(57)【要約】【課題】  紫外線パルス発光装置に使用するＵＶ放電管の寿命を、コンデンサの静電容量と設定電圧から計算する電力量を積算し、その数値を、既に寿命が判明した基準放電管の基準電力量と照し合せることで、放電管の寿命を計算し、また残りの放電回数を予測する。【解決手段】  紫外線パルス発光装置１に、トランス６とダイオード７から電力供給するコンデンサ９と、ＵＶ放電管１１と、紫外線励起用のトリガー回路１５と、電圧検出回路８と、制御回路４を設け、制御回路４のＣＰＵを通信手段３で外部装置２のＭＰＵ２０と接続する。  一方、外部装置２のＭＰＵ２０に、設定電圧の入力手段２２と、表示手段２３を設けることで、ＣＰＵは、パルス発光の毎に、所定の計算式から積算電力量と寿命を計算し、その結果をＭＰＵ２０の表示手段２３で表示又は報知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線パルス発光装置と外部装置を通信手段で接続する紫外線照射システムにおいて、
前記紫外線パルス発光装置は、ＣＰＵと記憶装置を有する制御回路と、高圧電源回路の出力トランスから整流用ダイオードを通して電力供給されるコンデンサと、前記コンデンサから限流コイルを通して放電するＵＶ放電管と、前記放電管のトリガー用電極に負の高電圧パルスを印加して紫外線発光を励起する昇圧トランス及びトリガー回路と、前記コンデンサの電圧を検出する検出回路と、その検出電圧を既定電圧と比較するための比較回路と、を備え、
前記ＣＰＵは、開始指令によって前記コンデンサが所定の設定電圧になるまで充電し、また、トリガー指令によってそれを放電させることで紫外線パルスを繰返し発光する、また、前記高電圧パルス印加後の一定時間経過後に前記検出電圧が前記既定電圧以下であることを検知することで放電完了信号を発生させる、
また、ＣＰＵは前記発光する毎に、前記トリガー指令と前記放電完了信号の各回数を記憶し、その差を算出することで充放電動作におけるミスファイア回数を得る、
また、前記記憶装置には、前記コンデンサの静電容量（Ｃ）と、放電管の寿命として設定する発光効率の基準％数値（Ｙｏ）と、その数値に到達するまでに消費されると見込まれる基準放電管の基準電力量（Ｅｏ）と、その基準放電管の長さ（Ｌｏ）と、を有する、
一方、外部装置のＭＰＵは、表示手段と、入力手段と、記憶手段と、を備え、
また、前記入力手段の入力項目は、少なくとも前記ＵＶ放電管の見かけの長さ（Ｌ）と発光ｉ回目の設定電圧（Ｖｉ）であり，
また、前記表示手段での出力項目は、現在までの発光回数（ｎ）、現在の発光効率（Ｙｎ％）、及び、現在の発光効率が基準値（Ｙｏ％）以下に落ちるまでの発光回数（Ｎｎ）、であり、
前記ＣＰＵは、紫外線パルスを発光する毎に、前記コンデンサが現在（ｎ回目）までに累積する放電電力量（Ｅｎ）を下記式（１）を用いて算出し、また、下記式（２）から前記発光効率（Ｙｎ％）を、さらに下記式（３）から前記発光回数（Ｎｎ）を、それぞれ計算し、その計算結果を前記ＭＰＵに送信し、ＭＰＵはそれを前記表示手段で表示又は報知すること、を特徴とする紫外線照射システム。
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＵＶ放電管から紫外線を照射する紫外線パルス発光装置と、それを外部から監視・操作するための外部装置とを備えた紫外線照射システムに関し、特に、ＵＶ放電管の残り寿命を予測する機能を備えた紫外線照射システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  紫外線パルス発光装置に使用するＵＶ放電管の消費寿命は、発光回数又は累積通電時間に対応して決めることが多く、電極表面材料の劣化や石英ガラス管の黒化の進行によって、使用初期に１００％あった発光量が１乃至４割程度減少する時点を放電管の寿命と定義している。【０００３】  また、近年、紫外線を利用する照明装置や生産機械において放電管の寿命又は残り寿命を判定するために次に示すような予測方法が考えられている。
