JP2017016966A - Microwave electrodeless lamp and light irradiation device employing the same - Google Patents

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

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mercury-free type microwave electrodeless lamp capable of radiating an ultraviolet ray in a UV-A range with a stable emission intensity without using mercury as a luminescent material, and a light irradiation device employing the same.SOLUTION: The microwave electrodeless lamp which emits light by receiving microwave energy comprises a discharge container, and a rare gas and a luminescent material encapsulated in the discharge container. The luminescent material contains iron iodide, cobalt iodide, zinc and nickel. An encapsulation density of the cobalt iodide is 3.7 to 9.4 μmol/cc. A ratio of an encapsulation density of the cobalt iodide with respect to an encapsulation density of the iron iodide is 0.97 to 93.60. An encapsulation intensity of the zinc is 2.8 to 3.8 μmol/cc, and an encapsulation density of the nickel is 12.0 to 68.0 μmol/cc.SELECTED DRAWING: Figure 7

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、これを使用する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315〜400nmのUV−A領域、波長280〜315nmのUV−B領域、波長200〜280nm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。   The discharge tube is filled with a starting rare gas and a luminescent material. 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 315 to 400 nm, a UV-B region having a wavelength of 280 to 315 nm, and a UV-C region having a wavelength of 200 to 280 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.

特許文献1には、ヨウ化水銀及び鉄を封入した無電極ランプの例が記載されている。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。   Patent Document 1 describes an example of an electrodeless lamp in which mercury iodide and iron are enclosed. 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.

特開平6−13052号公報(特許第3496033号)JP-A-6-13052 (Patent No. 3496033) 特開昭57−172650号公報JP 57-172650 A

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領域の紫外線を発生する無電極放電ランプでは、従来、発光物質として水銀が用いられる。近年、水銀は環境負荷物質として使用を回避する傾向にある。一方、UV−A領域の紫外線を安定的に放射する光照射装置の要望が高くなっている。   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. In an electrodeless discharge lamp that generates ultraviolet rays in the UV-A region, conventionally, mercury is used as a luminescent material. In recent years, mercury tends to avoid its use as an environmentally hazardous substance. On the other hand, there is an increasing demand for a light irradiation device that stably emits ultraviolet rays in the UV-A region.

本発明の目的は、発光物質として水銀を用いることなく、UV−A領域の紫外線の発光強度を安定的に放射す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。   An object of the present invention is to provide a mercury-free microwave electrodeless lamp capable of stably emitting ultraviolet light emission intensity in the UV-A region without using mercury as a light-emitting substance, and a light irradiation apparatus using the same Is to provide.

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、
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、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含み、
前記ヨウ化コバルトの封入密度は3.7〜9.4μmol/ccであり、
前記ヨウ化鉄の封入密度に対する前記ヨウ化コバルトの封入密度の比は0.97〜93.60であり、
前記亜鉛の封入密度は2.8〜3.8μmol/ccであり、
前記ニッケルの封入密度は12.0〜68.0μmol/ccである。
According to an embodiment of the present invention, in a microwave electrodeless lamp that emits light by receiving microwave energy,
A discharge vessel and a rare gas and a luminescent material enclosed in the discharge vessel,
The light emitting material includes iron iodide, cobalt iodide, zinc, and nickel,
The cobalt iodide has an encapsulation density of 3.7 to 9.4 μmol / cc,
The ratio of the cobalt iodide encapsulation density to the iron iodide encapsulation density is 0.97 to 93.60,
The zinc packing density is 2.8 to 3.8 μmol / cc,
The enclosure density of the nickel is 12.0 to 68.0 μmol / cc.

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、前記ヨウ化鉄の封入密度と前記ヨウ化コバルトの封入密度の和は9.0〜10.0μmol/ccである、としてよい。   According to an embodiment of the present invention, in the microwave electrodeless lamp, the sum of the iron iodide encapsulation density and the cobalt iodide encapsulation density may be 9.0 to 10.0 μmol / 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希ガスと発光物質が封入された放電容器を有し、
前記発光物質は、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含み、
前記ヨウ化コバルトの封入密度は3.7〜9.4μmol/ccであり、
前記亜鉛の封入密度は2.8〜3.8μmol/ccであり、
前記ニッケルの封入密度は12.0〜68.0μmol/cc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 in which a rare gas and a luminescent material are enclosed,
The light emitting material includes iron iodide, cobalt iodide, zinc, and nickel,
The cobalt iodide has an encapsulation density of 3.7 to 9.4 μmol / cc,
The zinc packing density is 2.8 to 3.8 μmol / cc,
The enclosure density of the nickel is 12.0 to 68.0 μmol / cc.

本発明の実施形態によると、前記光照射装置において、前記ヨウ化鉄の封入密度と前記ヨウ化コバルトの封入密度の和は9.0〜10.0μmol/ccである、としてよい。   According to the embodiment of the present invention, in the light irradiation apparatus, the sum of the iron iodide encapsulation density and the cobalt iodide encapsulation density may be 9.0 to 10.0 μmol / cc.

