JP6115713B2

JP6115713B2 - キセノンフラッシュランプ

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Publication number: JP6115713B2
Application number: JP2013056362A
Authority: JP
Inventors: 大祐堀井; 孝志伊藤; 日出海折戸; 朋也渡邉
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP2014182929A

Description

本発明は、紫外線放射のために使用されるキセノンフラッシュランプに関する。

このキセノンフラッシュランプは、主として、光硬化性樹脂を硬化させる工程で使用されている。例えば、ＤＶＤ製造のディスク貼り合わせ工程において、２枚のディスクピースの間に接着剤である光硬化性樹脂を挟み込み、光照射により樹脂硬化させて一体化している。

このキセノンフラッシュランプの点灯回路には、充電電圧を制御してランプ照度を一定にする調光機能が備えられている。ランプ照度を一定に維持することにより光硬化性樹脂の硬化度を一定に保ち、照射不足や照射過剰による品質への悪影響を防止している。この調光可能な範囲、即ち充電電圧の制御範囲（例えば、２．８〜３．６ｋＶ）は、ランプの始動特性に影響する封入ガス圧により決定されている。

特開2001-185088「閃光放電ランプ、およびその発光装置」（公開日：2001.07.06）特許第4399935号特開2012-69472「フラッシュランプ」（公開日：2012.04.05）

キセノンフラッシュランプでは、発光管内部にタングステン製の一対の電極が形成され、陰極側電極の先端には、高融点金属を主成分とする電子放射性物質からなる焼結体が固着されている。ランプ寿命が近づくと、イオン衝撃により陰極側電極の物質が飛散して、発光管の内周面に付着する現象が生じることがあった。発光管内周面が黒化すると、ランプの照度は著しく低下する。このため、照度不足にならないように、当初照度の７０％以上は確保することが必要である。

この陰極物質の飛散を防ぐためには、封入ガス圧を上げる方法がある。しかし、封入ガス圧を上げるとランプの始動特性が悪化して、充電電圧の下限値の上昇を招く（例えば、下限値を３．４ｋＶまで上げる必要がある）。

上記問題点に鑑みて、本発明は、キセノンフラッシュランプにおいて、封入ガス圧を上げて照度維持率を高くすると共に、始動特性を向上したランプを提供することを目的とする。

本発明に係るキセノンフラッシュランプは、一対の電極が内封された発光管と、前記発光管の外周面に沿って配置された始動用補助電極とを備えた、紫外線照射用のキセノンフラッシュランプにおいて、前記発光管の封入ガス圧は、４０〜８０ｋＰａの範囲内にあり、前記始動用補助電極は、相互に電気的に接続され、各々が前記発光管の外周面に密着しながら該発光管を取り囲む複数個のリング部ワイヤを有し、隣接する該リング部ワイヤの間隔は１００ｍｍ以下である。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、隣接する前記リング部ワイヤの間隔は、５〜１００ｍｍ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、前記始動用補助電極は、複数個のリング部ワイヤと、これらのリング部ワイヤを相互に電気的に接続する連結部ワイヤと、該連結部ワイヤの両端部に夫々接続された環状金属帯とを有し、前記環状金属帯は、前記発光管に一定の幅をもって巻き付けられ固定されていてもよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記ランプは、光硬化性樹脂を硬化させる樹脂硬化用ランプであってよい。

本発明によれば、キセノンフラッシュランプにおいて、封入ガス圧を上げて照度維持率を高くすると共に、始動特性を向上したランプを提供することが出来た。

図１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２は、従来のキセノンフラッシュランプを説明する図である。図３は、図１に示すキセノンフラッシュランプの点灯回路を説明する図である。図４は、図１に示すキセノンフラッシュランプにおいて、ガス圧をパラメータとしたピーク照度維持特性を示すグラフである。

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詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

［キセノンフラッシュランプ］
図１は、本実施形態に係るキセノンフラッシュランプ１０を示す図である。なお、一方の破線円は陽極側電極４ａの説明図であり、他方の破線円は陰極側電極４ｂの説明図であり、破線楕円は外部取り付け始動用補助電極８の説明図である。これに対して、図２は、従来のキセノンフラッシュランプ１００を説明する図である。

本実施形態に係るランプ１０と従来のランプ１００の相違は、主として、発光管２，２０に対する外部取り付け始動用補助電極８，８０の形状、作用、効果等にある。これらのランプ１０，１００の外形形状は、典型的には、全長Ｌｏは８７０ｍｍ、電極間距離（アーク長）Ｌｅは５５０ｍｍ、発光管の外周Ｄｔはφ１０ｍｍである。

