紫外光源点灯装置および紫外線照射装置
【課題】
細長い複数灯の紫外光源を隣接配置する構成において、細長い紫外光源の一部が点灯中に何らかの原因で不点になった場合に適切なバックアップを行う紫外光源点灯装置およびこれを用いた紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】
紫外光源点灯装置ＵＶＯは、それぞれが放射した紫外光を合成して被照射面を照射するように隣接配置された細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬと、複数灯の紫外光源をそれぞれ点灯する点灯回路ＯＣと、複数灯の紫外光源の不点を検出する不点検出手段Ｄと、不点検出手段に連動して不点になった紫外光源に隣接する紫外光源の点灯回路を制御して紫外光出力を増加させる不点時バックアップ手段ＢＡとを具備している。
細長い複数灯の紫外光源を隣接配置する構成において、細長い紫外光源の一部が点灯中に何らかの原因で不点になった場合に適切なバックアップを行う紫外光源点灯装置およびこれを用いた紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】
紫外光源点灯装置ＵＶＯは、それぞれが放射した紫外光を合成して被照射面を照射するように隣接配置された細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬと、複数灯の紫外光源をそれぞれ点灯する点灯回路ＯＣと、複数灯の紫外光源の不点を検出する不点検出手段Ｄと、不点検出手段に連動して不点になった紫外光源に隣接する紫外光源の点灯回路を制御して紫外光出力を増加させる不点時バックアップ手段ＢＡとを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細長い複数灯の紫外光源を点灯する紫外光源点灯装置およびこれを用いた紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細長い紫外光源としては、殺菌ランプ、メタルハライドランプおよびエキシマランプなどが知られている。紫外光源から放射される紫外光の応用は多岐にわたる。
【０００３】
上記の紫外光源の中でもエキシマランプは、多様な形状およびサイズに製作しやすいために、照射面積の大きさに制限を受けにくいとともに、効果的な波長の放射を発生できるという特徴がある。すなわち、エキシマランプは、キセノンなどの希ガスまたは希ガスのハロゲン化物などを無声放電すなわち誘電体バリア放電を行わせて、固有の単色に近い放射を発生させるランプであり、数多くの文献に記載されて従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。誘電体バリア放電においては、パルス状の電流が流れる。このパルス状の電流は、高速の電子流を持ち、かつ、休止期間が多いため、キセノンなどの紫外線を出す物質を一時的に分子状態（エキシマ状態）に結合させ、それが基底状態に戻るときに再吸収の少ない短波長紫外線を効率よく放出する。なお、キセノンの場合、１７２ｎｍを中心波長とする半値幅の広い分子発光を行う。波長１７２ｎｍの紫外線は、そのエネルギーが低圧水銀ランプから得られる波長１８５ｎｍや２５４ｎｍの紫外線より大きいとともに、分解したい有機化合物の結合エネルギーより大きい。このため、波長１７２ｎｍの紫外線を照射することによって、上記有機化合物の結合を切断し、分解して除去することができる。さらに、波長１７２ｎｍの紫外線照射を大気雰囲気中で行うことにより、大気中の酸素が分解して活性酸素を生成し、結合が切断された有機化合物が活性酸素と反応して、炭酸ガス（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）などを生成させるので、有機化合物の除去が容易になる。したがって、エキシマランプは、細長い紫外線光源として甚だ効果的である。特許文献１では、細長い管状の気密容器を用いている。そうして、有効長が１ｍを超えるものが用いられるようになった。このような長尺の細長いエキシマランプを用いると、例えば大面積液晶基板のアッシング、感光性樹脂の硬化および殺菌など多様な工業的応用が可能になる。
【０００４】
ところで、細長い紫外光源の多くの用途においては、所望の照射面積および紫外線照射強度を得るために、その複数灯を隣接配置するように構成している。
【特許文献１】特開２００３−１９７１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、細長い複数灯の紫外光源を隣接配置する場合、その一部が点灯中に何らかの原因で不点になったときに、紫外光照射を続行すると、所要の照射強度が得られないために、紫外光照射工程に品質不良を生じる。そこで、このような非常時に適切なバックアップが要求されるが、従来技術においてはこれに応えることができなかった。
【０００６】
本発明は、細長い複数灯の紫外光源を隣接配置する構成において、紫外光源の一部が点灯中に何らかの原因で不点になった場合に適切なバックアップを行う紫外光源点灯装置およびこれを用いた紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の紫外光源点灯装置は、それぞれが放射した紫外光を合成して被照射面を照射するように隣接配置された細長い複数灯の紫外光源と；複数灯の紫外光源をそれぞれ点灯する点灯回路と；複数灯の紫外光源の不点を検出する不点検出手段と；不点検出手段に連動して不点になった紫外光源に隣接する紫外光源の点灯回路を制御して紫外光出力を増加させる不点時バックアップ手段と；を具備していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、細長い複数灯の紫外光源の一部が点灯中に何らかの原因で不点になった場合に適切なバックアップを行うので、紫外光照射を続行しても所要の照射強度が得られるため、紫外光照射工程に品質不良を生じることが無くなり、信頼性の高い紫外光源点灯装置およびこれを用いた紫外線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
［第１の形態］
図１は、本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第１の形態の回路ブロック図である。本形態において、紫外光源点灯装置ＵＶＯは、細長い紫外光源ＵＶＬ、点灯回路ＯＣ、不点検出手段Ｄおよび不点時バックアップ手段ＢＡを具備している。また、上記のうち紫外光源ＵＶＬ、点灯回路ＯＣおよび不点検出手段Ｄは、それぞれ複数組用いられ、図中それぞれの要素を示す符号の末尾に１、２、３、…ｎの数値が付記されている。
【００１０】
〔細長い紫外光源ＵＶＬについて〕 細長い紫外光源ＵＶＬは、点灯により主として紫外光を発生する細長い発光部を有する光源であり、例えば水銀蒸気放電ランプ、メタルハライドランプおよびエキシマランプなどを適宜選択して用いることができる。なお、水銀蒸気放電ランプは、紫外線透過性バルブの内部に水銀および希ガスを封入し、水銀蒸気放電により主として水銀の特性スペクトルである波長２５４ｎｍまたは３６０ｎｍの紫外線を放射するように構成されたランプである。また、メタルハライドランプは、鉄（Ｆｅ）などの放電時に主として紫外線を放射する金属のハロゲン化物、希ガスおよび水銀などのランプ電圧形成金属または金属ハロゲン化物を封入したランプである。上記水銀蒸気放電ランプおよびメタルハライドランプは、一対の電極を放電容器内に封装した有電極形および放電容器の外部に励起コイルを巻装した無電極形のいずれであってもよい。さらに、エキシマランプは、既述のとおりである。
【００１１】
図１に示す形態においては、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬ１、ＵＶＬ２、ＵＶＬ３、…ＵＶＬｎが隣接して配置され、かつ、並列接続され、それぞれ後述する点灯回路ＯＣ１、ＯＣ２、ＯＣ３、…ＯＣｎにより点灯される。
【００１２】
