JP2000182563A - セラミックス電極構造体、放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】セラミックス電極を確実に固定するとともに、
ホルダへの放電の回り込みを生じにくくしたセラミック
ス電極構造体、これを用いた放電ランプおよび照明装置
を提供する。 【解決手段】アルカリ土類元素および遷移金属元素の酸
化物を主体とし、表面を遷移金属元素の炭化物およびま
たは窒化物で被覆した顆粒状、スポンジ状または塊状の
複合セラミックスからなる電子放出物質１ａをセラミッ
クス容器１ｂ内に収納して構成されたセラミックス電極
１を、金属製筒状ホルダ２に収納・固定する際に、セラ
ミックス容器１ｂの少なくとも底部側部分を収納し、開
口部の周縁２ａを加締めて加締め部２ｂを形成して固定
する。金属性筒状ホルダ２の開口部の周縁２ａを加締め
ることにより、金属性筒状ホルダ２の周縁とセラミック
ス容器１ｂとの間の隙間ｇを小さくしてホロー効果によ
る金属性筒状ホルダ２への放電の回り込みを生じにくく
するとともに、電極寿命を全うするまで明るさのちらつ
きを生じることなく安定した放電を維持することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス電極
構造体、これを用いた放電ランプおよび照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般照明用の蛍光ランプなどにおいて
は、タングステンコイルからなるフィラメント電極に、
遷移金属の一部とバリウムを含むアルカリ土類金属の酸
化物を塗布してなる熱陰極が用いられている。

【０００３】しかし、この熱陰極は、小形化が困難のた
め、液晶バックライト用の細管の蛍光ランプにはＮｉな
どの金属からなる板状またはパイプ状の冷陰極が用いら
れている。冷陰極を用いた放電ランプは、陰極降下電圧
が大きいため、損失が大きいばかりか、ランプ電流を多
くできないので、所望の比較的大きな光量を得ることが
できない。

【０００４】これらの問題を解決するために種々の電極
材料が研究されている中で、特開平４−４３５４６号公
報には、塊状、粒状またはスポンジ状の半導体磁器を、
半導体磁器からなりＮｂ系層のスパッタリング防止層を
形成し、かつ開口部を備えた円筒状の容器内に収納して
なるいわゆるセラミックス電極（従来技術１）が開示さ
れている。

【０００５】従来技術１は、塊状、粒状またはスポンジ
状の半導体磁器を用いたことにより、熱容量を小さくし
て熱伝導率を小さくすることができる。そのため、放電
開始と同時に塊状、粒状またはスポンジ状の半導体磁器
に陰極輝点が形成され、ここから熱電子が放出されるの
で、より高温で安定な温度状態を保ち、電流密度を高く
とれて安定なアーク放電を行うことができる。

【０００６】しかし、従来技術１においては、塊状、粒
状またはスポンジ状の半導体磁器の耐スパッタリング性
が良好でなく、水銀などのイオンによる衝撃によってス
パッタリングを生じやすいという問題がある。

【０００７】これに対して、特開平６−２６７４０４号
公報においては、塊状または粒状の半導体磁器の表面に
Ｔａの炭化物の薄層を形成した（従来技術２）ことによ
り、水銀などのイオンによる衝撃に半導体磁器が耐える
ようになった。

【０００８】しかしながら、従来技術２においては、放
電がゆらぎ、発光がちらつくなどの不安定な現象が発生
する。

【０００９】さらに、特開平１０−８３７９２号公報に
は、有底円筒状容器およびこの容器に収納される顆粒成
形体の表面にＴａＣからなる炭化膜を形成して（従来技
術３）、従来技術２の問題を解決することを目指してい
る。

【００１０】さらにまた、特表平９−５０７９５６号公
報には、セラミックス電極を透光性放電容器の内部に配
設するために、セラミックス電極の端部を金属管の一端
内にはんだ付けまたは締め付けられて固定されている
（従来技術４）。これにより、セラミックス電極を機械
的に強固に支持することが可能になった。

【００１１】以上の従来技術１ないし４により順次技術
的課題が解決されてきた。そして、セラミックス電極
は、小形化が可能であるため、特に比較的細管の放電ラ
ンプの熱陰極化に期待されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、セラミック
ス電極は、電子放出物質の表面の活性化不足などの原因
によって、グロー放電時に熱電子放出物質の温度が所要
値まで上昇しないで熱電子放出物質の表面に陰極スポッ
トが形成されることなく、セラミックス容器やセラミッ
クス容器を支持する金属部材たとえば従来技術４におけ
るような金属管に放電が回り込みやすいという問題があ
る。このような現象が生じると、陰極降下電圧が高くな
るために、放電に明るさのちらつきを生じたり、イオン
スパッタリングの影響が大きくなることによって透光性
放電容器の内面の黒化や電極寿命短縮の原因になる。

【００１３】また、上記した放電の回り込みは、セラミ
ックス電極の寿命末期に接近してきた際の電子放出能力
が小さくなったときにも起こりやすく、電極の寿命末期
を一層早めることになる。

【００１４】さらに、従来技術４におけるように、金属
管によってセラミックス電極を固定する場合、金属管の
開口部の周縁とセラミックス容器との間に隙間が生じ
る。この隙間は、放電が開始すると、ホロー陰極のよう
にホロー効果を生じるために、一層放電の回り込みが生
じやすくなることが分かった。

