JP5661375B2 - フラッシュランプ - Google Patents

Description

本発明は、フラッシュランプに関する。

従来のフラッシュランプとして、放電ガスが封入された密封容器と、密封容器内においてアーク放電を生じさせる陰極及び陽極と、密封容器内において予備放電を生じさせる複数のトリガ電極と、を備えるものが知られている（例えば特許文献１，２参照）。このようなフラッシュランプでは、陰極と陽極との間に所定の電圧が印加された状態でトリガ電極にトリガ電圧が印加されると、まず、トリガ電極によって予備放電が生じさせられ、続いて、陰極及び陽極によってアーク放電が生じさせられる。これにより、トリガ電圧としてパルス電圧がトリガ電極に印加されると、パルス的にアーク放電が生じ、その結果、フラッシュランプは、パルス発光することになる。

特公昭５６−００１７４６号公報 米国特許第３３５６８８８号明細書

上述したようなフラッシュランプは、分光分析機器や発光分析機器等の光源として利用されるが、そのような場合、フラッシュランプの発光は、フラッシュランプに対して所定の位置に設置されたアパーチャ等で切り出されることが多い。そのため、アーク放電に揺らぎが生じると、アパーチャ等で切り出された光出力がパルス発光ごとにばらついてしまう。

そこで、本発明は、アーク放電の揺らぎの発生を抑制することができるフラッシュランプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のフラッシュランプは、放電ガスが封入された密封容器と、密封容器内に配置され、アーク放電を生じさせる陰極及び陽極と、密封容器内に配置され、アーク放電に先立って予備放電を生じさせる第１のトリガ電極及び第２のトリガ電極と、を備え、陰極の先端部分と陽極の先端部分とは、所定の基準線上において対向しており、第１のトリガ電極の先端部分は、基準線に平行な方向において、第２のトリガ電極の先端部分よりも陰極側に位置しており、第１のトリガ電極の先端部分は、基準線を含む所定の基準面の一方の側において、当該先端部分の終端が基準線から離れた状態で基準線に近くなるほど先細りとなるように形成されており、第２のトリガ電極の先端部分は、基準面の他方の側において、当該先端部分の終端が基準線から離れた状態で基準線に近くなるほど先細りとなるように形成されており、第１のトリガ電極の先端部分の終端及び第２のトリガ電極の先端部分の終端は、基準線に平行な方向から見た場合に、陰極及び陽極の内側に位置しており、第１のトリガ電極の先端部分の始端及び第２のトリガ電極の先端部分の始端は、基準線に平行な方向から見た場合に、陰極及び陽極の外側に位置していることを特徴とする。

このフラッシュランプでは、陰極の先端部分と陽極の先端部分とが基準線上において対向しており、その基準線を含む基準面に対して、第１のトリガ電極の先端部分が一方の側に位置し、第２のトリガ電極の先端部分が他方の側に位置している。さらに、第１のトリガ電極の先端部分の終端及び第２のトリガ電極の先端部分の終端が基準線から離れており、第１のトリガ電極の先端部分及び第２のトリガ電極の先端部分が、基準線に近くなるほど先細りとなるように形成されている。これにより、アーク放電は、陰極の先端部分の終端部（終端及びその近傍部分）から第１のトリガ電極の先端部分の終端部及び第２のトリガ電極の先端部分の終端部を経由して陽極の先端部分の終端部に至るという限られた経路で、安定して生じることになる。従って、このフラッシュランプによれば、アーク放電の揺らぎの発生を抑制することができる。さらに、第１のトリガ電極の先端部分の始端及び第２のトリガ電極の先端部分の始端は、基準線に平行な方向から見た場合に、陰極及び陽極の外側に位置している。この構成によれば、アーク放電が第１のトリガ電極の先端部分の始端部（始端及びその近傍部分）及び第２のトリガ電極の先端部分の始端部をより一層経由し難くなるので、アーク放電の揺らぎの発生をより確実に抑制することができる。

また、陰極は、陰極の先端部分において電子が放出される陰極放電対向面を有し、陽極は、陽極の先端部分において電子が吸収される陽極放電対向面を有しており、第１のトリガ電極の先端部分の終端及び第２のトリガ電極の先端部分の終端は、基準線に平行な方向から見た場合に、陰極放電対向面及び陽極放電対向面の外側に位置していることが好ましい。この構成によれば、アーク放電が第１のトリガ電極の先端部分の終端部及び第２のトリガ電極の先端部分の終端部をより一層経由し易くなるので、アーク放電の揺らぎの発生をより確実に抑制することができる。

