JP4399935B2

JP4399935B2 - 閃光放電ランプ、およびその発光装置

Info

Publication number: JP4399935B2
Application number: JP36691799A
Authority: JP
Inventors: 滋斎藤
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP2001185088A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
この発明はキセノンガスなどの発光用希ガスを封入したフラッシュランプ（閃光放電ランプ）に関し、特に、殺菌処理、紫外線硬化性樹脂の硬化処理などに好適に用いられるフラッシュランプに関する。
【従来の技術】
【０００２】
【従来の技術】
従来、光による殺菌処理は、一般に連続点灯型の低圧水銀ランプより放射される波長２５３ｎｍの紫外線を照射する方法によって行われている。このような波長３００ｎｍ以下の遠紫外領域の光は、それ自体が殺菌力を有し、菌類などに照射すると、光化学的機構によるＤＮＡの破壊が起こり、これにより殺菌処理がなされる。
【０００３】
然るに、近年においては、キセノンを封入した閃光放電ランプを用いる殺菌処理が実施されるようになってきた。すなわち、この閃光放電ランプによれば、低圧水銀ランプと同様に遠紫外領域の光が、全体の約１０％の光量で放射されることから、当該閃光放電ランプによっても、低圧水銀ランプと同様の光化学的機構による殺菌効果を得ることができる。
【０００４】
更に、この閃光放電ランプによれば、近紫外領域から赤外領域にわたる広い波長領域の光も放射されており、この領域の光にはそれ自体には殺菌力がないが、閃光として放射される光のピークパワーが連続点灯型低圧水銀ランプの１０² 〜１０³ 倍もの大きさに達することから、この光を吸収することによって菌類などが光熱力学的機構によって加熱され、焼き殺されることによる殺菌効果が併せて得られる。
【０００５】
このように、閃光放電ランプは、遠紫外光による殺菌として機能する光化学的機構および熱として機能する光熱力学的機構という２つのメカニズムによる殺菌効果を得ることができる点に特長を有するものであり、しかも、点灯用電源回路の条件を変更することにより、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、特定の波長領域の光の放射強度を制御することも可能であるため、閃光放電ランプを用いた殺菌方法が注目されている。
【０００６】
しかしながら、光化学的機構による殺菌効果を高くするためには、放射される光が遠紫外領域に大きな放射強度を有することが必要であり、そのため、殺菌に用いる閃光放電ランプにおいては、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共に、電流密度大きくしなければならないされる。すなわち、閃光パルス幅が小さいと放射光が短い時間で放射されるため放射光全体のピークは高くなり結果として遠紫外光のピークも高くなる。また、電流密度を大きくしても遠紫外光のピークを大きくすることができる。
【０００７】
一方、閃光放電ランプにおいては、波長３００〜４００ｎｍの近紫外領域の光も放射されることにより、紫外線硬化性樹脂の硬化処理に有効に用いることができる。具体的には、例えばデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）の製作におけるディスク要素の貼り合わせ工程において、接着用樹脂の硬化処理に好適に用いられている。
このような紫外線硬化性樹脂の硬化処理のために近紫外領域に大きな放射強度の光を得ようとする場合にも、電流密度を大きくする必要がある。
【０００８】
ところが、このように高電流密度、短パルス状態で閃光発光させるフラッシュランプにおいては、１０⁵回程度の閃光発光により発光管周辺が黄色化するという問題が新たに発生した。この問題は、従来のプリンターなどのトナーの定着用閃光放電ランプや、店舗劇場などにイルミネーションに使用されるフラッシュランプでは全く発生しなかった問題である。
