JP6631937B2 - Light irradiation device with microwave electrodeless lamp - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置に関する。 The present invention relates to a light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp.
近年、可視光線又は紫外線を放射する放電ランプとして、マイクロ波無電極ランプが開発されている。マイクロ波無電極ランプを使用する点灯装置は、典型的には、電源ユニットと、無電極ランプを内蔵した照射ユニットと、無電極ランプを冷却する冷却空気供給機構(冷却ブロワー)とを備えたシステムである。 In recent years, a microwave electrodeless lamp has been developed as a discharge lamp that emits visible light or ultraviolet light. A lighting device using a microwave electrodeless lamp typically includes a system including a power supply unit, an irradiation unit incorporating the electrodeless lamp, and a cooling air supply mechanism (cooling blower) for cooling the electrodeless lamp. It is.
放電管には、発光物質と、始動用の希ガスが封入されている。発光物質を適宜選択することによって、所望の波長の可視光線又は紫外線を得ることができる。波長254nmの紫外線は主として殺菌処理に用いられ、波長315〜400nm(UV−A領域)の紫外線は主として塗料、樹脂等の硬化処理に用いられる。 The discharge tube is filled with a luminescent substance and a rare gas for starting. By appropriately selecting a light emitting substance, visible light or ultraviolet light having a desired wavelength can be obtained. Ultraviolet light having a wavelength of 254 nm is mainly used for sterilization, and ultraviolet light having a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region) is mainly used for curing paints, resins, and the like.
UV−A領域の紫外線を発生する無電極放電ランプでは、従来、発光物質として水銀が用いられていた。しかし、近年、水銀は環境負荷物質として、使用を中止する方向にある。 In an electrodeless discharge lamp that generates ultraviolet rays in the UV-A region, conventionally, mercury has been used as a luminescent material. However, in recent years, mercury has been stopped as an environmentally hazardous substance.
無電極放電ランプの無水銀化によって生じる問題点として、ランプの始動性が悪化すること、ランプの始動後にランプ温度が上がり難いため照度立ち上がりが遅くなること、まれに照度が上がらないまま放電が持続することが挙げられる。 The problems arising from mercury-free electrodeless discharge lamps are that the startability of the lamp deteriorates, the lamp temperature rises hardly after the lamp starts, and the illuminance rises slowly.In rare cases, the discharge continues without increasing the illuminance. It is mentioned.
また、従来からの無電極放電ランプの問題点として、点灯装置の電源ユニットに給電される1次側電圧の電圧変動によってランプ出力が変動し、出力が安定しないことが指摘されている。特に、半導体や液晶パネルの製造工程で使用される樹脂硬化処理用のランプでは、ランプ出力の要求精度が非常に厳しい。従って、UV−A領域の紫外線を安定的に放射する点灯装置の開発が望まれている。 In addition, it has been pointed out that a problem with the conventional electrodeless discharge lamp is that the lamp output fluctuates due to fluctuations in the primary voltage supplied to the power supply unit of the lighting device, and the output is not stable. Particularly, in the case of a lamp for curing a resin used in a manufacturing process of a semiconductor or a liquid crystal panel, the required accuracy of the lamp output is very strict. Therefore, development of a lighting device that stably emits ultraviolet light in the UV-A region is desired.
本発明は、発光物質として水銀を用いることなく、良好な始動特性を有し且つUV−A領域の紫外線を所定の出力精度で安定的に放射することができるマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp having good starting characteristics and capable of stably emitting ultraviolet rays in the UV-A region with a predetermined output accuracy without using mercury as a luminescent substance. It is intended to provide a device.
本発明に係るマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置は、一面で、電源ユニットと、無水銀のマイクロ波無電極ランプを有する照射ユニットと、該マイクロ波無電極ランプを冷却する冷却空気供給機構とを有するマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置であって、キセノンランプを利用した始動補助手段を備え、点灯時に、該キセノンランプは、数秒に1回の割合で前記マイクロ波無電極ランプに対してパルス照射している。 A light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp according to the present invention includes, on one side, a power supply unit, an irradiation unit having a mercury-free microwave electrodeless lamp, and a cooling air supply mechanism for cooling the microwave electrodeless lamp. A light irradiating device equipped with a microwave electrodeless lamp having: a starting aid unit using a xenon lamp, and when lit, the xenon lamp is attached to the microwave electrodeless lamp once every few seconds. In contrast, pulse irradiation is performed.
更に、上記マイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置では、点灯段階の期間、前記冷却空気供給機構から前記照射ユニットに送られる冷却空気の風量を、所定の割合で抑制する冷却風抑制手段を備えていてもよい。 Further, in the light irradiation device equipped with the microwave electrodeless lamp, during the lighting stage, there is provided a cooling air suppressing means for suppressing a flow rate of cooling air sent from the cooling air supply mechanism to the irradiation unit at a predetermined rate. May be.
更に、上記マイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置では、前記冷却風抑制手段は、冷却ブロアを有し、該ブロアは、稼働期間の内の風量抑制期間は定格風量の30%〜90%運転を行っていてもよい。 Further, in the light irradiation device equipped with the microwave electrodeless lamp, the cooling air suppressing means has a cooling blower, and the blower operates at 30% to 90% of the rated air flow during the air flow suppressing period of the operation period. May be performed.
