JP5578491B2 - フラッシュランプ - Google Patents

Description

本発明は、光パルスによる紫外線殺菌の光源として利用されるフラッシュランプに関するものである。

従来、紫外線殺菌の光源としては、殺菌に有効とされる波長２５４ｎｍの紫外線を効率良く放射し、ランプ寿命も長い低圧水銀ランプが一般的に使用されている。けれども、この低圧水銀ランプは、紫外線出力が低いため短時間で大量の被処理物を殺菌処理することができず、また、高出力を得ようとすればランプの使用本数を多くしなければならないので、その設置スペースが大きくなり、更に、被処理物の光透過率が低い場合や、菌が高濃度で存在して被処理物の表面等に重なり合って付着している場合、菌がバイオフィルムを生成してその中に潜んでいる場合、あるいは厚い皮膜で覆われた芽胞菌等のように紫外線の被照射耐性が高い菌の場合には、滅菌レベル（９９．９９９９％以上の殺菌）の殺菌効果を得ることができないという欠点があった。

このため、加熱殺菌に適さない食品、飲料、医薬品等やその容器、包装資材等の殺菌処理は、薬液を用いて行なうのが一般的であるが、薬液を使用すると、殺菌処理した被処理物の表面に付着残存する薬液を洗浄除去しなければならないので、被処理物を無菌水で洗浄する洗浄設備や、その無菌水を作って供給する給水設備、使用済みの薬液が含まれた排水を無害化する排水処理設備等が必要となり、それらの設備費やランニングコストが嵩むと同時に、設備の設置スペースも著しく大きくなるという問題があった。また、近時は、世界的な環境保全運動の高まりに伴って、薬液を使用しない無公害な殺菌処理技術の開発が待望されている。

このような事情に鑑みて、低圧水銀ランプよりも高出力、高照度の紫外線を放射するフラッシュランプ（閃光放電灯）を用いた殺菌処理技術が種々提案されている。この技術は、例えば図５（ｂ）に示すようなキセノンフラッシュランプ４０によって瞬間的に高照度の紫外線を照射するもので、このランプ４０は、紫外線透過率の高い石英ガラスによって円筒形に成形され希ガスのキセノンガスが封入されたガラス製発光管４１の両端に一対の電極ユニット４２，４３が対向して配置された構造になっている。

発光管４１の両端に配置される各電極ユニット４２，４３は、発光管４１の両端部の内側に対向配置された電極４８，４９と、それらの電極４８，４９に先端が接合された金属製電極リード棒４４，４５とをそれぞれ備える。一対の電極４８，４９及び電極リード棒４４，４５はそれぞれタングステンにより形成され、陰極となる電極４９の先端には、図示しない電子放出性物質の燒結体が固着される。夫々電極リード棒４４，４５の中間部における外周には封止用ガラス材４６，４７がそれぞれ溶着され、その封止用ガラス材４６，４７に発光管４１の端縁を溶着することにより、キセノンガスが封入された発光管４１の端部を気密に封止すると同時に、その発光管４１の端部に電極リード棒４４，４５を固定するようになっている。

このように構成されたキセノンフラッシュランプ４０は、電極リード棒４４，４５に、点灯回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを瞬時に供給すると、発光管４１内に生ずる瞬間的な放電プラズマ中のキセノンガスが励起されて、殺菌効果を奏する２００〜３００ｎｍの短波長紫外線を強力に発するようになっている。これにより、例えば発光長２５０ｍｍ、発光管外径１０ｍｍ（内径８ｍｍ）のキセノンフラッシュランプ４０を用いた殺菌試験では、該ランプの中心から被処理物の表面までの照射距離を１００ｍｍとしたときに、その被処理物の表面に付着した微生物の滅菌処理に必要なランプ出力と照射回数は、枯草菌芽胞の場合には５００Ｊを６回又は２０００Ｊを１回で足り、また、黒麹カビの場合には５００Ｊを１６回又は２０００Ｊを３回で足り、その処理時間も、僅か数秒〜数十秒で足りるという優れた殺菌効果を奏することが確認されている。

ここで、このような光パルス殺菌に用いられるフラッシュランプ４０の封止用ガラス材４６，４７を用いた発光管４１の端部の封止は従来から行われており（例えば、特許文献１参照。）、この具体的な封止手順は、図５（ａ）に示すように、タングステンからなる電極リード棒４４，４５を不活性ガス雰囲気中で高周波又は発熱体で加熱して、その表面に先ず封止用ガラス材４６，４７をガラス巻き加工する。一方、発光管４１を不活性ガス雰囲気中で回転させながら、プロパンと水素又は水素と酸素の混合ガスで加熱し、発光管４１の端部の封着用ガラス５１，５２の開口部に電極ユニット４２，４３を電極４８，４９の側から挿入し、電極リード棒４４，４５の周囲に形成された封止用ガラス材４６，４７と、発光管４１の端部における封着用ガラス５１，５２とを上記混合ガスで加熱して接続することにより、図５（ｂ）に示すフラッシュランプ４０を得ている。そして、近年では石英ガラスから成る発光管４１とタングステンから成る電極リード棒４４，４５の熱膨張率の相違から、保存時と使用時の熱変化によりその接合部分が破損することを防止するために、封着用ガラス５１，５２として軸方向に熱膨張率が変化する段継ぎガラス管が用いられることが多い。

