JP2009199734A - 希ガス蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 入力電力を上げることなく、光出力を高めた希ガス蛍光ランプを提供することにある。
【解決手段】 本発明の希ガス蛍光ランプは、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を生成する希ガスが充填された発光管１の内面に蛍光体層２を有し、希ガスに放電現象を誘起せしめるための両極の電極３を有し、両極の電極３のうち少なくとも一方と希ガスの間に誘電体が介在し、両極の電極３の間であって管軸方向に伸びる領域が光出射部４となっている希ガス蛍光ランプにおいて、蛍光体層２は、発光管１の内面に全周に亘って形成されており、光出射部４に位置する蛍光体層２の膜厚が、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の膜厚より薄くなっていることを特徴とする。さらに、光出射部４以外に位置する発光管１の内面には、第１の蛍光体層２０が形成されており、第１の蛍光体層２０の表面上と光出射部４に位置する発光管１の内面上には、第２の蛍光体層２１が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、希ガス蛍光ランプに関する。特に、ファクシミリ、イメージスキャナ、コピー機などのＯＡ機器における原稿照射装置に適用される希ガス蛍光ランプに関するものである。

従来、原稿照射装置に利用される希ガス蛍光ランプは、細長いガラス管からなる発光管内に希ガスが封入され、内面に蛍光体層を有し、発光管の外面に形成された一対の帯状の外部電極に電圧を印加して、発光管内に誘電体バリア放電によってエキシマ分子を生成し、このエキシマ分子によって発生する紫外線で蛍光体を励起して可視光を得るものである。
このような希ガス蛍光ランプは、水銀を用いることがないので環境負荷が小さく、さらに、立ち上がり早いという利点がある。

図５（ａ）は、従来の希ガス蛍光ランプの概略図であり、図５（ｂ）は管軸と直交する方向の断面図である。
希ガス蛍光ランプは、直管状の発光管１の内面に蛍光体層２が形成されており、発光管１の外面に管軸方向に伸びる一対の帯状の外部電極３を有している。
発光管１内には、例えば希ガスとしてキセノンが封入されており、外部電極３間に高周波高電圧を印加することにより、発光管１内に放電を起こし紫外線を発生させ、紫外線で蛍光体を励起して可視光を放射するものである。

このような希ガス蛍光ランプは、光をある特定方向、例えば、原稿照明装置では、原稿載置ガラスに向けてライン状に光を出射するものであり、図５で示すように、一対の外部電極３の間であって管軸方向に伸びる領域には蛍光体層２が存在せず、この領域がアパーチャである光出射部４となっており、蛍光体層２によって変換された可視光が、この光出射部４から出射されるものである。
さらに、外部電極３間の絶縁を確保するために、外電電極３を覆うように発光管１の外面には、透光性の絶縁膜５が被覆されている。
特開平１１−２１３９５６号公報

原稿照明装置では、希ガス蛍光ランプから出射された光を原稿面に照射し、その反射光をＣＣＤで受光して電気信号に変換し、画像を得る構造である。
最近では、原稿面の読み取り速度が早くなり、その結果、単位時間当たりにＣＣＤで受光する光量が減少する傾向にある。
さらに、原稿照明装置は小型化の要求が一層強まり、ＣＣＤの収納スペースも狭小化してきており、より小型のＣＣＤを利用しなければならなく、このような要求からも単位時間当たりにＣＣＤで受光する光量が減少する傾向にある。

この結果、現状の希ガス蛍光ランプでは、ＣＣＤで受光できる光量が減少し、最適な画像を得ることが難しくなってきている。

ＣＣＤで受光できる光量を上げるためには、希ガス蛍光ランプへの入力電力を上げて光出力を上げる方法がある。
しかしながら、入力電力を上げると発光管の温度が上昇し、蛍光体層が早期に劣化する問題や、点灯回路の構成を変える必要があり、単に、入力電力を上げことでは対応できないものである。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、入力電力を上げることなく、光出力を高めた希ガス蛍光ランプを提供することにある。