その方法は、ＣＰＵとＡ／Ｄ変換器で放電管に流れる電流と電圧を検出し、電圧又は電圧変化率を安定時の場合と比較する〔特許文献１〕ことで、又は、電流又は電流変化率を基準値と比較する〔特許文献２〕ことで、ランプ寿命を検出する。
また、新たに独立した紫外線センサーを設け、発光量又は発光強度が基準値に達していない時の発光回数をカウントする〔特許文献３〕ことで、又は、スペクトル形状の時間的変化〔特許文献４〕を検知することで残り寿命を判定する。
さらに、光源として紫外線発光ダイオードの積算した電流値と降下電圧から照射エネルギーを算出し、その累積値を表示することで発光ダイオードの寿命管理をする〔特許文献５〕方法が知られている。
【特許文献１】  公開特許公報  特開平１０−３０２９７６号
【特許文献２】  特許公報  特公平６−１２７１２号
【特許文献３】  特許公報  第２５１１４４０号
【特許文献４】  公開特許公報  特開２００６−３００７０６号
【特許文献５】  公開特許公報  特開２００６−２８９１９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、ＵＶ放電管の発光強度の僅かな変化量を、放電管と同様に経年劣化の虞があり信頼性に欠ける紫外線センサーで測定することは問題となる。また、ＵＶ放電管の電極間に流れる電流値と電圧値を検出し、その累積した通電時間から総電力量を計算する方法では、特に、パルス発光時の放電電流は瞬時に大きく変化するため、実効値電流の正確な測定が困難であり、結果として電力量の算出に誤差が生じると言う問題がある。【０００５】  本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、紫外線センサーを必要とせず、常に放電管の消費寿命をより正確に計算し、残り寿命を判定しその結果を表示・報知すること、で操作性に優れた紫外線照射システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上述した課題を解決するため、本発明は、
紫外線パルス発光装置と外部装置を通信手段で接続する紫外線照射システムにおいて、
前記紫外線パルス発光装置は、ＣＰＵと記憶装置を有する制御回路と、高圧電源回路の出力トランスから整流用ダイオードを通して電力供給されるコンデンサと、前記コンデンサから限流コイルを通して放電するＵＶ放電管と、前記放電管のトリガー用電極に負の高電圧パルスを印加して紫外線発光を励起する昇圧トランス及びトリガー回路と、前記コンデンサの電圧を検出する検出回路と、その検出電圧を既定電圧と比較するための比較回路と、を備え、
前記ＣＰＵは、開始指令によって前記コンデンサが所定の設定電圧になるまで充電し、また、トリガー指令によってそれを放電させることで紫外線パルスを繰返し発光する、また、前記高電圧パルス印加後の一定時間経過後に前記検出電圧が前記既定電圧以下であることを検知することで放電完了信号を発生させる、
また、ＣＰＵは前記発光する毎に、前記トリガー指令と前記放電完了信号の各回数を記憶し、その差を算出することで充放電動作におけるミスファイア回数を得る、
また、前記記憶装置には、前記コンデンサの静電容量（Ｃ）と、放電管の寿命として設定する発光効率の基準％数値（Ｙｏ）と、その数値に到達するまでに消費されると見込まれる基準放電管の基準電力量（Ｅｏ）と、その基準放電管の長さ（Ｌｏ）と、を有する、
一方、外部装置のＭＰＵは、表示手段と、入力手段と、記憶手段と、を備え、
また、前記入力手段の入力項目は、少なくとも前記ＵＶ放電管の見かけの長さ（Ｌ）と発光ｉ回目の設定電圧（Ｖｉ）であり，
また、前記表示手段での出力項目は、現在までの発光回数（ｎ）、現在の発光効率（Ｙｎ％）、及び、現在の発光効率が基準値（Ｙｏ％）以下に落ちるまでの発光回数（Ｎｎ）、であり、
前記ＣＰＵは、紫外線パルスを発光する毎に、前記コンデンサが現在（ｎ回目）までに累積する放電電力量（Ｅｎ）を下記式（１）を用いて算出し、また、下記式（２）から前記発光効率（Ｙｎ％）を、さらに下記式（３）から前記発光回数（Ｎｎ）を、それぞれ計算し、その計算結果を前記ＭＰＵに送信し、ＭＰＵはそれを前記表示手段で表示又は報知すること、
を特徴とする。【０００７】
