JP4897618B2

JP4897618B2 - 紫外線照射用光源

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Publication number: JP4897618B2
Application number: JP2007221232A
Authority: JP
Inventors: 貴史上野; 剛雄加藤; 亮彦田内; 幸一玉井; 祐二我妻
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: JP2009054460A

Description

本発明は、紫外線照射用光源に関するものであり、光の波長を任意に選択する技術に関する。

光化学反応用光源は、例えば、樹脂の硬化に用いる。樹脂の硬化に有効な波長域は、一般的には３００〜４３０ｎｍと考えられている。一方、それ以外の波長域の光は、樹脂の硬化に有効でないばかりか、樹脂の温度上昇と劣化をまねくことがある。よって、照射対象には所望の波長成分の紫外線だけを照射するのが望ましい。

従来の紫外線照射用光源（以下、「従来光源」という）は、特許文献１にも記載されているように、紫外線照射ランプと紫外域選択波長透過フィルターを二重管形の水冷ジャケット内に保持している。内管は石英ガラスで構成され、内管には、３００ｎｍ以下の波長成分を吸収するＴ_ｉＯ_２，Ｃ_ｅ２Ｏ_３などの金属酸化物がドープされるか或いは内面に金属酸化物の膜が被着されている。

従来光源では、内管の内側の紫外線照射ランプから光が放射され、そのうちの３００ｎｍ以下の波長成分が金属酸化物で吸収される。これにより、３００ｎｍ以下の波長成分は照射対象には達せず、こうして、照射対象である樹脂の温度上昇と劣化を防止することができる。
特開平０６−２６７５０９号公報

しかしながら、金属酸化物を石英ガラスにドープなどすると、吸収すべき３００ｎｍ以下の波長成分のうちの２５０ｎｍ以上の波長成分が吸収されずに透過することがある。これはいわゆるオゾンレス石英の透過率のスペクトルを見ても明らかである。つまり、どの波長以下の波長成分を吸収できるかは、金属酸化物に含まれる金属の特性として決まっているのである。

また、従来にあっては、３００ｎｍ以下の波長成分を吸収するだけでなく、この波長を任意に変えたいという要求があるが、それは金属の特性として決まっていて変えることができない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光の波長を任意に選択することができる紫外線照射用光源を提供することにある。

上記の課題を解決するために、第１の本発明に係る紫外線照射用光源は、紫外線照射ランプと、この紫外線照射ランプで生じた光のうちの一部の波長成分を吸収するケイ酸塩膜であって、Ｓ_ｉＯ_２の他にＣ_ｅ，Ｔ_ｉ，Ｚ_ｎ，Ｙ，Ｚ_ｒ，Ｍ_ｇ，Ａ_ｌ，Ｆ_ｅ，Ｃ_ｕのいずれかの酸化物の１種以上を含むケイ酸塩膜とを備えることを特徴とする。

第１の本発明に係る紫外線照射用光源によれば、Ｓ_ｉＯ_２の他にＣ_ｅ，Ｔ_ｉ，Ｚ_ｎ，Ｙ，Ｚ_ｒ，Ｍ_ｇ，Ａ_ｌ，Ｆ_ｅ，Ｃ_ｕのいずれかの酸化物の１種以上を含むケイ酸塩膜を備えることで、吸収される光の波長は、選択した金属の種類と配合比に応じて変えることが出来、よって、光の波長を任意に選択することができる。

第２の本発明に係る紫外線照射用光源は、前記ケイ酸塩膜におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が２０％以上であることを特徴とする。

第２の本発明に係る紫外線照射用光源によれば、ケイ酸塩膜におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が２０％以上であることで、光の透過率のスペクトルにおける脈動が大きくなるのを防止することができる。

第３の本発明に係る紫外線照射用光源は、前記ケイ酸塩膜におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が８０％以下であることを特徴とする。

第３の本発明に係る紫外線照射用光源によれば、ケイ酸塩膜におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が８０％以下であることで、ケイ酸塩膜４に亀裂が発生するのを防止することができる。。