更に、上記マイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置では、更に、前記無電極ランプに対してマイクロ波エネルギーを供給するマグネトロンと、前記マグネトロンのアノード電流をモニターする手段と、前記マグネトロンに対する電力供給を制御する手段とを備え、前記電力供給を制御する手段は、前記アノード電流に基づき、前記マグネトロンに対する電力供給を制御して、前記マイクロ波無電極ランプの出力変動を所定の範囲内に制御していてもよい。 Further, in the light irradiation apparatus equipped with the microwave electrodeless lamp, further, a magnetron that supplies microwave energy to the electrodeless lamp, a unit that monitors an anode current of the magnetron, and a power supply to the magnetron. Means for controlling the power supply, wherein the means for controlling the power supply controls the power supply to the magnetron based on the anode current to control the output fluctuation of the microwave electrodeless lamp within a predetermined range. You may.
更に、上記マイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置では、前記マグネトロンに対する電力供給を制御する手段は、前記マグネトロンのアノード電流Iaから次式により出力電力Pwを算出し、算出した出力電力Pwに基づき該マグネトロンに対する電力供給を制御していてもよい。 Further, in the light irradiation apparatus equipped with the microwave electrodeless lamp, the means for controlling power supply to the magnetron calculates output power Pw from the anode current Ia of the magnetron by the following equation, and based on the calculated output power Pw The power supply to the magnetron may be controlled.
Pm(kW)=k・Ia(mA)-b
ここで、kは比例定数、bは定数である。
Pm (kW) = k · Ia (mA) -b
Here, k is a proportional constant and b is a constant.
本発明によれば、発光物質として水銀を用いることなく、良好な始動性を有し且つUV−A領域の紫外線を所定の出力精度で安定的に放射することができるマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置を提供することが出来る。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, without using mercury as a luminescent material, it has a good starting property and is equipped with a microwave electrodeless lamp capable of stably emitting ultraviolet rays in the UV-A region with a predetermined output accuracy. A light irradiation device can be provided.
以下、本発明に係るマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面において、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
[マイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置]
(光照射装置の構成)
図1Aは、本実施形態に係るマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置の一例を示す概略斜視図である。マイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置10は、電源ユニット2と、照射ユニット4と、照射ユニットの発熱を冷却する冷却空気供給機構(冷却ブロワー。ここではブロワーの送風ダクトのみ図示している。)6とを備えている。
[Light irradiation device with microwave electrodeless lamp]
(Configuration of light irradiation device)
FIG. 1A is a schematic perspective view showing an example of a light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp according to the present embodiment. The
図1Bは、図1Aに示すマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置10の照射ユニット4を説明する図である。照射ユニット4は、矩形の筐体12の後側内部にマイクロ波発振器4a(図2に示すマグネトロン4a参照)が設けられている。照射ユニット4は、更に、マイクロ波発振器に付属するアンテナ16と、アンテナからのマイクロ波エネルギーを受けて発光する無電極ランプ18と、無電極ランプの背面側を囲むようにランプ軸線に沿って配置された反射鏡20とを有する。反射鏡20によって囲まれた空間は、マイクロ波空洞22を形成し、このマイクロ波空洞内に無電極ランプ18が配置されている。
FIG. 1B is a diagram illustrating the irradiation unit 4 of the
本実施形態では、マイクロ波発振器としてマグネトロン4a(図2参照)を使用する。マグネトロン4aは、発振用真空管の一種であり、強力なノンコヒーレントマイクロ波を発生する。マグネトロンは、身近なところでは、レーダーや電子レンジに使われている。本実施形態では、電子レンジ、好ましくは業務用電子レンジに使用されているマグネトロンを使用することが出来る。なお、電子レンジでは周波数2.45 GHzが使用されているが、これは技術的な制限によるものではなく、法的規制によるものである。 In the present embodiment, a magnetron 4a (see FIG. 2) is used as a microwave oscillator. The magnetron 4a is a type of vacuum tube for oscillation, and generates a strong non-coherent microwave. Magnetrons are commonly used in radar and microwave ovens. In the present embodiment, a magnetron used for a microwave oven, preferably a commercial microwave oven, can be used. Note that the microwave oven uses a frequency of 2.45 GHz, but this is not due to technical limitations but due to legal regulations.
