JP2792543B2 - 放電管用陰極 - Google Patents

放電管用陰極

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、放電管に使用する陰極に関し、特に、高出
力で安定的な紫外線発光に好適な放電管用陰極に関す
る。
〔従来の技術〕
従来一般に、希ガス放電管に使用される陰極は、タン
グステン,モリブデンの高融点金属粉末を陰極形状にプ
レス成形した後、これを焼結して空孔率20〜30%の多孔
質基体を作製し、この多孔質基体にBaCo3−CaCc3−Al2O
3粉末より成るバリウムアルミネートを溶融含浸させ、
その表面に付着した余剰の電子放射物質を機械的に除去
して成るものである。
このような含浸型陰極では、バリウムアルミネートの
融点が低いため、スパッタを受け易く蒸発し易いので、
管壁の汚染を招き、透過率が低くなり、ランプ寿命が早
まるという問題点がある。
他方、特開昭54−36077号公報に開示の陰極構体は、
高融点金属粉末とイットリウム酸化物粉末との混合粉末
を常法により1600℃以上で焼結し、その焼結体を炭酸バ
リウム等のアルカリ土類金属からなる低融点電子放射物
質のスラリー中に浸漬して気孔内に電子放射物質を含浸
させ、しかる後、還元雰囲気中で例えば1500℃で焼成し
たものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
II a属の高融点低蒸気圧の電子放射物質となるイット
リウム酸化物粉末を焼結した陰極構体に対する低融点電
子放射物質となるべきバリウムの固定方法は含浸法であ
ることから、1500℃程度の含浸温度では放電管のような
高温雰囲気に比べて低温であり、含浸にて一旦固定され
たバリウムは基材からの蒸発が著しく、蒸発したバリウ
ムがランプ壁に付着し、透過率を低下させ、ランプ寿命
を早める。
そこで、本発明の課題は、低融点電子放射物質たるバ
リウムの高融点金属基材への固定方法を改良することに
より、透過率の低下を抑制でき、長寿命の放電管を実現
できる陰極を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するため、本発明に係る放電管陰極
は、高融点金属粉末と、少なくともバリウムを含むアル
カリ土類金属と酸化スカンジウム及び/又は酸化イット
リウムとを有して成る化合物粉末と、を含む混合粉末を
陰極形状に成形した後、焼結して成ることを特徴とす
る。低融点電子放射物質となるべきバリウムを単体のま
ま高融点金属の焼結体に含浸で組み込むのではなく、バ
リウムを含むアルカリ土類金属と酸化スカンジウム及び
/又は酸化イットリウムとを有して成る化合物粉末と高
融点金属粉末とを焼結して組み込むことにより、高融点
電子放射物質(酸化スカンジウム及び/又は酸化イット
リウム)とのバリウム化合物の形で基材に組み込んだも
のであるから、結合エネルギーが大きいので、電子放射
物質たる低融点のバリウムの蒸発が起こり難く、スパッ
タを受け難いため、ランプ壁の汚染を抑制でき、長寿命
高出力の放電管を実現できる。
上記混合粉末は酸化スカンジウム粉末を含み、上記化
合物粉末としてはBaxYyOz粉末を用いても良いし、また
上記混合粉末は酸化イットリウム粉末を含み、上記化合
物粉末としてはBaxScyOz粉末を用いても良い。更に、上
記化合物粉末としてはBaxYyOz粉末とBaxScyOz粉末を併
用しても良い。上記化合物粉末としては、少なくとも重
量比2〜10%であることが好ましい。高融点金属粉末と
しては、タングステン,モリブデン,ルテニウム,イン
ジウム,オスミニウムのうち、いずれかの組からなる混
合物又は合金を用いることができる。そして、上記焼結
後の陰極に対しプラズマクリーニング等の表面処理を施
すのが好ましい。
〔参考例及び実施例〕
まず、本発明の実施例を説明する前に参考例を説明す
る。
参考例 第1図はアーク型の参考例及び実施例の製造工程を示
す工程図である。第3図は参考例の組成重量%を示す三
角グラフ図で、Mはタングステン,モリブデン,ルテニ
ウム,イリジウム,オスミウム等の高融点金属(ベース
メタル)粉末を示す。
参考例は高融点金属粉末Mと酸化イットリウム(Y
2O3)粉末と酸化スカンジウム(Sc2O3)粉末とを混合成
形し、焼結した放電管用陰極である。その製造に際し、
まず第1図に示す工程Aにおいて、高融点金属粉末M