請求項１に記載の希ガス蛍光ランプは、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を生成する希ガスが充填された発光管の内面に蛍光体層を有し、前記希ガスに放電現象を誘起せしめるための両極の電極を有し、前記両極の電極のうち少なくとも一方と前記希ガスの間に誘電体が介在し、前記両極の電極の間であって管軸方向に伸びる領域が光出射部となっている希ガス蛍光ランプにおいて、前記蛍光体層は、前記発光管の内面に全周に亘って形成されており、前記光出射部に位置する蛍光体層の膜厚が、前記光出射部以外に位置する蛍光体層の膜厚より薄くなっていることを特徴とする。

請求項２に記載の希ガス蛍光ランプは、請求項１に記載の希ガス蛍光ランプであって、特に、前記光出射部以外に位置する前記発光管の内面には、第１の蛍光体層が形成されており、前記第１の蛍光体層の表面上と前記光出射部に位置する発光管の内面上には、第２の蛍光体層が形成されていることを特徴とする。

本発明の希ガス蛍光ランプは、発光管の内面に全周に渡って蛍光体層を有するものであり、光出射部に位置する領域に蛍光体層を形成することにより、発光管内で発生した紫外線を全て蛍光体に照射させることができ、可視光の発生量を増大させることができる。
さらに、光出射部に位置する蛍光体層の膜厚が、光出射部以外に位置する蛍光体層の膜厚より薄くなっているので、光出射部に位置する蛍光体層自体から放射される可視光は、この膜厚が薄くなっている蛍光体層を透過して外部に照射されると共に、光出射部以外に位置する蛍光体層は膜厚が厚くなっているので、この膜厚が厚くなっている蛍光体層から放射される可視光は、この膜厚が厚くなっている蛍光体層を透過せず発光管の内部空間へ放射され、光出射部に位置する膜厚が薄い蛍光体層を透過して外部に放射されるものであり、入力電力を上げることなく、希ガス蛍光ランプからの光出力を高めることができる。

さらに、光出射部以外に位置する発光管の内面には、第１の蛍光体層が形成されており、第１の蛍光体層の表面上と光出射部に位置する発光管の内面上の両方の部分に亘って、第２の蛍光体層が形成されているので、確実に、光出射部に位置する蛍光体層の膜厚を、光出射部以外に位置する蛍光体層の膜厚より薄くすることができる。

以下、本願発明の放電ランプを図面を用いて説明する。
図１は、本願発明の希ガス蛍光ランプの概略斜視図であり、図２は、図１に示す希ガス蛍光ランプのＡ−Ａ断面図である。

希ガス蛍光ランプの発光管１は誘電体である透光性のガラスよりなり、その材質としては例えばソーダ石灰ガラス、アルミノ珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、バリウムガラスなどを挙げることができる。発光管１の外表面上には両極の電極となる一対の帯状の外部電極３が、当該発光管１の管軸方向に伸びるように配置されている。これら外部電極３は、図２に示す管軸に垂直な断面図において、互いに対向するよう配置されている。

外部電極３は、材質としては導電性のものであれば特に制限されるものではなく、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等の金属製のテープを発光管１の外面に貼付したり、銀の導電性ペーストをスクリーン印刷して焼成したりすることにより、形成されている。

発光管１の内面には、全周に亘って蛍光体層２が形成されており、従来技術で説明した蛍光体層が存在しない部分はないものである。
蛍光体は、赤色蛍光体がユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ）、緑色蛍光体がセリウム・テルビウム付活リン酸ランタン蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ）、青色の蛍光体がユーロピウム付活アルミン酸バリウム・マグネシウム蛍光体（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ）である。

外部電極３間の絶縁を確保するために、外電電極３を覆うように発光管１の外面には、透光性の絶縁膜５が被覆されている。
絶縁膜５は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂よりなる熱収縮性チューブであり、外部電極３が形成された発光管１に、この熱収縮性チューブを被せ、１５０℃程度で加熱して、収縮させることにより絶縁膜５となる。

発光管１の内部には、例えばＸｅ（キセノン）ガス、或は、Ｘｅを含む希ガスの混合ガスが全封入圧５〜１００ｋＰａの範囲で封入されている。
外部電極３に不図示の点灯電源より高周波電圧が印加されると、外部電極３の間に誘電体である発光管１を介在させた誘電体バリア放電が発生し、この放電によりキセノンによるエキシマ分子発光（紫外線）が発生する。