図１に示すキセノンフラッシュランプ１０は、希ガスのキセノンを封入した発光管２の両端に、一対の電極４ａ，４ｂが対向して配置された構造となっている。発光管１０は、円筒形に成形された紫外線透過率の高い石英ガラスから成る。

一対の電極４ａ，４ｂの内、陽極側電極４ａは、電極リード棒４ａ−１の先端部をバルク状に成形加工したタングステンロッド４ａ−２によって形成されている。また、陰極側電極４ｂは、電極リード棒４ｂ−１の先端部に電子放出性物質の焼結体４ｂ−３が固着されたタングステンロッド４ｂ−２によって形成されている。ランプ寿命が近づくと、イオン衝撃により焼結体４ｂ−３の高融点金属や電子放射性物質が飛散して、発光管の内周面に付着する現象が生じることがあった。

発光管の外周面に沿って、始動用補助電極８が配置されている。始動用補助電極８は、各々が発光管の外周面に密着しながら該発光管を取り囲む複数個のリング部ワイヤ８−１と、発光管の軸線に沿って延在して隣接リング部ワイヤ間を連結する連結部ワイヤ８−２と、連結部ワイヤ８−２の両端部に夫々接続された環状金属帯８ａ，８ｂとから成る。

これに対して、図２に示す従来のキセノンフラッシュランプ１００の外部取り付け始動用補助電極８０は、両電極付近の発光管外側円周面を夫々囲むリング部ワイヤ８０−１，８０−１と、発光管外周面を螺旋状に一周しながら両端のリング部ワイヤ間を連結する螺旋状走行部ワイヤ８０−２とから成る。なお、従来のキセノンフラッシュランプ１００には、この部分が螺旋状でなく、直線状のものも有る。

図３は、図１に示すキセノンフラッシュランプの点灯回路の一例を説明する図である。ここで、符号１０は図１に示すランプであり、符号８はランプ１０の始動用補助電極であることに注意されたい。このキセノンフラッシュランプの点灯回路には、充電電圧を制御してランプ照度を一定にする調光機能が備えられている。点灯回路３０は、交流電源３２と、直流電源となるコンデンサ３４と、この出力を交流変換して昇圧する上昇インバータ回路３６と、ダイオードブリッジによる整流回路３８と、この出力を蓄電する充電用コンデンサ４０と、波形調整用コイル４２と、所定の照度を検出する照度検出手段（図示せず。）からの信号により上昇インバータ回路３６を制御する制御回路４４と、制御回路４４からの点灯信号を受けて始動用補助電極８にトリガパルスＰｓの出力を指示する始動回路４６とで構成されている。

交流電源３から充電用コンデンサ４０に充電エネルギーが蓄積される。この蓄積された電荷がランプ１０に印加された状態で、始動回路４６から始動用補助電極８にトリガパルスＰｓが入力すると発光管内部のキセノンガスの一部が電離して、充電用コンデンサ４０に蓄えられた電荷が一気に流れる。発光管内で生ずる放電プラズマによってキセノンガスが励起され、瞬間的に高強度の紫外線を発生する。

この始動回路３０の出力仕様では、充電電圧Ｖｃは２．０〜３．６ｋＶであり、トリガ電圧Ｖｔは１６ｋＶである。図１に示すランプ１０は、図には示していないが、反射鏡を備えた照射器に取り付けて、光硬化性樹脂を硬化させる工程で使用されている。

（ピーク照度維持率）
イオン衝撃により陰極側電極の高融点金属や電子放射性物質が飛散して、発光管の内周面に付着すると、発光管内周面が黒化してランプ照度が低下する。この黒化現象を抑制する方法として、封入ガス圧を高圧にする方法がある。

しかし、ランプの封入ガス圧を高くした場合、ランプの始動特性が悪化する。ランプを確実に始動するためには充電電圧Ｖｃを高くしなければならない。

表１に示すように、従来のランプ（図２参照）において、封入ガス圧が２０ｋＰａの場合、試料Ｎｏ．１〜５に対して充電電圧が２．８≦Ｖｃ（ｋＶ）であれば点灯ミスは発生せず、始動した。これに対し、封入ガス圧を５３ｋＰａに高くすると、充電電圧が２．８≦Ｖｃ≦３．３（ｋＶ）の範囲では点灯ミスが発生し、充電電圧を３．４≦Ｖｃ（ｋＶ）に高くする必要があった。

