(57)【要約】【課題】高い発光強度の紫外線を安定的に放射すると同時に、水銀の使用量を低減させることができるマイクロ波無電極ランプ及びこれを使用した光照射装置を提供する。【解決手段】マイクロ波エネルギーを受けて発光するマイクロ波無電極ランプにおいて、石英ガラス製の管状の放電容器と、該放電容器内に封入された希ガス及び発光物質と、を有し、前記発光物質は、０．３×１０-5ｍｏｌ/ｃｃ〜１．４×１０-5ｍｏｌ/ｃｃの水銀を含み、更に、ヨウ化鉄、臭化鉄、及び、ヨウ化タリウムを含む。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波エネルギーを受けて発光するマイクロ波無電極ランプにおいて、
石英ガラス製の管状の放電容器と、
該放電容器内に封入された希ガス及び発光物質と、を有し、
前記発光物質は、０．３×１０-5ｍｏｌ/ｃｃ〜１．４×１０-5ｍｏｌ/ｃｃの水銀を含み、更に、ヨウ化鉄、臭化鉄、及び、ヨウ化タリウムを含む、マイクロ波無電極ランプ。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロ波無電極ランプにおいて、
前記放電容器は、縮径中央部と、該縮径中央部の両側に接続されたテーパ部と、該テーパ部の外端にそれぞれ接続された円筒部と、を有し、前記縮径中央部の外径は前記円筒部の外径より小さく、前記縮径中央部は、マイクロ波エネルギーによって生成されるプラズマ領域の定在波の節に対応して形成される低温領域に対応する位置に形成されていることを特徴とするマイクロ波無電極ランプ。
【請求項３】
マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振器に付属するアンテナと、該アンテナからのマイクロ波エネルギーを受けて発光する無電極ランプと、を有する光照射装置において、
前記無電極ランプは不活性ガスと発光物質が封入された放電容器を有し、
前記発光物質は、０．７×１０-5ｍｏｌ/ｃｃ〜１．４×１０-5ｍｏｌ/ｃｃの水銀を含み、更に、ヨウ化鉄、臭化鉄、及び、ヨウ化タリウムを含む、光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波給電方式のマイクロ波無電極ランプ、及び、これを使用する光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、可視光線又は紫外線を放射する放電ランプとして、マイクロ波無電極ランプが開発されている。マイクロ波無電極ランプを搭載する光照射装置は、典型的には、マイクロ波発振器と、マイクロ波空洞と、放電管（発光管）である無電極ランプを有する。無電極ランプはマイクロ波空洞に着脱可能に支持される。マイクロ波空洞には、無電極ランプからの可視光線又は紫外線を光出射口に導くための反射鏡が設けられている。光出射口には、マイクロ波に対しては不透過性であるが可視光線又は紫外線に対しては透過性の導電性メッシュが設けられている。
【０００３】
放電管には、始動用の希ガス又は不活性ガスと発光物質が封入されている。発光物質を適宜選択することによって、所望の波長の可視光線又は紫外線を得ることができる。波長２５４ｎｍの紫外線は殺菌用に用いられ、波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ領域）の紫外線は塗料、樹脂等の硬化処理に用いられる。発光物質として、水銀、鉄、金属ハロゲン化物等が用いられる。
【０００４】
特許文献１には、マイクロ波発振器としてマグネトロンを用いる例が開示されている。特許文献２には、波長３５０〜４５０ｎｍの紫外線強度を高め、且つ、ランプ寿命を改善するために発光物質として水銀、鉄、ハロゲン等の封入量を適宜選択することが記載されている。特許文献３には、ランプ寿命と放電安定性を確保するために、発光物質として水銀及び鉄の封入量を適宜選択することが記載されている。特許文献４には、始動時間を短縮化するために、発光物質として臭素と沃素の比を適宜選択することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−３７２７７号公報
【特許文献２】特公平２−３１４５９号公報
【特許文献３】特開平６−１３０５２号公報（特許第３４９６０３３号）
