JP7170361B2

JP7170361B2 - 紫外線照射装置

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Publication number: JP7170361B2
Application number: JP2022072769A
Authority: JP
Inventors: 史朗飯田; 賢二板谷
Original assignee: 株式会社飯田照明
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2022-04-26
Publication date: 2022-11-14
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: JP2022189926A; JP6765612B2; JP2024107323A; JP2016167589A; JP2020191296A; JP6979723B2; JP2021170650A; JP2022093433A; JP7170349B2; JP7508131B2

Description

本発明は、紫外線を照射するＬＥＤを光源に使用した紫外線照射装置に関するものである。

従来から、装飾、紙幣や骨董品等の鑑定、樹脂やインクの硬化等に、蛍光作用の強い近紫外線を放射するブラックライト蛍光ランプがある（例えば、特許文献１）。
一方、近年、環境意識の高まりから、省電力化に優れたＬＥＤを光源に使用した照明装置が普及してきており、従来の紫外線ランプの代替としてＬＥＤを利用する線状光源（例えば、特許文献２）や、ブラックライト蛍光ランプに近い機能を有し且つＬＥＤを利用する紫外線照射装置が提案されている（例えば、特許文献３）。

特開平１１－２８３５７０号公報特開２０１４－１９４９１３号公報第３２段落特開２０１３－１１４８７５号公報

特許文献２及び特許文献３では、紫外線照射装置としてＬＥＤの使用が提案されているが、従来のブラックライトの代替として使用できるものは、具体的に提案されていない。一方で、ＬＥＤを高効率で使用したいとの要望もある。
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、ブラックライトの代替としても使用可能な紫外線照射装置を提供することにある。

本発明は、紫外線を発する複数のＬＥＤを実装基板に実装し且つ第１の方向に長い紫外線照射装置において、前記複数のＬＥＤは、前記第１の方向に沿って５０ｍｍ～１５０ｍｍの間隔を置いて実装され、
前記実装基板には、前記複数のＬＥＤ以外に、青色光を発するＬＥＤ、青色光をベースにした白色光を発するＬＥＤ、又は白色を発するＬＥＤも実装されている。

本発明によれば、ブラックライトの代替としても使用できる。

実施形態の紫外線照射装置の外観斜視図である。実施形態の紫外線照射装置の分解斜視図である。実施形態の紫外線照射装置の端部の縦断面図である。実施形態の紫外線照射装置の端部の横断面図である。変形例の紫外線照射装置の端部の横断面図である。変形例の紫外線照射装置の端部の横断面図である。

＜概要＞
実施形態の一態様に係る紫外線照射装置は、紫外線を発する複数のＬＥＤを実装基板に実装し且つ第１の方向に長い紫外線照射装置において、前記複数のＬＥＤは、前記第１の方向に沿って５０ｍｍ～１５０ｍｍの間隔を置いて実装され、前記実装基板には、前記複数のＬＥＤ以外に、青色光を発するＬＥＤ、青色光をベースにした白色光を発するＬＥＤ、又は白色を発するＬＥＤも実装されている。
明細書の一態様に係る紫外線照射装置は、紫外線を発する複数のＬＥＤが実装基板に実装されている紫外線照射装置において、前記実装基板は第１の方向に長い帯状をし、前記ＬＥＤは前記実装基板の長手方向に５０ｍｍ～１５０ｍｍの間隔を置いて実装されている。
明細書の別態様に係る紫外線照射装置において蛍光灯を利用した直管状のブラックライトが取り付け可能な照明器具に着脱自在に装着するための口金部材を前記第１の方向の両端に備える。
明細書の一態様に係る照射装置は、複数のＬＥＤに対して、当該ＬＥＤの定格電流よりも低い電流が供給される。
明細書の別態様に係る照射装置において、前記低い電流は前記定格電流に対して６０％以下である。
明細書の別態様に係る照射装置において、前記ＬＥＤは紫外線を照射し、前記ＬＥＤは定格電流が１Ｗ以上である。
明細書の一態様に係る紫外線照射装置において、横断面が「Ｃ」字状をする透光性カバーと前記透光性カバーの開口を塞ぐ弓状のベース部材とから構成され且つ外観形状が円筒状をする筐体と、紫外線を発する複数のＬＥＤが実装基板に実装されてなり且つ前記筐体内に収容されるＬＥＤモジュールと、前記筐体の端部に装着される口金部材と、前記口金部材から受電して前記ＬＥＤモジュールを点灯させるための点灯回路とを備える。
明細書の別態様に係る紫外線照射装置において、前記実装基板は前記筐体の長手方向に長い帯状をし、前記ＬＥＤは前記実装基板の長手方向に５０ｍｍ～１５０ｍｍの間隔を置いて実装されている。
明細書の別態様に係る紫外線照射装置において、前記点灯回路は前記ＬＥＤに２００ｍＡ～４００ｍＡの電流を供給する。

