TW202011451A - 紫外線照射單元、紫外線照射裝置及屏蔽放電燈 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種紫外線照射單元、紫外線照射裝置及屏蔽放電燈，可獲得對應於要求的照射特性。紫外線照射單元包括屏蔽放電燈與外部電極。屏蔽放電燈具有發光管及內部電極。發光管封入有氣體，並使紫外光透過。發光管為圓筒狀。內部電極配置在發光管的內部，並在發光管的管軸方向上延伸。外部電極以與內部電極相向的方式設置在發光管的外表面側，在發光管的圓周方向上以超過180[°]、且300[°]以下，或超過300[°]、且330[°]以下的範圍覆蓋發光管。

Description

紫外線照射單元、紫外線照射裝置及屏蔽放電燈
本發明的實施方式涉及一種紫外線照射單元、紫外線照射裝置及屏蔽放電燈（barrier discharge lamp）。
習知，已知有以基板的清洗或改質為目的來使用的紫外線照射裝置。在紫外線照射裝置，有包括如下的屏蔽放電燈，所述屏蔽放電燈利用通過將已被配置在作為介電質的發光管內部的內部電極以及已被配置在發光管外部的外部電極連接在交流電源上所產生的介電質阻擋放電，放射具有與已被收容在發光管的內部的氣體對應的特定波長的紫外光。
[現有技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2013-211164號公報
在如上所述的屏蔽放電燈中，例如被要求照度或累計光量等適合於用途的照射特性。
本發明欲解決的課題在於提供一種可獲得對應於要求的照射特性的紫外線照射單元、紫外線照射裝置及屏蔽放電燈。
根據一實施方式，紫外線照射單元包括屏蔽放電燈與外部電極。屏蔽放電燈具有發光管及內部電極。發光管封入有氣體，並使紫外光透過。發光管為圓筒狀。內部電極配置在發光管的內部，並在發光管的管軸方向上延伸。外部電極以與內部電極相向的方式設置在發光管的外表面側，在發光管的圓周方向上以超過180[°]、且300[°]以下的範圍覆蓋發光管。
[發明的效果] 根據本發明，可獲得對應於要求的照射特性。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下進行說明的實施方式的紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A包括屏蔽放電燈與外部電極6。屏蔽放電燈具有發光管2及內部電極3。發光管2封入有氣體，並使紫外光透過。發光管2為圓筒狀。內部電極3配置在發光管2的內部，並在發光管2的管軸方向上延伸。外部電極6以與內部電極3相向的方式設置在發光管2的外表面2b側，在發光管2的圓周方向上以超過180[°]、且300[°]以下的範圍覆蓋發光管2。
另外，以下進行說明的實施方式的紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A包括屏蔽放電燈與外部電極6。屏蔽放電燈具有發光管2及內部電極3。發光管2封入有氣體，並使紫外光透過。發光管2為圓筒狀。內部電極3配置在發光管2的內部，並在發光管2的管軸方向上延伸。外部電極6以與內部電極3相向的方式設置在發光管2的外表面2b側，在發光管2的圓周方向上以超過300[°]、且330[°]以下的範圍覆蓋發光管2。
另外，以下進行說明的實施方式的外部電極6具有在圓周方向上覆蓋發光管2的第1構件7、及以隔著發光管2相向的方式配置的第2構件8。
另外，以下進行說明的實施方式的外部電極6具有在圓周方向上覆蓋發光管2的第1構件7、及以隔著發光管2彼此相向的方式配置的一對第2構件8、第2構件8。
另外，以下進行說明的實施方式的紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A包括反射膜4。反射膜4設置在與外部電極6相向的發光管2的內表面2a上，使紫外光朝發光管2的內部反射。反射膜4的圓周方向的角度θ4為由外部電極6覆蓋的發光管2的圓周方向的角度θ6以上。
