JP7137835B2 - 紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプ - Google Patents

Description

本発明は、トリガーワイヤ方式の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプに関し、特に長寿命化に関する。

特許文献１には、トリガープローブ方式のショートアーク型フラッシュランプが開示されている。トリガープローブは始動用電極であり、高電圧が印加されると予備放電がなされる。この状態で、コンデンサに蓄積したエネルギーを瞬間的に主電極間に供給することで、紫外光が放射される。

上記トリガープローブ方式のショートアーク型フラッシュランプには、以下の2つの問題があった。石英ガラス発光管内に主電極以外に前記始動用電極を設ける必要があるので、製造工程が複雑となる。また、トリガープローブが主電極の間に位置しているので、高出力にするにはトリガープローブ先端の溶融を回避する必要がある。

そこで、発明者は、封体に沿って設けたトリガーワイヤによって、紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプの予備発光をおこなうことができないかを検討した。

特開2016-152183号公報

しかしながら、トリガーワイヤで予備発光をした場合、高出力化すると、管壁に沿った予備放電によって、封体が白濁するおそれがある。かかる白濁はランプの寿命を低下させることとなる。また、発光サイクルを短くすると、管壁に沿って封体が黒化するおそれがある。

本発明は、上記問題を解決し、長寿命の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを提供することを目的とする。

１）本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプは、封止された封体、前記封体に封入された希ガス、前記封体内部に対向して配置された陰極および陽極、前記封体外側の陰陽極間に張った始動用のトリガーワイヤ、を備え、コンデンサに充電した電気エネルギーを、前記トリガーワイヤに高電圧を印加して始動する紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプであって、前記トリガーワイヤは、前記封体に沿った始動用放電が複数の並列経路で起きるように複数本、放射状に配置されている。したがって、トリガーワイヤに沿った放電が電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行する。これにより、より長寿命の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを供給することができる。

２）本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記トリガーワイヤは、３本以上で構成されている。したがって、トリガーワイヤに沿った放電が電極先端間の真直ぐな主放電に、より早く移行する。

３）本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記トリガーワイヤは、６本以上で構成されている。したがって、トリガーワイヤに沿った放電が電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行する。

４）本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記コンデンサに充電する１パルスあたりのエネルギーは５０Ｊ以上である。したがって、長寿命でかつ、高出力の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを提供することができる。

５）本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記コンデンサに充電する１パルスあたりのエネルギーは２００Ｊ以上である。したがって、長寿命でかつ、高出力の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを提供することができる。

６）本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、主放電における充電電圧５００Ｖ以上、ピーク電流は３０００Ａ以上である。したがって、長寿命でかつ、高出力の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを提供することができる。

ショートアーク型フラッシュランプ１の外観図である。 ショートアーク型フラッシュランプ１の点灯用の回路図である。 ショートアーク型フラッシュランプ１における各種パラメータを示す図である。 実施例１～３についての電流・光波形を示す図である。 パラメータＤ、ＰＬ/Ｖを変化させた場合の、点灯性および白濁化の結果を示す図である。 図５の結果について、パラメータＤを縦軸に、ＰＬ/Ｖを横軸にとった場合の両者の関係を示す図である。 充電電圧を変更した場合の条件を示す図である。 実施例５についての電流・光波形を示す図である。 実施例６についての電流・光波形を示す図である。 バルブ形状の異なるショートアーク型フラッシュランプの外観図である。 ショートアーク型フラッシュランプ１０１の外観図である。 図１２Ａは、図１１のA-A断面図である。図１２Ｂはトリガーワイヤの数を６本にした場合の断面図である。 トリガーワイヤの数を変えた場合の、ショット数と放射強度維持率の関係を示す図である。 トリガーワイヤの数を変えた場合の、分光分布と放射強度の関係を示す図である。 トリガーワイヤの数が１本と３本の場合の光電流波形を示す図である。 トリガーワイヤの数が３本と６本の場合の光電流波形を示す図である。 トリガーワイヤの数を変えた場合の、ショット数と放射強度維持率の関係を示す図である。 トリガーワイヤの数を変えた場合の、分光分布と放射強度の関係を示す図である。 トリガーワイヤの数が１本と３本の場合の光電流波形を示す図である。 トリガーワイヤの数が３本と６本の場合の光電流波形を示す図である。

(１． ランプの構造)
図１に、本発明にかかるショートアーク型フラッシュランプ１を示す。ショートアーク型フラッシュランプ１は、透明な石英ガラスからなる略楕円体形状のバルブ（封体）７、陰極３、陰極３に対向配置された陽極５、トリガーワイヤ９、口金１１を備えている。

バルブ７は、耐熱性が高く透明な石英ガラスから適時選択できるが、バルブ内部は高温のプラズマに曝されるので、耐熱性の高い、軟化温度の高い石英ガラスの使用が望ましい。バルブ７内には、不活性ガスとしてXeが所定の圧力で封入されている。