本発明によれば、発光物質として水銀を用いることなく、UV−A領域の紫外線の発光強度を安定的に放射す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, a mercury-free microwave electrodeless lamp capable of stably radiating ultraviolet light emission intensity in the UV-A region without using mercury as a light-emitting substance, and a light irradiation apparatus using the same Can be provided.

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の結果の一例を示し、ヨウ化鉄の封入密度に対するヨウ化コバルトの封入密度の比と紫外線(UV−A)発光強度の関係を説明する図である。FIG. 5 shows an example of the results of an electrodeless lamp lighting experiment conducted by the inventors of the present invention, and shows the relationship between the ratio of the cobalt iodide encapsulation density to the iron iodide encapsulation density and the ultraviolet (UV-A) emission intensity. It is a figure explaining. 図6は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験の結果の一例を示し、亜鉛の封入密度(μmol/cc)と紫外線(UV−A)の発光強度の関係を説明する図である。FIG. 6 shows an example of the results of an electrodeless lamp lighting experiment conducted by the inventor of the present application, and is a diagram for explaining the relationship between zinc encapsulation density (μmol / cc) and ultraviolet (UV-A) emission intensity. . 図7は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験の結果の一例を示し、ニッケルの封入密度と紫外線(UV−A)発光強度の関係を説明する図である。FIG. 7 shows an example of the result of an electrodeless lamp lighting experiment conducted by the inventors of the present application, and is a diagram for explaining the relationship between nickel encapsulation density and ultraviolet (UV-A) emission intensity. 図8は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験の結果の一例を示し、ニッケルの封入密度に対する紫外線(UV−A)発光強度の分光特性を説明する図である。FIG. 8 shows an example of a result of an electrodeless lamp lighting experiment conducted by the inventors of the present application, and is a diagram for explaining spectral characteristics of ultraviolet (UV-A) emission intensity with respect to nickel sealing density.

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。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 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=146〜158mm、L=130〜140mm、Lt=8.0〜9.0mmである。円筒部121の内径をD1、外径をD2、肉厚をt、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 = 146-158 mm, L = 130-140 mm, Lt = 8.0-9.0 mm. The inner diameter of the cylindrical portion 121 is D 1 , the outer diameter is D 2 , the thickness is t, 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 and a luminescent material.

以下に、本願発明者が行った予備的実験について説明する。先ず、予備的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。実験では、図3及び図4に示す無電極ランプを用いた。放電容器12Aの寸法は以下のとおりである。L1=L+2Lt=155mm、L=138mm、Lt=8.5mm、D2=11mm、Dt=3mmである。放電容器12Aの肉厚はt=1mmであった。放電容器12Aの内容積は8.8ccである。 Below, the preliminary experiment which this inventor performed is demonstrated. First, the shape and dimensions of the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp used in the preliminary experiment will be described. In the experiment, an electrodeless lamp shown in FIGS. 3 and 4 was used. The dimensions of the discharge vessel 12A are as follows. L1 = L + 2Lt = 155 mm, L = 138 mm, Lt = 8.5 mm, D 2 = 11 mm, Dt = 3 mm. The thickness of the discharge vessel 12A was t = 1 mm. The internal volume of the discharge vessel 12A is 8.8 cc.

次に、実験で用いた放電容器12Aの封入物を説明する。上述のように本実施形態では、発光物質として環境負荷物質である水銀は用いない。実験では、発光物質として、ヨウ化コバルト(CoI2)、ヨウ化鉄(FeI2)、亜鉛(Zn)、及び、ニッケル(Ni)を用いた。始動用の希ガスとして1〜10Torrのアルゴンガスを封入した。無電極ランプの投入電力を1.4kW一定とし、波長315〜400nm(UV−A領域)の発光強度を測定した。 Next, the enclosure of the discharge vessel 12A used in the experiment will be described. As described above, in this embodiment, mercury, which is an environmentally hazardous substance, is not used as the luminescent substance. In the experiment, cobalt iodide (CoI 2 ), iron iodide (FeI 2 ), zinc (Zn), and nickel (Ni) were used as the luminescent materials. Argon gas of 1 to 10 Torr was sealed as a rare gas for starting. The input power of the electrodeless lamp was fixed at 1.4 kW, and the emission intensity at a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region) was measured.

