JP2015170580A - キセノンフラッシュランプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＵＶ波領域の発光効率を向上させたキセノンフラッシュランプを提供することを目的とする。
【解決手段】このキセノンフラッシュランプは、発光長Ｌに対する発光管内径ＩＤの比ＩＤ／Ｌが、百分率で表して、1.18 ≦ ID/L ≦ 3.52 ％の範囲内にある。更に好ましくは、1.18≦ ID/L ≦2.35 ％の範囲内にある。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、キセノンフラッシュランプに関する。

キセノンランプは、高輝度放電灯の一種であり、キセノンガス中での放電による発光を利用したランプである。このうち、キセノンフラッシュランプは、光パルスによる光源として利用されている。主な用途として、キセノンフラッシュランプの紫外線を使って、殺菌処理、光焼成工程としてＵＶ硬化性樹脂の光硬化処理等に利用されている。特に、生産工場における光焼成工程では、生産効率を上げるためには、「強い紫外光を短時間で照射」することが求められる。強い紫外光を短時間で照射すれば、たとえ熱に弱い物質に対しても処理が可能となる。

特開2005-56638「フラッシュランプ」（公開日：2005/03/03）出願人：岩崎電気株式会社 特開2009-170327「フラッシュランプ及びフラッシュランプの製造方法」（公開日：2009/07/30）出願人：ウシオ電機株式会社

図１は、キセノンランプの典型的な発光分布を示す図である。キセノンランプは、紫外線領域（ＵＶ波領域）から赤外線領域（ＩＲ波領域）にかけて連続スペクトルが特徴であり、太陽光と非常に似た発光分布をしている。

本発明者等は、このようなキセノンフラッシュランプにおいて特定の波長領域、ここではＵＶ波領域の発光効率を向上させることを検討課題とした。

従って、本発明は、ＵＶ波領域の発光効率を向上させたキセノンフラッシュランプを提供することを目的とする。

上記目的に鑑みて、本発明に係るキセノンフラッシュランプは、発光長Ｌと発光管内径ＩＤの比Ｌ／ＩＤが、百分率で表して、1.18≦L/ID≦3.52 ％の範囲内にある。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記発光長Ｌと発光管内径ＩＤの比Ｌ／ＩＤが、百分率で表して、1.18≦L/ID≦2.35 ％の範囲内にあってよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記キセノンフラッシュランプは、発光部と該発光部の両端の電極封止部が同じ管内径の直管型のランプであってよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記キセノンフラッシュランプは、相対的に管内径の大きい発光部と、前記発光部と該発光部の両端に形成された相対的に管内径が小さい電極封止部とを備えた二段構造のランプであってよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記電極封止部の内径ＩＤｅに対する前記発光部の内径ＩＤｄの比が、百分率で表して、125≦IDd/IDe≦375 ％の範囲内にあってよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記電極封止部の内径ＩＤｅに対する前記発光部の内径ＩＤｄの比が、百分率で表して、125≦IDd/IDe≦250 ％の範囲内にあってよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記電極封止部は、電極と該電極のガラス管とが加熱され溶着したシュリンク構造と成っていてもよい。

本発明によれば、ＵＶ波領域の発光効率を向上させたキセノンフラッシュランプを提供することができる。

図１は、キセノンランプの典型的な発光分布を示す図である。 図２Ａは、現在使用されているキセノンフラッシュランプ（従来品ランプ）を説明する図である。 図２Ｂは、本実施形態に係るキセノンフラッシュランプを説明する図である。 図３は、表１に示す発光管内径に対する光量（波長254ｎｍ）と電流の関係を示す図である。 図４は、波長254 ｎｍを中心に、波長220〜300ｎｍの範囲における発光管内径ＩＤ＝14 ｍｍ（大径ランプ）と、ＩＤ＝8 ｍｍ（従来品ランプ）の発光強度を比較した図である。 図５は、図４の横軸の波長を800 ｎｍまで拡げて、大径ランプと従来品ランプを比較した図である。 図６は、図２Ｂに示す二段構造のランプを、構造が分かり易くなるように誇張（デフォルメ）して描いた図である。 図７は、表３に示すシュリンクの有無による照度維持率の比較を図示したものである。

以下、本発明に係るキセノンフラッシュランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら説明する。図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複する説明は省略する。なお、これら実施形態は、本発明を理解するための例示であって、本発明の技術的範囲を何等限定するものでない。

［発明の経緯］
本発明者等は、当初、「強い発光」が得られるキセノンフラッシュランプの開発を目指して、ランプの仕様を種々変更して研究開発を行った。この過程において、従来のランプに比較して、ランプ内径を大きくして点灯時における電極間の抵抗値を低くし、電流が一層多く流れるランプの試作検討を行った。

