KR100885102B1 - 자외광 조사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Ф5㎜ 이하의 미소한 화이버의 광입사 개구부에, 자외선 경화에 적합한 300∼400㎚의 자외광을 효율적으로 집광하고 또한 300㎚ 미만의 유해 파장의 자외선을 커트하기 위한 커트 필터를 사용하지 않고, 대상물에 300∼400㎚의 자외광을 효율적으로 조사하는 자외광 조사 장치를 제공하는 것이다.

석영 글래스로 이루어지는 방전 용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전 용기에 0.08∼0.30㎎/㎣의 수은과, 희가스와, 할로겐을 봉입하며, 전극간 거리가 0.5∼1.8㎜이고, 300∼400㎚의 자외광을 효율적으로 조사하는 고압 수은 램프와, 상기 고압 수은 램프로부터의 광을 집광하는 집광 수단을 갖고, 상기 집광 수단에 의해 Ф5㎜ 이하의 영역에 300∼400㎚의 자외광을 집광하여 피조사물에 조사하는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치로 한다.

Description

자외광 조사 장치{ULTRAVIOLET IRRADIATION APPARATUS}

도 1은 본 발명의 자외선 조사 장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 장치에 적용되는 고압 수은 램프의 개략도이다.

도 3은 수은 봉입량을 바꾸었을 때의 고압 수은 램프의 광의 발생 효율을 도시한다.

도 4는 300∼400㎚의 출력의 Ф5㎜의 조사 영역으로의 집광 효율을 도시한다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고압 수은 램프 2 : 타원 반사경

3 : 평면 반사경 10 : 방전 용기

11 : 봉지부 15 : 전극

16 : 전극 17 : 금속박

20 : 램프체 22 : 광 가이드

22A : 입사단부 30 : 구금(口金)

본 발명은 쇼트 아크형의 고압 수은 램프로부터 방사되는 자외광을 집광하여 피처리물에 조사하는 자외광 조사 장치에 관한 것이다.

광조사 장치로부터 방사되는 광을 피처리물인 접착제, 도료, 잉크, 레지스트 등에 조사하여 경화시키거나 건조시키는 것이, 예컨대 일본국 특개평 01-250907호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 행해지고 있다. 그리고, 광조사 처리가 광디스크용의 픽업렌즈의 접착이나, 전자 부품의 기판으로의 접착의 경우 등에는, 미소 영역에 광을 조사할 필요가 있고, 이 경우에는, 구체적으로는, 광조사 장치의 광출사부에 도광 화이버를 부착하여, 광원 램프의 광을 Ф5㎜ 이하의 미소한 도광 화이버의 광입사 개구부에 집광시켜 조사 대상이 되는 미소 영역에 조사한다.

종래, 해당 용도의 광원 램프로서는 일본국 특개평 01-250907호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 고압 수은 램프나 일본국 특공평 06-92442호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 크세논 수은 램프가 사용되고 있다. 이들 램프는 주로 365㎚을 주체로 한 수은의 휘선(輝線)을 이용하는 쇼트 아크 방전 램프로서 개발되어 다용되고 있다.

그러나, 예컨대, 2장의 수지 재료를 그 사이에 끼운 자외선 경화 접착제를 경화함으로써 접합한다는 용도에 대해서는, 이들 방전 램프가 방사하는 300㎚ 미만의 파장의 자외선에 의해서, 수지 재료의 표면에서 수지가 자외선 열화를 일으키는 경우가 있다. 또한, 액정용 글래스 기판의 접합 공정에 있어서, 미소한 면적에 자외광을 조사하여 글래스 기판을 임시 고정하는 공정이 있는 경우가 있다. 그 때 에, 그 글래스 재질이 투명한 붕규산 글래스이고, 300㎚ 미만의 원자외광을 흡수하여 온도가 상승되어 변형된다고 한다. 그 때문에, 이들 용도에서는 300㎚ 미만의 파장의 자외선을 피조사물에 조사하지 않도록, 300㎚ 미만의 파장의 자외선을 커트하는 커트 필터를 더불어 사용하고 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 Ф5㎜ 이하의 미소한 화이버의 광입사 개구부에 자외선 경화에 적합한 300∼400㎚의 자외광을 효율적으로 집광하고, 또한 300㎚ 미만의 유해 파장의 자외선을 커트하기 위한 커트 필터를 사용하지 않고, 자외선 경화하는 피조사물에 300∼400㎚의 자외광을 효율적으로 조사하는 자외광 조사 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재된 발명은, 석영 글래스로 이루어지는 방전 용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전 용기에 0.08∼0.30㎎/㎣의 수은과, 희가스와, 할로겐을 봉입하며, 전극간 거리가 0.5∼1.8㎜이고, 300∼400㎚의 자외광을 효율적으로 조사하는 고압 수은 램프와, 상기 고압 수은 램프로부터의 광을 집광하는 집광 수단을 갖고, 상기 집광 수단에 의해 Ф5㎜ 이하의 영역에 300∼400㎚의 자외광을 집광하여 피조사물에 조사하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 고압 수은 램프의 수은량은 0.13∼0.30㎎/㎣인 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 자외선 조사 장치로 하는 것이다.