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【発明の効果】
【０００８】  したがって、本発明によれば、不用な、紫外線の発光強度を測定するための紫外線センサーを必要としないため、その測定回路を必要としない。また、実効値電力量（消費エネルギー）の計算において、瞬時に存在する放電電流の測定を必要としないし、また、変動の少ない安定したところの電圧値と静電容量値を使用するため、比較的簡単な回路を用いて、正確に放電管の寿命を計算できる。また、装置の稼動中に設定電圧を変更し、紫外線照射量を変化させたとしても、その変化量を寿命計算に反映できるため、より正確にＵＶ放電管の寿命が計算できる。また、既に寿命が判明した基準となる放電管の寿命を入力すれば、他の渦巻き放電管の見かけの長さを入力するだけで、残り寿命が計算できる。また、ＭＰＵによるプログラム処理のため、常に運転状態を監視し、操作性と保守性の高い紫外線照射システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  紫外線センサーを使用しないで放電管の寿命を予測するという目的を、紫外線パルス発生時における瞬時の放電電流を測定することなく、発光の回数毎に静電容量と設定電圧からＵＶ放電管の積算電力量を計算し、その数値を、既に寿命が判明した基準の放電管の値と比べることで、簡単に、残り寿命を計算することができた。【００１０】  以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明に係る紫外線照射システムの主要回路部分を含む全体構成を示す図である。図１において、紫外線パルス発光装置１と外部装置２は通常ＲＳ−２３２Ｃ規格のシリアル通信等の通信手段３を使って接続され、両装置に記憶するデータ及び操作コマンドは相互に共有可能状態にある。【００１１】  また、紫外線パルス発光装置１は、ＣＰＵと記憶装置を有する制御回路４と、高圧電源回路５の出力トランス６から整流用ダイオード７を通して電力供給するコンデンサ９と、前記コンデンサから限流コイル１０を通して放電する放電管１１と、前記放電管のトリガー用電極１２に負の高電圧パルスを印加してＵＶ放電管の紫外線発光を励起するための昇圧トランス１６及びトリガー回路１５と、コンデンサの両端電圧を検出する検出回路８と、その検出電圧を既定電圧１３と比較するための比較回路１４と、を備えている。【００１２】  また、高圧電源回路５はＡＣ電源から整流した直流電圧を基に出力トランス６の１次コイルを所定の周波数で励振する。この励振周波数は制御回路からの信号で制御され、その周波数に対応した出力電圧を２次コイルに発生することで、２次側の回路を昇圧する。この高電圧電流がダイオード７で整流されコンデンサ９を充電する。【００１３】  したがって、制御回路４内のＣＰＵ（図示せず）の開始指令１９によってコンデンサを所定の設定電圧になるまで充電し続け、またＣＰＵのトリガー指令１７によって放電管を励起し、コンデンサに蓄えられた電荷を一気にＵＶ放電管に流すことで紫外線パルスを発生する。【００１４】  また、放電を促すための高電圧パルス印加後の一定時間経過後に検出回路８の検出電圧が既定電圧以下であることを検知することで、比較回路１４は放電完了信号１８を制御回路４に送信する。
また、制御回路４内のＣＰＵは、トリガー指令１７と放電完了信号１８の各発生回数をカウントし、それを記憶装置に記憶する、また、その差を計算することで放電失敗回数（ミスファイア回数）を得る。【００１５】  また、図２はコンデンサ９の充放電の動作を示すタイミングチャート図である。図２は、コンデンサの両端電圧波形２６と、紫外線励起のための負の高電圧パルス２７と、放電管に流れる電流波形２８と、高電圧パルス２７印加後の一定時間経過後に比較回路１４を有効とするためのタイミングパルス２９をそれぞれ示している。【００１６】  また、図２において、制御回路４の開始指令１９によってコンデンサの両端電圧２６は一定時間で上昇し、コンデンサを充電する。また、トリガー指令１７により負の高圧パルス２７が励起されると、放電管に放電電流２８が流れ、電流の立ち上がり波形に同期して紫外線パルスが発生する。また、放電が正常に終了すればコンデンサ電圧は降下する。
