JP6319660B2 - Microwave electrodeless lamp and light irradiation device using the same - Google Patents

Microwave electrodeless lamp and light irradiation device using the same Download PDF

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Description

本発明は、マイクロ波給電方式のマイクロ波無電極ランプ、及び、これを使用する光照射装置に関する。   The present invention relates to a microwave electrodeless microwave electrodeless lamp and a light irradiation apparatus using the same.

近年、可視光線又は紫外線を放射する放電ランプとして、マイクロ波無電極ランプが開発されている。マイクロ波無電極ランプを搭載する光照射装置は、典型的には、マイクロ波発振器と、マイクロ波空洞と、放電管(発光管)である無電極ランプを有する。無電極ランプはマイクロ波空洞に着脱可能に支持される。マイクロ波空洞には、無電極ランプからの可視光線又は紫外線を光出射口に導くための反射鏡が設けられている。光出射口には、マイクロ波に対しては不透過性であるが可視光線又は紫外線に対しては透過性の導電性メッシュが設けられている。   In recent years, a microwave electrodeless lamp has been developed as a discharge lamp that emits visible light or ultraviolet light. A light irradiation apparatus equipped with a microwave electrodeless lamp typically includes a microwave oscillator, a microwave cavity, and an electrodeless lamp that is a discharge tube (light emitting tube). The electrodeless lamp is detachably supported in the microwave cavity. The microwave cavity is provided with a reflecting mirror for guiding visible light or ultraviolet light from the electrodeless lamp to the light exit. The light exit is provided with a conductive mesh that is impermeable to microwaves but transmissive to visible light or ultraviolet light.

放電管には、始動用の希ガス又は不活性ガスと発光物質が封入されている。発光物質を適宜選択することによって、所望の波長の可視光線又は紫外線を得ることができる。波長254nmの紫外線は殺菌用に用いられ、波長315〜400nm(UV−A領域)の紫外線は塗料、樹脂等の硬化処理に用いられる。発光物質として、水銀、鉄族元素、金属ハロゲン化物等が知られている。   In the discharge tube, a starting rare gas or an inert gas and a luminescent material are enclosed. By appropriately selecting the luminescent substance, visible light or ultraviolet light having a desired wavelength can be obtained. Ultraviolet rays with a wavelength of 254 nm are used for sterilization, and ultraviolet rays with a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region) are used for curing treatment of paints, resins, and the like. Mercury, iron group elements, metal halides, and the like are known as luminescent materials.

特許文献1には、発光物質として、水銀及びハロゲンと、鉄、ニッケル、コバルト及びパラジウムから選択した元素を封入した無電極放電ランプが記載されている。特許文献2には、無電極放電ランプにおいてランプ寿命と放電安定性を確保するために、発光物質として水銀及び鉄の封入量を適宜選択することが記載されている。   Patent Document 1 describes an electrodeless discharge lamp in which mercury and halogen, and an element selected from iron, nickel, cobalt, and palladium are encapsulated as a luminescent material. Patent Document 2 describes that in order to ensure lamp life and discharge stability in an electrodeless discharge lamp, the amount of mercury and iron enclosed as a luminescent material is appropriately selected.

特開昭57−172650号公報JP 57-172650 A 特開平6−13052号公報(特許第3496033号)JP-A-6-13052 (Patent No. 3496033)

塗料、樹脂等の硬化処理に用いられる波長315〜400nm(UV−A領域)の紫外線の需要が高くなっている。UV−A領域の紫外線を発生する無電極放電ランプでは、従来、発光物質として水銀が用いられる。近年、水銀は環境負荷物質として使用を回避する傾向にある。一方、UV−A領域の紫外線を安定的に放射する光照射装置の要望が高くなっている。   There is an increasing demand for ultraviolet rays having a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region) used for curing treatment of paints, resins, and the like. In an electrodeless discharge lamp that generates ultraviolet rays in the UV-A region, conventionally, mercury is used as a luminescent material. In recent years, mercury tends to avoid its use as an environmentally hazardous substance. On the other hand, there is an increasing demand for a light irradiation device that stably emits ultraviolet rays in the UV-A region.

本発明の目的は、発光物質として水銀を用いることなく、UV−A領域の紫外線の発光強度を安定的に放射することができるマイクロ波無電極ランプ及びこれを使用した光照射装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a microwave electrodeless lamp capable of stably emitting the emission intensity of ultraviolet rays in the UV-A region without using mercury as a luminescent material, and a light irradiation apparatus using the same. It is in.

本発明によると、マイクロ波エネルギーを受けて発光するマイクロ波無電極ランプにおいて、
石英ガラス製の管状の放電容器と、
該放電容器内に封入された希ガス及び発光物質と、を有し、
前記発光物質は、ヨウ化コバルト、及び、ニッケル単体を含み、前記ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜6.5μmol/ccであり、前記ニッケルの封入密度は15.0μmol/cc以下である。
According to the present invention, in a microwave electrodeless lamp that emits light by receiving microwave energy,
A tubular discharge vessel made of quartz glass;
A rare gas and a luminescent material enclosed in the discharge vessel,
The luminescent material includes cobalt iodide and nickel alone, and the enclosure density of cobalt iodide is 4.0 to 6.5 μmol / cc, and the enclosure density of nickel is 15.0 μmol / cc or less. .

請求項1記載の本実施形態によると前記マイクロ波無電極ランプにおいて、前記ニッケルの封入密度は4.0〜8.0μmol/ccである、としてよい。   According to this embodiment of the present invention, in the microwave electrodeless lamp, the nickel sealing density may be 4.0 to 8.0 μmol / cc.

