紫外線発生装置
【課題】運転の複雑化を伴うことなく、紫外線発生量を制御することが可能な紫外線発生装置を提供すること。
【解決手段】本発明の紫外線発生装置によれば、紫外線5を透過可能な放電管1と、放電管1の周囲に配置される電極対2と、電極対2に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源3とを備え、電源3によって、電極対2に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、放電管1内部に放電を起こさせて紫外線5を発生させる紫外線発生装置であって、放電を検知すると放電状態であると判定する放電検知センサ7を備えている。
【解決手段】本発明の紫外線発生装置によれば、紫外線5を透過可能な放電管1と、放電管1の周囲に配置される電極対2と、電極対2に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源3とを備え、電源3によって、電極対2に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、放電管1内部に放電を起こさせて紫外線5を発生させる紫外線発生装置であって、放電を検知すると放電状態であると判定する放電検知センサ7を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば沿面放電によりキセノン等の希ガスと酸素等の混合ガスから紫外線を発生する紫外線発生装置に係り、更に詳しくは、紫外線量を制御することが可能な紫外線発生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
紫外線は、例えば上下水道の殺菌、消毒、および脱色や、工業用水の脱臭や脱色、あるいはパルプの漂白、更には医療機器の殺菌等を行うために広く用いられている。
【0003】
このような紫外線を発生させる紫外線発生装置として、水銀ランプやエキシマランプがある。低圧の水銀ランプからは、254nm、185nmの波長の紫外線が発生される。一方、エキシマランプからは、キセノン、クリプトン、アルゴンを冷気媒質とした場合、それぞれ172nm、146nm、126nmの紫外線が発生される。
【0004】
この種の紫外線発生装置は、図13にその概略構成を示すように、紫外線5を透過可能な誘電体容器からなる放電管1の周囲に配置される電極2と、給電線4を介して電極2に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源3とが備えられている。そして、電源3によって、電極2に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、放電管1の内部に放電を起こすことによって、紫外線5が生成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、このような従来の紫外線発生装置では、以下のような問題がある。
【0006】
すなわち、従来の紫外線発生装置では、紫外線発生量を自由に制御することが困難である。このため、用途に応じた紫外線発生量を実現する場合などにおいては、フィルタ等を適宜使用することによって調節する必要があり、運転の複雑さをもたらすという問題がある。
【0007】
また、放電を開始する場合における印加電圧と、放電を維持するための印加電圧とが異なる電圧であるために、放電開始と放電維持とを同一条件で行うことが困難である。したがって、放電開始時と放電維持時とで印加電圧を変化させなくてはならず、運転の複雑さをもたらすという問題がある。
【0008】
この場合、放電維持時において印加電圧を絞ることによって印加電圧を変化させた結果、放電を維持することが困難となり、場合によっては放電を維持できなくなることもありうる。このように放電を維持できなくなった場合には、放電開始のための電圧を再度印加する必要があり、これもまた運転の複雑化を伴うものである。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、運転の複雑化を伴うことなく、紫外線発生量を制御することが可能な紫外線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【0011】
請求項1の発明は、紫外線を透過可能な誘電体容器と、誘電体容器の周囲に配置される電極と、電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、電源によって、電極に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、放電を検知すると誘電体容器内部が放電状態であると判定して検知信号を出力する放電判定手段と、放電判定手段から出力された検知信号に基づいて電源によって印加される交流電圧またはパルス電圧を制御し、紫外線の発生量を制御する電圧制御手段とを付加してなる。
【0012】
請求項2の発明は、放電管に電力を供給することによって放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、放電管に供給された電力を測定する電力測定手段と、電力測定手段によって測定された電力に基づいて、放電管内部が放電状態であることを判定する放電判定手段とを備えている。
【0013】
請求項3の発明は、電源から放電管に電力または電流を供給することによって放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、電源によって供給された電力または電流を測定する電力/電流測定手段と、電力/電流測定手段によって測定された電力または電流に基づいて、放電状態を判定する放電判定手段とを備えている。
【0014】
従って、請求項1乃至3の発明の紫外線発生装置においては、以上のような手段を講じることにより、紫外線の発生量を制御することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、運転の複雑化を伴うことなく、紫外線発生量を制御することが可能な紫外線発生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図。
【図2】電極対に印加する電圧のピーク値と、放電管に入力される電力である放電入力との関係を示す相関図。
【図3】第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例を示す構成概念図。
【図4】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図(正弦波の場合)。
【図5】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図(三角波の場合)。
【図6】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図(略正弦波の場合)。
【図7】放電管に供給される電圧の立ち上がりと、紫外線発生量との関係を示す図。
【図8】放電管に供給される電圧に対する紫外線発生量の関係を、印加される交流電圧の周波数を変化させた場合において得られる関係を示す図。
