JP3175592B2

JP3175592B2 - 放電ランプ用電極

Info

Publication number: JP3175592B2
Application number: JP14651696A
Authority: JP
Inventors: 安夫大西; 康彦若畑; 省一間山; 晋中西
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2016-05-17
Also published as: JPH09306421A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は放電ランプの電極
に関する。特に、映写機等に使用されるキセノンショー
トアーク型放電ランプ、ステッパー等にに使われる超高
圧水銀ランプなどの電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電ランプは、石英ガラス製発光管の中
に陽極と陰極が対向配置して、水銀、キセノン、アルゴ
ンなどが必要に応じて封入され、両電極間に生ずるアー
ク放電によって紫外光、可視光などの所望の波長の光を
発光する。これら放電ランプの電極には、電子放射性物
質（エミッター）（例えば、希土類酸化物 La₂O₃，Y
₂O₃, CeO_2.アルカリ土類酸化物 Ba,Sr,Ca 系統の酸化
物等の単体又は混合、複合体）が含まれ、このエミッ
ターはランプ点灯中は自らも蒸発してしまう。

【０００３】このエミッターの蒸発は熱によるものと考
えられるが、具体的に説明すると以下のようになる。一
般に、陰極は電子放射を容易にするべく急峻な円錐形状
であり、陽極は放射された電子を受けやすくするために
ほぼ平坦に近い形状をしている。そして、陽極と陰極の
各々の先端は、５mm程度の短間隙で対向配置している。
ここで、放電ランプは、点灯中高温になる陽極を下方に
垂直点灯する場合が多いが、このような使用形態のもと
では、陰極の先端は陽極側から多大な輻射熱、対流熱を
受けることになる。特に、陰極形状は、急峻な円錐形状
をしているので、その熱容量は小さいものであり、先端
部で受けた熱を容易に後端部に伝達させることが困難に
なってしまい、また、先端部のみならず円錐形の側面か
らも熱を受けることで高温化がより一層高められる。こ
れがエミッター蒸発の原因となりうる。このような問題
に対処すべく、陰極の先端形状を陽極と同様に、ほぼ平
坦状、あるいは限りなく平坦に近くして熱容量が大きく
耐熱性を持たせることも可能ではあるが電子放射という
観点からは好ましいものではない。そして、エミッター
が蒸発すると、当然のごとく、陰極からの電子放射が不
十分となり、結果としてアークの不安定や点灯の立ち切
れをいう事態を招いてしまう。また、アーク不安定が使
用目的などから影響のない程度であったとしても、ま
た、蒸発の程度によってはランプが立ち切れを起こさな
いとしても、蒸発したエミッターは発光管の内面に付着
するなどその悪影響は大きい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、エミッター蒸発を可能な限り少なくでき
る放電ランプ用電極を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる放電ラ
ンプ用電極は、電極本体の先端部分に電子放射性物質と
高融点金属の混合体が埋設された状態となっており、こ
の混合体の先端部における電子放射性物質の濃度は、後
端部における電子放射性物質の濃度よりも低いことを特
徴とする。さらに、電極本体は、円筒状の胴体部と略円
錐台形状の先端部よりなり、この先端部の平坦部から混
合体が埋設された状態になっていることを特徴とする。
さらに、混合体の先端部における電子放射性物質の濃度
は２％〜１５％の範囲内であり、後端部における電子放
射性物質の濃度は１０％〜４０％の範囲内であり、か
つ、先端部における電子放射性物質の濃度は後端部にお
ける電子放射性物質の濃度より低いことを特徴とする。
さらに、混合体の電子放射性物質の濃度は、先端部から
後端部に向けて段階的に高まることを特徴とする。より
具体的には、主にタングステンからなる電極本体の先端
部分に酸化トリウムを含む混合体が埋設された状態にな
っており、混合体の先端部における酸化トリウムの濃度
は２％〜１５％の範囲内であり、後端部における酸化ト
リウムの濃度は１０％〜４０％の範囲内であり、かつ、
先端部における電子放射性物質の濃度は後端部における
電子放射性物質の濃度より低いことを特徴とする。

