を持って持上げると、自重で折れてしまうことがある。そのため、ランプの運搬や光照射器への取り付けは２人で行わなければならない。
また、光照射器への取り付けにおいて、両ベース部分（１ｂ）のみの支持では封体が自重によりたわみ、また管径の細いシール部（Ｃ）に大きな負荷がかかるので、光照射器にはランプたわみ防止の機構やベース部分（１ｂ）以外での支持が必要となる。
即ちランプハウスの構造が、従来に比べて複雑になる。

上記問題の対策として、図７のように、１ｍ程度の短いランプを備えた光照射器（ランプハウス）を複数、ワークの幅に対応するだけ並べて配置し、一つの光照射装置を構成することが考えられる。しかしこのように装置を構成すると、次のような問題がある。
上記したように、棒状の紫外線放電ランプ１は、発光領域と非発光領域とを有する。
そのため、そのようなランプ１を備えたランプハウス２を、図７に示すように、直線状に並べると、同図に示す近い光照射面Ａにおいては、ランプを並べた方向に沿って、光が照射される領域と光が照射されない領域が交互に生じてしまい、（均一な）露光処理ができなくなってしまう。
そこで、光照射面Ｂのように、光照射面を光照射器から遠ざければ隣り合う光照射器（ランプ）から出射した光が重なり合い、上記の問題は解決できる。しかし、このようにすると、光照射面と光照射器との間隔が長くなり、その分照度が低下して処理時間が長くなる。

また、図８に示すように、ランプ１（ランプハウス）を２列に並べた光照射装置も考えられる。このような光照射装置では、１列目のランプ（ランプハウス）１により光照射ができない領域を、２列目のランプ（ランプハウス）２により光照射する。
図中点線で囲った部分が、それぞれのランプ（ランプハウス）の光照射領域である。
しかし、このようにランプハウスを配置すると、光照射領域がワークの搬送方向に対して前後にずれて生じる。そのため、ランプ（ランプハウス）の並ぶ方向とワークを搬送する方向とが直交するように、精度良く位置合せする必要がある。なぜなら、ワークの搬送方向がランプ（ランプハウス）の並ぶ方向に対して、同図中に矢印で示すように斜めになると、ワーク上に、光の照射量の少ない、場合によっては光がほとんど照射されない領域（図中斜線で示す）が生じてしまうからである。
さらに図８に示すように、光照射領域が直線状ではない場合は、ワークに照射される照射量が結果的に均一になったとしても、光を照射するタイミングが前後してしまい、ワークの光反応プロセス上で、問題になることも考えられる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、短いランプを備えた光照射器（ランプハウス）を複数並べる光照射装置において、光照射面と光照射器との間隔を長くすることなく、即ち照度が低下させることなく、かつ、光の照射される領域と光が照射されない領域が交互に生じることがないようにするとともに、光照射器（ランプハウス）を並べる方向とワークの搬送方向との厳密な位置合せを不要とし、光照射面に連続的な光照射領域が形成できるようにする、ことを目的とする。