【００１５】本発明は、セラミックス電極を確実にホル
ダに固定するとともに、ホルダへの放電の回り込みを生
じにくくしたセラミックス電極構造体、これを備えた放
電ランプおよび照明装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の電極構
造体は、アルカリ土類元素および遷移金属元素の酸化物
を主体とし表面を遷移金属元素の炭化物およびまたは窒
化物で被覆した複合セラミックスからなり開口部を備え
た電気伝導性のセラミックス容器、ならびにアルカリ土
類元素および遷移金属元素の酸化物を主体とし表面を遷
移金属元素の炭化物およびまたは窒化物で被覆した顆粒
状、スポンジ状または塊状の複合セラミックスからなり
セラミックス容器内に収納された熱電子放出物質を備え
ているセラミックス電極と；先端が開口して内部にセラ
ミックス容器の少なくとも底部側部分を収納し、開口部
の周縁を加締めることによってセラミックス容器を固定
した金属製筒状ホルダと；を具備していることを特徴と
している。

【００１７】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１８】次に、本発明において用いるセラミックス
電極について説明する。

【００１９】＜セラミックス電極について＞セラミック
ス電極における電気伝導性のセラミックス容器は、アル
カリ土類元素および遷移金属元素を主成分とする導電性
セラミックスからなり、カップ状に成形されているもの
が用いられる。

【００２０】また、セラミックス容器の表面は、遷移金
属の炭化物およびまたは窒化物の被膜で被覆して、電気
伝導性と耐スパッタリング性を強化している。

【００２１】さらに、セラミックス容器は、その内部に
熱電子放出物質を収納するので、熱電子放出物質の開口
部に向かって露出した表面に陰極輝点が形成されるよう
になる。

【００２２】そうして、電気伝導性の容器は、後述する
熱電子放出物質を収納するとともに、必要に応じて透光
性放電容器の両端に封装された導入線によって所定の位
置に支持される。

【００２３】熱電子放出物質は、アルカリ土類元素およ
び遷移金属元素を主成分とする酸化物の複合セラミック
スからなる。好ましくは、アルカリ土類元素の酸化物と
してＢａＯ、ＣａＯおよびＳｒＯからなるグループから
一種または複数種を選択して用いる。また、遷移金属元
素としてＺｒＯ２およびＴｉＯ２のいずれか一種または
複数種と、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｃ２
Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ
３、ＨｆＯ３、ＣｒＯ３、ＭｏＯ５、ＷＯ３とを用い
る。

【００２４】また、熱電子放出物質は、顆粒状、スポン
ジ状または塊状に形成されている。そして、これらの形
態であることにより、いずれも熱容量が小さくなり、か
つ熱伝導率を小さくできる。そのため、熱電子放射が始
まるとともに高温になりやすく、安定な温度状態を維持
できる。なお、「塊状」とは、たとえば顆粒が複数連結
したような多孔質の状態を備えていることをいう。

【００２５】さらに、熱電子放出物質は、その表面が炭
化物およびまたは窒化物で被覆されている。これらの被
覆を表面に形成することにより、熱電子放出物質のスパ
ッタリングを防止する作用がある。しかし、熱電子放出
物質は、内部から拡散によって表面に達するので、問題
ない。また、上記被覆は、始動時など熱電子放出物質の
温度が低いときに、電気伝導を補助する機能も有する。

【００２６】さらにまた、熱電子放出物質の粒径を相対
的に大きいものと、その１／３以下の小さいものとを混
合することにより、温度変化に対する熱電子放出物質の
抵抗性を向上させることができる。

【００２７】＜金属製筒状ホルダについて＞金属製筒状
ホルダは、セラミックス電極を透光製放電容器の内部に
おいて所定の位置に支持するとともに、外部からセラミ
ックス電極に電流を供給する際の導体として寄与する。
このため、金属製筒状容器は、透光性放電容器を気密に
貫通して透光性放電容器の内部に導入された導入線の先
端に固定することができる。

【００２８】また、金属性筒状ホルダは、導入線を介在
しないで、直接透光性放電容器を気密に貫通させること
によって導入線の役割を奏することもできる。たとえ
ば、金属製筒状ホルダを両端が開口する細長いパイプ状
に形成して、その内端にセラミックス電極を固定し、中
間で透光性放電容器を気密に貫通し、外端を透光性放電
容器の外側に露出させ、かつて封止する。この場合に、
金属製筒状ホルダの透光性放電容器の内側の中間部分に
その内外を連通する開口を形成することにより、金属製
筒状ホルダを排気管としても作用させることができる。
また、金属製筒状ホルダをカップ状に形成し、その有底
部を透光性放電容器の端部に気密に貫通させることによ
っても金属製筒状ホルダをして導入線の役割を奏するこ
とができる。

【００２９】さらに、金属製筒状ホルダは、好適には遷
移金属たとえばＮｉ、Ｔａなどの金属から形成するする
のがよい。

【００３０】次に、金属製筒状ホルダの加締めによるセ
ラミックス電極の固定について説明する。セラミックス
電極を単に金属製筒状ホルダに導電的に固定するだけで
あるなら、金属製筒状ホルダの軸方向の位置のどこを加
締めてもよく、たとえば金属製筒状ホルダの中間部で加
締めてもよい。

【００３１】ところが、本発明においては、セラミック
ス電極を導電的に固定するだけでなく、金属製筒状ホル
ダへの放電の回り込みを防止することをも目的としてい
るので、金属製筒状ホルダの開口部の周縁における隙間
の大きさが問題となる。この問題を解決するには、金属
製筒状ホルダの開口部の周縁を加締めるのが効果的であ
る。これにより、セラミックス電極のセラミックス容器
を確実に固定するとともに、金属製筒状ホルダの開口部
の周縁とセラミックス容器の外側面との間に形成される
隙間を小さくするか、実際上隙間をなくすことができ
る。