ランプ内径を大きくしたランプの発光スペクトルを測定した結果、従来のランプに比較して、発光スペクトルの波長領域がシフトして、ＵＶ波領域で強い発光が得られることを確認した。ＵＶ波領域で強い発光が得られるキセノンフラッシュランプは、殺菌処理、光焼成工程にとって最適なランプである。今回の発明は、ランプ内径を大きくすることにより、ＵＶ波領域における発光が飛躍的に増加したという知見に基づいている。

［第１実施形態］
図２Ａは、現在使用されているキセノンフラッシュランプ（従来品ランプ）１００を説明する図である。従来品ランプ１００は、両端の電極封止部２０，４０と中央の発光部３０が同じ管内径の円筒形である、直管型のランプである。一方の電極封止部２０にはカソード電極５０が、他方の電極封止部にはアノード電極６０が形成されている。

電極封止部２０とカソード電極５０は加熱され封止された密着構造であり、電極封止部４０とアノード電極６０も加熱され封止された密着構造である。このような密着構造をシュリンク構造と称している。

点灯条件は、印可電圧3.3ｋＶを用いてコンデンサに充電し、この充電電圧をランプのアノード・カソード間に印加している。

この従来品ランプ１００の寸法仕様は次の通りである。
電極間距離（発光長）：Ｌ＝850ｍｍ
発光管の内径：ＩＤ＝8ｍｍ、 管肉厚：1ｍｍ
電極径：6.4ｍｍ又は7.5ｍｍ

これに対して、図２Ｂは、本実施形態に係るキセノンフラッシュランプ１０を説明する図である。ランプ１０は、管内径の相対的に大きい発光部３と、発光部の両端に電極部を取り巻く管内径の相対的に小さい電極封止部２，４からなる。電極封止部の一方にはカソード電極５が封止され、他方にはアノード電極６が封止された、シュリンク構造である。

点灯条件は、従来品ランプ１００と同じである。本実施形態に係るランプ１０の寸法仕様は、発光部内径（即ち、発光部ガラス管内径）のみが増大している。以下、ランプ１０に関して説明する。

図２Ａに示すような従来品ランプ１００に対して、発光管内径ＩＤを大きくしたランプ１０を試作して、点灯時におけるランプのＵＶ波領域の光量と電流を測定した。表１は、図２Ｂに示すキセノンフラッシュランプ１０の発光管内径ＩＤと紫外線光量との関係の実験データである。紫外線光量は、例えば殺菌用途として効果があるとされている波長254ｎｍの光量を測定した。併せて、発光部内径ＩＤに対する電流の変化も示している。図３は、表１の発光管内径に対する光量とピーク電流を図示したものである。

図３に示すように、発明者等が意図していた通り、発光管内径ＩＤが6〜20ｍｍに増加するにつれて、ピーク電流（図中□で示す。）は、ほぼ比例的に増加している。このとき、ＵＶ波領域における光量（図中■で示す。）も大きく増加していた。

図４は、波長254 ｎｍを中心に、波長220〜400ｎｍの範囲における発光管内径ＩＤ＝14 ｍｍ（大径ランプ１０）と、ＩＤ＝8 ｍｍ（従来品ランプ１００）の発光強度とを比較した図である。この範囲では、概して、大径ランプ１０は、従来品ランプ１００より発光強度が強く、表１及び図３の結果と一致している。

従来品ランプ１００の発光管内径ＩＤは8 ｍｍであり、光量は、13.0 ｍＪ／ｃｍ^２である。経験的に、従来品ランプ１００と比較して、光量が30 ％アップすると有意差が認められる。図３に示すように、光量が13.0×1.3＝16.9 ｍＪ／ｃｍ^２以上得られるランプは、発光管内径ＩＤが、10 ｍｍ以上であった。

図３のデータが示すように、発光管内径ＩＤを更に大きくすると、光量も更に向上する傾向にある。一方、現状の旋盤加工機で製造可能な発光管は、発光管内径ＩＤｍａｘ＝30 ｍｍである。従って、光量を30 ％アップするためには、発光管内径ＩＤは、10 ≦ID≦ 30 ｍｍにする必要がある。好ましくは、図３に示された範囲である、10 ≦ ID ≦ 20 ｍｍである。

ランプ内径を大きくしたことを、発光長Ｌに対する発光管内径ＩＤの比で表すと、従来品は、L/ID＝8/850であり、0.9％となる。光量を30％アップするためには、発光管内径ＩＤは10〜30 ｍｍの範囲となり、1.18 ≦L/ID ≦ 3.52 ％となる。好ましくは、発光管内径ＩＤは10〜20 ｍｍであり、1.18 ≦ L/ID ≦ 2.35 ％である。