本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
各光照射部を、ワーク（被照射物）の搬送方向に対して直交する方向に伸びる棒状の放電ランプと、上記放電ランプからの光を上記ワークの方向以外の方向に反射する樋状の第１の反射ミラーと、上記ランプからの光と上記第１の反射ミラーにより反射された光を上記ワークの方向に反射する第２の反射ミラーで構成し、この光照射部を棒状の放電ランプの長手方向が直線状に配置されるように一つもしくはそれ以上隣接させて並べて配置して光照射部ユニットを構成する。
上記光照射部ユニットをワークの搬送方向に沿って２列に配置し、一方の列の光照射部の放電ランプの非発光部分（非発光領域）と、他方の列の光照射部の放電ランプの非発光部分（非発光領域）が対向しないようにランプの長手方向に位置をずらして、かつ、上記各光照射部から上記第２の反射ミラーにより反射されて出射した光が、ワーク上に連続した直線状の光照射領域を形成するように配置する。
上記のように光照射部ユニットをワークの搬送方向に沿って２列に配置し、一方の列の光照射部の放電ランプの非発光部分（ランプの端部）と、他方の列の光照射部の放電ランプの非発光部分（ランプの端部）が対向しないように、すなわち、ランプを互い違いに（千鳥状に）に配置することで、一方の列の光照射部から放射される光と、他方の列の光照射部から放射される光が補い合って、光が照射されない領域を生じさせることなく被光照射領域（ワーク）上に連続的に伸びる光照射領域を形成することができる。
また、一方の列の光照射部から放射される光と、他方の列の光照射部から放射される光が補い合うように構成したので、光照射面と光照射器との間隔を長くすることなく、ワーク上に均一な光照射領域を形成することができる。
なお、上記構成において、光照射部の第２の反射ミラーを、上記ランプからの光と上記第１の反射ミラーにより反射された光が、ワークに対して直交する方向に反射するように配置すればワークに垂直に光を入射させることができる。したがって、例えば偏光素子を介して偏光光をワークに照射する偏光光照射装置に適用し、偏光素子に垂直に光を照射することができる。
また、上記構成において、各光照射部の間に反射部材から構成され境界板を設けてもよい。このように構成することにより、隣接する光照射部からの光の影響を除去することができ、照度分布のばらつきの調整等が容易となる。
さらに、上記構成において、少なくとも第２の反射ミラーを、赤外線を透過させ、紫外線を反射するコールドミラーで構成することにより、ワーク（被照射物）の加熱を防ぐことができる。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）一方の列の光照射部から放射される光と、他方の列の光照射部から放射される光が補い合うように構成したので、光照射面と光照射器との間隔を長くすることなくランプの数だけ線状に長く延びる光照射領域を形成することができる。
そのため、光照射面での照度を低下させることなく、また、光の照射される領域と光が照射されない領域が交互に生じさせることがなく、ワーク（被照射物）に光を照射することができる。
（２）また、ワークの搬送方向に対して、光照射領域が前後にずれて存在することがないので、ランプを並べる方向とワークの搬送方向との厳密な位置合せは不要である。ワークの搬送方向がランプの並ぶ方向に対して斜めになったとしても、ワーク上に光が照射されない領域が生じることはない。
（３）ランプからの光を第２の反射ミラーにより折り返してワークに照射するので、光照射装置の高さを従来に比べて低くできる。そのため、高さ方向に制限のある場所での使用に有利である。

本発明の実施例の光照射装置の構成する光照射部の構成を示す図である。 本発明の実施例の光照射部ユニットと光照射部ユニットから構成される光照射装置の構成を示す図である。 本発明の光照射装置によりワーク上に形成される光照射領域について説明する図である。 光照射部の他の配置例を示す図である。 光照射装置に使用される棒状の紫外線放電ランプの構成の一例を示す図であ。 紫外線放電ランプを取り付けた光照射器の構成例を示す図である。 光照射器を複数、ワークの幅に対応するだけ並べて配置した場合の構成を示す図である。 ランプ（ランプハウス）を２列に並べた光照射装置を示す図である。

図１に、本発明の実施例の光照射装置の構成する光照射部の構成を示す。図１（ａ）は、光照射部の斜視図であり、同図においては、ランプハウスの外装を点線で示し光照射部の内部の構成がわかるようにしている。
同図において、１は棒状の紫外線放電ランプ、２はランプハウス、２ａは樋状のミラー、５は光出射口、１０は折り返しミラー（第２の反射ミラー）であり、同図では、ランプを支持する機構、ランプの冷却機構等は省略している。
前記図７に示した光照射装置においては、光照射器（ランプハウス）からの光は、被照射物であるワークの方向（図７においては図面下方）に光を照射することを想定していた。しかし、本発明の実施例の光照射部２０においては、ランプハウス２からの光を、図１（ｂ）に示すように、例えば水平方向に出射し、これを折り返しミラー１０によりワークの方向に折り返す。
即ち、ランプハウス２内の樋状ミラー２ａは、棒状のランプ１から出射する光を横方向に反射するように、光出射口５を横に向けて設ける。
なお、ワークＷは、幅の広い例えば帯状のワークであり、ランプ１の長手方向に直交する方向（例えば同図の白抜き矢印方向）に、連続または間歇的に直線状に搬送される。図１（ａ）ではワークＷ上の矩形状の光照射領域を示している。

