(57)【要約】【課題】ランプ温度に影響を受ける紫外線ランプと冷却ユニットとの距離に制限を加えることで、高入力電力の場合での早期の失透や黒化等を抑制する。【解決手段】紫外線透過性の石英ガラスで気密性を有する放電空間１３を備えた発光管１４内の軸方向に一対の放電用の電極１５ａ，１５ｂを対向して配置する。放電空間１３内にアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物を封入することで紫外線ランプ１００を構成し、点灯時に紫外光を発光させる。紫外線ランプ１００は、内管２１と外管２２との間に紫外線ランプ１００を冷却させる冷却液２４を循環させ、紫外線を透過させる二重構造の冷却ユニット２００の内管２１内に収容する。紫外線ランプ１００と冷却ユニット２００の内管２１との距離Ｄ［ｍｍ］と紫外線ランプ１００の入力電力Ｐ［Ｗ／ｃｍ］は、Ｄ≦−０．２Ｐ＋３５の関係を満足するものとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた発光管と、
前記発光管の軸方向の該発光管に対向して配置された一対の放電用の電極と、
前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物と、からなる紫外線ランプと、
前記紫外線ランプを収容し、内管と外管との間に紫外線ランプを冷却させる冷却液を循環させるとともに、紫外線を透過させる構造の冷却ユニットと、を具備し、
前記紫外線ランプと前記冷却ユニットの内管との距離Ｄ［ｍｍ］と前記紫外線ランプの入力電力Ｐ［Ｗ／ｃｍ］は、Ｄ≦−０．２Ｐ＋３５の関係を満足することを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記ランプ入力電力Ｐ［Ｗ／ｃｍ］は、１２０Ｗ／ｃｍ〜１７０Ｗ／ｃｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記発光管の長手方向の中間部外表面に、前記距離Ｄよりも高さの低い突起を一体形成したことを特徴とする請求項１または２記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記突起は、前記発光管の長手方向の外表面に少なくとも１箇所設けることたことを特徴とする請求項３記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
前記突起は、前記発光管側は太く、先端は細くしたことを特徴とする請求項３または４記載の紫外線照射装置。
【請求項６】
前記突起の先端は、尖塔あるいは丸み形状としたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外線ランプから照射される紫外線で光化学処理、光殺菌、光洗浄等に用いられる紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線照射装置は、紫外線を照射させる紫外線照射用ランプの表面が高温となる。そのため破損を防止する冷却機構が必要となり、一般的には空冷による冷却方式が使用されている。空冷方式にはランプに直接気体を当て冷却する直接的手法とランプ外周方向に設置した透過容器を液体により冷却することで透過容器周囲の気体を冷却し、ランプを冷却する間接的手法がある。特に、被照射物の温度上昇の抑制またはランプ外周方向に被照射物である液体がある場合には後者の手法が用いられる。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２６８０６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、ランプ入力電力を上昇させることで、被照射物に対する処理能力を向上させることができるものの、ランプ周囲の気体を冷却させることでランプを冷却する間接的手法では、冷却能力に限界があることから１２０Ｗ／ｃｍ以下の入力電力に制限される。一般にランプ表面温度が８５０℃以上で点灯し続けた場合、早期に失透、黒化等の不具合が生じる、という問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、ランプ温度に影響のある紫外線ランプと冷却ユニットとの距離に制限を加えることで、高入力電力による点灯でも長寿命化を図ることのできる紫外線照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、この発明の紫外線照射装置は、紫外線透過性の材料で気密性を有する放電空間を備えた発光管と、前記発光管の軸方向の該発光管に対向して配置された一対の放電用の電極と、前記放電空間内でアーク放電させた状態を維持するために十分な量の希ガス、水銀、ハロゲン、発光金属からなる封入物と、からなる紫外線ランプと、前記紫外線ランプを収容し、内管と外管との間に紫外線ランプを冷却させる冷却液を循環させるとともに、紫外線を透過させる構造の冷却ユニットと、を具備し、前記紫外線ランプと前記冷却ユニットの内管との距離Ｄ［ｍｍ］と前記紫外線ランプの入力電力Ｐ［Ｗ／ｃｍ］は、Ｄ≦−０．２Ｐ＋３５の関係を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ランプ温度に影響のある紫外線ランプと冷却ユニットとの距離を制限したことにより、１２０Ｗ／ｃｍ以上の高入力電力による点灯でもランプの長寿命化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態について説明するためのシステム構造図である。
