JP6507465B2 - 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 - Google Patents

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。

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。

放電管には、始動用の希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。紫外線は、波長３１５〜４００ｎｍのＵＶ−Ａ領域、波長２８０〜３１５ｎｍのＵＶ−Ｂ領域、波長２００〜２８０ｎｍのＵＶ−Ｃ領域に分けられる。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。ＵＶ−Ｃ領域の紫外線は殺菌用に用いられる。

特許文献１には、ヨウ化水銀及び鉄を封入した無電極ランプの例が記載されている。特許文献２には、有水銀タイプの無電極ランプの例が記載されている。発光物質として、水銀、ハロゲン、鉄、ニッケル、コバルト、パラジウム等が用いられている。

特開平６−１３０５２号公報（特許第３４９６０３３号） 特開昭５７−１７２６５０号公報

近年、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。

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無水銀タイプの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。

本発明の実施形態によると、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、
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、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含み、
前記ヨウ化コバルトの封入密度は３．７〜９．４μｍｏｌ／ｃｃであり、
前記ヨウ化鉄の封入密度に対する前記ヨウ化コバルトの封入密度の比は０．９７〜９３．６０であり、
前記亜鉛の封入密度は２．８〜３．８μｍｏｌ／ｃｃであり、
前記ニッケルの封入密度は１２．０〜６８．０μｍｏｌ／ｃｃである。

本発明の実施形態によると、前記マイクロ波無電極ランプにおいて、前記ヨウ化鉄の封入密度と前記ヨウ化コバルトの封入密度の和は９．０〜１０．０μｍｏｌ／ｃｃである、としてよい。

本発明の実施形態によると、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希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、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含み、
前記ヨウ化コバルトの封入密度は３．７〜９．４μｍｏｌ／ｃｃであり、
前記亜鉛の封入密度は２．８〜３．８μｍｏｌ／ｃｃであり、
前記ニッケルの封入密度は１２．０〜６８．０μｍｏｌ／ｃｃである。

本発明の実施形態によると、前記光照射装置において、前記ヨウ化鉄の封入密度と前記ヨウ化コバルトの封入密度の和は９．０〜１０．０μｍｏｌ／ｃｃである、としてよい。

本発明によれば、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無水銀タイプの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。

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。 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。 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。 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。 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。 図５は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験の結果の一例を示し、ヨウ化鉄の封入密度に対するヨウ化コバルトの封入密度の比と紫外線（ＵＶ−Ａ）発光強度の関係を説明する図である。 図６は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験の結果の一例を示し、亜鉛の封入密度（μｍｏｌ／ｃｃ）と紫外線（ＵＶ−Ａ）の発光強度の関係を説明する図である。 図７は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験の結果の一例を示し、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。 図８は、本願発明者が行った無電極ランプの点灯実験の結果の一例を示し、ニッケルの封入密度に対する紫外線（ＵＶ−Ａ）発光強度の分光特性を説明する図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、再凝集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。

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例を説明する。放電容器１２Ａは、円筒部１２１を有する。円筒部の両側に端部１２３、１２３が形成されている。端部１２３、１２３は、放電容器の両側の低温領域１２ｄ、１２ｅに形成され、球面形状、楕円球面状等の回転曲面状に形成されてよい。

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。円筒部１２１の内径をＤ₁、外径をＤ₂、肉厚をｔ、突起部１２Ｂ、１２Ｂの外径をＤｔとする。

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、始動用の希ガスと発光物質が封入される。

以下に、本願発明者が行った予備的実験について説明する。先ず、予備的実験で使用した無電極ランプの放電容器１２Ａの形状及び寸法を説明する。実験では、図３及び図４に示す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、Ｄ₂＝１１ｍｍ、Ｄｔ＝３ｍｍである。放電容器１２Ａの肉厚はｔ＝１ｍｍであった。放電容器１２Ａの内容積は８．８ｃｃである。

