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JP6379962B2 - Microwave electrodeless lamp and light irradiation device using the same - Google Patents

Microwave electrodeless lamp and light irradiation device using the same Download PDF

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JP6379962B2 JP2014207568A JP2014207568A JP6379962B2 JP 6379962 B2 JP6379962 B2 JP 6379962B2 JP 2014207568 A JP2014207568 A JP 2014207568A JP 2014207568 A JP2014207568 A JP 2014207568A JP 6379962 B2 JP6379962 B2 JP 6379962B2
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Description

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、これを使用した光照射装置に関する。   The present invention relates to a microwave electrodeless microwave electrodeless lamp and a light irradiation apparatus using the same.

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。   In recent years, a microwave electrodeless lamp has been developed as a discharge lamp that emits visible light or ultraviolet light. A light irradiation apparatus equipped with a microwave electrodeless lamp typically includes a microwave oscillator, a microwave cavity, and an electrodeless lamp that is a discharge tube (light emitting tube). The electrodeless lamp is detachably supported in the microwave cavity. The microwave cavity is provided with a reflecting mirror for guiding visible light or ultraviolet light from the electrodeless lamp to the light exit. The light exit is provided with a conductive mesh that is impermeable to microwaves but transmissive to visible light or ultraviolet light.

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。紫外線は、波長400〜315nmのUV−A領域、波長315〜280nmのUV−B領域、波長280〜200nmのUV−C領域に分けられる。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。UV−C領域の紫外線は殺菌用に用いられる。   In the discharge tube, a starting rare gas or an inert gas and a luminescent material are enclosed. By appropriately selecting the luminescent substance, visible light or ultraviolet light having a desired wavelength can be obtained. Ultraviolet rays are divided into a UV-A region having a wavelength of 400 to 315 nm, a UV-B region having a wavelength of 315 to 280 nm, and a UV-C region having a wavelength of 280 to 200 nm. Ultraviolet rays in the UV-A region are used for curing treatment of paints, resins, and the like. Ultraviolet rays in the UV-C region are used for sterilization.

従来、発光物質として一般的に、水銀が広く用いられている。近年、水銀は環境負荷物質として使用量の低減又は不使用の要望が強くなっている。即ち、従来の有水銀タイプの放電ランプの代わりに、同等の発光強度及び発光分光特性を有する無水銀タイプの放電ランプの要望が高まっている。   Conventionally, mercury has been widely used as a luminescent substance. In recent years, there is a strong demand for reducing or not using mercury as an environmentally hazardous substance. That is, there is a growing demand for mercury-free discharge lamps having equivalent emission intensity and emission spectral characteristics in place of conventional mercury-containing discharge lamps.

特許文献1には、無水銀タイプの無電極ランプの例が記載されている。発光物質として、亜鉛、ヨウ化インジウム、ヨウ化タリウム等が用いられている。緑色を帯びた白色光を発光する照明用の光源が得られる。特許文献2には、有水銀タイプの無電極ランプの例が記載されている。発光物質として、水銀、ハロゲン、鉄、ニッケル、コバルト、パラジウム等が用いられている。特許文献3には、無水銀タイプの有電極ランプの例が記載されている。亜鉛は、UV−C領域の波長214nm、UV−B領域の波長308nm、UV−A領域の波長330nm、335nm、可視領域の波長468nm、472nm、481nm等にて発光ピークを有することが記載されている。   Patent Document 1 describes an example of a mercury-free electrodeless lamp. As the luminescent material, zinc, indium iodide, thallium iodide, or the like is used. A light source for illumination that emits greenish white light is obtained. Patent Document 2 describes an example of a mercury-free electrodeless lamp. As the luminescent material, mercury, halogen, iron, nickel, cobalt, palladium, or the like is used. Patent Document 3 describes an example of a mercury-free electroded lamp. Zinc is described to have emission peaks at a wavelength of 214 nm in the UV-C region, a wavelength of 308 nm in the UV-B region, a wavelength of 330 nm and 335 nm in the UV-A region, a wavelength of 468 nm, 472 nm, and 481 nm in the visible region. Yes.

特開平8−315782号公報JP-A-8-315782 特開昭57−172650号公報JP 57-172650 A 特表2008−516379号公報Special table 2008-516379 gazette

近年、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。UV−A領域の紫外線の光源として、マイクロ波無電極ランプが好適である。そこで、本願の発明者は、有水銀タイプと同等の発光強度及び発光分光特性を有する無水銀タイプのマイクロ波無電極ランプの開発を行った。   In recent years, there is an increasing demand for ultraviolet rays having a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region) used for curing treatment of paints, resins, and the like. As an ultraviolet light source in the UV-A region, a microwave electrodeless lamp is suitable. Accordingly, the inventors of the present application have developed a mercury-free microwave electrodeless lamp having emission intensity and emission spectral characteristics equivalent to the mercury-containing type.

無水銀タイプのマイクロ波無電極ランプでは、水銀の代わりとなる発光物質の種類と封入量の選択が重要である。しかしながら、発光物質の封入量を増加させることは好ましくない。更に、始動性が低下することも好ましくない。   In mercury-free microwave electrodeless lamps, it is important to select the type of luminescent material that can be used in place of mercury and the amount of sealed light. However, it is not preferable to increase the amount of luminescent material enclosed. Further, it is not preferable that the startability is lowered.

本発明の目的は、UV−A領域の紫外線の光源として、有水銀タイプの放電ランプと同等の発光強度及び発光分光特性を有し、更に、発光物質の封入量を抑制し、始動性を向上させることができる無水銀タイプの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。   The purpose of the present invention is as a UV light source in the UV-A region, and has the same emission intensity and emission spectral characteristics as a mercury-containing discharge lamp, and further suppresses the amount of luminescent material enclosed and improves startability. An object of the present invention is to provide a mercury-free microwave electrodeless lamp and a light irradiation apparatus using the same.

本願の発明者は、先ず、発光物質について鋭意検討した。特許文献3(特表2008−516379号公報)に記載されているように、亜鉛は、UV−A領域の波長330nm、335nmにて発光ピークを生成することが知られている。そこで、UV−A領域の紫外線の発光強度を向上させるために、発光物質として亜鉛を用いることとした。特許文献2(特開昭57−172650号公報)に記載されているように、有水銀タイプの無電極ランプでは、発光物質として、鉄系元素(鉄、ニッケル、コバルト)とそのハロゲン化物を用いることが知られている。そこで本願の発明者は、実験を行い、無水銀タイプの無電極ランプにて、発光物質として鉄系元素(鉄、ニッケル、コバルト)とそのハロゲン化物を用いることが有効であることを確認した。   The inventor of the present application first studied diligently about the luminescent material. As described in Patent Document 3 (Japanese translations of PCT publication No. 2008-516379), zinc is known to generate emission peaks at wavelengths of 330 nm and 335 nm in the UV-A region. Therefore, in order to improve the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region, zinc is used as the luminescent material. As described in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-172650), a mercury-free electrodeless lamp uses an iron-based element (iron, nickel, cobalt) and a halide thereof as a luminescent material. It is known. Therefore, the inventors of the present application conducted an experiment and confirmed that it is effective to use an iron-based element (iron, nickel, cobalt) and a halide thereof as a luminescent material in a mercury-free electrodeless lamp.