【特許文献４】特公平１−４５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、高い発光強度の紫外線を安定的に放射する光照射装置の要望が高くなっている。特に、塗料、樹脂等の硬化処理に用いられる波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ領域）の紫外線の需要が高くなっている。更に、発光物質として、水銀が一般的に用いられるが、水銀の使用量を低減させたいとの要望がある。
【０００７】
本発明の目的は、高い発光強度の紫外線を安定的に放射すると同時に、水銀の使用量を低減させることができるマイクロ波無電極ランプ及びこれを使用した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】
【０００８】
本発明によると、マイクロ波エネルギーを受けて発光するマイクロ波無電極ランプにおいて、石英ガラス製の管状の放電容器と、該放電容器内に封入された希ガス及び発光物質と、を有し、前記発光物質は、０．３×１０-5ｍｏｌ/ｃｃ〜１．４×１０-5ｍｏｌ/ｃｃの水銀を含み、更に、ヨウ化鉄、臭化鉄、及び、ヨウ化タリウムを含む。
【０００９】
本実施形態によると前記マイクロ波無電極ランプにおいて、前記放電容器は、縮径中央部と、該縮径中央部の両側に接続されたテーパ部と、該テーパ部の外端にそれぞれ接続された円筒部と、を有し、前記縮径中央部の外径は前記円筒部の外径より小さく、前記縮径中央部は、マイクロ波エネルギーによって生成されるプラズマ領域の定在波の節に対応して形成される低温領域に対応する位置に形成されてよい。
【００１０】
本発明によると、マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振器に付属するアンテナと、該アンテナからのマイクロ波エネルギーを受けて発光する無電極ランプと、を有する光照射装置において、前記無電極ランプは不活性ガスと発光物質が封入された放電容器を有し、前記発光物質は、０．７×１０-5ｍｏｌ/ｃｃ〜１．４×１０-5ｍｏｌ/ｃｃの水銀を含み、更に、ヨウ化鉄、臭化鉄、及び、ヨウ化タリウムを含んでよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高い発光強度の紫外線を安定的に放射すると同時に、水銀の使用量を低減させることができるマイクロ波無電極ランプ及びこれを使用した光照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、本実施形態に係るマイクロ波無電極ランプを使用した光照射装置の一例を示す概略斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの光照射装置を正面から見た概略正面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る光照射装置の筐体の前側内部の断面構成を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る無電極ランプの一例を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る無電極ランプの例の寸法を説明する図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施形態に係る無電極ランプにおいて水銀封入量と紫外線（ＵＶ−Ａ）発光強度の関係を説明する図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本実施形態に係る無電極ランプにおいて紫外線（ＵＶ−Ａ）の分光スペクトルを説明する図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本願発明者が行った実験による無電極ランプの放電安定状態を説明する図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本願発明者が行った実験による無電極ランプの放電不安定状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る無電極ランプ及びこれを使用した光照射装置の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施形態は、例示であって、本発明を何等限定するものではないことを承知されたい。
