JP2002033080A

JP2002033080A - 紫外線光源

Info

Publication number: JP2002033080A
Application number: JP2000214747A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Shimizu; 幸彦清水; Hitoshi Kurokawa; 均黒河; Yoichi Kobori; 洋一小堀; Hirokazu Takanashi; 浩和高梨; Hisashi Miyazawa; 永宮澤
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】発光の安定化、小型化、発光の均一性の改善
を図る。【解決手段】紫外線光源１Ａは、透光性を有する陽極
基板６、陽極基板６と所定間隔をおいて対面する対向基
板７、陽極基板６と対向基板７との間の外周部分に設け
られる枠状の側面板８とを有し、内部が真空保持された
箱状の外囲器２を有する。陽極基板６の内面には、３０
０ｎｍ以上４００ｎｍ以下のピーク波長を持つ蛍光体層
９が所定の発光パタン形状に形成され、蛍光体層９を覆
うようにメタルバック層１０が形成される。メタルバッ
ク層１０には陽極が導通接続される。外囲器２内には電
子を放出する線状陰極５が張架され、対向基板７の内面
には蛍光体層９と対面する表面にメッシュ状又はスリッ
ト状の開口部４ａを有する加速制御電極４が設けられ
る。陰極５から放出される電子を加速制御電極４で加速
制御して蛍光体層９に射突させることにより蛍光体層９
が発光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＴＡ（サー
モオートクローム）定着光源、ＵＶ樹脂硬化装置、ブラ
ックライト、紫外線治療器、滅菌装置、蛍光分析装置、
紙幣識別装置、検査鑑別器、舞台照明、表示用照明、日
焼け装置、捕虫用装置等の光源として用いられる紫外線
光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、紫外線を放射する光源として、図
１２に示す構造の蛍光ランプ４１が一般的に知られてい
る。蛍光ランプ４１は、低圧水銀蒸気放電で放射される
紫外放射（主に２５４ｎｍ）を蛍光体で波長変換させる
光源であり、蛍光体の選択により紫外域から遠赤外域ま
で様々な発光色を得ることが出来る。

【０００３】蛍光ランプ４１の放電形式はアーク放電に
属し、放電による水銀原子４２の発光スペクトルのう
ち、主に２５４ｎｍ紫外放射を管壁４３の内面に形成さ
れた蛍光体４４の励起線として利用している。水銀原子
４２は電子と衝突して励起、電離され、いわゆるプラズ
マ状態にある。

【０００４】また、蛍光ランプ４１の管軸方向には電位
傾度が一定の電界があり、その値は電流、水銀蒸気圧、
管径、封入ガス種とその圧力に左右される。

【０００５】蛍光ランプ４１は、水銀から発せられるス
ペクトル波長１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの共鳴紫外線の
他に可視部も放射される。２５４ｎｍの強度は、水銀原
子密度が小さくなると励起原子の数も少なくなるため減
少し、水銀原子密度が大きくなると２５４ｎｍ光子の再
吸収される確率が増えるために減少する。その結果、蛍
光ランプ４１の発光に寄与する２５４ｎｍ紫外線の発光
効率が最大になる水銀原子密度、言い換えればそれに対
応する管壁温度が存在する。この管壁４３の最適温度
は、ランプの構造・寸法・電流によって異なる。さらに
蛍光ランプ４１の電流密度が高くなると、発光効率は低
下する特性を有している。

【０００６】蛍光ランプ４１のガラス管４５は、ランプ
電流やランプ電力に適した直径と長さに設計される。管
壁４３の内面には蛍光体が塗布されるが、ガラス管４５
や蛍光体４４が放電プラズマと反応して特性が劣化する
のを防ぐために保護膜（金属酸化物の微粒子）を施す場
合がある。電極４６は、タングステンの２重コイル又は
３重コイルで構成され、その表面には電子４７を放出す
るための電子放出物質（主にＢａ，Ｓｒ，Ｃａの酸化
物）が塗布されている。また、ガラス管４５内には水銀
４２と希ガス（例えばアルゴンガス）４８が封入されて
いる。

【０００７】なお、高温で動作する蛍光ランプでは、高
温での発光効率の低下を防止するため、水銀のアマルガ
ムを用いる場合もある。

【０００８】希ガスには一般にアルゴンが用いられる
が、ランプの種類によってはクリプトンやネオンなどの
混合ガスも用いられる。封入ガス圧はランプの始動特性
・効率・寿命に影響を与え、一般に２００〜６００Ｐａ
である。なお、放電は負の抵抗を持ち、ランプ電流が増
加するとランプ電圧が減少するので、電流制限用に安定
器が必要になる。

【０００９】図１３は上記蛍光ランプを使用したＴＡ
（サーモオートクローム）方式のカラー感熱プリンタの
概略構成図、図１４は図１３のプリンタに使用される記
録メディアとしてのＴＡペーパーの断面図である。

【００１０】サーモオートクローム方式の感熱プリンタ
５１は、富士写真フイルム株式会社で開発された直接感
熱記録方式のフルカラープリント方式である。

【００１１】このＴＡ方式プリンタ５１は、図１３に示
すように、記録部５２と定着部５３を有している。記録
部５２は、サーマルヘッド５４、プラテンローラ５５、
搬送ローラ対５６、駆動モータ５７、位置センサー５８
を備えて概略構成される。サーマルヘッド５４は、多数
の発熱素子がライン状に配列された発熱素子アレイを有
している。サーマルヘッド５４は、軸５４ａを支点とし
て、プラテンローラ５５上の記録媒体（カラー感熱記録
紙）５９を押圧するプリント位置と、プラテンローラ５
５から離れた退避位置との間で揺動自在とされている。
搬送ローラ対５６は、サーマルヘッド５４の下流に配置
され、記録紙５９を挟持した状態で駆動モータ（パルス
モータ）５７により正逆方向に回転して記録紙５９を往
復動させる。