本願の発明者は、次に、発光物質の封入量を低減させる方法を鋭意検討した。そこで、放電容器の内径を小さくし、放電容器の容積を小さくすることを考えた。本願の発明者は、従来の放電容器の内径より小さい内径を有する多数の放電容器を試作し、点灯試験を行った。その結果、所望の発光強度及び発光分光特性が得られ、且つ、発光物質の封入量を抑制することができることを確認した。   Next, the inventor of the present application diligently studied a method for reducing the amount of encapsulated luminescent material. Therefore, it was considered to reduce the inner diameter of the discharge vessel and reduce the volume of the discharge vessel. The inventor of the present application prototyped a number of discharge containers having an inner diameter smaller than the inner diameter of a conventional discharge container, and performed a lighting test. As a result, it was confirmed that desired emission intensity and emission spectral characteristics were obtained, and that the amount of the luminescent substance enclosed could be suppressed.

本発明の実施形態によると、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、亜鉛、及び、ヨウ化コバルトを含み、
前記放電容器の内径は5.0〜7.0mmである。
According to an embodiment of the present invention, in a microwave electrodeless lamp that emits light by receiving microwave energy,
A tubular discharge vessel made of quartz glass;
A rare gas and a luminescent material enclosed in the discharge vessel,
The luminescent material includes zinc and cobalt iodide,
The inner diameter of the discharge vessel is 5.0 to 7.0 mm.

本発明の実施形態によると、前記マイクロ波無電極ランプにおいて、前記放電容器の希ガスの圧力が2.0〜9.0torrである、としてよい。   According to an embodiment of the present invention, in the microwave electrodeless lamp, the pressure of the rare gas in the discharge vessel may be 2.0 to 9.0 torr.

本発明の実施形態によると、前記マイクロ波無電極ランプにおいて、前記発光物質はコバルトを含む、としてよい。   According to an embodiment of the present invention, in the microwave electrodeless lamp, the luminescent material may include cobalt.

本発明の実施形態によると、前記マイクロ波無電極ランプにおいて、前記亜鉛の封入密度は3.0〜4.0μmol/ccであり、前記ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜10.0μmol/ccである、としてよい。   According to the embodiment of the present invention, in the microwave electrodeless lamp, the zinc encapsulation density is 3.0 to 4.0 μmol / cc, and the cobalt iodide encapsulation density is 4.0 to 10.0 μmol / cc. cc.

本発明の実施形態によると、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、
前記放電容器の内径は5.0〜7.0mmである。
According to an embodiment of the present invention, in a light irradiation apparatus having a microwave oscillator, an antenna attached to the microwave oscillator, and an electrodeless lamp that emits light by receiving microwave energy from the antenna,
The electrodeless lamp has a discharge vessel filled with an inert gas and a luminescent material,
The inner diameter of the discharge vessel is 5.0 to 7.0 mm.

本発明の実施形態によると、前記光照射装置において、前記発光物質は、亜鉛、ヨウ化コバルト、及び、コバルト単体、を含み、前記放電容器の希ガスの圧力が2.0〜9.0torrである、としてよい。   According to an embodiment of the present invention, in the light irradiation device, the luminescent material includes zinc, cobalt iodide, and cobalt alone, and the pressure of the rare gas in the discharge vessel is 2.0 to 9.0 torr. Yes, you can.

本発明の実施形態によると、前記光照射装置において、前記亜鉛の封入密度は3.0〜4.0μmol/ccであり、前記ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜10.0μmol/ccである、としてよい。   According to the embodiment of the present invention, in the light irradiation device, the zinc filling density is 3.0 to 4.0 μmol / cc, and the cobalt iodide filling density is 4.0 to 10.0 μmol / cc. Yes, you can.

本発明によれば、UV−A領域の紫外線の光源として、有水銀タイプの放電ランプと同等の発光強度及び発光分光特性を有し、更に、発光物質の封入量を抑制し、始動性を向上させることができる無水銀タイプの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。   According to the present invention, as an ultraviolet light source in the UV-A region, it has emission intensity and emission spectral characteristics equivalent to those of a mercury-containing discharge lamp, and further suppresses the amount of luminescent material enclosed and improves startability. There can be provided a mercury-free microwave electrodeless lamp and a light irradiation apparatus using the same.

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。FIG. 1A is a schematic perspective view showing an example of a light irradiation apparatus using the microwave electrodeless lamp according to the present embodiment. 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。FIG. 1B is a schematic front view of the light irradiation device of FIG. 1A as viewed from the front. 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。FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the front side inside of the housing of the light irradiation apparatus according to the present embodiment. 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。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an electrodeless lamp according to the present embodiment. 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。FIG. 4 is a diagram illustrating dimensions of an example of the electrodeless lamp according to the present embodiment. 図5は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験により得られたランプ入力電力とUV−A領域の紫外線のピーク強度の関係を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the lamp input power obtained by the lighting experiment of the electrodeless lamp conducted by the present inventor and the peak intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. 図6は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験により得られたランプ入力電力とUV−A領域の紫外線の積算光量の関係を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the lamp input power obtained by the lighting experiment of the electrodeless lamp conducted by the present inventor and the integrated light quantity of ultraviolet rays in the UV-A region. 図7は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験により得られた波長とUV−A領域の紫外線の強度の関係を説明する図である。FIG. 7 is a view for explaining the relationship between the wavelength obtained by the lighting experiment of the electrodeless lamp conducted by the present inventor and the intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. 図8は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験により得られた波長と紫外線及び可視光線の相対強度の関係を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the wavelength obtained by the electrodeless lamp lighting experiment conducted by the present inventors and the relative intensities of ultraviolet rays and visible rays. 図9Aは本願の発明者が実施した紫外線の測定系の正面構成の例を説明する図である。FIG. 9A is a diagram illustrating an example of a front configuration of an ultraviolet ray measurement system implemented by the inventors of the present application. 図9Bは本願の発明者が実施した紫外線の測定系の平面構成の例を説明する図である。FIG. 9B is a diagram for explaining an example of a planar configuration of an ultraviolet ray measurement system implemented by the inventors of the present application.

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。   Hereinafter, an electrodeless lamp according to the present invention and a light irradiation apparatus using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that this embodiment is an exemplification and does not limit the present invention in any way.

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。   1A and 1B are diagrams illustrating an example of a light irradiation apparatus using a microwave electrodeless lamp according to the present embodiment. FIG. 1A is a perspective view of the light irradiation device 10. FIG. 1B is a schematic front view of the light irradiation device 10 of FIG. 1A as viewed from the front. As shown in the figure, the X axis is set along the lamp axis direction of the light irradiation device 10, the Z axis is set along the light emission direction (arrow direction) from the light irradiation device 10, and the Y axis is set in the direction perpendicular to the XZ plane. .