【００１４】
図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係るマイクロ波無電極ランプを使用した光照射装置の一例を説明する図である。図１Ａは、光照射装置１０の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの光照射装置１０を正面から見た概略正面図である。図示のように、光照射装置１０のランプ軸線方向に沿ってＸ軸、光照射装置１０からの発光方向（矢印方向）に沿ってＺ軸、Ｘ−Ｚ面に垂直方向にＹ軸を設定する。
【００１５】
光照射装置１０は、矩形の筐体４を有し、筐体４の後側内部にマイクロ波発振器３（図示なし）が設けられている。光照射装置１０は、更に、マイクロ波発振器３に付属するアンテナ８と、アンテナ８からのマイクロ波エネルギーを受けて発光する無電極ランプ１２と、無電極ランプ１２の軸線に沿って配置された反射鏡１４を有する。反射鏡１４によって囲まれた空間は、マイクロ波空洞５を形成している。無電極ランプ１２は、マイクロ波空洞５に配置されている。
【００１６】
光照射装置１０は、更に、無電極ランプ１２を冷却する冷却空気供給機構を有する。冷却空気供給機構は、図示しない冷却空気源と、筐体４の上側には装着された冷却用送風ダクト６（図１Ｂでは省略）を有する。
【００１７】
マイクロ波は、波長１ｍ〜１００μｍ、周波数３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚの電磁波を指し、電波の中で最も短い波長域である。マイクロ波発振器３として、マグネトロン、クライストロン、進行波管（ＴＷＴ）、ジャイロトロン、ガンダイオードを用いた回路等がある。本実施形態では、マイクロ波発振器としてマグネトロンを使用する。マグネトロンは、発振用真空管の一種であり、強力なノンコヒーレントマイクロ波を発生する。身近なところでは、マグネトロンは、レーダーや電子レンジに使われている。本実施形態では、電子レンジ、好ましくは業務用電子レンジに使用されているマグネトロンを使用する。なお、電子レンジでは周波数２，４５０ＭＨｚが使用されているが、これは技術的な制限によるものではなく、法的規制によるものである。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る光照射装置１０の筐体４の前側内部の断面構成を示す。反射鏡１４は、代表的には、被照射面に集光させる楕円面反射鏡、被照射面に平行光を当てる放物面反射鏡等が有る。楕円面も放物面も少なくとも１つの焦点を有する。図２の実施例では、反射鏡１４は樋型楕円面反射鏡であり、無電極ランプ１２は直管型で、その中心軸が楕円面反射鏡の焦点に位置するように配置されている。なお、無電極ランプの中心（中心軸）が反射鏡の焦点位置に必ずしも一致している必要は無く、ランプ設置の位置的誤差等も考慮して、ランプ本体の中央部分が焦点を含む位置に配置されていればよい。
【００１９】
反射鏡１４の筐体４の前面には光出射口２が形成され、光出射口は導電性メッシュ１６によって覆われている。導電性メッシュ１６は、マイクロ波に対しては不透過性であるが、マイクロ波空洞からの照射光１８、即ち、可視光線及び紫外線に対しては透過性である。
【００２０】
マイクロ波発振器３から発生したマイクロ波は、アンテナ８を介して放射され、マイクロ波空洞５に供給され、そこで定在波を形成する。マイクロ波空洞５に配置された無電極ランプ１２の内部にプラズマを励起する。プラズマが放射する可視光線或いは紫外線は、照射光１８として反射鏡１４を反射し、又は、直接、光出射口２に向かって放射され、導電性メッシュ１６を通過して、被照射面に照射される。
【００２１】
図示しない冷却空気源からの冷却用空気１７は、冷却用送風ダクト６（図１Ａ）を経由し、反射鏡１４の孔１４Ａを介してマイクロ波空洞５に供給される。冷却用空気１７は無電極ランプ１２の外周面に衝突し、無電極ランプ１２を冷却する。
【００２２】
図３を参照して本実施形態に係る直管型の無電極ランプの例を説明する。無電極ランプ１２は、円筒状の放電容器１２Ａを有する直管型であり、その両端に突起部１２Ｂを有する。放電容器の両端の突起部１２Ｂを筐体の両側の内壁の係合部に係合させることによって、無電極ランプ１２はマイクロ波空洞内に保持される。