次に、実験で用いた放電容器１２Ａの封入物を説明する。上述のように本実施形態では、発光物質として環境負荷物質である水銀は用いない。実験では、発光物質として、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）、亜鉛（Ｚｎ）、及び、ニッケル（Ｎｉ）を用いた。始動用の希ガスとして１〜１０Ｔｏｒｒのアルゴンガスを封入した。無電極ランプの投入電力を１．４ｋＷ一定とし、波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ領域）の発光強度を測定した。

先ず、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）、及び、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）について説明する。コバルト（Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）は、ＵＶ−Ａ領域における発光に寄与することが知られている。本願の発明者が行った予備的な実験では、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度が高くなると、ＵＶ−Ａ領域の発光強度が大きくなることが判った。ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度は少なくとも３μｍｏｌ／ｃｃは必要である。一方、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度が１０μｍｏｌ／ｃｃを超えると、始動性が低下することが確認された。更に、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度を更に増加させても、ＵＶ−Ａ領域の発光強度がそれ以上に大きくなることはない。以上より、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度は３〜１０μｍｏｌ／ｃｃが好ましい。そこで、本願の発明者は実験を行い、コバルトと鉄の最適比を求めることとした。以下に、コバルトと鉄の最適比を求める実験について説明する。

表１は実験で用いた発光物質と、実験結果であるＵＶ−Ａ領域の紫外線の強度の測定結果を示す。ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度とヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度の和をαとし、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比をβとする。
α＝ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度とヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度の和
β＝ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比

第１列は、実験番号Ｔ１〜Ｔ１２、第２列は、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度、第３列はヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度、第４列は、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度とヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度の和α、第５列は、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比β、第６列は、亜鉛（Ｚｎ）の封入密度である。第７列は、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の強度（ｍＷ／ｃｍ²）である。これらの実験番号Ｔ１〜Ｔ１２において、亜鉛（Ｚｎ）の封入密度（３．５８μｍｏｌ／ｃｃ）及び封入量（２．０ｍｍｇ）は一定とした。亜鉛（Ｚｎ）の封入密度については後に図６を参照して詳細に説明する。

実験番号Ｔ１〜Ｔ１２に示すように、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比βを徐々に変化させた。例えば、実験番号Ｔ１の場合、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度はゼロであり、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度は９．００μｍｏｌ／ｃｃ、封入量２３．８ｍｇである。一方、実験番号Ｔ１２の場合、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度は９．３６μｍｏｌ／ｃｃ、封入量は２５ｍｍｇであり、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度はゼロである。但し、実験番号Ｔ１〜Ｔ１２において、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度とヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度の和αは略一定である。即ち、α＝９．００〜９．６６μｍｏｌ／ｃｃである。

図５は、表１の第７列に示すＵＶ−Ａ領域の紫外線の強度の測定結果を示す。横軸は、表１の第５列に示す、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比βである。尚、横軸の目盛は対数目盛である。縦軸は、表１の７列に示す、波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ領域）の発光強度（ｍＷ／ｃｍ²）である。図５のグラフにおいて、丸印の点は実験番号Ｔ１の発光強度、四角印の点は実験番号Ｔ２〜Ｔ１１の発光強度、三角印の点は実験番号Ｔ１２の発光強度の測定値をそれぞれ示す。図示のように比βが１より小さい場合には、比βを増加させると、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の強度は増加する。しかしながら、比βが１００を超えると、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の強度は減少する。

本願の発明者は、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度の基準値として、右端の三角印の点によって表される実験番号Ｔ１２の発光強度１１１１ｍＷ／ｃｍ²を選んだ。上述のように、実験番号Ｔ１２の発光物質は、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）を含まず、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）のみを含む。本願の発明者は、好ましい目標値として、実験番号Ｔ１２の発光強度より１０％大きい値、即ち、１２２２ｍＷ／ｃｍ²を設定した。図５の横軸に平行な破線は、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度の目標値１２２２ｍＷ／ｃｍ²を表す。表１に示すように、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の強度が目標値１２２２ｍＷ／ｃｍ²を超えたのは実験番号Ｔ４〜Ｔ１０である。実験番号Ｔ４の場合、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比βは、０．９７である。実験番号１０の場合、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比は、９３．６０である。発光強度が、目標値１２２２ｍＷ／ｃｍ²を超えるには、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比βを、０．９７〜９３．６０とすればよい。