点灯ミス有無の判定は、1,000回点灯して、点灯ミス無しの場合を記号「○」で表示し、１回以上点灯ミスが有った場合を記号「×」で表示している。

しかし、封入ガス圧を高くするとイオン衝撃により陰極側電極の物質の飛散現象は抑制されるが、封入ガス圧を高くすることに伴い充電電圧を高くするとこの電極スパッタが加速され、封入ガス圧を高くして得られた効果が相殺されるおそれもある。

図４は、封入ガス圧をパラメータとしたピーク照度維持特性を示すグラフである。グラフ横軸は、点灯回数ゼロ〜１，０００万回を示す。グラフ縦軸は、各ランプの初期ピーク照度を１００％として点灯回数毎のピーク照度を相対ピーク照度（％）で表示している。

本実施例では、封入ガス圧は、４０，５３，８０ｋＰａの３種類である。比較例では、従来の７，２０ｋＰａの２種類を示している。各々、５本のランプを試作して実験を行った。

照度不足にならないように、初期照度の７０％以上は確保することが必要である。図４に示すように、例えば封入ガス圧が２０ｋＰａの従来のランプでは、点灯回数が５００万回で相対ピーク照度が７０％に低下する。ランプ照度を一定にする調光機能により、充電電圧Ｖｃは最大となる。これ以上照度が低下すると、ランプは寿命となる。

これに対して、本実施例の４０，５３，８０ｋＰａの３種類のランプは、点灯回数１，０００万回後であっても初期ピーク照度に対する７０％以上の維持率を有していた。

この結果より、イオン衝撃により陰極側電極の物質が飛散の影響を抑制するためには、封入ガス圧を高くして、４０〜８０ｋＰａの範囲内とすることが必要であることが判明した。

そこで、本発明者等は、ランプの封入ガス圧は高くするが、充電電圧を高く変更すること無く、確実に点灯可能なランプの完成を目指して開発を行った。その結果、本発明者等は、図２の従来のランプ１００に使用されている始動用補助電極８０の機能を高めることにより、ランプの始動特性を向上させて、充電電圧の変更無しで確実に点灯するランプを完成した。このランプの詳細は次の通りである。

（始動用補助電極と始動特性）
図１の破線楕円で囲まれた外部取り付け始動用補助電極８を参照願いたい。本実施形態に係るランプ１０で採用する始動用補助電極８は、リング部ワイヤ８−１と、隣接リング部ワイヤ間を連結する連結部ワイヤ８−２と、両端部に夫々接続された環状金属帯８ａ，８ｂとから成る。

従来のランプ１００で採用する始動用補助電極８０に比較して、本実施形態で採用する始動用補助電極８は、リング部ワイヤ８−１を複数用意して連結部ワイヤ８−２で連結して、ランプ始動時に発光管内部のキセノンガスに対する電離誘発機能を高めている。

表２は、本実施形態に係るランプ１０の始動用補助電極と始動特性の実験結果である。更に具体的には、隣接リング部ワイヤ間の間隔と充電電圧の関係を求めた実験結果である。比較例は、図２の従来のランプ１００である。

表２で、本実施例では、隣接リング部ワイヤ間の間隔として、Ｌｓ＝２５，５０，１００，１５０ｍｍのランプを各５本作成して実験を行った。

実験の条件として、ランプの封入ガス圧は、図４に示す３種類のランプの真ん中の５３ｋＰａに固定した。ランプ１０を照射器内に取り付けた使用状態で、充電電圧Ｖｃを２．８〜３．６ｋＶの範囲で０．１Ｖずつ変え、トリガ電圧はＶｔ＝１６ｋＶとした。各充電電圧を印加したランプに対して、０．２５秒毎に１回点灯の割合で、１，０００回の点灯を行った。

表２より、比較例（螺旋状）のランプ１００では、確実に点灯させるためには、充電電圧３．４≦Ｖｃ（ｋＶ）が必要であった。同様に、本実施例の隣接リング部ワイヤの間隔（「ピッチ」ともいう。）がＬｓ＝１５０ｍｍのランプでは、確実に点灯させるためには、充電電圧３．１≦Ｖｃ（ｋＶ）が必要であった。これに対して、本実施例の隣接リング部ワイヤ間の間隔がＬｓ＝１００，５０，２５ｍｍの各ランプでは、充電電圧２．８≦Ｖｃ（ｋＶ）でも確実に点灯することが出来た。

