JPH04109953A - 紫外線の照射方法および照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、紫外線による殺菌や洗浄装置等の光源として
使用される紫外線照射装置の紫外線照射方法およびその
構造に関する。

（従来の技術） 低圧水銀放電灯は、紫外線を透過する石英ガラス等から
なる発光管の両端に電極を封装するとともに、この発光
管内に水銀および希ガスを封入し、この水銀主体の蒸気
を低圧状態で放電させて水銀の共鳴線１８５ｎｍのおよ
び２５４　ｎｓを主体とする短波長紫外線領域の光を効
率よく放射するランプとして知られている。

上記水銀が発する短波長紫外線の共鳴線２５４ｎ■は、
殺菌線とも呼ばれる通り生体に対して強力な作用をなし
、従来から１５Ｗ定格の低圧水銀放電灯が殺菌ランプと
して食品工場等の多く使用されている。

最近、大出力の低圧水銀放電灯が開発され、上記食品の
殺菌ばかりでなく光洗浄等の分野に広く利用されつつあ
る。

紫外線（ＵＶ）による洗浄作用は、以下のような酸素分
解反応および有機物分解反応のプロセスを経るものと考
えられる。

０２＋ｈ　ν（１ｇ５ｎｉ）　−０＋Ｏ＝−（１）０＋
０□呻０３　　　　　　　　　　・・・（２）０、　＋
　ｈ　ν（２５４ｎｇ）　−０”　＋　０２　　−　（
３）０”　＋Ｃ，Ｈ，Ｏ，→Ｃｏ、Ｃｏ２、Ｈ２０・・
・（４） なお、０８は励起酸素、Ｃ，Ｈ，Ｏ，は有機物を示す。

このような作用を応用して上下水の浄化処理、超純水の
生成等に紫外線照射装置が利用されている。

さらに高濃度の０３を導入して不要レジストを除去する
光アッシングなどへの適用が実用化しつつある。

また、上記有機物の分解作用を利用して、光ＣＶ　Ｄ　
（Ｃｈｅｍｆｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）　、レジストの光硬化などへ利用が急速に進みつつ
ある。

このような状況においては、反応速度、処理能力の向上
が強く望まれ、当然に紫外線出力の増大が要求されてい
る。

しかしながら、従来の紫外線照射装置は、上記のような
低圧水銀放電灯とこれを点灯させる点灯回路装置を備え
、この点灯回路装置はチョークコイル安定器などのよう
なりアクドル素子を用いて商用電源を適当に昇降圧する
ようになっている。

このような紫外線照射装置により照射される例えば２５
４ｎｍの殺菌線は、商用電源の周期にもとづく脈動照射
の状態で出力される。

この場合、ランプに供給される電流は第７図に示すよう
に、略正弦波となる。

このため、ランプから放射される殺菌線は周期的な出力
、つまり脈動となり、略１ｓｉｎωｔに従うものとみな
すことができる。

ここで注目すべきことは、殺菌線の出力は印加電圧の極
性変化に伴う周期をもっているので、極性変化に伴う休
止時間または出力の低下する時間を生じる点である。

このような殺菌線出力の脈動は、モノクロメータを介し
て時間応答性に優れた光電子倍増管で検出すると、第８
図に示すように明確に確認することができる。

しかしながら、従来はＵＶセンサ〜による出力レベルだ
けの計測を行っており、殺菌線出力の平均値を検出する
だけであって、上記脈動の挙動については注目していな
かった。

（発明が解決しようとする課題） ところが、本発明者等の研究によると、紫外線出力の脈
動形態と、反応効率は密接な関係があることが判ってき
た。

すなわち、本発明者等は種々の実験、研究、検討をした
結果、生体に対する殺菌作用は所定強度のレベルをもつ
紫外線を連続照射すると有効であり、この場合体止時間
があると、または休止時間が長いと生体が再び活性化す
る。

また、有機物の洗浄などの場合は、前記（３）式に記載
した通り、オゾンに２５４　ｎｍの紫外線を照射すると
励起酸素が発生し、この励起酸素が（４）式に記載した
ように、有機物を分解するものであるが、上記励起酸素
はごく短時間で消滅するため、励起酸素を有効に利用す
るには発生した励起酸素を素早く処理しなければならな
い。