〔点灯回路ＯＣについて〕 点灯回路ＯＣは、細長い紫外光源ＵＶＬを点灯させる回路手段であり、細長い紫外光源ＵＶＬの種類に応じて既知の各種点灯回路を用いることができる細長い紫外光源ＵＶＬが水銀蒸気放電ランプおよびメタルハライドランプであって、有電極形の場合には、バラストと称される限流インピーダンスを紫外光源ＵＶＬに対して直列接続して含んでいる必要がある。しかし、無電極形の場合には、バラストが不要である。また、エキシマランプの場合、その気密容器の壁面を誘電体とする誘電体バリア放電を利用するので、同様にバラストが不要である。
【００１３】
また、点灯回路ＯＣは、点灯する細長い紫外光源ＵＶＬの特性に応じて所要の周波数、波形および電圧値を有する電圧を当該紫外光源ＵＶＬに印加するために、電圧発生回路を備えている。この電圧発生回路は、電源をそのまま利用することもできるが、所望の電圧を発生させるために電圧変換回路を用いるのが好ましい。電圧変換回路としては、ＤＣ−ＤＣ変換回路およびＤＣ−ＡＣ変換回路などを単独または組み合わせて用いることができる。比較的制御が容易な構成の一例を述べれば、直流チョッパおよびインバータを従属接続する態様である。この態様においては、直流チョッパで所望値の平滑化直流電圧を得て、この平滑化直流電圧をさらにインバータで所望周波数および波形の交流電圧またはパルス電圧に変換することができる。
【００１４】
図１に示す形態において、点灯回路ＯＣは、点灯主回路ｍｃおよび制御回路ｃｃにより構成されている。点灯主回路ｍｃは、主として細長い紫外光源ＵＶＬへの印加電圧およびランプ電流を扱うパワー系回路である。制御回路ｃｃは、点灯主回路ｍｃの動作信号を発生してこれを点灯主回路ｍｃに制御入力する制御系回路である。
【００１５】
複数の点灯回路ＯＣ１、ＯＣ２、ＯＣ３、…ＯＣｎが低周波交流電源ＡＣに並列接続する。
【００１６】
〔不点検出手段Ｄについて〕 不点検出手段Ｄは、細長い紫外光源ＵＶＬの不点を検出する手段であり、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬの不点を個別に検出する。本発明において、不点の検出のための構成は特段限定されない。例えば、細長い紫外光源ＵＶＬから放射される紫外光や点灯回路における電流や電圧の変化により細長い紫外光源ＵＶＬの点灯状態を常時監視して、紫外光が途絶えたときや点灯回路における電流や電圧が消灯時に対応する変化を生じたときに、これらを不点現象として検出することで不点を検出できる。
【００１７】
また、上記のように不点検出手段Ｄが細長い紫外光源ＵＶＬの点灯状態を常時監視するような構成の場合には、上記点灯状態を帰還制御することにより、細長い紫外光源ＵＶＬを定照度制御したり、所望レベルに調光したりすることもできる。さらに、細長い紫外光源ＵＶＬの不点検出時に点灯回路ＯＣを制御してその出力を停止させて、安全のために保護を図ることもできる。
【００１８】
図１に示す形態において、不点検出手段Ｄは、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬ１、ＵＶＬ２、ＵＶＬ３、…ＵＶＬｎの各々に対応してその複数がＤ１、Ｄ２、Ｄ３、…Ｄｎとして配設される、また、それぞれが紫外線センサＳＵＶ１、ＳＵＶ２、ＳＵＶ３、…ＳＵＶｎおよび判定回路Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、…Ｊｎの組により構成されている。そして、紫外線センサＳＵＶから得られる出力レベルを対応する判定回路Ｊが監視して紫外光源ＵＶＬの不点を個々に判定する。
【００１９】
〔不点時バックアップ手段ＢＡについて〕 不点時バックアップ手段ＢＡは、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬの一部が不点になった際に、残余の紫外光源ＵＶＬのうち不点になった細長い紫外光源ＵＶＬに隣接する細長い紫外光源ＵＶＬの紫外光出力を増加させる回路手段である。細長い紫外光源ＵＶＬの紫外光出力の増加は、当該紫外光源ＵＶＬの点灯回路ＯＣを制御して高出力化させることによりこれを行うことができる。
【００２０】
また、不点時バックアップ手段ＢＡは、上述した不点時バックアップを行うために、不点検出手段Ｄからの不点検出出力に応動する。そして、不点になった細長い紫外光源ＵＶＬに隣接する細長い紫外光源ＵＶＬに対して紫外光出力を増加させるための制御信号を送出する。なお、不点になった細長い紫外光源ＵＶＬとそれに隣接する細長い紫外光源ＵＶＬとの関係は、予めテーブルデータとして不点時バックアップ手段ＢＡ内に記憶させておき、必要時に当該テーブルデータを読み出して比較演算することにより、容易にこれを知ることができる。
【００２１】
さらに、不点時バックアップ手段ＢＡは、表示手段ＩＤを備えていることが許容される。表示手段ＩＤを備えていることにより、不点時バックアップを行うと同時にいずれかの紫外光源ＵＶＬが不点になったことを表示できる。
【００２２】
〔紫外光源点灯装置ＵＶＯの動作について〕 紫外光源点灯装置ＵＶＯの電源を投入すると、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬが点灯して紫外光を放射する。これにより、照射面において紫外光を被照射物に照射して、被照射物に所要の照射処理を行うことができる。
【００２３】
点灯中、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬの一部、例えば図中ＵＶＬ２が何らかの原因で不点になったと仮定すると、不点になった細長い紫外光源ＵＶＬ２に対応する不点検出手段Ｄ２が当該紫外光源ＵＶＬ２の不点を検出する。そして、その検出出力は、不点時バックアップ手段ＢＡに送出される。不点時バックアップ手段ＢＡが不点の検出出力を不点検出手段Ｄ２から受信すると、不点になった細長い紫外光源ＵＶＬ２に隣接する細長い紫外光源ＵＶＬ１およびＵＶＬ３の点灯回路ＯＣ１およびＯＣ３に対して増光制御信号を送出して紫外光出力を増加させる。
【００２４】
その結果、細長い紫外光源ＵＶＬ２が不点になったにもかかわらず被照射面における照度が隣接する細長い紫外光源ＵＶＬ１およびＵＶＬ３の増光により補われるので、重ね合わせの理により同一照度ないし最低限の許容照度に維持される。また、配光特性も不点前のそれと大きく変化しない。このため、被照射物に対する照射処理中に細長い紫外光源ＵＶＬの一部の不点が発生したとしても、照射工程における品質不良の発生が防止される。
【００２５】
なお、不点時バックアップ手段ＢＡが表示手段ＩＤを備えている場合には、いずれかの細長い紫外光源ＵＶＬが不点になったときに、その不点が発生したことを表示するので、作業者または管理者などに対して注意が喚起され、素早いランプ交換などの対応を行うことができる。
【００２６】
以下、図２ないし図６を参照して本発明の紫外光源点灯装置を実施するためのその他の形態について説明する。なお、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
［第２の形態］
図２ないし図４は、本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第２の形態を示し、図２は要部概念図、図３は紫外光源の一部切欠断面正面図、図４は発光管の一部切欠正面図である。本形態において、紫外光源点灯装置ＵＶＯは、細長い紫外光源ＵＶＬがエキシマランプＥＸＬからなり、図示しない点灯回路から出力される高周波パルス電圧が印加されて点灯する。その他の構成は、図示を省略しているが、図１に示す第１の形態と同様である。また、エキシマランプＥＸＬは、その複数灯のうち、図２においては、３灯のみが図示されている。そして、上記に対応して不点検出手段Ｄが３灯のエキシマランプＥＸＬにそれぞれ配設されている。
【００２７】
エキシマランプＥＸＬは、気密容器１、気密容器１内に封入されたエキシマ形成ガス、内部電極２および外部電極ＯＥを具備し、高周波点灯回路ＨＦＩにより付勢されて点灯する。なお、図示の形態において、気密容器１、エキシマ形成ガスおよび内部電極２は、予め組み立てられて一体化された発光管ＬＴを構成している。
【００２８】