＜実施形態＞
以下に実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
１．全体構成
紫外線照射装置１は、紫外線を照射するＬＥＤ３を備えるＬＥＤモジュール５と、ＬＥＤモジュール５を搭載するためのベース部材７と、ＬＥＤモジュール５を覆うカバー部材９と、ＬＥＤ３を発光させるための点灯回路１１と、ソケットから商用電力を受電するための口金部材１３とを有する。
紫外線照射装置１は具体的には直管状をしている。紫外線照射装置１は、横断面が「Ｃ」字状をするカバー部材９と、カバー部材９の「Ｃ」の開口を塞ぐ弓状のベース部材７とから構成され且つ外観形状が円筒状をする筐体６と、複数のＬＥＤ３が実装基板１５に実装されてなり且つ筐体６内に収容されるＬＥＤモジュール５と、筐体６の端部に装着される口金部材１３と、口金部材１３から受電してＬＥＤモジュール５を点灯させるための点灯回路１１とを備える。

２．各部構成
（１）ＬＥＤモジュール５
ＬＥＤモジュール５は、図２に示すように、長尺状の実装基板１５と、実装基板１５の長手方向に沿って間隔を置いて実装された複数個のＬＥＤ３とを有する。実装基板１５は、複数個のＬＥＤ３を所定の接続形態で実装するための実装パターンと、実装パターンと点灯回路１１とを接続するための端子パターンとからなる配線パターン（図示省略）を有している。
実装基板１５において、ＬＥＤ３が実装される側を表側と、ＬＥＤ３が実装されていない側を裏側とそれぞれする。なお、配線パターンは実装基板１５の表面に存在する。
後述のカバー部材９が拡散溝３５を有しているため、ＬＥＤ３から出射された紫外線（波長が３６５[ｎｍ]～４０５[ｎｍ]の範囲にある。）が均一に拡散されやすくなり、実装基板１５に実装されるＬＥＤ３のピッチを大きくできる。具体的には、ＬＥＤ３のピッチを５０［ｍｍ］～１２０［ｍｍ］にまで広げることができる。この場合、点灯中のＬＥＤ３の粒粒感はあるものの、ＬＥＤ３の半値角が１２０［度］程度あり、また、通常使用での被照射面はＬＥＤ３から１００［ｍｍ］以上離れており、実用上全く問題なく使用できる。なお、範囲を規定するＡ～Ｂの表示は、Ａ以上Ｂ以下の範囲をさす。

（２）ベース部材７
主に図２及び図４を用いて説明する。
ベース部材７は長尺状をしている。ベース部材７はカバー部材９と組み合わされて筐体として機能する円筒を構成する。ベース部材７の横断面形状は長手方向に対して一定である。ベース部材７は横断面において弓形に似た形状をしている。
ベース部材７は、図４に示すように、弓形に似た形状をするベース本体１７と、ＬＥＤモジュール５を装着するためのモジュール装着手段１９と、カバー部材９を装着するためのカバー装着手段２１とを有している。
ベース本体１７は端部に口金部材１３を装着するためのねじ孔２３を有している。なお、ねじ孔２３はベース本体１７の長手方向と平行に延伸する。

モジュール装着手段１９は、ベース本体１７における円弧面と反対側に設けられている。モジュール装着手段１９はＬＥＤモジュール５の実装基板１５の短手方向の端部を係止する係止構造により構成されている。
モジュール用の係止構造は、ＬＥＤモジュール５をベース本体１７の所定位置に載置した状態において、ＬＥＤモジュール５の実装基板１５の短手方向の両端から立設する立設部２５と、立設部２５から実装基板１５の表面へと張り出す張出部２７とを有する。なお、ＬＥＤモジュール５は、ベース本体１７と張出部２７との間に形成されている空間にベース部材７の端面から挿入されることで、ベース部材７に装着される。

カバー装着手段２１は、ベース本体１７における円弧面と反対側に設けられている。カバー装着手段２１は、カバー部材９の折曲部（開口側端部）２９を係止する係止構造により構成されている。

