JP2014212013A - ショートアーク型フラッシュランプおよびフラッシュランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光管に複雑な封止構造を形成することが不要で、良好な始動性が得られるショートアーク型フラッシュランプおよびフラッシュランプ装置を提供する。
【解決手段】略球状の発光部の両端に管軸方向に沿って外方に伸びる封止部が形成されてなる発光管と、この発光部内に管軸方向に沿って互いに対向するよう配置された一対の放電電極と、これらの一対の放電電極の間に先端が位置するよう配置されたトリガー電極とを有し、前記発光管内に発光ガスが封入されたショートアーク型フラッシュランプであって、前記発光管の外部に、前記一対の放電電極の一方に電気的に接続された第１の電極と、当該第１の電極と放電ギャップを介して配置された第２の電極とを有してなる始動補助電極が配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ショートアーク型フラッシュランプおよびこのショートアーク型フラッシュランプを備えたフラッシュランプ装置に関する。

例えば紫外線硬化性樹脂を短時間で硬化処理するための光源として、ショートアーク型フラッシュランプが用いられている。このショートアーク型フラッシュランプにおいては、良好な始動性が得られることが肝要である。このため、発光管内において一対の放電電極間に先端が位置するよう配置されたトリガー電極と、発光管内において一対の放電電極の一方に電気的に接続された第１の電極および第２の電極よりなる始動補助電極（スパーカ電極）とを備えてなるショートアーク型フラッシュランプが提案されている（特許文献１参照。）。このショートアーク型フラッシュランプにおいて、始動補助電極は、第１の電極および第２の電極間の放電によって生じる光を陰極に照射することによって、陰極に光電子を発生させ、これにより、ショートアーク型フラッシュランプを安定に始動させるものである。

しかしながら、上記のショートアーク型フラッシュランプにおいては、発光管に、放電電極用の封止部以外に、トリガー電極用の封止部および始動補助電極用の封止部を設けることが必要である。そのため、発光管には、複雑な封止構造を形成することが必要となり、その結果、高い生産性が得られない、という問題がある。
また、トリガー電極は、その先端が一対の放電電極間に位置するよう位置合わせして配置される。ここで、一対の放電電極における電極間距離は例えば１〜１０ｍｍである。そのため、トリガー電極の位置合わせ作業においては、高い精度が要求される。しかしながら、発光管に複雑な封止構造を形成する場合には、トリガー電極の位置合わせを高い精度で行うことが困難となる、という問題がある。

特開２０１２−９４３６２号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発光管に複雑な封止構造を形成することが不要で、良好な始動性が得られるショートアーク型フラッシュランプおよびフラッシュランプ装置を提供することにある。

本発明のショートアーク型フラッシュランプは、略球状の発光部の両端に管軸方向に沿って外方に伸びる封止部が形成されてなる発光管と、この発光部内に管軸方向に沿って互いに対向するよう配置された一対の放電電極と、これらの一対の放電電極の間に先端が位置するよう配置されたトリガー電極とを有し、前記発光管内に発光ガスが封入されたショートアーク型フラッシュランプであって、
前記発光管の外部に、前記一対の放電電極の一方に電気的に接続された第１の電極と、当該第１の電極と放電ギャップを介して配置された第２の電極とを有してなる始動補助電極が配置されていることを特徴とする。

本発明のショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記第１の電極と第２の電極との放電ギャップが０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。

本発明のフラッシュランプ装置は、密閉された内部空間を有する筐体と、この筐体の内部空間に配置された、上記のショートアーク型フラッシュランプとを備えてなり、
前記筐体の内部空間内における雰囲気ガスのガス圧が１×１０⁰ 〜１×１０⁶ Ｐａであることを特徴とする。

本発明のフラッシュランプ装置においては、前記ショートアーク型フラッシュランプにおける発光ガスの封入圧が１×１０⁴ 〜３×１０⁶ Ｐａであり、
前記筐体の内部空間内における雰囲気ガスが不活性ガスであることが好ましい。

本発明のショートアーク型フラッシュランプによれば、トリガー電極および始動補助電極が設けられているため、良好な始動性が得られる。また、始動補助電極は発光管の外部に設けられているため、発光管に始動補助電極用の封止部を形成することが不要である。従って、発光管に複雑な封止構造を形成することが不要である。

