JP2022057575A - 紫外線照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】状況に応じて紫外線波長の光を照射できる紫外線照射装置を提供する。【解決手段】紫外線照射装置10は、第1紫外線波長の光を照射する第1光源21と、第1紫外線波長の光とは異なる光を照射する第2光源22とを備える。第2光源22が照射する光は、第1紫外線波長の光とはピーク波長が異なる第2紫外線波長の光である。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。
従来、殺菌などを目的として、空気中に紫外線を照射する紫外線照射装置がある。このような空気中に紫外線を照射する紫外線照射装置では、強い殺菌効果が求められたり、例えば人体への紫外線による影響などを考慮する必要があったりするなど、状況に応じて求められる紫外線波長の光の照射が異なる場合がある。
本発明が解決しようとする課題は、状況に応じて紫外線波長の光を照射できる紫外線照射装置を提供することを目的とする。
実施形態の紫外線照射装置は、第1紫外線波長の光を照射する第1光源と、第1紫外線波長の光とは異なる光を照射する第2光源とを備える。
実施形態の紫外線照射装置によれば、状況に応じて紫外線波長の光を照射できる。
以下、第1の実施形態を、図1ないし図4を参照して説明する。
図1に紫外線照射装置10の模式図を示す。本実施形態の紫外線照射装置10は、直管形の紫外線ランプの形態の例を示す。
紫外線照射装置10は、光源部11、この光源部11を収容する直管カバーであるカバー12、このカバー12の一端に取り付けられた給電用の口金13、およびカバー12の他端に取り付けられた非給電用の口金14を備えている。そして、カバー12および口金13,14などによって光源部11を収容する筐体15が構成されている。さらに、給電用の口金13は、光源部11に電力を供給する給電部16である。
そして、図2に光源部11の斜視図を示す。光源部11は、第1光源21と、第2光源22と、第3光源23とを有している。光源部11は、各光源21,22,23にそれぞれ半導体発光素子を用い、これら半導体発光素子を基板24に実装した発光モジュール25にて構成されている。
まず、図1および図2を参照して基板24を説明する。基板24については、直管形の紫外線照射装置10の長手方向(軸方向)に沿って細長い平板状に形成されている。基板24は、紫外線劣化しにくい例えば窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(Si3N4)などの無機材料を主成分とする基板ベースを有している。あるいは、放熱性が良好な銅(Cu)、アルミニウム(Al)などの金属材料を主成分とする基板ベースを有している。この基板ベースの表面に、接続回路の金属製の配線パターン26が形成されている。基板24の配線パターン26上に複数の各光源21,22,23が直列または直並列に接続されるように実装されている。基板24の端部には、給電部16と電気的に接続するための一対の接続部27が設けられている。一対の接続部27は、配線パターン26の正極側と負極側とにそれぞれ接続されている。なお、一対の接続部27は、配線パターン26の一部でもよいし、金属製のコネクタでもよい。
第1光源21は、第1紫外線波長の光を照射する。第1光源21は、UV-C(100~280nm)の波長の範囲にピーク波長(分光分布の最も強度が高くなる波長)を有する第1紫外線波長の光を照射する。そして、第1光源21は、紫外線波長の光のみを照射し、可視光波長の光を含む他の波長域の光を照射しない。
第2光源22は、第1紫外線波長の光とは異なる光を照射する。本実施形態では、第2光源22が照射する光は、第1紫外線波長の光とはピーク波長が異なる第2紫外線波長の光である。第2光源22は、例えばUV-A(320~400nm)の波長の範囲にピーク波長を有する第2紫外線波長の光を照射する。この第2紫外線波長の光の範囲においては、殺菌力の強い約254nmにピーク波長を有していてもよい。そして、第2光源22は、紫外線波長の光のみを照射し、可視光波長の光を含む他の波長域の光を照射しないことが好ましい。
第3光源23は、紫外線波長の光よりも長波長である可視光波長の光を照射する可視光光源である。
