(57)【要約】【課題】マグネトロンの使用を前提にマイクロ波導波管を設け、装置全体が大がかりなものになりコストが嵩むとともに、有効な安全装置が必要である。【解決手段】マイクロ波発振器ＭＷから発振されるマイクロ波を給電するマイクロ波の給電管２と、誘電管４の環状空間の開放端側と接続される接続口５ａを備えた光透過管５とを備え、中空電極３は、光透過管４の内部に不活性ガスを封入するためのガス導入管を兼用し、給電中心軸２０に、光透過管５の内部に不活性ガスを封入した後に端部を封止した中空電極３が嵌合され、給電管２と光透過管５とが所定位置に接続されていないことの検知、オゾンが所定量以上であることの検知及び紫外線が発光していないことの検知のいずれかが検知されたときにマイクロ波発振器ＭＷからのマイクロ波の発振を停止するマイクロ波発振停止回路７を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発振するマイクロ波発振器ＭＷと、
該マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波を給電するマイクロ波の給電管と、
該給電管からのマイクロ波が供給される中空電極と、
該中空電極が挿通される貫通孔を形成し、該貫通孔と同軸で有底の環状空間を備えた誘電管と、
該誘電管の環状空間の開放端側と接続される接続口を備えた光透過管とを備え、
前記中空電極は、前記光透過管の内部に不活性ガスを封入するためのガス導入管を兼用し、
前記給電管は、少なくとも先端部が前記中空電極３の嵌入を許容する嵌入孔を形成した給電中心軸及び給電中心軸と同軸の給電外管とからなり、
前記給電中心軸に、光透過管の内部にガスを封入した後に端部を封止した中空電極が嵌合されるようにした無電極紫外線ランプ。
【請求項２】
マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波が給電される給電管からのマイクロ波によって、光透過管内の封入ガスを励起させ紫外線を発光させる無電極紫外線ランプにおいて、
給電管と光透過管とが所定位置で接続されたことを検知する接続検知スイッチと、
光透過管を覆うリフレクタ内のオゾン検知するオゾンセンサと、
リフレクタ内の紫外線を検知する紫外線検知センサとを備え、
給電管と光透過管とが所定位置に接続されていないことの検知、オゾンが所定量以上であることの検知及び紫外線が発光していないことの検知のいずれかが検知されたときにマイクロ波発振器からのマイクロ波の発振を停止するマイクロ波発振停止回路を備えた無電極紫外線ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電極紫外線ランプ、特に電磁波による高周波電磁界により、管内に封入されたガスなどの充填物を励起し紫外線を放射させる無電極紫外線ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に無電極紫外線ランプは、管内の内表面に発光体（例えば、蛍光粉末）を塗布し発光ランプとして利用されている。一方、紫外線（ＵＶ光）を利用する無電極紫外線ランプでは管内に封入されたガス（例えば、不活性ガス）が励起され発生する紫外線を殺菌・化学反応に利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、無電極マイクロ波放電ランプとして、マイクロ波空洞内に充填物（例えば、セレン、テルル、ハロゲン化インジウムを包含する金属ハライドや水銀等）を封入したバルブを配設し、マイクロ波エネルギがバルブ内の充填物と結合されることで励起し光を照射するように構成されている（例えば、特許文献２−３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０１６２７４号
【特許文献２】特開２０００−３５３４９５号公報
【特許文献３】特開２００４−２４７１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の無電極マイクロ波放電ランプは、マグネトロンの使用を前提にマイクロ波導波管を設け、装置全体が大がかりなものになりコストが嵩む構造となっている。
【０００６】