また、このような光パルス殺菌に用いられるフラッシュランプ４０は、１回の閃光の発光エネルギーが単位発光長当たり１５Ｊ／ｃｍ以上になると、その発熱量が比較的多くなるために、循環する冷却水により冷却しつつ使用される。そして、フラッシュランプ４０の冷却器への挿着及びその冷却器からの離脱に際して、その挿着及び離脱を行う作業員は、ランプ４０における発光管４１の端部又はその端部から外部に突出する電極リード棒４４，４５を把持して行うことになる。

特許第２７２３５７３号公報（第１−３頁、第３図）

しかし、石英ガラスから成る発光管４１とタングステンから成る電極リード棒４４，４５ではその熱膨張率が相違することから、その電極リード棒４４，４５を発光管４１の端部に密着封止する際に加えられる熱ストレスが発光管４１と電極リード棒４４，４５との接合部分に残存し、石英ガラス単体から成る発光管４１の機械的強度に比較して、その接合部分の機械的強度は低下する。このような接合部分の強度の低下は、その接合箇所に段継ぎガラス管を介装させた場合であっても生じる傾向にある。

ここで、１回の閃光の発光エネルギーが単位発光長当たり１５Ｊ／ｃｍ以上となるフラッシュランプ４０では、冷却器に装着された状態で使用されるけれども、その装着にあっては冷却水の漏れを防止するパッキンが設けられた冷却器にフラッシュランプ４０を挿入し、フラッシュランプ４０の交換にあっては、発光管に嵌入して密着する冷却器のパッキンから既に使用されたフラッシュランプ４０を引き抜く必要もある。このため、フラッシュランプ４０の挿脱等のために、作業員がフラッシュランプ４０における発光管４１の端部又はその端部から外部に突出する電極リード棒４４，４５を把持すると、その作業員が把持する力が、その接合箇所又はその接合箇所に存在する段継ぎガラス管に直接的に加えられ、又は電極リード棒４４，４５を介してその接合箇所に間接的に加えられ、その加えられた力により接合箇所が破損するような不具合が生じる。

また、発光管４１の内部には放電の補助のためのバッファーガスが封入されているけれども、その純度はフラッシュランプ４０の光学的・電気的性能や寿命特性に大きく影響する。一方、このフラッシュランプ４０は使用時に比較的高温になるものであり、発光管４１を構成する石英ガラスはそれまでに取り込んだ不純物ガスを高温において放出する性質がある。このため、フラッシュランプ４０の製造にあっては、発光管４１を真空状態で加熱し、発光管４１を構成する石英ガラスに含まれる不純物ガスを予め取り除く脱ガス処理が行われる。この脱ガス処理にあっては、発光管４１の内部を真空にした状態で行う必要があるため、発光管４１の両端に電極リード棒４４，４５が密着封止された状態で行われる。そして、電極リード棒４４，４５がタングステンである場合には、その外周に設けられる封止用ガラス材４６，４７はタングステンと同等の熱膨張係数を有するタングステンガラスが用いられる。

しかし、封止用ガラス材４６，４７として用いられるタングステンガラスの軟化点は約７７５℃と比較的低く、その軟化点が比較的高い約１６００℃〜１７００℃である石英ガラスと相違する。このため、脱ガス処理時に、電極リード棒４４，４５を密着封止するタングステンガラスが融解することを防止するために、その脱ガス処理の処理温度はタングステンガラスの軟化点以下に抑える必要がある。よって、従来のフラッシュランプ４０では、その脱ガス処理時に、封止用ガラス材４６，４７の周囲の温度を高めることができずに、その周囲の発光管４１に含まれる不純物ガスを十分に取り除くことができないという未だ解決すべき課題が残存していた。

本発明の目的は、作業員の作業時に生じ得る電極リード棒と石英ガラスから成る発光管との接合部における破損の発生を未然に防止し得るフラッシュランプを提供することにある。

本発明の別の目的は、発光管内の不純ガスを極力少なくして、長寿命化を図り得るフラッシュランプを提供することにある。

本発明は、内部にキセノンガスが封入された石英ガラスから成る管型発光管と、発光管の両端部の内側に対向配置された電極と、電極が先端に接合され中間が発光管の端部に気密封止されて基端が発光管の外側に導出する金属製電極リード棒とを備えるキセノンフラッシュランプの改良である。

その特徴ある構成は、金属製電極リード棒を嵌入する段継ぎガラス管が発光管の端部に挿入され、段継ぎガラス管の一端が電極リード棒に溶着され、段継ぎガラス管の他端が発光管に溶着されて、電極リード棒が発光管の端部に気密封止されたところにある。

この場合、段継ぎガラス管は、電極リード棒を包囲して電極に臨む一端が電極リード棒に溶着されたガラス外套体と、ガラス外套体の他端に同軸に接合されて発光管の端部に溶着された石英ガラスビーズとを備え、石英ガラスビーズは電極リード棒が僅かな隙間を空けて嵌入可能な内径に形成されたことが好ましい。

また、電極が円柱状幹部を有し、電極と電極リード棒との接合点から段付きガラス管の一端までは所定の距離だけ隔離されると共に、円柱状幹部をその外側面が発光管の壁面に密着するようにシュリンクシールにより発光管に固定することもできる。そして、電極と電極リード棒との接合点から段付きガラス管の一端までの所定の距離が１５ｍｍ以上であれば、１回の閃光の発光エネルギーが単位発光長当たり１５Ｊ／ｃｍ以上のフラッシュランプとして使用することができる。