【図9】電源が印加する交流電圧の基本波形、基本波形を変調する変調波の波形、基本波形の変調後の波形。
【図10】第4の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図。
【図11】第4の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例を示す構成概念図。
【図12】放電開始用電源が印加する交流電圧の変調後の波形。
【図13】従来技術の紫外線発生装置の構成概念図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0018】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態を図1から図3を用いて説明する。
【0019】
図1は、第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図である。
【0020】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、放電管1と、電極対2と、電源3と、給電線4と、制御装置6と、放電検知センサ7と、電力測定モニタ8とから構成してなる。
【0021】
放電管1は、紫外線を透過可能な誘電体容器で構成している。電極対2は、放電管1の周囲に、互いに対面するように配置している。このように配置された電極対2は、給電線4を介して電源3から交流電圧またはパルス電圧が印加されることによって、容量結合方式により、放電管1に対して高周波電力を供給する。供給された電力は、電力測定モニタ8によって測定され、測定値が制御装置6に出力されるようにしている。
【0022】
このように放電管1に対して高周波電力を供給することによって、放電管1の内部に放電を起こし紫外線5を発生させている。放電検知センサ7は、発生した紫外線5の発生量を測定し、測定値を制御装置6へと出力する。放電検知センサ7は、例えば、一般的に使用されている紫外線検知センサや可視光センサを用いる。放電管1から紫外線5が発生する場合には、同時に可視光も発生する。放電検知センサ7として可視光センサを用いた場合には、このように紫外線5と同時に発生する可視光を検出する。
【0023】
なお、放電検知センサ7に代えて、電力測定モニタ8の測定値に基づいて、放電管1における放電状態を検知するようにしてもよい。この場合、電力測定モニタ8の測定値と、放電管1における放電開始電力との相関関係を予め把握しておき、測定値がしきい電力を超えている場合には、放電が起きているものと判定する。
【0024】
制御装置6は、放電検知センサ7から出力された測定値、および電力測定モニタ8によって測定された測定値に基づいて、電源3が電極対2に印加する交流電圧またはパルス電圧を制御し、放電入力を制御することによって、紫外線5の発生量を制御している。
【0025】
図2は、電極対2に印加する電圧のピーク値(V)と、放電管1に入力される電力である放電入力(W)との関係を示す相関図である。図2に示すように、電圧ピーク値が、ある一定のしきい電圧Tを超えると放電が開始し、その後は、電圧ピーク値を上昇させるのに伴って放電入力もまた増加する。放電入力の増加に比例して、紫外線5の発生量も増加する。
【0026】
したがって、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、制御装置6が電源3を制御し、交流電圧またはパルス電圧の印加量を制御し、放電入力を制御することによって、紫外線5の発生量を制御する。
【0027】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【0028】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図2に示すように、電圧ピーク値の上昇に伴って紫外線5の発生量もまた増加することを利用して、制御装置6によって、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧を制御することによって、放電入力が制御される。その結果、紫外線5の発生量が制御される。
【0029】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ8および放電検知センサ7によって測定され、測定結果が制御装置6に出力される。これにより、制御装置6では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、放電入力を制御することができるので、所望量の紫外線5を容易に発生させることができる。
【0030】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置6が、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧を制御することによって、紫外線5の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線5を発生させることが可能となる。
【0031】
なお、図1に示すように、対面型の電極対2を用い、容量結合方式で放電管1に高周波電力を供給する紫外線発生装置に代えて、図3に示すように、誘導コイル型のコイル型電極10を用い、誘導結合方式で放電管1に高周波電力を供給するようにしても同様の作用効果を奏することができる。
【0032】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態を図4から図8を用いて説明する。
【0033】
図4から図6は、電源3から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図であって、図4は正弦波の場合、図5は三角波の場合、図6は略正弦波の場合をそれぞれ示している。
【0034】
図7は、放電管1に供給される電圧の立ち上がりと、紫外線発生量との関係を示す図である。
【0035】
図8は、放電管1に供給される電圧に対する紫外線発生量の関係を、印加される交流電圧の周波数を変化させた場合において得られる関係を示す図である。これはJ. Phys. D: Appl. Phys. 5, P562-P568(1972)からの引用であり、横軸の入力エネルギーP(Wm−1)は電圧に比例するパラメータであり、縦軸のη(%)は紫外線発生量に比例するパラメータである。図8は、周波数が高くなると、紫外線発生効率ηが高くなることを示している。
【0036】
第2の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図1または図3に示す構成と同じであるが、制御装置6が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置6が、電源3によって印加される交流電圧またはパルス電圧の波形パターンにおける立ち上がり、または周波数を変化させることによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【0037】
