特開 2023-163746 紫外線照射装置および紫外線照射方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023163746

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】紫外線照射装置および紫外線照射方法

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/12 20060101AFI20231102BHJP

   B08B 7/00 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

B01J19/12 C

B08B7/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022074858

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000168078

【氏名又は名称】江東電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100148149

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 幸男

(72)【発明者】

【氏名】小菅 篤

【テーマコード（参考）】

3B116

4G075

【Ｆターム（参考）】

3B116AA46

3B116AB14

3B116BC01

3B116CD11

3B116CD33

4G075AA30

4G075BA05

4G075BA08

4G075BB10

4G075CA33

4G075DA02

4G075DA18

4G075EB01

4G075EB31

4G075ED11

4G075FA12

4G075FB01

4G075FB06

(57)【要約】

【課題】立体的な形状を有する照射対象に紫外線を容易に照射する紫外線照射装置および紫外線照射方法を提供する。
【解決手段】紫外線照射装置１００は、照射対象Ｒを配置する照射対象配置部３０と、照射対象Ｒに紫外線を照射する紫外線ランプ２０と、を備える。紫外線ランプ２０は、照射距離２０ｍｍの位置で測定した、１８５ｎｍの紫外線の照射強度が２５４ｎｍの紫外線の照射強度の３０％以上である。紫外線照射方法は、紫外線ランプ２０で照射対象Ｒに紫外線を照射する紫外線照射工程を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照射対象を配置する照射対象配置部と、
前記照射対象に紫外線を照射する紫外線ランプと、
を備え、
前記紫外線ランプは、照射距離２０ｍｍの位置で測定した、１８５ｎｍの紫外線の照射強度が２５４ｎｍの紫外線の照射強度の３０％以上である、
ことを特徴とする紫外線照射装置。

【請求項2】

前記紫外線ランプは、前記照射対象配置部から前記照射対象の高さの２倍以上離れて配置される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の紫外線照射装置。

【請求項3】

前記紫外線ランプは、前記照射対象配置部から３０ｍｍ以上離れて配置される、
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の紫外線照射装置。

【請求項4】

前記照射対象配置部は、前記照射対象を搬送する搬送装置を備える、
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の紫外線照射装置。

【請求項5】

前記紫外線ランプの断面は、偏平形状を有する、
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の紫外線照射装置。

【請求項6】

紫外線ランプで照射対象に紫外線を照射する紫外線照射工程を備え、
前記紫外線ランプは、照射距離２０ｍｍの位置で測定した、１８５ｎｍの紫外線の照射強度が２５４ｎｍの紫外線の照射強度の３０％以上である、
ことを特徴とする紫外線照射方法。

【請求項7】

前記紫外線照射工程において、前記照射対象に紫外線を１分以上１０分以下照射する、
ことを特徴とする請求項６に記載の紫外線照射方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、紫外線照射装置および紫外線照射方法に関する。

【背景技術】

【0002】

樹脂で作製された部材の表面にメッキ層を形成する際、メッキ層の密着性を高めるため、予め部材の表面に付着した有機物等による汚れを除去する必要がある。部材の表面から汚れを除去する方法としては、溶剤または水などによるウエット洗浄と、紫外線を照射するドライ洗浄と、が知られている。ウエット洗浄では、大きな汚れを除去することには有効であるが、ナノレベルの有機物を除去することには不向きである。ナノレベルの有機物には、紫外線を照射するドライ洗浄が有効である。

【0003】

特許文献１は、チャンバー内に配置された紫外線照射ランプを備える紫外線照射装置により、紫外線を照射して、被洗浄基板の有機物を除去する基板洗浄装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－７１３９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

引用文献１に開示された基板洗浄装置は、被洗浄基板のように平面形状を有する照射対象に紫外線を照射する目的で用いられるものであり、紫外線照射ランプと照射対象との距離が近いため、立体的な形状を有する照射対象に紫外線を照射することは困難である。このため、メッキ層を形成予定の部材が立体的な形状を有する場合、引用文献１に開示された基板洗浄装置を用いて、紫外線を照射することは困難である。

