(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ状に形成された電気絶縁性の放電管と、放電管と同じループ状になるように放電管に沿って配置された複数の分割電極と、放電管を囲むように配置され、放電管内に閉じた磁場を形成する磁石とにより紫外線ランプを形成し、
この紫外線ランプの分割電極に多相交流電源を接続してその多相交流放電電圧を隣り合う分割電極に位相をずらして印加し、これにより生じた放電プラズマにより紫外線を発生することを特徴とする紫外線発生装置。
【請求項２】
前記紫外線ランプが、全体としてループ状に取り付けられた３つ以上の分割電極と、長さが異なり、枠状をなした３つの磁石を備え、前記３つの枠状の磁石のうち、最も長さが長い枠状の磁石が最も外側に、最も長さが短い枠状の磁石が最も内側に、中間の長さを有する枠状の磁石が中央に、それぞれ配置され、最も外側に配置された枠状の磁石の極性と中央に配置された枠状の磁石の極性が逆で、かつ、中央に配置された枠状の磁石の極性と最も内側に配置された枠状の磁石の極性が逆になるように、前記３つの枠状の磁石が配置され、前記電気絶縁性の放電管が前記３つの磁石の間に囲まれるように配置されるとともに、中央に配置された前記枠状の磁石と最も外側に配置された前記枠状の磁石との間の磁力線および中央に配置された前記枠状の磁石と最も内側に配置された前記枠状の磁石との間の磁力線が、前記電気絶縁性の放電管を横切るように、前記電気絶縁性の放電管および前記枠状の３つの磁石が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発生装置。
【請求項３】
前記３つの枠状の磁石のうち、中央に配置された中間の長さを有する磁石がループ状をなしていることを特徴とする請求項２に記載の紫外線発生装置。
【請求項４】
前記３つの枠状の磁石がループ状をなしていることを特徴とする請求項２に記載の紫外線発生装置。
【請求項５】
前記電気絶縁性の放電管の外周面に所定の間隔を隔てて取り付けられたＮ個の分割電極（Ｎは３以上の整数である。）に、Ｎ相交流電源が接続されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の紫外線発生装置。
【請求項６】
前記電気絶縁性の放電管の外周面に所定の間隔を隔てて、６個の分割電極が取り付けられ、６個の分割電極に６相交流電源が接続されていることを特徴とする請求項５に記載の紫外線発生装置。
【請求項７】
前記３つの磁石が永久磁石によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の紫外線発生装置。
【請求項８】
前記３つの磁石が磁気シールド部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の紫外線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紫外線発生装置に関するものであり、さらに詳細には、発光強度が高い紫外線を一様に発生することができる紫外線発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光硬化性材料の塗膜を硬化させて、塗装する光硬化塗装は、臭気が少なく、数秒という短時間で、塗膜を硬化させることができるため、種々の分野で広く用いられている。
【０００３】
しかし、光硬化塗装は、紫外線によって塗膜を硬化するため、塗膜硬化時に大きな電力を消費するとともに、大量の水銀を含む高圧水銀ランプを使用することが必要であり、エネルギーおよび地球環境問題が国内外において大きな関心が寄せられている今、地球環境に有害な水銀を用いることなく、少ないエネルギーで、光硬化性材料の塗膜を硬化させることができる紫外線発生装置の開発が切望されている。
【０００４】
本発明者らは、ＷＯ  ２００９１２３２５８  Ａ１（特許文献１）において、弱電離性低温プラズマにより、窒素ガスで希釈した一酸化窒素ガスよりなる分子性混合ガスを励起することによって、２００ｎｍないし３００ｎｍの波長域に強い紫外線を放射できるということを明らかにした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ  ２００９１２３２５８  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、放電プラズマ内で、分子性ガスが解離しやすいという問題があり、つねに新しい分子性ガスを大量に流し続けるか、あるいは、解離したガスから元のガスを合成するかなどの手段を講じなければならないという場合があった。
【０００７】
本発明者らはさらに、酸素ガスおよび窒素ガスを筒状の放電空間内に封入し、筒状の放電空間の長さ方向に沿って分割された電極が、電極間にかかる電圧を位相設定により調整した多相交流電源に接続された紫外線放射装置を発明した。
【０００８】
かかる紫外線放射装置によれば、筒状の放電空間に、窒素ガスと酸素ガスの混合ガスを密閉するので、放電空間内の窒素ガスと酸素ガスの一部が放電プラズマにより解離して、窒素と酸素を生成し、生成した窒素と酸素とから、励起状態の一酸化窒素ガスが生成され、こうして生成された一酸化窒素ガスから短波長（２００ｎｍないし３００ｎｍ）の紫外線を発生させ、窒素ガスから中波長（３００ｎｍないし４００ｎｍ）の紫外線を発生させることが可能になる。
【０００９】