本発明のショートアーク型フラッシュランプの一例における構成を示す説明用断面図である。 始動補助電極の一例における構成を示す説明図である。 本発明のフラッシュランプ装置の一例における構成を示す説明用断面図である。 本発明のショートアーク型フラッシュランプの他の例における構成を示す説明用断面図である。 始動補助電極の他の例における構成を示す説明図である。 始動補助電極の更に他の例における構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のショートアーク型フラッシュランプの一例における構成を示す説明用断面図である。このショートアーク型フラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」ともいう。）１０は、例えば石英ガラスよりなる略球状の発光部１２を有する発光管１１を備えてなる。この発光管１１においては、発光部１２の両端に、それぞれ管軸方向に沿って外方に伸びるロッド状の一方の封止部１３および他方の封止部１４が当該発光部１２に一体に形成されている。また、発光部１２には、その周面から外方に突出するトリガー電極用封止部１５が当該発光部１２に一体に形成されている。

発光管１１における一方の封止部１３および他方の封止部１４の各々は、段継ガラスによって形成されている。具体的に説明すると、一方の封止部１３および他方の封止部１４の各々における発光部１２に接続される部分（以下、「内端部分」という。）は、当該発光部１２と同質の材料例えば石英ガラスによって形成され、一方の封止部１３および他方の封止部１４の各々におけるリード棒２５，２６が貫通する部分（以下、「外端部分」という。）は、石英ガラスの線熱膨張係数とリード棒２５，２６を構成するタングステンの線熱膨張係数との略中間の線熱膨張係数を有する材料例えばホウケイ酸ガラス（ＧＥ社製のＮｏ．１ガラスなど）によって形成されている。

発光管１１における発光部１２内には、陽極２０および陰極２１よりなる一対の放電電極が、当該発光部１２の管軸方向に沿って互いに離間して対向するよう配置されている。また、発光部１２内には、トリガー電極２２が、その先端が陽極２０および陰極２１の間に位置するよう配置されている。

陽極２０は、例えばタングステンなどの高融点金属によって構成されている。また、陰極２１は、各種酸化物ドープタングステン、エミッター含浸タングステンなどの高融点金属によって構成されている。また、トリガー電極２２は、例えばタングステンなどの高融点金属によって構成されている。
陽極２０と陰極２１との間の電極間距離は、例えば１〜１０ｍｍである。
また、トリガー電極２２は、その先端が陽極２０と陰極２１との中間点位置より陰極２１側に位置するよう配置されていることが好ましい。陰極２１の先端とトリガー電極２２の先端との離間距離は、例えば０．５〜１ｍｍである。

発光管１１における一方の封止部１３には、その管軸方向に気密に貫通して伸びる例えばタングステンよりなるリード棒２５が、当該一方の封止部１３に保持された状態で設けられている。このリード棒２５の先端には、陽極２０が電気的に接続されて保持されている。
また、発光管１１における他方の封止部１４には、その管軸方向に気密に貫通して伸びる例えばタングステンよりなるリード棒２６が、当該他方の封止部１４に保持された状態で設けられている。このリード棒２６の先端には、陰極２１が電気的に接続されて保持されている。
また、発光管１１におけるトリガー電極用封止部１５内には、例えばモリブデンよりなる金属箔２３が埋設されている。この金属箔２３の内端部には、トリガー電極２２の基端部が電気的に接続されている。一方、金属箔２３の外端部には、トリガー電極用封止部１５の外端から外方に突出して伸びるタングステンよりなるリード線２７が電気的に接続されている。

発光管１１の一方の封止部１３における内端部分には、始動補助電極３０が設けられている。この例の始動補助電極３０は、図２にも拡大して示すように、円柱状の第１の電極３１と、この第１の電極３１に対して電位差を生じさせる円筒状の第２の電極３２と、第１の電極３１および第２の電極３２を電気的に絶縁する円筒状の絶縁体３３とにより構成されている。具体的に説明すると、絶縁体３３は，第１の電極３１の径に適合する内径を有すると共に、第２の電極３２の内径に適合する外径を有する。そして、絶縁体３３は、第２の電極３２の筒孔内に挿入されて固定され、第１の電極３１は、絶縁体３３の筒孔内に挿入されて固定されている。これにより、第１の電極３１と第２の電極３２とは、絶縁体３３によって互いに電気的に絶縁されている。
この始動補助電極３０は、当該始動補助電極３０から放射される光が陰極２１に照射されるよう配置されていれば、発光管１１に接していても接していなくてもよい。