また、紫外線発光のパルス幅は、設定電圧Ｖｎと回路定数の容量Ｃ、コイルＬ、及び放電抵抗Ｒ、で決めることができる。【００１７】  また、コンデンサ９の静電容量値は制御回路のディップスイッチ（図示せず）で設定され、その値がＣＰＵおよび外部装置のＭＰＵに取り込まれる。【００１８】  一方、図１において外部装置２は、ＭＰＵ２０と、表示手段２３と、入力手段２２と、記憶手段２１と、を備えた端末器、又はパソコンである。
また、入力手段２２に必要な入力項目２５は、設定電圧（Ｖｎ）、及びＵＶ放電管の見かけの長さ（Ｌ）である。【００１９】  また、既に寿命が判明しているＵＶ放電管を基準放電管とし、制御装置４のＣＰＵの記憶装置に、基準放電管の見かけの長さ（Ｌｏ）、及び、事前に放電管の発光効率を寿命として設定する基準寿命（Ｙｏ％）及び、基準放電管がその寿命（Ｙｏ％）に落ちるまでに消費したと見做す消費電力量を、寿命計算のための基準電力量（Ｅｏ）として格納する。
なお、ＵＶ放電管の形状は棒状の直管型だけに限らず、リング状、渦型、螺旋型のものがあり、放電管の長さ（Ｌ）は、電極間の直線距離ではなく、屈曲した管に沿って測定した見かけの長さを入力する。【００２０】  また、寿命の計算において、ＵＶ放電管の石英ガラスの表面積の全部が、消費エネルギーによって、均一に劣化すると考えるため、異なる表面積をもつ基準放電管で消費電力量を比べるには面積比に相当する係数Ｋを考慮する。それで、内径（Ｄ）が同じ放電管では、経験的に、
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【００２１】  また、表示手段２３の出力項目２４は少なくとも、ＵＶ放電管の運転中における、現在までの発光回数（ｎ）と現在の発光効率（Ｙｎ％）であり、また、現在から今後、発光効率（Ｙｎ％）が寿命である基準％数値（Ｙｏ％）に落ちるまでの、残り発光回数（Ｎｎ）とする。【００２２】  次に、本発明に係るＵＶ放電管の寿命の説明を図３に基づいて行う。
図３は、発光回数（ｎ回）毎に発光する、表面積ＳのＵＶ放電管の寿命曲線を示すものであり、縦軸は発光効率（Ｙｎ％）、横軸は放電管が消費する放電電力量（Ｅｎ）である。また、発光効率（％）は初期値を１００％とし、表面積Ｓｏの基準放電管の発光効率の数値がＹｏ％に落ちる時点を放電管の寿命と定義する。またその数値に到るまでに消費したと見做される消費電力量（累積の消費エネルギー）を基準電力量（Ｅｏ）とする。
そうすると、表面積ＳのＵＶ放電管の発光効率（Ｙｎ％）が、寿命（Ｙｏ％）に到るまでの消費電力量は、面積比（係数Ｋ）による影響を考えて、ＫＥｏであると推定できる。
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【００２３】  また、消費電力量は充放電コンデンサの持つ放電エネルギーと同じであるから、ＵＶ放電管の電力量（Ｅｎ）は下記式（１）で表すことができる。また、その時の寿命（Ｙｎ％）は、電力量の常用対数をとって直線と見做すことで、内径（Ｄ）が同じ放電管であれば、下記式（２）が得られる。したがって、放電管の残りの電力量は、ＫＥｏ−Ｅｎであると考えられるため、これを現在の設定電圧（Ｖｎ）に対応する放電電力量で割ることで残り発光回数（Ｎｎ）が下記式（３）から計算できる。【００２４】
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【００２５】  したがって、制御回路４のＣＰＵは、コンデンサ９を毎回充放電する毎に、ｎ回目までに累積した現在の放電電力量（Ｅｎ）を上記の式（１）を用いて算出し、さらに、式（２）によって、現在の放電管の発光効率（Ｙｎ％）および、式（３）によって、現在の残り発光回数（Ｎｎ）を計算することで、稼動中のＵＶ放電管の寿命を予測する。またその結果を後述する方法で外部装置に表示又は報知する。【００２６】  図４は、本発明に係る外部装置２のパソコン画面３０を示すものである。