JP2021197268A

JP2021197268A - 紫外線照射装置

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Publication number: JP2021197268A
Application number: JP2020102237A
Authority: JP
Inventors: 祥平前田; Shohei Maeda; 弘喜日野; Hiroyoshi Hino; 貴則越智; Takanori Ochi
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2021-12-27
Anticipated expiration: 2040-06-12
Also published as: CN214068692U; JP7484463B2; TW202147385A

Abstract

【課題】熱による発光管の変形を抑制することができ、且つ、硝酸の生成を抑制することができる紫外線照射装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る紫外線照射装置は、筒状を呈し、内部空間に希ガスが封入された発光管と；前記内部空間に設けられたコイルを有する内部電極と；前記発光管の外側に設けられた外部電極と；前記外部電極の外側に隙間を介して設けられた冷却部と；前記隙間にガスを供給するガス供給部と；前記冷却部の温度、および、前記隙間に供給される前記ガスの温度、の少なくともいずれかを制御する温度制御部と；を具備している。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、紫外線照射装置に関する。

ピーク波長が２００ｎｍ以下の紫外線を照射するバリア放電ランプがある。バリア放電ランプは、例えば、対象物の表面に付着した有機物の除去（光洗浄処理）、表面改質、酸化膜の形成などの表面処理に用いられている。バリア放電ランプは、例えば、誘電体から形成された発光管と、発光管の内側に設けられた内部電極と、発光管の外側に設けられた外部電極と、を有している。内部電極と外部電極とに交流電圧を印加すると、誘電体バリア放電が生じ、発光管の内部空間に封入されたガスの種類に応じて特定の波長を有する紫外線が照射される。

特許文献１には、長尺の発光管と、一対の電極とを備えたエキシマランプが記載されている。発光管は、放電用ガスが充填された放電空間を有している。一対の電極は、放電用ガスに放電を誘起する。一対の電極の少なくとも一方の電極と、放電用ガスとの間には誘電体材料が介在している。このエキシマランプは、紫外光を放射する光出射面と、発光管の内壁面に設けられ、紫外光を反射する反射膜が設けられた光反射面と、を有している。

このようなエキシマランプの発光管においては、点灯時間の経過とともに、紫外光を放射する光出射面に紫外線歪みが蓄積されるので、発光管の光出射面側が長手方向に収縮してしまう。一方、発光管の光反射面側は紫外線歪みの影響がないので長手方向に収縮しない。そのため、発光管の中央部が光反射面側に反ってしまい、発光管の全体が光反射面側に向かって凸状に曲がってしまう、という不具合が生じていた。
特許文献２に記載のエキシマランプは，特許文献１に記載のエキシマランプが有する発光管の反りを矯正するための矯正部材を備えている。またさらに、紫外光を反射する反射膜に切欠きを設けることで、光反射面にも紫外線歪みを蓄積させて発光管の反りを抑制している。

しかしながら、発光管の内側に内部電極、外側に外部電極を有する構成の誘電体バリア放電においては、外部電極と内部電極に挟まれた発光管近辺において発生する放電プラズマによる温度上昇により、発光管が変形するという不具合が発生することがわかった。よって、発光管の温度上昇を抑制し、ひいては発光管の変形を抑制することが困難となる。
この場合、発光管にガスを吹き付けて強制空冷を行うこともできる。しかしながら、単に、強制空冷を行うと、ガスを吹き付けるための部材と、外部電極との間で気中放電が生じる場合がある。一般的に、発光管の周囲には酸素と窒素を含む空気があるので、気中放電が生じると酸素が電離し、電離した酸素と窒素が反応して、窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成される場合がある。また、気中放電が生じるとオゾンが生成される場合がある。オゾンと窒素酸化物が生成されると、これらが反応して、五酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ_５）が生成される場合がある。五酸化二窒素が生成されると、空気に含まれている水分と五酸化二窒素とが反応して、硝酸（ＨＮＯ_３）が生成される場合がある。生成された硝酸が発光管の外面に付着すると、発光管の光学特性が劣化して紫外線の透過が抑制されるおそれがある。
そこで、熱による発光管の変形を抑制することができ、且つ、硝酸の生成を抑制することができる紫外線照射装置の開発が望まれていた。

特開２０１０−０８０３５１号公報特開２０１３−２１１１６４号公報

本発明が解決しようとする課題は、熱による発光管の変形を抑制することができ、且つ、硝酸の生成を抑制することができる紫外線照射装置を提供することである。

実施形態に係る紫外線照射装置は、筒状を呈し、内部空間に希ガスが封入された発光管と；前記内部空間に設けられたコイルを有する内部電極と；前記発光管の外側に設けられた外部電極と；前記外部電極の外側に隙間を介して設けられた冷却部と；前記隙間にガスを供給するガス供給部と；前記冷却部の温度、および、前記隙間に供給される前記ガスの温度、の少なくともいずれかを制御する温度制御部と；を具備している。

本発明の実施形態によれば、熱による発光管の変形を抑制することができ、且つ、硝酸の生成を抑制することができる紫外線照射装置を提供することができる。

本実施の形態に係る紫外線照射装置を例示するための模式側面図である。図１における紫外線照射装置のＡ−Ａ線方向の模式側面図である。バリア放電ランプを例示するための模式図である。位置決め部を例示するための模式側面図である。冷却部を例示するための模式断面図である。（ａ）、（ｂ）は、一対の保持部を例示するための模式斜視図である。（ａ）は、冷却部の温度と、硝酸の生成との関係を例示するための表である。（ｂ）は、冷却部およびフレームの温度と、硝酸の生成との関係を例示するための表である。他の実施形態に係る紫外線照射装置を例示するための模式側面図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係る紫外線照射装置１を例示するための模式側面図である。
図２は、図１における紫外線照射装置１のＡ−Ａ線方向の模式側面図である。