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。   The light irradiation device 10 has a rectangular housing 4, and a microwave oscillator 3 (not shown) is provided inside the rear side of the housing 4. The light irradiation device 10 further includes an antenna 8 attached to the microwave oscillator 3, an electrodeless lamp 12 that emits light upon receiving microwave energy from the antenna 8, and a reflection disposed along the axis of the electrodeless lamp 12. It has a mirror 14. A space surrounded by the reflecting mirror 14 forms a microwave cavity 5. The electrodeless lamp 12 is disposed in the microwave cavity 5.

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。   The light irradiation device 10 further includes a cooling air supply mechanism that cools the electrodeless lamp 12. The cooling air supply mechanism has a cooling air source (not shown) and a cooling air duct 6 (not shown in FIG. 1B) mounted on the upper side of the housing 4.

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。   A microwave indicates an electromagnetic wave having a wavelength of 1 m to 100 μm and a frequency of 300 MHz to 3 THz, and is the shortest wavelength region among radio waves. Examples of the microwave oscillator 3 include a circuit using a magnetron, a klystron, a traveling wave tube (TWT), a gyrotron, and a Gunn diode. In this embodiment, a magnetron is used as the microwave oscillator. A magnetron is a type of oscillation vacuum tube that generates powerful non-coherent microwaves. In familiar places, magnetrons are used in radar and microwave ovens. In this embodiment, a magnetron used in a microwave oven, preferably a commercial microwave oven, is used. Note that the microwave oven uses a frequency of 2,450 MHz, but this is not due to technical limitations but due to legal restrictions.

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。   FIG. 2 shows a cross-sectional configuration inside the front side of the housing 4 of the light irradiation apparatus 10 according to the present embodiment. Typically, the reflecting mirror 14 includes an ellipsoidal reflecting mirror for condensing on the irradiated surface, a parabolic reflecting mirror that applies parallel light to the irradiated surface, and the like. Both the ellipsoid and the paraboloid have at least one focal point. In the embodiment of FIG. 2, the reflecting mirror 14 is a saddle-type ellipsoidal reflecting mirror, the electrodeless lamp 12 is a straight tube type, and is arranged so that its central axis is located at the focal point of the ellipsoidal reflecting mirror. Note that the center (center axis) of the electrodeless lamp does not necessarily coincide with the focal position of the reflector, and the central portion of the lamp body is located at the position including the focal point in consideration of the positional error of the lamp. It only has to be arranged.

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。   A light exit 2 is formed on the front surface of the housing 4 of the reflecting mirror 14, and the light exit is covered with a conductive mesh 16. The conductive mesh 16 is impermeable to microwaves but is transmissive to irradiation light 18 from the microwave cavity, that is, visible light and ultraviolet rays.

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。   Microwaves generated from the microwave oscillator 3 are radiated through the antenna 8 and supplied to the microwave cavity 5 where a standing wave is formed. Plasma is excited inside the electrodeless lamp 12 disposed in the microwave cavity 5. Visible rays or ultraviolet rays radiated from the plasma are reflected from the reflecting mirror 14 as the irradiation light 18 or directly emitted toward the light exit 2 and pass through the conductive mesh 16 to be irradiated on the irradiated surface. The

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。   Cooling air 17 from a cooling air source (not shown) is supplied to the microwave cavity 5 through the cooling air duct 6 (FIG. 1A) and through the hole 14 </ b> A of the reflecting mirror 14. The cooling air 17 collides with the outer peripheral surface of the electrodeless lamp 12 and cools the electrodeless lamp 12.

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。   An example of a straight tube type electrodeless lamp according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The electrodeless lamp 12 is a straight tube type having a cylindrical discharge vessel 12A, and has protrusions 12B at both ends thereof. The electrodeless lamp 12 is held in the microwave cavity by engaging the protrusions 12B on both ends of the discharge vessel with the engaging portions on the inner walls on both sides of the casing.

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。   When the magnetron is oscillated, microwave energy of 2,450 MHz is supplied to the microwave cavity 5 to form a standing wave. The microwave is combined with the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp 12 to excite plasma inside. Visible light or ultraviolet light is emitted from the luminescent material.

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。 When the electrodeless lamp 12 is turned on, two plasma regions 13 are formed inside the discharge vessel 12A as indicated by broken lines. The plasma region 13 forms a standing wave having an antinode 131 and nodes 132 on both sides thereof. The wavelength of this standing wave is λ = propagation speed / frequency = 2.99 × 10 8 (m / s) /2.45 GHz≈123 mm. The length in the axial direction of the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp is formed substantially equal to the length of one wavelength.

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、再凝集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。   The portion of the antinode 131 of the standing wave has a relatively high temperature and emits relatively strong light. This is called the high temperature region (hot zone) 12a, 12b. The portion of the standing wave node 132 is relatively cool and emits relatively weak light. This is called a low temperature region (cold zone) 12c, 12d, 12e. In the discharge vessel 12A, the standing wave is formed symmetrically. Therefore, the lowest temperature position in the center is at the center position in the axial direction of the discharge vessel 12A. In the low temperature regions 12c, 12d, and 12e, evaporation of the encapsulated material may be inhibited or reaggregation may occur. Therefore, the temperature distribution in the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp 12 becomes non-uniform along the axial direction.

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。放電容器12Aは、円筒部121を有する。円筒部の両側に端部123、123が形成されている。端部123、123は、放電容器の両側の低温領域12d、12eに形成され、球面形状、楕円球面状等の回転曲面状に形成されてよい。   An example of a straight tube type electrodeless lamp according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The electrodeless lamp 12 according to this embodiment includes a cylindrical discharge vessel 12A and protrusions 12B and 12B on both sides. The discharge vessel 12 </ b> A has a cylindrical portion 121. End portions 123 and 123 are formed on both sides of the cylindrical portion. The end portions 123 and 123 are formed in the low temperature regions 12d and 12e on both sides of the discharge vessel, and may be formed in a rotational curved surface shape such as a spherical shape or an elliptical spherical shape.

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。L1=L+2Lt=150〜160mm、L=130〜140mm、Lt=8.0〜9.0mmである。円筒部121の内径をD、突起部12B、12Bの外径をDtとする。   The dimension in the axial direction of the electrodeless lamp is L1, the dimension in the axial direction of the discharge vessel 12A is L, and the dimension in the axial direction of the protrusions 12B and 12B is Lt. L1 = L + 2Lt = 150 to 160 mm, L = 130 to 140 mm, and Lt = 8.0 to 9.0 mm. The inner diameter of the cylindrical portion 121 is D, and the outer diameters of the protrusions 12B and 12B are Dt.

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。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る。   The electrodeless lamp 12 is made of quartz glass. The discharge vessel 12A is formed of a sealed vessel made of quartz glass. The protrusions 12B and 12B are quartz glass rods. The discharge vessel 12A is filled with a starting rare gas or inert gas and a luminescent material.