このような発光管の黄色化は、当然ながらランプからの放射光の減衰をもたらし、殺菌処理や紫外線硬化製樹脂の硬化処理に影響を及ぼしてしまう。
この黄色化の現象は、高電流密度、短パルス化の大きさによって異なるが、電流密度１．５ＫＡ〜３ＫＡ／ｃｍ²、パルス幅０．１〜０．５ｍｓ（半値幅）において、１０⁵回程度の閃光発光から始まり、１０⁶回の閃光発光では照度維持率が初期値の２０％に減少するまで顕著に発生していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、高電流密度、短パルス化で閃光放電ランプを発生させた場合に、発光管の黄色化という問題に良好に対処できる構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の閃光放電ランプ発光装置は、石英ガラスからなる棒状の放電容器に発光用希ガスを封入した閃光放電ランプと、この閃光放電ランプに対して電力を供給する電源と、前記放電容器の外表面にそって配置したトリガワイヤと、前記閃光放電ランプを覆う反射ミラーとを備え、前記閃光放電ランプからの光を、紫外線硬化樹脂を保持した被処理物に向けて照射する閃光放電ランプ発光装置であり、前記トリガワイヤを、前記閃光放電ランプからの放射光が照射される被照射物と反対側に位置し、前記電源によって、閃光放電ランプの１回の閃光発光を、電流密度１．５〜３．０ｋＡ／ｃｍ ^２，パルス幅０．１〜０．５ｍｓの入力で行い、該閃光放電ランプからの発光で前記紫外線硬化樹脂を硬化することを特徴とする。
また、石英ガラスからなる放電容器に発光用希ガスを封入した閃光放電ランプと、この閃光放電ランプに対して電力を供給する電源と、前記放電容器の外表面にそって配置したトリガワイヤと、前記閃光放電ランプを覆う反射ミラーとを備え、前記閃光放電ランプからの光を、紫外線硬化樹脂を保持した被処理物に向けて照射する閃光放電ランプ発光装置であり、前記トリガワイヤを、前記閃光放電ランプからの放射光が照射される被照射物とは反対側の放電容器の外面に沿って位置し、前記電源によって、閃光放電ランプの１回の閃光発光を、電流密度１．５〜３．０ｋＡ／ｃｍ ^２，パルス幅０．１〜０．５ｍｓの入力で行い、該閃光放電ランプからの発光で前記紫外線硬化樹脂を硬化することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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、本発明の閃光放電ランプの一実施例を示す説明図である。
この図の例において、１０は閃光放電ランプ、１１は円筒状であって両端が封止され、内部に放電空間を区画する直管型の放電容器である。この放電容器１１の両端から管軸方向内方に突出して伸びる電極棒１２、１３の各々の先端に形成された陽極１４および陰極１５が、当該放電容器１１内において互いに対向する状態とされている。
１６は、放電容器１１の外面に沿って管軸方向に直線状に伸びるよう配設したトリガー電極であり、１７は、放電容器１１の両端部分の外周面に装着された、トリガー電極１６を支持するバンドである。
放電容器１１を構成する材料としては、例えば石英ガラスなどを用いることができる。また、放電容器１１は、全長、外径および内径が特に限定されるものではない。
【００１２】
この放電容器１１の内部には、希ガスであるキセノン、クリプトンおよびアルゴンのうちの１種あるいは２種以上が封入されている。そして、波長３００〜４００ｎｍの近紫外領域の光を良好に放射することができる。
【００１３】
ここで、前記した発光管の黄色化の問題は、理由は明らかではないが、本発明者は、フラッシュランプの過激な閃光発光に伴い、発光管内部が高プラズマ状態になり、これにより発光管の構成材料である石英ガラス（ＳｉＯ２）がＳｉＯに変化することが原因ではないかと推測している。そして、電極にはエミッター材料として添加されるバリウムがさらにこの還元作用を促進しているものと考えている。