以上より、本発明の実施形態によると、ヨウ化鉄（ＦｅＩ２）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ２）の封入密度の比βは、０．９７〜９３．６０である。また、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度を、３．７〜９．４μｍｏｌ／ｃｃとし、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度とヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度の和αを、α＝９．０〜１０．０μｍｏｌ／ｃｃとする。

次に、亜鉛（Ｚｎ）について説明する。亜鉛は蒸気圧が高いため点灯中のインピーダンスを高くすることができる。また、マイクロ波のエネルギーを効率よく吸収することができる。そのため、プラズマ温度を上昇させ、鉄、及びコバルトの発光強度を上昇させることができる。実験番号Ｔ１〜Ｔ１２において、亜鉛（Ｚｎ）の封入密度を３．５８μｍｏｌ／ｃｃ、即ち、亜鉛の封入量を２．０ｍｇとしたが、以下に、亜鉛の最適な封入密度について説明する。

図６は無電極ランプの放電容器１２Ａに封入した亜鉛（Ｚｎ）と波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ領域）の発光強度の関係を測定した結果を示す。横軸は、亜鉛（Ｚｎ）の封入密度（μｍｏｌ／ｃｃ）、縦軸は波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ領域）の発光強度（ｍＷ／ｃｍ²）である。尚、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度は４．４９μｍｏｌ／ｃｃ、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度は４．６２μｍｏｌ／ｃｃである。又、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比βは０．９７、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度とヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の和αは９．１１μｍｏｌ／ｃｃである。これは、表１の実験番号Ｔ４に対応し、図５のグラフの左から４番目の四角点に対応する。

本願の発明者は、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度の目標値として、図５の場合と同様に、１２２２ｍＷ／ｃｍ²を設定した。図６の横軸に平行な破線は、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度の目標値１２２２ｍＷ／ｃｍ²を表す。図示のように、目標値１２２２ｍＷ／ｃｍ²を超えるには、亜鉛（Ｚｎ）の封入密度を２．８〜３．８μｍｏｌ／ｃｃとすればよい。

以下に、ニッケル（Ｎｉ）について説明する。上述のように特許文献２には、有水銀タイプの無電極ランプにおいて、発光物質としてニッケル（Ｎｉ）を用いることが記載されている。そこで本願の発明者は無水銀タイプの無電極ランプにおいて、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度を向上させるためにニッケル（Ｎｉ）を用いることを着想した。以下に、本願の発明者が行ったニッケル封入実験について詳細に説明する。このニッケル封入実験では、発光物質としてニッケル（Ｎｉ）単体を用いた。

先ず、実験で使用した無電極ランプの放電容器１２Ａの形状及び寸法を説明する。実験では、図３及び図４に示す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、Ｄ₁＝８ｍｍ、Ｄｔ＝３ｍｍであった。放電容器１２Ａの肉厚はｔ＝１ｍｍであった。放電容器１２Ａの内容積は８．５４ｃｃであった。

次に、このニッケル封入実験で用いた放電容器１２Ａの封入物を説明する。本実施形態では、環境負荷物質である水銀は用いない。上述のように本実施形態では、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度は３．７〜９．４μｍｏｌ／ｃｃ、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比βは０．９７〜９３．６０である。そこで、このニッケル封入実験では、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度を６．７４μｍｏｌ／ｃｃ、ヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度を２．３５μｍｏｌ／ｃｃとした。従ってヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）の封入密度に対するヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）の封入密度の比βは２．８７である。