＜発光管ＬＴについて＞ 本形態において、発光管ＬＴは、図３に示すように、上記の構成に加えてその両端に一対の給電部３Ａ、３Ｂおよび一対の支持部５、５を有している。
【００２９】
（気密容器１について） 気密容器１は、紫外線透過性の材料からなり、内部に細長い放電空間１ａが形成されている。例えば、細長い管の両端が一対の封止部１ｂ、１ｂによって封止されて内部に円柱状の放電空間１ａが形成された構造とすることができる。また、２重の細長い管の両端を封止することによって内部に円筒状すなわち横断面がドーナッツ状の細長い放電空間が形成された構造とすることもできる。紫外線透過性の材料としては、一般的に合成石英ガラスを用いて製作される。しかし、利用しようとする波長の紫外線に対して透過性を有していればどのような材料で構成してもよい。
【００３０】
また、気密容器１は、所要の紫外線量を確保するべく複数のエキシマランプＥＸＬを比較的狭い間隔で並列に配置して使用するのを許容するために、直線性に優れた直管であるのが好ましいが、多少湾曲していても差し支えない。実際上、細長い管を形成する際に多少の湾曲が生じやすく、例えば全長約１２００ｍｍに対して最大１ｍｍ程度以下の湾曲が形成され得る。しかし、この程度の湾曲は、ほぼ直管であるとして許容される。
【００３１】
（エキシマ生成ガスについて） エキシマ生成ガスとしては、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）などの希ガスの一種または複数種の混合あるいは希ガスハロゲン化物、例えばＸｅＣｌ、ＫｒＣｌなどを用いることができる。なお、希ガスハロゲン化物を封入する場合、希ガスとフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）またはヨウ素（Ｉ）などのハロゲンを封入して、気密容器１の内部でハロゲン化物が生成さしれるようにてもよい。また、エキシマ生成ガスに加えてエキシマを生成しないガス、例えばネオン（Ｎｅ）などを混合することも場合によっては許容される。
【００３２】
（内部電極２について） 内部電極２は、図４に示すように、気密容器１の壁面を挟んで外部電極ＯＥと対向するように配設される。しかし、内部電極２は、気密容器１の放電空間１ａ内に露出するように封入されている態様および例えば気密容器１の内側において放電空間１ａの外部に配設された態様のいずれでもよい。後者の態様の場合、例えば気密容器１が２重管構造であり、内部電極２は、気密容器１の中心軸側に形成された筒状の壁面に沿って配設される。したがって、本発明において、内部電極２とは、気密容器１を外部から見た場合に相対的に気密容器１の内側に配設される電極であることを意味すると理解すべきである。
【００３３】
以上の説明から理解できるように、内部電極２は、気密容器１の内部に、その管軸方向のほぼ全長すなわちランプの有効長の全体にわたってエキシマ放電換言すれば誘電体バリア放電を生起するように配設された電極、好ましくは管軸方向に長い電極であれば、その余はどのような構成であってもよい。なお、図３において、内部電極２は図示を省略している。
【００３４】
図４に示す内部電極２の好適な構成例について説明する。すなわち、この内部電極２は、多数の独立したメッシュ状部分２ｂが気密容器１の軸方向に分散配置され、かつ、周囲にそれぞれ空隙を介して配設された構成のメッシュ状をなしているとともに、連結部分２ａを介して接続して一体化された構造となっていて、気密容器１の内部に挿入された状態で配設される構成を備えている。このような内部電極２を用いることにより、紫外線発生量を相対的に多くすることができる。なお、メッシュ状部分２ｂは、周方向に対して連続していてもよいし、分断していてもよい。
【００３５】
したがって、、内部電極２がメッシュ状をなしている場合、そのメッシュ状部分２ｂは、具体的には例えばリング状、スパイラル状またはコイル状あるいは網目状などをなしていることが許容される。
【００３６】
次に、内部電極２が石英ガラスからなる気密容器１の内部に配設される場合の支持構造および給電構造について説明する。内部電極２を気密容器１内に封着するには、図４に示すように、封着金属箔１ｂ１を用いた封着構造を採用することができる。すなわち、内部電極２の連結部分２ａの両端を引き延ばして形成された直線状の端部２ｃを封着金属箔１ｂ１に溶接などにより接続して、内部電極２を気密容器１内に挿入してから、端部の石英ガラスを加熱して軟化状態にして封着金属箔１ｂ１の上からピンチシールする。そうすれば、気密容器１の端部に封止部１ｂが形成されて内部電極２が所定の位置に支持される。
【００３７】
（給電部３Ａ、３Ｂ） 給電部３Ａ、３Ｂは、内部電極２に対してエキシマ放電に必要な電流を供給するための給電端を構成するものである。そして、給電部３Ａ、３Ｂは、それぞれ棒状をなしていて、内端が気密容器１の両端に形成された封止部１ｂに埋設されたモリブデン箔１ｂ１に溶接され、基端が気密容器１の両端に形成された封止部１ｂから外部の管軸方向へ突出している。また、給電部３Ａ、３Ｂは、後述する支持部５の内部において、それぞれ給電線４に加締め接続されている。なお、給電線４は、後述する高周波点灯回路ＨＦＩの出力端から延在している。
【００３８】
（支持部５） 支持部５は、図３に示すように、有底円筒状のキャップ体５ａ、締付けリング５ｂおよび取付アーム５ｃを備えている。キャップ体５ａは、発光管ＬＴの端部を包囲する。そして、底部に給電線４の挿通孔５ａ１を有している。締付けリング５ｂは、キャップ体５ａの開口端に配設されていて、気密容器１の端部に固定される。取付アーム５ｃは、キャップ体５ａの側面から図において上方へ突出していて、発光管ＬＴを図示しない位置出しアームにキャップ体５ａの上面が当接した状態で取付アーム５ｃを用いて図示しない固定部分に取り付けられる。
【００３９】
＜外部電極ＯＥについて＞ 外部電極ＯＥは、少なくともエキシマランプＥＸＬの有効長の部分において、気密容器１の外面にその管軸方向に沿って密接するか、または適度の間隙を保持して延在するように配設されているとともに、内部電極２に対向している。そして、外部電極ＯＥおよび内部電極２の協働によって、少なくとも気密容器１の一つの壁面を誘電体とする誘電体バリア放電を気密容器１の放電空間１ａ内に生起するように作用する。
【００４０】
また、外部電極ＯＥは、剛性を備えた構成および可とう性を備えた構成のいずれであってもよい。剛性の場合、導電性金属からなる熱容量の大きなブロック状をなした図示のような外部電極ＯＥとなる。したがって、従来、灯体と称していた部材を、所望によりそのまま外部電極として用いることが可能である。この場合、従来用いていたアルミニウム製の薄板からなる外部電極ＯＥを灯体と気密容器１との間に挟持するような構造を採用する必要がなくなる。また、エキシマ放電が生起している領域の気密容器１部分を冷却するために、外部電極ＯＥに冷却手段９を配設することができる。この場合、冷却手段９は、どのような構成であってもよいが、冷媒が内部に通流する冷却水路を外部電極ＯＥに外付けしたり、または内部に一体に形成したりして付設するのが好ましい。さらに、外部電極ＯＥは、連続した面状またはメッシュ状のいずれの状態をなしていてもよい。なお、メッシュ状とは、網目状、パンチング状、格子状などをなしていることをいう。
【００４１】
図示の形態において、アルミニウムからなるブロック状をなした外部電極ＯＥは、図２に示すように、その発光管ＬＴの管軸方向の中間部に発光管ＬＴから放射された紫外光を不点検出手段Ｄの紫外線センサーＳＵＶに導くための透孔ＴＨを有している。
【００４２】
＜点灯回路＞ 点灯回路は、エキシマランプＥＸＬの内部電極２と外部電極ＯＥとの間に高周波パルス電圧を印加して、エキシマランプＥＸＬを付勢して点灯する。また、点灯回路は、昇圧チョッパおよび並列インバータを主体として構成されており、その高周波パルス出力は、その高電位側が給電線４、４を介してエキシマランプＥＸＬにおける発光管ＬＴの一対の給電部３Ａ、３Ｂに、また低電位側が外部電極ＯＥに、それぞれ印加される。なお、上記昇圧チョッパは、上記並列インバータに対して直流電源として機能し、出力の直流電圧を所要に制御する。また、上記並列インバータは、高周波パルス電圧を発生する。
