(57)【要約】【課題】放電灯用オゾン発生防止ユニットを提供する。【解決手段】放電灯用オゾン発生防止ユニットは、紫外線発光用のランプと、前記ランプの出射口から紫外線進行方向に順に配置されるランプスペーサと、オゾンカットフィルターと、ウェーブワッシャーと、フィルター押さえと、前記ランプスペーサに設けられたスリ割構造に配置された弾力性材料からなるフリーサイズガスケットと、前記ランプに密着する第１放熱板、第２放熱板と、前記第１放熱板、第２放熱板のスリ割構造を締め付けて前記ランプを固定する弾力性を有する止め具と、を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線発光用のランプと、
前記ランプの出射口から紫外線進行方向に順に配置されるランプスペーサと、オゾンカットフィルターと、ウェーブワッシャーと、フィルター押さえと、
前記ランプスペーサに設けられたスリ割構造に配置された弾力性材料からなるフリーサイズガスケットと、
前記ランプに密着する第１放熱板、第２放熱板と、
前記第１放熱板、第２放熱板のスリ割構造を締め付けて前記ランプ、前記ランプスペーサを固定する弾力性を有する止め具と、
を有することを特徴とする放電灯用オゾン発生防止ユニット。
【請求項２】
前記オゾンカットフィルターは、前記ウェーブワッシャー、前記フィルター押さえを介して前記第２放熱板にネジにより固定され、容易に取り外し可能であることを特徴とする請求項１に記載の放電灯用オゾン発生防止ユニット。
【請求項３】
前記フィルター押さえは、第２放熱板に直接接触することを特徴とする請求項１に記載の放電灯用オゾン発生防止ユニット。
【請求項４】
前記オゾンカットフィルターは、石英硝子に、２４０ｎｍ以上を透過し２３０ｎｍ以下を阻止するロングウエーブパスフィルターを成膜したものであることを特徴とする請求項１に記載の放電灯用オゾン発生防止ユニット。
【請求項５】
前記オゾンカットフィルターは、イオンアシスト蒸着により成膜したものであることを特徴とする請求項４に記載の放電灯用オゾン発生防止ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯用オゾン発生防止ユニットに係り、より詳しくは、オゾンの発生を防ぎ、オゾン曝露による人体への影響をなくす放電灯用オゾン発生防止ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線由来のオゾンは光波長２３０ｎｍ以下の紫外線と空気中の酸素とが反応して、生成される。これを防ぐための従来の技術として以下が知られている。
【０００３】
（１）オゾン生成に寄与する波長の紫外線を空気中に伝搬させないオゾンレスランプと呼ばれるものを用いる方法
バルブの材質にチタンをドープした石英硝子を用い、オゾン生成に寄与する紫外線を吸収させる方法である。しかしながら、特許文献１（特許第４７３６９００号公報）の図５に見られるように、例えば最適に仕上げられた曲線Ａであっても、２００ｎｍ以下の光を阻止した結果、２００ｎｍ乃至２５０ｎｍの光は、減光されてしまう。
又、２００ｎｍ乃至２３０ｎｍの光は空気中に伝搬され、オゾンはこの領域の波長の光によっても生成されることから、本技術によっては、オゾン発生を完全には抑えられないことになる。
【０００４】
水銀ランプの発光は、波長が不連続なスペクトル（輝線発光）であり、強度の高い輝線としては、１８４．９５ｎｍ、次に長い波長としては、２５３．６５ｎｍで発光する。高圧水銀ランプは、１８４．９５ｎｍと２５３．６５ｎｍの波長間においても発光するが発光強度比率が輝線発光と比べると非常に小さいため、２００ｎｍ以上の波長により生成されるオゾンの比率は、小さくなる。しかしながら、ランプ出力が大きくなれば、比率は少なくとも、ランプ出力の大きさに応じたオゾンが発生するので、有害となる。Ｘｅランプであれば、発光スペクトルが紫外領域において連続スペクトルとなり、透過させたい波長と阻止したい波長の光強度比に大きな差がない。このことは、使いたい紫外光の強度を増やすために、放射強度の高いランプを用いれば、オゾン発生量もかなり大きくなることを意味する。
【０００５】
（２）発生するオゾンを排気する方法
酸素を含む大気を窒素ガス等の不活性ガスに置換する、又は紫外線が通る空間を密閉するものである。
特許文献２（特開２０１２−２４７４３１公報）には排気、不活性ガスへの置換、空間の密閉に関する記載がある。これらの方法を組み合わせることにより、オゾン発生の抑制と限定した空間以外への漏洩を防いでいる。しかしながら、この方法においても、同文献にも記載されている通り、多少のオゾンは発生する。ランプ出力が大きくなれば、それに応じてオゾン発生量も増える。この方法によって、オゾンの発生防止、漏れの防止は、閉じられた装置系においては達成できるが、照射位置の変更、光源の移動などが困難であり、便利性に欠ける。