操作員はパソコン画面の指示に従って、指定された箇所に次の入力項目をキーボードから入力する。入力項目としては発光周期（パルス／秒）３２、予定発光回数３３、パルスの休止期間に相当するデューティ比３４、をそれぞれ入力する。また、ＵＶ放電管の長さ（Ｌ）３５と、設定電圧（Ｖｎ）３６、とを画面の数値から選択入力する。なお、パソコン画面３０において、コンデンサの静電容量の数値（Ｃ）は制御回路４のディップスイッチの設定状態に対応する数値を３１に表示する。【００２７】  また、図４に示すパソコン画面３０において、計算結果である現在までの発光回数（ｎ）の数値を「総発光回数」として欄３８に表示する。また、現在の発光効率が基準値（Ｙｏ％）以下に落ちるまでの発光回数（Ｎｎ）の数値を「残り発光回数」として欄３９に表示する。また、現在の発光効率（Ｙｎ％）を図形（スケールバー）３７でパーセント表示する。図５の下枠にあるランプ寿命の表示方法は、表示領域を、発光効率が５０％乃至６０％を赤色領域４０、６０％乃至８０％を白色領域４１、また８０％乃至１００％までを緑色領域４２の、各３領域に分け、それぞれの領域の上を、スケールバー（指針）３７が発光効率の計算に合わせて通過する。また、スケールバー３７が赤色領域４０に入れば、赤色点滅や音を使って操作員に報知してもよい（図示せず）。【００２８】  また、図５は本件発明に係る紫外線照射システムのフローチャート図である。
図５において、Ｓ００１でＣＰＵの処理がスタートすると、Ｓ００２で初期値の設定として、コンデンサの容量（Ｃ）、初期の設定電圧（Ｖ）、放電管の長さ（Ｌ）、をセットする。また寿命の基準となる発光効率（Ｙｏ％）、基準電力量（Ｅｏ）、及び基準放電管の長さ（Ｌｏ）、をセットし、寿命計算に必要な係数Ｋを計算する。また、運転に必要な予定の発光回数や発光周期を設定した後、紫外線パルス発光装置の運転を開始する。【００２９】  Ｓ００３では、紫外線パルス発光装置において、設定電圧Ｖｎでコンデンサを繰り返し放電することで所定の紫外線パルスを出力する。【００３０】  また、正常に放電完了信号が送出される（Ｓ００４）と、Ｓ００５において、放電回数ｎを更新し、また、コンデンサ電圧から放電電力量Ｅｎを上記式（１）を使って計算する。また放電に失敗すればミスファイア回数Ｆを更新させ、その回数を表示する（Ｓ００９）。【００３１】  また、Ｓ０００６において、式（２）を使って放電管の発光効率（Ｙｎ％）を、また式（３）を使って寿命として残りの発光回数（Ｎｎ）をそれぞれ計算する。【００３２】  また、Ｓ０００７において、現在の発光回数ｎ、計算した発光効率Ｙｎ％、及び残り発光回数Ｎｎを、上述した図４のパソコン画面３０に、数値（３８、３９）やスケールバー３７で表示する。また、残り発光回数（Ｎｎ）が０になれば、寿命になったと判断し、赤色の表示領域に指針（スケールバー）を入れる。【００３３】  また、Ｓ００８では、運転中必要な光量変更のためにコンデンサの設定電圧Ｖｎを変更する。また必要がなければＳ００３に戻り、前回発光時と同じ設定電圧で運転を続行する。したがって、設定電圧の変更は放電電力量の計算に反映する。また終了操作により運転停止し処理をやめる（Ｓ０１０）。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】は本発明の主要回路部分を含む全体構成を示す図であり、
【図２】は充放電のタイミングチャート図、
【図３】はＵＶ放電管の寿命を説明するための図、
【図４】は外部装置の入力及び出力画面を示す図、
【図５】は本発明のフローチャートを示す図、である。
【符号の説明】
【００３５】    １・・・・紫外線パルス発生装置
２・・・・外部装置
３・・・・通信手段
４・・・・制御回路（ＣＰＵを含む）
５・・・・高圧電源回路
９・・・・コンデンサ
１１・・・・ＵＶ放電管
１５・・・・トリガー回路
２０・・・・ＭＰＵ
２４・・・・出力項目
２５・・・・入力項目
【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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