【００４３】
＜エキシマランプＥＸＬの動作＞ エキシマランプＥＸＬは、点灯回路ＯＣの高周波出力端の一方、例えば高圧側出力端が給電線４、４を経由して内部電極２から外部へ導出された一対の給電部３Ａ、３Ｂに接続され、他方、例えば低圧（接地）側出力端が外部電極ＯＥの一端に接続されているので、点灯回路ＯＣの図示しない入力電源が投入されると、高周波パルス電圧を発生し、内部電極２と、これに気密容器１の壁面を介して対向している外部電極ＯＥとの間に印加される。その結果、誘電体バリア放電が気密容器１の内部に生起する。このエキシマ放電によってキセノンのエキシマにより１７２ｎｍを中心波長とする真空紫外光を放射する。真空紫外光は、気密容器１の壁面を透過して外部へ導出されるので、これをそれぞれの目的に応じて利用することができる。
［第３の形態］
図５は、本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第３の形態の回路ブロック図である。本形態は、細長い紫外光源ＵＶＬがエキシマランプＥＸＬであり、点灯回路ＯＣが定電圧直流電源ＣＤＣおよびＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶの従属接続回路を備えて構成されているとともに、回路動作状態に基づいてランプ動作状態を検出するように構成したランプ状態検出手段ＬＯＤを備えている。
【００４４】
紫外光源ＵＶＬは、第２の形態におけるのと同様なエキシマランプＥＸＬからなる。
【００４５】
点灯回路ＯＣは、その定電圧直流電源ＣＤＣが直流チョッパなどの定電圧化されたＤＣ−ＤＣ変換回路からなり、低周波交流電源電圧を所望値の直流電圧に変換する。また、定電圧直流電源ＣＤＣは、後述するランプ状態検出手段ＬＯＤからの帰還によって出力電圧を可調整にすることができる。ＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶは、インバータにより構成することができ、直流電圧を高周波パルス電圧に変換する。
【００４６】
ランプ状態検出手段ＬＯＤは、定電圧直流電源ＣＤＣの電流検出手段ＤＩまたは／および電圧検出手段ＤＶを備えてなり、その検出出力の値によりエキシマランプＥＸＬの状態を判定するように構成されている。
【００４７】
ランプ状態検出手段ＬＯＤが定電圧直流電源ＣＤＣの電流検出手段ＤＩにより構成される場合、エキシマランプＥＸＬの定常点灯動作において負荷変動のときは出力電流の検出値が変動し、また不点の際には検出値が遮断される。さらに、エキシマランプＥＸＬの気密容器が破損して異常放電が発生した際には、異常放電電流が定常点灯時のランプ電流と殆ど変わらなくても定電圧直流電源ＣＤＣの定電圧特性のために、ランプ電圧が極端に低下することに伴って電流検出値が小さくなる。したがって、図示を省略している判定手段において、電流検出手段ＤＩの検出出力とランプ状態との関係を予め例えばテーブルデータとして記憶させておき、検出値と比較演算を行うことにより、エキシマランプＥＸＬのランプ状態を的確に判定することが可能になる。
【００４８】
また、ランプ状態検出手段ＬＯＤが定電圧直流電源ＤＣＳの電流検出手段ＤＩおよび電圧検出手段ＤＶにより構成される場合、電流検出値および電圧検出値に基づいて出力電力を求め、その変化を検出すれば、エキシマランプＥＸＬの定常点灯動作において負荷変動のときは出力電力が変動し、また不点の際には出力電力が遮断される。さらに、エキシマランプＥＸＬの気密容器が破損して異常放電が発生した際には、検出電力が小さくなる。したがって、図示を省略している判定手段において、定電圧直流電源ＤＣＳによる検出電力値とランプ状態との関係を予め例えばテーブルデータを記憶させておき、検出値と比較演算を行うことによって、エキシマランプＥＸＬのランプ状態を的確に判定することが可能になる。
【００４９】
そうして、本形態によれば、エキシマランプＥＸＬの状態を上記の構成により検出して、所望に応じてエキシマランプＥＸＬの制御や保護を適切に行うことができる。また、複数灯のエキシマランプＥＸＬの一部が不点した場合において、不点による照射面における照射照度の不足を補う際には、第１の形態におけるのと同様な構成を付加することにより、不点の際に隣接するエキシマランプＥＸＬを増光させ、不点による照射照度の不足を所望の程度に補うことができる。
［第４の形態］
図６は、本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第４の形態の回路ブロック図である。本形態は、図５に示す第３の形態との対比において、点灯回路ＯＣの定電圧直流電源ＣＤＣの電流検出手段ＤＩ１およびその判定手段ＪＣ１に加えて、ＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶの出力電流を検出する電流検出手段ＤＩ２およびその判定手段ＪＣ２を備えるとともに、さらにランプ状態判定手段ＪＣ３を備えている。
【００５０】
電流検出手段ＤＩ１の検出出力は、エキシマランプＥＸＬおよびＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶが異常になったときに小さくなるので、判定手段ＪＣ１でこれを判定することにより上記異常を判定できる。
【００５１】
電流検出手段ＤＩ２の検出出力は、エキシマランプＥＸＬが異常になったときに小さくなるので、判定手段ＪＣ２でこれを判定することにより上記異常を判定できる。
【００５２】
ランプ状態判定手段ＪＣ３は、判定手段ＪＣ１およびＪＣ２の判定結果を基に比較判定を行うことにより、エキシマランプＥＸＬおよびＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶのいずれが異常であるかを特定することができる。
【００５３】
図７は、本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態の概念図である。図において、図２と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本発明において、紫外線照射装置ＵＶＷは、誘電体バリア放電ランプＥＸＬから発生する紫外線を利用するあらゆる装置を意味する。例えば、光洗浄装置、光硬化装置および光乾燥装置などである。紫外線照射装置ＵＶＷは、紫外光源点灯装置ＵＶＯおよび紫外線照射装置本体１１を具備している。
【００５４】
紫外光源点灯装置ＵＶＯは、図１および図２に示す構成を備えている。
【００５５】
紫外線照射装置本体１１は、紫外線照射装置ＵＶＷから紫外光源点灯装置ＵＶＯを除いた残余の部分であり、例えばシャッタＳＹおよび被照射物載置台１２などを備えている。被照射物載置台１２は、被照射物１３を照射面に位置するように支持する。また、図示を省略しているが、所望により被照射物１３を冷風で冷却する被照射物冷却手段を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第１の形態の回路ブロック図
【図２】本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第２の形態を示す要部概念図
【図３】同じく紫外光源の一部切欠断面正面図
【図４】同じく発光管の一部切欠正面図
【図５】本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第３の形態の回路ブロック図
【図６】本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第４の形態の回路ブロック図
【図７】本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態の概念図
【符号の説明】
【００５７】
