JP2022035585A - 紫外線照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エキシマランプを搭載した紫外線照射装置において、始動性を向上させる。【解決手段】紫外線照射装置は、希ガスを含む放電用ガスが封入された発光管を有する複数のエキシマランプを備える。複数のエキシマランプは、第一封入ガス圧で放電用ガスが封入された第一エキシマランプと、第一封入ガス圧よりも低い第二封入ガス圧で放電用ガスが封入された第二エキシマランプとを含む。第一エキシマランプは、第二エキシマランプからの出射光の少なくとも一部が入射可能な位置に配置されている。【選択図】図１
Description
本発明は、紫外線照射装置に関し、特にエキシマランプを搭載した紫外線照射装置に関する。
従来、発光管内に封入された放電用ガスに対して石英ガラス等の誘電体を介して電圧を印加することで発光させる、誘電体バリア放電を利用したランプ（以下、「エキシマランプ」と称する。）が知られている。
エキシマランプは、放電用ガスの種類や組み合わせによって、特有の発光波長を示す。例えば、希ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、又はキセノン（Ｘｅ）を放電用ガスとして利用したエキシマランプや、ハロゲンガスとしてのフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、ヨウ素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）と前記希ガスとの混合ガスを放電用ガスとして利用したエキシマランプが知られている。例えば、下記特許文献１には、放電用ガスの種類や組み合わせによって、ピーク波長が１２６ｎｍ～３０８ｎｍを示す多様な光を得ることができることが記載されている。
近年、エキシマランプを搭載した紫外線照射装置の需要が高まりを見せつつあり、使用される場面も広がりを見せている。従来は、長時間にわたる常時点灯が予定される産業用途での利用が多く考えられていたが、今後は、点灯と消灯を繰り返しながら利用される場面も多く考えられる。
しかし、エキシマランプの中には、始動性が悪いものも存在し、中には消灯期間が長くなると点灯することが困難なものも存在する。
本発明は、上記の課題に鑑み、エキシマランプを搭載した紫外線照射装置において、始動性を向上させることを目的とする。
本発明に係る紫外線照射装置は、
希ガスを含む放電用ガスが封入された発光管を有する複数のエキシマランプを備え、
前記複数のエキシマランプは、
第一封入ガス圧で前記放電用ガスが封入された第一エキシマランプと、
前記第一封入ガス圧よりも低い第二封入ガス圧で前記放電用ガスが封入された第二エキシマランプとを含み、
前記第一エキシマランプは、前記第二エキシマランプからの出射光の少なくとも一部が入射可能な位置に配置されていることを特徴とする。
希ガスを含む放電用ガスが封入された発光管を有する複数のエキシマランプを備え、
前記複数のエキシマランプは、
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前記第一封入ガス圧よりも低い第二封入ガス圧で前記放電用ガスが封入された第二エキシマランプとを含み、
前記第一エキシマランプは、前記第二エキシマランプからの出射光の少なくとも一部が入射可能な位置に配置されていることを特徴とする。
エキシマランプの発光管内に封入される放電用ガスの封入ガス圧を高くすると、エキシマランプが長寿命化する。この理由について、放電用ガスがＫｒＣｌである場合を例に挙げて説明する。
放電用ガスが封入された発光管に電圧が印加されると、発光管内で放電が生じ、放電により放出された電子によって発光管内（放電空間内）に存在するクリプトンガス（Ｋｒ）や塩素ガス（Ｃｌ2）が励起またはイオン化され、ＫｒＣｌ*（塩化クリプトンエキシプレックス）を生成する。このＫｒＣｌ*は極めて不安定な化合物であり、短時間でＫｒとＣｌ2に分離し、その際に固有の発光（エキシマ光）が生じる。この種の放電用ガスが封入されたエキシマランプは、ピーク波長が２２２ｎｍ近傍の紫外線を発する。