また、特許文献２に記載の無電極マイクロ波放電ランプはマグネトロンが導波管にマイクロ波エネルギを供給し、カップリングスロットを介してマイクロ波空洞内へ指向される構成となっている。そして、マグネトロンからの発熱を冷却するため大型のファンを備え空気ダクトを介して冷却用空気をマグネトロンに供給する構成となっており、装置全体が大型となる。また、マグネトロンを電磁波発振器として使用するため細かな周波数や発振パターンの制御を行うことが困難である。さらに、この種の装置として、電気的安全装置、紫外線照射に関する安全装置が必要であるが、この無電極マイクロ波放電ランプでは電気的な安全装置としてヒューズ、ディスエーブル回路やマイクロ波の漏洩を検知するマイクロ波検知アンテナを配設する方法が用いられている。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構造で安全性が高く、供給するマイクロ波の周波数や発振パターンを容易に制御することができる無電極紫外線ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本第１発明の無電極紫外線ランプは、
マイクロ波を発振する半導体素子からなるマイクロ波発振器と、
該マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波を給電するマイクロ波の給電管と、
該給電管からのマイクロ波が供給される中空電極と、
該中空電極が挿通される貫通孔を形成し、該貫通孔と同軸で有底の環状空間を備えた誘電管と、
該誘電管の環状空間の開放端側と接続される接続口を備えた光透過管とを備え、
前記中空電極は、前記光透過管の内部に不活性ガスを封入するためのガス導入管を兼用し、
前記給電管は、少なくとも先端部が前記中空電極の嵌入を許容する嵌入孔を形成した給電中心軸及び給電中心軸と同軸の給電外管とからなり、
前記給電中心軸に、光透過管の内部に不活性ガスを封入した後に端部を封止した中空電極が嵌合されるようにしている。
【０００９】
本発明の無電極紫外線ランプは、給電管と誘電管と一体構造の光透過管を結合することで誘電管の中心電極と給電電極が接続され光透過管の交換も容易に行うことができる。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本第２発明の無電極紫外線ランプは、
マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波が給電される給電管からのマイクロ波によって、光透過管内の封入ガスを励起させ紫外線を発光させる無電極紫外線ランプにおいて、
給電管と光透過管とが所定位置で接続されたことを検知する接続検知スイッチと、
光透過管を覆うリフレクタ内のオゾン検知するオゾンセンサと、
リフレクタ内の紫外線を検知する紫外線検知センサと、
給電管と光透過管とが所定位置に接続されていないことの検知、オゾンが所定量以上であることの検知及び紫外線が発光していないことの検知のいずれかが検知されたときにマイクロ波発振器からのマイクロ波の発振を停止するマイクロ波発振停止回路を備えるようにしている。
【００１１】
本発明の無電極紫外線ランプは、給電管と光透過管が所定位置で接続されていない場合や、オゾンが大量に発生している場合、十分な紫外線を照射していない不具合が発生した場合にマイクロ波の発振を止め、安全を確保することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の無電極紫外線ランプによれば、簡単な構造で安全性が高く、供給するマイクロ波の周波数や発振パターンを、半導体デバイスを利用した電磁波発振器によって容易に制御することができる無電極紫外線ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本第１発明の無電極紫外線ランプを示し、（ａ）は誘電管、光透過管及び中空中心電極を、（ｂ）は給電管を、（ｃ）は誘電管、光透過管、中空中心電極及び給電管を組み立てた一部切り欠きの断面図である。
【図２】同無電極紫外線ランプをリフレクタに組み込んだ正面からの断面図である。
【図３】本第２発明の無電極紫外線ランプの概略図を示し、（ａ）は全体の構成を示し、給電管が光透過管の所定位置に達する前の一部切り欠きの断面図、（ｂ）は給電管が光透過管の所定位置に達した一部切り欠きの断面図、（ｃ）は（ａ）の要部拡大図、（ｄ）は（ｂ）のの要部拡大図である。
【図４】本発明の無電極紫外線ランプを使用した印刷装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１５】
＜実施形態１＞無電極紫外線ランプ
