JP2001155683A - 希ガス閃光放電ランプおよびその点灯回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】閃光放電当初においても、電流密度を上げずに
遠紫外領域や近紫外領域の光の発光効率を高めることが
できる希ガス閃光放電ランプ、およびその点灯回路を提
供する。 【解決手段】波長が４００ｎｍ以下の発光スペクトルを
有する金属を放電容器１０内に封入し、放電容器をこの
封入金属が蒸気の状態になる温度に予熱する加熱手段を
付加する。この加熱手段を、放電容器を覆う加熱管２０
と、この加熱管に巻回されたヒータ２１で構成する。ま
たは、放電容器の表面に直接巻回されたヒータを加熱手
段とする。点灯回路は、希ガス閃光放電ランプを閃光放
電する前に、連続した電流を流し、放電容器を、この封
入金属が蒸気の状態になる温度に予熱するシマー回路を
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、殺菌やＵＶキュア
ーなどに使用される希ガス閃光放電ランプおよびその点
灯回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】波長が３００ｎｍ以下の遠紫外領域の光
を菌類などに照射すると、光化学機構によるＤＮＡの破
壊が起り、これにより殺菌処理がなされるので、従来
は、殺菌処理は、連続点灯型の低圧水銀ランプから放射
される波長２５３ｎｍの紫外線を照射することが多かっ
た。しかし近年は、キセノンなどの希ガスを封入した閃
光放電ランプによる殺菌処理が施されるようになった。

【０００３】キセノンを封入した閃光放電ランプは、波
長が３００ｎｍ以下の遠紫外領域の光が全体の約１０％
の光量で放射されるので、低圧水銀ランプによる殺菌処
理と同様に、照射光を光として利用する光化学機構によ
る殺菌処理を効率良く行うことができる。また、かかる
閃光放電ランプは、波長が３００〜４００ｎｍの近紫外
領域の光に加えて可視光や赤外光も多く放射されている
が、この波長領域の光はそれ自体に光化学機構による殺
菌力はない。しかし、閃光として放射される光のピーク
パワーが連続点灯型の低圧水銀ランプに比べて極めて高
いので、この光を吸収した菌類は、照射光を熱として利
用する光熱力学的機構により加熱され、焼き殺されるこ
とによる殺菌効果が得られる。すなわち、キセノンを封
入した閃光放電ランプは、光化学機構による殺菌効果と
光熱力学的機構による殺菌効果を併せ有する。

【０００４】また、キセノンを封入した閃光放電ランプ
は、前述のとおり、可視光のみならず波長が３００〜４
００ｎｍの近紫外領域の光が多く放射されているので、
この波長領域の光を利用する光照射処理にも用いられて
いる。具体的には、例えばＤＶＤの製作におけるディス
ク要素の張り合わせのように、紫外線硬化性樹脂の硬化
処理などに幅広く用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】キセノンなどの希ガス
を封入した閃光放電ランプは、点灯用電源回路の条件を
適当に設定することにより、遠紫外領域および近紫外領
域から赤外領域にわたる波長領域において、特定波長の
光の放射強度をかなり自由に制御することが可能であ
る。しかし、殺菌処理や紫外線硬化性樹脂の硬化処理な
どを有効に行うために、遠紫外領域や近紫外領域の光、
つまり波長４００ｎｍ以下の光を強く放射させるには、
例えばプリンターにおけるトナーの定着などに用いられ
る通常の光加熱用の閃光放電ランプに比べて、閃光パル
ス幅を小さくするとともに、電流密度を例えば２倍以上
とし、放電容器の管壁負荷が２〜１０倍になるような条
件下で点灯することが要求される。従って、放電容器が
早期に劣化してランプ寿命が短くなり、かつ電源コスト
が高くなる不具合がある。

【０００６】このため、電流密度を上げずに遠紫外領域
や近紫外領域の光の発光効率を高めることが必要にな
り、最近では、希ガス閃光放電ランプに波長が４００ｎ
ｍ以下の発光スペクトルを有する金属を封入することが
試みられている。これにより、電流密度をあまり上げる
ことなく遠紫外領域や近紫外領域の光を効率良く放射で
きる。