しかしながら、かかる紫外線放射装置においては、直管状の紫外線ランプを用いているため、直管状の紫外線ランプの両端部の分割電極には、隣り合った分割電極がなく、両端部の分割電極と、隣り合った分割電極の端部との間に電圧を印加することができないため、直管状の紫外線ランプの両端部において、発生する紫外線の強度が極端に低くなって、一様に発光強度が高い紫外線を発生することができないという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明は、発光強度が高い紫外線を一様に発生することができる紫外線発生装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、本発明の前記目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、複数の分割電極をループ状に配置して、紫外線ランプを構成することによって、本発明の前記目的が達成されることを見出した。
【００１２】
本発明はかかる知見に基づくものであり、本発明によれば、本発明の前記目的は、ループ状に形成された電気絶縁性の放電管と、放電管と同じループ状になるように放電管に沿って配置された複数の分割電極と、放電管を囲むように配置され、放電管内に閉じた磁場を形成する磁石とにより紫外線ランプを形成し、
この紫外線ランプの分割電極に多相交流電源を接続してその多相交流放電電圧を隣り合う分割電極に位相をずらして印加し、これにより生じた放電プラズマにより紫外線を発生することを特徴とする紫外線発生装置によって達成される。
【００１３】
本発明によれば、ループ状に形成された電気絶縁性の放電管と、放電管と同じループ状になるように放電管に沿って配置された複数の分割電極と、放電管を囲むように配置され、放電管内に閉じた磁場を形成する磁石とにより紫外線ランプを形成し、この紫外線ランプの分割電極に多相交流電源を接続してその多相交流放電電圧を隣り合う分割電極に位相をずらして印加し、これにより生じた放電プラズマにより紫外線を発生するように構成されているから、強度が高く、空間的に一様性の高く、時間的に連続している紫外線を発生させることが可能になる。
【００１４】
本発明の好ましい実施態様においては、前記紫外線ランプが、全体としてループ状に取り付けられた３つ以上の分割電極と、長さが異なり、枠状をなした３つの磁石を備え、前記３つの枠状の磁石のうち、最も長さが長い枠状の磁石が最も外側に、最も長さが短い枠状の磁石が最も内側に、中間の長さを有する枠状の磁石が中央に、それぞれ配置され、最も外側に配置された枠状の磁石の極性と中央に配置された枠状の磁石の極性が逆で、かつ、中央に配置された枠状の磁石の極性と最も内側に配置された枠状の磁石の極性が逆になるように、前記３つの枠状の磁石が配置され、前記電気絶縁性の放電管が前記３つの磁石の間に囲まれるように配置されるとともに、中央に配置された前記枠状の磁石と最も外側に配置された前記枠状の磁石との間の磁力線および中央に配置された前記枠状の磁石と最も内側に配置された前記枠状の磁石との間の磁力線が、前記電気絶縁性の放電管を横切るように、前記電気絶縁性の放電管および前記枠状の３つの磁石が配置されている。
【００１５】
かかる本発明の好ましい実施態様によれば、中央に配置された枠状の磁石と最も外側に配置された枠状の磁石との間の磁力線および中央に配置された枠状の磁石と最も内側に配置された枠状の磁石との間の磁力線が、電気絶縁性の放電管を横切るように、電気絶縁性の放電管および３つの枠状の磁石が配置されているから、発生したプラズマを、電気絶縁性の放電管内の所定の領域に閉じ込めることができ、したがって、強度の高い紫外線を発生させることが可能になる。
【００１６】
また、かかる本発明の好ましい実施態様によれば、３つ以上の分割電極がループ状に形成された電気絶縁性の放電管の外表面に所定の間隔を隔てて取り付けられているから、すべての分割電極の両側に隣り合った分割電極が配置されており、したがって、紫外線を一様に発光させることが可能になる。
【００１７】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記３つの枠状の磁石のうち、中央に配置された中間の長さを有する磁石がループ状をなしている。
【００１８】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記３つの枠状の磁石がループ状をなしている。
【００１９】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記電気絶縁性の放電管の外周面に所定の間隔を隔てて取り付けられたＮ個の分割電極（Ｎは３以上の整数である。）に、Ｎ相交流電源が接続されている。
【００２０】
かかる本発明のさらに好ましい実施態様によれば、Ｎ個の分割電極にＮ相の交流電圧を印加すると、放電は１周期の間に、Ｎ個の分割電極間を一回りするので、１秒間に、印加周波数だけ放電が回転し、したがって、どの時刻においても、いずれかの分割電極間で放電が起こり、低周波数の交流放電にもかかわらず、高周波点灯のような連続バリア放電が発生し、放電の結果、プラズマが発生するから、プラズマによって、前記電気絶縁性の放電管内に封入された分子性ガスが励起され、強度が高い紫外線を一様に発生させることが可能になる。
【００２１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記電気絶縁性の放電管の外周面に所定の間隔を隔てて、６個の分割電極が取り付けられ、６個の分割電極に６相交流電源が接続されている。
【００２２】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記電気絶縁性の放電管内に、常温の圧力比で、窒素１００に対して酸素を０ないし１８を含む混合ガスが封入されている。
【００２３】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記枠状の３つの磁石が永久磁石によって構成されている。