マイクロ波発振器(マグネトロン4a)から発生したマイクロ波は、アンテナ16を介してマイクロ波空洞22に放射され、定在波を形成する。この定在波によって、マイクロ波空洞22に配置された無電極ランプ18の内部にプラズマが励起される。プラズマから放射される可視光線或いは紫外線は、反射鏡20によって反射して、又は直接に照射光として光出射口23に向かう。
The microwave generated from the microwave oscillator (magnetron 4a) is radiated to the
光出射口23は導電性メッシュ(図示せず。)によって覆われている。導電性メッシュは、マイクロ波に対しては不透過性であるが、マイクロ波空洞からの照射光、即ち、可視光線及び紫外線に対しては透過性である。このため、プラズマから放射される可視光線或いは紫外線は、光出射口23の導電性メッシュを通過して、被照射面に向けて放射される。
The
(光照射装置の機能ブロック)
図2は、図1Aに示すマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置10の機能ブロック図である。マイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置10は、電源ユニット2と、無電極ランプ18を有する照射ユニット4と、高温になる無電極ランプを冷却する冷却空気供給機構(冷却ブロワー)6とを備えている。
(Functional block of light irradiation device)
FIG. 2 is a functional block diagram of the
電源ユニット2は、図示していない1次側電圧からこの点灯装置が使用する2次側電圧を生成する電源部2aと、照射ユニット4及び冷却ブロア6の各構成部品の動作を制御する主制御部2bとを有している。主制御部2bは、典型的にはシーケンサーから構成される。しかし、これに限定されない。例えば、主制御部2bを、マイクロコンピュータを利用して構成してもよい。
電源部2aには、温度センサ2cが備えられ、電源部の温度がモニターされている。
The
The power supply unit 2a includes a temperature sensor 2c, and monitors the temperature of the power supply unit.
照射ユニット4は、無電極ランプ18と、無電極ランプにアンテナ16を介してマイクロ波エネルギーを供給するマグネトロン4aと、無電極ランプ18の始動特性を向上させるための始動補助光源4cと、これにエネルギー44を供給する始動補助光源点灯回路4bとを有している。更に、照射ユニット4は、マグネトロン4aの温度を感知する温度センサ46と、無電極ランプ18の光量を感知する光量センサ48と、冷却ブロア6から照射ユニット4へ送られる冷却空気の風量を感知する風量センサ50と、照射ユニット4から外部へ漏洩する電磁波を検出するRF(高周波)漏洩センサ30とを有している。
The irradiation unit 4 includes an
光量センサ48は、照射ユニット4の内部に設置され、検知光量に応じたアナログ電圧を出力する。光量センサ48は、例えば、浜松ホトニクス株式社製のSiフォトダイオード 型番S1133を利用できる。風量センサ50は、高圧側と低圧側の2つの取込口を有し、両者の圧力差を検知する微圧圧力スイッチである。即ち、照射ユニット4の筐体内外の圧力差によって、冷却風量をモニターしている。例えば、MAMOCO Precision Switchesの超低圧スイッチ(ultra-low pressure switch) 型番MAM005-27を利用できる。温度センサ46は、バイメタルサーモスタットの汎用品でよく、マグネトロン4aの表面に付設され、温度をモニターしている。温度センサ46は、例えば、100℃以上になると接点がオープンとなり、主制御部2bに向けて異常検知信号36を発する。RF漏洩センサ30は、このシステムの安全装置であり、照射ユニット4の筐体の近傍に設置され、或る閾値(例えば、2.0 [mW/cm2])以上の漏洩マイクロ波を検知すると、接点がオープンとなり、主制御部2bに向けて異常検知信号32を発する。
The light quantity sensor 48 is installed inside the irradiation unit 4 and outputs an analog voltage according to the detected light quantity. As the light amount sensor 48, for example, a Si photodiode model number S1133 manufactured by Hamamatsu Photonics KK can be used. The air volume sensor 50 is a low pressure switch that has two intake ports, a high pressure side and a low pressure side, and detects a pressure difference between the two. That is, the amount of cooling air is monitored by the pressure difference between the inside and outside of the housing of the irradiation unit 4. For example, MAMOCO Precision Switches ultra-low pressure switch model number MAM005-27 can be used. The temperature sensor 46 may be a general-purpose bimetal thermostat, and is attached to the surface of the magnetron 4a to monitor the temperature. When the temperature of the temperature sensor 46 reaches, for example, 100 ° C. or higher, the contacts are opened, and the
電源ユニット2の温度センサ2cは、電源ユニットの温度をモニターしている。温度センサ2cは、バイメタルサーモスタットの汎用品でよく、電源部2aが過熱した時に接点がオープンとなり、主制御部2bに対して異常検知信号42を発する。
The temperature sensor 2c of the
冷却ブロワー(冷却空気供給機構)6は、冷却空気を照射ユニット4に送り、各種部品を冷却している。 The cooling blower (cooling air supply mechanism) 6 sends cooling air to the irradiation unit 4 to cool various components.
(光照射装置の動作)
次に、図1Aに示すマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置10の動作について説明する。図3A及び図3Bは、このマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置10の動作フロー図である。図3Aは、ランプ始動点灯段階の動作フロー図であり、図3Bは、これに続く、安定点灯制御段階及び消灯段階の動作フロー図である。図2に示すマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置の構成を確認しながら、3A及び3Bの動作フロー図に従ってその動作を説明する。
(Operation of light irradiation device)
Next, the operation of the
ステップS01で、電源ユニット2のタッチパネル式操作盤(図示せず。)を操作して、電源ONにする。電源ユニット2から照射ユニット4及び冷却ブロワー6に対する電力供給24が開始される。
In step S01, the power supply is turned on by operating a touch panel type operation panel (not shown) of the
ステップS02で、タッチパネル式操作盤を操作して、スタンバイモードに入る。照射ユニット4のマグネトロン4aの予熱が開始され、冷却ブロワー6の冷却ファンが始動する。 In step S02, the touch panel operation panel is operated to enter the standby mode. Preheating of the magnetron 4a of the irradiation unit 4 is started, and the cooling fan of the cooling blower 6 is started.