図１および図２に示すように、紫外線照射装置１には、バリア放電ランプ２、位置決め部３、位置決め部４、フレーム５、点灯回路６、ガス供給部７、コントローラ８、冷却部９、および温度制御部１０を設けることができる。
なお、一例として、３つのバリア放電ランプ２が設けられる場合を例示したが、バリア放電ランプ２の数は、紫外線を照射する対象物の大きさや数などに応じて適宜変更することができる。すなわち、バリア放電ランプ２は、少なくとも１つ設けられていればよい。

図３は、バリア放電ランプ２を例示するための模式図である。
図３に示すように、バリア放電ランプ２には、発光管２１、内部電極２２、反射膜２３、端子カバー２４、リード線２５、および外部電極２６を設けることができる。

発光管２１は、筒状を呈し、管径に比べて全長（管軸２１ｄに沿った長さ）が長い形態を有する。発光管２１は、例えば、円筒管とすることができる。発光管２１の、管軸２１ｄに沿った方向における両側の端部のそれぞれには、封止部２１ａが設けられている。封止部２１ａを設けることで、発光管２１の内部空間を気密に封止することができる。封止部２１ａは、例えば、ピンチシール法やシュリンクシール法を用いて形成することができる。

また、それぞれの封止部２１ａの内部には、例えば、導電部２１ｂとアウターリード２１ｃを設けることができる。例えば、導電部２１ｂは、１つの封止部２１ａに対して１つ設けることができる。導電部２１ｂの平面形状は、四角形とすることができる。例えば、導電部２１ｂは、薄膜状を呈している。例えば、導電部２１ｂは、モリブデン箔から形成することができる。

アウターリード２１ｃは、線状を呈し、少なくともリード線２５が設けられる側の封止部２１ａの内部に設けることができる。アウターリード２１ｃの一方の端部は、導電部２１ｂと電気的に接続されている。アウターリード２１ｃの端部の近傍は、例えば、導電部２１ｂと、レーザ溶接または抵抗溶接することができる。アウターリード２１ｃの他方の端部は、封止部２１ａから露出させることができる。アウターリード２１ｃは、例えば、モリブデンなどを含むものとすることができる。

発光管２１の内部空間には、希ガスが封入されている。バリア放電ランプ２においては、内部電極２２と外部電極２６との間でバリア放電を行って、封入されている希ガスに高いエネルギー電子を与えてエキシマ励起分子を生成する。エキシマ励起分子が元に戻る際に、希ガスの種類に応じて特定のピーク波長を有する光が発生する。そのため、発光管２１の内部空間に封入する希ガスは、バリア放電ランプ２の用途に応じて適宜変更することができる。発光管２１の内部空間に封入する希ガスは、例えば、クリプトン、キセノン、アルゴン、ネオンなどとすることができる。あるいは、発光管２１の内部空間に、複数種類の希ガスを混合した混合ガスを封入することもできる。また、必要に応じて、ハロゲンガスなどをさらに封入することもできる。

発光管２１の内部空間の２５℃における希ガスの圧力（封入圧力）は、例えば、８０ｋＰａ〜２００ｋＰａ程度とすることができる。発光管２１の内部空間の２５℃における希ガスの圧力（封入圧力）は、気体の標準状態（ＳＡＴＰ（Standard Ambient Temperature and Pressure）：温度２５℃、１ｂａｒ）により求めることができる。

例えば、フラットパネルディスプレイ用のガラス板の表面を光洗浄する場合には、封入する希ガスをキセノンとすることが好ましい。キセノンの封入圧力は、例えば、９３ｋＰａ程度とすることができる。封入する希ガスをキセノンとすれば、ピーク波長が１７２ｎｍの紫外線を発生させることができるので洗浄効果を高めることができる。

ここで、バリア放電を生じさせると（バリア放電ランプ２を点灯させると）、発光管２１の内部空間において紫外線が発生する。発生した紫外線は、発光管２１を介して外部に照射される。そのため、発光管２１は、例えば、ピーク波長が２００ｎｍ以下の紫外線の透過率が高い材料から形成される。発光管２１は、例えば、ＳｉＯ_２を含む材料から形成することができる。発光管２１は、例えば、合成石英ガラスから形成することができる。

内部電極２２は、コイル２２ａおよびレグ２２ｂを有することができる。コイル２２ａおよびレグ２２ｂは、一体に形成することができる。コイル２２ａおよびレグ２２ｂは、線材を塑性加工することで形成することができる。線材の線径（直径）は、例えば、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることができる。

コイル２２ａおよびレグ２２ｂは、例えば、タングステンを主成分として含むことができる。タングステンの含有量は、例えば、５０ｗｔ％以上とすることができる。この場合、タングステンにカリウムなどを添加したドープタングステンを用いれば、コイル２２ａの寸法安定性を高めることができる。

コイル２２ａは螺旋状を呈し、発光管２１の内部空間に設けられている。コイル２２ａは、発光管２１の内部空間の中央領域を発光管２１の管軸２１ｄに沿って延びている。コイル２２ａのピッチ寸法Ｐ１は、例えば、１０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度とすることができる。

コイル２２ａと発光管２１の内壁との間には隙間を設けることができる。隙間は、例えば、１０ｍｍ以下とすることができる。なお、隙間が設けられず、コイル２２ａと反射膜２３が接触する様にしてもよい。また、反射膜２３が設けられない場合には、コイル２２ａと発光管２１の内壁が接触する様にしてもよい。隙間が所定の寸法以下であれば、低い電圧で安定したバリア放電を生じさせることができる。そのため、例えば、発光管２１の内径寸法に応じて、所定の隙間が設けられるように、コイル２２ａの外径寸法を設定することができる。