另外，以下進行說明的實施方式的紫外線照射裝置100包括紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A，及收容紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A的收容部50。
另外，以下進行說明的實施方式的屏蔽放電燈1、屏蔽放電燈1A包括發光管2、內部電極3、及外部電極6。發光管2封入有氣體，並使紫外光透過。發光管2為圓筒狀。內部電極3配置在發光管2的內部，並在發光管2的管軸方向上延伸。外部電極6以與內部電極3相向的方式設置在發光管2的外表面2b側，在發光管2的圓周方向上以超過180[°]、且300[°]以下的範圍覆蓋發光管2。
另外，以下進行說明的實施方式的屏蔽放電燈1、屏蔽放電燈1A包括發光管2、內部電極3、及外部電極6。發光管2封入有氣體，並使紫外光透過。發光管2為圓筒狀。內部電極3配置在發光管2的內部，並在發光管2的管軸方向上延伸。外部電極6以與內部電極3相向的方式設置在發光管2的外表面2b側，在發光管2的圓周方向上以超過300[°]、且330[°]以下的範圍覆蓋發光管2。
以下，根據圖式對本發明的實施方式進行說明。再者，以下所示的實施方式並不限定本發明所公開的技術。
圖1是表示實施方式的紫外線照射單元的平面圖，圖2是圖1的A-A'剖面圖。如圖1及圖2所示，實施方式的紫外線照射單元1具有作為屏蔽放電燈的發光管2、外部電極6。發光管2具有內部電極3、反射膜4、導線5、燈口9。再者，在以後的說明中，將屏蔽放電燈僅作為發光管2來進行說明。另外，在本實施方式中，作為紫外線照射單元1，設為在作為屏蔽放電燈的發光管2的外部具有外部電極6的結構，但也可以將紫外線照射單元1，更具體而言將在作為屏蔽放電燈的發光管2的外部組合外部電極6而成的形態稱為“屏蔽放電燈”。
再者，為了容易理解說明，在圖1及圖2中圖示了將照射面側設為正方向，將背面側設為負方向的包含Z軸的三維的正交坐標系。在後述的說明中所使用的其他圖式中也顯示所述正交坐標系。
發光管2是使紫外光透過的圓筒狀的構件。作為發光管2的材料，例如例示：波長200[nm]以下的真空紫外線透過率高的合成石英。另外，發光管2的管軸方向（X軸方向）的兩端由具有杆結構的密封構件保持，並被氣密地密封。就抑制伴隨紫外線照射的應力裂紋的觀點而言，例如可將發光管2的外徑D設為30[mm]以上。另外，例如可將發光管2的管軸方向的長度LY設為750[mm]。
另外，在發光管2的內部封入有氣體。氣體例如為80[kPa]～200[kPa]的氙氣。再者，氣體例如可包含氪氣、氙氣、氬氣、氖氣等中的一種、或將多種組合而成的氣體來構成。進而，氣體視需要也可以包含例如鹵素氣體。發光管2可發出具有與已被封入的氣體的種類對應的特定的峰值波長的紫外光（准分子光）。
內部電極3配置在發光管2的內部。內部電極3的螺旋狀的導體在發光管2的管軸方向上延伸。內部電極3例如由包含鎢的材料來形成。具體而言，內部電極3的總成分中的50[%]以上的成分為鎢。尤其，若將在鎢中添加鉀等而成的摻雜鎢用作內部電極3，則即便于高溫時也可以保持更高的尺寸穩定性。例如，可將內部電極3的管軸方向的間距P設為10[mm]以上、30[mm]以下。
反射膜4設置在發光管2的內表面2a上，使紫外光朝發光管2的內部反射。作為反射膜4的材料，例如例示二氧化矽。另外，反射膜4並不限定於二氧化矽，例如也可以包括包含氧化鋁等紫外線散射粒子的材料。就保持良好的反射率的觀點而言，反射膜4例如以厚度變成100[μm]以上、300[μm]以下的方式形成。
另外，反射膜4以發光管2的圓周方向的角度θ4（以下，稱為反射膜4的角度θ4）變成由外部電極6覆蓋的發光管2的圓周方向的角度θ6（以下，稱為外部電極6的角度θ6）以上的方式配置。由此，可高效地向被照射體照射發光管2中產生的紫外光。但是，作為實施方式的變形例的屏蔽放電燈，也容許不具有反射膜4的形態。