と、電子放射物質となるべき酸化イットリウム粉末と、
電子放射性物質となるべき酸化スカンジウム粉末とを準
備し、重量%で、高融点金属粉末Mが70〜95%,酸化イ
ットリウム粉末が0〜5%,酸化スカンジウム粉末が5
〜30%の混合粉末を作製する。電子放射性物質のII a属
酸化物のうち酸化イットリウム粉末を混合しない場合で
も良い。
各粉体の組成比については、ベースメタルMの抵抗値
が上昇する点を目安として臨界点を選定した。即ち、酸
化スカンジウム,酸化イットリウムは絶縁性物質であの
で、設計段階には重量比だけでなく体積比を考慮する必
要がある。換言すると、ベースメタルM,酸化物の粒径,
粒子数を勘案することが重要であるが、これらの要因を
一々選定する代わりに、各粉体が一様分布したとすれ
ば、ベースメタルM粒子が孤立化せずに連続している状
態は抵抗値が低く、孤立化した場合は抵抗値が高くなる
ことに着目して、抵抗値が上昇する点を上記の如く重量
比の臨界点と設定した。
次に、作製された混合粉末を工程Bにおいて、機械プ
レス,静水圧等により第2図(A),(B),(C)に
示す如くの先端尖鋭の陰極形状になるように成形する。
第2図(A)の陰極1は台付き円錐形でその項点1aが放
電点のなるべき通常の陰極形状である。なお、2は電極
棒で、これは焼結前の形成工程Bで埋め込められ、次の
焼結工程における焼き嵌めにより自然に陰極1と溶融結
合される。第2図(B)の陰極3は頂面3aを有する切頭
円錐形で、第2図(A)の陰極1に比して広い切頭面を
有する分、高い発光出力が得られる。第2図(C)の電
極4は台付き切頭円錐形の頂面に円柱凹所4aを設けたも
ので、その円周エッジ4bが放電部分となり、点としてで
はなく線状の放電部分が確保されるので、かかる陰極4
によっても高い発光出力が得られる。
次に、工程Cにおいて上記組成比の成形体の焼結を行
う。焼結は真空中又は、還元性雰囲気中で約2000℃〜26
00℃で行う。この温度範囲においては、原料粉末の粒度
分布との関係により適度の機械的強度を得られると共に
多孔質体の気孔率を15〜40%と調整することができる。
かかる焼結工程Cにより第7図に示すように、高融点金
属粒体内に散在分布した電子放射性物質粒体を有する多
孔質の焼結体が得られた。
最後に、工程Dにおいて、その焼結体にプラズマクリ
ーニング等の表面処理を施し焼結体表面に付着した余剰
電子放射物質を物理的又は機械的に除去する。
かかる参考例によれば、電子放射性物質として高融点
のII a属酸化物たる酸化イッカトリウム又は酸化スカン
ジウムを選定し、焼結多孔体に溶融含浸させるのでな
く、予め各粉末を一緒に混合成形し、しかる後その成形
体を焼結したものであるから、高融点の電子放射性物質
の存在によりスパッタを受けにくい。つまり、希ガス放
電管に使用される陰極の蒸発は熱的作用によるものとイ
オン衝撃(スパッタ)によるものとがあり、その蒸発物
の主成分はバリウム及び酸化バリウムが殆どを占める
が、参考例においては、これらの低融点の蒸発物質(バ
リウム等)を含有せず、高融点及び低蒸気圧の酸化イッ
トリウム,酸化スカンジウムを含有するもとである故、
上記蒸発の問題が起こらない。したがって高出力長寿命
の放電管陰極を実現できた。また製造的には従来の溶融
含浸工程を省くことができた。しかし、低融点の電子放
射物質(バリウム等)を含有していないため、高出力の
陰極が得難い。
第1実施例 第4図は第1実施例の組成重量%を示す三角グラフ図
である。
第1実施例は参考例と同様の製造工程(第1図図示)
で製造されるが、各粉末の重量%は、高融点金属粉末M
が70〜90%,酸化スカンジウムが5〜30%,バリウム及
びイットリウムを含む酸化物(BaxYyOz)が2〜10%で
ある。低融点電子放射物質のバリウムは単体粉末ではな
く、高融点電子放射物質のイットリウムとの化合物の形
で焼結で基材に組み入れたものであるから、結合エネル
ギが大きいので、スパッタを受けにくく、高出力長寿命
の放電管陰極を実現できる。
第2実施例 第5図は第2実施例の組成重量%を示す三角グラフ図
である。
高融点金属粉末Mが85〜98%で、酸化イットリウムが
0〜5%で、バリウム及びスカンジウムを含む酸化物
(BaxScyOz)が2〜10%である。本実施例もバリウムは
単体粉末でなく、高融点電子放射物質のスカンジウムと
の化合物の結合エネルギが大きい。したがって、第1実
