JP6826273B2 - キセノンフラッシュランプ - Google Patents

Description

本発明は、パルス照射するために使用される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、キセノンガス中の放電による発光を利用したランプである。キセノンフラッシュランプの主な用途として、紫外線を使った殺菌処理、ＵＶ硬化性樹脂の光硬化処理等に使用されている。

生産工場における光硬化処理工程では、被照射物の品質を維持したまま生産効率を上げるため、「強い発光を短時間照射」することが求められる。特に、強い発光を短時間照射することにより、熱に弱い被照射物に対しても加熱によるダメージを与えずに処理が可能となる。このため、近年、薄層基材に塗布されたインクを焼成する光焼成技術にも応用されている。

特開2014-182929号「キセノンフラッシュランプ」（公開日：2014.09.29）出願人：岩崎電気株式会社 特開2005-19131号「閃光放電ランプ、閃光放電ランプ点灯装置および光照射装置」（公開日：2005.01.20）出願人：ハリソン東芝ライティング株式会社

「強い発光を短時間照射」するため、ランプの発光部の径を大きくしてインピーダンスを小さくし、短時間に大電流を流すことが考えられる。しかし、ランプ発光部の径を大きくした場合、ランプ発光部に沿って配置されている始動用トリガー線と電極との距離が拡がるため、始動特性が低下する。

これに対し、拡大したランプ発光部に合わせて電極放電部の径を大きくすることも考えられる。しかし、市販品の電極放電部を特別仕様の大きな径の電極放電部に代えることはコストアップにつながる。更に、大きな径の電極放電部を用いると、放電起点部分の面積も広くなって始動時に温まりにくくなる。この結果、いろいろな箇所が放電起点となり、放電時に電極部材の飛散が多くなり、ランプの黒化現象が発生した。

そこで、上記問題点に鑑みて、本発明は、ランプ発光部の径を大きくしても始動特性が低下しない新規な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。

本発明に係るキセノンフラッシュランプは、一面では、陽極電極及び陰極電極が内封された管状の発光管と、前記発光管の外周面に沿って配置されたトリガー線とを有するキセノンフラッシュランプであって、前記陰極電極は、大径部と該大径部の先端断面に固着されたエミッタ部とから成り、前記トリガー線は、複数個のリング部ワイヤと、これら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を有し、該リング部ワイヤの１つは、前記エミッタ部の先端を取り巻くように位置決めされ、前記エミッタ部は、ランプ軸線に垂直断面で半径方向外向きに偏位している。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、ランプ軸線に垂直方向に見て、前記エミッタ部と前記リング部ワイヤとの間隙Ｘ[mm]は、t＜Ｘ≦4.0 （但し、t：発光部の肉厚）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、前記エミッタ部は、前記連結部ワイヤに向かって偏位していてもよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記エミッタ部は、円柱形状又は楕円形状であってよい。

本発明によれば、ランプ発光部の径を大きくしても始動特性が低下しない新規なキセノンフラッシュランプを提供することが出来る。

図１Ａ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１Ｂは、図１Ａに示す従来のキセノンフラッシュランプのトリガー線の形状を説明する図である。 図１Ｃは、図１Ａに示す従来のキセノンフラッシュランプの陰極電極の形状を説明する図である。（ａ）は、図１Ａに示すＸ−Ｘ方向断面図であり、（ｂ）は、図１Ａに破線で示す矩形部分の拡大図である。 図２Ａ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２Ｂは、図２Ａに示す本実施形態に係るキセノンフラッシュランプのトリガー線の形状を説明する図である。 図２Ｃは、図２Ａに示す本実施形態に係るキセノンフラッシュランプの陰極電極の形状を説明する図である。（ａ）は、図２Ａに示すＸ−Ｘ方向断面図であり、（ｂ）は、図２Ａに破線で示す矩形部分の拡大図である。 図３は、陰極電極の形成方法を説明する図である。 図４は、図２Ａに示す本実施形態に係る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。

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１Ａは、従来のキセノンフラッシュランプ１１０を説明する図である。これに対して、図２Ａ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。本実施形態に係るランプ１０と従来のランプ１１０との相違は、主として、ランプ１０の発光部の径がランプ１１０の径より大きいこと、これに伴う始動特性の低下を補償するため陰極電極の形状を工夫したこと、にある。

最初に、両ランプに共通する事項に関して、図１Ａ及び図２Ａを参照しながら、まとめて説明する。ここで、図１Ａの従来のランプ１１０の参照符号を最初に表示し、図２Ａの本実施形態に係るランプ１０の参照符号を（）内に表示する。