本発明のフラッシュランプでは、発光管の端部に挿入された段継ぎガラス管を介して電極リード棒を発光管の端部に気密封止するので、機械的強度が小さい電極リード棒と段継ぎガラス管との融着固定部及び段継ぎガラス管接合箇所を、機械的強度が比較的強い発光管の端部内側に収めることができる。このため、フラッシュランプの挿脱等のために、作業員がフラッシュランプにおける発光管の端部を把持したとしても、その発光管の端部内側に存在する電極リード棒と段継ぎガラス管との融着固定部及び段継ぎガラス管接合箇所が直接的に作業員の手によって把持されるようなことはない。このため、作業員が把持することにより生じる外力が、発光管と電極リード棒との接合部分に直接的に加えられることに起因する破損を防止することができる。

また、段継ぎガラス管における石英ガラスビーズが僅かな隙間を空けて電極リード棒に嵌入可能な内径であれば、発光管に融着された機械的強度がある石英ガラスビーズによって、そのビーズに挿通された電極リード棒がそのビーズの内部で著しく振れるようなことは防止される。このため、作業員がフラッシュランプにおける発光管の端部から外部に突出する電極リード棒を把持しても、その電極リード棒が著しく揺動するようなことはなく、その電極リード棒が著しく揺動することに起因して、発光管と電極リード棒との接合部分が破損するようなことを回避することができる。そして、このビーズの内径が電極リード棒の外径に著しく近づくと、その電極リード棒はこのビーズにより実質的に把持されて固定されるものとなり、電極リード棒が封止された発光管端部における強度を著しく向上することができる。

また、電極における円柱状幹部をシュリンクシールにより発光管に固定すれば、シュリンクシールにより電極が発光管壁に密着するので、ランプ動作時の電極冷却が促進され、電極の酸化及び電極物質の蒸発が防止される。また、電極から生じるプラズマ放電が電極のリード棒側に回り込んでその電極リード棒と段継ぎガラス管との融着固定部及びその周辺部が破損することを防止することもできる。更に、発光管に電極を固定すれば、その電極に先端が接合された電極リード棒もその電極を介して発光管に固定されることになる。このため、その電極リード棒が移動又は揺動するようなことはなく、その電極リード棒の移動又は揺動に起因する発光管と電極リード棒との接合部分の破損を有効に防止することができる。そして、電極と電極リード棒との接合点から段付きガラス管の一端までを所定の距離だけ隔離させることにより、シュリンクシール時の熱により電極リード棒と段継ぎガラス管との接合部が破損することを回避することができる。

一方、本発明のフラッシュランプでは、段継ぎガラス管を融着固定前の発光管の端部に挿入可能に構成したので、発光管の内部に挿入された段継ぎガラス管はその内部において移動可能になる。このため、比較的長い発光管を用いることにより、発光管の脱ガス処理に際して、その段付きガラス管を本来的位置から外して発光管の端部近傍に待避させておくことができる。すると、その段継ぎガラス管が本来的に設けられる部分を加熱しても、その熱は待避位置にある段継ぎガラス管に達しないので、脱ガス処理時に、発光管の段継ぎガラス管が本来的に設けられる部分であっても十分に高い温度での加熱が可能になり、製造時における発光管の脱ガス処理を十分に行うことが可能になる。

本発明実施形態のフラッシュランプの断面図である。 そのフラッシュランプの製造手順を示す図である。 本発明実施例に用いたフラッシュランプの点灯回路を示す図である。 その実施例におけるフラッシュランプの点灯回数と残存率との関係を示す図である。 従来のフラッシュランプを示す断面図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に、本発明のフラッシュランプ１０を示す。このフラッシュランプ１０は、内部にキセノンガスが封入された石英ガラスから成る管型発光管１１と、その発光管１１の両端に対向して配置された一対の電極ユニット１２，１６を備える。発光管１１は、紫外線透過率の高い石英ガラスによって円筒形に成形され、その両端に配置される一対の電極ユニット１２，１６は、発光管１１の両端部の内側に対向配置されたタングステンからなる電極１３，１７と、その電極１３，１７の基端面に先端側が同軸状に接合された金属製電極リード棒１４，１８とをそれぞれ備える。

陽極となる電極１３は、断面が円形であって、発光管の内径より僅かに小さな外径を有するバルク状の円柱状幹部のみから成り、陽極用電極リード棒１４は電極１３の基部に接合されたタングステンロッドにより形成される。また、陰極となる電極１７は、断面が円形であって、発光管の内径より僅かに小さな外径を有するバルク状の円柱状幹部１７ａを有し、その幹部１７ａの陽極側電極１３に臨む先端部には、タングステンを主成分とする電子放出性物質からなる焼結体１７ｂが固着される。陰極用電極リード棒１８は電極１７の幹部１７ａが先端に接合されたタングステンロッドにより形成される。そして、それらの電極１３，１７が先端に接合されたそれぞれの電極リード棒１４，１８は、それらの中間が発光管１１の端部に気密封止されて、基端が発光管１１の外側にそれぞれ導出される。このように両端が封止された発光管１１の内部には、キセノンガスが封入される。

電極リード棒１４，１８の発光管１１の端部への気密封止は段継ぎガラス管２１，２６を介して行われ、本発明は、発光管１１の両端又は片端における段継ぎガラス管が発光管１１の端部に挿入されたことを特徴とする。この実施の形態では、発光管１１の片側である陰極電極１７側における端部に段継ぎガラス管２６が挿入される場合を示し、陽極電極１３側における端部に段継ぎガラス管２１は挿入しない。即ち、この実施の形態における陽極電極ユニット１２は、フラッシュランプ１０の外部に表出する外部段継ぎガラス管２１を介して従来の方法により発光管１１の端部に取付けられ、陰極電極ユニット１６が、本発明の構成要素となる内部段継ぎガラス管２６を介して発光管１１の端部に取付けられるものとする。