ステップS03で、スタンバイモード開始から所定時間経過後(例えば、Tsec後)、各センサ2c、30,46,48,50が正常に動作しているか判断される。センサのいずれかが動作不良の場合、電源ユニットの表示盤(図示せず。)に、エラー表示され、ステップS02に戻る。全てのセンサが正常に動作している場合、ステップS04に進む。 In step S03, after a lapse of a predetermined time from the start of the standby mode (for example, after Tsec), it is determined whether each of the sensors 2c, 30, 46, 48, and 50 is operating normally. If any of the sensors is malfunctioning, an error is displayed on the display panel (not shown) of the power supply unit, and the process returns to step S02. If all the sensors are operating normally, the process proceeds to step S04.
ステップS04で、電源ユニット2のタッチパネル式操作盤を操作して、ランプONにする。これに応じて、マグネトロン4aは、例えば、2.45GHzで発振を開始する。
In step S04, the touch panel type operation panel of the
ステップS05で、冷却ブロア6から照射ユニット4に向けられたランプ冷却風を抑制する。即ち、ランプ始動時に一定期間冷却風を抑制することにより、ランプの温度上昇を促進させ、ランプ内の発光物質を蒸発させる。この風量抑制を行わない場合には、ランプ内の発光物質が十分に蒸発せず、ランプは光量不足のまま点灯し続けるおそれがある。風量抑制のレベルは、装置冷却に問題が生じないレベル(例えば、定格風量の60%程度)まで抑制する。なお、始動時を除き、定格点灯時に風量を抑制することは無い。この冷却風抑制手段(ステップS05)より、ランプの無水銀化による始動時のランプ温度が上がり難い課題を解決している。 In step S05, the lamp cooling air directed from the cooling blower 6 to the irradiation unit 4 is suppressed. That is, by suppressing the cooling air for a certain period at the time of starting the lamp, the temperature rise of the lamp is promoted, and the luminescent material in the lamp is evaporated. If this air volume control is not performed, the luminescent material in the lamp may not evaporate sufficiently, and the lamp may continue to be lit with insufficient light quantity. The airflow suppression level is suppressed to a level that does not cause a problem in cooling the device (for example, about 60% of the rated airflow). Except during start-up, the air volume is not suppressed during rated lighting. The cooling air suppressing means (step S05) solves the problem that the lamp temperature at the start due to mercury-free lamp hardly rises.
ステップS06で、始動補助光源4cが点灯される。具体的には、始動補助光源点灯回路4bからエネルギー供給44を受けた始動補助光源(例えば、キセノンランプ)4cが、無電極ランプ18に向けて、所定の点灯周期でフラッシュ照射して、ランプの始動を補助する。
In step S06, the starting auxiliary light source 4c is turned on. More specifically, a starting auxiliary light source (for example, a xenon lamp) 4c that has received the energy supply 44 from the starting auxiliary light source lighting circuit 4b irradiates the
キセノンランプの点灯条件は、例えば、点灯周期が6秒毎(充電時間5秒、300μs照射)のフラッシュ照射である。ランプが始動するまで、フラッシュ照射を繰り返す。0.7〜6.3 Jの範囲内のエネルギー供給44により、ランプの始動が改善されたことを確認した。図5は、エネルギー供給44が6.3 Jのときのキセノンランプ18の分光スペクトルを示す図である。
The lighting condition of the xenon lamp is, for example, flash irradiation with a lighting cycle every 6 seconds (charge time 5 seconds, 300 μs irradiation). Repeat the flash exposure until the lamp starts. It was found that an energy supply 44 in the range of 0.7-6.3 J improved lamp starting. FIG. 5 is a diagram showing a spectrum of the
ステップS07で、無電極ランプ18が始動したか否かが、光量センサ48によって判定される。未だ始動してない場合、ステップS08で始動補助光源点灯回数が、所定回数以上(例えば10回以上)か否かが判断され、所定回数未満ならステップS06に戻り、補助光源4cによりフラッシュ照射を繰り返す。所定回数以上なら、電源部の表示ユニットにエラー表示され、原因究明を行って対策を施した後、ステップS02に戻ってスタンバイモードになる。始動した場合は、ステップS09に進む。
In step S07, the light intensity sensor 48 determines whether the
この始動補助手段(ステップS06〜S08)により、ランプの無水銀化による始動時のランプ始動性悪化の課題を解決している。 The start assisting means (steps S06 to S08) solves the problem of deterioration of lamp startability at the time of start due to mercury-free lamp.
ステップS09で、無電極ランプ18が、立ち上がったか否か判断される。具体的には、光量センサ48により、感知光量対応信号34が、電源ユニット2の主制御部2bに送られる。主制御部2bにおいて、シーケンス制御(又はマイクロコンピュータ制御)により感知光量が所定の閾値(例えば、定格光量の80%)以上の場合、ランプは立ち上がったと判断される。未だ立ち上がってない場合、電源ユニットの表示盤にエラー表示され、ステップS02に戻ってスタンバイモードに移る。立ち上がった場合、ステップS10に進む。
In step S09, it is determined whether or not the
ステップS10で、ステップS05で行われた冷却風の風量抑制が解除される。この段階までが、ランプの始動点灯段階である。 In step S10, the suppression of the amount of cooling air performed in step S05 is released. Up to this stage is the start lighting stage of the lamp.