第４の本発明に係る紫外線照射用光源は、前記紫外線照射ランプを内包する内管および該内管の外側に設けられた外管を備える二重管形の水冷ジャケットを備え、この水冷ジャケットの前記外管の内面或いは外面または前記内管の内面或いは外面に前記ケイ酸塩膜が被着されていることを特徴とする。

第４の本発明に係る紫外線照射用光源によれば、紫外線照射ランプを内包する内管および該内管の外側に設けられた外管を備える二重管形の水冷ジャケットを備え、この水冷ジャケットの外管の内面或いは外面または内管の内面或いは外面にケイ酸塩膜が被着されていることで、二重管形の水冷ジャケットを備えた紫外線照射用光源において、光の波長を任意に選択することができる。

第５の本発明に係る紫外線照射用光源は、前記紫外線照射ランプの内面または外面に前記ケイ酸塩膜が被着されていることを特徴とする。

第５の本発明に係る紫外線照射用光源によれば、紫外線照射ランプの内面または外面にケイ酸塩膜が被着されていることで、紫外線照射ランプの交換で波長選択性を維持でき、しかも、長大な紫外線カットフィルタを別途に設ける必要をなくすことがことができる。第６の本発明に係る紫外線照射用光源は、前記紫外線照射ランプの外面の一部が前記紫外線照射ランプを使用するための部材に接合しており、前記外面の一部に対向する内面の部分に少なくとも前記ケイ酸塩膜が被着されていることを特徴とする。

第６の本発明に係る紫外線照射用光源によれば、紫外線照射ランプの外面の一部が紫外線照射ランプを使用するための部材に接合しており、外面の一部に対向する内面の部分に少なくともケイ酸塩膜が被着されていることで、接合による機械強度の低下が助長されるのを抑制することが出来、よって、長寿命化を図ることができる。

第７の本発明に係る紫外線照射用光源は、マイクロ波を発生させるためのマグネトロンと、このマグネトロンにより発生したマイクロ波を前記紫外線照射ランプに伝達する導波管と、前記紫外線照射ランプと前記マグネトロンを冷却する送風機構とを備えることを特徴とする。

第７の本発明に係る紫外線照射用光源は、マイクロ波を発生させるためのマグネトロンと、このマグネトロンにより発生したマイクロ波を紫外線照射ランプに伝達する導波管と、紫外線照射ランプと前記マグネトロンを冷却する送風機構とを備えることで、かかる構成を有する紫外線照射用光源において、光の波長を任意に選択することができる。

第８の本発明に係る紫外線照射用光源は、前記紫外線照射ランプを構成する石英の誘電率に近い誘電率をもつケイ酸塩膜が前記紫外線照射ランプの内面または外面に被着されていることを特徴とする。

第８の本発明に係る紫外線照射用光源によれば、紫外線照射ランプを構成する石英の誘電率に近い誘電率をもつケイ酸塩膜が紫外線照射ランプの内面または外面に被着されていることで、ケイ酸塩膜の特性インピーダンスと紫外線照射ランプの特性インピーダンスとの差を小さくすることが出来、よって、紫外線照射ランプに入射すべきマイクロ波が、ケイ酸塩膜と紫外線照射ランプとの境界面で反射してしまうことを抑制することができる。

本発明に係る紫外線照射用光源によれば、Ｓ_ｉＯ_２の他にＣ_ｅ，Ｔ_ｉ，Ｚ_ｎ，Ｙ，Ｚ_ｒ，Ｍ_ｇ，Ａ_ｌ，Ｆ_ｅ，Ｃ_ｕのいずれかの酸化物の１種以上を含むケイ酸塩膜を備えることで、吸収される光の波長は、選択した金属の種類と配合比に応じて変えることが出来、よって、光の波長を任意に選択することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る紫外線照射用光源（第１の実施の形態の説明においては「本光源」という）の概略側面図である。