本発明によれば、アーク放電の揺らぎの発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態のフラッシュランプの一部切欠き斜視図である。 図１のII−II線に沿ってのフラッシュランプの断面図である。 図１の陰極の先端部の拡大図である。 図１の陰極及び陽極並びにトリガ電極を含む部分の平面図である。 比較例１の陰極及び陽極並びにトリガ電極を含む部分の平面図である。 比較例２の陰極及び陽極並びにトリガ電極を含む部分の平面図である。 比較例３の陰極及び陽極並びにトリガ電極を含む部分の平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、フラッシュランプ１は、キセノンガス（放電ガス）が封入された密封容器２を備えている。密封容器２は、金属からなる円形板状のステム３、金属からなる円筒状のキャップ４、及びガラスからなる円形板状の光透過窓５を有している。光透過窓５は、キャップ４においてステム３の内面３ａに対向する位置に設けられた断面円形状の開口４ａを塞いでいる。なお、ステム３には、密封容器２内にキセノンガスを充填した後に封止される封止管１１が設けられている。

密封容器２内には、アーク放電を生じさせる陰極６０及び陽極７０、アーク放電に先立って予備放電を生じさせるトリガ電極（第１のトリガ電極）８０及びトリガ電極（第２のトリガ電極）９０、並びにアーク放電を安定して生じさせるためのスパーカ電極１０が配置されている。陰極６０及び陽極７０は、絶縁部材１２を介してステム３を貫通するリードピン１３の端部に固定されている。トリガ電極８０，９０は、絶縁部材１２を介してステム３を貫通するリードピン１４の端部に固定されている。スパーカ電極１０は、絶縁部材１２を介してステム３を貫通するリードピン１５の端部に固定されている。

図２に示されるように、陰極６０は、リードピン１３の端部が固定された基端部分を構成する円柱状の本体部分６１、及び本体部分６１から遠くなるほど先細りとなる円錐状の先端部分６２を有している。本体部分６１及び先端部分６２は、例えばタングステンからなり、同一の直線を中心線として一体的に形成されている。同様に、陽極７０は、リードピン１３の端部が固定された基端部分を構成する円柱状の本体部分７１、及び本体部分７１から遠くなるほど先細りとなる円錐状の先端部分７２を有している。本体部分７１及び先端部分７２は、例えばタングステンからなり、同一の直線を中心線として一体的に形成されている。

陰極６０及び陽極７０は、それぞれの中心線（すなわち、円錐状の先端部分６２，７２の頂点同士を結ぶ）が基準線ＲＬに略一致するように配置されている。陰極６０の先端部分６２と陽極７０の先端部分７２とは、基準線ＲＬ上において対向している（すなわち、正対して向かい合っている）。なお、基準線（所定の基準線）ＲＬは、ここではステム３の内面３ａに略平行な直線である。

トリガ電極８０は、リードピン１４の端部が固定された基端部分を構成する円柱針状の本体部分８１、及び本体部分８１から遠くなるほど先細りとなる円錐針状の先端部分８２を有している。本体部分８１及び先端部分８２は、例えばモリブデンからなり、同一の直線を中心線として一体的に形成されている。同様に、トリガ電極９０は、リードピン１４の端部が固定された基端部分を構成する円柱針状の本体部分９１、及び本体部分９１から遠くなるほど先細りとなる円錐針状の先端部分９２を有している。本体部分９１及び先端部分９２は、例えばモリブデンからなり、同一の直線を中心線として一体的に形成されている。

トリガ電極８０の先端部分８２は、基準線ＲＬに平行な方向において、トリガ電極９０の先端部分９２よりも陰極６０側に位置している。トリガ電極８０の先端部分８２は、基準面ＲＳの一方の側において、当該先端部分８２の終端（すなわち、先端）８２ａが基準線ＲＬから離れた状態で基準線ＲＬに近くなるほど先細りした尖頭形状となるように形成されている。一方、トリガ電極９０の先端部分９２は、基準面ＲＳの他方の側において、当該先端部分９２の終端９２ａが基準線ＲＬから離れた状態で基準線ＲＬに近くなるほど先細りした尖頭形状となるように形成されている。なお、基準面（所定の基準面）ＲＳは、基準線ＲＬを含む面であり、ここではステム３の内面３ａに略垂直な平面である。また、トリガ電極８０，９０は、それぞれの中心線が基準面ＲＳに略垂直になると共に、基準線ＲＬを含みかつ基準面ＲＳに略垂直な同一平面上に位置するように、ここでは配置されている。

