紫外线照射装置.pdf

一种使用介质阻挡放电灯的紫外线照射装置，可以防止在紫外线放射时所产生的电磁噪声向周围放射、或者通过线缆传播到外部。在收容了放电灯(12)的灯罩(10)内设置：将直流恒定电压转换为高频交流电压的开关电路(16)；和使高频交流电压升压的升压变压器(18)。低压直流电源(20)设置在灯罩(10)的外部，并通过线缆(22)与灯罩(10)连接。

1.  一种向被照射物照射紫外线的紫外线照射装置，其特征在于，具有：
放电灯，其通过介质阻挡放电来放射准分子光；
灯罩，其收纳所述放电灯，并具有使紫外线透射到外部的窗部；和
电源，其点亮所述放电灯，
在所述灯罩内或者所述灯罩旁边设置有：作为所述电源的一部分的将直流电压转换为高频的开关元件；和作为所述电源的一部分的从低电压向高电压升压的升压机构。

2.  根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，在所述灯罩之外设置有低频低压交流电源或低压直流电源。

3.  根据权利要求1或2所述的紫外线照射装置，其特征在于，所述放电灯在单管的轴的两侧设置带状电极对，并对所述电极对施加大致矩形波的交流电压。

4.  根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，所述升压机构是变压器。

5.  根据权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，所述升压机构是科克罗夫特电路。

紫外线照射装置
技术领域
本发明涉及主要是工业用的紫外线照射装置，尤其涉及采用了介质阻挡放电准分子灯等的装置。
背景技术
作为在上述工业用紫外线照射装置中使用的一种光源，例如有专利文献1中所述的具有172nm发光波长的氙准分子灯，该氙准分子灯常用于液晶面板用基板的干燥清洗(dry cleaning)等。在准分子灯中经常采用双管构造的灯，其发光部沿着轴方向延伸成管状。在清洗基板时，被照射对象物的基板以一定速度在传送带上移动，在基板的稍上方、与传送带的传送方向正交的方向上设置灯。对被照射对象物的整个宽幅进行一次性照射，并且使基板以一定速度移动，因此能够对整个基板进行均匀处理。
另一方面，例如在半导体工艺的领域中，在其各个工序内大多使用紫外光进行半导体晶片表面的加工、改性等。因此，根据各个工序，使用波长172nm的氙的准分子发光、波长222nm的氪和氯的准分子发光、或者作为水银共振线的254nm等的紫外光。
在这种紫外线灯中经常采用介质阻挡放电作为放电方式，专利文献2记载了一种基于介质阻挡放电的紫外线照射装置。在专利文献2中，为了降低介质阻挡放电引发的电磁噪声电波并提高安全性，而在灯罩内设置升压部件，在其他壳体中收纳将商用频率转换为高频的变频器。
【专利文献1】日本专利第3170952号公报
【专利文献2】日本专利第2775698号公报
上述专利文献2的介质阻挡放电灯装置基本上具有减小介质阻挡放电引发的电磁噪声电波的效果。但是，在申请人的进一步实验中确认，会产生上述专利文献2的方法所不能解决的问题。
在现有的双管方式的灯中，在内侧管的内侧表面形成内侧电极，在外侧管的外侧表面形成外部电极。当对这两个电极之间施加数千伏的高频电压时，在内侧管和外侧管之间的放电空间中产生介质阻挡放电。由于对电极之间施加数千伏的高电压，所以每当在两个电极之间极性反转时就会产生剧烈的电磁噪声。
在介质阻挡放电中，随着施加电压时的电压的上升速度加快，发光效率提高。因此，为了进行使上升速度加快的矩形波驱动，使用FET等开关元件将直流电压转换为交流矩形波，并对灯施加驱动电压。
可是，在申请人的详细实验中，发现在灯点亮时产生了几个重要的问题。即，由于加快了电压的上升，所以在其瞬间产生了瞬间的、短时间持续的放电，而且随着其电压变化的增大，与产生的放电相伴的电磁噪声也增大。