そして、第1光源21と第2光源22は、複数用いられ、基板24の長手方向に沿って、1つおきまたは複数個おきに交互に配置されるように、接続回路の配線パターン26上に実装されている。第3光源23は、1つまたは複数用いられ、基板24の長手方向の一端側に配置されるように、接続回路の配線パターン26上に実装されている。第1光源21と第2光源22と第3光源とは、基板24上で直列または直並列に接続されている。そのため、直列に接続されている第1光源21と第2光源22と第3光源23とは、正常時には全てが点灯可能で、いずれか1つでも断線などの異常が発生した場合には直列に接続されている全てが消灯する。可視光波長の光を照射する第3光源23の点灯時には第1光源21および第2光源22から紫外線波長の光が照射されていることを確認可能とし、消灯時には第1光源21および第2光源22から紫外線波長の光が照射されていないことを確認可能とする。
第1光源21および第2光源22が配置される領域と第3光源23が配置される領域との間には、第1光源21および第2光源22からの紫外線波長の光が、紫外線波長よりも長波長の光つまり可視光波長の光を照射する第3光源23に照射されるのを防止する遮蔽部28が設けられている。遮蔽部28は、例えば、金属や、石英ガラス以外のガラスなどの紫外線波長の光を透過しない無機材料で形成されている。また、遮蔽部28は、ハーフミラーや、プリズムレンズであってもよい。これらハーフミラーやプリズムレンズの場合、石英ガラス以外のガラスを用いることにより、第1光源21および第2光源22から第3光源23側に向う紫外線波長の光は反射させ、第3光源23から第1光源21および第2光源22に向う可視光波長の光は透過させる。そして、遮蔽部28により、紫外線波長の光による第3光源23の劣化を防止する。
また、カバー12は、紫外線照射装置10の長手方向に沿って細長い円筒状に形成されている。カバー12は、紫外線劣化しにくく、紫外線および可視光(可視光線)の光が透過する例えば二酸化ケイ素(SiO2)を含む石英ガラスなどの無機材料を主成分として形成されている。カバー12は、紫外線および可視光が透過する透光部12aを有している。透光部12aは、各光源21,22,23に対向する少なくともカバー12の光照射方向の領域に形成されている。
また、給電部16(口金13)は、筐体15に設けられる給電部本体(口金本体)31、およびこの給電部本体31に設けられる一対の電極32を有している。
給電部本体31は、紫外線劣化しにくい例えば金属などの無機材料によって形成されている。給電部本体31は、カバー12に嵌合される円筒状の筒部33、およびこの筒部33の外端面に設けられた端面部34を有している。なお、給電部本体31は樹脂材料で形成されていてもよく、この場合には紫外線が給電部本体31に入射しないように遮蔽部を設ければよい。
電極32は、紫外線劣化しにくい無機材料である導電性を有する金属材料で形成されている。本実施形態の電極32は、ピン形状で、給電部本体31の外端面から突設されているとともに給電部本体31の内側に貫通されている。給電部本体31が金属材料で形成されている場合、給電部本体31の電極32が貫通する部分には、例えば絶縁紙やセラミックスなどの絶縁性を有する無機材料の絶縁部35が形成され、給電部本体31と電極32とが絶縁されている。電極32は、基板24の接続部27に直接接続されている。すなわち、電極32が配線パターン26に直接接続され、あるいは電極32が基板24に実装された金属製のコネクタに差し込まれて接続される。なお、給電部16の電極32は、ピン形状に限らず、例えばコネクタ形状など、どのような形状でもよい。
また、口金15は、カバー12に嵌合して取り付けられる金属などの無機材料で形成された口金本体41、およびこの口金本体41の外端面から突設された金属製の非給電ピン42を有している。非給電ピン42は、器具側への取付用、あるいはアース接続用に用いられる。なお、アース接続用に用いられる場合には、給電部16の電極32と同様に、基板24に設けた接続部27と直接接続されるように構成される。