그리고, 청구항 3에 기재된 발명은, 상기 고압 수은 램프는 할로겐량을 2 × 10^-4∼7 × 10^-3μ㏖/㎣ 봉입한 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 청구항 2 중 어느 하나에 기재된 자외광 조사 장치로 하는 것이다.

미소한 면적에 자외광을 조사하는 방전 램프로서는, 전술과 같이 주로 365㎚을 주체로 한 수은의 휘선을 이용하는 쇼트 아크형 방전 램프가 사용되고 있다. 이들 방전 램프의 수은 봉입 밀도는 수십㎎/㎤ 정도이지만, 수은 밀도를 높여가면 방사 스펙트럼은 휘선이 저하되어 그 주위의 연속 성분이 수은 밀도 상승에 따라 높아지는 것이 알려져 있다.

한편, 방전 램프에 있어서, 방사되는 광을 집광하여 이용하는 경우에는 광원자신의 크기를 작게 하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 수은 밀도를 일정하게 한 채로 단순히 극간(極間) 거리를 짧게 함으로써 광원을 소형화하면, 램프 전압이 얻어지지 않기 때문에 전기 입력의 광으로의 변환 효율이 저하하는 것이 알려져 있다.

일반적으로 화이버 광학계에 있어서는, Ф5㎜ 이하의 개구에 약 45°이내의 각도로 광을 집광시킬 필요가 있다

본 발명자는, 300∼400㎚의 파장의 자외광을 효율적으로 발광시키는 방전 램프를 연구하여, 효율적으로 Ф5㎜ 이하의 화이버의 광입사 개구부에 그 발광을 집광시키기 위한 최적의 방전 램프와 집광 광학계를 예의 검토하여 본 발명을 완성한 것이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 1은 본 발명의 전형적 실시형태인 자외선 조사 장치(100)를 도시한다. 자외선 조사 장치(100)는 램프체(20) 내에 고압 수은 램프(1)와, 상기 방전 램프로부터의 방사광을 집광하는 타원 반사경(2)과, 상기 타원 반사경(2)으로부터의 집광을 반사하여 광 가이드(22)로 안내하는 평면 반사경(3)으로 구성된다. 타원 반사경은 글래스제로 반사면에 다층 증착막을 형성하고 있다. 다층 증착막의 특성은 자외선을 반사하고, 가시 영역으로부터 적외 영역의 광을 투과시키는 것이다. 광원인 고압 수은 램프(1)는 도 2에 개략을 도시하지만, 석영 글래스로 이루어지고, 중앙의 방전 용기(10)와 그 양단에 연결되는 가늘고 긴 봉지부(11)로 구성된다. 봉지부(11)의 양단에는 구금(口金)(30)이 구비된다. 방전 용기(10) 안에는 한 쌍의 전극(15, 16)이 1.0㎜ 정도의 간격을 갖고 배치된다. 전극(15, 16)의 후단은 봉지부 안에 매설되어 금속박(17)에 용접된다. 금속박(17)의 타단은 외부 리드(도시하지 않음)가 접속된다. 도 2에서는 방전 용기(10) 부분을 단면도로 도시하고 있다. 광 가이드(22)의 입사 단부(22A)는 Ф5㎜로 되어 있다.

방전 용기에는 발광 물질로서 수은이 봉입되고, 또한, 점등 시동 가스로서 아르곤, 크세논 등의 희가스가 봉입된다.

수은의 봉입량은 0.08∼0.30㎎/㎣이고, 특히 0.13∼0.30㎎/㎣이 바람직하다. 할로겐의 봉입량은 2 × 10^-4∼7 × 10^-3 μ㏖/㎣이고, 이 할로겐의 작용에 의해 방전 용기의 흑화 ·백탁을 억제하여 광 투과율이 유지된다.

방전 램프의 치수를 예시하면, 최대 외경 10.5㎜, 최대 내경 4.5㎜, 방전 용기의 내용적 75㎣, 정격 전력 150W이다. 램프(1)로부터 나온 광 중에서, 자외선은 타원 반사경(2)에 반사되고 평면 반사경(3)에서 반사하여, 광 가이드(22)의 입사 단부(22A)에 집광된다. 광 가이드(22)는 예컨대 석영 화이버를 묶은 것이다.