ＡＣＳ…低周波交流電源、ＢＡ…不点時バックアップ手段、ｃｃ…制御回路、ＩＤ…表示手段、ｍｃ…点灯主回路、ＯＣ…点灯回路、ＳＵＶ…紫外線センサ、ＵＶＬ…細長い紫外光源、ＵＶＯ…紫外光源点灯回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細長い複数灯の紫外光源を点灯する紫外光源点灯装置およびこれを用いた紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細長い紫外光源としては、殺菌ランプ、メタルハライドランプおよびエキシマランプなどが知られている。紫外光源から放射される紫外光の応用は多岐にわたる。
【０００３】
上記の紫外光源の中でもエキシマランプは、多様な形状およびサイズに製作しやすいために、照射面積の大きさに制限を受けにくいとともに、効果的な波長の放射を発生できるという特徴がある。すなわち、エキシマランプは、キセノンなどの希ガスまたは希ガスのハロゲン化物などを無声放電すなわち誘電体バリア放電を行わせて、固有の単色に近い放射を発生させるランプであり、数多くの文献に記載されて従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。誘電体バリア放電においては、パルス状の電流が流れる。このパルス状の電流は、高速の電子流を持ち、かつ、休止期間が多いため、キセノンなどの紫外線を出す物質を一時的に分子状態（エキシマ状態）に結合させ、それが基底状態に戻るときに再吸収の少ない短波長紫外線を効率よく放出する。なお、キセノンの場合、１７２ｎｍを中心波長とする半値幅の広い分子発光を行う。波長１７２ｎｍの紫外線は、そのエネルギーが低圧水銀ランプから得られる波長１８５ｎｍや２５４ｎｍの紫外線より大きいとともに、分解したい有機化合物の結合エネルギーより大きい。このため、波長１７２ｎｍの紫外線を照射することによって、上記有機化合物の結合を切断し、分解して除去することができる。さらに、波長１７２ｎｍの紫外線照射を大気雰囲気中で行うことにより、大気中の酸素が分解して活性酸素を生成し、結合が切断された有機化合物が活性酸素と反応して、炭酸ガス（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）などを生成させるので、有機化合物の除去が容易になる。したがって、エキシマランプは、細長い紫外線光源として甚だ効果的である。特許文献１では、細長い管状の気密容器を用いている。そうして、有効長が１ｍを超えるものが用いられるようになった。このような長尺の細長いエキシマランプを用いると、例えば大面積液晶基板のアッシング、感光性樹脂の硬化および殺菌など多様な工業的応用が可能になる。
【０００４】
ところで、細長い紫外光源の多くの用途においては、所望の照射面積および紫外線照射強度を得るために、その複数灯を隣接配置するように構成している。
【特許文献１】特開２００３−１９７１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、細長い複数灯の紫外光源を隣接配置する場合、その一部が点灯中に何らかの原因で不点になったときに、紫外光照射を続行すると、所要の照射強度が得られないために、紫外光照射工程に品質不良を生じる。そこで、このような非常時に適切なバックアップが要求されるが、従来技術においてはこれに応えることができなかった。
【０００６】
本発明は、細長い複数灯の紫外光源を隣接配置する構成において、紫外光源の一部が点灯中に何らかの原因で不点になった場合に適切なバックアップを行う紫外光源点灯装置およびこれを用いた紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の紫外光源点灯装置は、それぞれが放射した紫外光を合成して被照射面を照射するように隣接配置された細長い複数灯の紫外光源と；複数灯の紫外光源をそれぞれ点灯する点灯回路と；複数灯の紫外光源の不点を検出する不点検出手段と；不点検出手段に連動して不点になった紫外光源に隣接する紫外光源の点灯回路を制御して紫外光出力を増加させる不点時バックアップ手段と；を具備していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、細長い複数灯の紫外光源の一部が点灯中に何らかの原因で不点になった場合に適切なバックアップを行うので、紫外光照射を続行しても所要の照射強度が得られるため、紫外光照射工程に品質不良を生じることが無くなり、信頼性の高い紫外光源点灯装置およびこれを用いた紫外線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
［第１の形態］
図１は、本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第１の形態の回路ブロック図である。本形態において、紫外光源点灯装置ＵＶＯは、細長い紫外光源ＵＶＬ、点灯回路ＯＣ、不点検出手段Ｄおよび不点時バックアップ手段ＢＡを具備している。また、上記のうち紫外光源ＵＶＬ、点灯回路ＯＣおよび不点検出手段Ｄは、それぞれ複数組用いられ、図中それぞれの要素を示す符号の末尾に１、２、３、…ｎの数値が付記されている。
【００１０】
〔細長い紫外光源ＵＶＬについて〕 細長い紫外光源ＵＶＬは、点灯により主として紫外光を発生する細長い発光部を有する光源であり、例えば水銀蒸気放電ランプ、メタルハライドランプおよびエキシマランプなどを適宜選択して用いることができる。なお、水銀蒸気放電ランプは、紫外線透過性バルブの内部に水銀および希ガスを封入し、水銀蒸気放電により主として水銀の特性スペクトルである波長２５４ｎｍまたは３６０ｎｍの紫外線を放射するように構成されたランプである。また、メタルハライドランプは、鉄（Ｆｅ）などの放電時に主として紫外線を放射する金属のハロゲン化物、希ガスおよび水銀などのランプ電圧形成金属または金属ハロゲン化物を封入したランプである。上記水銀蒸気放電ランプおよびメタルハライドランプは、一対の電極を放電容器内に封装した有電極形および放電容器の外部に励起コイルを巻装した無電極形のいずれであってもよい。さらに、エキシマランプは、既述のとおりである。
【００１１】
図１に示す形態においては、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬ１、ＵＶＬ２、ＵＶＬ３、…ＵＶＬｎが隣接して配置され、かつ、並列接続され、それぞれ後述する点灯回路ＯＣ１、ＯＣ２、ＯＣ３、…ＯＣｎにより点灯される。
【００１２】
〔点灯回路ＯＣについて〕 点灯回路ＯＣは、細長い紫外光源ＵＶＬを点灯させる回路手段であり、細長い紫外光源ＵＶＬの種類に応じて既知の各種点灯回路を用いることができる細長い紫外光源ＵＶＬが水銀蒸気放電ランプおよびメタルハライドランプであって、有電極形の場合には、バラストと称される限流インピーダンスを紫外光源ＵＶＬに対して直列接続して含んでいる必要がある。しかし、無電極形の場合には、バラストが不要である。また、エキシマランプの場合、その気密容器の壁面を誘電体とする誘電体バリア放電を利用するので、同様にバラストが不要である。
【００１３】
また、点灯回路ＯＣは、点灯する細長い紫外光源ＵＶＬの特性に応じて所要の周波数、波形および電圧値を有する電圧を当該紫外光源ＵＶＬに印加するために、電圧発生回路を備えている。この電圧発生回路は、電源をそのまま利用することもできるが、所望の電圧を発生させるために電圧変換回路を用いるのが好ましい。電圧変換回路としては、ＤＣ−ＤＣ変換回路およびＤＣ−ＡＣ変換回路などを単独または組み合わせて用いることができる。比較的制御が容易な構成の一例を述べれば、直流チョッパおよびインバータを従属接続する態様である。この態様においては、直流チョッパで所望値の平滑化直流電圧を得て、この平滑化直流電圧をさらにインバータで所望周波数および波形の交流電圧またはパルス電圧に変換することができる。
【００１４】
図１に示す形態において、点灯回路ＯＣは、点灯主回路ｍｃおよび制御回路ｃｃにより構成されている。点灯主回路ｍｃは、主として細長い紫外光源ＵＶＬへの印加電圧およびランプ電流を扱うパワー系回路である。制御回路ｃｃは、点灯主回路ｍｃの動作信号を発生してこれを点灯主回路ｍｃに制御入力する制御系回路である。
【００１５】
複数の点灯回路ＯＣ１、ＯＣ２、ＯＣ３、…ＯＣｎが低周波交流電源ＡＣに並列接続する。
【００１６】