本実施形態によると前記マイクロ波無電極ランプにおいて、
前記放電容器は、縮径中央部と、該縮径中央部の両側に接続されたテーパ部と、該テーパ部の外端にそれぞれ接続された円筒部と、を有し、前記縮径中央部の外径は前記円筒部の外径より小さく、前記縮径中央部は、マイクロ波エネルギーによって生成されるプラズマ領域の定在波の節に対応して形成される低温領域に対応する位置に形成されている、としてよい。
According to this embodiment, in the microwave electrodeless lamp,
The discharge vessel has a reduced diameter central portion, a tapered portion connected to both sides of the reduced diameter central portion, and a cylindrical portion connected to each outer end of the tapered portion, and the reduced diameter central portion The outer diameter of the cylindrical portion is smaller than the outer diameter of the cylindrical portion, and the central portion of the reduced diameter is formed at a position corresponding to a low temperature region formed corresponding to a standing wave node of a plasma region generated by microwave energy. It is good to be.

マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振器に付属するアンテナと、該アンテナからのマイクロ波エネルギーを受けて発光する無電極ランプと、を有する光照射装置において、
前記無電極ランプは不活性ガスと発光物質が封入された放電容器を有し、
前記発光物質は、ヨウ化コバルト、及び、ニッケル単体を含み、前記ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜6.5mol/ccであり、前記ニッケルの封入密度は15.0μmol/cc以下である。
In a light irradiation apparatus having a microwave oscillator, an antenna attached to the microwave oscillator, and an electrodeless lamp that emits light by receiving microwave energy from the antenna,
The electrodeless lamp has a discharge vessel filled with an inert gas and a luminescent material,
The luminescent material includes cobalt iodide and nickel alone, and the enclosure density of cobalt iodide is 4.0 to 6.5 mol / cc, and the enclosure density of nickel is 15.0 μmol / cc or less. .

本実施形態によると前記光照射装置において、前記ニッケルの封入密度は4.0〜8.0μmol/ccである、としてよい。   According to this embodiment, in the light irradiation apparatus, the nickel sealing density may be 4.0 to 8.0 μmol / cc.

本発明によれば、UV−A領域の紫外線を安定的に放射することができるマイクロ波無電極ランプ及びこれを使用した光照射装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the microwave electrodeless lamp which can radiate | emit the ultraviolet-ray of a UV-A area | region stably, and a light irradiation apparatus using the same can be provided.

図1Aは、本実施形態に係るマイクロ波無電極ランプを使用した光照射装置の一例を示す概略斜視図である。FIG. 1A is a schematic perspective view showing an example of a light irradiation apparatus using the microwave electrodeless lamp according to the present embodiment. 図1Bは、図1Aの光照射装置を正面から見た概略正面図である。FIG. 1B is a schematic front view of the light irradiation device of FIG. 1A as viewed from the front. 図2は、本実施形態に係る光照射装置の筐体の前側内部の断面構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the front side inside of the housing of the light irradiation apparatus according to the present embodiment. 図3は、本実施形態に係る無電極ランプの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an electrodeless lamp according to the present embodiment. 図4は、本実施形態に係る無電極ランプの例の寸法を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating dimensions of an example of the electrodeless lamp according to the present embodiment. 図5は、本実施形態に係る無電極ランプの他の例の構造及び寸法を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the structure and dimensions of another example of the electrodeless lamp according to the present embodiment. 図6は、本実施形態に係る無電極ランプにおいてニッケルの封入密度と紫外線(UV−A)発光強度の関係を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the nickel encapsulation density and the ultraviolet (UV-A) emission intensity in the electrodeless lamp according to the present embodiment. 図7は、本実施形態に係る無電極ランプにおいてニッケルを封入した場合の紫外線(UV−A)発光強度の分光特性を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the spectral characteristics of ultraviolet (UV-A) emission intensity when nickel is enclosed in the electrodeless lamp according to the present embodiment.

以下、本発明に係る無電極ランプ及びこれを使用した光照射装置の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施形態は、例示であって、本発明を何等限定するものではないことを承知されたい。   Hereinafter, an electrodeless lamp according to the present invention and a light irradiation apparatus using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that this embodiment is an exemplification and does not limit the present invention in any way.

図1A及び図1Bは、本実施形態に係るマイクロ波無電極ランプを使用した光照射装置の一例を説明する図である。図1Aは、光照射装置10の斜視図である。図1Bは、図1Aの光照射装置10を正面から見た概略正面図である。図示のように、光照射装置10のランプ軸線方向に沿ってX軸、光照射装置10からの発光方向(矢印方向)に沿ってZ軸、X−Z面に垂直方向にY軸を設定する。   1A and 1B are diagrams illustrating an example of a light irradiation apparatus using a microwave electrodeless lamp according to the present embodiment. FIG. 1A is a perspective view of the light irradiation device 10. FIG. 1B is a schematic front view of the light irradiation device 10 of FIG. 1A as viewed from the front. As shown in the figure, the X axis is set along the lamp axis direction of the light irradiation device 10, the Z axis is set along the light emission direction (arrow direction) from the light irradiation device 10, and the Y axis is set in the direction perpendicular to the XZ plane. .

光照射装置10は、矩形の筐体4を有し、筐体4の後側内部にマイクロ波発振器3(図示なし)が設けられている。光照射装置10は、更に、マイクロ波発振器3に付属するアンテナ8と、アンテナ8からのマイクロ波エネルギーを受けて発光する無電極ランプ12と、無電極ランプ12の軸線に沿って配置された反射鏡14を有する。反射鏡14によって囲まれた空間は、マイクロ波空洞5を形成している。無電極ランプ12は、マイクロ波空洞5に配置されている。   The light irradiation device 10 has a rectangular housing 4, and a microwave oscillator 3 (not shown) is provided inside the rear side of the housing 4. The light irradiation device 10 further includes an antenna 8 attached to the microwave oscillator 3, an electrodeless lamp 12 that emits light upon receiving microwave energy from the antenna 8, and a reflection disposed along the axis of the electrodeless lamp 12. It has a mirror 14. A space surrounded by the reflecting mirror 14 forms a microwave cavity 5. The electrodeless lamp 12 is disposed in the microwave cavity 5.