カバー用の係止構造は、モジュール用の係止構造を利用している。カバー用の係止構造は、立設部２５の立設先端からＬＥＤモジュール５が存在する側と反対側へと屈曲する屈曲部３１により構成される。屈曲部３１の屈曲先端は、横断面において円形状をしている。屈曲部３１とベース本体１７との間の空間にカバー部材９の開口端部である折曲部２９が係合する。なお、カバー部材９は、ベース部材７の長手方向の端面からベース本体１７と屈曲部３１との間に挿入されることで、ベース部材７に装着される。

ベース本体１７は、カバー部材９と組み合わされた円筒においてベース本体１７の周端と円筒の中心とを結ぶ角度が７０［度］～１２０［度］の範囲内、好ましくは８０［度］～１１０［度］の範囲内になるように、構成されている。これにより、ＬＥＤ３とカバー部材９との距離を大きくできる。なお、ＬＥＤ３とカバー部材９との間隔を大きくすることで、カバー部材９の紫外線による劣化が抑制される。
紫外線照射装置１の横断面において、一方の立設部２５の立設先端とＬＥＤモジュール５のＬＥＤ３の表面中央とを結ぶ仮想線と他方の立設部２５の立設先端とＬＥＤモジュール５のＬＥＤ３の表面中央とを結ぶ仮想線との間の角度（ＬＥＤ３の光の主出射方向を含む方の角度である。）が、ＬＥＤ３の半値角よりも大きくなっている。具体的には、ＬＥＤ３の半値角に対して、０［度］～５０［度］の範囲にあればよい。好ましくは、ＬＥＤ３の半値角に対して、２０［度］～４０［度］の範囲あればよい。この範囲にすることで、照射時に紫外線照射装置１に立設部２５の影が現れるのを防止することができる。

（３）カバー部材
主に図２及び図４を用いて説明する。
カバー部材９は長尺状をしている。カバー部材９の横断面形状は長手方向に対して一定である。カバー部材９は、下部側に開口を有し、円筒の円形の下部を切り欠いたような形状をしている。カバー部材９における開口に面する端部（開口側端部である。）は、下部を切り欠かれていない円筒の中心に向かう折曲部２９となっている。
カバー部材９は、ベース本体１７と屈曲部３１との間に形成されている空間に折曲部２９がベース部材７の端面から挿入されることで、ベース部材７に装着される。折曲部２９が円筒の中心に向かって延伸し、ベース部材７の屈曲部３１の屈曲先端が円形状しているため、カバー部材９がベース部材７から外れるのを防止できる。

カバー部材９は、横断面において、カバー部材９の長手方向に延伸する拡散溝３５を内周面に有している。拡散溝３５は周方向に等間隔で複数本形成されている。拡散溝３５の深さは、０．１［ｍｍ］～０．５［ｍｍ］の範囲内にあり、拡散溝３５の横断面は「Ｖ」字状をし、その角度が１．２［°］～３．８［°］の範囲内にある。これにより、ＬＥＤ３から出射される光が拡散される。
カバー部材９は、紫外線透過性の高いアクリル樹脂（例えば、クラレ社製、商品名：パラグラス、品番：ＵＶ００等である。）により構成される。なお、アクリル樹脂にシリコーン微粒子等の拡散粒子を混入させたカバー（所謂、乳白色カバーである）では紫外線を透過しないため、上記の拡散溝３５は有効である。

（４）点灯回路
主に図２～図４を用いて説明する。
点灯回路１１は、口金部材１３を介して受電した商用電力を直流電力に変換してＬＥＤモジュール５に供給する。点灯回路１１は、例えば、整流回路、平滑回路、電変換回路等を有している。
点灯回路１１を構成する電子部品３７は回路基板３９に実装されている。図では、電子部品３７としてコンデンサのみが現れている。点灯回路１１は口金部材１３内に収容される。点灯回路１１の固定については後述する。
点灯回路１１はＬＥＤ３に対して２００［ｍＡ］～４００［ｍＡ］の電流を供給するように構成されている（なお、この場合のＬＥＤ３の電力は、０．７［Ｗ］～２．０［Ｗ］となる。）。これにより、ＬＥＤ３から出射される紫外線の放射強度を向上させることができる。また、放射強度を向上できるため、ＬＥＤ３のピッチを広げることができ、使用するＬＥＤ３の個数を少なくできる。特に、高出力タイプのＬＥＤ３に定格電流よりも低い電流を供給しているため高効率となる。なお、ここでいう「高出力タイプ」は定格電力が１［Ｗ］以上のものをいう。高出力タイプのＬＥＤはチップが大きく効率が良いため、より一層光の取り出し効率が向上する。