本光源は、紫外線照射ランプ１と水冷ジャケット２と熱線カットフィルター３を備えている。紫外線照射ランプ１は直管状の石英ガラス製発光管の両端に一対の電極を封着し、管内に希ガスと水銀及びＦ_ｅ，Ｓ_ｎ，など紫外域に有効な発光が得られる金属ハロゲン化物が一種以上封入されている。水冷ジャケット２は円筒状の石英ガラスなどの透明な材料よりなり、内管２１とその外側に設けられた外管２２を備え、二重管構造となっている。紫外線照射ランプ１は、内管２１に内包されている。

水冷ジャケット２の外周端部に設けられた接続管２３ａ，２３ｂを通して外部から水などの冷却液が循環される。熱線カットフィルター３は管状の低軟化点ガラスからなり、ランプから放射される光のうち、例えば樹脂の硬化に有効な４３０ｎｍ以下の波長域の光を透過し、４３０ｎｍ以上の波長の可視光や赤外線を吸収する特性があり、かつランプからの熱による温度上昇を最小限にとどめるため内管２１と外管２２の間に配置され冷却液中に浸漬される。

冷却液に接する面つまり内管２１の外面と外管２２の内面にケイ酸塩膜４が被着されている。ケイ酸塩膜４は、Ｓ_ｉＯ_２の他にＣ_ｅ，Ｔ_ｉ，Ｚ_ｎ，Ｙ，Ｚ_ｒ，Ｍ_ｇ，Ａ_ｌ，Ｆ_ｅ，Ｃ_ｕのいずれかの酸化物の１種以上を含むものである。ケイ酸塩膜４は、紫外線照射ランプ１から放射される光のうちの例えば３００ｎｍ以下の波長成分を吸収するように組成物質の種類と組成比の調整がなされている。

なお、内管２１の外面などの上に金属酸化物を含まないＳ_ｉＯ_２の膜を被着し、このような下地にケイ酸塩膜４を被着することで、ケイ酸塩膜４と下地との密着性を高め、ケイ酸塩膜４のはがれ落ちや亀裂の発生を防止するのが好ましい。

さて、上記の構成を有する本光源においては、紫外線照射ランプ１から光が放射されると、まず、内管２１の外面に被着したケイ酸塩膜４が３００ｎｍ以下の波長成分の一部を吸収する。次に、熱線カットフィルター３が、４３０ｎｍ以上の波長成分を吸収する。次に、外管２２の内面に被着したケイ酸塩膜４が、内管２１のケイ酸塩膜４を通過した３００ｎｍ以下の波長成分を吸収する。したがって、樹脂の硬化に有効な３００〜４３０ｎｍの波長域の紫外線が水冷ジャケット２を透過し、樹脂などの照射対象に照射される。

このように光を吸収するとケイ酸塩膜４が発熱するので、ケイ酸塩膜４は、上記のように内管２１の外面と外管２２の内面に設け、冷却水により冷却するのが好ましい。

なお、その必要がない状況などにおいては、例えば、内管２１の内面や外管２２の外面に設けてもよい。また、冷却の必要性の程度に応じて、ケイ酸塩膜４はこれらの４面の１つ以上に設ければよい。

また、例えば、上記のように２つのケイ酸塩膜４で光を吸収するより４つのケイ酸塩膜４で光を吸収した方が光を確実に吸収でき、それが要望される場合があるから、ケイ酸塩膜４は要望の程度に応じて４面の１つ以上に設ければよい。

図２は、ケイ酸塩膜４として使用されるケイ酸塩膜においてＳ_ｉＯ_２の重量比を変えたときの光の透過率についてのスペクトルを示す図である。このケイ酸塩膜はＳ_ｉＯ_２とＴ_ｉＯ_２を含むものであり、特性Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、Ｓ_ｉＯ_２を重量比でそれぞれ、９０％、８３％、７７％、７０％、６０％含んだときのスペクトルである。

例えば、特性Ａの成分比では、約２７０ｎｍより長い波長成分が透過し、つまり、その波長以下の波長成分が吸収される。一方、例えば、特性Ｄの成分比では、約３００ｎｍ以下の波長成分が吸収される。

