JP6694324B2

JP6694324B2 - 表面処理装置

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Publication number: JP6694324B2
Application number: JP2016098787A
Authority: JP
Inventors: 宮本　誠; 誠宮本
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: JP2017205695A

Description

本発明は、紫外光の照射によって被処理物の表面処理を行う表面処理装置に関する。

特許文献１には、紫外光を発する棒状の光源部と、楕円反射面を有する二つの光反射部とを備える表面処理装置が記載されている。特許文献１に記載の表面処理装置では、光源部が一方の光反射部の焦軸に配置され、被処理物が他方の光反射部の焦軸に配置されることで、被処理物の表面に紫外光が照射される。

特許第５８５１８３７号公報

しかしながら、上述のような表面処理装置では、被処理物の位置が光反射部の焦軸からずれた場合、紫外光が被処理物の表面に均一に照射されず、表面処理の品質が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、被処理物の表面を均一に且つ安定性良く処理することができる表面処理装置を提供することを目的とする。

本発明の表面処理装置は、紫外光を出射する光源部と、光源部との間に、被処理物の表面処理が行われる処理空間を形成する光反射部と、を備え、光源部は、紫外光を発する平面状の発光領域を含む紫外光発生器と、紫外光発生器を収容し、発光領域から発せられた紫外光を通過させる光通過領域を含む筐体と、を有し、光反射部は、処理空間を介して光通過領域と対向する平面状の第１光反射面を有し、処理空間には、処理空間に被処理物が導入される被処理物導入部、及び処理空間から被処理物が導出される被処理物導出部が設けられており、処理空間には、処理空間に酸素含有ガスが導入されるガス導入部、及び処理空間からオゾン含有ガスが導出されるガス導出部が設けられている。

この表面処理装置では、平面状の発光領域から発せられた紫外光を通過させる光通過領域と平面状の第１光反射面とが処理空間を介して互いに対向しているため、紫外光の照射量が処理空間内において均一化される。しかも、処理空間に酸素含有ガスが導入されると共に、処理空間からオゾン含有ガスが導出されるため、表面処理に寄与しつつも、光源部や光反射部を酸化させるオゾン含有ガスの濃度が処理空間内において適切に制御される。よって、この表面処理装置によれば、被処理物の形状、処理空間内での被処理物の位置等によらず、被処理物の表面を均一に且つ安定性良く処理することができる。

本発明の表面処理装置では、光反射部は、光通過領域と第１光反射面とが互いに対向する方向と交差する方向において、互いに対向する一対の第２光反射面を更に有してもよい。この構成によれば、光通過領域と第１光反射面とが互いに対向する方向と交差する方向に進行した紫外光が第２光反射面で反射され、当該紫外光が処理空間内で有効に利用されるため、より確実に被処理物の表面処理を行うことができる。

本発明の表面処理装置では、光反射部は、筐体に固定されていてもよい。この構成によれば、紫外光が処理空間外に漏れることが抑制され、当該紫外光が処理空間内で有効に利用されるため、より確実に被処理物の表面処理を行うことができる。

本発明の表面処理装置では、筐体において光通過領域を包囲する領域は、光反射面であってもよい。この構成によれば、例えば第１光反射面で反射され、光通過領域を包囲する領域の光反射面に入射した紫外光は、再度光通過領域を包囲する領域の光反射面により反射される。このため、紫外光が処理空間内で有効に利用され、より確実に被処理物の表面処理を行うことができる。

本発明の表面処理装置では、ガス導入部は、光通過領域と第１光反射面とが互いに対向する方向と交差する第１方向における処理空間の一端部に設けられており、ガス導出部は、第１方向における処理空間の他端部に設けられており、ガス導入部又はガス導出部は、被処理物導入部及び被処理物導出部の両方として機能してもよい。この構成によれば、装置構成の単純化及び装置サイズの小型化を図ることができる。

本発明の表面処理装置では、被処理物導入部は、光通過領域と第１光反射面とが互いに対向する方向と交差する第１方向における処理空間の一端部に設けられており、被処理物導出部は、第１方向における処理空間の他端部に設けられており、ガス導入部は、光通過領域と第１光反射面とが互いに対向する方向と交差し且つ第１方向と交差する第２方向における処理空間の一端部に設けられており、ガス導出部は、第２方向における処理空間の他端部に設けられていてもよい。この構成によれば、処理空間に酸素含有ガスがより確実に導入されると共に、処理空間からオゾン含有ガスがより確実に導出されるため、表面処理に寄与しつつも、光源部や光反射部を酸化させるオゾン含有ガスの濃度を処理空間内においてより適切に制御することができる。

本発明の表面処理装置では、紫外光発生器は、平板状のエキシマランプであってもよい。この構成によれば、紫外光の照射量がより大きくなるため、より確実に被処理物の表面処理を行うことができる。

本発明によれば、被処理物の表面を均一に且つ安定性良く処理することができる表面処理装置を提供することが可能となる。

第１実施形態の表面処理装置の分解斜視図である。図１の表面処理装置をＺ軸方向から見た図である。第２実施形態の表面処理装置の分解斜視図である。図３の表面処理装置をＺ軸方向から見た図である。第３実施形態の表面処理装置の分解斜視図である。図５の表面処理装置をＹ軸方向から見た図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する部分を省略する。