【００１２】記録紙５９の搬送路上に配置される定着部
５３は、２本の定着用光源６０（６０Ａ，６０Ｂ）と、
これら２本の定着用光源６０Ａ，６０Ｂの背後を覆うリ
フレクタ６１とを備えている。定着用光源６０は、発光
ピークが４２０ｎｍの近紫外線を発生するイエロー定着
光源６０Ａと、発光ピークが３６５ｎｍの紫外線を発生
するマゼンタ定着光源６０Ｂとからなり、定着時にいず
れか一方が発光するように選択的に切り替えが行われ
る。すなわち、記録紙５９にイエロー画像の印画を行っ
たときはイエロー定着光源６０Ａが選択発光され、記録
紙５９にマゼンタ画像の印画を行ったときはマゼンタ定
着ランプ６０Ｂが選択発光されるように切り替えが行わ
れる。位置センサー５８は、搬送ローラ対５６と定着部
５３との間に設けられ、搬送路を搬送される記録紙５９
の先端を検出している。この位置センサー５８の検出信
号は、記録紙５９がプリント位置まで給紙されたか否か
を判別するために用いられる。

【００１３】上記構成によるＴＡ方式プリンタ５１で
は、記録紙５９の先端が位置センサー５８により検出さ
れてプリント位置まで給紙されると、まず、サーマルヘ
ッド５４で低エネルギー記録を行い、記録紙５９にイエ
ロー画像を印画する。その後、搬送ローラ対５６が正転
（図１３の時計回り方向）して記録紙５９が定着部５３
に搬送されると、イエロー定着ランプ６０Ａを選択発光
してイエロー画像を定着させる。次に、搬送ローラ対５
６が逆転（図１３の反時計回り方向）して記録紙５９が
プリント位置まで戻ると、サーマルヘッド５４で中エネ
ルギー記録を行い、記録紙５９にマゼンタ画像を印画す
る。その後、搬送ローラ対５６が再度正転して記録紙５
９が定着部５３に搬送されると、マゼンタ定着ランプ６
０Ｂを選択発光してマゼンタ画像を定着させる。そし
て、再度搬送ローラ対５６を逆転して記録紙５９がプリ
ント位置まで戻ると、最後にサーマルヘッド５４で高エ
ネルギー記録を行い、記録紙５９にシアン画像を印画し
て排紙する。これにより、記録紙５９上には所望のフル
カラー画像が記録される。

【００１４】ところで、上記ＴＡ方式プリンタ５１の記
録媒体である記録紙５９には、図１４に示す層構造のＴ
Ａペーパーが使用される。

【００１５】ＴＡペーパー５９は、図１４に示すよう
に、表面の耐熱保護層５９ａの下にある記録層が３層か
ら構成され、上部よりイエロー発色層（以下、Ｙ層と略
称する）５９ｂ、マゼンタ発色層（以下、Ｍ層と略称す
る）５９ｃ、シアン発色層（以下、Ｃ層と略称する）５
９ｄの順に基材５９ｅ上に積層塗布されている。

【００１６】Ｙ層５９ｂとＭ層５９ｃにはジアゾニウム
塩とカプラーの反応でアゾ色素を形成する発色系を採用
し、Ｃ層５９ｄには塩基性ロイコ色素に酸性顕色剤を作
用させる従来の感熱紙と同じタイプの発色方式を採用し
ている。また、ＴＡペーパー５９で表現できる最大の色
の濃さ（Ｄ_max）はこれらの色材を塗布する量によりほ
ぼ決まる。

【００１７】ＴＡペーパー５９は、熱エネルギーにより
３色の発色反応をコントロールするメカニズムを採用し
ている。そして、ＴＡペーパーでは、発色反応を熱によ
り制御するメカニズムを付与するため、反応に関与する
いずれかの発色成分を熱応答性のマイクロカプセルに封
じ込めるという手法をとっている。この場合、熱応答性
はマイクロカプセルの物質透過性が熱により変化するこ
とで実現される。

【００１８】従って、発色反応は加熱によりカプセル壁
の物質透過性が急激に増大し、カプセル外の発色補助成
分がカプセル内に浸透してカプセル内の発色成分と反応
して色素を形成するメカニズムである。

【００１９】ＴＡペーパー５９の各発色層５９ｂ，５９
ｃ，５９ｄにおいては、主要な発色材が直径１μｍ程度
の熱反応性マイクロカプセルに内包され、他の成分とと
もにバインダー中に分散されている。

【００２０】ＴＡペーパー５９は、前述した如く、支持
体上に熱感度の異なる３層の感熱発色層（Ｙ層５９ｂ、
Ｍ層５９ｃ、Ｃ層５９ｄ）を積層した構造となってお
り、熱感度はＹ層５９ｂが最も高く、Ｃ層５９ｄが最も
低くなっている。これにより、Ｙ層５９ｂは小さな熱エ
ネルギーでイエローに発色させ、Ｃ層５９ｄは大きな熱
エネルギーでシアンに発色させるように、加えられる熱
エネルギーにより３原色の発色がコントロールされる。