光照射装置10は、更に、無電極ランプ12を冷却する冷却空気供給機構を有する。冷却空気供給機構は、図示しない冷却空気源と、筐体4の上側には装着された冷却用送風ダクト6(図1Bでは省略)を有する。   The light irradiation device 10 further includes a cooling air supply mechanism that cools the electrodeless lamp 12. The cooling air supply mechanism has a cooling air source (not shown) and a cooling air duct 6 (not shown in FIG. 1B) mounted on the upper side of the housing 4.

マイクロ波は、波長1m〜100μm、周波数300MHz〜3THzの電磁波を指し、電波の中で最も短い波長域である。マイクロ波発振器3として、マグネトロン、クライストロン、進行波管(TWT)、ジャイロトロン、ガンダイオードを用いた回路等がある。本実施形態では、マイクロ波発振器としてマグネトロンを使用する。マグネトロンは、発振用真空管の一種であり、強力なノンコヒーレントマイクロ波を発生する。身近なところでは、マグネトロンは、レーダーや電子レンジに使われている。本実施形態では、電子レンジ、好ましくは業務用電子レンジに使用されているマグネトロンを使用する。なお、電子レンジでは周波数2,450MHzが使用されているが、これは技術的な制限によるものではなく、法的規制によるものである。   A microwave indicates an electromagnetic wave having a wavelength of 1 m to 100 μm and a frequency of 300 MHz to 3 THz, and is the shortest wavelength region among radio waves. Examples of the microwave oscillator 3 include a circuit using a magnetron, a klystron, a traveling wave tube (TWT), a gyrotron, and a Gunn diode. In this embodiment, a magnetron is used as the microwave oscillator. A magnetron is a type of oscillation vacuum tube that generates powerful non-coherent microwaves. In familiar places, magnetrons are used in radar and microwave ovens. In this embodiment, a magnetron used in a microwave oven, preferably a commercial microwave oven, is used. Note that the microwave oven uses a frequency of 2,450 MHz, but this is not due to technical limitations but due to legal restrictions.

図2は、本実施形態に係る光照射装置10の筐体4の前側内部の断面構成を示す。反射鏡14は、代表的には、被照射面に集光させる楕円面反射鏡、被照射面に平行光を当てる放物面反射鏡等が有る。楕円面も放物面も少なくとも1つの焦点を有する。図2の実施例では、反射鏡14は樋型楕円面反射鏡であり、無電極ランプ12は直管型で、その中心軸が楕円面反射鏡の焦点に位置するように配置されている。なお、無電極ランプの中心(中心軸)が反射鏡の焦点位置に必ずしも一致している必要は無く、ランプ設置の位置的誤差等も考慮して、ランプ本体の中央部分が焦点を含む位置に配置されていればよい。   FIG. 2 shows a cross-sectional configuration inside the front side of the housing 4 of the light irradiation apparatus 10 according to the present embodiment. Typically, the reflecting mirror 14 includes an ellipsoidal reflecting mirror for condensing on the irradiated surface, a parabolic reflecting mirror that applies parallel light to the irradiated surface, and the like. Both the ellipsoid and the paraboloid have at least one focal point. In the embodiment of FIG. 2, the reflecting mirror 14 is a saddle-type ellipsoidal reflecting mirror, the electrodeless lamp 12 is a straight tube type, and is arranged so that its central axis is located at the focal point of the ellipsoidal reflecting mirror. Note that the center (center axis) of the electrodeless lamp does not necessarily coincide with the focal position of the reflector, and the central portion of the lamp body is located at the position including the focal point in consideration of the positional error of the lamp. It only has to be arranged.

反射鏡14の筐体4の前面には光出射口2が形成され、光出射口は導電性メッシュ16によって覆われている。導電性メッシュ16は、マイクロ波に対しては不透過性であるが、マイクロ波空洞からの照射光18、即ち、可視光線及び紫外線に対しては透過性である。   A light exit 2 is formed on the front surface of the housing 4 of the reflecting mirror 14, and the light exit is covered with a conductive mesh 16. The conductive mesh 16 is impermeable to microwaves but is transmissive to irradiation light 18 from the microwave cavity, that is, visible light and ultraviolet rays.

マイクロ波発振器3から発生したマイクロ波は、アンテナ8を介して放射され、マイクロ波空洞5に供給され、そこで定在波を形成する。マイクロ波空洞5に配置された無電極ランプ12の内部にプラズマを励起する。プラズマが放射する可視光線或いは紫外線は、照射光18として反射鏡14を反射し、又は、直接、光出射口2に向かって放射され、導電性メッシュ16を通過して、被照射面に照射される。   Microwaves generated from the microwave oscillator 3 are radiated through the antenna 8 and supplied to the microwave cavity 5 where a standing wave is formed. Plasma is excited inside the electrodeless lamp 12 disposed in the microwave cavity 5. Visible rays or ultraviolet rays radiated from the plasma are reflected from the reflecting mirror 14 as the irradiation light 18 or directly emitted toward the light exit 2 and pass through the conductive mesh 16 to be irradiated on the irradiated surface. The

図示しない冷却空気源からの冷却用空気17は、冷却用送風ダクト6(図1A)を経由し、反射鏡14の孔14Aを介してマイクロ波空洞5に供給される。冷却用空気17は無電極ランプ12の外周面に衝突し、無電極ランプ12を冷却する。   Cooling air 17 from a cooling air source (not shown) is supplied to the microwave cavity 5 through the cooling air duct 6 (FIG. 1A) and through the hole 14 </ b> A of the reflecting mirror 14. The cooling air 17 collides with the outer peripheral surface of the electrodeless lamp 12 and cools the electrodeless lamp 12.