【００３２】また、金属製筒状ホルダの開口部の周縁を
加締めるには、全周を加締めるか、全周のうち複数箇所
を点状または円弧をなす線状に加締める。金属製筒状ホ
ルダの内径がセラミックス容器の外径より大きめであれ
ば、全周を加締めるのがよいし、それ程大きな隙間がな
い程度であれば、全周のうち複数箇所を点状または円弧
をなす線状に加締めてもよい。

【００３３】＜本発明の作用について＞本発明において
は、金属製筒状ホルダの開口部の周縁をセラミックス電
極のセラミックス容器の外周面に加締めることによって
セラミックス電極を固定するので、金属製筒状ホルダの
開口部とセラミックス容器の外周面との間に隙間が実際
上形成されないか、わずかな大きさになる。このため、
上記隙間にホロー効果が生じて放電の回り込みが発生し
やすいという従来の欠点を除去することができる。

【００３４】上記のように、放電の回り込みが生じにく
くなることに伴い、セラミックス電極の短寿命が発生し
にくくなって、電極寿命を全うするまで、明るさのちら
つきを生じることなく安定した放電を維持することがで
きる。

【００３５】請求項２の発明のセラミックス電極構造体
は、請求項１記載のセラミックス電極構造体において、
金属製筒状ホルダは、開口部の周縁の複数箇所で加締め
てセラミックス容器を固定していることを特徴としてい
る。

【００３６】本発明において、加締め箇所は最低２箇所
に、好ましくは円周上に等配して、形成すればよい。し
かし、セラミックス電極をなるべく金属製筒状ホルダに
対して同軸関係に加締めるためには、加締め箇所を３箇
所または４カ所以上、好ましくは等配して、形成するの
がよい。

【００３７】また、請求項１において記述したように、
本発明は、金属製筒状ホルダの内径とセラミックス容器
の外径とが接近している場合に好適である。しかし、た
とえば予め金属製筒状ホルダの開口部の全周縁を仮に緩
く加締めてセラミックス容器の挿入に支障ない程度まで
縮径しておき、次にセラミックス電極を金属製筒状ホル
ダに挿入してから、その開口部の周縁の複数箇所を最終
的に加締める、いわゆる２段加締めを行うのであれば、
金属製筒状ホルダの内径とセラミックス容器の外径が離
れていても良好な加締めによるセラミックス電極の固定
を行うことができる。

【００３８】そうして、本発明においては、金属製筒状
ホルダの開口部の周縁の加締め作業が容易になる。

【００３９】請求項３の発明のセラミックス電極構造体
は、請求項１記載のセラミックス電極構造体において、
金属製筒状ホルダは、開口部の周縁のほぼ全周で加締め
てセラミックス容器を固定していることを特徴としてい
る。

【００４０】本発明は、金属製筒状ホルダの開口部の周
縁の全周で加締めてセラミックス電極を固定するので、
外観が良好であるが、巻締めを採用するなど加締めが相
対的に面倒になりやすい。

【００４１】また、確実に加締めないと、金属製筒状ホ
ルダとセラミックス容器の外面との間に比較的大きな隙
間ができてしまい、ホロー効果による放電の回り込みを
生じることがあるので、注意を要する。

【００４２】請求項４の発明のセラミックス電極構造体
は、請求項１ないし３のいずれか一記載のセラミックス
電極構造体において、金属製筒状ホルダの開口部の周縁
およびセラミックス容器の間が最大で０．５ｍｍである
ことを特徴としている。

【００４３】本発明は、金属製筒状ホルダとセラミック
ス容器との間の許容される隙間の寸法を規定している。

【００４４】すなわち、上記隙間が最大で０．５ｍｍ以
下であれば、実際上放電の回り込みは殆ど生じない。ホ
ロー陰極においては、ホローの隙間が小さいほど電子放
出が容易になる。たとえば、Ｎｉ板２枚を平行に配置し
て、順次その隙間を小さくしていき、間隔が５ｍｍのと
きより３ｍｍのときの方が陰極降下電圧が低く、電子放
出は容易である。

【００４５】しかしながら、ホロー陰極の極板の間隔を
さらに小さくしていくと、陰極表面に形成される空間電
荷層すなわちシースのため、２枚の電極板は実効的には
１枚の陰極として作用する。このような状態になるため
の陰極間隔は、ほぼデバイ長で表される。

【００４６】したがって、セラミックス電極と金属製筒
状ホルダとの間の隙間がデバイ長より小さければ、隙間
に放電が回り込むことはない。デバイ長は、蛍光ランプ
のような一般的な低圧放電の場合、０．１ｍｍオーダー
であるが、実際には０．５ｍｍ程度であっても放電の回
り込みが殆ど生じないので、本発明においては、上記の
とおり０．５ｍｍを許容範囲とするものである。ここ
で、「最大で０．５ｍｍである」とは、金属製筒状ホル
ダとセラミックス容器との間が全周にわって０．５ｍｍ
を超過する大きさの隙間を形成していないことを意味す
る。

【００４７】請求項５の発明の放電ランプは、透光性放
電容器と；透光性放電容器の両端内部に封装され、少な
くとも一方は請求項１ないし４のいずれか一記載のセラ
ミックス電極構造体からなる一対の対向電極と；透光性
放電容器の内部に封入されたイオン化媒体と；を具備し
ていることを特徴としている。