【００２３】
マグネトロンを発振させると、２，４５０ＭＨｚのマイクロ波エネルギーがマイクロ波空洞５に供給され定在波が形成される。マイクロ波が無電極ランプ１２の放電容器１２Ａと結合されて内部にプラズマが励起される。発光物質から可視光線或いは紫外線が放射される。
【００２４】
無電極ランプ１２を点灯すると、放電容器１２Ａの内部に、破線で示すように、２つのプラズマ領域１３が形成される。プラズマ領域１３は、腹１３１とその両側の節１３２を有する定在波を形成する。この定在波の波長は、λ＝伝播速度／周波数＝２．９９×１０8（ｍ／ｓ）／２．４５ＧＨｚ≒１２３ｍｍとなる。無電極ランプの放電容器１２Ａの軸線方向長さは、一波長の長さに略等しく形成されている。
【００２５】
定在波の腹１３１の部分は比較的温度が高く、比較的強い発光をする。ここは高温領域（ホットゾーン）１２ａ、１２ｂと呼ばれる。定在波の節１３２の部分は比較的温度が低く、比較的弱い発光をする。ここは低温領域（コールドゾーン）１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと呼ばれる。放電容器１２Ａにて定在波は左右対称的に形成される。従って、中央の最低温位置は、放電容器１２Ａの軸線方向の中央の位置にある。低温領域１２ｃ、１２ｄ、１２ｅでは、封入物質の蒸発が阻害され、又は、再凝縮が起こることがある。従って、無電極ランプ１２の放電容器１２Ａの温度分布は軸線方向に沿って不均一となる。
【００２６】
図４を参照して本実施形態に係る直管型の無電極ランプの他の例を説明する。本実施形態に係る無電極ランプ１２は円筒状の放電容器１２Ａと両側の突起部１２Ｂ、１２Ｂを有する。図示のように、放電容器１２Ａは、円筒状の縮径中央部１２２、その両側のテーパ部１２４、及び、更にその外側の円筒部１２１、１２１を有する。円筒部の外側に端部１２３、１２３が形成されている。縮径中央部１２２は、放電容器の中央の低温領域１２ｃ（図３）に形成され、テーパ部１２４は、縮径中央部１２２と円筒部１２１、１２１を接続するように両者の間に形成されている。端部１２３、１２３は、放電容器の両側の低温領域１２ｄ、１２ｅに形成され、従来の直管型の無電極ランプの放電容器１２Ａの両端部と同様に、球面形状、楕円球面状等の回転曲面状に形成されてよい。
【００２７】
本実施形態では、放電容器の中央の低温領域１２ｃに縮径中央部１２２が形成されているから、中央の低温領域１２ｃにおいて内部空間が小さくなり、封入物質の再凝縮が回避される。
【００２８】
無電極ランプの軸線方向の寸法をＬ１、放電容器１２Ａの軸線方向の寸法をＬ、突起部１２Ｂ、１２Ｂの軸線方向の寸法をそれぞれＬｔとする。縮径中央部１２２の軸線方向の寸法をＬａ、テーパ部１２４の軸線方向の寸法をＬｂ、円筒部１２１、１２１の軸線方向の寸法をＬｃ、とする。Ｌ１＝Ｌ＋２Ｌｔ＝１５０〜１６０ｍｍ、Ｌ＝１３０〜１４０ｍｍ、Ｌｔ＝８．０〜９．０ｍｍである。Ｌａ＝１５〜２５ｍｍ、Ｌｂ＝１５〜２５ｍｍ、Ｌｃ＝３０〜４０ｍｍである。
【００２９】
縮径中央部１２２の外径をＤａ、円筒部１２１、１２１の外径をＤｃ、突起部１２Ｂ、１２Ｂの外径をＤｔ、とする。縮径中央部１２２の外径Ｄａは、従来の直管型の無電極ランプの放電容器１２Ａの外径Ｄｎより小さい。即ち、Ｄｎ＞Ｄａである。円筒部１２１、１２１の外径Ｄｃは、従来の直管型の無電極ランプの放電容器１２Ａの外径Ｄｎに等しい。即ち、Ｄｎ＝Ｄａである。テーパ部１２４の内端の外径は、縮径中央部１２２の外径Ｄａに等しく、テーパ部１２４の外端の外径は、円筒部１２１、１２１の外径Ｄｃに等しい。
【００３０】
無電極ランプ１２は石英ガラス製である。放電容器１２Ａは石英ガラス製の密閉容器によって形成されている。突起部１２Ｂ、１２Ｂは石英ガラス製の棒材である。
【００３１】
放電容器１２Ａには、始動用の希ガス又は不活性ガスと発光物質が封入されている。発光物質として水銀、鉄、金属ハロゲン化物等が用いられる。本実施形態では、発光物質として、分光特性を改善するために、鉄（Ｆｅ）及びタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物を用いる。１種類のハロゲン化物より２種類のハロゲン化物を封入したほうが、始動時間が短縮できることが知られている。これは、両ハロゲン化物の蒸気圧の和が始動時間の短縮に寄与するからである。そこで、本実施形態では、発光物質として、臭化鉄（ＦｅＢｒ2）及びヨウ化鉄（ＦｅＩ2）を封入し、更に、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ2）を封入した。ここでは、発光物質として水銀、臭化鉄及びヨウ化鉄、ヨウ化タリウムを選択したが、本実施形態では、発光物質として他の物質、例えば、水銀、鉄単体、及び、他の金属ハロゲン化物を用いてもよい。
