(57)【要約】【課題】無電極ランプに照射されるマイクロ波により形成される定在波の谷にあたる部分の管壁負荷を上昇させて最冷部温度を上昇させ、３５０〜３８０ｎｍ域の発光効率の改善を図る。【解決手段】無電極ランプがマイクロ波の照射に基づき封入された鉄が３５０〜３８０ｎｍの紫外線を発光させる場合に、無電極ランプの発光管の中央部径が他の発光管径に対して４５％〜７５％の範囲内で細径化されるとともに、端部封止部１５１，１５２から５ｍｍの範囲内の肉厚Ｂが発光管肉厚１ｍｍに対して２００％以上肉厚化し、端部封止部１５１，１５２から５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の肉厚Ｃが発光管肉厚１ｍｍに対して１００％以上に肉厚化した。発光管内に発生する定在波に適する形状としたことにより、管壁負荷を上昇させて発光効率を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形となる形状の石英ガラス製発光管の発光空間内に、少なくとも希ガスと放電媒体となる水銀それに鉄等の放電媒体が封入され、マグネトロンより放射されるマイクロ波により放電が発生するマイクロ波給電式無電極ランプにおいて、
前記発光管の管径に対し、該発光管の中央部管径を４５％〜７５％の範囲で細径化し、前記発光管の端部封止部から５ｍｍの範囲内での肉厚を前記発光管の肉厚に対し２倍以上に、前記発光管の端部封止部から５〜１０ｍｍの範囲内での肉厚を前記発光管の肉厚に対し１．０１倍以上にしたことを特徴とする無電極ランプ。
【請求項２】
放電媒体が封入されている紫外線を発光させる請求項１記載の無電極ランプと、
前記無電極ランプを収納し、外部に紫外線を照射可能とするランプハウスと、
前記ランプハウスから照射された紫外線の照射領域を制限するため、紫外線照射面下に設置された紫外線カットフィルタと、を具備したことを特徴とする紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波によって励起を行い、紫外線を発光させる無電極ランプおよびこのランプを用いた紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紫外線を生成させる放電ランプとして、マイクロ波による放電を利用したマイクロ波給電方式による無電極放電ランプが考えられている。紫外線発光金属である鉄が封入されたメタルハライドランプは、波長３５０〜３８０ｎｍの紫外線を発光でき、ペンキ、インク、樹脂、塗料などが塗布された面の表面硬化処理や光化学反応による化学物質の合成および処理等の工程のある半導体や液晶パネルの製造、さらには紫外線を用いて殺菌を行う水処理等に用いられている。このような紫外線照射装置では、同一筐体内にマグネトロンを配置させ、これのマグネトロンから無電極ランプに放射させている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５１０７７３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、従来、鉄メタルハライドランプは３５０〜３８０ｎｍにおいて鉄による強い発光を示すが、マイクロ波給電式無電極ランプでは定在波に基づいて放電が形成されるため、定在波の谷の部分において最冷部が発生し、鉄の発光効率が低下する、という問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、３５０〜３８０ｎｍの波長域で発光が行なわれるマイクロ波給電式無電極ランプの発光効率をより高めた無電極ランプおよびこのランプを用いた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、この発明の無電極ランプは、略円筒形となる形状の石英ガラス製発光管の発光空間内に、少なくとも希ガスと放電媒体となる水銀それに鉄等の放電媒体が封入され、マグネトロンより放射されるマイクロ波により放電が発生するマイクロ波給電式無電極ランプにおいて、前記発光管の管径に対し、該発光管の中央部管径を４５％〜７５％の範囲で細径化し、前記発光管の端部封止部から５ｍｍの範囲内での肉厚を前記発光管の肉厚に対し２倍以上に、前記発光管の端部封止部から５〜１０ｍｍの範囲内での肉厚を前記発光管の肉厚に対し１．０１倍以上にしたことを特徴とする。
【０００７】