このようなことから、紫外線出力の脈動照射においては
、休止時間が殺菌、洗浄反応に著しく影響を及ぼすと考
えられる。

しかしながら、従来において紫外線出力の脈動と、殺菌
や洗浄の反応効率との関係を把握して検討した技術は見
当たらない。

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、紫
外線出力の脈動を制御して殺菌、洗浄の反応を効果的に
行えるようにした紫外線の照射方法および紫外線照射装
置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の紫外線照射方法は、両端に電極を封装した発光
管に水銀および希ガスを封入してなる低圧水銀放電灯に
、極性が交互に反転する交流電力を供給して交流点灯さ
せ、この低圧水銀放電灯から紫外線を周期的に放出する
紫外線の照射方法において、上記放電灯から照射され紫
外線出力の脈動形態は、供給される交流電力の周期をＴ
、紫外線出力の平均値が５０％以下となる時間を２ｔと
した場合、 ２ｔ／Ｔ　≦　１０％ の条件で紫外線を照射するようにしたことを特徴とする
。

また、本発明の紫外線照射装置は、水銀および希ガスを
封入した発光管の両端部に電極を封装し、これら電極間
の放電により紫外線を放射する低圧放電灯と、この放電
灯に極性が交互に反転する交流電力を供給して点灯させ
る点灯回路装置とを備え、上記放電灯から照射される紫
外線出力が周期的に変動する脈動形態で放出される紫外
線照射装置において、上記点灯回路装置は、放電灯に供
給する交流電力の周期をＴ、上記放電灯から放出される
紫外線出力の平均値が５０％以下となる時間を２ｔとし
た場合、 ２ｔ／Ｔ≦１０％ の条件で放電灯を点灯させる電力を供給する手段を備え
たことを特徴とする。

（作　用） このような発明によれば、紫外線出力が５０％以上とな
る休止時間の臨界値が規制され、紫外線を連続的または
極短い休止時間で照射することができるので、洗浄や殺
菌などの反応効果が向上する。

（実施例） 以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき説
明する。

図において１は低圧水銀放電灯であり、この放電灯１は
内径２４ａ＋ｍのＵ字形に屈曲された石英ガラスからな
る発光管２を備えている。

発光管２の端部にはそれぞれ陽極３と陰極４が封装され
ており、各陽極３は陰極４よりも放電空間の前方に配置
されている。なお、陽極３は円形コイルまたは円筒ある
いは環状板により形成されている。

この発光管２には、例えば２０Ｂの水銀と、０．０５〜
０　、８　ｔｏｒｒのアルゴンガスが封入されている。

なお、５はＵ字形をなす発光管１の直線部間に介挿され
た補強部材である。

この低圧水銀放電灯１は、点灯回路装置１ｏを介して交
流電源１１に接続されている。点灯回路装置１０は整流
平滑回路１２、電界効果トランジスタ等を含むパルス発
生回路１３、パワーアンプ１４等からなる。そして、パ
ルス発生回路１３には、周波数および電流を調整する制
御回路１５が接続されている。

このような点灯回路装置１０は、制御回路１５を操作し
て第２図に示す矩形波の電流を放電灯１に供給する。

交流電源１１は、たとえば２００Ｖの商用電源であり、
この電源１１にはヒータトランス１６．１６が接続され
ている。

ヒータトランス１６．１６はそれぞれ陰極４．４に接続
され、したかってこれら陰極４．４は常に発熱して熱電
子を放出する熱陰極となっているなお、図示を省略した
が、上記パルス発生回路１３には始動回路が組込まれて
おり、この始動回路は始動時に電源電圧に３００Ｖ波高
値の全波整流電圧を重畳して電極に印加するようになっ
ている。そして、この始動回路はランプ始動後にはラン
プの両極間の電圧低下を検出して図示しないリレー働か
せることにより、パルス発生回路１３がら電気的に切離
されるようになっている。。

このような実施例における低圧水銀放電灯１は、例えば
、定格入力５００Ｗ、放電電流７アンペアとなるように
して点灯されるようになっており、上記点灯回路装置１
０は、ランプ１に対して１０Ｈｚの交流矩形波電流を印
加するようになっている。