ところで、上記の例の場合には、放電を繰り返すことで、高エネルギー化された放電用ガスの一部（特にＣｌ）が発光管の管壁（バルブ）内に打ち込まれ、この結果、経時的に放電用ガスを構成する原子が減少してしまう。これにより、生成されるＫｒＣｌ*の量が減少するため、照度が徐々に低下する。このような問題は、照度が低下する速度の傾向に差はあるものの、放電用ガスの種類によらず概ねエキシマランプが内在的に抱えている問題である。
上述したように、エキシマランプを搭載した紫外線照射装置の需要が高まりを見せつつある昨今においては、紫外線照射装置を長時間利用した後の照度維持率を高めて長寿命化を図ることは重要な要素である。このような事情に鑑み、照度維持率を高める方法として、放電用ガスのガス種となる原子量を予め多くしておくこと、言い換えれば、封入ガス圧を高めておくことが有効であると考えられる。
しかしながら、発光管内に封入される放電用ガスの封入ガス圧を高めると、始動性が低下するという別の問題が生じる。これは、パッシェンの法則に基づくものである。「発明が解決しようとする課題」の項で上述したように、エキシマランプを搭載した紫外線照射装置の利用場面が広がりを見せつつある昨今においては、始動性を高めることは重要であるところ、照度維持率を向上するために始動性を犠牲にすることはなるべく回避したいという事情がある。
始動性を高める一つの方法としては、電圧を高める方法が考えられる。しかし、入力電圧を高めるためには、電源系統や冷却系統が大型化する懸念があるため、紫外線照射装置の利用場面を限定化してしまうおそれがある。
上記の紫外線照射装置は、封入ガス圧の異なる複数のエキシマランプ（第一エキシマランプ、第二エキシマランプ）を搭載している。上述したように、封入ガス圧が低いほど始動性は向上する。このため、封入ガス圧の低い第二エキシマランプは、封入ガス圧の高い第一エキシマランプよりも高い始動性が得られる。つまり、紫外線照射装置を稼働させると、ケーシング内に収容されている複数のエキシマランプのうち、第二エキシマランプが先に点灯する傾向を示す。
上記の構成によれば、第一エキシマランプは、第二エキシマランプからの出射光の少なくとも一部が入射可能な位置に配置されている。このため、先に点灯した第二エキシマランプからの出射光が、第一エキシマランプ内に入射される。すると、第一エキシマランプは、この第二エキシマランプからの出射光をトリガとして始動性が向上する。
つまり、上記の紫外線照射装置によれば、封入ガス圧の低い第二エキシマランプの始動時間とほぼ同等の時間で、封入ガスの高い第一エキシマランプを始動できる。そして、この紫外線照射装置は、封入ガス圧の高い第一エキシマランプを搭載しているため、第二エキシマランプのみを搭載している場合と比べて、高い照度維持率が実現される。
更に、この紫外線照射装置は、少なくとも封入ガス圧の低い第二エキシマランプを点灯できる程度に電圧を印加できる構成であればよいため、大型の電源系を搭載する必要がない。つまり、電源系や冷却系を小型化しながらも、高い始動性と高い照度維持率を両立した紫外線照射装置が実現される。
更に、第一エキシマランプに封入される放電用ガスと第二エキシマランプに封入される放電用ガスを同じ種類のガスとしておくことで、両者が点灯した状態においては、第一エキシマランプのみが搭載されている状態又は第二エキシマランプが搭載されている状態と同一の発光スペクトルを実現できる。
上述したように、エキシマランプにおいて、放電用ガスの封入ガス圧を高めた場合に生じる始動性の低下の程度は、放電用ガスの種類に依存する。特に、放電用ガスとして、希ガスとハロゲンガスの混合ガスが利用されるエキシマランプにおいて、始動性の低下の問題は顕著になる。つまり、このような希ガスとハロゲンガスの混合ガスを放電用ガスとする複数のエキシマランプが搭載された紫外線照射装置において、上記の構成を採用することで、上述した効果が顕著に得られる。
特に、Ｋｒ及びＣｌ2の混合ガスを放電用ガスとするエキシマランプにおいては、始動性の問題が特に顕著である。よって、このような混合ガスを放電用ガスとする複数のエキシマランプが搭載された紫外線照射装置において、上記の構成を採用することで、上述した効果が特に顕著に得られる。