すなわち、電源3は電極対2またはコイル型電極11に対して図4、図5、および図6に示すような波形パターンの電圧を印加し、放電管1の内部に放電を起こさせて、エキシマ状態を生成することによって紫外線5を発生させている。
【0038】
制御装置6は、放電検知センサ7から出力される測定値、および電力測定モニタ8から出力される測定値に基づいて電源3を制御し、図4、図5、および図6に示すような波形パターンにおいて立ち上がり(ΔV/ta)、または周波数faを変化させて電極対2またはコイル型電極11に電圧を印加する。
【0039】
電圧の立ち上がり(ΔV/ta)を増加させると、図7に示すような特性にしたがって紫外線発生量もまた増加する。また、周波数faを増加させると、図8に示すように、紫外線発生効率ηが高くなるので、紫外線発生量が増加する。
【0040】
したがって、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、制御装置6が電源3を制御し、電圧の立ち上がり(ΔV/ta)や周波数faといった波形を制御することによって、紫外線5の発生量を制御する。
【0041】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【0042】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図7および図8に示すように、電圧の立ち上がりを大きくすること、および電圧の周波数を大きくすることに伴って紫外線5の発生量もまた増加することを利用して、制御装置6によって、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧の波形が制御されることによって、放電入力が制御される。その結果、紫外線5の発生量が制御される。
【0043】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ8および放電検知センサ7によって測定され、測定値が制御装置6に出力される。その結果、制御装置6では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、波形を制御することができるので、所望量の紫外線5を容易に発生させることができる。
【0044】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置6が、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧の波形を制御することによって、紫外線5の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線5を発生させることが可能となる。
【0045】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態を図9を用いて説明する。
【0046】
第3の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図1または図3に示す構成と同じであるが、制御装置6が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置6が、電源3によって印加される交流電圧またはパルス電圧を周波数変調処理することによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【0047】
制御装置6が行う周波数変調処理について、図9を用いて説明する。
【0048】
図9(a)は、電源3が電極対2またはコイル型電極10に印加する交流電圧の基本波形を示す図である。この基本波形の周波数はfmである。
【0049】
制御装置6は、図9(a)に示すような交流電圧の周波数fmに、図9(b)に示すような、周波数fmの1/100〜1/10000の周波数で変調周波数fkをかけることによって周波数変調処理を行う。これによって、図9(c)に示すように、変調周波数fkのduty幅の比(d1/d2)を連続的に制御し、放電入力を制御することによって、紫外線5の発生量を制御する。
【0050】
なお、このような周波数変調処理は、図9(a)に示すような波形パターンを示す交流電圧のみならず、図示しないパルス電圧に対しても行うことができる。
【0051】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【0052】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図9に示すように、制御装置6によって周波数変調された交流電圧が、電源3から電極対2またはコイル型電極10に対して供給される。そして、放電管1から発生する紫外線5の発生量は、図9(c)に示すようなduty幅の比(d1/d2)を連続的に制御することによって制御される。
【0053】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ8および放電検知センサ7によって測定され、測定値が制御装置6に出力される。その結果、制御装置6では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、duty幅の比(d1/d2)を連続的に制御することができるので、所望量の紫外線5を容易に発生させることができる。
【0054】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置6が、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧に対して周波数変調処理を行い、duty幅の比(d1/d2)を連続的に制御することによって、紫外線5の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線5を発生させることが可能となる。
【0055】
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態を図10から図11を用いて説明する。
【0056】
図10は、第4の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0057】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、図1に示す構成の紫外線発生装置に、放電開始用電源11を付加した構成としている。この放電開始用電源11は、制御装置6に制御されることによって、電極対2に対して、放電開始用のパルス電圧を供給する。
【0058】
制御装置6は、放電管1において放電が開始される電圧をあらかじめ把握しておき、放電管1を放電させる場合には、この電圧を放電開始用パルス電圧として放電開始用電源11から電極対2に対して供給させる。これによって、放電が開始し、放電管1から紫外線が発せられると、発生した紫外線5の発生量を放電検知センサ7が測定し、測定値を制御装置6へと出力する。これによって、制御装置6は、放電状態を把握する。
【0059】