図3を参照して本実施形態に係る直管型の無電極ランプの例を説明する。無電極ランプ12は、円筒状の放電容器12Aを有する直管型であり、その両端に突起部12Bを有する。放電容器の両端の突起部12Bを筐体の両側の内壁の係合部に係合させることによって、無電極ランプ12はマイクロ波空洞内に保持される。   An example of a straight tube type electrodeless lamp according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The electrodeless lamp 12 is a straight tube type having a cylindrical discharge vessel 12A, and has protrusions 12B at both ends thereof. The electrodeless lamp 12 is held in the microwave cavity by engaging the protrusions 12B on both ends of the discharge vessel with the engaging portions on the inner walls on both sides of the casing.

マグネトロンを発振させると、2,450MHzのマイクロ波エネルギーがマイクロ波空洞5に供給され定在波が形成される。マイクロ波が無電極ランプ12の放電容器12Aと結合されて内部にプラズマが励起される。発光物質から可視光線或いは紫外線が放射される。   When the magnetron is oscillated, microwave energy of 2,450 MHz is supplied to the microwave cavity 5 to form a standing wave. The microwave is combined with the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp 12 to excite plasma inside. Visible light or ultraviolet light is emitted from the luminescent material.

無電極ランプ12を点灯すると、放電容器12Aの内部に、破線で示すように、2つのプラズマ領域13が形成される。プラズマ領域13は、腹131とその両側の節132を有する定在波を形成する。この定在波の波長は、λ=伝播速度/周波数=2.99×108(m/s)/2.45GHz≒123mmとなる。無電極ランプの放電容器12Aの軸線方向長さは、一波長の長さに略等しく形成されている。 When the electrodeless lamp 12 is turned on, two plasma regions 13 are formed inside the discharge vessel 12A as indicated by broken lines. The plasma region 13 forms a standing wave having an antinode 131 and nodes 132 on both sides thereof. The wavelength of this standing wave is λ = propagation speed / frequency = 2.99 × 10 8 (m / s) /2.45 GHz≈123 mm. The length in the axial direction of the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp is formed substantially equal to the length of one wavelength.

定在波の腹131の部分は比較的温度が高く、比較的強い発光をする。ここは高温領域(ホットゾーン)12a、12bと呼ばれる。定在波の節132の部分は比較的温度が低く、比較的弱い発光をする。ここは低温領域(コールドゾーン)12c、12d、12eと呼ばれる。放電容器12Aにて定在波は左右対称的に形成される。従って、中央の最低温位置は、放電容器12Aの軸線方向の中央の位置にある。低温領域12c、12d、12eでは、封入物質の蒸発が阻害され、又は、再凝縮が起こることがある。従って、無電極ランプ12の放電容器12Aの温度分布は軸線方向に沿って不均一となる。   The portion of the antinode 131 of the standing wave has a relatively high temperature and emits relatively strong light. This is called the high temperature region (hot zone) 12a, 12b. The portion of the standing wave node 132 is relatively cool and emits relatively weak light. This is called a low temperature region (cold zone) 12c, 12d, 12e. In the discharge vessel 12A, the standing wave is formed symmetrically. Therefore, the lowest temperature position in the center is at the center position in the axial direction of the discharge vessel 12A. In the low temperature regions 12c, 12d, and 12e, the evaporation of the encapsulated material may be inhibited or recondensation may occur. Therefore, the temperature distribution in the discharge vessel 12A of the electrodeless lamp 12 becomes non-uniform along the axial direction.

図4を参照して本実施形態に係る直管型の無電極ランプの寸法を説明する。本実施形態に係る無電極ランプ12は円筒状の放電容器12Aと両側の突起部12B、12Bを有する。無電極ランプの軸線方向の寸法をL1、放電容器12Aの軸線方向の寸法をL、突起部12B、12Bの軸線方向の寸法をそれぞれLtとする。L1=L+2Lt=146〜158mm、L=130〜140mm、Lt=8.0〜9.0mmである。放電容器12Aの外径をDとする。D=10〜14mmである。   The dimensions of the straight tube type electrodeless lamp according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The electrodeless lamp 12 according to this embodiment includes a cylindrical discharge vessel 12A and protrusions 12B and 12B on both sides. The dimension in the axial direction of the electrodeless lamp is L1, the dimension in the axial direction of the discharge vessel 12A is L, and the dimension in the axial direction of the protrusions 12B and 12B is Lt. L1 = L + 2Lt = 146-158 mm, L = 130-140 mm, Lt = 8.0-9.0 mm. Let D be the outer diameter of the discharge vessel 12A. D = 10-14 mm.

無電極ランプ12は石英ガラス製である。放電容器12Aは石英ガラス製の密閉容器によって形成されている。突起部12B、12Bは石英ガラス製の棒材である。放電容器12Aには、始動用の希ガス又は不活性ガスと発光物質が封入されている。   The electrodeless lamp 12 is made of quartz glass. The discharge vessel 12A is formed of a sealed vessel made of quartz glass. The protrusions 12B and 12B are quartz glass rods. The discharge vessel 12A is filled with a starting rare gas or inert gas and a luminescent material.

図5を参照して本実施形態に係る無電極ランプの他の例を説明する。本実施形態に係る無電極ランプ12は円筒状の放電容器12Aと両側の突起部12B、12Bを有する。図示のように、放電容器12Aは、円筒状の縮径中央部122、その両側のテーパ部124、及び、更にその外側の円筒部121、121を有する。円筒部の外側に端部123、123が形成されている。縮径中央部122は、放電容器の中央の低温領域12c(図3)に形成され、テーパ部124は、縮径中央部122と円筒部121、121を接続するように両者の間に形成されている。端部123、123は、放電容器の両側の低温領域12d、12eに形成され、従来の直管型の無電極ランプの放電容器12Aの両端部と同様に、球面形状、楕円球面状等の回転曲面状に形成されてよい。   Another example of the electrodeless lamp according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The electrodeless lamp 12 according to this embodiment includes a cylindrical discharge vessel 12A and protrusions 12B and 12B on both sides. As shown in the figure, the discharge vessel 12A has a cylindrical reduced diameter central portion 122, tapered portions 124 on both sides thereof, and cylindrical portions 121 and 121 on the outer sides thereof. End portions 123 and 123 are formed outside the cylindrical portion. The reduced diameter central portion 122 is formed in the low temperature region 12c (FIG. 3) in the center of the discharge vessel, and the tapered portion 124 is formed between the reduced diameter central portion 122 and the cylindrical portions 121 and 121 so as to connect them. ing. The end portions 123 and 123 are formed in the low temperature regions 12d and 12e on both sides of the discharge vessel. Similar to both ends of the discharge vessel 12A of the conventional straight tube type electrodeless lamp, the end portions 123 and 123 are rotated in a spherical shape, an elliptical spherical shape, or the like. It may be formed in a curved surface shape.