以上の結果より、発光長Ｌに対する発光管内径ＩＤの比を、1.18 ≦ L/ID ≦ 3.52 ％、好ましくは1.18 ≦ L/ID ≦ 2.35 ％の範囲にすることにより、従来品と比較して、ＵＶ波領域で光量が30％以上アップするランプが実現できることが判明した。

更に、ランプ内径を大きくするとＵＶ波領域の光量が増加する原因について調査した。
図５は、図４の横軸の波長を800 ｎｍまで拡げて、大径ランプ１０と従来品ランプ１００を比較した図である。表２は、図４のデータの一部を示す表である。

概略的にいうと、波長220〜350 ｎｍの範囲Ａでは大径ランプ１０の発光強度が強く、波長350〜550 ｎｍの範囲Ｂでは両者ほぼ同じであり、波長550〜800 ｎｍの範囲Ｃでは従来品ランプ１００の発光強度が強くなっている。

表２に示すように、相対光量（254ｎｍ）は、従来品サンプルＮｏ．７〜９に対して、対応する大径サンプルＮｏ．１０〜１２は、いずれも1.4倍となっている。相対光量（365 ｎｍ）においても、従来品サンプルＮｏ．７に対応する大径サンプルＮｏ．１０では、1.5倍、その他は1.4倍となっている。表２及び図４に示すように、ＵＶ波領域（220〜400 ｎｍ）では、光量が増加している。

しかし、表２に示すように、全体の波長範囲（220〜800 ｎｍ）を見ると、分光強度は、従来品ランプ１００と大径ランプ１０とは同じ強度である。従って、発光管内径を大きくしたことにより、分光強度が、波長550〜800 ｎｍの範囲Ｃで相対的に減少し、波長220〜350 ｎｍの範囲Ａで相対的に増加したことが判明した。

［第２実施形態］
図６は、図２Ｂに示す二段構造のランプを、構造が分かり易くなるように誇張（デフォルメ）して描いた図である。管肉厚に関しては図示していない。この二段構造のランプは、基本的に、発光部を形成する円筒状のガラス管と、電極封止部を形成するガラス管を加熱し溶着して形成される。

管内径を大きくした場合、電極封止部の構造が問題になる。図２Ａに示す従来品ランプ１００の電極径ＥＤは、ＥＤ＝7.5 ｍｍと6.4 ｍｍの二種類である。

図２Ａに示す従来品ランプ１００のように、放電部と電極封止部を同じ管内径にして、管内径の大きいままシールすることも考えられる。これに対応して、新たに大径の電極を採用することも考えられる。しかし、大径の電極はコストアップにつながり、また、部品の種類の増加は好ましくない。従来品の電極を使用すると、電極と管内径との隙間が大きく、封止作業に時間がかかり、シール自体の精度も悪くなる。

即ち、電極封止部において、電極が管内径の中心に位置すると、電極周囲の隙間ＥＧは、EG=(封止部内径−電極径)/2である。

従来品ランプ１００は、発光部も電極封止部も同じ管内径であるので、次のようになる。
(1)電極径7.5ｍｍの場合、EG＝(封止部内径−電極径)/2＝(8-7.5)/2＝0.25 ｍｍ
(2)電極径6.4ｍｍの場合、EG＝(封止部内径−電極径)/2＝(8-6.4)/2＝0.80 ｍｍ
電極周囲の隙間ＥＧが、0.25〜0.80 ｍｍ程度であれば、電極封止部をバーナーで加熱するだけで封止構造が完成する。

本実施形態に係る大径ランプの場合、例えば、管内径を14 ｍｍにすると、次のようになる。
(3)電極径7.5ｍｍの場合、EG＝(14-7.5)/2＝3.25ｍｍ
(4)電極径6.4ｍｍの場合、EG＝(14-6.4)/2＝3.8ｍｍ
電極周囲の隙間ＥＧが、3〜4ｍｍとなると、作業性が非常に悪い。更に、本発明者等の経験よると、電極周囲の隙間ＥＧが1.5 ｍｍ以上の場合、製品の歩留まりが悪くなり、信頼性も低下する。

そこで、本発明者等は、図６に示すように、大径の発光部と小径の電極封止部との二段構造のランプを開発した。即ち、電極封止部に関しては、従来品ランプ１００と同じ構造を採用したのである。

第１実施形態で説明したように、発光部内径ＩＤｄは、ＩＤｄ＝10〜30 ｍｍ、好ましくは、10〜20 ｍｍである。電極封止部内径（即ち、封止部ガラス管内径）ＩＤｅは、ＩＤｅ＝8 ｍｍである。従って、二段構造のランプ１０は、電極封止部内径ＩＤｅに対する発光部内径ＩＤｄの比は、10/8〜30/8である。好ましくは、10/8〜20/8である。百分率で表すと、125≦IDd/IDe≦375 ％、好ましくは、125≦IDd/IDe≦250 ％である。