［第１実施形態］
図１に示されるように、第１実施形態の表面処理装置１Ａは、光源部２と、光反射部３と、を備えている。光源部２は、紫外光を出射する。光反射部３は、光源部２との間に処理空間Ａを形成している。処理空間Ａでは、被処理物Ｓの表面処理が行われる。つまり、表面処理装置１Ａは、紫外光の照射によって被処理物Ｓの表面処理を行う装置である。被処理物Ｓの表面処理としては、例えば、金属や樹脂等の材料からなる被処理物Ｓの表面に対する親水性の付与等が挙げられる。なお、以下の説明では、図１に示される直交座標系のＸ軸に平行な方向をＸ軸方向といい、当該直交座標系のＹ軸に平行な方向をＹ軸方向といい、当該直交座標系のＺ軸に平行な方向をＺ軸方向という。

光源部２は、紫外光発生器４と、筐体５と、複数の支持部材６と、バネ板７１と、背面電極７２と、反射板７３と、を有している。紫外光発生器４は、紫外光発生器４内で発生した紫外光を紫外光発生器４の外部に発する平面状の発光領域４ａを含んでいる。筐体５は、紫外光発生器４を収容している。筐体５は、発光領域４ａから発せられた紫外光を通過させる光通過領域５ａを含んでいる。

筐体５は、第１部分５１及び第２部分５２によって直方体状に構成されている。第１部分５１は、正面壁５１ａ及び一対の側壁５１ｂ，５１ｃによって一体的に構成されている。第２部分５２は、背面壁５２ａ及び一対の側壁５２ｂ，５２ｃによって一体的に構成されている。正面壁５１ａ及び背面壁５２ａは、Ｙ軸方向において互いに対向する位置関係にある。一対の側壁５１ｂ，５１ｃは、Ｚ軸方向において互いに対向する位置関係にある。一対の側壁５２ｂ，５２ｃは、Ｘ軸方向において互いに対向する位置関係にある。第１部分５１及び第２部分５２の材料には、アルミニウム、ステンレス等の金属材料が用いられている。

筐体５の正面壁５１ａには、矩形状の開口が形成されている。筐体５では、当該開口が、紫外光発生器４の発光領域４ａから発せられた紫外光を通過させる光通過領域５ａであって、光源部２の光出射窓部として機能する。つまり、紫外光発生器４の発光領域４ａから発せられた紫外光のうち、光通過領域５ａを通過した光が、光源部２からの出射光となる。筐体５において光通過領域５ａを包囲する領域５ｂ（より具体的には、正面壁５１ａの外面のうち光通過領域５ａを包囲する領域）は、鏡面処理等が施された光反射面である。筐体５の側壁５２ｂのうちＺ軸方向における一方の端部には、吸気孔５ｃが形成されている。筐体５の側壁５２ｃのうちＺ軸方向における他方の端部には、排気孔５ｄが形成されている。

複数の支持部材６は、筐体５の背面壁５２ａの内面に固定されている。一例として、各支持部材６は、矩形状の背面壁５２ａの各角部に位置するように配置されている。複数の支持部材６は、筐体５内において、バネ板７を介して紫外光発生器４を支持している。各支持部材６には、ＺＸ平面（Ｚ軸方向及びＸ軸方向に平行な平面）に平行な方向に紫外光発生器４及びバネ板７が移動するのを規制する凸部６ａが設けられている。各支持部材６の材料には、セラミックス等の絶縁性材料が用いられている。

紫外光発生器４は、平板状のエキシマランプである。紫外光発生器４は、ランプ筐体４１と、正面電極４２と、を有している。

ランプ筐体４１は、矩形板状（Ｘ軸方向およびＺ軸方向に比べて、Ｙ軸方向の厚さが小さい直方体状）に構成されている。ランプ筐体４１は、Ｙ軸方向において互いに対向する平面状の正面４１ａ及び背面４１ｂを有している。正面４１ａは、筐体５の光通過領域５ａ側の面であり、背面４１ｂは、筐体５の光通過領域５ａとは反対側の面である。ランプ筐体４１内には、放電用ガスが封入されている。ランプ筐体４１には、製造時に放電用ガスを封入するために用いられた管状部４１ｃが設けられている。管状部４１ｃの外周面には、トリガ電極（図示省略）が設けられている。ランプ筐体４１の材料には、紫外光に対して透過性を有する誘電体材料（合成石英ガラス、溶融石英ガラス等）が用いられている。放電用ガスには、キセノン等の希ガス、希ガスとハロゲンガスとの混合ガス等が用いられている。

正面電極４２は、ランプ筐体４１の正面４１ａの縁部を除いた略全面に配置されている。正面電極４２は、金属材料によってメッシュ状に形成されており、ランプ筐体４１内で発生した紫外光を透過するように構成されている。正面電極４２の縁部は、筐体５の正面壁５１ａの内面と接触しており、筐体５を介して電気的に接地されている。筐体５の光通過領域５ａからは、正面４１ａのうち、正面電極４２が設けられた領域のみが露出されている。