このようにＳ_ｉＯ_２の重量比も変えることで、どの波長以下の波長成分を吸収できるかを変えることができるのである。

図３は、ケイ酸塩膜４として使用されるケイ酸塩膜においてＳ_ｉＯ_２以外の金属の種類と重量比を変えたときの光の透過率についてのスペクトルを示す図である。

特性Ｍは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｚ_ｒの酸化物を重量比で４０％含み、他の金属の酸化物は含まないときのスペクトルである。

特定Ｎは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｔ_ｉの酸化物を重量比で１０％含み、他の金属の酸化物は含まないときのスペクトルである。

特定Ｎの配合比は、図２の特性Ａのものと同じであるが、特定Ｎの場合は、ケイ酸塩膜の焼成条件を変えて、吸収される波長成分を変化させている。

特定Ｏは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｔ_ｉの酸化物を重量比で１０％含み、他の金属の種類はＭ_ｇであるときのスペクトルである。

特定Ｐは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｔ_ｉの酸化物を重量比で１３％含み、他の金属の種類はＺ_ｒであるときのスペクトルである。

特定Ｑは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｔ_ｉの酸化物を重量比で１１％含み、他の金属の種類はＺ_ｒとＹであるときのスペクトルである。

特定Ｒは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｔ_ｉの酸化物を重量比で１６％含み、他の金属の種類はＺ_ｒとＹであるときのスペクトルである。

特定Ｓは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｔ_ｉの酸化物を重量比で２３％含み、他の金属の酸化物は含まないときのスペクトルである。

特定Ｓの配合比は、図２の特性Ｃのものと同じであるが、特定Ｓの場合は、ケイ酸塩膜の焼成条件を変えて、吸収される波長成分を変化させている。

特定Ｔは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｔ_ｉの酸化物を重量比で４０％含み、他の金属の酸化物は含まないときのスペクトルである。

特定Ｔの配合比は、図２の特性Ｅのものと同じであるが、特定Ｔの場合は、ケイ酸塩膜の焼成条件を変えて、吸収される波長成分を変化させている。

特定Ｕは、Ｓ_ｉＯ_２の他に、Ｔ_ｉの酸化物を重量比で４０％含み、他の金属の種類はＭ_ｇであるときのスペクトルである。

例えば、特性Ｎの組成比では、約２５０ｎｍ以下の波長成分が吸収される。一方、例えば、特性Ｑの組成比では、約３００ｎｍ以下の波長成分が吸収される。

このようにＳ_ｉＯ_２の他に含まれる金属酸化物を構成する金属の種類と重量比を変えることで、どの波長以下の波長成分を吸収できるかを変えることができるのである。

図４は、Ｓ_ｉＯ_２の重量比を変えたときのケイ酸塩膜４における亀裂の発生の有無と光の透過率のスペクトルにおける脈動の程度を示す表である。脈動とは、図３に示す特性Ｍでいえば、２２０ｎｍ以上の部分つまり光の通過帯における透過率の変動である。脈動の程度は、このような透過率の変動の山と谷の高低差で示す。

Ｓ_ｉＯ_２の重量比が８０％より高いとケイ酸塩膜４に亀裂が発生する。亀裂が発生すると、ケイ酸塩膜４が白濁し、吸収すべき波長成分が漏れてしまう。一方、８０％以下では、このような不都合をもたらす亀裂が発生しない。よって、ケイ酸塩膜４におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が８０％以下であることが好ましい。

また、Ｓ_ｉＯ_２の重量比が２０％より低いと脈動が格段に大きく、２０％以上ではそのようなことがないので、ケイ酸塩膜４におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が２０％以下であることが好ましい。また、２０％以下とすることで、脈動の程度をＳ_ｉＯ_２を含まない金属酸化物膜を使用したときの脈動の程度よりも小さくすることでできる。