陰極３および陽極５それぞれのリード棒はバルブ両端部で段継シール法にて真空気密に封止されている。

陰極３、陽極５の先端形状は、先端が尖った円錐状である。これは主放電のプラズマアークが正確に電極中心に位置するようにするためである。また、先端角度は１３２度とした。これは大電流に耐えるためであり、９０度～１５０度程度の鈍角であってもよい。

トリガーワイヤ９は、バルブ７とサイド管のつなぎ目を石英ガラス外側に密着するように張り渡し、固定されている。トリガーワイヤ９の材質は、酸化しにくく、耐熱性および導電性の高い金属線がこのましい。本実施形態においては、ニッケル線を採用したが、ニクロム線、カンタル線であってもよい。

(２． 点灯メカニズム)
ショートアーク型フラッシュランプ１の点灯メカニズムについて説明する。ショートアーク型フラッシュランプ１は点灯装置に接続され、図２に示すようにランプ点灯回路９１とトリガー回路９３の２つの回路が構成される。

ランプ点灯回路９１は、直流高圧電源から所定の電圧が印加され、これによりコンデンサ９８にエネルギーが充電される。トリガー回路９３は、トリガーコイル９５によって、ランプ外側に封体に沿って張られたトリガーワイヤ９７に、高電圧を印加する。これにより、ショートアーク型フラッシュランプ１内部の封入ガスが絶縁破壊され、ショートアーク型フラッシュランプ１内部の電極間をトリガーワイヤ９７に沿ったスパークストリーマが発生する。ショートアーク型フラッシュランプ１内部で絶縁破壊が発生すると、コンデンサ９８に充電されたエネルギーがショートアーク型フラッシュランプ１に供給される。

コンデンサ９８に充電されたエネルギーが供給されると主放電が開始され、時間経過とともに電子とイオンが増加する。これによりプラズマ流が大きく成長し、放電電流も急速に大きくなる。この時、ある条件のもとで電極も徐々に加熱され陰極先端からの熱電子の放出および光電効果による陰極先端からの電子の放出が始まり、ある時点でトリガーワイヤ９７に沿った発光管内壁近傍の湾曲した主放電は、電極先端間の真直ぐな主放電に移行する。

ここで、前記プラズマ流の温度は、放電電流と相関があり、放電電流が３０００Ａを超えると、その分、プラズマ温度も上昇する。固体の石英ガラスは、ＳｉＯ_２（ガス）、ＳｉＯ（ガス）、Ｏ（ガス）、Ｏ_２（ガス）として蒸発し、蒸発した各種ガス種は、高温プラズマ域から抜け出ると直ちに再結合し、数μｍ径のＳｉＯ_２微粒子を生成し、再度石英ガラス内壁に付着する。付着した多数のＳｉＯ_２微粒子は、光を散乱する。また、高温プラズマは、ＳｉＯ_２→Ｓｉ+Ｏ_２ （２Ｏ）として石英ガラスを還元し、ＵＶ域の透過率を低下させる。これにより、ＵＶ放射強度が低下し、ＵＶ放電灯として短寿命となる。

(３． パラメータＹ＝ＰＬＤ/Ｖについて)
発明者は、放電灯寸法（Ｄ）、電極間隔（Ｌ）、封入ガス圧（Ｐ）および充電電圧（Ｖ）を変数としたＹ＝（Ｐ・Ｌ・Ｄ）/Ｖについて、Ｙが一定範囲内であれば、上記問題を回避できるのではないかと考えた。理由は、以下の通りである。

パラメータＰＬ/Ｖは、以下のような意義がある。パッシェンの法則によると、放電管内における放電開始電圧は、ガス圧Ｐ（Ｐａ）と電極間距離Ｌ（ｃｍ）との積PLが小さいほど低くなり、積PLが大きいほど高くなる。放電開始電圧が低くなると自然発火しやすくなり、一方、高くなると不点灯になりやすくなる。さらに、充電電圧が低いほど放電しにくく、高いほど放電しやすくなる。したがって、パラメータＰＬ/Ｖの値は、主放電の起こりやすさを示すパラメータとなる。

また、トリガーワイヤ放電方式のショートアーク型フラッシュランプの距離Dは、点灯しやすさおよび封体の白濁に関係するパラメータである。なぜなら、トリガーワイヤ式のショートアーク型フラッシュランプの発光メカニズムは、既に述べたように、電気抵抗の小さいスパークストリーマ放電路、すなわちトリガーワイヤに近接した電極側部と発光管外側に張ったトリガーワイヤ９７に沿った発光管内壁近傍の湾曲した主放電は、電極先端間の真直ぐな主放電に移行するからである。

以下、両者の関係について説明する。

(４． 実施例)
（実施例１）
外径１１ｍｍ、内径８ｍｍの有水合成石英ガラス管を酸水素バーナーで肉厚１．５ｍｍの短軸１１ｍｍ、長軸２０ｍｍ楕円体に膨らまし、バルブとした。陰極および陽極形状は、φ６ｍｍ長さ６ｍｍの円柱形であり、各先端は１３０度の角度で円錐形に切削加工をした。陽極物質は、２％酸化ランタンドープタングステンであり、陰極は、Ｂａ₃ＷＯ₆粉末とタングステン粉末を混合し、プレス成型後、２０００℃３時間、高温で焼結したプレス焼結電極である。