本実施形態１は、本第１発明に係る無電極紫外線ランプである。この無電極紫外線ランプ１は、マイクロ波を発振するマイクロ波発振器ＭＷと、このマイクロ波発振器ＭＷから発振されるマイクロ波を給電するマイクロ波の給電管２と、給電管２からのマイクロ波が供給される中空電極３と、中空電極３が挿通される貫通孔４ａを形成し、貫通孔４ａと同軸で有底の環状空間を備えた誘電管４と、誘電管４の環状空間の開放端側と接続される接続口５ａを備えた光透過管５とを備えている。そして、中空電極３は、光透過管４の内部に不活性ガスを封入するためのガス導入管を兼用し、給電管２は、少なくとも先端部が中空電極３の嵌入を許容する嵌入孔２０ａを形成した給電中心軸２０及び給電中心軸２０と同軸の給電外管２１とから構成され、給電中心軸２０に、光透過管５の内部に所定のガスＧを封入した後に端部を封止した中空電極３が嵌合されるようにしている。
【００１６】
誘電管４の材質は供給するマイクロ波が外部に漏れることがないように金属製又はマイクロ波損失の少ないセラミック製とする。また、誘電管４は、内部の環状空間の長さＬを供給するマイクロ波の周波数をλとしたとき、λ／４となるように構成することが好ましい。誘電管４と光透過管５とは、誘電管４の環状空間の開放端側と光透過管５の接続口５ａとを合致させて接合する。誘電管４と光透過管５との接合は、一般的な金属とガラスの封着方法を採用する。
【００１７】
中空電極３は、誘電管４の貫通孔４ａから反光放電管５側に突出するように配設する。そして突出部分にはガラス管３０を被覆する。ガラス管３０は、予め中空電極３に被覆しておいても良く、その外径は貫通孔４ａの内径と略同径とし、誘電管４の貫通孔４ａと中空電極３との間にはガラス管３０の厚み分だけ隙間が生じるように構成する。このように構成した後、中空電極３とガラス管３０を誘電管４に接合する。接合方法は、誘電管４と光透過管５との接合と同様である。貫通孔４ａと中空電極３との間隙を光透過管５に充填するガスが流動する。
【００１８】
ガラス管３０は、中心電極の端部よりも突出する長さを有し、光透過管５の内部に不活性ガスに置換した後にその端部を封止する。封止の方法は、特に限定するものではないが、ガスバーナなどで焼き潰すことで簡易に封止することができる。また、ガラス管３０は、誘電管４と一体で成型しても構わない。
【００１９】
マイクロ波発振器ＭＷは、半導体材料として、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドを使ったものが好ましく、これによって、マイクロ波発振器のエネルギ効率は７０％以上を確保することができる。また、マイクロ波発振器ＭＷとして半導体デバイスを用いることで、連続波でマイクロ波を発振する場合の発振出力や、パルス発振するときのパルス間隔、デューティ比、発振出力を容易に制御することができる。特に、連続波パルス波に拘わらず発振するマイクロ波の周波数を変更することで発光させる紫外線の波長を変更させることができる。これによって、例えば、印刷装置のインクの硬化に用いる場合でもインクの含有成分に合致した紫外線を照射することや、試験硬化を行って最適な硬化速度の得られる周波数を簡単に調査することも可能となる。そして、このマイクロ波発振器ＭＷは、同軸ケーブル等によって給電管２と接続され、制御機構（図示省略）からの発振信号により所定のマイクロ波発振条件（上述した、周波数、発振出力、連続波、パルス波、パルス波の場合の発振時間、デューティ比等）でマイクロ波を発振する。
【００２０】
また、紫外線発光中にパルス発振する際のパルス時間、デューティ比を変動させることで光透過管５内を流動するガスとの間でドップラー効果が生じ、発光する紫外線の波長を変動させることもできる。これにより発振周波数を一定に保持した状態で紫外線波長を可変制御することが可能となる。
【００２１】
給電管２は、少なくとも先端部が中空電極３の嵌入を許容する嵌入孔２０ａを形成した給電中心軸２０及び給電中心軸２０と同軸の給電外管２１とから構成され、給電中心軸２０及び給電中心軸２０との間には、周知の同軸ケーブルと同様にフッ素樹脂（フッ化炭素樹脂）等の絶縁体が介在する。
【００２２】
光透過管５（発光管）は、紫外域の光透過性が高い材料を選択する。例えば石英、石英ガラス、ガラス管等を採用する。また、光透過管５内に充填するガスは、マイクロ波によって生じる磁界によって発光するガス（気体）であれば特に限定するものではないが、例えば、水銀ガス、アルゴンガス、キセノン等の希ガスと添加金属として水銀、ナトリウム、ハロゲン化金属（メタルハライド）等を封入する。また、光透過管５内の管内圧力の調整によって発生する紫外線の波長が変化する。圧力を低くすると波長が長くなり、反対に圧力を高くすると波長は短くなる。そのため管内に充填する気体の圧力は必要な紫外線波長に合わせて調製する。
【００２３】
