JP4414866B2

JP4414866B2 - 紫外線露光機

Info

Publication number: JP4414866B2
Application number: JP2004336171A
Authority: JP
Inventors: 潤一馬場; 和秀石上
Original assignee: KYUSYU NANOTEC OPTICS CO., LTD.
Current assignee: KYUSYU NANOTEC OPTICS CO., LTD.
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006145864A

Description

本発明は、紫外線露光機に関し、特に、紫外線を照射することができる発光ダイオードを光源として用いた紫外線露光機に関する。

従来より、凸版印刷用の版材、プリント基板、半導体素子等の製造工程、光造形法における光硬化性樹脂の露光工程等が実施される際や、接着剤の硬化、インキの定着や乾燥、光重合、架橋等を行う際には、それぞれの用途に適合した各種の紫外線露光機が用いられている。かかる従来の紫外線露光機においては、光源として、メタルハライドランプや水銀灯などの管型ランプが採用されていることが多い。

しかしながら、管型ランプを光源とする従来の紫外線露光機には、次のような問題がある。管型ランプは、ランプ長方向についてはほぼ均一のＵＶ照射強度を得られるが、垂直方向（ランプ長方向に対して垂直な方向）については、均一な照射強度を得ることが難しい。

そこで、垂直方向へも均一な照射強度が得られるように、レンズを用いて平行光を作る等の工夫がなされた管型ランプ方式の紫外線露光機や、また、光源から発せられる光（紫外線から赤外線までのあらゆる波長の光）のうち、露光工程に必要な紫外線のみを抽出して処理対象物を照射できるように、導光過程において各種のフィルター（波長選択フィルター、熱線カットフィルター等）を通過させるような構造とした管型ランプ方式の紫外線露光機などもあるが、これらの露光機は、光がレンズやフィルターを通過する過程で、ＵＶ照射強度が極端に低下してしまう（導光過程におけるＵＶ強度のロス）という問題がある。

従って、高いＵＶ照射強度が必要な場合は、より大きなランプが必要となり、その結果、装置が大型化してしまうほか、赤外線も強くなるため、更なる熱対策が必要となり、装置構成が複雑になってしまうという問題がある。

一方、露光機には、フレキシブルな光ファイバーを用いて導光することにより、処理対象物の狭範囲のみを、或いは、複雑な形状、構造の処理対象物を露光できるようにしたもの（ファイバー方式の露光機）もあるが、このタイプの露光機は、使用できるファイバーの長さに限界があり、ファイバーの長さがこの限界点を超えると、ＵＶ照射強度が急激に低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、強いＵＶ照射強度を得ることができ、低温かつ温度上昇の低い露光、及び、均一な露光を実現することができる紫外線露光機を提供することを目的とする。

本発明の紫外線露光機は、複数個の紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）が発光部に備えられていることを特徴としている。尚、この紫外線露光機の発光部を、例えばロボットマニュピレータの先端に取り付け、ワーキングスペース内の任意の位置（３次元位置）へ発光部を自在に移動できるように構成し、更に、照射光（光軸）の指向角度を自在に変更できるように構成した場合、従来のファイバー方式の露光機と同様に、処理対象物の一部のみを狭い範囲で部分的に露光させる必要がある場合や、複雑な形状、構造の処理対象物に対しても好適に露光を行える紫外線露光機とすることができる。

また、発光部において多数のＵＶ−ＬＥＤを平面方向へ整列配置させ、処理対象物に対して面露光を行うことができるような構成の紫外線露光機とすることもできる。

尚、本発明の紫外線露光機においては、ＵＶ−ＬＥＤから照射される紫外線の強度、処理対象物の表面における明るさ、及び、処理対象物の表面温度を測定するセンサーを発光部の近傍に配置し、このセンサーの計測値から、処理対象物に対する紫外線の照射強度、明るさ、及び、温度を一定の範囲内とするために必要なＵＶ−ＬＥＤの出力条件を算出し、これを電力供給部へ出力するように構成することが好ましい。

更に、発光部に配置されているすべてのＵＶ−ＬＥＤの出力をそれぞれ個別に調節できるように構成し、かつ、センサーがすべてのＵＶ−ＬＥＤに個別に対応するように構成することが好ましく、この場合、すべてのＵＶ−ＬＥＤの紫外線強度、明るさ、及び、温度を、それぞれ個別に制御することができる。

本発明の紫外線露光機においては、光源としてＵＶ−ＬＥＤが用いられているので、従来の管型ランプ方式のように、波長選択フィルターや熱線カットフィルター等を配置する必要がなく、「導光過程におけるＵＶ強度のロス」という問題を好適に解消することができる。その結果、強いＵＶ照射強度を得ることができ、更に、低温かつ温度上昇の低い露光が可能となる。