第１の電極３１と第２の電極３２との放電ギャップ（図示の例では、絶縁体３３の厚み）ｄは、０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。放電ギャップｄが０．０１ｍｍ未満である場合には、放電によって生成する金属電極へのひげ状析出物や、微小な導電性のごみが電極間へ入り込むことにより、ショートする危険性が格段に高まる。一方、放電ギャップｄが１ｍｍを超える場合には、放電が困難となり、ジッタが大きくなる不具合が発生する。

第１の電極３１および第２の電極３２を構成する材料としては、ニッケル、銅、コバール、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、ニオブなどを用いることができる。 絶縁体３３を構成する材料としては、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、Ｙ₂ Ｏ₃ などの耐熱性材料を用いることができる。

第１の電極３１は、発光管１１の外部においてリード線３５によってリード棒２５に電気的に接続されている。これにより、第１の電極３１は、リード線３５およびリード棒２５を介して陽極２０に電気的に接続されている。一方、第２の電極３２は、リード線３６を介してトリガー回路（図示省略）に接続されている。

発光管１１における発光部１２内には、発光ガスが封入されている。発光ガスとしては、キセノンガス、クリプトンガス、アルゴンガス、またはこれらの混合ガスなどの希ガスを用いることができる。
発光ガスの封入圧は、例えば真空紫外線を放射する場合には、１×１０⁴ 〜３×１０⁶ Ｐａであることが好ましい。発光ガスの封入圧が過小である場合には、高出力の紫外線を出射することが困難となる。一方、発光ガスの封入圧が過大である場合には、フラッシュランプ１０が点灯しにくくなるため好ましくない。

上記のフラッシュランプ１０によれば、トリガー電極２２および始動補助電極３０が設けられているため、良好な始動性が得られる。また、始動補助電極３０は発光管１１の外部に設けられているため、発光管１１に始動補助電極用の封止部を形成することが不要である。従って、発光管１１に複雑な封止構造を形成することが不要である。

図３は、本発明のフラッシュランプ装置の一例における構成を示す説明用断面図である。このフラッシュランプ装置は、密閉された内部空間Ｓを有する筐体５０と、この筐体５０の内部空間Ｓに上下方向に伸びるよう配置された、図１に示す構成のフラッシュランプ１０と、このフラッシュランプ１０からの紫外線を反射する光反射部４１を有する凹面反射鏡４０とにより構成されている。凹面反射鏡４０は、光反射部４１が下方を向いた姿勢で発光管１１における発光部１２を取り囲むよう配置されている。

この例の凹面反射鏡４０において、光反射部４１は回転楕円面状の光反射面４２を有する。光反射部４１の中央底部には、当該光反射部４１の背面から当該凹面反射鏡４０の軸方向に沿って突出して伸びる、発光管１１における他方の封止部１４の外径より大きい内径を有する円筒状の頸部４３が一体的に設けられている。この凹面反射鏡４０は、基体がガラスにより構成され、光反射部４１における光反射面４２が、アルミニウム金属膜によって形成されている。
そして、フラッシュランプ１０は、凹面反射鏡４０における光反射部４１側から頸部４３の筒孔内に発光管１１における他方の封止部１４が挿入されて、当該フラッシュランプ１０の輝点が当該凹面反射鏡４０の第１焦点に位置するよう配置されている。この状態で、発光管１１における他方の封止部１４の外面と凹面反射鏡４０における頸部４３の内面とが接着材４５によって固定されている。

筐体５０の底壁５０ａには、フラッシュランプ１０からの光が照射される被照射物Ｗを載置するための載置台５１が設けられている。筐体５０における一側壁５０ｂには、内部空間Ｓ内に雰囲気ガスを導入する、バルブ５３を有するガス導入部５２が設けられている。筐体５０における一側壁５０ｂに対向する他側壁５０ｃには、内部空間Ｓ内のガスを排出する、バルブ５５を有するガス排出部５４が設けられている。

筐体５０の内部空間Ｓ内に導入される雰囲気ガスとしては、空気や、窒素ガスおよび希ガスなどの不活性ガスを用いることができる。フラッシュランプ１０から放射される光が真空紫外線である場合、具体的には、フラッシュランプ１０における発光ガスの封入圧が１×１０⁴ 〜３×１０⁶ Ｐａである場合には、雰囲気ガスによる真空紫外線の吸収を防止する観点から、雰囲気ガスとして不活性ガスを用いることが好ましい。