【００２１】各発色層５９ｂ，５９ｃ，５９ｄの熱感度
差は、各層に用いられているカプセルの応答温度をカプ
セル壁の材質やサイズ、厚みを変えることと、発色層の
積層構造での深さに基づく熱伝導差により付与されてい
る。これにより、イエロー、マゼンタ、シアンを別々の
熱エネルギーレンジで記録することができる。

【００２２】ところで、上述した感熱発色層の各層５９
ｂ，５９ｃ，５９ｄに熱感度差を設けただけではフルカ
ラーの画像を記録することはできないので、低いエネル
ギーでの画像記録後、そのエネルギーレンジでの発色反
応を不活性化（定着）するメカニズムが必要となる。そ
こで、直接感熱記録によりフルカラー化を実現するた
め、Ｙ層５９ｂ、Ｍ層５９ｃの両層はジアゾニウム塩化
合物とカプラーを発色成分とする光定着型感熱記録層と
なっている。

【００２３】ジアゾニウム塩は、それぞれカプラーと化
学反応を起こして色の３原色となるイエロー、およびマ
ゼンタの色素を形成する一方、それぞれ４２０ｎｍ及び
３６５ｎｍの別の波長の紫外線で分解する性質を持って
いる。ジアゾニウム塩の分解物は、カプラーとは反応し
ない不活性物質となり、これにより、Ｙ層５９ｂとＭ層
５９ｃの発色機能を別々に停止（定着）させることがで
きる。

【００２４】従って、前述したＴＡ方式プリンタ５１の
動作で説明したように、マゼンタ画像を印画する前にＹ
層５９ｂを定着しておけば、マゼンタ画像の印画時より
も低いエネルギーで発色するＹ層５９ｂがＭ層５９ｃと
同時に発色することが防げ、マゼンタ単独の印画が可能
になる。Ｃ層５９ｄ、Ｍ層５９ｃの関係も同様である。
この光定着の仕組みを組み込むことで３原色を独立にコ
ントロールすることが可能になる。なお、Ｃ層５９ｄ
は、画像記録が最後で定着の必要がないため、発色素材
として紫外線分解能の無いロイコ色素系のものを使用し
ている。

【００２５】図１３に示すＴＡ方式プリンタ５１に用い
られる定着用光源６０は、イエロー定着光源６０Ａとマ
ゼンタ定着光源６０Ｂの２本を調光機能を持ったインバ
ータにより高周波点灯駆動している。これら定着用光源
６０Ａ，６０Ｂには熱陰極型蛍光ランプが使用され、Ｔ
Ａペーパー５９側への照射光量を増やすためにランプの
内側に反射膜を形成するなど工夫がされている。一般に
蛍光ランプは管壁温度が４０℃前後のときに最大照度が
得られることが知られており、ＴＡ方式プリンタ５１で
は管面温度を検出して約４０℃を超えたら冷却ファンを
駆動する制御を行っている。

【００２６】また、ランプの製造バラツキや点灯直後の
照度変動も定着性能に影響を与え、画質的な問題とな
る。これに対しては、定着部５３に照度センサー（紫外
線センサー）を設け、この照度センサーで検出した照度
レベルをインバータの調光制御にフィードバックして最
適化を図っている。

【００２７】なお、ランプ照度は点灯時間に従って徐々
に低下し、約１００時間で初期照度の６０〜７０％程度
になり、定着不足になる恐れがある。従って、照度セン
サーで検出した照度レベルが規定値に達しない場合に
は、定着シーケンスをさらに一回行い、規定値になるよ
うに不足分を補う。このような制御を組み込むことで低
温環境下での照度不足を補正することができる。

【００２８】また、上記蛍光ランプ以外の紫外線光源と
しては、水銀キセノンランプ、メタルハライドランプ、
高圧水銀ランプ、キセノンランプ等の紫外発光ランプ
（高輝度放電ランプ）が知られている。

【００２９】これらの紫外発光ランプは、蛍光ランプで
は低圧水銀蒸気放電で放射させる紫外放射（主に２５４
ｎｍ）を蛍光体で波長変換していたが、紫外光を波長変
換せず（蛍光体を使用せず）にそのまま放射する光源で
ある。

【００３０】上記紫外線発光ランプは、例えば図１５に
示す紫外線照射装置の光源として用いられる。紫外線照
射装置７１は、図１５に示すように、ＵＶ硬化樹脂を塗
布した被加工物（例えばＵＶインクが塗布されたＣＤ−
Ｒ(compact disc-recordable) ７２を搬送するベルトコ
ンベア装置等からなる搬送装置７３を有しており、被加
工物７２が搬送される搬送装置７３の搬送路の上方の所
定距離をおいて紫外線発光ランプ７４を収容した筐体７
５が配置される。この紫外線照射装置７１では、ＵＶ硬
化樹脂を塗布した被加工物７２が搬送路上を搬送される
と、紫外線発光ランプ７４から発光された紫外線が被加
工物７２のＵＶ硬化樹脂表面に照射される。これによ
り、被加工物７２のＵＶ硬化樹脂が硬化され、搬送装置
７３により外部に排出される。なお、紫外線発光ランプ
７４を収容した筐体７５の上部には、内部の温度を一定
に保持するための冷却ファン７６が取り付けられてい
る。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようにＴＡ方式プリンタ５１や紫外線照射装置７１の
光源として使用される従来のランプ（蛍光ランプ、紫外
線発光ランプ）には、以下に示すような問題点があっ
た。（１）低温時に異常放電を起こし、正常に起動しない
等、温度が安定するまでに１〜６０秒かかり、発光の立
ち上がりに時間を要し起動特性が悪い。このため、特殊
な安定化電源を必要とし、装置が大型化し高価にもな
る。（２）点灯直後、ちらちらして発光安定性が悪い。（３）管の長手方向の照度分布が管の表面温度に左右さ
れ、一定の照度が得られない。（４）図３の一点鎖線で示すように、管長手方向におけ
る管両端部の照度が低く、管長手方向における照度分布
がほぼ一定となる領域が狭く、照度分布がほぼ一定とな
る領域が管長手方向の略半分程度である。例えば２０ｃ
ｍの管の場合、内側１０ｃｍの部分しか使用することが
できず、両端部分がデッドスペースとなり、装置が大型
化してしまう。（５）環境温度によって照度が変化し、発光効率が変わ
りやすい。（６）線光源又は点光源であり、ほとんどが丸管タイプ
なので、ある平面に対して照度分布を有し、一部にしか
光を照射できない。このため、光照射対象物に光源を近
づけることができず、ある程度の距離をとって光を照射
する必要がある。その結果、光照射対象物に照射される
エネルギーが低下し、十分なエネルギーの光を照射する
ことができない。（７）水銀を使用しているため環境問題となる（キセノ
ンランプを除く）。