先ず、ヨウ化コバルト(CoI2)、及び、ヨウ化鉄(FeI2)について説明する。コバルト(Co)と鉄(Fe)は、UV−A領域における発光に寄与することが知られている。本願の発明者が行った予備的な実験では、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度が高くなると、UV−A領域の発光強度が大きくなることが判った。ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は少なくとも3μmol/ccは必要である。一方、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度が10μmol/ccを超えると、始動性が低下することが確認された。更に、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度を更に増加させても、UV−A領域の発光強度がそれ以上に大きくなることはない。以上より、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は3〜10μmol/ccが好ましい。そこで、本願の発明者は実験を行い、コバルトと鉄の最適比を求めることとした。以下に、コバルトと鉄の最適比を求める実験について説明する。 First, cobalt iodide (CoI 2 ) and iron iodide (FeI 2 ) will be described. Cobalt (Co) and iron (Fe) are known to contribute to light emission in the UV-A region. In preliminary experiments conducted by the inventors of the present application, it was found that the emission intensity in the UV-A region increases as the encapsulation density of cobalt iodide (CoI 2 ) increases. The enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) needs to be at least 3 μmol / cc. On the other hand, when the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) exceeded 10 μmol / cc, it was confirmed that the startability was lowered. Furthermore, even if the encapsulation density of cobalt iodide (CoI 2 ) is further increased, the emission intensity in the UV-A region does not increase further. From the above, the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) is preferably 3 to 10 μmol / cc. Therefore, the inventors of the present application conducted an experiment to determine the optimum ratio of cobalt and iron. Below, the experiment which calculates | requires the optimal ratio of cobalt and iron is demonstrated.

Figure 2017016966
Figure 2017016966

表1は実験で用いた発光物質と、実験結果であるUV−A領域の紫外線の強度の測定結果を示す。ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度とヨウ化鉄(FeI2)の封入密度の和をαとし、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比をβとする。
α=ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度とヨウ化鉄(FeI2)の封入密度の和
β=ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比
Table 1 shows the luminescent material used in the experiment and the measurement result of the intensity of ultraviolet rays in the UV-A region, which is the experimental result. And the sum of the charging density of charging density and iron iodide of cobalt iodide (CoI 2) (FeI 2) α, the ratio of the charging density of cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) Is β.
alpha = ratio of charging density of cobalt iodide (CoI 2) of charging density and cobalt iodide for charging density of the sum beta = iron iodide in charging density of iron iodide (FeI 2) (FeI 2) (CoI 2)

第1列は、実験番号T1〜T12、第2列は、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度、第3列はヨウ化鉄(FeI2)の封入密度、第4列は、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度とヨウ化鉄(FeI2)の封入密度の和α、第5列は、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比β、第6列は、亜鉛(Zn)の封入密度である。第7列は、UV−A領域の紫外線の強度(mW/cm2)である。これらの実験番号T1〜T12において、亜鉛(Zn)の封入密度(3.58μmol/cc)及び封入量(2.0mmg)は一定とした。亜鉛(Zn)の封入密度については後に図6を参照して詳細に説明する。 The first column is the experiment numbers T1 to T12, the second column is the packing density of cobalt iodide (CoI 2 ), the third column is the packing density of iron iodide (FeI 2 ), and the fourth column is the cobalt iodide. the sum of the charging density of charging density and iron iodide of (CoI 2) (FeI 2) α, fifth column, the ratio of the charging density of cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) β, the sixth column is the enclosure density of zinc (Zn). The seventh column shows the intensity (mW / cm 2 ) of ultraviolet rays in the UV-A region. In these experiment numbers T1 to T12, the zinc (Zn) encapsulation density (3.58 μmol / cc) and the encapsulation amount (2.0 mmg) were constant. The encapsulating density of zinc (Zn) will be described in detail later with reference to FIG.

実験番号T1〜T12に示すように、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比βを徐々に変化させた。例えば、実験番号T1の場合、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度はゼロであり、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度は9.00μmol/cc、封入量23.8mgである。一方、実験番号T12の場合、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は9.36μmol/cc、封入量は25mmgであり、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度はゼロである。但し、実験番号T1〜T12において、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度とヨウ化鉄(FeI2)の封入密度の和αは略一定である。即ち、α=9.00〜9.66μmol/ccである。 As shown in Experiment No. T1 to T12, it was gradually changing the ratio of the charging density of cobalt iodide (CoI 2) beta for charging density of iron iodide (FeI 2). For example, in the case of experiment number T1, the encapsulation density of cobalt iodide (CoI 2 ) is zero, the encapsulation density of iron iodide (FeI 2 ) is 9.00 μmol / cc, and the encapsulation amount is 23.8 mg. On the other hand, in the case of experiment number T12, the encapsulation density of cobalt iodide (CoI 2 ) is 9.36 μmol / cc, the encapsulation amount is 25 mmg, and the encapsulation density of iron iodide (FeI 2 ) is zero. However, in the experiment numbers T1 to T12, the sum α of the cobalt iodide (CoI 2 ) encapsulation density and the iron iodide (FeI 2 ) encapsulation density is substantially constant. That is, α = 9.00 to 9.66 μmol / cc.