背面電極７２は、反射板７３を介してランプ筐体４１の背面４１ｂに配置されている。背面電極７２及び反射板７３は、それぞれ、金属材料によって板状に形成されており、反射板７３がランプ筐体４１の背面４１ｂに密着し、背面電極７２が反射板７３に密着している。背面電極７２には、給電部７２ａが設けられている。給電部７２ａは、１ＭＨｚ以上の周波数を有する高周波電圧を供給することができる高周波電源（図示省略）と接続されている。反射板７３はランプ筐体４１内で発生した紫外光のうち、背面４１ｂ側に向かうものを正面４１ａ側に反射することで、ランプ筐体４１内で発生した紫外光を効率よく正面４１ａから出射させることができる。背面電極７２及び反射板７３は、ともに正面電極４２とほぼ同じ大きさであり、且つ、ランプ筐体４１を挟んで正面電極４２と正対するように配置されている。

紫外光発生器４では、高周波電源によって背面電極７２に高周波電圧が印加されると、接地された正面電極４２と高周波電圧が印加された背面電極７２とで挟まれた領域内において、ランプ筐体４１内の放電用ガスが放電発光し、ランプ筐体４１内で紫外光が発生する。ランプ筐体４１内で発生した紫外光は、直接正面４１ａ側に向かったり、板状の反射板７３によって反射される等により、メッシュ状の正面電極４２を透過して紫外光発生器４外に出射される。つまり、紫外光発生器４では、メッシュ状の正面電極４２が配置されたランプ筐体４１の正面４１ａが、紫外光を発する平面状の発光領域４ａとして機能する。そして、紫外光発生器４の発光領域４ａのうち、筐体５の光通過領域５ａから露出した領域からの紫外光が筐体５外に出射される。なお、発光領域４ａのうち、光通過領域５ａから露出した領域は、正面電極４２が設けられた領域のみである。そして、紫外光発生器４では、ランプ筐体４１の正面電極４２が設けられた領域に該当する領域、つまり、正面電極４２と背面電極７２とで挟まれた領域においては、ほぼ均一に放電する。このため、光通過領域５ａから出射される紫外光は、光通過領域５ａから露出した発光領域４ａの全面にわたって、ほぼ均一な発光分布を有する。

バネ板７１は、金属材料によって板状に形成されている。バネ板７１は、筐体５の正面壁５１ａの内面に対して紫外光発生器４を付勢している。これにより、背面電極７２と反射板７３との接触、反射板７３とランプ筐体４１の背面４１ｂとの接触、ランプ筐体４１の正面４１ａと正面電極４２との接触、及び正面電極４２と正面壁５１ａの内面との接触が確実化されている。

図１及び図２に示されるように、光反射部３は、第１光反射部３１、一対の第２光反射部３２及び一対の固定部３３によって一体的に構成されている。第１光反射部３１は、Ｙ軸方向において、処理空間Ａを介して筐体５の光通過領域５ａ（及び紫外光発生器４の発光領域４ａ）と対向している。一対の第２光反射部３２は、Ｘ軸方向における第１光反射部３１の両端部のそれぞれから光源部２側に延在している。一対の固定部３３は、各第２光反射部３２における第１光反射部３１とは反対側の端部から外側に（すなわち、互いに離間するように）延在している。光反射部３は、一対の固定部３３が筐体５の正面壁５１ａの外面にネジ止め等によって固定されることで、筐体５に固定されている。光反射部３としては、アルミニウム、ステンレス等の金属材料によって形成された平板状の部材が用いられている。

第１光反射部３１における処理空間Ａ側の面は、鏡面処理等が施された第１光反射面３１ａである。つまり、光反射部３は、Ｙ軸方向において、処理空間Ａを介して、筐体５の光通過領域５ａ（及び紫外光発生器４の発光領域４ａ）と対向する第１光反射面３１ａを有している。各第２光反射部３２における処理空間Ａ側の面は、鏡面処理等が施された第２光反射面３２ａである。つまり、光反射部３は、Ｘ軸方向（光通過領域５ａ及び発光領域４ａと、第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差する方向）において、処理空間Ａを介して互いに対向する一対の第２光反射面３２ａを有している。そして、第１光反射面３１ａ及び一対の第２光反射面３２ａのそれぞれは、平面状であるため、第１光反射面３１ａ及び一対の第２光反射面３２ａにより反射された反射光は、特定の強度分布が与えられることなく、入射光に応じた反射光分布を有する。

処理空間Ａには、被処理物導入部１１及び被処理物導出部１２、並びにガス導入部１３及びガス導出部１４が設けられている。処理空間Ａには、被処理物導入部１１を介して被処理物Ｓが導入される。一方、処理空間Ａからは、被処理物導出部１２を介して被処理物Ｓが導出される。また、処理空間Ａには、ガス導入部１３を介して酸素含有ガスが導入される。一方、処理空間Ａからは、ガス導出部１４を介してオゾン含有ガスが導出される。酸素含有ガスは、酸素を含む気体であり、例えば空気である。オゾン含有ガスは、処理空間Ａにおいて酸素含有ガスに紫外光が照射されることで生成されたオゾンを含む気体である。

