JP5440342B2 - 光照射器 - Google Patents

Description

本発明は、幅の広い被照射物に対して、棒状ランプからの光を照射する光照射器に関し、特に、比較的長い棒状ランプを、局部に大きな荷重を掛けることなく安全に支持する手段を備えた光照射器に関するものである。

被照射物であるワークに対して、ワークの幅に対応した長さの棒状の紫外線放電ランプを用い、ワークを移動させながら光（紫外線）を照射する光照射装置が知られている。そのような例として、特許文献１に記載された光配向用偏光光照射装置がある。
図５に、上記のような光照射装置の光照射器に取り付けられる、棒状の紫外線放電ランプの構成の一例を示す
紫外線放電ランプ１は、大きくは、封体と呼ばれる一方向に伸びるガラス（石英）管内に一対の電極１ａが設けられた管本体部分（発光部Ａ＋管端部Ｂ）と、管内部の電極１ａと外部の電極（リード線）５とをつなぐための金属箔（例えばモリブデン箔）１ｃが、埋設されたシール部Ｃとから構成されている。

シール部Ｃは、封体の石英を加熱し金属箔との間に空間（隙間）を残さないように封止して構成されている。
封体内には水銀やランプの点灯に必要なガスが封入されている。なお、水銀以外に一種もしくは複数種の金属が封入されているランプもある。
シール部Ｃの両端（ランプ１の長手方向の両外側）にはセラミックス製または金属製の口金部１ｂが取付けられており、この口金部１ｂから、外部の電極（リード線）５を介して電極１ａに電力が引き込まれる。
また、ランプ１を光照射器に取り付ける際には、光照射器に設けられたランプ保持部材が、この口金部１ｂの部分を保持する。

管本体部分は、電極１ａ間である封体発光部Ａと、管径が徐々に細くなって封体発光部Ａとシール部Ｃをつなぐ管端部Ｂからなる。
点灯時は、一対の電極１ａ間で放電が起き、管内に封入されている水銀や、水銀以外に金属が封入されている場合はそれらの金属が蒸発し、該金属特有のスペクトルを発光する。この時、両電極１ａ間である封体発光部Ａは発光領域になり、管端部Ｂやシール部Ｃ及び口金部１ｂの部分は非発光領域となる。
このような紫外線放電ランプは、一例をあげれば、定格１８ｋＷのものであって、電極１ａ間距離は約１１００ｍｍ、内容積が約４００ｃｍ³の封体内部に鉄、ヨウ化水銀、水銀などが封入されて、波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの光を放射する。

図６に、紫外線放電ランプを有する光照射器の構成例を示す。同図は、ランプの長手方向に沿った方向からの断面図である。なお、図５に示したリード線５は省略している。
１は棒状の紫外線放電ランプ（以下、棒状ランプあるいは単にランプという）、２はランプハウス、２ａは樋状のミラー、２ｂは風洞、２ｃは隔壁板、２ｄは冷却風の通風孔、３は吸引ファン、４はダクトであり、ランプハウス２の上部には、ダクト４を介して吸引ファン３が設けられている。
吸引ファン３が動作することにより、外部からランプハウス２内に冷却風が吸引され、棒状のランプ１の長手方向に直交するように冷却風が流れ、ランプ１およびミラー２ａを冷却する。
ランプ１およびミラー２ａを冷却した冷却風は、隔壁２ｃに設けられたエアの吸い込み孔（通風孔）２ｄから風洞２ｂに引き込まれ、ダクト４から排気される。
上記棒状ランプ１は、例えば特許文献２の従来例の図４に示されるように、ランプの両端に形成されている口金部分をクリップ部材などで挟持して支持される。