図３に示されるように、トリガ電極８０の先端部分８２の始端（すなわち、基端）８２ｂ及びトリガ電極９０の先端部分９２の始端９２ｂは、基準線ＲＬに平行な方向から見た場合に、陰極６０及び陽極７０の外側に位置している。つまり、始端８２ｂ，９２ｂは、陰極６０の先端部分６２の底面と、陽極７０の先端部分７２の底面と、当該両底面の外周線同士を結ぶ直線母線からなる面と、で規定される円筒状の空間の外側に位置している。

トリガ電極８０の先端部分８２の終端８２ａ及びトリガ電極９０の先端部分９２の終端９２ａは、基準線ＲＬに平行な方向から見た場合に、陰極６０が有する陰極放電対向面６３及び陽極７０が有する陽極放電対向面７３の外側に位置している。つまり、終端８２ａ，９２ａは、陰極放電対向面６３と、陽極放電対向面７３と、当該両放電対向面６３，７３の外周線同士を結ぶ直線母線からなる面と、で規定される円筒状の空間の外側に位置している。なお、終端８２ａ，９２ａは、基準線ＲＬに平行な方向から見た場合に、陰極６０及び陽極７０の内側（好ましくは、基準線ＲＬから、陰極６０の終端６２ａと陽極７０の終端７２ａとの距離（放電電極間距離）の１／４までの範囲内）に位置している。

ここで、陰極放電対向面６３は、陰極６０の先端部分６２において電子が放出される面であり、陽極放電対向面７３は、陽極７０の先端部分７２において電子が吸収される面である。より詳細には、図４の（ａ），（ｂ）に示されるように、陰極放電対向面６３は、陰極６０の先端部分６２において、当該先端部分６２の形状に沿った接線Ｌ，Ｌ’の接点ａ，ａ’よりも終端６２ａ側の部分（図４の斜線部）に相当する。同様に、陽極放電対向面７３は、陽極７０の先端部分７２において、当該先端部分７２の形状に沿った接線Ｌ，Ｌ’の接点ａ，ａ’よりも終端７２ａ側の部分（図４の斜線部）に相当する。

ただし、放電の電流密度の関係上、陰極放電対向面６３及び陽極放電対向面７３は、電極中心から１５０μｍまでの範囲となる。従って、図４の（ｃ）に示されるように、電極中心である終端６２ａから接点ａ，ａ’が１５０μｍ以上離れている場合には、陰極放電対向面６３は、終端６２ａから１５０μｍ以内の部分になる。同様に、電極中心である終端７２ａから接点ａ，ａ’が１５０μｍ以上離れている場合には、陽極放電対向面７３は、終端７２ａから１５０μｍ以内の部分になる。

以上のように構成されたフラッシュランプ１の動作について説明する。まず、リードピン１３に電気的に接続された主電源部によって、陰極６０と陽極７０との間に所定の電圧が印加される。この状態で、リードピン１３，１４に電気的に接続されたトリガ電源部によって、スパーカ電極１０及びトリガ電極８０，９０にパルス電圧が印加される。

このような電圧の印加により、次のような現象がパルス的に生じる。まず、スパーカ電極１０で予備放電が生じて、紫外線が放射される。この紫外線の放射により、陰極６０及びトリガ電極８０，９０から光電子が放出されて、密封容器２内のキセノンガスが電離される。スパーカ電極１０による予備放電が終了すると、図３に示されるように、陰極６０の先端部分６２の終端部（終端６２ａ及びその近傍部分）からトリガ電極８０の先端部分８２の終端部（終端８２ａ及びその近傍部分）及びトリガ電極９０の先端部分９２の終端部（終端９２ａ及びその近傍部分）を経由して陽極７０の先端部分７２の終端部（終端７２ａ及びその近傍部分）に至る経路Ｒで予備放電が生じ、続いて、同経路Ｒでアーク放電が生じる。これにより、フラッシュランプ１は、白色光をパルス発光することになる。

以上説明したように、フラッシュランプ１では、陰極６０の先端部分６２と陽極７０の先端部分７２とが基準線ＲＬ上において対向しており、基準線ＲＬを含む基準面ＲＳに対して、トリガ電極８０の先端部分８２が一方の側に位置し、トリガ電極９０の先端部分９２が他方の側に位置している。さらに、トリガ電極８０の先端部分８２の終端８２ａ及びトリガ電極９０の先端部分９２の終端９２ａが基準線ＲＬから離れており、各先端部分８２，９２が、基準線ＲＬに近くなるほど先細りとなるように形成されている。これにより、アーク放電は、陰極６０の先端部分６２の終端部からトリガ電極８０の先端部分８２の終端部及びトリガ電極９０の先端部分９２の終端部を経由して陽極７０の先端部分７２の終端部に至るという限られた領域で形成された経路Ｒで、安定して生じることになる。従って、フラッシュランプ１によれば、アーク放電の揺らぎの発生を抑制することができる。よって、フラッシュランプ１に対して所定の位置（ここでは、光透過窓５の中央部分に対応する位置）に設置されたアパーチャでフラッシュランプ１の発光が切り出される場合に、そのアパーチャで切り出された光出力が安定化することになる。