したがって、本光源によれば、紫外線照射ランプ１と、この紫外線照射ランプ１で生じた光のうちの一部の波長成分を吸収するケイ酸塩膜であって、Ｓ_ｉＯ_２の他にＣ_ｅ，Ｔ_ｉ，Ｚ_ｎ，Ｙ，Ｚ_ｒ，Ｍ_ｇ，Ａ_ｌ，Ｆ_ｅ，Ｃ_ｕのいずれかの酸化物の１種以上を含むケイ酸塩膜４とを備えることで、吸収される光の波長は、選択した金属の種類と配合比に応じて変えることが出来、よって、光の波長を任意に選択することができる。

また、ケイ酸塩膜４におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が２０％以上であることで、光の透過率のスペクトルにおける脈動が大きくなるのを防止することができる。

また、ケイ酸塩膜４におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が８０％以下であることで、ケイ酸塩膜４に亀裂が発生するのを防止することができる。

なお、かかる構成を採用していれば、他の構成の有無や内容については不問である。例えば、紫外線照射ランプ１を空冷や放熱フィンなどで冷却してもよい。また、後述する第３の実施の形態のように、紫外線照射ランプ１を無電極ランプとし、これをマイクロ波で発光させるようにしてもよい。

［第２の実施の形態］
図５（ａ）は、第２の実施の形態に係る紫外線照射用光源（第２の実施の形態の説明においては「本光源」という）の概略断面図である。

本光源は、第１の実施の形態と同様に、紫外線照射ランプで生じた光のうちの一部の波長成分を吸収する膜をケイ酸塩膜とし、その組成物質に特徴をもたせているので、その膜を同一符号によりケイ酸塩膜４と称し、重複説明を省略する。また、他の同一な構成についても同様とする。

本光源は、紫外線照射ランプ１と水冷ジャケット２Ａと熱線カットフィルター３を筐体５に収容し、筐体５の開口部を塞ぐように配置された被照射物６に紫外線を照射するように構成されている。

水冷ジャケット２Ａは円筒状の石英ガラスなどの透明な材料よりなり、熱線カットフィルター３は、水冷ジャケット２Ａに内包されている。紫外線照射ランプ１は、熱線カットフィルター３に内包されている。

水冷ジャケット２Ａの中では水などの冷却液が循環する。熱線カットフィルター３は、この冷却液中に浸漬され、冷却される。

図５（ｂ）は、紫外線照射ランプ１の横断面図である。紫外線照射ランプ１を構成する石英ガラス製発光管の外面にはケイ酸塩膜４が被着されている。

本光源においては、紫外線照射ランプ１から光が放射されると、まず、紫外線照射ランプ１に被着したケイ酸塩膜４が３００ｎｍ以下の波長成分の一部を吸収する。次に、熱線カットフィルター３が、４３０ｎｍ以上の波長成分を吸収する。したがって、樹脂の硬化に有効な３００〜４３０ｎｍの波長域の紫外線が水冷ジャケット２Ａを透過し、被照射物６に照射される。

また、本光源のケイ酸塩膜４に使用されるケイ酸塩膜についても、第１の実施の形態と同様に、組成物質の種類と組成比を調整し、得られる光の波長を変えることができる。

仮に紫外線照射ランプ１にケイ酸塩膜４を被着しないなら、それに代わる紫外線カットフィルターを、例えば熱線カットフィルター３と被照射物６の間に設ける必要がある。

ケイ酸塩膜４に比べて紫外線照射ランプ１から遠い位置にある紫外線カットフィルターは長大になる傾向がある。したがって、紫外線カットフィルターには多くの材料が必要であり、そのため高価である。

また、紫外線カットフィルターは劣化し、劣化が進行して、所望の波長が得られなくなる場合があるので、その場合には紫外線カットフィルターを交換する必要がある。上記のように紫外線カットフィルターは高価であるから、交換にかかる費用は高く、そのため、波長選択性を維持する費用が高くなる。

一方、本光源では、ケイ酸塩膜４を紫外線照射ランプ１に被着しており、また、これにより材料は少なくてよい。よって、紫外線照射ランプ１の交換で波長選択性を維持でき、しかも、維持の費用を低く抑えることができる。