【００４８】＜透光性放電容器について＞透光性放電容
器は、細長くて内部に細長い放電空間を形成するもの
で、透光性であれば、その材料は制限されないが、一般
的にはガラスを用いて構成することができる。この場
合、ガラスとしてはホウケイ酸ガラスなどの硬質または
半硬質ガラスや、ソーダライムガラス、鉛ガラスなどの
軟質ガラスを用いることができる。また、低圧水銀蒸気
放電または低圧キセノンガス放電によって発生する紫外
線をそのまま利用する場合には、石英ガラスを用いて透
光性放電容器を形成することができる。

【００４９】さらに、透光性放電容器の横断面形状は、
通常円形にするのが一般的であるが、要すれば非円形た
とえば楕円形その他任意の横断面形状にすることができ
る。

【００５０】さらにまた、透光性放電容器の長手方向の
形状は、直管はもとより、環形、半円形、Ｌ字形、Ｕ字
形、Ｗ字形など所望の形状にすることができる。

【００５１】さらにまた、透光性放電容器の径および長
さは、放電ランプの用途に応じて適当に設定することが
できる。しかし、従来管径６ｍｍの細管では熱陰極形の
放電ランプを得ることが極めて困難であったが、本発明
においてはセラミックス電極を用いて熱陰極を形成する
ので、管径６ｍｍ以下の細管の透光性放電容器におい
て、特に効果的である。

【００５２】＜対向電極について＞対向電極は、透光性
放電容器の両端の内部に、その一対が対向して封装され
いる。そして、対向電極の少なくとも一方には以下説明
するセラミックス電極構造体を用いる。もちろん、一対
の対向電極をともにセラミックス電極構造体によって構
成することができる。この構成は、交流点灯の場合に適
している。また、一方の対向電極のみをセラミックス電
極構造体によって構成することができる。この構成は、
直流点灯に適している。なお、直流点灯の場合、陰極を
セラミックス電極構造体にするが、陽極は板状などの金
属体によって構成することができる。

【００５３】透光性放電容器の両端内部に少なくとも一
方がセラミックス電極構造体からなる一対の対向電極を
配設するには、フレアシール、ビードシール、ボタンシ
ール、ピンチシールなどの常法にしたがって封装すれば
よい。管径が大きい場合には、フレアシールが適してい
る。管径が小さい場合には、ビードシールやボタンシー
ルなどが適している。

【００５４】以上のシール形式は、いずれも導入線を封
着して、導入線の内端に電極を接続する構成であるが、
要すればセラミックス電極構造体の場合、その金属製筒
状ホルダを直接透光性放電容器の端部に封着して、透光
性放電容器の外部に露出したセラミックス電極の容器の
外面に直接給電するように構成してもよい。

【００５５】セラミックス電極構造体をビードシールに
より封着するには、透光性放電容器を構成する管の封着
前の一端部を排気管として２段シールすれば、格別排気
管を用いる必要がないが、比較的太径の透光性放電容器
を用いる場合には、たとえばフレアステムやボタンステ
ムに排気管を予め接続してから、シールする。

【００５６】一方、セラミックス電極構造体は、通常１
本の導入線によって支持できる。

【００５７】そこで、排気管および導入線のいずれか一
方を透光性放電容器の端面の中央に配置し、他方を偏芯
位置に配設することができる。

【００５８】＜イオン化媒体について＞透光性放電容器
に封入するイオン化媒体は、水銀低圧水銀蒸気放電を行
わせる場合には、水銀および希ガスを封入する。水銀
は、純水銀を直接封入してもよいし、Ｔｉ３Ｈｇ合金な
どからなる水銀ゲッターまたはＢｉ−Ｉｎ−ＨｇやＩｎ
Ｈｇ、ＺｎＨｇなどのアマルガムの形で封入することが
できる。希ガスとしては、アルゴン、ネオン、クリプト
ン、キセノンなどの一種または複数種を混合して用いる
ことができる。

【００５９】また、低圧希ガス放電を行わせる場合に
は、上記希ガスのみを封入する。

【００６０】さらに、低圧ナトリウム蒸気放電を行わせ
る場合には、ナトリウムと希ガスたとえばネオンなどを
封入する。

【００６１】＜その他の構成について＞放電によって発
生した放射の波長を変換して所望の波長の放射を得る場
合には、透光性放電容器の内面側に蛍光体層を形成する
ことができる。

【００６２】また、蛍光体は、照明目的に応じて好適な
ものを選択して使用することができる。たとえば、一般
照明用、バックライト装置用などには３波長発光形蛍光
体、ハロ燐酸塩蛍光体などの白色発光系の蛍光体、また
読取用にはＬａＰＯ４：Ｃｅ、Ｔｂなどの緑色発光系の
蛍光体、を用いることができる。

【００６３】＜本発明が適応可能な放電ランプについて
＞本発明は、低圧水銀蒸気放電ランプたとえば蛍光ラン
プ、低圧希ガス放電ランプ、低圧ナトリウムランプなど
の各種低圧放電ランプに好適である。しかし、本発明
は、低圧放電ランプ以外の放電ランプにも適応する。

【００６４】＜本発明の作用について＞セラミックス電
極構造体を備えた放電ランプにおいて、セラミックス電
極が金属製筒状ホルダの開口部の周縁をセラミックス容
器に加締めて固定しているから、始動時に放電の金属製
筒状ホルダへの回り込みが生じにくくなる。