本実施形態では、放電容器の中央の低温領域12cに縮径中央部122が形成されているから、中央の低温領域12cにおいて内部空間が小さくなり、封入物質の再凝縮が回避される。   In the present embodiment, since the reduced diameter central portion 122 is formed in the low temperature region 12c at the center of the discharge vessel, the internal space becomes small in the central low temperature region 12c, and recondensation of the encapsulated material is avoided.

無電極ランプの軸線方向の寸法をL1、放電容器12Aの軸線方向の寸法をL、突起部12B、12Bの軸線方向の寸法をそれぞれLtとする。縮径中央部122の軸線方向の寸法をLa、テーパ部124の軸線方向の寸法をLb、円筒部121、121の軸線方向の寸法をLc、とする。L1=L+2Lt=146〜158mm、L=130〜140mm、Lt=8.0〜9.0mmである。La=15〜25mm、Lb=15〜25mm、Lc=30〜40mmである。   The dimension in the axial direction of the electrodeless lamp is L1, the dimension in the axial direction of the discharge vessel 12A is L, and the dimension in the axial direction of the protrusions 12B and 12B is Lt. The dimension in the axial direction of the reduced diameter central portion 122 is La, the dimension in the axial direction of the tapered portion 124 is Lb, and the dimension in the axial direction of the cylindrical portions 121 and 121 is Lc. L1 = L + 2Lt = 146-158 mm, L = 130-140 mm, Lt = 8.0-9.0 mm. La = 15-25 mm, Lb = 15-25 mm, Lc = 30-40 mm.

縮径中央部122の外径をDa、円筒部121、121の外径をDc、突起部12B、12Bの外径をDt、とする。縮径中央部122の外径Daは、図4の直管型の無電極ランプの放電容器12Aの外径Dより小さい。即ち、Da<Dである。円筒部121、121の外径Dcは、図4の直管型の無電極ランプの放電容器12Aの外径Dに等しい。即ち、Da=Dである。テーパ部124の内端の外径は、縮径中央部122の外径Daに等しく、テーパ部124の外端の外径は、円筒部121、121の外径Dcに等しい。   The outer diameter of the reduced diameter central portion 122 is Da, the outer diameter of the cylindrical portions 121 and 121 is Dc, and the outer diameter of the projecting portions 12B and 12B is Dt. The outer diameter Da of the reduced diameter central portion 122 is smaller than the outer diameter D of the discharge vessel 12A of the straight tube type electrodeless lamp of FIG. That is, Da <D. The outer diameter Dc of the cylindrical portions 121, 121 is equal to the outer diameter D of the discharge vessel 12A of the straight tube type electrodeless lamp of FIG. That is, Da = D. The outer diameter of the inner end of the tapered portion 124 is equal to the outer diameter Da of the reduced diameter central portion 122, and the outer diameter of the outer end of the tapered portion 124 is equal to the outer diameter Dc of the cylindrical portions 121 and 121.

以下に、本願の発明者が行った実験について説明する。まず、実験に用いた無電極ランプの例を詳細に説明する。本願の発明者が行った実験では、図3及び図4に示す直管型の無電極ランプを用いた。放電容器12Aの寸法は以下のとおりである。L1=L+2Lt=155mm、L=138mm、Lt=8.5mm、D=11mm、Dt=3mmであった。放電容器12Aの肉厚は1mmであった。放電容器12Aの内容積は8.8ccであった。放電容器には、始動用の希ガス又は不活性ガスとして15±5Torrのアルゴンガスを封入した。   Below, the experiment which the inventor of this application performed is demonstrated. First, an example of the electrodeless lamp used in the experiment will be described in detail. In an experiment conducted by the inventors of the present application, a straight tube type electrodeless lamp shown in FIGS. 3 and 4 was used. The dimensions of the discharge vessel 12A are as follows. L1 = L + 2Lt = 155 mm, L = 138 mm, Lt = 8.5 mm, D = 11 mm, Dt = 3 mm. The thickness of the discharge vessel 12A was 1 mm. The internal volume of the discharge vessel 12A was 8.8 cc. The discharge vessel was filled with argon gas of 15 ± 5 Torr as a starting rare gas or inert gas.

次に、本願の発明者が行った実験に用いた無電極ランプに封入した発光物質を順に説明する。本実施形態では発光物質として水銀を用いていない。即ち、本実施形態によるマイクロ波無電極ランプは無水銀ランプである。表1は本願の発明者が行った実験の概要及び結果を示す。投入電力を1.8kW一定とした。   Next, the luminescent material sealed in the electrodeless lamp used in the experiment conducted by the inventors of the present application will be described in order. In this embodiment, mercury is not used as the luminescent material. That is, the microwave electrodeless lamp according to the present embodiment is a mercury-free lamp. Table 1 shows the outline and results of experiments conducted by the inventors of the present application. The input power was fixed at 1.8 kW.