特開２００９−２６５２９０号公報 実開平５−５１９３１号公報

特許文献１に記載された偏光光照射装置により処理される光配向膜は、例えば液晶パネルに使用されるが、パネルの大型化により光配向膜も大型化しており、光配向膜の幅も２ｍ〜３ｍと大型化している。
光配向膜の幅が広くなるにつれ、ランプ１の発光部もそれに応じて長くする必要があるが、封体の長さが２ｍ以上になると、以下のような問題が生ずる。
（１）ランプが長くなっても管径はあまり変わらず、ランプの自重は大きくなるので、ランプの特定の部位に過大な荷重が掛かると、ランプが破損する危険がある。特に、管径が細くなる管端部、シール部の近傍は脆弱であり、過大な荷重が加わるとこの部分で破損することがある。
ランプは例えば特許文献２の図４に示されるように、その両端に形成されている口金部分をクリップ部材などで挟持して支持することが多いが、長いランプを両端に形成された口金部分だけで支持すると、封体の自重が、管径の細い管端部、シール部などの特定の部位に加わり、この部分が破損する場合がある。
（２）長いランプは自重も大きくなるので、取り扱いが難しくなり、光照射器へのランプの取り付け、取り外しが困難となる。例えば、ランプの一方の口金付近を持つと、上記のように管端部やシール部などで破損することがあり、また、ランプが長いので、取り付けるときにどこかにぶつけて破損することも考えられる。このため、場合によっては複数人でランプを支持して、光照射器への取り付け、取り外しをする必要もでてくる。

（３）長いランプを両端に形成された口金部分だけで支持して、長手方向が水平になるように配置すると、封体に自重によるたわみが生じる。例えば、ランプの長さが２．５ｍになると、２ｍｍ〜３ｍｍのたわみが発生する。封体に自重によるたわみが生じると、次のような問題がある。
例えば樋状のミラー２ａの断面形状が楕円である場合、ランプの発光部をこの楕円の第一焦点位置に配置することで、ミラー２ａに反射された光は楕円の第二焦点に集光する。しかし、封体にたわみが生じると、ランプの発光部の位置が第一焦点からずれ、ミラーにより反射した光は第二焦点に集光せず、照度や均一度が低下する。
また、例えば樋状のミラー２ａの断面形状が放物であるパラボラミラーの場合、ランプの発光部をこのパラボラミラーの第一焦点位置に配置することで、ミラー２ａに反射された光はミラーに反射した光は平行光になる。しかし、封体にたわみが生じると、ランプの発光部の位置が第一焦点からずれ、ミラーにより反射した光は平行光にならず、所望の光特性が得られなくなる。

