(57)【要約】【課題】簡単な構成でエキシマランプの点灯状態を安全に監視することができる紫外光照射装置を提供する。【解決手段】筐体内に紫外線を放射する棒状のエキシマランプが配置されてなる紫外線照射装置であって、前記エキシマランプは、紫外線透過性を有する保護管内に配置され、前記保護管は、紫外線が可視光よりも大きく分散される材料によって形成されると共に、当該保護管における少なくとも一端が前記エキシマランプの放電領域よりも当該エキシマランプの軸方向に伸びており、前記保護管における一端面からの可視光により、前記エキシマランプの点灯状態が監視されることを特徴とする。【選択図】図１
2014107082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に紫外線を放射する棒状のエキシマランプが配置されてなる紫外線照射装置であって、
前記エキシマランプは、紫外線透過性を有する保護管内に配置され、
前記保護管は、紫外線が可視光よりも大きく分散される材料によって形成されると共に、当該保護管における少なくとも一端が前記エキシマランプの放電領域よりも当該エキシマランプの軸方向に伸びており、
前記保護管における一端面からの可視光により、前記エキシマランプの点灯状態が監視されることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記保護管の一端面からの可視光を前記筐体の外部に導出するライトガイド部材が設けられてい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】
前記保護管は、その一端面が前記筐体の外部に露出した状態で設けられてい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４】
前記エキシマランプの発光管には紫外線受光膜が設けられており、前記ライトガイド部材は、その光入射面が前記保護管における前記紫外線受光膜の背後領域に位置する部分の一端面に対向するよう配置されていることを特徴とする請求項２に記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
前記紫外線受光膜は、前記エキシマランプからの紫外線を受けて可視光を放射する蛍光体よりなり、当該紫外線受光膜は前記発光管の内面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマランプを備えた紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紫外線照射装置としては、紫外線を放射するエキシマランプを備えてなるものが知られている（特許文献１参照。）。
かかる紫外線照射装置に用いられるエキシマランプにおいては、棒状の発光管の外面に一対の電極が当該発光管を介して互いに対向するよう配置されており、発光管内には、例えばキセノンガスなどのエキシマ用ガスが封入されている。このようなエキシマランプとしては、エキシマ用ガスによるエキシマが発する例えば波長１７２ｎｍのエキシマ光を直接外部に放射するものや、発光管の内面に形成された蛍光体層にエキシマ光が照射されることにより、当該蛍光体層から紫外線を外部に放射するものなどが知られている。
【０００３】
この紫外線照射装置においては、エキシマランプから人間の目に悪影響を及ぼす紫外線が高い強度で放射されるので、当該エキシマランプの点灯状態を直接目視で監視することができない。このため、エキシマランプからの光を導光する導光体と、この導光体によって導光された光を受光する受光部とを備えてなり、受光部による光の検知結果に基づいて、エキシマランプの点灯状態を監視する紫外線照射装置が提案されている（特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４２１０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２６１４号公報
【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、上記の紫外線照射装置においては、紫外線を受光する受光部として、高価なフォトダイオードを用いることが必要であり、しかも、受光部による光の検知結果を表示する表示部などを設けることが必要となるため、装置全体が複雑な構成となり、その結果、紫外線照射装置のコストが高くなる、という問題がある。
また、導光体としては、通常、光ファイバーが用いられるが、エキシマランプからの紫外線によって、光ファイバーの結束材を構成する樹脂材料が劣化したり、樹脂製の光ファイバーを用いる場合には、光ファイバー自体が劣化したりする、という問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、簡単な構成でエキシマランプの点灯状態を安全に監視することができる紫外光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】