Figure 0006319660
Figure 0006319660

本願の発明者は、水銀の代わりとなる発光物質としてヨウ化コバルト(CoI2)とヨウ化鉄(FeI2)に着目した。実験1及び実験2について説明する。実験1では、発光物質としてヨウ化コバルトを封入した。実験2では、発光物質としてヨウ化鉄を封入した。実験1のヨウ化コバルトの封入密度と実験2のヨウ化鉄の封入密度は共にそれぞれ6.4μmol/ccである。実験1及び実験2においてUV−A領域の発光強度を測定し、両者を比較した。表1では、実験1のUV−A領域の発光強度を基準として他の実験のUV−A領域の発光強度を比較した。即ち、実験1のUV−A領域の発光強度を100%とし、他の実験のUV−A領域の発光強度を百分率で表示した。実験2のUV−A領域の発光強度は約66%であった。従って、発光物質としてヨウ化鉄よりもヨウ化コバルトのほうが好ましいことが判る。 The inventors have paid attention to cobalt iodide (CoI 2) and iron iodide (FeI 2) as a light emitting material to substitute for mercury. Experiment 1 and Experiment 2 will be described. In Experiment 1, cobalt iodide was encapsulated as a luminescent material. In Experiment 2, iron iodide was encapsulated as a luminescent material. The enclosure density of cobalt iodide in Experiment 1 and the enclosure density of iron iodide in Experiment 2 are both 6.4 μmol / cc. In Experiment 1 and Experiment 2, the emission intensity in the UV-A region was measured and compared. In Table 1, the emission intensity in the UV-A region of another experiment was compared with the emission intensity in the UV-A region of Experiment 1 as a reference. That is, the emission intensity in the UV-A region in Experiment 1 was set to 100%, and the emission intensity in the UV-A region in other experiments was displayed as a percentage. The emission intensity in the UV-A region of Experiment 2 was about 66%. Therefore, it can be seen that cobalt iodide is preferable to iron iodide as the luminescent material.

本願の発明者は、ヨウ化コバルトの封入密度を変化させてUV−A領域の発光強度を測定する実験を行った。その結果、ヨウ化コバルトの封入密度が4.0μmol/ccより少ないとUV−A領域の発光強度を顕著に改善することができないが、ヨウ化コバルトの封入密度が4.0μmol/cc以上の場合、UV−A領域の発光強度が良好となることが判った。一方、ヨウ化コバルトの封入密度が6.5μmol/ccを超えるとアークが不安定となることが観察された。そこで本実施形態では、ヨウ化コバルトの封入密度を4.0〜6.5μmol/ccに設定した。   The inventor of the present application conducted an experiment to measure the emission intensity in the UV-A region by changing the encapsulation density of cobalt iodide. As a result, if the cobalt iodide encapsulation density is less than 4.0 μmol / cc, the emission intensity in the UV-A region cannot be remarkably improved, but the cobalt iodide encapsulation density is 4.0 μmol / cc or more. The emission intensity in the UV-A region was found to be good. On the other hand, it was observed that the arc became unstable when the enclosure density of cobalt iodide exceeded 6.5 μmol / cc. Therefore, in this embodiment, the enclosure density of cobalt iodide is set to 4.0 to 6.5 μmol / cc.

更に、本願の発明者は、ヨウ化コバルト(CoI2)に付加的に封入する発光物質を検討した。本願の発明者は、ニッケル単体と鉄単体に着目した。実験3及び実験4について説明する。実験3では、ヨウ化コバルトに加えてニッケル単体を封入し、実験4では、ヨウ化コバルトに加えて鉄単体を封入した。実験3のニッケル単体の封入密度と実験4の鉄単体の封入密度は略対応する。実験3のヨウ化コバルトの封入密度と実験4のヨウ化コバルトの封入密度はともに6.4μmol/ccである。 Furthermore, the inventor of the present application examined a luminescent material additionally encapsulated in cobalt iodide (CoI 2 ). The inventor of the present application focused on simple nickel and simple iron. Experiment 3 and Experiment 4 will be described. In Experiment 3, nickel alone was enclosed in addition to cobalt iodide, and in Experiment 4, iron alone was enclosed in addition to cobalt iodide. The enclosure density of simple nickel in Experiment 3 and the enclosure density of simple iron in Experiment 4 correspond approximately. The enclosure density of cobalt iodide in Experiment 3 and the enclosure density of cobalt iodide in Experiment 4 are both 6.4 μmol / cc.

実験3と実験4の結果を比較する。実験3のUV−A領域の発光強度は約109%であり、実験4のUV−A領域の発光強度は約95〜99%である。従って、ヨウ化コバルトに加えて封入する発光物質としてニッケル単体が好ましいことが判る。   The results of Experiment 3 and Experiment 4 are compared. The emission intensity in the UV-A region in Experiment 3 is about 109%, and the emission intensity in the UV-A region in Experiment 4 is about 95 to 99%. Therefore, it can be seen that nickel alone is preferable as the light emitting material to be encapsulated in addition to cobalt iodide.

図6を参照して本願の発明者が行った実験結果を説明する。本願の発明者は、ニッケルの封入密度を変化させて、波長315〜400nm(UV−A領域)の発光強度の分光特性を測定した。尚、ヨウ化コバルトの封入密度はいずれも6.4μmol/ccである。この実験では、図4に示した本実施形態による無電極ランプを使用し、投入電力を1.8kW一定とした。図6の横軸は、ニッケル単体の封入密度(μmol/cc)、縦軸は波長315〜400nm(UV−A領域)の発光強度の積算値の相対値(単位:%)であり、実験1の場合、即ち、ニッケル単体の封入密度がゼロの場合の発光強度を100%としている。   The results of experiments conducted by the inventors of the present application will be described with reference to FIG. The inventor of the present application measured the spectral characteristics of the emission intensity at a wavelength of 315 to 400 nm (UV-A region) by changing the enclosure density of nickel. The enclosure density of cobalt iodide is 6.4 μmol / cc. In this experiment, the electrodeless lamp according to the present embodiment shown in FIG. 4 was used, and the input power was fixed at 1.8 kW. The horizontal axis in FIG. 6 is the nickel density of inclusion (μmol / cc), and the vertical axis is the relative value (unit:%) of the integrated value of the emission intensity at wavelengths of 315 to 400 nm (UV-A region). In other words, the emission intensity when the encapsulation density of nickel alone is zero is 100%.