【００３２】さらに、紫外線発光ランプでは、上記問題
に加え、（８）３００ｎｍ以下の有害波長（Ｂ波）を放
出してしまうという問題、（９）耐熱性の問題から石英
ガラスを使用するために有害波長をカットできないとい
う問題、（１０）有害波長の放出によりオゾンが発生し
てしまうという問題等があった。

【００３３】従って、上記の問題点を抱えた蛍光ランプ
を図１３に示すＴＡ方式プリンタの定着用光源として使
用した場合には、画像品質に直接影響を及ぼし、所望の
フルカラー画像を記録することができなかった。

【００３４】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、発光の安定化、小型化、発光の均一
性の改善を図ることができる紫外線光源を提供すること
を目的としている。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、透光性を有する陽極基板と、該
陽極基板と所定間隔をおいて対面する対向基板と、前記
陽極基板と前記対向基板との間の外周部分に設けられる
枠状の側面板とを有し、内部が真空保持された箱状の外
囲器と、前記陽極基板の内面に設けられ、３００ｎｍ以
上４００ｎｍ以下の範囲にピーク波長を持つ所定の発光
パタン形状に形成された蛍光体層を有する陽極と、前記
外囲器内に設けられ、電子を放出する陰極と、前記対向
基板の内面に設けられ、前記蛍光体層と対面する表面に
メッシュ状又はスリット状の開口部を有する第１グリッ
ドとを備え、前記陰極から放出される電子を前記第１グ
リッドで加速制御し、前記陽極に高電圧を印加して前記
蛍光体層に前記電子を射突させることにより該蛍光体層
を発光させることを特徴とする。

【００３６】請求項２の発明は、請求項１の紫外線光源
において、前記外囲器内における前記第１グリッドの上
方には、前記第１グリッドよりも目の細かいメッシュ状
又はスリット状の開口部を有する第２グリッドが所定距
離をおいて並設されていることを特徴とする。

【００３７】請求項３の発明は、前記陽極基板は、請求
項１又は２の紫外線光源において、３００ｎｍ以下の波
長の光の透過率が１０％以下の透光性部材からなること
を特徴とする。

【００３８】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かの紫外線光源において、前記外囲器内における前記陰
極を挟んで前記加速制御電極と対面する位置には、プラ
スの電位に保持された背面電極が設けられていることを
特徴とする。

【００３９】請求項５の発明は、前記陰極が線状陰極か
らなり、請求項１〜４のいずれかの紫外線光源におい
て、前記外囲器の長手方向に張架されていることを特徴
とする。

【００４０】

【発明の実施の形態】図１は本発明による紫外線光源の
第１実施の形態を示す断面図、図２（ａ），（ｂ）は蛍
光体層による発光パタンの一例を示す図、図３は従来の
蛍光ランプと本発明による紫外線光源の発光パタンにお
ける管長手方向の照度を示す図、図４は本発明の紫外線
光源に使用される蛍光体の波長−発光強度（相対値）特
性を示す図、図５は本発明による紫外線光源の基板（第
１基板）に使用されるガラスの波長−分光透過率特性を
示す図である。

【００４１】以下に説明する本発明による紫外線光源
は、紫外線発光する蛍光体を高電圧（数ｋＶ以上）で発
光させる面状又は線状光源であり、発光の安定化、小型
化、発光の均一性の改善を図ったものである。

【００４２】図１に示す紫外線光源１Ａ（１）は、内部
が真空状態に気密保持された箱状（直方体形状）の外囲
器２内に陽極３、加速制御電極（第１グリッド）４、陰
極５が所定間隔をおいて配設された３極管構造をなして
いる。

【００４３】外囲器２は、ガラス等の絶縁材料からな
り、矩形状の第１基板（陽極基板）６と矩形状の第２基
板（対向基板）７を所定間隔をおいて対向配置し、これ
ら基板６，７の外周部分に枠状の側面板８を封着して組
み立てたものである。外囲器２内は、図示しない排気管
より真空排気され、内部に設けられる各種電極（陽極
３、加速制御電極４、陰極５等）が高真空雰囲気に保持
される。