レグ２２ｂは、コイル２２ａの両側の端部のそれぞれに設けられている。レグ２２ｂは、線状を呈し、コイル２２ａの端部から発光管２１の管軸２１ｄに沿って延びている。

レグ２２ｂの端部は、封止部２１ａの内部において導電部２１ｂと電気的に接続されている。レグ２２ｂの端部の近傍は、例えば、導電部２１ｂと、レーザ溶接または抵抗溶接することができる。

反射膜２３は，膜状を呈し、発光管２１の内壁に設けることができる。反射膜２３は，外部電極２６と内部電極２２（コイル２２ａ）との間に設けることができる。反射膜２３は，発光管２１の内部空間で発生し、照射方向に向かわない紫外線を照射方向に向けて反射させる。反射膜２３が設けられていれば、紫外線の取り出し効率を向上させることができる。また、反射膜２３が設けられていれば、発光管２１の、紫外線が直接入射する領域を小さくすることができるので、紫外線による発光管２１の化学的な構造変化を抑制することができる。

反射膜２３の厚みは、例えば、１００μｍ〜３００μｍ程度とすることができる。この様にすれば、紫外線に対する良好な反射率を維持するのが容易となる。
反射膜２３は、例えば、ＳｉＯ_２（二酸化珪素）を含むことができる。また、反射膜２３は、紫外線を散乱させる粒子（例えば、酸化アルミニウムの粒子）を含むこともできる。

なお、反射膜２３は、必ずしも必要ではなく省くこともできる。ただし、前述したように、反射膜２３が設けられていれば、紫外線の取り出し効率を向上させることができ、且つ、発光管２１の化学的な構造変化を抑制することができる。

端子カバー２４は、発光管２１の、管軸２１ｄに沿った方向における両側の端部のそれぞれに設けられている。端子カバー２４は、例えば、封止部２１ａを覆っている。端子カバー２４は、例えば、樹脂やセラミックスなどの絶縁性材料から形成することができる。端子カバー２４は、例えば、ステアタイト（steatite）、酸化アルミニウムなどから形成することができる。端子カバー２４は、外部電極２６と接触させてもよいし、外部電極２６から離間させてもよい。

リード線２５は、封止部２１ａから露出するアウターリード２１ｃの端部に電気的に接続することができる。リード線２５は、アウターリード２１ｃおよび導電部２１ｂを介して、内部電極２２と電気的に接続されている。図２に示すように、リード線２５は、点灯回路６に電気的に接続することができる。なお、リード線２５は、図３に示すように、発光管２１の一方の端部側のみに設けることもできるし、発光管２１の両側の端部のそれぞれに設けることもできる。

外部電極２６は、発光管２１の外側に設けることができる。外部電極２６は、発光管２１の管軸２１ｄに沿って延びている。反射膜２３が設けられる場合には、外部電極２６は、反射膜２３と対峙する位置に設けることができる。

また、発光管２１の管軸２１ｄに沿った方向の長さが長い場合には、図２に示すように、１つの発光管２１に対して複数の外部電極２６を設けることができる。バリア放電を生じさせると、紫外線とともに熱が発生する。発生した熱により発光管２１の温度が高くなると、発光管２１の変形が生じる場合がある。この場合、発光管２１の管軸２１ｄに沿った方向の長さが長くなるほど変形が生じ易くなり、且つ、変形量も大きくなりやすい。１つの発光管２１に対して複数の外部電極２６が設けられていれば、発光管２１の変形状態に応じて、複数の外部電極２６のそれぞれが、個別に追従することができる。そのため、発光管２１と外部電極２６との位置関係、ひいては、内部電極２２のコイル２２ａと外部電極２６との位置関係が変化するのを抑制することができる。その結果、バリア放電を安定させることができるので、照度の均一性を向上させることができる。

外部電極２６の、発光管２１側の面の少なくとも一部は、発光管２１の外面に接触させることができる。外部電極２６は、例えば、金属の薄板を発光管２１の外形形状に合わせて塑性加工したものとすることができる。外部電極２６は、金属などの導電性材料から形成することができる。外部電極２６は、例えば、ステンレス、アルミニウムなどを用いて形成することができる。ここで、バリア放電を生じさせると、紫外線とともに熱が発生する。そのため、外部電極２６が金属などの熱伝導率の高い材料から生成されていれば、外部電極２６を放熱部材として用いることができる。

また、発光管２１の管軸２１ｄに沿った方向から見た場合に、外部電極２６の中心角が１８０°よりも小さくなると、外部電極２６と内部電極２２とが対峙する領域が小さくなり過ぎて、紫外線の発生量が少なくなるおそれがある。一方、中心角が３００°よりも大きくなると、発光管２１の内部空間において発生した紫外線が外部電極２６に吸収されやすくなるので、紫外線の取り出し効率が低下するおそれがある。そのため、外部電極２６の中心角は、１８０°以上、３００°以下となるようにすることが好ましい。この様にすれば、必要となる紫外線の発生量を確保することができ、且つ、紫外線の取り出し効率が低下するのを抑制することができる。

ここで、外部電極２６に比べて、発光管２１、内部電極２２、および反射膜２３などの方が消耗し易い。そのため、外部電極２６が発光管２１から取り外せるようになっていれば、メンテナンス性の向上やランニングコストの低減を図ることができる。例えば、外部電極２６は、外側に向けて突出する取り付け部２６ａを少なくとも１つ有することができる。なお、図２に例示をした外部電極２６は、４つの取り付け部２６ａを有している。取り付け部２６ａには、ネジなどの締結部材が挿入される孔を設けることができる。外部電極２６（取り付け部２６ａ）は、ネジなどの締結部材を用いて、保持部９ｄとともに、冷却部９の、フレーム５側とは反対側の端面に取り付けることができる（図５を参照）。