両電極にφ２ｍｍのタングステン芯線を圧入して接合し、芯線とサイド管端部とを、ＧＥ製Ｎｏ．１ガラスで段継接合した。

この時の、電極間距離Ｌは０．９７ｃｍであり、放電灯寸法Ｄは０．９５ｃｍである。封入ガスは、Ｘｅであり、封入圧は、５９９９５Ｐａである。本実施例では、充電電圧１０００Ｖの条件でＹ＝５５．３である。

図４Ａに、実施例１の１０００Ｖ―２８０μＦ点灯に対する電流・光波形を示す。図４の縦軸は電流値(kA)を、横軸は経過時間を表わす。同図によると、電流と光出力はほぼ同時に立ち上がり、約５μｓで光波形の段差が現れ（この時点における電流は約２０００Ａ）、その後、約３μｓで再び急速に立ち上がっている。管壁に沿った放電は、約１３００Ａであり、１０００Ｖ－２８０μＦ－１Ｈｚ―１万ショットの長期点灯でもまったく白濁は生じなかった。

このように、放電電流の立ち上がりとほぼ同時に２５４ｎｍ光の出力値は立ち上り、放電電流がピーク値に至る時間の間で、トリガーワイヤに沿って湾曲したプラズマが両電極先端に真直ぐなプラズマとして移行すると、立ち上がり中の光出力波形に段差が生じ、数μ秒の時間の後、再び光出力は増大し始めている。かかる光出力波形は、低い強度で段差が生ずることが好ましく、この例では3000A以下で良い特性を有するといえる。

（実施例２）
電極間距離Ｌを２倍（２．０６ｃｍ）とした以外は、実施例１と同じである。本実施例では、充電電圧１０００Ｖの条件でＹ＝１１７．４である。

図４Ｂに電流・光波形を示す。電流と光波形の立ち上がりから約１７μｓで８７００Ａに達して、光波形の段差が生じ、その後約８μｓで再び急速に立ち上がった。この光波形の変化に対する電流は、約７μｓ後に３０００Ａに達しているが、光波形の段差が生じる１７μｓまでの時間は１０μｓの短時間であり、石英ガラスが蒸発する温度に加熱されない。１０００Ｖ－２８０μＦ－１Ｈｚ―１万ショットの長期点灯でもまったく白濁は生じなかった。

このように、放電電流の立ち上がりとほぼ同時に２５４ｎｍ光の出力値は立ち上り、放電電流がピーク値に至る時間の間で、トリガーワイヤに沿って湾曲したプラズマが両電極先端に真直ぐなプラズマとして移行すると、立ち上がり中の光出力波形に段差が生じ、数μ秒の時間の後、再び光出力は増大し始めていることがわかる。

（実施例３）
電極間距離Ｌをさらに大きく（３．０２ｃｍ）し、封入圧Ｐをさらに大きくし（７３３２７Ｐａ）とした以外は、実施例１と同じである。

本実施例では、充電電圧１０００Ｖの条件でＹ＝２１０．４である。この場合、図４Ｃに示すように、光波形は、立ち上りからピークに至るまで段差は生ぜず、なだらかな曲線を描いている。電流は、立ち上がりから５μｓ後に３０００Ａに達し、次第に増加して、約１万Ａのピーク電流を経て下降に転じ約４０μｓ後に３０００Ａ以下となることがわかる。また、電流値が９２００Ａとなるまで約２０μｓの間、管壁に沿った放電が生じていることが分かる。１０００Ｖ－２８０μＦ－１Ｈｚの点灯テストでは、約５０００ショットで白濁が生じた。

このように、放電電流の立ち上がりからピークに至るまでに、プラズマが管壁から両電極先端に移行しない場合、発光強度は、段差は生ぜず、上に凸のなだらかな曲線形状となる。

本実施形態における測定方法について説明する。本実施形態においては、ＰＥＭ社製ロゴスキー電流測定器（ＲＣＴi/3000/2.5/300）を用いて、放電電流波形を測定した。また、ソーラボ社製光センサーＤＥＴ１０Ａに朝日分光社製の２５４ｎｍの光を通すバンドパスフィルターを取り付けて、光波形を測定した。なお、光波形の受光強度は任意の位置と絞り取り込み光による相対的な出力値を採用すればよい。

なお、計測時には、放電回路中に逆電流を阻止する半導体を挿入した。これにより、放電電流波形は上に凸のなだらかな曲線となる。一方、２５４ｎｍ光波形は、管壁に沿う湾曲した放電と電極先端間の真直ぐな放電で特有な波形形状となる。