【００２４】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記３つのループ状磁石が磁気シールド部材に取り付けられている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複数の分割電極がループ状に配置され、すべての分割電極は、隣り合った分割電極を有しているから、すべての隣り合った分割電極間に電圧を印加することができ、したがって、発光強度が高く、一様性の高い紫外線を発生することができる紫外線発生装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線発生装置における磁石の配置を示す略平面図である。
【図２】図２は、図１に示された本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線発生装置に用いられている電極の略平面図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線ランプの略平面図である。
【図４】図４は、図３のＸ−Ｘ線に沿った略断面図である。
【図５】図５は、図４のＹ−Ｙ線に沿った略断面図である。
【図６】図６は、図１ないし図５に示された本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線発生装置の電源接続図である。
【図７】図７は、比較例１における分割電極の配置を示すものであり、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が定義されている。
【図８】図８は、比較例１における永久磁石の配置を示す略平面図である。
【図９】図９は、実施例１における分割電極の配置を示す略平面図である。
【図１０】図１０は、実施例１における永久磁石の配置を示す略平面図である。
【図１１】図１１は、実施例１において、紫外線ランプに印加される６相交流電圧の波形である。
【図１２】図１２（ａ）は、比較例１の紫外線ランプ＃２に６相交流電圧を印加したときの図７のＢ１線−Ｂ１線に沿ったＲＧＢ成分の発光輝度分布であり、図１２（ｂ）は、図７のＢ２線−Ｂ２線に沿ったＲＧＢ成分の発光輝度分布である。
【図１３】図１３（ａ）は、実施例１の紫外線ランプ＃１に６相交流電圧を印加したときの図９のＡ１線−Ａ１線に沿ったＲＧＢ成分の発光輝度分布であり、図１３（ｂ）は、図９のＡ２線−Ａ２線に沿ったＲＧＢ成分の発光輝度分布である。
【図１４】図１４は、実施例１の紫外線ランプ＃１における放射スペクトルを示すグラフである。
【図１５】図１５は、比較例１の紫外線ランプ＃２における平均放電相電圧振幅Ｖａｃ［Ｖ］と、平均放電相電流振幅Ｉａｃ［ｍA］および平均総合放電電力Ｐａｃ［Ｗ］との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例１の紫外線ランプ＃１における平均放電相電圧振幅Ｖａｃ［Ｖ］と、平均放電相電流振幅Ｉａｃ［ｍA］および平均総合放電電力Ｐａｃ［Ｗ］との関係を示すグラフである。
【図１７】図１７は、比較例１の紫外線ランプ＃２における平均放電相電圧振幅Ｖａｃ［Ｖ］と、放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］との関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１における平均放電相電圧振幅Ｖａｃ［Ｖ］と、放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］との関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は、比較例１の紫外線ランプ＃２における総合放電電力Ｐａｃ［Ｗ］と放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］との関係を示すグラフである。
【図２０】図２０は、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１における総合放電電力Ｐａｃ［Ｗ］と放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］との関係を示すグラフである。
【図２１】図２１は、比較例1の紫外線ランプ＃２において、ｙ＝０、ｚ＝２０ｍｍに設定し、ｘの値（ｍｍ）を変化させたときの放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］を測定したグラフである。
【図２２】図２２は、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１において、ｙ＝０、ｚ＝２０ｍｍに設定し、ｘの値（ｍｍ）を変化させたときの放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線発生装置における磁石の配置を示す略平面図である。
【００２８】
図１に示されるように、本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線発生装置１においては、平面視において、ループ状に形成された永久磁石２、永久磁石３および永久磁石４が設けられている。
【００２９】
図１においては、永久磁石２、永久磁石３および永久磁石４はいずれも閉じた形状をなしている。
【００３０】