外部段継ぎガラス管２１を介して陽極電極ユニット１２を発光管１１の端部に取付ける具体的な手順を説明すると、先ず、陽極電極リード棒１４を不活性ガス雰囲気中で高周波又は発熱体で加熱して、その表面に膨張率がタングステンと同等のタングステンガラスを馴染ませたガラス巻き１５を形成する。一方、発光管１１を回転させながら、プロパンと酸素又は水素と酸素の混合ガスで加熱し、発光管１１の端縁に外部段継ぎガラス管２１を溶接する。この外部段継ぎガラス管２１は、石英ガラスから成るリング２２とタングステンガラスから成るリング２３がそれぞれ端部に設けられ、それらの間に複数のガラスリング２４ａ，２４ｂが設けられたものであって、軸方向に熱膨張率が順次変化するように連接されたものである。そして、段継ぎガラス管２１の一方の端部における石英ガラスから成るリング２２が、石英ガラスからなる発光管１１の端縁に溶接され、段継ぎガラス管２１の他方の端部におけるタングステンガラスから成るリング２３が、電極リード棒１４の周囲に形成されたガラス巻き１５に溶接される。すると、発光管１１の内側に配置された陽極電極１３に先端が接合された陽極電極リード棒１４の中間は発光管１１の端部に気密封止され、その基端が発光管１１の外側に導出することになる。このようにして、陽極電極リード棒１４は発光管１１の端部に外部段継ぎガラス管２１を介して気密封止される。

一方、陰極電極リード棒１８の発光管１１の端部への気密封止は、陰極電極１７側における発光管１１の端部に挿入された内部段継ぎガラス管２６を介して行われる。この陰極側における内部段継ぎガラス管２６は、電極リード棒１８を包囲して一端が電極リード棒１８に溶着されたガラス外套体２７と、そのガラス外套体２７の基端に同軸に接合されて発光管１１の端部に溶着された石英ガラスビーズ２８とを備える。ガラス外套体２７は、石英ガラスから成るリング２７ａとタングステンガラスから成るリング２７ｂがそれぞれ端部に設けられ、それらの間に複数のガラスリング２７ｃ，２７ｄ，２７ｅが設けられたものであって、軸方向に熱膨張率が順次変化するように連接されたものである。ガラス外套体２７及び石英ガラスビーズ２８のそれぞれの外径は発光管１１に挿入可能な大きさに形成される。また、ガラス外套体２７は電極リード棒１８に余裕を持って嵌入可能な内径に形成され、石英ガラスビーズ２８は比較的厚肉であって電極リード棒１８が僅かな隙間を空けて嵌入可能な内径に形成される。この僅かな隙間とは、０．１ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以下であることが更に好ましい。そして、このガラス外套体２７の端部における石英ガラスから成るリング２７ａが石英ガラスビーズ２８に溶接されて内部段継ぎガラス管２６が形成される。

この陰極における内部段継ぎガラス管２６は、ガラス外套体２７が陰極電極１７に臨むように陰極電極リード棒１８を嵌入し、陰極電極リード棒１８には、陽極電極リード棒１４と同様に、その周囲にタングステンガラスのガラス巻き１９が予め形成される。そして、内部段継ぎガラス管２６の陰極電極１７に臨む一端、即ち、ガラス外套体２７のタングステンガラスから成るリング２７ｂの先端部が、電極リード棒１８の周囲に形成されたガラス巻き１９に溶接される。このとき、陰極電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から内部段継ぎガラス管２６の一端までは所定の距離Ｌだけ隔離される。この所定の距離Ｌは１５ｍｍ以上であることが好ましく、２２ｍｍ以上であることが更に好ましい。このように電極リード棒１８に一端が接合された内部段継ぎガラス管２６を介して、この陰極電極リード棒１８は発光管１１の端部に気密封止されるけれども、その封止は、陽極電極ユニット１２が設けられて発光管１１の陽極側端部が封止された後に行われる。

図２に、発光管１１の陽極側端部が封止された後に行われる発光管１１の陰極側端部における気密封止を示す。図２（ａ）に示すように、発光管１１は、陰極電極ユニット１６が設けられる部分を越えるような長さのものが準備され、その一方の端部に陽極電極ユニット１２が設けられて封止される。この発光管１１には、この発光管１１の内部のガスを排気するための排気管１１ａが陰極電極ユニット１６が正規に設けられる位置と他方の暫定的端縁との間に設けられる（図２（ｃ））。内部段継ぎガラス管２６は、陰極電極リード棒１８を嵌入して、電極１７に臨むそのガラス外套体２７における一端部が予め電極リード棒１８に溶接される。このように内部段継ぎガラス管２６が電極リード棒１８に溶接された陰極電極ユニット１６を、電極１７が陽極電極１３に対向するように発光管１１の端部にその内部段継ぎガラス管２６とともに挿入し、図２（ｂ）に示すように、その後に発光管１１の他方の暫定的端部を熱封止する。

