JP5648968B2 - キセノンフラッシュランプ点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、瞬時に大電流が供給されるキセノンフラッシュランプを点灯させるためのキセノンフラッシュランプ点灯装置の改善に関する。

太陽電池モジュールの製造ラインでは、太陽電池モジュールのＩＶ特性の高速計測の際、キセノンフラッシュランプを光源として用いたソーラーシミュレータによって、当該モジュールに擬似太陽光が照射される。その際、キセノンフラッシュランプに求められる条件は、（１）太陽電池モジュールのＩＶ特性の測定所要時間から要求される有効パルス発光幅として１０〜１００ｍｓｅｃが必要であり、その間の照度は定電流制御によって変動幅が１０％以内に保たれていること、（２）ＩＶ特性測定時に要求される照度を確保する為に、ランプ電流４０〜７０Ａ、１回の点灯当たり４０００Ｊ程度で点灯できること、（３）ランプ寿命として１０万回以上の繰り返し発光に耐えること、である。

従来のキセノンフラッシュランプは、点灯時に数１００Ａ以上（瞬間的には約２ｋＡ（ピーク値））の大電流が流れることから、ランプ封止部に熱応力が掛かることにより発生するクラックを防止する為、発光管バルブ構成部材と電極構成部材との熱膨張係数差を緩和する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。さらには、タングステン電極棒とタングステン硝子を溶着させ、そのタングステン硝子と発光管として使用される普通石英ガラスとの間で、熱膨張率の異なる硝子材料を３段階以上に渡って溶着させる封止構造を採用する工夫も行なわれていた。

特開２００１−２５６８９０号公報

しかし、これらの従来技術においては、ランプ製造工程において石英管を真空加熱洗浄する際に、高温に加熱すると該封止部がクラックすることから加熱温度を十分に上げられず（６５０℃まで）、材料中の不純ガスが十分除去できない為、ランプ点灯時に始動不良を引き起こすだけでなく、ランプの寿命特性にも悪影響を与えるという問題点があった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、要求された点灯条件の下で１０万回以上繰り返しキセノンフラッシュランプを点灯させることが可能な点灯装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明者らは、要求されている点灯条件においては、ランプ電流ピーク値が４０〜７０Ａと従来のキセノンフラッシュランプより極めて小さいこと、発光幅が１０〜１２０ｍｓｅｃと連続点灯と比較して瞬時であること、また発光間隔が１０〜１５ｓｅｃと比較的長く、ランプ電流は８．４Ａ・ｓｅｃ程度であることから、高圧メタルハライドランプ等で従来から用いられている金属箔封止構造をキセノンフラッシュランプに適用することを想起した。

金属箔封止構造とは、タングステン電極芯棒の一端に幅５ｍｍ、厚さ０．０３５ｍｍ、長さ２０ｍｍのモリブデン製金属箔を溶接し、硝子管を箔部分で溶封させるという構造である。金属箔封止構造を有する高圧メタルハライドランプにおいては、連続点灯でランプ電流１５Ａ程度が限度であるが、本件のように瞬時点灯であり、発光間隔が１０〜１５ｓｅｃの条件であれば、この構造を封止部に適用することが可能と考えられる。またこれによって、ランプ製造工程での石英管の高温加熱洗浄が可能になり、材料に含まれる不純ガスが十分に排出され、封入したキセノンガスがランプ寿命中も高純度に保たれることによって、ランプの始動性、寿命特性の改善に結び付けることが可能になると考えた。

