JP6165414B2 - Flash lamp for ultraviolet radiation - Google Patents
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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紫外線放射用フラッシュランプに関するものである。 The present invention relates to a flash lamp for ultraviolet radiation used as a light source for ultraviolet sterilization by light pulses.
従来、紫外線殺菌の光源として、殺菌に有効とされる波長254nm付近の紫外線(以下)「殺菌線」という。)を放射する紫外線放射用フラッシュランプとして、耐熱ガラスより形成された発光管の内部にキセノンを封入したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。このような紫外線放射用フラッシュランプは、紫外線を透過する耐熱ガラスによって円筒形に成形されて希ガスのキセノンガスが封入されたガラス製発光管の両端の内部に電極を対向して配置した構造になっており、発光管の外部には長手方向に沿って外部トリガー電極又は近接導体が設けられる。その発光管の両端に配置される電極は陽極電極と陰極電極から成り、少なくとも陰極電極には、タングステン粉末と電子放射性物質を圧縮成型して高温にて焼成して成る焼結体が用いられる。そして、この焼結体から成る電極の電子放射性物質はランプの始動特性を向上させるためのものとして電極に含ませるものであり、その始動特性を向上させることから、電極を構成する焼結体に通常20〜30重量%含ませることが知られている。 Conventionally, as a light source for ultraviolet sterilization, ultraviolet light (hereinafter referred to as “sterilization line”) having a wavelength of about 254 nm that is effective for sterilization. As a flash lamp for emitting ultraviolet rays, a lamp in which xenon is sealed inside an arc tube made of heat-resistant glass is known (for example, see Patent Document 1). Such a flash lamp for ultraviolet radiation has a structure in which electrodes are arranged opposite to each other at both ends of a glass arc tube formed into a cylindrical shape by heat-resistant glass that transmits ultraviolet rays and filled with a rare gas xenon gas. An external trigger electrode or a proximity conductor is provided along the longitudinal direction outside the arc tube. The electrodes arranged at both ends of the arc tube are composed of an anode electrode and a cathode electrode, and at least the cathode electrode is made of a sintered body obtained by compression-molding tungsten powder and an electron radioactive substance and firing it at a high temperature. Then, the electron-emitting radioactive material of the electrode made of this sintered body is included in the electrode for improving the starting characteristics of the lamp, and since the starting characteristics are improved, the sintered body constituting the electrode Usually, it is known to contain 20 to 30% by weight.
このように構成された紫外線放射用フラッシュランプは、ガラス製発光管を用い、各電極に、点灯回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを供給するとともに、トリガー電圧を印加することにより発光し、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。 The flash lamp for ultraviolet radiation configured in this way uses a glass arc tube, supplies energy stored in the capacitor of the lighting circuit to each electrode, and emits light by applying a trigger voltage, thereby sterilizing effect 200-300 nm short wavelength ultraviolet rays with the following characteristics are strongly emitted.
一方、近年では、患者が在宅で用いる機器に、このような紫外線放射用フラッシュランプを備えることが行われるようになってきた。例えば、カテーテルチューブ等の医療器具を家庭において殺菌又は滅菌するための医療用機器にあっては、このような紫外線放射用フラッシュランプが用いられる。けれども、家庭において用いられることから、その取り扱いにおける安全及び安心を担保するために、小型で機械的強度が高いことが好ましい。そこで、このようなフラッシュランプには、衝撃に強い透光性セラミックから成る発光管を用いることが考えられる。即ち、タングステン粉末と電子放射性物質を圧縮成型して高温にて焼成して成る焼結電極を透光性セラミック発光管の少なくとも陰極側に設け、この発光管に発光ガスとしてキセノンを封入することが考えられる。 On the other hand, in recent years, it has come to be provided with such an ultraviolet radiation flash lamp in a device used by a patient at home. For example, in a medical device for sterilizing or sterilizing a medical device such as a catheter tube at home, such a flash lamp for ultraviolet radiation is used. However, since it is used at home, it is preferable that it is small and has high mechanical strength in order to ensure safety and security in handling. Therefore, it is conceivable to use an arc tube made of a light-transmitting ceramic that is resistant to impact for such a flash lamp. That is, it is possible to provide a sintered electrode formed by compressing and molding tungsten powder and an electron-emitting material at a high temperature on at least the cathode side of the translucent ceramic arc tube, and enclosing xenon as a luminous gas in the arc tube. Conceivable.