次に、いわゆる脱ガス処理を行う。図２（ｂ）に示すように、この脱ガス処理に際して、陰極電極ユニット１６は、本来設けられる位置から外して、発光管１１の封止された他方の暫定的端部近傍に待避させる。また、陽極電極ユニット１２の近傍には、発光管１１の一方の端部に連接された外部段継ぎガラス管２１が過熱されることを防止する防熱壁３２が設けられる。発光管１１を加熱する発熱体３１は、防熱壁３２が設けられた部分から排気管１１ａ近傍の陰極電極ユニット１６が本来的に設けられる部分までを十分に加熱可能なものが用いられる。この発熱体３１により発光管１１を加熱するとともに、排気管１１ａを介して発光管１１内部のガスを外部に排気して、その発光管１１を構成する石英ガラスに含まれた不純物ガスを取り除く。そして、この脱ガス処理が完了した後に、排気管１１ａから真空状態の発光管１１の内部にキセノンガスを所定量送り込んで、その排気管１１ａを封止することにより（図２（ｃ））、発光管１１の内部にキセノンガスを封入する。

その後、図２（ｃ）に示すように、陰極電極ユニット１６を正規の位置に発光管１１を傾けるなどして移動させ、そのユニット１６ともに移動する内部段継ぎガラス管２６の石英から成る石英ガラスビーズ２８の周囲を加熱する。そして、石英ガラスビーズ２８の周囲における発光管１１を溶融軟化させて、内部が減圧状態にあるために、その部分が縮径することを利用して、石英ガラスビーズ２８に溶着させる。こうして、前記の通り、ガラス外套体２７を構成する熱膨張係数がタングステンに近いリング２７ｂが陰極電極リード棒１８に融着すると共に、そこから隔離した場所で、内部段継ぎガラス管２６の、熱膨張係数が石英ガラスと同じ石英ガラスビーズ２８が、発光管１１に融着することになる。

その後、石英ガラスビーズ２８の基端縁に沿って発光管１１を切断し、その基端縁を越える部分を排気管１１ａとともに除去する。すると、図２（ｄ）に示すように、発光管１１の内側に配置された陰極電極１７に先端が接合された陰極電極リード棒１８は、その中間が発光管１１の端部に気密封止され、その基端が発光管１１の外側に導出されることになる。これにより、陰極電極リード棒１８が発光管１１の端部に気密封止される。そして、排気管１１ａは切断除去された発光管１１の端部とともに除去されるので、排気管１１ａを取り除いた痕跡である排気チップ部１１ｂ（図２（ｃ））がフラッシュランプ１０における発光管１１に残存するようなことはない。

図１に戻って、最後の工程として、一対の電極１３，１７はいずれも少なくとも円柱状幹部１３，１７ａを有するので、この円柱状幹部１３，１７ａはその外側面が全長に亘って発光管１１の壁面に密着するようにシュリンクシールによりその発光管１１に固定される。即ち、電極ユニット１２，１６が発光管１１の両端部に設けられて、その発光管１１の両端部が気密封止された後に、電極１３，１７を構成する各円柱状幹部１３，１７ａの周囲をそれぞれ加熱する。そして、各円柱状幹部１３，１７ａの周囲における発光管１１を溶融軟化させて、内部が減圧状態にあるために、その部分が縮径することを利用して、各円柱状幹部１３，１７ａに溶着させる。このようにすることにより、１回の閃光の発光エネルギーが単位発光長当たり１５Ｊ／ｃｍ以上のフラッシュランプ１０を完成させることができる。

このように構成されたフラッシュランプ１０では、発光管１１の端部に挿入された内部段継ぎガラス管２６を介して陰極電極リード棒１８を発光管１１の端部に気密封止するので、機械的強度が小さい陰極電極リード棒１８と内部段継ぎガラス管２６との融着固定部及び段継ぎガラス管接合箇所は、機械的強度が比較的強い発光管１１の端部における内側に収められる。ここで、「段継ぎガラス管接合箇所」とは、内部段継ぎガラス管２６における複数のガラスリング２７ｃ，２７ｄ，２７ｅが接合された部分を示し、従来から外力により破損しやすいと言われている箇所である。このため、フラッシュランプ１０の挿脱等のために、作業員がフラッシュランプ１０における発光管１１の端部を把持したとしても、その発光管１１の端部内側に存在する陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との融着固定部及び段継ぎガラス管接合箇所が直接的に作業員の手によって把持されるようなことはない。このため、作業員が把持することにより生じる外力は機械的強度が比較的強い発光管１１により受け止められ、その外力が発光管１１と陰極電極リード棒１８との接合部分に直接的に加えられることに起因する破損を防止することができる。

また、内部段継ぎガラス管２６における石英ガラスビーズ２８が僅かな隙間を空けて陰極電極リード棒１８に嵌入可能な内径であるので、発光管１１に融着された機械的強度がある石英ガラスビーズ２８によって、そのビーズ２８に挿通された陰極電極リード棒１８はそのビーズ２８の内部で著しく振れるようなことは防止される。このため、作業員がフラッシュランプ１０における発光管１１の端部から外部に突出する陰極電極リード棒１８を把持しても、その陰極電極リード棒１８が著しく揺動するようなことはなく、その陰極電極リード棒１８が著しく揺動することにより、発光管１１と陰極電極リード棒１８との接合部分が破損するようなことを回避することができる。そして、このビーズ２８の内径が陰極電極リード棒１８の外径に近づいて、石英ガラスビーズ２８と電極リード棒１８との間の隙間が０．１ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以下になると、その陰極電極リード棒１８はこのビーズ２８により実質的に把持されて固定されるようなものとなり、その電極リード棒１８が封止された発光管１１端部における強度を更に高めることができる。この結果、作業員の作業時に生じ得る電極リード棒１８と石英ガラスから成る発光管１１との接合部における破損の発生を未然に防止することが可能になる。