また、トリガ電極８０の先端部分８２の始端８２ｂ及びトリガ電極９０の先端部分９２の始端９２ｂは、基準線ＲＬに平行な方向から見た場合に、陰極６０及び陽極７０の外側に位置している。この構成により、各トリガ電極８０，９０においてエッジとなっているトリガ電極８０の先端部分８２の始端部（始端８２ｂ及びその近傍部分）及びトリガ電極９０の先端部分９２の始端部（始端９２ｂ及びその近傍部分）をアーク放電が経由し難くなる。従って、この構成によっても、アーク放電の揺らぎの発生が抑制される。

また、トリガ電極８０の先端部分８２の終端８２ａ及びトリガ電極９０の先端部分９２の終端９２ａは、基準線ＲＬに平行な方向から見た場合に、陰極６０が有する陰極放電対向面６３及び陽極７０が有する陽極放電対向面７３の外側に位置している。この構成により、終端８２ａ，９２ａが陰極放電対向面６３及び陽極放電対向面７３の内側に位置している場合に比べ、トリガ電極８０の先端部分８２の終端部及びトリガ電極９０の先端部分９２の終端部をアーク放電が経由し易くなる。従って、この構成によっても、アーク放電の揺らぎの発生が抑制される。

次に、フラッシュランプ１における各寸法の一例について説明する。まず、放電電極（すなわち、陰極６０及び陽極７０）の本体部分６１，７１の径（放電電極径）は２．４ｍｍであり、陰極６０の終端６２ａと陽極７０の終端７２ａとの距離（放電電極間距離）は１．５ｍｍである。つまり、放電電極径よりも小さい放電電極間距離の範囲内に、トリガ電極８０の終端８２ａ及びトリガ電極９０の終端９２ａが配置されていることになる。なお、陰極放電対向面６３及び陽極放電対向面７３の径は２００μｍである。

また、トリガ電極８０，９０の本体部分８１，９１の径（トリガ電極径）は０．４ｍｍであり、基準線ＲＬに平行な方向において、トリガ電極８０の終端８２ａとトリガ電極９０の終端９２ａとの距離（トリガ電極間距離）は０．４ｍｍ〜０．７ｍｍである。このように、トリガ電極間距離をトリガ電極径よりも大きくすることで、トリガ電極８０の先端部分８２の終端部からトリガ電極９０の先端部分９２の終端部に至る経路（経路Ｒの一部）以外へアーク放電が揺らぐのを抑制することができる。なお、基準線ＲＬに平行な方向において、陰極６０の終端６２ａとトリガ電極８０の終端８２ａとの距離は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍである。

さらに、基準線ＲＬと各トリガ電極８０，９０の終端８２ａ，９２ａとの距離は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍである。このように、基準線ＲＬと各トリガ電極８０，９０の終端８２ａ，９２ａとの距離をトリガ電極径の１／２よりも大きくすることで、トリガ電極８０の先端部分８２の終端部からトリガ電極９０の先端部分９２の終端部に至る経路（経路Ｒの一部）以外へアーク放電が揺らぐのを抑制することができる。

次に、比較例のフラッシュランプについて説明する。図５は、比較例１の陰極及び陽極並びにトリガ電極を含む部分の平面図である。図５に示されるように、比較例１のフラッシュランプは、トリガ電極８０の先端部分８２及びトリガ電極９０の先端部分９２が基準線ＲＬ及び基準面ＲＳを横切っている点で、上述したフラッシュランプ１と相違している。この相違点により、陰極６０の終端６２ａとトリガ電極８０の先端部分８２との距離、トリガ電極８０の先端部分８２とトリガ電極９０の先端部分９２との距離、及びトリガ電極９０の先端部分９２と陽極７０の終端７２ａとの距離が、フラッシュランプ１に比べて小さくなる。そのため、比較例１のフラッシュランプでは、アーク放電が生じ得る経路Ｒがフラッシュランプ１に比べて広くなってしまう。

また、比較例１のフラッシュランプにおいては、トリガ電極８０の先端部分８２の始端８２ｂ及びトリガ電極９０の先端部分９２の始端９２ｂが、基準線ＲＬに平行な方向から見た場合に、陰極６０及び陽極７０の内側に位置している。そのため、比較例１のフラッシュランプでは、始端８２ｂ，９２ｂが陰極６０及び陽極７０の外側に位置しているフラッシュランプ１に比べ、各トリガ電極８０，９０においてエッジとなっているトリガ電極８０の先端部分８２の始端部及びトリガ電極９０の先端部分９２の始端部をアーク放電が経由し易くなってしまう。