【００３２】
発光物質中のヨウ素量が過多になるとプラズマ温度が下がることが知られている。また、発光物質中の臭素量が過多になると、電気的陰性度が高い臭素によってプラズマ中の電子が捕捉され、発光に寄与する電子数が減少することが知られている。そこで、２種類のハロゲン化物を封入する場合には、両者の比を適正な値に設定する必要がある。ここで、臭化鉄（ＦｅＢｒ2）の含有比Rを次の式（１）によって定義する。
【００３３】
式（１）  R=M[FeBr2]/(M[FeBr2]+M[FeI2])
ここに、M[FeBr2]は臭化鉄（ＦｅＢｒ2）のモル濃度（単位：ｍｏｌ／ｃｃ）、M[FeI2]はヨウ化鉄（ＦｅＩ2）のモル濃度（単位：ｍｏｌ／ｃｃ）である。
【００３４】
本実施形態によると、式（１）の臭化鉄の含有比Rは０．３８とし、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ2）の封入量は１．２×１０-7ｍｏｌ／ｃｃとした。
【００３５】
次に、本願発明者が行った実験に用いた無電極ランプの例を詳細に説明する。本願発明者が行った実験では、図４に示す無電極ランプを用いた。本願発明者が行った実験に用いた無電極ランプでは、Ｌ１＝Ｌ＋２Ｌｔ＝１５５ｍｍ、Ｌ＝１３８ｍｍ、Ｌｔ＝８．５ｍｍであった。Ｌａ＝２０ｍｍ、Ｌｂ＝１９．５ｍｍ、Ｌｃ＝３９．５ｍｍであった。Ｄｃ＝１１ｍｍ、Ｄａ＝５ｍｍ、Ｄｔ＝３ｍｍであった。放電容器１２Ａの肉厚は１ｍｍであった。放電容器１２Ａの内容積は６．３ｃｃであった。
【００３６】
放電容器には、始動用の希ガス又は不活性ガスとして１５±５Ｔｏｒｒのアルゴンガスを封入した。
【００３７】
式（１）の臭化鉄の含有比Rは０．３８であった。また、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ2）の封入量は、１．２×１０-7ｍｏｌ／ｃｃであった。
【００３８】
図５Ａ及び図５Ｂを参照して本願発明者が行った実験結果を説明する。本願の発明者は、図４に示した本実施形態による無電極ランプを用いて投入電力を１．６ｋＷ一定として水銀封入量と発光強度の関係を測定した。また、発光強度の分光スペクトルを測定した。
【００３９】
図５Ａは水銀封入量と波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ域）の発光強度の関係を測定した結果を示す。横軸は水銀封入量（単位：×１０-5ｍｏｌ／ｃｃ）、縦軸は波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ域）の発光強度（単位：ｍＷ／ｃｍ2）である。図５Ａのグラフから、水銀封入量が０．７×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの時に発光強度が最大（３５６ｍＷ／ｃｍ2）となる。水銀封入量を０．７×１０-5ｍｏｌ／ｃｃより増加させても減少させても発光強度は低下する。ここでは、無電極ランプの発光強度（ＵＶ−Ａ域）が２５０ｍＷ／ｃｍ2以上のものを合格とする。図５Ａのグラフから、発光強度が２５０ｍＷ／ｃｍ2以上となるのは、水銀封入量が０．３×１０-5〜３．０×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの範囲の場合である。
【００４０】
本願発明者が行った実験では、水銀封入量が多くなると放電が不安定となることが判った。そこで、放電安定性を確保するには、水銀封入量を１．４×１０-5ｍｏｌ／ｃｃ以下とすればよいことが判った。これについては、後に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して詳細に説明する。以上より、発光強度を２５０ｍＷ／ｃｍ2以上とし、且つ、放電安定性を確保するには、水銀封入量を０．３×１０-5〜１．４×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの範囲とすればよい。