図４は、位置決め部３および位置決め部４を例示するための模式側面図である。
図４は、図２における紫外線照射装置１のＢ−Ｂ線方向の模式側面図である。
位置決め部３は、バリア放電ランプ２の管軸２１ｄ周りの位置がずれるのを抑制する。
図２および図４に示すように、位置決め部３は、１つのバリア放電ランプ２に対して、少なくとも１つ設けることができる。ただし、１つの端子カバー２４に対して、１つの位置決め部３を設ければ、バリア放電ランプ２の回転をより効果的に抑制することができる。位置決め部３は、例えば、ネジなどの締結部材を用いてフレーム５に取り付けることができる。また、位置決め部４は、フレーム５と一体に形成することもできる。

位置決め部３は、板状を呈し、厚み方向に貫通するとともに、フレーム５側とは反対側の端面に開口する孔３ａを有する。孔３ａの内部には、バリア放電ランプ２の端子カバー２４を設けることができる。

孔３ａの内壁面には、互いに平行な２つの平坦面３ａ１が設けられている。平坦面３ａ１は、例えば、フレーム５の、位置決め部３を取り付ける面５ａに略垂直な面とすることができる。また、端子カバー２４の側面には、互いに平行な２つの平坦面２４ａが設けられている。平坦面３ａ１と平坦面３ａ１との間の距離は、平坦面２４ａと平坦面２４ａとの間の距離と同じ、または、若干大きくすることができる。すなわち、２つの平坦面２４ａの少なくともいずれかが平坦面３ａ１と接触するようになっている。この様にすれば、バリア放電ランプ２の管軸２１ｄ周りの位置がずれるのを抑制することができる。

なお、フレーム５の面５ａに略垂直な平坦面３ａ１を例示したが、フレーム５の面５ａに対して傾斜した平坦面、または、フレーム５の面５ａに平行な平坦面としてもよい。この場合、位置決め部３の平坦面に合わせて、端子カバー２４の側面に平坦面を設ければよい。ただし、フレーム５の面５ａに略垂直な平坦面３ａ１とすれば、バリア放電ランプ２同士の間隔が小さい場合であっても、位置決め部３に対してバリア放電ランプ２を着脱するのが容易となる。

位置決め部４は、バリア放電ランプ２が管軸２１ｄに沿った方向に動くのを抑制する。図２および図４に示すように、位置決め部４は、１つのバリア放電ランプ２に対して、あるいは、並べて設けられた複数のバリア放電ランプ２に対して、一対設けることができる。位置決め部４と位置決め部４との間の空間には、バリア放電ランプ２を設けることができる。位置決め部４と位置決め部４との間の最短距離は、端子カバー２４の端面と端子カバー２４の端面との間の距離（バリア放電ランプ２の長さ）と同じ、または、若干大きくすることができる。すなわち、一対の位置決め部４の少なくともいずれかが端子カバー２４の端面と接触するようになっている。この様にすれば、バリア放電ランプ２が管軸２１ｄに沿った方向に動くのを抑制することができる。

位置決め部４の形状は、柱状とすることができる。位置決め部４の形状は、例えば、円柱状、角柱状などとすることができる。また、位置決め部４の形状は、円錐、円錐台、角錐、および角錐台などのテーパ形状、または、端子カバー２４側の側面が傾斜している形状などとしてもよい。位置決め部４の形状が、テーパ形状や側面が傾斜している形状などであれば、位置決め部４と位置決め部４との間に、バリア放電ランプ２を装着するのが容易となる。

位置決め部４は、例えば、ネジなどの締結部材を用いて、フレーム５の、位置決め部３が取り付けられる面５ａに取り付けることができる。また、位置決め部４は、フレーム５と一体に形成することもできる。

位置決め部３および位置決め部４の材料は、ある程度の剛性、耐熱性、および紫外線に対する耐性を有するものであれば特に限定はない。ただし、位置決め部３および位置決め部４が端子カバー２４と接触した際に、端子カバー２４に傷などが発生するのを抑制できる材料とすることが好ましい。位置決め部３および位置決め部４の材料は、例えば、フッ素樹脂などの樹脂とすることが好ましい。

フレーム５は、紫外線を照射する対象物に対向するように設けることができる。また、フレーム５は、対象物に紫外線を照射する際には対象物に対向する位置に設けられ、メンテナンスなどの際には対象物に対向する位置から移動するようにしてもよい。例えば、フレーム５は、対象物の上方などに設けられた開閉カバーの内側に設けることができる。

フレーム５の構造には特に限定がなく、図２に例示をした様な骨組構造とすることもできるし、板状体などとすることもできる。

図２に示すように、点灯回路６は、配線６ｂ、端子６ａ、およびリード線２５を介して、内部電極２２に電気的に接続することができる。また、点灯回路６は、配線６ｃを介して、外部電極２６に電気的に接続することができる。後述する図５に示すように、外部電極２６の取り付け部２６ａは、冷却部９に設けられている。冷却部９は、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属から形成されている。そのため、点灯回路６は、配線６ｃおよび冷却部９を介して、外部電極２６に電気的に接続することもできる。メンテナンスなどの際に、バリア放電ランプ２（外部電極２６）が取り外されることがあるが、冷却部９が取り外されることは少ない。そのため、配線６ｃが外部電極２６ではなく冷却部９に接続されていれば、メンテナンスなどの際に、配線６ｃの取り外しと取り付けを省略することができる。なお、図１では１つの点灯回路６で３本のバリア放電ランプを点灯する構成としているが、複数のランプに対して個別の点灯回路を設ける構成とすることもできる。