また、制御装置6は、放電開始用電源11から電極対2に対して放電開始用パルス電圧を一定間隔で供給させることにより、常に放電管1を放電させるようにしても良い。あるいは、放電検知センサ7からの測定値に基づいて、放電管1が放電していないことを把握した場合には、放電開始用電源11から電極対2に対して放電開始用パルス電圧を供給させるようにしても良い。この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管1が放電しない場合には、放電管1が故障している可能性があるために、放電管1の保護のために、放電開始用電源11に対して、放電開始用パルス電圧の供給を停止させる。それとともに、制御装置6から故障信号を発し、オペレータに異常を報知するようにしても良い。
【0060】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【0061】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置6によって指示された放電開始用パルス電圧が、放電開始用電源11から電極対2に対して単発的にまたは一定間隔で連続的に供給される。この放電開始用パルス電圧は、あらかじめ把握された電圧である。これによって、放電管1の放電が開始し、放電管1から紫外線が発せされる。そして、この紫外線の発生量が、放電検知センサ7によって測定され、測定値が制御装置6へ出力されることによって、制御装置6によって、放電開始が把握される。
【0062】
放電開始用電源11から電極対2に対して一定間隔で連続的に放電開始用パルス電圧が供給された場合には、放電管1から常に紫外線が発せられる。この紫外線の発生量もまた、放電検知センサ7によって測定され、測定値が制御装置6へ出力されることによって、制御装置6によって、放電状態および紫外線の発生量が把握される。
【0063】
放電検知センサ7からの測定値に基づいて、制御装置6によって、放電管1が放電していないことが把握された場合には、放電開始用電源11から電極対2に対して放電開始用パルス電圧を供給させるようにすることもできる。この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管1が放電が開始しない場合には、制御装置6によって、放電開始用パルス電圧の供給が停止される。この場合、放電管1が故障している可能性があるために、故障信号を発し、オペレータに異常を報知することもできる。
【0064】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、放電開始用電源11から電極対2に対して、放電開始用パルス電圧を単発的にまたは一定間隔で連続的に供給することによって、放電管1の放電を開始させることができる。
【0065】
放電開始がなされていない場合には、それを把握するとともに、放電開始用電源11から電極対2に対して放電開始用パルス電圧を再度供給させることもできる。なお、この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管1が放電が開始しない場合には、放電管1が故障している可能性があるために、放電開始用パルス電圧の供給を停止することもできる。更に、この場合、故障信号を発し、オペレータに異常を報知することもできる。
【0066】
なお、図10に示すように、対面型の電極対2を用い、容量結合方式で放電管1に高周波電力を供給する紫外線発生装置に代えて、図11に示すように、誘導コイル型のコイル型電極10を用い、誘導結合方式で放電管1に高周波電力を供給するようにしても同様の作用効果を奏することができる。
【0067】
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態を図9および図12を用いて説明する。
【0068】
第5の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第4の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図10または図11に示す構成と同じであるが、制御装置6が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置6が、放電開始用電源11によって印加される放電開始用電圧を周波数変調処理することによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【0069】
制御装置6が行う周波数変調処理について、図9を用いて説明する。
【0070】
図9(a)は、放電開始用電源11が電極対2またはコイル型電極10に印加する放電開始用電圧の基本波形を示す図である。この基本波形の周波数はfmである。
【0071】
制御装置6は、図9(a)に示すような交流電圧の周波数fmに、図9(b)に示すような、周波数fmの1/100〜1/10000の周波数で変調周波数fkをかけることによって周波数変調処理を行う。これによって、図9(c)に示すように、変調周波数fkのduty幅の比(d1/d2)を連続的に制御し、放電入力を制御することによって、紫外線5の発生量を制御する。
【0072】
更に、このような変調周波数fkを持つ波形に変換された放電開始用電圧を、図12に示すように一定時間間隔fm毎に連続的に繰り返すように変調するようにしても良い。
【0073】
上述したように、放電開始用電圧を変調してから、放電開始用電源11から電極対2またはコイル型電極10へ供給することによっても、第4の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【0074】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0075】
1…放電管、2…電極対、3…電源、4…給電線、5…紫外線、6…制御装置、7…放電検知センサ、8…電力測定モニタ、10…コイル型電極、11…放電開始用電源
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば沿面放電によりキセノン等の希ガスと酸素等の混合ガスから紫外線を発生する紫外線発生装置に係り、更に詳しくは、紫外線量を制御することが可能な紫外線発生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
紫外線は、例えば上下水道の殺菌、消毒、および脱色や、工業用水の脱臭や脱色、あるいはパルプの漂白、更には医療機器の殺菌等を行うために広く用いられている。
【0003】
このような紫外線を発生させる紫外線発生装置として、水銀ランプやエキシマランプがある。低圧の水銀ランプからは、254nm、185nmの波長の紫外線が発生される。一方、エキシマランプからは、キセノン、クリプトン、アルゴンを冷気媒質とした場合、それぞれ172nm、146nm、126nmの紫外線が発生される。
【0004】
この種の紫外線発生装置は、図13にその概略構成を示すように、紫外線5を透過可能な誘電体容器からなる放電管1の周囲に配置される電極2と、給電線4を介して電極2に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源3とが備えられている。そして、電源3によって、電極2に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、放電管1の内部に放電を起こすことによって、紫外線5が生成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、このような従来の紫外線発生装置では、以下のような問題がある。