図3Bに示すステップS11〜S13は、安定点灯制御段階である。
ステップS11で、マグネトロン4aの出力が適正であるか判断される。即ち、マグネトロン4aのアノード電流に対応するアノード電流対応信号52を使って、マグネトロン4aの出力電力が適正であるか判断される。現状、電源部2aに入力する装置1次側電力の電圧変動により、マグネトロン4aの出力電力は±15%程度変動する。そのため、主制御部2bは、アノード電流対応信号52を常時モニターし、出力制御テーブルに基づきマグネトロン4aへの電力供給24−1を制御して、出力を所定の範囲内に制御している。
Steps S11 to S13 shown in FIG. 3B are a stable lighting control stage.
In step S11, it is determined whether the output of the magnetron 4a is appropriate. That is, it is determined whether the output power of the magnetron 4a is appropriate using the anode current corresponding signal 52 corresponding to the anode current of the magnetron 4a. At present, the output power of the magnetron 4a fluctuates by about ± 15% due to the voltage fluctuation of the device primary power input to the power supply unit 2a. Therefore, the main control unit 2b constantly monitors the anode current corresponding signal 52, controls the power supply 24-1 to the magnetron 4a based on the output control table, and controls the output within a predetermined range.
図6は、マグネトロン4aのアノード電流Ia(mA)―出力電力Pm(kW)相関を示す図である。図に示すように、アノード電流Iaと出力電力Pmはほぼ比例関係にあり、その相関関係は近似式(1)で表すことが出来る。 FIG. 6 is a diagram showing a correlation between the anode current Ia (mA) and the output power Pm (kW) of the magnetron 4a. As shown in the figure, the anode current Ia and the output power Pm are in a substantially proportional relationship, and the correlation can be represented by an approximate expression (1).
Pm(kW)=Ia(mA)×0.0033-0.13 (1)
(但し、Pm≧0)
なお、マグネトロンの定格の相違等を考慮すると、この式(1)は、式(2)と書き換えることが出来る。
Pm(kW)=k・Ia(mA)-b (2)
(但し、Pm≧0)
ここで、kは比例定数、bは定数である。
Pm (kW) = Ia (mA) × 0.0033-0.13 (1)
(However, Pm ≧ 0)
In consideration of the difference between the ratings of the magnetron and the like, this equation (1) can be rewritten as equation (2).
Pm (kW) = k · Ia (mA) -b (2)
(However, Pm ≧ 0)
Here, k is a proportional constant and b is a constant.
従って、アノード電流Iaを監視して電力供給を制御することにより、近似式(1)又は(2)から作成した上記出力制御テーブルに基づき出力電力Pmを算出することができるので、出力電力の変動を所定の範囲内に制御することが出来る。アノード電流Iaのモニターは、所定の周期(例えば、1分ごと)に行われる。 Therefore, by monitoring the anode current Ia and controlling the power supply, the output power Pm can be calculated based on the output control table created from the approximate expression (1) or (2), so that the output power fluctuation Can be controlled within a predetermined range. The monitoring of the anode current Ia is performed at a predetermined cycle (for example, every one minute).
アノード電流対応信号52により出力が所定の範囲内でないと判断されると、ステップS12に進む。ステップS12で、主制御部2bは、調光信号28を電源部2aに送り、電源部からマグネトロン4aへの供給電力24−1を制御して、マグネトロン4aの出力を所定の範囲内にする。アノード電流対応信号52が所定の範囲内の場合、ステップS13に進む。 If it is determined from the anode current corresponding signal 52 that the output is not within the predetermined range, the process proceeds to step S12. In step S12, the main control unit 2b sends the dimming signal 28 to the power supply unit 2a, controls the power supply 24-1 from the power supply unit to the magnetron 4a, and sets the output of the magnetron 4a within a predetermined range. When the anode current corresponding signal 52 is within the predetermined range, the process proceeds to step S13.
ステップ13で、ランプを消灯するか判断される。消灯しない場合は、ステップS11に戻り、安定点灯制御が継続される。
この安定点灯制御手段(ステップS11〜S13)により、マグネトロン4aの出力は、例えば、±5%以下に制御することが出来る。この範囲内の変動は、半導体や液晶パネルの製造工程で使用される樹脂硬化処理用のランプとしても、実用上問題の無いレベルである。
At
By the stable lighting control means (steps S11 to S13), the output of the magnetron 4a can be controlled to, for example, ± 5% or less. Fluctuations within this range are at a level that does not pose any practical problems even for a resin curing lamp used in a semiconductor or liquid crystal panel manufacturing process.
消灯する場合は、ステップ14に進む。ステップ14以降は、消灯段階となる。ステップS14で、ランプはタッチパネル式操作盤を操作することによりスタンバイモードに切り替わる。この時、マグネトロン4aは予熱状態で、冷却ブロワー6の冷却ファンは引き続き稼働している。 When the light is turned off, the process proceeds to step S14. After step 14, the light is turned off. In step S14, the lamp is switched to the standby mode by operating the touch panel type operation panel. At this time, the magnetron 4a is in a preheated state, and the cooling fan of the cooling blower 6 continues to operate.