そこで、本発明のキセノンフラッシュランプ点灯装置は、
石英ガラスからなる発光管は両端部にモリブ箔を介して密封溶着された箔シール構造を有し、また各端部に電流を導入する陽極および陰極をそれぞれ備えるキセノンフラッシュランプと、このランプに対して電流を供給して点灯させる電源回路とから構成されるキセノンフラッシュランプ点灯装置において、
前記電源回路が供給する電流は、ランプ電流ピーク値が４０Ａ以上であり、かつ電流変動幅が１０％以内の定電流制御が１０ｍｓｅｃ以上であり、
なおかつ定電流制御時のランプ電流値をＩｓ（Ａ）、定電流制御時間をＳｓ（ｓｅｃ）とすると
０．４０≦Ｉｓ×Ｓｓ≦１５
であり、かつ発光間隔Ｔｉ（ｓｅｃ）は
Ｔｉ≧１／２×Ｉｓ×Ｓｓ
である条件を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、キセノンフラッシュランプの端部には金属箔封止構造が採用され、ランプに対して所定条件で電流が供給されるので、キセノンフラッシュランプの繰り返し点灯時に不点が起こらず、１０万回以上の繰り返し発光が可能なキセノンフラッシュランプ点灯装置を提供することができる。

本発明の実施形態のキセノンフラッシュランプ点灯装置を用いて点灯されるキセノンフラッシュランプの一例の外観模式図である。 ランプ電流Ｉｓと定電流制御時間Ｓｓの関係を示す図である。 ランプ電流Ｉｓと定電流制御時間Ｓｓの積と発光間隔Ｔｉとの関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施例＞
図１は本発明の実施形態のキセノンフラッシュランプ点灯装置（不図示）を用いて点灯させることができるキセノンフラッシュランプ１０の一例について説明する為の外観模式図である。図１において、１１は内径１２．５ｍｍの透光性の石英ガラス製の発光管バルブである。バルブ１１の各端部には、先端が円柱状で酸化バリウムなどの酸化物を１０％含有したカソード電極１２１と、先端がコイル状に巻回された構造を有するアノード電極１２２とが各端部に支持されバルブ内側に突き出して対向配置される。電極１２１、１２２は、主要材料としてタングステンを使用する。

電極１２１、１２２の根元は、それぞれ金属箔１５１，１５２の一端に溶接される。金属箔１５１，１５２の他端は、例えばモリブデン製の引出し線１６１，１６２の一端と電気的に接続する。バルブ１１の両端部は箔シール構造を有しており、電極１２１，１２２の溶接部から引出し線１６１，１６２の一端までの各領域を、石英ガラス製のシール管１４１、１４２でそれぞれ囲繞しこれを加熱して封止する。金属箔１５１，１５２は、シール管１４１、１４２を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い金属材料であれば何でもよいが、この条件に適った金属としてモリブデンを使用する。バルブ１１内部には、圧力４〜６ｋＰａのキセノンガスが封入される。

引出し線１６１，１６２の他端は、例えばセラミック製の口金１７１，１７２の内部で電気的に接続された耐紫外線被覆を有する電線１８１，１８２を介して、図示しない電源回路１９０に接続される。電源回路１９０は、下記に説明する所定条件でランプ１０に電流を供給する。

こうして、キセノンフラッシュランプ１０と電源回路１９０とからキセノンフラッシュランプ点灯装置１００が構成される。

このランプ１０を、ランプ電流値Ｉｓを７０Ａ、定電流制御時間Ｓｓを０．２２ｓｅｃとして点灯させた場合（Ｉｓ×Ｓｓ＝１５．４）、ランプ封止部に熱負荷が掛かることによって、目標とするランプ寿命の１０万回繰り返し発光に達する前に封止部のクラックによってランプが不点となった。

また、ランプ電流値Ｉｓを１２６Ａ、定電流制御時間Ｓｓを０．１２ｓｅｃとした場合（Ｉｓ×Ｓｓ＝１５．１２）についても同様に、目標発光回数の１０万回に到達する前に不点となった。

そこで、ランプ電流Ｉｓを７０Ａ、定電流制御時間Ｓｓを０．１２ｓｅｃにした場合（Ｉｓ×Ｓｓ＝８．４）、封止部のクラック及びリークが発生せず、１０万回以上の繰り返し発光が可能であることがわかった。

同様に実験を行なったところ、ランプ電流Ｉｓと定電流制御時間Ｓｓの積が
０．４０≦Ｉｓ×Ｓｓ≦１５
となる条件で点灯させる場合には、封止部のクラックによるランプ不点が抑制されることが分かった。