【図２】図１で用いる紫外線ランプについて説明するための構成図である。
【図３】図１のＩ−Ｉ’線断面図である。
【図４】紫外線ランプと冷却ユニットとの距離の関係について説明するための説明図である。
【図５】入力電力と紫外線ランプおよび冷却ユニット間距離との関係について説明するための説明図である。
【図６】この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するためのシステム構造図である。
【図７】図６で用いる紫外線ランプについて説明するための構成図である。
【図８】図６のII−II’線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１〜図３は、この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態について説明するための、図１は基本的なシステム構造図、図２は図１に用いる紫外線ランプについて説明するための構成図、図３は図２のＩ−Ｉ’線断面図である。
【００１１】
紫外線照射装置は、紫外線ランプ１００と冷却ユニット２００から構成される。紫外線ランプ１００と冷却ユニット２００は、紫外線ランプ１００のソケット１１ａ，１１ｂに取り付けられたスペーサ１２ａ，１２ｂにより所定の間隔に位置決めされる。
【００１２】
図２に示すように、紫外線ランプ１００は、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間１３を形成する発光管１４の長手方向両端の内部には、例えばタングステン材の電極１５ａ，１５ｂが配置される。発光管１４は、例えば外径φが２７．５ｍｍ、肉厚ｍが１．５ｍｍ、発光長Ｌが１００ｍｍ程度の一重管で構成される。
【００１３】
電極１５ａ，１５ｂは、それぞれインナーリード１６ａ，１６ｂを介してモリブデン箔１７ａ，１７ｂの一端に溶接される。モリブデン箔１７ａ，１７ｂの他端には、図示しないアウターリードの一端を溶接する。モリブデン箔１７ａ，１７ｂの部分は発光管１４のインナーリード１６ａ，１６ｂからアウターリードの一端までの発光管１４を加熱して封止する。
【００１４】
モリブデン箔１７ａ，１７ｂは、発光管１４を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い材料であれば何でもよいが、この条件に適したものとしてモリブデンを使用する。モリブデン箔１７ａ，１７ｂに一端がそれぞれ接続されたアウターリードには、例えばセラミック製のソケット１８ａ，１８ｂの内部で電気的に接続された給電用のリード線１９ａ，１９ｂを絶縁封止するとともに図示しない電源回路に接続される。
【００１５】
発光管１４内には、アーク放電を維持させるための希ガスである十分な量のアルゴンガスが１．３ｋＰａで、水銀それに紫外光を発光させるための金属である鉄、スズ、インジウム、ビスマス、タリウム、マンガンのうちの少なくとも１種とハロゲンが封入されている。
【００１６】
冷却ユニット２００は、円筒状の石英ガラス等の紫外線透過性の透明な材料よりなり、内管２１とその外側に設けられた外管２２を備え、二重管構造となっている。紫外線ランプ１００は、内管２１に内包されている。
【００１７】
図３に示すように、冷却ユニット２００の内管２１は、例えば内径ｄ１を３２ｍｍ、外径ｄ２を３６ｍｍとし、外管２２は、例えば内径ｄ３を６６ｍｍ、外径ｄ４を７０ｍｍとする。
【００１８】
冷却ユニット２００は外周端部に設けられた接続管２３ａ，２３ｂを通して外部から水などの冷却液２４が循環される。冷却液２４は、図１に示すように、接続管２３ａから温度の低いものを入水し、接続管２３ｂから紫外線ランプ１００の冷却を行い、暖められたものを出水する。暖められた出水は、冷却され再び接続管２３ａから入力するようにしてある。
【００１９】
外管２２の外表面には、金属酸化物膜が被着して形成されている。この金属酸化物としては、ＴｉＯ２，ＣｅＯ２，ＺｎＯ２，ＳｎＯ２，ＺｒＯ２の少なくとも１種により構成される。金属酸化物膜は、紫外線ランプ１００から放射される光のうち、３００ｎｍ以下の波長成分を吸収するように成分調整がなされている。
【００２０】
そして、ランプ長が１００ｃｍのときにランプ電力を１６ｋＷ（１６０Ｗ／ｃｍ）が供給され、紫外線ランプ１００から紫外線を放射されると、外管２２の外面に被着した金属酸化物膜が３００ｎｍ以下の波長成分を吸収する。従って、樹脂の硬化に有効な３００〜４３０ｎｍの波長域の紫外線が冷却ユニット２００を透過させ、紫外線硬化樹脂などの被照射物に照射させる。
【００２１】