ガス導入部１３は、Ｚ軸方向（光通過領域５ａ及び発光領域４ａと、第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差する第１方向）における処理空間Ａの一端部に設けられている。より具体的には、ガス導入部１３は、光反射部３の第１光反射部３１及び一対の第２光反射部３２、並びに筐体５の正面壁５１ａによって、Ｚ軸方向における処理空間Ａの一端部に画定されている。ガス導出部１４は、Ｚ軸方向における処理空間Ａの他端部に設けられている。より具体的には、ガス導出部１４は、光反射部３の第１光反射部３１及び一対の第２光反射部３２、並びに筐体５の正面壁５１ａによって、Ｚ軸方向における処理空間Ａの他端部に画定されている。表面処理装置１Ａでは、ガス導入部１３が、被処理物導入部１１及び被処理物導出部１２の両方として機能する。

図１に示されるように、表面処理装置１Ａの外側においてガス導入部１３（すなわち、被処理物導入部１１及び被処理物導出部１２）と対向する位置には、被処理物移動機構１００が配置されている。被処理物移動機構１００は、金属や樹脂からなるノズル状の被処理物Ｓの端部を把持し、ガス導入部１３（すなわち、被処理物導入部１１及び被処理物導出部１２）を介して、処理空間Ａに対して被処理物Ｓを導入出させる。

表面処理装置１Ａの外側においてガス導出部１４及び排気孔５ｄの近傍には、排ガス処理装置２００が配置されている。排ガス処理装置２００は、ダクト２１０からオゾン含有ガスを吸引し、当該オゾン含有ガスを処理する。

以上のように構成された表面処理装置１Ａでは、以下のように、紫外光の照射によって被処理物Ｓの表面処理が行われる。まず、排ガス処理装置２００が駆動され、吸引動作が開始される。排ガス処理装置２００が駆動されると、ダクト２１０の近傍の空気はダクト２１０を介して排ガス処理装置２００によって吸引される。この吸引動作によって、処理空間Ａ内の気体がガス導出部１４を介して外部に導出される。これと共に、表面処理装置１Ａの外部の新しい酸素含有ガスがガス導入部１３を介して処理空間Ａに導入される。つまり、排ガス処理装置２００が駆動されているときは、処理空間Ａにおいて、ガス導入部１３からガス導出部１４へのガス流が形成される。また、排ガス処理装置２００の吸引動作によって、筐体５内の気体が排気孔５ｄを介して外部に導出されると共に、表面処理装置１Ａの外部の新しい酸素含有ガスが吸気孔５ｃを介して筐体５内に導入される。

続いて、紫外光発生器４が駆動される。具体的には、給電部７２ａを介して背面電極７２に高周波電圧が印加される。背面電極７２に高周波電圧が印加されると、接地された正面電極４２と背面電極７２との間に位置するランプ筐体４１内の放電用ガスが発光し、ランプ筐体４１から紫外光が発せられる。ランプ筐体４１から発せられた紫外光は、板状の反射板７３によって反射される等して、メッシュ状の正面電極４２を介して紫外光発生器４外に出射される。そして、正面電極４２を介して出射された紫外光は、筐体５の光通過領域５ａを介して筐体５外に出射される。

少なくとも紫外光の出射中は、排ガス処理装置２００は駆動されている。そして、排ガス処理装置２００の吸引動作によって、ガス導入部１３を介して処理空間Ａに酸素含有ガスが導入されつつ、ガス導出部１４を介して処理空間Ａからオゾン含有ガスが導出される。一方、筐体５内においても、吸気孔５ｃを介して酸素含有ガスが導入されつつ、排気孔５ｄからオゾン含有ガスが導出される。そして、処理空間Ａ及び筐体５から導出されたオゾン含有ガスは、排ガス処理装置２００によって吸引されて処理される。

続いて、被処理物Ｓが処理空間Ａに導入される。具体的には、被処理物Ｓは被処理物移動機構１００によって、被処理物導入部１１（すなわち、ガス導入部１３）を介して、処理空間Ａに導入される。

処理空間Ａにおいて、光通過領域５ａを介して出射された紫外光は、被処理物Ｓに照射される。また、光通過領域５ａを介して出射された紫外光は、第１光反射面３１ａ及び一対の第２光反射面３２ａによって反射される。そして、第１光反射面３１ａ及び一対の第２光反射面３２ａによって反射された紫外光は、再び領域５ｂによって反射される。これら、第１光反射面３１ａ、一対の第２光反射面３２ａ及び領域５ｂによって反射された紫外光も被処理物Ｓに照射される。これにより、被処理物Ｓの表面において結合手からＨが切断される。

一方で、処理空間Ａに導入された酸素含有ガスにも紫外光が照射される。酸素含有ガスが紫外光に照射されると、酸素含有ガス中の酸素からオゾン及び活性化酸素が生成される。なお、紫外光発生器４からの紫外光の一部は筐体５内にも放出されるため、筐体５内においても酸素含有ガス中の酸素からオゾン及び活性化酸素が生成される。そして、オゾン及び活性化酸素は、被処理物Ｓの表面においてＨが切断された結合手と化学反応し、親水性の高い官能基（−ＯＨ、−ＣＯＯＨ等）が形成される。表面処理が終了した被処理物Ｓは、被処理物移動機構１００によって、被処理物導出部１２（すなわち、ガス導入部１３）を介して処理空間Ａから導出される。そして、複数の被処理物Ｓに表面処理を行う場合には、被処理物移動機構１００によって新たな被処理物Ｓを被処理物導入部１１を介して、処理空間Ａに導入し、同様の表面処理を行うことを繰り返す。その際、紫外光発生器４は、連続的に駆動されてもよいし、表面処理時のみ駆動されても良い。