【0006】
すなわち、従来の紫外線発生装置では、紫外線発生量を自由に制御することが困難である。このため、用途に応じた紫外線発生量を実現する場合などにおいては、フィルタ等を適宜使用することによって調節する必要があり、運転の複雑さをもたらすという問題がある。
【0007】
また、放電を開始する場合における印加電圧と、放電を維持するための印加電圧とが異なる電圧であるために、放電開始と放電維持とを同一条件で行うことが困難である。したがって、放電開始時と放電維持時とで印加電圧を変化させなくてはならず、運転の複雑さをもたらすという問題がある。
【0008】
この場合、放電維持時において印加電圧を絞ることによって印加電圧を変化させた結果、放電を維持することが困難となり、場合によっては放電を維持できなくなることもありうる。このように放電を維持できなくなった場合には、放電開始のための電圧を再度印加する必要があり、これもまた運転の複雑化を伴うものである。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、運転の複雑化を伴うことなく、紫外線発生量を制御することが可能な紫外線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【0011】
請求項1の発明は、紫外線を透過可能な誘電体容器と、誘電体容器の周囲に配置される電極と、電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、電源によって、電極に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、放電を検知すると誘電体容器内部が放電状態であると判定して検知信号を出力する放電判定手段と、放電判定手段から出力された検知信号に基づいて電源によって印加される交流電圧またはパルス電圧を制御し、紫外線の発生量を制御する電圧制御手段とを付加してなる。
【0012】
請求項2の発明は、放電管に電力を供給することによって放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、放電管に供給された電力を測定する電力測定手段と、電力測定手段によって測定された電力に基づいて、放電管内部が放電状態であることを判定する放電判定手段とを備えている。
【0013】
請求項3の発明は、電源から放電管に電力または電流を供給することによって放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、電源によって供給された電力または電流を測定する電力/電流測定手段と、電力/電流測定手段によって測定された電力または電流に基づいて、放電状態を判定する放電判定手段とを備えている。
【0014】
従って、請求項1乃至3の発明の紫外線発生装置においては、以上のような手段を講じることにより、紫外線の発生量を制御することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、運転の複雑化を伴うことなく、紫外線発生量を制御することが可能な紫外線発生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図。
【図2】電極対に印加する電圧のピーク値と、放電管に入力される電力である放電入力との関係を示す相関図。
【図3】第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例を示す構成概念図。
【図4】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図(正弦波の場合)。
【図5】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図(三角波の場合)。
【図6】電源から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図(略正弦波の場合)。
【図7】放電管に供給される電圧の立ち上がりと、紫外線発生量との関係を示す図。
【図8】放電管に供給される電圧に対する紫外線発生量の関係を、印加される交流電圧の周波数を変化させた場合において得られる関係を示す図。
【図9】電源が印加する交流電圧の基本波形、基本波形を変調する変調波の波形、基本波形の変調後の波形。
【図10】第4の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図。
【図11】第4の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例を示す構成概念図。
【図12】放電開始用電源が印加する交流電圧の変調後の波形。
【図13】従来技術の紫外線発生装置の構成概念図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0018】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態を図1から図3を用いて説明する。
【0019】
図1は、第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図である。
【0020】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、放電管1と、電極対2と、電源3と、給電線4と、制御装置6と、放電検知センサ7と、電力測定モニタ8とから構成してなる。
【0021】
放電管1は、紫外線を透過可能な誘電体容器で構成している。電極対2は、放電管1の周囲に、互いに対面するように配置している。このように配置された電極対2は、給電線4を介して電源3から交流電圧またはパルス電圧が印加されることによって、容量結合方式により、放電管1に対して高周波電力を供給する。供給された電力は、電力測定モニタ8によって測定され、測定値が制御装置6に出力されるようにしている。
【0022】
このように放電管1に対して高周波電力を供給することによって、放電管1の内部に放電を起こし紫外線5を発生させている。放電検知センサ7は、発生した紫外線5の発生量を測定し、測定値を制御装置6へと出力する。放電検知センサ7は、例えば、一般的に使用されている紫外線検知センサや可視光センサを用いる。放電管1から紫外線5が発生する場合には、同時に可視光も発生する。放電検知センサ7として可視光センサを用いた場合には、このように紫外線5と同時に発生する可視光を検出する。
【0023】
なお、放電検知センサ7に代えて、電力測定モニタ8の測定値に基づいて、放電管1における放電状態を検知するようにしてもよい。この場合、電力測定モニタ8の測定値と、放電管1における放電開始電力との相関関係を予め把握しておき、測定値がしきい電力を超えている場合には、放電が起きているものと判定する。
【0024】
