JP3611984B2 - 放電管および放電管用陰極の製造方法 - Google Patents
放電管および放電管用陰極の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3611984B2 JP3611984B2 JP17867999A JP17867999A JP3611984B2 JP 3611984 B2 JP3611984 B2 JP 3611984B2 JP 17867999 A JP17867999 A JP 17867999A JP 17867999 A JP17867999 A JP 17867999A JP 3611984 B2 JP3611984 B2 JP 3611984B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- discharge tube
- discharge
- tip
- electron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Discharge Lamp (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電管および放電管用陰極の製造方法に関し、特に、放電安定性と光束維持率の高い長寿命の放電管に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光源用放電管の一例は、図3に示すように、石英製の発光管11の両端に封止管17a、17bが設けられており、この封止管17a、17b内のモリブデン箔14a、14bを介して、内部に陽極構体12および陰極構体13が封入され、外部にリード16a、16bが接続されている。
【0003】
石英製の発光管11には、排気管15が結合されており、この排気管15を介して排気したのち、キセノンガス等の希ガスおよび発光に必要な金属を封入して封じ切られる。
【0004】
陰極構体13の先端部に取り付けられる陰極として、通常1〜4重量%程度の易電子放射物質となる酸化トリウムを含有させたトリエテッド・タングステンが使用されている。しかし、酸化トリウムは、放射性物質であるので、その生産から廃棄されるまでの期間に、環境汚染の問題を含んでおり、酸化トリウムを含有させたトリエテッド・タングステンの代わりに、希土類酸化物、例えば、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化セリウム等を含有させたタングステン電極等が従来より提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、放電動作中に陰極先端部が高温になって、含有されている希土類酸化物が蒸発して放電管の内壁が汚染されて、光束維持率の低下による短寿命化や、陰極先端の変形により放電アークが不安定になる等、実用上の問題も多い。
【0006】
同様にトリエテッド・タングステン陰極の代わりに、高融点金属、例えばタングステン等の金属粉末をプレス成形し、真空中または水素雰囲気中で焼成した後に多孔質金属基体内に易電子放射物質を含浸させた陰極も従来より提案されている。
【0007】
しかし、これら多孔質金属基体内に易電子放射物質を含浸させた陰極においては、易電子放射物質の含浸量の均一化が難しく、また、多孔質金属基体内における易電子放射物質の分散が不均一であることに基づき、長時間にわたる放電の安定性に欠け、さらに大電流に対しては、多孔質金属基体に含浸させた易電子放射物質が多孔質部分から徐々に蒸発飛散することにより放電管の内壁を汚染し、光束維持率の低下による短寿命化という問題があった。
【0008】
これらの問題を解決する手段として、発光管11の内壁表面積を大きくすることにより蒸発飛散物の付着密度を低下させたり、多孔質金属基体内に易電子放射物質を含浸した後に、陰極側面に金属線をコイル状に巻き付けて、多孔質金属基体からの易電子放射物質の飛散を防止する等の工夫がなされているが、どれも本質的な解決手段とはなっていない。
【0009】
そこで、この発明は、放電安定性と光束維持率の高い長寿命の放電管の陰極を提供することを目的として考えられたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の放電管は、陰極と陽極を放電蒸気中に配置して、アーク放電を行なわせる放電管において、高融点金属粉末に易電子放射物質の粉末を混合して、圧縮プレス成形したものを焼結せしめた陰極を具備するものである。
【0011】
この発明の放電管用陰極の製造方法は、高融点金属粉末に易電子放射物質の粉末を混合する第1工程と、この第1工程で混合された粉末を圧縮プレス成形する第2工程と、この第2工程で成形されたものを焼結せしめる第3工程とを経る方法である。
【0012】
【発明の実施の形態】
この発明の放電管用陰極の実施の形態を図1に基づいて説明する。この発明の陰極を適用する放電管の一例は、図3に示す従来の光源用放電管と同様に、最大内径20mmの石英製の発光管11に、直径4mmのタングステン棒よりなる陽極構体12と、図1(a)に示すように、直径3mmの導電路を成形するタングステン棒20と、その先端部に取り付けられた直径1.8mm、長さ3mmの陰極21よりなる陰極構体13が封入されている。なお、導電路となるタングステン棒20と陰極21との取り付け方は、陰極21からの熱を導電路へ効率よく伝導させる方法であれば、図1(a)に示す構造に限るものではない。
【0013】
