(57)【要約】【課題】運転の複雑化を伴うことなく、紫外線発生量を制御することが可能な紫外線発生装置を提供すること。【解決手段】本発明の紫外線発生装置によれば、紫外線５を透過可能な放電管１と、放電管１の周囲に配置される電極対２と、電極対２に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源３とを備え、電源３によって、電極対２に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、放電管１内部に放電を起こさせて紫外線５を発生させる紫外線発生装置であって、放電を検知すると放電状態であると判定する放電検知センサ７を備えている。【選択図】図１
2010027620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を透過可能な誘電体容器と、
前記誘電体容器の周囲に配置される電極と、
前記電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、
前記電源によって、前記電極に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、前記誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、
前記放電を検知すると前記誘電体容器の内部が放電状態であると判定して検知信号を出力する放電判定手段と、
前記放電判定手段から出力された検知信号に基づいて前記電源によって印加される交流電圧またはパルス電圧を制御し、紫外線の発生量を制御する電圧制御手段と
を付加した紫外線発生装置。
【請求項２】
放電管に電力を供給することによって前記放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、
前記放電管に供給された電力を測定する電力測定手段と、
前記電力測定手段によって測定された電力に基づいて、前記放電管内部が放電状態であることを判定する放電判定手段と
備えた紫外線発生装置。
【請求項３】
電源から放電管に電力または電流を供給することによって前記放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、
前記電源によって供給された電力または電流を測定する電力／電流測定手段と、
前記電力／電流測定手段によって測定された電力または電流に基づいて、放電状態を判定する放電判定手段と
を備えた紫外線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば沿面放電によりキセノン等の希ガスと酸素等の混合ガスから紫外線を発生する紫外線発生装置に係り、更に詳しくは、紫外線量を制御することが可能な紫外線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線は、例えば上下水道の殺菌、消毒、および脱色や、工業用水の脱臭や脱色、あるいはパルプの漂白、更には医療機器の殺菌等を行うために広く用いられている。
【０００３】
このような紫外線を発生させる紫外線発生装置として、水銀ランプやエキシマランプがある。低圧の水銀ランプからは、254nm、185nmの波長の紫外線が発生される。一方、エキシマランプからは、キセノン、クリプトン、アルゴンを冷気媒質とした場合、それぞれ172nm、146nm、126nmの紫外線が発生される。
【０００４】
この種の紫外線発生装置は、図１３にその概略構成を示すように、紫外線５を透過可能な誘電体容器からなる放電管１の周囲に配置される電極２と、給電線４を介して電極２に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源３とが備えられている。そして、電源３によって、電極２に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、放電管１の内部に放電を起こすことによって、紫外線５が生成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の紫外線発生装置では、以下のような問題がある。
【０００６】
すなわち、従来の紫外線発生装置では、紫外線発生量を自由に制御することが困難である。このため、用途に応じた紫外線発生量を実現する場合などにおいては、フィルタ等を適宜使用することによって調節する必要があり、運転の複雑さをもたらすという問題がある。
【０００７】
また、放電を開始する場合における印加電圧と、放電を維持するための印加電圧とが異なる電圧であるために、放電開始と放電維持とを同一条件で行うことが困難である。したがって、放電開始時と放電維持時とで印加電圧を変化させなくてはならず、運転の複雑さをもたらすという問題がある。
【０００８】
この場合、放電維持時において印加電圧を絞ることによって印加電圧を変化させた結果、放電を維持することが困難となり、場合によっては放電を維持できなくなることもありうる。このように放電を維持できなくなった場合には、放電開始のための電圧を再度印加する必要があり、これもまた運転の複雑化を伴うものである。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、運転の複雑化を伴うことなく、紫外線発生量を制御することが可能な紫外線発生装置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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１１】
請求項１の発明は、紫外線を透過可能な誘電体容器と、誘電体容器の周囲に配置される電極と、電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、電源によって、電極に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、放電を検知すると誘電体容器内部が放電状態であると判定して検知信号を出力する放電判定手段と、放電判定手段から出力された検知信号に基づいて電源によって印加される交流電圧またはパルス電圧を制御し、紫外線の発生量を制御する電圧制御手段とを付加してなる。
【００１２】
請求項２の発明は、放電管に電力を供給することによって放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、放電管に供給された電力を測定する電力測定手段と、電力測定手段によって測定された電力に基づいて、放電管内部が放電状態であることを判定する放電判定手段とを備えている。
【００１３】
請求項３の発明は、電源から放電管に電力または電流を供給することによって放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、電源によって供給された電力または電流を測定する電力／電流測定手段と、電力／電流測定手段によって測定された電力または電流に基づいて、放電状態を判定する放電判定手段とを備えている。
【００１４】