制御装置6は、放電検知センサ7から出力された測定値、および電力測定モニタ8によって測定された測定値に基づいて、電源3が電極対2に印加する交流電圧またはパルス電圧を制御し、放電入力を制御することによって、紫外線5の発生量を制御している。
【0025】
図2は、電極対2に印加する電圧のピーク値(V)と、放電管1に入力される電力である放電入力(W)との関係を示す相関図である。図2に示すように、電圧ピーク値が、ある一定のしきい電圧Tを超えると放電が開始し、その後は、電圧ピーク値を上昇させるのに伴って放電入力もまた増加する。放電入力の増加に比例して、紫外線5の発生量も増加する。
【0026】
したがって、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、制御装置6が電源3を制御し、交流電圧またはパルス電圧の印加量を制御し、放電入力を制御することによって、紫外線5の発生量を制御する。
【0027】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【0028】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図2に示すように、電圧ピーク値の上昇に伴って紫外線5の発生量もまた増加することを利用して、制御装置6によって、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧を制御することによって、放電入力が制御される。その結果、紫外線5の発生量が制御される。
【0029】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ8および放電検知センサ7によって測定され、測定結果が制御装置6に出力される。これにより、制御装置6では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、放電入力を制御することができるので、所望量の紫外線5を容易に発生させることができる。
【0030】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置6が、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧を制御することによって、紫外線5の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線5を発生させることが可能となる。
【0031】
なお、図1に示すように、対面型の電極対2を用い、容量結合方式で放電管1に高周波電力を供給する紫外線発生装置に代えて、図3に示すように、誘導コイル型のコイル型電極10を用い、誘導結合方式で放電管1に高周波電力を供給するようにしても同様の作用効果を奏することができる。
【0032】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態を図4から図8を用いて説明する。
【0033】
図4から図6は、電源3から供給される交流電圧の波形パターンの例を示す図であって、図4は正弦波の場合、図5は三角波の場合、図6は略正弦波の場合をそれぞれ示している。
【0034】
図7は、放電管1に供給される電圧の立ち上がりと、紫外線発生量との関係を示す図である。
【0035】
図8は、放電管1に供給される電圧に対する紫外線発生量の関係を、印加される交流電圧の周波数を変化させた場合において得られる関係を示す図である。これはJ. Phys. D: Appl. Phys. 5, P562-P568(1972)からの引用であり、横軸の入力エネルギーP(Wm−1)は電圧に比例するパラメータであり、縦軸のη(%)は紫外線発生量に比例するパラメータである。図8は、周波数が高くなると、紫外線発生効率ηが高くなることを示している。
【0036】
第2の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図1または図3に示す構成と同じであるが、制御装置6が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置6が、電源3によって印加される交流電圧またはパルス電圧の波形パターンにおける立ち上がり、または周波数を変化させることによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【0037】
すなわち、電源3は電極対2またはコイル型電極11に対して図4、図5、および図6に示すような波形パターンの電圧を印加し、放電管1の内部に放電を起こさせて、エキシマ状態を生成することによって紫外線5を発生させている。
【0038】
制御装置6は、放電検知センサ7から出力される測定値、および電力測定モニタ8から出力される測定値に基づいて電源3を制御し、図4、図5、および図6に示すような波形パターンにおいて立ち上がり(ΔV/ta)、または周波数faを変化させて電極対2またはコイル型電極11に電圧を印加する。
【0039】
電圧の立ち上がり(ΔV/ta)を増加させると、図7に示すような特性にしたがって紫外線発生量もまた増加する。また、周波数faを増加させると、図8に示すように、紫外線発生効率ηが高くなるので、紫外線発生量が増加する。
【0040】
したがって、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、制御装置6が電源3を制御し、電圧の立ち上がり(ΔV/ta)や周波数faといった波形を制御することによって、紫外線5の発生量を制御する。
【0041】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【0042】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図7および図8に示すように、電圧の立ち上がりを大きくすること、および電圧の周波数を大きくすることに伴って紫外線5の発生量もまた増加することを利用して、制御装置6によって、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧の波形が制御されることによって、放電入力が制御される。その結果、紫外線5の発生量が制御される。
【0043】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ8および放電検知センサ7によって測定され、測定値が制御装置6に出力される。その結果、制御装置6では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、波形を制御することができるので、所望量の紫外線5を容易に発生させることができる。
【0044】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置6が、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧の波形を制御することによって、紫外線5の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線5を発生させることが可能となる。
【0045】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態を図9を用いて説明する。