即ち、ランプの封入ガス圧を５３ｋＰａと高くしても、充電電圧を２．８≦Ｖｃ（ｋＶ）と比較的低い充電電圧Ｖｃでも確実に点灯するランプを完成することが出来た。特に、充電電圧が２．８≦Ｖｃ≦３．３（ｋＶ）の範囲内は、従来のランプでは確実な点灯が保証できなかった範囲である。始動用補助電極の機能を高めることで、ランプの始動特性を向上することができる。この結果、充電電圧を高くすること無く、確実に点灯するランプが得られた。

なお、隣接リング部ワイヤ間の間隔Ｌｓの下限値に関しては、電気的には制限は無い。しかし、リング部ワイヤ８−１が多すぎると、ランプの配光特性に悪影響が出てくるおそれがある。従って、隣接リング部ワイヤ間の間隔は、５≦Ｌｓ（ｍｍ）であることが望ましい。

更に、図１に示す始動用補助電極８のリング部ワイヤ８−１は、発光管２の軸線に垂直な面内で円形に形成され図示されている。しかし、これに限定されない。各リング部ワイヤ８−１が、発光管の外周面に密着しながら、閉じた円又は楕円として形成されている限り、これらは本実施形態の範囲内であることを承知されたい。

（環状金属帯の採用）
表１に示した比較例の実験において、ランプ１００の始動用補助電極８０が発光管２０の所定の位置から外れる問題が発生した。即ち、図２に示すランプ１００の始動用補助電極８０では、トリガパルスを繰り返し印加した際、両電極を取り囲むように位置する各リング部８０−１，８０−１が、徐々に緩み、位置ズレする現象が生じた。

そこで、図１に示す本実施形態に係るランプ１０では、このような緩み、位置ズレの発生を防止する目的で、始動用補助電極８の両端部に環状金属帯８ａ，８ｂを夫々形成している。この環状金属帯８ａ，８ｂは、一定の幅を持っているので、発光管に強く巻き付けて固定することが可能であり、緩み、位置ズレの発生を防止できる。更に、環状金属帯８ａ，８ｂは、発光管外部から発光管内の電極４ａ，４ｂを一定の幅で取り囲むように位置決めされており、内部キセノンガスの電離誘発機能を高めて始動特性向上にも寄与している。

［代替手段・変形例］
以上、本実施形態に係るキセノンフラッシュランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を何等制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易に成し得る追加・削除・変更・改良等は、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められる。

２：発光管、４ａ：陽極側電極、４ｂ：陰極側電極、８：始動用補助電極、８−１：リング部ワイヤ、８−２：連結部ワイヤ、８ａ，８ｂ：環状金属帯、３０：点灯回数、１０：キセノンフラッシュランプ，ランプ、２０：発光管、３０：点灯回路、３２：交流電源、３４：直流電源、３６：上昇インバータ、３８：整流回路、４０：充電コンデンサ、４２：波形調整用コイル、４４：制御回路、４６：始動回路、８０：始動用補助電極、８０−１：リング部ワイヤ、８０−２：連結部ワイヤ、１００：キセノンフラッシュランプ，ランプ
Ｄｔ：発光管外径、Ｌｏ：ランプ全長、Ｌｓ：リング部ワイヤの間隔，ピッチ、Ｖｃ：可変充電電圧、Ｖｔ：トリガ電圧、Ｐｓ：トリガパルス

Claims

一対の電極が内封された発光管と、
前記発光管の外周面に沿って配置された始動用補助電極とを備えた、紫外線照射用のキセノンフラッシュランプにおいて、
前記発光管の封入ガス圧は、４０〜８０ｋＰａの範囲内にあり、
前記始動用補助電極は、各々が前記発光管の外周面に密着しながら該発光管を取り囲む複数個のリング部ワイヤと、該発光管の軸線に沿って延在して隣接する該リング部ワイヤ間を電気的に連結する連結部ワイヤと、該連結部ワイヤの両端部に夫々接続された環状金属帯とを有し、
前記環状金属帯は、該発光管内の前記一対の電極を一定の幅で夫々取り囲むように位置決めされており、
隣接する前記リング部ワイヤの間隔は１００ｍｍ以下である、キセノンフラッシュランプ。
請求項１に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
隣接する前記リング部ワイヤの間隔は、５〜１００ｍｍの範囲内にある、キセノンフラッシュランプ。
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、
前記ランプは、光硬化性樹脂を硬化させる樹脂硬化用ランプである、キセノンフラッシュランプ。