다음에, 도 3에는 종래의 자외선 조사 장치의 고압 수은 램프와 본 발명의 자외선 조사 장치의 고압 수은 램프의 각 파장 영역, 즉 200∼300㎚, 300∼400㎚, 400∼500㎚에서의 광의 발생 효율로 비교하여 도시한다. 광의 발생 효율이란, 광출력값을 전기 입력값으로 나눈 값을 %로 표기한 것이다. 종래의 램프로서는, 수은량 O.03㎎/㎣의 고압 수은 램프이다. 이 도 3을 보아 알 수 있듯이, 종래의 고압 수은 램프에서는 200∼300㎚의 단파장의 자외광이 잘 방사되고 있는 것을 알 수 있다. 그것에 대하여, 본 발명의 장치에 적용되는 고압 수은 램프는 300∼400㎚의 파장 영역의 방사의 강도를 유지하면서 200∼300㎚의 UV광의 방사량이 종래의 고압 수은 램프와 비교하여, 크게 감소하고 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 도 4는 전극간 거리를 변화시켰을 때의 본 발명의 고압 수은 램프와 종래부터 사용되고 있는 수은량 0.03㎎/㎣의 고압 방전 램프의 300∼400㎚의 출력광이 Ф5의 조사 영역으로 집광하는 집광 효율을 나타낸 것이다.

전극간 거리 0.5㎜의 데이터가 하한값으로 되어 있는데, 이것은 전극간 거리 0.5㎜ 미만이면 재현성좋게 고압 수은 램프의 제작을 할 수 없기 때문에, 제조면에서 지장이 있는 것에 의한다.

도 4에서 알 수 있듯이, 전극간 거리가 1.8㎜보다 짧으면, 종래의 고압 수은 램프와 비교하여 집광 효율이 커지는 것을 알 수 있다. 특히, 전극간이 1.5㎜보다 짧아지면, 300∼400㎜의 광의 집광 효율이 6%를 초과하여, 뛰어나게 개선된다.

실제로, Ф5의 크기의 조사 영역에 자외광을 조사하여 수지 재료의 경화를 행하였다. 종래의 자외선 조사 장치에서는, 수은 봉입량 0.03㎎/㎣이고 할로겐은 포함하지 않으며, 전극간 거리 2㎜이고 출력 250W인 고압 수은 램프를 사용하였다. 본 발명의 자외선 조사 장치로서는 수은량 0.13㎎/㎣이고, 할로겐량이 5 × 10^-3μ㏖/㎣, 전극간 거리 1㎜이고 출력 150W인 고압 수은 램프이다.

종래의 자외선 조사 장치와 비교하여, 전술과 같이 300∼400㎚의 자외선 경화에 유효한 파장의 광이 효율적으로 방사되고, 300㎚ 미만의 유해 파장의 자외선을 커트하기 위한 커트 필터를 사용하지 않고 또한, Ф5㎜의 조사 영역에 효율적으로 집광하기 위해서, 출력이 작음에도 불구하고 종래의 장치와 손색없이, 순간적인 경화가 얻어졌다. 즉, 종래의 자외선 조사 장치와 비교하여 에너지 절약형 조사 장치가 되었다.

석영 글래스로 이루어지는 방전 용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치하고 있고, 이 방전 용기에 0.08∼0.30㎎/㎣의 수은과, 희가스와, 할로겐을 봉입하며, 전극간 거리가 0.5∼1.8㎜이고, 300∼400㎚의 자외광을 효율적으로 조사하는 고압 수은 램프와, 집광 수단에 의해 Ф5㎜ 이하의 영역에 집광하여 300∼400㎚의 자외광을 이용하는 자외광 조사 장치로 함으로써, 300∼400㎚의 자외광의 집광 효율을 높게 할 수 있다.

또한, 이 방전 용기 내의 수은량을 0.13∼0.30㎎/㎣로 하면, 200∼300㎚의 파장이 짧은 자외선이 더욱 적어진다.

할로겐의 봉입량을 2 × 10^-4∼7 × 10^-3μ㏖/㎣로 하면, 할로겐의 작용에 의해 방전 용기의 흑화 ·백탁을 억제하여 광투과율이 유지된다.

Claims (3)

1. 석영 글래스로 이루어지는 방전 용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전 용기에 0.13㎎/㎣초과 0.25㎎/㎣이하의 수은과, 희가스와, 2 × 10^-4∼7 × 10^-3μ㏖/㎣ 의 할로겐을 봉입하며, 전극간 거리가 0.5∼1.5㎜이고, 300∼400㎚의 자외광을 효율적으로 조사하는 고압 수은 램프와,

   상기 고압 수은 램프로부터의 광을 집광하는 집광 수단을 갖고,

   상기 집광 수단에 의해 Ф5㎜ 이하의 영역에 300∼400㎚의 자외광을 집광하여 피조사물에 조사하는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
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