特許文献２には、紫外線ランプの発光管を楕円集光鏡の第一焦点の位置に確実に支持するため、ランプの伸びる方向に対して直角方向にランプの口金部分を押圧するバネ板部材と、発光管の直管部分に当接するＶ字ブロックとによりランプを挟持することが記載されている。
しかし、特許文献２に記載されるものでは、ランプの口金部分をバネ板部材で押圧し、
発光管の直管部分にＶ字ブロックを当接させているので、ランプの長手方向に対して直交する方向に力が働き、ランプの管径が細くなっている口金付近に大きな力が加わり、場合によっては、この部分が破損することも考えられる。また、ランプが長いと、撓むことも考えられる。
このため、特許文献２に記載される支持構造は、ある長いランプには適用することが難しい。
本発明は上記課題を解決するたになされたものであって、本発明の課題は、長い棒状のランプを備える光照射器において、ランプを破損させることなく確実に支持することができ、また、ランプの自重たわみを防ぎミラーに対してあらかじめ設定された位置に位置決めでき、さらに光照射器へのランプの取り付け取り外しが容易な光照射器を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明においては、光照射器を次のように構成する。
（１）一方向に伸びる封体を備えたその長手方向が水平に配置された棒状のランプと、この棒状のランプからの光を反射する樋状のミラー（樋状ミラーの断面形状は楕円でも放物でもよい）と、棒状ランプから出射した光、および棒状ランプから出射した後樋状ミラーにより反射された光が出射する光出射口を備えた光照射器において、上記ランプを支持する支持部材を設ける。
上記支持部材は、ランプに対し光出射口とは反対側（即ち樋状ミラーの頂部側）に取り付けられた、ランプの封体に接してランプをミラーに対してあらかじめ設定された位置に位置決めする例えばＶブロックのような位置決め部材と、光出射口の側からランプの封体の発光部に接して複数箇所で持ち上げ、ランプの封体を位置決め部材に押付け支持するランプ持ち上げ部材とを有し、上記棒状のランプの口金部に該口金部を支持するための前記クリップ部材などの支持手段を設けずに、ランプを上記位置決め部材とランプ持ち上げ部材とで挟持して支持する。
（２）上記（１）において、持ち上げ部材をランプの長手方向に複数に分割し、複数に分割された持ち上げ部材を一体で上下動させる持ち上げ機構を設け、この機構により分割された複数の部材を一体で上下動させて、ランプを持ち上げたり、下降させる。
（３）上記（２）において、上記ランプ持ち上げ機構を、中心に回転軸を有し、この中心から偏心した位置に回転可能に棒状部材が接続され、この棒状部材を水平方向に押し引きすると上記回転軸を中心に回転する楕円形のカムと、このカムの回転により上下移動する第１の部材と、第１の部材に弾性部材を介して支持され、第１の部材の上下移動と共に上下に移動する持ち上げ部材（第２の部材）から構成する。
この持ち上げ部材（第２の部材）は、上記位置決め部材に対向して上記ランプを挟持する、光透過性のランプ封体支持部を有する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）棒状のランプの口金部を支持する支持手段を設けずに、ランプ持上げ部材によりランプの封体の発光部を持上げて位置決め部材に押付け、ランプを位置決め部材とランプ持上げ部材で挟んで保持するようにしたので、管径が細くなる管端部、シール部などに荷重を掛けることなくランプを支持することができる。このため、封体が長いランプであっても、破損するなどの心配なく安全に支持することができる。また、持ち上げ部材を光透過性の部材で構成することにより、ランプからの光が上記持ち上げ部材で遮光されることがなく、ランプからの光を有効に利用することができる。
（２）ランプを上記位置決め部材と持ち上げ部材とで挟持して複数箇所で支持するようにしたので、封体が長いランプであっても自重によるたわみを防ぐことができ、ミラーに対してあらかじめ設定された位置に、上下左右にずれることなく位置決めして保持することができる。
（３）ランプ持上げ機構の持ち上げ部材（第２の部材）を上下方向に移動できるように構成したので、持ち上げ部材（第２の部材）上にランプを載せて、持ち上げ部材（第２の部材）を上方向に移動させることにより、ランプを取り付けることができ、また、持ち上げ部材（第２の部材）を下方向に移動させることにより、ランプを取り外すことができ、封体の長いランプであっても、取り付け／取り外しを容易に行なうことができ、容易にランプの交換作業を行うことができる。

本発明の実施例の光照射器の内部構成を示す図である。 図１に示す持ち上げ機構、位置決め部材、ランプをランプの長手方向に直交する方向から見た図である。 図１に示すランプ持ち上げ機構とランプとＶブロックの斜視図である。 ランプ持上げ機構の動作を示す図である。 光照射器に取り付けられる棒状の紫外線放電ランプの構成の一例を示す図である。 紫外線放電ランプを有する光照射器の構成例を示す図である。

本発明の実施例の光照射器の構成を、図１〜図４を用いて説明する。
図１は本発明の実施例の光照射器の内部構成を示す図であり、図１（ａ）は本実施例の光照射器の概略構成を示し、同図はランプの長手方向の管軸を通る平面で切った断面図（図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図）であり、同図（ｂ）は、本実施例の光照射器をランプの長手方向に対して直交する平面で切った断面図（図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図）である。
なお、図１（ａ）では図１（ｂ）に示した突起部１２１（ランプ封体支持部）、Ｖブロック（位置決め部材）のみが示されており、ランプを支持するためのその他の構成は省略されている。
図２はランプの長手方向に直交する方向から本実施例のランプ持ち上げ機構、位置決め部材、ランプを見た図であり、ランプハウス、樋状ミラー、風洞よりも上の部分などは省略されている。また、図３はランプ持ち上げ機構とランプとＶブロックの斜視図であり、図４はランプ持上げ機構の動作を示す図である。