外部電極6以與內部電極3相向的方式設置在發光管2的背面側，即與設置有反射膜4的發光管2的內表面2a對應的發光管2的外表面2b側。外部電極6兼作為使已發熱的發光管2散熱的散熱塊的功能，例如可設為鋁制或不銹鋼制。
外部電極6具有第1構件7與一對第2構件8。第1構件7在發光管2的圓周方向上以180[°]以下的角度θ7覆蓋發光管2。第1構件7與發光管2可以相互接觸，也可以分離，但若使第1構件7與發光管2接觸，則可提高散熱性。另外，在第1構件7的內部具有使液體或氣體的冷媒流通的流路10。通過使冷媒在流路10內流通，散熱性進一步提高。再者，在圖2中圖示了具有兩個流路10的例子，但流路10也可以是一個，也可以是三個以上。
一對第2構件8具有以隔著發光管2彼此相向的方式沿著X軸方向配置的第2構件片8a、第2構件片8b。第2構件片8a、第2構件片8b利用固定化構件11、固定化構件12而分別固定在第1構件7上，第1構件7及第2構件8協作來作為外部電極6發揮作用。固定化構件11、固定化構件12例如為螺釘。如此，通過外部電極6具有第2構件8，與將第1構件7單獨用作外部電極6的情況相比，紫外線照射單元1的設計上或性能上的自由度增大。再者，第1構件7及第2構件8可通過接觸來導通，例如也可以經由導線等未圖示的導體而電性連接。
此處，外部電極6的角度θ6可對應於所要求的累計光量或照度來設定。例如，為了提高累計光量，可設為180[°]＜θ6≦300[°]。另一方面，為了提高照度，可設為300[°]＜θ6≦330[°]。
導線5與內部電極3電性連接。另外，導線5與連接在交流電源上的此處未圖示的點燈裝置連接，可對設置在發光管2內部的內部電極3與外部電極6的電極間施加規定的電壓來進行發光。再者，導線5並不限定於如圖1般設置在發光管2的兩端的結構，例如也可以是僅設置在發光管2的一端側的結構。
燈口9以覆蓋導線5的一端側的方式配置，支撐發光管2的管軸方向的兩端。再者，燈口9並不限定於如圖1般外部電極6與燈口9接觸來設置的結構，例如也能夠以具有間隙的方式設置外部電極6與燈口9。
[變形例] 圖1、圖2中所示的外部電極6包含第1構件7與一對第2構件8，但並不限定於此。圖3是表示實施方式的變形例的紫外線照射單元的剖面圖。圖3中所示的紫外線照射單元1A的外部電極6包含第1構件7與一對第2構件8、以及一對第3構件13。
一對第3構件13具有以隔著發光管2彼此相向的方式沿著X軸方向配置的第3構件片13a、第3構件片13b。第3構件片13a、第3構件片13b利用固定化構件21、固定化構件22而分別固定在第2構件片8a、第2構件片8b及第1構件7上，第1構件7、第2構件8及第3構件13協作來作為外部電極6發揮作用。固定化構件21、固定化構件22例如為螺釘。如此，通過外部電極6進而具有一對第3構件13，與將第1構件7及一對第2構件8用作外部電極6的情況相比，可增大外部電極6的角度θ6。再者，在圖3中所示的例子中，通過固定化構件21、固定化構件22分別貫穿一對第2構件8及一對第3構件13來進行一體化，但並不限定於此，例如也可以通過將第1構件7與一對第2構件8、一對第2構件8與一對第3構件13分別固定化來進行一體化。
如上所述，外部電極6可對應於由外部電極6覆蓋的發光管2的圓周方向的角度θ6來使照度及累計光量變化。圖4是表示外部電極的角度與長邊方向每1[cm]的放電面積的關係的圖。圖5是表示外部電極的長邊方向每1[cm]的放電面積與照度及累計光量的關係的圖。再者，所謂“外部電極的長邊方向每1[cm]的放電面積”，是指使根據外部電極6的角度所算出的圓弧的長度乘以發光管2的長邊方向的長度，具體而言乘以1[cm]所得的數值。圖5是例示在發光管2中封入有氙氣的情況的圖。另外，累計光量是例示以10[mm/s]的速度在管軸方向上搬送被照射體的情況的累計光量。
如圖5所示，外部電極6的角度θ6越大，即外部電極6的長邊方向每1[cm]的放電面積越大，照度的峰值越增大。因此，為了提高照度，可設為300[°]＜θ6≦330[°]。另一方面，角度θ6越大，出射面積越減少，因此累計光量增大至極大值為止，其後減少。因此，為了提高累計光量，可設為180[°]＜θ6≦300[°]。