施例と同様の効果を有する。
第3実施例 第6図は第3実施例の組成重量%を示す三角グラフ図
である。
高融点金属粉末Mが80〜96%で、バリウム及びスカン
ジウムを含む酸化物(Bax Scy Oz)が2〜10%で、バリ
ウム及びイットリウムを含む酸化物(Bax Yy Oz)が2
〜10%である。II a属のスカンジウム又はイットリウム
のみの酸化物を用いることなく、それらとバリウムの化
合物を電子放射性物質として用いた。これらの電子放射
性物質は上記実施例と同様に結合エネルギが大きいので
蒸発の問題が起こらず、スパッタを受けにくい。従っ
て、高出力長寿命の放電管陰極を実現できる。
〔効果〕
以上説明したように、本発明に係る放電管用陰極は、
低融点電子放射物質となるべきバリウムを単体のまま高
融点金属の焼結体に含浸で組み込むのではなく、バリウ
ムを含むアルカリ土類金属と酸化スカンジウム及び/又
は酸化イットリウムとを有して成る化合物粉末と高融点
金属粉末とを焼結して組み込むことにより、高融点電子
放射物質(酸化スカンジウム及び/又は酸化イットリウ
ム)とのバリウム化合物の形で基材に組み込んだもので
あるから、結合エネルギーが大きいので、電子放射物質
たる低融点のバリウムの蒸発が起こり難く、スパッタを
受け難いため、ランプ壁の汚染を抑制でき、長寿命高出
力の放電管を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はアーク型の参考例及び実施例の製造工程を示す
工程図である。 第2図(A),(B),(C)は参考例及び実施例にお
いて採用した放電管用陰極としての先端先鋭の陰極形状
を示す斜視図である。 第3図は参考例の組成重量%を示す三角グラフ図であ
る。 第4図は第1実施例の組成重量%を示す三角グラフ図で
ある。 第5図は第2実施例の組成重量%を示す三角グラフ図で
ある。 第6図は第3実施例の組成重量%を示す三角グラフ図で
ある。 第7図は本焼結後の参考例又は実施例の多孔体を拡大し
て示す金属組織の電子顕微鏡写真である。 〔符号の説明〕 M……高融点金属粉末 1,3,4……放電管用陰極 2……電極棒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−135038(JP,A) 特開 昭52−39977(JP,A) 特開 昭54−36077(JP,A) 特開 昭51−107682(JP,A) 特開 昭60−131751(JP,A) 特公 昭43−17781(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 61/04 - 61/10 H01J 9/02 - 9/06

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高融点金属粉末と、少なくともバリウムを
    含むアルカリ土類金属と酸化スカンジウム及び/又は酸
    化イットリウムとを有して成る化合物粉末と、を含む混
    合粉末を陰極形状に成形した後、焼結して成ることを特
    徴とする放電管用陰極。
  2. 【請求項2】前記混合粉末は酸化スカンジウム粉末を含
    み、前記化合物粉末はBaxYyOz粉末であることを特徴と
    する請求項第1項に記載の放電管用陰極。
  3. 【請求項3】前記混合粉末は酸化イットリウム粉末を含
    み、前記化合物粉末はBaxScyOz粉末であることを特徴と
    する請求項第1項に記載の放電管用陰極。
  4. 【請求項4】前記化合物粉末はBaxYyOz粉末とBaxScyOz
    粉末とを含むことを特徴とする請求項第1項に記載の放
    電管用陰極。
  5. 【請求項5】前記化合物粉末は、少なくとも重量比2〜
    10%であることを特徴とする請求項第1項に記載の放電
    管用陰極。
  6. 【請求項6】前記高融点金属粉末は、タングステン,モ
    リブデン,ルテニウム,インジウム,オスミニウムのう
    ち、いずれかの組からなる混合物又は合金であることを
    特徴とする請求項第1項に記載の放電管用陰極。
  7. 【請求項7】前記焼結後の陰極にプラズマクリーニング
    等の表面処理を施して成ることを特徴とする請求項第1
    項に記載の放電管用陰極。
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