図6のグラフから、ニッケル単体の封入密度が15.0μmol/cc以下のとき、UV−A領域の発光強度は増加するが、ニッケル単体の封入密度を15.0μmol/ccより多くすると、UV−A領域の発光強度は減少する。従って、ニッケル単体の封入密度が15.0μmol/cc以下とするのがよく、好ましくは、4.0〜8.0μmol/ccとするのがよい。   From the graph of FIG. 6, when the enclosure density of nickel alone is 15.0 μmol / cc or less, the emission intensity in the UV-A region increases, but when the enclosure density of nickel alone is greater than 15.0 μmol / cc, UV− The emission intensity in the A region decreases. Therefore, the enclosure density of nickel alone should be 15.0 μmol / cc or less, and preferably 4.0 to 8.0 μmol / cc.

図7を参照して本願の発明者が行った実験結果を説明する。図7は、表1の実験1、及び、実験3の発光強度及び分光特性を示す。横軸は、UV−A領域の波長315〜400nm、縦軸は発光強度の相対値(単位:%)であり、実験1の場合、即ち、ニッケル単体の封入密度がゼロの場合の波長353nm付近の発光強度を100%としている。   The result of the experiment conducted by the inventors of the present application will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the emission intensity and spectral characteristics of Experiment 1 and Experiment 3 in Table 1. The horizontal axis is the wavelength of 315 to 400 nm in the UV-A region, and the vertical axis is the relative value (unit:%) of the emission intensity. In the case of Experiment 1, that is, the vicinity of the wavelength of 353 nm when the density of nickel alone is zero The emission intensity is set to 100%.

実線は実験3におけるニッケル単体の封入密度が8.0μmol/ccの場合の分光特性を示す。点線は実験3におけるニッケル単体の封入密度が4.0μmol/ccの場合の分光特性を示す。破線は実験1の場合、即ち、ニッケル単体の封入密度がゼロの場合の分光特性を示す。波長315〜380nmでは、実線及び点線は、破線より明確に上側にある。従って、ヨウ化コバルトに加えてニッケル単体を封入することによって波長315〜380nmの発光強度及び分光特性が顕著に改善されることが判る。尚、波長315〜380nmにて、実線は点線よりも部分的に僅かに上側にあるが、概して、両者は略重なっていると言える。従って、ニッケル単体の封入密度が4.0μmol/ccよりも8.0μmol/ccのほうが好ましいが、発光強度及び分光特性の差異は僅かである。   The solid line shows the spectral characteristics when the nickel density in Experiment 3 is 8.0 μmol / cc. The dotted line shows the spectral characteristics when the enclosure density of nickel alone in Experiment 3 is 4.0 μmol / cc. The broken line indicates the spectral characteristics in Experiment 1, that is, in the case where the enclosure density of nickel alone is zero. At wavelengths of 315 to 380 nm, the solid line and the dotted line are clearly above the broken line. Accordingly, it can be seen that the emission intensity and spectral characteristics at wavelengths of 315 to 380 nm are remarkably improved by enclosing nickel alone in addition to cobalt iodide. Note that, at wavelengths of 315 to 380 nm, the solid line is partially slightly above the dotted line, but in general, it can be said that the two substantially overlap. Therefore, although the encapsulation density of nickel alone is preferably 8.0 μmol / cc rather than 4.0 μmol / cc, the difference in emission intensity and spectral characteristics is slight.

一方、波長380〜400nmでは、実験1の破線が最も上側にあり、次に、実験3の点線があり、実験3の実線は最も下側にある。従って、波長380〜400nmでは、ニッケル単体の封入密度がゼロの場合に発光強度が最も良好である。また、ニッケル単体の封入密度が4.0μmolの場合のほうが8.0μmol/ccの場合より良好である。この実験では、投入電力を1.8kW一定としたが、投入電力を2.5kWまで増加させると、有水銀ランプと同程度の発光強度が得られることが判った。   On the other hand, at wavelengths of 380 to 400 nm, the broken line of Experiment 1 is on the uppermost side, followed by the dotted line of Experiment 3, and the solid line of Experiment 3 is on the lowermost side. Therefore, at a wavelength of 380 to 400 nm, the emission intensity is the best when the enclosure density of nickel alone is zero. Further, the case where the enclosure density of nickel alone is 4.0 μmol is better than the case where it is 8.0 μmol / cc. In this experiment, the input power was fixed at 1.8 kW, but it was found that when the input power was increased to 2.5 kW, a light emission intensity comparable to that of a mercury-containing lamp was obtained.

本願の発明者が行った実験から得られた知見を纏める。   The findings obtained from experiments conducted by the inventors of the present application will be summarized.

(1)無水銀放電ランプにおいて、ヨウ化鉄を封入するよりはヨウ化コバルトを封入するほうが、UV−A領域の発光強度の改善に効果がある。   (1) In a mercury-free discharge lamp, encapsulating cobalt iodide is more effective in improving the emission intensity in the UV-A region than encapsulating iron iodide.

(2)無水銀放電ランプにおいて、ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜6.5mol/ccとするのがよい。ヨウ化コバルトの封入密度が4.0mol/ccより少ないと、発光強度を十分に改善することはできない。一方、ヨウ化コバルトの封入密度が6.5mol/ccより多いとアークが不安定となる。   (2) In the mercury-free discharge lamp, the enclosure density of cobalt iodide is preferably 4.0 to 6.5 mol / cc. If the enclosure density of cobalt iodide is less than 4.0 mol / cc, the emission intensity cannot be improved sufficiently. On the other hand, when the enclosure density of cobalt iodide is more than 6.5 mol / cc, the arc becomes unstable.

(3)無水銀放電ランプにおいて、ヨウ化コバルトに加えて更にニッケル単体を封入するとUV−A領域の発光強度を改善することができる。ニッケル単体の封入密度は15.0μmol/cc以下であってよいが、好ましくは、4.0〜8.0μmol/ccである。   (3) In the mercury-free discharge lamp, the emission intensity in the UV-A region can be improved by further enclosing nickel alone in addition to cobalt iodide. The enclosure density of nickel alone may be 15.0 μmol / cc or less, but is preferably 4.0 to 8.0 μmol / cc.