陰極21の製作方法は、高融点金属として約4μm〜10μmのタングステン粉末に、易電子放射物質の粉末を均一に混合・撹拌し、所要の成形金型内に入れて、圧縮プレス成形する。圧縮プレス成形された陰極は、アルゴンガス雰囲気中において約2000℃で30分間の焼結を施す。
【0014】
なお、陰極21としての所望の形状を圧縮プレス成形で得られない場合には、圧縮プレス成形後に、アルゴンガス雰囲気中において、約1400℃で15分間の仮焼結を施したのち、所望の形状に研削し、その後にアルゴンガス雰囲気中において約2000℃で本焼結を施す。
【0015】
高融点金属としてのタングステン粉末に混合する易電子放射物質の混合割合は、6重量%としたが、4〜12重量%の範囲で実用に供し得ることが明らかになった。この易電子放射物質の混合割合が4%未満であると、放電中の易電子放射物質の供給が不足して、長期的な安定放電の維持ができない。また、易電子放射物質の混合割合が12%を超えると、陰極からの易電子放射物質の蒸発飛散量が多くなって、放電管の内壁を汚染することになり、光束維持率が低下してしまうことが明らかになった。
【0016】
この実施の形態においては、タングステン粉末に対して、易放電放射物質として、BaO:CaO:Al2O3をモル比で、2:1:1の割合で混合したものを使用した。これらの易電子放射物質は、焼結処理中に固容体を形成するので、高融点金属であるタングステン粉末間のバインダーとして作用し、陰極の物理的強度が増加されるとともに、陰極先端放電部の発熱に対して、熱伝導性が良くなって、陰極先端放電部の温度上昇を抑制し、さらに、焼結処理工程において、陰極表面層の易電子放射物質が蒸発飛散して消失するので、放電管用の陰極21として使用した場合、易電子放射物質の陰極表面層からの蒸発飛散量を減少させる効果を奏する。
【0017】
以上で説明したように、高融点金属であるタングステン粉末に対して、易電子放射物質の粉末を成形および焼結前に混合することにより、陰極内部における易電子放射物質の分散が均一化され、かつ物理的強度の強化および熱伝導性の改善と、陰極表面層からの易電子放射物質の蒸発飛散量を最小限に抑制可能となり、かつ、多孔質金属基体内への易電子放射物質の含浸処理をまったく不要とすることで、簡便かつ安価な陰極を提供することができる。
【0018】
また、陰極先端部の温度は、易電子放射物質の作用により、仕事関数を約1.7eVにまで低下して、陰極先端放電部の再結晶化を防止できるので、陰極先端放電部の先端の変形もなく、長期にわたり、安定した放電を維持することができる。
【0019】
(実施例)
焼結後の陰極21の形状は、図1(a)に示すように、直径1.8mm、長さ4mmであり、その先端部の形状は、図1(b)に拡大して示すように、電子放出点に向けてテーパー形状であり、このテーパー形状に接するR形状を有し、テーパー角度θは40゜、先端Rは0.5mmとした。
【0020】
(第1比較例)
実施例と寸法および形状が同じで、陰極材料を従来の2重量%のThO2を含むトリエテッド・タングステンを使用した陰極とした。
【0021】
(第2比較例)
実施例と寸法および形状が同じで、多孔質タングステン基体に易電子放射物質として、BaO:CaO:Al2O3をモル比で2:1:1に混合し、含浸させたものを陰極とした。
【0022】
そして、実施例、第1比較例、第2比較例の陰極を用いて、発光管11内に起動ガスとしてアルゴンガスを0.4気圧、水銀を発光管11の内容積1cc当り40mgを封入し、陰極21と陽極との放電間隔を2mmとして放電電圧42Vとなる水銀ショートアーク型ランプを入力電力250Wで動作させた。これらの点灯時間と光束維持率の測定結果は、図2に示すとおりである。
【0023】
点灯初期の光束を100とした場合、点灯時間が増加する毎に、第1比較例および第2比較例においては、光束維持率が低下する。特に、第2比較例は、点灯初期において光束維持率が急激に低下するが、この発明の実施例においては、両比較例に比して優れていることが明らかである。
【0024】
次に、焼結後の陰極21の先端部の形状(テーパー角度θおよび先端R)と放電安定性との関係を調べるために、
(第1実験例)
焼結後の陰極21の先端部の形状を、テーパー角度θを20゜、先端Rを0.1mm未満としたもの、
(第2実験例)
焼結後の陰極21の先端部の形状を、テーパー角度θを20゜、先端Rを0.9mmとしたもの、
(第3実験例)
焼結後の陰極21の先端部の形状を、テーパー角度θを100゜、先端Rを0.1mm未満としたもの、
(第4実験例)
焼結後の陰極21の先端部の形状を、テーパー角度θを100゜、先端Rを0.9mmとしたもの、
を用意し、各実験例の放電安定性について比較・検討した。
【0025】
なお、放電安定性については、各実験例の水銀ショートアーク型ランプを直径約150mmの楕円回転体形反射鏡の第1焦点に陰極先端を配置するように固定し、楕円回転体形反射鏡の第2焦点上に直径3mmの受光面を持つ受光器を配置して、365nmの紫外線を受光し、その受光した紫外線照度の安定性をアーク安定度Sとした。このアーク安定度Sは、以下の式により求めた。
S(%)={(Imax−Imin)/I)}
ただし、Imaxは最大集光照度、Iminは最低集光照度、Iは平均集光照度であって、Imax、Imin、Iの時間的変化の一例は、図4に示すとおりである。
【0026】
実施例および第1実験例〜第4実験例について、得られたアーク安定性Sは、次の表1に示すとおりであった。
【表1】
【0027】