〔不点検出手段Ｄについて〕 不点検出手段Ｄは、細長い紫外光源ＵＶＬの不点を検出する手段であり、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬの不点を個別に検出する。本発明において、不点の検出のための構成は特段限定されない。例えば、細長い紫外光源ＵＶＬから放射される紫外光や点灯回路における電流や電圧の変化により細長い紫外光源ＵＶＬの点灯状態を常時監視して、紫外光が途絶えたときや点灯回路における電流や電圧が消灯時に対応する変化を生じたときに、これらを不点現象として検出することで不点を検出できる。
【００１７】
また、上記のように不点検出手段Ｄが細長い紫外光源ＵＶＬの点灯状態を常時監視するような構成の場合には、上記点灯状態を帰還制御することにより、細長い紫外光源ＵＶＬを定照度制御したり、所望レベルに調光したりすることもできる。さらに、細長い紫外光源ＵＶＬの不点検出時に点灯回路ＯＣを制御してその出力を停止させて、安全のために保護を図ることもできる。
【００１８】
図１に示す形態において、不点検出手段Ｄは、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬ１、ＵＶＬ２、ＵＶＬ３、…ＵＶＬｎの各々に対応してその複数がＤ１、Ｄ２、Ｄ３、…Ｄｎとして配設される、また、それぞれが紫外線センサＳＵＶ１、ＳＵＶ２、ＳＵＶ３、…ＳＵＶｎおよび判定回路Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、…Ｊｎの組により構成されている。そして、紫外線センサＳＵＶから得られる出力レベルを対応する判定回路Ｊが監視して紫外光源ＵＶＬの不点を個々に判定する。
【００１９】
〔不点時バックアップ手段ＢＡについて〕 不点時バックアップ手段ＢＡは、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬの一部が不点になった際に、残余の紫外光源ＵＶＬのうち不点になった細長い紫外光源ＵＶＬに隣接する細長い紫外光源ＵＶＬの紫外光出力を増加させる回路手段である。細長い紫外光源ＵＶＬの紫外光出力の増加は、当該紫外光源ＵＶＬの点灯回路ＯＣを制御して高出力化させることによりこれを行うことができる。
【００２０】
また、不点時バックアップ手段ＢＡは、上述した不点時バックアップを行うために、不点検出手段Ｄからの不点検出出力に応動する。そして、不点になった細長い紫外光源ＵＶＬに隣接する細長い紫外光源ＵＶＬに対して紫外光出力を増加させるための制御信号を送出する。なお、不点になった細長い紫外光源ＵＶＬとそれに隣接する細長い紫外光源ＵＶＬとの関係は、予めテーブルデータとして不点時バックアップ手段ＢＡ内に記憶させておき、必要時に当該テーブルデータを読み出して比較演算することにより、容易にこれを知ることができる。
【００２１】
さらに、不点時バックアップ手段ＢＡは、表示手段ＩＤを備えていることが許容される。表示手段ＩＤを備えていることにより、不点時バックアップを行うと同時にいずれかの紫外光源ＵＶＬが不点になったことを表示できる。
【００２２】
〔紫外光源点灯装置ＵＶＯの動作について〕 紫外光源点灯装置ＵＶＯの電源を投入すると、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬが点灯して紫外光を放射する。これにより、照射面において紫外光を被照射物に照射して、被照射物に所要の照射処理を行うことができる。
【００２３】
点灯中、細長い複数灯の紫外光源ＵＶＬの一部、例えば図中ＵＶＬ２が何らかの原因で不点になったと仮定すると、不点になった細長い紫外光源ＵＶＬ２に対応する不点検出手段Ｄ２が当該紫外光源ＵＶＬ２の不点を検出する。そして、その検出出力は、不点時バックアップ手段ＢＡに送出される。不点時バックアップ手段ＢＡが不点の検出出力を不点検出手段Ｄ２から受信すると、不点になった細長い紫外光源ＵＶＬ２に隣接する細長い紫外光源ＵＶＬ１およびＵＶＬ３の点灯回路ＯＣ１およびＯＣ３に対して増光制御信号を送出して紫外光出力を増加させる。
【００２４】
その結果、細長い紫外光源ＵＶＬ２が不点になったにもかかわらず被照射面における照度が隣接する細長い紫外光源ＵＶＬ１およびＵＶＬ３の増光により補われるので、重ね合わせの理により同一照度ないし最低限の許容照度に維持される。また、配光特性も不点前のそれと大きく変化しない。このため、被照射物に対する照射処理中に細長い紫外光源ＵＶＬの一部の不点が発生したとしても、照射工程における品質不良の発生が防止される。
【００２５】
なお、不点時バックアップ手段ＢＡが表示手段ＩＤを備えている場合には、いずれかの細長い紫外光源ＵＶＬが不点になったときに、その不点が発生したことを表示するので、作業者または管理者などに対して注意が喚起され、素早いランプ交換などの対応を行うことができる。
【００２６】
以下、図２ないし図６を参照して本発明の紫外光源点灯装置を実施するためのその他の形態について説明する。なお、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
［第２の形態］
図２ないし図４は、本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第２の形態を示し、図２は要部概念図、図３は紫外光源の一部切欠断面正面図、図４は発光管の一部切欠正面図である。本形態において、紫外光源点灯装置ＵＶＯは、細長い紫外光源ＵＶＬがエキシマランプＥＸＬからなり、図示しない点灯回路から出力される高周波パルス電圧が印加されて点灯する。その他の構成は、図示を省略しているが、図１に示す第１の形態と同様である。また、エキシマランプＥＸＬは、その複数灯のうち、図２においては、３灯のみが図示されている。そして、上記に対応して不点検出手段Ｄが３灯のエキシマランプＥＸＬにそれぞれ配設されている。
【００２７】
エキシマランプＥＸＬは、気密容器１、気密容器１内に封入されたエキシマ形成ガス、内部電極２および外部電極ＯＥを具備し、高周波点灯回路ＨＦＩにより付勢されて点灯する。なお、図示の形態において、気密容器１、エキシマ形成ガスおよび内部電極２は、予め組み立てられて一体化された発光管ＬＴを構成している。
【００２８】
＜発光管ＬＴについて＞ 本形態において、発光管ＬＴは、図３に示すように、上記の構成に加えてその両端に一対の給電部３Ａ、３Ｂおよび一対の支持部５、５を有している。
【００２９】
（気密容器１について） 気密容器１は、紫外線透過性の材料からなり、内部に細長い放電空間１ａが形成されている。例えば、細長い管の両端が一対の封止部１ｂ、１ｂによって封止されて内部に円柱状の放電空間１ａが形成された構造とすることができる。また、２重の細長い管の両端を封止することによって内部に円筒状すなわち横断面がドーナッツ状の細長い放電空間が形成された構造とすることもできる。紫外線透過性の材料としては、一般的に合成石英ガラスを用いて製作される。しかし、利用しようとする波長の紫外線に対して透過性を有していればどのような材料で構成してもよい。
【００３０】
また、気密容器１は、所要の紫外線量を確保するべく複数のエキシマランプＥＸＬを比較的狭い間隔で並列に配置して使用するのを許容するために、直線性に優れた直管であるのが好ましいが、多少湾曲していても差し支えない。実際上、細長い管を形成する際に多少の湾曲が生じやすく、例えば全長約１２００ｍｍに対して最大１ｍｍ程度以下の湾曲が形成され得る。しかし、この程度の湾曲は、ほぼ直管であるとして許容される。
【００３１】
（エキシマ生成ガスについて） エキシマ生成ガスとしては、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）などの希ガスの一種または複数種の混合あるいは希ガスハロゲン化物、例えばＸｅＣｌ、ＫｒＣｌなどを用いることができる。なお、希ガスハロゲン化物を封入する場合、希ガスとフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）またはヨウ素（Ｉ）などのハロゲンを封入して、気密容器１の内部でハロゲン化物が生成さしれるようにてもよい。また、エキシマ生成ガスに加えてエキシマを生成しないガス、例えばネオン（Ｎｅ）などを混合することも場合によっては許容される。