Ｋｒ及びＣｌ2の混合ガスを放電用ガスとするエキシマランプは、ピーク波長が２２２ｎｍ近傍の紫外線を出射する。２２２ｎｍを含む、１９０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下の波長帯の紫外線は、仮に人体の皮膚に対して照射されても、皮膚の角質層で吸収され、それよりも内側（基底層側）には進行しない。角質層に含まれる角質細胞は細胞としては死んだ状態であるため、例えば、波長２５４ｎｍの紫外線が照射される場合のように、有棘層、顆粒層、真皮など、生きた細胞に吸収されてＤＮＡが破壊されるというリスクがほとんど存在しない。
そして、上記波長帯の紫外線は、照射対象物に対する殺菌効果が存在することが分かっている。従って、上記のような放電用ガスが封入されたエキシマランプを搭載した紫外線照射装置は、光殺菌作用を初めとする種々の用途への適用が想定され、幅広い利用場面が考えられる。
上記の構成によれば、光殺菌作用を示す紫外線照射装置において、始動性の向上と照度維持率の向上の両立を図ることができると共に、電源系の小型化にも寄与できる。特に、光殺菌の用途としては、狭い空間の殺菌に利用されることも想定されるところ、装置規模を小型化にしながらも、高い始動性と高い照度維持率の両立を実現できる、上記構成の紫外線照射装置は、極めて高い効果を示すといえる。
前記第二封入ガス圧と前記第一封入ガス圧の圧力差が、前記第二封入ガス圧を基準として５％以上に設定されているものとしても構わない。
かかる構成によれば、第一放電ランプの始動時間を大幅に（例えば１秒以上）短縮化する効果が期待される。
前記紫外線照射装置はＬＥＤ素子を備え、前記ＬＥＤ素子は少なくとも前記第二エキシマランプ内に出射光が入射可能に配置されているものとしても構わない。
第二エキシマランプは、放電用ガスの封入ガス圧が低いものの、単独では始動に時間がかかる場合も考えられる。上記の構成によれば、始動補助光源としてのＬＥＤ素子が搭載されているため、このＬＥＤ素子の光を受光して第二エキシマランプの始動時間を短縮化できる。なお、第一エキシマランプは、第二エキシマランプが点灯すると、上述したように第二エキシマランプからの出射光を受光してほぼ同時に点灯する。
仮に、紫外線照射装置が、封入ガス圧の低い第二エキシマランプを備えずに、封入ガス圧の高い第一エキシマランプのみを備えている場合、始動補助光源としてのＬＥＤ素子を備えていても高い始動性は得られない。これは、ＬＥＤ素子からの出射光と比べて、第二エキシマランプからの出射光は極めて高いエネルギーを有し、第一エキシマランプを始動させる効果に優れているためである。
前記複数のエキシマランプは、２本以上の前記第一エキシマランプを含むものとしても構わない。
紫外線照射装置に複数の第一エキシマランプが搭載されていても、それぞれに対して、第二エキシマランプからの出射光が入射されることで、始動性が向上する。そして、この構成によれば、照度維持率の高い第一エキシマランプが複数搭載されることで、高い始動性と高い照度を示しつつ、長寿命の紫外線照射装置が実現される。
上記構成において、前記複数のエキシマランプは、前記第一エキシマランプの本数以下の本数の前記第二エキシマランプを含むものとしても構わない。
この場合において、前記複数のエキシマランプは、２本以上の前記第二エキシマランプを含むものとしても構わない。
上記構成によれば、万一不具合によって、１本の第二エキシマランプが不点灯になった場合であっても、別の第二エキシマランプによって第一エキシマランプを点灯させることができる。
前記第一エキシマランプ及び前記第二エキシマランプは、同一の平面上において、それぞれの前記発光管の管軸に非平行な方向に並べられており、
前記紫外線照射装置は、前記第一エキシマランプ及び前記第二エキシマランプの全ての前記発光管の一部箇所に接触し、且つ前記管軸に平行な方向に離間した状態で配置された、一対の電極ブロックを備えるものとしても構わない。
前記紫外線照射装置は、前記第一エキシマランプ及び前記第二エキシマランプの全ての前記発光管の一部箇所に接触し、且つ前記管軸に平行な方向に離間した状態で配置された、一対の電極ブロックを備えるものとしても構わない。