なお、上記不等式における下限値は、本発明では、電源回路が供給する電流は、ランプ電流値Ｉｓがピーク値で４０Ａ以上であり、かつ電流変動幅が１０％以内の定電流制御時間Ｓｓが１０ｍｓｅｃ以上であることから導かれる。ランプ電流ピーク値及び定電流制御時間がそれぞれこの下限値未満となる場合は、ランプの放電が維持できないので好ましくない。

図２は、ランプ電流Ｉｓと定電流制御時間Ｓｓの関係について示したものである。ＩｓとＳｓの積が０．４０≦Ｉｓ×Ｓｓ≦１５の範囲、すなわち図２における斜線で示される範囲が封止部のクラックを抑えることが可能な範囲である。

次に、発光間隔Ｔｉとの関係に着目し、ランプ電流Ｉｓが７０Ａ、定電流制御時間Ｓｓが１２０ｍｓｅｃとなる条件で、発光間隔Ｔｉを４ｓｅｃとした場合（Ｔｉ＝４＜１／２×Ｉｓ×Ｓｓ＝４．２）及び、発光間隔１５ｓｅｃにした場合（Ｔｉ＝１５＞１／２×Ｉｓ×Ｓｓ＝４．２）での点灯実験を行った。その結果、発光間隔４ｓｅｃとした場合、ランプ封止部が冷える前に再点灯することによって封止部に熱負荷が掛かり、目標とするランプ寿命の１０万回繰り返し発光に達する前に封止部のクラックによってランプが不点となった。一方、発光間隔１５ｓｅｃとした場合、ランプ点灯毎に封止部が冷やされる為、１０万回点灯後においても封止部のクラック、リークなどの不具合現象は起きず、ランプ不点は一度も発生しなかった。

図３は、ランプ電流Ｉｓ及び定電流制御時間Ｓｓと発光間隔Ｔｉとの関係を示している。上記実験結果から、発光間隔Ｔｉ（ｓｅｃ）について、
Ｔｉ≧１／２×Ｉｓ×Ｓｓ
となる範囲（すなわち図３における斜線範囲）において、封止部のクラックを抑えることが可能であることが分かった。

なお、本発明では、電源回路が供給する電流は、電源の充電容量の大きさの制約や寸法、コスト面で過大となるのを避ける為、ランプ電流ピーク値については７０Ａが、電流変動幅が１０％以内の定電流制御時間については１２０ｍｓｅｃが、それぞれ上限値として妥当である。

以上の結果から、本発明によればキセノンフラッシュランプの不点が起こらず、１０万回以上の繰り返し瞬時発光が可能なキセノンフラッシュランプ点灯装置を提供することができる。

本発明は、主に４００〜１１００ｎｍの光を利用した、太陽電池モジュールのＩＶ特性測定用ソーラーシミュレータの光源として用いられるキセノンフラッシュランプのための点灯装置に利用可能である。

１０… キセノンフラッシュランプ
１１… 発光管バルブ
１２１… カソード電極
１２２… アノード電極
１４１、１４２… シール管
１５１、１５２… 金属箔
１６１、１６２… 引出し線
１７１、１７２… 口金
１８１、１８２… 電線

Claims (1)

1. 石英ガラスからなる発光管バルブは両端部にモリブ箔を介して密封溶着された箔シール構造を有し、また各端部に電流を導入する陽極および陰極をそれぞれ備えるキセノンフラッシュランプと、このランプに対して電流を供給して点灯させる電源回路とから構成されるキセノンフラッシュランプ点灯装置において、
   前記電源回路が供給する電流は、ランプ電流ピーク値が４０Ａ以上であり、かつ電流変動幅が１０％以内の定電流制御が１０ｍｓｅｃ以上であり、
   なおかつ定電流制御時のランプ電流値をＩｓ（Ａ）、定電流制御時間をＳｓ（ｓｅｃ）とすると
   ０．４０≦Ｉｓ×Ｓｓ≦１５
   であり、かつ発光間隔Ｔｉ（ｓｅｃ）は
   Ｔｉ≧１／２×Ｉｓ×Ｓｓ
   である条件を満たすことを特徴とするキセノンフラッシュランプ点灯装置。

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