このような希ガス蛍光ランプは、点灯電源より外部電極３に高周波電圧が印加されると、発光管１内で波長１７２ｎｍの紫外線が発生し、この紫外線が蛍光体層２における蛍光体を照射して励起し、可視光が放射される。
この希ガス蛍光ランプでは、一対の外部電極３の間であって管軸方向に伸びる領域が光出射部４となっており、図２で示す光出射部４に位置する領域ａに形成された蛍光体層２では、紫外線によって蛍光体が励起され、可視光が放射されるが、その放射された可視光は、発光管１の内部空間に向けて放射されるものと、蛍光体層２を透過して発光管１の外部に放射されるものがある。
また、光出射部４以外に位置する領域ｂに形成された蛍光体層２では、紫外線によって蛍光体が励起され、可視光が放射されるが、その放射された可視光は、領域ｂの蛍光体層２をほとんど透過せず、発光管１の内部空間に向けて放射され、蛍光体層２で反射を繰り返しながら、最終的には領域ａに形成された蛍光体層２を透過して発光管１の外部に放射される。

従来の希ガス蛍光ランプでは、光出射部に位置する発光管の内面には蛍光体層がなく、可視光が透光性の発光管を透過して外部に出射されるものであるが、本願発明の希ガス蛍光ランプは、発光管１の内面に全周に渡って蛍光体層２を有するものであり、光出射部４に位置する発光管１の内面にも領域ａに亘って蛍光体層２が形成されている。
この領域ａに蛍光体層２を形成することにより、従来では、この領域ａに照射された紫外線が蛍光体の励起に利用されていなかった分を、本願発明では蛍光体の励起に利用することができ、可視光の発生量を増大させることができ、さらに、可視光が領域ａに形成された蛍光体層２を透過するようにしたので、入力電力を上げることなく、希ガス蛍光ランプからの光出力を高めることができるものである。

次に、蛍光体層に関して詳細に説明する。
図３は、図１に示す希ガス蛍光ランプにおいて、蛍光体層を説明するために、管軸と直交する方向の断面図であり、蛍光体層の厚みは説明のために誇張して表現している。
蛍光体層２は、光出射部４以外に位置する発光管１の内面には、第１の蛍光体層２０が形成されており、この第１の蛍光体層２０の表面上と光出射部４に位置する発光管１の内面上には、第２の蛍光体層２１が形成されている。

蛍光体層２０、２１は、赤色蛍光体（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ）、青色蛍光体（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ）及び緑色蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ）を混合して塗布用の懸濁液を調製し、これを発光管１の内表面上と蛍光体層２０上に塗布して乾燥、焼成することにより、形成したものである。

蛍光体層２の製造方法について説明する。
蛍光体層２は、先ず初めに、発光管の内面全周に所定の蛍光体を含む懸濁液を塗布し、乾燥焼成して蛍光体層２０を形成する。
その後、光出射部４に対向する部分に形成された蛍光体層２０を削ぎ落として、蛍光体層２０を取り除き、発光管１の内面を露出させる。
さらに、発光管１の内面の一部に蛍光体層２０が形成された状態の発光管１の内面に、全周に所定の蛍光体を含む懸濁液を塗布し、乾燥焼成して蛍光体層２１を形成する。
この結果、光出射部４に位置する発光管１の内面には、第２の蛍光体層２１だけが形成された状態になり、光出射部４以外に位置する発光管１の内面には、第１の蛍光体層２０と第２の蛍光体層２１が積層された状態になり、光出射部４に位置する蛍光体層２の膜厚を光出射部４以外に位置する蛍光体層２の膜厚より薄くすることができる。

そして、光出射部４に位置する蛍光体層２は、第２の蛍光体層２１自体から放射される可視光を、この蛍光体層２１を透過して外部に照射されることができる。
また、光出射部４以外に位置する蛍光体層２は、第１の蛍光体層２０と第２の蛍光体層２１からなり膜厚が厚くなり、この積層された蛍光体層２から可視光が透過すること抑制し、可視光を発光管に反射させることができる。
光出射部４に位置する蛍光体層２１の膜厚は、その蛍光体層２１自身によって光出射部４以外からの光が減衰する光量よりも、光出射部４の蛍光体層２１から得られる光量の方が大きくなるような膜厚である。
光出射部４以外に位置する蛍光体層２０と蛍光体層２１の合計の膜厚は、その蛍光体層２０と蛍光体層２１によって得られる光量が飽和する程度に厚く、しかも、可視光が蛍光体層２０と蛍光体層２１をほぼ透過せず、さらに、蛍光体層２１より厚くなるような膜厚である。