【００４１】
本願発明者が行った実験では、水銀封入量を変化させるとＵＶ−Ａ域の発光強度が変化するが、分光スペクトルも変化する。そこで、本願発明者は分光スペクトルを測定した。
【００４２】
図５Ｂは、水銀封入量が０．３×１０-5ｍｏｌ／ｃｃ、０．７×１０-5ｍｏｌ／ｃｃ及び１．４×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの場合について、分光スペクトルを測定した結果を示す。横軸は波長（単位：ｎｍ）、縦軸は分光放射強度（単位：ｍＷ／ｃｍ2／ｎｍ）である。
【００４３】
水銀の発光は、波長３６５ｎｍ付近に現れ、鉄の発光は、波長３５８ｎｍ、３７３ｎｍ、３８２ｎｍ等に現れ、タリウムの発光は波長３５２ｎｍ付近に現れることが知られている。
【００４４】
先ず、実線のグラフについて解析する。実線のグラフは水銀封入量が０．７×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの場合の分光スペクトルを示す。上述のように、水銀封入量が０．７×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの場合には発光強度が最大となる。図示のように、波長３６５ｎｍ付近の水銀の発光、波長３５８ｎｍ、３７３ｎｍ、３８２ｎｍ等の鉄の発光、波長３５２ｎｍ付近のタリウムの発光が明確に現れる。これらの５つの発光の大きさは略同程度である。従って、本実施形態の無電極ランプは、波長３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３５８ｎｍ、３７３ｎｍ、３８２ｎｍ付近の紫外線を選択的に又は同時に用いる用途には好適である。特に、本実施形態の無電極ランプは、樹脂硬化用の紫外線光源として用いて好適である。更に、本実施形態では、水銀の使用量が比較的少ない。従って、本実施形態は、水銀の使用量を低減する必要がある場合に好適である。
【００４５】
次に、破線のグラフについて解析する。破線のグラフは水銀封入量が０．３×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの場合の分光スペクトルを示す。このように水銀封入量が比較的少ない場合には、波長３６５ｎｍ付近の水銀の発光が現れない。その代わりに、波長３５２ｎｍ付近のタリウムの発光、及び、波長３５８ｎｍ、３７３ｎｍ、３８２ｎｍ等の鉄の発光が比較的明確に現れる。従って、本実施形態の無電極ランプは、波長３６５ｎｍ付近の紫外線を用いる用途には不適であるが、波長３５２ｎｍ、３６５ｎｍ、３５８ｎｍ、３７３ｎｍ、３８２ｎｍ付近の紫外線を選択的に又は同時に用いる用途には好適である。更に、本実施形態は、水銀の使用量を低減する必要がある場合に好適である。
【００４６】
点線のグラフについて解析する。点線のグラフは水銀封入量が４．２×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの場合の分光スペクトルを示す。上述のように、本例では放電が不安定となり好ましくない。このように水銀封入量が比較的多い場合には、波長３６５ｎｍ付近の水銀の発光が顕著に現れる。その代わりに、波長３５２ｎｍ付近のタリウムの発光、及び、波長３５８ｎｍ、３７３ｎｍ、３８２ｎｍ等の鉄の発光は明瞭には現れない。
【００４７】
図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。上述のように、本願の発明者が行った実験より、水銀封入量が多くなると放電が不安定となることが判った。その理由は、水銀封入量が多くなると、容易に水銀蒸気圧が飽和蒸気圧に達し、水銀が放電容器の管壁に凝結するためである。そこで、放電安定性を確保するために必要な水銀封入量の上限値を検討した。その結果、水銀封入量を１．４×１０-5ｍｏｌ／ｃｃ以下とすればよいことが判った。
【００４８】
図６Ａは、水銀封入量を１．４×１０-5ｍｏｌ／ｃｃ以下とした場合に、放電が安定した状態を示す。一方、図６Ｂは、水銀封入量が過多のため、放電が不安定な態を示す。
【００４９】