ステップS15で、スタンバイモードOFFにされる。スタンバイモードOFFにより、マグネトロン4aの予熱は停止され、冷却ブロワー6の冷却ファンは停止される。 In step S15, the standby mode is turned off. By turning off the standby mode, the preheating of the magnetron 4a is stopped, and the cooling fan of the cooling blower 6 is stopped.
ステップS16で、電源ユニット2のタッチパネル式操作盤を操作して、電源OFFにする。
In step S16, the power supply is turned off by operating the touch panel type operation panel of the
(光照射装置の各動作素子の動作タイムチャート及びこれに対応した風量推移及びランプ光量推移)
図4は、上述した動作フローに対応したマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置の各動作素子の動作タイムチャート及びこれに対応した風量推移及びランプ光量推移を示す図である。
図の行毎に、各動作素子の動作タイムチャート夫々説明する。各動作素子に関して、第2列に動作素子として、始動補助光源4c,風量センサ50,温度センサ46〜温度センサ2cが示されている。第3列に、これら動作素子の制御内容が説明されている。第4列にタイムチャートが示されている。タイムチャートは、動作フローで説明した電源ユニットON(S01)、スタンバイモード(S02)、ランプON(S04)、ランプOFF(S13)、スタンバイモード(S15)及び電源ユニットOFF(S16)を使って時系列で説明する。
(Operation time chart of each operation element of the light irradiation device, transition of air flow and lamp light corresponding to this)
FIG. 4 is a diagram showing an operation time chart of each operation element of the light irradiation device equipped with the microwave electrodeless lamp corresponding to the above-described operation flow, and a corresponding air flow transition and lamp light transition.
An operation time chart of each operation element will be described for each row in the drawing. Regarding each operating element, the starting auxiliary light source 4c, the air volume sensor 50, and the temperature sensors 46 to 2c are shown as operating elements in the second column. The third column describes the control of these operating elements. The time chart is shown in the fourth column. The time chart is based on the power supply unit ON (S01), standby mode (S02), lamp ON (S04), lamp OFF (S13), standby mode (S15) and power supply unit OFF (S16) described in the operation flow. It will be described in series.
始動補助光源4cは、スタンバイモード(S02)〜ランプON(S04)の期間充電され、その後、(S07)でランプの始動が確認されるまで、S06でフラッシュ照射を繰り返す。その後、ランプOFF(S13)〜スタンバイモードOFF(S15)の期間は、再び充電される。 The start-up auxiliary light source 4c is charged during the standby mode (S02) to the lamp ON (S04), and then repeats flash irradiation in S06 until the start of the lamp is confirmed in (S07). Thereafter, charging is performed again during a period from lamp OFF (S13) to standby mode OFF (S15).
風量センサ50は、スタンバイモード開始(S02)から所定時間経過後(例えば、Tsec後)〜スタンバイモードOFF(S15)の期間、冷却風量をモニターしている。 The air volume sensor 50 monitors the cooling air volume during a period from a lapse of a predetermined time (for example, after Tsec) from the start of the standby mode (S02) to a standby mode OFF (S15).
温度センサ46は、スタンバイモード開始(S02)〜スタンバイモードOFF(S15)の期間、マグネトロン4aの温度をモニターしている。 The temperature sensor 46 monitors the temperature of the magnetron 4a during a period from the start of the standby mode (S02) to the OFF of the standby mode (S15).
RF漏洩センサ30は、スタンバイモード開始(S02)〜スタンバイモードOFF(S15)の期間、照射ユニット4から外部へ漏洩する電磁波をモニターしている。 The RF leak sensor 30 monitors electromagnetic waves leaking from the irradiation unit 4 to the outside during a period from the start of the standby mode (S02) to the OFF of the standby mode (S15).
冷却ブロア6は、同じ期間(S02〜S15)、稼働している。冷却ブロア6の風量抑制期間は、ランプ冷却風量抑制(S05)〜抑制解除(S10)の期間である。 The cooling blower 6 operates during the same period (S02 to S15). The air flow suppression period of the cooling blower 6 is a period from the lamp cooling air flow suppression (S05) to the suppression release (S10).
電源部2aに関しては、マグネトロン4aの予熱は、スタンバイモード開始(S02)〜ランプON(S04)の期間である。マグネトロン4aの発振は、ランプON(S04)〜ランプ消灯(S13)の期間継続する。安定点灯制御は、マグネトロンの出力判定(S11)〜ランプ消灯(S13)の期間継続する。 Regarding the power supply unit 2a, the preheating of the magnetron 4a is a period from the start of the standby mode (S02) to the lamp ON (S04). The oscillation of the magnetron 4a continues during a period from lamp ON (S04) to lamp extinguishing (S13). The stable lighting control continues during the period from magnetron output determination (S11) to lamp extinguishing (S13).