（実施例４）
電極間距離Ｌを実施例１よりも小さく（０．３２ｃｍ）した以外は、実施例１と同じである。この場合、極間が短いので、管壁に沿った放電がほぼ生じず、短時間でまっすぐな放電となるので、白濁の問題はほぼない。しかしながら、極間が短い分だけ、ピーク電流値が高くなるので、充電電圧が高いと電極先端が溶解するおそれがある。実施例４の場合、充電電圧が１０００Vだと、Ｙ＝１８．２となり、電極先端が溶解した。充電電圧が８００Vだと、Ｙ＝２２．８と、６００Vだと、Ｙ＝３０．４となり、いずれの場合も電極先端の溶解は生じなかった。

(５．パラメータＰＬＤ/Ｖについて ）
発明者は、放電灯寸法ＤおよびパラメータＰＬ/Ｖとの透明性と点灯性に関する相関関係について、有効範囲を調べるために追加実験を行った。

図５は放電灯寸法Ｄと、パラメータＰＬ/Ｖを順次変えた場合のそれぞれの値及び、その場合の点灯性と白濁の関係を示す。図６は図５の各データをマトリックス配置した場合の結果一覧である。

図６において、透明性が８０％以上、自然発火無し、かつ不点灯無しを○、透明性が６０～８０％、自然発火がほとんどなし、かつ不点灯ほとんどなしを△、透明性が６０％以下、自然発火があり、かつ不点灯がありを×とした。

自然発火とはトリガーに高電圧を印加することなしに、コンデンサ充電で放電灯が自然と放電することをいう。

発光管内壁の白濁が進行すると光が散乱され、フォトセンサーの光量が低下する。

透明性は、ライフ後光量／初期光量×100（％）で測定すればよい。本実施形態においては、200Wで点灯させて電力量2ｋWhで1万ショット点灯させた場合の、ライフ後光量を測定した。

図６から、横軸のパラメータＰＬ/Ｖは大きくなると、縦軸の放電灯寸法Ｄは小さくならないと点灯性と白濁防止の双方を満足するようにならないことが分かる。また、縦軸の放電灯寸法Ｄが大きくなると横軸のパラメータＰＬ/Ｖは小さくならないと、点灯性と白濁防止の双方を満足するようにならないことが分かる。したがって、放電灯寸法ＤとパラメータＰＬ/Ｖの積Ｙが一定範囲内であれば、上記相反する要求を満足することが分かる。この例では２０＜Ｙ＜２００である。

本実施形態においては、パラメータＰＬ/Ｖの組み合わせとしては、Ｐ＝１００，０００Ｐａ、Ｌ＝０．５ｃｍ、Ｐ＝７０，０００Ｐａ、Ｌ＝１．０ｃｍ，Ｐ＝４０，０００Ｐａ，Ｌ＝１．５ｃｍの3種類について、充電電圧Ｖを任意に可変した点灯実験を実施した。

たとえば、図５において、ＰＬ／Ｖ＝１００、Ｄ＝０．３の場合、Ｙ＝３０となり、常時プラズマが管壁に接近して放電し白濁してしまった。また、ＰＬ／Ｖ＝２０、Ｄ＝１の場合、Ｙ＝２０となり、頻繁に自然発火してしまった。ＰＬ／Ｖ＝６０、Ｄ＝１の場合、Ｙ＝６０となり、短時間で電極先端放電に移行し、透明性・点灯性とも良好であった。ＰＬ／Ｖ＝１６０、Ｄ＝１の場合、Ｙ＝１６０となり、透明性８０％以上で良好であったが、希に不点灯となった。ＰＬ／Ｖ＝１００、Ｄ＝２の場合、Ｙ＝２００となり、頻繁に不点灯となった。ＰＬ／Ｖ＝２０、Ｄ＝２．８の場合、Ｙ＝５６となり、頻繁に自然発火した。

すなわち、パラメータＹの範囲のみでは、透明性・点灯性の双方を満足する条件とはならない。発明者は、各パラメータＤ、Ｐ、Ｌ、Ｖの範囲についても適切な範囲があると考えた。

封入ガス圧Ｐ（Ｐａ）は、２０，０００＜Ｐ＜２００，０００（Ｐａ）が好ましく、より好ましいのは、４０，０００＜Ｐ＜１００，０００である。封入ガス圧Ｐが２０，０００Ｐａ以下の圧力の場合、トリガーによる高電圧印加をしなくともコンデンサへの充電のみで放電（自然発火）するようになり、また封入ガス圧Ｐが２００，０００Ｐａ以上になるとトリガーによる高電圧印加しても点灯しなくなるからである。

また、コンデンサへの充電電圧Ｖは、３００＜Ｖ＜３，０００（Ｖ）が好ましく、より好ましいのは５００＜Ｖ＜１，５００である。充電電圧Ｖが３００Ｖ以下の電圧の場合、封入圧力が２０，０００Ｐａほどの低圧力でも点灯しにくくなり、また充電電圧Ｖが３，０００Ｖ以上の電圧の場合、繰り返し点灯による陰極加熱で、自然発火するようになるからである。