また、筐体５０の内部空間Ｓ内における雰囲気ガスのガス圧は、１×１０⁰ 〜１×１０⁶ Ｐａとされる。雰囲気ガスのガス圧が１×１０⁰ Ｐａ未満である場合には、ガス密度が低くなりすぎて、始動補助電極３０における第１の電極３１および第２の電極３２間の放電が困難となる。一方、雰囲気ガスのガス圧が１×１０⁶ Ｐａを超える場合には、始動補助電極３０における第１の電極３１および第２の電極３２間の放電が、発光管１１の内部のトリガー電極２２の放電より時間的に遅くなる不具合が生じる。

上記のフラッシュランプ装置によれば、筐体５０の内部空間Ｓにおける雰囲気ガスのガス圧が特定の範囲にあるため、発光管１１の外部に設けられた始動補助電極３０を確実に作動させることができる。従って、フラッシュランプ１０を安定して始動させることができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、以下のように、種々の変更を加えることができる。
図４に示すように、フラッシュランプ１０における発光管１１の発光部１２内には、２つ以上のトリガー電極２２が、それぞれの先端が陽極２０および陰極２１の間に位置するよう互いに離間して配置されていてもよい。
また、始動補助電極は、一対の放電電極の一方に電気的に接続された第１の電極と、この第１の電極に対して電位差を生じさせる第２の電極とを有するものであれば、種々の構成のものを用いることができる。
例えば図５に示すように、始動補助電極３０は、発光管の一方の封止部１３における内端部分の表面に、それぞれ膜状の第１の電極３１および第２の電極３２が互いに離間して配置されてなるものであってもよい。また、図５に示す始動補助電極３０において、第１の電極３１および第２の電極３２の各々の表面には、絶縁膜が形成されていてもよい。このような始動補助電極３０においては、第１の電極３１および第２の電極３２の離間距離が放電ギャップｄとなる。
また、図６に示すように、始動補助電極３０は、発光管の一方の封止部１３における内端部分の表面に密着して配置された、板状の第１の電極３１と、この第１の電極３１の表面にシート状の絶縁体３３を介して配置された、板状の第２の電極とよりなるものであってもよい。このような始動補助電極３０においては、絶縁体３３の厚みが放電ギャップｄとなる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

〈実施例１〉
図１および図２に示す構成に従い、下記の仕様のフラッシュランプを作製した。
〈発光管（１１）〉
発光部（１２）の材質：石英ガラス，発光部（１２）における管軸方向の長さ：２０ｍｍ，発光部（１２）の最大内径：１５ｍｍ
一方の封止部（１３）および他方の封止部（１４）の内端部分の材質：石英ガラス，一方の封止部（１３）および他方の封止部（１４）の外端部分の材質：ホウケイ酸ガラス（ＧＥ社製のＮｏ．１ガラス），一方の封止部（１３）の寸法：長さ＝２５ｍｍ（内端部分２０ｍｍ、外端部分５ｍｍ），外径＝８ｍｍ，他方の封止部（１４）の寸法：長さ＝２５ｍｍ（内端部分２０ｍｍ、外端部分５ｍｍ），外径＝８ｍｍ
〈電極〉
陽極（２０）の材質：タングステン，陽極（２０）の寸法：外径＝４ｍｍ、長さ＝５ｍｍ
陰極（２１）の材質：ＢａＯ系酸化物含浸タングステン，陰極（２１）の寸法：外径＝４ｍｍ、長さ＝５ｍｍ
トリガー電極（２２）の材質：タングステン，トリガー電極（２２）の径：０．８ｍｍ 陽極（２０）および陰極（２１）の電極間距離＝３ｍｍ
陰極（２１）およびトリガー電極（２２）の離間距離＝０．７ｍｍ
〈金属箔（２３）〉
材質：モリブデン
〈リード棒（２５，２６）〉
材質：タングステン，外径＝２ｍｍ
〈リード線（２７）〉
材質：タングステン，外径＝２ｍｍ
〈始動補助電極（３０）〉
第１の電極（３１）の材質：タングステン，第１の電極（３１）の寸法：直径＝０．４ｍｍ、長さ＝７ｍｍ，第２の電極（３２）の材質：ニッケル，第２の電極（３２）の寸法：外径＝１．２ｍｍ、内径＝１．０ｍｍ、長さ＝２ｍｍ，絶縁体（３３）の材質：アルミナ，絶縁体（３３）の寸法：外径＝１ｍｍ、内径＝０．５ｍｍ、長さ＝３ｍｍ
〈不活性ガス〉
ガス種：キセノンガス，封入圧＝３×１０⁵ Ｐａ