また、発光部からのＵＶ照射強度、明るさ、及び、温度を、センサーを用いて常に監視するように構成した場合には、露光中のＵＶ強度の面分布や経時のばらつきを好適に解消することができ、均一な露光を行うことができる。

更に、ＵＶ−ＬＥＤの出力を個別に調節できるように構成し、かつ、センサーがすべてのＵＶ−ＬＥＤに個別に対応するように構成した場合には、すべてのＵＶ−ＬＥＤのＵＶ強度、明るさ、及び、温度を、それぞれ個別に制御することができ、その結果、処理対象物の種類毎、或いは、工程毎に、予め作成しておいたプロファイルを適用することによって、処理対象物の特性や目的等に適合した最適な露光環境を創出することができる。

以下、添付図面に沿って本発明「紫外線露光機」の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る紫外線露光機１の構成図であり、この図において２は発光部、３は電力供給部である。

発光部２は、光源として複数個のＵＶ−ＬＥＤを備えており、それらのＵＶ−ＬＥＤは、電力供給部３よりフレキシブルコード６を介して供給される電源電力を受けて発光し、所望の強度の紫外線を照射するように構成されている。

また、発光部２は、図示しないロボットマニュピレータの先端に取り付けられており、既定のプログラムに従って、或いは、操作者のコントロール下において、ワーキングスペース内の任意の位置へ自在に移動（及び停止）させることができるようになっているほか、発光部２或いはＵＶ−ＬＥＤの指向角度を自在に変更することができ、紫外線を所望の方向へ照射できるようになっている。従って、この紫外線露光機１は、処理対象物の一部のみを狭い範囲で部分的に露光させる必要がある場合や、複雑な形状、構造の処理対象物に対して露光を行うような場合等において、好適に用いることができる。

更に、この紫外線露光機１は、処理対象物に対する紫外線の照射強度、明るさ、及び、温度を常に監視するとともに、それらが一定の範囲内に収まるように制御される構成となっている。より具体的に説明すると、この紫外線露光機１においては、ＵＶ−ＬＥＤから照射される紫外線の強度、及び、処理対象物の表面における明るさと温度を測定するセンサー４が、発光部２の近傍に配置されており、このセンサー４による計測値がフレキシブルコード７を介して制御装置５に常時入力される。

制御装置５は演算回路を内蔵しており、センサー４からの計測値を受けて、処理対象物に対する紫外線の照射強度、明るさ、及び、温度を一定の範囲内とするために必要なＵＶ−ＬＥＤの出力条件（供給電力の値）を演算回路によって算出し、現行の出力条件との差をとって出力条件の補正値を算出する。この出力条件の補正値は、制御装置５から伝送路８を介して電力供給部３へ伝達される。そして、電力供給部３は、伝達された補正値を受けて出力条件を変更する。その結果、紫外線の照射強度、明るさ、及び、温度を一定の範囲内に収めることができる。

尚、制御対象項目は、処理対象物の種類や性質等に応じて任意に選択することができ、照射強度、明るさ、温度のうちの一つ或いは二つのみを制御することもできるし、また、それらのすべてを制御することもできる。また、各項目の上限値や下限値についても、処理対象物の種類や性質等に応じて任意に設定することができる。

また、ＵＶ−ＬＥＤの先端にフォーカシングレンズを設置した構成とすることもできる。この場合、照射光を絞り込むことができ、微小範囲（例えば、１ミクロン以下）での露光が可能となる。更に、それらのフォーカシングレンズを自由にコントロールできるように構成した場合には、性能範囲内で露光範囲を自在に変更することができる。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る紫外線露光機１１の構成図である。図１の紫外線露光機１が、狭範囲での露光を行うのに適したものであるのに対し、図２の紫外線露光機１１は、面露光が可能で、しかも、処理対象物の上面と下面を同時に露光することができる装置である。

より詳細には、図２に示されているように、発光部２ａ，２ｂは、所定の間隔を置いて上下二段に配置されており、各発光部２ａ，２ｂにおいては、多数（ｎ×ｍ個）のＵＶ−ＬＥＤがそれぞれ水平方向へ格子状（ｎ行×ｍ列）に整列配置されている。尚、上段の発光部２ａのＵＶ−ＬＥＤは、いずれも下向きに配置されており、電力供給部３よりケーブル９ａを介して供給される電源電力を受けて発光し、所望の強度の紫外線を下方向へ照射するように構成されている。一方、下段の発光部２ｂのＵＶ−ＬＥＤは、いずれも上向きに配置されており、電力供給部３よりケーブル９ｂを介して供給される電源電力を受けて発光し、所望の強度の紫外線を上方向へ照射するように構成されている。