次に、図3には紫外線照射装置10を用いる照明装置51を示す。照明装置51は、細長く形成された器具本体52を有している。この器具本体52の長手方向の両端には、紫外線照射装置10の給電部16(口金13)および口金14がそれぞれ装着される給電用のソケット53および非給電用のソケット54が配置されている。器具本体52には、例えば交流電力を所定の直流電力に変換して紫外線照射装置10に供給する電源部55が配置されている。
そして、外部電力が電源部55に供給されると、この電源部55で外部電力を変換して給電用のソケット53および給電部16を通じて発光モジュール25に供給し、発光モジュール25の直列または直並列に接続されている複数の光源21,22,23が点灯する。
光源21,22からは紫外線波長の光が放射され、この紫外線波長の光がカバー12を透過して外部に照射される。外部に照射される紫外線波長の光により、空気中や被照射物の表面を殺菌(または減菌、除菌)する。
第3光源23からは可視光波長の光が放射され、この可視光波長の光がカバー12を透過して外部に放射される。これにより、紫外線照射装置10の点灯時つまり紫外線波長の光の照射時には、第3光源23が必ず点灯するため、カバー12を通じて第3光源23の点灯を視認することにより、紫外線照射装置10から紫外線波長の光が照射されていることを確認できる。さらに、第3光源23からの可視光波長の光を照明光として利用することもできる。
ところで、紫外線波長の光による殺菌は、殺菌力の強い254nmの紫外線波長の光と、強力な酸化作用および脱臭効果を持つオゾンの発生を伴う185nmの紫外線波長の光との組み合わせにより、優れた殺菌効果を発揮することが知られている。さらに、オゾンと254nmの紫外線波長の光との反応により活性酸素が発生し、この活性酸素は強力な酸化作用で汚染有機物質を分解する働きがあることが知られている。活性酸素については、UV-A(320~400nm)の波長の光により生成を促進させることも知られている。
本実施形態において、第1光源21はUV-C(100~280nm)の波長の範囲にピーク波長を有する第1紫外線波長の光を照射し、第2光源22はUV-A(320~400nm)の波長の範囲にピーク波長を有する第2紫外線波長の光を照射するため、活性酸素の生成を効率よく行うことができる。
しかも、第1光源21と第2光源22とは基板24の長手方向に沿って交互に配置されて直列または直並列に接続されているため、これら第1紫外線波長の光と第2紫外線波長の光とが同じ領域に同時に照射され、活性酸素の生成を効率よく行うことができる。
また、図4に示すように、第2光源22が照射するUV-A(320~400nm)の波長の光のピーク波長は、虫を誘引する誘虫曲線のピーク波長と近く、誘虫効果がある。そのため、第2光源22が照射するUV-A(320~400nm)の波長の光で誘引した虫に、第1光源21からUV-C(100~280nm)の波長の光を照射し、虫の駆除も可能となる。
このように、本実施形態の照明装置10では、第1紫外線波長の光を照射する第1光源21と、第1紫外線波長の光とは異なる光を照射する第2光源22とを備えることにより、状況に応じて紫外線波長の光を照射できる。
第2光源22が照射する光は、第1紫外線波長の光とはピーク波長が異なる第2紫外線波長の光であるため、異なるピーク波長の紫外線波長の光により、活性酸素の生成を効率よく行うことができるなど、相乗効果を期待できる。
また、第1光源21が照射する光はUV-C(100~280nm)の波長の範囲にピーク波長を有し、第2光源22が照射する光はUV-A(320~400nm)の波長の範囲にピーク波長を有するため、活性酸素の生成を効率よく行うことができる。
なお、紫外線照射装置10は、第1光源21と第2光源22とを備えるため、第1光源21と第2光源22とを個別に点灯するように構成してもよい。この場合、第1光源21が照射する光は200~230nm(好ましくは人体への影響の少ない約222nm)の波長の範囲にピーク波長を有し、第2光源22が照射する光は230nmよりも長波長で280nm以下の波長の範囲にピーク波長を有するようにしてもよい。そして、第1光源21と第2光源22の点灯は、人感センサによる人体の検知状況に応じて切り換わるようにすれば、人体を検知する場合に第1光源21のみを点灯させ、人体を検知しない場合に第1光源21および第2光源22の両方を点灯させて殺菌効果を向上させることが可能となる。
また、第1光源21および第2光源22は、半導体発光素子に限らず、例えばメタルハラルトランプ、紫外線ランプ、エキシマランプなどのランプでもよい。
また、第2光源22は、紫外線波長の光を照射するに限らず、可視光波長の光を照射ものでもよい。この場合、第3光源23は設けなくてもよい。
また、紫外線照射装置10は、直管形ランプ形態に限らず、電球形ランプ形態などでもよい。さらに、紫外線照射装置10は、ランプの形態に限らず、一体形の照明器具(例えば、シーリングライト、ダウンライト、ベースライトなど)の形態などでもよい。
次に、図5に第2の実施形態を示す。
図5において、60は光源ユニットで、この光源ユニット60は、複数の紫外線発光モジュール61と、複数の可視光発光モジュール62とを備えている。紫外線発光モジュール61は、紫外線波長の光を照射する半導体発光素子63と、これら半導体発光素子63が並列に接続された基板64とを有している。可視光発光モジュール62は、可視光波長の光を照射する複数の第3光源23である半導体発光素子65と、これら半導体発光素子65が並列に接続された基板66とを有している。なお、図5に示す半導体発光素子63,65の数量は一例であり、図5に示す数量に限定されるものではない。
複数の紫外線発光モジュール61と可視光発光モジュール62とが直列に接続された直列回路が形成されているとともに、この直列回路が2つ並列に接続されることにより、光源ユニット60が構成されている。
なお、1つの紫外線発光モジュール61に、第1光源21の半導体発光素子と第2光源22の半導体発光素子を設けてもよい。あるいは、第1光源21の半導体発光素子のみを設けた紫外線発光モジュール61と、第2光源22の半導体発光素子のみを設けた紫外線発光モジュール61とを別々に構成し、これら紫外線発光モジュール61を組み合わせて光源ユニット60に用いてもよい。
そして、このように紫外線発光モジュール61と可視光発光モジュール62とに分けて構成することにより、光源ユニット60の形状、大きさ、出力などに応じて、任意に組み合わせて光源ユニット60を構成することができる。
なお、紫外線波長の光を照射する光源21,22と、可視光波長の光を照射する第3光源23とは、独立して点灯、消灯可能としてもよい。この場合、例えば、照射領域に人が存在する場合には第3光源23のみを点灯して可視光波長の光を照射し、照射領域に人が存在しない場合には光源21,22のみを点灯して紫外線波長の光を照射するような照射形態を採ることができる。
また、図5に示す第2の実施形態においては、紫外線発光モジュール61や可視光発光モジュール62は着脱可能に構成されていることが好ましい。例えば、それぞれのモジュールがコネクタなどで取付けられることで着脱可能とすることができる。この場合、用途に応じて部分的にもしくは全てのモジュールを付け替えたり、故障モジュールのみを交換することが可能となる。
次に、図6および図7に第3の実施形態を示す。
紫外線照射装置70は、室内などの天井面や壁面などに設置される。紫外線照射装置70は、筐体71と、この筐体71の内外の空気を循環させる循環部72と、筐体71の内部に配置された光源部73とを備えている。
筐体71は、紫外線劣化しにくい金属製で、内部に空間部を有する箱形に形成されている。筐体71の光照射方向に向けた一面に、光源部73からの光を外部に照射する照射窓74が設けられている。照射窓74は、紫外線波長の光が透過するとともに紫外線劣化しにくい材料で形成されたカバーで覆われていてもよい。また、筐体71の少なくとも2箇所には通気口75が設けられている。通気口75は、筐体71の照射窓74の一側と他側で互いに対向する両側の側面に設けられている。
循環部72は、筐体71の1つの通気口75に設けられている。循環部72は、筐体71の外部の空気が筐体71の内部に取り込むように送風するファン76を有している。ファン76により筐体71の内部に送り込まれた空気は、他の通気口75から筐体71の外部に送り出される。ファン76は、図6に示すように、通気口75に隣接して設けられなくてもよく、ファン76は通気口75と離間して配設されてもよい。
光源部73は、例えば直管形ランプ形態の例を示す。光源部73は、基板78と、この基板78の一面に実装された複数の半導体発光素子79と、基板78を収容するケース80とを備えている。半導体発光素子79は、紫外線波長の光を照射する。ケース80は、中心軸zを中心とする円筒状で、半導体発光素子79からの紫外線波長の光の照射領域に紫外線劣化が少なく紫外線波長の光が透過する材料で形成された紫外線透過部を有している。光源部73は、筐体71の内部で、中心軸zが照射窓74と平行状となるように照射窓74に対向して配置されている。
光源部73は、図示しない切換機構により、中心軸zを中心として回転可能に支持されている。光源部73は、半導体発光素子79を筐体71の内部に向けてその筐体71の内部に紫外線波長の光を照射する第1照射形態と、半導体発光素子79を照射窓74に向けて筐体71の外部に紫外線波長の光を照射する第2照射形態とに切換可能とする。
そして、紫外線照射装置70は、図6に示す光源部73の第1照射形態において、ファン76が回転し、筐体71の外部と内部との間で空気を循環させる。このとき、筐体71内に循環される空気は光源部73と平行に流れる。
光源部73が点灯し、筐体71の内部に取り込まれた空気に紫外線波長の光を照射することで、空気を殺菌し、殺菌処理された空気を筐体71の外部に送り出す。
また、紫外線照射装置70は、図7に示す光源部73の第2照射形態において、光源部73が点灯し、照射窓74を通じて筐体71の外部に紫外線波長の光を照射し、空気や被照射物の表面を殺菌する。なお、第2照射形態では、ファン76は停止させても回転させておいてもよい。ファン76を回転させておいた場合には、紫外線照射装置70が設置された室内で紫外線波長の光を照射する空気を循環させ、空気の殺菌効率を向上できる。
そして、光源部73の第1照射形態と第2照射形態との切り換え条件は、例えばリモコンなどの端末の操作に応じて切り換わったり、人感センサによる人体の検知状況に応じて切り換わる。人感センサの場合には、人体を検知する場合に光源部73を第1照射形態に切り換え、人体を検知しない場合に光源部73を第2照射形態に切り換える。
このように、第3の実施形態の照明装置10では、光源部73が、筐体71の内部に紫外線波長の光を照射する第1照射形態と、筐体71の外部に紫外線波長の光を照射する第2照射形態とに切換可能とするため、状況に応じて紫外線波長の光を照射できる。
なお、光源部73は、直管形ランプ形態に限らず、指向性のある光源を用いて第1照射形態と第2照射形態との切り換えが可能な形態であればよい。
また、照射窓74にシャッターを開閉可能に設け、第1照射形態と第2照射形態とを切り換えてもよい。この場合、光源部73は、紫外線波長の光が筐体71の内部および照射窓74へ向けて光源部73の周囲から照射されるランプが好ましい。あるいは、光源部73は、半導体発光素子を実装した基板を用いる場合、半導体発光素子を照射窓74に対向させるとともに照射窓74から離れた位置であって、例えば照射窓74に対向する筐体71の内面側に配置してもよい。さらに、シャッターの内面は、紫外線波長の光を反射するように構成されていることが好ましい。シャッターの開閉は、上述した切り換え条件によって切り換わる。そして、第1照射形態では、シャッターを閉じ、光源部73からの紫外線波長の光が外部に照射されないようしたうえで、光源部73からの直接光とシャッターからの反射光を筐体71の内部の空気中に照射する。また、第2照射形態では、シャッターを開き、光源部73からの紫外線波長の光を照射窓74から外部に照射する。この第2照射形態では、筐体71の内部に紫外線波長の光が常に照射されるので、ファン76とシャッターは連動していなくてもよく、ファン76は第1および第2照射形態とも回転していてもよい。
次に、図8に第4の実施形態を示す。
第3の実施形態とは、紫外線照射装置70の光源部73の構成が異なる。光源部73は、基板82と、筐体71の内部に対向する基板82の一面に実装された内部照射用光源83と、筐体71の照射窓74に対向する基板82の他面に実装された外部照射用光源84とを備える。光源部73は、基板82が筐体71に支持されていてもよいし、基板82がケース内に収容されたランプ形態として筐体71に支持されていてもよい。
そして、紫外線照射装置70は、光源部73の第1照射形態において、ファン76が回転するとともに、内部照射用光源83が点灯し、筐体71の内部に取り込んだ空気に紫外線波長の光を照射し、空気中を殺菌し、殺菌処理された空気を筐体71の外部に送り出す。なお、第3の実施形態においては、第1照射形態では外部照射用光源84は消灯していることが望ましい。