根据实验可知，在开关电路与灯的距离较远时，产生了不能获得发光效率较高的装置的问题。根据推测，这是由于当加上中途导线与框体及线缆护套、接地电位之间的电容成分时，最终施加给灯的电压波形发生变化。作为其他问题，由于交流矩形波电压在导线中流过，因此电磁噪声电波通过导线放射到外部，从而给框体内部的控制电路造成障碍。另外，还导致电磁噪声电波通过电源线传播到商用线上。
在上述双管灯中，内侧电极位于外侧电极内，外侧电极一般是接地电位，所以在放电部分产生的电磁噪声电波也容易被屏蔽。另一方面，准分子灯也有单管式灯，在该单管灯中，在管的外表面沿着管的轴方向形成一对带状电极，并对电极之间施加高电压。但是，在单管灯中，两个电极都位于外表面上，所以在放电部分产生的电磁噪声电波不会被屏蔽而放射到周边空间中。由此可知，在介质阻挡放电灯中(尤其是单管式灯)需要应对电磁噪声的对策。
发明内容
本发明的紫外线照射装置是向被照射物照射紫外线的紫外线照射装置，其具有：放电灯，其通过介质阻挡放电来放射作为准分子光的紫外线；灯罩，其收纳放电灯，并具有使紫外线透射到外部的窗部；和点亮放电灯的电源。并且，在本发明中，在灯罩内或者灯罩旁边设置有：作为电源一部分的将直流电压的频率转换为高频的开关元件；和作为电源一部分的从低电压向高电压升压的升压机构。例如，在灯罩以外，设置低频低压交流电源或低压直流电源。
在此，所谓灯罩旁边表示实质上可取得与设置在灯罩内部等同的效果的位置，例如将只收容放电灯的灯罩、和收纳有开关元件及升压机构的框体邻接设置这样的结构。另外，还包括在灯罩内设置分隔部件、并分别收容在单独的壳体中的结构。
放电灯例如是在单管的轴的两侧设置带状电极对、并对电极对施加大致矩形波的交流电压的灯。与双管式的放电灯相比，该放电灯也能够通过上述结构来可靠地屏蔽容易放射到外部的电磁噪声。在连接低压直流电源和灯罩时，升压机构例如由变压器构成。另外，在低频交流电源的情况下，升压机构例如由科克罗夫特电路(Cockcroft circuit)构成。
根据本发明，即使利用大致矩形波的高频、高电压点亮放电灯时，也能够可靠地防止产生电磁噪声，能够实现可靠性较高的紫外线照射装置。并且，由于能够充分地提高施加电压，所以可实现放射照度高的紫外线照射装置。尤其即使在单管的放电灯中也能够防止产生噪声，所以能够提供较小型的、廉价的紫外线照射装置。
附图说明
图1是示意地表示第1实施方式的紫外线照射装置的图。
图2是示意地表示第2实施方式的紫外线照射装置的图。
符号说明
10、30灯罩；12、32放电灯；14、34照射窗；16、38开关电路；18升压变压器；20低压直流电源；36科克罗夫特电路；40低压交流电源。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是示意地表示第1实施方式的紫外线照射装置的图。
紫外线照射装置具有由金属制框体构成的灯罩10，在灯罩10的内部设有放电灯12。放电灯12是合成石英玻璃制的介质阻挡放电灯，其构成双圆筒形状。即，同轴地配置有构成介质阻挡的内侧管和外侧管(均未图示)，并在它们之间形成空心圆筒状的放电空间。
在外侧管的外表面设有可透射光的导电网电极(未图示)，在内侧管的内侧设有薄膜电极(未图示)。在放电空间中封入稀有气体、或者稀有气体和卤素气体的混合气体。构成为灯罩10一部分的照射窗14由石英板形成，并设置在与放电灯12对置的位置上。
在灯罩10的外部配置有具备电源控制电路的低压直流电源20。另一方面，在灯罩10的内部设有放电灯12、由FET等构成的开关电路16、和升压变压器18。低压直流电源20通过线缆22被连接于灯罩10内的开关电路16，由此提供电源。