しかし、このような小型のランプにおいて、従来と同様に電極を構成する焼結体に電子放射性物質を20〜30重量%含ませると、このランプの繰り返されるフラッシュ点灯により、その焼結体から成る焼結電極の温度が上昇することで電子放射性物質の蒸発が起こり、また放電時のイオン衝突によるスパッタで電子放射性物質が電極から放出されることによってその焼結電極が損耗し、焼結電極に含まれるタングステン及び電子放射性物質が、周囲の発光管の内壁に付着してその発光管を黒化又は白濁させる不具合があった。そして、このような発光管の黒化及び白濁は、ランプにおける殺菌線照度を低下させ、将来のいずれかの時点において十分な殺菌効果が得られない不具合を生じさせた。 However, in such a small lamp, when 20-30% by weight of an electron-emitting material is included in the sintered body constituting the electrode as in the conventional case, the lamp is made of the sintered body due to repeated flash lighting. As the temperature of the sintered electrode rises, the electron radioactive material evaporates, and when the electron radioactive material is released from the electrode by sputtering due to ion collision during discharge, the sintered electrode is worn out, and the sintered electrode is damaged. There was a problem that the tungsten and the electron-emitting material contained adhered to the inner wall of the surrounding arc tube and the arc tube became black or clouded. Such blackening and cloudiness of the arc tube reduced the sterilization line illuminance in the lamp, causing a problem that a sufficient sterilization effect could not be obtained at any time in the future.
特に、始動性能を重視して、電子放射性物質の重量比を高くすると、焼結体から成る焼結電極の機械的強度が弱くなり、その電極における熱容量が低下して電子放射性物質の蒸発やスパッタ現象によってその焼結電極の損耗が進むと、それら物質の蒸発及び飛散により発光管内部に封入されたキセノンの純度が低下し、そのことで始動性が低下する不具合も生じさせる。更には、トリガー電圧を印加する以前に電極間に放電が開始する、いわゆる自己放電が発生する場合もある。このような自己放電では、定格の値まで充電が完了していないため、エネルギー不足の状態でフラッシュ点灯させることになるという問題を生じさせる。 In particular, if the weight ratio of the electron-emitting material is increased with emphasis on the starting performance, the mechanical strength of the sintered electrode made of a sintered body becomes weak, the heat capacity at the electrode decreases, and the electron-emitting material evaporates and sputters. When wear of the sintered electrode proceeds due to the phenomenon, the purity of the xenon enclosed in the arc tube is reduced due to evaporation and scattering of the substances, thereby causing a problem that startability is lowered. Furthermore, there is a case where so-called self-discharge occurs, in which discharge starts between the electrodes before the trigger voltage is applied. In such self-discharge, since charging is not completed to the rated value, there arises a problem that flash lighting is performed in a state of insufficient energy.
一方、焼結電極に含まれる電子放射性物質の蒸発量を軽減するために電子放射性物質の重量比を過度に下げ過ぎると、正常な電子放射が行えず、始動性能が低下して、トリガー電圧を印加してもランプが点灯しない始動エラーが発生する。このため、この小型のフラッシュランプに用いられる焼結電極にあっては、そこに含ませる電子放射性物質の重量比を最適な値にして、紫外線放射用フラッシュランプにおける始動エラーや自己放電を防止しつつ、その照度維持率を高める必要がある。 On the other hand, if the weight ratio of the electron radioactive material is excessively reduced in order to reduce the evaporation amount of the electron radioactive material contained in the sintered electrode, normal electron emission cannot be performed, the starting performance is reduced, and the trigger voltage is reduced. A start error occurs when the lamp is not lit even when applied. For this reason, in the sintered electrode used in this small flash lamp, the weight ratio of the electron radioactive material contained therein is set to an optimum value to prevent start-up errors and self-discharge in the ultraviolet radiation flash lamp. However, it is necessary to increase the illuminance maintenance rate.
本発明の目的は、始動エラーや自己放電を防止しつつ、その照度維持率を高め得る紫外線放射用フラッシュランプを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a flash lamp for ultraviolet radiation capable of increasing its illuminance maintenance rate while preventing start-up errors and self-discharge.
本発明は、タングステン粉末と電子放射性物質を圧縮成型して高温にて焼成して成る焼結電極が円筒状透光性セラミック発光管の両端部の少なくとも陰極側又は双方に設けられ、円筒状透光性セラミック発光管に発光ガスとしてキセノンが封入され、円筒状透光性セラミック発光管の内部断面積をD、発光時のピーク電流をIpとするとき、(Ip/D)が30A/mm 2 となるようピーク電流を供給して用いる紫外線放射用フラッシュランプである。 In the present invention, a sintered electrode formed by compression molding of tungsten powder and an electron-emitting substance and firing at a high temperature is provided on at least the cathode side or both ends of the cylindrical translucent ceramic arc tube. Xenon is enclosed as a luminescent gas in the light-emitting ceramic arc tube, and when the internal cross-sectional area of the cylindrical light-transmitting ceramic arc tube is D and the peak current during light emission is Ip, (Ip / D) is 30 A / mm 2. It is a flash lamp for ultraviolet radiation that is used with a peak current supplied .