被処理物Ｓの表面処理が終了すると、給電部７２ａに対する高周波電圧の印加が停止され、紫外光発生器４による紫外光の発生が終了される。その後、排ガス処理装置２００による吸引動作が終了される。

以上説明したように、第１実施形態の表面処理装置１Ａでは、平面状の発光領域４ａから発せられたほぼ均一な発光分布を有する紫外光を通過させる光通過領域５ａと、入射された紫外光を特定の強度分布を持たず、入射光に応じた反射光分布を有する反射光として反射する平面状の第１光反射面３１ａとが処理空間Ａを介して互いに対向しているため、紫外光の照射量が処理空間Ａ内において均一化される。しかも、処理空間Ａに酸素含有ガスが導入されると共に、処理空間Ａからオゾン含有ガスが導出されるため、表面処理に寄与しつつも、光源部２や光反射部３を酸化させるオゾン含有ガスの濃度が処理空間Ａ内において適切に制御される。よって、この表面処理装置１Ａによれば、被処理物Ｓの形状、処理空間Ａ内での被処理物Ｓの位置等によらず、被処理物Ｓの表面を均一に且つ安定性良く処理することができる。

また、表面処理装置１Ａでは、光反射部３は、光通過領域５ａと第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差する方向において、互いに対向する一対の第２光反射面３２ａを更に有している。この構成によれば、発光領域４ａと第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差する方向に進行した紫外光が第２光反射面３２ａで反射され、当該紫外光が処理空間Ａ内で有効に利用されるため、より確実に被処理物Ｓの表面処理を行うことができる。

また、表面処理装置１Ａでは、光反射部３は、筐体５に固定されている。この構成によれば、紫外光が処理空間Ａ外に漏れることが抑制され、当該紫外光が処理空間Ａ内で有効に利用されるため、より確実に被処理物Ｓの表面処理を行うことができる。

また、表面処理装置１Ａでは、筐体５において光通過領域５ａを包囲する領域５ｂは、光反射面である。この構成によれば、例えば第１光反射面３１ａで反射され、光通過領域５ａを包囲する領域５ｂの光反射面に入射した紫外光は、再度光通過領域５ａを包囲する領域５ｂの光反射面により反射される。このため、紫外光が処理空間Ａ内で有効に利用され、より確実に被処理物Ｓの表面処理を行うことができる。

また、表面処理装置１Ａでは、ガス導入部１３は、光通過領域５ａと第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差する第１方向における処理空間Ａの一端部に設けられており、ガス導出部１４は、第１方向における処理空間Ａの他端部に設けられており、ガス導入部１３又はガス導出部１４は、被処理物導入部１１及び被処理物導出部１２の両方として機能する。この構成によれば、装置構成の単純化及び装置サイズの小型化を図ることができる。

また、表面処理装置１Ａでは、紫外光発生器４は、平板状のエキシマランプである。この構成によれば、紫外光の照射量がより大きくなるため、より確実に被処理物Ｓの表面処理を行うことができる。

また、表面処理装置１Ａでは、処理空間Ａにおいてはガス導入部１３及びガス導出部１４が設けられており、筐体５においては吸気孔５ｃ及び排気孔５ｄが設けられている。この構成によれば、処理空間Ａ内及び筐体５内においてオゾン含有ガスの除去経路が形成され、オゾン含有ガスが円滑に外部に排出されるため、オゾン含有ガスによる光源部２や光反射部３の酸化を抑制することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態の表面処理装置１Ｂは、カバー８を更に備える点で、第１実施形態の表面処理装置１Ａと主に相違している。

図３及び図４に示されるように、カバー８は、主壁８１及び複数の側壁８２，８３，８４によって一体的に構成されている。主壁８１は、Ｙ軸方向において、光反射部３を介して筐体５の正面壁５１ａと対向している。各側壁８２，８３，８４は、主壁８１の端部から正面壁５１ａ側に延在している。カバー８は、光反射部３を覆った状態で、筐体５に固定されている。カバー８のうちＺ軸方向における一方の端部には、開口８ａが形成されている。カバー８のうちＺ軸方向における他方の端部には、排気孔８ｂが形成されている。カバー８としては、アルミニウム、ステンレス等の平板状の金属材料が用いられている。

排ガス処理装置２００は、ダクト２１０に接続された吸引管２２０，２３０を更に有している。吸引管２２０の先端部は、カバー８の排気孔８ｂの近傍に配置されている。吸引管２３０の先端部は、筐体５の排気孔５ｄの近傍に配置されている。