【０００７】
本発明の紫外線照射装置は、筐体内に紫外線を放射する棒状のエキシマランプが配置されてなる紫外線照射装置であって、
前記エキシマランプは、紫外線透過性を有する保護管内に配置され、
前記保護管は、紫外線が可視光よりも大きく分散される材料によって形成されると共に、当該保護管における少なくとも一端が前記エキシマランプの放電領域よりも当該エキシマランプの軸方向に伸びており、
前記保護管における一端面からの可視光により、前記エキシマランプの点灯状態が監視されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の紫外線照射装置においては、前記保護管の一端面からの可視光を前記筐体の外部に導出するライトガイド部材が設けられていることが好ましい。
また、前記保護管は、その一端面が前記筐体の外部に露出した状態で設けられていてもよい。
【０００９】
また、本発明の紫外線照射装置においては、前記エキシマランプの発光管には紫外線受光膜が設けられており、前記ライトガイド部材は、その光入射面が前記保護管における前記紫外線受光膜の背後領域に位置する部分の一端面に対向するよう配置されていることが好ましい。
このような紫外線照射装置においては、前記紫外線受光膜は、前記エキシマランプからの紫外線を受けて可視光を放射する蛍光体よりなり、当該紫外線受光膜は前記発光管の内面に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の紫外線照射装置によれば、保護管は、紫外線が可視光よりも大きく分散される材料によって形成されていることにより、エキシマランプから保護管に入射した光のうち紫外領域の光は、可視領域の光よりも高い割合で保護管の周面から外部に発散される。すなわち、保護管の軸方向に沿って導光されて当該保護管の一端面から出射される光は、紫外領域の光の割合が低く、可視領域の光の割合が高いものとなるので、保護管における一端面からの可視光により、エキシマランプの点灯状態を例えば目視で安全に監視することができる。
また、エキシマランプの点灯状態を目視で監視することが可能であるため、受光部や表示部を設けることが不要となり、簡単な構成とすることができる。従って、紫外線照射装置の製造コストの低減化を図ることができる。
また、エキシマランプの点灯状態を監視するために、保護管の一端面からの光を導光するライトガイド部材を用いる場合においては、保護管の一端面からの光は紫外領域の光の割合が低いものであるため、紫外線によるライトガイド部材の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の紫外線照射装置の一例における内部の構成を示す説明用断面図であり、（ａ）はエキシマランプの軸方向に垂直な方向に沿って切断した横断面図、（ｂ）はエキシマランプの軸方向に沿って切断した横断面図である。
【図２】図１に示す紫外線照射装置に用いられるエキシマランプ２０の構成を示す説明用断面図であり、（ａ）は軸方向に沿って切断した縦断面図、（ｂ）は軸方向と垂直な方向に沿って切断した横断面図である。
【図３】図１に示す紫外線照射装置におけるエキシマランプ２０の一端部およびその周辺の構造を示す説明用断面図であり、（ａ）は、エキシマランプの軸方向に垂直な方向に沿って切断した横断面図、（ｂ）はエキシマランプの軸方向に沿って切断した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の紫外線照射装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の紫外線照射装置の一例における内部の構成を示す説明用断面図であり、（ａ）はエキシマランプの軸方向に垂直な方向に沿って切断した横断面図、（ｂ）はエキシマランプの軸方向に沿って切断した縦断面図である。
この紫外線照射装置は、下面に光出射用の開口が形成された、外形が直方体状の例えばアルミニウムよりなる筐体１０を有する。この筐体１０内には、当該筐体１０内を上下に区画する例えばアルミニウムよりなる隔壁１５が設けられており、これにより、隔壁１５の下方にランプ収容室Ｓ１が形成されていると共に、隔壁１５の上方には、電装部収容室Ｓ２が形成されている。
【００１３】
筐体１０内におけるランプ収容室Ｓ１には、紫外線を放射するエキシマランプ２０が収容されている。図示の例では、２本のエキシマランプ２０が互いに平行に並ぶよう配置されている。
図２は、図１に示す紫外線照射装置に用いられるエキシマランプ２０の構成を示す説明用断面図であり、（ａ）は軸方向に沿って切断した縦断面図、（ｂ）は軸方向と垂直な方向に沿って切断した横断面図である。