【０００７】ところで、かかる希ガス閃光放電ランプが
所期の目的を達成するためには、閃光放電時に、封入し
た金属が蒸気の状態で存在することが必要である。しか
しながら、閃光放電当初においては、この封入金属の蒸
発が不十分であり、遠紫外領域や近紫外領域の光を効率
良く放射しないことが判明した。

【０００８】そこで本発明は、閃光放電当初において
も、電流密度を上げずに遠紫外領域や近紫外領域の光の
発光効率を高めることができる希ガス閃光放電ランプ、
およびその点灯回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、放電容器内にキセノン、クリ
プトンおよびアルゴンからなる群から選ばれる少なくと
も１種の希ガスが封入された希ガス閃光放電ランプにお
いて、波長が４００ｎｍ以下の発光スペクトルを有する
金属を放電容器内に封入するとともに、放電容器をこの
封入金属が蒸気の状態になる温度に予熱する加熱手段を
付加する。そして、請求項２の発明は、この加熱手段
を、放電容器を覆う加熱管と、この加熱管に巻回された
ヒータで構成する。また、請求項３の発明は、放電容器
の表面に直接巻回されたヒータを加熱手段とする。

【００１０】また、請求項４の発明は、キセノン、クリ
プトンおよびアルゴンからなる群から選ばれる少なくと
も１種の希ガスと、波長が４００ｎｍ以下の発光スペク
トルを有する金属が放電容器内に封入され希ガス閃光放
電ランプの点灯回路であって、希ガス閃光放電ランプを
閃光放電する前に、ランプの絶縁状態を破壊して連続し
た電流を流し、放電容器を、この封入金属が蒸気の状態
になる温度に予熱するシマー回路を具備することを特徴
とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図１および図２は、本
発明の希ガス閃光放電ランプの一実施例を示す説明図で
ある。図１および図２において、石英ガラスからなる直
管型の放電容器１０は、その両端が封止されている。一
対の電極棒１１，１１は、放電容器１０の両端から管軸
方向内方に延びており、電極棒１１，１１の先端に取り
付けられた陰極１２と陽極１３が放電容器１０内におい
て対向配置されている。放電容器１０の外周には、トリ
ガー電極１６が軸線方向に配置され、トリガー電極１６
の両端はバンド１７で支持されている。

【００１２】放電空間を形成する放電容器１０内には、
キセノン、クリプトンおよびアルゴンからなる群から選
ばれる１種または２種以上の希ガス封入されている。特
にキセノンが封入されている場合は、近紫外領域から赤
外領域にわたる広い波長領域に大きな放射強度の光が放
射されるので好ましい。

【００１３】この希ガスとともに、波長が４００ｎｍ以
下の発光スペクトルを有する金属、例えばアンチモン或
いは水銀などが放電容器１０内に封入されている。アン
チモンは、アンチモン化合物として封入してもよい。ア
ンチモン化合物の例としては窒化アンチモンやハロゲン
化アンチモンなどを挙げることができる。そして、アン
チモンは、放電容器１０の単位容積当たりのアンチモン
原子として、０．１〜１．０ｍｇ／ｃｃ程度封入され
る。かかる量のアンチモンを封入することにより、アン
チモンによる遠紫外領域の放射スペクトルが希ガスによ
る放射スペクトルに対して支配的となり、遠紫外領域に
おいて大きな放射強度の光を得ることができる。

【００１４】水銀を封入する場合は、０．０１〜４．０
ｍｇ／ｃｃ程度封入される。この封入量においては、水
銀が完全に蒸発したときの蒸気圧は０．８５〜３５０Ｔ
ｏｒｒとなる。かかる量の水銀を封入することにより、
水銀による遠紫外領域および近紫外領域の放射スペクト
ルが希ガスによる放射スペクトルに対して支配的とな
り、遠紫外領域および近紫外領域において大きな放射強
度の光を得ることができる。波長が４００ｎｍ以下の発
光スペクトルを有する金属としては、アンチモンや水銀
以外に、スズ、カドミウムなどを挙げることができる。