電極間距離Ｌ（ｃｍ）は、０．３＜Ｌ＜５（ｃｍ）が好ましく、より好ましいのは、０．３＜Ｌ＜１．５である。電極間距離Ｌが０．３ｃｍ以下の場合、封入ガス圧Ｐが２００，０００Ｐａほどの高圧力封入でも自然発火するようになり、また電極間距離Ｌが５ｃｍ以上になると主放電が管壁に沿って成長し電極間の真直ぐな放電に移行しなくなるからである。

また、放電灯寸法Ｄは、０．３＜Ｄ＜２（ｃｍ）が好ましく、より好ましいのは、０．５＜Ｄ＜１．５である。放電灯寸法Ｄが０．３ｃｍ以下の場合、管壁が電極に接近しすぎており、主放電が電極間に移行しても、管壁が高温のプラズマに曝され白濁してしまう。一方、放電灯寸法Ｄが２ｃｍ以上の場合、電極と管壁が離れすぎて、点灯しなくなってしまうからである。

以上述べたように、各パラメータＤ、Ｐ、Ｌ、ＶおよびパラメータＹが、上記の範囲であれば、主放電が両電極側部よりスパークストリーマ放電路を通って湾曲したプラズマ形状で始まる。湾曲したままプラズマが成長するとともに放電電流も増大すると、このプラズマが両電極先端部からの真直ぐなプラズマ形状に移行する。なお、かかる移行は、間接的に放電電流波形と２５４ｎｍ発光波形を同時に測定すればよい。

発明者は、石英ガラス近傍のプラズマ電流が約３０００Ａを超え、３０００Ａ以上の高温プラズマに曝される時間が２０μ秒以上になると石英ガラスの蒸発が激しくなり、蒸発したＳｉ+Ｏ，ＳｉＯ2により、バルブが白濁すると考えた。上記Ｙの値が上記範囲内であれば、前記移行が３０００Ａに達してから２０μ秒以内に起こり、その結果、放電灯が長寿命となる。

(６．他の実施例)
発明者は、さらに、キャパシタの容量、充電電圧を変更した実験を行った。

まず、実施例１～３について、充電電圧を変更した場合について実験した。結果を図７Ａに示す。このように、充電電圧を変えてもＹが範囲内であれば問題ないことが分かる。

さらに、キャパシタの容量を変更した実験を行った。結果を図７Ｂに示す。実施例５は、電極間距離Ｌは１．１４ｃｍ、放電灯寸法Ｄは０．８７ｃｍ。封入ガスは、Ｘｅであり、封入圧は、７３３２７Ｐａ、キャパシタ容量４２０μFとし、充電電圧は６００，８００、１０００（Ｖ）である。この場合、充電電圧１０００Ｖなら、Ｙ＝７２．７、充電電圧８００Ｖなら、Ｙ＝９０．９、充電電圧６００Ｖなら、Ｙ＝１２１．２となる。

図８に実施例５の計測結果を示す。このように、管壁に沿った放電は、３０００Ａ以下で、プラズマが管壁に接している時間が短いので、寿命が長い。

実施例６は、実施例５と、電極間距離Ｌが若干異なる（１．１７ｃｍ）。この場合、充電電圧１０００Ｖなら、Ｙ＝７４．６、充電電圧８００Ｖなら、Ｙ＝９３．３、充電電圧６００Ｖなら、Ｙ＝１２４．４となる。

いずれの場合も、１Ｈｚ―１万ショットの長期点灯でもまったく白濁は生じなかった。また点灯性も問題なかった。

図９に実施例６の計測結果を示す。このように、プラズマが管壁に接している時間が短いので、寿命が長い。

このように、キャパシタの容量は、あまり影響がないことがわかる。

本実施形態においては、楕円体形状のバルブを採用した場合について説明したが、バブル形状は、これに限定されず、たとえば図１０のようにバブルの最も膨らんだ部分が直線の管状であってもよく、あるいは、より大きな径の曲線で構成されたものであってもよい。

また、ガスの種類については、キセノンを採用した場合について説明したが、その他の不活性ガスであってもよい。

(７．トリガーワイヤの数を変更した実施形態について)
７．１ 白濁防止について
上記ショートアーク型フラッシュランプについて、より長寿命のランプを実現すべく種々の実験をおこなった。その結果、発明者は、トリガーワイヤの数を増やすことにより、過酷な点灯条件でも、前記白濁が、より生じにくくなることを見いだした。

図１１に、第７実施例であるショートアーク型フラッシュランプ１０１を示す。図１２Ａに図１１のＡ－Ａ断面を示す。このように、ショートアーク型フラッシュランプ１０１は、120度ずつ、３本のトリガーワイヤ１０９が放射状に、並列接続されて配置されている。このように、複数のトリガーワイヤをバルブ７の外周に放射状に均等配置することにより、トリガーワイヤに沿った発光管内壁近傍の湾曲した主放電が複数、生ずる。したがって、発光管内壁近傍の湾曲した主放電が一つの場合と比べると、電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行する。これにより、白濁が起きにくくなる。