その特徴ある構成は、円筒状透光性セラミック発光管の内径が4mmであり、電子放射性物質がバリウムの酸化物又はカルシウムの酸化物又はバリウムとカルシウムの酸化物であり、焼結電極における電子放射性物質の重量比を5%ないし15%にしたところにある。
The characteristic configuration is that the inner diameter of the cylindrical translucent ceramic arc tube is 4 mm , the electron-emitting material is barium oxide, calcium oxide, or barium-calcium oxide, and the electron emission in the sintered electrode. The weight ratio of the substance is 5% to 15%.
本発明の紫外線放射用フラッシュランプでは、焼結電極における電子放射性物質の重量比を5%ないし15%にしたので、始動エラー及び自己放電を生じさせることがなく、また、焼結電極の熱容量が増加し機械的強度が高まるため、ランプを断続的にフラッシュ点灯させた場合の焼結電極における電子放射性物質の蒸発や、スパッタ現象に起因するタングステン及び電子放射性物質の飛散を防止することができ、これにより焼結電極の損耗を従来より軽減することができる。そこで、本発明の紫外線放射用フラッシュランプによれば、発光管の黒化又は白濁が抑制される一方、始動エラーや自己放電を防止しつつ、その照度維持率を高めることが可能となる。 In the flash lamp for ultraviolet radiation according to the present invention, since the weight ratio of the electron radioactive material in the sintered electrode is 5% to 15%, no start-up error and self-discharge occur, and the heat capacity of the sintered electrode is increased. Since the mechanical strength is increased and the lamp is intermittently flashed, it is possible to prevent evaporation of the electron radioactive material in the sintered electrode when the lamp is intermittently lit, and scattering of tungsten and the electron radioactive material due to the sputtering phenomenon. As a result, wear of the sintered electrode can be reduced as compared with the prior art. Therefore, according to the flash lamp for ultraviolet radiation of the present invention, it is possible to suppress the blackening or cloudiness of the arc tube, while increasing the illuminance maintenance rate while preventing start-up errors and self-discharge.
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。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の紫外線放射用フラッシュランプ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透光性セラミックから成る管型発光管11と、その透光性セラミック発光管11の両端に対向して配置された一対の電極12,22を備える。発光管11は、紫外線透過率の高いセラミックによって内径が8mm以下の断面が円形を成す円筒状に成形されたものが使用される。
FIG. 1 shows a
ここで、透光性セラミックから成る管型発光管11の内径を8mm以下とするのは、本発明の対象が小型の紫外線放射用フラッシュランプ10であることを明確にするためであり、この発光管11の内径は5mm以下であることが好ましく、4mm以下であることが更に好ましい。また、透光性セラミックから成る管型発光管11を用いるのは、機械的強度が高く小型の紫外線放射用フラッシュランプ10を得るためである。即ち、この透光性セラミック発光管11を用いると、従来用いられているガラス製の発光管に比較して機械的強度を高くすることができる。また、端部シール工程において量産性も高くなり、要求される高い寸法制度にも応じられることになる。このため、機械的強度が高く小型の紫外線放射用フラッシュランプ10を得ることができるのである。
The reason why the inner diameter of the
発光管11の両端に配置される一対の電極12,22は、陰極電極12と陽極電極22から成る。陰極電極12及び陽極電極22の双方は、タングステン粉末と電子放射性物質を圧縮成型して高温にて焼成して成る焼結電極である。即ち、この焼結電極は、タングステン粒子と電子放射性物質粒子の混合物を圧縮成形することにより形成された加圧成型体を約1400〜1600℃において焼成することにより得られた焼結体から成る。ここで、電子放射性物質としては、バリウムやカルシウムの酸化物が例示される。
The pair of
この焼結電極から成る陰極電極12及び陽極電極22は、ニオブ管13,23を介して透光性セラミック発光管11の両端に封着される。そして、この透光性セラミック発光管11の内部には発光ガスとしてキセノンが封入される。図1は本発明における紫外線放射用フラッシュランプ10の断面図であり、透光性セラミック発光管11の両端部にはこの発光管11の両端部を封止する管端壁14,24がフリットと呼ばれる特殊な無機系接着剤を介して接着される。ニオブ管13,23はこの管端壁14,24の中央にその管端壁14,24を貫通して接着され、そのニオブ管13,23の発光管11内部における端部に焼結電極12,22がニオブ管13,23の端部に溶接されたタングステン芯棒13a,23aを介して固定される。このようにして、焼結電極である陰極電極12及び陽極電極22は発光管11の両端に対向して設けられる。
The