このエキシマランプ２０は、内部にエキシマ用ガスが封入された円管状の発光管２１を有する。発光管２１の外表面には、それぞれ発光管２１の軸方向に伸びる、帯状の高圧側外部電極２２および低圧側外部電極２３よりなる一対の外部電極が、当該発光管２１を介して互いに対向して配置され、発光管２１内における高圧側外部電極２２および低圧側外部電極２３の間には、放電領域Ｒが形成されている。高圧側外部電極２２および低圧側外部電極２１の各々は、リード線（図示省略）を介して、電装部収容室Ｓ２に収容された電装部（図示省略）に電気的に接続されている。
【００１４】
発光管２１を構成する材料としては、合成石英ガラス、溶融石英ガラス、軟質ガラスなどを用いることができる。
高圧側外部電極２２および低圧側外部電極２３を構成する材料としては、金、銀、ニッケル、カーボン、金パラジウム合金、銀パラジウム合金、白金、アルミニウムなどの導電性材料を用いることができる。発光管２１の外面に高圧側外部電極２２および低圧側外部電極２３を形成する方法としては、上記の導電性材料よりなるテープを発光管２１の外面に貼り付ける方法、上記の導電性材料を含有してなる導電性ペーストを塗布して焼成する方法などが挙げられる。
発光管２１内に封入されるエキシマ用ガスとしては、キセノンガス、クリプトンガス、アルゴンガス、ネオンガスまたはこれらの混合ガスなどを用いることができる。また、エキシマ用ガスの封入圧は、例えば静圧で８〜２１．３ｋＰａである。
【００１５】
図示の例のエキシマランプ２０においては、発光管２１の内面における一部の領域に、紫外線受光膜２５が形成されている。紫外線受光膜２５としては、エキシマランプ２０からの紫外線を受けて可視光を放射する蛍光体よりなる蛍光膜、または紫外線を反射すると共に可視光を透過する紫外線反射膜を用いることができる。
蛍光膜としては、ネオジム付活リン酸イットリウム( ＹＰ−Ｎｄ) 蛍光体、プラセオジム付活リン酸ランタン( ＬＰ−Ｐｒ) 蛍光体、プラセオジム付活イットリウムアルミニウムホウ酸塩( ＹＡＢ−Ｐｒ) 蛍光体、ビスマス付活イットリウムアルミニウムホウ酸塩（ＹＡＢ−Ｂｉ）、セリウム付活リン酸ランタン( ＬＰＣ) 蛍光体、セリウム付活アルミン酸マグネシウム( ＣＡＭ) 蛍光体などの蛍光体よりなるものを用いることができる。
また、紫外線反射膜としては、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ2 Ｐ2 Ｏ7 ）、リン酸カルシウム（Ｃａ3 （ＰＯ4 ）2 ）、ピロリン酸マグネシウム（Ｍｇ2 Ｐ2 Ｏ7 ）、および、Ｂａ−Ｎａ−Ｓｉ−Ｏ、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 のいずれかを含むものなどを用いることができる。
発光管２１における紫外線受光膜２５が形成される範囲は、発光管２１の軸方向に垂直な断面において、紫外線受光膜２５によって描かれる円弧の中心角が１８０°〜３００°（例えばエキシマランプ２０における紫外線の出射側と反対側の中心位置を基準として±９０°〜±１５０°）であることが好ましく、より好ましくは２００°〜３００°である。
【００１６】
筐体１０内におけるランプ収容室Ｓ１において、エキシマランプ２０は、その発光管２１の外径より大きい内径を有する円管状の保護管３０内に配置されている。
図３は、図１に示す紫外線照射装置におけるエキシマランプ２０の一端部およびその周辺の構造を示す説明用断面図であり、（ａ）は、エキシマランプの軸方向に垂直な方向に沿って切断した横断面図、（ｂ）はエキシマランプの軸方向に沿って切断した縦断面図である。
保護管３０は、その一端がエキシマランプ２０の発光管２１内における放電領域Ｒの一端よりも当該エキシマランプ２０の軸方向外方に伸びるよう配置され、この状態で、エキシマランプ２０および保護管３０の各々の両端部が、ランプベース３５に固定されている。
【００１７】
保護管３０は、紫外線透過性を有すると共に、紫外線が可視光よりも大きく分散される材料によって形成されている。具体的には、波長２５３．７０ｎｍの紫外線の屈折率をｎ１とし、波長４８６．１３ｎｍの可視光の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１／ｎ２の値が１．０２９０よりも大きな値であることが好ましく、または、波長２２６．５０ｎｍの紫外線の屈折率をｎ３とし、波長５８９．６０ｎｍの可視光の屈折率をｎ４とした場合にｎ３／ｎ４の値が１．０４４３よりも大きな値になる材料が好ましい。分散は、光透過材料中の屈折率が入射する光の波長によって異なるために起こる現象であり、任意の波長に対する屈折率ガラス内部の組成に応じて生じる吸収波長によって決定される材料固有の特性である。
【００１８】
このような保護管３０を構成する材料としては、合成石英ガラス、溶融石英ガラスなどを用いることができる。
また、保護管３０の内径は、エキシマランプ２０の発光管２１の内径の１．４〜１．７倍であることが好ましい。
また、保護管３０の肉厚は、１．０〜２．０ｍｍである。