このような紫外線照射装置の作用について説明する。

ランプ１を点灯回路装置１０を通じて電源１１に接続し
て点灯させた場合、陰極４．４はヒータトランス１６．
１６を介して交流電源１１に接続されているので、これ
ら陰極４．４が常に発熱して熱電子を放出し、熱陰極と
なっている。

そして、整流平滑回路１２およびパルス発生回路１３な
らびに制御回路１５の作用により、電源の正弦波は、第
２図に示される矩形波に変換され、パワーアンプ１４で
増幅されて各陽極３および陰極４間に与えられる。

このため、低圧水銀放電灯１は、一端側の陽極３と他端
側の陰極４との間に矩形波の半波整流電流が流され、こ
れらの間で放電が生じ、次に一端側の陰極４と他端側の
陽極３との間に逆の矩形波の半波整流電流が流され、こ
れらの間で放電が発生する。このように極性の反転毎に
各陽極３と陰極４が交互に放電を繰り返して点灯を継続
する。

このような放電により水銀主体の蒸気が低圧状態で励起
され、このため水銀の共鳴線１８５ｎｍおよび２５４　
ｎｔｎを始めとする短波長紫外線領域の光を放射するも
のである。

このような紫外線照射装置においては、ランプ１から放
出される紫外線出力は、第３図に示すように、電源側の
交流周期に応じて周期的に休止時間を有する脈動的な挙
動となる。

ここで点灯回路装置１０から供給される矩形波電流の周
期をＴ１放電灯から放出される紫外線出力の平均値が５
０％以下となる時間を２ｔとした場合、 ２ｔ／Ｔ　≦　１０％ に設定する。

上記実施例のように矩形波電流を１０Ｈｚの交流波形と
した場合、周期Ｔは０．１秒（ｓ）である。

このような矩形波電流の場合、放電灯１における紫外線
出力の特性は、極性が反転するスイッチング時間が約５
μｓ１紫外線出力が９０％以上まで立ち上がるに要する
時間は約２５μｓであるから、したがって、紫外線出力
が５０％以下となる時間、つまり休止時間ｔは約２７μ
ｓ程度で３０μｓ以下である。そして１サイクル中に休
止時間ｔは２回生じるので、２ｔ＜６０μｓと計算する
ことができる。

したがって、 ２ｔ／Ｔ＝６０μｓ１０．ｌ５−６／１０００すなわち
、休止時間は殆ど無視することができる。

このため、紫外線の照射が殆ど連続的になされていると
看做すことができ、殺菌や洗浄の反応効率を高めること
ができる。

次に、上記装置の実験結果を説明する。

制御回路１５を操作して点灯回路装置１０からランプ１
へ供給する電流の実効値を一定にし、ランプ１から放射
される波長２５４ｎｍの殺菌線の平均出力か一定となる
ように調整する。なお、殺菌線の出力測定は、従来と同
様にＵＶセンサーで測定してもよい。

試験材料として、石英板に、有機染料ローダミンＢをエ
チルアルコールで希釈した溶材を塗布したものを＄備し
た。

この試験材料に上記ランプ１から紫外線を一定時間照射
し、照射前後における波長６３３　ｎａ＋の可視光の透
過率を測定した。

この場合、点灯回路装置１ｏからランプ１へ供給する電
流波形は、上記したように電流の実効値を一定とし、し
かしながら制御回路１５を操作することにより電流波形
を第２図および、第４図（ａ）ないしくｆ）に示す異な
る形態に変化させてランプ１に供給するようにした。第
４図における（ａ）の波形は間欠三角波形、（ｂ）は三
角波形、（ｃ）は正弦波、（ｄ）は間欠台形波、（ｅ）
は間欠矩形波、（ｆ）は台形波である。

このような波形の変更による上記可視光透過率の変化は
、第５図に示されている。

この結果、電流波形で電流値が低くなる時間が長い場合
、殺菌線出力が５０％以下の休止時間も長くなり、この
殺菌線出力が５０％以下の休止時間が長い程可視光透過
率が低下する。