端子６ａは、絶縁部６ａ１と導電部６ａ２を有することができる。絶縁部６ａ１は、例えば、フッ素樹脂やセラミックスなどの絶縁性材料から形成することができる。絶縁部６ａ１は、例えば、ネジなどの締結部材を用いて、フレーム５に取り付けることができる。導電部６ａ２は、例えば、ステンレスやニッケルなどの導電性材料から形成することができる。導電部６ａ２の一方の端部は、絶縁部６ａ１の一方の端部から露出し、リード線２５が電気的に接続されている。導電部６ａ２の他方の端部は、絶縁部６ａ１の他方の端部から露出し、配線６ｂが電気的に接続されている。なお、リード線２５が点灯回路６に接続される場合には、端子６ａおよび配線６ｂを省くこともできる。ただし、端子６ａおよび配線６ｂが設けられていれば、フレーム５内部への紫外線やオゾンの侵入を防止することができる。また、リード線２５の長さを短くすることができるので、バリア放電ランプ２を着脱する際の作業性を向上させることができる。さらに、リード線２５の長さを一定とすることができるので、バリア放電ランプ２の汎用性を向上させることができる。

点灯回路６は、交流電源からの電力を、高電圧かつ高周波（例えば、周波数が３７ｋＨｚの正弦波）の電力に変換するインバータを有することができる。例えば、点灯回路６は、２．４ｋＷ程度のランプ電力で、バリア放電ランプ２を点灯させることができる。

ガス供給部７は、冷却部９と外部電極２６との間の隙間９ａにガスを供給する。例えば、ガス供給部７は、冷却部９に設けられた孔９ｃにガスを供給する。ガス供給部７には、ガス供給源７１、およびガス制御部７２を設けることができる。ガス供給源７１とガス制御部７２は、配管７３により接続することができる。ガス制御部７２と冷却部９は、配管７４により接続することができる。

ガス供給源７１は、例えば、高圧のガスが収納されたボンベや、高圧のガスを供給する工場配管などとすることができる。ガスは、例えば、乾燥空気、窒素ガス、希ガス（例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウムなど）とすることができる。この場合、バリア放電を行った際に、冷却部９と外部電極２６との間の隙間９ａにおいて気中放電が発生する場合がある。隙間９ａにあるガスに酸素と窒素が含まれている場合には、気中放電により酸素が電離し、電離した酸素と窒素が反応して、窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成される場合がある。

また、バリア放電ランプの点灯により１７２ｎｍの紫外線が照射されると、大気中の酸素との反応により、オゾンが生成される。オゾンと窒素酸化物が生成されると、これらが反応して、五酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ_５）が生成される場合がある。この場合、隙間９ａにあるガスに水蒸気などの水分が含まれていると、水分と五酸化二窒素とが反応して、硝酸（ＨＮＯ_３）が生成される場合がある。生成された硝酸が発光管２１の外面に付着すると、発光管２１の光学特性が劣化して紫外線の透過が抑制されるおそれがある。
バリア放電ランプ２を点灯させる度に、このような化学反応が繰り返し生じると、紫外線の取り出し効率が経時的に低下するおそれがある。また、硝酸が滴下して対象物に付着すると、対象物に損傷が発生するおそれがある。

そのため、冷却部９と外部電極２６との間の隙間９ａは、気中放電が発生しないだけの十分な間隔が設けられていることが望ましい。隙間９ａが狭く、気中放電が発生する場合は、例えば、冷却用の供給ガスを、酸素を含まないガス、または、空気よりも酸素濃度が低いガスとし、隙間９ａの酸素濃度を低減することが好ましい。例えば、ガスは、窒素ガスや希ガスなどとすることが好ましい。この場合、窒素ガスとすれば、ランニングコストの低減を図ることができる。

なお、一般的には、バリア放電ランプ２は大気中に設置される。そのため、バリア放電ランプ２の周囲にある空気が、隙間９ａの内部に侵入することも考えられる。隙間９ａの内部に空気が侵入すると、前述した化学反応が生じて硝酸が生成されるおそれがある。そこで、本実施の形態に係る紫外線照射装置１には、温度制御部１０が設けられている。
なお、温度制御部１０についての詳細は後述する。

ガス制御部７２は、例えば、冷却部９に供給するガスの流量を制御することができる。ガス制御部７２は、冷却部９に供給するガスの圧力を制御することで、ガスの流量を間接的に制御するものとしてもよい。すなわち、ガス制御部７２は、ガスの流量、およびガスの圧力の少なくともいずれかを制御することができる。また、ガス制御部７２は、ガスの供給の開始と、ガスの供給の停止とを切り替える機能をさらに有することもできる。

コントローラ８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算素子と、半導体メモリなどの記憶素子を有することができる。コントローラ８は、例えば、コンピュータとすることができる。記憶素子には、点灯回路６とガス供給部７を制御する制御プログラムを格納することができる。演算素子は、記憶素子に格納されている制御プログラムに基づいて、バリア放電ランプ２への電力の印加と印加の停止の切り替え、冷却部９へのガスの供給と供給の停止の切り替え、供給するガスの流量などを制御することができる。また、コントローラ８には、操作者がデータを入力する入力部、紫外線照射装置１の稼働状況や異常表示などを表示するモニタ、電源スイッチなどを設けることもできる。

図２に示すように、冷却部９は、ネジなどの締結部材を用いて、フレーム５の面５ａに取り付けることができる。冷却部９は、位置決め部３と位置決め部３の間に設けることができる。

図５は、冷却部９を例示するための模式断面図である。
図５は、図２における冷却部９のＣ−Ｃ線方向の模式断面図である。
図５に示すように、冷却部９の外部電極２６側の面９ｂと、外部電極２６の外面との間には隙間９ａを設けることができる。すなわち、冷却部９は、外部電極２６の外側に隙間９ａを介して設けられている。冷却部９は、隙間９ａを介して、外部電極２６と対峙させることができる。発光管２１の管軸２１ｄと直交する方向における隙間９ａの寸法Ｓを小さくし過ぎると、前述の通り、冷却部９と外部電極２６との間で気中放電が発生する他、バリア放電により生じた熱で発光管２１が変形した際に、発光管２１の一部が冷却部９と接触するおそれがある。発光管２１の一部が冷却部９と接触すると、隙間９ａに供給されたガスの流通が阻害されるので、発光管２１の冷却が抑制されるおそれがある。一方、隙間９ａの寸法Ｓを大きくし過ぎると、隙間９ａに供給されたガスの流速が遅くなり、発光管２１からの放熱が抑制されたり、発光管２１に温度の異なる領域が生じたりするおそれがある。本発明者の得た知見によれば、隙間９ａの寸法Ｓは、０．５ｍｍ以上、８ｍｍ以下とすることが好ましい。隙間９ａの寸法Ｓが、この範囲内にあれば、発光管２１の冷却を効果的に行うことができる。この場合、冷却部９の外部電極２６側の面９ｂと、発光管２１の外面との間の距離Ｌは、例えば、外部電極２６の厚みを０．５ｍｍとした場合、１ｍｍ以上とすることができる。

