JP6035841B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

特開２０１１−５０８２８号公報 特開２００９−２３００４５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この発明の実施例１の紫外線照射装置の要部縦断面の模式図である。 同実施例１の反射防止構造の要部を説明する側面の模式図である。 同実施例１の製造方法１の製造工程を説明する要部縦断面の模式図である。 同製造方法１の他の製造工程を説明する要部縦断面の模式図である。 同製造方法１の他の製造工程を説明する要部縦断面の模式図である。 同製造方法１による反射防止構造の一部を説明する側面の模式図である。 同実施例１の製造方法２の製造工程を説明する要部縦断面の模式図である。 同製造方法２の他の製造工程を説明する要部縦断面の模式図である。 同製造方法２の他の製造工程を説明する要部縦断面の模式図である。 同製造方法２による反射防止構造の一部を説明する側面の模式図である。

（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。

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（ＳｉＯ_２）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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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）

Claims (2)

1. 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、
   前記反射防止構造は、シリカ粒子が保護管に接着して形成される凸部が前記保護管上に配列されて形成されるモスアイ構造であって、
   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３００〜１００nm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
   ことを特徴とする紫外線照射装置。
2. 紫外線照射装置の備える保護管の表面にシリカ粒子を接着して形成される凸部が前記保護管上に配列されたモスアイ構造の反射防止構造を形成する方法であって、
   シリカ微粒子を二次元的にフィルムに配列した状態で保持する工程と、
   前記フィルムを前記保護管の表面に貼り付ける工程と、
   前記フィルムを貼り付けた保護管を焼成する工程と、
   を含み、
   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３００〜１００nm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
   ことを特徴とする方法。
   

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