したがって、本光源によれば、紫外線照射ランプ１の外面（または内面でもよい）にケイ酸塩膜４が被着されていることで、紫外線照射ランプ１の交換で波長選択性を維持でき、しかも、長大な紫外線カットフィルタを別途に設ける必要をなくすことがことができる。

なお、本光源においても、ケイ酸塩膜４におけるＳ_ｉＯ_２の重量比を２０％以上とすることで、光の透過率のスペクトルにおける脈動が大きくなるのを防止することができる。

また、ケイ酸塩膜４におけるＳ_ｉＯ_２の重量比を８０％以下とすることで、ケイ酸塩膜４に亀裂が発生するのを防止することができる。

［第３の実施の形態］
図６は、第３の実施の形態に係る紫外線照射用光源（第３の実施の形態の説明においては「本光源」という）の構成を示す図である。図６（ａ）は、本光源を正面側から見たときの内部の様子を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡＡ’線矢視図である。

本光源は、第１、２の実施の形態と同様に、紫外線照射ランプで生じた光のうちの一部の波長成分を吸収する膜をケイ酸塩膜とし、その組成物質に特徴をもたせているので、その膜を同一符号によりケイ酸塩膜４と称し、重複説明を省略する。また、他の同一な構成についても同様とする。

本光源は、光線を透過させる誘電体からなりかつ希ガスとメタルハライドが封入された管状の紫外線照射ランプ１Ａと、マイクロ波を発生させるためのマグネトロン７，７と、マグネトロン７，７により発生したマイクロ波を紫外線照射ランプ１Ａに伝達する導波管８，８と、紫外線照射ランプ１Ａとマグネトロン７，７に風を供給する送風機構９とを備える。

紫外線照射ランプ１Ａは、電極を備えないいわゆる無電極ランプであり、その外径、有効な発光長はそれぞれ、例えば外径１５ｍｍ、有効発光長２４０ｍｍである。紫外線照射ランプ１Ａ内に電極がないということは、紫外線照射ランプ１Ａの材料である例えば石英ガラスと、電極の材料である例えばタングステンやモリブデンとの接合つまり異種材料の接合がないということであり、これにより、紫外線照射ランプ１Ａの寿命は、いわゆる有電極ランプの寿命より長くすることができる。

紫外線照射ランプ１Ａに封入されるメタルハライドは、マイクロ波による放電で発光する物質であり、ここでは、水銀と鉄が主成分である。また、紫外線照射ランプ１Ａの背面側に反射鏡１３が設けられ、マイクロ波を送出するアンテナ１１，１１が各マグネトロン７，７に設けられている。

送風機構９から紫外線照射ランプ１Ａとマグネトロン７，７に向けて、風の通路（風路という）１０が設けられている。

図７は、紫外線照射ランプ１Ａの縦断面図である。

上記のように紫外線照射ランプ１Ａ内には接合がないものの、紫外線照射ランプ１Ａの外面の一部は紫外線照射ランプを使用するための部材１２，１２に接合している。この部材１２，１２は例えば紫外線照射ランプと同じ材料の石英であり、これらが設けられた両端部で紫外線照射ランプ１Ａが保持されるのである。

ケイ酸塩膜４は、紫外線照射ランプ１Ａの外面の部材１２，１２に接合している部分に対向する内面の部分に塗布され被着されている。ケイ酸塩膜４は、紫外線照射ランプ１Ａで生じる光のうちの２００ｎｍ以下の波長成分を吸収するように組成物質の種類と組成比の調整がなされている。

本光源においては、マグネトロン７，７にマイクロ波のエネルギー量が設定される。エネルギー量の設定では、エネルギー量に応じた電力がマグネトロン７，７に入力される。マグネトロン７，７は、設定されたエネルギー量を有するマイクロ波を発生させ、アンテナ１１，１１がマイクロ波を導波管８，８内に送出する。導波管８，８は、マイクロ波を紫外線照射ランプ１Ａに伝達し、そのマイクロ波により紫外線照射ランプ１Ａ内で放電が生じる。その放電により、メタルハライドである水銀と鉄が紫外線を発光し、その紫外線が、紫外線照射ランプ１Ａの前面側に位置する不図示の被照射物に照射される。