【００４４】図１の例における陽極３は、陽極導体３
ａ、蛍光体層３ｂ、メタルバック層３ｃ、電極３ｄから
構成される。陽極導体３ａは、例えば黒鉛等の導電性材
料からなり、第１基板６の内面に枠状に形成され、枠状
の開口部分に蛍光体層３ｂが矩形状に被着形成されてい
る。図２（ａ），（ｂ）は蛍光体層３ｂの発光パタンの
一例を示している。この蛍光体層３ｂによる発光パタン
は、図２（ａ）に示すような長方形のパタン（発光パタ
ン１）とした場合、図３の破線で示すように、長手方向
の照度分布を見ると、均一な発光領域が発光幅より狭
く、両端端部が落ち込む。そこで、図２（ｂ）に示すよ
うな蛍光体層３ｂの両端部３ｂａの発光パタンを中央部
より幅広形状のパタン（発光パタン２）とすれば、図３
の実線で示すように、両端部の照度が高まり、管長手方
向の均一な発光領域（主方向）を広げることができる。

【００４５】なお、本例の蛍光体層３ｂを形成する際に
使用される蛍光体は、一般に紫外励起（２５４ｎｍ）で
用いられるものであり、電子線励起蛍光体としても使用
できる。その主な蛍光体を示すと、ＵＶ−０：ＢａＳｉ
Ｏ₅：Ｐｂ、ＵＶ−１：（Ｂａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｚｎ，Ｃ
ａ）₃ＳｉＯ₇：Ｐｂ、ＵＶ−２：ＳｒＢ₄Ｏ₇：Ｅ
ｕ、ＵＶ−３：（Ｃａ，Ｚｎ）₃（ＰＯ₄）₂：Ｔｉ、
ＵＶ−５：ＹＰＯ₄：Ｃｅ、ＵＶ−６：ＬａＰＯ₄：Ｃ
ｅがある。上記蛍光体の波長−発光強度（相対値）特性
を図４に示す。図４からも判るように、蛍光ランプに近
い波長の紫外線を発光する場合には、従来の蛍光ランプ
のピーク波長３６５ｎｍを包含するＵＶ０、ＵＶ１、Ｕ
Ｖ２の蛍光体を使用するのが好ましい。

【００４６】また、上記以外の蛍光体としては、ＺｎＧ
ａ₂Ｏ₄、ＺｎＧａ₂Ｏ₃：Ｃｄ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍ
ｇ）₃ＳｉＯ₇：Ｐｂ、（ＣａＺｎ）₃（ＰＯ₄）₂：
Ｔｌ、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、Ｃｅ（ＭｇＢａ）Ａｌ₁₁
Ｏ₁₉、（ＳｒＭｇ）₂Ｐ₂Ｏ₇：Ｅｕ、Ｙ₂ＳｉＯ₅：
Ｃｅ、（ＹＳｒ）ＴａＯ₄、（ＹＳｒ）ＴａＯ₄：Ｎ
ｂ、（ＹＳｒ）ＴａＯ₄：Ｇｄ、ＢａＦＣｌ、ＢａＦＢ
ｒ：Ｅｕ、ＹＡｌＯ₃：Ｃｅ等の蛍光体が使用可能であ
る。

【００４７】メタルバック層３ｃは、蛍光体層３ｂ及び
陽極導体３ａの枠状部分の一部である縁部分を覆うよう
にして例えばＡｌ膜の転写膜により蛍光体層３ｂの表面
に積層形成される。電極３ｄは、外囲器２の長手方向
（図１の紙面奥行き方向）に延出する断面Ｌ字状の枠状
金属板からなり、陽極導体３ａに導通接続される。電極
３ｄは、不図示のリード端子によって外囲器２の封着部
分を気密に貫通して外部へ導出される。陽極３には、不
図示のリード端子を介して常時数ｋＶから数十ｋＶの高
電圧が印加されており、陰極５から放出される電子が蛍
光体層３ｂの表面に射突することにより蛍光体層３ｂが
発光する。

【００４８】加速制御電極４は、例えば４２６合金、Ｓ
ＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０等の導電性金属からなる。加
速制御電極４は、陽極３から所定間隔をおいて外囲器２
内に設けられ、陰極５を囲んで覆うように外囲器２の長
手方向に延出する断面コ字状の電極で形成される。これ
により、陰極５から放出される電子が漏れないようにし
ている。加速制御電極４は、リード端子１１によって外
囲器２の封着部分を気密に貫通して外部へ導出される。
また、陽極３と対面する加速制御電極４の表面には、目
の細かいメッシュ状又はスリット状の開口部４ａを有し
ている。この開口部４ａが形成された加速制御電極４の
表面の面積は、蛍光体層３ｂの蛍光体パタン（発光パタ
ン）の面積よりも小さくなっている。これにより、発光
部以外への無効な電流を減らしている。

【００４９】陰極５は、外囲器２内の加速制御電極４と
対向基板７との間で加速制御電極４の開口部４ａ寄りに
加速制御電極４に囲まれて覆われるようにして設けられ
る。本例の陰極５は、加熱により電子を放出するフィラ
メント状の線状陰極であって、一般的に直熱型陰極と呼
ばれるものが使用される。陰極５は、不図示のリード端
子によって外囲器２の封着部分を気密に貫通して外部へ
導出される。

【００５０】陰極５は、紫外線光源１Ａと紫外線照射対
象物とを相対移動させる場合、短手方向に陰極５を張架
させると、主方向（長手方向）に周期的な輝度ムラが発
生するため、長手方向に張架するのが好ましく、これに
よって主方向（長手方向）に均一発光させることができ
る。陰極５としては、上記線状の直熱型陰極の他、フィ
ールドエミッション（電界放出素子）、カーボンナノチ
ューブ等の電子源でも同様な効果が得られる。