本発明の実施形態の無電極ランプにおける発光物質について説明する。上述のように、本発明の実施形態では、発光物質として、亜鉛、鉄系元素(鉄、ニッケル、コバルト)、及び、鉄系元素のハロゲン化物を用いることとした。尚、インジウム(In)、ヨウ化インジウム(InI)等は用いていない。   The luminescent substance in the electrodeless lamp of the embodiment of the present invention will be described. As described above, in the embodiment of the present invention, zinc, an iron-based element (iron, nickel, cobalt), and a halide of an iron-based element are used as the light-emitting substance. Indium (In), indium iodide (InI), and the like are not used.

先ず、亜鉛について説明する。上述のように、亜鉛は、UV−A領域の波長330nm、335nmにて発光ピークを生成することが知られている。更に、亜鉛は蒸気圧が高いため点灯中のインピーダンスが高くでき、マイクロ波のエネルギーを効率よく吸収することができる。そのため、プラズマ温度を上昇させ、コバルトの発光強度を上昇させることができる。本願の発明者が行った実験によって得られた知見(特願2014-067228号)によると、亜鉛のハロゲン化物よりも亜鉛単体のほうが好ましいことが確認されている。更に、亜鉛単体の封入密度は3.0〜4.0μmol/ccとすることが好ましいことが確認されている。従って、本実施形態においても、亜鉛単体の封入密度は3.0〜4.0μmol/ccとする。   First, zinc will be described. As described above, zinc is known to generate an emission peak at wavelengths of 330 nm and 335 nm in the UV-A region. Furthermore, since zinc has a high vapor pressure, the impedance during lighting can be increased, and microwave energy can be absorbed efficiently. Therefore, the plasma temperature can be raised and the emission intensity of cobalt can be raised. According to the knowledge obtained by an experiment conducted by the inventors of the present application (Japanese Patent Application No. 2014-067228), it has been confirmed that zinc alone is preferable to a halide of zinc. Furthermore, it has been confirmed that the enclosed density of the zinc simple substance is preferably 3.0 to 4.0 μmol / cc. Therefore, also in this embodiment, the enclosure density of zinc simple substance shall be 3.0-4.0 micromol / cc.

次に、鉄系元素(鉄、ニッケル、コバルト)、及び、鉄系元素のハロゲン化物について説明する。本願の発明者が行った実験によって得られた知見(特願2014-067228号)によると、鉄系元素のハロゲン化物としてヨウ化コバルト(CoI2)を用いると、UV−A領域の発光強度が増加することが確認されている。更に、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は4.0〜10.0μmol/ccとすること好ましいことが知られている。従って、本実施形態においても、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は4.0〜10.0μmol/ccとする。更に、ヨウ化コバルト(CoI2)に対して更にコバルト単体(Co)を付加すると、始動性が改善され、UV−A領域の発光強度が増加することも確認されている。 Next, iron-based elements (iron, nickel, cobalt) and halides of iron-based elements will be described. According to the knowledge obtained by experiments conducted by the inventors of the present application (Japanese Patent Application No. 2014-067228), when cobalt iodide (CoI 2 ) is used as a halide of an iron-based element, the emission intensity in the UV-A region is It is confirmed to increase. Furthermore, it is known that the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) is preferably 4.0 to 10.0 μmol / cc. Therefore, also in this embodiment, the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) is 4.0 to 10.0 μmol / cc. Furthermore, it has been confirmed that when cobalt simple substance (Co) is further added to cobalt iodide (CoI 2 ), the startability is improved and the emission intensity in the UV-A region is increased.

上述のように、本願の発明者は、所望の発光強度及び発光分光特性を有し、更に、発光物質の封入量を低減させるために、放電容器の内径を小さくし、放電容器の容積を小さくすることを考えた。本願の発明者は、放電容器の内径が異なる多数の放電容器を試作し、点灯試験を行った。その結果、放電容器の内径を小さくしても、所望の発光強度及び発光分光特性が得られることが確認された。即ち、所望の発光強度及び発光分光特性を達成すると同時に、発光物質の封入量を抑制することができることを確認した。   As described above, the inventor of the present application has desired emission intensity and emission spectral characteristics, and further reduces the inner diameter of the discharge vessel and reduces the volume of the discharge vessel in order to reduce the amount of luminescent material enclosed. Thought to do. The inventor of the present application prototyped a number of discharge vessels having different discharge vessel inner diameters and performed a lighting test. As a result, it was confirmed that desired emission intensity and emission spectral characteristics could be obtained even if the inner diameter of the discharge vessel was reduced. That is, it was confirmed that the desired amount of light emission and emission spectral characteristics were achieved, and at the same time, the amount of the light emitting substance enclosed could be suppressed.

以下に、本願の発明者が行った実験について説明する。表1は、本願の発明者が試作した実験例1〜9の放電容器の仕様と発光物質を示す。この実験では、図4に示す直管型の無電極ランプを用いた。先ず、実験で使用した無電極ランプの放電容器12Aの形状及び寸法を説明する。放電容器の寸法は以下のとおりである。L1=L+2Lt=155mm、L=138mm、Lt=8.5mm、Dt=3mmである。表1に示すように、放電容器12Aの内径はD=4.0〜20.0mm、放電容器12Aの内容積は1.69〜41.0ccである。尚、放電容器12Aの肉厚は1〜2mmである。   Below, the experiment which the inventor of this application performed is demonstrated. Table 1 shows the specifications and luminescent materials of the discharge containers of Experimental Examples 1 to 9 that were experimentally manufactured by the inventors of the present application. In this experiment, a straight tube type electrodeless lamp shown in FIG. 4 was used. First, the shape and dimensions of the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp used in the experiment will be described. The dimensions of the discharge vessel are as follows. L1 = L + 2Lt = 155 mm, L = 138 mm, Lt = 8.5 mm, and Dt = 3 mm. As shown in Table 1, the inner diameter of the discharge vessel 12A is D = 4.0 to 20.0 mm, and the inner volume of the discharge vessel 12A is 1.69 to 41.0 cc. The thickness of the discharge vessel 12A is 1 to 2 mm.

実験例3の放電容器の内径はD=9.0mmであり、容積は8.78ccであるが、これは通常使用されている放電容器の内径及び容積と同一である。そこで、実験例3を以下に比較例と称する。実験例1及び2の場合、放電容器の内径はD>9.0mmであり、比較例(実験例3)の放電容器の内径より大きい。実験例4〜9の場合、放電容器の内径はD<9.0mmであり、比較例(実験例3)の放電容器の内径より小さい。   The inner diameter of the discharge vessel of Experimental Example 3 is D = 9.0 mm and the volume is 8.78 cc, which is the same as the inner diameter and volume of the discharge vessel that is normally used. Therefore, Experimental Example 3 is hereinafter referred to as a comparative example. In Experimental Examples 1 and 2, the inner diameter of the discharge vessel is D> 9.0 mm, which is larger than the inner diameter of the discharge vessel of the comparative example (Experimental Example 3). In Experimental Examples 4 to 9, the inner diameter of the discharge container is D <9.0 mm, which is smaller than the inner diameter of the discharge container of the comparative example (Experimental Example 3).