（５）口金部材１３
口金部材１３は、現行のブラックライト蛍光灯が着脱自在に装着される器具本体のソケットに装着自在な構成されている。口金部材１３は、底壁４１と筒壁４３とを有する樹脂製の有底筒体４５と、有底筒体４５の底壁４１に設けられた口金ピン４７とを備える。ここでの口金ピン４７はＧタイプである。また、有底筒体４５は黒色をしている。これにより、紫外線照射装置がブラックライトであることが認識しやすくなる。
口金ピン４７は、有底筒体４５の内部に配され且つ底壁４１に装着されるベース部４９と、底壁４１から外部へと延出するピン部５１とを備える。なお、ピン部５１は２本あるが、２本のピン部５１は１つのベース部４９から延出する。
有底筒体４５は筒壁４３に段差４３ａを有する。段差４３ａは少なくとも口金ピン４７のベース部４９よりも開口側に設けられている。段差４３ａは開口側が拡径する段差である。筒壁４３は、紫外線照射装置１においてベース部材７が存在する側に、口金部材１３をベース部材７に取り付けるための取付手段５３を有している。

ここでは、口金部材１３のベース部材７の取り付けにねじ部材５５を利用している。このため、筒壁４３は、ねじ部材５５を取り付けるための取付け凹部５７を有し、ねじ部材５５が挿通する部分の肉厚が厚くなっている。
底壁４１には段差４３ａの位置まで伸びるボス部５９が設けられている。ボス部５９にはねじ穴が設けられている。
点灯回路１１の回路基板３９は筒壁４３の内周面に対応した形状をし、点灯回路１１が有底筒体４５の開口から挿入されると、回路基板３９の周縁部が段差４３ａに当接するようになっている。この状態で、回路基板３９は底壁４１のボス部５９のねじ穴に対応する部位に貫通孔を有し、この貫通孔を挿通するねじ体６１によって点灯回路１１が口金部材１３の内部に固定される。

３．実施例
（１）実施品１
本発明を適用した発明品の一実施例について説明する。
発明品の紫外線照射装置は、直径が３２．５［ｍｍ］で、全長が１，１９８［ｍｍ］である。ＬＥＤ数は１０個である。ＬＥＤへの投入電流は２７０［ｍＡ］であり、ランプ電力は１０［Ｗ］である。ＬＥＤのピッチは１１０［ｍｍ］である。紫外線の放射強度は６６［μＷ／ｃｍ^２］である。紫外線照射装置の寿命は２０，０００［時間］である。
（２）実施品２
本発明を適用した発明品の他の実施例について説明する。
発明品の紫外線照射装置は、直径が３２．５［ｍｍ］で、全長が１，１９８［ｍｍ］である。ＬＥＤ数は１８個である。ＬＥＤへの投入電流は３００［ｍＡ］である。ＬＥＤのピッチは６０［ｍｍ］である。ランプ電力は２０［Ｗ］である。紫外線の放射強度は１４０［μＷ／ｃｍ^２］である。紫外線照射装置の寿命は２０，０００［時間］である。
（３）現行ブラックライト蛍光灯
実施品１及び２のサイズと同じ現行のブラックライト蛍光灯について説明する。
ブラックライト蛍光灯は、直径が３２．５［ｍｍ］で、全長が１，１９８［ｍｍ］である。ランプ電力は４０［Ｗ］である。紫外線の放射強度は６６［μＷ／ｃｍ^２］である。ブラックライト蛍光灯の寿命は５，０００［時間］である。

＜変形例＞
以上、一実施形態に係る紫外線照射装置を説明したが、この実施形態に限られるものではなく、例えば、以下のような変形例であってもよい。また、実施形態と変形例とを組み合わせたものでもよいし、変形例同士を組み合わせたものでもよい。また、実施形態や変形例に記載していない例や要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。

１．ブラックライト
実施形態に係る紫外線照射装置１は、現行のブラックライト蛍光灯の代替用である。つまり、紫外線照射装置１は、現行のブラックライト蛍光灯が取り付けられる照明器具に着脱自在に装着して使用できる。
しかしながら、紫外線照射装置は、例えばＧタイプ以外の専用の接続端子を有し、専用の照明器具に取り付けるような構造にしてもよい。また、紫外線照射装置に直接商用電源を接続して、照明器具等を使用しない紫外線照射装置として構成してもよい。
ブラックライト代替を目的としていない場合、筐体の外観形状は円筒状をしなくてもよく、例えば、断面が四角形状をし全体形状が筒状をするような形状であってもよい。この場合、例えば、カバー部材の形状を直線的な「コ」字状にし、ベース部材の形状を矩形状とすることで実施できる。なお、ベース部材は、ＬＥＤ発光時の熱を放出するヒートシンク機能を有しているため、外部に露出していることが好ましい。