図5は、表1の第7列に示すUV−A領域の紫外線の強度の測定結果を示す。横軸は、表1の第5列に示す、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比βである。尚、横軸の目盛は対数目盛である。縦軸は、表1の7列に示す、波長315〜400nm(UV−A領域)の発光強度(mW/cm2)である。図5のグラフにおいて、丸印の点は実験番号T1の発光強度、四角印の点は実験番号T2〜T11の発光強度、三角印の点は実験番号T12の発光強度の測定値をそれぞれ示す。図示のように比βが1より小さい場合には、比βを増加させると、UV−A領域の紫外線の強度は増加する。しかしながら、比βが100を超えると、UV−A領域の紫外線の強度は減少する。 FIG. 5 shows the measurement results of the intensity of ultraviolet rays in the UV-A region shown in the seventh column of Table 1. The horizontal axis shown in column 5 of Table 1 is the ratio of the charging density of cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) β. The scale on the horizontal axis is a logarithmic scale. The vertical axis represents the emission intensity (mW / cm 2 ) at a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region) shown in the seventh column of Table 1. In the graph of FIG. 5, a circled point indicates the emission intensity of experiment number T1, a square mark indicates the emission intensity of experiment numbers T2 to T11, and a triangle mark indicates the measured value of the emission intensity of experiment number T12. As shown in the figure, when the ratio β is smaller than 1, increasing the ratio β increases the intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. However, when the ratio β exceeds 100, the intensity of ultraviolet rays in the UV-A region decreases.

本願の発明者は、UV−A領域の紫外線の発光強度の基準値として、右端の三角印の点によって表される実験番号T12の発光強度1111mW/cm2を選んだ。上述のように、実験番号T12の発光物質は、ヨウ化鉄(FeI2)を含まず、ヨウ化コバルト(CoI2)のみを含む。本願の発明者は、好ましい目標値として、実験番号T12の発光強度より10%大きい値、即ち、1222mW/cm2を設定した。図5の横軸に平行な破線は、UV−A領域の紫外線の発光強度の目標値1222mW/cm2を表す。表1に示すように、UV−A領域の紫外線の強度が目標値1222mW/cm2を超えたのは実験番号T4〜T10である。実験番号T4の場合、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比βは、0.97である。実験番号10の場合、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比は、93.60である。発光強度が、目標値1222mW/cm2を超えるには、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比βを、0.97〜93.60とすればよい。 The inventor of the present application has selected the emission intensity of 1111 mW / cm 2 of the experiment number T12 represented by the triangle mark on the right end as the reference value of the emission intensity of the ultraviolet rays in the UV-A region. As described above, the luminescent material having the experiment number T12 does not contain iron iodide (FeI 2 ) and contains only cobalt iodide (CoI 2 ). The inventors of the present application set a value that is 10% larger than the emission intensity of Experiment No. T12, that is, 1222 mW / cm 2 as a preferable target value. The broken line parallel to the horizontal axis in FIG. 5 represents the target value 1222 mW / cm 2 of the ultraviolet light emission intensity in the UV-A region. As shown in Table 1, it was experiment numbers T4 to T10 that the intensity of ultraviolet rays in the UV-A region exceeded the target value of 1222 mW / cm 2 . For Experiment No. T4, the ratio β of the charging density of cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) , 0.97. For Experiment No. 10, the ratio of the charging density of cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) is 93.60. Emission intensity, to exceed the target value 1222mW / cm 2, the ratio β of the charging density of cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) , by a 0.97 to 93.60 That's fine.

以上より、本発明の実施形態によると、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比βは、0.97〜93.60である。また、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度を、3.7〜9.4μmol/ccとし、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度とヨウ化鉄(FeI2)の封入密度の和αを、α=9.0〜10.0μmol/ccとする。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the ratio β of the cobalt iodide (CoI2) encapsulation density to the iron iodide (FeI2) encapsulation density is 0.97 to 93.60. Also, the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) is 3.7 to 9.4 μmol / cc, and the sum α of the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) and the enclosure density of iron iodide (FeI 2 ) is Α = 9.0 to 10.0 μmol / cc.

次に、亜鉛(Zn)について説明する。亜鉛は蒸気圧が高いため点灯中のインピーダンスを高くすることができる。また、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、鉄、及びコバルトの発光強度を上昇させることができる。実験番号T1〜T12において、亜鉛(Zn)の封入密度を3.58μmol/cc、即ち、亜鉛の封入量を2.0mgとしたが、以下に、亜鉛の最適な封入密度について説明する。   Next, zinc (Zn) will be described. Since zinc has a high vapor pressure, the impedance during lighting can be increased. In addition, microwave energy can be absorbed efficiently. Therefore, the plasma temperature can be raised and the emission intensity of iron and cobalt can be raised. In Experiment Nos. T1 to T12, the enclosure density of zinc (Zn) was 3.58 μmol / cc, that is, the enclosure quantity of zinc was 2.0 mg. The optimum enclosure density of zinc will be described below.