図１において、１は棒状の紫外線放電ランプ（以下、ランプあるいは棒状ランプという）、２はランプハウス、２ａは樋状のミラー、２ｂは風洞、２ｃは隔壁板、２ｄは冷却風の通風孔である。ランプハウス２の上部には、前記図６で説明したように、ダクトを介して吸引ファンが設けられており、吸引ファンが動作することにより、外部からランプハウス２内に冷却風が吸引される。これにより、棒状のランプ１の長手方向に直交するように冷却風が流れ、ランプ１およびミラー２ａを冷却する。
ランプ１は、図１に示すように位置決め部材である、例えばセラミック等で形成されるＶブロック１６とランプ押さえ棒（第２の部材）１２等から構成される支持手段により支持されており、ランプ１の口金部１ｂを支持するための前記クリップ部材などの支持手段は設けられていない。なお、ランプ１への電源供給はランプ１の口金部１ｂから引き出されたリード線（図１では不図示、前記図５参照）を図示しない端子台等に接続することによりなされる。

樋状のミラー２ａと、ランプ１の位置決め部材であるＶブロック１６は、上記隔壁板２ｃに取り付けられる。これにより、ミラー２ａとＶブロック１６は一体となり、両者の位置が決まる。
Ｖブロック１６（位置決め部材）は、図１（ｂ）に示すように断面がＶ字状であり、その２つの斜面にランプ１の封体の発光部が突き当たったとき、ランプ１がミラー２ａに対してあらかじめ設定された位置になるように、隔壁板２ｃに取り付ける位置と形状が決められている。
なお、ランプ１の位置決め部材は、ランプ１の封体が接する部分がＶ字型ではなく、例えば円弧状のような曲面であっても良い。
ここで、ランプ１のミラー２ａに対するあらかじめ設定された位置とは、所望の光学特性（例えば照度や均一度）が得られる位置のことである。例えば、樋状ミラー２ａの断面形状が楕円や放物（パラボラ）である場合は、ランプをその第一焦点に位置決めすることが多く、その場合は第一焦点の位置が「あらかじめ設定した位置」である。しかし、ランプを焦点位置から多少ずらした方が処理に有効な場合もある。その場合は、その焦点からずれた位置が「あらかじめ設定した位置」となる。

ランプ１から放射された光は、直接、またはミラー２ａで反射して、ランプハウス２の下面のベースプレート１０に形成された光出射口１０ａから、図示しない被処理物に向けて出射する。
ランプハウス２の光出射口側には、ランプ押さえ棒（第２の部材）１２、カム受け（第１の部材）１１等から構成されるランプ持ち上げ機構２０が設けられている。
ランプ持ち上げ機構２０は、図１（ｂ）、図２、図３に示すようにベースプレート１０上に設けられ、ベースプレート１０に回転可能に支持された楕円形のカム１４、カム１４の回転により上下移動するカム受け（第１の部材）１１、カム受け１１に弾性体１３（ばね）を介して支持され、カム受け１１の上下に伴い上下するランプ押さえ棒（第２の部材、すなわち「持ち上げ部材」）１２を備える。
ランプ押さえ棒１２は、ランプ１を下側から上に持上げるための部材であり、中央にランプの封体発光部に接して支持する突起部（ランプ封体支持部）１２１と、この突起部１２１の両側にランプの長手方向に直交する方向に伸びる腕部１２２を備える。ランプ押さえ棒１２の突起部１２１は、Ｖブロック１６のランプを挟んで対向する位置になるように設ける。

ランプ押さえ棒１２は、ランプ１に対して光を照射する側に配置するので、影を作らないように、光が当たる部分は、例えば石英等の光透過性の材質のものを使用する。少なくとも突起部１２１と腕部１２２の一部は光透過性でなくてはならない。
突起部１２１はランプ１の封体発光部の下側に接してランプ１を上に持ち上げ、ランプをＶブロック１６との間で挟んで支持する。上記したように、ランプ１をあらかじめ設定した位置に位置決めするＶブロック１６は、ミラー２ａを取り付けた隔壁板２ｃに取り付けられ、Ｖブロックとミラー２ａは一体化している。したがって、突起部１２１によりＶロック１６に押付けられたランプ１、ミラー２ａに対して上下左右にずれることなく位置が決まる。
なお、突起部１２１のランプと接触する部分はあまり鋭く尖らせない。ランプの封体の一点に力が集中しないようにするためである。
ランプ押さえ棒１２の腕部１２２の両端は、押しばね１３を介してカム受け１１に取り付けられている。カム受け１１は、１個のランプ押さえ棒１２に対して２個、ランプ１の両側に設けられる。