【００５１】外囲器２内における陰極５を挟んで加速制
御電極４と対面する対向基板７寄りには、メッシュ状又
はスリット状の開口部１２ａを有する背面電極１２が設
けられている。背面電極１２は、例えば４２６合金、Ｓ
ＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０等の導電性金属からなる。な
お、背面電極１２をリード端子１１と一体成形する場合
には、ガラスの熱膨張係数を考慮して４２６合金を使用
するのが好ましい。背面電極１２の開口部１２ａは、加
速制御電極４の開口部４ａよりも目が荒くなっている。
背面電極１２は、加速制御電極４と共通になっており、
陰極５からの距離が加速制御電極４と陰極５との間の距
離と同等かそれ以上離れて配置されている。すなわち、
背面電極１２は、陰極５−背面電極１２間距離と陰極５
−加速制御電極４間距離の比が陰極５−背面電極１２間
距離≧陰極５−加速制御電極４間距離となるように配設
される。そして、背面電極１２は、プラスの電位になる
ことにより、陰極５から出る電子流を広げる効果があ
る。

【００５２】ここで、背面電極１２と加速制御電極４が
共通になっているのは、製造上作り易いためであるが、
背面電極１２と加速制御電極４を分離した構成すること
も可能である。その場合には、背面電極１２と加速制御
電極４は別々に制御される。これにより、より電子流の
拡散状態が良い条件を作り出すことも可能である。な
お、上記背面電極１２の構成を省くこともできる。

【００５３】また、陽極３側の第１基板６には透光性を
有するガラス基板が用いられ、蛍光体層９の発光はこの
ガラス基板を透過して照射される。ここで使用されるガ
ラス基板は、３００ｎｍ以下の波長の透過率が１０％以
下で、３２０〜４００ｎｍまでの波長の透過率が８０％
以上を示すものである。その代表的なガラスとしては、
図５の波長−分光透過率特性の実線で示すソーダライム
ガラスや図５の波長−分光透過率特性の破線で示すクラ
ウンガラス（Ｂ２７０）等がある。これにより、３００
ｎｍ以下の有害波長（Ｂ波）の放出を防止することがで
きる。

【００５４】ところで、上記構成による紫外線光源１Ａ
では、発熱による発光効率の低下や熱破壊を防ぐため、
図６や図７に示す冷却構造を採用して光源モジュールを
構成している。なお、図６及び図７において、図１と同
一の構成要素には同一番号を付している。

【００５５】図６に示す冷却構造は液冷方式であり、蛍
光体層３ｂによる発光パタンの面積よりも表面積が大き
い矩形状の開口１３ａを有する枠状のフレーム１３が第
１基板６の外側に密着して固定される。フレーム１３の
開口１３ａ部分には、例えばエチレングリコール等の冷
却液Ｗが封入され、第１基板６と対面するフレーム１３
の枠状部分にガラスや樹脂等の透光性を有する封止基板
１４が固定される。また、第１基板６の側面と対面する
フレーム１３の側面部分には光量センサー１５が取り付
けられている。

【００５６】上記液冷方式の光源モジュール１６によれ
ば、フレーム１３の開口１３ａ部分内に封入された冷却
液Ｗが自然対流して外囲器２が冷却されるので、蛍光体
の発光効率の低下や外囲器２の熱破壊を防止することが
できる。

【００５７】図７に示す冷却構造は空冷方式であり、フ
ァン１７が取り付けられた導入口１８ａを有する導入部
材１８と、吹き出し口１９ａを有する導出部材１９とが
第１基板６の外側に密着して設けられる。導入部材１８
と導出部材１９との間には、第１基板６から所定距離隔
てた位置にガラスや樹脂等の透光性を有する基板２２が
固定されており、第１基板６との間に蛍光体層３ｂによ
る発光パタンの面積よりも表面積が大きい矩形状の空冷
室２０を形成している。また、第１基板６の側面と対面
して導出部材１９には光量センサー１５が取り付けられ
ている。この光量センサー１５は、前面に取り付ける
と、光放射のさまたげになり、均一な照射ができなくな
る。そこで、ガラスの内面反射でガラス側面より出射さ
れた光を検出するように光量センサー１５が第１基板６
の側面と対面して導出部材１９に取り付けられる。

【００５８】上記空冷却方式の光源モジュール２１によ
れば、ファン１７を回転動作させると、ファン１７の風
が導入口１８ａから冷却室２０を介して吹き出し口１９
ａより吹き出されて外囲器２が冷却されるので、図６の
光源モジュール１６と同様に、蛍光体の発光効率の低下
や外囲器２の熱破壊を防止することができる。

【００５９】なお、図６及び図７の光源モジュール１
６，２１には、図８に示す接続構成による電源コントロ
ーラ２３を有する回路基板２４が第２基板７の上方に所
定距離をおいて平行に配設されている。図８に示すよう
に、電源コントローラ２３には、陽極電極３Ａ（陽極
３）、加速制御電極４、陰極５、背面電極１２の各電極
が配線接続され、電源制御回路２３ａ、陽極電源２３
ｂ、加速制御電極電源２３ｃ、陰極電源２３ｄを備えて
概略構成される。電源制御回路２３ａには、陽極電源２
３ｂ、加速制御電源２３ｃ、陰極電源２３ｄ、光量セン
サー１５が接続されている。電源制御回路２３ａは、陽
極電源２３ｂ、加速制御電極電源２３ｃ、陰極電源２３
ｄが出力する電圧を制御している。また、電源制御回路
２３ａは、光量センサー１５の出力に基づいて目標の光
量が得られるように、各電源（陽極電源２３ｂ、加速制
御電極電源２３ｃ、陰極電源２３ｄ）を制御している。