図6は無電極ランプの放電容器12Aに封入した亜鉛(Zn)と波長315〜400nm(UV−A領域)の発光強度の関係を測定した結果を示す。横軸は、亜鉛(Zn)の封入密度(μmol/cc)、縦軸は波長315〜400nm(UV−A領域)の発光強度(mW/cm2)である。尚、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は4.49μmol/cc、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度は4.62μmol/ccである。又、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比βは0.97、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度とヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の和αは9.11μmol/ccである。これは、表1の実験番号T4に対応し、図5のグラフの左から4番目の四角点に対応する。 FIG. 6 shows the results of measuring the relationship between the zinc (Zn) sealed in the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp and the emission intensity at a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region). The horizontal axis represents zinc (Zn) encapsulation density (μmol / cc), and the vertical axis represents emission intensity (mW / cm 2 ) at a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region). The enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) is 4.49 μmol / cc, and the enclosure density of iron iodide (FeI 2 ) is 4.62 μmol / cc. Also, charging density ratio β is 0.97 cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) , charging density iodide cobalt iron iodide (FeI 2) of (CoI 2) The sum α of the encapsulation density is 9.11 μmol / cc. This corresponds to the experiment number T4 in Table 1, and corresponds to the fourth square point from the left of the graph of FIG.

本願の発明者は、UV−A領域の紫外線の発光強度の目標値として、図5の場合と同様に、1222mW/cm2を設定した。図6の横軸に平行な破線は、UV−A領域の紫外線の発光強度の目標値1222mW/cm2を表す。図示のように、目標値1222mW/cm2を超えるには、亜鉛(Zn)の封入密度を2.8〜3.8μmol/ccとすればよい。 The inventors of the present application set 1222 mW / cm 2 as the target value of the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region, as in the case of FIG. The broken line parallel to the horizontal axis in FIG. 6 represents the target value 1222 mW / cm 2 of the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. As illustrated, in order to exceed the target value of 1222 mW / cm 2 , the zinc (Zn) encapsulation density may be set to 2.8 to 3.8 μmol / cc.

以下に、ニッケル(Ni)について説明する。上述のように特許文献2には、有水銀タイプの無電極ランプにおいて、発光物質としてニッケル(Ni)を用いることが記載されている。そこで本願の発明者は無水銀タイプの無電極ランプにおいて、UV−A領域の紫外線の発光強度を向上させるためにニッケル(Ni)を用いることを着想した。以下に、本願の発明者が行ったニッケル封入実験について詳細に説明する。このニッケル封入実験では、発光物質としてニッケル(Ni)単体を用いた。   Below, nickel (Ni) is demonstrated. As described above, Patent Document 2 describes that nickel (Ni) is used as a luminescent substance in a mercury-free electrodeless lamp. Therefore, the inventors of the present application have conceived that nickel (Ni) is used in an mercury-free electrodeless lamp to improve the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. Below, the nickel enclosure experiment conducted by the inventors of the present application will be described in detail. In this nickel encapsulation experiment, nickel (Ni) alone was used as the luminescent material.

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。実験では、図3及び図4に示す無電極ランプを用いた。放電容器12Aの寸法は以下のとおりである。L1=L+2Lt=155mm、L=138mm、Lt=8.5mm、D1=8mm、Dt=3mmであった。放電容器12Aの肉厚はt=1mmであった。放電容器12Aの内容積は8.54ccであった。 First, the shape and dimensions of the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp used in the experiment will be described. In the experiment, an electrodeless lamp shown in FIGS. 3 and 4 was used. The dimensions of the discharge vessel 12A are as follows. L1 = L + 2Lt = 155 mm, L = 138 mm, Lt = 8.5 mm, D 1 = 8 mm, Dt = 3 mm. The thickness of the discharge vessel 12A was t = 1 mm. The internal volume of the discharge vessel 12A was 8.54 cc.

次に、このニッケル封入実験で用いた放電容器12Aの封入物を説明する。本実施形態では、環境負荷物質である水銀は用いない。上述のように本実施形態では、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度は3.7〜9.4μmol/cc、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比βは0.97〜93.60である。そこで、このニッケル封入実験では、ヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度を6.74μmol/cc、ヨウ化鉄(FeI2)の封入密度を2.35μmol/ccとした。従ってヨウ化鉄(FeI2)の封入密度に対するヨウ化コバルト(CoI2)の封入密度の比βは2.87である。 Next, the enclosure of the discharge vessel 12A used in this nickel enclosure experiment will be described. In this embodiment, mercury that is an environmentally hazardous substance is not used. In the present embodiment as described above, encapsulation of charging density is 3.7~9.4μmol / cc of cobalt iodide (CoI 2), cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) The density ratio β is 0.97 to 93.60. Therefore, in this nickel enclosure experiment, the enclosure density of cobalt iodide (CoI 2 ) was 6.74 μmol / cc, and the enclosure density of iron iodide (FeI 2 ) was 2.35 μmol / cc. The ratio β of the charging density of cobalt iodide for charging density of iron iodide (FeI 2) (CoI 2) therefore 2.87.