以上のように構成された表面処理装置１Ｂでは、以下のように、紫外光の照射によって被処理物Ｓの表面処理が行われる。まず、排ガス処理装置２００が駆動され、吸引動作が開始される。排ガス処理装置２００が駆動されると、吸引管２２０及び吸引管２３０の先端部の近傍の空気は吸引管２２０、吸引管２３０及びダクト２１０を介して排ガス処理装置２００によって吸引される。この吸引動作によって、処理空間Ａ内の気体がガス導出部１４及び排気孔８ｂを介して外部に導出される。これと共に、表面処理装置１Ａの外部の新しい酸素含有ガスがガス導入部１３及び開口８ａを介して処理空間Ａに導入される。つまり、排ガス処理装置２００が駆動されているときは、処理空間Ａにおいて、ガス導入部１３及び開口８ａからガス導出部１４及び排気孔８ｂへのガス流が形成される。また、排ガス処理装置２００の吸引動作によって、筐体５内の気体が排気孔５ｄを介して外部に導出されると共に、表面処理装置１Ａの外部の新しい酸素含有ガスが吸気孔５ｃを介して筐体５内に導入される。

少なくとも紫外光の出射中は、排ガス処理装置２００は駆動されている。そして、排ガス処理装置２００の吸引動作によって、ガス導入部１３及び開口８ａを介して処理空間Ａに酸素含有ガスが導入されつつ、ガス導出部１４及び排気孔８ｂを介して処理空間Ａからオゾン含有ガスが導出される。このとき、吸気孔５ｃを介して筐体５に酸素含有ガスが導入されつつ、排気孔５ｄからオゾン含有ガスが導出される。そして、処理空間Ａ及び筐体５から導出されたオゾン含有ガスは、排ガス処理装置２００によって吸引されて処理される。

続いて、被処理物Ｓが処理空間Ａに導入される。具体的には、被処理物Ｓは被処理物移動機構１００によって、被処理物導入部１１（すなわち、ガス導入部１３）及び開口８ａを介して、処理空間Ａに導入される。

一方で、処理空間Ａに導入された酸素含有ガスにも紫外光が照射される。酸素含有ガスが紫外光に照射されると、酸素含有ガス中の酸素からオゾン及び活性化酸素が生成される。なお、紫外光発生器４からの紫外光の一部は筐体５内にも放出されるため、筐体５内においても酸素含有ガス中の酸素からオゾン及び活性化酸素が生成される。そして、オゾン及び活性化酸素は、被処理物Ｓの表面においてＨが切断された結合手と化学反応し、親水性の高い官能基（−ＯＨ、−ＣＯＯＨ等）が形成される。表面処理が終了した被処理物Ｓは、被処理物移動機構１００によって、被処理物導出部１２（すなわち、ガス導入部１３）及び開口８ａを介して処理空間Ａから導出される。そして、複数の被処理物Ｓに表面処理を行う場合には、被処理物移動機構１００によって新たな被処理物Ｓを被処理物導入部１１及び開口８ａを介して、処理空間Ａに導入し、同様の表面処理を行うことを繰り返す。その際、紫外光発生器４は、連続的に駆動されてもよいし、表面処理時のみ駆動されても良い。

以上説明したように、第２実施形態の表面処理装置１Ｂによれば、上述した第１実施形態の表面処理装置１Ａと同様に、被処理物Ｓの表面を均一に処理することができる。

また、表面処理装置１Ｂでは、カバー８は光反射部３を覆った状態で筐体５に固定されている。また、カバー８のうちＺ軸方向における両端部には開口８ａ及び排気孔８ｂが形成されている。そして、吸引管２２０及び吸引管２３０の先端部は排気孔８ｂ及び排気孔５ｄの近傍に配置されている。この構成によれば、光反射部３を外部から保護すると共に、処理空間Ａ及び筐体５内において生成されたオゾン含有ガスが処理空間Ａ及び筐体５から外部に漏れることをより確実に抑制することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態の表面処理装置１Ｃは、被処理物導入部１１、被処理物導出部１２、ガス導入部１３及びガス導出部１４のそれぞれが別々に設けられている点で、第１実施形態の表面処理装置１Ａと主に相違している。

図５及び図６に示されるように、表面処理装置１Ｃでは、紫外光発生器４の発光領域４ａがＸＹ平面（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な平面）に平行となるように、光源部２が配置されている。光反射部３は、平板状に形成されており、複数の支持部材１５によって筐体５の正面壁５１ａの外面上に支持されている。一例として、各支持部材１５は、矩形状の正面壁５１ａの各角部に位置するように配置されている。光反射部３における処理空間Ａ側の面は、鏡面処理等が施された第１光反射面３１ａである。つまり、光反射部３は、Ｚ軸方向において、処理空間Ａを介して紫外光発生器４の発光領域４ａと対向する第１光反射面３１ａを有する。

被処理物導入部１１は、Ｙ軸方向（光通過領域５ａ及び発光領域４ａと、第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差する第１方向）における処理空間Ａの一端部に設けられている。より具体的には、被処理物導入部１１は、光反射部３、筐体５の正面壁５１ａ及び一対の支持部材１５によって、Ｙ軸方向における処理空間Ａの一端部に画定されている。被処理物導出部１２は、Ｙ軸方向における処理空間Ａの他端部に設けられている。より具体的には、被処理物導出部１２は、光反射部３、筐体５の正面壁５１ａ及び一対の支持部材１５によって、Ｙ軸方向における処理空間Ａの他端部に画定されている。