また、電極１３，１７におけるそれぞれの円柱状幹部１３，１７ａをシュリンクシールにより発光管１１に固定しているので、そのシュリンクシールにより電極１３，１７の外側面は発光管１１の内壁に密着することになる。そして、使用条件における１回の閃光の発光エネルギーが単位発光長当たり１５Ｊ／ｃｍ以上であると、このフラッシュランプ１０は循環する冷却水により冷却しつつ使用されることになる。すると、このランプ１０の動作時に発光管１１の外部を流通する冷却水は、その発光管１１に密着する電極１３，１７をも冷却するので、それら電極１３，１７の酸化及び電極１３，１７物質の蒸発を防止することができる。

また、電極１３，１７におけるそれぞれの円柱状幹部１３，１７ａをシュリンクシールにより発光管１１に固定しているので、円柱状幹部１３，１７ａの外周と発光管１１の内周との間に隙間はない。このため、その隙間を介して電極１３，１７から生じるプラズマ放電が電極１３，１７のリード棒１４，１８側に回り込むことはなく、プラズマ放電の回り込みに起因する電極リード棒１４，１８の融着固定部及びその周辺部が破損することを防止することもできる。

更に、発光管１１に陰極電極１７が固定されるので、その電極１７に先端が接合された陰極電極リード棒１８もその電極１７を介して発光管１１に固定されることになる。すると、この電極リード棒１８は、発光管１１に固定された先端と石英ガラスビーズ２８に包囲された部分の間が内部段継ぎガラス管２６に溶着される結果となり、作業員がこの陰極電極リード棒１８を把持しても、その陰極電極リード棒１８が軸方向に移動したり又は揺動するようなことを防止することができる。よって、その陰極電極リード棒１８の移動又は揺動に起因する発光管１１と陰極電極リード棒１８との接合部分の破損を効果的に防止することができる。

ここで、電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から内部段付きガラス管２６の一端までを所定の距離Ｌだけ隔離させるので、シュリンクシール時の熱が電極１７から陰極電極リード棒１８に伝達され、その陰極電極リード棒１８と内部段継ぎガラス管２６との接合部がその熱により破損することは無い。

一方、本発明のフラッシュランプ１０においても、発光管１１を構成する石英ガラスに含まれる不純物ガスを取り除くための脱ガス処理が行われる。けれども、本発明のフラッシュランプ１０にあっては、段継ぎガラス管２６を発光管１１の端部に挿入可能に構成したので、発光管１１の両端部を封止した状態であっても、段継ぎガラス管２６は発光管１１の内部において移動可能になる。このため、図２（ａ）に示すように、陰極電極ユニット１６が設けられる部分を越えるような長さの発光管１１を用いることにより、図２（ｂ）に示すように、この脱ガス処理に際して、その段付きガラス管２６を陰極電極ユニット１６とともに発光管１１の封止された端部近傍に待避させておくことができる。すると、発光管１１の陰極電極ユニット１６が本来的に設けられる部分を加熱しても、その熱は待避位置にある段継ぎガラス管２６に達しない。よって、本発明のフラッシュランプ１０では、その脱ガス処理時に、発光管１１の陰極電極ユニット１６が本来的に設けられる部分であっても十分に高い温度での加熱が可能になり、発光管１１の製造時における脱ガス処理を十分に行うことができる。この結果、発光管１１内の不純ガスを極力少なくすることができ、得られたフラッシュランプ１０の長寿命化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態では、発光管１１の片側である陰極電極１７側における端部に本発明の構成要素である段継ぎガラス管２６を挿入し、陽極電極１３側における端部に従来技術に属する段継ぎガラス管２１を設ける場合を説明したけれども、図示しないが、陰極電極１７側における発光管１１の端部に段継ぎガラス管２６を挿入するとともに、陽極電極１３側における端部にも段継ぎガラス管２６を挿入しても良い。

次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。

＜実施例１＞
図１に示すようなフラッシュランプ１０を製造した。即ち、発光管１１と、その発光管１１の両端部の内側に対向配置された一対の電極１３，１７と、その一対の電極１３，１７に先端が接合された一対の電極リード棒１４，１８とを備え、発光管１１の片側である陰極電極１７側における端部に段継ぎガラス管２６が挿入され、陽極電極１３側における端部に段継ぎガラス管２１を挿入しないフラッシュランプ１０を準備した。発光管１１は、紫外線透過率の良い石英ガラスで成形され、その内径が８ｍｍのものを準備した。

陽極電極１３は、直径７．５ｍｍであって長さが３０ｍｍのタングステンから成る円柱状のものを使用した。陰極電極１７は、直径７．５ｍであって長さが２５ｍｍのタングステンから成る円柱状幹部１７ａと、その幹部１７ａの先端部に固着されたタングステンを主成分とする電子放出性物質からなる焼結体１７ｂとを備えるものを使用した。一対の電極リード棒１４，１８はそれぞれ外径が２．４ｍｍのタングステンロッドを用いた。

電極リード棒１４，１８の発光管１１の端部への気密封止は段継ぎガラス管２１，２６を介して行った。陽極電極１３にあっては、その電極１３と電極リード棒１４との接合箇所からの距離Ｈが３５ｍｍのところの電極リード棒１４の表面にガラス巻き１５を形成した。その一方で、発光管１１の端縁に外部段継ぎガラス管２１を接続した。そして、外部段継ぎガラス管２１のタングステンガラスから成る端部をガラス巻き１５に溶接して陽極電極リード棒１４の中間を発光管１１の端部に気密封止した。