なお、図１２Ｂに示すように、60度ずつ、６本のトリガーワイヤ１０９を並列接続されて配置してもよい。

このことは、トリガーワイヤの数を増やすことで、より顕著となる。たとえば、後述するように、6本のトリガーワイヤを採用した場合、発光管内壁近傍の湾曲した主放電がほとんどなく、電極先端間の真直ぐな主放電に移行している。

トリガーワイヤの数が１本、３本、６本と変えた場合について、実験をおこなった。トリガーワイヤの数以外の条件は、電極間距離Ｌは１．１４ｃｍであり、放電灯寸法Ｄは０．８７ｃｍ、封入ガスはＸｅ、封入圧は、７３３２７Ｐａ（５５０Torr)、とした。また、充電電圧１０００Ｖ、コンデンサ容量４２０μＦで、１パルスあたりの入力エネルギーを２１０Ｊとして、０．５Ｈｚの点灯モードで点灯させた。なお、このランプでは、充電電圧１０００Ｖの条件でＹ＝７２．７である。

トリガーワイヤの数が１本のランプでは、千ショット弱で、全体的に白濁がみられ、３本のランプでは、約４千ショットで白濁が少し見られた。さらに、６本のランプでは、２．４万ショットでもほとんど初期状態と変化がなかった。

図１３に、トリガーワイヤの数を１本、３本、および６本とした場合の、長期点灯放射強度の変化を示す。トリガーワイヤが１本の場合は、全波長領域200-800nmでは、千ショットで放射強度維持率が７６％、２千ショットで放射強度維持率が６５％であり、波長域200-300nmについて、千ショットで放射強度維持率が６２％、２千ショットで放射強度維持率が４３％であった。

これに対して、トリガーワイヤが３本の場合は、全波長領域200-800nmでは、２千ショットで放射強度維持率が９０％であり、４千ショットで放射強度維持率が８５％であり、波長域200-300nmでは、２千ショットで放射強度維持率が７８％、４千ショットで放射強度維持率が６３％であった。

また、トリガーワイヤが６本の場合は、全波長領域200-800nmでは、1万ショットで放射強度維持率が９３％、２．４万ショットでも９０％であり、波長域200-300nmでは、１万ショットで放射強度維持率が９０％であり、２．４万ショットでも７３％であった。

図１４に、分光分布の比較を示す。図１４Aは、トリガーワイヤの数が１本の場合の、初期と2千ショット後の比較である。2千ショット後は、波長域200-300nmについて、全般的に放射強度が２／３以下になっている。

これに対して、図１４Bのように、トリガーワイヤの数が３本と増えると、４千ショット後も、波長域200-300nmの放射強度の低下が少ない。さらに、図１４Cのように、トリガーワイヤの数が６本と増えると、２．４万ショット後も、波長域200-300nmについて、放射強度の低下がほとんどない。

１パルスあたりの入力エネルギーを210Jで繰り返し点灯すると、分光データにおいて、200-800nmの全波長域の中で、特に200-300nmの領域で放射強度が低下している。これは高い入力エネルギーで点灯して紫外線を放射した際にガラスの構造欠陥が生成されたことに起因すると考えられる。ガラスに欠陥が生じると、特に200-300nmの領域でガラスの透過率が低下する。更にランプ点灯時の高温プラズマにより生成したSiO₂微粒子が発光管内壁に付着して封体の白濁を生じ、石英ガラスのＵＶ域の透過率を低下させる。これらの要因により、全波長域の中で特にＵＶ放射強度が低下する。図１３，図１４のグラフから、トリガーワイヤの数が多いほど、白濁がおきにくいことが分かる。

図１５に、トリガーワイヤの数を１本と３本に変えた場合の光電流波形を示す(図１５Ａが１本の場合、図１５Ｂが３本の場合である)。なお、いずれも電極間距離Ｌは１．８７ｃｍであり、封入圧は７３３２７Ｐａとした以外は、第６実施形態と同じである。なお、このランプでは、充電電圧１０００Ｖの条件でＹ＝１１９．３である。

図１５から明らかなように、トリガーワイヤが１本から３本になると、光波形の段差が低い強度で生じており、発光管内壁近傍の湾曲した主放電が発生する時間が短くなる。トリガーワイヤが１本の場合は電流波形が７５００Ａ付近の時に光波形の段差が生じ、３０００Ａから７５００Ａに到達する時間は約８μｓである。一方、トリガーワイヤが３本の場合は電流波形が６０００Ａ付近の時に光波形の段差が生じ、３０００Ａから６０００Ａに到達する時間は約５μｓである。トリガーワイヤが１本より３本の方が、プラズマが発光管内壁に沿って成長する時間が短く、かつ、温度が低い為、ガラスが蒸発する温度に加熱されず、白濁の進行を抑制することができる。

図１６に、トリガーワイヤの数を３本と６本に変えた場合の光電流波形を示す(図１６Ａが３本の場合、図１６Ｂが６本の場合である)。いずれも電極間距離Ｌは１．１４ｃｍであり、封入圧は７３３２７Ｐａとした以外は、第６実施形態と同じである。なお、このランプでは、充電電圧１０００Ｖの条件でＹ＝７２．７である。

