JP2011091007A - Electrodeless lamp and ultraviolet irradiation device - Google Patents
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Abstract
【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1An object of the present invention is to improve the luminous efficiency in the 350 to 380 nm region by raising the tube wall load at the portion corresponding to the valley of the standing wave formed by the microwave irradiated to the electrodeless lamp to raise the coldest part temperature. .
When an electrodeless lamp emits ultraviolet light having a wavelength of 350 to 380 nm based on microwave irradiation, the diameter of the central portion of the arc tube of the electrodeless lamp is 45 with respect to other arc tube diameters. % To 75%, and the thickness B within the range of 5 mm from the end sealing portions 151 and 152 is increased by 200% or more with respect to the arc tube thickness of 1 mm. The thickness C in the range of 5 mm to 10 mm from the sealing portions 151 and 152 was increased to 100% or more with respect to the arc tube thickness of 1 mm. By adopting a shape suitable for the standing wave generated in the arc tube, the tube wall load can be increased and the luminous efficiency can be improved.
[Selection] Figure 1
Description
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。 The present invention relates to an electrodeless lamp that emits ultraviolet rays by being excited by microwaves, and an ultraviolet irradiation device using the lamp.
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) Conventionally, as a discharge lamp for generating ultraviolet rays, an electrodeless discharge lamp by a microwave power feeding method using a discharge by a microwave has been considered. Metal halide lamps that contain iron, which is an ultraviolet light emitting metal, can emit ultraviolet light with a wavelength of 350 to 380 nm, and can be used to synthesize chemical substances by surface hardening treatment or photochemical reaction on surfaces coated with paint, ink, resin, paint, etc. It is used for the manufacture of semiconductors and liquid crystal panels having processes such as treatment, and water treatment for sterilization using ultraviolet rays. In such an ultraviolet irradiation device, a magnetron is arranged in the same casing and radiated from the magnetron to an electrodeless lamp. (For example, Patent Document 1)
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。 Although the technique of the above-mentioned Patent Document 1 conventionally shows strong light emission by iron at 350 to 380 nm in an iron metal halide lamp, a discharge is formed based on a standing wave in a microwave-fed electrodeless lamp. There was a problem that the coldest part occurred in the wave valley, and the luminous efficiency of iron was lowered.
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。 An object of the present invention is to provide an electrodeless lamp in which the emission efficiency of a microwave-fed electrodeless lamp that emits light in a wavelength region of 350 to 380 nm is further increased, and an ultraviolet irradiation device using the lamp.
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。 In order to solve the above-described problems, an electrodeless lamp according to the present invention includes at least a rare gas and a discharge medium such as mercury or iron serving as a discharge medium in a light emission space of a quartz glass arc tube having a substantially cylindrical shape. In a microwave-fed electrodeless lamp in which discharge is generated by microwaves radiated from a magnetron, the central tube diameter of the arc tube ranges from 45% to 75% with respect to the tube diameter of the arc tube The wall thickness within a range of 5 mm from the end seal portion of the arc tube is more than twice the thickness of the arc tube, and 5-10 mm from the end seal portion of the arc tube. The wall thickness within the range is 1.01 times or more the wall thickness of the arc tube.
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。 The ultraviolet irradiation device according to the present invention comprises: an electrodeless lamp according to claim 1 that emits ultraviolet light in which a discharge medium is enclosed; a lamp house that houses the electrodeless lamp and is capable of irradiating ultraviolet light to the outside; In order to limit the irradiation area of the ultraviolet rays irradiated from the lamp house, the apparatus includes an ultraviolet cut filter installed below the ultraviolet irradiation surface.
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。 According to the present invention, by increasing the tube wall load in the portion corresponding to the valley of the standing wave formed by the microwave irradiated to the electrodeless lamp and raising the temperature of the coldest part, in the wavelength range of 350 to 380 nm Luminous efficiency can be improved.
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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 and FIG. 2 are perspective views showing an overall configuration, and FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1, for explaining an embodiment of the electrodeless lamp of the present invention.
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。
1 and 2,
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。
Further, in the
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。
Here, a standing wave in a microwave electrodeless lamp will be described with reference to FIG. As shown by broken lines in FIG. 3, standing wave valleys Va to Vc are generated at both ends and the center of the
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。
FIG. 4 is for explaining the relationship between the diameter of the arc tube at the coldest part in the
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。
As shown in FIG. 4, the tube diameter φb at the
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。
FIG. 5 is for explaining the relationship between the wall thickness t1 and the temperature at the
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。
In FIG. 5, the temperature of the
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。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the comparison of spectral distribution between the electrodeless lamp of the present invention and the conventional one.
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。
In the
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。 As is apparent from FIG. 6, it was found that the amount of ultraviolet light in the required wavelength range of 350 to 380 nm increases. In FIG. 7, the light emission ratio of FIG. 6 in the wavelength region of 350 to 380 nm is represented by a numerical value. As can be seen from FIG. 7, the present invention aims to increase the amount of light by about 1.7 times compared to the conventional case. Can do.
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。
In the
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。 In this embodiment, the temperature of the coldest part was increased by increasing the tube wall load at the end sealing part, which is the valley part of the standing wave formed by microwaves, and the arc tube central part. Thus, the light emission efficiency in the wavelength region of 350 to 380 nm can be improved.
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。 8 and 9 are diagrams for explaining a lighting device for lighting an electrodeless lamp according to the present invention. FIG. 8 is a system configuration diagram, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG.
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。
81 of the
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。
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。
An
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。
On the back side of the
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。
In this manner, the
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。
In this embodiment, the portion with a low temperature distribution in the longitudinal direction of the
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
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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。 A discharge gas is generated by microwaves radiated from a magnetron, in which at least a rare gas, a mercury as a discharge medium, and a discharge medium such as iron are enclosed in an emission space of a quartz glass arc tube having a substantially cylindrical shape. In the wave feed type electrodeless lamp,
The tube diameter of the arc tube is reduced in the range of 45% to 75% with respect to the tube diameter of the arc tube, and the thickness within the range of 5 mm from the end sealing portion of the arc tube is That the wall thickness within the range of 5 to 10 mm from the end sealing portion of the arc tube is more than 1.01 times the wall thickness of the arc tube, more than twice the wall thickness of the arc tube. A featured electrodeless lamp.
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。 The electrodeless lamp according to claim 1, which emits ultraviolet light in which a discharge medium is enclosed;
A lamp house that houses the electrodeless lamp and that can be irradiated with ultraviolet rays to the outside;
An ultraviolet irradiation device comprising: an ultraviolet cut filter installed under the ultraviolet irradiation surface in order to limit an irradiation area of ultraviolet rays irradiated from the lamp house.
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JP2009245724A JP2011091007A (en) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | Electrodeless lamp and ultraviolet irradiation device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014220081A (en) * | 2013-05-07 | 2014-11-20 | 岩崎電気株式会社 | Microwave electroless lamp and light irradiation device using the same |
JP2015146278A (en) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | 岩崎電気株式会社 | Microwave electrodeless lamp and light irradiation device using the same |
JP2015149254A (en) * | 2014-02-10 | 2015-08-20 | 岩崎電気株式会社 | Microwave electrodeless lamp and light irradiation device using the same |
JP2016035880A (en) * | 2014-08-04 | 2016-03-17 | 岩崎電気株式会社 | Microwave electrodeless lamp and light irradiation device using the same |
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2009
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