また、紫外線照射ランプ１Ａの内面の一部に被着したケイ酸塩膜４が、紫外線照射ランプ１Ａ内で生じた光の２００ｎｍ以下の波長成分を吸収する。

図８（ａ）は、紫外線照射ランプ内部にかかる圧力（ランプ応力という）の経時的変化を示す表である。

比較例として使用した光源は、ケイ酸塩膜４を設けないものであり、その他については本光源と同様である。

本光源における１０００時間点灯後のランプ応力は、２５ｋｇ／ｃｍ２であるのに対し、比較例の光源における１０００時間点灯後のランプ応力は、５０ｋｇ／ｃｍ２である。本光源における３０００時間点灯後のランプ応力は、３０ｋｇ／ｃｍ２であるのに対し、比較例の光源における３０００時間点灯後のランプ応力は、７０ｋｇ／ｃｍ２である。本光源における６０００時間点灯後のランプ応力は、３５ｋｇ／ｃｍ２であるのに対し、比較例の光源では、６０００時間到達前に紫外線照射ランプが破損して点灯不能となり、それ以上ではランプ応力を測定できなかった。紫外線照射ランプでは、ランプ応力が例えば１３４ｋｇ／ｃｍ２以上になると、部材１２，１２を接合した部分に亀裂が生じるので、そのための破損と考えられる。

部材１２，１２を接合した部分は、接合時に既に歪みを生じて機械強度が低下しており、これに紫外線による歪みが加わり、破損に至るのであるが、本光源と比較例の光源とでは、破損までの時間に差がある。これは以下のように説明できる。

比較例の光源にはケイ酸塩膜がないことから、紫外線照射ランプの両端部を構成する石英ガラスは２００ｎｍ以下の波長成分を本光源の場合に比較して多く吸収する。このとき石英ガラスの内面側部分と外面側部分とでは、吸収量の差が本光源の場合に比較して大きくなり、この大きな吸収量の差により、内面側部分と外面側部分における石英ガラスの収縮率の差が本光源の場合に比較して大きくなる。つまり、収縮率の差（歪み）が大きくなり、比較例の光源を早く破損に至らしめるのである。

本光源においては、さらに長く、１００００時間まで点灯でき、そのときのランプ応力は、４０ｋｇ／ｃｍ２である。これは亀裂の生じる応力とされる１３４ｋｇ／ｃｍ２よりも非常に小さい値であるから、本光源は、さらに長く点灯することができると考えられる。

図８（ｂ）は、紫外線照射ランプ１の内面の全面積に対してケイ酸塩膜４の面積が占める面積比率と紫外線照射ランプ１の寿命の関係を示すグラフである。寿命とは、紫外線照射ランプ１に亀裂が生じて点灯不能となるまでの累積の点灯時間である。

同図に示すように、面積比率が高いほど寿命が長くなるので、面積比率を高くするのが好ましいが、本光源のように、他の部材との接合する部分の内面にケイ酸塩膜を被着させることで、ケイ酸塩膜の量に対する効果を大きくできる。

したがって、本光源によれば、紫外線照射ランプの外面の一部が紫外線照射ランプを使用するための部材に接合しており、外面の一部に対向する内面の部分に少なくともケイ酸塩膜が被着されていることで、接合による機械強度の低下が助長されるのを抑制することが出来、よって、長寿命化を図ることができる。

［第３の実施の形態の変形例］
図７のケイ酸塩膜４は、その誘電率が紫外線照射ランプ１Ａの管材の誘電率に近くなるような材料で形成されている。ケイ酸塩膜４の誘電率を紫外線照射ランプ１Ａの管材の誘電率に近くすることで、ケイ酸塩膜４の特性インピーダンスと紫外線照射ランプ１Ａの特性インピーダンスとの差を小さくすることが出来る。したがって、外部から紫外線照射ランプ１Ａへ入射すべきマイクロ波が、ケイ酸塩膜４と紫外線照射ランプ１Ａとの境界面で反射してしまうことを抑制することができる。ケイ酸塩膜４は内面全体に被着させるのが好適である。ケイ酸塩膜４を紫外線照射ランプ１Ａの外面に被着させてもよい。この場合であっても同様な効果が得られるからである。