図１６から明らかなように、トリガーワイヤが３本から６本になると、光波形の段差が低い強度で生じており、発光管内壁近傍の湾曲した主放電が発生する時間が短くなる。トリガーワイヤが３本の場合は電流波形が５５００Ａ付近の時に光波形の段差が生じ、３０００Ａから５５００Ａに到達する時間は約４μｓである。一方、トリガーワイヤが６本の場合は電流波形が４５００Ａ付近の時に光波形の段差が生じ、３０００Ａから４５００Ａに到達する時間は約２μｓである。トリガーワイヤが３本より６本の方が、プラズマが発光管内壁に沿って成長する時間が短く、かつ、温度が低い為、白濁の進行を抑制することができる。

このように、トリガーワイヤの本数を複数放射状に配置することにより、高温になったプラズマが管壁に触れるのを抑制して白濁化を低減させることができる。

７．２ 黒化防止について
つぎに、より黒化が起こりやすい発光条件とした場合について説明する。

かかる実験におけるランプについては上記白濁の場合と同じであるが、点灯条件および点灯モードが下記のように異なる。本実施形態においては、充電電圧５００Ｖ、コンデンサ容量４２０μＦで、１パルスあたりの入力エネルギーを５２．５Ｊとして、３Ｈｚの点灯モードで点灯させた。

トリガーワイヤの数が１本のランプでは、２千ショットで、全体的に黒化がみられ、３本のランプでは、約４千ショットで黒化が見られた。さらに、６本のランプでは、３万ショットでもほとんど初期状態と変化がなかった。

一般にフラッシュランプの寿命は１パルスあたりの入力エネルギーに大きく依存し、寿命は放射強度変化において、維持率が５０％を下回るとランプ寿命に達していると判断される。

図１７に、トリガーワイヤの数を１本、３本、および６本とした場合の長期点灯放射強度の変化を示す。トリガーワイヤが１本の場合は、全波長領域200-800nmでは、２千ショットで放射強度維持率が７７％、４千ショットで放射強度維持率が６０％であった。

これに対して、トリガーワイヤが３本の場合は、全波長領域200-800nmでは、２千ショットで放射強度維持率が９２％、４千ショットで放射強度維持率が８４％、６千ショットで放射強度維持率が７６％であった。

また、トリガーワイヤが６本の場合は、全波長領域200-800nmでは、１万ショットで放射強度維持率が９５％、５万ショットで７７％、２０万ショットで４９％であった。

図１８に、図１７の実験で用いたランプについて、充電電圧を６００Ｖとした場合の分光分布の比較を示す。図１８Ａは、トリガーワイヤの数が１本の場合の、初期と２千ショット後の比較である。トリガーワイヤの数が１本の場合、２千ショット時には、全波長域（200-800nm）について、放射強度がかなり低下している。

図１８Ｂは、トリガーワイヤの数が３本の場合の、初期と６千ショット後の比較である。この場合、６千ショット時に、図１８Ａとほぼ、同様の低下度であることが分かる。

図１８Ｃのように、トリガーワイヤの数が６本となると、４万ショット時でも、トリガーワイヤが３本の場合の６千ショット時よりも放射強度は低下しておらず、トリガーワイヤが３本の場合と、１６万ショット時でほぼ同等である。

１パルスあたりの入力エネルギーを５２．５Ｊとして３Ｈｚで繰り返し点灯すると、異常放電やスパッタによる黒化が原因で、全波長域200-800nmが低下していると判断できる。図１７，図１８のグラフから、トリガーワイヤの数が多いほど、黒化がおきにくいことが分かる。

図１９に、トリガーワイヤの数を、１本と３本に変えた場合の光電流波形の比較を示す(図１９Ａが１本の場合、図１９Ｂが３本の場合である)。いずれも電極間距離Ｌは０．８９ｃｍであり、封入圧は７３３２７Ｐａ、およびコンデンサ容量を２８０μFとした以外は、第６実施形態と同じである。なお、このランプでは、充電電圧６００Ｖの条件でＹ＝９４．６、１０００Ｖの条件でＹ＝５６．８である。

図１９から、トリガーワイヤが３本の場合には、1本と比べて、低い電流で、管壁に沿った湾曲した主放電から電極間の真直ぐな主放電へ移行しているといえる。トリガーワイヤは固定する為に発光管の後端部で円周状に巻いているが、電極の後端部とトリガーワイヤの距離が近い為、異常放電が発生し易くなっている。電極先端間の放電は発光管と距離があるが電極の後端部からの異常放電は発光管に接近しており、繰り返し異常放電が発生すると、管壁が黒化し易くなる。トリガーワイヤを増やして電極間の放電へ早く移行することにより、異常放電の発生を抑制できる。その結果、電極構成材料がスパッタして発光管の管壁に付着する事が少なくなる。したがって、電極へのスパッタが減少し、黒化の発生を抑制できる。