電源部2の温度センサ2cは、スタンバイモード開始(S02)〜スタンバイモードOFF(S15)の期間、電源部2の温度をモニターしている。
The temperature sensor 2c of the
図4の下側に示すグラフは、これに対応した風量推移及びランプ光量推移を示している。
冷却ブロア6の稼働期間(S02〜S15)の内、風量抑制期間(S05〜S10)は、定格風量の例えば60%運転を行い、その他は100%運転をしている。風量抑制期間の(S05〜S10)における風量推移は、ランプのサイズやランプ内の発光物質の構成等により、ランプ温度が容易に上昇するよう選択され、定格風量の30%〜90%運転を行う。
The graph shown on the lower side of FIG. 4 shows the transition of the air flow and the transition of the lamp light amount corresponding to this.
During the air volume suppression period (S05 to S10) in the operation period (S02 to S15) of the cooling blower 6, the operation is performed at, for example, 60% of the rated air volume, and the others are operated at 100%. The transition of the air flow in the air flow suppression period (S05 to S10) is selected so that the lamp temperature easily rises according to the size of the lamp and the configuration of the luminescent substance in the lamp, and the operation is performed at 30% to 90% of the rated air flow. .
無電極ランプ18の光量は、光量センサ48でモニターされるが、ランプON(S04)で徐々に光量が増加し、所定の閾値(例えば、定格の80%)以上の時点でランプ立ち上がりと判断される(S09)。その後、定格出力を継続し、ランプOFF(S13)で消灯する。
The light amount of the
[本実施形態の利点・効果]
(1) 始動補助手段
ランプ無水銀化によって、ランプの始動性の悪化等の問題点が指摘されていた。これに対し、本実施形態では、始動補助光源として、キセノンランプのパルス照射を採用することにより、始動特性を改善している。
[Advantages and effects of the present embodiment]
(1) Start-up assisting means It has been pointed out that mercury-free lamps have caused problems such as deterioration of lamp startability. On the other hand, in the present embodiment, the starting characteristics are improved by employing pulse irradiation of a xenon lamp as the starting auxiliary light source.
(2) 冷却風抑制手段
ランプ無水銀化によって、ランプ温度が上がり難く照度立ち上がりが遅いこと等の問題点が指摘されていた。これに対し、本実施形態では、特に始動段階に於いて、所定期間、ランプ冷却風を所定の割合で抑制してランプ温度が容易に上昇するようにし、ランプの温度上昇を促進させ、ランプ内の発光物質を蒸発させている。
(2) Cooling air suppression means It has been pointed out that lamp mercury has a problem that lamp temperature hardly rises and illuminance rises slowly. On the other hand, in the present embodiment, particularly in the starting stage, the lamp cooling air is suppressed at a predetermined ratio for a predetermined period so that the lamp temperature easily rises, the temperature rise of the lamp is promoted, and the inside of the lamp is accelerated. The luminescent material is evaporated.
(3) 安定点灯制御手段
従来からの問題点として、電源ユニットの1次側電圧の電圧変動によってランプ出力が変動し、出力精度が悪くなる等の問題点が指摘されていた。これに対し、本実施形態では、特に安定点灯段階に於いて、マグネトロンのアノード電流をモニターして供給電力を制御することにより、ランプを所定の出力精度で安定的な放射を実現している。
(3) Stable lighting control means As a conventional problem, it has been pointed out that the lamp output fluctuates due to the voltage fluctuation of the primary side voltage of the power supply unit, and the output accuracy deteriorates. On the other hand, in the present embodiment, particularly in the stable lighting stage, the lamp is realized with a predetermined output accuracy and stable radiation by monitoring the anode current of the magnetron and controlling the supplied power.
(4) これら始動性制御、冷却風抑制、及び安定点灯制御により、発明が解決しようとする課題の欄で説明した問題点が解決され、無水銀ランプが実現出来る。 (4) The problems described in the section of the problem to be solved by the invention can be solved by these startability control, cooling air suppression, and stable lighting control, and a mercury-free lamp can be realized.
(5) キセノンランプのパルス照射に関し、従来は、高い周波数(例えば、19 Hz)で行われていた。本実施形態では、(例えば6秒に1回))のパルス照射でも、ランプを容易に始動させることが出来た。即ち、パルス照射の回数が、従来は、数十ミリ秒(例えば、53 msec.)に1回の照射が必要であったが、本実施形態では数秒(例えば、6 sec.)に1回の照射で足りている。照射回数を大幅に減少することが出来たため、キセノンランプの寿命が長くなると共に、発振回路も廉価になった。 (5) The pulse irradiation of the xenon lamp has conventionally been performed at a high frequency (for example, 19 Hz). In the present embodiment, the lamp could be easily started even by pulse irradiation (for example, once every 6 seconds). That is, conventionally, the pulse irradiation is performed once every several tens of milliseconds (for example, 53 msec.), But in the present embodiment, once every several seconds (for example, 6 sec.). Irradiation is enough. Since the number of irradiations could be greatly reduced, the life of the xenon lamp was prolonged and the oscillation circuit became inexpensive.