従って、請求項１乃至３の発明の紫外線発生装置においては、以上のような手段を講じることにより、紫外線の発生量を制御することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、運転の複雑化を伴うことなく、紫外線発生量を制御することが可能な紫外線発生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図。
【図２】電極対に印加する電圧のピーク値と、放電管に入力される電力である放電入力との関係を示す相関図。
【図３】第１の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例を示す構成概念図。
【図４】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図（正弦波の場合）。
【図５】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図（三角波の場合）。
【図６】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図（略正弦波の場合）。
【図７】放電管に供給される電圧の立ち上がりと、紫外線発生量との関係を示す図。
【図８】放電管に供給される電圧に対する紫外線発生量の関係を、印加される交流電圧の周波数を変化させた場合において得られる関係を示す図。
【図９】電源が印加する交流電圧の基本波形、基本波形を変調する変調波の波形、基本波形の変調後の波形。
【図１０】第４の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図。
【図１１】第４の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例を示す構成概念図。
【図１２】放電開始用電源が印加する交流電圧の変調後の波形。
【図１３】従来技術の紫外線発生装置の構成概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００１９】
図１は、第１の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図である。
【００２０】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、放電管１と、電極対２と、電源３と、給電線４と、制御装置６と、放電検知センサ７と、電力測定モニタ８とから構成してなる。
【００２１】
放電管１は、紫外線を透過可能な誘電体容器で構成している。電極対２は、放電管１の周囲に、互いに対面するように配置している。このように配置された電極対２は、給電線４を介して電源３から交流電圧またはパルス電圧が印加されることによって、容量結合方式により、放電管１に対して高周波電力を供給する。供給された電力は、電力測定モニタ８によって測定され、測定値が制御装置６に出力されるようにしている。
【００２２】
このように放電管１に対して高周波電力を供給することによって、放電管１の内部に放電を起こし紫外線５を発生させている。放電検知センサ７は、発生した紫外線５の発生量を測定し、測定値を制御装置６へと出力する。放電検知センサ７は、例えば、一般的に使用されている紫外線検知センサや可視光センサを用いる。放電管１から紫外線５が発生する場合には、同時に可視光も発生する。放電検知センサ７として可視光センサを用いた場合には、このように紫外線５と同時に発生する可視光を検出する。
【００２３】
なお、放電検知センサ７に代えて、電力測定モニタ８の測定値に基づいて、放電管１における放電状態を検知するようにしてもよい。この場合、電力測定モニタ８の測定値と、放電管１における放電開始電力との相関関係を予め把握しておき、測定値がしきい電力を超えている場合には、放電が起きているものと判定する。
【００２４】
制御装置６は、放電検知センサ７から出力された測定値、および電力測定モニタ８によって測定された測定値に基づいて、電源３が電極対２に印加する交流電圧またはパルス電圧を制御し、放電入力を制御することによって、紫外線５の発生量を制御している。
【００２５】
図２は、電極対２に印加する電圧のピーク値（Ｖ）と、放電管１に入力される電力である放電入力（Ｗ）との関係を示す相関図である。図２に示すように、電圧ピーク値が、ある一定のしきい電圧Ｔを超えると放電が開始し、その後は、電圧ピーク値を上昇させるのに伴って放電入力もまた増加する。放電入力の増加に比例して、紫外線５の発生量も増加する。
【００２６】
したがって、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、制御装置６が電源３を制御し、交流電圧またはパルス電圧の印加量を制御し、放電入力を制御することによって、紫外線５の発生量を制御する。
【００２７】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【００２８】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図２に示すように、電圧ピーク値の上昇に伴って紫外線５の発生量もまた増加することを利用して、制御装置６によって、電源３が印加する交流電圧またはパルス電圧を制御することによって、放電入力が制御される。その結果、紫外線５の発生量が制御される。
【００２９】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ８および放電検知センサ７によって測定され、測定結果が制御装置６に出力される。これにより、制御装置６では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、放電入力を制御することができるので、所望量の紫外線５を容易に発生させることができる。
【００３０】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置６が、電源３が印加する交流電圧またはパルス電圧を制御することによって、紫外線５の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線５を発生させることが可能となる。
【００３１】
なお、図１に示すように、対面型の電極対２を用い、容量結合方式で放電管１に高周波電力を供給する紫外線発生装置に代えて、図３に示すように、誘導コイル型のコイル型電極１０を用い、誘導結合方式で放電管１に高周波電力を供給するようにしても同様の作用効果を奏することができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４から図８を用いて説明する。
【００３３】
図４から図６は、電源３から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図であって、図４は正弦波の場合、図５は三角波の場合、図６は略正弦波の場合をそれぞれ示している。
【００３４】
図７は、放電管１に供給される電圧の立ち上がりと、紫外線発生量との関係を示す図である。
【００３５】