【００６５】また、本発明の放電ランプは、セラミック
ス電極の寿命を全うするまで安定した放電を維持する。

【００６６】請求項６の発明の放電ランプは、請求項５
記載の放電ランプにおいて、イオン化媒体は、セラミッ
クス電極構造体より背方の透光性放電容器の端部近傍に
配設されたアマルガムによって封入されている水銀を含
んでいることを特徴としている。セラミックス電極を備
えた放電ランプは、電子放出物質を塗布したタングステ
ンコイルフィラメント電極を備えた従来一般の放電ラン
プに比較して、セラミックス電極の前方に放電が集中す
るため、透光性放電容器の最冷部は端部になる。これに
対して、従来一般の放電ランプの場合は、透光性放電容
器の中央部が最冷部になる。

【００６７】そこで、本発明においては、水銀蒸気圧を
調整する能力のあるアマルガムを透光性放電容器の端部
に接近して配設することにより、水銀蒸気圧を高温雰囲
気中でも最適値範囲に維持して発光効率を高い状態に維
持するものである。

【００６８】水銀蒸気圧を調整する能力を備えたアマル
ガムとしては、たとえばＢｉ−Ｉｎ−Ｈｇなどを用いる
ことができる。

【００６９】アマルガムを透光性放電容器の端部近傍に
配設するには、たとえばＺｎＨｇを適当な粒径の塊にし
て、透光性放電容器の端部の角部に溶着させることがで
きる。また、アマルガムをセラミックス電極構造体を支
持する導入線に溶接または機械的に係止させることがで
きる。

【００７０】請求項７の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体に配設された請求項５または６記載
の放電ランプと；を具備していることを特徴としてい
る。

【００７１】本発明において、「照明装置」とは、セラ
ミックス電極を備えた放電ランプの発光を何らかの目的
で用いるあらゆる装置を含む広い概念である。照明装置
を例示すれば、以下のとおりである。すなわち、バック
ライト装置およびバックライト装置を組み込んだ各種装
置たとえば自動車用計器パネル、携帯情報端末器、パー
ソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、液晶テレビジ
ョン、ＧＰＳ、ならびに照明器具、画像読取装置および
この画像読取装置を組み込んだファクシミリ、複写機、
スキャナなどのオフィスオートメーション機器などであ
る。なお、バックライト装置は、サイドライト式および
直下式のいずれであってもよい。

【００７２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００７３】図１は、本発明のセラミックス電極構造体
の第１の実施形態を示す一部切欠拡大正面図である。

【００７４】図２は、同じく拡大平面図である。

【００７５】図３は、同じく一部切欠拡大縦断面図であ
る。

【００７６】各図において、１はセラミックス電極、２
は金属性筒状ホルダ、３は導入線である。

【００７７】セラミックス電極１は、熱電子放出物質１
ａおよびセラミックス容器１ｂからなる。

【００７８】熱電子放出物質１ａは、アルカリ土類元素
としてＢａが、遷移金属元素としてＴａおよびＺｒが用
いられていて、Ｂａ（Ｚｒ、Ｔａ）の複合酸化物半導体
セラミックスを形成しており、その粉末を焼結して、顆
粒状に成形されている。そして、その顆粒の表面には電
気導電性と耐スパッタリング性に優れたＴａＣの被膜が
形成されている。

【００７９】また、熱電子放出物質１ａは、２種類の粒
径のものを含んでおり、粒径の小さい方は平均粒径３０
μｍであり、粒径の大きい方は平均粒径１００μｍであ
る。

【００８０】さらに、熱電子放出物質１ａは、セラミッ
クス容器１ｂの中に充填されて収納され、かつ焼結によ
りセラミックス容器１ｂ内に固着されている。

【００８１】セラミックス容器１ｂは、Ｂａ（Ｚｒ、Ｔ
ａ）の複合酸化物半導体セラミックスのカップ状成形体
からなる。

【００８２】金属性筒状ホルダ２は、耐熱金属からな
り、プレス成形により有底筒状のカップ状をなしてい
る。そして、金属製筒状ホルダ２内にセラミックス電極
１のセラミックス容器１ｂを約２／３ほど挿入してその
底面が金属製筒状ホルダ２の内底面に当接したら、金属
製筒状ホルダ２の開口場の周縁２ａの直径方向の対向部
分を外側から一対のポンチ（図示しない。）で押圧し
て、点状の加締め部２ｂ、２ｂを形成している。

【００８３】そうして、セラミックス電極１は、金属製
筒状ホルダ２内に電気的に導通して固定されている。ま
た、金属製筒状ホルダ２の加締め部２ｂ以外の周縁２ａ
とセラミックス容器１ｂの外面との間に形成される隙間
ｇは、最大で０．５ｍｍ以内に規制されている。

【００８４】導入線３は、Ｎｉ線からなり、先端が金属
製筒状ホルダ２の背面中央に溶接されている。その結
果、セラミックス電極１の熱電子放出物質１ａは、セラ
ミックス容器１ｂ、金属製筒状ホルダ２を介して導入線
３に電気的に導通している。

【００８５】また、導入線３は、放電ランプの透光製放
電容器にセラミックス電極構造体を封装する際に透光製
放電容器に気密に封着される。

【００８６】図４は、本発明のセラミックス電極構造体
の第２の実施形態を示す平面図である。

【００８７】図において、図２と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【００８８】本実施形態は、１２０゜間隔で３点の加締
め部２ｂを形成して、セラミックス電極１を固定してい
る。

【００８９】図５は、本発明のセラミックス電極構造体
の第３の実施形態を示す平面図である。

【００９０】図において、図２と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【００９１】本実施形態は、９０゜間隔で４点の加締め
部２ｂを形成して、セラミックス電極１を固定してい
る。