Figure 0006379962
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実験例1〜8の発光物質は、コバルト単体(Co)、ヨウ化コバルト(CoI2)及び亜鉛(Zn)である。実験例9の発光物質は、ヨウ化コバルト(CoI2)及び亜鉛(Zn)である。実験例1〜8では、発光物質の総量の封入密度が約30μmol/ccとなるように、各発光物質の封入量及び封入密度を設定した。実験例1〜8では、コバルト単体(Co)の封入密度は19.9〜22.0μmol/cc、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は5.7〜6.5μmol/cc、亜鉛の封入密度は3.0〜3.8μmol/ccである。実験例9では、コバルト単体(Co)の封入量はゼロ、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は5.91μmol/cc、亜鉛の封入密度は3.50μmol/ccである。放電容器12Aに封入する始動用の希ガスとしてアルゴンを用いた。 The luminescent materials of Experimental Examples 1 to 8 are simple cobalt (Co), cobalt iodide (CoI 2 ), and zinc (Zn). The luminescent materials of Experimental Example 9 are cobalt iodide (CoI 2 ) and zinc (Zn). In Experimental Examples 1 to 8, the amount and density of each luminescent substance were set so that the total density of the luminescent substance was about 30 μmol / cc. In Experimental Examples 1 to 8, the enclosure density of simple cobalt (Co) is 19.9 to 22.0 μmol / cc, the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) is 5.7 to 6.5 μmol / cc, and zinc is enclosed. The density is 3.0 to 3.8 μmol / cc. In Experimental Example 9, the amount of enclosed cobalt (Co) was zero, the enclosed density of cobalt iodide (CoI 2 ) was 5.91 μmol / cc, and the enclosed density of zinc was 3.50 μmol / cc. Argon was used as a starting rare gas sealed in the discharge vessel 12A.

上述のように本願の発明者は、UV−A領域の紫外線の光源として、有水銀タイプの放電ランプと同等の発光強度及び発光分光特性を有する無水銀タイプの無電極ランプを実現することを目指した。有水銀タイプの無電極放電ランプでは、例えば、ランプ入力電力が1.8kWの場合、UV−A領域の紫外線のピーク強度は1320mW/cm2、積算光量は620mJ/cm2である。そこで、UV−A領域の紫外線のピーク強度が、少なくとも、1254mW/cm2(95%)、好ましくは、1280mW/cm2(97%)を超えることを目標とした。また、UV−A領域の紫外線の積算光量が620mJ/cm2を超えることを目標とした。尚、UV−A領域の紫外線の積算光量は、搬送速度6m/minで走行する紫外線測定装置によって測定した値を用いている。紫外線の積算光量の測定方法は後に説明する。 As described above, the inventors of the present application aim to realize a mercury-free electrodeless lamp having emission intensity and emission spectral characteristics equivalent to a mercury-containing discharge lamp as an ultraviolet light source in the UV-A region. It was. In the mercury-containing electrodeless discharge lamp, for example, when the lamp input power is 1.8 kW, the peak intensity of ultraviolet rays in the UV-A region is 1320 mW / cm 2 and the integrated light quantity is 620 mJ / cm 2 . Therefore, it was aimed that the peak intensity of ultraviolet rays in the UV-A region exceeds at least 1254 mW / cm 2 (95%), preferably 1280 mW / cm 2 (97%). Moreover, it aimed at the integrated light quantity of the ultraviolet-ray of a UV-A area | region exceeding 620 mJ / cm < 2 >. In addition, the value measured with the ultraviolet-ray measuring apparatus which drive | works at the conveyance speed of 6 m / min is used for the integrated light quantity of the ultraviolet-ray of a UV-A area | region. A method for measuring the cumulative amount of ultraviolet light will be described later.

本願の発明者が行った第1の実験を説明する。第1の実験では、アルゴンの圧力を5.0torr(一定)とし、ランプ入力電力を変化させて、UV−A領域の紫外線の発光強度、及び、分光特性を測定した。ランプ入力電力が1.8kWのときに、UV−A領域の紫外線のピーク強度及び積算光量が目標値を超えるものを合格とした。第1の実験によると、実験例3、4〜7、及び、9の場合、UV−A領域の紫外線のピーク強度及び積算光量が目標値を超えることが確認された。但し、実験例3(比較例)の場合、放電容器の内径は、D=9.0mmであり、通常の放電容器の内径と同一である。従って、発光物質の封入量の低減という本発明の目標を達成することができない。従って、表1の右端の列に示すように、実験例4〜7、及び、9を合格とする。即ち、放電容器の内径Dを5.0〜7.0mmとすることによって、UV−A領域の紫外線について所望の発光強度及び発光分光特性が得られることが確認された。   A first experiment conducted by the inventor of the present application will be described. In the first experiment, the argon pressure was set to 5.0 torr (constant), the lamp input power was changed, and the ultraviolet light emission intensity in the UV-A region and the spectral characteristics were measured. When the lamp input power was 1.8 kW, the case where the peak intensity of ultraviolet rays and the integrated light quantity in the UV-A region exceeded the target values was regarded as acceptable. According to the first experiment, in Experimental Examples 3, 4 to 7, and 9, it was confirmed that the peak intensity of ultraviolet rays and the integrated light amount in the UV-A region exceeded the target values. However, in Experimental Example 3 (Comparative Example), the inner diameter of the discharge vessel is D = 9.0 mm, which is the same as the inner diameter of a normal discharge vessel. Therefore, the goal of the present invention, which is to reduce the amount of encapsulated luminescent material, cannot be achieved. Therefore, as shown in the rightmost column of Table 1, Experimental Examples 4 to 7 and 9 are accepted. That is, it was confirmed that desired emission intensity and emission spectral characteristics can be obtained with respect to ultraviolet rays in the UV-A region by setting the inner diameter D of the discharge vessel to 5.0 to 7.0 mm.

図5を参照して第1の実験の結果を更に詳細に説明する。図5は、ランプ入力電力とUV−A領域の紫外線のピーク強度の関係を示す。横軸はランプ入力電力(単位:W)、縦軸はUV−A領域の紫外線のピーク強度(単位:mW/cm2)である。図5は、実験例3(比較例)と、合格と判定された実験例4、5、及び、9の結果を示す。ランプ入力電力を増加させると、UV−A領域の紫外線のピーク強度が略直線的に増加するのが判る。上述のようにランプ入力電力が1.8kWのときに、いずれもUV−A領域の紫外線のピーク強度が目標値である1254mW/cm2(95%)、及び、1280mW/cm2(97%)を超えていることが判る。紫外線のピーク強度の測定方法は後に説明する。 The result of the first experiment will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 5 shows the relationship between the lamp input power and the peak intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. The horizontal axis represents the lamp input power (unit: W), and the vertical axis represents the peak intensity of ultraviolet rays in the UV-A region (unit: mW / cm 2 ). FIG. 5 shows the results of Experimental Example 3 (Comparative Example) and Experimental Examples 4, 5, and 9 determined to be acceptable. It can be seen that when the lamp input power is increased, the peak intensity of ultraviolet rays in the UV-A region increases substantially linearly. As described above, when the lamp input power is 1.8 kW, the peak intensity of ultraviolet rays in the UV-A region is 1254 mW / cm 2 (95%) and 1280 mW / cm 2 (97%), which are target values. It turns out that it is over. A method for measuring the peak intensity of ultraviolet rays will be described later.