冷却部９の外部電極２６側の面９ｂは、曲面とすることができる。面９ｂは、例えば、発光管２１の管軸２１ｄを中心とする円柱の側面の一部とすることができる。この様にすれば、隙間９ａの寸法Ｓが略一定となるようにすることが容易となる。そのため、発光管２１の冷却を効果的に行うことができる。

冷却部９は、ブロック状を呈し、発光管２１の管軸２１ｄに沿った方向に延びた形状を有している。冷却部９は、熱伝導率の高い材料から形成することが好ましい。冷却部９は、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属から形成することができる。冷却部９の内部には、ガスを流すための孔９ｃを設けることができる。孔９ｃは、発光管２１の管軸２１ｄに沿って延びている。図２に示すように、孔９ｃの両端は、栓９ｃ１により塞がれている。孔９ｃの数や断面形状には特に限定はないが、複数の孔９ｃが設けられていれば、発光管２１の冷却を効果的に行ったり、発光管２１に温度分布が生じるのを抑制したりすることができる。

図２に示すように、孔９ｃには、供給孔９ｃ２を設けることができる。供給孔９ｃ２の一方の端部は孔９ｃに開口し、他方の端部は、例えば、冷却部９の、外部電極２６側とは反対側の面に開口している。供給孔９ｃ２には配管継手を介して配管７４を接続することができる。供給孔９ｃ２の数には限定がないが、複数の供給孔９ｃ２を設けることが好ましい。例えば、孔９ｃの両側の端部の近傍のそれぞれに、供給孔９ｃ２を設けることができる。この様にすれば、孔９ｃの両端側からガスを供給することができるので、発光管２１の表面に供給されるガスの流量がばらつくのを抑制することができる。

図２に示すように、孔９ｃには、複数の排出孔９ｃ３を設けることができる。複数の排出孔９ｃ３は、発光管２１の管軸２１ｄに沿った方向に並べて設けることができる。排出孔９ｃ３の一端は孔９ｃに開口し、他端は隙間９ａに開口している。複数の排出孔９ｃ３の開口寸法は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、発光管２１の中央領域は、発光管２１の端部の近傍に比べて温度が高くなりやすい。そのため、発光管２１の中央領域に対峙する排出孔９ｃ３の開口寸法を、発光管２１の端部の近傍に対峙する排出孔９ｃ３の開口寸法よりも大きくすることができる。この様にすれば、温度が高くなりやすい発光管２１の中央領域に供給されるガスの流量を増加させることができる。そのため、発光管２１の冷却を効果的に行ったり、発光管２１に温度分布が生じるのを抑制したりすることができる。

複数の排出孔９ｃ３のピッチ寸法Ｐ２は、例えば、コイル２２ａのピッチ寸法Ｐ１以下とすることができる。ピッチ寸法Ｐ２は、例えば、１０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下とすることができる。複数の排出孔９ｃ３の間隔は、略一定であってもよいし、異なっていてもよい。前述したように、発光管２１の中央領域は、発光管２１の端部の近傍に比べて温度が高くなりやすい。そのため、発光管２１の中央領域に対峙する排出孔９ｃ３のピッチ寸法を、発光管２１の端部の近傍に対峙する排出孔９ｃ３のピッチ寸法よりも小さくすることができる。この様にすれば、温度が高くなりやすい発光管２１の中央領域に供給されるガスの流量を増加させることができる。そのため、発光管２１の冷却を効果的に行ったり、発光管２１に温度分布が生じるのを抑制したりすることができる。

また、図５に示すように、排出孔９ｃ３は、発光管２１の管軸２１ｄに向かって延びる形状を有することができる。この様にすれば、発光管２１の表面にガスを吹き付けることができ、且つ、発光管２１の表面に略均等にガスを流すのが容易となる。
また、排出孔９ｃ３は、発光管２１の管軸２１ｄに沿った方向に延びるスリットなどとしてもよい。排出孔９ｃ３がスリットなどであれば、発光管２１の表面のより広い領域にガスを直接供給することができる。

図２および図５に示すように、冷却部９には、バリア放電ランプ２を保持する複数の保持部９ｄを設けることができる。複数の保持部９ｄは、冷却部９の、フレーム５側とは反対側の端面に設けることができる。フレーム５の面５ａに垂直な方向において、複数の保持部９ｄのフレーム５側とは反対側の面９ｄ１は、発光管２１の管軸２１ｄと、発光管２１のフレーム５側とは反対側の端部２１ｅとの間の領域に位置するようにすることが好ましい。この様にすれば、発光管２１の保持が容易となるので、バリア放電ランプ２の姿勢を安定させることができる。

保持部９ｄは、例えば、板状を呈するものとすることができる。発光管２１の管軸２１ｄに直交する方向において、一対の保持部９ｄが、発光管２１を挟んで設けられている。一対の保持部９ｄの発光管２１側の端部は、外部電極２６を介して発光管２１に接触させることができる。
一対の保持部９ｄと、外部電極２６の取り付け部２６ａは、ネジなどの締結部材を用いて、冷却部９に取り付けられている。