【００９２】図６は、本発明のセラミックス電極構造体
の第４の実施形態を示す一部切欠拡大正面図である。

【００９３】図７は、同じく拡大平面図である。

【００９４】図８は、同じく一部切欠拡大縦断面図であ
る。

【００９５】各図において、図１ないし図３と同一部分
については同一符号を付して説明は省略する。

【００９６】本実施形態は、金属製筒状ホルダ２の開口
部の周縁２ａの全周を加締めて、セラミックス電極１の
セラミックス容器１ｂの外側面に金属製筒状ホルダ２の
周縁２ａが全周で接触して、セラミックス電極１を固定
している。

【００９７】図９は、本発明の放電ランプの第１の実施
形態における端部を示す要部拡大断面図である。

【００９８】図において、図３と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。また、１１は透光性放
電容器、１２は蛍光体層、１３は対向電極である。

【００９９】透光性放電容器１１は、軟質ガラスからな
る気密な細長いガラス管である。

【０１００】蛍光体層１２は、透光性放電容器１１の内
面に形成されている。

【０１０１】対向電極１３は、図３に示すセラミックス
電極構造体１３と同様構造で、その一対が透光性放電容
器１１の両端内部に封装されている。

【０１０２】導入線３は、その中間部が透光性放電容器
１の端面に前述した常法によって封着されて、基端部が
透光性放電容器１１の外部に導出されている。

【０１０３】

【実施例】図９に示す構造で、以下に示す仕様である。

【０１０４】透光性放電容器：軟質ガラス製で、管外径
４．１ｍｍ、内径３．１ｍｍ、長さ２８０ｍｍ 対向電極：金属製筒状ホルダはＮｉ製である。セラミッ
クス電極のセラミックス容器は、Ｂａ（Ｚｒ、Ｔａ）系
の複合酸化物半導体セラミックスのカップ状成形体で、
表面がＴａＣで被覆されている。電子放出物質は、Ｂａ
（Ｚｒ、Ｔａ）系の複合酸化物半導体セラミックスの顆
粒状体で表面がＴａＣで被覆されている。対向電極間距
離は２５０ｍｍである。金属製筒状ホルダ２の周縁２ａ
とセラミックス容器１ｂの外面との間の隙間は、加締め
部２ｂにおいて０ｍｍ、非加締め部において０．４ｍｍ
であった。

【０１０５】イオン化媒体：水銀およびアルゴン９３３
０Ｐａ 点灯結果：上記仕様の放電ランプを１０本製作し、ラン
プ電流３０ｍＡの定電流インバータを用いて点灯したと
ころ、点灯１００００時間まで放電の回り込みは生じな
かった。また、５〜３０ｍＡの範囲で安定した放電が得
られた。

【０１０６】図１０は、本発明の放電ランプの第２の実
施形態における端部を示す要部拡大断面図である。

【０１０７】図において、図９と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【０１０８】本実施形態は、透光性放電容器１１の端面
の偏芯位置に排気チップ１１ａを備えている点でことな
る。

【０１０９】導入線３は、透光性放電容器１１の端面中
央に気密に封着されている。

【０１１０】図１１は、本発明の放電ランプの第３の実
施形態における端部を示す要部拡大断面図である。

【０１１１】図において、図１０と同一部分については
同一符号を付して説明は省略する。

【０１１２】本実施形態は、排気チップ１１ａが透光性
放電容器１１の端面の中央に配設され、導入線３が偏芯
位置で封着され、かつ透光製放電容器１１内において屈
曲してセラミックス電極１を透光性放電容器１１の中心
に配設している点で異なる。

【０１１３】図１２は、本発明の放電ランプの第４の実
施形態における端部を示す要部拡大断面図である。

【０１１４】図において、図９と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【０１１５】本実施形態は、水銀をＺｎＨｇアマルガム
１４により封入している点で異なる。

【０１１６】すなわち、ＺｎＨｇアマルガム１４は、透
光性放電容器１１の端部の角部に溶着させることによ
り、透光性放電容器１１に支持させている。

【０１１７】そうして、ＺｎＨｇアマルガムの場合、水
銀を定量封入しやすいとともに、比較的弱いが温度に対
して水銀蒸気圧を調整する能力がある。

【０１１８】図１３は、本発明の放電ランプの第５の実
施形態における端部を示す要部拡大断面図である。

【０１１９】図において、図１２と同一部分については
同一符号を付して説明は省略する。

【０１２０】本実施形態は、水銀をＢｉ−Ｉｎ−Ｈｇア
マルガム１４により封入している点で異なる。

【０１２１】すなわち、Ｂｉ−Ｉｎ−Ｈｇアマルガム１
４は、導入線３に支持させている。

【０１２２】そうして、Ｂｉ−Ｉｎ−Ｈｇアマルガム１
４の場合、純水銀に比べて、温度の広い範囲にわたって
適切な水銀蒸気圧を調整する能力に優れているととも
に、水銀を定量封入しやすい。

【０１２３】図１４は本発明の放電ランプを用いた放電
ランプ点灯装置を示す回路図である。

【０１２４】図において、図９と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。また、２１は点灯回
路、２２は放電ランプである。

【０１２５】点灯回路２１は、高周波交流電源２１ａお
よび限流インピーダンス素子２１ｂから構成され、一対
の出力端ａ、ｂを備えている。

【０１２６】また、高周波交流電源２１ａは、出力周波
数が４０ｋＨｚで、低周波交流電源２１ａ１、全波整流
回路２１ａ２および高周波インバータ２１ａ３から構成
されていている。低周波交流電源２１ａ１の交流電圧を
全波整流器２１ａ２で整流して直流に変換し、さらに高
周波インバータ２１ａ３によって高周波交流電圧に変換
している。