上述のように本実施形態では、亜鉛(Zn)の封入密度は2.8〜3.8μmol/ccである。そこで、このニッケル封入実験では、亜鉛(Zn)の封入密度を3.58μmol/ccとした。始動用の希ガスとして5Torrのアルゴンガスを封入した。無電極ランプの投入電力を1.50kWとし、波長315〜400nm(UV−A領域)の発光強度を測定した。   As described above, in this embodiment, the encapsulation density of zinc (Zn) is 2.8 to 3.8 μmol / cc. Therefore, in this nickel enclosure experiment, the enclosure density of zinc (Zn) was 3.58 μmol / cc. Argon gas of 5 Torr was enclosed as a rare gas for starting. The input power of the electrodeless lamp was 1.50 kW, and the emission intensity at a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region) was measured.

Figure 2017016966
Figure 2017016966

表2は本願の発明者が行ったニッケル封入実験の結果を示す。このニッケル封入実験における無電極ランプの投入電力は約1.50kWである。表2の第1行は試験番号1〜8である。表2の第2行の上段はニッケル(Ni)の封入密度(単位:μmol/cc)、下段はニッケル(Ni)の封入量(単位:mg)である。表2の第3行の上段はUV−A領域の紫外線の発光強度(単位:mW/cm2)、下段は試験番号1の値に対する相対値を100分率で表したものである。尚、表2の第3行の上段の測定値は、複数の測定値が得られた場合にはそれらの平均値である。 Table 2 shows the results of a nickel encapsulation experiment conducted by the inventors of the present application. The input power of the electrodeless lamp in this nickel enclosure experiment is about 1.50 kW. The first row of Table 2 is test numbers 1-8. The upper part of the second row of Table 2 is the nickel (Ni) encapsulation density (unit: μmol / cc), and the lower part is the nickel (Ni) encapsulation amount (unit: mg). The upper part of the third row of Table 2 shows the emission intensity (unit: mW / cm 2 ) of ultraviolet rays in the UV-A region, and the lower part shows the relative value with respect to the value of test number 1 in terms of 100 fractions. In addition, the measured value of the upper stage of the 3rd line of Table 2 is those average values, when a some measured value is obtained.

試験番号1の場合、ニッケル(Ni)の封入密度及び封入量はゼロである。試験番号2の場合、ニッケル(Ni)の封入密度は7.98μmol/cc)(4mg)である。試験番号3の場合、ニッケル(Ni)の封入密度は15.96μmol/cc)(8mg)である。試験番号4の場合、ニッケル(Ni)の封入密度は31.92μmol/cc)(16mg)である。試験番号5の場合、ニッケル(Ni)の封入密度は47.88μmol/cc)(24mg)である。試験番号6の場合、ニッケル(Ni)の封入密度は63.87μmol/cc)(32mg)である。試験番号7の場合、ニッケル(Ni)の封入密度は79.83μmol/cc)(40mg)である。試験番号8の場合、ニッケル(Ni)の封入密度は95.80μmol/cc)(48mg)である。   In the case of test number 1, the enclosure density and the amount of enclosure of nickel (Ni) are zero. In the case of test number 2, the enclosure density of nickel (Ni) is 7.98 μmol / cc) (4 mg). In the case of test number 3, the enclosure density of nickel (Ni) is 15.96 μmol / cc) (8 mg). In the case of test number 4, the enclosure density of nickel (Ni) is 31.92 μmol / cc) (16 mg). In the case of test number 5, the enclosure density of nickel (Ni) is 47.88 μmol / cc) (24 mg). In the case of test number 6, the enclosure density of nickel (Ni) is 63.87 μmol / cc) (32 mg). In the case of test number 7, the enclosure density of nickel (Ni) is 79.83 μmol / cc) (40 mg). In the case of test number 8, the enclosure density of nickel (Ni) is 95.80 μmol / cc) (48 mg).

図7は、表2の第2行と第3行の関係を示すグラフである。横軸はニッケル(Ni)の封入密度(単位:μmol/cc)、縦軸はUV−A領域の紫外線の発光強度(単位:mW/cm2)である。本願の発明者は、試験番号1の場合、即ち、ニッケル(Ni)の封入密度及び封入量がゼロの場合のUV−A領域の紫外線の発光強度、即ち、1342mW/cm2を基準とした。更に、基準値より10%高い値、即ち、1476mW/cm2を好ましい目標値とした。図7において横軸に平行な破線は、好ましい目標値である1476mW/cm2を表す。図示のように、UV−A領域の紫外線の発光強度が目標値1476mW/cm2を超えるためには、ニッケル(Ni)の封入密度を12.0〜68.0μmol/ccとすればよいと言える。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the second row and the third row in Table 2. The horizontal axis represents the enclosure density of nickel (Ni) (unit: μmol / cc), and the vertical axis represents the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region (unit: mW / cm 2 ). The inventor of the present application was based on the ultraviolet light emission intensity in the UV-A region, that is, 1342 mW / cm 2 in the case of test number 1, that is, when the nickel (Ni) encapsulation density and the encapsulation amount were zero. Furthermore, a value 10% higher than the reference value, that is, 1476 mW / cm 2 was set as a preferable target value. In FIG. 7, a broken line parallel to the horizontal axis represents a preferable target value of 1476 mW / cm 2 . As shown in the figure, in order for the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region to exceed the target value of 1476 mW / cm 2 , it can be said that the nickel (Ni) encapsulation density should be 12.0 to 68.0 μmol / cc. .