そして、キセノンの封入は、まず透光性セラミック発光管11の外部におけるニオブ管13又は23のいずれか一方の端部をプラズマ溶接により封止した後、封止されていない側のニオブ管13又は23の端部から発光管11内部に圧力40kPaのキセノンガスを注入し、その端部をプラズマ溶接により封止して行う。
Xenon is sealed by first sealing one end of the
発光管11の両端から外部に導出されたニオブ管13,23は陰極電極12及び陽極電極22に電気的に接続された端子となり、このニオブ管13,23から成る端子は点灯回路40(図2)に接続可能なものとなる。そして、図2に示すように、透光性セラミック発光管11の外面には、タングステン等の導電材料から成る近接導体16が長手方向に延びて焼き付けて形成され、この導電材料から成る近接導体16がその発光管11の外面に形成される。このようにして、紫外線放射用フラッシュランプ10は作製される。
The
このようにして得られたランプにあって、本発明の紫外線放射用フラッシュランプは、発光管11の内部断面積をD、発光時のピーク電流をIpとするとき、(Ip/D)が25A/mm2ないし35A/mm2の範囲となるように使用されるものである。ここで、(Ip/D)を25A/mm2以上とするのは、始動エラーが生じる頻度を低下させるためである。即ち、(Ip/D)が25A/mm2未満であると、単位面積当たりのピーク電流が小さいため、始動時に電極の温度が上昇しないことから、始動エラーを生じる確率が高まるのである。
In the lamp thus obtained, the flash lamp for ultraviolet radiation according to the present invention has (Ip / D) of 25 A, where D is the internal sectional area of the
一方、(Ip/D)を35A/mm2以下とするのは、陰極電極12近傍の発光管11の黒化又は白濁を抑制して、紫外線の強度が将来において低下することを防止するためである。即ち、(Ip/D)が35A/mm2を越えていると、この紫外線放射用フラッシュランプ10の繰り返される点灯により、その焼結体から成る焼結電極の温度が上昇し、また放電によるスパッタによって陰極電極を構成する焼結電極12が損耗し、その焼結電極12に含まれるタングステン及び電子放射性物質が、周囲の発光管11の内壁に付着してその発光管11を黒化又は白濁させ、この黒化及び白濁により紫外線放射用フラッシュランプ10における紫外線放射が将来において低下するからである。
On the other hand, the reason why (Ip / D) is set to 35 A / mm 2 or less is to suppress blackening or white turbidity of the
また、本発明の紫外線放射用フラッシュランプ10では、陰極電極を構成する焼結電極12の電子放射性物質の重量比を5%ないし15%にしたことを特徴とする。焼結電極12における電子放射性物質の重量比を5%以上とするのは、始動エラーが生じる頻度を低下させるためである。即ち、焼結電極12における電子放射性物質の重量比が5%未満であると、始動性を向上させるために用いる電子放射性物質の絶対量が不足して、紫外線放射用フラッシュランプ10の始動性能が低下して、トリガー電圧を印加しても紫外線放射用フラッシュランプ10が正常に点灯しない始動エラーが発生する確率が高まるからである。
Further, the ultraviolet
一方、陰極電極を構成する焼結電極12の電子放射性物質の重量比を15%以下とするのは、発光管11の黒化又は白濁を抑制して、紫外線の強度が低下することを防止するためである。即ち、その焼結電極12における電子放射性物質の重量比が15%を越えると、熱容量が低下してその焼結体から成る焼結電極12の温度が上昇し、また放電によるスパッタによって焼結電極12の損耗が加速してその焼結電極12に含まれるタングステン及び電子放射性物質が周囲の発光管11を黒化又は白濁させ、この黒化又は白濁は紫外線放射用フラッシュランプ10における紫外線放射を低下させるからである。そして、トリガー電圧を印加する以前に焼結電極12と22間に放電が開始する、いわゆる自己放電が発生する確率が高くなる。また、そのように焼結電極12の損耗が進むと、その焼結電極12の損耗により発光管11内部に封入されたキセノンの純度が低下し、始動性が低下する不具合もある。
On the other hand, setting the weight ratio of the electron-emitting material of the
このように構成された紫外線放射用フラッシュランプ10では、陰極電極を構成する焼結電極12の電子放射性物質の重量比を5%ないし15%にしたので、始動エラー及び自己放電を生じさせることがなく、また、焼結電極12の熱容量が増加し機械的強度が高まるため、ランプを断続的にフラッシュ点灯させた場合の焼結電極12における電子放射性物質の蒸発や、スパッタ現象に起因するタングステン及び電子放射性物質の飛散を防止することができ、これにより焼結電極12の損耗を従来より軽減することができる。そこで、本発明の紫外線放射用フラッシュランプ10によれば、発光管11の黒化又は白濁が抑制される一方、始動エラーや自己放電を防止しつつ、その照度維持率を高めることが可能となる。
In the ultraviolet
なお、上述した実施の形態では、ニオブ管13,23を介して焼結電極12,22を透光性セラミック発光管11の両端に設ける場合を説明したけれども、焼結電極12,22を透光性セラミック発光管11の両端に設けられる限り、ニオブ管13,23を用いないようにしても良い。
In the above-described embodiment, the case where the
また、上述した実施の形態では、陰極電極12と陽極電極22の双方において、タングステン粉末と電子放射性物質を圧縮成型して高温にて焼成して成る焼結電極が用いられる場合を説明したけれども、陰極電極12として焼結電極を用いる限り、陽極電極22には必ずしも焼結電極を用いることを要しない。例えば、体積が陰極電極12と比べて大きく形成されていれば、タングステンから成るコイル状のものや円柱体を陽極電極22として用いるようにしても良い。
In the above-described embodiment, the case where the sintered electrode formed by compression molding the tungsten powder and the electron radioactive substance and firing at high temperature is used for both the
次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。 Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples.