【００１５】このように、封入した波長が４００ｎｍ以
下の発光スペクトルを有する金属、例えばアンチモンや
水銀などによる紫外領域の放射スペクトルが希ガスによ
る放射スペクトルに対して支配的となるためには、閃光
放電時において、アンチモンや水銀などは完全な蒸気の
状態でなければならないが、閃光放電当初においては、
放電容器１０の温度が低いために、アンチモンや水銀な
どは完全な蒸気の状態にならない。そこで、放電容器の
加熱手段を設け、閃光放電に先だって、封入金属が蒸気
の状態になる温度に放電容器を予熱する。具体的には、
水銀を封入した場合には、２００℃程度に予熱し、アン
チモンを封入した場合には、３００℃程度に予熱する。

【００１６】図１および図２は、加熱管２０による外部
加熱方式の例を示す。すなわち、放電容器１０がランプ
支持板２９により、石英ガラスからなる円筒状の加熱管
２０内に保持されている。そして、加熱管２０の表面に
は、ニッケル−クロム線からなるヒータ２１が巻回され
ており、ヒータ２１に通電すると加熱管２０が高温にな
り、加熱管２０の熱によって放電容器１０が加熱される
ようになっている。加熱管２０は、放電容器１０を効率
良く加熱できるように、その内径は、放電容器１０の外
径より僅かに大きく、かつ、放電容器１０を完全に覆え
るように、その全長は、放電容器１０の全長よりも幾分
長くするのが良い。

【００１７】図３は他の実施例を示すが、ヒータ２１を
放電容器１０の外周面に直接巻回し、ヒータ２１に通電
することにより放電容器１０が直接加熱されるようにし
てもよい。この実施例は、放電容器１０の表面にトリガ
ー電極が配置されていない希ガス閃光放電ランプに適し
ている。

【００１８】波長が４００ｎｍ以下の発光スペクトルを
有する金属としてアンチモンを封入した希ガス閃光放電
ランプの具体的数値例を以下に示す。内径が８ｍｍであ
る放電容器内に、希ガスとしてキセノンをその封入圧が
３００Ｔｏｒｒとなる量で封入し、ヨウ化アンチモンを
アンチモン原子として０．５ｍｇ／ｃｃとなるように封
入した。電極間距離（発光長）が１００ｍｍ、電源電圧
が１．４ｋＶ、ピーク電流が１３ｋＡ、閃光パルス幅
（１／２波高長）が０．６ｍｓｅｃである。そして、放
電容器を３００℃程度に予熱してから、この条件で閃光
放電すると、１回の発光エネルギーは３４０Ｊであり、
エネルギー密度は、３Ｊ／ｃｍ^２・ｍｓｅｃであった。

【００１９】かかる希ガス閃光放電ランプの最初の閃光
放電時の分光スペクトルは図５に示すとおりである。一
方、比較例として、前記と同じ希ガス閃光放電ランプの
放電容器を予熱することなく閃光放電した場合の最初の
閃光放電時の分光スペクトルを図６に示す。これから分
かるように、比較例の図６は、最初の閃光放電時におい
ては、アンチモンが蒸気の状態になっていないので、ア
ンチモンによる放射スペクトルは認められず、キセノン
による放射スペクトルのみが支配的である。これに対し
て、実施例の図５は、最初の閃光放電時からアンチモン
が蒸気の状態になっているので、アンチモンによる放射
スペクトルが支配的であり、遠紫外領域の光が強く放射
していることを示している。従って、最初の閃光発光か
ら優れた殺菌効果を得ることかできる。

【００２０】図４は、請求項４の発明の点灯回路の実施
例を示す。希ガス閃光放電ランプＦＬを絶縁破壊するた
めのトリガー回路３１、および、充電器３２、点灯電流
制御用インピーダンス３３、メインコンデンサＣ、イン
ダクタンスコイルＬからなる閃光放電回路は、従来の点
灯回路と同じであるが、ランプＦＬとインダクタンスコ
イルＬの間に、制御整流素子からなるスイッチＳＲ１が
介装されており、スイッチＳＲ１は、パルス発振器３４
からパルス信号が印加されるとＯＮする。そして、シマ
ー供給電源３５が、シマー電流制御用インピーダンス３
６を介してランプＦＬと並列に接続されている。