キセノンフラッシュランプ１１０（１０）は、希ガスのキセノンを封入した発光管１０２（２）の両端に、陽極電極１０４ａ（４ａ）と陰極電極１０４ｂ（４ｂ）とが対向して配置された構造となっている。発光管１０２（２）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。

図１Ｂは、図１Ａに示す従来のキセノンフラッシュランプ１１０のトリガー線（「始動用補助電極」ともいう。）１０８の形状を説明する図である。同様に、図２Ｂは、図２Ａに示す本実施形態に係るキセノンフラッシュランプ１０のトリガー線８の形状を説明する図である。発光管１０２（２）の外周面に沿って、トリガー線１０８（８）が配置されている。トリガー線１０８（８）は、各々が発光管１０２（２）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１０８−１（８−１）と、発光管の軸線に沿って延在して複数個のリング部ワイヤ１０８−１（８−１）を連結する連結部ワイヤ１０８−２（８−２）とから成る。ランプ１０の発光部の径がランプ１１０の径より大きいため、ランプ１０のリング部ワイヤ８−１が、ランプ１１０のリング部ワイヤ１０８−１より大きな円形である点を除き、両リング部ワイヤは同じである。

陽極電極１０４ａ（４ａ）は、電極リード棒１０４ａ−１（４ａ−１）の先端部を円柱状に成形加工した陽極大径部１０４ａ−２（４ａ−２）を備えるタングステンロッドによって形成されている。

図１Ｃ（図２Ｃ）は、キセノンフラッシュランプ１１０（１０）の陰極電極１０４ｂ（４ｂ）の形状を説明する図である。（ａ）は、図１Ａ（図２Ａ）に示すＸ−Ｘ方向断面図であり、（ｂ）は、図１Ａ（図２Ａ）に破線で示す矩形部分の拡大図である。陰極電極１０４ｂ（４ｂ）は、電極リード棒１０４ｂ−１（４ｂ−１）の先端部を円柱状に成形加工して陰極大径部１０４ｂ−２（４ｂ−２）とし、この陰極大径部の端部上面に電子放出性物質から成る円柱状の焼結体（「エミッタ部」ともいう。）１０４ｂ−３（４ｂ−３）が固着されたタングステンロッドによって形成されている。エミッタ部１０４ｂ−３（４ｂ−３）の先端周囲にリング部ワイヤ１０８−１（８−１）が位置決めされている。

ここで、本実施形態に係るランプ１０と従来のランプ１１０とを比較すると、次の相違点がある。
(1)ランプ１０の陰極大径部４ｂ−２は、ランプ１１０の陰極大径部１０４ｂ−２より管径が太い。
(2)ランプ１１０の陰極大径部１０４ｂ−２の軸線ＣＬ１とエミッタ部１０４ｂ−３の軸線ＣＬ２とは一致している（即ち、同軸である）が、ランプ１０の陰極大径部４ｂ−２の軸線ＣＬ１とエミッタ部４ｂ−３の軸線ＣＬ２とは一致してない。
これら相違点に関しては、後で詳しく説明する。

表１は、従来のランプ１１０及び本実施形態に係るランプ１０の仕様である。

［本実施形態の特徴］
（陰極電極の形状）
次に、図２Ａに示す本実施形態に係るキセノンフラッシュランプ１０に関し、図１Ａに示す従来のキセノンフラッシュランプ１１０と比較しながら、相違点に基づく本実施形態の特徴を説明する。図１Ｃ（ｂ）に示すように、従来のキセノンフラッシュランプ１１０の陰極構造は、陰極大径部１０４ｂ−２の径は比較的小さく、陰極大径部１０４ｂ−２の軸線ＣＬ１とエミッタ部１０４ｂ−１の軸線ＣＬ２とは一致している（同軸である）。これに対し、図２Ｃ（ｂ）に示す本実施形態に係るキセノンフラッシュランプ１０の径は比較的大きく、陰極大径部４ｂ−２の軸線ＣＬ１とエミッタ部４ｂ−３の軸線ＣＬ２とは一致していない。

「強い発光を短時間照射」を実現するため、ランプ発光部の径を大きくした結果、エミッタ部４ｂ−３とトリガー線８との距離が拡大し、ランプの始動特性が低下した。これを補償するため、エミッタ部４ｂ−３を偏位しトリガー線８に近づけて、距離を縮めている。