このような状態は、従来のトナー定着用等に使用されるフラッシュランプの電流密度８００Ａ／ｃｍ²、パルス幅（半値幅）は０．６ｍｓ程度のレベルでは生じないが、殺菌処理や樹脂硬化に使用する電流密度１．５ＫＡ／ｃｍ²以上、パルス幅０．５ｍｓ（半値幅）以下レベルの高電流密度、短パルス状態で初めて生じる現象であるといえる。
【００１４】
そして、本発明者は、さらに鋭意検討を続けた結果、上記発光管の黄色化現象は発光管の周囲に配設したトリガワイヤー近傍から発生していることを見出した。
本発明は、このような新たな使用条件において初めて発生する新たな技術的課題を解決すべくなしたものであって、トリガワイヤーを発光管周囲に直線状に配設するというものである。このようにすることによって、直線状ではない、例えばヘリカル状に配設した（巻き付けた）場合などに比べて、発光管管壁に配設されたトリガワイヤ全体の長さを短くすることができ、たとえ黄色化が生じても、その領域を最小限にとどめることができる。
さらには、後述するが、直線状にトリガワイヤーを配設することで、黄色化する領域も同様に略直線状にすることができ、当該黄色化した領域を放射光と被対象物との関係で影響の小さいように配置すればよいことになる。
【００１５】
図２は本発明の閃光放電ランプを使った発光装置を示す。放電ランプ１０は図１に示したものであって、放電容器１１の外表面にトリガワイヤ１６が直線状に配設されている。この場合の直線状とは放電容器１１の伸びる方向に沿っているという意味である。
放電ランプ１０の周囲には全体を覆うように反射ミラー２０が配設される。この反射ミラー２０は、例えばアルミ蒸着のものなどが用いられる。被処理物（被照射物）Ｗは処理台３０の上に載置されており、放電ランプ１０には電源４０が接続される。図において点線は電気的接続を概念的に示すものである。
【００１６】
このような構成の発光装置において、放電ランプ１０からの放射光は、直接、あるいは反射ミラー２０によって、被処理物Ｗを照射する。ここで放電ランプ１０のトリガワイヤー１６は、前述のごとく放電容器１１の伸びる方向に沿って直線状に伸びるものであるが、当該トリガワイヤ１６は、図に示すように被処理物Ｗの方向とは反対側に配設される。
これは、放電ランプ１０からの反射ミラー２０のＡ方向に放射される光は、たとえ、トリガーワイヤ１６がないとしても、反射ミラー２０に反射された後、放電ランプ１０に直射する。この場合は放電容器１１を透過して被処理物Ｗに向うわけであるが、石英ガラスの透過に伴う減衰等を考慮すれば、光の利用効率が最も悪い部分といえる。すなわち、放電ランプ１０からの放射光のうち、反射ミラー２０で反射する光は図に示すＡ方向への放射光は最も被処理物Ｗとの関係で光利用効率が悪いということである。
したがって、この発明の発光装置では、黄色化が生じやすいトリガワイヤーが配設された領域をこの光利用効率の最も悪い部分に配置することで、黄色化の影響を低減するものである。そして、本発明における被処理物と反対側とは、このような意味において、反射ミラー２０からの反射光が再び放電容器１１を透過して被処理物Ｗを照射する領域を意味する。
【００１７】
図３は本発明の効果を示す実験結果である。
放電容器１１に直線状にトリガワイヤー１６を配設して、図４（ａ）に示すようにトリガワイヤー１６側における放射照度▲１▼と、（ｂ）に示すようにトリガワイヤー１６と反対側における放射照度▲２▼をセンサ４１によって測定した。さらに、放電容器１１にトリガワイヤ１６をヘリカル状に巻き付けた場合の放射照度▲３▼を、上記直線状に配置した場合とセンサとの距離を等間隔にして測定した。
図３にその結果を示す。横軸は放電ランプの閃光発光回数を表し、縦軸は１回目のＵＶ強度を１００とした場合のＵＶ強度維持率を示す。なお、ここでいうＵＶ強度とは、２００〜３００ｎｍ域の放射強度をいう。測定仕様は、全て管径１０．５Φｍｍ、発光長４００ｍｍ、発光エネルギ４００Ｊ、発光周期５Ｈｚ、電流密度１．８ｋＡ／ｃｍ²、パルス幅２００μＳである。
【００１８】