【0006】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、立体的な形状を有する照射対象に紫外線を容易に照射する紫外線照射装置および紫外線照射方法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】

本発明の目的を達成するため、本発明に係る紫外線照射装置の一態様は、
照射対象を配置する照射対象配置部と、
前記照射対象に紫外線を照射する紫外線ランプと、
を備え、
前記紫外線ランプは、照射距離２０ｍｍの位置で測定した、１８５ｎｍの紫外線の照射強度が２５４ｎｍの紫外線の照射強度の３０％以上である、
ことを特徴とする。

【0008】

前記紫外線ランプは、前記照射対象配置部から前記照射対象の高さの２倍以上離れて配置されるとよい。

【0009】

前記紫外線ランプは、前記照射対象配置部から３０ｍｍ以上離れて配置されるとよい。

【0010】

前記照射対象配置部は、前記照射対象を搬送する搬送装置を備えるとよい。

【0011】

前記紫外線ランプの断面は、偏平形状を有するとよい。

【0012】

本発明の目的を達成するため、本発明に係る紫外線照射方法の一態様は、
紫外線ランプで照射対象に紫外線を照射する紫外線照射工程を備え、
前記紫外線ランプは、照射距離２０ｍｍの位置で測定した、１８５ｎｍの紫外線の照射強度が２５４ｎｍの紫外線の照射強度の３０％以上である、
を備えることを特徴とする。

【0013】

前記紫外線照射工程において、前記照射対象に紫外線を１分以上１０分以下照射するとよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、立体的な形状を有する照射対象に紫外線を容易に照射する紫外線照射装置および紫外線照射方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態に係る紫外線照射装置を示す図である。

【図2】（Ａ）は、実施の形態に係る紫外線ランプを示す正面図であり、（Ｂ）は、実施の形態に係る紫外線ランプを示す側面図である。

【図3】実施の形態に係る紫外線ランプから照射される紫外線がオゾンおよび活性酸素を生成することを説明する図である。

【図4】実施の形態に係る紫外線照射方法を説明する図である。

【図5】変形例に係る紫外線照射装置を示す図である。

【図6】変形例に係る紫外線照射装置を示す図である。

【図7】実施例および比較例に係る紫外線強度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を実施するための形態に係る紫外線照射装置および紫外線照射方法について図面を参照しながら説明する。

【0017】

実施の形態に係る紫外線照射装置１００は、図１に示すように、筐体１０と、紫外線ランプ２０と、照射対象配置部３０と、を備える。紫外線照射装置１００は、立体的な形状を有する照射対象Ｒに紫外線を照射するものである。これにより、照射対象Ｒの表面に付着した有機物等による汚れを除去し、その後の工程で実施されるメッキ層の密着性を高めることができる。

【0018】

理解を容易にするために、照射対象Ｒが搬送される方向をｘ軸方向、鉛直方向をｚ軸方向、ｘ軸方向およびｚ軸方向に津垂直な方向をｙ軸方向とする直交座標系を設定し、適宜参照する。

【0019】

筐体１０は、紫外線ランプ２０から照射される紫外線を遮蔽するものであり、紫外線ランプ２０を冷却するために設けられた吸気口１１および排気口１２を備える。吸気口１１は、紫外線ランプ２０の電極の近傍に設けられる。排気口１２は、紫外線ランプ２０の中心部の上部に設けられる。吸気口１１から導入された空気は、２０℃～２５℃であり、紫外線ランプ２０の電極付近を冷却し、排気口１２から外部に排気される。これにより、紫外線ランプ２０の電極付近を４０℃～６０℃に冷却する。