３つの永久磁石２、３、４のうち、磁石２の長さが最も長く、永久磁石３の長さが二番目に長く、永久磁石４の長さが最も短くなるように形成されており、したがって、図１においては、永久磁石２の内側に、永久磁石３が配置され、永久磁石３の内側に、永久磁石４が配置されている。
【００３１】
図１において、最も外側に配置されたループ状の永久磁石２と最も内側に配置されたループ状の永久磁石４とは極性が同一で、中央に配置されたループ状の永久磁石３の極性が、最も外側に配置されたループ状の永久磁石２の極性および最も内側に配置されたループ状の永久磁石４の極性とが逆になるように、それぞれ配置されている。本実施態様においては、最も外側に配置されたループ状の永久磁石２と最も内側に配置されたループ状の永久磁石４はＮ極が上を向き、中央に配置されたループ状の永久磁石３はＳ極が上を向くように配置されている。
【００３２】
図２は、図１に示された本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線発生装置１に用いられている電極の略平面図である。
【００３３】
図２に示されるように、電極７はループ状をなした石英管５の外表面に、たとえば、アルミニウムをスパッタリングすることによって、所定の長さのアルミニウム箔により構成された６つの分割電極６、６、６、６、６、６を含んでいる。隣り合った分割電極６，６は、たとえば、３ｍｍの間隔を隔てて、石英管５の外表面に貼り付けられている。図２において、参照符号２０が付されているのは、後述する枝管である。
【００３４】
図３は、本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線ランプの略平面図である。
【００３５】
紫外線ランプ１０は、ループ状電極７と、それぞれ、ループ状をなした永久磁石２、永久磁石３および永久磁石４によって構成されている。
【００３６】
図４は、図３のＸ−Ｘ線に沿って切断した略横断面図である。
【００３７】
図４に示されるように、石英管５の表面に分割電極６、６、６、６、６、６が貼り付けられて形成されたループ状電極７は、ループ状の永久磁石３の真上に位置し、ループ状の永久磁石２、４によって両側を挟まれるように配置されている。
【００３８】
図５は、図４のＹ−Ｙ線に沿った略断面図である。
【００３９】
図５に示されるように、石英管５の外壁の半周面には、アルミニウムをスパッタリングや蒸着することによって、鏡面状で、厚さが１μｍ以下の分割電極６、６、６、６、６、６が形成されている。
【００４０】
分割電極６、６、６、６、６、６の数は、多相交流電源（図示せず）から印加される多相交流の相数と等しく、本実施態様においては、６相交流が印加されるように構成されているため、６つの分割電極６、６、６、６、６、６が石英管５の半周面に形成されている。ここに、分割電極６、６、６、６、６、６が形成されていない石英管５の半周面は、石英管５内で発生した紫外線を取り出すために用いられる。
【００４１】
図４および図５に示されるように、分割電極６から僅かな間隔を置いて、バリア層９が形成され、永久磁石２、３、４は磁気シールド板１２に取り付けられている。図４において、参照符号１５で示されているのは給電プローブである。
【００４２】
図４および図５に示されるように、分割電極６、６、６、６、６、６は、永久磁石３上に配置されたバリア層９と対向している。
【００４３】
６つの分割電極６、６、６、６、６、６の長さはほぼ等しく、隣り合った分割電極６、６の間隙は、たとえば、３ｍｍに設定されている。
【００４４】
本実施態様においては、ループ状の石英管５は、気体の供給、排出が可能な小さい枝管２０を残して、石英をループ状の管型に成型し、枝管２０を通じて、真空排気して、放電洗浄し、酸素放電プラズマによる前処理（コンディショニング）用の酸素を供給し、前処理用の酸素を抜き取り、窒素１００に対して酸素を０ないし１８を含む分子性混合ガスを供給した後に、開口部を閉じることによって作製されている。
【００４５】
図４に矢印で示されるように、中央の永久磁石３から、両側の永久磁石２、４に向かい、永久磁石２、４で終端するように、磁力線１８が発生されている。
【００４６】
この状態で、６つの分割電極６、６、６、６、６、６に６相交流電極（図示せず）から６相交流が印加されると、隣り合った分割電極６、６間に、バリア放電が発生し、石英管５内の分割電極６に対向する部分に、プラズマPが発生する。こうして発生したプラズマPは、多極磁場の磁力線１８によって、図４に示されるように、石英管５内の所定の領域内に閉じ込められる。
【００４７】
本実施態様においては、６つの分割電極６、６、６、６、６、６はループ状の石英管５の外面に、隣り合った分割電極６、６の間隙が、たとえば、３ｍｍになるように形成されているから、隣り合った分割電極６、６間に、一様に、バリア放電が発生し、したがって、石英管５内の分割電極６、６、６、６、６、６に対向する部分に、プラズマPが一様に発生する。
【００４８】
図６は、図１ないし図５に示された本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線発生装置１の電源接続図である。
【００４９】
図６に示されるように、６つの分割電極６、６、６、６、６、６は、それぞれの一端に取り付けた給電端子１６を介して、位相が１／６周期ずつずれていて、振幅が同じ大きさの６相交流電源２５に接続されている。
【００５０】
６相交流電源２５は、周波数、振幅および位相（波形を含む）が制御された低周波交流電源を星形結線して構成され、電源全体は絶縁トランスなどにより、浮遊電位のままにしておき、放電を隣り合った分割電極６、６間にのみ発生させる。
【００５１】
以上のように構成された本発明の好ましい実施態様にかかる紫外線発生装置１は、以下のようにして、紫外線を発生する。
【００５２】