【０１２７】限流インピーダンス素子２１ｂは、放電ラ
ンプ２２の負特性を補償して所定のランプ電流を通流す
るようにそのインピーダンスが設定される。

【０１２８】放電ランプ２２は、図９に示す構造を備え
ている。その各部については図９と同一の符号を用いて
いる。そして、放電ランプ２２の対向電極１３、１３
は、点灯回路１１の出力端ａ、ｂに接続している。

【０１２９】次に、回路動作について説明する。

【０１３０】点灯回路１１の高周波交流電源１１ａを投
入すると、その２次開放電圧が限流インピーダンス素子
２１ｂを直列に介して対向電極１３、１３間に印加さ
れ、放電ランプ２２は、グロー放電が開始され、さらに
アーク放電に転移して点灯する。

【０１３１】そうして、ランプ電流５〜３０ｍＡの範囲
で安定な点灯を行った。

【０１３２】図１５は、本発明の放電ランプを用いて直
流点灯を行う放電ランプ点灯装置を示す回路図である。

【０１３３】図において、図１４と同一部分については
同一符号を付して説明は省略する。

【０１３４】放電ランプ２２は、図において下方の対向
電極１３には図３に示すセラミックス電極構造体を配設
し、上方の対向電極１３’にはＮｉ板からなる電極を配
設している。

【０１３５】点灯回路２１は、高周波インバータに代え
てチョッパ形のＤＣ−ＤＣコンバータを用いて直流電圧
を出力する。そして、出力端ａは正極、ｂは負極になっ
ている。

【０１３６】そうして、放電ランプ２２は、対向電極１
３’が陽極、１３が陰極として直流点灯する。

【０１３７】図１６は、本発明の照明装置の第１の実施
形態としての画像読取装置を示す概念的断面図である。

【０１３８】図において、３１は放電ランプ、３２は受
光手段、３３は信号処理手段、３４は原稿載置面、３５
は反射板、３６はケースである。

【０１３９】放電ランプ３１は、図１に示す実施形態を
採用している。そして、放電ランプ３１の発光は、原稿
載置面３４を介して原稿（図示しない。）に向けて照射
される。

【０１４０】受光手段３２は、原稿面からの反射光を受
光するように配置されている。

【０１４１】信号処理手段３３は、受光手段３２の出力
信号を処理して画像信号を形成する。

【０１４２】原稿載置面３４は、透明ガラスからなり、
その上に原稿を下向きに載置する。

【０１４３】反射板３５は、放電ランプ３１から外部に
放射された光を集光して原稿に向けて照射する。

【０１４４】ケース３６は、以上の各構成要素を収納し
ている。

【０１４５】そうして、放電ランプ３１および受光手段
３２と、原稿載置面３４とを相対的に走査する。すなわ
ち、いずれか一方または双方が反対方向に移動していく
過程で受光手段３２が移動方向に対して直角方向に順次
原稿面からの反射光を受光していく。

【０１４６】本実施形態の画像読取装置は、複写機、イ
メージスキャナおよびファクシミリなどのＯＡ機器など
に適応する。

【０１４７】図１７は、本発明の照明装置の第２の実施
形態としての車載計器用液晶バックライト装置の分解斜
視図である。

【０１４８】図において、４１は放電ランプ、４２は反
射板、４３は導光板、４４は液晶表示体である。

【０１４９】放電ランプ４１は、図１に示す実施形態と
同様な構造を備えている。

【０１５０】反射板４２は、放電ランプ４１の発光を導
光板４３に導くとともに、放電ランプ４１を所定の位置
に保持する。

【０１５１】導光板４３は、透明アクリル樹脂からな
り、端面から放電ランプ４１の発光を導入して、前面か
らなるべく均一に出射する。

【０１５２】液晶表示体４４は、自動車の計器パネルを
構成するもので、回転計、スピードメーターなどの表示
部である。そして、導光板４３の前面から出射した光で
背面から照明されることにより、計器パネルが照光して
計器類を照明する。

【０１５３】なお、反射板４２は、さらに導光板４３お
よび液晶表示体４４を重ねた状態でその端縁を挟持す
る。

【０１５４】

【発明の効果】請求項１ないし４の各発明によれば、ア
ルカリ土類元素および遷移金属元素の酸化物を主体と
し、表面を遷移金属の炭化物または窒化物で被覆した塊
状、顆粒状またはスポンジ状の複合セラミックスからな
る熱電子放出物質を、アルカリ土類元素および遷移金属
元素の酸化物を主体とし表面を遷移金属元素の炭化物ま
たは窒化物で被覆した複合セラミックスからなり開口部
を備えたセラミックス容器の内部に収納してなるセラミ
ックス電極を、先端が開口して内部にセラミックス容器
の少なくとも底部側部分を収納し、開口部の周縁を加締
めて加締め部を形成することによってセラミックス容器
を固定した金属製筒状ホルダを備えていることにより、
セラミックス電極を確実に金属製筒状ホルダに固定する
とともに、金属製筒状ホルダに対する放電の回り込みが
生じにくくて、しかも電極寿命を全うするまで明るさの
ちらつきを生じることなく安定した放電を維持するセラ
ミックス電極構造体を提供することができる。