又、排気であれば、排気装置の準備、不活性ガスとの置換であれば、置換用の配管や、活性ガスの準備、密閉であれば、密閉構造を要する等、余分なコストや、構成物の増加、装置の大型化により不利益を生じる。
【０００６】
（３）特定波長を選択するフィルターを備えて、必要な波長の光だけを大気側へ放射させる方法
特許文献３（特開平７−２９８０４公報）においては、光源部と大気部を隔離し、光源部に不活性ガスを供給し、波長を選択するミラーを用いて、選択した波長の光を大気側へ窓を通して伝搬させている。
この方法においては、コールドミラー（フィルター）によって波長選別を行っているが、コールドミラーを用いるため、取り出せる波長は限定的なものになる。
【０００７】
コールドミラーには、副透過帯が存在し、かなり高性能なものを作っても、反射の波長帯域の広さが限定される。反射による光の伝搬においては、副透過帯となる波長の光は反射できず、このため放射光の波長範囲が限定される。コールドミラーの短波長側を反射させ、長波長側を透過させるタイプであれば、オゾンを発生させる波長を反射し、窓材が石英硝子であることから大気側に伝搬させて、窓材の外側において、オゾンを発生させてしまう。オゾンを発生させる波長帯域を阻止するならば、短波長側を透過させ、長波長側を反射するタイプのミラーとなるはずである。このコールドミラーの副透過帯により長波長側の光が欠損する。長波長側を欠損させないように工夫すると、短波長側が反射する様になり、故に放射できる波長が限定的になる。
【０００８】
オゾンの発生を防ぎ、紫外域から、長波長までの広い範囲の波長を放射させることは、この方式によっては困難である。併せて、コールドミラーは、４５°入射により使われていることから、阻止域と透過域まで透過率曲線のスロープが緩やかになり、阻止と透過の分離性能が劣る。更にミラーを４５°入射によって使うことにより、設置に広い空間を必要とし、コンパクト性に欠ける。
【０００９】
（４）ランプのバルブ自体にオゾンカットフィルターを成膜する手法
Ｅｘｃｅｌｉｔａｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐ．製のＣｅｒｍａｘＬａｍｐは、ランプバルブに相当する窓に成膜し、この膜を透過させることにより、オゾンを生成する波長域を阻止している。図１はＥｘｃｅｌｉｔａｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐ．製ＣｅｒｍａｘＬａｍｐ（Ｘｅランプ）の分光分布を示す図であり、同社から発行された技術資料“Ｃｅｒｍａｘ  Ｘｅｎｏｎ  Ｌａｍｐ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｇｕｉｄｅ−Ｅｘｃｅｌｉｔａｓ（平成２７年９月１日現在
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｘｃｅｌｉｔａｓ．ｃｏｍ／Ｄｏｗｎｌｏａｄｓ／Ｃｅｒｍａｘ＿Ｅｎｇ＿Ｇｕｉｄｅ．ｐｄｆ  ）”
からの抜粋である。
【００１０】
縦軸が光量であり、横軸が波長である。
３００ｎｍ付近から立ち上がっている線が、窓に成膜を施したランプのスペクトルを示す。
２００ｎｍ付近から立ち上がっている線が、窓に成膜していないランプのスペクトルを示す。
この方法は、オゾン生成に関して無視できる２３０乃至３００ｎｍの波長帯の光も阻止してしまい、この波長域を利用できない。２３０ｎｍ近くまで透過帯を広げようとすれば、オゾンカットフィルターを構成する膜の材質を変えないと達成できない。
【００１１】
２３０ｎｍまでの透過帯を得るためには、ＨｆＯ２とＳｉＯ２の多層膜を用いる必要がある。この場合、ＨｆＯ２の耐熱性が劣ることから、冷却効果を高める必要がある。しかしながらランプの構成物であるため、ランプそのものを冷やし過ぎると、ランプの性能と寿命に影響を及ぼしてしまう。又、ランプの構成物である窓への成膜は、窓を取り外すことができないので、オゾンカットフィルターとしての性能を確認するための試験が行えず、必要に応じて交換もできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４７３６９００号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４７４３１公報
【特許文献３】特開平７−２９８０４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、オゾンを発生させずに、２４０ｎｍからの紫外線を放射させる放電灯用オゾン発生防止ユニットを提供することにある。
【００１４】
本発明の目的は、さらに、オゾンを発生させずに、２４０ｎｍ以上の広い波長帯域の光を放射させる放電灯用オゾン発生防止ユニットを提供することにある。
本発明の目的は、さらに、オゾン曝露を防ぐためのオゾンカットフィルターの性能を確認するため、取り外し、復旧が可能である放電灯用オゾン発生防止ユニットを提供することにある。