図8は、表2に示したニッケル封入実験の結果であるUV−A領域の紫外線の分光特性を示す。横軸は波長(単位:nm)、縦軸はUV−A領域の紫外線の発光強度(単位:μW/cm2/nm)である。無電極ランプの投入電力は約1.50kWである。実線のグラフは、試験番号1の場合である。点線のグラフは、試験番号2の場合である。短鎖線のグラフは、試験番号3の場合である。鎖線のグラフは、試験番号4の場合である。一点鎖線のグラフは、試験番号5の場合である。二点鎖線のグラフは、試験番号6の場合である。一点2鎖線のグラフは、試験番号7の場合である。細点線のグラフは、試験番号8の場合である。 FIG. 8 shows the spectral characteristics of ultraviolet rays in the UV-A region, which are the results of the nickel encapsulation experiment shown in Table 2. The horizontal axis represents wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region (unit: μW / cm 2 / nm). The input power of the electrodeless lamp is about 1.50 kW. The solid line graph is for test number 1. The dotted line graph is for test number 2. The short-chain line graph is for test number 3. The dashed line graph is for test number 4. The one-dot chain line graph is for test number 5. The two-dot chain line graph is for test number 6. The one-dot two-dot line graph is for test number 7. The thin dotted line graph is for test number 8.

図8のグラフから次の知見が得られる。波長330〜365nmの領域と波長370〜400nmの領域では、発光強度に対するニッケル(Ni)の添加量の影響が異なる。即ち、波長330〜365nmの領域では、ニッケル(Ni)を添加することによって発光強度が顕著に改善されることが判る。即ち、波長330〜365nmの領域では、ニッケル(Ni)の封入密度を増加すると発光強度が向上するが、ニッケル(Ni)の封入密度を減少すると発光強度が向上を期待できない。一方、波長370〜400nmでは、ニッケル(Ni)の封入密度が増加すると、発光強度が低下する。従って、UV−A領域の紫外線の発光強度を安定的に放射するには、ニッケル(Ni)の封入密度の最適範囲を選択するとよい。   The following knowledge is obtained from the graph of FIG. The influence of the addition amount of nickel (Ni) on the emission intensity differs between the wavelength range of 330 to 365 nm and the wavelength range of 370 to 400 nm. That is, it can be seen that the emission intensity is remarkably improved by adding nickel (Ni) in the wavelength range of 330 to 365 nm. That is, in the wavelength range of 330 to 365 nm, the emission intensity is improved when the nickel (Ni) encapsulation density is increased, but the emission intensity cannot be expected to be improved when the nickel (Ni) encapsulation density is decreased. On the other hand, at a wavelength of 370 to 400 nm, the emission intensity decreases as the nickel (Ni) encapsulation density increases. Therefore, in order to stably emit the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region, it is preferable to select the optimum range of nickel (Ni) encapsulation density.

以下に本願の発明者が行った実験から得た知見及び本発明の実施の形態を纏める。
(1)本願の発明者が行った実験では、発光物質としてヨウ化鉄(FeI2)、ヨウ化コバルト(CoI2)及び亜鉛(Zn)を用いた。更に、UV−A領域の紫外線の発光強度を向上させるために、ニッケル(Ni)単体を添加した。
(2)図7に示すように、ニッケル(Ni)を添加すると、ニッケル(Ni)を添加しない場合と比較して、UV−A領域の紫外線の発光強度を向上させることができる。特に、ニッケル(Ni)の封入密度を12.0〜68.0μmol/ccとすると、UV−A領域の紫外線の発光強度を十分に向上させることができる。従って、波長315〜365nmの領域の紫外線を利用する用途の場合には、発光物質としてニッケル(Ni)を添加することが好ましい。
The knowledge obtained from experiments conducted by the inventors of the present application and embodiments of the present invention are summarized below.
(1) In an experiment conducted by the inventor of the present application, iron iodide (FeI 2 ), cobalt iodide (CoI 2 ), and zinc (Zn) were used as a luminescent material. Furthermore, in order to improve the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region, nickel (Ni) alone was added.
(2) As shown in FIG. 7, when nickel (Ni) is added, the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region can be improved as compared with the case where nickel (Ni) is not added. In particular, when the enclosure density of nickel (Ni) is 12.0 to 68.0 μmol / cc, the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region can be sufficiently improved. Therefore, in the case of an application using ultraviolet rays in the wavelength region of 315 to 365 nm, it is preferable to add nickel (Ni) as the light emitting substance.