ランプ１から出射した光は、直接または樋状のミラー２ａにより反射されて、ランプハウス２から、横方向に出射する。
光出射口５に対向して、ランプハウス２から出射した光を被処理物であるワークの方向に反射する折り返しミラー１０を設ける（樋状ミラー２ａを第１の反射ミラーとすると、この折り返しミラー１０は第２の反射ミラーである）。
図１においては、折り返しミラー１０は、ランプハウス２から、ワークに対してほぼ平行に出射した光を、ワークのほうに向けて９０°折り返す。これにより、ワークに光照射部２０からの光が照射される。

なお、図１においては、ランプハウス２は真横に光を出射しているが、この方向に限られるものではない。例えば、やや上向きに光を出射し、それを折り返しミラー１０によりワークＷの方向に反射するようにしても良い。また、折り返しミラー１０で反射した光が光照射面に対して斜めに入射するようにしてもよい。
また、図１においては、折り返しミラー１０は平面ミラーであるが、平面ミラーに限られるものではない。例えば、断面が球面やパラボラ形状のものを使用しても良い。
図１に示す光をワーク（被照射物）の方向以外の方向に出射するランプハウス２と、ランプハウス２からの光をワークの方向に反射する折り返しミラー１０を、一体で一つの光照射部という。

図１に示す光照射部を、ランプ１の長手方向が直線状に配置されるように隣接させて並べて配置して光照射部ユニットを構成し、これを、ワークの搬送方向に沿って２列に配置し、本発明に実施例の光照射装置を構成する。
図２は、本発明の実施例の光照射装置の構成を説明する図であり、図２により本実施例の光照射装置の構成を説明する。なお、図２においても、ランプハウス２の外装等を省略して示しており、図２（ａ）は光照射器２０を一列並べて光照射部ユニットを構成した状態を示し、図２（ｂ）は（ａ）に示した光照射ユニットを２列並べて本実施例の光照射装置を構成した状態を示している。
図２（ａ）に示すように、棒状のランプ１の長手方向（ランプハウス２の長手方向）に沿って、被処理物（ワーク）の搬送方向に対して直交する方向に、光出射口２０が同じ方向に向くように、隣接させて一列に並べる。同図においては、４つの光照射部が第１の光照射部ユニット３１を構成している。各光照射部２０の折り返しミラー１０１が、一定の間隔（光が照射されない領域の間隔）をあけて並ぶ。
上記のように光照射部２０を、ランプ１の長手方向が直線状に配置されるように隣接させて一列に並べて配置したものを、第１の光照射部ユニット３１と呼ぶ。
この例では各光照射部２０の間に境界板１１が設けられている。境界板１１は、例えば両面が反射材で構成され、隣接する光照射部の方向に照射される光を反射する。
境界板１１を設けることで、隣接する光照射部２０からの光が各光照射部２０に入射するのを防ぐことができる。したがって、隣接した光照射部２０から入射する光を考慮することなく、各光照射部２０で照度の調整を行うことができ、照度分布のばらつきを容易に調整することができる。