この発明の紫外線照射装置は、放電媒体が封入されている紫外線を発光させる請求項１記載の無電極ランプと、前記無電極ランプを収納し、外部に紫外線を照射可能とするランプハウスと、前記ランプハウスから照射された紫外線の照射領域を制限するため、紫外線照射面下に設置された紫外線カットフィルタと、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、無電極ランプに照射されるマイクロ波により形成される定在波の谷にあたる部分の管壁負荷を上昇させ、最冷部の温度を上げることで、３５０〜３８０ｎｍ波長域における発光効率の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の無電極ランプに関する一実施形態について説明するための全体的な構成を示す斜視図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】マイクロ波に基づき点灯させる無電極ランプにおける定在波について説明するための説明図である。
【図４】発光管の中央部における最冷部の発光管径と温度の関係について説明するための説明図である。
【図５】発光管の端部封止部における肉厚と温度の関係について説明するための説明図である。
【図６】この発明の無電極ランプと従来との分光分布について説明するための説明図である。
【図７】３５０〜３８０ｎｍの波長域における、この発明と従来との発光比について説明するための説明図である。
【図８】この発明の紫外線照射装置に関する一実施形態ついて説明するためのシステム構成図である。
【図９】図８のＩ−Ｉ’線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１、図２は、この発明の無電極ランプに関する一実施形態について説明するための、図１は全体的な構成を示す斜視図、図２は図１の断面図である。
【００１２】
図１、図２において、１００は無電極ランプであり、この無電極ランプ１００の１１は紫外光を透過させる石英ガラス製の長さが２４０ｍｍ程度で管径φが１１ｍｍの円筒形状の発光管である。発光管１１は、中央部１２をその両端部１３，１４よりも細くなるように形成したものである。たとえば、両端部１３，１４の管径φａ（＝φ）は１１ｍｍ、中央部１２の管径φｂは、管径φａの６０％の６．６ｍｍに、肉厚ｍは１ｍｍ、発光長Ｌは１３８ｍｍ程度の一重管の気密容器を構成している。
【００１３】
さらに、発光管１１の放電空間１６内には、６０torrのアルゴンガスとそれに水銀、鉄等の放電媒体が封入される。発光管１１の両端には、発光管１１を支持する支持部１７１，１７２を、それぞれ発光管１１と一体的に形成する。無電極ランプ１００は、マイクロ波を照射させることにより放電媒体を発光させることができる。
【００１４】
ここで、図３を参照し、マイクロ波の無電極ランプにおける定在波について説明する。図３の破線で示すように、定在波の谷Ｖａ〜Ｖｃが無電極ランプ１００の長手方向の両端部と中央部においてそれぞれ発生する。定在波の谷Ｖａ〜Ｖｃの各部分では、山の部分Ｍａ，Ｍｂに比して電磁エネルギーが低いことから発生する温度も低いことになる。
【００１５】
図４は、発光管１１の中央部１２における最冷部の発光管径と温度の関係について説明するためのものである。
【００１６】
図４に示すように、発光管１１の中央部１２における管径φｂが発光管１１の管径φに対し、管径φｂを細くすることにより発光管１１の温度が上昇する。管径φを細くすれば温度も上昇するが、あまり細くして高温化すると、発光管１１にクラックが入る等のダメージを与えることとなる。
【００１７】
図５は、発光管１１の端部封止部１５１，１５２における肉厚ｔ１と温度の関係について説明するためのものである。
【００１８】
図５では、ｔ１での肉厚が、１ｍｍである発光管１１の他の部分の肉厚ｍと同じ場合の端部封止部１５１，１５２における発光管１１の温度は、５２０度程度である。肉厚ｍに対して２倍の厚みでは５４０度程度に、３倍では５５０度程度に、４倍では５７０度程度に、５倍では５９０度程度にそれぞれ上昇している。
【００１９】
図６は、この発明の無電極ランプと従来との分光分布の比較について説明するための説明図である。
【００２０】