此處，圖4中所示的外部電極6的角度，即角度θ6＝180[°]、238[°]、327[°]分別對應於僅將第1構件7用作外部電極6的情況，將第1構件7及一對第2構件8用作外部電極6的情況，將第1構件7、一對第2構件8及一對第3構件13用作外部電極6的情況。但是，外部電極6的角度θ6並不限定於圖示的角度，例如當然可變更一對第2構件8及一對第3構件13的形狀來設為所期望的角度θ6。
[紫外線照射裝置] 圖6A及圖6B是表示實施方式的具有紫外線照射單元的紫外線照射裝置的圖。圖6A是從管軸方向（Y軸方向）觀察的圖，圖6B是從X軸方向觀察的圖。如圖6A及圖6B所示，實施方式的紫外線照射裝置100具有收容部50與點燈裝置60。在收容部50中收容有一個或多個紫外線照射單元1。再者，在收容部50中也可以收容紫外線照射單元1A來代替紫外線照射單元1。
點燈裝置60配置在收容部50的背面側，與設置在紫外線照射單元1的發光管2的內部的內部電極3及外部電極6電性連接。通過如所述一般將點燈裝置60配置在收容部50的背面側，可縮短點燈裝置60與屏蔽放電燈1之間的配線長度。再者，點燈裝置60的配置並不限定於圖6A及圖6B的樣式，例如，點燈裝置60也可以設置在紫外線照射裝置100的外部。
另外，點燈裝置60包含可輸出高電壓及高頻的逆變器，以可將來自未圖示的交流電源的電力供給至紫外線照射單元1的發光管2及外部電極6中的方式構成。點燈裝置60例如可施加頻率120[kHz]的正弦波，以1[kW]左右的燈功率使紫外線照射單元1的發光管2點燈。
如上所述，實施方式的紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A包括屏蔽放電燈與外部電極6。屏蔽放電燈具有發光管2及內部電極3。發光管2封入有氣體，並使紫外光透過。發光管2為圓筒狀。內部電極3配置在發光管2的內部，並在發光管2的管軸方向上延伸。外部電極6以與內部電極3相向的方式設置在發光管2的外表面2b側，在發光管2的圓周方向上以超過180[°]、且300[°]以下的範圍覆蓋發光管2。由此，根據實施方式的紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A，可提高累計光量。
另外，實施方式的紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A包括屏蔽放電燈與外部電極6。屏蔽放電燈具有發光管2及內部電極3。發光管2封入有氣體，並使紫外光透過。發光管2為圓筒狀。內部電極3配置在發光管2的內部，並在發光管2的管軸方向上延伸。外部電極6以與內部電極3相向的方式設置在發光管2的外表面2b側，在發光管2的圓周方向上以超過300[°]、且330[°]以下的範圍覆蓋發光管2。由此，根據實施方式的紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A，可提高照度。
另外，實施方式的外部電極6具有第1構件7與一對第2構件8。第1構件7在圓周方向上覆蓋發光管2。第2構件8以隔著發光管2彼此相向的方式配置。由此，設計上或性能上的自由度增大。
另外，實施方式的紫外線照射單元1、紫外線照射單元1A的發光管2包括反射膜4。反射膜4設置在與外部電極6相向的發光管2的內表面2a上，使紫外光朝發光管2的內部反射。反射膜4的圓周方向的角度θ4為由外部電極6覆蓋的發光管2的圓周方向的角度θ6以上。由此，可高效地向被照射體照射紫外光。
雖然對本發明的若干實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子所提示者，並不意圖對發明的範圍進行限定。這些實施方式能夠以其他各種形態來實施，在不脫離發明的主旨的範圍內，可進行各種省略、替換、變更。這些實施方式或其變形是與包含在發明的範圍或主旨中同樣地，包含在權利要求書中所記載的發明及其均等的範圍內者。