【０１５５】請求項２の発明によれば、加えて金属製筒
状ホルダの開口部の周縁の複数箇所で加締めたことによ
り、加締め作業が容易なセラミックス電極構造体を提供
することができる。

【０１５６】請求項３の発明によれば、加えて金属製筒
状ホルダの開口部の周縁の加締めを全周で行ったことに
より、外観が良好なセラミックス電極構造体を提供する
ことができる。

【０１５７】請求項４の発明によれば、加えて金属製筒
状ホルダの開口部の周縁およびセラミックス容器の外面
の間の隙間が最大で０．５ｍｍであることにより、隙間
が存在してもホロー効果が発生しないで、金属製筒状ホ
ルダへの放電の回り込みが生じにくいセラミックス電極
構造体を提供することができる。

【０１５８】請求項５の発明によれば、透光製放電容器
の両端内部に封装する一対の対向電極の少なくとも一方
を請求項１ないし４のセラミックス電極構造体もって構
成したことにより、金属製筒状ホルダへの放電の回り込
みが生じにくいとともに、電極寿命を全うするまで明る
さのちらつきを生じることなく安定した放電を維持する
放電ランプを提供することができる。

【０１５９】請求項６発明によれば、加えてイオン化媒
体にセラミックス電極構造体の背方の透光性放電容器の
端部近傍に配設されたアマルガムによって封入されてい
る水銀を含んでいることにより、高温雰囲気中でも水銀
蒸気圧を最適値範囲に維持して発光効率が高い放電ラン
プを提供することができる。

【０１６０】請求項７の発明によれば、請求項５および
６の効果を有する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックス電極構造体の第１の実施
形態を示す一部切欠拡大断面図

【図２】同じく拡大平面図

【図３】同じく一部切欠拡大縦断面図

【図４】本発明のセラミックス電極構造体の第２の実施
形態を示す平面図

【図５】本発明のセラミックス電極構造体の第３の実施
形態を示す平面図

【図６】本発明のセラミックス電極構造体の第４の実施
形態を示す一部切欠拡大正面図

【図７】同じく拡大平面図

【図８】同じく一部切欠拡大縦断面図

【図９】本発明の放電ランプの第１の実施形態における
端部を示す要部拡大断面図

【図１０】本発明の放電ランプの第２の実施形態におけ
る端部を示す要部拡大断面図

【図１１】本発明の放電ランプの第３の実施形態におけ
る端部を示す要部拡大断面図

【図１２】本発明の放電ランプの第４の実施形態におけ
る端部を示す要部拡大断面図

【図１３】本発明の放電ランプの第５の実施形態におけ
る端部を示す要部拡大断面図

【図１４】本発明の放電ランプを用いた放電ランプ点灯
装置を示す回路図

【図１５】本発明の放電ランプを用いて直流点灯を行う
放電ランプ点灯装置を示す回路図

【図１６】本発明の照明装置の第１の実施形態としての
画像読取装置を示す概念的断面図

【図１７】本発明の照明装置の第２の実施形態としての
車載計器用液晶バックライト装置を示す分解斜視図

【符号の説明】

１…セラミックス電極 １ａ…熱電子放出物質 １ｂ…セラミックス容器 ２…金属性筒状ホルダ ２ａ…周縁 ２ｂ…加締め部 ｇ…隙間

フロントページの続き (72)発明者 田村 暢宏 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 Ｆターム(参考） 5C015 EE06 EE07 EE08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルカリ土類元素および遷移金属元素の酸
   化物を主体とし表面を遷移金属元素の炭化物およびまた
   は窒化物で被覆した複合セラミックスからなり開口部を
   備えた電気伝導性のセラミックス容器、ならびにアルカ
   リ土類元素および遷移金属元素の酸化物を主体とし表面
   を遷移金属元素の炭化物およびまたは窒化物で被覆した
   顆粒状、スポンジ状または塊状の複合セラミックスから
   なりセラミックス容器内に収納された熱電子放出物質を
   備えたセラミックス電極と；先端が開口して内部にセラ
   ミックス容器の少なくとも底部側部分を収納し、開口部
   の周縁を加締めることによってセラミックス容器を固定
   した金属製筒状ホルダと；を具備していることを特徴と
   するセラミックス電極構造体。
2. 【請求項２】金属製筒状ホルダは、開口部の周縁の複数
   箇所で加締めてセラミックス容器を固定していることを
   特徴とする請求項１記載のセラミックス電極構造体。
3. 【請求項３】金属製筒状ホルダは、開口部の周縁のほぼ
   全周で加締めてセラミックス容器を固定していることを
   特徴とする請求項１記載のセラミックス電極構造体。
4. 【請求項４】金属製筒状ホルダの開口部の周縁およびセ
   ラミックス容器の間が最大で０．５ｍｍであることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載のセラミッ
   クス電極構造体。
5. 【請求項５】透光性放電容器と；透光性放電容器の両端
   内部に封装され、少なくとも一方は請求項１ないし４の
   いずれか一記載のセラミックス電極構造体からなる一対
   の対向電極と；透光性放電容器の内部に封入されたイオ
   ン化媒体と；を具備していることを特徴とする放電ラン
   プ。
6. 【請求項６】イオン化媒体は、セラミックス電極構造体
   より背方の透光性放電容器の端部近傍に配設されたアマ
   ルガムによって封入されている水銀を含んでいることを
   特徴とする請求項５記載の放電ランプ。
7. 【請求項７】照明装置本体と；照明装置本体に配設され
   た請求項５または６記載の放電ランプと；を具備してい
   ることを特徴とする照明装置。