【００６０】光量センサー１５は、第１基板６の側面、
すなわち発光面側ガラスの端部から漏れた光を測定して
いる。光量センサー１５は、感度領域が紫外にあり、例
えば図９の特性に示すような３００ｎｍから４００ｎｍ
に感度を持っている。光量センサー１５からの出力は、
回路基板２４上の電源制御回路２３ａに入力している。
そして、電源制御回路２３ａは、目標の光量が常に一定
に得られるように、発光時間又は入力電圧をコントロー
ルしている。具体的には、光量センサー１５から出力さ
れる出力値が一定になるように、陽極３の入力電圧レベ
ルを変更したり、加速制御電極４の入力電圧レベル又は
入力パルス幅（発光時間）を変更したり、陰極５のセン
タータップを取ってフィラメントの通電時間をコントロ
ールしている。これにより、目標の光量の紫外線を放出
することができる。

【００６１】図８の電気的接続構成による紫外線光源１
Ａでは、図１０に示すように、陰極電圧を最初に立ち上
げ、陰極温度が安定状態（約１秒程度）に達した後、陽
極３、加速制御電極４に電圧を印加する。すなわち、陰
極５を常時通電加熱し、陰極５を電子放出可能な状態に
保持した状態で加速制御電極４に１０〜２０Ｖ又は０Ｖ
が選択的に印加される。加速制御電極４に１０〜２０Ｖ
が印加されると、陰極５から電子が引き出される。この
電子は加速制御電極４を経て加速され、高電圧に印加さ
れる陽極３に射突し、これにより蛍光体層３ｂが励起発
光する。これに対し、加速制御電極４に０Ｖが印加され
ている場合には、陰極５からの電子の放出が阻止され、
陽極３での発光は生じない。なお、加速制御電極４の電
圧レベル又はパルス幅を可変することにより光量を調節
することができる。また、上記の動作では加速制御電極
４をスイッチング制御しているが、陰極５のセンタータ
ップを取ってアースとの間にスイッチ素子を接続し、こ
のスイッチ素子のオン・オフ切り替えにより陰極５に流
れる電流をオン・オフ切り替えする構成とすることも可
能である。この場合、加速制御電極４には、常時１０〜
２０Ｖが印加される。

【００６２】また、非発光時における陰極５からの暗電
流による不要発光を確実に防止するため、非発光時に加
速制御電極４と陰極５の間にはカットオフバイアスが印
加されており、陰極電位を加速電位より正側になるよう
にしている。

【００６３】次に、図１１は本発明による紫外線光源の
第２実施の形態を示す断面図である。なお、図１の紫外
線光源１Ａと同一の構成要素には同一番号を付し、その
説明を省略している。

【００６４】図１１に示す紫外線光源１Ｂ（１）は、図
１の第１実施の形態の紫外線光源１Ａの構成に拡散電極
（第２グリッド）２５を付加した構成であり、陽極３、
加速制御電極（第１グリッド）４、陰極５、拡散電極
（第２グリッド）２５からなる４極管構造をなしてい
る。

【００６５】拡散電極２５は、例えば４２６合金、ＳＵ
Ｓ３０４、ＳＵＳ４３０等の導電性金属からなり、外囲
器２内における加速制御電極４の上方に所定距離をおい
て並設される。拡散電極２５は、加速制御電極４と対向
する表面に加速制御電極４よりも目の細かいメッシュ状
又はスリット状の開口部２５ａを有している。拡散電極
２５は、不図示のリード端子によって外囲器２の封着部
分を気密に貫通して外部へ導出される。そして、拡散電
極２５には、加速制御電極４よりも高い電圧、例えば２
０〜３０Ｖの電圧が常時印加される。

【００６６】ここで、拡散電極２５が無い状態では、透
過率を高める目的である程度目を荒くした加速制御電極
４のメッシュ状又はスリット状の開口部４ａの形状が蛍
光体層３ｂ上に現れて発光ムラとなり、電極の一部に電
流が集中して蛍光体の寿命を縮めるおそれがある。そこ
で、加速制御電極４よりも目の細かいメッシュ状又はス
リット状の開口部を有する拡散電極２５を付加すること
により、電子を均一に拡散することができ、電極の一部
に電流が集中することなく、電流密度の均一化が図れ
る。また、拡散電極２５は、陽極３よりの異常放電から
加速制御電極４、陰極５を保護する機能を有している。

【００６７】ところで、上述した例では、加速制御電極
４をオン・オフ切り替えする構成として説明したが、陰
極５のセンタータップを取り、このセンタータップとア
ースとの間にスイッチを設け、このスイッチのオン・オ
フ切り替えにより陰極５に流れる電流のオン・オフを切
り替える構成としてもよい。

【００６８】以上のようにして構成される紫外線光源１
（１Ａ，１Ｂ）は、図１３のＴＡ方式プリンタの定着用
光源や図１５のＵＶ樹脂硬化装置の光源として使用され
る他、ブラックライト、殺菌に使用される紫外線治療
器、菌の増殖を防止する滅菌装置、試料が持つ蛍光を可
視化して分析する蛍光分析装置、偽造紙幣を識別する紙
幣識別装置、検査鑑別器、舞台照明、表示用照明、日焼
け装置、捕虫用装置等にも使用することができる。