まず、ループ状の石英管５に設けられた枝管２０を介して、排気装置（図示せず）によって、石英管５内を真空排気し、放電洗浄をした後、酸素を供給して、酸素放電プラズマによる前処理（コンディショニング）をおこなう。この前処理によって、石英管５の内壁が酸化され、微量の酸素が石英管５の内壁に吸着される。
【００５３】
次いで、前処理に使用した酸素を石英管５から排出し、常温の圧力比で、窒素１００に対して酸素を０ないし１８を含む分子性混合ガスを石英管５内に供給して、石英管５の開口部を密閉する。ここで、酸素が０というのは、前処理後に、窒素ガス（Ｎ２）のみを石英管５内に封じ込めて、窒素プラズマを起こすと、石英管５の内壁に吸着されている酸素が叩き出されるため、酸素ガス（Ｏ２）を石英管５内に入れなくてもよい場合があることを意味している。
【００５４】
次に、６つの分割電極６、６、６、６、６、６の各々に、１ｋｗ以下の位相制御６出力交流電源を接続して、放電電気エネルギーを紫外線ランプ１０に供給する。その結果、図４に示されるように、隣り合った分割電極６、６間に、バリア放電が発生し、石英管５内の分割電極６に対向する部分に、プラズマPが発生する。
【００５５】
本実施態様においては、石英管５がループ状に形成され、永久磁石２、永久磁石３および永久磁石４がループ状に形成されているので、６つの分割電極６、６、６、６、６、６に６相の交流電圧を印加すると、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３．Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６が順次、６つの分割電極６、６、６、６、６、６が印加され、放電は１周期の間に、分割電極６、６、６、６、６、６間を一回りするので、１秒間に、放電が印加周波数だけ回転する。このため、どの時刻においても、いずれかの分割電極６、６間で放電が起こり、低周波数の交流放電にもかかわらず、高周波点灯のような連続バリア放電が発生し、放電の結果、プラズマPが発生する。本実施態様においては、６つの分割電極６、６、６、６、６、６はループ状の石英管５の外面に、隣り合った分割電極６、６の間隙が３ｍｍになるように形成されているから、隣り合った分割電極６、６間に、バリア放電が一様に発生し、したがって、石英管５内の分割電極６に対向する部分に、プラズマPが一様に発生して、このプラズマPによって、電気的に中性な分子性ガスが励起されて、紫外線が発生する。このようにして発生した紫外線は、石英管５の分割電極６、６、６、６、６、６が形成されていない半周面を介して、取り出される。
【００５６】
こうして発生したプラズマPは、図４に示されるように、多極磁場の磁力線１８によって、ループ状の電極７を構成する石英管５内の所定の領域内に閉じ込められているから、電気的に中性な混合ガスのプラズマＰによる衝突励起が盛んになり、励起混合ガスからの紫外線の発光密度と発光効率とが向上する。
【００５７】
本実施態様においては、石英管５内に、常温の圧力比で、窒素１００に対して酸素を０ないし１８を含む混合ガスが封入されているので、プラズマＰが閉じ込められている放電空間内の窒素ガス（Ｎ２）と酸素ガス（Ｏ２）はその一部がプラズマＰによって解離して、窒素原子（Ｎ原子）と酸素原子（Ｏ原子）が生成され、生成された窒素原子（Ｎ原子）と酸素原子（Ｏ原子）から励起状態の一酸化窒素ガス（ＮＯ）が生成されて、励起状態の一酸化窒素ガス（ＮＯ）から２００ｎｍないし３００ｎｍの短波長の紫外線が発生され、窒素ガス（Ｎ２）から３００ｎｍないし４００ｎｍの中波長の紫外線が発生される。
【００５８】
発生した紫外線を光硬化塗布膜に照射する場合には、２００ｎｍないし３００ｎｍの短波長の紫外線は、光硬化塗布膜のごく浅く狭い領域に吸収されて、光硬化反応を起こして、空気中の酸素が光硬化塗布膜の内部への侵入を阻止するバリア層を形成し、３００ｎｍないし４００ｎｍの中波長の紫外線は光硬化塗布膜の深い部分まで侵入し、光硬化塗布膜全体を硬化させることが可能になる。
【００５９】
本実施態様によれば、紫外線発生装置１の紫外線ランプ１０は、ループ状の石英管５と、ループ状の永久磁石２、３、４と、石英管５の半周面に、石英管５の軸方向に１ｍｍの間隙で形成された６つの分割電極６、６、６、６、６、６によって構成されており、各分割電極６の両側には必ず、３ｍｍの間隙で形成された分割電極６、６が配置されているから、紫外線を一様に発生させること可能になる。
【００６０】
さらに、本実施態様においては、プラズマPは磁力線１８によって、図４に示されるように、ループ状の電極７を構成する石英管５内の所定の領域内に閉じ込められるから、電気的に中性な混合ガスのプラズマPによる衝突励起が盛んになり、強度の高い紫外線を発生することができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明の効果をより一層明確なものにするため、比較例および実施例を掲げる。
【００６２】
比較例１
図７に示されるように、長さが４００ｍｍで、径が１１．１ｍｍの２本の直線状の石英管５の表面に、それぞれ、長さが６２．５ｍｍのアルミニウム箔を貼り付けて、１２個の分割電極ＥＥ１、ＥＥ２、ＥＥ３、ＥＥ４、ＥＥ５、ＥＥ６、ＥＥ７、ＥＥ８、ＥＥ９、ＥＥ１０、ＥＥ１１およびＥＥ１２を形成した。隣り合った分割電極の間隔は、３ｍｍに設定した。
【００６３】