図６は、比較例２の陰極及び陽極並びにトリガ電極を含む部分の平面図である。図６に示されるように、比較例２のフラッシュランプは、トリガ電極８０の先端部分８２及びトリガ電極９０の先端部分９２が基準面ＲＳの一方の側に位置している点で、上述したフラッシュランプ１と相違している。この相違点により、トリガ電極８０の先端部分８２とトリガ電極９０の先端部分９２との距離が、フラッシュランプ１に比べて小さくなる。そのため、比較例２のフラッシュランプでは、アーク放電が生じ得る経路Ｒのうち、トリガ電極８０の先端部分８２の終端部からトリガ電極９０の先端部分９２の終端部に至る経路が、フラッシュランプ１に比べて広くなってしまう。

図７は、比較例３の陰極及び陽極並びにトリガ電極を含む部分の平面図である。図７に示されるように、比較例３のフラッシュランプは、先細りとなっている先端部分８２，９２をトリガ電極８０，９０が有せず、トリガ電極８０，９０の全体が円柱針状に形成されている点で、上述したフラッシュランプ１と相違している。この相違点により、各トリガ電極８０，９０の終端８０ａ，９０ａが面となる。そのため、比較例３のフラッシュランプでは、アーク放電が生じ得る経路Ｒがフラッシュランプ１に比べて広くなってしまう。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、トリガ電極８０とトリガ電極９０とによって、アーク放電が生じ得る経路Ｒのうち、基準線ＲＬに平行な方向における中心部を含む領域を形成していれば、陰極６０とトリガ電極８０との間、及び陽極７０とトリガ電極９０との間に、さらに別のトリガ電極が設けられていてもよい。また、トリガ電極８０，９０は、例えば基準線ＲＬと略平行でかつ基準面ＲＳに略垂直な平面に対して、それぞれ異なる側に配置されていてもよい。

１…フラッシュランプ、２…密封容器、６０…陰極、６２…先端部分、６３…陰極放電対向面、７０…陽極、７２…先端部分、７３…陽極放電対向面、８０…トリガ電極（第１のトリガ電極）、８２…先端部分、８２ａ…終端、８２ｂ…始端、９０…トリガ電極（第２のトリガ電極）、９２…先端部分、９２ａ…終端、９２ｂ…始端、ＲＬ…基準線、ＲＳ…基準面。

Claims (2)

1. 放電ガスが封入された密封容器と、
   前記密封容器内に配置され、アーク放電を生じさせる陰極及び陽極と、
   前記密封容器内に配置され、前記アーク放電に先立って予備放電を生じさせる第１のトリガ電極及び第２のトリガ電極と、を備え、
   前記陰極の先端部分と前記陽極の先端部分とは、所定の基準線上において対向しており、
   前記第１のトリガ電極の先端部分は、前記基準線に平行な方向において、前記第２のトリガ電極の先端部分よりも前記陰極側に位置しており、
   前記第１のトリガ電極の前記先端部分は、前記基準線を含む所定の基準面の一方の側において、当該先端部分の終端が前記基準線から離れた状態で前記基準線に近くなるほど先細りとなるように形成されており、
   前記第２のトリガ電極の前記先端部分は、前記基準面の他方の側において、当該先端部分の終端が前記基準線から離れた状態で前記基準線に近くなるほど先細りとなるように形成されており、
   前記第１のトリガ電極の前記先端部分の前記終端及び前記第２のトリガ電極の前記先端部分の前記終端は、前記基準線に平行な方向から見た場合に、前記陰極及び前記陽極の内側に位置しており、前記第１のトリガ電極の前記先端部分の始端及び前記第２のトリガ電極の前記先端部分の始端は、前記基準線に平行な方向から見た場合に、前記陰極及び前記陽極の外側に位置していることを特徴とするフラッシュランプ。
2. 前記陰極は、前記陰極の前記先端部分において電子が放出される陰極放電対向面を有し、前記陽極は、前記陽極の前記先端部分において電子が吸収される陽極放電対向面を有しており、
   前記第１のトリガ電極の前記先端部分の前記終端及び前記第２のトリガ電極の前記先端部分の前記終端は、前記基準線に平行な方向から見た場合に、前記陰極放電対向面及び前記陽極放電対向面の外側に位置していることを特徴とする請求項１記載のフラッシュランプ。

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