具体的には、光出射部４に位置する蛍光体層２の膜厚は、第２の蛍光体層２１のみの厚さであり８μｍである。また、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の膜厚は、第１の蛍光体層２０の厚さが４８μｍであり、第２の蛍光体層２１の厚さが８μｍであり、それぞれの蛍光体層の合計値である５６μｍである。

このような希ガス蛍光ランプによれば、光出射部４に位置する領域に蛍光体層２を形成することにより、発光管１内で発生した紫外線を全て蛍光体に照射させることができ、可視光の発生量を増大させることができる。
さらに、光出射部４に位置する蛍光体層２の膜厚が、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の膜厚より薄くなっているので、光出射部４に位置する蛍光体層２自体から放射される可視光は、この膜厚が薄くなっている蛍光体層２を透過して外部に照射されると共に、光出射部４以外に位置する蛍光体層２は膜厚が厚くなっているので、この膜厚が厚くなっている蛍光体層２から放射される可視光は、この膜厚が厚くなっている蛍光体層２をほとんど透過せず発光管１の内部空間へ放射され、光出射部４に位置する膜厚が薄い蛍光体層２を透過して外部に放射されるものであり、入力電力を上げることなく、希ガス蛍光ランプからの光出力を高めることができる。

さらに、光出射部４以外に位置する発光管１の内面には、第１の蛍光体層２０が形成されており、第１の蛍光体層２０の表面上と光出射部４に位置する発光管１の内面上の両方の部分に亘って、第２の蛍光体層２１が形成されているので、確実に、光出射部４に位置する蛍光体層２の膜厚を、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の膜厚より薄くすることができる。

なお、図１〜図３では、両極の電極である外部電極と放電用ガスである希ガスとの間には、誘電体として発光管が介在するものであるが、それぞれの電極を両方とも発光管の内面に形成し、その形成された電極が放電空間で露出しないようにガラスで被覆し、そのガラスが誘電体となる構造であってもよい。
或いは、どちらか一方の電極が発光管の外部に形成され、他の電極が発光管の内面に形成され誘電体であるガラスで被覆された構造であってもよい。

次に、図１、図２に示す本願発明の希ガス蛍光ランプにおいて、光出射部４に位置する発光管１の内面に形成する蛍光体層２の厚みを変えて、光出力の変動を調べる実験を行った。
実験結果を図４に示す。
この実験では、光出射部４以外に位置する第１の蛍光体層２０の厚みは４８μｍで一定であり、光出射部４に位置する第２の蛍光体層２１の厚みを０〜１６μｍの範囲で変えた場合の光出射部４の前方８ｍｍの位置における管軸方向の照度を光出力として評価したものである。
なお、第２の蛍光体層２１の厚みを０〜１６μｍの範囲で変えることにより、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の厚みは４８〜６４μｍの範囲で変わるものである。
図４の横軸上段は光出射部４に位置する蛍光体層の厚みを示し、横軸下段は光出射部４以外に位置する蛍光体層の厚みを示す。

以下に、本実験で用いたランプの仕様を整理する。この実験に用いたランプは、可視光としてイエローグリーン色の光を放射するものである。
＜希ガス蛍光ランプ＞
発光管・・・・・・・・バリウムガラス、外径８ｍｍ、内径７．２ｍｍ、全長７００ｍｍ
封入物・・・・・・・・キセノン３０％、ネオン７０％、４０ｋＰａ
蛍光体層の構成・・・・緑色蛍光体（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ_４
平均粒径；：２．１μｍ