【0020】

紫外線ランプ２０は、石英ガラス管と該石英ガラス管に封入された低圧水銀ランプまたはアマルガムランプを含み、１８５ｎｍの紫外線と２５４ｎｍの紫外線とを照射するランプである。紫外線ランプ２０は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、ｙ方向に伸びる筒状の形状を有し、ｘ方向に伸びる偏平形状を有する断面を有する。また、紫外線ランプ２０は、端部に電極２１が配置されている。また、紫外線ランプ２０の石英ガラス管には、紫外線を反射するリフレクタとして機能するＳｉＯ_２粒子がコーティングされている。これにより、紫外線ランプ２０から照射距離２０ｍｍの位置に照射された１８５ｎｍの紫外線の照射強度は、２５４ｎｍの紫外線の照射強度の３０％以上であり、好ましくは、３５％以上である。１８５ｎｍの紫外線と２５４ｎｍの紫外線とがバランスよく照射されることで、オゾンおよび活性酸素原子を効率よく生成することが可能である。また、紫外線ランプ２０は、照射距離２０ｍｍにおいて、好ましくは、２０ｍＷ／ｃｍ^２以上、より好ましくは、２５ｍＷ／ｃｍ^２以上の紫外線強度で１８５ｎｍの紫外線を照射する。これにより、紫外線を効率よく照射することが可能であり、短い時間で効率よく照射対象Ｒの表面に付着した有機物等による汚れを除去し、その後の工程で実施されるメッキ層の密着性を高めることができる。紫外線ランプ２０から照射される１８５ｎｍの紫外線は、図３に示すように、大気中の酸素を分解し、基底状態の酸素原子Ｏ（^３Ｐ）を生成する。基底状態の酸素原子Ｏ（^３Ｐ）とＯ_２からオゾン（Ｏ_３）が生成される。紫外線ランプ２０から照射される２５４ｎｍの紫外線は、オゾンからＯ（^１Ｄ）活性酸素原子を生成する。オゾンおよび活性酸素原子により照射対象Ｒの表面に付着した有機物等による汚れを除去することができる。

【0021】

図１に示す照射対象配置部３０は、照射対象Ｒを配置する部分であり、搬送装置３１を備える。搬送装置３１は、ベルトコンベアを含み、照射対象をｘ方向に搬送する。搬送装置３１は、好ましくは、筐体１０内を照射対象Ｒが数分で通過する速度で搬送する。照射対象配置部３０から紫外線ランプ２０までの高さｈ１は、好ましくは、照射対象配置部３０に配置された照射対象Ｒの最大高さｈ２の２倍以上である。また、高さｈ１は、照射対象Ｒの最大高さｈ２により定まり、具体的には、３０ｍｍ以上であり、好ましくは、８０ｍｍ以上である。これにより、紫外線ランプ２０から照射対象Ｒに満遍なく紫外線を照射することができる。

【0022】

つぎに、上記構成を有する紫外線照射装置１００を用いて照射対象Ｒに紫外線を照射する紫外線照射工程について説明する。

【0023】

まず、紫外線ランプ２０に電流を供給し、紫外線を照射させる。紫外線ランプ２０から紫外線が照射される１８５ｎｍの紫外線は、大気中の酸素を分解し、基底状態の酸素原子Ｏ（^３Ｐ）を生成する。基底状態の酸素原子Ｏ（^３Ｐ）とＯ_２からオゾン（Ｏ_３）が生成される。紫外線ランプ２０から照射される２５４ｎｍの紫外線は、オゾンから活性酸素原子Ｏ（^１Ｄ）を生成する。

【0024】

つぎに、図４に示すように、照射対象Ｒを照射対象配置部３０の搬送装置３１の端部３０ａに裁置する。照射対象Ｒの高さｈ２は、好ましくは、照射対象配置部３０から紫外線ランプ２０までの高さｈ１の２分の１である。これにより、紫外線ランプ２０から照射対象Ｒに満遍なく紫外線を照射することができる。裁置された照射対象Ｒは、搬送装置３１により筐体１０に搬送される。搬送装置３１は、好ましくは、筐体１０内を照射対象Ｒが１分以上１０分以下で通過する速度で搬送する。