また、同様の効果は、生体の殺菌作用でも認められる。

すなわち、寒天培地に紫外線に強い青カビの菌液を均一
に塗布し、紫外線照射装置に送り込む。

紫外線照射装置で一定時間殺菌線を照射したのち、これ
を取り出し、７日間培養し、生菌の数を測定した。

この結果を第６図に示し、殺菌の場合も殺菌線出力の低
い時間ｔが長いものが殺菌効果が低下することが認めら
れる。

上記第５図および第６図の実験結果から、供給される交
流電力の周期をＴ、紫外線出力の平均値が５０％以下と
なる時間を２ｔとした場合、２ｔ／Ｔの値が１０％以下
であれば紫外線を効果的に照射することができ、上記浄
化や殺菌反応に顕著な効果を発揮するようになる。

つまり、紫外線出力の有効な時間を長くするには、本実
施例のように、点灯回路装置１ｏがら供給される電力の
波形を選択して供給電力の極性反転を素早くおこなわせ
るようにすれば、紫外線出力の立ち上かり特性を改善す
ることができ、この結果紫外線出力の平均値か５０％以
上となる時間を長くすることができる。

このため、低圧水銀放電灯１を、上記 ２ｔ／Ｔ≦１０％の条件に合致するように点灯させれば
よく、点灯回路装置１０はこのような点灯制御が可能な
手段を備えておればよいことになる。

なお、本発明は上記実施例に制約されるものではない。

すなわち、上記実施例では、発光管２の形状をＵ字形に
したが、直管形やＷ字形などの屈曲形状にしてもよい。

また、放電灯は両端にそれぞれ陽極と陰極をもつものに
限らず、それぞれ端部に１個づつの主電極をもつもので
あってもよい。

さらに、上記実施例では、ランプに極性が交互に反転す
る電力を供給して点灯させるようにしたが、本発明は脈
流電力を供給して点灯させる場合でも同様の効果がある
。

Ｅ発明の効果コ 以上説明したように本発明によると、紫外線出力の脈動
による紫外線出力休止期間の臨界値を規制したので、紫
外線出力の大きな時間が長くなり、殺菌、洗浄反応を効
果的に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は低圧水銀放電
灯および点灯回路装置を示す構成図、第２図はランプに
付与する電流を示す矩形波の波形図、第３図はその場合
の紫外線出力の脈動波形を示す図、第４図（ａ）〜（ｆ
）は異なる電流波形を示す図、第５図および第６図は実
験結果を示す特性図、第７図はランプに付与する正弦波
電流の波形図、第８図はその場合の紫外線出力の脈動波
形を示す図である。 １・・・低圧水銀放電灯、２・・・発光管、３・・・陽
極、４・・・陰極、１０・・・点灯回路装置、１１・・
・電源、１２・・・整流平滑回路、１３・・・パルス発
生回路、１４・・・パワーアンプ、１５・・・制御回路
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図 １［ ７（’／、） 第 図 Ｔ　（’／、） 第 図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） （ｅ） （ｆ） 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端に電極を封装した発光管に水銀および希ガス
   を封入してなる低圧水銀放電灯に、極性が交互に反転す
   る交流電力を供給して点灯させ、この低圧水銀放電灯か
   ら紫外線を周期的に放出する紫外線の照射方法において
   、 上記放電灯から照射され紫外線出力の脈動形態は、供給
   される交流の周期をＴ、紫外線出力の平均値が５０％以
   下となる時間を２ｔとした場合、２ｔ／Ｔ≦１０％ の条件で紫外線を照射するようにしたことを特徴とする
   紫外線の照射方法。
2. （２）水銀および希ガスを封入した発光管の両端部に電
   極を封装し、これら電極間の放電により紫外線を放射す
   る低圧放電灯と、この放電灯に極性が交互に反転する交
   流電力を供給して点灯させる点灯回路装置とを備え、上
   記放電灯から照射される紫外線出力が周期的に変動する
   脈動形態で放出される紫外線照射装置において、 上記点灯回路装置は、放電灯に供給する交流の周期をＴ
   、上記放電灯から放出される紫外線出力の平均値が５０
   ％以下となる時間を２ｔとした場合、 ２ｔ／Ｔ≦１０％ の条件で点灯させる電力を供給する手段を供えることを
   特徴とする紫外線照射装置。