(3)しかしながら、ニッケル(Ni)の封入密度が68.0μmol/ccを超える場合には、UV−A領域の紫外線の発光強度の顕著な向上を期待することができない。これは、図8に示すように、波長370〜400nmの領域の発光強度の低下が影響しているものと思われる。同様に、ニッケル(Ni)の封入密度が12.0μmol/ccに満たない場合には、UV−A領域の紫外線の発光強度の顕著な向上を期待することができない。これは、図8に示すように、波長330〜365nmの領域の発光強度の低下が影響しているものと思われる。   (3) However, when the enclosure density of nickel (Ni) exceeds 68.0 μmol / cc, it is not possible to expect a remarkable improvement in the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. As shown in FIG. 8, this is considered to be due to a decrease in emission intensity in the wavelength region of 370 to 400 nm. Similarly, when the enclosure density of nickel (Ni) is less than 12.0 μmol / cc, it is not possible to expect a remarkable improvement in the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region. As shown in FIG. 8, this is considered to be due to a decrease in emission intensity in the wavelength range of 330 to 365 nm.

(4)本願の発明者が行った実験から、本発明の実施形態では、マイクロ波無電極ランプに封入する発光物質は、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含む。ヨウ化コバルトの封入密度は3.7〜9.4μmol/ccであり、ヨウ化鉄の封入密度に対するヨウ化コバルトの封入密度の比は0.97〜93.60であり、亜鉛の封入密度は2.8〜3.8μmol/ccであり、ニッケルの封入密度は12.0〜68.0μmol/ccである。更に、ヨウ化鉄の封入密度とヨウ化コバルトの封入密度の和は9.0〜10.0μmol/ccである。   (4) From the experiments conducted by the inventors of the present application, in the embodiment of the present invention, the light emitting material to be sealed in the microwave electrodeless lamp includes iron iodide, cobalt iodide, zinc, and nickel. The enclosure density of cobalt iodide is 3.7 to 9.4 μmol / cc, the ratio of the enclosure density of cobalt iodide to the enclosure density of iron iodide is 0.97 to 93.60, and the enclosure density of zinc is It is 2.8-3.8 micromol / cc, and the enclosure density of nickel is 12.0-68.0 micromol / cc. Furthermore, the sum of the iron iodide encapsulation density and the cobalt iodide encapsulation density is 9.0 to 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 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, 17 ... cooling air, 18 ... irradiation light, 121 ... cylindrical portion, 123 ... end, 131 ... belly, 132 ... node

Claims (4)

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、
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、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含み、
前記ヨウ化コバルトの封入密度は3.7〜9.4μmol/ccであり、
前記ヨウ化鉄の封入密度に対する前記ヨウ化コバルトの封入密度の比は0.97〜93.60であり、
前記亜鉛の封入密度は2.8〜3.8μmol/ccであり、
前記ニッケルの封入密度は12.0〜68.0μmol/cc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 discharge vessel and a rare gas and a luminescent material enclosed in the discharge vessel,
The light emitting material includes iron iodide, cobalt iodide, zinc, and nickel,
The cobalt iodide has an encapsulation density of 3.7 to 9.4 μmol / cc,
The ratio of the cobalt iodide encapsulation density to the iron iodide encapsulation density is 0.97 to 93.60,
The zinc packing density is 2.8 to 3.8 μmol / cc,
A microwave electrodeless lamp having an enclosure density of nickel of 12.0 to 68.0 μmol / cc.
請求項1記載のマイクロ波無電極ランプにおいて、
前記ヨウ化鉄の封入密度と前記ヨウ化コバルトの封入密度の和は9.0〜10.0μmol/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 a sum of the iron iodide encapsulation density and the cobalt iodide encapsulation density is 9.0 to 10.0 μmol / cc.
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希ガスと発光物質が封入された放電容器を有し、
前記発光物質は、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含み、
前記ヨウ化コバルトの封入密度は3.7〜9.4μmol/ccであり、
前記亜鉛の封入密度は2.8〜3.8μmol/ccであり、
前記ニッケルの封入密度は12.0〜68.0μmol/ccである、光照射装置。
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 in which a rare gas and a luminescent material are enclosed,
The light emitting material includes iron iodide, cobalt iodide, zinc, and nickel,
The cobalt iodide has an encapsulation density of 3.7 to 9.4 μmol / cc,
The zinc packing density is 2.8 to 3.8 μmol / cc,
The light irradiation apparatus, wherein the nickel sealing density is 12.0 to 68.0 μmol / cc.
請求項3記載の光照射装置において、
前記ヨウ化鉄の封入密度と前記ヨウ化コバルトの封入密度の和は9.0〜10.0μmol/ccである、光照射装置。
In the light irradiation apparatus of Claim 3,
The light irradiation apparatus, wherein the sum of the iron iodide encapsulation density and the cobalt iodide encapsulation density is 9.0 to 10.0 μmol / cc.
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