図２（ａ）に示す光照射部２０を一列に並べた光照射部ユニット３１だけでは、前記図７に示した従来例と同様、ワークＷ上において光の照射される領域と光が照射されない領域が交互に生じる。
そこで、第１の光照射部ユニット３１とは反対方向に光出射口を向けた第２の光照射部ユニット３２を準備する。第２の光照射部ユニット３２は、第１の光照射部ユニット３１とほぼ同数の光照射部２０を上記第１の光照射部ユニット３１と同様に隣接させて並べたものであり、第２の光照射部ユニット３１も折り返しミラー１０２が一定の間隔をあけて並ぶ。
そして、図２（ｂ）に示すように、第１の光照射部ユニット３１の一定の間隔をあけて並んでいる折り返しミラー１０１の間に、第２の光照射部ユニット３２の折り返しミラー１０２が位置するように、言い換えればワーク（被照射物）の搬送方向に対して、一方の光照射部ユニットの光照射部が、他方の光照射部ユニットの光照射部の間に位置するように、第１の光照射部ユニット３１と第２の光照射部ユニット３２を組み合わせて配置する。

すなわち、光照射部ユニット３１を構成する一方の列の光照射部２０のランプ１の非発光部分（非発光領域）と、光照射部ユニット３２を構成する他方の列の光照射部２０のランプ１の非発光部分（非発光領域）が対向しないように、ランプの長手方向に位置をずらして配置する。
また、折り返しミラー１０１と１０２により反射されて第１の光照射部ユニット３１と第２の光照射部ユニット３２から出射する光の中心が、ランプの並ぶ方向に沿って一直線状に並ぶように配置する。
これにより、光照射部ユニット３１から放射される光と、光照射部ユニット３２から放射される光が補い合って、光が照射されない領域を生じさせることなくワークＷ上に直線状の連続的に伸びる光照射領域を形成することができる。すなわち、ワークＷの、第１の光照射部ユニット３１から出射した光が照射できない領域を、第２の光照射部ユニット３２から出射した光が補間するので、光照射面での光照射領域は、ランプの数だけ線状に長く延びて形成される。また、ワークＷの搬送方向に対して光照射領域が、前記図８に示したように、前後にずれて形成されることもない。
また、光照射装置から出射する光の光軸に対して、第１の光照射部ユニット３１と、第２の光照射部ユニット３２が対称に配置されように構成することで、光照射領域における照度を均一にすることができる。

なお、ワークと光照射装置の間に偏光素子を配置した偏光光照射装置においては、偏光素子に対して、垂直に光が入射するのが望ましい。そこで、本発明の光照射装置を偏光光照射装置に適用する場合には、光照射部２０のランプ１からの光と樋状ミラー２ａにより反射された光が、折り返しミラー１０により、ワークＷに対して直交する方向に反射するように配置し、偏光素子は、折り返しミラー１０とワークＷの間に配置する。これにより、ワークに垂直に光を入射させることできる。
また、ワークが加熱されないように赤外線をカットする必要がある場合には、上記折り返しミラー１０を、赤外線を透過させ紫外線を反射するコールドミラーで構成する。なお、折り返しミラー１０とともに樋状ミラー２ａをコールドミラーとしてもよい。

図３により、本実施例の光照射装置によるワーク上に形成される光照射領域について説明する。
図３（ａ）は、光照射装置を構成する複数のランプ１と折り返しミラー１０を上から見た図である。同図ではランプハウスの外装等は省略している。
第１の光照射部ユニット３１は、４本のランプ（１−１，１一２，１−３，１−４）と、各ランプからの光をワークの方向に折り返す折り返しミラー（１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４）を有する。
第２の光照射部ユニット３２も、４本のランプ（１−５，１−６，１−７，１−８）と、各ランプからの光をワークの方向に折り返す折り返しミラー（１０２−１，１０２−２，１０２−３，１０２−４）を有する。
同図に示すように、第１の光照射部ユニット３１のランプ１−１とランプ１−２の間の非発光領域は、第２の光照射部ユニット３２のランプ１−６からの光が補う。また、第１の光照射部ユニット３１のランプ１−２とランプ１−３の間の非発光領域は、第２の光照射部ユニット３２のランプ１−７からの光が補う。