<実施例1>
図1に示すような紫外線放射用フラッシュランプ10を製造した。即ち、内径dが4mmの円筒形を成し、長さLが34.6mmのアルミナから成る透光性セラミック発光管11と、その発光管11の両端に対向して配置された陰極電極12と陽極電極22から成る紫外線放射用フラッシュランプ10を製造した。陰極電極12及び陽極電極22として、タングステン粉末と電子放射性物質を圧縮成型して高温にて焼成して成る焼結電極12,22を用いた。そして、その焼結電極12,22は直径φが1.9mmであって長さpが2.2mmの円柱状を成し、その焼結電極12,22における電子放射性物質の重量比は5%とした。このような焼結電極12,22を、ニオブ管13,23を介して透光性セラミック発光管11の内部における両端に間隔nが18.5mmとなるように対向して封止した。
<Example 1>
A
その後、透光性セラミック発光管11の外部におけるニオブ管13又は23のいずれか一方の端部をプラズマ溶接により封止した後、封止されていない側のニオブ管13又は23の端部から発光管11内部に圧力40kPaのキセノンガスを注入し、その端部をプラズマ溶接により封止した。そして、図2に示すように、透光性セラミック発光管11の外面にタングステン等の導電材料から成る近接導体16を長手方向に延伸させ焼き付けて形成した。このよう紫外線放射用フラッシュランプ10を100本作製し、この100本の紫外線放射用フラッシュランプ10を実施例1とした。
Then, after sealing one end of the
<実施例2>
焼結電極12,22における電子放射性物質の重量比を10%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、図1に示す紫外線放射用フラッシュランプ10を100本作製した。この100本の紫外線放射用フラッシュランプ10を実施例2とした。
<Example 2>
100
<実施例3>
焼結電極12,22における電子放射性物質の重量比を15%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、図1に示す紫外線放射用フラッシュランプ10を100本作製した。この100本の紫外線放射用フラッシュランプ10を実施例3とした。
<Example 3>
100
<比較例1>
焼結電極12,22における電子放射性物質の重量比を20%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、図1に示す紫外線放射用フラッシュランプ10を100本作製した。この100本の紫外線放射用フラッシュランプ10を比較例1とした。
<Comparative Example 1>
100
<比較例2>
焼結電極12,22における電子放射性物質の重量比を30%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、図1に示す紫外線放射用フラッシュランプ10を100本作製した。この100本の紫外線放射用フラッシュランプ10を比較例2とした。
<Comparative example 2>
100
<比較例3>
焼結電極12,22における電子放射性物質の重量比を40%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、図1に示す紫外線放射用フラッシュランプ10を100本作製した。この100本の紫外線放射用フラッシュランプ10を比較例3とした。
<Comparative Example 3>
100
<比較例4>
焼結電極12,22における電子放射性物質の重量比を50%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、図1に示す紫外線放射用フラッシュランプ10を100本作製した。この100本の紫外線放射用フラッシュランプ10を比較例4とした。
<Comparative Example 4>
100
<比較試験1及び結果1>
図2に示す点灯回路40を用いて実施例1〜3及び比較例1〜4における紫外線放射用フラッシュランプ10を断続的にフラッシュ点灯させた。この紫外線放射用フラッシュランプ10を発光させる点灯回路40は、紫外線放射用フラッシュランプ10に瞬時に電荷を放出するための放電コンデンサ41と、トリガー電圧を印加するトリガー回路42とを並列に接続した構造を成すものである。
<Comparative test 1 and result 1>
The ultraviolet
紫外線放射用フラッシュランプ10の点灯条件は、発光時のピーク電流を380Aとし、17秒の間に400回フラッシュ点灯させた後に4分間休止させることを順次繰り返すようなものとした。ここで、発光管11の内径dは4mmであるので、発光管11の内部断面積Dは、12.56mm2となる。発光時のピーク電流Ipが380Aであるので、(Ip/D)が25A/mm2ないし35A/mm2の範囲内である30A/mm2において、実施例1〜3及び比較例1〜4における紫外線放射用フラッシュランプ10を断続的にフラッシュ点灯させた。この各紫外線放射用フラッシュランプ10の点灯は、各焼結電極12,22に、その放電コンデンサ41に蓄えられた充電電圧をニオブ管13,23を介して供給するとともに、トリガー回路42からトリガー電圧を印加することにより行って、この点灯を30万回繰り返した。
The lighting condition of the ultraviolet
実施例1〜3及び比較例1〜4における紫外線放射用フラッシュランプ10の全てにおいて、初回の点灯時と、30万回目の点灯時における照度をそれぞれ測定した。照度の測定は波長254nmの紫外線を計測可能な照度計を用いて行い、殺菌に有効とされる波長254nmの紫外線における照度を測定した。そして、実施例1〜3及び比較例1〜4における紫外線放射用フラッシュランプ10の全てにおいて、初回の点灯時における照度を100としたときの、30万回目の点灯時における照度を求めた。このようにして得られた30万回目の点灯時における照度を「254nm照度維持率(%)」とし、得られた実施例1〜3及び比較例1〜4の「254nm照度維持率照度(%)」を図3に示す。