开关电路16将由低压直流电源20提供的低压直流电压的波形转换为高频的交流矩形波。例如，开关电路16利用由4个开关元件构成的全桥电路(full bridge circuit)、由2个开关元件构成的推挽电路(push pullcircuit)等构成。另外，也可以构成组合有1个开关元件和升压变压器的反激逆变器(fly-back inverter)电路。
升压变压器18将通过线缆17从开关电路16传送的交流矩形波电压升压到数千伏。并且，升压后的高频电压通过线缆15施加给放电灯12。在放电灯12中，通过介质阻挡放电而产生准分子光，由此紫外线通过照射窗14放射到外部。
随着放电灯12在施加电压时的电压变化增大，发光效率提高，所以开关电路16将直流电压转换为上升速度尽可能快的、和/或电压变化较大的矩形波交流电压。结果，在施加电压时产生剧烈的电磁噪声电波，但由于作为电源机构一部分的开关电路16、升压变压器18被设置在灯罩10内部，所以升压变压器18、线缆15等上承载的电磁噪声电波被屏蔽，可防止该电磁噪声电波被放射、传播到灯罩外部。
并且，由于将开关电路16设置在灯罩10内部，所以交流矩形波电压不会在位于灯罩10外部的线缆22上流过。因此，电磁噪声不会承载到导线上而泄露，可防止其通过电源线传播到商用线上。另外，由于开关电路16与放电灯12的距离比较近，所以施加给放电灯12的电压波形稳定，使发光效率提高。
另外，还可以构成为在低压直流电源20内部设置有控制开关电路16的控制电路，其通过向开关电路16发送控制信号来进行调光控制。通过提高频率，能够实现更高频的驱动，并获得高照度。
下面，使用图2来说明第2实施方式的紫外线照射装置。在第2实施方式中，设置有交流电源，并且设有单管式的放电灯。除此以外的结构实质上与第1实施方式相同。
图2是示意地表示第2实施方式的紫外线照射装置的图。
紫外线照射装置具有灯罩30，在灯罩30的内部设有放电灯32、科克罗夫特电路36、开关电路38。低压交流电源40设置在灯罩30的外部，并通过线缆42与科克罗夫特电路36连接。
放电灯32是产生介质阻挡放电的单管式灯，在石英制的灯容器外表面上，沿着容器的轴方向形成有一对带状电极(未图示)。科克罗夫特电路36由二极管和电容器构成，并具有升压机构和整流电路的功能。开关电路38具有控制电路39，其通过控制电路39来调整矩形波。
由低压交流电源40通过线缆42向灯罩30的科克罗夫特电路36提供商用电力。科克罗夫特电路36将交流电压转换为直流的高电压，并通过线缆37传送给开关电路38。开关电路38将直流高电压转换为交流矩形波的高频电压。当通过线缆35对放电灯32的电极施加上升急剧且不存在波形变形的矩形波电压时，紫外光通过照射窗34放射到外部。另外，开关电路38串联连接多个FET，并同时进行导通-断开，由此可以进行耐高压的动作。
在第2实施方式中，由于对灯32施加高频的矩形波电压，所以可执行放电区域增多，放射输出较大且稳定的灯动作，从而能够进行发光效率良好的紫外线照射。并且在单管的放电灯32中，与第1实施方式相同地可屏蔽电磁噪声，这样可以防止噪声电波放射到灯罩外部。
在第1、第2实施方式中，在灯罩外部设置有低压的直流或交流电源，但也可以在灯罩内部配置低压电源。另外，还可以构成为将放电灯与开关电路及升压变压器等电路机构隔开，将这些电路机构收纳在其他壳体中，并接近放电灯地进行排列。此外，还可以在只收容放电灯的灯罩旁边设置用于收容升压变压器等电路机构的框体，并利用较短的线缆进行连接。
也可维持商用电源的频率而进行升压，将低频交流电压提供给灯罩内部。此时，在灯罩内也可构成为经由全波整流电路来转换成直流电压，并通过开关电路转换为高频的矩形波电压，然后通过升压机构进行升压。
介质阻挡放电灯的种类不限于第1、第2实施方式，例如也可以是封入氙气和氯气的混合气体而放射308nm的紫外光的灯。在此情况下，可使用硬质玻璃来作为灯容器。