この紫外線露光機１１も、図１に示した第１の実施形態の紫外線露光機１と同様に、紫外線の強度、明るさ、及び、温度を測定するセンサー４ａ，４ｂが、発光部２ａ，２ｂの近傍にそれぞれ配置されており、これらのセンサー４ａ，４ｂによる計測値がケーブル１０ａ，１０ｂを介して制御装置５に常時入力されるとともに、ＵＶ−ＬＥＤの出力条件の補正値が制御装置５によって演算、出力されるようになっており、処理対象物に対する紫外線の照射強度、明るさ、及び、温度を随意に制御できる構成となっている。

更に、この紫外線露光機１１においては、発光部２ａ，２ｂに配置されているすべてのＵＶ−ＬＥＤの出力（電力供給量）を、それぞれ個別に調節できるように構成されており、また、センサー４ａ，４ｂは、発光部２ａ，２ｂに配置されているＵＶ−ＬＥＤの一つ一つに個別に対応しているため、すべてのＵＶ−ＬＥＤの紫外線強度、明るさ、及び、温度を、それぞれ個別に制御することができる。従って、処理対象物の種類毎に（或いは、工程毎に）それぞれ適切なプロファイルを予め作成しておき、露光工程を実施する際にそれらを適用することによって、処理対象物の特性や目的等に適合した最適な露光環境を創出することができる。

プロファイルの具体例としては、（１）すべてのＵＶ−ＬＥＤの照射強度を１００％とする、（２）半数のＵＶ−ＬＥＤの照射強度を１００％、残余のＵＶ−ＬＥＤの照射強度を５０％とする、（３）全体の３分の１のＵＶ−ＬＥＤの照射強度を５０％、残余のＵＶ−ＬＥＤの照射強度を２５％とする、といったものなどが一例として考えられる。

尚、本実施形態においては、各発光部２ａ，２ｂのＵＶ−ＬＥＤは、ｎ行×ｍ列の格子状に整列配置されているが、それらを千鳥状、放射状、或いは、ハニカム状に配置しても良い。また、ＵＶ−ＬＥＤの整列方向は、必ずしも水平方向である必要はなく、平面方向に（一つの平面或いは緩やかな曲面に沿って）整列されていればよく、例えば、垂直方向に整列させることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る紫外線露光機１の構成図。本発明の第２の実施形態に係る紫外線露光機１１の構成図。

符号の説明

１，１１：紫外線露光機、
２，２ａ，２ｂ：発光部、
３：電力供給部、
４，４ａ，４ｂ：センサー、
５：制御装置、
６，７：フレキシブルコード、
８：伝送路、
９ａ，９ｂ：ケーブル、
１０ａ，１０ｂ：ケーブル

Claims

複数個の紫外線発光ダイオードが発光部に備えられ、
前記発光部が、ワーキングスペース内の任意の位置へ移動可能なように構成されるとともに、照射光の指向角度を自在に変更できるように構成され、
前記紫外線発光ダイオードから照射される紫外線の強度、処理対象物の表面における明るさ、及び、処理対象物の表面温度を測定するセンサーが、前記発光部の近傍に配置され、このセンサーの計測値から、処理対象物に対する紫外線の照射強度、明るさ、及び、温度を一定の範囲内とするために必要な紫外線発光ダイオードの出力条件が算出され、電力供給部へ出力されるように構成されていることを特徴とする紫外線露光機。
多数の紫外線発光ダイオードが平面方向へ整列配置されてなる発光部を一つ又は複数有し、処理対象物に対して面露光を行うことができるように構成され、
前記紫外線発光ダイオードから照射される紫外線の強度、処理対象物の表面における明るさ、及び、処理対象物の表面温度を測定するセンサーが、前記発光部の近傍に配置され、このセンサーの計測値から、処理対象物に対する紫外線の照射強度、明るさ、及び、温度を一定の範囲内とするために必要な紫外線発光ダイオードの出力条件が算出され、電力供給部へ出力されるように構成されていることを特徴とする紫外線露光機。
前記発光部に配置されているすべての紫外線発光ダイオードの出力をそれぞれ個別に調節できるように構成され、かつ、前記センサーがすべての紫外線発光ダイオードに個別に対応するように構成され、すべての紫外線発光ダイオードの紫外線強度、明るさ、及び、温度を、それぞれ個別に制御できるように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外線露光機。