【０００６】

【実施例】図１にこの発明の放電ランプを示す。石英ガ
ラスからなる放電ランプ１０の中央には略球状の発光管
部１１と、その両端に封止部１２が形成される。発光管
部１１の内部には水銀、キセノン、希土類金属、アルゴ
ンなどが必要に応じて封入されて、陰極２と陽極３が対
向配置している。このような放電ランプ１０は、具体的
には、定格電圧３０Ｖ、定格電力２ＫＷで点灯する水銀
ランプなどがある。

【０００７】図２に陰極２の拡大図を示す。陰極２は、
例えば、タングステンなどの高融点金属からなる電極本
体２１と、そこに、電子放射性物質と高融点金属の混合
体が焼結された状態で埋設されている部分２２（以下
「混合体」という）より構成される。電極本体２１は円
筒状胴体部の先端が略円錐形状になっており、図示略の
陽極に対向配置する。混合体２２は、電極本体２１の先
端から後方（封止部側）に向けて埋設された状態になっ
ている。ここで埋設とは、混合体２２は電子放射をする
部分を除いて全側面が電極本体２１の中にある状態を意
味し、混合体２２そのものが側面において封入ガスなど
に接触していない。すなわち、発光空間に露出していな
い。混合体２２は、粉末状の電子放射性物質（エミッタ
ー）と、同じく粉末状の高融点金属物質が混合されたも
のであって、このエミッターによって電子放射が行われ
る。エミッターには、酸化トリウム(ThO₂)や、アルカリ
土類金属の酸化物を主成分とするもの、例えば、バリウ
ム系の酸化物、希土類酸化物等の単体又は混合体、複合
体などが適用される。高融点金属物質には、タングステ
ンなどが使われる。従って、混合体２２はエミッターの
他は、タングステン粉末を主成分として、その他添加剤
としてレニウム(Rh)、タンタル(Ta)が少量含ませたもの
よりなる。

【０００８】混合体２２は、陽極側に低濃度領域２２ａ
と封止部側に高濃度領域２２ｂの２つの領域を有し、低
濃度領域２２ａにおけるエミッターの濃度は、高濃度領
域２２ｂにおけるエミッターの濃度より低くなってい
る。具体的には、低濃度領域２２ａの濃度は２〜１５
％で、高濃度領域２２ｂの濃度は１０〜４０％であり、
この範囲内より適宜数値が選択されるが、低濃度領域２
２ａの濃度は高濃度領域２２ｂの濃度よりも低い。ここ
で上記濃度は高融点金属物質に対するエミッターの濃
度、すなわち、タングステン粉末に対する酸化トリウム
の重量比をいう。このように混合体２２に含まれるエミ
ッターの濃度は、先端側（陽極に近い側）は低く、後端
側（封止部１２に近い側）は高くすることにより、点灯
中高温となる部分でエミッターを少なくでき、また、そ
の蒸発も少量に抑えることができる。さらに、同時に後
端側から先端側にエミッターを加算補給（熱拡散補給）
できる構造になっている。低濃度領域２２ａの電極軸方
向の長さは、例えば、１〜４mmであり具体的には２mm程
度である。また、高濃度領域２２ｂの電極軸方向の長さ
は、例えば、５〜１５mmであり、具体的には１０mm程度
である。また、混合体２２の大きさは、φ0.6〜 2.0mm
である。

【０００９】本発明の放電ランプ用電極は以下の手順で
製造する。．まず、電極本体に穴加工を行う。．次に、他の工程でエミッター粉末とタングステン粉
末とを混合させた粉末状の混合体を電極本体の穴の中に
加圧挿入する。．次に、この混合体を有する電極全体を水素ガス、不
活性ガス中又は真空中で焼結する。、そして、所望の形状に切削加工して仕上げられる。