カム受け１１は、楕円形のカム１４の回転により上下に移動する。カム１４は、中心に回転軸１４ａがあり、この回転軸１４ａを中心にして回転する（図１、図２、図３参照）。この回転軸１４ａは図１（ｂ）に示す支持部材１４ｂ（図１（ｂ）参照）によりベースプレート１０上に支持されている。
図２、図３に示すように、カム１４には回転軸１４ａとは異なる位置に、ランプの長手方向と並行して伸びる棒状の部材１５がカム１４に対して回転可能に取り付けられる。
棒状の部材１５が水平方向（図２の左右方向）に移動すると、カム１４は回転移動する。これにより、図１（ｂ）、図２（ａ）、図３に示すように楕円形のカム１４の長径が上になるとカム受け１１は上昇し、図２（ｂ）に示すようにカム１４の長径が横になるとカム受け１１は下降する。
カム受け１１が上昇すると、押しばね１３を介してカム受け１１に支持されているランプ押さえ棒１２も上昇する。ランプ押さえ棒１２が上昇すると、突起部１２１がランプ１の封体発光部を持ち上げる。持ち上げられたランプ１の封体発光部は、Ｖブロック１６の斜面に突き当たり位置が決まる。

カム受け１１が下降すると、ランプ押さえ棒１２も下降する。ランプ押さえ棒１２が下降すると、突起部１２１はランプ１を乗せた状態で下降する。
カム１４は、ランプ１の両側に設けられた２個のカム受け１１に対して、それぞれ１個ずつ設ける。棒状部材１５もランプ１の両側のカム１４のそれぞれについて取り付ける。
ミラー２ａに対する位置が重要なのはランプの発光部なので、ランプの持ち上げ部材とＶブロック１６は、ランプ１の封体発光部を挟んで支持する位置に設ける。上記したように、ランプ押さえ棒１２の突起部１２１とＶブロック１６は、ランプ１の封体発光部を挟んで対向する位置に設ける。
ランプ押さえ棒（「持ち上げ部材」）１２とＶブロック１６は、ランプの長さに応じて、たわみの大きさを考慮し複数個所設ける。しかし、ランプの中央と両端の少なくとも３個所に設けることが望ましい。なぜなら、中央部だけだと両端がたわみ（下がり）、両端だけだと中央部がたわむ（下がる）からである。

図１、図２に示すように本実施例ではランプ押さえ棒（「持ち上げ部材」）１２とＶブロック１６を、ランプ１の封体発光部の中央と両端の３個所に設けている。このようにランプの持ち上げ機構を複数個所に設ける場合、図２に示すように、カム１４が同期して回転するように、各カム１４を１本の棒状部材１５により連結する。
図２においては、同図（ｂ）に示すように棒状部材１５を右方向（ランプから遠ざかる方向）に引くと、カム１４の長径が横になり、カム受け１１が下降しランプが下降する。また、同図（ａ）に示すように、棒状部材１５を左方向（ランプに近づく方向）に押すと、カム１４の長径が縦になり、カム受け１１が上昇しランプが上昇する。
なお、図１、図２ではランプ押さえ棒（「持ち上げ部材」）１２とＶブロック１６をランプ１の封体発光部の中央と両端の３個所に設けている場合について示しているが、３個のランプ押さえ棒１２とＶブロック１６のいずれか一方あるいは両方を、一体の部材で構成し、ランプ１の封体を一体に形成されたランプ押さえ棒１２とＶブロック１６で挟持し、ランプ１の中央と両端等の複数個所で支持するようにしてもよい。