図７において、ＴＴ１、ＴＴ２、ＴＴ３、ＴＴ４、ＴＴ５、ＴＴ６、ＴＴ７、ＴＴ８、ＴＴ９、ＴＴ１０、ＴＴ１１およびＴＴ１２は、給電端子である。分割電極ＥＥ１、ＥＥ２、ＥＥ３、ＥＥ４、ＥＥ５、ＥＥ６、ＥＥ７、ＥＥ８、ＥＥ９、ＥＥ１０、ＥＥ１１およびＥＥ１２の配置に先立って、図８に示されるように、略矩形枠状の永久磁石ＭＭ１と略矩形枠状の永久磁石ＭＭ２を配置し、略矩形枠状の永久磁石ＭＭ１の内部で、かつ、分割電極ＥＥ１、ＥＥ２、ＥＥ３、ＥＥ４、ＥＥ５およびＥＥ６の下方に、棒状の永久磁石ＭＭ３を配置し、略矩形枠状の永久磁石ＭＭ２の内部で、かつ、分割電極ＥＥ７、ＥＥ８、ＥＥ９、ＥＥ１０、ＥＥ１１およびＥＥ１２の下方に、棒状の永久磁石ＭＭ４を配置した。
【００６４】
図７に示されるように、石英管５の長手方向をｘ軸、ｘ軸に直交する石英管５の幅方向をｙ軸、ｘ軸およびｙ軸に直交する石英管５の高さ方向をｚ軸とし、石英管５の長手方向の中央部で、幅方向の中央部で、かつ、高さ方向の中央部が原点（ｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝０）に定義されている。
【００６５】
永久磁石ＭＭ１および永久磁石ＭＭ２は、Ｎ極が上側を向くように配置し、永久磁石ＭＭ３および永久磁石ＭＭ４は、Ｓ極が上側を向くように配置した。したがって、磁力線１８は永久磁石ＭＭ３から出て、永久磁石ＭＭ１で終端し、永久磁石ＭＭ４から出て、永久磁石ＭＭ２で終端し、磁力線に対応する磁場が形成された。
【００６６】
以上のようにして、紫外線ランプ＃２を作製した。
【００６７】
実施例１
図９に示されるように、長さが４３２ｍｍ、幅が３０ｍｍ、径が１１．１ｍｍの両端部がＵ字状をなしたループ状の石英管５の周囲に、スパッタリングによって、アルミニウム箔を貼り付けて、石英管５の直管部に１４５．５ｍｍの長さの分割電極Ｅ２、Ｅ３、Ｅ５およびＥ６を形成し、ループ状の石英管５のＵ字状の部分には、アルミニウム箔を貼り付けて、直線部分の長さが６６ｍｍのＵ字状の分割電極Ｅ１、Ｅ４を形成した。隣り合った分割電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６の間隔は、３ｍｍに設定した。
【００６８】
電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６の配置に先立って、図１０に示されるように、矩形枠状の永久磁石Ｍ１を配置し、矩形枠状の永久磁石Ｍ１の内側で、分割電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６の下方に位置するように、永久磁石Ｍ２をループ状に配置した。Ｕ字状の分割電極Ｅ１、Ｅ４の湾曲部の下方に位置する部分は、３つの短い棒状の永久磁石によって、湾曲形状になるように配置した。さらに、ループ状の永久磁石Ｍ２の内側には、略矩形枠状の永久磁石Ｍ３を配置した。
【００６９】
本実施例１においても、比較例１の図７と全く同様に、ｘ軸、ｙ軸よびｚ軸が定義されている。
【００７０】
永久磁石Ｍ１および永久磁石Ｍ３は、Ｎ極が上側を向くように配置し、永久磁石Ｍ２は、Ｎ極が上側を向くように配置した。したがって、磁力線１８は永久磁石Ｍ２から出て、永久磁石Ｍ１および永久磁石Ｍ３に向かい、永久磁石Ｍ１および永久磁石Ｍ３で終端している。
【００７１】
以上のようにして、紫外線ランプ＃１を作製した。
【００７２】
次いで、紫外線ランプ＃１の石英管５内に設けられた枝管２０から、１気圧換算で、酸素ガスを０．２５立方／分（０．２５ｃｃｍ（cubic centimeters per minute））の流量で、窒素ガスを１．２５立方／分（１．２５ｃｃｍ）の流量で、それぞれ、石英管５内に供給した。石英管５内のガス組成が安定し、石英管５内のガス圧力が０．５０Torrとなった時点で、石英管５を封止した。
【００７３】
同様に、紫外線ランプ＃２の石英管５内に設けられた枝管２０から、１気圧換算で、酸素ガスを０．２５立方／分（０．２５ｃｃｍ（cubic centimeters per minute））の流量で、窒素ガスを１．２５立方／分（１．２５ｃｃｍ）の流量で、それぞれ、石英管５内に供給した。石英管５内のガス組成が安定し、石英管５内のガス圧力が０．５０Torrとなった時点で、石英管５を封止した。
【００７４】
図１１は、紫外線ランプ＃１内に、０．５ｃｃｍで酸素ガスを供給し、１．５ｃｃｍで窒素を供給して、圧力が０．５Torrとなった時点で、石英管５を封止したのちに、６相交流電圧を印加したときの六相交流電圧の波形である。
【００７５】
図１２（ａ）は、紫外線ランプ＃２に、６相交流電圧を印加したときの図７のＢ１−Ｂ１線に沿ったＲＧＢ成分の発光輝度分布であり、図１２（ｂ）は、図７のＢ２線−Ｂ２線に沿ったＲＧＢ成分の発光輝度分布である。
【００７６】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されるように、紫外線ランプ＃２においては、発光輝度は石英管５の中央部で高く、両端に近づくにつれて、発光輝度は低下していき、石英管５の両端部における発光輝度はほぼゼロになることが判明した。
【００７７】
一方、図１３（ａ）は、紫外線ランプ＃１に、６相交流電圧を印加したときの図９のＡ１−Ａ１線に沿ったＲＧＢ成分の発光輝度分布であり、図１３（ｂ）は、図９のＡ２線−Ａ２線に沿ったＲＧＢ成分の発光輝度分布である。
【００７８】
図１３（ａ）、（ｂ）に示されるように、６相交流電圧を印加した結果、紫外線ランプ＃１においては、彎曲部を有しているにもかかわらず、全長にわたって、発光輝度がほぼ一様であることが判明した。
【００７９】
比較例１の紫外線ランプ＃２においては、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されるように、発光輝度は石英管５の中央部で高く、両端に近づくにつれて発光輝度は低下していき、石英管５の両端部における発光輝度はほぼゼロになったのに対し、実施例１のループ状の電極を備えた紫外線ランプ＃１においては、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示されるように、管状電極の両端部に対応する彎曲部における発光輝度は中央部の発光輝度とほぼ同一で、発光強度が高い紫外線を一様に発生することができることが判明した。