図３より、被照射物Ｗ側にトリガワイヤを配設した場合は、２×１０⁵回の閃光発光でＵＶ強度維持率が５０％に減衰し、１０⁶回の閃光発光では３０％まで急激に減衰している。一方、ヘリカルに巻いた場合は、２×１０⁵回の閃光発光で８０％まで減衰し、１０⁶回の閃光発光では６５％まで減衰している。それに比べて、本発明の被照射物Ｗと反対側にトリガワイヤを配設したものは、２×１０⁵回の閃光発光でＵＶ強度維持率が９０％を維持でき、１０⁶回の閃光発光でも９０％近いＵＶ強度を維持していることが示されている。
この結果、トリガワイヤを直線状に巻くこと、および被照射物との関係で配設する位置を決定することで、高電流密度、短パルス使用において、ＵＶ強度維持率を劇的に改善することができる。
【００１９】
図５は本発明における閃光放電ランプの点灯回路の一例を示す。図２における電源４０の概略的なものである。
充電器５１から点灯電流制御用インピーダンス５２を介して充放電用コンデンサＣに充電を行う。放電ランプ１０と直列にサイリスタＳＲ、インダクタンス要素Ｌ、および充放電用コンデンサＣが接続され、サイリスタＳＲにオンオフ信号をパルス発振器５３から送ることで充放電コンデンサＣからの放電電流を放電ランプ１０に供給する。一方、パルス発振器５３からのオン信号と同時にトリガ回路５４からもトリガ信号がトリガワイヤ１６に送られる。このような動作により１回の閃光発光が行われ、この動作を高繰り返しすることになる。
【００２０】
なお、本発明はキセノンなどの希ガスを封入した閃光放電ランプについて説明したが、これに水銀やアンチモン等の発光金属を封入してもかまわない。
【００２１】
以上説明したように、本発明の閃光放電ランプは、石英ガラスからなる棒状の放電容器にキセノンガス等の希ガスを封入しており、放電容器の外表面には直線状にトリガワイヤを配設したことで、電流密度１．５〜３．０ｋＡ／ｃｍ²、パルス幅（半値幅）０．１〜０．５ｍｓという高電流密度、短パルス化という条件下で放電ランプの閃光発光をさせても発光管の黄色化という問題に良好に対処できる。
さらに、閃光放電ランプからの放射光が照射される被照射物と反対側、すなわち反射ミラーの側にトリガワイヤを位置するようにしたのでより発光管の黄色化という問題に対処できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の閃光放電ランプを示す。
【図２】本発明の閃光放電ランプを使った発光装置を示す。
【図３】本発明の効果を示す実験結果である。
【図４】本発明の実験を説明する図である。
【図５】本発明の閃光放電ランプの点灯回路の一例を示す。
【符号の説明】
１０放電ランプ
１１放電容器
１２電極
１３電極
１６トリガワイヤ
２０反射鏡
３０処理台
４０電源

Claims

石英ガラスからなる棒状の放電容器に発光用希ガスを封入した閃光放電ランプと、
この閃光放電ランプに対して電力を供給する電源と、
前記放電容器の外表面にそって配置したトリガワイヤと、
前記閃光放電ランプを覆う反射ミラーと
を備え、
前記閃光放電ランプからの光を、紫外線硬化樹脂を保持した被処理物に向けて照射する閃光放電ランプ発光装置であり、
前記トリガワイヤを、前記閃光放電ランプからの放射光が照射される被照射物と反対側に位置し、
前記電源によって、閃光放電ランプの１回の閃光発光を、電流密度１．５〜３．０ｋＡ／ｃｍ ^２，パルス幅０．１〜０．５ｍｓの入力で行い、該閃光放電ランプからの発光で前記紫外線硬化樹脂を硬化する
ことを特徴とする閃光放電ランプ発光装置。
石英ガラスからなる放電容器に発光用希ガスを封入した閃光放電ランプと、
この閃光放電ランプに対して電力を供給する電源と、
前記放電容器の外表面にそって配置したトリガワイヤと、
前記閃光放電ランプを覆う反射ミラーと
を備え、
前記閃光放電ランプからの光を、紫外線硬化樹脂を保持した被処理物に向けて照射する閃光放電ランプ発光装置であり、
前記トリガワイヤを、前記閃光放電ランプからの放射光が照射される被照射物とは反対側の放電容器の外面に沿って位置し、
前記電源によって、閃光放電ランプの１回の閃光発光を、電流密度１．５〜３．０ｋＡ／ｃｍ ^２，パルス幅０．１〜０．５ｍｓの入力で行い、該閃光放電ランプからの発光で前記紫外線硬化樹脂を硬化する
ことを特徴とする閃光放電ランプ発光装置。