1、1A:紫外線照射單元（屏蔽放電燈） 2:發光管 2a:內表面 2b:外表面 3:內部電極 4:反射膜 5:導線 6:外部電極 7:第1構件 8:第2構件 8a、8b:第2構件片 9:燈口 10:流路 11、12:固定化構件 12、 13:第3構件 13a、13b:第3構件片 21、22:固定化構件 22、 50:收容部 60:點燈裝置 100:紫外線照射裝置 D:外徑 LY:長度 P:間距 X、 Y、Z:軸 XI、θ4、θ6、θ7:角度
圖1是表示實施方式的紫外線照射單元的平面圖。 圖2是圖1的A-A'剖面圖。 圖3是表示實施方式的變形例的紫外線照射單元的剖面圖。 圖4是表示外部電極的角度與長邊方向每1[cm]的放電面積的關係的圖。 圖5是表示外部電極的長邊方向每1[cm]的放電面積與照度及累計光量的關係的圖。 圖6A及圖6B是表示實施方式的具有紫外線照射單元的紫外線照射裝置的圖。
1:紫外線照射單元(屏蔽放電燈)
2:發光管
2a:內表面
2b:外表面
3:內部電極
4:反射膜
7:第1構件
8:第2構件
8a、8b:第2構件片
10:流路
11、12:固定化構件
D:外徑
X、Y、Z:軸
θ4、θ6、θ7:角度

Claims (8)

  1. 一種紫外線照射單元，包括： 屏蔽放電燈，具有圓筒狀的發光管，其封入有氣體並使紫外光透過；及內部電極，配置在所述發光管的內部並在所述發光管的管軸方向上延伸；以及 外部電極，以與所述內部電極相向的方式設置在所述發光管的外表面側，在所述發光管的圓周方向上以超過180[°]且300[°]以下的範圍覆蓋所述發光管。
  2. 一種紫外線照射單元，其特徵在於包括： 屏蔽放電燈，具有圓筒狀的發光管，其封入有氣體並使紫外光透過；及內部電極，配置在所述發光管的內部並在所述發光管的管軸方向上延伸；以及 外部電極，以與所述內部電極相向的方式設置在所述發光管的外表面側，在所述發光管的圓周方向上以超過300[°]且330[°]以下的範圍覆蓋所述發光管。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的紫外線照射單元，其中所述外部電極具有：第一構件，在所述圓周方向上覆蓋所述發光管；及第二構件，以隔著所述發光管而相向的方式配置。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的紫外線照射單元所述外部電極具有：第一構件，在所述圓周方向上覆蓋所述發光管；及一對第二構件，以隔著所述發光管而彼此相向的方式配置。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的紫外線照射單元，更包括反射膜，其設置在與所述外部電極相向的所述發光管的內表面上，使所述紫外光朝所述發光管的內部反射的反射膜，且 所述反射膜的所述圓周方向的角度為由所述外部電極覆蓋的所述發光管的所述圓周方向的角度以上。
  6. 一種紫外線照射裝置，包括： 根據申請專利範圍第1至第5項任一項所述的紫外線照射單元；以及 收容部，收容所述紫外線照射單元。
  7. 一種屏蔽放電燈，包括： 圓筒狀的發光管，封入有氣體，並使紫外光透過； 內部電極，配置在所述發光管的內部，並在所述發光管的管軸方向上延伸；以及 外部電極，以與所述內部電極相向的方式而設置在所述發光管的外表面側，在所述發光管的圓周方向上以超過180[°]且300[°]以下的範圍覆蓋所述發光管。
  8. 一種屏蔽放電燈，包括： 圓筒狀的發光管，封入有氣體，並使紫外光透過； 內部電極，配置在所述發光管的內部，並在所述發光管的管軸方向上延伸；以及 外部電極，以與所述內部電極相向的方式而設置在所述發光管的外表面側，在所述發光管的圓周方向上以超過300[°]且330[°]以下的範圍覆蓋所述發光管。
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