【００８０】
図１４は、実施例１の紫外線ランプ＃１における放射スペクトルを示しており、２２０ｎｍないし２８０ｎｍの短波長の紫外線が発生し、また、２８０ｎｍないし３８０ｎｍの中波長の紫外線が発生したことが認められた。ここに、放射スペクトルは、ｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝２０ｍｍの位置で測定したものである。
【００８１】
図１５は、比較例１の紫外線ランプ＃２における平均放電相電圧振幅Ｖａｃ［Ｖ］と、平均放電相電流振幅Ｉａｃ［ｍＡ］および平均総合放電電力Ｐａｃ［Ｗ］との関係を示すグラフであり、図１６は、実施例１の紫外線ランプ＃１における平均放電相電圧振幅Ｖａｃ［Ｖ］と、平均放電相電流振幅Ｉａｃ［ｍＡ］および平均総合放電電力Ｐａｃ［Ｗ］との関係を示すグラフである。
【００８２】
図１５よび図１６から、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１においては、比較例１にかかる直管状電極を有する紫外線ランプ＃２に比して、同じ放電電圧に対して、放電電流が流れやすく、放電電力が大きくなり、すなわち、放電時の負荷インピーダンスが小さくなることが判明した。
【００８３】
図１７は、比較例１の紫外線ランプ＃２における平均放電相電圧振幅Ｖａｃ［Ｖ］と、放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］との関係を示すグラフであり、図１８は、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１における平均放電相電圧振幅Ｖａｃ［Ｖ］と、放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］との関係を示すグラフである。ここに、放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］は、ｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝２０ｍｍの位置で測定したものである。
【００８４】
図１７および図１８から、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１においては、電圧が高くなるにしたがって、放射束密度の増加率が少しずつ小さくなっていくこと認められたが、比較例１にかかる直管状電極を有する紫外線ランプ＃２においては、実施例１に比し、同じ印加交流電圧に対する紫外線領域における放射が弱いことが認められた。
【００８５】
図１９は、比較例１の紫外線ランプ＃２における総合放電電力Ｐａｃ［Ｗ］と放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］との関係を示すグラフであり、図２０は、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１における総合放電電力Ｐａｃ［Ｗ］と放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］との関係を示すグラフである。ここに、放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］は、ｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝２０ｍｍの位置で測定したものである。
【００８６】
図１９および図２０から、比較例１にかかる直管状電極を有する紫外線ランプ＃２においては、インバータの最大入力電圧１３０Ｖにおいても、放電電力が４５Ｗ足らずであったのに対し、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１においては、電力が大きくなると、放射束密度の増加率は低下するものの、放射束密度が高くなることが認められた。
【００８７】
図２１は、比較例1の紫外線ランプ＃２において、ｙ＝０、ｚ＝２０ｍｍに設定し、ｘの値（ｍｍ）を変化させたときの放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］を測定したグラフであり、図２２は、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１において、ｙ＝０、ｚ＝２０ｍｍに設定し、ｘの値（ｍｍ）を変化させたときの放射束密度Ｉ［ｍＷ／ｃｍ２］を測定したグラフである。
【００８８】
図２１と図２２から、実施例１にかかる紫外線ランプ＃１においては、比較例1の紫外線ランプ＃２に比して、ｘ軸方向の放射束密度の一様性が大幅に改善されることが判明した。
【００８９】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００９０】
たとえば、前記実施態様においては、石英管５を用いているが、石英管５に代えて、窒
化ホウ素など、良好な電気絶縁性と熱伝導性を有する材料によって形成された管部材を用いることもできる。
【００９１】
また、前記実施態様および前記実施例においては、永久磁石２、３、４を用いているが、永久磁石２、３、４に代えて、電磁石を用いることもできる。
【００９２】