上述のように本実施形態では、亜鉛（Ｚｎ）の封入密度は２．８〜３．８μｍｏｌ／ｃｃである。そこで、このニッケル封入実験では、亜鉛（Ｚｎ）の封入密度を３．５８μｍｏｌ／ｃｃとした。始動用の希ガスとして５Ｔｏｒｒのアルゴンガスを封入した。無電極ランプの投入電力を１．５０ｋＷとし、波長３１５〜４００ｎｍ（ＵＶ−Ａ領域）の発光強度を測定した。

表２は本願の発明者が行ったニッケル封入実験の結果を示す。このニッケル封入実験における無電極ランプの投入電力は約１．５０ｋＷである。表２の第１行は試験番号１〜８である。表２の第２行の上段はニッケル（Ｎｉ）の封入密度（単位：μｍｏｌ／ｃｃ）、下段はニッケル（Ｎｉ）の封入量（単位：ｍｇ）である。表２の第３行の上段はＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度（単位：ｍＷ／ｃｍ²）、下段は試験番号１の値に対する相対値を１００分率で表したものである。尚、表２の第３行の上段の測定値は、複数の測定値が得られた場合にはそれらの平均値である。

試験番号１の場合、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度及び封入量はゼロである。試験番号２の場合、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度は７．９８μｍｏｌ／ｃｃ）（４ｍｇ）である。試験番号３の場合、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度は１５．９６μｍｏｌ／ｃｃ）（８ｍｇ）である。試験番号４の場合、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度は３１．９２μｍｏｌ／ｃｃ）（１６ｍｇ）である。試験番号５の場合、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度は４７．８８μｍｏｌ／ｃｃ）（２４ｍｇ）である。試験番号６の場合、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度は６３．８７μｍｏｌ／ｃｃ）（３２ｍｇ）である。試験番号７の場合、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度は７９．８３μｍｏｌ／ｃｃ）（４０ｍｇ）である。試験番号８の場合、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度は９５．８０μｍｏｌ／ｃｃ）（４８ｍｇ）である。

図７は、表２の第２行と第３行の関係を示すグラフである。横軸はニッケル（Ｎｉ）の封入密度（単位：μｍｏｌ／ｃｃ）、縦軸はＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度（単位：ｍＷ／ｃｍ²）である。本願の発明者は、試験番号１の場合、即ち、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度及び封入量がゼロの場合のＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度、即ち、１３４２ｍＷ／ｃｍ²を基準とした。更に、基準値より１０％高い値、即ち、１４７６ｍＷ／ｃｍ²を好ましい目標値とした。図７において横軸に平行な破線は、好ましい目標値である１４７６ｍＷ／ｃｍ²を表す。図示のように、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度が目標値１４７６ｍＷ／ｃｍ²を超えるためには、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度を１２．０〜６８．０μｍｏｌ／ｃｃとすればよいと言える。

図８は、表２に示したニッケル封入実験の結果であるＵＶ−Ａ領域の紫外線の分光特性を示す。横軸は波長（単位：ｎｍ）、縦軸はＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度（単位：μＷ／ｃｍ²／ｎｍ）である。無電極ランプの投入電力は約１．５０ｋＷである。実線のグラフは、試験番号１の場合である。点線のグラフは、試験番号２の場合である。短鎖線のグラフは、試験番号３の場合である。鎖線のグラフは、試験番号４の場合である。一点鎖線のグラフは、試験番号５の場合である。二点鎖線のグラフは、試験番号６の場合である。一点２鎖線のグラフは、試験番号７の場合である。細点線のグラフは、試験番号８の場合である。

図８のグラフから次の知見が得られる。波長３３０〜３６５ｎｍの領域と波長３７０〜４００ｎｍの領域では、発光強度に対するニッケル（Ｎｉ）の添加量の影響が異なる。即ち、波長３３０〜３６５ｎｍの領域では、ニッケル（Ｎｉ）を添加することによって発光強度が顕著に改善されることが判る。即ち、波長３３０〜３６５ｎｍの領域では、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度を増加すると発光強度が向上するが、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度を減少すると発光強度が向上を期待できない。一方、波長３７０〜４００ｎｍでは、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度が増加すると、発光強度が低下する。従って、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度を安定的に放射するには、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度の最適範囲を選択するとよい。