ガス導入部１３は、Ｘ軸方向（光通過領域５ａ及び発光領域４ａと、第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差し且つ第１方向と交差する第２方向）における処理空間Ａの一端部に設けられている。より具体的には、ガス導入部１３は、光反射部３、筐体５の正面壁５１ａ及び一対の支持部材１５によって、Ｘ軸方向における処理空間Ａの一端部に画定されている。ガス導出部１４は、Ｘ軸方向における処理空間Ａの他端部に設けられている。より具体的には、ガス導出部１４は、光反射部３、筐体５の正面壁５１ａ及び一対の支持部材１５によって、Ｘ軸方向における処理空間Ａの他端部に画定されている。

被処理物Ｓは、例えば、樹脂等の材料からなる糸状の部材であり、被処理物送り機構３００によって処理空間Ａに対して送られる。より具体的には、被処理物送り機構３００は、第１ローラ３１０と、第２ローラ３２０と、を有している。第１ローラ３１０は、被処理物導入部１１の近傍に配置されている。第２ローラ３２０は、被処理物導出部１２の近傍に配置されている。第１ローラ３１０及び第２ローラ３２０は、Ｙ軸方向において、処理空間Ａを介して互いに対向している。第１ローラ３１０から送り出された糸状の被処理物Ｓは、処理空間Ａを通過し、第２ローラ３２０に巻き取られる。

表面処理装置１Ｃ及び被処理物送り機構３００は、筐体４００内に配置されている。筐体４００のうちガス導入部１３及び筐体５の吸気孔５ｃの近傍の部分には、吸気孔４００ａが形成されている。筐体４００のうちガス導出部１４及び筐体５の排気孔５ｄの近傍の部分には、排気孔４００ｂが形成されている。排ガス処理装置２００のダクト２１０は、筐体４００の排気孔４００ｂの近傍に配置されている。

以上のように構成された表面処理装置１Ｃでは、以下のように、紫外光の照射によって被処理物Ｓの表面処理が行われる。まず、排ガス処理装置２００が駆動され、吸引動作が開始される。排ガス処理装置２００が駆動されると、ダクト２１０の近傍の空気はダクト２１０を介して排ガス処理装置２００によって吸引される。この吸引動作によって、処理空間Ａ内の気体がガス導出部１４及び排気孔４００ｂを介して外部に導出される。これと共に、表面処理装置１Ａの外部の新しい酸素含有ガスが吸気孔４００ａ及びガス導入部１３を介して処理空間Ａに導入される。つまり、排ガス処理装置２００が駆動されているときは、処理空間Ａにおいて、吸気孔４００ａ及びガス導入部１３からガス導出部１４及び排気孔４００ｂへのガス流が形成される。また、排ガス処理装置２００の吸引動作によって、筐体５内の気体が排気孔５ｄ及び排気孔４００ｂを介して外部に導出されると共に、表面処理装置１Ｃの外部の新しい酸素含有ガスが吸気孔４００ａ及び吸気孔５ｃを介して筐体５内に導入される。

少なくとも紫外光の出射中は、排ガス処理装置２００は駆動されている。そして、排ガス処理装置２００の吸引動作によって、吸気孔４００ａ及びガス導入部１３を介して処理空間Ａに酸素含有ガスが導入されつつ、ガス導出部１４及び排気孔４００ｂを介して処理空間Ａからオゾン含有ガスが導出される。このとき、吸気孔４００ａ及び吸気孔５ｃを介して筐体５に酸素含有ガスが導入されつつ、排気孔５ｄ及び排気孔４００ｂからオゾン含有ガスが導出される。そして、処理空間Ａ及び筐体５から導出されたオゾン含有ガスは、排ガス処理装置２００によって吸引されて処理される。

続いて、被処理物Ｓが処理空間Ａに対して導入出される。具体的には、被処理物Ｓは第１ローラ３１０によって、被処理物導入部１１を介して、処理空間Ａに導入される。これと同時に、被処理物Ｓは第２ローラ３２０によって、被処理物導出部１２を介して、処理空間Ａから導出される。つまり、被処理物Ｓは第１ローラ３１０及び第２ローラ３２０によって、処理空間Ａに対して連続的に導入出される。

処理空間Ａにおいて、光通過領域５ａを介して出射された紫外光は、被処理物Ｓに照射される。また、光通過領域５ａを介して出射された紫外光は、第１光反射面３１ａによって反射される。そして、第１光反射面３１ａによって反射された紫外光は、再び領域５ｂによって反射される。これら、第１光反射面３１ａ及び領域５ｂによって反射された紫外光も被処理物Ｓに照射される。これにより、被処理物Ｓの表面において結合手からＨが切断される。

一方で、処理空間Ａに導入された酸素含有ガスにも紫外光が照射される。酸素含有ガスが紫外光に照射されると、酸素含有ガス中の酸素からオゾン及び活性化酸素が生成される。なお、紫外光発生器４からの紫外光の一部は筐体５内にも放出されるため、筐体５内においても酸素含有ガス中の酸素からオゾン及び活性化酸素が生成される。そして、オゾン及び活性化酸素は、被処理物Ｓの表面においてＨが切断された結合手と化学反応し、親水性の高い官能基（−ＯＨ、−ＣＯＯＨ等）が形成される。

被処理物Ｓの表面処理が終了すると、給電部７２ａに対する高周波電圧の印加が停止され、紫外光発生器４による紫外光の発生が終了される。紫外光発生器４による紫外光の発生が終了されると、第１ローラ３１０及び第２ローラ３２０による被処理物Ｓの導入出が終了される。その後、排ガス処理装置２００による吸引動作が終了される。