本願発明者は、比較例として、特許文献３に開示されている直管型無電極放電ランプを試作し、投入電力を１．６ｋＷ一定として紫外線強度を測定した。放電管には、発光物質として、１．６×１０-6ｍｏｌ/ｃｃのヨウ化水銀、０．１３ｍｇ/ｃｃの鉄、２．６×１０-5ｍｏｌ/ｃｃの水銀を封入した。また、放電管に５０Ｔｏｒｒのアルゴンガスを封入した。この比較例では、ＵＶ−Ａ領域の紫外線強度の最大値は２２１ｍＷ／ｃｍ2であった。一方、図５Ａに示した本実施形態における発光強度の最大値は３５６ｍＷ／ｃｍ2であった。従って、ＵＶ−Ａ領域の紫外線強度の最大値に関して、比較例は本実施形態より低く、更に、本願発明者が設定した発光強度２５０ｍＷ／ｃｍ2に達しなかった。以上より、本実施形態に係る無電極ランプは、従来技術と比して高い紫外線強度を得ることが可能であると言える。
【００５０】
本願の発明者が行った実験から得られた知見を纏める。
【００５１】
（１）発光強度を２５０ｍＷ／ｃｍ2以上とし、且つ、放電安定性を確保するには、放電容器の水銀封入量を０．３×１０-5〜１．４×１０-5ｍｏｌ／ｃｃの範囲とすればよい。
【００５２】
（２）放電容器として通常の直管型を用いてもよいが、好ましくは、中央の低温領域（コールドゾーン）に縮径中央部を備えた形状のものを用いるとよい。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の範囲はこれらの実施の形態によって制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者であれば容易に理解されよう。
【００５４】
本発明は、マイクロ波無電極ランプを搭載した光照射装置は、例えば、インク、塗装等が塗布された面の表面硬化処理などに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
２…光出射口、３…マイクロ波発振器、４…筐体、５…マイクロ波空洞、６…冷却用送風ダクト、８…アンテナ、１０…光照射装置、１２…無電極ランプ、１２Ａ…放電容器、１２Ｂ…突起部、１２ａ、１２ｂ…高温領域（ホットゾーン）、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ…低温領域（コールドゾーン）、１３…プラズマ領域、１４…反射鏡、１４Ａ…孔、１６…導電性メッシュ、１７…冷却用空気、１８…照射光、１２１…円筒部、１２２…縮径中央部、１２３…端部、１２４…テーパ部、１３１…腹、１３２…節
【図１Ａ】
2015082369.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月10日(2014.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
放電容器１２Ａには、始動用の希ガス又は不活性ガスと発光物質が封入されている。発光物質として水銀、鉄、金属ハロゲン化物等が用いられる。本実施形態では、発光物質として、分光特性を改善するために、鉄（Ｆｅ）及びタリウム（Ｔｌ）のハロゲン化物を用いる。１種類のハロゲン化物より２種類のハロゲン化物を封入したほうが、始動時間が短縮できることが知られている。これは、両ハロゲン化物の蒸気圧の和が始動時間の短縮に寄与するからである。そこで、本実施形態では、発光物質として、臭化鉄（ＦｅＢｒ2）及びヨウ化鉄（ＦｅＩ2）を封入し、更に、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を封入した。ここでは、発光物質として水銀、臭化鉄及びヨウ化鉄、ヨウ化タリウムを選択したが、本実施形態では、発光物質として他の物質、例えば、水銀、鉄単体、及び、他の金属ハロゲン化物を用いてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本実施形態によると、式（１）の臭化鉄の含有比Rは０．３８とし、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）の封入量は１．２×１０-7ｍｏｌ／ｃｃとした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
式（１）の臭化鉄の含有比Rは０．３８であった。また、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）の封入量は、１．２×１０-7ｍｏｌ／ｃｃであった。