以下に本願の発明者が行った実験から得た知見及び本発明の実施の形態を纏める。
（１）本願の発明者が行った実験では、発光物質としてヨウ化鉄（ＦｅＩ₂）、ヨウ化コバルト（ＣｏＩ₂）及び亜鉛（Ｚｎ）を用いた。更に、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度を向上させるために、ニッケル（Ｎｉ）単体を添加した。
（２）図７に示すように、ニッケル（Ｎｉ）を添加すると、ニッケル（Ｎｉ）を添加しない場合と比較して、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度を向上させることができる。特に、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度を１２．０〜６８．０μｍｏｌ／ｃｃとすると、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度を十分に向上させることができる。従って、波長３１５〜３６５ｎｍの領域の紫外線を利用する用途の場合には、発光物質としてニッケル（Ｎｉ）を添加することが好ましい。

（３）しかしながら、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度が６８．０μｍｏｌ／ｃｃを超える場合には、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度の顕著な向上を期待することができない。これは、図８に示すように、波長３７０〜４００ｎｍの領域の発光強度の低下が影響しているものと思われる。同様に、ニッケル（Ｎｉ）の封入密度が１２．０μｍｏｌ／ｃｃに満たない場合には、ＵＶ−Ａ領域の紫外線の発光強度の顕著な向上を期待することができない。これは、図８に示すように、波長３３０〜３６５ｎｍの領域の発光強度の低下が影響しているものと思われる。

（４）本願の発明者が行った実験から、本発明の実施形態では、マイクロ波無電極ランプに封入する発光物質は、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含む。ヨウ化コバルトの封入密度は３．７〜９．４μｍｏｌ／ｃｃであり、ヨウ化鉄の封入密度に対するヨウ化コバルトの封入密度の比は０．９７〜９３．６０であり、亜鉛の封入密度は２．８〜３．８μｍｏｌ／ｃｃであり、ニッケルの封入密度は１２．０〜６８．０μｍｏｌ／ｃｃである。更に、ヨウ化鉄の封入密度とヨウ化コバルトの封入密度の和は９．０〜１０．０μｍｏｌ／ｃｃである。

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。

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。

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、１２３…端部、１３１…腹、１３２…節

Claims (4)

1. 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、
   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、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含み、
   前記ヨウ化コバルトの封入密度は３．７〜９．４μｍｏｌ／ｃｃであり、
   前記ヨウ化鉄の封入密度に対する前記ヨウ化コバルトの封入密度の比は０．９７〜９３．６０であり、
   前記亜鉛の封入密度は２．８〜３．８μｍｏｌ／ｃｃであり、
   前記ニッケルの封入密度は１２．０〜６８．０μｍｏｌ／ｃｃである、マイクロ波無電極ランプ。
2. 請求項１記載のマイクロ波無電極ランプにおいて、
   前記ヨウ化鉄の封入密度と前記ヨウ化コバルトの封入密度の和は９．０〜１０．０μｍｏｌ／ｃｃである、マイクロ波無電極ランプ。
3. 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希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、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、亜鉛、及び、ニッケルを含み、
   前記ヨウ化コバルトの封入密度は３．７〜９．４μｍｏｌ／ｃｃであり、
   前記亜鉛の封入密度は２．８〜３．８μｍｏｌ／ｃｃであり、
   前記ニッケルの封入密度は１２．０〜６８．０μｍｏｌ／ｃｃである、光照射装置。
4. 請求項３記載の光照射装置において、
   前記ヨウ化鉄の封入密度と前記ヨウ化コバルトの封入密度の和は９．０〜１０．０μｍｏｌ／ｃｃである、光照射装置。

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