かかる構成によれば、それぞれのエキシマランプに対して電圧を印加するための電極を共通化できるため、装置規模を小さくできる。
なお、前記紫外線照射装置は、前記複数のエキシマランプを収容するケーシングを備えるものとしても構わない。この場合において、前記第一エキシマランプは、前記ケーシング内において、前記第二エキシマランプからの出射光の少なくとも一部が入射可能な位置に配置される。
本発明によれば、エキシマランプを搭載した紫外線照射装置において、始動性を向上させることができる。
本発明に係る紫外線照射装置の実施形態につき、適宜図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致していない。また、各図面間においても、寸法比は必ずしも一致していない。
図１は、本発明に係る紫外線照射装置の一利用態様を模式的に示す図面である。図１では、紫外線照射装置１が筐体５０に搭載されており、紫外線照射装置１の光取り出し面３０から、照射対象領域４０に対して紫外線Ｌ１が照射される様子が模式的に図示されている。
図２は、紫外線照射装置１の外観の一例を模式的に示す斜視図である。図３は、図２から、紫外線照射装置１のケーシング２の本体部２ａと蓋部２ｂとを分解した斜視図である。
以下の各図では、紫外線Ｌ１の取り出し方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する平面をＹＺ平面とした、Ｘ-Ｙ-Ｚ座標系を参照して説明される。より詳細には、図２以下の図面を参照して後述されるように、エキシマランプ１０の管軸方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。
以下の説明では、方向を表現する際に正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。
図２及び図３に示すように、紫外線照射装置１は、一方の面に光取り出し面３０が形成されたケーシング２を備える。ケーシング２は、本体部２ａと蓋部２ｂとを備え、本体部２ａ内には、複数のエキシマランプ１０と電極ブロック（２１，２２）とが収容されている。本実施形態の例では、ケーシング２内に４本のエキシマランプ１０が収容されている。
図４は、図３から複数のエキシマランプ１０及び電極ブロック（２１，２２）を抽出して図示した模式的な斜視図である。また、図５は、エキシマランプ１０と電極ブロック（２１，２２）の位置関係を模式的に示す図面であり、エキシマランプ１０を＋Ｚ方向に見たときの模式的な平面図に対応する。
図４に示すように、本実施形態の紫外線照射装置１は、Ｚ方向に離間して配置された４本のエキシマランプ１０を備える。また、それぞれのエキシマランプ１０の発光管の外表面の一部箇所に接触するように、２つの電極ブロック（２１，２２）が配置されている。
複数のエキシマランプ１０は、第一エキシマランプ１１と第二エキシマランプ１２とを含む構成である。第一エキシマランプ１１と第二エキシマランプ１２とは、いずれも同一のガス種からなる放電用ガスＧ１０が発光管に封入されているが、封入ガス圧が異なっている。第一エキシマランプ１１は、第一封入ガス圧Ｐ１で放電用ガスＧ１０が封入されている。一方、第二エキシマランプ１２は、第一封入ガス圧Ｐ１よりも低い第二封入ガス圧Ｐ２で放電用ガスＧ１０が封入されている。
図４では、複数のエキシマランプ１０が、３本の第一エキシマランプ１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）と、１本の第二エキシマランプ１２とによって構成されている場合が示されている。以下では、第一エキシマランプ１１と第二エキシマランプ１２の両者を「エキシマランプ１０」と総称する。
各エキシマランプ１０は、Ｙ方向を管軸方向とした発光管を有し、Ｙ方向に離間した位置において、エキシマランプ１０の発光管の外表面が各電極ブロック（２１，２２）に対して接触している。つまり、各電極ブロック（２１，２２）は、いずれも各エキシマランプ１０の発光管の外表面に接触しつつ、Ｚ方向に関して各エキシマランプ１０に跨るように配置されている。