In all of the ultraviolet
<比較試験2及び結果2>
実施例1〜3及び比較例1〜4における紫外線放射用フラッシュランプ10の各100本において、フラッシュ点灯30万回目までは比較試験1と同時に、更に、引き続いて100万回目まで比較試験1と同一の点灯条件にてフラッシュ点灯を行い、それら紫外線放射用フラッシュランプ10における始動エラーを監視した。そして、その始動エラーの回数を計測し、その計測された始動エラーの回数の平均値を全体の繰り返し発光回数である100万回で除して始動エラー発生率(ppm)を得た。このようにして得られた実施例1〜3及び比較例1〜4の「始動エラー発生率(ppm)」を図4に示す。
<
In 100 each of the ultraviolet
<比較試験3及び結果3>
実施例1〜3及び比較例1〜4における紫外線放射用フラッシュランプ10の各100本において、比較試験2において行われた100万回のフラッシュ点灯と同時に、トリガー電圧を印加する以前に放電が開始する、いわゆる自己放電が最初に発生する点灯回数を目視により測定した。
<Comparative test 3 and result 3>
In each of 100 of the ultraviolet
その結果、実施例1〜3及び比較例1,2における紫外線放射用フラッシュランプ10の各100本にあっては、100万回に達するまで点灯を繰り返しても、いずれの紫外線放射用フラッシュランプ10においても、自己放電は確認されなかった。
As a result, in each of 100 of the ultraviolet
これに対して、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を40重量%含ませた比較例3にあっては、初回の発光から40万回目当たりの点灯において自己放電が確認された。そして、その後も散発的に自己放電が確認された。
On the other hand, in Comparative Example 3 in which 40% by weight of the electron-emitting material was included in the
また、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を50重量%含ませた比較例4にあっては、比較試験1の最中の初回の発光から20万回目当たりの点灯において自己放電が確認された。そして、その後も散発的に自己放電が確認された。
Further, in Comparative Example 4 in which 50% by weight of the electron-emitting material is included in the
<評価1>
比較試験1の結果を示す図3から明らかなように、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を5〜15重量%含ませた実施例1〜3にあっては、いずれもその照度維持率が60%を越えており、比較的高い値を示していることが判る。これに対して、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を20重量%以上含ませた比較例1〜4にあっては、実施例1〜3に比較して、その照度維持率が低下しており、いずれもその照度維持率が60%に達しないものがあることが判る。これは比較例1〜4の紫外線放射用フラッシュランプ10では、放電によるスパッタによって焼結電極12が損耗し、そのタングステン及び電子放射性物質の飛散に起因して発光管11の黒化、又は白濁が進行して紫外線透過率が低下したことによるものと考えられる。
<Evaluation 1>
As is apparent from FIG. 3 showing the results of Comparative Test 1, in Examples 1 to 3, in which 5 to 15% by weight of an electron-emitting material is contained in the
また、比較試験2の結果を示す図4から明らかなように、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を5〜15重量%含ませた実施例1〜3にあっては、始動エラーの発生率が極めて低いことが判る。これに対して、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を20重量%以上含ませた比較例1〜4にあっては、その電子放射性物質の重量比が増加するに従って、その始動エラーの発生率が上昇していることが判る。これは比較例1〜4の紫外線放射用フラッシュランプ10では、電子放射性物質の重量比を高めるに従って、焼結電極12における電子放射性物質の蒸発や放電によるスパッタによって焼結電極12が損耗するが、その際、タングステン及び電子放射性物質の飛散に伴い、製造時に焼結電極12に吸着されていた不純ガスや水分が放出されることになり、発光管11内部に封入されたキセノンの純度が低下することにより、その始動性が低下したものと考えられる。
Further, as apparent from FIG. 4 showing the result of the
一方、陰極電極である焼結電極12における電子放射性物質の蒸発量を抑制するために電子放射性物質の重量比を下げると、紫外線放射用フラッシュランプ10の始動性能が低下することが考えられるけれども、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を5重量%含ませた実施例1にあっても、始動エラーが発生していない。このため、本発明の比較的小型の紫外線放射用フラッシュランプ10に用いられる陰極電極12にあっては、そこに含ませる電子放射性物質の重量比を5重量%まで低下させても、紫外線放射用フラッシュランプ10における始動エラーを回避できることが判る。