エミッタ部４ｂ−３の先端周囲にトリガー線８のリング部ワイヤ８−１が設置されているので、エミッタ部４ｂ−３の偏位方向は、任意所望の方向であってよい。さらに、トリガー線８の連結部ワイヤ８−２に沿って放電するため、エミッタ部４ｂ−３とは、トリガー線８の連結部ワイヤ８−２と接近させることが好ましい。トリガー線８が、リング部ワイヤ８−１が無く、連結部ワイヤ８−２のみから形成されている場合も同様である。

なお、陰極大径部１０４ｂ−２，４ｂ−２及びエミッタ部１０４ｂ−１，４ｂ−３の形状は、典型的には、円柱形状である。しかし、エミッタ部４ｂ−３の形状は、これに限定されず、局所的に温度が上がりづらく、電極部材の飛散が少ない楕円形状であってもよい。

（始動特性の確認）
次に、エミッタ部４ｂ−３をトリガー線８に近づけるように偏位したランプの始動特性の確認を行った。本出願書類では、図２Ｃ（ａ）に示すように、エミッタ部４ｂ−３の偏位量は、エミッタ部４ｂ−３とトリガー線８との間隙（距離）Ｘで定義する。

表２は、間隙Ｘと始動可能な電圧との関係を示す表である。

表２において、サンプルNo.１は、図１Ａに示す従来のキセノンフラッシュランプ１１０である。図１Ｃ（ａ），（ｂ）に示すように、キセノンフラッシュランプ１１０の間隙Ｘは、Ｘ＝（発光部外形Dout−陰極エミッタ部の径De）×0.5＝2[mm]である（表１参照）。

本実施形態に係るキセノンフラッシュランプ１０の間隙Ｘに関しては、サンプルNo.２は、図２Ｃ（ａ）に示すように、エミッタ部４ｂ−３が偏位して、円形断面の円周が陰極大径部４ｂ−２の円形断面の円周と接した場合（即ち、一点で重なった場合）であり、間隙Ｘ＝（発光部外形Dout−陰極大径部の径Dc）×0.5＝2.5[mm]となる（表１参照）。サンプルNo.５は、軸線ＣＬ１とＣＬ２が一致して、エミッタ部の変位が無い場合であり、間隙Ｘは、上記と同じように、Ｘ＝（Dout−De）×0.5＝5.0[mm]となる（表１参照）。

この間隙Ｘ＝2.5〜5.0[mm]の間で作成したサンプルNo.２〜５に関して、始動特性を評価した。始動特性の評価は、図４に示す点灯回路において、始動電圧Vst（コンデンサの充電電圧）を2.0[kV]から0.1[kV]単位で増加し、各始動電圧において毎秒5パルスで1,000回連続点灯が可能か否かを実験して、始動可能な最低電圧を確認した。

サンプルNo.2〜４のＸ＝2.5〜4.0[mm]では、始動電圧Vstは、従来例と同じようにVst＝2.3[kV]で点灯した。しかし、サンプルNo.５のＸ＝5.0[mm]では、始動電圧Vst＝2.5[kV]に上げないと、連続点灯しなかった。従って、表２から、大径のランプ管である本実施例では、間隙[mm]は、2.5≦Ｘ≦4.0の範囲にすることが必要であった。

なお、間隙Ｘの下限値に関して検討する。図２Ｃでは、エミッタ部４ｂ−３の円形断面が、陰極大径部４ｂ−２の円形断面内にある。しかし、始動特性の改善のためには、エミッタ部４ｂ−３は、陰極大径部４ｂ−２の円形断面から外れて、更にトリガー線８に接近してもよい。

一方、エミッタ部４ｂ−３が、発光管２に接触すると、エミッタ部の高温のために発光管が損傷するおそれがある。発光部の肉厚t[mm]を考慮すると、t＜Ｘであることが必要である。結局、この間隙Ｘ[mm]は、t＜Ｘ≦4.0 （但し、t：発光部の肉厚）の範囲内であることが必要である。なお、本実施形態では、発光部の肉厚t＝1.0[mm]であるので、この場合の間隙Ｘ[mm]は、1.0＜Ｘ≦4.0となる。間隙Ｘをこの範囲にすることで、発光部の径を大きくしても、従来例の発光部の径のランプと同等の始動特性を確保できることが判明した。

（陰極電極の形成方法）
図３は、陰極電極の形成方法を説明する図である。図３（ａ）は、従来のキセノンフラッシュランプ１１０の陰極電極１０４ｂのように、陰極拡大部１０４ｂ−２の軸線ＣＬ１とエミッタ部１０４ｂ−３の軸線ＣＬ２が一致している場合を示している。図３（ｂ）は、本実施形態に係るキセノンフラッシュランプ１０の陰極電極のように、両軸線ＣＬ１，ＣＬ２が一致せず、陰極拡大部４ｂ−２に対して、エミッタ部４ｂ−３が偏位している。