【0025】

照射対象Ｒに紫外線が照射されると、オゾンおよび活性酸素原子により照射対象Ｒの表面に付着した有機物等による汚れを除去することができる。また、紫外線ランプ２０から照射距離２０ｍｍの位置に照射された１８５ｎｍの紫外線の照射強度は、２５４ｎｍの紫外線の照射強度の３０％以上である。これにより、オゾンおよび活性酸素原子を効率よく生成することが可能である。また、分子の結合エネルギーは、表１に示すように、紫外線ランプ２０から照射される光エネルギーで分子鎖を切断することができ、同時に発生するオゾンと活性酸素の効果も合わせ、洗浄・表面改質の効果が得られる。１８５ｎｍの紫外線は、６４７ｋＪ／ｍｏｌの光エネルギーを有する。２５４ｎｍの紫外線は、４７２ｋＪ／ｍｏｌの光エネルギーを有する。紫外線照射工程において、照射対象Ｒに紫外線が照射された後、メッキ工程などの後工程を実施する。

【0026】

【表1】

【0027】

以上のように、本実施の形態の紫外線照射装置１００および紫外線照射方法によれば、紫外線ランプ２０から照射距離２０ｍｍの位置に照射された１８５ｎｍの紫外線の照射強度が２５４ｎｍの紫外線の照射強度の３０％以上であることで、オゾンおよび活性酸素原子を効率よく生成することが可能である。これにより、照射対象Ｒに紫外線が照射されると、オゾンおよび活性酸素原子により照射対象Ｒの表面に付着した有機物等による汚れを除去することができる。また、分子の結合エネルギーは、紫外線ランプ２０から照射される光エネルギーで分子鎖を切断することができるエネルギーであり、同時に発生するオゾンと活性酸素の効果も合わせ、洗浄・表面改質の効果が得られる。従って、本実施の形態の紫外線照射装置１００および紫外線照射方法によれば、照射対象Ｒに紫外線を照射することで、メッキ前処理を効率的に実施することが可能である。

【0028】

上述の実施の形態では、紫外線照射装置１００がｙ方向に伸びる紫外線ランプ２０を備える例について説明したが、紫外線ランプ２０の配置方法は、特に限定されず、図５に示すように、紫外線照射装置１００は、ｘ方向に伸びる紫外線ランプ２０を備えてもよい。このようにすることで、筐体１０の形状やサイズに対応して、適切に紫外線ランプ２０を配置することが可能となる。

【0029】

上述の実施の形態では、照射対象配置部３０が搬送装置３１を備える例について説明したが、照射対象Ｒを配置することができればよく、搬送装置３１を備えなくてもよい。この場合、図６に示すように、筐体１０は、扉１３を備えるとよい。

【実施例0030】

以下、紫外線照射装置１００が備える紫外線ランプ２０が照射する紫外線強度を実施例により実証した。この実施例は、本開示の一実施態様を示すものであり、本開示は何らこれらに限定されるものではない。

【0031】

実施例１の紫外線ランプ２０は、照射距離２０ｍｍにおいて、２５４ｎｍの紫外線強度に対して１８５ｎｍの紫外線強度が３７％である。実施例１の紫外線ランプ２０の石英ガラス管には、紫外線を反射するリフレクタとして機能するＳｉＯ_２粒子がコーティングされている。これに対して、比較例１の紫外線ランプは、照射距離２０ｍｍにおいて、２５４ｎｍの紫外線強度に対して１８５ｎｍの紫外線強度が１３％である。

【0032】

実施例１の紫外線ランプ２０および比較例１の紫外線ランプの距離毎の紫外線強度と、２５４ｎｍの紫外線強度に対する１８５ｎｍの紫外線強度の比率と、を表２および図７に示す。比率は、１８５ｎｍの紫外線強度を２５４ｎｍの紫外線強度で除したものである。