【００１０】このような本発明の放電ランプ用電極は以
下のような利点をもつ。第１に、混合体に含まれるエミ
ッター濃度は、点灯中高温となる先端部分は低く、後端
部分は高くなっているので、点灯中に蒸発するエミッタ
ーの量を少なく抑えることができると同時に、放電に必
要なエミッターは後部から熱拡散してくる。第２に、電
極に埋設された状態にある混合体は、先端の一部を除く
全ての部分が電極に囲まれているので、混合体自身の温
度上昇、及び露出面積を抑えることができ、その結果蒸
発を少なくすることができる。また、本発明の放電ラン
プ用電極は、実施例の示したように、低濃度領域と高濃
度領域の２つの領域を形成するものに限られるものでは
なく、数段階の領域を作り、エミッターの濃度を電極の
先端から後端に向かって順次段階的に変化させてもよ
く、また、エミッターの濃度を電極の先端から後端に向
かってリニア的に変化させるものでよい。このような構
成により、混合体が受ける温度との関係で、より細かく
エミッターの濃度を規定することができ、よりエミッタ
ーの蒸発量を少なく抑えることができる。

【００１１】また、本発明の放電ランプ用電極は、その
形状が、実施例の示したように、先端が略円錐台形状の
ものに限られず、その他の構造、例えば、図３（ａ）に
示すように全体略円筒状であってもよく、また、同
（ｂ）に示すように先端まで鋭角をなす円錐形状であっ
てもかまわない。また、図４に示すものであってもよ
い。同図においては、エミッターとして、例えば、酸化
ランタン(La₂O₃) が使われ、電極本体の外径は、例え
ば、φ 4.0mmである。混合体４２は、例えば、φ 1.0mm
であって、低濃度領域４２ａの長さは、例えば、2.5mm
、高濃度領域４２ｂの長さは、例えば、5.0mm よりな
る。そして、混合体４２の先端は、60°、45°、70°等
の角度で形成される。また、低濃度領域４２ａのエミッ
ターの濃度は２％であり、高濃度領域４２ｂのエミッタ
ーの濃度は２０％である。

【００１２】また、本発明の電極の混合体は、実施例の
示したように、円筒状に限られず、その他の形状であっ
てもかまわない。また、本発明の放電ランプ用電極は、
実施例ではショートアーク型で直流点灯型の放電ランプ
について説明したが、これに限られるものではなく、ロ
ングアーク型、交流点灯型の放電ランプ、フラッシュラ
ンプについても適用することができる。特に、交流点灯
型の放電ランプでは、両方の電極を本発明の構造とする
ことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電極を使った放電ランプを示
す。

【図２】本発明にかかる電極を示す。

【図３】本発明にかかる電極の他の実施例を示す。

【図４】本発明にかかる電極の他の実施例を示す。

【符号の説明】

２陰極３陽極１０放電ランプ１１発光管部１２封止部２１電極材料２２混合体２２ａ低濃度領域２２ｂ高濃度領域４２混合体４２ａ低濃度領域４２ｂ高濃度領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き審査官江成克己 (56)参考文献特開平２−189851（ＪＰ，Ａ) 特開平２−226648（ＪＰ，Ａ) 特開平８−17402（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−12669（ＪＰ，Ａ) 特開平３−274636（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/06 H01J 61/073

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電極本体の先端部分に電子放射性物質と高
融点金属の混合体が埋設された状態となっており、当該混合体の先端部分における電子放射性物質の濃度
は、後端部における電子放射性物質の濃度よりも低いこ
とを特徴とする放電ランプ用電極。
【請求項２】前記電極本体は、円筒状の胴体部と略円錐
台形状の先端部よりなり、当該先端部の平坦部から前記
混合体が埋設された状態になっていることを特徴とする
請求項１に記載の放電ランプ用電極。
【請求項３】前記混合体の先端部における電子放射性物
質の濃度は２％〜１５％の範囲内であり、後端部におけ
る電子放射性物質の濃度は１０％〜４０％の範囲内であ
ることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ用電
極。
【請求項４】前記混合体における電子放射性物質の濃度
は、先端部から後端部に向けて段階的に高まることを特
徴とする請求項１に記載の放電ランプ用電極。
【請求項５】主にタングステンからなる電極本体の先端
部分に酸化トリウムを含む混合体が埋設された状態とな
っており、当該混合体の先端部における当該酸化トリウムの濃度は
２％〜１５％の範囲内であり、後端部における当該酸化
トリウムの濃度は１０％〜４０％の範囲内であり、か
つ、先端部における電子放射性物質の濃度は後端部にお
ける電子放射性物質の濃度より低いことを特徴とする放
電ランプ用電極。