いずれも、陰極拡大部１０４ｂ−２（４ｂ−２）の上部端面に、ニッケル箔１２を乗せ、エミッタ部１０４ｂ−３（４ｂ−３）を所定の箇所に位置決めして乗せ、矢印１４の方向に高周波加熱して、ろう付け処理により形成している。

（点灯回路）
図４は、図２Ａに示すキセノンフラッシュランプ１０の点灯回路３０の一例を説明する図である。ここで、符号１０はランプであり、符号８はトリガー線である。点灯回路３０は、商用交流電源２２と、これを昇圧し整流する充電用高圧電源回路２４と、この出力を蓄電する充放電用コンデンサ２６と、波形調整用コイル２８とを備えている。更に、始動用外部トリガー発生回路３２と、トリガーパルスを昇圧してトリガー線８に送るパルス昇圧トランス３４とを備えている。

［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。

(1)例えば、本実施形態は、ランプ発光部のインピーダンスを下げるため発光部の径を大きくした結果、トリガー線とエミッタ部との間隙が拡大したことにより始動特性が低下した課題を解決したものである。しかし、陰極大径部に対してエミッタ部を偏位させてトリガー線に接近させ始動特性を改善することは、従来のキセノンフラッシュランプに対しても有効であることは自明である。即ち、発光管の径の大小に拘わらず、エミッタ部を偏位させてトリガー線に接近させることは始動特性改善に有効な手段である。

(2)例えば、本実施形態は、エミッタ部を偏位させてトリガー線に接近させて始動特性を改善している。逆に、トリガー線を偏位させてエミッタ部に接近させて始動特性を改善してもよい。即ち、リング部ワイヤが巻かれている発光管管体の箇所に凹部（窪み）を設け、リング部ワイヤをエミッタ部に接近させてもよい。発光管管体を熱である程度溶融し、リング部ワイヤを押圧することで凹部を形成することが出来る。更に、エミッタ部の偏位とリング部ワイヤの偏位を任意所望に組み合わせて両者の接近を図ってもよい。

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：陽極電極、 ４ａ−１：陽極電極リード棒、４ａ−２：陽極大径部、 ４ｂ：陰極電極、 ４ｂ−１：陰極電極リード棒 、４ｂ−２：陰極大径部、 ４ｂ−３：エミッタ部、電子放出物質から成る焼結体、 ８：始動用補助電極，トリガー線、 ８−１：リング部ワイヤ、 ８−２：連結部ワイヤ、 １０：キセノンフラッシュランプ，ランプ、 １２：ニッケル箔、 ２２：商用交流電源、 ２４：充電用高圧電源回路、 ２６：充放電用コンデンサ、 ２８：波形調整用コイル、 ３０：点灯回路、 ３２：始動用外部トリガー発生回路、 ３４：パルス昇圧トランス、 １００：キセノンフラッシュランプ，ランプ、 １０２：発光管、 １０４ａ：陽極電極、 １０４ｂ：陰極電極、 １０４ｂ−１：陰極電極リード棒、 １０４ｂ−２：陰極大径部、 １０４ｂ−３：エミッタ部、電子放出物質から成る焼結体、 １０８：始動用補助電極，トリガー線、 １０８−１：リング部ワイヤ、 １０８−２：連結部ワイヤ、

Claims (4)

1. 陽極電極及び陰極電極が内封された管状の発光管と、
   前記発光管の外周面に沿って配置されたトリガー線とを有するキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記陰極電極は、大径部と該大径部の先端断面に固着されたエミッタ部とから成り、
   前記トリガー線は、複数個のリング部ワイヤと、これら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を有し、該リング部ワイヤの１つは、前記エミッタ部の先端を取り巻くように位置決めされ、
   前記エミッタ部は、ランプ軸線に垂直断面で半径方向外向きに偏位している、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、
   ランプ軸線に垂直方向に見て、前記エミッタ部と前記リング部ワイヤとの間隙Ｘ[mm]は、t＜Ｘ≦4.0 （但し、t：発光部の肉厚）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、
   前記エミッタ部は、前記連結部ワイヤに向かって偏位している、キセノンフラッシュランプ。
4. 請求項１〜３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、
   前記エミッタ部は、円柱形状又は楕円形状である、キセノンフラッシュランプ。