【００１９】
また、保護管３０における放電領域Ｒの一端に対応する位置から当該保護管３０の一端までの距離Ｌは、保護管３０の肉厚より大きいことが好ましく、具体的な値としては、１ｍｍ以上であることが好ましい。このような条件を満足することにより、エキシマランプ２０から保護管３０に入射した紫外線を保護管の周面から外部に確実に高い比率で発散させることができる。
【００２０】
保護管３０の一端面と筐体１０の側壁との間には、保護管３０の一端面からの光を導光する線状のライトガイド部材４０が設けられている。具体的に説明すると、ライトガイド部材４０は、その光入射面４１が保護管３０における紫外線受光膜２５の背後領域に位置する部分（以下、「背後領域部分」ともいう。）の一端面に対向するよう配置されると共に、筐体１０の側壁を水平方向に貫通して伸び、光出射面４２が筐体１０の外部に露出するよう配置されている。図示の例では、ランプベース３５の上部には、ライトガイド部材４０の径に適合する幅の溝３６が、エキシマランプ２０の軸方向に伸びるよう形成されている。この溝３６内にライトガイド部材４０における光入射面４１側の一端部が挿入されることによって、当該ライトガイド部材４０は、その光入射面４１が保護管３０における背後領域部分の一端面の中央箇所に対向するよう配置されている。
【００２１】
ライトガイド部材４０としては、光ファイバーを用いることができる。また、ライトガイド部材４０を構成する材料としては、光ファイバーのコアおよびクラッドについては石英ガラスを用いることができる。また、光ファイバーの端部保持用部材としては、ステンレス製の中空管（例えば外径が３ｍｍで、肉厚が０．５ｍｍのもの) を用いることができる。さらに、光ファイバーを保護するための被覆材としては、熱収縮シリコーンチューブなどを用いることができる。
また、ライトガイド部材４０における光入射面の径は、保護管３０の肉厚の０．５〜２倍であることが好ましい。
【００２２】
上記の紫外線照射装置においては、エキシマランプ２０における高圧側外部電極２２および低圧側外部電極２３に高周波電圧が印加されると、発光管２１内において誘電体バリア放電が発生する。そして、この誘電体バリア放電によってエキシマ用ガスに由来するエキシマ分子が形成され、これにより、紫外線を含むエキシマ光が放射される。このエキシマ光の一部は、発光管２１における紫外線受光膜２５が形成されていない部分および保護管３０を介して、筐体１０の下方に配置された被照射物に照射される。
また、エキシマ光の他の一部は、紫外線受光膜２５および発光管２１を介して保護管３０における背後領域部分に入射される。そして、保護管３０における背後領域部分に入射された光は、その一部が保護管３０の周面から外部に発散され、他の一部は保護管３０の軸方向に沿って導光されて当該保護管３０の一端面から出射される。
而して、保護管３０は、紫外線が可視光よりも大きく分散される材料によって形成されていることにより、エキシマランプ２０から保護管３０に入射した光のうち紫外領域の光は、可視領域の光よりも高い割合で保護管３０の周面から外部に発散される。すなわち、保護管３０の一端面から出射される光は、紫外領域の光の割合が低く、可視領域の光の割合が高いものとなる。
【００２３】
このようにして保護管３０の一端面から出射された光は、ライトガイド部材４０の光入射面４１に入射され、当該ライトガイド部材４０によって導光され、筐体１０の外部に露出した光出射面４２から出射され、当該光出射面４２から出射された光により、エキシマランプ２０の点灯状態が監視される。
以上において、ライトガイド部材４０の光出射面４２から出射される光のうち紫外領域の光の照度は０．１ｍＷ／ｃｍ2 以下であることが好ましく、可視領域の光の照度は４．４μＷ／ｃｍ2 以上であることが好ましい。
【００２４】
上記の紫外線照射装置によれば、保護管３０は、紫外線が可視光よりも大きく分散される材料によって形成されていることにより、当該保護管３０の一端面から出射される光は、紫外領域の光の割合が低く、可視領域の光の割合が高いものとなるので、保護管３０における一端面からの可視光により、エキシマランプ２０の点灯状態を例えば目視で安全に監視することができる。
また、エキシマランプ２０の点灯状態を目視で監視することが可能であるため、受光部や表示部を設けることが不要となり、簡単な構成とすることができる。従って、紫外線照射装置の製造コストの低減化を図ることができる。
また、保護管３０の一端面からの光は紫外領域の光の割合が低いものであるため、紫外線によるライトガイド部材４０の劣化を抑制することができる。
また、エキシマランプ２０の発光管２１に紫外線受光膜２５が形成されていることにより、当該紫外線受光膜２５を介して保護管３０における背後領域部分に入射される光は、紫外領域の光の割合が相当に低いものとなるため、保護管３０の一端面から出射される光は、紫外領域の光の割合が一層低いものとなり、その結果、エキシマランプ２０の点灯状態を目視で更に安全に監視することができる。