On the other hand, if the weight ratio of the electron-emitting substance is reduced in order to suppress the evaporation amount of the electron-emitting substance in the
更に、比較試験3の結果から明らかなように、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を5〜15重量%含ませた実施例1〜3にあっては、100万回に達するまでフラッシュ点灯を繰り返しても、自己放電は確認されていない。また、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を20重量%及び30重量%含ませた比較例1及び2においても、100万回に達するまでフラッシュ点灯を繰り返しても、自己放電は確認されていない。これに対して、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を40重量%含ませた比較例3にあっては、40万回目当たりの点灯において自己放電を開始しており、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を50重量%含ませた比較例4にあっては、20万回目当たりの点灯において自己放電を開始している。これは、電子放射性物質の重量比を高くすると、早期に自己放電が発生する確率が高いことを示している。つまり、電極12における熱容量が低下して焼結電極12の温度が上昇したことや、電子放射性物質が電極表面或いは内部に過剰に存在することにより始動性が向上したことに起因するものと考えられる。
Further, as is apparent from the results of Comparative Test 3, in Examples 1 to 3, in which 5 to 15% by weight of the electron-emitting material is included in the
上述した評価からしてみると、陰極電極である焼結電極12に電子放射性物質を5〜15重量%含ませた本発明の紫外線放射用フラッシュランプ10では、始動エラーや自己放電を防止しつつ、その照度維持率を従来より高めることができることが判る。
From the above evaluation, the ultraviolet
<比較試験4及び結果4>
比較試験3において計100万回の点灯が終了した実施例2における100本の紫外線放射用フラッシュランプ10を10本ずつの9グループに分け、図2に示す点灯回路40を用い、比較試験1と同一の点灯条件において再び断続的にフラッシュ点灯させた。このときの発光時のピーク電流を各グループによって違えた。即ち、各グループにおける発光時のピーク電流を130A,190A,250A,300A,380A,440A,510A,570A及び630Aのように違えて、発光管11の内部断面積Dである12.56mm2により発光時のピーク電流Ipを除した値(Ip/D)が、10A/mm2,15A/mm2,20A/mm2,25A/mm2,30A/mm2,35A/mm2,40A/mm2,45A/mm2及び50A/mm2になるように各グループの紫外線放射用フラッシュランプ10を再び断続的にフラッシュ点灯させた。この発光を新たに30万回繰り返して、それら紫外線放射用フラッシュランプ10における始動エラーの回数を目視により計測した。その計測された始動エラーの回数の平均値を全体の繰り返し発光回数の平均である30万回で除して始動不良率(ppm)を得た。このようにして得られた実施例1における「始動不良率(ppm)」を図5に示す。
<Comparative test 4 and result 4>
In the
<比較試験5及び結果5>
比較試験4において行われた新たな30万回のフラッシュ点灯時において、同時に「紫外線放射強度維持率(%)」を測定した。即ち、比較試験4において、9グループに分けられた10本ずつの紫外線放射用フラッシュランプ10において、初回である100万1回目の点灯時と、更に30万回点灯が成された後の最後である点灯時における照度をそれぞれ測定した。照度の測定は波長254nmの紫外線を計測可能な照度計を用いて行い、殺菌に有効とされる波長254nmの紫外線における照度を測定した。そして、各グループの初回である100万1回目の点灯時における照度の平均を100としたときの、更に30万回点灯が成された後の最後である点灯時における照度の平均値における値を求めた。このようにして得られた実施例3における「紫外線放射強度維持率(%)」を図6に示す。
<Comparative test 5 and result 5>
At the time of the new flash lighting of 300,000 times performed in the comparative test 4, the “ultraviolet radiation intensity maintenance rate (%)” was measured at the same time. That is, in the comparative test 4, in each of the 10 ultraviolet
<評価2>