これらのデータより、陰極先端角度θが25゜未満の場合には、放電先端部の高温による易電子放射物質の蒸発量が多く、また、陰極先端部の易電子放射物質の減少に伴い、陰極先端温度の上昇により、再結晶化が進行するので、陰極内の易電子放射物質の供給が減少して、アーク安定性が点灯時間とともに悪くなる。また、陰極先端角度θが90゜を超える場合および陰極先端Rの形状が、0.8mmを超える場合には、陰極の電子放出点が定まらず、点灯初期からアーク安定性Sが悪いことが明らかになった。
【0028】
以上の事項より、陰極の先端形状については、テーパー部の角度θが25゜〜90゜で、かつ、このテーパー部に接するR形状は、0.1〜0.8mmの範囲が望ましいことが明らかとなった。
【0029】
【発明の効果】
以上で説明したように、この発明によると、放電管の陰極の製法として、高融点金属粉末に易電子放射物質を混合した後に、圧縮プレス形成し、その後に焼結せしめているので、焼結後の易電子放射物質の高融点金属内における分散が均一であり、かつ、多孔質金属基体内部へ易電子放射物質を外部から含浸させるための空洞がないため、易電子放射物質の蒸発飛散量を最小限に抑制することができ、発光管内壁への易電子放射物質の汚染による光束維持率の低下を防止した長寿命の放電管の陰極を提供することが可能であり、かつ、製法が簡単であり安価に製造することが可能であり、酸化トリウムなどの放射性物質を使用しないので環境汚染を防止することができる。
【0030】
また、陰極先端のテーパー角度θおよびテーパー部に接する陰極先端Rの形状を適当に選択し、組み合わせることで、アーク安定性の良い長寿命の放電管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の放電管用陰極の実施の形態を示す断面図(a)および要部の側面図(b)、
【図2】この発明の陰極材料を使用した放電管および従来の放電管の点灯時間と光束維持率の測定結果を示す特性曲線図、
【図3】従来の光源用放電管の一例を中央部を断面で示した正面図、
【図4】アーク安定性の定義を説明するための図である。
【符号の説明】
11 発光管
12 陽極
13 陰極構体
21 陰極
17a、17b 封止管
14a、14b モリブデン箔
20 タングステン棒
Claims (5)
- 陰極と陽極を放電蒸気中に配置して、アーク放電を行なわせる放電管において、タングステン粉末に対して、易放電放射物質としてBaO:CaO:Al 2 O 3 をモル比で2:1:1の割合で混合して、圧縮プレス成形したものを焼結せしめた陰極を具備することを特徴とする放電管。
- 陰極の先端形状が、電子放出点に向けてテーパー形状であって、前記テーパーに接するR形状を有することを特徴とする請求項1に記載の放電管。
- 陰極の先端形状が、テーパー部の角度が25゜〜90゜であり、かつ、先端Rが0.1〜0.8mmであることを特徴とする請求項2に記載の放電管。
- 陰極と陽極を放電蒸気中に配置して、アーク放電を行なわせる放電管用陰極の製造方法であって、タングステン粉末に対して、易放電放射物質としてBaO:CaO:Al 2 O 3 をモル比で2:1:1の割合で混合する第1工程と、該第1工程で混合された粉末を圧縮プレス成形する第2工程と、該第2工程で成形されたものを焼結せしめる第3工程とよりなることを特徴とする放電管用陰極の製造方法。
- 高融点金属粉末に対する易電子放射物質の混合割合は4〜12重量%であることを特徴とする請求項4に記載の放電管用陰極の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17867999A JP3611984B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 放電管および放電管用陰極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17867999A JP3611984B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 放電管および放電管用陰極の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001006607A JP2001006607A (ja) | 2001-01-12 |
JP3611984B2 true JP3611984B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=16052669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17867999A Expired - Lifetime JP3611984B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 放電管および放電管用陰極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3611984B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6161455B2 (ja) * | 2013-07-26 | 2017-07-12 | 特殊電極株式会社 | 取鍋予熱装置における電極 |
CN107785230B (zh) * | 2017-11-02 | 2024-06-04 | 常州玉宇电光器件有限公司 | 高触发性阴极及其制作工艺 |
-
1999
- 1999-06-24 JP JP17867999A patent/JP3611984B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001006607A (ja) | 2001-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3175592B2 (ja) | 放電ランプ用電極 | |