【００３２】
（内部電極２について） 内部電極２は、図４に示すように、気密容器１の壁面を挟んで外部電極ＯＥと対向するように配設される。しかし、内部電極２は、気密容器１の放電空間１ａ内に露出するように封入されている態様および例えば気密容器１の内側において放電空間１ａの外部に配設された態様のいずれでもよい。後者の態様の場合、例えば気密容器１が２重管構造であり、内部電極２は、気密容器１の中心軸側に形成された筒状の壁面に沿って配設される。したがって、本発明において、内部電極２とは、気密容器１を外部から見た場合に相対的に気密容器１の内側に配設される電極であることを意味すると理解すべきである。
【００３３】
以上の説明から理解できるように、内部電極２は、気密容器１の内部に、その管軸方向のほぼ全長すなわちランプの有効長の全体にわたってエキシマ放電換言すれば誘電体バリア放電を生起するように配設された電極、好ましくは管軸方向に長い電極であれば、その余はどのような構成であってもよい。なお、図３において、内部電極２は図示を省略している。
【００３４】
図４に示す内部電極２の好適な構成例について説明する。すなわち、この内部電極２は、多数の独立したメッシュ状部分２ｂが気密容器１の軸方向に分散配置され、かつ、周囲にそれぞれ空隙を介して配設された構成のメッシュ状をなしているとともに、連結部分２ａを介して接続して一体化された構造となっていて、気密容器１の内部に挿入された状態で配設される構成を備えている。このような内部電極２を用いることにより、紫外線発生量を相対的に多くすることができる。なお、メッシュ状部分２ｂは、周方向に対して連続していてもよいし、分断していてもよい。
【００３５】
したがって、、内部電極２がメッシュ状をなしている場合、そのメッシュ状部分２ｂは、具体的には例えばリング状、スパイラル状またはコイル状あるいは網目状などをなしていることが許容される。
【００３６】
次に、内部電極２が石英ガラスからなる気密容器１の内部に配設される場合の支持構造および給電構造について説明する。内部電極２を気密容器１内に封着するには、図４に示すように、封着金属箔１ｂ１を用いた封着構造を採用することができる。すなわち、内部電極２の連結部分２ａの両端を引き延ばして形成された直線状の端部２ｃを封着金属箔１ｂ１に溶接などにより接続して、内部電極２を気密容器１内に挿入してから、端部の石英ガラスを加熱して軟化状態にして封着金属箔１ｂ１の上からピンチシールする。そうすれば、気密容器１の端部に封止部１ｂが形成されて内部電極２が所定の位置に支持される。
【００３７】
（給電部３Ａ、３Ｂ） 給電部３Ａ、３Ｂは、内部電極２に対してエキシマ放電に必要な電流を供給するための給電端を構成するものである。そして、給電部３Ａ、３Ｂは、それぞれ棒状をなしていて、内端が気密容器１の両端に形成された封止部１ｂに埋設されたモリブデン箔１ｂ１に溶接され、基端が気密容器１の両端に形成された封止部１ｂから外部の管軸方向へ突出している。また、給電部３Ａ、３Ｂは、後述する支持部５の内部において、それぞれ給電線４に加締め接続されている。なお、給電線４は、後述する高周波点灯回路ＨＦＩの出力端から延在している。
【００３８】
（支持部５） 支持部５は、図３に示すように、有底円筒状のキャップ体５ａ、締付けリング５ｂおよび取付アーム５ｃを備えている。キャップ体５ａは、発光管ＬＴの端部を包囲する。そして、底部に給電線４の挿通孔５ａ１を有している。締付けリング５ｂは、キャップ体５ａの開口端に配設されていて、気密容器１の端部に固定される。取付アーム５ｃは、キャップ体５ａの側面から図において上方へ突出していて、発光管ＬＴを図示しない位置出しアームにキャップ体５ａの上面が当接した状態で取付アーム５ｃを用いて図示しない固定部分に取り付けられる。
【００３９】
＜外部電極ＯＥについて＞ 外部電極ＯＥは、少なくともエキシマランプＥＸＬの有効長の部分において、気密容器１の外面にその管軸方向に沿って密接するか、または適度の間隙を保持して延在するように配設されているとともに、内部電極２に対向している。そして、外部電極ＯＥおよび内部電極２の協働によって、少なくとも気密容器１の一つの壁面を誘電体とする誘電体バリア放電を気密容器１の放電空間１ａ内に生起するように作用する。
【００４０】
また、外部電極ＯＥは、剛性を備えた構成および可とう性を備えた構成のいずれであってもよい。剛性の場合、導電性金属からなる熱容量の大きなブロック状をなした図示のような外部電極ＯＥとなる。したがって、従来、灯体と称していた部材を、所望によりそのまま外部電極として用いることが可能である。この場合、従来用いていたアルミニウム製の薄板からなる外部電極ＯＥを灯体と気密容器１との間に挟持するような構造を採用する必要がなくなる。また、エキシマ放電が生起している領域の気密容器１部分を冷却するために、外部電極ＯＥに冷却手段９を配設することができる。この場合、冷却手段９は、どのような構成であってもよいが、冷媒が内部に通流する冷却水路を外部電極ＯＥに外付けしたり、または内部に一体に形成したりして付設するのが好ましい。さらに、外部電極ＯＥは、連続した面状またはメッシュ状のいずれの状態をなしていてもよい。なお、メッシュ状とは、網目状、パンチング状、格子状などをなしていることをいう。
【００４１】
図示の形態において、アルミニウムからなるブロック状をなした外部電極ＯＥは、図２に示すように、その発光管ＬＴの管軸方向の中間部に発光管ＬＴから放射された紫外光を不点検出手段Ｄの紫外線センサーＳＵＶに導くための透孔ＴＨを有している。
【００４２】
＜点灯回路＞ 点灯回路は、エキシマランプＥＸＬの内部電極２と外部電極ＯＥとの間に高周波パルス電圧を印加して、エキシマランプＥＸＬを付勢して点灯する。また、点灯回路は、昇圧チョッパおよび並列インバータを主体として構成されており、その高周波パルス出力は、その高電位側が給電線４、４を介してエキシマランプＥＸＬにおける発光管ＬＴの一対の給電部３Ａ、３Ｂに、また低電位側が外部電極ＯＥに、それぞれ印加される。なお、上記昇圧チョッパは、上記並列インバータに対して直流電源として機能し、出力の直流電圧を所要に制御する。また、上記並列インバータは、高周波パルス電圧を発生する。
【００４３】
＜エキシマランプＥＸＬの動作＞ エキシマランプＥＸＬは、点灯回路ＯＣの高周波出力端の一方、例えば高圧側出力端が給電線４、４を経由して内部電極２から外部へ導出された一対の給電部３Ａ、３Ｂに接続され、他方、例えば低圧（接地）側出力端が外部電極ＯＥの一端に接続されているので、点灯回路ＯＣの図示しない入力電源が投入されると、高周波パルス電圧を発生し、内部電極２と、これに気密容器１の壁面を介して対向している外部電極ＯＥとの間に印加される。その結果、誘電体バリア放電が気密容器１の内部に生起する。このエキシマ放電によってキセノンのエキシマにより１７２ｎｍを中心波長とする真空紫外光を放射する。真空紫外光は、気密容器１の壁面を透過して外部へ導出されるので、これをそれぞれの目的に応じて利用することができる。
［第３の形態］
図５は、本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第３の形態の回路ブロック図である。本形態は、細長い紫外光源ＵＶＬがエキシマランプＥＸＬであり、点灯回路ＯＣが定電圧直流電源ＣＤＣおよびＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶの従属接続回路を備えて構成されているとともに、回路動作状態に基づいてランプ動作状態を検出するように構成したランプ状態検出手段ＬＯＤを備えている。
【００４４】
紫外光源ＵＶＬは、第２の形態におけるのと同様なエキシマランプＥＸＬからなる。
【００４５】
点灯回路ＯＣは、その定電圧直流電源ＣＤＣが直流チョッパなどの定電圧化されたＤＣ−ＤＣ変換回路からなり、低周波交流電源電圧を所望値の直流電圧に変換する。また、定電圧直流電源ＣＤＣは、後述するランプ状態検出手段ＬＯＤからの帰還によって出力電圧を可調整にすることができる。ＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶは、インバータにより構成することができ、直流電圧を高周波パルス電圧に変換する。