【００２１】図４の点灯回路において、まず、スイッチ
ＳＲ１がＯＦＦの状態から、トリガー回路３１を作動さ
せると、ランプＦＬに高圧がかかって絶縁が破壊され
る。そして、ランプＦＬにシマー供給電源３５からシマ
ー電流制御用インピーダンス３６を介して微小なシマー
電流が供給される。このシマー電流の供給が続くことで
放電容器が予熱されるが、封入金属がアンチモンの場合
は３００℃程度にまで予熱する。予熱が完了するとスイ
ッチＳＲ１がＯＮになり、メインコンデンサＣに充電さ
れた電力が放電してランプＦＬが閃光発光する。閃光発
光が完了するとスイッチＳＲ１がＯＦＦになり、メイン
コンデンサＣが充電されて次回の閃光発光に備える。そ
して、スイッチＳＲ１がＯＮすると、次回の閃光発光が
行われる。

【００２２】このように、閃光放電に先だって、シマー
電流により放電容器が予熱されるので、アンチモンなど
の封入金属が最初の閃光放電時において完全に蒸気の状
態になる。従って、最初の閃光放電時から封入金属によ
る紫外領域の放射スペクトルが希ガスによる放射スペク
トルに対して支配的となり、紫外領域の光が強く放射す
ることは請求項１の発明と同じである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の希ガス閃
光放電ランプは、波長が４００ｎｍ以下の発光スペクト
ルを有する金属を放電容器内に封入され、放電容器をこ
の封入金属が蒸気の状態になる温度に予熱する加熱手段
が付加されているので、閃光放電当初においても、電流
密度を上げずに遠紫外領域や近紫外領域の光の発光効率
を高めることができる。また、本発明の点灯回路は、閃
光放電に先だって、連続した電流を流し、波長が４００
ｎｍ以下の発光スペクトルを有する金属が封入された放
電容器を予熱するシマー供給電源を具備するので、この
場合も、電流密度を上げずに遠紫外領域や近紫外領域の
光の発光効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の希ガス閃光放電ランプの実施例の断面
図である。

【図２】本発明の希ガス閃光放電ランプの実施例の斜視
図である。

【図３】本発明の希ガス閃光放電ランプの他の実施例の
斜視図である。

【図４】本発明の点灯回路の実施例の説明図である。

【図５】本発明の希ガス閃光放電ランプの分光スペクト
ル図である。

【図６】比較例の希ガス閃光放電ランプの分光スペクト
ル図である。

【符号の説明】

１０ 放電容器 １１ 放電棒 １２ 陰極 １３ 陽極 ２０ 加熱管 ２１ ヒータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電容器内にキセノン、クリプトンおよ
   びアルゴンからなる群から選ばれる少なくとも１種の希
   ガスが封入された希ガス閃光放電ランプにおいて、 波長が４００ｎｍ以下の発光スペクトルを有する金属が
   放電容器内に封入されるとともに、該金属が蒸気の状態
   になる温度に該放電容器を予熱する加熱手段が付加され
   たことを特徴とする希ガス閃光発光ランプ。
2. 【請求項２】 前記加熱手段は、該放電容器を覆う加熱
   管と、この加熱管に巻回されたヒータからなることを特
   徴とする請求項１記載の希ガス閃光発光ランプ。
3. 【請求項３】 前記加熱手段は、該放電容器の表面に直
   接巻回されたヒータであることを特徴とする請求項１記
   載の希ガス閃光発光ランプ。
4. 【請求項４】 キセノン、クリプトンおよびアルゴンか
   らなる群から選ばれる少なくとも１種の希ガスと、波長
   が４００ｎｍ以下の発光スペクトルを有する金属が放電
   容器内に封入され希ガス閃光放電ランプの点灯回路であ
   って、 前記希ガス閃光放電ランプを閃光放電する前に、ランプ
   の絶縁状態を破壊して連続した電流を流し、該金属が蒸
   気の状態になる温度に該放電容器を予熱するシマー回路
   を具備することを特徴とする希ガス閃光発光ランプの点
   灯回路。