US3619699A (en) | Discharge lamp having cavity electrodes | |
CA1176298A (en) | Direct current operable arc lamp | |
US3826946A (en) | Vapor discharge lamp electrode having carbon-coated areas | |
EP0688039A2 (en) | Fluorescent lamp and manufacture thereof | |
US6664733B2 (en) | Electrode for discharge tube, and discharge tube using it | |
JP3611984B2 (ja) | 放電管および放電管用陰極の製造方法 | |
JP2011103240A (ja) | タングステン電極およびそれを用いた放電ランプ | |
JP2001035438A (ja) | 蛍光ランプおよび蛍光ランプ用の電極アッセンブリの製造方法 | |
JP2003187741A (ja) | 放電ランプ用電極 | |
JP3156904B2 (ja) | 水銀放電ランプ | |
JPS6360498B2 (ja) | ||
JP3480340B2 (ja) | 直流放電ランプ | |
JPH0213420B2 (ja) | ||
JP6292431B2 (ja) | 放電ランプ用陰極 | |
JPH09129178A (ja) | 金属蒸気放電灯用焼結型電極 | |
JP2006114296A (ja) | 含浸型電極および放電ランプ | |
EP0080820A2 (en) | Improvements in or relating to discharge lamps | |
TW200531122A (en) | Cold-cathodofluorescent lamp | |
JP3604790B2 (ja) | 放電灯の陰極の構造 | |
JP4283492B2 (ja) | 放電管用電極及びその製造方法並びにこれを用いた放電管 | |
JPS6324539A (ja) | 光源用放電管 | |
JPH11339713A (ja) | 放電管用の電極 | |
JPH11339714A (ja) | 放電管用電極 | |
JPS61233960A (ja) | 光源用放電管 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040726 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040803 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040930 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041019 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041021 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3611984 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071029 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081029 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081029 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 5 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 5 |
|
R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 5 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 5 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101029 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101029 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111029 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111029 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121029 Year of fee payment: 8 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121029 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121029 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131029 Year of fee payment: 9 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |