JP2022177882A

JP2022177882A - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP2022177882A
Application number: JP2021084305A
Authority: JP
Inventors: 晶子前田; Akiko Maeda
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2041-05-19
Also published as: JP7545116B2

Abstract

【課題】バリア放電ランプと、点灯回路とを電気的に接続する一対の配線間における寄生容量が変化するの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；第１の配線を介して前記内部電極と電気的に接続され、第２の配線を介して前記外部電極と電気的に接続された点灯回路と；前記第１の配線と、前記第２の配線とが互いに並行して延びている部分を挟む保持部と；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。内部電極は、配線を介して、点灯回路の高圧側と電気的に接続されている。外部電極は、配線を介して、点灯回路の低圧側と電気的に接続されている。

ここで、バリア放電ランプと、点灯回路とを電気的に接続する一対の配線間には寄生容量がある。この寄生容量は、一対の配線の引き回し状態によって変化する場合がある。また、複数のバリア放電ランプが設けられる場合には、バリア放電ランプ毎に一対の配線の引き回し状態が変わり、バリア放電ランプ毎に寄生容量が異なる値となる場合がある。

一対の配線間における寄生容量が変化したり、ばらついたりすると、ランプ特性が変化したり、ばらついたりする。例えば、複数のバリア放電ランプが設けられる場合には、バリア放電ランプ毎にランプ特性が異なるものとなり、所望の均斉度が得られなくなるおそれがある。

そのため、バリア放電ランプと、点灯回路とを電気的に接続する一対の配線間における寄生容量が変化するの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２０１３－２１１１６４号公報

本発明が解決しようとする課題は、バリア放電ランプと、点灯回路とを電気的に接続する一対の配線間における寄生容量が変化するの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；第１の配線を介して前記内部電極と電気的に接続され、第２の配線を介して前記外部電極と電気的に接続された点灯回路と；前記第１の配線と、前記第２の配線とが互いに並行して延びている部分を挟む保持部と；を具備している。

本発明の実施形態によれば、バリア放電ランプと、点灯回路とを電気的に接続する一対の配線間における寄生容量が変化するの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。（ａ）、（ｂ）は、保持部を例示するための模式断面図である。

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は、例えば、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、ガス供給部６、冷却部７、点灯回路８、コントローラ９、および配線部１０を備えている。
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は、例えば、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を有する。

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。

また、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が設けられる。例えば、導電部２１ｂは、１つの封止部２１ａに対して１つ設けられる。例えば、導電部２１ｂは、モリブデン箔から形成される。

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、例えば、導電部２１ｂと電気的に接続されている。アウターリード２１ｃの他方の端部は、例えば、封止部２１ａから露出している。アウターリード２１ｃは、例えば、モリブデンなどを含んでいる。

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程度である。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。

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される。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、例えば、コイル２２ａ、およびレグ２２ｂを有する。コイル２２ａ、およびレグ２２ｂは、線材を塑性加工することで一体に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程度である。線材は、例えば、タングステンやドープタングステンなどを含んでいる。

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程度である。

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以下である。なお、隙間が設けられず、例えば、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。

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。

反射膜２３は、膜状を呈し、発光管２１の内壁に設けられている。反射膜２３は、外部電極２６と内部電極２２（コイル２２ａ）との間に設けられる。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程度である。反射膜２３は、例えば、ＳｉＯ_２（二酸化珪素）を含んでいる。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。

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される。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される。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。なお、リード線２５は、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の外側に設けられる。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、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。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である。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。

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。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。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。

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１および図２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。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に取り付けられる。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。

フレーム５は、例えば、紫外線を照射する対象物に対向する位置に設けられる。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。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。

また、フレーム５には、端子５ａを設けることができる。
端子５ａは、例えば、絶縁部５ａ１と導電部５ａ２を有する。絶縁部５ａ１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される。絶縁部５ａ１は、例えば、ネジなどの締結部材を用いて、フレーム５に取り付けられる。導電部５ａ２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される。導電部５ａ２の一方の端部は、絶縁部５ａ１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る。導電部５ａ２の他方の端部は、絶縁部５ａ１の他方の端部から露出し、後述する配線１０ａが電気的に接続される。なお、リード線２５が、配線１０ａに電気的に接続される場合には、端子５ａを省くことができる。

ガス供給部６は、冷却部７に設けられた複数の排出孔７ａ２を介して、冷却部７と外部電極２６との間の隙間にガスを供給する。ガス供給部６は、例えば、ガス供給源６１、およびガス制御部６２を有する。ガス供給源６１とガス制御部６２は、配管を介して冷却部７と接続されている。

ガス供給源６１は、例えば、乾燥空気、窒素ガス、希ガスなどのガスを冷却部７に供給する。
ガス制御部６２は、例えば、冷却部７に供給するガスの流量を制御する。ガス制御部６２は、冷却部７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。また、ガス制御部６２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。

図２に示すように、冷却部７は、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。冷却部７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。冷却部７の外部電極２６側の面は、例えば、発光管２１と同芯の円柱の側面の一部とすることができる。この様にすれば、冷却部７と外部電極２６との間の隙間の寸法を略一定とすることができる。

冷却部７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７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る。冷却部７の内部には、ガスを流すための孔７ａが設けられている。孔７ａ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７ａには、供給孔７ａ１が設けられている。供給孔７ａ１には配管を介してガス供給部６が接続される。孔７ａには、複数の排出孔７ａ２が設けられている。複数の排出孔７ａ２は、発光管２１の管軸２１ｄに沿った方向に並べて設けられている。排出孔７ａ２の一端は孔７ａに開口し、他端は、冷却部７と外部電極２６との間の隙間に開口している。
ガスによる空冷構造以外にも、水による水冷構造を用いて、間接的にランプを冷却しても良い。

点灯回路８は、例えば、インバータを有する。インバータは、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。例えば、点灯回路８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。後述するように、点灯回路８は、配線１０ａ（第１の配線の一例に相当する）を介して内部電極２２と電気的に接続され、配線１０ｂ（第２の配線の一例に相当する）を介して外部電極２６と電気的に接続される。

コントローラ９は、例えば、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。コントローラ９は、例えば、コンピュータである。記憶素子には、点灯回路８とガス供給部６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７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制御などを行うことができる。また、コントローラ９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。

配線部１０は、例えば、配線１０ａ、配線１０ｂ、および保持部１０ｃを有する。
配線１０ａは、例えば、内部電極２２と、点灯回路８の高圧側とを電気的に接続する。配線１０ａの一方の端部は、例えば、導電部５ａ２およびリード線２５を介して、内部電極２２と電気的に接続される。配線１０ａの他方の端部は、例えば、点灯回路８の高圧側の出力端子と電気的に接続される。

配線１０ｂは、例えば、外部電極２６と、点灯回路８の低圧側とを電気的に接続する。配線１０ｂの一方の端部は、例えば、外部電極２６と電気的に接続される。配線１０ｂの他方の端部は、例えば、点灯回路８の低圧側の出力端子と電気的に接続される。

配線１０ａ、および配線１０ｂは、例えば、導体を絶縁体で被覆した絶縁電線とすることができる。導体は、例えば、ニッケルメッキ軟銅線とすることができる。導体を被覆する絶縁体は、例えば、フッ素樹脂（ＦＥＰ）とすることができる。例えば、配線１０ａ、および配線１０ｂは、いわゆるＦＥＰ絶縁電線とすることができる。

ここで、配線１０ａと配線１０ｂは、共に、バリア放電ランプ２と点灯回路８に接続されるため、配線１０ａと配線１０ｂは、並べて設けられる場合が多い。そのため、配線１０ａと配線１０ｂとの間の距離が短くなり、配線１０ａと配線１０ｂとの間に寄生容量が発生する。配線１０ａと配線１０ｂとの間に寄生容量があると、意図しない電流が発生する。

配線１０ａと配線１０ｂとに流れる電流が低周波であれば、寄生容量に起因する電流は無視できるが、前述したように、点灯回路８は、高電圧かつ高周波の電力をバリア放電ランプ２供給するため、寄生容量に起因する電流がランプ特性に与える影響が大きくなる。この場合、寄生容量が略一定であれば、寄生容量に起因するが電流が発生したとしても、ランプ特性が変動するのを抑制することができる。

しかしながら、寄生容量は、配線１０ａと配線１０ｂとの間の距離Ｌにより変動するので、配線１０ａと配線１０ｂの引き回し状態が変わると、ランプ特性が変動する場合がある。また、複数のバリア放電ランプ２が設けられる場合には、バリア放電ランプ２毎に、配線１０ａと配線１０ｂの引き回し状態が変わり、複数のバリア放電ランプ２毎に寄生容量が異なる値、ひいてはランプ特性が異なる値となる場合がある。複数のバリア放電ランプ２毎にランプ特性が異なるものとなると、所望の均斉度が得られなくなるおそれがある。

そこで、配線部１０には、保持部１０ｃが設けられている。保持部１０ｃは、配線１０ａと配線１０ｂとの間の距離が略一定となるように、配線１０ａと配線１０ｂとを保持する。例えば、保持部１０ｃは、配線１０ａと配線１０ｂとが互いに並行して延びている部分を挟むことができる。例えば、保持部１０ｃは、絶縁性を有するフィルムと、フィルムの一方の面に設けられた粘着層と、を有する。フィルムは、例えば、ポリイミドフィルムやフッ素樹脂フィルムなどとすることができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、保持部１０ｃを例示するための模式断面図である。
図４（ａ）に示すように、配線１０ａと配線１０ｂとが互いに並行して延びている部分を、２枚の保持部１０ｃにより挟み、保持部１０ｃの粘着層同士を貼り合わせることができる。すなわち、保持部１０ｃは、一対設けることができる。一対の保持部１０ｃのそれぞれは、絶縁性を有するフィルムと、フィルムの一方の面に設けられた粘着層と、を有している。配線１０ａと配線１０ｂとが互いに並行して延びている部分は、一対の保持部１０ｃの間に挟まれ、保持部１０ｃの粘着層同士が貼り合わされる。

図４（ｂ）に示すように、配線１０ａと配線１０ｂとが互いに並行して延びている部分を、保持部１０ｃの一方の周縁近傍に載置し、保持部１０ｃの他方の周縁近傍を折り返して、保持部１０ｃの粘着層同士を貼り合わせることができる。すなわち、保持部１０ｃは、絶縁性を有するフィルムと、フィルムの一方の面に設けられた粘着層と、を有している。保持部１０ｃは、粘着層側を内側として、折り返された形状を有している。配線１０ａと配線１０ｂとが互いに並行して延びている部分は、折り返された形状を有する保持部１０ｃにより挟まれ、粘着層同士が貼り合わされている。

保持部１０ｃが設けられていれば、配線１０ａと配線１０ｂの引き回し状態が変わったとしても、配線１０ａと配線１０ｂとの間の距離Ｌが略一定となる、そのため、配線１０ａと配線１０ｂとの間に発生する寄生容量が略一定となるので、寄生容量に起因する電流が発生したとしても、ランプ特性が変動するのを抑制することができる。

また、距離Ｌを長くすれば、寄生容量の値を小さくすることができるので、ランプ特性が変動するのをさらに抑制することができる。しかしながら、距離Ｌを長くし過ぎると、余分なスペースが必要となったり、剛性が小さくなって配線１０ａと配線１０ｂが変形し易くなったりする。そのため、距離Ｌは、実験やシミュレーションを行うことで決定することが好ましい。
この場合、保持部１０ｃは、距離Ｌが任意の値となったとしても、配線１０ａと配線１０ｂとが互いに並行して延びている部分を挟むことができる。そのため、寄生容量の値を最適化するのが容易となる。

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、２バリア放電ランプ、８点灯回路、１０配線部、１０ａ配線、１０ｂ配線、２１発光管、２２内部電極、２２ａコイル、２５リード線、２６外部電極

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；
第１の配線を介して前記内部電極と電気的に接続され、第２の配線を介して前記外部電極と電気的に接続された点灯回路と；
前記第１の配線と、前記第２の配線とが互いに並行して延びている部分を挟む保持部と；
を具備した紫外線照射装置。
前記保持部は、一対設けられ、
前記一対の保持部のそれぞれは、絶縁性を有するフィルムと、前記フィルムの一方の面に設けられた粘着層と、を有し、
前記第１の配線と、前記第２の配線とが互いに並行して延びている部分は、前記一対の保持部の間に挟まれ、前記一対の保持部の粘着層同士が貼り合わされている請求項１記載の紫外線照射装置。
前記保持部は、絶縁性を有するフィルムと、前記フィルムの一方の面に設けられた粘着層と、を有し、
前記保持部は、前記粘着層側を内側として、折り返された形状を有し、
前記第１の配線と、前記第２の配線とが互いに並行して延びている部分は、前記折り返された形状を有する保持部により挟まれ、前記粘着層同士が貼り合わされている請求項１記載の紫外線照射装置。