図６（ａ）、（ｂ）は、一対の保持部を例示するための模式斜視図である。
例えば、図６（ａ）に示すように、同じ形状を有する保持部９ｄを一対設けることができる。保持部９ｄは板状を呈し、厚み方向に貫通する取付穴９ｄ２を少なくとも１つ有することができる。保持部９ｄの発光管２１側の側面９ｄ３は、曲面とすることができる。側面９ｄ３の曲率半径は、発光管２１の管径の半分の値と同じ、または若干大きくすることができる。または、側面９ｄ３を曲面ではなく、前記曲率半径に近似させた傾斜面としても良い。保持部９ｄの材料は、例えば、ステンレスなどの金属や、フッ素樹脂などの樹脂とすることができる。

例えば、図６（ｂ）に示すように、保持部１９と保持部２９を設けることができる。保持部１９は、保持部２９と対峙させて設けることができる。
保持部１９は、板状を呈し、冷却部９に取り付けられる面１９ｄ１を有している。保持部１９の発光管２１側の側面１９ｄ３は、曲面とすることができる。側面１９ｄ３の曲率半径は、発光管２１の管径の半分の値と同じ、または若干大きくすることができる。または、側面１９ｄ３を曲面ではなく、前記曲率半径に近似させた傾斜面としても良い。保持部１９は、厚み方向に貫通する取付穴１９ｄ２を少なくとも１つ有することができる。取付穴１９ｄ２は、保持部１９と保持部２９が対峙する方向に延びた形状を有する、そのため、保持部１９の側面１９ｄ３と保持部２９の側面２９ｄ３との間の距離を調整することができる。

保持部２９は、板状を呈し、冷却部９に取り付けられる面２９ｄ１を有している。保持部２９の発光管２１側の側面２９ｄ３は、曲面とすることができる。側面２９ｄ３の曲率半径は、発光管２１の管径の半分の値と同じ、または若干大きくすることができる。または、側面２９ｄ３を曲面ではなく、前記曲率半径に近似させた傾斜面としても良い。保持部２９は、厚み方向に貫通する取付穴２９ｄ２を少なくとも１つ有することができる。面２９ｄ１の、側面２９ｄ３の側とは反対側の周縁には凸部２９ｄ４を設けることができる。面２９ｄ１が冷却部９に取り付けられた際には、凸部２９ｄ４が冷却部９の側面に接触する様にすることができる。この様にすれば、冷却部９に対する保持部２９の位置を決めることができる。そして、保持部１９を保持部２９の側に移動させることで、保持部１９と保持部２９の間にバリア放電ランプ２を挟むようにすることができる。そのため、バリア放電ランプ２の保持位置を所定の範囲内とすることができ、且つ、バリア放電ランプ２の保持をより確実に行うことができる。

保持部１９および保持部２９の材料は、例えば、ステンレスなどの金属や、フッ素樹脂などの樹脂とすることができる。

前述したように、冷却部９と外部電極２６との間の隙間９ａにおいて、隙間９ａの条件によっては、硝酸が生成される場合がある。硝酸が生成されると、発光管２１の光学特性が劣化したり、紫外線を照射する対象物に損傷が発生したりするおそれがある。そこで、紫外線照射装置１には、温度制御部１０が設けられている。

温度制御部１０は、冷却部９の温度、および、隙間９ａに供給されるガスの温度、の少なくともいずれかを制御する。例えば、温度制御部１０は、冷却部９およびガス供給部７の少なくともいずれかに設けられたヒータなどとすることができる。

例えば、温度制御部１０は、冷却部９とフレーム５の間に設けられたヒータや、冷却部９の内部に設けられたヒータなどとすることができる。この場合、温度センサを冷却部９に設け、コントローラ８が、温度センサからの信号に基づいて温度制御部１０を制御することができる。

また、例えば、温度制御部１０は、配管７４などに設けられたヒータなどとすることができる。この場合、温度センサを配管７４や冷却部９に設け、コントローラ８が、温度センサからの信号に基づいて温度制御部１０を制御することができる。

ここで、五酸化二窒素の昇華温度は３２．４℃である。そのため、隙間９ａにあるガスの温度を３２．４℃以上にすれば、五酸化二窒素が固体となるのを抑制することができる。五酸化二窒素が気体であれば、ガス供給部７により隙間９ａに供給されたガスとともに五酸化二窒素を排出するのが容易となる。
また、五酸化二窒素は、４５℃〜５０℃程度に加熱されると、二酸化窒素と酸素に分解される。そのため、隙間９ａにあるガスの温度を４５℃以上にすれば、硝酸の生成を抑制することができる。

図７（ａ）は、冷却部９の温度と、硝酸の生成との関係を例示するための表である。
図７（ｂ）は、冷却部９およびフレーム５の温度と、硝酸の生成との関係を例示するための表である。
なお、図７（ａ）、（ｂ）における「×」は、硝酸の生成が確認された場合である。「△」は、微量の硝酸の生成が確認された場合である。「○」は、硝酸の生成が確認されなかった場合である。

前述したように、五酸化二窒素の昇華温度は３２．４℃である。そのため、図７（ａ）、（ｂ）から分かるように、冷却部９の温度、または、冷却部９およびフレーム５の温度を３２．４℃以上とすれば、五酸化二窒素が昇華して隙間９ａの外部に排出され易くなるので、硝酸の生成を抑制することができる。

この場合、冷却部９の温度、または、冷却部９およびフレーム５の温度を高くすれば、五酸化二窒素の昇華を促進させることができるので、硝酸の生成をさらに抑制することができる。
この場合、図７（ａ）、（ｂ）から分かるように、冷却部９の温度、または、冷却部９およびフレーム５の温度を３５℃以上とすれば、硝酸の生成をさらに抑制することができる。