一方、発光管１１の片側である陰極電極１７側における端部には、ガラス外套体２７と石英ガラスビーズ２８からなる内部段継ぎガラス管２６を挿入した。石英ガラスビーズ２８は外径が７．６ｍｍのものを使用した。但し、石英ガラスビーズ２８の内径は、電極リード棒１８が僅かな隙間を空けて嵌入可能な２．５ｍｍとした。このため、石英ガラスビーズ２８との内面と電極リード棒１８の外面との間に形成されるこの僅かな隙間は、計算上０．０５ｍｍになる。

陰極電極リード棒１８には、ガラス巻き１９を予め形成し、内部段継ぎガラス管２６の陰極電極１７に臨む一端をそのガラス巻き１９に溶接した。このとき、陰極電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から内部段継ぎガラス管２６の一端までの所定の距離Ｌを２２ｍｍとした。

内部段継ぎガラス管２６が電極リード棒１８に溶接された陰極電極ユニット１６を発光管１１の端部に挿入し、脱ガス処理及びキセノンガスの封入を行った。キセノンガスは発光管１１の内部に３００Ｔｏｒｒの圧力で封入した。その後、この陰極電極ユニット１６を正規の位置に移動させ、そのユニット１６ともに移動する内部段継ぎガラス管２６の石英から成る石英ガラスビーズ２８の周囲を加熱して、その周囲における発光管１１を溶融軟化させて石英ガラスビーズ２８に溶着させた。このとき、一対の電極１３，１７の間の距離Ｄを３３０ｍｍとした。その後、石英ガラスビーズ２８の基端縁に沿って発光管１１を切断し、その基端縁を越える部分を除去した。

その後、最後の工程として、一対の電極１３，１７の周囲をそれぞれ加熱して、その周囲における発光管１１を溶融軟化させて縮径させ、各円柱状幹部１３，１７ａに溶着させた。即ち、電極１３，１７の外側面を発光管１１の壁面に密着させて、フラッシュランプ１０を完成させた。このように、シュリンクシールにより電極１３，１７が発光管１１に固定されたフラッシュランプ１０を８本準備した。この８本のフラッシュランプ１０を実施例１とした。

＜比較例１＞
陰極電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から内部段継ぎガラス管２６の一端までの所定の距離Ｌを１２ｍｍとしたことを除いて、実施例１と同一の材料及び同一の手順により、シュリンクシールにより電極１３，１７が発光管１１に固定された図１に示すフラッシュランプ１０を１５本得た。この１５本のフラッシュランプ１０を比較例１とした。

＜比較試験＞
図３に示す点灯回路６０及び冷却器７０を準備した。図３に示す点灯回路は、充電用コンデンサ６１、充電用電源６２、波形調整用インピーダンズ６３、半導体スイッチ６４、シマー放電用電源６５、シマー放電電流制御用インピーダンス６６とで構成され、シマー放電用電源６５から２０００Ｖの直流電圧が印加されるとランプが絶縁破壊しシマー点灯する。このときシマー放電電流制御用インピーダンス１７によって１００ｍＡのシマー電流が流れ、ランプはフラッシュ点灯の待機状態になり、次に、充電用電源６２からコンデンサ６１に直流電圧が印加されて、２０００Ｊの充電エネルギーが蓄えられる（充電電圧４０００Ｖ、コンデンサ容量２５０μＦ）。そして、半導体スイッチ６４に点灯信号が入力されると、発光管１１にコンデンサ６１に蓄えられた電荷が一気に流れて、瞬間的に高強度の光パルスが発せられる。なお、電流は波形調整用インピーダンズ６３で制御されるが、本寿命試験におけるピーク電流は２６００Ａ、半値幅４００μｓとした。

一方、冷却器７０は、フラッシュランプ１０を包囲する水冷ジャケット７１と、その水冷ジャケット７１に冷却水を供給する冷却器本体７６とを備える。水冷ジャケット７１は、フラッシュランプ１０の両端における電極１３，１７を包囲するように装着される循環子機７２，７３と、それらの循環子機７２，７３の間に設けられてフラッシュランプ１０をその外面から所定の間隔を空けて包囲するガラス管７４とを備えるものを用いた。そして、フラッシュランプ１０の陰極電極１７の周囲に設けられた一方の循環子機７２に冷却器本体７６からの供給管７７を接続し、フラッシュランプ１０の陽極電極１３の周囲に設けられた他方の循環子機７３から冷却器本体７６へ排出管７８を接続した。

冷却器本体７６は、冷却水を所定の温度に調整して、その温度が調整された冷却水を供給管７７を介して一方の循環子機７２に供給し、ガラス管７４を通過して他方の循環子機７３に流入した冷却水を、その他方の循環子機７３から排出管７８を介して回収可能に構成した。

そして、冷却器本体７６により２０℃に調整された冷却水を毎分５リットルの割合で循環子機７２に供給し、フラッシュランプ１０とガラス管７４の間を通過する冷却水によりフラッシュランプ１０の周囲を冷却しつつ、図３に示す点灯回路を用いて実施例１及び比較例１におけるフラッシュランプ１０を１秒間に２回の頻度でそれぞれ点灯させた。この点灯を１００万回繰り返し、点灯回数が５０万回の時と、１００万回の時に、フラッシュランプ１０における陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との接合部分を１０〜２０倍の拡大鏡を用いて目視により観察した。この観察は、陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との接合部分のクラック及び剥離の有無の確認を目的として行った。