このとき、冷却ユニット２００は冷却液２４を循環させ、紫外線ランプ１００の発光管１４の温度が８５０℃を超えないように制御している。発光管１４の表面温度は、８５０℃以上になると封入ガスと発光管１４の材料である石英ガラスとの反応により黒化現象が生じることが知られている。
【００２２】
ここで、上記した構成の紫外線ランプ１００の発光管１４と上記した構成の冷却ユニット２００の内管２１との距離をＤ［ｍｍ］とランプ入力電力Ｐ［Ｗ／ｃｍ］の関係について、図４、図５を参照しながら説明する。
【００２３】
図４では、８０，１２０，１４０，１６０，１７０Ｗ／ｃｍの５種類の入力電力が紫外線ランプ１００に供給された場合の８５０℃以下における良好な発光管１４と冷却ユニット２００の内管２１との距離Ｄを示している。図４では、紫外線ランプ１００と冷却ユニット２００との接触の弊害を考え、１ｍｍを最小値とした例をデータとしている。
【００２４】
８０Ｗ／ｃｍでは、図４に示した１５ｍｍまでのいずれにおいても発光管１４の表面温度が８５０℃を超えることはなく、ランプ寿命の点では良好である。しかし、この場合は入力電力が小さいことから所望の照度が得られないという問題がある。
【００２５】
また、１２０Ｗ／ｃｍでは約１１ｍｍ以下の距離に、１４０Ｗ／ｃｍでは約６．５ｍｍ以下の距離に、１６０Ｗ／ｃｍでは約３ｍｍ以下の距離に、１７０Ｗ／ｃｍでは約１．３ｍｍ以下の距離にそれぞれ設定した場合には、８５０℃以下で良好な照度を得つつ、封入物と発光管１４との反応による黒化現象を防止できることからランプの長寿化を図ることができる。
【００２６】
図５では、このときの入力電力［Ｗ／ｃｍ］と良好な発光管１４と内管２１との距離をＤ［ｍｍ］のプロットを取り、直線で結んだ特性を示している。この図５からもわかるように、ランプ表面温度が８５０℃となる入力に対する距離Ｄの関係から、Ｄ＝−０．２Ｐ＋３５となる近似式が求めらる。このことから、Ｄ≦−０．２Ｐ＋３５の条件の場合、ランプ温度を８５０℃以下に制御することが可能となった。ただし、入力電力Ｐ（Ｗ／ｃｍ）は、１２０≦Ｐ≦１７０の条件下とする。
【００２７】
この実施形態では、入力電力が１２０Ｗ／ｃｍ〜１７０Ｗ／ｃｍの間において、発光管１４と内管２１との距離Ｄ［ｍｍ］が、Ｄ≦−０．２Ｐ＋３５の近似式を満足する条件であれば、所望の照度が得られつつ、黒化現象を抑えることが可能となり長寿命化を図ることができる。
【００２８】
図６〜図８は、この発明の紫外線照射装置に関する他の実施形態について説明するための、図６は基本的なシステム構造図、図７は図６に用いる紫外線ランプについて説明するための構成図、図８は図７のII−II’線断面図である。なお、上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付してここでの説明は省略する。
【００２９】
この実施形態は、紫外線ランプ１００の発光管１４の長手方向の中間部の外表面に、先端が尖塔あるいは丸みを帯びた形状とした突起６１を、一体的に形成したものである。
【００３０】
突起６１は、希ガス等の封入物を発光管１４内に封入させるためのチップとも言われる排気管痕とは区別され、設けた突起６１の発光管１４の外周面からの高さは、排気管痕より高さとなっている。なお、排気管痕は、発光管１４の封止する部分を利用することにより、必ずしも必要なものではなく、なくすことも可能である。
【００３１】
突起６１の高さＨは、入力電力が１２０Ｗ／ｃｍ〜１７０Ｗ／ｃｍの間において、発光管１４と内管２１との距離Ｄ［ｍｍ］が、Ｄ≦−０．２Ｐ＋３５の近似式を満足する値よりも低い（Ｈ＜Ｄ）関係とする。この条件下において、突起６１の高さをどの値にするかは、入力電力値の関係や同じ入力電力でも得たい照度との兼ね合いで適宜決定されるものである。
【００３２】
この実施形態では、発光管長手方向の中間付近に、紫外線ランプの発光管と冷却ユニットの内管との距離Ｄより低い突起を一体形成させた。これにより、距離Ｄ以内として長寿命を確保することができる。これに加え、長尺化した発光管の長手方向の中間部分が自重や熱ストレス等が原因の経時変化により曲がって冷却ユニットに直接触れ、接触部分にランプ内の水銀が集まり蒸気圧が低下し、ランプ電圧が低下してしまうことの防止にも寄与する。
【００３３】
なお、この実施形態の突起６１は、発光管１４の外周面に少なくとも１個で構わないが、図８に示すように周面方向に複数箇所形成しても構わない。この場合、図８に示すように必ずしも同一周回上ではなく、同一周回からズレた位置であっても構わない。さらに、突起６１が複数箇所に形成される場合は、軸方向に同一線上になくても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１００  紫外線ランプ
１３  放電空間
１４  発光管
１５ａ，１５ｂ  電極
２００  冷却ユニット
２１  内管
２２  外管
２４  冷却液
６１  突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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