〈実施例２〉
キセノンガスの封入圧を３×１０⁵ Ｐａから５×１０⁵ Ｐａに変更したこと以外は、実施例１と同様の構成のフラッシュランプを作製した。

〈比較例１〉
始動補助電極を設けなかったこと以外は、実施例１と同様の構成のフラッシュランプを作製した。

〈比較例２〉
キセノンガスの封入圧を３×１０⁵ Ｐａから５×１０⁵ Ｐａに変更し、始動補助電極を設けなかったこと以外は、実施例１と同様の構成のフラッシュランプを作製した。

〈参考例１〉
始動補助電極を発光管の発光部内に配置したこと以外は、実施例１と同様の構成のフラッシュランプを作製した。

〈参考例２〉
キセノンガスの封入圧を３×１０⁵ Ｐａから５×１０⁵ Ｐａに変更し、始動補助電極を発光管の発光部内に配置したこと以外は、実施例１と同様の構成のフラッシュランプを作製した。

〈始動性の評価〉
実施例１〜２、比較例１〜２および参考例１〜２に係るフラッシュランプの各々を、点灯装置の充電電圧が５００Ｖおよび１０００Ｖの条件で、それぞれ１０００回点灯させた。そして、各点灯動作において、フラッシュランプに点灯信号が入力されてから陽極および陰極間に放電が生じるまでの時間（以下、「始動時間」という。）を測定し、始動時間の変動幅（ジッタ）を標準偏差値σから求めた。具体的には、始動時間の変動幅（％）は、トリガー信号から本放電に至るまでの遅れ時間を連続１００サンプル測定し、下記式によって算出した。
始動時間の変動幅（％）＝３×（遅れ時間の標準偏差／遅れ時間の平均値）×１００
結果を下記表１に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例１〜２に係るフラッシュランプによれば、始動補助電極が発光管の内部に配置された参考例１〜２に係るフラッシュランプと同等の良好な始動性が得られることが確認された。

１０ ショートアーク型フラッシュランプ
１１ 発光管
１２ 発光部
１３ 一方の封止部
１４ 他方の封止部
１５ トリガー電極用封止部
２０ 陽極
２１ 陰極
２２ トリガー電極
２３ 金属箔
２５，２６ リード棒
２７ リード線
３０ 始動補助電極
３１ 第１の電極
３２ 第２の電極
３３ 絶縁体
３５ リード線
３６ リード線
４０ 凹面反射鏡
４１ 光反射部
４２ 光反射面
４３ 頸部
４５ 接着材
５０ 筐体
５０ａ 底壁
５０ｂ 一側壁
５０ｃ 他側壁
５１ 載置台
５２ ガス導入部
５３ バルブ
５４ ガス排出部
５５ バルブ
Ｓ 内部空間
Ｗ 被照射物

Claims (4)

1. 略球状の発光部の両端に管軸方向に沿って外方に伸びる封止部が形成されてなる発光管と、この発光部内に管軸方向に沿って互いに対向するよう配置された一対の放電電極と、これらの一対の放電電極の間に先端が位置するよう配置されたトリガー電極とを有し、前記発光管内に発光ガスが封入されたショートアーク型フラッシュランプであって、
   前記発光管の外部に、前記一対の放電電極の一方に電気的に接続された第１の電極と、当該第１の電極と放電ギャップを介して配置された第２の電極とを有してなる始動補助電極が配置されていることを特徴とするショートアーク型フラッシュランプ。
2. 前記第１の電極と第２の電極との放電ギャップが０．０１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型フラッシュランプ。
3. 密閉された内部空間を有する筐体と、この筐体の内部空間に配置された、請求項１または請求項２に記載のショートアーク型フラッシュランプとを備えてなり、
   前記筐体の内部空間内における雰囲気ガスのガス圧が１×１０⁰ 〜１×１０⁶ Ｐａであることを特徴とするフラッシュランプ装置。
4. 前記ショートアーク型フラッシュランプにおける発光ガスの封入圧が１×１０⁴ 〜３×１０⁶ Ｐａであり、
   前記筐体の内部空間内における雰囲気ガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項３に記載のフラッシュランプ装置。

Images