図８は、放電管１に供給される電圧に対する紫外線発生量の関係を、印加される交流電圧の周波数を変化させた場合において得られる関係を示す図である。これはJ. Phys. D: Appl. Phys. 5, P562-P568(1972)からの引用であり、横軸の入力エネルギーＰ（Ｗｍ−１）は電圧に比例するパラメータであり、縦軸のη（％）は紫外線発生量に比例するパラメータである。図８は、周波数が高くなると、紫外線発生効率ηが高くなることを示している。
【００３６】
第２の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第１の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図１または図３に示す構成と同じであるが、制御装置６が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置６が、電源３によって印加される交流電圧またはパルス電圧の波形パターンにおける立ち上がり、または周波数を変化させることによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【００３７】
すなわち、電源３は電極対２またはコイル型電極１１に対して図４、図５、および図６に示すような波形パターンの電圧を印加し、放電管１の内部に放電を起こさせて、エキシマ状態を生成することによって紫外線５を発生させている。
【００３８】
制御装置６は、放電検知センサ７から出力される測定値、および電力測定モニタ８から出力される測定値に基づいて電源３を制御し、図４、図５、および図６に示すような波形パターンにおいて立ち上がり（ΔＶ／ｔａ）、または周波数ｆａを変化させて電極対２またはコイル型電極１１に電圧を印加する。
【００３９】
電圧の立ち上がり（ΔＶ／ｔａ）を増加させると、図７に示すような特性にしたがって紫外線発生量もまた増加する。また、周波数ｆａを増加させると、図８に示すように、紫外線発生効率ηが高くなるので、紫外線発生量が増加する。
【００４０】
したがって、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、制御装置６が電源３を制御し、電圧の立ち上がり（ΔＶ／ｔａ）や周波数ｆａといった波形を制御することによって、紫外線５の発生量を制御する。
【００４１】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【００４２】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図７および図８に示すように、電圧の立ち上がりを大きくすること、および電圧の周波数を大きくすることに伴って紫外線５の発生量もまた増加することを利用して、制御装置６によって、電源３が印加する交流電圧またはパルス電圧の波形が制御されることによって、放電入力が制御される。その結果、紫外線５の発生量が制御される。
【００４３】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ８および放電検知センサ７によって測定され、測定値が制御装置６に出力される。その結果、制御装置６では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、波形を制御することができるので、所望量の紫外線５を容易に発生させることができる。
【００４４】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置６が、電源３が印加する交流電圧またはパルス電圧の波形を制御することによって、紫外線５の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線５を発生させることが可能となる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図９を用いて説明する。
【００４６】
第３の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第１の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図１または図３に示す構成と同じであるが、制御装置６が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置６が、電源３によって印加される交流電圧またはパルス電圧を周波数変調処理することによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【００４７】
制御装置６が行う周波数変調処理について、図９を用いて説明する。
【００４８】
図９（ａ）は、電源３が電極対２またはコイル型電極１０に印加する交流電圧の基本波形を示す図である。この基本波形の周波数はｆｍである。
【００４９】
制御装置６は、図９（ａ）に示すような交流電圧の周波数ｆｍに、図９（ｂ）に示すような、周波数ｆｍの1/100〜1/10000の周波数で変調周波数ｆｋをかけることによって周波数変調処理を行う。これによって、図９（ｃ）に示すように、変調周波数ｆｋのduty幅の比（ｄ１／ｄ２）を連続的に制御し、放電入力を制御することによって、紫外線５の発生量を制御する。
【００５０】
なお、このような周波数変調処理は、図９（ａ）に示すような波形パターンを示す交流電圧のみならず、図示しないパルス電圧に対しても行うことができる。
【００５１】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【００５２】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図９に示すように、制御装置６によって周波数変調された交流電圧が、電源３から電極対２またはコイル型電極１０に対して供給される。そして、放電管１から発生する紫外線５の発生量は、図９（ｃ）に示すようなduty幅の比（ｄ１／ｄ２）を連続的に制御することによって制御される。
【００５３】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ８および放電検知センサ７によって測定され、測定値が制御装置６に出力される。その結果、制御装置６では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、duty幅の比（ｄ１／ｄ２）を連続的に制御することができるので、所望量の紫外線５を容易に発生させることができる。
【００５４】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置６が、電源３が印加する交流電圧またはパルス電圧に対して周波数変調処理を行い、duty幅の比（ｄ１／ｄ２）を連続的に制御することによって、紫外線５の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線５を発生させることが可能となる。
【００５５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図１０から図１１を用いて説明する。
【００５６】