２．カバー部材
カバー部材９の拡散溝３５は、長尺状の長手方向に沿って延伸しているが、例えば、短手方向に延伸してもよい。また、ベース部材との結合は、係止構造以外であってもよい。例えば、ねじや接着剤により結合してもよい。
３．ベース部材
ベース部材７は、ＬＥＤモジュール５を実装する部分以外が、外部に露出しているが、ＬＥＤ発光時に発生する熱量が少ない場合（例えば、ＬＥＤの投入電流が小さい場合などである。）は、外部に露出する部分を有していなくてもよい。
外部に露出しない一例として、図５に示すように、ベース部材１０７が円筒状のカバー部材１０９の内部に配されている照明装置１０１がある。なお、ベース部材１０７は、カバー部材１０９のリブ１０９ａ，１０９ｂにより係止された状態で、ねじ部材５５を介して口金部材１３に固定される。ＬＥＤモジュール１０５はベース部材１０７の係止片１０７ａ，１０７ｂによりベース部材１０７に装着される。
＜その他＞
（１）実施形態では紫外線ＬＥＤを利用したが、例えば、青色光は発するＬＥＤを混合させてもよい。これにより補虫効果を向上させることができる。さらに、青色光をベースにして白色光を発する（蛍光体を利用する）ＬＥＤを混合させてもよい。この場合、紫外線による効果と補虫効果の他、作業用の照明としての効果も得られる。なお、紫外線ＬＥＤの他に、作業用照明として白色ＬＥＤを備えてもよい。
（２）実施形態では高出力タイプのＬＥＤに対して定格電流より低い電流（定格電流の４０（％）～６０（％）である。）を供給することで、投入電流に対する光の取り出し効率（発光効率）を向上させている。これは、紫外線ＬＥＤだけでなく、青色ＬＥＤや白色ＬＥＤについても適用できる。つまり、光の取り出し効率の改善の観点から、高出力タイプのＬＥＤを定格電流よりも低い電流値で発光させるという別発明が存在し、当該別発明は、実施形態で説明した紫外線照射装置だけでなく、一般照明用の照射装置にも適用できる。この場合、樹脂材料からなるカバー部材は拡散粒子を有してもよい（所謂、乳白色カバーである）。また、カバー部材の拡散溝はあった方が良いが、拡散粒子の混入量次第で拡散溝はなくてもよい。
ＬＥＤに供給する電流に着目する場合、カバー体の横断面は「Ｃ」字状であったが、特に限定する必要はなく、例えば、上述のような開口を有しない断面形状であってもよいし、円以外の形状（例えば多角形状）の横断面形状であってもよい。
（３）実施形態ではＬＥＤへ供給する電流を定格電流又はそれより低い電流としているが、もさらに低い電流を供給してもよい。この場合、ベース部材はヒートシンクとしての機能を有しておらず、ＬＥＤモジュールを搭載する機能を有する。
低い電流をＬＥＤに供給する場合、発熱量を抑制できるため、カバー部材に直接ＬＥＤモジュールを装着するような構成であってもよい。この場合、カバー部材は開口を有しない横断面形状であってもよい。
ベース部材を有さず、両端以外に開口を有さないカバー部材を用いた一例として、図６に示すように、ＬＥＤモジュール２０５が円筒状のカバー部材２０９の内部に配されている照明装置２０１がある。ＬＥＤモジュール２０５は、カバー部材２０９の一対の装着溝２０９ａ，２０９ｂに実装基板２１５の短手方向の両端が挿入された状態で、口金部材１３に接着剤を介して固定される。

１紫外線照明装置
３ＬＥＤ
５ＬＥＤモジュール
６筐体
７ベース部材
９カバー部材
１１点灯回路
１３口金部材

Claims

紫外線を発する複数のＬＥＤを実装基板に実装し且つ第１の方向に長い紫外線照射装置において、
前記複数のＬＥＤは、前記第１の方向に沿って５０ｍｍ～１５０ｍｍの間隔を置いて実装され、
前記実装基板には、前記複数のＬＥＤ以外に、青色光を発するＬＥＤ、青色光をベースにした白色光を発するＬＥＤ、又は白色を発するＬＥＤも実装されている
紫外線照射装置。
直管状のブラックライトが取り付け可能な照明器具に着脱自在に装着するための接続端子を前記第１の方向の両端に備える
請求項１に記載の紫外線照射装置。
前記複数のＬＥＤに対して、２００～４００ｍＡの電流を供給する点灯回路を備える
請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。