図４中、グラフａは、光出射部４に位置する発光管１の内面に形成される第２の蛍光体層２１の膜厚を変えて、希ガス蛍光ランプの光出力の変化を示すものである。なお、この場合は、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の厚みは４８〜６４μｍの範囲で変わるものである。
図４中、グラフｂは、比較のために、光出射部４に位置する発光管１の内面に第２の蛍光体層２１を作り、その後、出来上がった第２の蛍光体層２１を光出射部４に位置する部分のみ削り取り、光出射部４に蛍光体層が存在せず、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の膜厚が４８〜６４μｍの範囲で変わった場合の希ガス蛍光ランプの光出力の変化を示すものである。

図４中、グラフａとグラフｂを比較すると、グラフｂに示すように、希ガス蛍光ランプの光出力を上げるために、光出射部４以外の蛍光体層２の厚みを厚くすると光出力は増加するものである。
しかしながら、グラフａに示すように、光出射部４に位置する発光管１の内面に第２の蛍光体層２１を設けることにより、グラフｂで示すような光出射部４以外の蛍光体層２の厚みを厚くしただけのランプに比べて、さらに光出力が増加していることがわかる。
つまり、この実験において、光出射部４に蛍光体層２１を設けず、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の膜厚を４８〜６４μｍの範囲で変えただけでは、光出力の増加は小さく、光出射部４に蛍光体層２１を設け、この光出射部４に蛍光体層２１を設ける製造方法を採用することにより、必然的に、光出射部４以外に位置する蛍光体層２の膜厚が４８〜６４μｍの範囲で変化し、光出射部４に蛍光体層２１を設けたランプの方が光出力の増加は大きくなるものである。

なお、図４中、グラフａから分るように、第２の蛍光体層２１の膜厚が厚くなると、光出力が増加するが、この光出力の増加にはピークがあり、膜厚が厚くなると、蛍光体層２１から可視光が透過しにくくなり、光出力は減少することがわかる。

つまり、予め、発光管１の内面全周に亘って、第１の蛍光体層２０を形成しておき、この蛍光体層２０を光出射部４となる部分だけ削り取り、その後、第１の蛍光体層２０が削り取られ発光管１の内面が露出した表面上と第１の蛍光体層２０の表面上の両方の上に第２の蛍光体２１を形成し、この第２の蛍光体層２１の膜厚だけを制御することにより、極めて簡単な蛍光体層２の構造でありながらも、光出射部４に蛍光体層がない比較用の希ガス蛍光ランプに比べ、光出力を増加させることができる。

従って、本願発明の希ガス蛍光ランプを原稿面の読み取り速度が早い原稿照明装置に用いることにより、単位時間当たりにＣＣＤで受光する光量が増加させることができ、最適な画像を得ることができる。
さらには、小型化された原稿照明装置に、本願発明の希ガス蛍光ランプを用いることにより、小型化されたＣＣＤであっても、単位時間当たりにＣＣＤで受光する光量が増加させることができ、最適な画像を得ることができる。

本願発明の希ガス蛍光ランプの概略斜視図である。 図１に示す希ガス蛍光ランプのＡ−Ａ断面図である。 図１に示す希ガス蛍光ランプにおいて、蛍光体層の構造を示す説明図である。 希ガス蛍光ランプの光出射部に位置する発光管の内面に形成される蛍光体層の膜厚を変えて、希ガス蛍光ランプの光出力の変化を示すデータ説明である。 従来の希ガス蛍光ランプの概略斜視図と断面図である。

符号の説明

１ 発光管
２ 蛍光体層
３ 外部電極
４ 光出射部
５ 絶縁膜

Claims (2)

1. 誘電体バリア放電によってエキシマ分子を生成する希ガスが充填された発光管の内面に蛍光体層を有し、前記希ガスに放電現象を誘起せしめるための両極の電極を有し、前記両極の電極のうち少なくとも一方と前記希ガスの間に誘電体が介在し、前記両極の電極の間であって管軸方向に伸びる領域が光出射部となっている希ガス蛍光ランプにおいて、
   前記蛍光体層は、前記発光管の内面に全周に亘って形成されており、
   前記光出射部に位置する蛍光体層の膜厚が、前記光出射部以外に位置する蛍光体層の膜厚より薄くなっていることを特徴とする希ガス蛍光ランプ。
2. 前記光出射部以外に位置する前記発光管の内面には、第１の蛍光体層が形成されており、
   前記第１の蛍光体層の表面上と前記光出射部に位置する発光管の内面上には、第２の蛍光体層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ。

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