本実施形態における紫外線照射装置１は、上述したように、一対の電極ブロック（２１，２２）を備えており、これらは相互にＹ方向に離間した位置に配置されている。電極ブロック（２１，２２）は導電性の材料からなり、好ましくはエキシマランプ１０から出射される紫外線に対する反射性を示す材料からなる。一例として、電極ブロック（２１，２２）は、Ａｌ、Ａｌ合金、ステンレスなどで構成される。
各電極ブロック（２１，２２）の間に、例えば１ｋＨｚ～５ＭＨｚ程度の高周波の交流電圧が印加されると、各エキシマランプ１０の発光管を介して、内部に封入された放電用ガスＧ１０に対して前記電圧が印加される。放電用ガスＧ１０のガス種としては、このような電圧が印加されると、ガス種を構成する原子が励起又はイオン化されることでエキシマ状態となった後、基底状態に移行する際にエキシマ発光を生じる材料であればよい。より具体的には、放電用ガスＧ１０としては、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の一種又は複数種の希ガスであっても構わないし、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、ヨウ素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）等のハロゲンガスと前記希ガスとの混合ガスであっても構わない。
一例として、放電用ガスＧ１０としては、クリプトン（Ｋｒ）、塩素（Ｃｌ）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスとすることができる。なお、この場合、クリプトンと塩素は発光ガスとして機能し、アルゴンは緩衝ガスとして機能する。また、緩衝ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）から選択される１以上の希ガスを用いることができる。
図６は、ケーシング２の本体部２ａ内に設置されているエキシマランプ１０と、電極ブロック（２１，２２）を、光取り出し面３０とは反対側から（＋Ｘ方向に）見たときの様子を模式的に示す平面図である。本実施形態の紫外線照射装置１は、ＬＥＤ素子５を備えている。このＬＥＤ素子５は、始動補助用光源として設置されており、特に、第二エキシマランプ１２の始動を補助するために設置されている。
ＬＥＤ素子５は、一例として、ピーク波長が２５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の光Ｌ５を出射する光源である。ただし、紫外線照射装置１がＬＥＤ素子５を備える場合において、ＬＥＤ素子５から出射される光Ｌ５の波長は、第二エキシマランプ１２の始動補助機能を奏する限りにおいて限定されない。ＬＥＤ素子５から出射される光Ｌ５の波長としては、紫外光領域や青色光領域を含む、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の中から適宜選択される。
紫外線照射装置１を稼働させると、不図示の電源から電源線８（図２参照）を介して、上述したように各電極ブロック（２１，２２）の間に高周波電圧が印加される。これにより、各エキシマランプ１０に封入された放電用ガスＧ１０には、発光管を介して前記高周波電圧が印加される。
ただし、エキシマランプ１０に封入された放電用ガスＧ１０は、高周波電圧が印加されただけではエキシマ発光を生じない場合がある。特に、高い封入ガス圧である第一封入ガス圧Ｐ１で放電用ガスＧ１０が封入された第一エキシマランプ１１については、電圧が印加されるだけでは点灯を生じないか、点灯までに極めて長い時間がかかる。
本実施形態の紫外線照射装置１では、電極ブロック（２１，２２）の間に電圧が印加されると共に、ＬＥＤ素子５に対して不図示の電源から電流が供給される。これにより、ＬＥＤ素子５が点灯し、ＬＥＤ素子５からの出射光Ｌ５が第二エキシマランプ１２に対して照射される。
第二エキシマランプ１２は、電極ブロック（２１，２２）を通じて放電用ガスＧ１０に電圧が印加された状態においてＬＥＤ素子５からの出射光Ｌ５が入射されると、この光エネルギーをトリガとして短時間（例えば０．１秒～５秒以内）で点灯する。