【0046】
第3の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第1の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図1または図3に示す構成と同じであるが、制御装置6が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置6が、電源3によって印加される交流電圧またはパルス電圧を周波数変調処理することによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【0047】
制御装置6が行う周波数変調処理について、図9を用いて説明する。
【0048】
図9(a)は、電源3が電極対2またはコイル型電極10に印加する交流電圧の基本波形を示す図である。この基本波形の周波数はfmである。
【0049】
制御装置6は、図9(a)に示すような交流電圧の周波数fmに、図9(b)に示すような、周波数fmの1/100〜1/10000の周波数で変調周波数fkをかけることによって周波数変調処理を行う。これによって、図9(c)に示すように、変調周波数fkのduty幅の比(d1/d2)を連続的に制御し、放電入力を制御することによって、紫外線5の発生量を制御する。
【0050】
なお、このような周波数変調処理は、図9(a)に示すような波形パターンを示す交流電圧のみならず、図示しないパルス電圧に対しても行うことができる。
【0051】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【0052】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、図9に示すように、制御装置6によって周波数変調された交流電圧が、電源3から電極対2またはコイル型電極10に対して供給される。そして、放電管1から発生する紫外線5の発生量は、図9(c)に示すようなduty幅の比(d1/d2)を連続的に制御することによって制御される。
【0053】
なお、放電入力量および紫外線発生量は、電力測定モニタ8および放電検知センサ7によって測定され、測定値が制御装置6に出力される。その結果、制御装置6では、放電入力量や紫外線発生量をモニタしながら、duty幅の比(d1/d2)を連続的に制御することができるので、所望量の紫外線5を容易に発生させることができる。
【0054】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、制御装置6が、電源3が印加する交流電圧またはパルス電圧に対して周波数変調処理を行い、duty幅の比(d1/d2)を連続的に制御することによって、紫外線5の発生量を制御することができる。その結果、用途に応じて、所望する量の紫外線5を発生させることが可能となる。
【0055】
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態を図10から図11を用いて説明する。
【0056】
図10は、第4の実施の形態に係る紫外線発生装置の一例を示す構成概念図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0057】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置は、図1に示す構成の紫外線発生装置に、放電開始用電源11を付加した構成としている。この放電開始用電源11は、制御装置6に制御されることによって、電極対2に対して、放電開始用のパルス電圧を供給する。
【0058】
制御装置6は、放電管1において放電が開始される電圧をあらかじめ把握しておき、放電管1を放電させる場合には、この電圧を放電開始用パルス電圧として放電開始用電源11から電極対2に対して供給させる。これによって、放電が開始し、放電管1から紫外線が発せられると、発生した紫外線5の発生量を放電検知センサ7が測定し、測定値を制御装置6へと出力する。これによって、制御装置6は、放電状態を把握する。
【0059】
また、制御装置6は、放電開始用電源11から電極対2に対して放電開始用パルス電圧を一定間隔で供給させることにより、常に放電管1を放電させるようにしても良い。あるいは、放電検知センサ7からの測定値に基づいて、放電管1が放電していないことを把握した場合には、放電開始用電源11から電極対2に対して放電開始用パルス電圧を供給させるようにしても良い。この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管1が放電しない場合には、放電管1が故障している可能性があるために、放電管1の保護のために、放電開始用電源11に対して、放電開始用パルス電圧の供給を停止させる。それとともに、制御装置6から故障信号を発し、オペレータに異常を報知するようにしても良い。
【0060】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る紫外線発生装置の作用について説明する。
【0061】
すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置6によって指示された放電開始用パルス電圧が、放電開始用電源11から電極対2に対して単発的にまたは一定間隔で連続的に供給される。この放電開始用パルス電圧は、あらかじめ把握された電圧である。これによって、放電管1の放電が開始し、放電管1から紫外線が発せされる。そして、この紫外線の発生量が、放電検知センサ7によって測定され、測定値が制御装置6へ出力されることによって、制御装置6によって、放電開始が把握される。
【0062】
放電開始用電源11から電極対2に対して一定間隔で連続的に放電開始用パルス電圧が供給された場合には、放電管1から常に紫外線が発せられる。この紫外線の発生量もまた、放電検知センサ7によって測定され、測定値が制御装置6へ出力されることによって、制御装置6によって、放電状態および紫外線の発生量が把握される。
【0063】
放電検知センサ7からの測定値に基づいて、制御装置6によって、放電管1が放電していないことが把握された場合には、放電開始用電源11から電極対2に対して放電開始用パルス電圧を供給させるようにすることもできる。この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管1が放電が開始しない場合には、制御装置6によって、放電開始用パルス電圧の供給が停止される。この場合、放電管1が故障している可能性があるために、故障信号を発し、オペレータに異常を報知することもできる。
【0064】
上述したように、本実施の形態に係る紫外線発生装置においては、上記のような作用により、放電開始用電源11から電極対2に対して、放電開始用パルス電圧を単発的にまたは一定間隔で連続的に供給することによって、放電管1の放電を開始させることができる。
【0065】
放電開始がなされていない場合には、それを把握するとともに、放電開始用電源11から電極対2に対して放電開始用パルス電圧を再度供給させることもできる。なお、この場合、放電開始用パルス電圧を、予め定めた回数以上供給させても、放電管1が放電が開始しない場合には、放電管1が故障している可能性があるために、放電開始用パルス電圧の供給を停止することもできる。更に、この場合、故障信号を発し、オペレータに異常を報知することもできる。