なお、第３の実施の形態およぼその変形例では、上記の構成を採用していれば、他の構成の有無や内容については不問である。例えば、紫外線照射ランプは有電極ランプであってもよい。また、送風機構９などに代えて、第１、２の実施の形態のように水冷ジャケットを設けてもよい。

第１の実施の形態に係る紫外線照射用光源の概略側面図である。ケイ酸塩膜においてＳ_ｉＯ_２の重量比を変えたときの光の透過率についてのスペクトルを示す図である。ケイ酸塩膜においてＳ_ｉＯ_２以外の金属の種類と重量比を変えたときの光の透過率についてのスペクトルを示す図である。Ｓ_ｉＯ_２の重量比を変えたときのケイ酸塩膜における亀裂の発生の有無と光の透過率のスペクトルにおける脈動の程度を示す表である。図５（ａ）は、第２の実施の形態に係る紫外線照射用光源の概略断面図であり、図５（ｂ）は、そのその紫外線照射用光源に使用される紫外線照射ランプの横断面図である。第３の実施の形態に係る紫外線照射用光源の構成を示す図である。その紫外線照射用光源に使用される紫外線照射ランプの縦断面図である。図８（ａ）は、紫外線照射ランプ内部にかかるランプ応力の経時的変化を示す表であり、図８（ｂ）は、ケイ酸塩膜の面積比率と紫外線照射ランプの寿命の関係を示すグラフである。

符号の説明

１、１Ａ…紫外線照射ランプ
２、２Ａ…水冷ジャケット
２１…水冷ジャケット２の内管
２２…水冷ジャケット２の外管
３…熱線カットフィルター
４…ケイ酸塩膜
６…被照射物
７…マグネトロン
８…導波管
９…送風機構

Claims

紫外線照射ランプと、
この紫外線照射ランプで生じた光のうちの一部の波長成分を吸収するケイ酸塩膜であって、Ｓ_ｉＯ_２の他にＣ_ｅ，Ｔ_ｉ，Ｚ_ｎ，Ｙ，Ｚ_ｒ，Ｍ_ｇ，Ａ_ｌ，Ｆ_ｅ，Ｃ_ｕのいずれかの酸化物の１種以上を含むケイ酸塩膜と
を備えることを特徴とする紫外線照射用光源。
前記ケイ酸塩膜におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が２０％以上であることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射用光源。
前記ケイ酸塩膜におけるＳ_ｉＯ_２の重量比が８０％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の紫外線照射用光源。
前記紫外線照射ランプを内包する内管および該内管の外側に設けられた外管を備える二重管形の水冷ジャケットを備え、
この水冷ジャケットの前記外管の内面或いは外面または前記内管の内面或いは外面に前記ケイ酸塩膜が被着されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の紫外線照射用光源。
前記紫外線照射ランプの内面または外面に前記ケイ酸塩膜が被着されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の紫外線照射用光源。
前記紫外線照射ランプの外面の一部が前記紫外線照射ランプを使用するための部材に接合しており、前記外面の一部に対向する内面の部分に少なくとも前記ケイ酸塩膜が被着されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の紫外線照射用光源。
マイクロ波を発生させるためのマグネトロンと、
このマグネトロンにより発生したマイクロ波を前記紫外線照射ランプに伝達する導波管と、
前記紫外線照射ランプと前記マグネトロンを冷却する送風機構と
を備えることを特徴とする請求項６記載の紫外線照射用光源。
前記紫外線照射ランプを構成する石英の誘電率に近い誘電率をもつケイ酸塩膜が前記紫外線照射ランプの内面または外面に被着されていることを特徴とする請求項７記載の紫外線照射用光源。