第一エキシマランプ１１についても、ＬＥＤ素子５からの出射光Ｌ５が入射される場合がある。しかし、第一エキシマランプ１１は、第二エキシマランプ１２よりも放電用ガスＧ１０の封入ガス圧が高いため、ＬＥＤ素子５からの出射光Ｌ５に由来した光エネルギーでは瞬時点灯が難しい。すなわち、第二エキシマランプ１２よりも先に第一エキシマランプ１１が点灯することは起こらないのが通常である。
図７に示すように、第二エキシマランプ１２が点灯すると、第二エキシマランプ１２からは放電用ガスＧ１０に由来した波長のエキシマ光（紫外線Ｌ１２）が出射される。この紫外線Ｌ１２は、発光管の外周方向に進行するため、Ｚ方向に並べて配置された第一エキシマランプ１１に対しても照射される。この紫外線Ｌ１２は、ＬＥＤ素子５からの出射光Ｌ５よりも極めて高い光エネルギーを有している。これにより、第一エキシマランプ１１は、電極ブロック（２１，２２）を通じて放電用ガスＧ１０に電圧が印加された状態において、第二エキシマランプ１２から出射された紫外線Ｌ１２が入射されると、この光エネルギーをトリガとしてほぼ同時に点灯する。
第一エキシマランプ１１は、第二エキシマランプ１２と同じガス種の放電用ガスＧ１０が封入されている。従って、点灯した第一エキシマランプ１１から出射される紫外線Ｌ１１は、第二エキシマランプ１２から出射される紫外線Ｌ１２と共に、同じスペクトルを示す紫外線Ｌ１として、光取り出し面３０から照射対象領域４０に向かって出射される。放電用ガスＧ１０として、クリプトン（Ｋｒ）と塩素（Ｃｌ）を含む場合には、紫外線照射装置１から出射される紫外線Ｌ１は、図８に示すようなスペクトルを示す。
エキシマランプ１０は、照度維持率を高める観点からは、封入される放電用ガスＧ１０の封入ガス圧を高くすることが好ましい。しかしながら、放電用ガスＧ１０の封入ガス圧を高くすると、電圧を印加してから点灯するまでに要する時間（始動時間）が長くなってしまう。この点を、下記表１を参照して説明する。
表１は、放電用ガスＧ１０の封入ガス圧と始動時間の関係を検証した結果である。この検証方法について説明する。
上述した紫外線照射装置１と同じ構造を有し、４本のエキシマランプ１０に封入される放電用ガスＧ１０の封入ガス圧を全て同一としたサンプルを制作した。放電用ガスＧ１０としては、クリプトンと塩素とネオンが、Ｋｒ：Ｃｌ2：Ｎｅ＝４０：１：５９の割合で混合された混合ガスが利用された。
なお、各サンプル＃１～＃５は、相互に放電用ガスＧ１０の封入ガス圧を異ならせた（表１参照）。
各サンプル＃１～＃５に対して、不図示の電源から４ｋＶの電圧を印加して、電圧印加開始から点灯開始までの時間を計測した。なお、時間の計測方法は、各サンプル＃１～＃５の光取り出し面３０に受光センサを設置し、電圧印加開始時刻と受光センサでの光検知時刻のタイムラグが計測された。
表１によれば、エキシマランプ１０に封入される放電用ガスＧ１０の封入ガス圧が高い、サンプル＃３～＃５は、封入ガス圧の低いサンプル＃１と比べて始動時間が遅くなっていることが分かる。更に、各サンプル＃３～＃５を比較すると、放電用ガスＧ１０の封入ガス圧を高めるほど始動時間が遅くなることも確認される。
なお、表１によれば、サンプル＃１とサンプル＃２では、始動時間に１秒以上の差が確認できなかった。これは、検証に用いられたシステムが、１秒未満の時間差を検知できなかったことによるものであるが、実際には０．１秒～０．５秒程度の始動遅れが生じていると推察される。
ただし、紫外線照射装置１を実際に利用する場面に鑑みると、始動遅れが発生したとしても、その時間が１秒未満である場合には、あまり大きな問題にはならない場合が多いと考えられる。一方で、１秒以上の始動遅れは、利用者にとって問題になる場合があり得る。更に、サンプル＃５のように始動遅れ時間が１０秒に達すると、点灯と消灯が繰り返し行われる場面では、運転を開始するたびに点灯に時間を要することとなり、大きな問題となり得る。
一方で、上述したように、エキシマランプ１０に封入される放電用ガスＧ１０の封入ガス圧を高めることは、エキシマランプ１０の照度維持率を向上し、長寿命化を図る上では好ましい。つまり、エキシマランプ１０に封入される放電用ガスＧ１０の封入ガス圧を一律で低くした場合には、照度維持率の観点からは好ましくないといえる。