図6を参照して第1の実験の結果を更に詳細に説明する。図6は、ランプ入力電力とUV−A領域の紫外線の積算光量の関係を示す。横軸はランプ入力電力(単位:W)、縦軸はUV−A領域の紫外線の積算光量(単位:mJ/cm2)である。図6は、実験例3(比較例)と、合格と判定された実験例4、5、及び、9の結果を示す。ランプ入力電力を増加させると、UV−A領域の紫外線の積算光量が略直線的に増加するのが判る。アルゴンの圧力が5.0torr、ランプ入力電力が1.8kWのときに、いずれもUV−A領域の紫外線の積算光量が目標値である620mJ/cm2を超えていることが判る。紫外線の積算光量の測定方法は後に説明する。 The result of the first experiment will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 6 shows the relationship between the lamp input power and the integrated light quantity of ultraviolet rays in the UV-A region. The horizontal axis represents lamp input power (unit: W), and the vertical axis represents the cumulative amount of ultraviolet light (unit: mJ / cm 2 ) in the UV-A region. FIG. 6 shows the results of Experimental Example 3 (Comparative Example) and Experimental Examples 4, 5, and 9 determined to be acceptable. It can be seen that when the lamp input power is increased, the cumulative amount of ultraviolet light in the UV-A region increases substantially linearly. It can be seen that when the argon pressure is 5.0 torr and the lamp input power is 1.8 kW, the total amount of ultraviolet rays in the UV-A region exceeds the target value of 620 mJ / cm 2 . A method for measuring the cumulative amount of ultraviolet light will be described later.

表2は、実験例3(比較例)と、合格と判定された実験例4、5、及び、9について、ランプ入力が1.8kWのときの、UV−A領域の紫外線のピーク強度(単位:mW/cm2)と積算光量(単位:mJ/cm2)を抜き出して表に纏めたものである。いずれもUV−A領域の紫外線のピーク強度及び積算光量が目標値である1254mW/cm2(95%)、及び、1280mW/cm2(97%)を超えている。また、UV−A領域の紫外線の積算光量の目標値である620mJ/cm2を超えている。 Table 2 shows the peak intensity (unit) of UV in the UV-A region when the lamp input is 1.8 kW for Experimental Example 3 (Comparative Example) and Experimental Examples 4, 5, and 9 determined to be acceptable. : MW / cm 2 ) and integrated light quantity (unit: mJ / cm 2 ) are extracted and summarized in a table. In both cases, the peak intensity and integrated light intensity of the ultraviolet rays in the UV-A region exceed the target values of 1254 mW / cm 2 (95%) and 1280 mW / cm 2 (97%). Moreover, it exceeds 620 mJ / cm 2 , which is the target value of the cumulative amount of ultraviolet light in the UV-A region.

Figure 0006379962
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図7を参照して第1の実験の結果を更に詳細に説明する。図7は、波長とUV−A領域の紫外線の分光強度の関係を示す。横軸は波長(単位:nm)、縦軸はUV−A領域の紫外線の分光強度(単位:μW/cm2/nm)である。図7は、アルゴンの圧力が5.0torr、ランプ入力電力が1.8kWのときの、実験例3(比較例)と、合格と判定された実験例5のUV−A領域(波長315〜400nm)の分光特性を示す。UV−A領域(波長315〜400nm)において、実験例5の発光強度は実験例3(比較例)の発光強度より大きいことが判る。 The result of the first experiment will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 7 shows the relationship between the wavelength and the spectral intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. The horizontal axis represents wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents the spectral intensity (unit: μW / cm 2 / nm) of ultraviolet rays in the UV-A region. FIG. 7 shows the UV-A region (wavelength 315 to 400 nm) of Experimental Example 3 (Comparative Example) and Experimental Example 5 determined to be acceptable when the argon pressure is 5.0 torr and the lamp input power is 1.8 kW. ) Spectral characteristics. It can be seen that in the UV-A region (wavelength 315 to 400 nm), the emission intensity of Experimental Example 5 is greater than the emission intensity of Experimental Example 3 (Comparative Example).

図8を参照して第1の実験の結果を更に詳細に説明する。図8は、波長と紫外線及び可視光線の相対強度の関係を示す。横軸は波長(単位:nm)、縦軸は紫外線及び可視光線の相対強度(%)である。ここで相対強度は、発光ピークの強度の値を100%として、各波長における強度を100分率で表したものである。図8は、アルゴンの圧力が5.0torr、ランプ入力電力が1.8kWのときの、実験例3(比較例)と、合格と判定された実験例5の分光特性を示す。いずれの場合も、UV−A領域(波長315〜400nm)における発光強度は、可視光の領域(波長380〜780nm)の発光強度より大きい。従って、本実施形態の無電極ランプでは、UV−A領域(波長315〜400nm)において効率的に紫外線が発光されていることが判る。尚、波長465〜500nmの領域にてピークが現れているが、これは、波長468nm、472nm、481nmにおける亜鉛の発光ピークに対応しているものと思われる。   The result of the first experiment will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 8 shows the relationship between the wavelength and the relative intensity of ultraviolet light and visible light. The horizontal axis represents wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents the relative intensity (%) of ultraviolet light and visible light. Here, the relative intensity is the intensity at each wavelength expressed as a 100 fraction, with the intensity value of the emission peak being 100%. FIG. 8 shows the spectral characteristics of Experimental Example 3 (Comparative Example) and Experimental Example 5 determined to be acceptable when the argon pressure is 5.0 torr and the lamp input power is 1.8 kW. In any case, the emission intensity in the UV-A region (wavelength 315 to 400 nm) is larger than the emission intensity in the visible light region (wavelength 380 to 780 nm). Therefore, it can be seen that the electrodeless lamp of this embodiment efficiently emits ultraviolet light in the UV-A region (wavelength 315 to 400 nm). A peak appears in the wavelength region of 465 to 500 nm, and this seems to correspond to the emission peak of zinc at wavelengths of 468 nm, 472 nm, and 481 nm.

表3を参照して第2の実験及びその結果を説明する。第2の実験では、アルゴンの圧力を変化させて、始動性を観察した。この実験で使用した放電容器の仕様は、表1の実験例5に相当する。即ち、放電容器の内径は6.5mmであり、発光物質は、コバルト単体(Co)、ヨウ化コバルト(CoI2)及び亜鉛(Zn)である。また、ランプ入力電力は1.8kW(一定)とした。アルゴンの圧力が、2.0〜9.0torrのとき、始動性が良好であった。 The second experiment and the results will be described with reference to Table 3. In the second experiment, startability was observed by changing the pressure of argon. The specifications of the discharge vessel used in this experiment correspond to Experimental Example 5 in Table 1. That is, the inner diameter of the discharge vessel is 6.5 mm, and the luminescent materials are simple cobalt (Co), cobalt iodide (CoI 2 ), and zinc (Zn). The lamp input power was 1.8 kW (constant). When the argon pressure was 2.0 to 9.0 torr, the startability was good.