図２０にトリガーワイヤの数を、３本と６本に変えた場合の光電流波形の比較を示す(図２０Ａが３本の場合、図２０Ｂが６本の場合である)。

いずれも電極間距離Ｌが１．１４ｃｍである以外は、第６実施形態と同じである。なお、このランプでは、充電電圧６００Ｖの条件でＹ＝１２１．２である。

この場合も、トリガーワイヤが３本の場合に比べて６本では、光波形の段差が低い強度で生じており、発光管内壁近傍の湾曲した主放電が発生する時間が短くなっている。トリガーワイヤが３本の場合は、電流波形が２５００Ａ付近で光波形の段差が生じ、トリガーワイヤが６本の場合は１５００Ａ付近で段差が生じている。また、入力エネルギーが低い条件で点灯した場合は、管壁に沿った放電は３０００Ａ以下で生じており、ガラスが蒸発する温度に到達しない為、白濁の問題はほとんどない。トリガーワイヤが３本より６本の場合は、プラズマが管壁に沿って成長する時間が短く、電極構成材料がスパッタして管壁に付着することが少なくなるため、黒化の進行を抑制することができる。

本実施形態においては、発光管内壁近傍の湾曲した主放電がトリガーワイヤが放射状に均等配置されているので、電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行する。これにより、放電エネルギー２１０J程度で繰り返し発光させる場合でも、白濁が起きにくくなる。また、放電エネルギー５０J程度でも、３Hz程度で繰り返し発光させた場合でも、電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行することで、黒化が起きにくくなる。

なお、発明者は黒化の原因として、異常放電、スパッタ、及び電子放射性物質の蒸発が影響すると考えた。以下説明する。

トリガーワイヤを固定する為に、発光管の後端部でトリガーワイヤを円周状に巻いている。ここで、電極後端部とトリガーワイヤの距離が近い為、異常放電が発生しやすくなっている。これにより、発光管端部の管壁が黒化する。

またフラッシュランプは、高い繰り返し周期や高い入力エネルギーで点灯させるので、電極内に含まれている電子放射性物質が蒸発して黒化する。たとえば、上記のように、1パルスあたりの放電エネルギーを200Jよりも高い条件で、繰り返し点灯させると、電極の温度上昇により、陽極からランタンが、陰極からプレス焼結電極のBa系エミッタ―等の物質が蒸発して、電極付近の管壁が黒化する。

また、陰極は、放電生成時に陽イオンの衝突を受ける事により電極構成材料がスパッタされて飛散する。

このように、異常放電やエミッタ―蒸発によりスパッタし易くなり、電極付近の管壁が黒化していると考えた。

また、本実施形態においては、1本と3本と6本の場合について比較したが、２本以上あれば、電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行することができる。

この実施形態では、トリガーワイヤが３本および６本、設けた場合について例示したが、かかる本数についてこれに限定されない。

なお、上記実施例では、２０＜（（Ｐ・Ｌ・Ｄ）/Ｖ）＜２００の条件下で実験をおこなったが、かかる範囲を超える場合でも、トリガーワイヤの数を放射状に増やすことにより、白濁および黒化を効果的に防止することができることはもちろんである。

１・・・・・・・・ショートアーク型フラッシュランプ
３・・・・・・・・陰極
５・・・・・・・・陽極
７・・・・・・・・バルブ
９・・・・・・・・トリガーワイヤ
１０９・・・・・・トリガーワイヤ

Claims (5)

1. 封止された封体、
   前記封体に封入された希ガス、
   前記封体内部に対向して配置された陰極および陽極、
   前記封体外側の陰陽極間に張られた複数の始動用のトリガーワイヤ、
   を備え、コンデンサに充電した電気エネルギーを、前記トリガーワイヤに高電圧を印加して始動する紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプであって、
   前記各トリガーワイヤは、前記封体の軸方向の中心線が属する平面に属するように前記封体外側の陰陽極間に張られており、かつ、前記軸方向に直交する断面において、前記中心線を中心とした円周上に均等して３本以上、離間配置されており、これにより、前記トリガーワイヤに沿って発光管内壁近傍に形成される複数のスパークストリーマが前記陰極と陽極間のまっすぐな主放電へより早く移行するようにしたこと、
   を特徴とする紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプ。
2. 請求項１の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいて、
   前記トリガーワイヤは、６本以上で構成されていること、
   を特徴とする紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプ。
3. 請求項１または２の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいて、
   前記コンデンサに充電する１パルスあたりのエネルギーは５０Ｊ以上であること、
   を特徴とするショートアーク型フラッシュランプ。
4. 請求項３の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいて、
   前記コンデンサに充電する１パルスあたりのエネルギーは２００Ｊ以上であること、
   を特徴とするショートアーク型フラッシュランプ。
5. 請求項１～請求項４のいずれかの紫外光を放射するショートアーク型フラッシュランプにおいて、
   主放電における充電電圧５００Ｖ以上、ピーク電流は３０００Ａ以上であること、
   を特徴とするショートアーク型フラッシュランプ。
   
   

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