【００４６】
ランプ状態検出手段ＬＯＤは、定電圧直流電源ＣＤＣの電流検出手段ＤＩまたは／および電圧検出手段ＤＶを備えてなり、その検出出力の値によりエキシマランプＥＸＬの状態を判定するように構成されている。
【００４７】
ランプ状態検出手段ＬＯＤが定電圧直流電源ＣＤＣの電流検出手段ＤＩにより構成される場合、エキシマランプＥＸＬの定常点灯動作において負荷変動のときは出力電流の検出値が変動し、また不点の際には検出値が遮断される。さらに、エキシマランプＥＸＬの気密容器が破損して異常放電が発生した際には、異常放電電流が定常点灯時のランプ電流と殆ど変わらなくても定電圧直流電源ＣＤＣの定電圧特性のために、ランプ電圧が極端に低下することに伴って電流検出値が小さくなる。したがって、図示を省略している判定手段において、電流検出手段ＤＩの検出出力とランプ状態との関係を予め例えばテーブルデータとして記憶させておき、検出値と比較演算を行うことにより、エキシマランプＥＸＬのランプ状態を的確に判定することが可能になる。
【００４８】
また、ランプ状態検出手段ＬＯＤが定電圧直流電源ＤＣＳの電流検出手段ＤＩおよび電圧検出手段ＤＶにより構成される場合、電流検出値および電圧検出値に基づいて出力電力を求め、その変化を検出すれば、エキシマランプＥＸＬの定常点灯動作において負荷変動のときは出力電力が変動し、また不点の際には出力電力が遮断される。さらに、エキシマランプＥＸＬの気密容器が破損して異常放電が発生した際には、検出電力が小さくなる。したがって、図示を省略している判定手段において、定電圧直流電源ＤＣＳによる検出電力値とランプ状態との関係を予め例えばテーブルデータを記憶させておき、検出値と比較演算を行うことによって、エキシマランプＥＸＬのランプ状態を的確に判定することが可能になる。
【００４９】
そうして、本形態によれば、エキシマランプＥＸＬの状態を上記の構成により検出して、所望に応じてエキシマランプＥＸＬの制御や保護を適切に行うことができる。また、複数灯のエキシマランプＥＸＬの一部が不点した場合において、不点による照射面における照射照度の不足を補う際には、第１の形態におけるのと同様な構成を付加することにより、不点の際に隣接するエキシマランプＥＸＬを増光させ、不点による照射照度の不足を所望の程度に補うことができる。
［第４の形態］
図６は、本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第４の形態の回路ブロック図である。本形態は、図５に示す第３の形態との対比において、点灯回路ＯＣの定電圧直流電源ＣＤＣの電流検出手段ＤＩ１およびその判定手段ＪＣ１に加えて、ＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶの出力電流を検出する電流検出手段ＤＩ２およびその判定手段ＪＣ２を備えるとともに、さらにランプ状態判定手段ＪＣ３を備えている。
【００５０】
電流検出手段ＤＩ１の検出出力は、エキシマランプＥＸＬおよびＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶが異常になったときに小さくなるので、判定手段ＪＣ１でこれを判定することにより上記異常を判定できる。
【００５１】
電流検出手段ＤＩ２の検出出力は、エキシマランプＥＸＬが異常になったときに小さくなるので、判定手段ＪＣ２でこれを判定することにより上記異常を判定できる。
【００５２】
ランプ状態判定手段ＪＣ３は、判定手段ＪＣ１およびＪＣ２の判定結果を基に比較判定を行うことにより、エキシマランプＥＸＬおよびＤＣ−ＡＣ変換回路ＩＮＶのいずれが異常であるかを特定することができる。
【００５３】
図７は、本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態の概念図である。図において、図２と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本発明において、紫外線照射装置ＵＶＷは、誘電体バリア放電ランプＥＸＬから発生する紫外線を利用するあらゆる装置を意味する。例えば、光洗浄装置、光硬化装置および光乾燥装置などである。紫外線照射装置ＵＶＷは、紫外光源点灯装置ＵＶＯおよび紫外線照射装置本体１１を具備している。
【００５４】
紫外光源点灯装置ＵＶＯは、図１および図２に示す構成を備えている。
【００５５】
紫外線照射装置本体１１は、紫外線照射装置ＵＶＷから紫外光源点灯装置ＵＶＯを除いた残余の部分であり、例えばシャッタＳＹおよび被照射物載置台１２などを備えている。被照射物載置台１２は、被照射物１３を照射面に位置するように支持する。また、図示を省略しているが、所望により被照射物１３を冷風で冷却する被照射物冷却手段を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第１の形態の回路ブロック図
【図２】本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第２の形態を示す要部概念図
【図３】同じく紫外光源の一部切欠断面正面図
【図４】同じく発光管の一部切欠正面図
【図５】本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第３の形態の回路ブロック図
【図６】本発明の紫外光源点灯装置を実施するための第４の形態の回路ブロック図
【図７】本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態の概念図
【符号の説明】
【００５７】
ＡＣＳ…低周波交流電源、ＢＡ…不点時バックアップ手段、ｃｃ…制御回路、ＩＤ…表示手段、ｍｃ…点灯主回路、ＯＣ…点灯回路、ＳＵＶ…紫外線センサ、ＵＶＬ…細長い紫外光源、ＵＶＯ…紫外光源点灯回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが放射した紫外光を合成して被照射面を照射するように隣接配置された細長い複数灯の紫外光源と；
複数灯の紫外光源をそれぞれ点灯する点灯回路と；
複数灯の紫外光源の不点を検出する不点検出手段と；
不点検出手段に連動して不点になった紫外光源に隣接する紫外光源の点灯回路を制御して紫外光出力を増加させる不点時バックアップ手段と；
を具備していることを特徴とする紫外光源点灯装置。
【請求項２】
誘電体バリヤ放電ランプを配設した紫外線照射装置本体と；
紫外線照射装置本体に配設された請求項１記載の紫外光源点灯装置と；
を具備していることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項１】
それぞれが放射した紫外光を合成して被照射面を照射するように隣接配置された細長い複数灯の紫外光源と；
複数灯の紫外光源をそれぞれ点灯する点灯回路と；
複数灯の紫外光源の不点を検出する不点検出手段と；
不点検出手段に連動して不点になった紫外光源に隣接する紫外光源の点灯回路を制御して紫外光出力を増加させる不点時バックアップ手段と；
を具備していることを特徴とする紫外光源点灯装置。
【請求項２】
誘電体バリヤ放電ランプを配設した紫外線照射装置本体と；
紫外線照射装置本体に配設された請求項１記載の紫外光源点灯装置と；
を具備していることを特徴とする紫外線照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１９６３７０（Ｐ２００６−１９６３７０Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８０９７（Ｐ２００５−８０９７）
【出願日】平成１７年１月１４日（２００５．１．１４）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１４日（２００５．１．１４）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]