また、紫外線照射装置70は、光源部73の第2照射形態において、外部照射用光源84が点灯し、照射窓74を通じて筐体71の外部に紫外線波長の光を照射し、空気や被照射物の表面を殺菌する。この第2照射形態では、内部照射用光源83は点灯していても消灯していてもよいし、ファン76は停止させても回転させておいてもよい。ファン76を回転させておいた場合には、紫外線照射装置70が設置された室内で紫外線波長の光を照射する空気を循環させ、空気の殺菌効率を向上できる。
そして、光源部73の第1照射形態と第2照射形態との切り換えは、例えばリモコンなどの端末の操作に応じて切り換わったり、人感センサによる人体の検知状況に応じて切り換わる。人感センサの場合には、人体を検知する場合に光源部73を第1照射形態に切り換え、人体を検知しない場合に光源部73を第2照射形態に切り換える。
なお、内部照射用光源83と外部照射用光源84との両方が点灯するモードがあってもよい。
また、1枚の基板82の両面に内部照射用光源83と外部照射用光源84を実施する構成に限らず、内部照射用光源83を実装した内部照射用基板と、外部照射用光源84を実装した外部照射用基板とを別々に構成してもよい。この場合、内部照射用基板と外部照射用基板との間には紫外線波長の光を透過しない部材が配設し、内部照射用光源83からの紫外線波長の光が照射窓74から外部に照射されないようにすることが好ましい。
さらに、内部照射用光源83と外部照射用光源84とは、ランプで構成してもよい。この場合にも、内部照射用光源83のランプと外部照射用光源84のランプとの間には紫外線波長の光を透過しない部材が配設することが好ましい。
なお、上述した各実施形態の紫外線照射装置10は適宜組み合わせて構成することが可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。
10 紫外線照射装置
21 第1光源
22 第2光源
70 紫外線照射装置
73 光源部
21 第1光源
22 第2光源
70 紫外線照射装置
73 光源部
Claims (5)
- 第1紫外線波長の光を照射する第1光源と;
前記第1紫外線波長の光とは異なる光を照射する第2光源と;
を備えることを特徴とする紫外線照射装置。 - 前記第2光源が照射する光は、前記第1紫外線波長の光とはピーク波長が異なる第2紫外線波長の光である
ことを特徴とする請求項1記載の紫外線照射装置。 - 前記第1光源が照射する光は、200~230nmの波長の範囲にピーク波長を有し、
前記第2光源が照射する光は、230nmよりも長波長で280nm以下の波長の範囲にピーク波長を有する
ことを特徴とする請求項1または2記載の紫外線照射装置。 - 前記第1光源が照射する光は、UV-Cの波長の範囲にピーク波長を有し、
前記第2光源が照射する光は、UV-Aの波長の範囲にピーク波長を有する
ことを特徴とする請求項1または2記載の紫外線照射装置。 - 装置内に紫外線波長の光を照射する第1照射形態と、装置外に紫外線波長の光を照射する第2照射形態とを切換可能とする光源部を備える
ことを特徴とする紫外線照射装置。
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JP2020165900A JP2022057575A (ja) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 紫外線照射装置 |
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JP2020165900A JP2022057575A (ja) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 紫外線照射装置 |
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2020
- 2020-09-30 JP JP2020165900A patent/JP2022057575A/ja active Pending
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