【0066】
なお、図10に示すように、対面型の電極対2を用い、容量結合方式で放電管1に高周波電力を供給する紫外線発生装置に代えて、図11に示すように、誘導コイル型のコイル型電極10を用い、誘導結合方式で放電管1に高周波電力を供給するようにしても同様の作用効果を奏することができる。
【0067】
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態を図9および図12を用いて説明する。
【0068】
第5の実施の形態に係る紫外線発生装置は、第4の実施の形態に係る紫外線発生装置の変形例であって、その構成は、図10または図11に示す構成と同じであるが、制御装置6が行う制御方法のみが異なる。すなわち、本実施の形態に係る紫外線発生装置では、制御装置6が、放電開始用電源11によって印加される放電開始用電圧を周波数変調処理することによって、紫外線発生量を制御するようにしている。
【0069】
制御装置6が行う周波数変調処理について、図9を用いて説明する。
【0070】
図9(a)は、放電開始用電源11が電極対2またはコイル型電極10に印加する放電開始用電圧の基本波形を示す図である。この基本波形の周波数はfmである。
【0071】
制御装置6は、図9(a)に示すような交流電圧の周波数fmに、図9(b)に示すような、周波数fmの1/100〜1/10000の周波数で変調周波数fkをかけることによって周波数変調処理を行う。これによって、図9(c)に示すように、変調周波数fkのduty幅の比(d1/d2)を連続的に制御し、放電入力を制御することによって、紫外線5の発生量を制御する。
【0072】
更に、このような変調周波数fkを持つ波形に変換された放電開始用電圧を、図12に示すように一定時間間隔fm毎に連続的に繰り返すように変調するようにしても良い。
【0073】
上述したように、放電開始用電圧を変調してから、放電開始用電源11から電極対2またはコイル型電極10へ供給することによっても、第4の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【0074】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0075】
1…放電管、2…電極対、3…電源、4…給電線、5…紫外線、6…制御装置、7…放電検知センサ、8…電力測定モニタ、10…コイル型電極、11…放電開始用電源
【特許請求の範囲】
【請求項1】
紫外線を透過可能な誘電体容器と、
前記誘電体容器の周囲に配置される電極と、
前記電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、
前記電源によって、前記電極に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、前記誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、
前記放電を検知すると前記誘電体容器の内部が放電状態であると判定して検知信号を出力する放電判定手段と、
前記放電判定手段から出力された検知信号に基づいて前記電源によって印加される交流電圧またはパルス電圧を制御し、紫外線の発生量を制御する電圧制御手段と
を付加した紫外線発生装置。
【請求項2】
放電管に電力を供給することによって前記放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、
前記放電管に供給された電力を測定する電力測定手段と、
前記電力測定手段によって測定された電力に基づいて、前記放電管内部が放電状態であることを判定する放電判定手段と
備えた紫外線発生装置。
【請求項3】
電源から放電管に電力または電流を供給することによって前記放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、
前記電源によって供給された電力または電流を測定する電力/電流測定手段と、
前記電力/電流測定手段によって測定された電力または電流に基づいて、放電状態を判定する放電判定手段と
を備えた紫外線発生装置。
【請求項1】
紫外線を透過可能な誘電体容器と、
前記誘電体容器の周囲に配置される電極と、
前記電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、
前記電源によって、前記電極に交流電圧またはパルス電圧を印加することにより、前記誘電体容器内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置であって、
前記放電を検知すると前記誘電体容器の内部が放電状態であると判定して検知信号を出力する放電判定手段と、
前記放電判定手段から出力された検知信号に基づいて前記電源によって印加される交流電圧またはパルス電圧を制御し、紫外線の発生量を制御する電圧制御手段と
を付加した紫外線発生装置。
【請求項2】
放電管に電力を供給することによって前記放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、
前記放電管に供給された電力を測定する電力測定手段と、
前記電力測定手段によって測定された電力に基づいて、前記放電管内部が放電状態であることを判定する放電判定手段と
備えた紫外線発生装置。
【請求項3】
電源から放電管に電力または電流を供給することによって前記放電管内部に放電を起こさせて紫外線を発生させる紫外線発生装置において、
前記電源によって供給された電力または電流を測定する電力/電流測定手段と、
前記電力/電流測定手段によって測定された電力または電流に基づいて、放電状態を判定する放電判定手段と
を備えた紫外線発生装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2010−27620(P2010−27620A)
【公開日】平成22年2月4日(2010.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−245536(P2009−245536)
【出願日】平成21年10月26日(2009.10.26)
【分割の表示】特願2006−352973(P2006−352973)の分割
【原出願日】平成14年8月13日(2002.8.13)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年2月4日(2010.2.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年10月26日(2009.10.26)
【分割の表示】特願2006−352973(P2006−352973)の分割
【原出願日】平成14年8月13日(2002.8.13)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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