上記構成において、マイクロ波発振器ＭＷから発振されたマイクロ波によって、光透過管５内に充填されたガスが励起され紫外線が照射される。照射される紫外線はリフレクタ８の内面で反射し、所定の幅に集光される。この幅は、例えば、印刷物のインク硬化の場合、硬化速度を考慮して決定され、図例のように幅を持たせることなく、線状（図例奥行き方向（光透過管５の軸方向の長さ）の長さの線）に集光するように構成することもできる。
【００２４】
＜実施形態２＞無電極紫外線ランプ
本実施形態２は、本第２発明に係る無電極紫外線ランプである。この無電極紫外線ランプ１は、マイクロ波発振器ＭＷから発振されるマイクロ波が給電される給電管２からのマイクロ波によって、光透過管５内の封入ガスを励起させ紫外線を発光させる無電極紫外線ランプ１であって、給電管２と光透過管５とが所定位置で接続されたことを検知する接続検知スイッチ６と、光透過管５を覆うリフレクタ内のオゾン検知するオゾンセンサ７Ａと、リフレクタ内の紫外線を検知する紫外線検知センサ７Ｂとを備え、給電管２と光透過管５とが所定位置に接続されていないことの検知、オゾンが所定量以上であることの検知及び紫外線が発光していないことの検知のいずれかが検知されたときにマイクロ波発振器ＭＷからのマイクロ波の発振を停止するマイクロ波発振停止回路７から構成されている。マイクロ波発振停止回路７以外の構成は、実施形態１と同様であっても構わないがこれに限られるものではない。
【００２５】
給電管２と光透過管５とが所定位置で接続されたことを検知する接続検知スイッチ６０は、機械的に接続の有無を検知するスイッチセンサであれば特に限定するものではないが、本実施形態においては図３に示すように、センサ本体６０が、軸６１の進退を検知することで給電管２と光透過管５とが所定位置で接続されているかどうかを判定する。
【００２６】
具体的には、接続検知スイッチ６は、給電管２の給電外管２１に開口した検知孔２１ａに軸６１が挿通され、常時給電外管２１の内周面より内側に軸６１の先端が突出するように付勢されている。軸６１の他端側はセンサ本体６０内に位置する。誘電管４の外周面には溝部４ｂが形成されている。この溝部４ｂは、給電管２が光透過管５の所定位置まで挿通されたときに検知孔２１ａと合致する位置となるようにしている。
【００２７】
上記構成において、給電管２と光透過管５とが所定位置で接続されると検知孔２１ａと溝部４ｂの位置が合致し、検知孔２１ａから軸６１が突出（図３（ｄ）の状態）し、センサ本体６０内で軸６１の移動が検知される。センサ本体６０が軸６１の移動を検知することで、制御手段９内のマイクロ波発振停止回路７に所定位置正常信号が送信される。これにより、給電管２と光透過管５とが所定位置に接続されていることの検知となり、接続不良又は使用中に何らかの原因で給電管２と光透過管５とが所定位置から外れた場合、所定位置正常信号が途切れることで給電管２と光透過管５とが所定位置に接続されていないことの検知となる。
【００２８】
また、センサ本体６０からの信号は、軸６１が検知孔２１ａから突出した状態のときではなく、突出していない状態のとき（図３（ｃ）の状態）のときに所定位置不正信号としてマイクロ波発振停止回路７に送信するように構成しても構わない。
【００２９】
オゾンは、所定波長の紫外線の照射によって発生し、殺菌脱臭等に利用されているが人体に有害であるためその発生制限されている。本発明の無電極紫外線ランプ１においてもリフレクタ８内で発生するオゾンの量が所定値を越えた場合、リフレクタ８内に配設するオゾンセンサ７Ａからの異常信号をマイクロ波発振停止回路７に送信する。
【００３０】
オゾンセンサ７Ａは、対象空間内のオゾン量を測定検知することのできるものであれば特に限定するものではない。
【００３１】
また、リフレクタ８内には光透過管５から有効に紫外線が発光し照射されているかを検知するための紫外線検知センサ７Ｂを配設する。紫外線検知センサ７Ｂもオゾンセンサ７Ａと同様に、対象空間内で紫外線を測定検知することのできるものであれば特に限定するものではない。
【００３２】
上記構成において、接続検知スイッチ６によって、給電管２と光透過管５とが所定位置に接続されていないことの検知、オゾンセンサ７Ａによってオゾンが所定量以上であることの検知及び紫外線検知センサ７Ｂによって紫外線が発光していないことの検知のいずれかが検知されたときマイクロ波発振停止回路７がマイクロ波発振器ＭＷからのマイクロ波の発振を停止する。これによって、無電極紫外線ランプ１の稼働の安全性が確保される。
【００３３】
＜印刷装置＞
実施形態１と実施形態２の無電極紫外線ランプ１は、種々の装置に使用することができる。特に印刷装置のインクカートリッジの下流側で被印刷物表面に印字されたインクを硬化させる用途に好適に用いることができる。