【0033】

【表2】

【0034】

実施例１の紫外線ランプ２０および比較例１の紫外線ランプから照射される２５４ｎｍの紫外線強度は、照射距離２０ｍｍから１００ｍｍまで略同じである。これに対して、実施例１の紫外線ランプ２０から照射される１８５ｎｍの紫外線強度は、照射距離２０ｍｍから１００ｍｍまで比較例１の紫外線ランプから照射される１８５ｎｍの紫外線強度の略３倍である。また、２５４ｎｍの紫外線強度に対する１８５ｎｍの紫外線強度の比率は、実施例１の紫外線ランプ２０および比較例１の紫外線ランプの両方について、照射距離が大きくなるにつれて小さくなっている。これは、大気中に含まれる酸素によって吸収されるためである。つぎに、実施例１の紫外線ランプ２０および比較例１の紫外線ランプについて、それぞれ詳細に検討する。

【0035】

実施例１の紫外線ランプ２０は、照射距離９５ｍｍにおいて、１８５ｎｍの紫外線強度が８ｍＷ／ｃｍ^２である。このため、実施例１の紫外線ランプ２０は、照射対象に対して、照射距離９５ｍｍ離れた位置に８ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を照射することができる。照射対象が立体形状であり、高さが４５ｍｍである場合、紫外線ランプ２０から照射対象に最も近い部位は、照射距離５０ｍｍであり、１７ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線が照射される。これにより、高さが４５ｍｍである立体形状を有する照射対象に満遍なく１８５ｎｍの紫外線を８ｍＷ／ｃｍ^２～１７ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線強度で照射することができる。従って、実施例１の紫外線ランプ２０は、高さが４５ｍｍである立体形状を有する照射対象に１分以上１０分以下紫外線を照射することで、照射対象の表面に付着した有機物等による汚れを除去し、その後の工程で実施されるメッキ層の密着性を高めることができる。

【0036】

これに対して、比較例１の紫外線ランプは、照射距離２５ｍｍにおいて、８ｍＷ／ｃｍ^２であり、照射距離９５ｍｍにおいて、１８５ｎｍの紫外線強度が３ｍＷ／ｃｍ^２である。このため、照射対象を比較例１の紫外線ランプから２５ｍｍ離して配置したフィルムまたは基板のような平面形状に紫外線を照射する場合は、問題は発生しない。しかしながら、立体形状を有する照射対象に紫外線を照射する場合、比較例１の紫外線ランプを照射対象から離して配置すると、１８５ｎｍの紫外線強度が小さくなり、長時間紫外線を照射する必要があり、生産効率が落ちるという問題が発生する。

【0037】

以上のように、実施例１の紫外線ランプ２０は、高さが４５ｍｍである立体形状を有する照射対象に満遍なく１８５ｎｍの紫外線を８ｍＷ／ｃｍ^２～１７ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線強度で照射することができる。従って、実施例１の紫外線ランプ２０は、立体形状を有する照射対象に１分以上１０分以下紫外線を照射することで、生産効率を落とさず、照射対象の表面に付着した有機物等による汚れを除去し、その後の工程で実施されるメッキ層の密着性を高めることができる。また、紫外線ランプ２０から照射される光エネルギーで分子鎖を切断することができるエネルギーであり、１８５ｎｍの紫外線と２５４ｎｍの紫外線とがバランスよく照射されることで、同時に発生するオゾンと活性酸素の効果も合わせ、洗浄・表面改質の効果が得られる。

【0038】

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【符号の説明】

【0039】

１０…筐体
１１…吸気口
１２…排気口
１３…扉
２０…紫外線ランプ
３０…照射対象配置部
３１…搬送装置
１００…紫外線照射装置
Ｒ…照射対象
ｈ１、ｈ２…高さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】