この発明の無電極ランプ１００は、発光管１１の両側部１３，１４の管径φａを１１ｍｍとし、中央部１２の管径φｂを、管径φａの５０％の５．５ｍｍとし、端部封止部１５１，１５２からそれぞれ５ｍｍでの肉厚ｔ１を２ｍｍ、１０ｍｍでの肉厚ｔ２を１ｍｍとした。従来の無電極ランプは、ｔ１，ｔ２での肉厚を１ｍｍとし、発光管１１の中央部１２はストレートを用いた。
【００２１】
図６から明らかなように、必要とする３５０〜３８０ｎｍの波長域での紫外線の光量が増加することがわかった。図７では、３５０〜３８０ｎｍの波長域における図６の発光比を数値で表したもので、図７からわかるように、この発明は従来に比して約１．７倍の光量増加を図ることができる。
【００２２】
この発明の無電極ランプ１００は、中央部１２の管径φｂを発光管１１の外管に対して４５％〜７０％に細径化し、端部封止部１５１，１５２から５ｍｍの範囲内の肉厚ｔ１を２倍以上とし、端部封止部１５１，１５２から１０ｍｍの範囲内の肉厚ｔ２を１．０１倍以上とした場合に、定在波の谷の部分により低下する温度の上昇を図ることができることがわかった。
【００２３】
この実施形態では、マイクロ波により形成される定在波の谷の部分である端部封止部、発光管中央部の管壁負荷を上昇させることにより、最冷部の温度を上昇させたことで、３５０〜３８０ｎｍの波長域における発光効率を改善させることができる。
【００２４】
図８および図９は、この発明の無電極ランプを点灯させる点灯装置について説明するための、図８はシステム構成図、図９は図８のＩ−Ｉ’線の断面図である。
【００２５】
紫外線照射装置２００の、８１はマイクロ波を遮蔽する機能を有する、例えばステンレス製のランプハウスであり、このランプハウス８１の中央下方部には電極を備えない、図１〜図７で説明したこの発明の無電極ランプ１００をランプハウス８１の側面の一部に取り付けてある。
【００２６】
８２は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させるマグネトロンであり、マグネトロン８２には、電源８３から電力が供給される。８４は、マグネトロン８２で発生させたマイクロ波をアンテナ８５から送信し、無電極ランプ１００にマイクロ波を伝達させる導波管である。
【００２７】
ランプハウス１１の上面には、吸気口８６が設置され、ブロア８７から送風される冷却媒体である空気がランプハウス８１内に取り込むようにしてある。ブロア８７と吸気口８６間には、図示しないダクトが設けられ、ブロア８７から送られる風を取り込むようになっている。
【００２８】
無電極ランプ１００の背面側には照射される紫外光を集光あるいは拡散させる反射板８８が設置される。また、反射板８８の前面には、照射窓を構成するＲＦスクリーン８９がランプハウス８１の一部に設けられている。ＲＦスクリーン８９は、金属でありかつ開口部が設けられ、マイクロ波は遮断し、紫外光と送風は通過させる。ＲＦスクリーン８９は、例えば、金属線をメッシュ状に編み込んで形成したり、金属板にパンチング加工で形成したりして開口部を有するようになっている。無電極ランプ１００と対向するＲＦスクリーン８９の反対面は、紫外線の照射面となる。
【００２９】
このようにして、マグネトロン８２のマイクロ波で励起された無電極ランプ１００は、紫外光を発し、ＲＦスクリーン８９を介して図示しない被照射物を照射させることができる。
【００３０】
この実施形態では、無電極ランプ１００の長手方向における温度分布の低い部分を極力解消させたことにより、無電極ランプ１００が発する３５０〜３８０ｎｍの波長域における発光効率が改善された紫外線の照射を実現することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１００  無電極ランプ
１１  発光管
１２  中央部
１３，１４  両端部
１５１，１５２  端部封止部
１６  放電空間
１７１，１７２  支持部
２００  紫外線照射装置
８１  ランプハウス
８２  マグネトロン
８３  電源
８４  導波管
８５  アンテナ
８６  吸気口
８７  ブロア
８８  反射板
８９  ＲＦスクリーン
【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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【図９】
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