上述したように、本実施形態の紫外線照射装置１は、封入ガス圧の低い第二エキシマランプ１２と、封入ガス圧の高い第一エキシマランプ１１を備え、第一エキシマランプ１１は、第二エキシマランプ１２から出射される紫外線Ｌ１２が入射可能な位置に配置されている。これにより、第一エキシマランプ１１は、始動の速い第二エキシマランプ１２が点灯すると、この第二エキシマランプ１２から出射される紫外線Ｌ１２をトリガとして、第二エキシマランプ１２とほぼ同時に点灯できる。
そして、紫外線照射装置１は、封入ガス圧の高い第一エキシマランプ１１を備えることで、封入ガス圧の低い第二エキシマランプ１２のみを備える場合と比べて、照度維持率の向上が図られる。
第一エキシマランプ１１と比べて第二エキシマランプ１２は放電用ガスＧ１０の封入ガス圧が低いため、照度維持率が低い。このため、長期的に使用することで、第二エキシマランプ１２から出射される紫外線Ｌ１２由来の照度は低下する。しかし、第一エキシマランプ１１から出射される紫外線Ｌ１１由来の照度の低下速度は遅いため、紫外線照射装置１の光取り出し面３０から照射される紫外線Ｌ１としては、照度の低下速度が抑制される。
特に、表１の結果に鑑みると、第二封入ガス圧Ｐ２と第一封入ガス圧Ｐ１の圧力差が、第二封入ガス圧Ｐ２を基準として５％以上となるような、第二封入ガス圧Ｐ２で放電用ガスＧ１０が封入された第二エキシマランプ１２を備えることで、始動時間を１秒以上短縮化できることが分かる。
また、表１の結果に鑑みると、第二封入ガス圧Ｐ２と第一封入ガス圧Ｐ１の圧力差が大きくなるに連れて、始動時間の短縮効果が次第に顕著となることも確認される。そのため、第二封入ガス圧Ｐ２と第一封入ガス圧Ｐ１の圧力差は、第二封入ガス圧Ｐ２を基準として１０％以上としても良く、更には２５％以上としても良い。
なお、紫外線照射装置１から照射される紫外線Ｌ１の照度維持率の低下速度をできる抑制しつつ、始動時間を短くする観点からは、第二エキシマランプ１２よりも第一エキシマランプ１１の本数を多くするのがより好ましい。
［別実施形態］
以下、別実施形態について説明する。
以下、別実施形態について説明する。
〈１〉上記実施形態では、第二エキシマランプ１２が、Ｚ方向に並べられた複数のエキシマランプ１０の最も端に位置するものとして説明した。しかし、第二エキシマランプ１２の配置位置は任意である。例えば、図９Ａに示すように、第二エキシマランプ１２が、その両側に第一エキシマランプ１１が配置されるような中央付近に位置していても構わない。
〈２〉紫外線照射装置１は、２本以上の第二エキシマランプ１２を備えるものとしても構わない。図９Ｂに示す例では、紫外線照射装置１は、３本の第一エキシマランプ１１と２本の第二エキシマランプ１２を備える構成が模式的に示されている。本発明において、紫外線照射装置１が備える、第一エキシマランプ１１と第二エキシマランプ１２のそれぞれの本数は限定されない。
例えば、図９Ｃに示すように、紫外線照射装置１は、２本の第一エキシマランプ１１と２本の第二エキシマランプ１２を備えるものとしても構わない。また、紫外線照射装置１は、１本の第一エキシマランプ１１と１本の第二エキシマランプ１２を備えるものとしても構わない。
〈３〉紫外線照射装置１が、２本以上の第一エキシマランプ１１を備える場合において、これらの第一エキシマランプ１１間で放電用ガスＧ１０の封入ガス圧が異なっていても構わない。同様に、紫外線照射装置１が、２本以上の第二エキシマランプ１２を備える場合において、これらの第二エキシマランプ１２間で放電用ガスＧ１０の封入ガス圧が異なっていても構わない。言い換えれば、紫外線照射装置１は、放電用ガスＧ１０の封入ガス圧が相対的に高い第一エキシマランプ１１と、放電用ガスＧ１０の封入ガス圧が相対的に低い第二エキシマランプ１２とを備えていればよく、３種類以上の異なる封入ガス圧を示すエキシマランプ１０を備える場合も本発明の範囲内である。
〈４〉上記実施形態では、紫外線照射装置１が始動補助用のＬＥＤ素子５を備える場合について説明した。しかし、本発明において、紫外線照射装置１がＬＥＤ素子５を備えるか否かは任意である。第二エキシマランプ１２の始動性がもともと高い場合や、トリガ電極を備える等、ＬＥＤ素子５以外の方法で第二エキシマランプ１２の始動補助が行われる場合においては、紫外線照射装置１はＬＥＤ素子５を必ずしも備えなくても構わない。