Figure 0006379962
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表4を参照して第3の実験及びその結果を説明する。第3の実験では、放電容器の内径と始動性の関係を測定した。実験例10以外は、表1の実験例2、3、5〜8に相当する。実験例10の発光物質は、表1の実験例2、3、5〜8と同様に、コバルト単体(Co)、ヨウ化コバルト(CoI2)及び亜鉛(Zn)であり、発光物質の総量の封入密度が約30μmol/ccとなるように、各発光物質の封入量及び封入密度を設定した。また、アルゴンの圧力は5.0torr、ランプ入力電力は1.8kW(一定)とした。放電容器の内径が5.0〜12.0mmのとき、始動性が良好となることが判った。尚、実験例2、3の場合、放電容器の内径が9mm以上となるので、発光物質の封入量の低減という本発明の目標を達成することができない。従って、実験例2、3については、本発明の本実施の形態から除く。 The third experiment and the results will be described with reference to Table 4. In the third experiment, the relationship between the inner diameter of the discharge vessel and the startability was measured. Except for Experimental Example 10, it corresponds to Experimental Examples 2, 3, and 5 to 8 in Table 1. The luminescent material of Experimental Example 10 is cobalt simple substance (Co), cobalt iodide (CoI 2 ), and zinc (Zn) similarly to Experimental Examples 2, 3, and 5 to 8 in Table 1, and the total amount of the luminescent material is The encapsulating amount and the encapsulating density of each luminescent material were set so that the encapsulating density was about 30 μmol / cc. The argon pressure was 5.0 torr and the lamp input power was 1.8 kW (constant). It has been found that the startability is good when the inner diameter of the discharge vessel is 5.0 to 12.0 mm. In the case of Experimental Examples 2 and 3, since the inner diameter of the discharge vessel is 9 mm or more, the target of the present invention, that is, the reduction of the amount of luminescent material enclosed cannot be achieved. Therefore, Experimental Examples 2 and 3 are excluded from the present embodiment of the present invention.

Figure 0006379962
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表5を参照して第4の実験及びその結果を説明する。第4の実験では、放電容器の内径とアークの分裂及び赤色化の関係を観察した。本願の発明者はアークの分裂及び赤色化の状態を撮像した。尚、写真の図示は省略する。無水銀タイプの無電極ランプでは、ランプ入力電力の増加、又は、冷却風量の低下に起因して、アークの分裂及び赤色化が発生し、ランプ効率が低下する。アークの分裂及び赤色化は、プラズマ温度が上昇すると、プラズマ周波数が高くなり、プラズマ内部にマイクロ波エネルギーが進入できなくなった為と考えられる。第4の実験によって得られた画像(図示なし)によると、放電容器の内径を小さくすると、アークの分裂及び赤色化が起き難いことが判った。表5の丸印はアークの分裂及び赤色化が起きなかったことを示し、×印はアークの分裂及び赤色化が起きたことを示す。上述のように、本発明の実施の形態では、放電容器の内径はD=5.0〜7.0mmである。従って、本発明の実施の形態ではアークの分裂及び赤色化は回避される。   The fourth experiment and the results will be described with reference to Table 5. In the fourth experiment, the relationship between the inner diameter of the discharge vessel and the splitting and redness of the arc was observed. The inventor of the present application has taken an image of arc splitting and redness. In addition, illustration of a photograph is abbreviate | omitted. In the mercury-free type electrodeless lamp, the increase in lamp input power or the decrease in cooling air volume causes arc splitting and reddening, resulting in a decrease in lamp efficiency. The arc splitting and reddening may be due to the fact that when the plasma temperature rises, the plasma frequency increases and microwave energy cannot enter the plasma. According to an image (not shown) obtained by the fourth experiment, it was found that when the inner diameter of the discharge vessel is reduced, the arc is not easily split and reddened. The circles in Table 5 indicate that arc splitting and redness did not occur, and the x marks indicate that arc splitting and redness occurred. As described above, in the embodiment of the present invention, the inner diameter of the discharge vessel is D = 5.0 to 7.0 mm. Accordingly, arc splitting and reddening are avoided in the embodiment of the present invention.

Figure 0006379962
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図9A及び図9Bを参照して、UV−A領域の紫外線のピーク強度及び積算光量の測定方法の例を説明する。図9Aは本願の発明者が実施した測定系の正面構成の例を示し、図9Bはその平面構成の例を示す。コンベヤ201の上方に本実施形態の光照射装置10が配置され、コンベヤ201の上に紫外線測定装置202が配置される。光照射装置10は、図2を参照して説明したように、筐体4、反射鏡14及び無電極ランプ12を有し、更に、冷却用送風ダクト6を有する。   With reference to FIG. 9A and FIG. 9B, the example of the measuring method of the peak intensity of an ultraviolet-ray of a UV-A area | region and an integrated light quantity is demonstrated. FIG. 9A shows an example of the front configuration of the measurement system implemented by the inventors of the present application, and FIG. 9B shows an example of the planar configuration. The light irradiation device 10 of the present embodiment is disposed above the conveyor 201, and the ultraviolet ray measuring device 202 is disposed on the conveyor 201. As described with reference to FIG. 2, the light irradiation device 10 includes the housing 4, the reflecting mirror 14, and the electrodeless lamp 12, and further includes the cooling air duct 6.

反射鏡14は下方に、即ち、コンベヤ201の上面を向いている。光照射装置10は、無電極ランプ12の中心軸線がコンベヤ201の幅方向に沿って、即ち、コンベヤ201の進行方向に直交するように、配置される。無電極ランプ12からの紫外線は、直接に又は反射鏡14を介して下方に照射される。筐体4の下端とコンベヤ201の間の距離Haは、Ha=63mm、無電極ランプ12と紫外線測定装置202の間の距離は、Hb=105mmである。コンベヤ201は一定の搬送速度V(m/min)にて走行する。尚、搬送速度はV=6m/minとした。紫外線測定装置202は、光照射装置10の下方を通過するとき、紫外線を検出する。   The reflecting mirror 14 faces downward, that is, the upper surface of the conveyor 201. The light irradiation device 10 is arranged so that the center axis of the electrodeless lamp 12 is along the width direction of the conveyor 201, that is, orthogonal to the traveling direction of the conveyor 201. The ultraviolet rays from the electrodeless lamp 12 are irradiated directly or through the reflecting mirror 14 downward. The distance Ha between the lower end of the housing 4 and the conveyor 201 is Ha = 63 mm, and the distance between the electrodeless lamp 12 and the ultraviolet ray measuring device 202 is Hb = 105 mm. The conveyor 201 travels at a constant transport speed V (m / min). The conveyance speed was V = 6 m / min. The ultraviolet ray measuring device 202 detects ultraviolet rays when passing under the light irradiation device 10.