【００２５】
以上、本発明の紫外線照射装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、以下のような変更を加えることが可能である。
保護管３０における一端面からの可視光により、エキシマランプ２０の点灯状態を監視することが可能な構成であれば、ライトガイド部材４０は必須のものではなく、例えば保護管３０が、筐体１０の側壁を貫通して伸び、当該保護管３０の一端面が筐体１０の外部に露出した状態で設けられることにより、当該保護管３０の一端面からの可視光を直接目視することができる構成であってもよい。
また、エキシマランプ２０は、発光管２１内において生じるエキシマ光を受けて例えば波長３８０ｎｍ以下の紫外線を放射する蛍光体層が当該発光管２１に設けられた蛍光ランプであってもよい。
また、保護管３０の一端面からの光を受光する光モニタ（ＵＶセンサ）を設けることにより、当該光モニタでエキシマランプ２０の点灯状態を監視してもよい。
また、ライトガイド部材４０は、図３に示すように、その光入射面４１が保護管３０における背後領域部分の一端面の中央箇所に対向していることが好ましいが、光入射面４１が保護管３０における背後領域部分の一端面のいずれの箇所に対向していてもよい。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の紫外線照射装置の具体的な実施例について説明する。
〈実施例１〉
図１の構成に従い、下記の仕様の紫外線照射装置を作製した。
［筐体］
筐体は、アルミニウムよりなり、外形の寸法は、５３４ｍｍ×６０×ｍｍ×１９７ｍｍで、ランプ収容室の寸法は、５３４ｍｍ×６０×ｍｍ×３０ｍｍである。
［エキシマランプ］
発光管は、石英ガラスよりなり、その全長が４８５ｍｍ、外径が１０ｍｍ、内径が９ｍｍである。この発光管内には、キセノンガスが封入されており、その封入圧は静圧で１３．３ｋＰａである。
高圧側外部電極および低圧側外部電極は、それぞれフリットガラスおよび銀を含有する導電性ペーストを、発光管の外表面にスクリーン印刷により塗布した後、得られた塗布膜を焼成することによって形成され、長さが４００ｍｍ、幅が７．６ｍｍである。
紫外線受光膜は、セリウム付活リン酸ランタン( ＬＰＣ) 蛍光体よりなり、エキシマランプにおける紫外線の出射側と反対側の中心位置を基準として±３５°（合計で７０°）の範囲で形成されている。
発光管内における放電領域の長さは４００ｍｍである。
［保護管］
保護管は、合成石英ガラスよりなり、全長が４１０ｍｍ、外径が１６ｍｍ、内径が１４ｍｍ（肉厚が１ｍｍ）で、保護管における放電領域の一端に対応する位置から当該保護管の一端までの距離は１ｍｍである。
［ライトガイド部材］
ライトガイド部材は、（株）住田光学ガラス製のＳＯＧ−７０Ｓタイプの光ファイバーよりなり、全長が６０ｍｍ、光入射面の径が２ｍｍである。
【００２７】
上記の紫外線照射装置について、エキシマランプにおける高圧側外部電極および低圧側外部電極の間に、７０ｋＨｚで３．５ｋＶの高周波電圧を印加することにより、当該エキシマランプを点灯させた。そして、保護管の直下位置（出射側）、保護管の直上位置、保護管の一端面に近接した位置、およびライトガイド部材の光出射面に近接した位置の各々において、照度計によって紫外線の照度を測定した。その結果、保護管の直下位置では１０．１ｍＷ／ｃｍ2 、保護管の直上位置では２．４ｍＷ／ｃｍ2 、保護管の一端面に近接した位置では０．１ｍＷ／ｃｍ2 、ライトガイド部材の光出射面に近接した位置では０ｍＷ／ｃｍ2 であった。また、ライトガイド部材の光出射面に近接した位置において、可視光の照度を測定したところ、７．５μＷ／ｃｍ2 であった。
【００２８】
〈比較例１〉
ライトガイド部材の光入射面を保護管の外周面に対向するよう配置したこと以外は、実施例１と同様の構成の紫外線照射装置を作製し、実施例１と同様にして紫外線の照度を測定した。その結果、保護管の直下位置では１０．１ｍＷ／ｃｍ2 、保護管の直上位置では２．４ｍＷ／ｃｍ2 、保護管の一端面に近接した位置では０．１ｍＷ／ｃｍ2 、ライトガイド部材の光出射面に近接した位置では０ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【符号の説明】
【００２９】
１０  筐体
１５  隔壁
２０  エキシマランプ
２１  発光管
２２  高圧側外部電極
２３  低圧側外部電極
２５  紫外線受光膜
３０  保護管
３５  ランプベース
３６  溝
４０  ライトガイド部材
４１  光入射面
４２  光出射面
Ｒ  放電領域
Ｓ１  ランプ収容室
Ｓ２  電装部収容室
【図１】
2014107082.tif 000003
【図２】
2014107082.tif 000004
【図３】
2014107082.tif 000005