以上説明したように、第３実施形態の表面処理装置１Ｃによれば、上述した第１実施形態の表面処理装置１Ａと同様に、被処理物Ｓの表面を均一に処理することができる。

また、表面処理装置１Ｃでは、被処理物導入部１１は、光通過領域５ａと第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差する第１方向における処理空間Ａの一端部に設けられており、被処理物導出部１２は、第１方向における処理空間Ａの他端部に設けられており、ガス導入部１３は、光通過領域５ａと第１光反射面３１ａとが互いに対向する方向と交差し且つ第１方向と交差する第２方向における処理空間Ａの一端部に設けられており、ガス導出部１４は、第２方向における処理空間Ａの他端部に設けられている。この構成によれば、処理空間Ａに酸素含有ガスがより確実に導入されると共に、処理空間Ａからオゾン含有ガスがより確実に導出されるため、表面処理に寄与しつつも、光源部２や光反射部３を酸化させるオゾン含有ガスの濃度を処理空間Ａ内においてより適切に制御することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

各実施形態において、発光領域４ａと光通過領域５ａとが直接対面する例を示したが、直接対面することなく、ミラー等の光学部材を介して、紫外光を伝達してもよい。また、紫外光発生器４が反射板７３を有する例を示したが、紫外光発生器４はこれに限定されない。反射板７３ではなく、ランプ筐体４１の背面４１ｂに金属をコーティングすることで光反射面が形成されてもよいし、背面電極７２のランプ筐体４１に対向する面に鏡面処理が施されていてもよい。

また、各実施形態において、正面電極４２はメッシュ状の電極である例を示したが、正面電極４２はこれに限定されない。正面電極４２を紫外光に対して透明の材料にすることによって、紫外光を透過することができるようにしてもよい。この際、正面電極４２はメッシュ状でなくてもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態において、ガス導入部１３が被処理物導入部１１及び被処理物導出部１２の両方として機能する例を示したが、被処理物導入部１１及び被処理物導出部１２、並びにガス導入部１３及びガス導出部１４の構成は、これに限定されない。ガス導出部１４が、被処理物導入部１１及び被処理物導出部１２の両方として機能してもよい。なお、この際、被処理物移動機構１００は、ガス導出部１４に対向して配置される。

また、被処理物Ｓは、ノズル状又は糸状である例を示したが、被処理物Ｓの形状はこれに限定されない。被処理物Ｓは、フィルム状のものであってもよい。

また、表面処理装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、カテール、注射針、ハサミ、クーパー、メス等の医療器具の表面改質や殺菌に用いられてもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…表面処理装置、２…光源部、３…光反射部、３１ａ…第１光反射面、３２ａ…第２光反射面、Ａ…処理空間、４…紫外光発生器、５…筐体、５ａ…光通過領域、１１…被処理物導入部、１２…被処理物導出部、１３…ガス導入部、１４…ガス導出部。

Claims

紫外光を出射する光源部と、
前記光源部との間に、被処理物の表面処理が行われる処理空間を形成する光反射部と、を備え、
前記光源部は、前記紫外光を発する平面状の発光領域を含む紫外光発生器と、前記紫外光発生器を収容し、前記発光領域から発せられた前記紫外光を通過させる光通過領域が形成された筐体と、を有し、
前記光反射部は、前記処理空間を介して前記光通過領域と対向する平面状の第１光反射面を有し、
前記処理空間には、前記処理空間に前記被処理物が導入される被処理物導入部、及び前記処理空間から前記被処理物が導出される被処理物導出部が設けられており、
前記処理空間には、前記処理空間に酸素含有ガスが導入されるガス導入部、及び前記処理空間からオゾン含有ガスが導出されるガス導出部が設けられ、
前記光反射部は、前記筐体に固定されている、表面処理装置。
前記光反射部は、前記光通過領域と前記第１光反射面とが互いに対向する方向と交差する方向において、互いに対向する一対の第２光反射面を更に有する、請求項１に記載の表面処理装置。
前記筐体において前記光通過領域を包囲する領域は、光反射面である、請求項１又は２に記載の表面処理装置。
前記ガス導入部は、前記光通過領域と前記第１光反射面とが互いに対向する方向と交差する第１方向における前記処理空間の一端部に設けられており、
前記ガス導出部は、前記第１方向における前記処理空間の他端部に設けられており、
前記ガス導入部又は前記ガス導出部は、前記被処理物導入部及び前記被処理物導出部の両方として機能する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面処理装置。
前記被処理物導入部は、前記光通過領域と前記第１光反射面とが互いに対向する方向と交差する第１方向における前記処理空間の一端部に設けられており、
前記被処理物導出部は、前記第１方向における前記処理空間の他端部に設けられており、
前記ガス導入部は、前記光通過領域と前記第１光反射面とが互いに対向する方向と交差し且つ前記第１方向と交差する第２方向における前記処理空間の一端部に設けられており、
前記ガス導出部は、前記第２方向における前記処理空間の他端部に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面処理装置。
前記紫外光発生器は、平板状のエキシマランプである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の表面処理装置。