さらに、前記実施態様においては、最も長い永久磁石２、最も短い永久磁石４および中間の長さ有する永久磁石３はいずれもループ状に配置されているが、最も長い永久磁石２、最も短い永久磁石４および中間の長さ有する永久磁石３をいずれもループ状に配置することは必ずしも必要でなく、前記実施例と同様に、最も長い永久磁石および最も短い永久磁石を略矩形枠状に配置し、中間の長さ有する永久磁石のみをループ状に配置することもできる。
【００９３】
また、前記実施例においては、長さが最も長い永久磁石２および長さが最も短い永久磁石４は略矩形枠状に配置し、中間の長さを有する永久磁石３としてはループ状の永久磁石を用いているが、長さが最も長い永久磁石２および長さが最も短い永久磁石４として、ループ状の永久磁石を用いることもできる。
【００９４】
また、前記実施態様および前記実施例においては、６相交流電源２５を用いているため、６つの分割電極６、６、６、６、６、６を用い、位相が１／６周期ずつずれていて、振幅が同じ大きさの交流が供給されるように構成されているが、６相交流電源２５に代えて、位相が１／１２周期ずつずれていて、振幅が同じ大きさの交流を供給する１２相交流電源を用い、１２個の分割電極を用いるようにしてもよい。
【００９５】
さらに、前記実施態様および前記実施例においては、石英管５の軸方向に沿って、３ｍｍ間隔で、分割電極６、６、６、６、６、６を石英管５の半周面に形成しているが、３ｍｍ間隔で、分割電極６、６、６、６、６、６を形成することは必ずしも必要でない。
【００９６】
また、前記実施態様および前記実施例においては、ループ状の石英管５は、気体の供給、排出が可能な小さな開口部（図示せず）を残して、石英をループ状の管形に成型し、開口部を通じて、真空排気して、放電洗浄し、酸素放電プラズマによる前処理（コンディショニング）用の酸素を供給した後に、前処理用の酸素を排出し、窒素１００に対して酸素を０ないし１８を含む混合ガスを供給した後に、開口部を閉じることによって作製されているが、ループ状の石英管５の作製方法はとくに限定されるものではなく、たとえば、作製すべきループ状の石英管５を２つに分割した形状の分割石英管を成型し、２つの分割石英管を、作製すべきループ状の石英管５の形に配置し、互いに対向した二組の開口部のうちの一組の開口部間を結合し、他方の組の開口部を介して、真空排気して、放電洗浄し、酸素放電プラズマによる前処理（コンディショニング）用の酸素を供給した後に、前処理用の酸素を排出し、窒素１００に対して酸素を０ないし１８を含む混合ガスを供給した後に、互いに対向している他方の組の開口部を結合して、混合ガスを封入することによって、作製してもよい。
【００９７】
さらに、前記実施態様および前記実施例においては、分割電極６、６、６、６、６、６は、アルミニウムをスパッタリングすることによって形成されているが、アルミニウムをスパッタリングすることによって、分割電極６、６、６、６、６、６を形成することは必ずしも必要でなく、アルミニウムを蒸着して、分割電極６、６、６、６、６、６を形成することもできる。
【００９８】
また、前記実施態様および前記実施例においては、常温の圧力比で、窒素１００に対して酸素を０ないし１８を含む分子性混合ガスを石英管５内に供給して、石英管５の開口部を密閉するように構成されているが、常温の圧力比で、窒素１００に対して酸素を０ないし１８を含む分子性混合ガスを石英管５内に供給しているが、かかる組成の分子性混合ガスを石英管５内に供給することは必要ではなく、他の組成のガスを石英管５内に供給することもできる。
【符号の説明】
【００９９】
１  紫外線発生装置
２、３、４  永久磁石
５  石英管
６  分割電極
７  ループ状電極
９  バリア層
１０  紫外線ランプ
１２  磁気シールド板
１５  給電プローブ
１６  給電端子
１８  磁力線
２０  枝管
２５  ６相交流電源
Ｐ  プラズマ
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６  分割電極
ＥＥ１、ＥＥ２、ＥＥ３、ＥＥ４、ＥＥ５、ＥＥ６、ＥＥ７、ＥＥ８、ＥＥ９、ＥＥ１０、ＥＥ１１、ＥＥ１２  分割電極
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４  永久磁石
ＭＭ１、ＭＭ２、ＭＭ３、ＭＭ４  永久磁石
ＴＴ１、ＴＴ２、ＴＴ３、ＴＴ４、ＴＴ５、ＴＴ６、ＴＴ７、ＴＴ８、ＴＴ９、ＴＴ１０、ＴＴ１１およびＴＴ１２  給電端子
【要約】
【課題】  発光強度が高い紫外線を一様に発生することができる紫外線発生装置を提供する。
【解決手段】  紫外線ランプ１０が、周の長さが異なる３つのループ状磁石２、３、４とループ状に形成された石英管５を備え、最も周が長いループ状磁石２が最も外側に、最も周が短いループ状磁石４が最も内側に、周の長さが中間のループ状磁石３が中央に、最も外側の磁石２と中央の磁石３の極性が逆で、中央の磁石３と最も内側の磁石４の極性が逆
になるように配置され、石英管５が３つの磁石２、３、４の間に配置されるとともに、その外周面に所定の間隔を隔てて６個の分割電極６が取り付けられ、最も外側の磁石２と中央の磁石３との間の磁力線および中央の磁石３と最も内側の磁石４との間の磁力線が、石英管５を横切るように構成されている。
【選択図】      図２【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８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図７】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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