[その他]
以上、本発明に係るマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置の実施形態に関して説明したが、本発明の範囲はこれらの実施形態によって制限されるものではない。当業者であれば容易になし得る実施形態に対する追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
[産業上の利用可能性]
本発明に係るマイクロ波無電極ランプ搭載の光照射装置は、波長315〜400nm(UV−A領域)の紫外線を効率よく照射し、例えば、塗料、樹脂等の硬化処理などに好適に用いることができる。
[Others]
As described above, the embodiments of the light irradiation device equipped with the microwave electrodeless lamp according to the present invention have been described, but the scope of the present invention is not limited by these embodiments. Additions, deletions, changes, improvements, and the like to the embodiments that can be easily made by those skilled in the art are within the scope of the present invention. The technical scope of the present invention is defined by the appended claims.
[Industrial applicability]
The light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp according to the present invention efficiently irradiates ultraviolet light having a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region), and can be suitably used for, for example, curing treatment of paints, resins, and the like. it can.
2:電源ユニット、 2a:電源部、 2b:主制御部、 2c:温度センサ、 4:照射ユニット、 4a:マグネトロン,マイクロ波発振器、 4b:始動補助光源点灯回路、 4c:始動補助光源,補助光源,キセノンランプ、 6:冷却ブロア、 10:光照射装置、 12:筺体、 16:アンテナ、 18:無電極ランプ、 20:反射鏡、 22:マイクロ波空洞、 23:光出射口、 24:電力供給、 28:調光信号、30:RF漏洩センサ、 32:異常検知信号、 34:感知光量対応信号、 36:異常検知信号、 42:異常検知信号、 44:エネルギー供給、 46:温度センサ、 48:光量センサ、 50:風量センサ、 52:アノード電流対応信号、 Ia:アノード電流、 Pm:出力電力 2: power supply unit, 2a: power supply unit, 2b: main control unit, 2c: temperature sensor, 4: irradiation unit, 4a: magnetron, microwave oscillator, 4b: starting auxiliary light source lighting circuit, 4c: starting auxiliary light source, auxiliary light source , Xenon lamp, 6: cooling blower, 10: light irradiation device, 12: housing, 16: antenna, 18: electrodeless lamp, 20: reflecting mirror, 22: microwave cavity, 23: light emitting port, 24: power supply , 28: dimming signal, 30: RF leakage sensor, 32: abnormality detection signal, 34: sensing light amount corresponding signal, 36: abnormality detection signal, 42: abnormality detection signal, 44: energy supply, 46: temperature sensor, 48: Light intensity sensor, 50: air flow sensor, 52: anode current corresponding signal, Ia: anode current, Pm: output power
Claims (5)
キセノンランプを利用した始動補助手段を備え、点灯時に、該キセノンランプは、数秒に1回の割合で前記マイクロ波無電極ランプに対してパルス照射する、光照射装置。 In a light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp having a power supply unit, an irradiation unit having a mercury-free microwave electrodeless lamp, and a cooling air supply mechanism for cooling the microwave electrodeless lamp,
A light irradiator, comprising: a start-up assisting unit using a xenon lamp, wherein the xenon lamp irradiates the microwave electrodeless lamp with a pulse once every several seconds during lighting.
点灯段階の期間、前記冷却空気供給機構から前記照射ユニットに送られる冷却空気の風量を、所定の割合で抑制する冷却風抑制手段を備える、光照射装置。 The light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp according to claim 1,
A light irradiation device comprising: a cooling air suppression unit that suppresses a flow rate of cooling air sent from the cooling air supply mechanism to the irradiation unit at a predetermined rate during a lighting stage.
前記冷却風抑制手段は、冷却ブロアを有し、該冷却ブロアは、稼働期間の内の風量抑制期間は定格風量の30%〜90%運転を行う、光照射装置。 A light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp according to claim 2,
The light irradiation device, wherein the cooling air suppression means has a cooling blower, and the cooling blower performs an operation of 30% to 90% of the rated airflow during the airflow suppression period of the operation period.
て、更に、
前記マイクロ波無電極ランプに対してマイクロ波エネルギーを供給するマグネトロンと、
前記マグネトロンのアノード電流をモニターする手段と、
前記マグネトロンに対する電力供給を制御する手段とを備え、
前記電力供給を制御する手段は、前記アノード電流に基づき、前記マグネトロンに対する電力供給を制御して、前記マイクロ波無電極ランプの出力変動を所定の範囲内に制御している、光照射装置。 The light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
A magnetron for supplying microwave energy to the microwave electrodeless lamp,
Means for monitoring the anode current of the magnetron;
Means for controlling power supply to the magnetron,
The light irradiation device, wherein the means for controlling power supply controls power supply to the magnetron based on the anode current to control output fluctuations of the microwave electrodeless lamp within a predetermined range.
前記マグネトロンに対する電力供給を制御する手段は、前記マグネトロンのアノード電流Iaから次式により出力電力Pmを算出し、算出した出力電力Pmに基づき該マグネトロンに対する電力供給を制御している、光照射装置。
Pm(kW)=k・Ia(mA)−b
ここで、kは比例定数、bは定数である。
A light irradiation device equipped with a microwave electrodeless lamp according to claim 4,
The light irradiation device, wherein the means for controlling power supply to the magnetron calculates output power Pm from the anode current Ia of the magnetron by the following equation, and controls power supply to the magnetron based on the calculated output power Pm .
Pm (kW) = k · Ia (mA) −b
Here, k is a proportional constant and b is a constant.
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