図３（ｂ）は、光照射面（ワーク上）での光照射領域の照度分布を示す図である。
縦軸は光照射領域の照度であり、横軸は光照射領域のランプ長手方向の位置である。点線が各ランプからの光の照度であり、実線が各ランプからの光を足し合わせた照度である。同図に示すように、第１の光照射部ユニット３１の非発光領域は、第２の光照射部ユニット３２の発光領域からの光が、反対に第２の光照射部ユニット３２の非発光領域は、第１の光照射部ユニット３１の発光領域からの光が、それぞれ補い合う。したがつて、光照射面（ワーク上）での光照射領域は、線状に長く延びて形成され、光が照射される領域と光が照射されない領域が交互に生じることがない。
図３（ｃ）は、図３（ａ）を左側白抜き矢印Ａの方向から見た図である。同図に示すように、第１の光照射部ユニット３１と第２の光照射部ユニット３２は、それぞれの折り返しミラー１０１，１０２により反射されて出射する光の中心が、ランプの並ぶ方向に沿って一直線状に並ぶように配置される。

図２では、一列の光照射部ユニットを４個の光照射部で構成した場合について示したが、光照射部ユニット３１．３２を構成する光照射部２０の数は、１乃至２個であってもよく、例えば、図４（ａ）に示すように、それぞれの光照射部ユニット３１，３２をそれぞれ１個の光照射部２０−１，２０−２で構成し、ランプ１の非発光部分（非発光領域）が対向しないように並べて光照射装置を構成してもよい。また、図４（ｂ）に示すように、一方の列の光照射部ユニット３１を１個の光照射部２０−１で構成し、他方の列の光照射部ユニットを２個の光照射部２０−２，２０−３で構成してもよい。

以上のように本実施例の光照射装置は、光照射面と光照射器との間隔を長くすることなく、ランプの数だけ線状に長く延びる光照射領域を形成することができ、かつ、光照射面での照度を低下させることなく、ワークに光を照射することができる。
また、ランプを並べる方向とワークの搬送方向との厳密な位置合せは不要であり、ワークの搬送方向がランプの並ぶ方向に対して斜めになったとしても、ワーク上に均一に光を照射することができる。
さらに、ランプハウス２からの光を折り返しミラー１０により折り返してワークＷに照射するように構成しているので、光照射装置の高さを低くすることができ、高さ方向に制限のある場所での使用することができる。

１ 紫外線放電ランプ
２ ランプハウス
２ａ 樋状のミラー
５ 光出射口
１０ 折り返しミラー（第２の反射ミラー）
１０，１０１，１０２ 折り返しミラー（第２の反射ミラー）
２０ 光照射部
３１，３２ 光照射部ユニット

Claims (1)

1. 棒状の放電ランプを備えた一以上の光照射部を有する光照射部ユニットから出射する光を、連続または間歇的に直線状に搬送されるワークに対して照射する光照射装置であって、上記光照射部は、ワークの搬送方向に対して直交する方向に伸びる棒状の放電ランプと、上記放電ランプからの光を、上記ワークの方向以外の方向に反射する樋状の第１の反射ミラーと、上記ランプからの光と上記第１の反射ミラーにより反射された光を、上記ワークの方向に反射する第２の反射ミラーを有しており、
   上記光照射部ユニットは、上記棒状の放電ランプの長手方向が直線状に配置されるように、一以上の光照射部を隣接させて並べて配置し、各光照射部の間に両面が反射材で構成された境界板を設けたものであり、
   上記光照射部ユニットはワークの搬送方向に沿って２列に配置され、一方の列の光照射部の放電ランプの非発光部分と、他方の列の光照射部の放電ランプの非発光部分が対向しないようにランプの長手方向に位置をずらして、かつ、上記各光照射部から上記第２の反射ミラーにより反射されて出射した光が、ワーク上に連続した直線状の光照射領域を形成するように配置される
   ことを特徴とする光照射装置。

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