紫外線測定装置202は、UV−A領域の紫外線の強度のピーク値とその積算値を計測する。紫外線の強度は、横軸を時間、縦軸を紫外線強度とするグラフとして得られる。このグラフの山の頂点が紫外線のピーク強度(単位:mW/cm2)であり、このグラフの山の面積が積算光量(単位:mJ/cm2)を表す。 The ultraviolet ray measuring device 202 measures the peak value of the intensity of ultraviolet rays in the UV-A region and the integrated value thereof. The intensity of ultraviolet rays is obtained as a graph with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing ultraviolet intensity. The peak of the peak of this graph is the peak intensity of ultraviolet rays (unit: mW / cm 2 ), and the peak area of this graph represents the integrated light quantity (unit: mJ / cm 2 ).

本願の発明者が行った実験から得られた知見を纏める。UV−A領域の紫外線の光源として、有水銀タイプの放電ランプと同等の発光強度及び発光分光特性を有する無水銀タイプの無電極ランプを実現するために必要な条件は次の通りである。   The findings obtained from experiments conducted by the inventors of the present application will be summarized. The conditions necessary for realizing a mercury-free electrodeless lamp having a light emission intensity and emission spectral characteristics equivalent to those of a mercury-containing discharge lamp as an ultraviolet light source in the UV-A region are as follows.

(1)有水銀タイプの放電ランプと同等の発光強度及び発光分光特性を確保し、且つ、発光物質の封入量の総量を低減するには、放電容器の内径Dを従来の放電容器の内径D=9.0mmより小さくすればよく、より詳細には、5.0〜7.0mmとするとよい。   (1) In order to ensure the emission intensity and emission spectral characteristics equivalent to those of a mercury-containing type discharge lamp and to reduce the total amount of light-emitting substance sealed, the inner diameter D of the discharge vessel is set to the inner diameter D of the conventional discharge vessel. = 9.0 mm, and more specifically, 5.0 to 7.0 mm.

(2)更に、放電容器の封入ガスの圧力を2.0〜9.0torrとする。   (2) Further, the pressure of the gas enclosed in the discharge vessel is set to 2.0 to 9.0 torr.

(3)発光物質として亜鉛(Zn)、及び、ヨウ化コバルト(CoI2)を用いる。更に、コバルト単体(Co)を付加してもよい。 (3) Zinc (Zn) and cobalt iodide (CoI 2 ) are used as the light-emitting substance. Further, simple cobalt (Co) may be added.

(4)目標とする発光強度及び発光分光特性を実現するために、亜鉛単体の封入密度は3.0〜4.0μmol/ccとし、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は4.0〜10.0μmol/ccとする。 (4) In order to realize the target emission intensity and emission spectral characteristics, the enclosure density of zinc alone is 3.0 to 4.0 μmol / cc, and the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) is 4.0 to 4.0. 10.0 μmol / cc.

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。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited by these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims. This will be readily appreciated by those skilled in the art.

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。   In the present invention, a light irradiation apparatus equipped with a microwave electrodeless lamp can be suitably used for, for example, surface hardening treatment of a surface coated with ink, coating, or the like.

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、123…端部、131…腹、132…節、201…コンベヤ、202…紫外線測定装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Light emission port, 3 ... Microwave oscillator, 4 ... Housing | casing, 5 ... Microwave cavity, 6 ... Cooling air duct, 8 ... Antenna, 10 ... Light irradiation apparatus, 12 ... Electrodeless lamp, 12A ... Discharge vessel , 12B ... projections, 12a, 12b ... high temperature region (hot zone), 12c, 12d, 12e ... low temperature region (cold zone), 13 ... plasma region, 14 ... reflector, 14A ... hole, 16 ... conductive mesh, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Air for cooling, 18 ... Irradiation light, 121 ... Cylindrical part, 123 ... End part, 131 ... Abdomen, 132 ... Node, 201 ... Conveyor, 202 ... Ultraviolet measuring device

Claims (7)

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、亜鉛、及び、ヨウ化コバルトを含み、
前記放電容器の内径は5.0〜7.0mmである、マイクロ波無電極ランプ。
In microwave electrodeless lamps that emit light upon receiving microwave energy,
A tubular discharge vessel made of quartz glass;
A rare gas and a luminescent material enclosed in the discharge vessel,
The luminescent material includes zinc and cobalt iodide,
A microwave electrodeless lamp having an inner diameter of 5.0 to 7.0 mm.
請求項1記載のマイクロ波無電極ランプにおいて、
前記放電容器の希ガスの圧力が2.0〜9.0torrである、マイクロ波無電極ランプ。
The microwave electrodeless lamp according to claim 1, wherein
A microwave electrodeless lamp, wherein a pressure of a rare gas in the discharge vessel is 2.0 to 9.0 torr.
請求項1記載のマイクロ波無電極ランプにおいて、
前記発光物質はコバルト単体を含む、マイクロ波無電極ランプ。
The microwave electrodeless lamp according to claim 1, wherein
The microwave electrodeless lamp, wherein the luminescent material includes cobalt.
請求項1記載のマイクロ波無電極ランプにおいて、
前記亜鉛の封入密度は3.0〜4.0μmol/ccであり、前記ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜10.0μmol/ccである、マイクロ波無電極ランプ。
The microwave electrodeless lamp according to claim 1, wherein
The microwave electrodeless lamp, wherein an enclosure density of the zinc is 3.0 to 4.0 μmol / cc, and an enclosure density of the cobalt iodide is 4.0 to 10.0 μmol / cc.
マイクロ波発振器と、
前記マイクロ波発振器に付属するアンテナと、
請求項1記載のマイクロ波無電極ランプとを備えた光照射装置。
A microwave oscillator,
An antenna that comes with the microwave oscillator,
A light irradiation apparatus comprising the microwave electrodeless lamp according to claim 1 .
請求項5記載の光照射装置において、
前記発光物質は、亜鉛、ヨウ化コバルト、及び、コバルト単体、を含み、
前記放電容器の希ガスの圧力が2.0〜9.0torrである、光照射装置。
In the light irradiation apparatus of Claim 5,
The luminescent material includes zinc, cobalt iodide, and cobalt simple substance,
The light irradiation apparatus whose pressure of the noble gas of the said discharge vessel is 2.0-9.0torr.
請求項6記載の光照射装置において、
前記亜鉛の封入密度は3.0〜4.0μmol/ccであり、前記ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜10.0μmol/ccである、光照射装置。
In the light irradiation apparatus of Claim 6,
The light irradiation apparatus, wherein the zinc filling density is 3.0 to 4.0 μmol / cc, and the cobalt iodide filling density is 4.0 to 10.0 μmol / cc.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57172650A (en) * 1981-04-17 1982-10-23 Mitsubishi Electric Corp Non-electrode electric-discharge lamp
JPH10106508A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 New Japan Radio Co Ltd Microwave electrodeless light source device
JP2002150805A (en) * 2000-11-14 2002-05-24 Orc Mfg Co Ltd Electrodeless lamp device
JP2006210249A (en) * 2005-01-31 2006-08-10 Toshiba Lighting & Technology Corp Electrodeless discharge lamp, electrodeless discharge lamp device and lighting device
JP2011233311A (en) * 2010-04-27 2011-11-17 Iwasaki Electric Co Ltd Microwave discharge lamp device and method of manufacturing microwave discharge lamp
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