ここで、前述したように、五酸化二窒素は、４５℃〜５０℃程度に加熱されると、二酸化窒素と酸素に分解される。そのため、冷却部９の温度、または、冷却部９およびフレーム５の温度を４５℃以上とすれば、硝酸の生成を効果的に抑制することができる。
ところが、冷却部９の温度、または、冷却部９およびフレーム５の温度を４５℃以上とすれば、発光管２１の温度が高くなり過ぎて、発光管２１に反りや曲がりなどの変形が生じるおそれがある。

本発明者の得た知見によれば、冷却部９の温度、または、冷却部９およびフレーム５の温度が３５℃以上、４０℃以下であれば、熱による発光管２１の変形を抑制することができ、且つ、硝酸の生成を抑制することができる。
すなわち、温度制御部１０は、冷却部９の温度、または、冷却部９およびフレーム５の温度を、３２．４℃以上、４０℃以下にすることが好ましく、３５℃以上、４０℃以下にすることがさらに好ましい。

なお、熱による発光管２１の変形の抑制、および、硝酸の生成の抑制を図るためには、冷却部９の温度を制御すれば良い。ただし、冷却部９およびフレーム５の温度を制御すれば、温度が変動するのを抑制することができるので、熱による発光管２１の変形の抑制効果、および、硝酸の生成の抑制効果を安定させることができる。

図８は、他の実施形態に係る紫外線照射装置１ａを例示するための模式側面図である。図８に示すように、紫外線照射装置１ａには、バリア放電ランプ２、位置決め部３、位置決め部４、フレーム５、点灯回路６、ガス供給部７、コントローラ８、冷却部９、温度制御部１０、およびカバー１１を設けることができる。

カバー１１は、窓１１ａと取付部材１１ｂを有することができる。
窓１１ａは、板状を呈し、バリア放電ランプ２の、フレーム５側とは反対側に設けることができる。すなわち、窓１１ａは、バリア放電ランプ２と、紫外線を照射する対象物との間に設けることができる。窓１１ａは、紫外線を透過する材料から形成することができる。窓１１ａは、例えば、石英ガラスや、紫外線を透過するフッ素樹脂などから形成することができる。特に、１７２ｎｍの紫外線を放射するキセノンが封入されたバリア放電ランプ２の場合、窓１１ａは、１７２ｎｍの紫外線を透過する合成石英ガラスを使用することができる。

取付部材１１ｂの一端は、例えば、ネジなどの締結部材を用いて、フレーム５の側面などに取り付けることができる。取付部材１１ｂの他端には、例えば、ネジなどの締結部材を用いて、窓１１ａを取り付けることができる。

ここで、紫外線が対象物に照射されると、対象物の成分が蒸散する場合がある。蒸散した対象物の成分が発光管２１に付着すると、バリア放電ランプ２から照射さる紫外線の照度が低下するおそれがある。

紫外線照射装置１ａには、カバー１１（窓１１ａ）が設けられているので、蒸散した対象物の成分が発光管２１に付着するのを抑制することができる。また、冷却部９と外部電極２６との間の隙間９ａに供給されたガスは、バリア放電ランプ２と窓１１ａとの間の空間に流入することになる。そのため、紫外線照射装置１ａの周囲にある蒸散した対象物の成分がバリア放電ランプ２と窓１１ａとの間の空間に侵入するのを抑制することができる。すなわち、隙間９ａから流出したガスをパージガスとして再利用することができる。例えば、１７２ｎｍの紫外線を放射するキセノンが封入されたバリア放電ランプ２の場合、発光管２１から窓１１ａまでの空間での紫外線の減衰を防止するため、冷却用ガスとしては、不活性ガス、例えば、窒素、アルゴンの使用が適当である。
なお、蒸散した対象物の成分が窓１１ａに付着するが、窓１１ａは単なる板状体のため、取り外して交換したり、洗浄したりすることが容易である。
また、仮に、前述した硝酸が生成され、バリア放電ランプ２から滴下したとしても、滴下した硝酸をカバー１１（窓１１ａ）により受け止めることができる。そのため、硝酸が、対象物に付着するのをより確実に抑制することができる。さらに、バリア放電ランプ２と窓１１ａとの間の空間に供給された不活性ガスにて、完全にパージすることで、原理的には硝酸の発生を防止することが可能となる。

本実施の形態に係る紫外線照射装置１ａとすれば、バリア放電ランプ２から照射さる紫外線の照度が低下するのを抑制することができ、且つ、メンテナンスなども容易とすることができる。
また、バリア放電ランプ２と対象物との間の距離を小さくしても、蒸散した対象物の成分が発光管２１に付着するのを抑制することができる。そのため、対象物に照射される紫外線の照度を大きくすることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１紫外線照射装置、１ａ紫外線照射装置、１ｂ紫外線照射装置、２バリア放電ランプ、３位置決め部、４位置決め部、５フレーム、６点灯回路、７ガス供給部、８コントローラ、９冷却部、９ａ隙間、９ｂ面、９ｃ孔、９ｃ３排出孔、９ｄ保持部、１０温度制御部、１１カバー、１１ａ窓、１９保持部、２１発光管、２１ｄ管軸、２２内部電極、２４端子カバー、２６外部電極、２６ａ取り付け部、２９保持部

Claims

筒状を呈し、内部空間に希ガスが封入された発光管と；
前記内部空間に設けられたコイルを有する内部電極と；
前記発光管の外側に設けられた外部電極と；
前記外部電極の外側に隙間を介して設けられた冷却部と；
前記隙間にガスを供給するガス供給部と；
前記冷却部の温度、および、前記隙間に供給される前記ガスの温度、の少なくともいずれかを制御する温度制御部と；
を具備した紫外線照射装置。
前記温度制御部は、前記冷却部の温度を、３２．４℃以上、４０℃以下にする請求項１記載の紫外線照射装置。
前記冷却部が取り付けられるフレームをさらに具備し、
前記温度制御部は、前記冷却部の温度、および前記フレームの温度を、３２．４℃以上、４０℃以下にする請求項１記載の紫外線照射装置。