更に、電極封止部を加熱し電極とガラス管を溶着した密着構造のランプ（以下、単に「シュリンク有り」という。）と、電極とガラス管を溶着していない非密着構造のランプ（以下、単に「シュリンク無し」という。）とを製作し、点灯回数がゼロから1,000万回の波長254ｎｍの光量を調査した。表３は、この維持率のデータであり、図７は、これを図示したものである。

ここで、光量は、シュリンク有りランプ及びシュリンク無しのランプの初期光量をそれぞれ100として、その後の光量は、正規化した数値で示している。従って、各々、初期光量に対する百分率の値である。

シュリンク無しのランプは、点灯回数が1,000万回に達すると、初期光量の61％まで低下する。これに対して、シュリンク有りのランプは、点灯回数1,000万回で、初期光量の80％を維持している。点灯回数ゼロ〜1,000万回の推移でも、おおむね、シュリンク無しのランプに比較して、シュリンク有りのランプの維持率が高いことが判明した。

［まとめ］
以上、本発明の本実施形態に係るキセノンフラッシュランプに関して説明したが、本発明は、これらに限定されない。本実施形態に対して当業者が容易に成し得る追加・削除・変更。改良は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定まる。

２：電極封止部、 ３：発光部、 ４：電極封止部、 ５：カソード電極、 ６：アノード電極、 １０：キセノンフラッシュランプ，ランプ、 ２０：電極封止部、 ３０：発光部、 ４０：電極封止部、 ５０：カソード電極、 ６０ アノード電極、 １００：従来品ランプ
ＥＤ：電極径、 ＥＧ：隙間、 ＩＤ：発光管内径，発光部内径，内径、 ＩＤｄ：発光部内径，発光部ガラス管内径、 ＩＤｅ：電極封止部内径，電極封止部ガラス管内径、 Ｌ：発光長、

上記目的に鑑みて、本発明に係るキセノンフラッシュランプは、発光長Ｌに対する発光管内径ＩＤの比ＩＤ／Ｌが、百分率で表して、1.18 ≦ ID/L ≦ 3.52 ％の範囲内にある。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記発光長Ｌに対する発光管内径ＩＤの比ＩＤ／Ｌが、百分率で表して、1.18 ≦ ID/L ≦2.35 ％の範囲内にあってよい。

ランプ内径を大きくしたことを、発光長Ｌに対する発光管内径ＩＤの比で表すと、従来品は、ID/L＝8/850であり、0.9％となる。光量を30％アップするためには、発光管内径ＩＤは10〜30 ｍｍの範囲となり、1.18 ≦ID/L ≦ 3.52 ％となる。好ましくは、発光管内径ＩＤは10〜20 ｍｍであり、1.18 ≦ ID/L ≦2.35 ％である。

以上の結果より、発光長Ｌに対する発光管内径ＩＤの比を、1.18 ≦ ID/L ≦ 3.52 ％、好ましくは1.18 ≦ ID/L ≦ 2.35 ％の範囲にすることにより、従来品と比較して、ＵＶ波領域で光量が30％以上アップするランプが実現できることが判明した。

Claims (7)

1. 発光長Ｌと発光管内径ＩＤの比Ｌ／ＩＤが、百分率で表して、1.18≦L/ID≦3.52 ％の範囲内にある、キセノンフラッシュランプ。
2. 請求項１に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記発光長Ｌと発光管内径ＩＤの比Ｌ／ＩＤが、百分率で表して、1.18≦L/ID≦2.35 ％の範囲内にある、キセノンフラッシュランプ。
3. 請求項１又は２に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記キセノンフラッシュランプは、発光部と該発光部の両端の電極封止部が同じ管内径の直管型のランプである、キセノンフラッシュランプ。
4. 請求項１又は２に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記キセノンフラッシュランプは、相対的に管内径の大きい発光部と、前記発光部と該発光部の両端に形成された相対的に管内径が小さい電極封止部とを備えた二段構造のランプである、キセノンフラッシュランプ。
5. 請求項４に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記電極封止部の内径ＩＤｅに対する前記発光部の内径ＩＤｄの比が、百分率で表して、125≦IDd/IDe≦375 ％の範囲内にある、キセノンフラッシュランプ。
6. 請求項４に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記電極封止部の内径ＩＤｅに対する前記発光部の内径ＩＤｄの比が、百分率で表して、125≦IDd/IDe≦250 ％の範囲内にある、キセノンフラッシュランプ。
7. 請求項３〜６のいずれか一項に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記電極封止部は、電極と該電極のガラス管とが加熱され溶着したシュリンク構造と成っている、キセノンフラッシュランプ。
   
   

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