次に、本実施例の光照射器へのランプの取り付けの手順について説明する。
本実施例の光照射器にランプ１を取り付ける場合、棒状部材１５を右方向に引き、ランプ持上げ機構２０を下げた状態（図２（ｂ）、図４（ａ）参照）で、ランプ押さえ棒１２の突起部１２１の上にランプ１を置く。
その状態で、棒状部材１５をランプの方向（図２の左方向）に押す。図４（ｂ）に示すように、棒状部材１５が押されることによりカム１４が回転し、カム１４の長径が上に向かい、カム受け１１が上昇する。両端をカム受け１１により支持されているランプ押さえ棒１２も上昇し、ランプ押さえ棒１２の突起部１２１が、ランプの封体発光部を下から持上げる。ランプ押さえ棒１２がある程度持ち上がると、ランプ１はＶブロックの斜面に突き当たる。

図４（ｃ）および図２（ｂ）に示すように、カム１４はさらに回転して長径が上になる。カム受け１１はさらに上昇する。しかし、ランプ１はすでにＶブロックに突き当たっているので、ランプ１はこれ以上上昇せず、したがって、ランプ押さえ棒１２も上昇しない。ここで、カム受け１１のさらなる上昇分は、押しばね１３が縮むことにより吸収する。
この押しばね１３の縮んだ力は、ランプ押さえ棒１２の突起部１２１がランプの封体発光部を下からＶブロック１６に押し付ける力としてはたらく。また、ランプ押さえ棒１２が複数ある場合、各突起部１２１の高さに多少誤差があっても、その誤差分の距離は押しばね１３の縮みで吸収する。以上により、ランプ１の封体はたわみが生じることなくＶブロック１６に押し付けられ、ミラー２ａに対して上下左右にずれることなく位置が決まる。ランプ１の所定位置への取り付けが行なわれたら、ランプ１から引き出されたリード線(図示せず)を図示しない端子台などに接続する。これによりランプの取り付けが終了する。

また、ランプ１を取り外すには、まず、ランプ１から引き出されたリード線(図示せず)を図示しない端子台から外し、棒状部材１５をランプの方向（図２の右方向）に引く。棒状部材１５が引かれることにより、図２（ａ）に示すように、カム１４が回転し、カム１４の短径が上に向かい、カム受け１１が下降する。両端をカム受け１１により支持されているランプ押さえ棒１２も下降し、これにより、ランプ押さえ棒１２の突起部１２１が下降する。これにより、ランプを取り外すことができる。

１ 紫外線放電ランプ（棒状ランプ）
１ｂ 口金部
２ ランプハウス
２ａ 樋状のミラー
２ｂ 風洞
２ｃ 隔壁板
２ｄ 通風孔
１０ ベースプレート
１１ カム受け（第１の部材）
１２ ランプ押さえ棒（第２の部材）
１２１ 突起部（ランプ封体支持部）
１２２ 腕部
１３ 押しばね
１４ カム
１５ 棒状部材
１６ Ｖブロック
２０ ランプ持ち上げ機構

Claims (3)

1. 一方向に伸びる封体を備え両端部分に口金部を有し、長手方向が水平に配置された棒状のランプと、
   該棒状のランプからの光を反射する樋状のミラーと、
   上記棒状ランプおよび上記ミラーにより反射された光が出射する光出射口と、
   上記ランプを支持する支持部材とを備え、
   上記支持部材は、
   上記ランプに対し上記光出射口とは反対側に設けられ、上記ランプの封体に接して該ランプを上記ミラーに対してあらかじめ設定された位置に位置決めする位置決め部材と、
   上記光出射口の側から上記ランプの封体を複数個所で持ち上げて、上記位置決め部材に押付ける持ち上げ部材とを有し、
   上記棒状のランプの口金部には支持手段が設けられておらず、該ランプは上記位置決め部材と持ち上げ部材とで挟持されて支持される
   ことを特徴とする光照射器。
2. 上記持ち上げ部材は、上記ランプの長手方向に複数に分割され、該複数に分割された持ち上げ部材を、一体で上下動させる持ち上げ機構を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の光照射器
3. 上記ランプ持ち上げ機構は、
   棒状の部材が接続され、該棒状部材の水平方向の移動により回転する楕円形のカムと、
   上記カムの回転により上下移動する第１の部材と、
   上記第１の部材に弾性部材を介して支持され、第１の部材の上下移動と共に上下に移動する上記持ち上げ部材である第２の部材とを備え、
   上記第２の部材は、上記位置決め部材に対向する光透過性のランプ封体支持部を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の光照射器

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