本発明の目的は、さらに、照射条件の変更や光源装置を移動して使うことを可能にし、利便性を高めるため、不活性ガスや破棄装置を使わない方式の放電灯用オゾン発生防止ユニットを提供することにある。
本発明の目的は、さらに、発熱し数百度になるランプからの熱により光学素子が破損しないコンパクトな放電灯用オゾン発生防止ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態による放電灯用オゾン発生防止ユニットは、紫外線発光用のランプと、該ランプの出射口から紫外線進行方向に順に配置されるランプスペーサと、オゾンカットフィルターと、ウェーブワッシャーと、フィルター押さえと、前記ランプスペーサに設けられたスリ割構造に配置された弾力性材料からなるフリーサイズガスケットと、前記ランプに密着する第１放熱板、第２放熱板と、該第１放熱板、第２の放熱板のスリ割構造を締め付けて前記ランプ、前記ランプスペーサを固定する弾力性を有する止め具と、を有することを特徴とする。
【００１６】
前記オゾンカットフィルターは、前記ウェーブワッシャー、前記フィルター押さえを介して前記第２放熱板にネジにより固定され、容易に取り外し可能であることを特徴とする。
【００１７】
前記フィルター押さえは第２放熱板に直接接触することを特徴とする。
【００１８】
本発明の実施形態による前記オゾンカットフィルターは、石英硝子に、２４０ｎｍ以上を透過し、２３０ｎｍ以下を阻止するロングウエーブパスフィルターを成膜したものであることを特徴とする。
【００１９】
本発明の実施形態による前記オゾンカットフィルターは、イオンアシスト蒸着により成膜したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、人体に有害なオゾンを発生させず、密閉した室内、狭い暗室などにおいて使用してもオゾンによる健康被害の問題を生じない。
本発明によれば、事故等によりユニットに衝撃が加わった際に、オゾンカットフィルターを取り外して、性能を検査でき、必要に応じて交換もできる。
本発明によれば、排気装置や不活性ガスの置換が不要なため、移動可能な光源装置を提供できる。
本発明によれば、性能確認のための特別な検査系を隔離する必要がないので、検査系の自由度が増し、多目的な光源装置を提供できる。
本発明によれば、放電灯用オゾン発生防止ユニットがコンパクトであるので、光源装置もコンパクトに製造でき、装置コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】Ｅｘｃｅｌｉｔａｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐ．製ＣｅｒｍａｘＬａｍｐ（Ｘｅランプ）の分光分布を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による、放電灯用オゾン発生防止ユニットの分解図である。
【図３】本発明の実施形態による、放電灯用オゾン発生防止ユニットの断面図である。
【図４】本発明の実施形態による、オゾンカットフィルターの分光透過率（設計値）を示す図である。
【図５】図４の分光透過率のスロープ部分を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
ランプから放射される光のスペクトルには、オゾンを生成する波長域の光が含まれるため、酸素が存在する空間に光が放射されれば、オゾンが生成される。この空間を出来るだけ狭くして密閉することにより、生成されたオゾンをこの空間に閉じ込める。
【００２４】
出来るだけ狭くする理由は、コンパクト化を図るためだけではない。オゾンは２５０ｎｍ付近の光を吸収するので、オゾンのある空間の伝搬距離が長い程、オゾンと光の出会う機会が増え、光吸収量が増加し、伝搬光量が減衰する。密閉空間を狭くすることにより、伝播距離を短くし、光吸収量を緩和してより多くの２５０ｎｍ付近の光を伝播させることができる。また、空間を密閉することにより、オゾンが漏れ出てくることを防ぐとともに、外部との酸素の行き来が抑えられるため、オゾンの増加が抑えられる。
【００２５】
図２に、発明の実施形態による、放電灯用オゾン発生防止ユニットの分解図を示す。
オゾンを閉じ込めるための密閉空間を作る枠材は、ランプ出射口に近接して紫外線進行方向に順に設けたランプスペーサ５とオゾンカットフィルター８である。これらの部品によって囲まれた枠内の空間においてのみ、オゾンが発生し、オゾンカットフィルター８を透過した後の光には、オゾンを生成する波長の光は含まれない。
【００２６】
発生したオゾンを閉じ込めるための密閉は、ランプスペーサ５に施されたスリ割り構造と、フリーサイズガスケット４（弱い弾力性材料）と、第１放熱板２、第２放熱板６のスリ割り構造を利用し、ばね性を有する止め具１、７により第１放熱板２、第２放熱板６のスリ割りを締め付けることにより達成する。
【００２７】