【００６９】そして、本例の紫外線光源によれば、以下
に示すような効果を奏する。（１）蛍光体層による発光パタン形状に略均一に発光す
るので、発光パタン長手方向の光量の均一性を向上する
ことができる。（２）発光の立ち上がりが数ｍ〜数１０ｍ秒と良く、光
量もほぼ一定で変動しないので、発光の安定性を向上す
ることができる。（３）発光パタン長手方向の照度分布がほぼ一定となる
ので、管長手方向全体を有効利用でき、従来の蛍光ラン
プに比べて発光パタン長手方向のパッケージサイズの小
型化が図れ、デッドスペースが少ない。（４）有害物質である水銀を使用しないので、環境に優
しい。（５）使用環境の温度変化に対する発光安定性がよい。（６）蛍光体層による発光パタン形状に発光し、平面光
源が可能となるので、光照射対象物に近接配置でき、光
照射対象物に十分な光量の紫外線を照射することができ
る。

【００７０】従って、上記特徴を有する本例の紫外線光
源を図１３に示すＴＡ方式プリンタの定着用光源として
使用した場合には、画像品質の良い所望のフルカラー画
像を記録することができる。

【００７１】なお、上述した実施の形態では、単体の紫
外線光源として説明したが、複数個を並べてユニット化
することにより大面積化も可能である。

【００７２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
紫外線光源によれば、従来の蛍光ランプに比べ、発光の
立ち上がりが良く、発光パタン長手方向の均一性を向上
させることができ、ＴＡ方式プリンタ、ＵＶ樹脂硬化装
置、ブラックライト、紫外線治療器、滅菌装置、蛍光分
析装置、紙幣識別装置、検査鑑別器、舞台照明、表示用
正面、日焼け装置、捕虫用装置等の種々の光源として効
率的に使用することができる。しかも、蛍光体の発光パ
タン形状に発光し、平面光源が可能であり、光量がほぼ
一定で変動しないので、発光の安定性を向上させること
ができる。また、発光パタン長手方向の照度分布がほぼ
一定となるので、発光パタン長手方向のパッケージサイ
ズの小型化が図れ、デッドスペースも少ない。さらに、
有害物質である水銀を使用しないので、環境にも優し
い。加えて、使用環境温度に対する発光安定性がよい。
また、光照射対象物に対しても近接配置でき、光照射対
象物に十分な光量の紫外線を照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による紫外線光源の第１実施の形態を示
す断面図

【図２】（ａ），（ｂ）蛍光体層による発光パタンの一
例を示す図

【図３】従来の蛍光ランプと本発明による紫外線光源の
発光パタンにおける管長手方向の照度を示す図

【図４】本発明の紫外線光源に使用される蛍光体の波長
−発光強度（相対値）特性を示す図

【図５】本発明による紫外線光源の基板に使用されるガ
ラスの波長−分光透過率特性を示す図

【図６】図１の紫外線光源に液冷却方式を採用した光源
モジュールの断面図

【図７】図１の紫外線光源に空冷却方式を採用した光源
モジュールの断面図

【図８】本発明による紫外線光源の電気接続構成を示す
ブロック図

【図９】光量センサーの感度特性図

【図１０】本発明による紫外線光源の発光時のタイミン
グチャート

【図１１】本発明による紫外線光源の第２実施の形態を
示す断面図

【図１２】蛍光ランプの構造を示す部分拡大断面図

【図１３】蛍光ランプを使用したＴＡ（サーモオートク
ローム）方式のカラー感熱プリンタの概略構成図

【図１４】図１３のプリンタに使用される記録メディア
としてのＴＡペーパーの断面図

【図１５】紫外線照射装置の概略構成図

【符号の説明】１（１Ａ，１Ｂ）…紫外線光源、２…外囲器、３…陽
極、３ａ…陽極導体、３ｂ…蛍光体層、３ｃ…メタルバ
ック層、３ｄ…電極、４…加速制御電極（第１グリッ
ド）、５…陰極、６…第１基板（陽極基板）、７…第２
基板（対向基板）、８…側面板、１２…背面電極、２５
…拡散電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小堀洋一千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式会社内 (72)発明者高梨浩和千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式会社内 (72)発明者宮澤永千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 5C039 MM03 MM06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性を有する陽極基板と、該陽極基板
と所定間隔をおいて対面する対向基板と、前記陽極基板
と前記対向基板との間の外周部分に設けられる枠状の側
面板とを有し、内部が真空保持された箱状の外囲器と、前記陽極基板の内面に設けられ、３００ｎｍ以上４００
ｎｍ以下の範囲にピーク波長を持つ所定の発光パタン形
状に形成された蛍光体層を有する陽極と、前記外囲器内に設けられ、電子を放出する陰極と、前記対向基板の内面に設けられ、前記蛍光体層と対面す
る表面にメッシュ状又はスリット状の開口部を有する第
１グリッドとを備え、前記陰極から放出される電子を前記第１グリッドで加速
制御し、前記陽極に高電圧を印加して前記蛍光体層に前
記電子を射突させることにより該蛍光体層を発光させる
ことを特徴とする紫外線光源。
【請求項２】前記外囲器内における前記第１グリッド
の上方には、前記第１グリッドよりも目の細かいメッシ
ュ状又はスリット状の開口部を有する第２グリッドが所
定距離をおいて並設されていることを特徴とする請求項
１記載の紫外線光源。
【請求項３】前記陽極基板は、３００ｎｍ以下の波長
の光の透過率が１０％以下の透光性部材からなることを
特徴とする請求項１又は２記載の紫外線光源。
【請求項４】前記外囲器内における前記陰極を挟んで
前記加速制御電極と対面する位置には、プラスの電位に
保持された背面電極が設けられていることを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線光源。
【請求項５】前記陰極が線状陰極からなり、前記外囲
器の長手方向に張架されていることを特徴とする請求項
１〜４のいずれかに記載の紫外線光源。