比較試験4の結果を示す図5から明らかなように、発光時のピーク電流Ipを発光管11の内部断面積Dで除した値(Ip/D)が25A/mm2以上であると、始動エラーの発生率が極めて低いことが判る。これに対して、発光時のピーク電流Ipを発光管11の内部断面積Dで除した値(Ip/D)が25A/mm2未満であると、その値(Ip/D)が減少するに従って、その始動エラーの発生率が上昇していることが判る。これは、その値(Ip/D)が25A/mm2未満であると、熱容量が増加して始動時に電極の温度が始動に十分な温度に達しないことに起因するものと考えられる。してみると、その値(Ip/D)が25A/mm2以上であれば、始動時に電極の温度を上昇させて始動エラーを回避し得るであろうことが判る。
<
As is apparent from FIG. 5 showing the result of the comparative test 4, when the value (Ip / D) obtained by dividing the peak current Ip during light emission by the internal cross-sectional area D of the
また、比較試験5の結果を示す図6から明らかなように、発光時のピーク電流Ipを発光管11の内部断面積Dで除した値(Ip/D)が35A/mm2以下であると、紫外線放射強度維持率が比較的高いことが判る。これに対して、発光時のピーク電流Ipを発光管11の内部断面積Dで除した値(Ip/D)が35A/mm2を越えていると、その値(Ip/D)が増加するに従って、その紫外線放射強度維持率が徐々に低下していることが判る。これは、その値(Ip/D)が35A/mm2を越えていると、紫外線放射用フラッシュランプ10の繰り返される点灯により、陰極電極である焼結電極12の温度が上昇し、また放電によるスパッタによってその陰極電極である焼結電極12における電子放射性物質の蒸発や、スパッタ現象に起因するタングステン及び電子放射性物質の飛散によりその焼結電極12が損耗し、その蒸発し飛散する電子放射性物質が、周囲の発光管11の内壁に付着してその発光管11を黒化又は白濁させ、この黒化及び白濁が紫外線放射用フラッシュランプ10における紫外線放射を低下させたものと考えられる。してみると、その値(Ip/D)が35A/mm2以下であれば、発光管11の黒化又は白濁を抑制して、紫外線の強度が低下することを防止し得ることが判る。
Further, as apparent from FIG. 6 showing the result of the comparative test 5, the value (Ip / D) obtained by dividing the peak current Ip during light emission by the internal cross-sectional area D of the
上述した評価からしてみると、発光管11の内部断面積をD、発光時のピーク電流をIpとするとき、(Ip/D)が25A/mm2ないし35A/mm2となることを要件とする本発明の紫外線放射用フラッシュランプ10では、始動エラーや自己放電を確実に防止しつつ、その照度維持率を著しく高めることができるものといえる。
From the above evaluation, it is required that (Ip / D) is 25 A / mm 2 to 35 A / mm 2 where D is the internal cross-sectional area of the
10 紫外線放射用フラッシュランプ
11 透光性セラミック発光管
12,22 焼結電極
10 Flash lamp for
Claims (1)
前記円筒状透光性セラミック発光管(11)の内径(d)が4mmであり、
前記電子放射性物質がバリウムの酸化物又はカルシウムの酸化物又はバリウムとカルシウムの酸化物であり、
前記焼結電極(12,22)における前記電子放射性物質の重量比を5%ないし15%にした
ことを特徴とする紫外線放射用フラッシュランプ。 Sintered electrodes (12, 22) formed by compression molding tungsten powder and electron-emitting material and firing at high temperature are provided at least on the cathode side or both ends of the cylindrical translucent ceramic arc tube (11). The cylindrical translucent ceramic arc tube (11) is filled with xenon as a luminescent gas, the internal cross-sectional area of the cylindrical translucent ceramic arc tube (11) is D, and the peak current during light emission is Ip. An ultraviolet radiation flash lamp used by supplying a peak current so that (Ip / D) is 30 A / mm 2 ,
The cylindrical translucent ceramic arc tube (11) has an inner diameter (d) of 4 mm ,
The electron-emitting substance is an oxide of barium or an oxide of calcium or an oxide of barium and calcium;
An ultraviolet radiation flash lamp, wherein a weight ratio of the electron-emitting material in the sintered electrodes (12, 22) is 5% to 15%.
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