オゾンカットフィルター８とランプスペーサ５間の密閉は、オゾンカットフィルター８の次にウェーブワッシャー９を挟み、フィルター押さえ１０を規定のトルクで第２放熱板６にネジ止めし、ウェーブワッシャー９による押さえ力によりランプスペーサ５にオゾンカットフィルター８を密着させることにより行う。
ウェーブワッシャー９の適度な弾性により、各々の部品に押さえつける力が働く。
【００２８】
各部品が熱膨張した際に、膨張により密閉性が劣化しないよう、また、オゾンカットフィルター８が破損しないように、容積の変位に追従するスリ割り構造、フリーサイズガスケット４、ウェーブワッシャー９を用いる必要がある。
【００２９】
ランプの点灯、消灯の都度、密閉に係る部品は、膨張、収縮を繰り返す。ランプスペーサ５に施されたスリ割り構造、フリーサイズガスケット４、第１放熱板２、第２放熱板６のスリ割り、止め具１、７、ウェーブワッシャー９、フィルター押さえ１０は、膨張収縮時に伴って互いに受ける圧力を一定に保つ。
【００３０】
図３に、本発明の実施形態による、放電灯用オゾン発生防止ユニットの断面図を示す。
オゾンカットフィルター８は、石英硝子に、２４０ｎｍ以上を透過し、２３０ｎｍ以下を阻止するロングウエーブパスフィルターを成膜したものである。ロングウエーブパスフィルターを透過型フィルターとして使えば、基板材料である石英硝子と大気の吸収要因を除けば、透過帯域の透過率を高く保つことができる。つまり、オゾンを生成する波長帯域の光の透過を阻止し、それ以上の広い波長のスペクトル分布を大気側に放射できることになる。
【００３１】
図４に本発明の実施形態による、オゾンカットフィルター８の分光透過率（設計値）を示し、図５に図４の分光透過率のスロープ部分を拡大した図を示す。
阻止域から透過域までの透過率のスロープが急峻である程、２３０ｎｍ近くの光まで透過できる。オゾンカットフィルター８においては、オゾン生成波長の２３０ｎｍ以下を阻止し、２４０ｎｍにおいては、最高透過率にて、大気中に伝搬できる。
【００３２】
このような透過率のスロープが急峻なフィルター膜は一般的に耐熱性が劣るが、オゾンカットフィルター８を適切に冷却することにより安定して使用できる。
【００３３】
放電灯用オゾン発生防止ユニットに必要な機能として、ランプ３そのものを冷却する役目とオゾンカットフィルター８を熱から守る役目を兼ね備える必要がある。ランプを冷やし過ぎず、オゾンカットフィルター８にランプ３の発熱がそのまま伝わらないように、ランプスペーサ５によりオゾンカットフィルター８をランプ３からわずかに離して配置する。また、ウェーブワッシャー９、フィルター押さえ１０を介して第２放熱板６に伝えることにより、オゾンカットフィルター８を冷却する。
【００３４】
ランプ３とその他の部品の熱による損傷を防ぎ、または耐久性の向上を図る。図２の第１放熱板２はランプの冷却、第２放熱板６は、ランプ３とオゾンカットフィルター８及びその他の部品の冷却を行っており、放熱フィンを使って大気に触れる部品の表面積を増やし、そこに小型のファン（図示せず）によって大気を流して冷却するものである。
【００３５】
第２放熱板６は、冷却用部品と密閉用部品を兼ねた部品である。これによって、排気設備や不活性ガスを流す仕掛けが不要になり、ユニットのコンパクト化とコストの低減化が図れる。
【００３６】
本発明の実施形態による放電灯用オゾン発生防止ユニットは、ランプ３の構造物とは独立しており、オゾンカットフィルター８は取り外しが可能であるので、性能確認が容易な構造となっている。尚、オゾンカットフィルター８はイオンアシスト蒸着により成膜する場合、耐熱性を高められ、本発明の実施形態による通常使用状態では損傷は起きない。
また、放電灯用オゾン発生防止ユニットはコンパクトであるので、安全性を確認しやすい構造である。
【００３７】
本発明の実施形態による放電灯用オゾン発生防止ユニットにおいて、３００Ｗ紫外用Ｘｅランプを使用した場合のオゾン生成量をオゾンカットフィルター有無の条件において測定した結果を表１に示す。
本実験は、クリーンルーム内に光源を設置し、冷却用ファンによる空気の流量が５１ｍ３／ｍｉｎの条件下において測定した。
【表１】
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実験結果から、オゾンカットフィルターを有する場合、オゾン生成が抑えられていることがわかる。
【符号の説明】
【００３８】
１、７  止め具
２  第１放熱板
３  ランプ
４  フリーサイズガスケット
５  ランプスペーサ
６  第２放熱板
８  オゾンカットフィルター
９  ウェーブワッシャー
１０  フィルター押さえ
１１  ばね座金
１２  ネジ
【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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