〈５〉上記実施形態では、紫外線照射装置１が備える各エキシマランプ１０は、発光管の管軸方向（Ｙ方向）に直交するＺ方向に並べられるものとして説明した。しかし、上述した複数のエキシマランプ１０の配置方法はあくまで一例である。例えば、複数のエキシマランプ１０が、Ｚ方向以外の、Ｙ方向に非平行な方向に並べられていても構わない。また別の例として、複数のエキシマランプ１０の一部がＸ方向にずれた状態で並べられていても構わない。
〈６〉図２～図６を参照して上述した、紫外線照射装置１が備える各エキシマランプ１０の形状や、各エキシマランプ１０に対して電圧を印加するための電極ブロック（２１，２２）の形状並びに配置態様は任意であり、本発明はこれらの形状等に限定されない。
〈７〉各エキシマランプ１０を収容するケーシング２は、必ずしも閉空間を形成する必要はない。例えば、ケーシング２は、１つの面が開放され、３方を囲むような形状であっても構わない。
また、紫外線照射装置１は、必ずしもケーシング２を備えなくても構わない。言い換えれば、本発明は、紫外線照射装置１に搭載された各エキシマランプ１０が完全に露出した状態で設置される場合も含まれる。
１ ：紫外線照射装置
２ ：ケーシング
２ａ ：本体部
２ｂ ：蓋部
５ ：ＬＥＤ素子
８ ：電源線
１０ ：エキシマランプ
１１ ：第一エキシマランプ
１２ ：第二エキシマランプ
３０ ：光取り出し面
４０ ：照射対象領域
５０ ：筐体
Ｇ１０ ：放電用ガス
２ ：ケーシング
２ａ ：本体部
２ｂ ：蓋部
５ ：ＬＥＤ素子
８ ：電源線
１０ ：エキシマランプ
１１ ：第一エキシマランプ
１２ ：第二エキシマランプ
３０ ：光取り出し面
４０ ：照射対象領域
５０ ：筐体
Ｇ１０ ：放電用ガス
Claims (9)
- 希ガスを含む放電用ガスが封入された発光管を有する複数のエキシマランプを備え、
前記複数のエキシマランプは、
第一封入ガス圧で前記放電用ガスが封入された第一エキシマランプと、
前記第一封入ガス圧よりも低い第二封入ガス圧で前記放電用ガスが封入された第二エキシマランプとを含み、
前記第一エキシマランプは、前記第二エキシマランプからの出射光の少なくとも一部が入射可能な位置に配置されていることを特徴とする、紫外線照射装置。 - 前記第二封入ガス圧と前記第一封入ガス圧の圧力差が、前記第二封入ガス圧を基準として５％以上に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の紫外線照射装置。
- ＬＥＤ素子を備え、
前記ＬＥＤ素子は、当該ＬＥＤ素子からの出射光が少なくとも前記第二エキシマランプ内に入射可能に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。 - 前記複数のエキシマランプは、２本以上の前記第一エキシマランプを含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。
- 前記複数のエキシマランプは、前記第一エキシマランプの本数以下の本数の前記第二エキシマランプを含むことを特徴とする、請求項４に記載の紫外線照射装置。
- 前記複数のエキシマランプは、２本以上の前記第二エキシマランプを含むことを特徴とする、請求項５に記載の紫外線照射装置。
- 前記放電用ガスは、前記希ガスに加えてハロゲンガスを含むことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。
- 前記放電用ガスは、Ｋｒ及びＣｌ2の混合ガスであることを特徴とする、請求項７に記載の紫外線照射装置。
- 前記第一エキシマランプ及び前記第二エキシマランプは、同一の平面上において、それぞれの前記発光管の管軸に非平行な方向に並べられており、
前記第一エキシマランプ及び前記第二エキシマランプの全ての前記発光管の一部箇所に接触し、且つ前記管軸に平行な方向に離間した状態で配置された、一対の電極ブロックを備えることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。
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