(4)放電容器として図3及び図4に示す通常の直管型を用いてもよいが、好ましくは、図5に示す中央の低温領域(コールドゾーン)に縮径中央部を備えた形状のものを用いるとよい。   (4) The normal straight tube type shown in FIGS. 3 and 4 may be used as the discharge vessel, but preferably, the discharge vessel has a shape having a reduced diameter central portion in the central low temperature region (cold zone) shown in FIG. Use a good one.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の範囲はこれらの実施の形態によって制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者であれば容易に理解されよう。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited by these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims. This will be readily appreciated by those skilled in the art.

本発明は、マイクロ波無電極ランプを搭載した光照射装置は、例えば、インク、塗装等が塗布された面の表面硬化処理などに好適に用いることができる。   In the present invention, a light irradiation apparatus equipped with a microwave electrodeless lamp can be suitably used for, for example, surface hardening treatment of a surface coated with ink, coating, or the like.

2…光出射口、3…マイクロ波発振器、4…筐体、5…マイクロ波空洞、6…冷却用送風ダクト、8…アンテナ、10…光照射装置、12…無電極ランプ、12A…放電容器、12B…突起部、12a、12b…高温領域(ホットゾーン)、12c、12d、12e…低温領域(コールドゾーン)、13…プラズマ領域、14…反射鏡、14A…孔、16…導電性メッシュ、17…冷却用空気、18…照射光、121…円筒部、122…縮径中央部、123…端部、124…テーパ部、131…腹、132…節 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Light emission port, 3 ... Microwave oscillator, 4 ... Housing | casing, 5 ... Microwave cavity, 6 ... Cooling air duct, 8 ... Antenna, 10 ... Light irradiation apparatus, 12 ... Electrodeless lamp, 12A ... Discharge vessel , 12B ... projections, 12a, 12b ... high temperature region (hot zone), 12c, 12d, 12e ... low temperature region (cold zone), 13 ... plasma region, 14 ... reflector, 14A ... hole, 16 ... conductive mesh, 17 ... cooling air, 18 ... irradiation light, 121 ... cylindrical portion, 122 ... center of reduced diameter, 123 ... end portion, 124 ... tapered portion, 131 ... belly, 132 ... node

Claims (5)

マイクロ波エネルギーを受けて発光するマイクロ波無電極ランプにおいて、
石英ガラス製の管状の放電容器と、
該放電容器内に封入された希ガス及び発光物質と、を有し、
前記発光物質は、ヨウ化コバルト、及び、ニッケル単体を含み、前記ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜6.5μmol/ccであり、前記ニッケルの封入密度は15.0μmol/cc以下である、マイクロ波無電極ランプ。
In microwave electrodeless lamps that emit light upon receiving microwave energy,
A tubular discharge vessel made of quartz glass;
A rare gas and a luminescent material enclosed in the discharge vessel,
The luminescent material includes cobalt iodide and nickel alone, and the enclosure density of cobalt iodide is 4.0 to 6.5 μmol / cc, and the enclosure density of nickel is 15.0 μmol / cc or less. Microwave electrodeless lamp.
請求項1記載のマイクロ波無電極ランプにおいて、
前記ニッケルの封入密度は4.0〜8.0μmol/ccである、マイクロ波無電極ランプ。
The microwave electrodeless lamp according to claim 1, wherein
A microwave electrodeless lamp having an enclosure density of nickel of 4.0 to 8.0 μmol / cc.
請求項1記載のマイクロ波無電極ランプにおいて、
前記放電容器は、縮径中央部と、該縮径中央部の両側に接続されたテーパ部と、該テーパ部の外端にそれぞれ接続された円筒部と、を有し、前記縮径中央部の外径は前記円筒部の外径より小さく、前記縮径中央部は、マイクロ波エネルギーによって生成されるプラズマ領域の定在波の節に対応して形成される低温領域に対応する位置に形成されていることを特徴とするマイクロ波無電極ランプ。
The microwave electrodeless lamp according to claim 1, wherein
The discharge vessel has a reduced diameter central portion, a tapered portion connected to both sides of the reduced diameter central portion, and a cylindrical portion connected to each outer end of the tapered portion, and the reduced diameter central portion The outer diameter of the cylindrical portion is smaller than the outer diameter of the cylindrical portion, and the central portion of the reduced diameter is formed at a position corresponding to a low temperature region formed corresponding to a standing wave node of a plasma region generated by microwave energy. Microwave electrodeless lamp characterized by being made.
マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振器に付属するアンテナと、該アンテナからのマイクロ波エネルギーを受けて発光する無電極ランプと、を有する光照射装置において、
前記無電極ランプは不活性ガスと発光物質が封入された放電容器を有し、
前記発光物質は、ヨウ化コバルト、及び、ニッケル単体を含み、前記ヨウ化コバルトの封入密度は4.0〜6.5mol/ccであり、前記ニッケルの封入密度は15.0μmol/cc以下である、光照射装置。
In a light irradiation apparatus having a microwave oscillator, an antenna attached to the microwave oscillator, and an electrodeless lamp that emits light by receiving microwave energy from the antenna,
The electrodeless lamp has a discharge vessel filled with an inert gas and a luminescent material,
The luminescent material includes cobalt iodide and nickel alone, and the enclosure density of cobalt iodide is 4.0 to 6.5 mol / cc, and the enclosure density of nickel is 15.0 μmol / cc or less. , Light irradiation device.
請求項4記載の光照射装置において、
前記ニッケルの封入密度は4.0〜8.0μmol/ccである、光照射装置。
In the light irradiation apparatus of Claim 4,
The nickel irradiation density is 4.0 to 8.0 μmol / cc.
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