【００３４】
無電極紫外線ランプ１を使った印刷装置１０１は、図４に示すように、インクを液滴状に噴出するノズル部を備えたインクカートリッジ１０２と、被印刷物Ｔをインクカートリッジ１０２に向けて搬送する搬送手段１０３と、インクカートリッジ１０２より被印刷物の搬送方向に対して下流側の近傍に配設する。インクカートリッジ１０２はカートリッジフォルダ１０５に着脱可能に配設されている。そして、無電極紫外線ランプ１は、カートリッジフォルダ１０５から延設する取付アームに配設したリフレクタ８内に収納する。リフレクタ８の開口端は、被印刷物Ｔと可及的に近接するように調製されている。
【００３５】
そして、インクの紫外線硬化や乾燥を促進する目的で、インクカートリッジ１０２より被印刷物の搬送方向に対して上流側の近傍に、電磁波発振器ＭＷから発振される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段と放電ギャップを形成する放電電極及び接地電極とから構成され、昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせるように構成したプラズマ生成器１０６を配設することができる。このプラズマ生成器１０６は、無電極紫外線ランプを制御する制御手段９によってプラズマ生成器１０６の電磁波の発振を、インクカートリッジからのインク噴出タイミングに同期するように制御する。電磁波発振器ＭＷ及び制御手段９は、無電極紫外線ランプ１と別に設けることもできるが、無電極紫外線ランプ１に使用するものと兼用することもできる。
【００３６】
＜印刷装置の動作＞
本実施形態の印刷装置１０１の印字動作について説明する。制御手段９は印字命令を受信すると、カートリッジ１０２に印字指令を送信するとともに、印字タイミングに合わせプラズマ生成器１０６に電磁波を発振するように電磁波用電源Ｐ及び電磁波発振器ＭＷに電磁波の発振信号を送信する。
【００３７】
また、本実施形態における搬送手段１０３は、ロール状に巻回された被印刷物Ｔに印刷する場合の例を示し、ロール状の被印刷物Ｔをセットする貯留ローラ１３１と、被印刷物Ｔが略水平に移動し、インクカートリッジ１０２から噴射されるインクによって印刷される送り台１３０と、貯留ローラ１３１から引き出された被印刷物Ｔを送り台１３０に送り出す送り出しローラ１３３と、印刷された被印刷物Ｔを巻き取る巻き取りローラ１３５と、この巻き取りローラ１３５に被印刷物Ｔを受け渡す受けローラ１３４と、貯留ローラ１３１と送り出しローラ１３３及び巻き取りローラ１３５と受けローラ１３４との間で被印刷物Ｔに張力を付与するテンションローラ１３２とから構成されている。
【００３８】
この搬送手段１０３によって、被印刷物Ｔの印字対象箇所が順次インクカートリッジの１０２の下方に送られ印刷がなされる。そして、プラズマ生成器１０６によって印字対象箇所となる被印刷物Ｔの表面にカートリッジ１０２からの印字前にプラズマを照射し、表面の濡れ性を向上させる。これにより、インクの被印刷物表面に対する接触角が小さくなり短時間での乾燥に資する。また、プラズマ生成器１０６は濡れ性が向上され、インクカートリッジ１０２によって印字されたインク表面は、無電極紫外線ランプ１から照射される紫外線によって硬化する。光透過管５の軸方向の長さ（図中の奥行き）は、インクカートリッジ１０２によって印字される印字幅に合わせることが好ましい。
【００３９】
特に、プラズマ生成器１０６によって、被印刷物Ｔ表面の濡れ性を向上させることでインクの接触角が小さくなり印刷に必要なインク量が減少する。これによって、無電極紫外線ランプ１によるインク硬化時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上説明したように、本発明の無電極紫外線ランプは、印刷装置の紫外線硬化用ランプとしてとして好適に用いることができる他、水や空気の殺菌の用途としても好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  無電極紫外線ランプ
２  給電管
２０  給電中心電極
２１  給電外管
３  中空電極
４  誘電管
５  光透過管
６  接続検知スイッチ
７  マイクロ波発振停止回路
７Ａ  オゾンセンサ
７Ｂ  紫外線検知センサ
【図１】
2018181532.tif 000003
【図２】
2018181532.tif 000004
【図３】
2018181532.tif 000005
【図４】
2018181532.tif 000006