図１０は、第４の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５７】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、図１に示す構成の紫外線発生装置に、放電開始用電源１１を付加した構成としている。この放電開始用電源１１は、制御装置６に制御されることによって、電極対２に対して、放電開始用のパルス電圧を供給する。
【００５８】
制御装置６は、放電管１において放電が開始される電圧をあらかじめ把握しておき、放電管１を放電させる場合には、この電圧を放電開始用パルス電圧として放電開始用電源１１から電極対２に対して供給させる。これによって、放電が開始し、放電管１から紫外線が発せられると、発生した紫外線５の発生量を放電検知センサ７が測定し、測定値を制御装置６へと出力する。これによって、制御装置６は、放電状態を把握する。
【００５９】
また、制御装置６は、放電開始用電源１１から電極対２に対して放電開始用パルス電圧を一定間隔で供給させることにより、常に放電管１を放電させるようにしても良い。あるいは、放電検知センサ７からの測定値に基づいて、放電管１が放電していないことを把握した場合には、放電開始用電源１１から電極対２に対して放電開始用パルス電圧を供給させるようにしても良い。この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管１が放電しない場合には、放電管１が故障している可能性があるために、放電管１の保護のために、放電開始用電源１１に対して、放電開始用パルス電圧の供給を停止させる。それとともに、制御装置６から故障信号を発し、オペレータに異常を報知するようにしても良い。
【００６０】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【００６１】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置６によって指示された放電開始用パルス電圧が、放電開始用電源１１から電極対２に対して単発的にまたは一定間隔で連続的に供給される。この放電開始用パルス電圧は、あらかじめ把握された電圧である。これによって、放電管１の放電が開始し、放電管１から紫外線が発せされる。そして、この紫外線の発生量が、放電検知センサ７によって測定され、測定値が制御装置６へ出力されることによって、制御装置６によって、放電開始が把握される。
【００６２】
放電開始用電源１１から電極対２に対して一定間隔で連続的に放電開始用パルス電圧が供給された場合には、放電管１から常に紫外線が発せられる。この紫外線の発生量もまた、放電検知センサ７によって測定され、測定値が制御装置６へ出力されることによって、制御装置６によって、放電状態および紫外線の発生量が把握される。
【００６３】
放電検知センサ７からの測定値に基づいて、制御装置６によって、放電管１が放電していないことが把握された場合には、放電開始用電源１１から電極対２に対して放電開始用パルス電圧を供給させるようにすることもできる。この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管１が放電が開始しない場合には、制御装置６によって、放電開始用パルス電圧の供給が停止される。この場合、放電管１が故障している可能性があるために、故障信号を発し、オペレータに異常を報知することもできる。
【００６４】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、放電開始用電源１１から電極対２に対して、放電開始用パルス電圧を単発的にまたは一定間隔で連続的に供給することによって、放電管１の放電を開始させることができる。
【００６５】
放電開始がなされていない場合には、それを把握するとともに、放電開始用電源１１から電極対２に対して放電開始用パルス電圧を再度供給させることもできる。なお、この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管１が放電が開始しない場合には、放電管１が故障している可能性があるために、放電開始用パルス電圧の供給を停止することもできる。更に、この場合、故障信号を発し、オペレータに異常を報知することもできる。
【００６６】
なお、図１０に示すように、対面型の電極対２を用い、容量結合方式で放電管１に高周波電力を供給する紫外線発生装置に代えて、図１１に示すように、誘導コイル型のコイル型電極１０を用い、誘導結合方式で放電管１に高周波電力を供給するようにしても同様の作用効果を奏することができる。
【００６７】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図９および図１２を用いて説明する。
【００６８】
第５の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第４の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図１０または図１１に示す構成と同じであるが、制御装置６が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置６が、放電開始用電源１１によって印加される放電開始用電圧を周波数変調処理することによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【００６９】
制御装置６が行う周波数変調処理について、図９を用いて説明する。
【００７０】
図９（ａ）は、放電開始用電源１１が電極対２またはコイル型電極１０に印加する放電開始用電圧の基本波形を示す図である。この基本波形の周波数はｆｍである。
【００７１】
制御装置６は、図９（ａ）に示すような交流電圧の周波数ｆｍに、図９（ｂ）に示すような、周波数ｆｍの1/100〜1/10000の周波数で変調周波数ｆｋをかけることによって周波数変調処理を行う。これによって、図９（ｃ）に示すように、変調周波数ｆｋのduty幅の比（ｄ１／ｄ２）を連続的に制御し、放電入力を制御することによって、紫外線５の発生量を制御する。
【００７２】
更に、このような変調周波数ｆｋを持つ波形に変換された放電開始用電圧を、図１２に示すように一定時間間隔ｆｍ毎に連続的に繰り返すように変調するようにしても良い。
【００７３】
上述したように、放電開始用電圧を変調してから、放電開始用電源１１から電極対２またはコイル型電極１０へ供給することによっても、第４の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００７４】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７５】
１…放電管、２…電極対、３…電源、４…給電線、５…紫外線、６…制御装置、７…放電検知センサ、８…電力測定モニタ、１０…コイル型電極、１１…放電開始用電源
【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】
2010027620.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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