その結果、陰極電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から段継ぎガラス管２６の一端までの所定の距離Ｌを２２ｍｍとした実施例１における８本のフラッシュランプ１０の全ては、点灯回数が５０万回の時と、１００万回の時の何れにあっても、陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との接合部分にクラック及び剥離を観察することはできなかった。

一方、陰極電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から段継ぎガラス管２６の一端までの所定の距離Ｌを１２ｍｍとした比較例１における１５本のフラッシュランプ１０は、１秒間に２回の頻度で更に点灯を繰り返し、点灯回数が５０万回の時に、その内の７本において陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との接合部分にクラックや剥離は観察されなかったけれども、８本においてはその部分に剥離が観察された。そして、クラックや剥離が観察されなかった７本のフラッシュランプ１０であっても、その点灯回数が１００万回に達した段階では、その内の４本において陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との接合部分にクラックや剥離は観察されなかったけれども、３本においてはその部分に剥離が新たに観察された。この結果を図４に示す。なお、比較例１における１５本のフラッシュランプ１０の内の１１本において剥離が観察されたことになるけれども、その内の６本については、更にクラックが発生して不点灯となり、点灯回数が１００万回に達しなかった。

＜評価＞
図４から明らかなように、陰極電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から段継ぎガラス管２６の一端までの所定の距離Ｌを１２ｍｍとした比較例１におけるフラッシュランプにのみ、陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との接合部分に剥離が観察されている。一方、陰極電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から段継ぎガラス管２６の一端までの所定の距離Ｌを２２ｍｍとした実施例１におけるフラッシュランプ１０では、そのような剥離が観察されていない。これは、シュリンクシール時に発光管１１の周囲に与えられる熱が電極１７から陰極電極リード棒１８に伝達され、その陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との接合部にその熱ストレスが加わることに起因するものと考えられる。

このため、シュリンクシールにより電極１３，１７を発光管１１に固定するフラッシュランプ１０にあっては、電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から段継ぎガラス管２６の一端まで所定の距離Ｌだけ隔離させる必要があり、その所定の距離Ｌは長い方が好ましいことが判る。そして、その所定の距離Ｌにあっては、比較例１の１２ｍｍでは好ましく無く、実施例１の２２ｍｍであれば十分であることも判る。してみると、その中間は１５ｍｍ程度と推測でき、電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から段継ぎガラス管２６の一端まで所定の距離Ｌは１５ｍｍ以上であることが好ましいと推測できる。そして、実施例１の結果から、その所定の距離Ｌは２２ｍｍ以上であれば、陰極電極リード棒１８と段継ぎガラス管２６との接合部分における剥離等を確実に回避することができるので、更に好ましいことも判る。

このことは、換言すれば、図１に示すように、電極１７と陰極電極リード棒１８との接合点から段継ぎガラス管２６の一端まで所定の距離Ｌだけ隔離させることを条件に、シュリンクシールにより電極１７を発光管１１に固定することが可能になることを意味する。すると、このようなフラッシュランプ１０にあっては、循環する冷却水により電極１３，１７の冷却を促進できるので、冷却を条件とする１回の閃光の発光エネルギーが単位発光長当たり１５Ｊ／ｃｍ以上のフラッシュランプ１０としての使用が可能になることも判る。

１０ フラッシュランプ
１１ 発光管
１７ 電極
１７ａ 円柱状幹部
１８ 電極リード棒
２６ 段継ぎガラス管
２７ ガラス外套体
２８ 石英ガラスビーズ
Ｌ 所定の距離

Claims (3)

1. 内部にキセノンガスが封入された石英ガラスから成る管型発光管(11)と、前記発光管(11)の両端部の内側に対向配置された電極(13,17)と、前記電極(13,17)が先端に接合され中間が前記発光管(11)の端部に気密封止されて基端が前記発光管(11)の外側に導出する金属製電極リード棒(14,18)とを備え、前記金属製電極リード棒(18)を嵌入する段継ぎガラス管(26)が前記発光管(11)の端部に挿入され、前記段継ぎガラス管(26)の一端が前記電極リード棒(18)に溶着され、前記段継ぎガラス管(26)の他端が前記発光管(11)に溶着されて、前記電極リード棒(18)が前記発光管(11)の端部に気密封止されたフラッシュランプにおいて、
   前記段継ぎガラス管(26)は、前記電極リード棒(18)を包囲して前記電極(17)に臨む一端が前記電極リード棒(18)に溶着されたガラス外套体(27)と、前記ガラス外套体(27)の他端に同軸に接合されて前記発光管(11)の端部に溶着された石英ガラスビーズ(28)とを備え、
   前記石英ガラスビーズ(28)は前記電極リード棒(18)が僅かな隙間を空けて嵌入可能な内径に形成された
   ことを特徴とするフラッシュランプ。
2. 電極(17)が円柱状幹部(17a)を有し、前記電極(17)と電極リード棒(18)との接合点から段継ぎガラス管(26)の一端までは所定の距離(L)だけ隔離されると共に、前記円柱状幹部(17a)はその外側面が発光管(11)の壁面に密着するようにシュリンクシールにより前記発光管(11)に固定された請求項１記載のフラッシュランプ。
3. １回の閃光の発光エネルギーは単位発光長当たり１５Ｊ／ｃｍ以上であり、電極(17)と電極リード棒(18)との接合点から段継ぎガラス管(26)の一端までの所定の距離(L)が１５ｍｍ以上である請求項２記載のフラッシュランプ。
   

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